科技导报杂志

科技导报杂志2025年第8期

• 类器官中的细胞世界

  陈晔光

  类器官是一种在体外培养形成，能够模拟真实器官复杂结构及生理功能的三维微器官。2009年，荷兰的Hans Clevers团队通过在体外三维环境中培养肠道干细胞，得到具有肠上皮结构的“迷你肠道”，类器官培养技术由此兴起。体外培养形成的类器官能够自我更新分化形成各种特异性的细胞类型，自我组装成与对应器官相似的空间结构并模拟其部分功能，使得体外实验能够更好地反映体内的真实情况。因此，类器官在2013年被《Science》评选为“年度科技发展十大突破之一”。目前，除肠类器官之外，研究者还成功培养了多种来源于正常组织和肿瘤组织的类器官，包括胃、乳腺、胰腺、肝、肺、肾、皮肤等类器官和对应肿瘤类器官。类器官逐步成为生命科学及医学研究领域的重要研究方向之一，并在基础研究及医药应用领域取得一系列重要成果。

• 柑橘“癌症”黄龙病被攻克

  柑橘黄龙病被称为“柑橘界的癌症”，这种由亚洲韧皮杆菌引发的毁灭性病害，已肆虐全球近50个国家，导致柑橘产业年均损失超百亿美元。2025年4月11日，中国科学院微生物研究所叶健团队宣布破解柑橘抗黄龙病的分子机制，并筛选出可有效防控该病害的小肽药物。该成果作为封面文章发表在《Science》。

• 红外荧光探针“看见”线粒体内膜环境

  线粒体作为细胞的“动力工厂”，于细胞代谢及能量供应过程中扮演着关键角色。线粒体的功能与内膜的脂质构成及动态变化紧密相关。近年来，多种荧光成像技术，特别是荧光寿命成像，在细胞膜脂质动态与异质性研究领域发挥了重要作用。然而，受限于荧光探针以及光学衍射极限，针对线粒体内膜环境的超分辨、跨尺度观测，依旧是一项重大挑战。

• 带电微液滴“徒手劈开”氧气

  想象一下，仅通过喷洒水雾，就能在常温常压下，无需任何催化剂，直接裂解空气中稳定的氧气分子？2025年3月24日，一项发表在《Journal of the American Chemical Society》上的研究首次证实，带电的水微滴能够在其空气-水界面处活化并解离（劈开）周围的氧气，甚至将其转化为活泼的臭氧阴离子（O3-）。

• 量子计算机首次在实用问题上展现优越性

  磁性材料被广泛用于医学成像、电子、超导体、电网、传感器和电机等领域。了解磁性材料的量子性质对于材料模拟和材料发现至关重要。2025年3月12日，加拿大量子公司D-Wave公司和合作者在《Science》发文称，Advan‐ tage2量子退火计算机可以在几分钟内完成磁性材料模拟，而使用基于GPU集群构建的传统超级计算机则需要近100万年的时间。量子退火是基于量子隧穿效应，使量子高能态快速衰减至低能态的一种优化方法。

• 小鼠脑区新图谱问世

  科学家绘制出了小鼠视觉皮层部分区域约8万个神经元的连接图谱，并通过将这些连接数据与神经元活动相关联，重建了该脑区细胞处理视觉信号的机制。这项迄今为止最详细的连接图谱，为研究大脑的认知与行为机制提供了全新资源，相关成果以10篇系列论文的形式发表于2025年4月9号的《Nature》系列期刊上。“皮质网络机器智能”（Machine Intelli‐ gence from Cortical Networks）项目研究人员通过在跑步机上播放影片，观察并记录了小鼠的单个神经元活动，随后对小鼠大脑进行了数千层超薄切片成像。早期发现包括新型神经元和活动模式。此外，研究人员还利用人工智能预测神经元对特定刺激的反应。人工智能的使用可以帮助突破动物活体实验限制，实现更广范围的视觉信息输入研究。为了研究完整的神经回路，突破当前1 mm3的脑区研究范围，还需要绘制更加精确的大脑图谱。

• 国家自然科学基金委员会通报学术不端案件

  2025年4月11日，国家自然科学基金委员会官网发布《案件通报（2025年第1批）》，通报了2025年第1批次科研不端行为案件处理结果。此次共通报了15起不端案件处理结果，涉及26人，主要问题包括买卖论文、抄袭剽窃、图片造假、伪造篡改实验结果、制定违规经费管理规定、违规支配使用他人项目资金等。其中，上海某高校特聘主任医师边中启作为基金项目评审专家，在2023年通讯评审期间违规，被永久取消国家自然科学基金评审专家资格、项目申请和参与资格。

• 超分子对接破解含烷基链分子结构测定难题

  2025年4月9日，浙江大学化学系黄飞鹤团队在《Nature》发表研究，提出一种名为“超分子对接”的革命性技术，攻克含长烷基链分子结构解析难题。这一成果为天然产物、药物分子及复杂化合物的快速精准分析提供了全新工具，有望加速新药研发进程。

• AI系统AMIE诊断精度与共情能力超人类医生

  2025年4月9日，《Nature》发布了谷歌DeepMind团队开发的医疗对话AI系统AMIE。这款基于大语言模型的诊断智能体通过自对弈模拟训练，不仅在与20位全科医生的盲测对决中取得压倒性优势，更展现出超乎预期的“同理心”。

• 印度气候变暖速度低于全球平均水平

  2025年2月22日，印度举办的气候变化会议上，科学家公布的地图显示，印度在全球升温明显的国家中显得较为特殊，其年平均气温自1901年以来上升不到0.7℃，约为全球平均升温幅度的一半。不过，去年印度经历了有记录以来的最高气温和最长热浪。

• 授粉期高温让夏玉米“长个”却“少子”

  随着全球气候的变化，极端天气事件愈发频繁，高温成为威胁农作物生长的重要因素。黄淮海地区作为中国夏玉米的主产区，在玉米授粉期常遭遇高温天气，严重威胁夏玉米的高产稳产。

• 海沟深处蕴藏“惊人”生物多样性

  夜幕降临时，几位科学家正乘坐中国载人深海潜水器“奋斗者”号向深渊进发。随着潜水器逐渐下潜，在深不可测的黑暗中，上海交通大学极端环境微生物学家赵维殳瞥见了散发着绿、黄、橙3色荧光的发光生物。抵达万米海底后，研究人员打开探照灯，一片“深邃神秘的蓝色”随即映入眼帘，到处漂浮着形形色色的浮游生物。Weishu Zhao回忆道，“那一刻，我幡然领悟，（深海）一定是一个超乎人类想象的奇特世界”。

• 人工智能革命深入蛋白质测序领域

  人工智能（AI）已经彻底改变蛋白质三维折叠结构的研究，相关成就获得了2024年诺贝尔化学奖。如今，AI革命正在深入蛋白质测序领域，赋能科学家通过组成蛋白质的氨基酸序列识别蛋白质。与传统方法相比，AI技术通常效率更高，同时还能帮助研究人员对未知的蛋白质进行测序。未知蛋白质测序一直是限制医学诊断、环境研究和考古学研究的常见挑战。

• 生物公司“复活”1万年前灭绝的恐狼

  一家市值百亿美元的生物技术公司Colossal Biosciences宣称复活了约1万年前灭绝的恐狼，引发强烈争议。该公司致力于复活猛犸象、渡渡鸟、袋狼等灭绝物种。Colossal公司科学家通过分析从恐狼化石中提取的DNA，对灰狼基因组进行了20次编辑，使改造后代获得白色蓬松皮毛等近似恐狼的体征。经编辑的灰狼细胞培育成胚胎后，被转移至充当代孕动物的母犬体内，并成功实现多胎分娩。尽管这一成果已吸引媒体广泛报道，但遭到独立科学家的批判和质疑。多位批评者指出，恐狼和灰狼的共同祖先存在于600万年前，二者存在数千处基因差异，而Colossal公司的基因编辑仅关注重现显性体征。另有批评者认为，复活灭绝物种会分散当前生态保护的资源与关注度。

• 人工智能学科体系的构建与探讨

  蔡自兴, 蔡昱峰

  人工智能的学科体系与人工智能的定义密切相关，人工智能的定义能为研究人工智能学科体系提供重要启示。

• 基于全球导航卫星系统反射信号的遥感应用

  全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）技术通过创新性地利用地表反射的GNSS信号，为海洋、陆地、冰雪及大气环境参数监测开辟了低成本、全天候、高时空分辨率的新型观测范式。历经10余年发展，GNSS-R技术已实现从理论探索到工程应用的跨越式突破，然而当前研究仍亟需对技术演进规律进行系统性归纳，并对未来发展方向作出战略性预判。

• 关于开展类地外极端环境下生命现象和规律研究的建议

  李莹辉, 何光军, 丁帅, 杨超

  人类在宇宙中是否孤独、地外生命是否存在，这是亘古以来的未解之谜，也是人类不懈探索的前沿科学问题。人类能否实现地外生存、实现星际移民和文明拓展，这是人类一直以来的梦想，也是重大的技术挑战。当前人类已实现近地轨道长期驻留，对月球及更远天体探索的深空探测也进入空前活跃期[1-3]。地外生命探测、实现人的长期地外生存，既是破解长期困扰人类的宇宙及生命起源与演化等重大前沿科学问题的重要途径，也是人类文明星际拓展的基础，是多学科交叉融合的重要焦点，孕育着基础性科学发现和颠覆性技术突破[4-7]。

• 中国交通运输与能源融合发展的路径研究

  孙鹏, 刘昕*, 陈璟, 杜江涛, 白珂炎

  交通是经济的脉络和文明的纽带，是中国式现代化的开路先锋[1]。能源是人类文明进步的基础和动力，攸关国计民生和国家安全，关系人类生存和发展[2]。新中国成立以来，特别是党的十八大以来，我国交通运输系统与能源体系围绕交通强国和能源强国目标相伴发展、互促融合，共同支撑了经济社会发展、增进了人民福祉、保障了国家安全。面向全面建成社会主义现代化强国目标，党的二十大报告提出了通过高质量发展加快建设交通强国、建设新型能源体系的总体要求，《交通强国建设纲要》（以下简称《建设纲要》）《国家综合立体交通网规划纲要》（以下简称《规划纲要》）提出要推动交通基础设施网与能源网融合发展。

• 共享化、电动化、智能化应用对城市交通减排的贡献及政策协同

  王雪成, 龙雨璇*, 张毅, 王宝春

  实现“碳达峰碳中和”目标已经成为中国应对气候变化的战略。交通部门作为中国主要的碳排放部门之一，其碳排放总量持续上升，2005—2021年年均增速达3.6%，同时，占比呈现上升趋势，从2005年6.4%上升为2021年的10.7%[1]，未来交通部门将面临较大的减排压力。城市是居民活动的密集区域，中国私家车数量从2005年的1383万辆，增长到2023年的2.71亿辆，增长了近19倍，使中国城市交通碳排放成为交通部门中重要的碳排放源。考虑到中国未来城镇化率还将进一步提升[2]，城市规模还将扩大，城市交通总需求量将继续上升，并对时效性、舒适性等出行服务品质要求越来越高，城市交通碳排放总量控制难度日益增加[3]。此外，城市在工业、建筑等部门减排空间日益缩减，交通部门碳减排成为城市的主要减排部门[4−5]。

• 基于数字地球的公路交通气象灾害风险综合分析平台设计及应用

  李蔼恂, 王志*, 袁晓玉, 苗蕾, 张晓美, 冯蕾

  2020年5月，国务院办公厅印发《关于开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知》（国办发〔2020〕12号），指出2020—2022年开展第一次全国自然灾害综合风险普查，这是习近平总书记亲自出题、亲自部署、亲自推动的自然灾害防治能力提升“九项重点工程”的第一项，也是基础性工程。在此次全国自然灾害综合风险普查工作中，气象灾害风险普查是重要部分之一，以此摸清全国气象灾害风险底数，查明重点地区抗灾能力，助力气象灾害风险预警和管理能力提升，为有效开展气象灾害防治工作提供科学决策依据。2022年，中国气象局印发《关于加强气象灾害综合风险普查成果应用的意见》，强调坚持“边普查、边应用、边见效”，建立气象灾害综合风险普查成果应用体系，全面提升防灾减灾气象保障能力。

• 车载锂离子电池的回收与再利用

  王靖岳, 孙国帅, 武旭东, 张硕, 王军年

  环保节能理念已渗透到社会生活的各个领域[1]，尤其在纯电动汽车领域得到了体现。在纯电动汽车中，锂离子电池因为高能量密度、轻质量、小体积、使用寿命长的优点，作为动力电池得到了泛的应用。然而，锂离子电池生产成本相对较高，伴随工作时间延长，其性能、容量都逐渐衰退，当电池容量下降至80% 时，便不足以支撑其在电动汽车中继续工作，因此产生大量废旧电池，严重影响了经济的可持续发展[2]。锂离子电池含有各种稀土元素和金属，可以解决目前矿物短缺的问题，如果不以优化的方式收集和选择回收、再利用等适当的处置替代办法，实现净零排放和减缓气候变化的目标和进展将严重落后[3]。传统的线性经济模式并不适用，因为一些高价值的材料周期必须是闭环的，以应对全球供应链中的风险。一方面，废旧电池长期堆放，电池材料腐蚀、变性等均会导致短路、燃烧、爆炸等恶性事故，如果对废旧锂电池仅采用简单的填埋、焚烧等处理方法，将严重污染环境、危害人体健康且可能会发生爆炸；另一方面，由于锂电池的平均使用年限通常为10 a，预计到2030年，锂电池的使用量将达到500万t以上[4−5]。锂离子电池的主要成分有正极材料（LiNixCoyMnzO2、LiCoO2（LCO）等），负极材料（石墨），集流材料（铝（Al）和铜（Cu）），电解质盐如六氟磷酸锂（LiPF6），有机溶剂（碳酸乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）等[6−7]。这些成分均含有有害物质，包括金属、灰尘、有机和氟污染，填埋或焚烧会损害生态系统。电极材料一旦进入生态环境，阴极的金属离子、阳极的碳尘、强碱、电解液的重金属离子等都可能造成严重的环境污染和危害，包括使土壤pH值升高，并产生有毒气体（HF、HCl等）。此外，电池中的金属和电解质会危害人体健康[8]。例如，钴可能通过地下水等渠道进入人体，造成诸如肠道疾病、耳聋和心肌缺血等症状[9]。虽然锂电池是有效利用的可再生能源，同时潜在地减少碳排放，但管理不善的废旧锂离子电池会对社会的经济和发展产生负面影响。因此，为保持锂电池应用的增长，保护资源（减少Li、Ni、Co和Mn等资源浪费），减轻潜在资源短缺和环境污染的压力，迫切需要建立一个可持续有效的废锂电池回收系统。

• 根区顶级域名托管情况研究

  陈闻宇, 何烁, 李汉明, 谢杰灵, 赵琦, 冷峰*

  域名作为互联网的关键标识[1]，随着互联网的发展而遍布全球。域名不仅是网站的地址，也是品牌和在线身份的象征。当前，根区在运行顶级域名（Top-level domain name，TLD）1458个，二级以下域名达到3.6亿个[2]。域名系统（domain name system，DNS）类似于倒树结构，从上到下包含根域名服务器、顶级域名服务器、二级域名服务器等[3]。各级域名服务器的区文件中，保存了指向下一级域名服务器的“路标”，根域名服务器的区文件中保存了指向所有顶级域名服务器的互联网地址信息。鉴于根区文件是域名查询的起点，其数据的正确性和稳定性至关重要。然而，根区数据具有动态变化的属性，且目前针对根区数据运行管理的研究较为缺乏。以域名管理机构互联网数字分配机构（Internet Assigned Numbers Authority，IANA）公布的TLD相关数据为基础[4]，对根区TLD的基本注册信息进行梳理，分析当前TLD注册、托管以及外部主机使用等情况，评估根区TLD域名托管聚集程度，并提出了本研究成果的潜在应用场景。

• 超声心动图在重度肺动脉高压大鼠右心结构与功能评估中的应用

  陈豫钦, 熊缘慧, 邝美丹, 王健*

  肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是一种致命的进行性疾病，可导致肺血管阻力和肺动脉压力的进行性升高，继而发展成右心衰竭甚至死亡[1]。据估算PH全球患病率约为1%，65岁以上人群患病率高达10%[2]，中国约有1200万名PH患者。近年来虽然PH的发病机制及药物研发方面取得一定的进展，但疾病的早期诊断及长期预后的改善这两大重要问题仍未解决，仍需进一步加强PH发病机制及药物研发基础研究。其中，PH动物模型的血流动力学及右心功能评价为PH基础研究及药物评价的核心指标，目前多采用右心导管或其他有创手术测得右心室压及肺动脉压。但该方法具有手术操作难度大、有创、不适用于多次动态评价等局限性，且无法对模型动物的右心功能进行评价。心脏彩超是临床上进行PH初筛、疾病严重程度及右心功能评价的重要手段[3-5]。对于PH基础研究，小动物心脏彩超对肺血流动力学和右心功能的评价同样重要。小动物超声具有无创、适时的优点，可连续多次进行模型动物评估。近年来虽有研究者对PH大鼠右心功能进行超声评价，但是测定方法各不相同，缺乏公认的标准[6-10]。本研究通过建立低氧联合注射Sugen致重度PH（Sugen hypoxia induced-pulmonary hypertension，SuHx-PH）大鼠模型，建立心脏彩超评估肺血流动力学及右心评估的方法，并与右心导管测得的右心室压进行相关性分析，确定最佳的无创评价指标。

• 中美基础研究创新韧性的特征事实、地区差异及动态演进

  马铭晨, 吕拉昌*

  中国和美国竞争从贸易战转向科技战，基础研究作为科技创新源头，成为双方博弈关键，对两国发展意义重大。关键技术受限，让中国学界和产业界意识到强化基础研究的紧迫性与战略意义。当下，中国全力推进基础研究，争取突破关键领域，降低技术依赖，保障科技安全，助力产业升级，拓展国际话语权。美国凭借顶尖科研集群和高校体系，构建强大的基础研究生态，在前沿领域领先，其成果推动经济与国防发展。基础研究在中美两国的国家发展、科技进步、产业革新和安全保障等关键领域均发挥基础性和引领性作用，是争夺世界科技制高点的核心动力。

• 中美在关键技术基础研究领域的竞争态势与挑战

  顾天安, 许斌, 章东辉, 许国腾

  近年来，新一轮科技革命和产业变革加速发展，新技术呈现爆发式增长的态势，关键核心技术攻坚任务更加艰巨和迫切。习近平总书记指出，应对国际科技竞争、实现高水平科技自立自强、打好关键核心技术攻坚战、加快培育新质生产力新动能、实现高质量发展，迫切需要我们加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题[1]。在全球产业格局深刻调整、中国和美国科技竞争日趋激烈的背景下，科学研判中国在关键技术领域基础研究竞争格局中所处位势刻不容缓。通过自主构建竞争集中度、领先度、影响力等多维评估指标对全球关键技术领域基础研究竞争力进行定量刻画，可以揭示中国在关键技术领域基础研究存在的差距，据此提升中国关键技术领域竞争力提出相应建议，为科技政策和战略发展提供决策参考。

• 马克·朗格的非因果解释理论及其问题

  初维峰

  半个世纪以来，因果解释在科学解释中的重要地位，得到了几乎所有哲学家的肯定。一些哲学家甚至宣称，即便不是所有的科学解释，至少对特定事件的解释，都是因果解释。“从科学的角度解释，就是要解释，事件和统计规律如何进入世界的因果结构。”[1]米勒（Richard Miller）也宣称：“解释是对有助于解释这一现象的潜在原因的充分描述。”[2]