2020年2月27日，科技部高技術研究開發中心（基礎研究與管理中心）釋出了2019年中國科學十大進展：月球地幔材料檢測的初步證據，人工通用智能異質晶片的建構，基于DNA檢測酶調控的自身免疫性疾病治療建議， 蛋白質結構和功能在水下藻類光合作用中的裂解，基于材料基因工程的高溫塊狀金屬玻璃的開發，選取铌離子提高鈣和钛礦太陽能電池壽命的機理、青藏高原丹尼索瓦人的發現等十大重要科學進展， 實作了引力誘導量子去相幹模型的衛星測試，揭示了非洲豬瘟病毒的結構及其組裝機理，并首次觀測到三維量子霍爾效應。
2019年中國科學十大進步簡介
01. 探測到月球地幔物質釋放的初步證據
月球殼和月球的十字架都是在月球演化的早期階段形成的，撞擊生長過程産生的能量形成了熔融的岩漿海洋，較輕的富含鈣的斜長石成分漂浮形成月球的外殼，而較重的鐵鎂礦物如橄榄石和低鈣燧石下沉形成月球的地殼。然而，在阿波羅和月球探索任務傳回的月球樣本中，沒有發現月球品質确切組成的直接證據，關于月球品質組成的推論尚未得到很好的建立。直徑非常大的撞擊坑有可能穿透月球外殼，使月球的十字形物質被挖掘出來，并可能被探測和采樣。南極-艾特肯盆地（SPA）位于月球背面，直徑約2，500公裡，是月球表面最古老，最大的撞擊結構，最有可能突破月球地殼。然而，來自現有月球軌道飛行器的遙感資料表明，盡管SPA地區的鐵鎂礦物含量很高，但沒有證據表明橄榄石廣泛暴露。這些物質是否可能起源于月球是值得商榷的。中國的嫦娥4号探測器最近成功降落在月球背面SPA地區的馮卡門撞擊坑，并使用月球車玉兔2号進行了偵察任務。中國科學院國家天文台的李春來及其合著者報告了在玉兔2号上配置的可見光和近紅外光譜儀（VNIS）的初步光譜探測結果，并分析了低鈣（坡度）燧石和橄榄石的存在，橄榄石是一種礦物組合，可能代表了來自月球十字形的深層物質。進一步的地質背景分析表明，這些物質是從附近的Fensom撞擊坑挖掘出來的，直徑72公裡，并投射到嫦娥4号着陸點的月球地幔上。這項工作的意義在于揭示了月球十字形的物質成分，為研究月球的早期岩漿海洋提供了新的限制，并加深了對月球内部形成和演化的了解。玉兔2号将繼續在馮卡門撞擊坑的底部探索這些物質，以了解它們的地質背景，起源群組成，并為未來的月球樣本采樣和傳回任務提供基礎。
02. 建構人類特有智能異構晶片
開發通用人工智能（AGI）通常有兩種方式：面向計算機科學或面向神經科學，将兩者結合起來是目前公認的開發AGI的最佳方式。由于這兩種方法在概念和編碼方案上的根本差異，這兩種方法依賴于非常不同且不相容的計算平台，是以很難建構兩者內建的計算平台，進而阻礙了AGI的發展。是以，開發一個可以支援基于計算機科學的流行人工神經網絡和神經科學啟發的模型和算法的通用平台非常重要。清華大學石路萍研究小組及其合作者提出了一種天空晶片架構，該架構有效地內建了上述兩種方法，并提供了一個異構內建協同計算平台。該晶片采用多核結構、可重構元件和流線型資料流的混合編碼方案，既可以支援基于計算機科學的機器學習算法，又能支援神經科學主導算法，以及神經科學中的多種編碼方案，以及異構混合模組化，提供新的解決方案。僅使用一個晶片，研究人員展示了無人駕駛自行車系統中常見算法和模型的同時處理，進而實作了實時目标檢測，跟蹤，語音控制，障礙避風，避障和平衡控制。該研究有望為更通用的硬體平台開發和推動AGI鋪平道路。
03. 提出一種基于DNA檢測酶調控的自身免疫性疾病治療方案
病毒有上千種，它們的感染特征和病原體千篇一律，但變化的是，當病毒入侵時，它自身的遺傳物質不可避免地被帶入宿主細胞。身體對這些外源性遺傳物質（如DNA）反應迅速，但需要自費，這是病毒感染引起的緻命發炎的主要原因。對外源性DNA誘導的免疫反應的了解可以追溯到數百年前，但其背後的機制尚不清楚。2013年，該領域取得了重要的國際突破，科學家鑒定出蛋白質cGAS（環鳥核苷酸 - 腺苷酸合酶）作為細胞内DNA病毒受體。正如cGAS所揭示的那樣，科學家們發現，cGAS的異常激活除了檢測病毒入侵外，還直接導緻了一類自身免疫性疾病。是以，找到有效控制cGAS活性的手段并探索其調節機制對于病毒感染和自身免疫性疾病的治療非常重要。軍事醫學研究所（國家生物醫學分析中心）的張學敏和李濤及其合著者發現，乙酰化修飾是控制cGAS活性的關鍵分子事件，并揭示了其背後的規律。研究人員确定了cGAS的三個關鍵乙酰化位點（K384，K394和K414），并發現任何位點的乙酰化修飾都可能導緻cGAS變得不活躍。反過來，研究人員發現乙酰水楊酸（阿司匹林）可以迫使cGAS在這些關鍵位點進行乙酰化以抑制其活性。此外，對cGAS調控機制的進一步探索發現，cGAS以複合物的形式存在和起作用。使用蛋白質質譜法，研究人員确定了G3BP1，這是cGAS的關鍵調節因子。機制研究表明，G3BP1與cGAS結合，通過幫助cGAS形成聚合物來確定更有效地鑒定DNA。在沒有G3BP1的情況下，細胞中cGAS的活性顯着降低。重要的是，EGCG是綠茶多酚和天然小分子化合物的主要成分，是G3BP1的抑制劑。研究人員發現，EGCG能夠通過幹擾G3BP1和cGAS之間的互相作用來抑制cGAS的激活。上述研究不僅揭示了體内抗病毒感染的關鍵調節機制，還發現了有效的cGAS抑制劑，為AGS（Ekadi綜合征）等自身免疫性疾病提供了潛在的治療政策。
04. 破解藻類水下光合作用的蛋白質結構和功能
光合作用利用陽光将二氧化碳和水轉化為有機物和氧氣，為地球上幾乎所有生物的生存提供能量和氧氣。為了适應不同的光環境，光合作用生物進化出多種色素分子和色素結合蛋白，以最大限度地利用不同環境中的光能。矽藻是一種豐富而重要的水生光生生物，占水生原生原蟲生産力的40%，占地球初級生産力總量的20%，在全球碳循環中起着重要作用。矽藻在水生環境中成功繁殖的重要因素之一是它們含有藻黃素/葉綠素結合膜蛋白（FCPs），這賦予了矽藻獨特的光捕獲和光保護以及快速适應光強度變化的能力。中國科學院植物研究所的沈建仁和闫廷雲報道了海洋矽藻、三角棕指藻FCP的高分辨率晶體結構，揭示了七種葉綠素a、二種葉綠素c、七種葉綠素葉黃素以及蛋白質支架中矽藻藻素可能的詳細結合位點，進而揭示了葉綠素a和c之間的有效能量轉移路徑。該結構還顯示了藻類葉黃素和葉綠素之間的密切互相作用，允許能量通過藻類阿弗萊特有效地轉移和淬滅。該團隊進一步與清華大學生命科學學院餘勝芳研究小組合作，分析了分辨率為3.0 E的矽藻光學系統II（PSII）和FCPIPI超複合材料的制冷電鏡結構。超複合體由兩個PSII-FCPII單體組成，每個單體包含一個PSII核心配合物，具有24個基底和11個外圍FCPIPI天線子基，其中FCPIPI天線存在2個FCPIPI鐵礦體和3個FCPIPI單體。整個PSII-FCPIPI二聚體含有230個葉綠素A分子，58個葉綠素c分子，146個類胡蘿蔔素分子，以及錳團簇複合物，電子轉移體和大量脂質分子。該結構揭示了矽藻PSII核心中特定基底和與高等植物PSII-LHCII複合物顯著不同的天線子基布置的特征，以及矽藻巨大的顔料分布網絡，為闡明矽藻的高效藍綠光捕獲、能量傳遞和耗散機理提供了堅實的結構基礎。
為了進一步了解水下光合作用，研究人員還分析了廣泛存在的水生生物的結構，這些生物具有與高等植物相似的光合作用，綠藻（假根羽毛）光系統I（PSI） - 光捕獲複合物I（LHCI）超級複雜，分辨率為3.49 E。該結構揭示了13個包含原核和真核亞基質性質的PSI核心亞基底，以及10個LHCI天線亞亞基結構（其中8個形成雙半環結構，其餘2個形成額外的LHCI二聚體）。與浙江大學醫學院張星研究小組合作，以3.37 E的分辨率分析了綠藻-萊茵河藻類完整C2S2M2N2 PSII-LHCII超分子體的制冷電鏡結構。其結構表明，綠藻C2S2M2N2超複合體是一個二聚體，每個單體由三個LHCII三層，一個CP26和一個CP29外圍天線亞基組成，位于PSII核心複合體的中心并圍繞核心。這項工作還揭示了幾種綠藻PSII核心和光學天線LHCII的結構特征，這些特征與高等植物不同。上述研究為揭示綠藻中光能有效吸收、傳遞和消光的機理提供了堅實的結構基礎，為PSI-LHCI和PSII-LHCII超分子複合物的進化變化提供了重要線索。
上述研究進展解開了雙原子藻類和綠藻光合作用膜蛋白的超分子結構和功能之謎，不僅對揭示自然界中光能高效轉化的機理具有重要意義，而且為人工模拟光合作用提供了新的思路和政策，指導了新作物的設計，建構了智能植物工廠。
05. 基于材料基因工程開發的高溫塊狀金屬玻璃
金屬玻璃具有獨特的無序原子結構，使其具有優良的機械和實體化學特性，在能源、通信、航空航天、國防等高科技領域得到廣泛應用，是現代合金材料的重要組成部分。由于金屬玻璃在接近玻璃化轉變溫度時會以塑性方式流動，是以機械強度顯着降低，嚴重限制了它們的高溫應用。雖然已經研制出玻璃化轉變溫度大于1000K的金屬玻璃，但其狹窄的溫度轉變相面積（玻璃化轉變溫度與結晶溫度之間的溫度間隔）使得難以形成大尺寸材料，其熱塑性成形性能較差，難以加工部件。這些挑戰的關鍵在于金屬玻璃形成成分的合理設計，迄今為止發現的具有特定性能的金屬玻璃主要是試錯的結果。基于材料基因工程的概念，劉豔輝研究組及其合著者開發了一種高效、無損、易于推廣的高通量實驗方法，設計了Ir-Ni-Ta-（B）合金體系，得到了玻璃轉化溫度高達1162K的高溫塊狀金屬玻璃。新開發的金屬玻璃在高溫下非常堅固，在1000 K時達到3.7千兆帕，遠遠超過先前報道的塊狀金屬玻璃和傳統的高溫合金。該金屬玻璃的過冷液相面積為136 K，比以前報道的大多數金屬玻璃更寬，成型能力高達3 mm，并允許其熱塑性塑膠，以獲得适用于高溫或惡劣環境的小規模部件。本研究開發的高通量實驗方法具有很強的實用性，颠覆了金屬玻璃領域60年來"油炸蔬菜"的材料研發模式，證明了材料基因工程在新材料研發中的有效性和高效率，為解決金屬玻璃新材料高效探索的難題開辟了新的途徑， 也為新型高溫高性能合金材料的設計提供了新的思路。
06. 澄清铌離子提高鈣钛礦太陽能電池壽命的機理
鈣钛礦太陽能電池是新一代光伏技術，其工作穩定性是産業化的主要障礙。傳統研究主要通過元件優化、封裝、界面修飾和紫外線過濾等因素，有效抑制氧氣、水分、紫外線等因素引起的性能下降，進而提高器件的穩定性。但是，為了進一步提高裝置的使用壽命，有必要開發一種長期有效的方法來抑制材料在使用過程中的缺陷。為了提高标志的穩定性，北京大學工程學院周煥平研究小組、化學與分子工程學院闫春華/孫延東研究小組及其合作者提出，通過将eu離子對（Eu3 plus/Eu2 plus）引入鈣和钛礦的活性層作為"氧化還原梭"， Pb0和I0缺陷可以同時消除，進而大大提高了器件的使用壽命。有趣的是，離子對在器件使用過程中不會顯著消耗，相應的器件效率高達21.52%（認證值為20.52%），并且沒有明顯的滞後。同時，引入離子對的薄膜器件表現出優異的熱穩定性和光穩定性，經過1000小時連續的太陽能光照或85oC的加熱，器件仍能分别保持91%和89%的原始效率，在最大功率點連續運作500小時後仍能保持91%的原始效率。該方法解決了限制其在鉛-鈣-钛礦太陽能電池中的穩定性的重要本質因素，可推廣到其他鈣钛礦光電器件，對于其他面臨類似問題的無機半導體器件也具有參考意義。
07. 丹尼索瓦人在青藏高原被發現
丹尼索瓦人是一個神秘的古代人類，已經消失了，他們過去的了解主要基于僅在西伯利亞丹尼索瓦洞穴中出土的少量化石碎片以及其中儲存的高品質古代遺傳資訊。遺傳研究表明，丹尼索瓦人對一些現代低海拔東亞人群和高海拔現代藏族人群做出了遺傳貢獻，這對适應現代藏族高海拔環境具有重要意義。由于缺乏化石形态資訊，科學家很難評估丹尼索瓦人與散布在亞洲和其他地方的古代人類豐富化石之間的聯系，也難以準确了解丹尼索瓦人與現代亞洲人口之間的關系。此外，基因源對青藏高原人群（如現代藏族人）的高海拔環境特征的适應性，特别是是否從丹尼索瓦人遺傳，是一個非常重要和緊迫的科學問題。中國科學院青藏高原研究所陳發虎研究小組和蘭州大學張東居研究小組，與德國地圖學會進化人類學研究所Jean-Jacques Hublin研究小組一起，報告了使用夏河縣白岩崖洞穴的古蛋白質分析方法确定為丹尼索瓦人的颚骨， 中國甘肅省。研究人員通過測量附着在化石上的碳酸鹽結核的鈾系統，确定颚骨至少有16萬年的曆史。化石标本是在丹尼索瓦人洞穴外發現的第一個丹尼索瓦人化石證據，對标本的全面分析為丹尼索瓦人的研究提供了豐富的實體形态資訊，包括關于下颌和牙齒形态的資訊。研究表明，早在現代智人到來之前，丹尼索瓦人早在中生代晚期就生活在青藏高原的高海拔地區，并成功地适應了高寒缺氧的環境。
08. 進行引力誘導量子去相幹模型的衛星測試
量子力學和廣義相對論是現代實體學的兩大支柱。然而，任何試圖将量子力學與廣義相對論相結合的理論工作都是極其困難的。關于如何将量子力學和引力理論結合起來，有許多模型，但普遍缺乏實驗測試。中國科學技術大學的潘建偉及其同僚彭成志、範景雲等合作者，利用"墨子"量子科學實驗衛星，率先在國際空間引力感應量子糾纏去相幹實驗試驗中，量子糾纏光子去相幹的情況通過地球的引力場來檢驗。根據"事件形式"的理論模型，地球引力場中糾纏光子對之間的相關性将失去機率，而根據現有的量子力學理論，所有糾纏光子對都将保持糾纏特性。最後，衛星實驗結果并不支援"事件形式"理論模型的預測，而是與标準量子理論相一緻。這是量子衛星首次被用于測試試圖在地球引力場中融合量子力學和廣義相對論的理論，這将極大地促進相關實體學的基礎理論和實驗研究。
09. 揭示非洲豬瘟病毒的結構及其組裝機制
非洲豬瘟病毒（ASFV）是一種巨大而複雜的DNA病毒，可引起家豬、野豬患急性、發熱、高傳染性疾病，發病率和死亡率高達100%，養豬産業鍊造成巨大經濟損失，沒有疫苗可用。中國科學院生物實體研究所、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所的饒子和/王湘喜，會同上海理工大學等機關，在上海理工大學制冷電鏡中心不斷收集高品質資料， 采用優化的圖像重建政策，分析了非洲豬瘟病毒殼的三維結構，分辨率為4.1 E。殼顆粒大而複雜，大小和結構複雜，由17，280個蛋白質亞堿基組成，包括1個主要（p72）和4個次級殼蛋白（M1249L，p17，p49和H240R），它們組裝成五聯和三重對稱的混合物。主殼蛋白p72的原子分辨率結構顯示了非洲豬瘟病毒的潛在皮原抗原表位，其與其他核細胞大DNA病毒（NCLDVs）存在顯着差異。次級殼蛋白在殼的内表面形成複雜的蛋白質互相作用網絡，通過調節相鄰病毒殼微粒體之間的力來調節衣殼的組裝，并穩定殼的結構。作為核心組織者，100nm長的M1249L蛋白沿三重對稱性的每個邊緣橋接兩個相鄰的五角星體，與其他殼蛋白形成分子的擴充網絡，驅動殼架的形成。這些結構細節揭示了殼穩定性群組裝的分子基礎，對非洲豬瘟疫苗的發展具有重要的理論意義。
10. 首次觀測到三維量子霍爾效應
二維電子系統中量子霍爾效應的發現使得拓撲學在凝聚态實體學中發揮核心作用。30多年前，Bertrand Halperin等人從理論上預測量子霍爾效應可能在三維電子氣體系統中産生，但到目前為止，"三維量子霍爾效應"還沒有在實驗中觀察到。南方科技大學實體系張麗源研究組、中國科學技術大學實體系喬振華研究組、新加坡科技與設計大學楊生元等首次在ZrTe5晶體中實作了"三維量子霍爾效應"。研究人員測量了單晶碳化物在磁場下的低溫電子傳輸，在相對較低的磁場下達到極端量子極限（僅占據了最低的Randol能級）。在這種狀态下，研究人員觀察到一個近零的耗散縱向電阻，并在磁場方向上形成了一個比對良好的霍爾電阻平台，其與半個費米波長成正比，這是三維霍爾效應的明确标志。理論分析還表明，這種效應是由于在極端量子極限下由電子締合增強驅動的電荷密度波驅動的費米表面的不穩定性。通過進一步增加磁場強度，縱向電阻和霍爾電阻都大大增加，顯示出金屬絕緣體相變。這一研究進展為三維量子霍爾效應提供了實驗證據，并為進一步探索三維電子系統中奇異量子相及其相變提供了一個有希望的平台。
"中國科學十大進步"評選活動由科技部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）牽頭，已成功舉辦15屆，宣傳我國重大基礎研究的科學進步，激發科研工作者的科學熱情和奉獻精神。 開展基礎研究科學普及，促進公衆認識，關心和支援基礎研究，在全社會營造良好的科學氛圍。
中國科學十大進步的評選過程分為三個環節：推薦、初選和最終選舉。2019年，《中國基礎科學指南》、《中國科學院學報》、《中國科學基金》和《科學通報》等五個編輯部推薦了320篇科研進展，均于2018年12月1日至2019年11月30日期間正式發表。
2019年12月，科技部高技術研究發展中心組織召開2019中國科學十大進步初選會議，将數學與天文科學、化學與材料科學、地球與環境科學、生命與醫學科學四大學科劃分，并邀請專家從推薦的科學進展中選出30項進展進入最終選舉。最終選舉采用線上投票方式，邀請了中科院院士、中國工程院院士、國家重點實驗室主任、部分國家重點研發計劃專家和項目負責人等2600多名專家學者對30名科學進步候選人進行線上投票，将科學進步前10名評選入"2019中國科學十大進展"。