三個故事“求解”全球科技創新與合作之道

9月10日上午，2023浦江創新論壇（第十六屆）在上海浦東新區東郊賓館舉行開幕式和全體大會。

在交流中，“科技創新與合作”不斷被人們提起。而“開放的創新生態：創新與全球鏈接”恰是本次論壇的主題。

國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）總干事彼得羅·巴拉巴斯基，復旦大學校長、中國科學院院士金力，李政道學者、上海交通大學李政道研究所副教授徐東蓮等人分別通過講述其領導或發起的大科學計劃的故事，在浦江創新論壇上“求解”創新與全球鏈接之道。

平常人們體檢，最多幾十項檢查，但在金力等人發起的國際人類表型組計劃中，志愿者要在兩天一夜中檢測2.4萬項表型。目前，已有20個國家的科學家加入到這一國際大科學計劃的研究中。

在“全球科技創新合作”的特別對話中，金力呼吁，要建立全球科技創新網絡，促進科技資源的共享和交流；要加強全球科技制度，制定公平合理的國際規則和標準。

中國參與的人類最大的國際科學合作項目：模擬一個太陽

國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）總干事彼得羅·巴拉巴斯基（Pietro Barabaschi）表示，參與ITER合作的國家人口占到了全球人口的一半，“以及整體工業能力的80%”。

大概在100年前，科學家們就已經知道，核聚變是太陽和所有恒星提供能量的一種過程。但如何在地球上模擬太陽的情況——核聚變？

1985年，ITER項目的想法被提出來：為了共同的和平目標，希望能夠在接下來，通過幾十年的共同努力，開發核聚變作為一種能源。最開始是美國和蘇聯，然后日本和歐洲也加入進來，隨后中國、韓國和印度也相繼加入。

據新華社報道，ITER是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。它旨在模擬太陽發光發熱的核聚變過程，探索核聚變技術商業化可行性。歐盟、中國、美國、日本、韓國、印度和俄羅斯等七方共同資助這一項目，其中歐盟出資約45%，其他六方各承擔約9%，最終目標是在2050年前后實現核聚變能商業應用。

彼得羅·巴拉巴斯基表示，核聚變需要令人難以置信的科學和工程上的創新。人們選擇了一種叫作磁約束核聚變的方法，有一個非常大的像甜甜圈一樣的容器，被稱作托卡馬克。“我們把一些氣體放進去，然后使用電流把這些氣體轉化為一個電離的等離子體，將等離子體加熱到1.5億攝氏度。這比太陽的核心溫度要高10倍。”熱核聚變實驗堆需要很多首創的組件，從加熱系統到診斷系統，以及很多專用的材料都需要創新。

彼得羅·巴拉巴斯基表示，中國是熱核聚變實驗堆項目一個重要的合作伙伴。除了磁鐵，中國也貢獻了很多的其他電器元件和系統結構部件，比如氣體的注入系統、診斷系統等。這需要中國的大學、公司等研發機構進行重要創新。

此外，熱核聚變實驗堆的任何組件對精度都有很高的要求，因此，安裝質量也至關重要。彼得羅·巴拉巴斯基說，中國核電工程有限公司主導了數以千計的安裝工作，使得實驗堆能夠最終被完全組裝，“這是中國作出的一個巨大的貢獻”。

上海創新策源和發起：每人體檢2.4萬項的國際分布式大科學計劃

“對疾病的本質更深入地了解，有助于診斷和治療。”金力表示，上海作為創新策源地的人類表型組計劃最終的目的是，通過大量的表型分析，來對疾病進行分析；構建未來生物醫學研究的導航圖，讓未來的研究者不需要在黑暗中摸索。

此前，人們希望通過對基因組的測序和研究，將表型和基因關聯起來，但隨后遭遇瓶頸。金力表示，人類歷史上生命科學領域的第一個大科學計劃是人類基因組計劃，規模相當龐大，花了整整10年時間，有幾十個國家的科學家參與，最終在2001年正式宣布完成。“但連接表型和基因的關系上，現在進入了一個瓶頸”。因為基因和表型之間的關系不是一一對應關系。基因在一端，表型在另一端，它們怎么關聯起來？當中有太多的東西需要“穿越”。遺傳的機制本身就相當復雜，表型本身也很復雜。

基因組研究被稱為走后門策略，而表型組分析被金力稱為走前門策略。“順便把基因也帶進去，全面出擊，前門后門一起走。”他說。

他們通過大樣本量的分析，將宏觀表型和微觀表型關聯起來，然后判斷它們之間存在什么關系。

金力表示，平常人們做體檢，是做幾十個項目、幾百個項目，在人類表型組的研究中，志愿者花兩天一夜的時間完成2.4萬個表型的測量，整個招募過程中，“我們按照要求完成了1000個人、每個人2.4萬項表型的測量”。

在研究成果方面，金力表示，如果2.4萬個表型兩兩之間有關系的話，那么大概有5億～6億個可能的關聯，實際在研究中發現了超過100萬個強關聯，就有了新的發現，獲得了表型組導航圖1.0。比如，幾十年沒解決的指紋背后的基因問題。研究人員發現了決定人類指紋的基因，“而且讓我們很吃驚，這個基因實際上不是跟皮膚有關系，而是跟上肢的發育有關系，這顛覆了我們此前的認識。”

“我們找到了一組5個代謝物，可以提前5年預測阿爾茨海默病，做早期診斷；通過對DNA的CpG位點上的甲基化特征進行分析，可以提前4年對5種常見的消化道腫瘤進行早診；根據前面發現的150萬個強關聯，我們提出了一系列新的我們應該回答的問題。”金力說。

國際人類表型組計劃的想法最早于2015年提出。金力說：“2016年，召開了首屆國際人類表型組大會，提出了核心任務和路線。2018年，正式啟動，成立了一個國際合作組。”“最早是上海市級重大專項支持，我們奠定了一個基礎，中長期目標讓它成為一個國際的大科學計劃。”“目前國際人類表型組研究協作組的成員，一共是20個國家。”

金力表示：“大科學計劃就像我們要建設人類命運共同體，我們要有一個科學的共同體，這是人類生存和發展的需要。”

靜聽寰宇的大科學裝置

“只有中微子可以穿越整個地球，其他粒子都辦不到。”9月10日上午，在浦江創新論壇首次設立的青年特別講席報告中，李政道學者、上海交通大學李政道研究所副教授徐東蓮說，“中微子是非常神秘的宇宙幽靈信使，它們也是研究極端宇宙的利器，是連接宇宙中極大與極小的完美橋梁。我們通過建設高性能的中微子望遠鏡，去捕捉這些來自宇宙深處的神奇信使，就可以實現見微知著，靜聽寰宇！”

大科學計劃就像我們要建設人類命運共同體，我們要有一個科學的共同體，這是人類生存和發展的需要。

中微子是組成自然界的一種基本粒子，它非常神奇，不帶電荷，質量極其微小，只參與弱相互作用和引力作用。它一共有三種，能在飛行過程中從一種變成另外一種。

徐東蓮介紹，中微子是研究極端宇宙一個獨特的探針，還是間接尋找暗物質的手段。徐東蓮表示，暗物質粒子可能湮滅或衰變成中微子，所以中微子望遠鏡能夠用來追蹤暗物質的蹤跡。

“宇宙中產生中微子的源頭有非常多，都跟極端的物理過程相關，比如說宇宙大爆炸時的遺跡中微子，它現在充斥著每一寸的宇宙空間。太陽核聚變產生海量的中微子，其實我們整個地球以及地球上的生命體是‘浸泡在太陽產生的中微子的海洋里面，每一秒鐘有百億個太陽中微子穿越我們指甲蓋。在最高能量端——來自宇宙深處的黑洞，它們也被預言會產生超高能的中微子。但黑洞的中微子到達地球的通量非常非常低。大約要等待100倍的宇宙年齡，才能等到一個黑洞的中微子穿越我們的身體。”

徐東蓮說，中微子望遠鏡的大科學裝置的研制到建成，是一個漫長的過程，一般都以10年為量級，建成之后可產生海量的科學數據，都需要聯合國際科學家一起建立合作組來處理。

她參與過南極“冰立方”（IceCube）的國際合作實驗，2018年回國加盟李政道研究所，發起南海中微子望遠鏡計劃——“海鈴計劃”，并且帶領團隊2021年到南海選址。

目前世界上最大的中微子望遠鏡冰立方（IceCube）的探測器陣列建在2500米深的南極冰層中。

據新華網消息，“冰立方”位于南極的地下冰層中，主體是體積1立方千米的純凈冰塊和數千個光學傳感器。每時每刻都有大量中微子穿過地球，其中極少數會與冰塊中的原子核碰撞，產生特殊的閃爍，光學傳感器可以捕捉這些閃爍。

據澎湃新聞此前報道，“海鈴”在3000米深的南海海底，監測水體超過100萬個北京“水立方”，其工程目標是建成一個連續工作20～30年、全天候、全時段運行的海底中微子望遠鏡陣列。

◎ 來源|澎湃新聞