中国科学院学部第十届学术年会全体院士学术报告会。主办方供图

■本报记者 赵宇彤

“兔子最早出现在什么时候？”“人类祖先的尾巴是什么时候退化的？”“100万年以后，人类会变成什么样？”7月10日，中国科学院学部第十届学术年会全体院士学术报告会上，一系列妙趣横生的问题将全场氛围推向高潮。

“我们着眼世界科技前沿，努力通过学术年会搭建国内外院士对话交流平台。”会议主持人、中国科学院院士包信和说。

本次报告会共有7位中国科学院院士和中国科学院外籍院士，聚焦科技前沿和应用场景背后的基础理论问题作学术报告，500余位院士现场参会，同时面向社会公众直播。

追本溯源 探寻微观机理

“我希望构建一套全球共同参与的科学发现体系。”中国科学院外籍院士奥马尔·亚吉表示，要实现这一目标，离不开一套全球通用的“科学语言”、充裕的科学探索机会，以及超越当下研究效率与规模瓶颈的创新研究范式。

亚吉开创的材料设计、制备及应用的“科学语言”便是金属有机框架（MOF）与共价有机框架（COF）。这些新材料实现了原子级精确设计。以MOF材料为例，凭借多孔结构，在二氧化碳捕集、空气集水、催化及药物缓释等方面展现出广阔的应用前景。相关研究正通过化学、材料学与人工智能（AI）的结合，推动材料领域突破品类稀缺的局限，迈入潜能无限的全新发展阶段。

然而，微观世界的运行规律与宏观世界并不相同。“微观世界绝不是宏观世界的‘缩小版’。”中国科学院院士王恩哥强调，哪怕是一滴水也在微观尺度上藏着诸多物理奥秘。

早在2005年，《科学》提出全世界最具挑战性的125个科学问题，“水的结构和性质”便是其中之一。

“微观世界的量子实体同时具有波粒二象性。”王恩哥指出，1927年，玻恩和奥本海默基于薛定谔方程提出电子态绝热近似，成为近百年研究凝聚态物质的传统思维范式。

随着理论模拟更接近实际体系，实验观测更精准，该范式的局限性也日益凸显——核量子效应被长期弱化、非绝热效应被忽略，难以准确描述物理现象。“这就像一枚放在远处的硬币，看不到它的花纹与细节，只看到金属材质的模糊硬币。”王恩哥打了个比方。

对此，他们决定研究水这一复杂系统的全量子效应。“水中2/3的原子是质量最轻的氢原子，量子效应最为显著。”王恩哥介绍，决定水的几乎所有反常性质的氢键机制研究长期悬而未决。

历经25年探索，王恩哥团队建立了超越玻恩-奥本海默近似的物理研究框架，不仅“看清”了水的结构，还创造性提出可识别氢原子的扫描探针技术，精确测量出单根氢键的强度。“这项研究的重要意义在于，通过对全量子效应的理解，我们可以引入一个新的物理量来设计和调控凝聚态系统的新物性、新物态。”

7月8日，王恩哥团队成果“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”荣获2025年度国家自然科学奖一等奖。

同时获得这一奖项的还有“单原子催化”。“催化是现代化学工业的核心技术。”中国科学院院士张涛指出，催化剂则是现代工业的“发动机”。

然而，传统的“化学明珠”贵金属催化剂资源稀缺、价格昂贵，且在实际催化反应中难以得到充分利用。如何“唤醒”贵金属中的每一个原子，让其发挥作用？2011年，张涛团队提出“单原子催化”概念，让催化剂原子克服易迁移、爱“扎堆”的天性，使每个金属原子都成为独立活性中心。

“单原子催化剂具有明确且相对均一的活性位结构，能够为在原子尺度上理解催化作用机制提供清晰模型。”张涛介绍，这不仅实现了贵金属利用效率的最大化，也让人们有机会在原子尺度上设计和调控多相催化活性中心。

同时，这一从原子尺度重新定义催化的原始创新，引发了国内外的研究热潮。截至目前，已有百余个国家的数千个研发团队投身单原子催化领域，相关成果已在氯乙烯生产、精细化工、制药等领域实现工业应用。

在张涛看来，更重要的是，单原子催化概念可能会促进单原子理念或单原子科学的出现和发展，即其他多学科领域均从单原子水平出发进行科学研究与思考。

“从纳米催化到单原子催化，我们正不断用化学的极限尺度，也就是单原子尺度来理解催化活性中心的本质；从经验优化到原子级理性设计，我们正逐步实现原子精准催化的梦想。”张涛说。

观照万物 解码生命奥秘

“我们从哪里来，我们是谁，我们向何处去？”会上，中国科学院院士周忠和抛出3个发人深省的哲学问题。

这是关于人类生存的深刻发问。“要回答‘我们从哪儿来’的问题，离不开对‘生命从哪儿来’的追问。”周忠和说，然而又该如何探寻世界上最早的生命形式？“古生物学提供的化石证据，成为科学回答这一问题的基石。”

约35亿年前至5.5亿年前的化石记录，揭示了生命从单细胞生物出现，到逐步演化出复杂真核多细胞生物及动物的漫长历程；5.2亿年前的寒武纪生命大爆发，正式开启了“从鱼到人”演化的新篇章；4.2亿年前肉鳍鱼现身到3.7亿年前登陆，随后迎来了爬行动物统治陆地的时代；2亿年前哺乳动物开始出现，直至经历了0.66亿年前的白垩纪末大灭绝后，才迎来蓬勃发展；最终在大约700万年前，灵长类的一支发展出最古老的人类，并逐渐演化成为今天的智人。

同时，地球生命的演化过程和地球环境演变密不可分。对生命起源的探索不仅要结合生命分子化学的实验研究，也离不开行星地质的视角。“生命与环境的相互关系是演化生物学的永恒主题，生命演化真正的驱动机制往往涉及多因素的耦合。”周忠和说，“火星、小行星探测无疑会开阔我们对生命起源探索的视野。”

在周忠和看来，人类并非生命演化的必然重点，更不是“高级形式”，只是生命众多纷繁复杂演化支系中的一支。“人类的出现，是无数偶然事件、特定环境条件和随机突变累积的结果。我们终究只是地球生命演化历史上芸芸众生中迟到的一员。”

在生物界中，有一类特殊的物种——蝗虫。“蝗灾是农业上最古老的自然灾害之一。”中国科学院院士康乐强调，时至今日，蝗灾依旧存在，“这么小的一个动物为什么会群聚成灾”？

这是长期困扰全人类的难题。康乐决定从生命的化学通信，即生物个体利用化学信号介导信息传递的一种“沟通”方式入手，尝试寻找新思路。

“生物感知外界环境条件主要依靠物理和化学信号。视觉、听觉和触觉是物理信号，嗅觉和味觉是化学信号。”康乐说，在自然界，生物寻找食物、配偶、防御天敌和社会分工都依靠化学信号。

因此，如何感知、鉴定、接收这一化学信号，并作出决策和行为反应，是生物学的基础科学问题。“蝗虫聚集成灾有可能是化学信号介导的。”康乐说。

康乐团队首先系统鉴定出飞蝗群聚过程中释放的35种挥发物。通过系统研究，他们在全球首次发现4-乙烯基苯甲醚（4VA）是飞蝗的群聚信息素及其特异性受体，终结了50余年来关于蝗虫群聚信息素的争议。《自然》配发的评论称其“用科学战胜蝗灾”。

随后，他们全面揭示了4VA的生物合成通路和关键催化酶，基于构效关系开发效果极佳的行为干扰剂。因此，这项综合性研究完美体现了基础研究发现能够推动绿色防控技术应用。

联合国粮食及农业组织给予了高度评价：“你们的发现将大大提高蝗灾的预测和控制水平，为人们开发新的蝗灾控制方法提供重要线索。”

立足前沿 赋能高质量发展

“我今天戴的是增强现实（AR）眼镜，带微型显示屏。”会上，中国科学院院士江风益介绍，这副总重量仅37克的黄光AR眼镜，正是团队自主创新的结晶。

“轻量化AR眼镜对微型显示屏要求苛刻。”江风益指出，硅基氮化镓LED与硅基电路晶圆级集成是关键。这是他深耕20多年的方向。

在半导体照明芯片领域，长期存在3条研究路线：一条以蓝宝石为衬底，一条以碳化硅为衬底，还有一条非共识路线——以硅为衬底。江风益选择了这条冷门路线——硅基氮化镓半导体发光，决定要走出一条自主创新的半导体照明芯片技术路线。

然而，氮化镓LED在材料生长过程中会出现一种V缺陷。长期以来，业内普遍认为该V缺陷是有害瑕疵，会导致LED光效低等问题。但江风益团队通过系列实验和理论计算发现，V缺陷具有增强空穴注入量子阱和提高量子阱质量等有益作用。

“我们打破了‘位错缺陷越少越好、越小越好’的传统认知。”江风益说，团队提出的V缺陷三维PN结理论方法，使PN结界面由二维发展到三维；V缺陷从“有大害”到“有小害”，并发展为“有大用”。

7月8日，“V缺陷三维PN结及应用”成果荣获2025年度国家自然科学奖一等奖。面向未来，江风益表示，随着技术的进步，硅基氮化镓LED有望使照明光源更节能、更舒适，实现高性能微显示单片全彩屏，推动全彩AR眼镜进入消费市场。

纵观现代科技发展，还有一个至关重要的领域——对物质导电特性的持续探索。“导电性是物质最基本的物理性质之一，对它的研究贯穿了从第二次工业革命至今的科学发展历程。”中国科学院院士薛其坤说。

从发现欧姆定律到电子学发展，从超导到高温超导的发现，从超导电子学到超导量子计算的应用探索，相关研究持续推动着科学进步和人类社会发展。

薛其坤以量子反常霍尔效应为例：“超导材料的零电阻态意味着电流可以在超导环中无休止地流动，量子霍尔效应和量子反常霍尔效应的边缘零电阻态则意味着能耗将非常低。”

这一效应在低能耗的电子元器件应用领域具有重要作用。例如，二极管、导线等电子元器件在通电时会产生电阻，大量电能以热能形式损耗，但在呈现量子反常霍尔效应的材料中，无需外加强磁场即可实现电子低损耗输运，为解决芯片发热和能耗问题指出了一条新路。

在常压室温条件下，能否实现超导？“答案也许不是‘能否’，而是‘如何’。”薛其坤指出，“关键在于找到强配对且在常压下稳定存在的机制。”

“科学无止境。”薛其坤总结道，“随着新材料的诞生、新结构组态的发展、各种电磁场甚至引力场及极端条件的引入，我们期待更多出人意料的科学发现和惊喜。”