【微观清华】清华两项成果入选！2019年度中国科学十大进展公布

2月27日，科技部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）发布2019年度中国科学十大进展，清华大学牵头完成的“构架出面向人工通用智能的异构芯片”和参与完成的“破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能”两项成果入选。

当晚，中央电视台新闻联播的联播快讯也对相关成果进行了报道。

一、构架出面向人工通用智能的异构芯片

发展一个能够同时支持流行的基于计算机科学的人工神经网络和受神经科学启发的模型和算法的通用平台非常重要。清华大学类脑计算中心施路平研究组与合作者提出了一种天机芯片架构，它高效集成了上面的两种方法，提供了一个异构集成的协同计算平台。该芯片采用多核结构、可重构构件和流线型数据流的混合编码方案，既能同时独立支持基于计算机科学的机器学习算法和神经科学主导的算法以及神经科学中的多种编码方案，还支持两者的异构混合建模，提供新的解决方案。研究人员仅使用一个芯片，演示了无人驾驶自行车系统中通用算法和模型的同步处理，实现了实时目标检测、跟踪、语音控制、避障、过障和平衡控制。该项研究有望为更通用的硬件平台发展铺平道路并推动AGI的发展。

二、破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能

硅藻PSII-FCPII超级复合体在类囊体膜上的示意图

光合作用利用太阳光把二氧化碳和水转换成有机物和氧气，为地球上几乎所有生物的生存提供了能源和氧气。为了适应不同的光环境，光合生物进化出了各种不同的色素分子和色素结合蛋白，由此来最大程度地利用不同环境下的光能。硅藻是一种丰富和重要的水生光合真核生物，占水生生物原初有机物生产力的40%，或地球总原初生产力的20%，在全球的碳循环中发挥了重要作用。硅藻在水生环境下成功繁殖的重要因素之一是因为它含有岩藻黄素/叶绿素结合膜蛋白（FCPs），该色素蛋白使硅藻具有独特的光捕获和光保护及快速适应光强度变化的能力。

中国科学院植物研究所沈建仁、匡廷云研究组报道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶体结构，揭示了蛋白支架内的7个叶绿素a、2个叶绿素c、7个岩藻黄素以及可能的1个硅甲藻黄素的详细结合位点，从而揭示了叶绿素a和c之间的高效能量传递途径。该结构还显示了岩藻黄素与叶绿素之间的紧密相互作用，使能量通过岩藻黄素高效地传递和淬灭。该研究团队进一步与清华大学生命科学学院隋森芳研究组合作，解析了硅藻的光系统II（PSII）与FCPII超级复合体的分辨率为3.0埃的冷冻电镜结构。该超级复合体由两个PSII-FCPII单体组成，每个单体包含了1个具有24个亚基的PSII核心复合体和11个外周FCPII天线亚基，其中的FCPII天线以2个FCPII四聚体和3个FCPII单体存在。整个PSII-FCPII二聚体包含230个叶绿素a分子、58个叶绿素c分子、146个类胡萝卜素分子以及锰簇复合物、电子传递体和大量脂分子等。该结构揭示了硅藻PSII核心中特有亚基的特点及其与高等植物PSII-LHCII复合体明显不同的天线亚基排列方式，以及硅藻巨大的色素分布网络，为阐明硅藻高效的蓝绿光捕获、能量转移和耗散机制提供了坚实的结构基础。

硅藻PSII-FCPII超级复合体整体结构。A图从类囊体基质侧看整个PSII-FCPII超级复合体，虚线将整个结构分为两个单体。B图将PSII-FCPII单体的各个亚基名称标识出来。C图和D图将类囊体腔侧的5个蛋白亚基名称标识出来。

“中国科学十大进展”遴选活动由科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）牵头举办，至今已举办15届，旨在激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神，开展基础研究科学普及，促进公众理解、关心和支持基础研究，在全社会营造良好的科学氛围。

“2019年度中国科学十大进展”分别为：探测到月幔物质出露的初步证据、构架出面向人工通用智能的异构芯片、提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案、破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能、基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃、阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理、青藏高原发现丹尼索瓦人、实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验、揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制、首次观测到三维量子霍尔效应。

据介绍，此次遴选邀请专家从320项推荐科学研究进展中初选出30项进入终选，终选采取网上投票方式，邀请中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划总体专家组专家和项目负责人等2600余名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票，得票数排名前10位的科学进展入选“2019年度中国科学十大进展”。

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