【光明日报】感知世界科研竞争的热点和前沿
编者按
近日，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安公司联合发布《2019研究前沿》和《2019研究前沿热度指数》，遴选出2019年自然科学和社会科学十大学科领域中排名最前的100个热点前沿和37个新兴前沿，本期摘登报告的部分内容。
农业、植物学和动物学
热点前沿主要分布在植物生理调控机制、作物性状改良、除草剂抗性、植物活性物质结构和功能、农田土壤污染修复、家畜胃肠道消化、农用无人机等研究方向。植物生理调控机制方向今年热点前沿分别是调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制，植物自噬的分子调控机理研究，植物细胞壁中纤维素合成与结构研究及其与木聚糖的互作，植物光形态发生的调控机制。作物性状改良和除草剂抗性两个方向今年的热点前沿是植物生物刺激剂促进蔬果作物生长和提高抗逆性的作用，草甘膦除草剂抗性研究。植物活性物质结构和功能、农田土壤污染修复、家畜胃肠道消化、农用无人机是今年新出现的热点前沿研究方向，对应的前沿分别是植物活性多糖的结构和功能研究，生物炭对农田土壤重金属镉污染的修复作用，牛瘤胃微生物组与肠道甲烷排放研究，无人机系统在作物表型分析中的应用。农业、植物学和动物学的新兴前沿是水稻osaux1基因低磷条件下促进根毛伸长的机理研究。
化学与材料科学
热点前沿主要分布在有机合成、电化学合成、先进材料、机器学习在本领域的应用等研究方向。其中，一半热点前沿曾入选《研究前沿》报告，一半是首次进入，表现出既有延续又有发展的特点。有机合成方向今年有4个热点前沿，分别是过渡金属催化的电化学促进的碳氢键官能团化反应，过渡金属催化的酰胺碳氮键活化，钳形锰络合物有机催化剂，分子机器。电化学合成方向今年有2个热点前沿，除了前述电化学用于碳氢键官能团化反应，还有电化学合成氨。先进材料方向今年有4个热点前沿，分别是无铅钙钛矿吸光层材料，高能量密度聚合物纳米复合材料，有机超长磷光材料，界面光蒸汽转化。机器学习在本领域的应用方向今年有1个热点前沿：机器学习预测分子性质。化学与材料科学领域有5个新兴前沿，分别是半导体聚合物用于光热治疗，采用远端迁移策略实现非活化烯烃的双官能团化，铋系光催化剂，杂原子掺杂的碳纳米材料用于锌空气电池，氧气作为氧化剂和氧源用于合成含氧化合物。
天文学与天体物理学
热点前沿体现出与空间科学任务平台高度相关的特点。其中，引力波方向今年有3个热点前沿，分别是对双中子星并合引力波事件gw170817的多信使观测，对双黑洞并合引力波事件的观测和理论研究，标量—张量引力修正理论及引力波事件的影响。其他热点前沿分别是基于“阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列”“甚大望远镜”等对原行星盘的观测研究，快速射电暴的观测和理论研究，通过多种方法测量哈勃常数，南极“冰立方中微子天文台”和“费米伽马射线空间望远镜”对高能中微子和伽马射线的观测研究，对银心伽马射线超出现象的多种理论解释，利用宇宙流体动力学模拟方法研究星系形成演化，利用“哈勃空间望远镜”开展宇宙早期暗淡星系性质研究。天文学与天体物理领域有3个新兴前沿，分别是昴星团望远镜主焦点相机战略计划及其巡天观测发现，基于21厘米超精细谱线观测研究早期宇宙中的暗物质，基于引力波多信使观测约束中子星的质量、半径和状态方程。
生态与环境科学
热点前沿主要分布在污水处理技术、水中污染物分析分离技术、环境污染物的环境特征与风险研究、宏观大尺度的生物圈和生态系统的变化与风险等研究方向。其中，污水处理技术方向今年的热点前沿分别是活性污泥消化技术的机理、工艺与影响因素，消化过程中微生物种间电子转移的机理及应用，厌氧氨氧化技术及在污水处理中的应用。水中污染物分析分离技术方向今年的热点前沿是利用纳米复合材料吸附去除水中有毒金属离子，金属有机框架材料去除水中污染物，用于分析分离液体中有毒物质及生物活性物质的新型材料的制备与功能。环境污染物的环境特征与风险研究方向今年的热点前沿有内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险。宏观大尺度的生物圈和生态系统的变化与风险方向今年热点前沿是地表植被覆盖变化对气候的影响，全球尺度外来物种入侵监测及影响分析，磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险。生态与环境科学领域的新兴前沿是环境污染物对肠道微生物菌群的影响。
生物科学
热点前沿主要分布在药物开发、衰老研究、合成生物学、细菌耐药机制、t细胞等研究方向。其中，药物开发方向热点前沿分别是诱导蛋白降解的小分子protacs，3d打印医疗药物，绿色合成纳米颗粒在防治蚊媒疾病和癌症中的应用。衰老研究方向热点前沿分别是衰老和年龄相关疾病中的细胞衰老：从机制到治疗，dna甲基化与衰老表观遗传时钟理论，一种新的细胞死亡模式——铁死亡。合成生物学方向热点前沿是一种靶向rna的新型crispr基因编辑系统——cas13，人工合成基因组。细菌耐药机制和t细胞方向今年各有1个热点前沿，分别是质粒介导的多粘菌素抗性基因，组织驻留记忆t细胞及其肿瘤免疫保护机制。生物科学有6个新兴前沿：环状rna作为癌症新的生物标志物，用于疾病建模和药物筛选的肿瘤近生理类有机物培养系统，foxo蛋白转录因子在癌症中的新作用，新一代超敏xpert mtb rif ultra检测法快速检测结核病，巨型病毒的翻译机制，单细胞水平下的细胞谱系追踪。
地球科学
热点前沿主要分布在固体地球物理学和地质学、气候变化、地球化学等研究方向。其中，固体地球物理学和地质学方向今年有6个热点前沿，分别是磁层多尺度任务科学研究进展，人工神经网络在预测太阳辐射中的应用，大型地震复杂破裂过程及走滑机制研究，地下流体注入诱发美国多地地震机理研究，利用“好奇号”开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究，欧洲和中东地区地震数据库与地面运动模型。气候变化方向今年有3个热点前沿，分别是利用cesm模式和rcp8.5情景研究全球气候变化，利用热带降雨测量任务和全球降水测量任务开展全球多地区降水分析，元古代时期大气和海洋的氧化作用。地球化学方向今年有1个热点前沿：中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控。地球科学领域的新兴前沿是热损伤对岩石力学特性的影响研究。
数学、计算机、工程学
热点前沿分别是高阶非线性薛定谔方程孤子解求解及其在光通信领域的应用，基于d数理论、dematel方法、topsis理论的决策方法研究，水下瞬态空化湍流的数值模拟研究，无人机中继网络的部署和轨迹优化，时滞系统稳定性分析方法研究，高温构件寿命预测及可靠性评估，氧化镓材料生长及器件研制，云计算环境中的数据安全，非正交多路访问网络，电动汽车用锂离子电池的荷电状态估计。
数学、计算机科学、工程学领域有5个新兴前沿，分别是时间分数阶发展方程求解，基于最小二乘的迭代参数估计算法及其应用，马尔可夫跳跃系统的h-infinity控制，卷积神经网络在磁共振图像处理中的应用，工业传感器网络及智能城市。
临床医学
热点前沿主要分布在慢病管理及新技术应用、疾病新机制发现、影像诊断新技术与安全性、肿瘤免疫疗法、生物技术药临床应用等研究方向。其中，慢病管理及新技术应用方向今年有4个热点前沿，分别是高血压降压治疗后的血压与心血管事件转归，连续血糖监测与人工胰腺系统用于糖尿病管理，药物基因组学技术指导pci术后抗血小板治疗，支气管扩张症临床特点与治疗。疾病新机制发现方向今年有2个热点前沿，分别是长链非编码rna pv1在肿瘤中的功能和作用机制，中枢神经系统周细胞功能障碍在阿尔茨海默病中的作用。影像诊断新技术与安全性方向今年有2个热点前沿，分别是tau蛋白示踪剂在神经退行疾病pet中的结合特性，磁共振含钆造影剂脑部沉淀危害研究。肿瘤免疫疗法和生物技术药临床应用两个方向今年各有1个热点前沿，分别是pd-1/l1抗体肿瘤免疫治疗不良反应，英利昔单抗生物类似药临床疗效和安全性。临床医学领域有11个新兴前沿，分别是稳定性冠脉病变行pci的临床效益，68ga-psma pet/ct结果对前列腺癌管理模式的影响，新型口服降糖药sglt-2抑制剂降低2型糖尿病患者心血管事件风险的真实世界研究，弥漫型大细胞淋巴瘤基因分型，溶瘤病毒助力肿瘤免疫疗法，代谢正常肥胖与心血管疾病风险，免疫检查点抑制剂联合用药治疗肾细胞癌的临床1/2期研究，pd-l1表达分子调节机制及肿瘤免疫治疗增强策略，非他汀降脂药与心血管疾病风险，daas药物glecaprevir/pibrentasvir复方治疗伴有或不伴有肝硬化的慢性丙肝疗效与安全性，免疫治疗时代肿瘤疗效评估。
经济学、心理学及其他社会科学
热点前沿分别是基于共享社会经济的预测问题研究，共享经济的若干问题研究，智能手机成瘾的原因及对人身心健康的负面影响，偏好最小二乘结构方程模型（pls-sem）及其应用，大数据分析在商业管理中的应用，能源消耗及碳排放的分解分析方法，在线众筹背景下投资者行为研究，大脑功能结构及连接模式的fmri研究方法，多区域投入产出模型在世界经济和资源环境研究中的应用，社会隔离（孤立）对人身心健康的影响。
经济学、心理学及其他社会科学领域有2个新兴前沿，分别是“多属性（目标）决策的一些新模型”和“工业4.0及其影响”。
物理学
热点前沿主要分布在凝聚态物理、光学、理论物理、高能物理等研究方向。其中，凝聚态物理方向今年有4个热点前沿，分别是量子自旋液体的理论和实验研究，氮族二维材料锑烯、砷烯和铋烯的特性研究，马约拉纳费米子研究，拓扑声子晶体和拓扑声学机制研究。光学方向今年有3个热点前沿，分别是新型深紫外非线性光学晶体材料的合成和性质研究，金属纳米结构表面等离激元性质研究，光学原子钟研究。理论物理方向今年有2个热点前沿，分别是量子力学模型sachdev-ye-kitaev模型研究，周期性驱动量子系统的特性研究。高能物理方向今年有1个热点前沿：四夸克态和五夸克态的实验和理论研究。物理学领域有2个新兴前沿，分别是基于无时序相关函数的量子多体系统研究，b介子反常研究。
（作者：中国科学院科技战略咨询研究院《2019研究前沿》及《2019研究前沿热度指数》报告研制组 执笔：边文越、韩淋、冷伏海）
世界科研竞争的四个趋势
（1）世界主要科技强国积极部署前沿科技研发，例如，中国和七国集团都在积极研究分子机器。
（2）各国积极通过科技创新解决面临的社会挑战，例如，沙特阿拉伯、新加坡等淡水资源紧张国家对界面光蒸汽转化技术很感兴趣，韩国积极研发英利昔单抗生物类似药以满足患者减轻医药经济负担的需求。
（3）各国在基础前沿竞争激烈，例如，2012年荷兰研究人员报道了在一维系统中发现马约拉纳费米子态存在的证据，2016年中国研究人员报道了二维系统中发现马约拉纳费米子态存在的证据。
（4）国际合作有助于取得重大科学发现，例如，通过美国、欧洲、中国等国家和地区的70余个地基和天基天文台联合密集观测，gw170817引力波事件被证实是由双中子星并合所产生。
中国基础研究亮点
近两年，中国科学家在基础科学领域取得了诸多重要成果，列举如下:
在农业、植物学领域，发现了不遵循孟德尔遗传规律的水稻自私基因和氮肥高效利用的关键基因grf4，首次解析了硅藻捕光天线蛋白复合体晶体结构。
在生态、环境、地球科学领域，构建了1997—2015年中国及省域二氧化碳排放清单，表明中国二氧化碳排放总量被高估了9%～18%。
在临床科学领域，首次利用基因编辑造血干细胞治疗艾滋病合并白血病患者，移植后患者的急性淋巴细胞白血病得到完全缓解，且未发生与基因编辑相关的不良事件。
在生物科学领域，成功克隆出“中中”“华华”两只猕猴，填补了克隆灵长类动物的空白；成功改变了真核染色体的数目，人工创建出含有单条染色体的酵母细胞。
在化学与材料科学领域，成功开发出一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂协同光催化体系，解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题；合成了铯铅溴钙钛矿纳米晶闪烁体，可用于实现超灵敏x射线检测。
在物理学领域，首次获得了离子水合物的原子级分辨图像，利用“墨子号”量子科学实验卫星实现了距离达7600千米的洲际量子密钥分发、开展了引力诱导量子纠缠退相干实验检验。
报告的研究方法
研究报告首先把esi数据库的21个学科划分到10个高度聚合的大学科领域中，然后对每个esi学科中的研究前沿的核心论文，按照总被引频次进行排序，提取排在每个esi学科前10%的最具引文影响力的研究前沿，并将其整合到十大领域中。以此数据为基础，再根据核心论文出版年的平均值重新排序，遴选出每个领域中那些“最年轻”的研究前沿。
通过上述几个步骤在每个大学科领域分别选出10个热点前沿，共计100个热点前沿。因为每个领域具有不同的特点和引用行为，有些学科领域中的很多研究前沿在核心论文数和总被引频次上会相对较小，所以从十大学科领域中分别遴选出的排名前10的热点前沿，代表各大领域中最具影响力的研究前沿，但并不一定代表跨数据库（所有学科）中最大最热的研究前沿。
为了选取新兴的前沿，组成研究前沿的基础文献即核心论文的时效性是优先考虑的因素，报告称其为“新兴前沿”。为了识别新兴前沿，报告对研究前沿中核心论文的出版年赋予了更多的权重或优先权，核心论文平均出版年在2017年6月之后的研究前沿才被考虑，将每个esi学科的研究前沿按被引频次从高到低排序，选取被引频次排在前10%的研究前沿，然后各学科战略情报研究人员经过调研和评审，遴选出每个esi学科中的新兴前沿，并将其整合到十大领域中，从而遴选出了十大领域的37个新兴前沿。因此，遴选不限定学科，37个新兴前沿在十大学科领域中分布并不均匀。
（原载于《光明日报》 2019-12-12 16版）
