【萨德基】
2023年5月27日，是武大大学118十周年院庆。“院庆种种活动，以促进自然科学自然学术研究为服务中心。”从1954年院庆前夜新任校长马叙伦提出这一主张开始，在院庆期间举办自然科学讨论会，就成为武大的关键学术自然学术研究现代之一。
赓续学术自然学术研究现代，五十年悠悠由是。5月9日起，来自该社商科医各系的50多名武大青年教师将陆续带来学术自然学术研究演说。
5月25日，欢庆创校118十周年张相院庆系列学术自然学术研究讨论会“走进此基础自然学术研究”理科展演暨2022年度武大大学“十大科技进展”颁奖在武大大学张相堂天主堂举行。电化学自然工程学系副教授陈国颂，航太系副教授哈剌鲁，人类基因型组自然学术研究所副教授田梅，微积分自然科学学院、上海微积分服务中心、新终极目标自然科学生物医学副教授沈维孝，晶片与系统纳米技术研究院副教授刘琦，类脑智能自然科学与技术自然学术研究所副教授赵兴明先后作学术自然学术研究报告，婚介在领域的此基础自然科学毒理。
介导阴离子：蛋白准确装配的新走线
陈国颂
“这是我第一次站在张相堂的舞台上做学术自然学术研究报告，非常自豪。”作为首位主讲人，陈国颂谢幕时微笑道，随后撷取自己来到武大工作14年的两个指标性成果，即介导阴离子蛋白准确装配走线。
蛋白是一切生命的物质此基础，准确装配蛋白答关键意义？“70%-80%的蛋白在发挥功能的时候，是以装阴离子的形式出现的。”陈国颂介绍，比如网格蛋白，会聚集成八边形或正三角形的抛物面内部结构，细胞骨架是由多个细胞骨架底物蛋白组成的线形内部结构。
蛋白的繁杂内部结构，是欧美国家自然学术研究的两个热点方向。陈国颂团队多年致力于透过育苗结构设计赢得类似纯天然蛋白装配内部结构的蛋白准确装阴离子。这方面的非主流自然学术研究路子，是透过对于蛋白的自旋结构设计，以及蛋白相互作用的界面结构设计，赢得非纯天然的蛋白内部结构，再调控其中的蛋白相关狭隘，进而赢得准确的蛋白装阴离子。
但是，这种非主流自然学术研究路子存在两个重大问题，即在此路子下赢得的蛋白装阴离子多半处在热平衡内部结构，而纯天然的蛋白装阴离子多半处在凝聚态内部结构，它们动态的、繁杂的变化，目前透过育苗结构设计依旧梅西县实现。
怎么办？“Thinking out of the box”（跳出框框思考），这句话出自化学领域泰斗、德国美茵兹大学副教授Helmut Ringsdorf。“也可以套用生命自然科学中的术语‘远缘杂交’，我们做自然学术研究要跳出学科壁垒，从另两个角度思考问题。”陈国颂谈道。
透过跨学科自然学术研究，陈国颂团队将育苗结构设计的“介导阴离子”所引入的超分子相互作用作为蛋白准确装配的主要驱动力，赢得了一系列具有规整、多级内部结构的蛋白材料。“最近，我们还希望把相关策略推进到活细胞的层面，利用我们赢得的育苗蛋白准确装阴离子，来影响细胞的行为。”她表示。
从果实褶皱到智能抓手：一箱百香果引发的力学自然学术研究
哈剌鲁
办公室里有一箱被遗忘经久的百香果，没有食用价值，会有自然学术研究价值吗？
哈剌鲁发现，这些失水萎缩的百香果表面，有一种螺旋镖状手性拓扑形貌，而这种褶皱形貌，还出现在秋冬时节江湾校区路边的无患子和大家日常食用的干红枣上。这再平常不过的水果褶皱，引起了哈剌鲁团队的自然学术研究兴趣。“不同的果实，材料物质、几何构型都不太一样，但它们失水后的褶皱却大同小异。我们当时想，它其中应该有自然科学的、普适的、此基础的规律。我们想去探索这个此基础的自然科学问题。”
透过对新鲜百香果的风干实验，哈剌鲁团队透过力学的理论建模计算，模拟了百香果褶皱形貌的演化过程——从第一天均匀收缩、表面依旧光滑，到第二天失稳成巴基球模态，到第四天形成一半顺时针、一半逆时针的手性螺旋镖，再到第七天相邻的手性凸脊拓扑发生交互协同作用……
在深入理解褶皱形貌背后机制的此基础上，哈剌鲁团队还进一步探索了相关应用，结构设计了一款类似于机器猫圆手的软抓手，透过抽气诱发其表面的手性地貌。这款软抓手可以有效且稳定地抓取包括钻石、坚果、蓝莓、草莓等各种形状、材料、软硬的物体，具有很强的自适应能力。
目前，NASA估计大约100万笔尖大小的碎片正在环绕着地球，即使最小的碎屑，例如火箭油漆颗粒，也足以损坏高速运行的航天器。哈剌鲁畅想道，或许未来他们可以和航天部门合作，把这种抓手应用在太空微小垃圾颗粒物的回收清理上。
当分子影像遇到“基因型组”：一种更加精准的生命医学自然学术研究
田梅
“和本次讨论会主题一样，我也正在走进此基础自然学术研究，因为我自己其实是临床的医生。”汇报伊始，田梅笑言。
此基础医学自然学术研究是依照“测、算、控”的基本逻辑进行的——从观察到数据，从数据到知识，从知识到能力。现如今，生命医学进入大数据时代，此基础自然学术研究将会如何变革？田梅在分子影像对基因型组自然学术研究的推动中产生了一些思考。
“基因之外，皆为基因型。”田梅介绍，基因型组是指生物体的基因与环境相互作用下表现出的所有特征和功能，人的基因型包括全生命过程中生物、化学、物理的各种基因型。透过对基因型组数据的采集和分析，就能进行更精准的诊断和治疗，因此，基因型组学自然学术研究在生命自然科学领域发挥着“点石成金”的作用。
随着人类对基因型组认识的不断深入，分子影像在其中能做什么？在田梅看来，基因型影像学是贯穿微观到宏观的重要线索和纽带，分子影像是基于分子识别的活体影像方法，能够提供更精准的诊断，进而帮助更精准的治疗。“现代医学离不开影像技术的进步，我们已经从看得见、看得清、看得准，逐步走向了看得早。”
PET分子影像是目前唯一临床应用的分子影像，能够寻找与疾病相关的靶点、研发分析探针识别靶细胞、实时动态显示体内的多种信息，已成为一种较为精准的基因型信息可视化的手段，能够为认识人体和生命的奥秘提供新路子。“利用PET分子影像，可以帮助我们实现恶性肿瘤、神经精神疾病以及心脑血管疾病的精准诊断，指导分子靶向药物等治疗，精准测定脑内药物，指导自然科学用药等。”田梅说。
田梅的多年提案，终于在2021年6月30日落地并纳入浙江省的大病医保。“如果PET分子影像能够在我国更多地区纳入医保，就能让病人得到及时、精准的诊断和治疗，让我国人民生命健康得到进一步保障。”
斜积映射迭代的自然学术研究：动力系统领域新突破
沈维孝
沈维孝致力于自然学术研究动力系统理论低维映射的迭代，彻底解决了实一维双曲系统的斯梅尔猜想，曾获自然科学探索奖，入选腾讯新终极目标自然学术研究员项目。本次报告中，他介绍了和合作者对圆周扩张映射上的斜积映射的近期自然学术研究及其在Weierstrass型函数的维数问题上的遍历优化问题中的应用。
动力系统是自然学术研究系统随时间演变长期行为的两个学科方向。低维映射的迭代综合体现了动力系统总混沌现象的深度和繁杂性，而斜积映射作为联系不同维数动力系统之间的自然桥梁而受到关注。简单来说，混沌现象是对初值的敏感依赖。沈维孝引用《三体》来描述这一现象：“三体问题是三个天体在万有引力作用下的运动规律问题，引发了法国微积分家庞加莱在19世纪创立了动力系统的近代理论。这个问题的繁杂性远超预期，直到现在，三体问题还看不到解决的希望。”
沈维孝提出，动力系统的自然学术研究主要有两种逻辑：一种是给定演化规律之后，自然学术研究各种各样的初值所对应的轨道在空间中的分布；另一种是自然学术研究轨道分布性质的稳定性和分叉。
围绕“圆周扩张映射上的一维线性斜积”的有关性质，他简单介绍了低维动力系统的历史，并展示了近期他与高睿、任浩杰得到的一类横截性。
根据近期自然学术研究，沈维孝还指出了横截性定理的两个应用方向。首先，根据横截性定理、Ledrappier方法、Hochman熵增原理，可以计算得出魏尔斯特拉斯型函数图像的维数。魏尔斯特拉斯函数是一种连续但处处不可微的实函数，在大学的微积分分析课上经常作为案例出现。其次，透过横截性定理，可以肯定解决Jenkinson于2006年提出的公开问题，并有望在遍历优化问题中取得进一步进展。
阻变存储器自主研发之路：从此基础自然学术研究走向产业化应用
刘琦
存储器是存储信息的主要载体和计算系统的此基础部件，广泛应用于电子产品、互联网、国防、航天等领域。现代存储器（DRAM、NAND）被美日韩垄断，因此，先进存储技术升级对我国发展自主存储器产业尤为关键。
发展兼具高性能、低功耗和高密度的非易失存储技术，一直是储存器领域追求的目标。刘琦介绍，阻变存储器通常由上下电极和介质层构成，在外加电场作用下，器件在高、低阻态间进行可逆转化，从而实现信息的存储。阻变存储器具有高速、低功耗、高密度集成的优势，是先进存储器的关键候选技术之一。
“在刘明院士的带领下，我们团队自2004年进入阻变存储器自然学术研究领域，自然学术研究历程从此基础自然学术研究走到集成技术，再到晶片应用，为我国建立自主可控的存储器产业打下坚实此基础。”刘琦回顾了团队从“0”到“1”的艰辛过程。阻变存储器在性能调控和应用上的难题不少，但解决方法更多，整个团队勠力同心，默默耕耘，突破一道道难关——阐明RRAM微观机制，建立热/电效应下的阻变模型；提出掺杂、电场增强等方法，解决RRAM良率、离散、激活电压大等难题；揭示RRAM擦除失效等微观机制，提出离子阻挡层的解决方案……
现如今，团队已与国内头部制造企业和晶片结构设计企业建立了紧密的产学研用的合作体，共同推动阻变存储器在先进节点的嵌入式存储、安全晶片和存算一体方向的产业应用，促进了阻变存储器从此基础自然学术研究到产业应用的成果转化，下一步还将进一步绘制RRAM产业化应用的蓝图。
AI赋能的微生物组学数据挖掘
赵兴明
“能够陪伴你一生的，可能不是亲人，不是宠物，而是微生物。微生物是人类最亲密的伴侣、生命过程的深度参与者。”赵兴明说，以人类肠道菌群为例，就有超过5000个物种，肠道微生物种类繁多与人类健康关系密切，因此被称为人的“第二基因组”。
微生物在地球中无处不在，在自然环境和人体环境里构成两个个繁杂的微生物组群落，成为影响人类健康、地球生态变化的关键因素。在微生物的自然学术研究中，宏基因组测序技术已经被广泛运用，自然学术研究者使用计算方法从测序数据中重构出大量微生物基因组，用于后续的分析自然学术研究。
可由于宏基因组数据的固有繁杂性，错误在宏基因组装配结果中普遍存在。针对这个问题，赵兴明团队提出了一种无参的宏基因组装配错误识别以及校正工具metaMIC，能够准确识别并定位装配重叠群上可能的错误区域。“metaMIC识别装配错误的准确率优于现有方法。”赵兴明介绍。
目前，广泛使用的宏基因组分箱方法为无监督（不依赖于参考基因组）的方法，忽略了参考基因组中的信息。对此，赵兴明团队提出了半监督的宏基因组分箱算法SemiBin和SemiBin v2.0，这些算法在多个模拟数据和真实数据集上取得了良好性能，大幅提升了微生物种类识别的准确性和可靠性。
借助人工智能方法，就能将更为准确的数据结果应用到菌群分析上，赵兴明举了两个具体案例：“孤独症是一种异质性很强的繁杂疾病，它与肠道微生态存在密切关联，但这个结论一直存在争议。”2019年，赵兴明团队基于儿童肠道菌群进行分析，其结果非常清晰地揭示了肠道微生物与儿童孤独症之间的关联。在此此基础上，赵兴明团队进一步突破孤独症自然学术研究盲区，发现了两种孤独症亚型，对相关病症后续治疗起到了指导作用。
