2009年度中国基础研究十大新闻简介

2009年度中国基础研究十大新闻简介

摘　要　由科学技术部基础研究管理中心主办,《科技导报》、《中国科学基金》、《中国科学院院刊》和《中国基础科学》4家杂志承办的2009年度“中国基础研究十大新闻”评选结果于2010年1月13日揭晓。“北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收”、“查明中国陆地生态系统的碳平衡状况”、“揭示A1型短指症致病机理”、“发现β2抑制因子22复合体信号缺损可导致胰岛素耐受”、“实验证实诱导性多能干细胞具有发育全能性”、“发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体”、“阐明纳米孪晶纯铜极值强度的形成机制”、“高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究取得重要进展”、“鉴别出与超级杂交水稻杂种优势相关的潜在功能基因”和“找到鸟类起源的一些关键证据”等10项由我国科学家完成或为主完成的重要研究进展入选2009年度中国基础研究十大新闻。

关键词:中国基础研究十大新闻　评选　简介

中图分类号:G31　文献标识码:D

文章编号:100922412(2010)0120003204

DO I:10.3969/j.issn.100922412.2010.01.001

1.北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEP2 C II)是我国“十一五”重大科学工程,总投资6.4亿元,工期5年,由中国科学院高能物理研究所承担建设。工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年5月对撞机的主要性能参数亮度在束流能量1.89Ge V能量下达3.21×1032c m-2s-1,达到设计指标,为改造前的30多倍,是此前该能区对撞机亮度世界纪录的4倍以上。BEPC II工程按进度、按指标、按预算、高质量地完成了各项建设任务,并于2009年7月17日顺利通过国家验收。BEPC II是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,它的建成成为国际同类装置建设的一

个范例,是中国高能物理发展的又一个里程碑。BEPC II试运行期间,北京谱仪III共采集到一亿多ψ(2S)和两亿多J/ψ事例,是目前世界上最大的相关数据样本,并已取得了初步的物理结果。BEPC II建成并投入运行,有望在今后数年里不断取得重大物理成果,进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。

2.查明中国陆地生态系统的碳平衡状况

20世纪80—90年代,全球陆地生态系统每年净吸收1—4Pg(1Pg=1015g)的碳,这抵消掉了约10%—60%的化石燃料燃烧释放的碳。然而,人们对陆地生态系统碳汇的分布及其机制并不清楚。中国位于欧亚大陆的东部,经历着较显著的气候变化,人类活动也异常突出,土地利用/土地覆盖发生了很大改变。另一方面,中国是世界上人口最多的国家,并已成为全球C O

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排放量最大的国家之一。因此准确估算中国碳收支显得格外重要,受到科学界和国际社会的普遍关注。北京大学城市与环境学院朴世龙与方精云研究小组及合作者,利用已有的土地利

用和资源清查数据、大气C O

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浓度观测数据、遥感数据以及气象数据,并结合大气反演模型和基于过程的生态系统碳循环模型,综合研究了中国陆地碳汇/源的时空格局及其机制。结果表明,20世纪80—90年代中国陆地生态系统碳储量平均每年增加0.19—0.26Pg,该数值稍低于美国而与欧洲大陆相当。中

国陆地生态系统碳汇相当于此间中国工业源C O

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总排放量的28%—37%,显著高于欧洲(7%—12%),跟美国相近(20%—40%)。他们的结果还显示,中国陆地生态系统碳汇的空间分布并不均匀,主要分布在南部;而土地利用变化导致过去20年东北地区

的陆地碳储量呈减少趋势,成为大气C O

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源。我国人工造林的增加、区域气候变化以及植被恢复尤其是灌丛恢复是导致我国陆地生态系统碳储量增加的主要原因。相关研究发表在2009年4月23日N a2 tu r e[458(7241):1009—1013]上。

3.揭示A1型短指症致病机理

A1型短指症(BDA1)是人类遗传史上最早有记录的符合孟德尔规律的常染色体显性遗传病,表现为手指中指骨的短小或缺失。此前,上海交通大学

B i o2X生命科学研究中心贺林研究组发现I HH(Ind i2 an Hedgehog)基因的杂合子错义突变导致了该疾病的发生。Hedgehog蛋白是一种在系列发育过程中起重要作用的成形素,其信号能力和范围被认为与其同受体PT CH1和拮抗剂H I P1相互作用的强弱有关。香港大学陈振胜研究组和上海交通大学贺林研究组合作,发现导致BDA1的I HH基因突变(E95K)可以破坏Hedgehog蛋白同PT CH1和H I P1的相互作用。这与目前关于BDA1相关突变集中发生在Hedgehog蛋白的钙结合位点的报道相一致,这些钙结合位点对于其与受体和细胞表面伙伴蛋白的结合是必需的。此外,他们通过分析人工构建的E95K突变小鼠模型,还发现I hh蛋白发生了信号能力和范围的变化,小鼠也出现了与人类指骨畸形一致的骨骼异常。相关研究发表在2009年4月30日N a tu r e [458(7242):1196—1200]上。

4.发现β2抑制因子22复合体信号缺损可导致胰岛素耐受

胰岛素耐受是II型糖尿病的一个重要特征,它是由于胰岛素刺激的胰岛素受体信号传导功能缺陷造成的。通过胰岛素刺激,胰岛素受体募集并磷酸化胰岛素受体底物蛋白,导致磷酸肌醇232OH激酶(P I3K)2Akt信号通路活化。活化的Akt可进一步磷

,最终调节完成胰岛素的大多数代谢行为。β2arrestins(β2抑制因子)通过介导受体与不同效应蛋白结合的方式调节G蛋白偶联受体的生物功能,最终决定信号的特异性、效率和能力。中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢研究组与合作者研究发现,在糖尿病小鼠模型中,β2arrestin2表达显著下调。敲低β2 arrestin2可以加剧胰岛素的耐受,而重新导入β2ar2 restin2后可以恢复小鼠对胰岛素的敏感性。更进一步的研究显示,胰岛素可以刺激新β2arrestin2信号复合物的形成,其中β2arrestin2可将Akt和Src募集到胰岛素受体。β2arrestin2的缺失或功能丧失在体内可导致这一信号复合物缺陷和对胰岛素信号的干扰,因此可能参与了胰岛素耐受的发展和II型糖尿病的进程。上述结果为研究胰岛素耐受的分子病理机制提供了新视角,并为治疗胰岛素耐受和II型糖尿病提出了新的可能方案。相关研究发表在2009年2月26日N a tu r e[457(7233):1146—1149]上。

5.实验证实诱导性多能干细胞具有发育全能性 诱导性多能干细胞(iPS细胞)全能性的验证一直是困扰研究人员的问题,在此前的研究中,iPS细胞都未能通过细胞全能性黄金标准———四倍体囊胚注射方法的验证。中科院动物研究所生殖生物学国家重点实验室周琪研究小组和上海交通大学医学院曾凡一小组合作,利用iPS细胞通过四倍体囊胚注射方法获得了存活并具有繁殖能力的小鼠。实验中,研究人员通过对iPS细胞的培养基以及iPS克隆挑取时间等因素的优化,极大提高了iPS细胞的获得效率及iPS克隆的质量。研究中共制备了37株iPS细胞系,利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体囊胚,其中3株iPS细胞系获得了共计27只成活小鼠。经多种分子生物学技术鉴定,证实这些小鼠确实是由iPS细胞发育而成,并且这些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。此项研究首次证实iPS细胞具有与胚胎干细胞相同的全能性。相关研究发表在2009年9月3日N a tu r e[461(7260):86—90]上。

6.发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体 传统高压理论认为,高压可以有效缩短金属的原子间距,导致价带和导带展宽,进而使其金属性增强。然而,目前实验可达到的压力条件已足以将物质压缩到芯电子发生重叠的状态。这一高压效应会使金属发生复杂的结构相变而具有独特的晶体结构和新奇的电子性质。理论曾预言,简单金属锂和钠在高压下会出现原子配对而导致的绝缘相,但这一预言没有得到其它理论和实验的支持。吉林大学超硬材料国家重点实验室马琰铭研究小组与国外合作者,将理论模拟和高压实验测量相结合发现金属钠在200万大气压下转变为一种新型物质状态———光学透明的宽带隙绝缘态。绝缘态钠具有简单而独特的晶体结构———c轴高度压缩的双六角密堆结构。高压钠的绝缘态不是早期理论预言的原子配对的结果,而是p和d轨道电子杂化,以及芯电子云之间高度交叠的结果。钠原子的价电子受芯电子排斥而高度局域在晶格间隙中,这些在间隙中被“冻结”的价电子完全失去了自由电子的特性,表现出绝缘体的特性。当压力足够使原子的芯电子发生强烈重叠时,这种新型绝缘状态可以在其它元素和化合物中广泛存在。相关研究发表在2009年3月12日N a2 tu r e[458(7235):182—185]上。

7.阐明纳米孪晶纯铜极值强度的形成机制

多晶材料的强度随晶粒尺寸的减小而提高。但理论分析及分子动力学模拟结果显示,当材料晶粒尺寸小于某个临界值后,进一步减小晶粒尺寸可能