高考作文科技創(chuàng)新素材-靜下心處事潛下心研究

高考作文科技創(chuàng)新素材---靜下心處事，潛下心研究目錄：015G已來，6G還有多遠(yuǎn)02“酶”力無窮03發(fā)展氫能正當(dāng)其時04邁過科研起步期的那道坎05靜下心處事，潛下心研究正文：015G已來，6G還有多遠(yuǎn)作者：本報記者袁于飛《光明日報》（2021年11月16日

08版）??現(xiàn)在用手機(jī)下載一部1G的高清電影，通過最快的5G移動網(wǎng)絡(luò)需要多長時間？答案是3秒左右，比4G時代提高了10倍。那么，用6G呢？??“6G時代，1秒鐘就可以下載上百部高清電影！”中國通信學(xué)會常務(wù)理事、北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院執(zhí)行院長彭木根教授告訴記者，6G的傳輸能力可能比5G提升100倍，理論網(wǎng)速能達(dá)到1TB每秒，網(wǎng)絡(luò)延遲也可以從毫秒級降到微秒級。??“除了更快，6G網(wǎng)絡(luò)還會實現(xiàn)地面和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的互通，應(yīng)用也會更加智能?！敝袊ㄐ艑W(xué)會副理事長、北京郵電大學(xué)校長喬建永教授告訴記者，6G技術(shù)是通信、感知、計算融合的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)；隨著5G移動通信技術(shù)的大規(guī)模商用，中國、美國、德國、日本、韓國等多個國家已啟動了6G通信技術(shù)的研究和探索，目前我國6G技術(shù)研發(fā)走在世界前列，規(guī)模試驗及典型應(yīng)用示范最早或許會在2024年年底前進(jìn)行。6G是可以實現(xiàn)全球覆蓋的高速智能網(wǎng)??為什么要發(fā)展6G技術(shù)？“5G難以覆蓋全部陸地，況且陸地在地球上只占了29%，所以5G網(wǎng)絡(luò)需要靠6G衛(wèi)星通信來補(bǔ)充。6G技術(shù)是把陸地?zé)o線通信技術(shù)和中高低軌的衛(wèi)星移動通信技術(shù)及短距離直接通信技術(shù)融合在一起，解決通信、計算、導(dǎo)航、感知等問題，組建空、天、地、海都覆蓋的移動通信網(wǎng)，實現(xiàn)全球覆蓋的高速智能網(wǎng)絡(luò)?！敝袊茖W(xué)院院士、中國工程院院士李德仁說，未來，6G可以實現(xiàn)全球全覆蓋，實現(xiàn)衛(wèi)星通信“一星多用”“多星組網(wǎng)”“多網(wǎng)融合”的智能服務(wù)。??喬建永介紹，6G會是一種無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)向原生智能網(wǎng)絡(luò)方向演進(jìn)，傳統(tǒng)的針對個人通信的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)不再適用，需要重新設(shè)計通信、感知、計算融合的體系架構(gòu)，應(yīng)用場景包括物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)等多種形態(tài)。??“從1G到5G，以前的通信技術(shù)多以基站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為中心，而6G將突破傳統(tǒng)通信單一維度，進(jìn)行通信、計算、感知和能量等的深度融合，更好地滿足未來智能應(yīng)用。”喬建永表示，近年來，智慧交通、無人機(jī)、元宇宙、沉浸式拓展增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實（XR）、高精工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興的智能應(yīng)用不斷演進(jìn)發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法高效支撐很多智能應(yīng)用，所以科學(xué)家現(xiàn)在正大力研發(fā)6G網(wǎng)絡(luò)。6G將在自動駕駛、元宇宙等領(lǐng)域大顯身手??彭木根介紹，6G的應(yīng)用很廣泛，可以解決目前很多領(lǐng)域的瓶頸問題，比如自動駕駛。??“目前智能汽車的感知能力主要依靠本地多種傳感器，包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、GPS、激光雷達(dá)等，雖然綜合精度達(dá)到厘米級甚至毫米級，但仍然無法滿足自動駕駛需求，因為感知范圍受限和感知精度不足，應(yīng)對突發(fā)事件的響應(yīng)能力不足?！迸砟靖f，未來通過6G網(wǎng)絡(luò)，能順利解決當(dāng)前制約無人駕駛和智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸問題。??“現(xiàn)在比較火的元宇宙，也需要6G技術(shù)來支撐?！迸砟靖f，現(xiàn)在虛擬世界的感知主要依賴攝像頭、光電二極管、飛行時間傳感器、慣性傳感器和手柄等，顯示設(shè)備要靠頭戴式顯示器或者全息眼鏡，其體驗遠(yuǎn)達(dá)不到深度沉浸，未來6G將可以為元宇宙提供實時交互、巨容量、全要素感知等，讓用戶“身臨其境”。??喬建永介紹，北京郵電大學(xué)于2019年年初匯聚信息與通信工程、系統(tǒng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、材料、生物等多學(xué)科研究人員，組建了多個面向6G的研發(fā)團(tuán)隊，以實際應(yīng)用為牽引，以基礎(chǔ)理論突破為動力，啟動了多條線路的科研攻關(guān)。我國6G規(guī)模化試驗最早可能出現(xiàn)在2024年??從5G到6G，目前有哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？喬建永介紹，6G是一個復(fù)雜的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前技術(shù)體系面臨的挑戰(zhàn)至少包括傳輸鏈路高動態(tài)變化、網(wǎng)絡(luò)時空行為復(fù)雜、空天地海一體化組網(wǎng)等難題，急需一些顛覆性的材料和技術(shù)突破。??喬建永表示，6G網(wǎng)絡(luò)因為更加快速、更加智能，傳輸?shù)男畔?、使用的設(shè)備、通信的過程等都很復(fù)雜，基礎(chǔ)理論要聚焦系統(tǒng)論、信息論、控制論、博弈論的融合，通信、計算、感知相融合的智能網(wǎng)絡(luò)，還有空天地海一體化的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等都需要信息理論和實踐的顛覆性創(chuàng)新，也就是說6G技術(shù)需要實現(xiàn)基礎(chǔ)理論、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)等的顛覆。??喬建永介紹，6G作為5G的必然演進(jìn)方向，要建立人機(jī)物智能互聯(lián)、高效互通的通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)一體化的多維數(shù)據(jù)協(xié)同處理，以提升感知精度和感知距離，這些都是未來信息通信理論及技術(shù)的全球制高點，雖然國際上6G大規(guī)模商業(yè)化按計劃將于2030年左右實現(xiàn)，鑒于我國對6G的重視和科技創(chuàng)新能力，6G規(guī)模試驗及典型應(yīng)用示范最早或許會在2024年年底前進(jìn)行。??“6G商用后將帶來更多的智能應(yīng)用，市場規(guī)模也將遠(yuǎn)超5G，助力我國新基建、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化等戰(zhàn)略落地。”彭木根表示，6G不僅可以為用戶帶來更加身臨其境的極致體驗，滿足人類多重感官、情感和意識層面的交流互通需求，還可以廣泛應(yīng)用于娛樂生活、醫(yī)療健康、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，助力我國各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，滿足未來智能社會的各種應(yīng)用需求。??(本報記者

袁于飛)02“酶”力無窮作者：吳邊李濤《光明日報》（2021年11月18日

16版）??酶，是生命不可缺少的核心物質(zhì)?；蚓庉?、干細(xì)胞技術(shù)、靶向藥物……生命科學(xué)中的諸多關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品制造，都離不開酶。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家們對酶的理解更深入，利用酶、改造酶，這種“綠色制造”，不僅能改善人類的生活，也開啟了設(shè)計生命的大門。1.發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識酶，一個久遠(yuǎn)的故事??人們對酶的認(rèn)識，或許可以從酒開始講起。有一種觀點認(rèn)為酒是這樣起源的：古代勞動人民有了富余的糧食后，將它們存在空的桑樹洞里。時間久了，糧食就變成了一種具有香味的液體。后來，這種無意的發(fā)現(xiàn)就變成了有意識的行為，釀酒由此而生。但那時的人們并不清楚，釀酒的過程就是人類最早利用酶的開端——糧食中的糖類之所以能夠變?yōu)榫凭?，就是酶在起作用??今天，我們已經(jīng)知道，酶，是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的生物大分子催化劑。??酶的本質(zhì)是具有催化效能的蛋白質(zhì)，它們的空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜而多樣。當(dāng)一種物質(zhì)需要轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)時，有時需要先達(dá)到一個很高的能量級別，有的化學(xué)反應(yīng)因為需要越過這個像高山一樣的能級，遂“望而卻步”或“緩緩而行”；而大自然會使用酶來削低這座山的高度，加速轉(zhuǎn)化過程，科學(xué)家們稱它為“生物催化”。目前已知的酶可以催化超過數(shù)千種生化反應(yīng)。正因為有酶的存在，生物才能進(jìn)行生長、代謝、發(fā)育、繁殖等生命活動。??從無意識地利用，到科學(xué)地認(rèn)知，人們對酶的認(rèn)識經(jīng)歷了一個漫長而久遠(yuǎn)的過程。??19世紀(jì)，人們逐步發(fā)現(xiàn)食物在胃中能夠被消化，植物的提取液可以將淀粉轉(zhuǎn)化為糖等現(xiàn)象，從而初步認(rèn)識了酶的催化作用。1878年，生理學(xué)家Wilhelm

Friedrich

kühne首次提出了酶的概念。1897年，德國科學(xué)家Eduard

Buchner開始對不含細(xì)胞的酵母提取液進(jìn)行發(fā)酵研究，最終證明發(fā)酵過程并不需要完整的活細(xì)胞存在。這一發(fā)現(xiàn)打開了通向現(xiàn)代酶學(xué)與現(xiàn)代生物化學(xué)的大門，其本人也因“發(fā)現(xiàn)無細(xì)胞發(fā)酵及相應(yīng)的生化研究”而獲得了1907年的諾貝爾化學(xué)獎。??人們在認(rèn)識到酶是一類不依賴于活體細(xì)胞的物質(zhì)后，開始鑒定其生化組成成分。1926年，美國生物化學(xué)家James

Batcheller

Sumner分離獲得了尿素酶的晶體，首次提出酶是蛋白質(zhì)。1930年，John

Howard

Northrop和Wendell

Meredith

Stanley通過對胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等消化性蛋白酶的研究，最終確認(rèn)酶是蛋白質(zhì)。以上三位科學(xué)家因此獲得1946年度諾貝爾化學(xué)獎。??為了研究酶分子的精妙結(jié)構(gòu)，探究它的催化原理，科學(xué)家可通過X射線晶體學(xué)、冷凍電鏡等手段研究酶的三維結(jié)構(gòu)。1965年，第一個獲得結(jié)構(gòu)解析的酶分子——溶菌酶的發(fā)表，標(biāo)志著酶結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的開始，使酶在分子水平上的工作機(jī)制解析成為可能，從而可引導(dǎo)人們對酶進(jìn)行分子改造，拓展酶的用途。2.酶，生命功能的執(zhí)行者??隨著研究的深入，大家發(fā)現(xiàn)，酶對于生命體是如此重要——不要以為“催化”只是一個化工上的名詞，生命就是一場盛大的化學(xué)事件，人體是一個極其復(fù)雜的“生物化學(xué)反應(yīng)器”，由酶驅(qū)動的生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)奠定了生命活動的核心基礎(chǔ)。??其中，我們首先要說到酶的最大作用——高效的催化劑。在生命體中，每分每秒都在發(fā)生催化反應(yīng)。比如，人類吃的食物并不直接提供能量，而是要將食物中的葡萄糖進(jìn)行氧化，才能釋放能量，以維持生物體的體溫，并為生命活動提供能源。??如果沒有酶的參與，在常溫常壓條件下，實現(xiàn)這一系列的反應(yīng)，需要幾年甚至更長的時間——如果沒有酶，消化一口饅頭可能要一年時間。若要加快反應(yīng)速度，就必須使用三百度以上的高溫，而這在生物體內(nèi)是不可能實現(xiàn)的。我們體內(nèi)一些酶，可以將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率提高數(shù)百萬倍到上億倍。正是在一系列酶的催化作用下，葡萄糖氧化的過程，才能在常溫常壓下瞬間完成。??一些酶促反應(yīng)會與我們的感知不經(jīng)意相交，是它們讓我們感受到酸甜苦辣。例如，當(dāng)我們反復(fù)咀嚼饅頭或米飯，舌頭即會感知甜味，這是由于唾液腺分泌的淀粉酶，促使淀粉部分分解為麥芽糖。??而酶的存在也能解釋很多現(xiàn)象。比如，為什么有的人飲酒會“上臉”，有些人則不會？為什么人會“宿醉”？這與兩個酶關(guān)聯(lián)甚重：肝中的乙醇脫氫酶負(fù)責(zé)將酒中的乙醇氧化為乙醛，生成的乙醛進(jìn)一步在乙醛脫氫酶的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的乙酸。有的人乙醇脫氫酶活性高，則飲酒后乙醛水平迅速升高，乙醛使毛細(xì)血管擴(kuò)張，表現(xiàn)為人的面部潮紅；可若他（她）體內(nèi)的乙醛脫氫酶活性較低，那么難以轉(zhuǎn)化的乙醛在體內(nèi)堆積，會導(dǎo)致宿醉，甚至造成肝損傷。??這些特點讓酶與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)密不可分。例如，醫(yī)生可以通過檢測人體特定的酶的含量，來判斷疾病的狀況。例如，轉(zhuǎn)氨酶異常升高時，指示肝臟可能受了損。測定一組酶，比較不同酶的變化，為臨床診斷提供依據(jù)，稱為酶譜檢測。再比如，心肌酶譜綜合了心肌的多種酶，心肌細(xì)胞壞死時，釋放到血清中的心肌酶會發(fā)生異常。檢測這些心肌酶，對診斷心肌梗死以及評價溶栓治療效果有一定的臨床價值。??而酶，也成為治病的藥物。鏈激酶、尿激酶作為溶栓治療的常用藥物，已有數(shù)十年的臨床應(yīng)用歷史。鏈激酶是第一個用于臨床的溶栓藥物蛋白酶，但它在體內(nèi)的半衰期短，且生產(chǎn)成本高。將鏈激酶用基因工程的手段進(jìn)行改造，得到重組鏈激酶，作用時間延長，易于生產(chǎn)且更安全可控。3.酶，日常生活的“幫手”，生物制造的“芯片”??除了催化的高效性，酶還具有很多特點。??酶的一個重要特點是專一。通常，一種酶只催化一種物質(zhì)、發(fā)生一種反應(yīng)，或者化學(xué)結(jié)構(gòu)類似物質(zhì)的相同反應(yīng)，對其他物質(zhì)則不會產(chǎn)生催化作用。這也保證了酶在我們體內(nèi)不會“亂來”——如葡萄糖氧化酶，只催化葡萄糖的醛基氧化為葡萄糖酸，而不會催化葡萄糖的其他基團(tuán)，亦不會催化其他物質(zhì)的氧化反應(yīng)。生物體在不斷的進(jìn)化過程中賦予各種酶專屬的功能，一旦由于某些原因造成某一種酶的缺失，或催化活性低下，生物的新陳代謝就會紊亂，可能導(dǎo)致疾病甚至死亡。這也是很多疾病產(chǎn)生的原因之一。??酶還具有分子結(jié)構(gòu)多樣性的特點。酶分子通常比需要進(jìn)行反應(yīng)的底物大得多，其結(jié)構(gòu)中只有一小部分（大約1~10個氨基酸）直接與底物相作用，被稱為催化位點，數(shù)個催化位點組成酶的活性中心，而酶的其余部分支撐了活性中心，使酶能夠根據(jù)環(huán)境做出部分改變。??酶的另一個特征是結(jié)構(gòu)與功能的易變性。多數(shù)酶需要溫和的條件來確保高效的催化效能，當(dāng)超出適宜的溫度和酸堿度范圍后，酶的活性會顯著下降。一些分子也可以影響酶的活性，如酶抑制劑能降低酶的活性，而酶激活劑能提高酶的活性。如今，許多藥物都是酶的抑制劑，例如一些癌癥靶向藥，就是通過抑制一些“失控”的酶來治療腫瘤。??酶也是脆弱的，被加熱或與化學(xué)變性劑接觸時，酶原有的結(jié)構(gòu)被打亂，活性也隨之喪失。當(dāng)然，也存在一些極端情況，比如生活在火山環(huán)境中的細(xì)菌體內(nèi)的酶具有很強(qiáng)的耐熱性；又如胃蛋白酶在胃液極酸的條件下才具有良好的催化活性。??這樣的特性，讓酶在人們的日常生活和現(xiàn)代工業(yè)中也具有重要作用。??我們的日常生活離不開酶。比如開門七件事“柴米油鹽醬醋茶”中，醬油、醋、茶葉的發(fā)酵都離不開酶。在醬油釀造中，通過微生物所產(chǎn)生的酶，加速完成了蛋白質(zhì)水解、淀粉糖化、有機(jī)酸發(fā)酵等各類生化反應(yīng)；豆瓣醬、醋、腐乳、酸奶等的生產(chǎn)，離不開各種微生物中的酶。再比如洗衣粉也離不開酶。衣物上常見的污漬，比如奶、蛋、果汁、汗?jié)n都含有蛋白質(zhì)，很難被表面活性劑或其他助洗劑分解去除。只有在其中添加蛋白酶，把污垢中的蛋白質(zhì)先分解成可溶性的肽或氨基酸，才能讓衣服干凈如新。??對現(xiàn)代工業(yè)而言，酶，也是綠色生物制造的核心“芯片”。由于酶具有高催化效率、高度的專一性、作用條件溫和、可生物降解等優(yōu)點，在工業(yè)制造中可減少原料和能源的消耗，降低廢棄物的排放，具有綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的典型特征。??例如，藥廠用特定的合成酶來合成抗生素；纖維素被纖維素酶分解后進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料。在科學(xué)研究中，基因操作的“分子剪刀”“縫合器”與“精準(zhǔn)編輯器”本質(zhì)都是酶；塑料垃圾也可以找到或者改造出對應(yīng)的高效酶使其完全降解，這樣的例子舉不勝舉。有研究表明，工業(yè)生產(chǎn)中平均每使用1公斤酶制劑，能夠減少100公斤的二氧化碳排放，而生產(chǎn)1公斤酶制劑，平均產(chǎn)生的碳排放量不足10公斤——這為“碳達(dá)峰”“碳中和”的到來提供了良好的解決方案。4.從天然酶到人工酶，酶研究始于足下??酶是大自然給予我們?nèi)祟惖酿佡?。在自然界?shù)億年的進(jìn)化過程中，酶分子形成了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以行使各自的功能。從生物體找尋適宜屬性的天然酶是目前工業(yè)用酶的重要來源。自然環(huán)境中的微生物具有豐富的多樣性，1克土壤中含約1000～100000種微生物，酶在自然選擇壓力下還在不斷地進(jìn)化與演變，使自然界的酶資源寶庫不斷豐富。??直接從環(huán)境樣本中篩選與鑒定新酶是重要的酶發(fā)掘手段之一，比如20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們從熱泉中篩選到耐高溫的DNA聚合酶，成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究不可或缺的PCR技術(shù)基礎(chǔ)。而近年來新方法學(xué)的突破，例如大規(guī)?；驕y序技術(shù)、基因人工合成技術(shù)、高通量篩選技術(shù)，使科學(xué)家們也開始使用數(shù)據(jù)挖掘的手段來發(fā)掘新酶。??為了構(gòu)建整體化酶資源體系，實現(xiàn)酶資源的分析、評價和利用，中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源專項支持了多個研究所，共同聯(lián)合建立了覆蓋上千種不同工業(yè)反應(yīng)的酶庫，迄今已支持了數(shù)十家行業(yè)龍頭和新興科技企業(yè)的技術(shù)升級與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國酶資源產(chǎn)業(yè)化變革升級提供了重要戰(zhàn)略支撐。??雖然天然酶資源豐富，但它們能催化的反應(yīng)與工業(yè)上的需求仍存在差距?？茖W(xué)家們也在不斷地學(xué)習(xí)自然，創(chuàng)制滿足特定需求的人工酶。為了滿足生物制造業(yè)的高效能、高強(qiáng)度、操作柔性的要求，工業(yè)酶應(yīng)具有優(yōu)異的酸堿、溫度、離子強(qiáng)度、有機(jī)溶劑及底物耐受性能，能夠在較寬的過程參數(shù)下發(fā)揮催化作用。因此，理解工業(yè)環(huán)境下酶的催化行為，并開展適應(yīng)性改造，使其發(fā)揮最大催化潛力，成為亟須破解的瓶頸。??為此，科學(xué)家們發(fā)展了酶工程技術(shù)，將酶分子進(jìn)行改造與重新設(shè)計，從而改善酶的性能，使其能夠用于工業(yè)環(huán)境。該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物Frances

H.Arnold創(chuàng)立了模擬自然的定向進(jìn)化方法，也因此項技術(shù)的發(fā)明獲得了2018年諾貝爾化學(xué)獎。定向進(jìn)化在眾多酶的改造上取得了重大成功，例如，重要的一線降血糖藥物西格列汀就是由人工改造的酶所合成。??對酶的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，使人們能夠從結(jié)構(gòu)的角度理解酶的功能，分子動力學(xué)模擬為酶催化的動態(tài)過程提供信息，而人工智能技術(shù)則可對酶分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。這些技術(shù)的結(jié)合，使科學(xué)家們能夠以更精巧的方式對酶進(jìn)行設(shè)計。例如，中科院微生物所的研究人員即利用多尺度計算酶設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)了系列手性氨基酸的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。但在酶的結(jié)構(gòu)與功能的生物物理機(jī)制尚未被完全解析的情況下，設(shè)計高性能的酶仍存在巨大的挑戰(zhàn)。??目前，天然酶與人工酶一起實現(xiàn)了眾多高價值產(chǎn)品的生物合成，生物催化正處于第三次發(fā)展浪潮中，酶改造的進(jìn)程也在大幅加快。可以預(yù)見，隨著人們對酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系認(rèn)識的不斷深入，以及人工智能的迅速發(fā)展，酶的設(shè)計與合成將更為快速、理性、精準(zhǔn)，酶催化功能改善的幅度和范圍也將進(jìn)一步拓展。酶的綠色與可持續(xù)的特征將進(jìn)一步凸顯，助力我們享受更美好的生活。??文章的最后，我請讀者和我一起思考一個問題：如果酶能設(shè)計，那么生命呢？??生命是一個多層次的復(fù)雜系統(tǒng)。若要人工合成生命，需要自下而上的工程化體系，而酶則是該體系的底層基礎(chǔ)。循此理念，近期中國科學(xué)家完成了二氧化碳合成淀粉的研究。其中，人工設(shè)計的新酶——甲醛聚合酶，打通了在生物體外無機(jī)碳到有機(jī)碳的關(guān)鍵通路。由于地球生物是碳基生命，該工作將大自然中的無機(jī)碳轉(zhuǎn)換為生命體中的有機(jī)碳，為創(chuàng)造生命提供了能量輸入的基礎(chǔ)，實現(xiàn)了合成生命的重要一步。??從基因到蛋白質(zhì)，再到細(xì)胞，最終組合形成生物體——生命的設(shè)計之路還很遙遠(yuǎn)，而酶學(xué)研究的工作恰始于足下。??（作者：吳邊系中科院微生物研究所研究員，李濤系該所博士生）03發(fā)展氫能正當(dāng)其時作者：于冠一朱麗《光明日報》（2021年11月18日

16版）??【科學(xué)隨筆】??氫能是一種二次能源，它通過一定的方法利用其他能源制取，具有清潔無污染、可儲存、與多種能源便捷轉(zhuǎn)換等優(yōu)點，逐步成為全球可再生能源中生產(chǎn)規(guī)模較大的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)能源在應(yīng)用過程中產(chǎn)生的二氧化碳相對較多，氫能作為零碳排放燃料，可有效地降低二氧化碳排放量，改善環(huán)境問題，減輕全球氣候變暖帶來的影響，助力綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。近年來，由于不可再生能源的過度開發(fā)，全球面臨著嚴(yán)重能源危機(jī)。如果不能尋求到儲量豐富且清潔安全的新能源，全球的工業(yè)生產(chǎn)以及人民生活將會受到極大的影響。氫能是可以實現(xiàn)再生且清潔安全的，既可以利用化石燃料生產(chǎn)，又可以利用可再生能源水解來進(jìn)行生產(chǎn)，儲運(yùn)比較方便，在交通供熱中都不會產(chǎn)生環(huán)境污染，通過能源載體和循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)可以實現(xiàn)可持續(xù)的氫利用，極大地緩解全球當(dāng)前的能源危機(jī)問題。??我國對于新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常重視。作為新能源的重要發(fā)展方向，氫能產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展期。從中央到地方，關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和布局正在緊鑼密鼓地進(jìn)行。例如，成立了國家級產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟——中國氫能聯(lián)盟，并給予了相應(yīng)的政策、經(jīng)濟(jì)支持，支持力度逐步提升。而在積極響應(yīng)雙碳目標(biāo)背景下，各地政府和企業(yè)已將目光瞄準(zhǔn)氫能領(lǐng)域。目前我國有20多個省級市、40多個地級市推出了60多個氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃?？梢灶A(yù)見，氫能作為未來清潔能源的重要組成部分，將在新能源消納、交通運(yùn)輸領(lǐng)域、碳減排等方面發(fā)揮重要作用。??發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)能夠有效緩解我國面臨的能源安全問題，是替代化石能源、實現(xiàn)碳中和的重要選擇。進(jìn)行氫能深入開發(fā)，能夠推動我國能源轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展和應(yīng)對全球氣候變化。但在發(fā)展中，也面臨很多問題。比如，我國目前能源項目較多，但是氫能企業(yè)數(shù)量相對較少，在氫能產(chǎn)業(yè)方面投入的資金以及技術(shù)支持較為有限，氫能產(chǎn)業(yè)尚處在發(fā)展初期階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨著諸多難題。例如，我國科技領(lǐng)域氫能基礎(chǔ)研究實力較為薄弱，原始創(chuàng)新不多。在產(chǎn)業(yè)鏈條上，氫品質(zhì)、儲運(yùn)、加氫站和安全標(biāo)準(zhǔn)較少，氫品質(zhì)檢測和氫氣泄露等重要測試裝備欠缺，權(quán)威檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)尚未形成。??氫燃料電池技術(shù)是一個比較典型的例子。近年來，我國科技界對氫燃料電池的發(fā)展非常關(guān)注，在關(guān)鍵材料和核心技術(shù)開發(fā)方面已有突破。但關(guān)鍵零部件主要依靠進(jìn)口，關(guān)鍵組件制備工藝與國際領(lǐng)先水平仍有明顯差距，存在核心技術(shù)薄弱等現(xiàn)象。從制氫、儲氫、用氫等環(huán)節(jié)技術(shù)尚不成熟，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，綜合成本偏高等問題制約大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行。??現(xiàn)代科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的成熟，不能只依靠自身，應(yīng)該抱著開放的心態(tài)，以國際智力資源為我服務(wù)。在加強(qiáng)氫能國際合作中，應(yīng)注意策略和方法，以實現(xiàn)合作共贏。??首先，深化當(dāng)前氫能合作關(guān)系。當(dāng)前，我國與部分國家已經(jīng)展開了一定的氫能合作，并且取得了一定的效果。但是我國與相應(yīng)國家的氫能戰(zhàn)略合作處于初期發(fā)展階段，國外所提供的大多是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等服務(wù)，對于我國氫能技術(shù)的支持相對比較欠缺。在合作中，我們應(yīng)更注重技術(shù)、特別是先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新。??同時，在合作中，應(yīng)發(fā)揮各自的優(yōu)勢形成互補(bǔ)。比如，在氫能方面，我國具有豐富的可再生能源、水資源等獨特優(yōu)勢，俄羅斯擁有巨量氫氣資源和外輸渠道，法國在工業(yè)氣體生產(chǎn)以及服務(wù)公司等方面具有優(yōu)勢，日本則是全球氫能研究和應(yīng)用較完備的國家。通過不斷深化國家間的氫能戰(zhàn)略合作關(guān)系，可以促進(jìn)在技術(shù)層面更廣領(lǐng)域的深入交流，達(dá)成在更高層次的有效合作，實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷升級優(yōu)化。??其次，打造國際氫能合作平臺。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，各國所遇到的問題是不同的，通過友好交流合作，能夠幫助各國尋找有效的解決策略。在加強(qiáng)國家之間合作的基礎(chǔ)上，還應(yīng)鼓勵企業(yè)之間的合作。為此，我國應(yīng)積極打造和完善具有國際性、多層次的氫能產(chǎn)業(yè)合作交流平臺。通過合作交流平臺，探討在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中遇到的難題并探尋有效的解決方案，加強(qiáng)合作、資源共享、合力互助，推動本國乃至全球的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。通過國際間的有效合作，氫能產(chǎn)業(yè)將提前出現(xiàn)拐點，迎來快速發(fā)展的機(jī)遇期。??最后，加強(qiáng)對外氫能政策解讀。氫能產(chǎn)業(yè)的國際合作涉及各國的氫能政策，而國家政策的有效支撐，是促進(jìn)國際合作持續(xù)開展的基本前提和未來發(fā)展的重要基石。我國在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中要更加地關(guān)注國際市場發(fā)展動態(tài)，靈活調(diào)整對外氫能政策，真正實現(xiàn)清潔能源的研發(fā)和推廣應(yīng)用，助力國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)合作可持續(xù)發(fā)展。??此外，能源研究機(jī)構(gòu)、能源企業(yè)在發(fā)展過程中應(yīng)充分重視國際化能力建設(shè)與培養(yǎng)，密切跟蹤國內(nèi)外氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，學(xué)習(xí)國際上先進(jìn)政策經(jīng)驗，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和成果合作，提升研究質(zhì)量，發(fā)布中英文成果報告，促進(jìn)國際氫能政策解讀。??政策扶持對于早期氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過抓住氫能產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，利用氫能的全球項目規(guī)模擴(kuò)大，氫能將在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，幫助多個行業(yè)實現(xiàn)脫碳目標(biāo)?？梢灶A(yù)見，隨著我國制定完善的氫能發(fā)展戰(zhàn)略和深入推進(jìn)氫能國際合作，氫能的全球影響力將不斷擴(kuò)大，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有望進(jìn)入高速發(fā)展軌道，助力我國“雙碳”目標(biāo)的早日實現(xiàn)。??（作者：于冠一系天津大學(xué)建筑學(xué)院APEC可持續(xù)能源中心講師；朱麗系該中心主任、教授）04邁過科研起步期的那道坎——青年科學(xué)家把握“關(guān)鍵十年”的故事作者：本報記者楊颯《光明日報》（2021年11月16日

12版）??【青年聚焦·科研初期的“關(guān)鍵十年”】??“實驗步驟對不對？研究方向行不行？這條路還要不要走下去？”在科研起步階段，很多科學(xué)工作者幾乎每天都要問自己這樣的問題，每天都要面對疑惑和不確定的探索?？蒲袆?chuàng)新路上，沒有人能給出確定的回答，包括探索者自己。??唯有日復(fù)一日地嘗試，持續(xù)一年、兩年、三年……一些青年科學(xué)家坦露，從博士畢業(yè)開始算起，他們至少有五至十年的時間白手起家，歷經(jīng)艱難，向著自己第一個學(xué)術(shù)成果進(jìn)發(fā)。如果是基礎(chǔ)學(xué)科，時間可能更長。??“這個階段很復(fù)雜，有進(jìn)步，卻總有曲折。”盡管艱難，一些樂觀的青年科學(xué)家仍將它稱之為“黃金十年”。??近年來，他們在科研初始階段的處境越來越被重視，國家及院校機(jī)構(gòu)持續(xù)加大對科研工作者的扶持力度，社會各界也伸出了援助之手，呼出鼓勵之聲。如騰訊發(fā)起的“科學(xué)探索獎”等社會類項目，就選擇并資助一些優(yōu)秀的科研人員，為他們科研初始階段提供幫助。??本期青年說，我們走進(jìn)第三屆“科學(xué)探索獎”的部分青年科學(xué)家，一起回顧他們在關(guān)鍵十年里的難忘瞬間，分享他們在科研道路和現(xiàn)實壓力之間尋求平衡、實現(xiàn)突破的故事?！敖怄i密碼”的靈感來自尋常的積累??“既然是創(chuàng)新，前方當(dāng)然沒有先例可循。”80后青年科學(xué)家、北京大學(xué)納光電子前沿科學(xué)中心副主任、第三屆“科學(xué)探索獎”信息電子領(lǐng)域獲獎?wù)唏R仁敏說。??在讀博士期間，馬仁敏參與實現(xiàn)了國際上首個等離激元納米激光器。當(dāng)時，等離激元納米激光器需要被冷卻到液氦溫度才能工作。??做博士后時，馬仁敏想研究在室溫下即可工作的等離激元納米激光器，“夜以繼日地在實驗室搞了半年多時間，做了幾百個器件，都沒有成功”。??馬仁敏回憶：“凌晨兩三點，我一個人在實驗室。旁邊一個很大的液氦罐子，零下兩百多度，往外冒白煙。我就坐在那里想：‘我為什么做不出來’。”??在科研起步階段，馬仁敏記不清有多少個日子重復(fù)著這樣的情景，希望立了又破，破了又立，成功似乎不遠(yuǎn)了，可這“不遠(yuǎn)”究竟又是多遠(yuǎn)呢？??也就是那個凌晨，一次意外的嘗試，馬仁敏發(fā)現(xiàn)了室溫等離激元納米激光器的實現(xiàn)途徑。馬仁敏“動若脫兔、趁熱打鐵”，拿出全力跟進(jìn)研究，最終成功發(fā)表了這項成果?！霸谑≈袑W(xué)習(xí)，在挫折中收獲意外之喜，是科研中最有樂趣的部分。當(dāng)你感到‘柳暗花明又一村’，或者‘絕處逢生’的時候，心情是非常好的?！瘪R仁敏說。??直到現(xiàn)在，馬仁敏仍然時常有“柳暗花明”的喜悅之感。在研究微腔中如何操控光時，馬仁敏發(fā)現(xiàn)，光并沒有按照事先設(shè)定的順時針方向走，而是按照逆時針方向走。為什么？??“我們花時間搞清楚這件事情時，發(fā)現(xiàn)了一個光輻射新機(jī)制?！瘪R仁敏說，“找到問題‘解鎖密碼’時的成就感、揭開問題真相時的釋然感，非常美妙。”??科研是實實在在的事情，沒有那么多石破天驚。特別在最初階段，科學(xué)家不得不經(jīng)歷平淡無奇又漫長的日子?！拔覀兌枷Ｍ龀隹茖W(xué)上重要的突破，但重大突破并不容易。所以做科研需要既心懷理想，又腳踏實地。停滯不前時，不如找一些重要的、又適合自己當(dāng)前能力的課題?！瘪R仁敏說，而那些柳暗花明的“奇跡”，往往就存在于這個過程里。單打獨斗難，那就聚成一團(tuán)火??博士畢業(yè)回國，80后青年科學(xué)家、電子科技大學(xué)教授、第三屆“科學(xué)探索獎”前沿交叉領(lǐng)域獲獎?wù)邊瘟真?，在?dāng)時學(xué)校的支持下組建團(tuán)隊、搭建科研平臺。??她和團(tuán)隊始終以一種“科研敢死隊”的狀態(tài)，步履不停。2013年，呂琳媛及團(tuán)隊成員出版了專著《鏈路預(yù)測》，這是國內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)信息挖掘與社會經(jīng)濟(jì)復(fù)雜性研究領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作。??一群人的奮斗與一個人獨自拼搏完全不同?！皬膫€人來講，科研相對比較單純，但是從團(tuán)隊的整體來看，肩上的擔(dān)子就重了許多，需要想辦法養(yǎng)活‘一大家子人’。”這對呂琳媛來說是一個新的挑戰(zhàn)。??“四個科研人員、兩個科研助理、二十多個學(xué)生，每年都有一筆不小的支出。作為負(fù)責(zé)人，除了科研以外，申報項目、申請經(jīng)費(fèi)、支持團(tuán)隊研究也是日常工作的重要部分?！绷硗?，呂琳媛還幫助了一些家里較貧困的學(xué)生出國留學(xué)。??作為團(tuán)隊帶頭人，既要鉆研工作，也要有全局方向性的把控能力。在團(tuán)隊管理上，呂琳媛會鼓勵大家去做面向未來的、探索性的、“從0到1”的工作，同時也兼顧好在現(xiàn)有評價體系下的考核性任務(wù)。在呂琳媛看來，這種鼓勵既是給團(tuán)隊里更年輕的人的，也是給自己的。??團(tuán)隊不怕苦，多年來迎著困難拼搏邁進(jìn)?！拔液蛨F(tuán)隊發(fā)表的論文引用領(lǐng)域越來越廣泛，許多其他領(lǐng)域的學(xué)者會將我們的方法用來分析處理他們各自領(lǐng)域的問題。比如，在系統(tǒng)生物學(xué)上，學(xué)者可以用我們的方法來做致病基因的預(yù)測等。這對于我和團(tuán)隊來講非常重要，也很有成就感?！??這種成就感和“被需要”的真實感受，讓呂琳媛在起步的關(guān)鍵年份里有了一種使命感。“作為團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，需要在打好基礎(chǔ)的前提下快速成長，在成長中去帶動青年老師和學(xué)生的發(fā)展?！眻F(tuán)隊需要呂琳媛，呂琳媛也認(rèn)為自己離不開團(tuán)隊，她將自己獲得的成長歸因于團(tuán)隊的共同努力。??因為堅持原創(chuàng)性研究，呂琳媛的科研路越走越寬。無論是畢業(yè)后供職的杭州師范大學(xué)，還是如今所在的電子科技大學(xué)，她都得到學(xué)校的鼎力支持?！翱茖W(xué)探索獎”主辦方曾明確表示：“我們設(shè)立這樣的獎項，就是想支持青年科學(xué)家展望未來?！??在關(guān)鍵年份里的奮斗，讓呂琳媛對自己的專業(yè)領(lǐng)域也有了更深刻的認(rèn)識?！敖徊婵茖W(xué)的研究不是為交叉而交叉，而是交叉之后能夠解決原有理論和方法無法解決的難題，這也激勵著我和團(tuán)隊一直去思考未來工作的價值，思考這些工作能夠帶來哪些新的發(fā)現(xiàn)、對社會有什么貢獻(xiàn)，哪怕只是一點點小小的推動?！眳瘟真抡f。既然搞科研，就要有信念感??荷葉為何不沾水？蝴蝶翅膀為何變色？金槍魚怎么減阻？鴿子如何通過傳感導(dǎo)航……大自然中各種生物充滿奧秘的“技能”，都是青年科學(xué)家、北京航空航天大學(xué)教授、第三屆“科學(xué)探索獎”先進(jìn)制造領(lǐng)域獲獎?wù)哧惾A偉做仿生研究的靈感來源。??師法自然，從自然界中尋求靈感解決工程技術(shù)難題，是陳華偉的日常工作。??在博士畢業(yè)剛回國的那幾年，陳華偉曾陷入困惑：在國外一直做先進(jìn)制造的基礎(chǔ)研究，自己如何才能更好地融入國內(nèi)的研究環(huán)境？怎么才能做好基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用的融合？??“既然搞科研就要有信念感，帶著信念感先觀察、后行動。”陳華偉在跟知名院士們?nèi)〗?jīng)時，得到了這樣的建議。同時，他發(fā)現(xiàn)“不能不重視基礎(chǔ)理論只做工程，也不能只做理論研究不做工程，而是需要打通它們各自的全過程，結(jié)合起來做”。??不冒進(jìn)，不盲從，用心觀察之后再作選擇、下力氣，陳華偉面前的科研道路明朗了起來?！肮δ軤恳背蔀殛惾A偉研究的指導(dǎo)理念，“想解決哪個工程應(yīng)用難題，就去尋找自然界中生物原型的功能相似性，兼顧基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用”。??針對醫(yī)療和航空領(lǐng)域防滑和防粘的需求，陳華偉和團(tuán)隊成員經(jīng)過細(xì)致分析和多次試驗，找到了樹蛙和豬籠草“幫忙”。豬籠草的表面濕滑，有優(yōu)異的濕滑機(jī)制，能使蟲子在上面無法駐足來捕食蟲子；而樹蛙有優(yōu)異的防濕滑特性，濕潤環(huán)境下可以在樹上爬行，剛好可以站立在豬籠草上面。??獨到的眼光，精準(zhǔn)的選擇，大大縮短了科研項目從醞釀到出成果的時間。2016年，陳華偉團(tuán)隊在《自