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Nature特别报道:点赞5位中国科学家!

2021-06-0780083

中国日新月异的科技进步离不开每一位科研工作者的贡献,近日,Nature报道了中国五位科学家的事迹,让我们来认识一下他们,看看他们在各自的领域如何使自己出彩。


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他们的研究领域涉及粒子物理、太阳能、物种保护和冠状病毒传播机制等,在中国庞大的人才中心中出类拔萃。


中国加强其科学地位的努力为探索提供了机会。这些科学家正在推动物理学、能源、医学和自然界的发现。


北京大学吕植

熊猫守护者


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今年2月,中国受保护物种数量增加了一倍多,增加了517种,包括狼、大斑点果子狸和亚洲胡狼。这是自1989年以来的第一次更新,对保护主义者吕植来说,这是一个好兆头。她说:“我认为政府正在发生变化,特别是高层领导人,他们真诚地关注环境问题,不仅与野生动物有关,还与生态系统恢复和污染控制有关。”


近几十年来,中国对保护的态度发生了巨大变化。20世纪80年代中期,当吕在北京大学读本科时,她说,保护生物学领域尚未在中国得到认可。自那以后,地方政府一直在划定越来越多的保护区,国家宣布了一项“红线”倡议,该倡议规定了人类侵入生态敏感和脆弱地区的限制,总面积超过240万平方公里——约占中国大陆的四分之一。这种策略有很大的潜力。例如,吕说,在北京,森林覆盖率从20世纪50年代的7%增加到今天的43%。


与此同时,公众越来越适应自然世界。自20世纪90年代以来,有组织的观鸟活动已成为中国的热门活动,并将当地社区团体收集的宝贵数据纳入研究。去年,吕和她的同事使用《鸟类报告》的数据,涉及提交观鸟记录,模拟了截至2070年,1042种鸟类的范围和栖息地的变化,并确定了风险最大的鸟类。尽管全球物种丧失和栖息地破坏的趋势无处不在,但吕说:“在我的生命中,30年来,我确实看到了中国和世界的积极变化。”


本科生时,吕参加了由生物学家潘文石领导的大熊猫长期实地研究,通过中国西北陕西省秦岭的高海拔森林跟踪野生种群。20年后,在美国国家卫生研究院完成保护遗传学博士后研究金后,吕回到中国,在野生动物慈善机构世界自然基金会和保护国际中心开展保护项目。2007年,她在北京成立了山水保护中心。


吕现在是一名保护生物学教授,也是北京大学自然与社会中心的执行主任,她与大熊猫的工作已被比作英国灵长类动物学家简·古道尔,她研究了该国许多最脆弱的哺乳动物,包括雪豹、喜马拉雅狼和中国山猫。


在2月份发表的一篇论文中,吕和她的同事认为,中国的《野生动物保护法》没有达到预期的作用,中国需要永久禁止野生动物消费。疫情促使世界卫生组织调查中国的野生动物贸易,以寻找动物对人类疾病的证据,为了应对疫情,中国宣布了暂时禁止买卖野生动物产品的新法律,并预示着永久性的变化。


中国科大Rustem Opanov

μ介子大师


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欧洲核子研究组织(CERN)的ATLAS探测器是瑞士日内瓦附近的欧洲高能物理实验室,每秒钟跟踪超过10亿次粒子碰撞。其中,大约每百万分之一被标记为重要,以便进一步研究。


中国科学技术大学(USTC)的粒子物理学家Rustem Opanov在日内瓦和安徽合肥两地工作。Opanov设计了机器学习算法,通过大量数据将信号与背景噪声区分开。他的技术正被用来测量希格斯玻色子(欧洲核子研究组织2012年首次观察到的基本粒子)和其他粒子之间的极高精度相互作用。Opanov说:“这不是一个简单的分析。”“我们必须对这些事件进行正确的分类,因为有些背景看起来相似。”


2018年,Opanov的方法帮助提供了希格斯玻色子和顶夸克对的存在证据。大约1%的希格斯玻色子是通过这个过程生产的,使其成为迄今为止观察到的最罕见的希格斯产生模式。


Opanov参与大型物理实验,推动他成为中国最多产的研究人员之一,自2017年以来,他作为合著者参与了自然指数跟踪的82种自然科学期刊的180多篇文章。他的职业生涯使他从俄罗斯搬到了美国,在那里他从德克萨斯大学奥斯汀分校搬到伊利诺伊州巴达维亚的宾夕法尼亚大学,加入ATLAS团队以及英国曼彻斯特大学。


2017年,Opanov在中国10家ATLAS附属机构之一的科大担任研究科学家。他说,在日内瓦和合肥之间工作的机会首先吸引了他担任这个职位,尽管这种流动性因疫情而受到限制。Opanov说,以中国科学技术大学为基地的另一个优势是,它吸引了一些中国能力最强的博士生和博士后研究人员。


2019年,科大取代北大,成为自然指数中最领先的中国大学。


香港大学Leung, Hiu Lan Nancy

漏斗愿景


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从2013年到2015年,Leung在香港读博士,试图说服有感冒和流感样症状的病人对着一个巨大的漏斗呼吸来帮助她的研究。大多数人说不,Leung坚持不懈,对外科口罩能否阻止普通冠状病毒和鼻病毒以及研究较好的流感病毒的传播感兴趣。


该漏斗是Gesundheit-II的一部分,Gesundheit-II是哈佛大学开发的一种聪明但笨重的设备,用于研究流感的气溶胶传播。


这个设备太大了,可以填满一个房间,因为每次使用后都必须拆卸和消毒,Leung充其量只能希望每天测试两名志愿者。到2016年,她的团队招募了246名患者,随机抽取谁在向漏斗呼吸时会戴口罩。Leung说,普通的研究很少是获得科学赞誉的,但她专注于研究SARS冠状病毒中病毒-宿主相互作用的基本知识,这激发了她对传播机制的兴趣。


新冠疫情赋予了她的工作新的相关性。Leung现在是香港大学的研究助理教授,她的合作者Benjamin Cowling意识到,他们有证据表明,口罩可以遏制病毒在全球扩散的传播。他们挖掘结果,打电话给实验室处理最后一批样品。Cowling在谈到2020年4月在线发表的论文时说:“我们写得很快。”


这项研究以Gesundheit-II先驱James McDevitt和Donald Milton的贡献为特色,是根据Altmetric关注得分在疫情期间发表的讨论最广泛的论文之一。Leung和Cowling说,如果在另一年发表,这篇论文可能不会被注意到。


澳大利亚新南威尔士大学流行病学家Raina MacIntyre说,尽管它没有具体针对SARS-CoV-2,但他们的工作在很大程度上为应对新疾病的公共卫生提供了信息。她说:“这是第一批让人们真正思考口罩价值的研究之一。”


厦门大学宋希坤

极度好奇


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据估计,每年有800万吨塑料从海岸线、河流和其他来源进入海洋,占全球海洋废弃物的80%。塑料受潮汐的影响,在地表水和海底积累,对可能摄取或缠绕其中的海洋生物构成了重大威胁。但对一些物种来说,它已成为繁殖和喂养的枢纽。


在厦门大学海洋与环境科学国家重点实验室,宋希坤正在调查聚集在废弃塑料上的深海生命形式。宋和他的同事使用载人潜水器“深海勇士号”从南海西沙槽的大型垃圾堆收集塑料袋、瓶子和包装物,其中一些是从3000多米深的沟渠中收集的。


样品中包括了来自49个物种的大约1200种生物,包括珊瑚和甲壳类动物,以及寄生扁虫和海螺卵。该研究于1月发表,表明一些深海污染垃圾场正在成为新的生物多样性热点。“这完全出乎意料,”宋说。


宋生长在山东省济南市,2016年,他在中国科学院大学完成了关于小型深海捕食者水螅进化的博士学位。宋的研究调查了中、美国和德国在北极和南极地区收集的数百个生物和化石标本,因其结合形态学、分子和古生物学数据的多学科方法,被厦门大学海洋环境科学国家重点实验室授予杰出博士后研究基金。


宋将世界深海和极地地区描述为“海洋科学的最终前沿”。3月,中国在最新的五年计划中将深海勘探列为优先研究领域,该计划确定了国家社会和经济发展指导方针。该计划的目标包括加快建立海洋科学机构,加强国际研究合作,并增加潜水器等技术支出。


2020年,中国载人船“奋斗者号”潜水10,909米,首次传输马里亚纳海沟最深处的视频直播,险些打破美国探险家维克托·韦斯科沃在2019年创下的10,927米世界纪录。


该潜水器还用于调查含镍、铜、钴和锰的深海矿床,一旦联合国支持的国际海底管理局(ISA)批准法规,中国准备成为第一个在海底开采的国家。采矿守则是一套旨在规范国际水域海洋矿物探矿、勘探和开采的规则,该准则去年由ISA定稿,但该过程因疫情而推迟。


正如《自然》杂志在2019年报道的那样,研究人员表示担心,由于沉积物位移和其他干扰,深海采矿可能会破坏大片地区的某些物种和生态系统。


中科院蒋琦

太阳能新星


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作为全球提高太阳能电池性能竞赛中的杰出科学家,蒋琦渴望看到钙钛矿太阳能电池——迄今为止改进最快的太阳能技术——发挥其潜力。


与每年主导全球太阳能行业1600亿美元的硅电池相比,使用钙钛矿半导体的太阳能电池制造成本更低,并提供相近的光转换效率。但在太阳能电池所承受的恶劣条件下,它们容易衰变和不稳定,事实证明,在实验室的小表面积上实现的转换效率很难大规模复制。蒋琦说,另一个挑战是效率最高的钙钛矿电池含铅,铅带给环境危害。“我们需要想办法防止泄漏,并有效地回收这些太阳能电池。”


2019年,蒋和她的同事展示了如何在电池内钙钛矿层表面使用碘化苯丙胺薄膜来提高功率转换和耐久性。该论文以蒋琦为主要作者,是当年中国为通讯单位的自然指数文章中引用最多的论文 (Q. Jiang et al. Nature Photon. 13, 460–466; 2019)。


对钙钛矿太阳能电池的研究正在引起广泛关注,特别是在中国,中国约占全球太阳能电池制造份额的80%。2019年,在自然指数中,中国作者贡献最大的十篇被引用最多的文章中,有六篇与太阳能技术有关。其中四篇论文专注于钙钛矿太阳能电池。蒋琦说:“它们非常有前途,在实验室处理起来非常简单,所以世界各地的许多研究人员正在进入这个领域。”


蒋琦在湖北大学学习微电子学时对半导体产生了兴趣。她在北京中国科学院半导体研究所作为博士和博士后期间,开始研究它们在太阳能电池中的潜力,并与那里的同事和中国科学院大学的同事共同撰写了这篇备受引用的Nature Photon文章。


2018年,蒋琦搬到了美国,在科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室继续研究钙钛矿电池。她说,这是一个体验不同研究文化的宝贵机会。“它让我能够建立我的成就,并在研究中行使我的独立性。”


蒋琦说,由于疫情导致的供应链中断,全球常规半导体短缺凸显了开发用于能源采集的替代品的重要性。她说:“制作钙钛矿太阳能电池的原材料非常便宜,也很容易买到。”


以上五位都是在各自领域中做出了突出贡献的科学家,只有这样的科学家越来越多,才能帮助中国的科技进步,实现科技自立,攻克卡脖子技术。


原文链接:https://www.nature.com/articles/d41586-021-01404-1

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