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趙國(guó)屏

中國(guó)科學(xué)院院士

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專家委員會(huì)主任

在生物研究中，基于理性設(shè)計(jì)原理和合成構(gòu)建技術(shù)的“設(shè)計(jì)—合成—測(cè)試—學(xué)習(xí)”研究循環(huán)，往往速度慢、效率低，且高度依賴于昂貴的人力成本。所以，自動(dòng)化、高通量的設(shè)備平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)方法、算法和流程，將是未來(lái)的合成生物學(xué)不可或缺的一部分。比如，2020年發(fā)表于《自然》雜志的“人工智能機(jī)器人化學(xué)家”就屬于此類技術(shù)進(jìn)化的應(yīng)用典范。

基于此，我們提出，要建設(shè)理論（理性設(shè)計(jì)）、技術(shù)（合成能力）、工程（自動(dòng)化平臺(tái)）三者相輔相成的合成生物學(xué)體系，進(jìn)而以此推動(dòng)合成生物學(xué)研究由定性、描述性、局部性向定量、理論化和整體化的變革。

具體而言，首先，要在分子到亞細(xì)胞（細(xì)胞器）再到細(xì)胞的“涌現(xiàn)”層次上發(fā)展定量合成生物學(xué)，包括定量描述和預(yù)測(cè)基因回路與細(xì)胞行為，發(fā)展生命體系定量理解與理性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論框架，建立復(fù)雜生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論、從頭設(shè)計(jì)原則和數(shù)學(xué)模型，探索生命體維系運(yùn)轉(zhuǎn)的基本規(guī)律。

其次，要大力發(fā)展使能技術(shù)，進(jìn)而提升大片段DNA合成、基因組組裝、生物原件功能設(shè)計(jì)與定向進(jìn)化、基因回路設(shè)計(jì)、自動(dòng)化建模及仿真測(cè)試能力。

其三，要建設(shè)自動(dòng)化、高通量的構(gòu)建平臺(tái)，發(fā)展高通量、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、合成、測(cè)試技術(shù)體系。

其四，要發(fā)展相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力，包括硬件和軟件能力，特別要做好數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及整合交互使用與知識(shí)圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)性工作。

陳仙輝

中國(guó)科學(xué)院院士

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授

材料是所有制造業(yè)和核心器件的基礎(chǔ)和高技術(shù)支撐，新材料的發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)進(jìn)步，改變?nèi)祟愇拿鳌．?dāng)前摩爾定律效力受到挑戰(zhàn)，新一代半導(dǎo)體材料如何發(fā)展是科學(xué)發(fā)展應(yīng)該要解決的問(wèn)題。超導(dǎo)體作為一項(xiàng)重要的量子材料，具備零電阻、完全抗磁性等特征，有望發(fā)展出新一代低功耗信息技術(shù)。超導(dǎo)體已在4個(gè)方向表現(xiàn)出重要應(yīng)用前景：

超導(dǎo)成為醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)支撐。超高場(chǎng)磁共振成像磁體在腦科學(xué)研究、早期腦部疾病、早期心臟疾病、早期癌癥診斷等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

超導(dǎo)磁體成為高能量粒子加速器的關(guān)鍵。新的高能量粒子加速器需要更高磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁體，因?yàn)榄h(huán)形粒子加速器對(duì)撞能量等很多參數(shù)都與二極磁體場(chǎng)強(qiáng)成正比，而高溫超導(dǎo)材料是進(jìn)一步提高場(chǎng)強(qiáng)、控制造價(jià)的唯一選擇。

超導(dǎo)集成電路將成為后摩爾信息技術(shù)的重要方向。當(dāng)前，半導(dǎo)體集成電路已進(jìn)入亞十納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)，在速度、功耗與制造等方面都正遭遇發(fā)展瓶頸，基于超導(dǎo)邏輯和低溫存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)可以解決功率、空間和冷卻等高性能計(jì)算問(wèn)題。

室溫超導(dǎo)體成為超導(dǎo)領(lǐng)域物理學(xué)家們的最終理想。超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)限流和大功率超導(dǎo)感應(yīng)加熱等技術(shù)，能夠利用超導(dǎo)體高載流、低損耗特性實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，尤其是超導(dǎo)輸電技術(shù)低壓大電流、傳輸損耗小、輸電走廊占地少的特征，對(duì)實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃及“雙碳”目標(biāo)有重要作用。

鄂維南

中國(guó)科學(xué)院院士

北京大學(xué)、美國(guó)普林斯頓大學(xué)教授

科學(xué)研究有兩大基本目的：一是尋求基本規(guī)律，二是解決實(shí)際問(wèn)題。在量子力學(xué)建立之時(shí)，狄拉克就預(yù)言：尋求基本規(guī)律的任務(wù)已大體完成，但因?yàn)槠鋽?shù)學(xué)問(wèn)題太復(fù)雜，用基本原理來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題非常困難。直到20世紀(jì)50年代電子計(jì)算機(jī)開(kāi)始投入使用，以及微分方程數(shù)值方法的出現(xiàn)，人類才第一次大規(guī)模實(shí)現(xiàn)了從基本原理出發(fā)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并由此構(gòu)建起了現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)賴以生存的基礎(chǔ)。

但很多問(wèn)題依然非常難以求解，比方說(shuō)各類多體問(wèn)題，藥物和材料設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)折疊、湍流、塑性力學(xué)和非牛頓流體力學(xué)等。我從20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究算法，一直在嘗試解決這些問(wèn)題。從2014年起，我就投身于機(jī)器學(xué)習(xí)與科學(xué)計(jì)算的結(jié)合。2020年，我們一個(gè)以年輕人為主力的團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法在量子力學(xué)精度的分子動(dòng)力學(xué)模擬方面取得了重大突破，把可處理體系的規(guī)模從1000個(gè)原子提高到1億個(gè)原子，并因此獲得了2020年戈登貝爾獎(jiǎng)。這是我們第一次看到機(jī)器學(xué)習(xí)、科學(xué)計(jì)算、高性能計(jì)算三大工具的結(jié)合所帶來(lái)的廣闊空間。AlphaFold 2的成功，更是讓我們看到了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法所能帶來(lái)的革命性改變。

這個(gè)空間和改變給我們帶來(lái)的將是新的科學(xué)工具的發(fā)展和新的科研模式的構(gòu)建。它也將推動(dòng)科學(xué)研究從小農(nóng)作坊模式轉(zhuǎn)變到大平臺(tái)模式，即由整個(gè)科學(xué)家群體共同努力構(gòu)建基礎(chǔ)模型、基礎(chǔ)算法和工具。這樣的大平臺(tái)將極大地提升整體科研的效率。

印遇龍

中國(guó)工程院院士

中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員

民以食為天，豬糧安天下。習(xí)近平總書(shū)記指出，要大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品，不斷滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。當(dāng)前，人民群眾對(duì)優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品的需求日益增加，發(fā)展種養(yǎng)一體化功能農(nóng)業(yè)即建立一種生態(tài)、環(huán)保、循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)牧業(yè)體系，可為消費(fèi)者提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品。

湖南是我國(guó)重要的農(nóng)產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品和中藥材生產(chǎn)基地，承擔(dān)著保障國(guó)家“糧豬安全”和“藥材第一車(chē)間”供給的重任，但當(dāng)前仍存在種植與養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)失衡、土地生產(chǎn)力透支、畜禽糞污資源未得到充分利用、投入和激勵(lì)機(jī)制不暢、農(nóng)牧企業(yè)實(shí)力不強(qiáng)等問(wèn)題。在新一輪農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系變革中，湖南省應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化政策扶持，促進(jìn)功能農(nóng)業(yè)、中醫(yī)農(nóng)業(yè)等發(fā)展，加快構(gòu)建種養(yǎng)一體化功能農(nóng)業(yè)體系。

養(yǎng)殖業(yè)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有資源轉(zhuǎn)換和維持生態(tài)平衡的重要功能。種養(yǎng)脫節(jié)會(huì)導(dǎo)致化肥農(nóng)藥大量使用、水土污染嚴(yán)重、土壤板結(jié)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降；同時(shí)養(yǎng)殖業(yè)糞污處理成本高，養(yǎng)殖場(chǎng)周邊環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻。為此建議：一是完善環(huán)保監(jiān)督和服務(wù)機(jī)制，堅(jiān)持糞污資源化利用的導(dǎo)向，鼓勵(lì)和培訓(xùn)養(yǎng)殖戶運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)處理農(nóng)業(yè)和生活廢棄物；二是加大“生物發(fā)酵技術(shù)”的科研資金投入和產(chǎn)業(yè)扶持力度；三是落地糞污資源就地高效循環(huán)利用等補(bǔ)助政策，引導(dǎo)能人回鄉(xiāng)、市民下鄉(xiāng)、鄉(xiāng)賢助鄉(xiāng)、企業(yè)興鄉(xiāng)。