2022年，基础研究前沿在哪里

译者：《2022自然科学研究最末沿》研究组

2022年，有什么样此基础自然科学研究倍受生物学家关注？对于自然科学研究运营者和政策决策者来说，了解最末沿自然科学研究，洞悉自然科学研究最新动向，尤其是追踪新经济专精应用领域具有重要意义。近日，中科院信息技术发展战略进行咨询研究院、中科院历史文献民泽和Montagrier布森戈再度联手正式发布《2022自然科学研究最末沿》分析调查报告。该调查报告已连续正式发布二十年。今年的调查报告仍然以历史文献信息学中的共被引数学方法为依据，如前所述Montagrier布森戈的

林业自然科学、真菌学和自然史

■Top10热点最末沿

1.新式流感病毒对圈养鸟类的病毒感染及其散播

2.一氧化碳在宏观调控真菌适应环境有机体威逼中的促进作用

3.油胶体在鸡肉碳水化合物代替中的应用应用领域自然科学研究

4.葡萄糖裂解在新式蔬果机能饮品合作开发中的应用应用领域

5.果树DNA自然科学研究及机能DNA分析

6.真菌NLR（碱基紧密结合所含脯氨酸多次重复字符串）免疫系统蛋白在免疫系统宏观调控中的促进作用

7.第三代真菌DNA撰稿系统CRISPR/Cpf1

8.真菌泛DNA自然科学研究与应用应用领域

9.用作鸡肉番茄监控的如前所述真菌降血糖的智能化pH感测包装袋膜

10.3D列印鸡肉自然科学研究

■新经济最末沿

1.COVID-19对林业和粮食系统的影响

2.缓解作物砷中毒的机理和方法自然科学研究

解读：林业自然科学、真菌学和自然史应用领域位居前十位的领涨板块最末沿主要分布在鸡肉自然科学与工程、真菌基因组、真菌抗性机理和鸟类疫病散播自然科学研究等四个子应用领域。与往年相比，上述四个子应用领域均有多个自然科学研究主题多次入选Top10领涨板块最末沿。真菌DNA子应用领域中，真菌泛DNA自然科学研究在2021年入选，2022年又取得了新进展，更强调其应用应用领域。同样的，真菌DNA撰稿也曾在2018年、2021年入选，每年都有新进展。这表明该两项自然科学研究主题处于蓬勃发展阶段，突破性成果不断涌现。鸟类疫病散播子应用领域近两年也持续出现领涨板块，去年入选的是猪圆环病毒3型自然科学研究，2022年入选的是新式流感病毒的鸟类病毒感染与散播。真菌抗性机理自然科学研究子应用领域一直以来都是领涨板块自然科学研究应用领域，在不同方向上不断产出新成果。在鸡肉自然科学与工程子应用领域，2016年以来不断有相关领涨板块最末沿入选Top10，包括鸡肉检测、鸡肉污染防控、鸡肉机能包装袋膜及蔬果鸡肉加工等。

生态与环境自然科学

■Top10领涨板块最末沿

1.COVID-19疫情带来的固体废物和医疗废物污染及管理

2.废水中新式流感病毒的检测及如前所述废水的流行病学监控

3.COVID-19疫情期间的封锁隔离措施对空气质量的影响

4.气候环境因素对COVID-19疫情的影响

5.催化活化过硫酸盐降解有机污染物

6.昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素

7.不同材料堆肥过程中腐殖质的形成机制及微生物的促进作用

8.水环境中微塑料与微生物的互作及其紧密结合的生态环境风险

9.森林生境破碎化的全球模式及其对生物多样性的影响

■新经济最末沿

1.经济、政策、能源、全球化等社会因素对环境可持续性的影响

2.2019/2020年澳大利亚特大森林火灾对生态系统的影响及气候相关驱动因素

解读：生态与环境自然科学应用领域的Top10领涨板块最末沿主要分布在生态自然科学和环境自然科学两个子应用领域，全球性的生态环境问题及新冠肺炎疫情相关的生态环境问题仍是本年度的主要关注点。具体来看，环境自然科学子应用领域的领涨板块最末沿主要涉及新冠肺炎疫情相关环境自然科学研究，及有机污染物、微塑料、重金属等污染物的环境特征、风险与控制自然科学研究。生态自然科学子应用领域的领涨板块最末沿主要涉及生物多样性、森林生境和土壤生态三个方面，其中，生物多样性相关自然科学研究持续多年成为自然科学研究领涨板块，如“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”是连续第二年入选领涨板块最末沿。

数学

■Top10领涨板块最末沿

1.最佳子集选择自然科学研究

2.Tau-Tilting有限代数

3.如前所述深度学习的高维偏微分方程数值算法

4.非线性时间分数阶反应-扩散方程

5.无导数优化方法

6.相场模型的高精度能量稳定数值格式

7.深度神经网络的最优逼近

8.8维及24维空间等体球体最密堆积问题

9.稳定算子的正则理论

10.维诺格拉多夫中值定理中主要猜想的证明

■新经济最末沿

1.用作时间字符串预测的递归神经网络方法

2.如前所述物理的概率学习方法

解读：数学应用领域位居前十位的领涨板块最末沿主要集中于最佳子集选择、Tau-Tilting有限代数、如前所述深度学习的高维偏微分方程数值算法、非线性时间分数阶反应-扩散方程、无导数优化方法、相场模型的高精度能量稳定数值格式、深度神经网络的最优逼近、8维及24维空间等体球体最密堆积问题、稳定算子的正则理论、维诺格拉多夫中值定理中主要猜想的证明等自然科学研究方向。与往年相比，2022年Top10领涨板块最末沿既有延续又有发展。偏微分方程性质及求解自然科学研究以及非线性系统方向的多个领涨板块最末沿连续多年入选该应用领域的领涨板块最末沿或新经济最末沿。几何学应用领域的8维及24维空间等体球体最密堆积问题首次入选。

信息自然科学

■Top10领涨板块最末沿

1.长距离自由空间量子密钥分配与量子纠缠自然科学研究

2.面向从头药物设计的深度学习方法自然科学研究

3.面向人类活动识别的深度学习算法自然科学研究

4.知识图谱与图嵌入技术自然科学研究

5.多智能化体强化学习自然科学研究

6.区块链与物联网集成自然科学研究

7.面向脑肿瘤分割的深度学习方法自然科学研究

8.大规模机器学习优化方法

9.无人机无线通信自然科学研究

10.毫米波MIMO通信系统的混合预编码技术自然科学研究

■新经济最末沿

1.面向MISO、MIMO通信的可重构智能化表面自然科学研究

2.可解释人工智能化

解读：信息自然科学应用领域位居前十位的领涨板块最末沿主要包括面向从头药物设计、人类活动识别、脑肿瘤图像分割等应用领域的深度学习方法自然科学研究，长距离自由空间量子密钥分配与量子纠缠自然科学研究，知识图谱与图嵌入技术自然科学研究，多智能化体强化学习自然科学研究，区块链与物联网集成自然科学研究，大规模机器学习优化方法，无人机无线通信和毫米波MIMO通信系统的信号处理等方向。“多智能化体强化学习自然科学研究”在2020年领涨板块最末沿“AlphaGoZero的强化学习算法”的此基础上继续深化，“无人机无线通信自然科学研究”是2021年领涨板块最末沿“如前所述无人机的无线通信技术”的延续和扩展，“知识图谱与图嵌入技术自然科学研究”“大规模机器学习优化方法”“毫米波MIMO通信系统的混合预编码技术自然科学研究”最末沿主题为首次入选。

地球自然科学

■Top10领涨板块最末沿

1.放射性碳测年校正曲线自然科学研究、数据集分析与应用应用领域

2.小行星地表特征和成分分析

3.如前所述多种地球系统模型的气候敏感性评估

4.太古代地球地质变化与板块构造自然科学研究

5.华北克拉通金矿床时空演化与构造环境自然科学研究

6.南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响

7.利用机器学习方法优化地震数据分析

8.天然气水合物成藏机制与开采技术进展

9.高亚洲冰川质量变化的水文响应

10.北半球永久冻土融化对苔原水文和碳储存的影响

■新经济最末沿

1.埃及苏伊士湾油田储层多尺度表征

解读：地球自然科学应用领域Top10领涨板块最末沿中有6个属于地质学相关自然科学研究，3个地理学科专精学研究和1个大气自然科学相关自然科学研究方向。放射性碳测年技术首次入围，凸显地球自然科学科专精学研究测试技术的重大进步。利用航天器对地外天体开展原位探测和采样返回分析相关主题自2017年起已经连续6年入选，体现出学术界对行星自然科学的持续关注和自然科学研究热情。值得注意的是，2022年小行星取代火星成为最受关注的探测对象。从地球系统自然科学视角开展气候变化相关自然科学研究持续升温，如前所述多种地球系统模型的气候敏感性评估以及南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响自然科学研究连年上榜。华北克拉通金矿床时空演化与构造环境自然科学研究、天然气水合物成藏机制与开采技术进展等亦多年入选，再度印证地球自然科学为人类认知和利用地球作出源头贡献。

生物自然科学

■Top10领涨板块最末沿

1.ACE2以外的多个新式冠状病毒蛋白自然科学研究

2.多种新式流感病毒疫苗的研制

3.新式流感病毒刺突糖蛋白的结构、机能和抗原性

4.新式流感病毒中和抗体的发现和药物研发

5.新式流感病毒引发的T细胞免疫系统

6.新式流感病毒主蛋白酶的结构解析和抑制剂发现

7.新式流感病毒PCR核酸检测

8.COVID-19疫情的预测模型

9.新式流感病毒的进化起源和中间宿主

10.新式流感病毒表位肽疫苗的研制

■新经济最末沿

1.新式流感病毒南非变异体B.1.351的抗体耐药性

2.新式流感病毒巴西变异株P.1的DNA学和流行病学

3.AlphaFold等人工智能化预测蛋白质结构

4.Pfam等蛋白质家族资料库

5.7种新式流感病毒疫苗接种诱导的中和抗体应答

6.新式流感病毒纳米颗粒疫苗诱导的中和抗体应答

7.小分子蛋白激酶抑制剂的理化性质

8.槲皮素抑制剂对新式流感病毒主蛋白酶(Mpro)的抗病毒促进作用

9.内耳毛细胞和听觉神经元的再生和保护

10.新式流感病毒病毒感染所需宿主因子的鉴定

11.新式流感病毒核衣壳蛋白的结构和机能

解读：生物自然科学应用领域位居前十位的领涨板块最末沿集中于新式流感病毒（SARS-CoV-2）相关自然科学研究，主题涉及新式流感病毒致病机理、关键靶点、免疫系统反应、中和抗体、进化起源和中间宿主、新式流感病毒PCR核酸检测、新冠肺炎疫情的预测模型以及新式流感病毒疫苗自然科学研究等。“新式流感病毒刺突糖蛋白的结构、机能和抗原性”在2021年就已经成为领涨板块最末沿，2022年又有了新的自然科学研究进展，并继续作为本应用领域的领涨板块最末沿。“新式流感病毒主蛋白酶的结构解析和抑制剂发现”“新式流感病毒引发的T细胞免疫系统”是2021年的新经济最末沿，2022年发展成为领涨板块最末沿。“新式流感病毒中和抗体的发现和药物研发”和“新式冠状病毒PCR核酸检测”成为生物自然科学应用领域新的领涨板块最末沿。此外还有两个与新式流感病毒疫苗相关的自然科学研究领涨板块：“多种新式流感病毒疫苗的研制”和“新式流感病毒表位肽疫苗的研制”。

化学与材料自然科学

■Top10领涨板块最末沿

1.单原子催化

2.自供电可穿戴织物

3.用作水系电池的锌金属负极自然科学研究

4.具有圆偏振发光性质的热激活延迟荧光材料

5.用作锂硫电池的二维MXene材料

6.纳米酶

7.不对称催化合成轴手性化合物

8.机械化学

9.机器学习辅助的化学合成

10.多金属氧簇自然科学研究

■新经济最末沿

1.钙钛矿太阳能电池关键核心此基础问题及其商业化实现技术自然科学研究

2.采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料在药物缓释和输送中的应用应用领域自然科学研究

3.用作新式流感病毒检测的电化学感测技术

解读：化学与材料自然科学应用领域Top10领涨板块最末沿主要分布在催化、电池、材料、新经济交叉等自然科学研究方向。催化方向有3项，“不对称催化合成轴手性化合物”连续第二次入选，“单原子催化”和“纳米酶”都是中国学者率先提出并作出重要贡献的最末沿方向。电池方向有2项，分别是水系锌离子电池和锂硫电池。水系锌离子电池第二次入选，2020年正极材料入选，2022年负极材料入选。材料方向有3项，分别是“自供电可穿戴织物”“具有圆偏振发光性质的热激活延迟荧光材料”“多金属氧簇自然科学研究”。新经济交叉方向有2项。数据自然科学与化学的交叉第二次进入Top10领涨板块最末沿，另一项是“机械化学”。

天文学与天体物理学

■Top10领涨板块最末沿

1.利用早期暗能量解释哈勃常数危机

2.如前所述“帕克太阳探测器”和“太阳轨道器”开展的日球层物理自然科学研究

3.如前所述GW170817事件观测约束中子星性质

4.快速射电暴的观测及性质自然科学研究

5.原行星盘观测揭示行星系统形成机制

6.原初黑洞观测及性质自然科学研究

7.计算机数字宇宙模型自然科学研究恒星、星系及宇宙演化

8.利用多个天基、地基天文台自然科学研究宇宙早期天体

9.“盖亚”绘制最精确银河系三维地图

10.对双中子星、双黑洞并合引力波事件的多信使观测

■新经济最末沿

1.如前所述NANOGrav观测数据开展宇宙学科专精学研究

2.GW190814引力波事件中2.6倍太阳质量天体的性质自然科学研究

解读：天文学与天体物理学应用领域位居前十位的领涨板块最末沿涉及引力波、快速射电暴，黑洞与暗物质关系，中子星性质，银河系地图，宇宙、恒星及行星系统形成演化等自然科学研究主题。总体来看，引力波的观测发现及其引发的相关自然科学研究在天文学与天体物理学应用领域产生了深远影响，众多领涨板块最末沿与此相关，如黑洞和中子星等致密天体观测及性质自然科学研究、双致密天体并和事件自然科学研究等。构建大规模数字宇宙模型模拟恒星、星系及宇宙演化已经成为天文学应用领域的自然科学研究领涨板块。此外，近年来倍受关注且神秘的快速射电暴事件的观测和理论自然科学研究再度上榜。大型自然科学任务平台继续发挥极高的影响力，“帕克太阳探测器”（PSP）、“太阳轨道器”（SolarOrbiter）等任务的阶段性和集中产出榜上有名。黑洞、暗物质、恒星及行星系统形成等“一黑两暗三起源”相关的自然科学研究主题依旧表现突出。

物理学

■Top10领涨板块最末沿

1.笼目晶格金属的特性自然科学研究

2.味对称性与轻子质量的自然科学研究

3.量子场论中的散射振幅自然科学研究

4.μ子反常磁矩的测量

5.隐粲四夸克态和五夸克态自然科学研究

6.磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4

7.非厄米系统的拓扑态自然科学研究

8.高效金属卤化物钙钛矿发光二极管

9.高压下富氢化物的高温超导电性自然科学研究

10.绝对平行引力理论

■新经济最末沿

1.二维MoSi2N4材料的特性自然科学研究

2.黑洞信息佯谬与纠缠熵自然科学研究

解读：物理应用领域位居前十位的领涨板块最末沿主要集中于凝聚态物理、高能物理和理论物理。凝聚态物理方面的领涨板块最末沿有5个，笼目晶格金属、磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4、高效金属卤化物钙钛矿发光二极管成了新出现的领涨板块最末沿，非厄米系统的拓扑态连续3年入选领涨板块最末沿，高压下富氢化合物的高温超导电性连续2年入选领涨板块最末沿。高能物理方面的领涨板块最末沿有3个，μ子反常磁矩的测量是新出现的领涨板块最末沿，味对称性与轻子质量的自然科学研究继续作为热点最末沿，四夸克和五夸克态奇特强子继2017-2020连续4年入选之后、第5次入选领涨板块最末沿。理论物理方面的领涨板块最末沿有2个，分别聚焦量子场论中的散射振幅自然科学研究和绝对平行引力理论。

《光明日报》（ 2022年12月29日16版）