#你不知道的科学那些事儿# 【百变芥菜家族只有一个“妈”】四川的青菜、湖南的排菜、长江下游的雪里蕻，加上榨菜、儿菜、棒菜和大头菜……这些形态各异的芥菜，是在不同地域环境下被人类驯化并选择的结果。但近一个世纪以来，芥菜的起源和驯化一直存在科学争议。
9月6日，《自然—遗传学》在线发表了湖南农业大学与中国农业科学院油料作物研究所团队的最新合作成果，阐明了芥菜群体结构和多样性变异的遗传基础，揭示了芥菜的起源和驯化历史。
百年未解之悬案
栽培学上将收种子榨油的十字花科作物称为油菜，包括白菜型油菜、芥菜型油菜和甘蓝型油菜。芥菜型油菜就是能收籽榨油的芥菜。
论文通讯作者、湖南农业大学教授刘忠松告诉《中国科学报》，异源四倍体芥菜有36条染色体，是由二倍体祖先种白菜（20条染色体）和黑芥（16条染色体）天然杂交后加倍而成。它地理分布广泛，是一种形态多样且重要的经济作物。
芥菜栽培和驯化历史悠久，经过长期变异和选择，逐渐演化出籽芥、根芥、叶芥和茎芥4个亚种。
“一般认为芥菜起源于亚洲。但起源于亚洲何处、是单系起源还是多系起源，一个世纪以来仍悬而未决。”刘忠松说，关于芥菜的起源中心，有的学者认为在中亚，更多人认为在中东；早期形态学研究提出了单系起源的观点，而一些学者结合化学分类学、核DNA标记和叶绿体基因组标记研究的结果提出了多系起源的观点。
“关于芥菜起源，前人研究通常是基于一个性状、有限的分子标记或有限的材料，这样获得的不同结论、观点不能被学界统一接受。”论文共同通讯作者、中国农科院油料所研究员华玮告诉《中国科学报》，对作物起源的认识通常是一个不断深化的过程，在获得确切结论之前，往往存在多种不同的观点。
“因此，需要通过更加全面的研究揭示芥菜的身世之谜，也有助于后续开展芥菜育种改良工作。”刘忠松说。
单一起源和三条独立驯化之路
该研究利用多项遗传学、基因组学测序技术从头组装了芥菜型油菜四川黄籽的基因组，最终获得高准确性的染色体级别的基因组图谱，优于之前发表的中国茎用芥菜和印度油用芥菜基因组。
“为了探索芥菜的遗传变异，我们对来自全球38个国家、包含4个亚种的480份种质材料进行了重测序。”论文第一作者、湖南农业大学讲师康雷介绍，他们共获得4529618个高质量的单核苷酸变异位点和967266个短的插入缺失位点。“全面的芥菜基因组变异数据集为芥菜生物学和育种研究提供了资源。”
进一步的研究阐明了芥菜群体内的亲缘关系，显示出3个分支和6个对应不同形态的遗传类群，即第一个分支上的根芥群体，第二个分支上的4个籽芥群体，第三个分支上的叶芥和由叶芥驯化而来的茎芥。由此形成了芥菜的4个亚种。
“研究物种进化，我们要绘制进化树，以便利用树状分支图形来表示各物种及其亲缘关系。芥菜的3个不同分支是指它们处于进化树上3个分枝，再进一步沿分枝产生6个分杈，就是6个群体。”刘忠松说。
为了阐明芥菜的驯化和传播，他们构建了芥菜及其祖先的亚基因组系统发育树，同时组装了478个叶绿体和10个线粒体基因组，以研究芥菜及其祖先之间的细胞质关系。
华玮表示，首先，芥菜进化树只有一个主干，然后演化出不同分枝，说明芥菜由一个祖先产生6个不同群体。其次，细胞质的遗传物质，包括叶绿体和线粒体DNA，表现为母系遗传，通过胞质溯源发现，芥菜只有一个“妈妈”。“我们从这两方面证实了芥菜是单起源。”
随后，结合考古证据和历史文字记录，他们发现芥菜于14000~8000年前在西亚起源，在其自西向东传播过程中，形成了3条独立传播路径，通过基因突变和渐渗杂交演化出6个遗传类群。
“3条传播路线和3个进化分支、3次独立驯化事件都是对应的，芥菜在每一条传播路途上被分别驯化，这是地域环境适应和人为选择的结果。”刘忠松说，基因组和进化研究指明了芥菜驯化发生顺序、推定了大致驯化时间，与考古发掘和历史文献记载结果相一致，揭示了芥菜自西向东传播的过程。
“我们分析材料中虽然没有野生种，但文献数据表明西亚（中东）地区有野生种分布。”华玮说，希望科学家能尽快深入当地采集种质资源和可能的野生种，进一步揭示芥菜的身世。
芥菜形态的百变之源
“种”是生物分类的基本单位，指具有一定自然分布区，以及一定形态特征和生理特性的生物类群。同一种中的各个个体具有相同的遗传性状，彼此交配可以产生能育的后代。
而“亚种”一般被认为是一个种内的类群，在形态上有变异，并具有地理分布、生态或季节上的隔离。
“由于驯化和人工选择，芥菜形态发生了较大的变化，主要表现为种子大小的增加、根和茎的膨大。芥菜因此形成了4个亚种。”康雷说，芥菜的形态十分多样，叶片大小和形态差异悬殊，有的根茎膨大、伸长；而有的籽粒细小，千粒芥菜籽可能不足1克，但也有大粒的，千粒重达7~8克。
随后，他们对这些驯化性状进行了较为详细的研究。
研究鉴定到22个与千粒重显著相关的候选基因，有7个基因也可以通过选择消除检测到。研究人员表示，对这些适应当地光周期的基因进行选择，可诱导芥菜种子大小的改变。
他们将根芥基因组与籽芥、叶芥的基因组进行了比较，确定了14个与贮藏根形成有关的候选基因，可能在生长素信号、糖运输、细胞分裂、细胞扩张和细胞壁修饰方面发挥作用。此外，茎芥的特征是茎粗，食用茎直径大于20厘米，远大于叶芥。比较了茎芥和叶芥基因组后，他们共鉴定到5018个相关基因组区域。
“我们通过比较不同类型的芥菜材料，比如大粒材料与小粒材料、根茎膨大材料与不膨大材料，进行分析，看不同材料在进化过程中留下的基因组痕迹，找到了籽芥、根芥和茎芥特有基因组区域。”康雷说。
刘忠松说，这篇论文终结了芥菜起源的百年之争，揭示了芥菜形态的百变之源，为收集和利用芥菜种质资源提供了指南，为芥菜基因组学研究建立了路线图，使得寻找新的基因变得更加简单、便捷。已鉴定出的新基因、单倍型为不同用途芥菜的基因组选择育种提供了科学依据、基因资源和选择方法，有助于提高育种效率、加速芥菜育种进程。https://t.cn/A6Idu51l
9月6日，《自然—遗传学》在线发表了湖南农业大学与中国农业科学院油料作物研究所团队的最新合作成果，阐明了芥菜群体结构和多样性变异的遗传基础，揭示了芥菜的起源和驯化历史。
百年未解之悬案
栽培学上将收种子榨油的十字花科作物称为油菜，包括白菜型油菜、芥菜型油菜和甘蓝型油菜。芥菜型油菜就是能收籽榨油的芥菜。
论文通讯作者、湖南农业大学教授刘忠松告诉《中国科学报》，异源四倍体芥菜有36条染色体，是由二倍体祖先种白菜（20条染色体）和黑芥（16条染色体）天然杂交后加倍而成。它地理分布广泛，是一种形态多样且重要的经济作物。
芥菜栽培和驯化历史悠久，经过长期变异和选择，逐渐演化出籽芥、根芥、叶芥和茎芥4个亚种。
“一般认为芥菜起源于亚洲。但起源于亚洲何处、是单系起源还是多系起源，一个世纪以来仍悬而未决。”刘忠松说，关于芥菜的起源中心，有的学者认为在中亚，更多人认为在中东；早期形态学研究提出了单系起源的观点，而一些学者结合化学分类学、核DNA标记和叶绿体基因组标记研究的结果提出了多系起源的观点。
“关于芥菜起源，前人研究通常是基于一个性状、有限的分子标记或有限的材料，这样获得的不同结论、观点不能被学界统一接受。”论文共同通讯作者、中国农科院油料所研究员华玮告诉《中国科学报》，对作物起源的认识通常是一个不断深化的过程，在获得确切结论之前，往往存在多种不同的观点。
“因此，需要通过更加全面的研究揭示芥菜的身世之谜，也有助于后续开展芥菜育种改良工作。”刘忠松说。
单一起源和三条独立驯化之路
该研究利用多项遗传学、基因组学测序技术从头组装了芥菜型油菜四川黄籽的基因组，最终获得高准确性的染色体级别的基因组图谱，优于之前发表的中国茎用芥菜和印度油用芥菜基因组。
“为了探索芥菜的遗传变异，我们对来自全球38个国家、包含4个亚种的480份种质材料进行了重测序。”论文第一作者、湖南农业大学讲师康雷介绍，他们共获得4529618个高质量的单核苷酸变异位点和967266个短的插入缺失位点。“全面的芥菜基因组变异数据集为芥菜生物学和育种研究提供了资源。”
进一步的研究阐明了芥菜群体内的亲缘关系，显示出3个分支和6个对应不同形态的遗传类群，即第一个分支上的根芥群体，第二个分支上的4个籽芥群体，第三个分支上的叶芥和由叶芥驯化而来的茎芥。由此形成了芥菜的4个亚种。
“研究物种进化，我们要绘制进化树，以便利用树状分支图形来表示各物种及其亲缘关系。芥菜的3个不同分支是指它们处于进化树上3个分枝，再进一步沿分枝产生6个分杈，就是6个群体。”刘忠松说。
为了阐明芥菜的驯化和传播，他们构建了芥菜及其祖先的亚基因组系统发育树，同时组装了478个叶绿体和10个线粒体基因组，以研究芥菜及其祖先之间的细胞质关系。
华玮表示，首先，芥菜进化树只有一个主干，然后演化出不同分枝，说明芥菜由一个祖先产生6个不同群体。其次，细胞质的遗传物质，包括叶绿体和线粒体DNA，表现为母系遗传，通过胞质溯源发现，芥菜只有一个“妈妈”。“我们从这两方面证实了芥菜是单起源。”
随后，结合考古证据和历史文字记录，他们发现芥菜于14000~8000年前在西亚起源，在其自西向东传播过程中，形成了3条独立传播路径，通过基因突变和渐渗杂交演化出6个遗传类群。
“3条传播路线和3个进化分支、3次独立驯化事件都是对应的，芥菜在每一条传播路途上被分别驯化，这是地域环境适应和人为选择的结果。”刘忠松说，基因组和进化研究指明了芥菜驯化发生顺序、推定了大致驯化时间，与考古发掘和历史文献记载结果相一致，揭示了芥菜自西向东传播的过程。
“我们分析材料中虽然没有野生种，但文献数据表明西亚（中东）地区有野生种分布。”华玮说，希望科学家能尽快深入当地采集种质资源和可能的野生种，进一步揭示芥菜的身世。
芥菜形态的百变之源
“种”是生物分类的基本单位，指具有一定自然分布区，以及一定形态特征和生理特性的生物类群。同一种中的各个个体具有相同的遗传性状，彼此交配可以产生能育的后代。
而“亚种”一般被认为是一个种内的类群，在形态上有变异，并具有地理分布、生态或季节上的隔离。
“由于驯化和人工选择，芥菜形态发生了较大的变化，主要表现为种子大小的增加、根和茎的膨大。芥菜因此形成了4个亚种。”康雷说，芥菜的形态十分多样，叶片大小和形态差异悬殊，有的根茎膨大、伸长；而有的籽粒细小，千粒芥菜籽可能不足1克，但也有大粒的，千粒重达7~8克。
随后，他们对这些驯化性状进行了较为详细的研究。
研究鉴定到22个与千粒重显著相关的候选基因，有7个基因也可以通过选择消除检测到。研究人员表示，对这些适应当地光周期的基因进行选择，可诱导芥菜种子大小的改变。
他们将根芥基因组与籽芥、叶芥的基因组进行了比较，确定了14个与贮藏根形成有关的候选基因，可能在生长素信号、糖运输、细胞分裂、细胞扩张和细胞壁修饰方面发挥作用。此外，茎芥的特征是茎粗，食用茎直径大于20厘米，远大于叶芥。比较了茎芥和叶芥基因组后，他们共鉴定到5018个相关基因组区域。
“我们通过比较不同类型的芥菜材料，比如大粒材料与小粒材料、根茎膨大材料与不膨大材料，进行分析，看不同材料在进化过程中留下的基因组痕迹，找到了籽芥、根芥和茎芥特有基因组区域。”康雷说。
刘忠松说，这篇论文终结了芥菜起源的百年之争，揭示了芥菜形态的百变之源，为收集和利用芥菜种质资源提供了指南，为芥菜基因组学研究建立了路线图，使得寻找新的基因变得更加简单、便捷。已鉴定出的新基因、单倍型为不同用途芥菜的基因组选择育种提供了科学依据、基因资源和选择方法，有助于提高育种效率、加速芥菜育种进程。https://t.cn/A6Idu51l
【科普园地：科技创新为冬奥健儿赋能助力】
竞赛场上，0.01秒或者0.01米的优势，就能决定冠军的归属。身处金字塔尖的运动员，若想取得傲人的成绩，自身的努力固然非常重要，科技创新力量的支持也不容忽视。在科技加持下，运动员不仅能提高其备战训练水平，更能在赛场上获得事半功倍的效果。
从比赛装备到科学训练、技能优化，再到气象、医疗等全方位保障……如今，一项项“黑科技”正在或即将运用于我国冬季运动项目的训练、比赛中，助力运动员在冰雪赛场上更快、更强。
人工智能辅助系统给教练装上“第三只眼”
解决冬季训练受环境时间限制难点
调整呼吸，飞速下滑，加速、起跳，在落差100多米山地自由飞翔，然后平稳落地……对于跳台滑雪运动员来讲，这一系列动作已然刻印于心。
滑行速度、起跳的时机与方向、手臂摆动的角度、自身的状态等，都是影响其成绩的重要因素。这就要求运动员具备精准的身体姿态控制能力。
由于各个动作的瞬时性，在传统训练过程中，为了让运动员每一个环节、每一个动作都达到“最优”，教练员的做法通常是用视频记录，然后回放分析。然而，受观测距离、角度等方面影响，这一做法也有一定局限性。“运动员在画面中很小，很难发现诸如手臂摆动角度、膝踝距离差等方面的细微差别，而这些恰恰对于成绩影响很大。”据有关研究人员介绍。
如今，在科技加持下，这一问题有了解决方案。
刘宇是上海体育学院科学研究院院长，也是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目负责人。他带领项目团队开发适合雪上运动员运动效率和运动能力提升的神经—生物力学增强技术与干预模式，利用人工智能辅助系统捕捉运动员三维动作，实时采集起跳角度、速度、姿态控制、距离等数据，为提升运动员训练效果和参赛竞技表现能力提供科技保障服务。
“有了最新突破！”8月18日，在接受记者采访时，刘宇十分激动。他告诉记者，他的团队即将奔赴河北涞源国家跳台滑雪训练科研基地交付新的研究成果。
记者了解到，此前，该项目团队通过在跳台滑雪出发台架设多台高速摄像机，对助滑、起跳动作进行三维动作捕捉和技术分析，然后基于人工智能图像识别技术实时反馈出起跳台时的三维动作信息，包括起跳开始蹬伸距离、起跳时下肢三个关节的角度、身体姿态、飞行初期的攻角、雪板的仰角等关键生物力学指标，帮助教练员和运动员掌握分析每一个时刻的技术动作细节。
如今，这一辅助系统有了“升级版”。根据使用方建议，项目团队将在滑道侧面的多个关键点位，如距离出发台20米、40米、60米、80米、100米、落地区等架设实时高速视频摄制系统，并基于单目相机的人工智能算法，实现对运动员上述关键位置的三维动作捕捉分析，同时通过自动控制的机器摇臂实现对运动员全过程及关键点位动作的记录，并快速生成有关数据。有关视频和生物力学数据可实时反馈给教练员和运动员，便于后续战术动作分析等工作的进行。
与此同时，项目团队还利用可穿戴传感器技术，对运动员全程速度、加速度及其雪板进行空间位置精确跟踪、测定，优化其动作控制。
这是过去用传统的录像方法很难快速获取的信息。“跳台滑雪选手的助滑速度、起跳角度、身体三维姿态等，过去只能依靠教练的经验感觉和简单视频分析，现在能提供精准量化的快速反馈、技术诊断，提出改进方案。”刘宇说，这等于给了教练员“第三只眼睛”。而使用方也表示，这位数字“教练”提供的数据对于诊断运动员各环节动作的短板、加快提高成绩很有帮助。
不仅是跳台滑雪，“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目的关键技术成果目前已在多支冬季项目国家队进行转化与应用研究，为运动员科学训练、竞技表现能力的提升寻求关键突破。
“在‘科技冬奥’重点专项中，科学训练与比赛关键技术是一个重要领域。”科技部社会发展科技司二级巡视员王小龙告诉记者，围绕运动员科学选材、运动员技能优化、体能训练和训练监控、科学化训练基地建设等方面，已部署19个项目，目的就是要研发科学化训练方法和装备、建立智慧化比赛训练场地、提高训练效率和质量、提升运动员比赛水平。
目前，一批研究成果已转化应用：高水平运动员动作优化分析系统提升自由式滑雪空中技巧等项目高难度动作表现，动作成功率提升约15%；国内首套人体高速弹射装置，已经成为速度滑冰国家队开展弯道技术专项训练的重要辅助手段，解决了冬季项目训练受环境时间限制的难点。
自主研发的最佳姿态速滑服比海外采购的比赛服减阻超11%
东京奥运会上，81公斤级举重冠军吕小军脚下暗藏高科技的金色战靴，受到广泛关注。
事实上，运动装备是影响运动员成绩的一个重要因素，这在冬奥会中体现更为明显。近年来，在竞技场上，运动装备的科技含量越来越高。
“竞速类比赛中，0.01秒就可以决定一块金牌的归属，这0.01秒的差距也许就来自服装和装备。”北京服装学院主攻功能服装研究的刘莉教授说。同时，她也是国家冬季运动服装装备研发中心的主任，“科技冬奥”重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目的负责人。
该项目由北京服装学院团队牵头，6所高校、4个企业联合攻关，实现竞速类项目服装、防护材料及装备、耐低温保障材料和技巧类项目服装四类产品创新。
8月19日，记者联系到刘莉时，她和团队成员正在中国速滑队训练基地，准备给运动员试穿“战袍”样衣。
据介绍，速度滑冰等竞速类比赛追求“快”，所以服装要考虑风的阻力。“我们通过科学化的服装结构和面料设计，实现跨尺度协同减阻，有效降低阻力，帮助运动员提升赛场表现。”刘莉告诉记者，“快”正是他们解决的关键技术问题之一。
参考中国运动员体型特征、训练及比赛环境等，该项目组通过流体动力学仿真技术构建三维空气动力模型，在全球范围内筛选并自主研发减阻面料，设计减阻结构，进行风洞综合验证，为运动员进行定制研发。他们根据不同项目的运动姿态、速度特点，制备高性能减阻面料，并在全球范围内搜集和测试150多种面料的基础性能，应用于服装减阻设计中。
通过实验，项目团队发现：并不是越光滑的表面风阻越小。“恰恰是一种有肌理的凹坑结构面料，产生的阻力是小的。”刘莉告诉记者，在身体不同部位，凹坑结构的形状、大小、深度都是不同的。同时，根据滑行姿态设计的“站不起来”的板型，不仅帮助运动员保持姿势，也有效降低了阻力系数。
从项目阶段性研发成果来看，与现役冬季项目比赛服相比，他们自主研发的多款比赛服具有更好的空气动力性能。经风洞测试验证，最佳姿态速滑服比海外采购的减阻超11%；新款短道速滑服最大减阻率超过10%；根据高山滑雪项目各小项速度差异较大的特点，细化有关比赛服设计，其最大减阻率超过9%。
在追求“快”的同时，“护”“暖”“美”也是科研人员攻关的核心技术问题。
冬季运动项目危险性极高，运动员损伤风险较大，比如冲撞、刺割等损伤。因此，无论是在训练还是比赛过程中，都需要为选手提供很好的保护。
最新研发的训练和比赛装备中暗藏了不少高科技。如高山滑雪训练防护服中，采用了新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料，可以有效防护高山滑雪运动员穿越旗门时造成的抽打伤害。短道速滑比赛服则整体使用高弹防切割面料，全面保护运动员的身体，同时考虑肌肉压缩、服装减阻等功能。在保持弹性的基础上，防切割性能提高了20%—30%。
“暖”也是冬季项目服装的普遍需求。要让所有冬季项目的训练和比赛服装都能暖和，科研人员想出了“两条路”：一是提升纤维保暖率；二是使用主动加热技术，把电能量转化成热量。被称为“堡垒”的综合保暖系统应运而生，集防风、防水、透气、耐磨多功能高效保暖于一体。
综合保暖系统包含主动电加热护脸、马甲、外套、手套、袜子、坐垫等装备，通过智能主动加热技术，保障穿着人员在零下30℃环境下可持续作业8小时以上。
不仅如此，运动服装的科研人员还研发出一系列高科技装备，助运动员一臂之力。如通过双滑轮腹内压快速增压技术和石墨烯传导热快速加热技术，可快速增强腰椎稳定性、促进核心稳定肌功能恢复的特制腰带；通过双面立体点胶和结构化设计的专用运动袜，增强技巧类项目运动稳定性；为运动员量身打造的膝关节运动护具等。
可以想见，在即将到来的北京冬奥会上，中国军团的运动装备将是“黑科技”满满。
首次实现复杂地形下“百米级、分钟级”气象预报
“科技+医疗”全程保驾护航
与夏季奥运会项目多在体育场馆内举行不同，冬奥会项目多在室外山地举行。除了运动装备、运动员自身水平外，温度、湿度、风力、风向及雪质等自然条件的差异，将会直接影响赛程安排以及运动员的比赛成绩、比赛安全。
据有关专家介绍，北京2022年冬奥会是近20年来唯一一次在大陆性冬季风主导气候条件下举办的冬奥会。大风、低温、低能见度、降雪等将是冬奥会和冬残奥会面临的主要天气风险，复杂相态降水、沙尘天气等也可能出现，加之项目不同、场地不同，对气象条件的要求也不同，气象保障可谓是面临挑战重重。
“科技冬奥”重点专项管理机构、中国21世纪议程管理中心副主任柯兵告诉记者，围绕气象条件预测保障，“科技冬奥”重点专项作了相应部署。我国自主研发的高精度天气预报“睿图—睿思”系统由此诞生，首次实现了复杂地形下“百米级、分钟级”预报。
“也就是说，能够实现复杂地形下100米分辨率、逐10分钟快速更新的冬奥关键气象要素预报。”据有关气象专家介绍，气象部门在北京城区、延庆和河北崇礼铺设冬奥气象综合监测网络，布设了441套各类探测设施，大幅提升了复杂地形和下垫面条件下温度、湿度、风场等要素预报的准确率，有助于为提前24小时的精细气象决策提供支持。
这套高精度天气预报系统在今年2月、4月的“相约北京”测试活动期间接受了检验。根据气象服务团队提供的天气预报，14项赛事的官方训练或比赛进行了赛程调整。
不仅如此，张家口赛区还用上了激光测风雷达。据介绍，雪上赛道地理环境复杂、风场复杂多变，运动员在高速下滑的过程中，极易受到赛道突变的纵风及横风影响。因此，对赛道纵风及横风的实时监测与危险预警，可为赛事管理人员、运动员及教练员提供辅助决策依据，对冬奥会滑雪比赛的顺利进行、运动员的正常发挥等具有重要意义。
与此同时，在世界顶级运动员激烈比拼背后，还有“科技+医疗”的全程保驾护航。
冬奥运动项目大多难度大、危险性高，比如高山滑雪滑降比赛，运动员从高山上往下滑，时速要在10秒内从静止增加到130公里，钢架雪车的最高时速能达到135公里。在这种情况下比赛，运动员稍有不慎就可能发生意外。国际奥委会一项数据显示，冬奥雪上项目运动员的受伤概率基本上在10%—14%。
一旦发生意外，如何让运动员可以在第一时间得到快速有效的救治甚至返场，是冬奥会服务保障中的重要一环。
“从云顶滑雪场到崇礼院区，直升机转运只需4分钟；从雪车雪橇赛场到延庆创伤中心，智能救护车由原来的30分钟缩短至15分钟，直升机转运也只需4分钟……这些从赛场到保障医院的急救转运能力是对赛事医疗救护水平的切实需求。”“科技冬奥”重点专项“冬奥会运动创伤防治和临床诊疗安全保障技术体系的建立与应用研究”项目负责人、北京大学第三医院教授崔国庆表示，特别是转院流程的简化与优化，使崇礼院区及延庆院区与北医三院做到创伤中心联动、信息共享，运动员绿色通道得以建立。
该项目还设置“冬季运动损伤数据库、AI影像辅助诊断技术及远程会诊中心的建设与应用”课题，就是希望实现标准数据的收集、分析与整合，建立完善的智能影像辅助诊断技术，实现诊疗全流程智能化辅助判断。
目前，项目已实现人工智能影像识别算法在膝关节大病种的识别率达85%以上，初步搭建包含协和医院、北医三院、吉大一院等11家医院在内的医联体网络，共建远程会诊中心。
这些“黑科技”“生”于冬奥，却不止于冬奥。未来，这些都将变成宝贵的“奥运遗产”，应用到更多场景，惠及更多人。
竞赛场上，0.01秒或者0.01米的优势，就能决定冠军的归属。身处金字塔尖的运动员，若想取得傲人的成绩，自身的努力固然非常重要，科技创新力量的支持也不容忽视。在科技加持下，运动员不仅能提高其备战训练水平，更能在赛场上获得事半功倍的效果。
从比赛装备到科学训练、技能优化，再到气象、医疗等全方位保障……如今，一项项“黑科技”正在或即将运用于我国冬季运动项目的训练、比赛中，助力运动员在冰雪赛场上更快、更强。
人工智能辅助系统给教练装上“第三只眼”
解决冬季训练受环境时间限制难点
调整呼吸，飞速下滑，加速、起跳，在落差100多米山地自由飞翔，然后平稳落地……对于跳台滑雪运动员来讲，这一系列动作已然刻印于心。
滑行速度、起跳的时机与方向、手臂摆动的角度、自身的状态等，都是影响其成绩的重要因素。这就要求运动员具备精准的身体姿态控制能力。
由于各个动作的瞬时性，在传统训练过程中，为了让运动员每一个环节、每一个动作都达到“最优”，教练员的做法通常是用视频记录，然后回放分析。然而，受观测距离、角度等方面影响，这一做法也有一定局限性。“运动员在画面中很小，很难发现诸如手臂摆动角度、膝踝距离差等方面的细微差别，而这些恰恰对于成绩影响很大。”据有关研究人员介绍。
如今，在科技加持下，这一问题有了解决方案。
刘宇是上海体育学院科学研究院院长，也是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目负责人。他带领项目团队开发适合雪上运动员运动效率和运动能力提升的神经—生物力学增强技术与干预模式，利用人工智能辅助系统捕捉运动员三维动作，实时采集起跳角度、速度、姿态控制、距离等数据，为提升运动员训练效果和参赛竞技表现能力提供科技保障服务。
“有了最新突破！”8月18日，在接受记者采访时，刘宇十分激动。他告诉记者，他的团队即将奔赴河北涞源国家跳台滑雪训练科研基地交付新的研究成果。
记者了解到，此前，该项目团队通过在跳台滑雪出发台架设多台高速摄像机，对助滑、起跳动作进行三维动作捕捉和技术分析，然后基于人工智能图像识别技术实时反馈出起跳台时的三维动作信息，包括起跳开始蹬伸距离、起跳时下肢三个关节的角度、身体姿态、飞行初期的攻角、雪板的仰角等关键生物力学指标，帮助教练员和运动员掌握分析每一个时刻的技术动作细节。
如今，这一辅助系统有了“升级版”。根据使用方建议，项目团队将在滑道侧面的多个关键点位，如距离出发台20米、40米、60米、80米、100米、落地区等架设实时高速视频摄制系统，并基于单目相机的人工智能算法，实现对运动员上述关键位置的三维动作捕捉分析，同时通过自动控制的机器摇臂实现对运动员全过程及关键点位动作的记录，并快速生成有关数据。有关视频和生物力学数据可实时反馈给教练员和运动员，便于后续战术动作分析等工作的进行。
与此同时，项目团队还利用可穿戴传感器技术，对运动员全程速度、加速度及其雪板进行空间位置精确跟踪、测定，优化其动作控制。
这是过去用传统的录像方法很难快速获取的信息。“跳台滑雪选手的助滑速度、起跳角度、身体三维姿态等，过去只能依靠教练的经验感觉和简单视频分析，现在能提供精准量化的快速反馈、技术诊断，提出改进方案。”刘宇说，这等于给了教练员“第三只眼睛”。而使用方也表示，这位数字“教练”提供的数据对于诊断运动员各环节动作的短板、加快提高成绩很有帮助。
不仅是跳台滑雪，“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目的关键技术成果目前已在多支冬季项目国家队进行转化与应用研究，为运动员科学训练、竞技表现能力的提升寻求关键突破。
“在‘科技冬奥’重点专项中，科学训练与比赛关键技术是一个重要领域。”科技部社会发展科技司二级巡视员王小龙告诉记者，围绕运动员科学选材、运动员技能优化、体能训练和训练监控、科学化训练基地建设等方面，已部署19个项目，目的就是要研发科学化训练方法和装备、建立智慧化比赛训练场地、提高训练效率和质量、提升运动员比赛水平。
目前，一批研究成果已转化应用：高水平运动员动作优化分析系统提升自由式滑雪空中技巧等项目高难度动作表现，动作成功率提升约15%；国内首套人体高速弹射装置，已经成为速度滑冰国家队开展弯道技术专项训练的重要辅助手段，解决了冬季项目训练受环境时间限制的难点。
自主研发的最佳姿态速滑服比海外采购的比赛服减阻超11%
东京奥运会上，81公斤级举重冠军吕小军脚下暗藏高科技的金色战靴，受到广泛关注。
事实上，运动装备是影响运动员成绩的一个重要因素，这在冬奥会中体现更为明显。近年来，在竞技场上，运动装备的科技含量越来越高。
“竞速类比赛中，0.01秒就可以决定一块金牌的归属，这0.01秒的差距也许就来自服装和装备。”北京服装学院主攻功能服装研究的刘莉教授说。同时，她也是国家冬季运动服装装备研发中心的主任，“科技冬奥”重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目的负责人。
该项目由北京服装学院团队牵头，6所高校、4个企业联合攻关，实现竞速类项目服装、防护材料及装备、耐低温保障材料和技巧类项目服装四类产品创新。
8月19日，记者联系到刘莉时，她和团队成员正在中国速滑队训练基地，准备给运动员试穿“战袍”样衣。
据介绍，速度滑冰等竞速类比赛追求“快”，所以服装要考虑风的阻力。“我们通过科学化的服装结构和面料设计，实现跨尺度协同减阻，有效降低阻力，帮助运动员提升赛场表现。”刘莉告诉记者，“快”正是他们解决的关键技术问题之一。
参考中国运动员体型特征、训练及比赛环境等，该项目组通过流体动力学仿真技术构建三维空气动力模型，在全球范围内筛选并自主研发减阻面料，设计减阻结构，进行风洞综合验证，为运动员进行定制研发。他们根据不同项目的运动姿态、速度特点，制备高性能减阻面料，并在全球范围内搜集和测试150多种面料的基础性能，应用于服装减阻设计中。
通过实验，项目团队发现：并不是越光滑的表面风阻越小。“恰恰是一种有肌理的凹坑结构面料，产生的阻力是小的。”刘莉告诉记者，在身体不同部位，凹坑结构的形状、大小、深度都是不同的。同时，根据滑行姿态设计的“站不起来”的板型，不仅帮助运动员保持姿势，也有效降低了阻力系数。
从项目阶段性研发成果来看，与现役冬季项目比赛服相比，他们自主研发的多款比赛服具有更好的空气动力性能。经风洞测试验证，最佳姿态速滑服比海外采购的减阻超11%；新款短道速滑服最大减阻率超过10%；根据高山滑雪项目各小项速度差异较大的特点，细化有关比赛服设计，其最大减阻率超过9%。
在追求“快”的同时，“护”“暖”“美”也是科研人员攻关的核心技术问题。
冬季运动项目危险性极高，运动员损伤风险较大，比如冲撞、刺割等损伤。因此，无论是在训练还是比赛过程中，都需要为选手提供很好的保护。
最新研发的训练和比赛装备中暗藏了不少高科技。如高山滑雪训练防护服中，采用了新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料，可以有效防护高山滑雪运动员穿越旗门时造成的抽打伤害。短道速滑比赛服则整体使用高弹防切割面料，全面保护运动员的身体，同时考虑肌肉压缩、服装减阻等功能。在保持弹性的基础上，防切割性能提高了20%—30%。
“暖”也是冬季项目服装的普遍需求。要让所有冬季项目的训练和比赛服装都能暖和，科研人员想出了“两条路”：一是提升纤维保暖率；二是使用主动加热技术，把电能量转化成热量。被称为“堡垒”的综合保暖系统应运而生，集防风、防水、透气、耐磨多功能高效保暖于一体。
综合保暖系统包含主动电加热护脸、马甲、外套、手套、袜子、坐垫等装备，通过智能主动加热技术，保障穿着人员在零下30℃环境下可持续作业8小时以上。
不仅如此，运动服装的科研人员还研发出一系列高科技装备，助运动员一臂之力。如通过双滑轮腹内压快速增压技术和石墨烯传导热快速加热技术，可快速增强腰椎稳定性、促进核心稳定肌功能恢复的特制腰带；通过双面立体点胶和结构化设计的专用运动袜，增强技巧类项目运动稳定性；为运动员量身打造的膝关节运动护具等。
可以想见，在即将到来的北京冬奥会上，中国军团的运动装备将是“黑科技”满满。
首次实现复杂地形下“百米级、分钟级”气象预报
“科技+医疗”全程保驾护航
与夏季奥运会项目多在体育场馆内举行不同，冬奥会项目多在室外山地举行。除了运动装备、运动员自身水平外，温度、湿度、风力、风向及雪质等自然条件的差异，将会直接影响赛程安排以及运动员的比赛成绩、比赛安全。
据有关专家介绍，北京2022年冬奥会是近20年来唯一一次在大陆性冬季风主导气候条件下举办的冬奥会。大风、低温、低能见度、降雪等将是冬奥会和冬残奥会面临的主要天气风险，复杂相态降水、沙尘天气等也可能出现，加之项目不同、场地不同，对气象条件的要求也不同，气象保障可谓是面临挑战重重。
“科技冬奥”重点专项管理机构、中国21世纪议程管理中心副主任柯兵告诉记者，围绕气象条件预测保障，“科技冬奥”重点专项作了相应部署。我国自主研发的高精度天气预报“睿图—睿思”系统由此诞生，首次实现了复杂地形下“百米级、分钟级”预报。
“也就是说，能够实现复杂地形下100米分辨率、逐10分钟快速更新的冬奥关键气象要素预报。”据有关气象专家介绍，气象部门在北京城区、延庆和河北崇礼铺设冬奥气象综合监测网络，布设了441套各类探测设施，大幅提升了复杂地形和下垫面条件下温度、湿度、风场等要素预报的准确率，有助于为提前24小时的精细气象决策提供支持。
这套高精度天气预报系统在今年2月、4月的“相约北京”测试活动期间接受了检验。根据气象服务团队提供的天气预报，14项赛事的官方训练或比赛进行了赛程调整。
不仅如此，张家口赛区还用上了激光测风雷达。据介绍，雪上赛道地理环境复杂、风场复杂多变，运动员在高速下滑的过程中，极易受到赛道突变的纵风及横风影响。因此，对赛道纵风及横风的实时监测与危险预警，可为赛事管理人员、运动员及教练员提供辅助决策依据，对冬奥会滑雪比赛的顺利进行、运动员的正常发挥等具有重要意义。
与此同时，在世界顶级运动员激烈比拼背后，还有“科技+医疗”的全程保驾护航。
冬奥运动项目大多难度大、危险性高，比如高山滑雪滑降比赛，运动员从高山上往下滑，时速要在10秒内从静止增加到130公里，钢架雪车的最高时速能达到135公里。在这种情况下比赛，运动员稍有不慎就可能发生意外。国际奥委会一项数据显示，冬奥雪上项目运动员的受伤概率基本上在10%—14%。
一旦发生意外，如何让运动员可以在第一时间得到快速有效的救治甚至返场，是冬奥会服务保障中的重要一环。
“从云顶滑雪场到崇礼院区，直升机转运只需4分钟；从雪车雪橇赛场到延庆创伤中心，智能救护车由原来的30分钟缩短至15分钟，直升机转运也只需4分钟……这些从赛场到保障医院的急救转运能力是对赛事医疗救护水平的切实需求。”“科技冬奥”重点专项“冬奥会运动创伤防治和临床诊疗安全保障技术体系的建立与应用研究”项目负责人、北京大学第三医院教授崔国庆表示，特别是转院流程的简化与优化，使崇礼院区及延庆院区与北医三院做到创伤中心联动、信息共享，运动员绿色通道得以建立。
该项目还设置“冬季运动损伤数据库、AI影像辅助诊断技术及远程会诊中心的建设与应用”课题，就是希望实现标准数据的收集、分析与整合，建立完善的智能影像辅助诊断技术，实现诊疗全流程智能化辅助判断。
目前，项目已实现人工智能影像识别算法在膝关节大病种的识别率达85%以上，初步搭建包含协和医院、北医三院、吉大一院等11家医院在内的医联体网络，共建远程会诊中心。
这些“黑科技”“生”于冬奥，却不止于冬奥。未来，这些都将变成宝贵的“奥运遗产”，应用到更多场景，惠及更多人。
#夏日健康总动员#
讲一个医药圈和临床都挺关注但舆论上水花小的事儿：国内老牌大型国有药企华北制药，在集采中弃标不履约。
简单来说，就是华北制药以低价（布洛芬0.268元/片）拿到了国家集采大单，但称因疫情和原材料涨价原因，“产能达不到”，直接违约不供药了。
自己违约，企业该罚罚、领导该打板子打板子，国企可没有甩手不玩儿这一套，老老实实背处分立正挨打。
可这个事儿反映了部分问题：国家集中采购在操作上有隐忧。
我之前说过，作为临床医生，特别是年轻医生，双手双脚赞同集采：前浪靠灰色收入吃得盆满钵满，我们小字辈搬砖干活还要接“医生都黑心”这个锅；集采一来，大家都靠阳光收入过活，患者省钱医生干净医保压力小，三赢了。
但对部分药企来说，集采就是降维打击——类似最近K12行业全军覆没那种局面。哪个药进集采，哪个药无利可图：这对老百姓是好事，但前提是——可持续。
现状是：很多企业为了拿集采单，靠超低定价挤死自己的竞争对手，咱不清楚行业内幕，姑且按“中标价一定有利可图”这个逻辑讨论。可疫情一来，加上各种问题拉高生产成本，太低的集采价对药企来说可能真会“亏钱”，对规模小的药企，可能真有被“卷死”的风险。
那就会出现什么局面？垄断啊，大家都很熟悉。
打车软件疯狂烧钱搞补贴，最后某滴一家独大，司机份子钱收到手软，乘客打车比打的更贵：这不才被国家锤。
某鹅喜爱cos原版游戏，靠流量接口靠免费挤死原版，最后成就“你不氪金怎么会变强？”的局面。
社区团购正在消灭街区杂货铺和水果摊，你信不信一旦背后巨头觉得是时候宰猪了，团购性价比会骤降，而你想去菜场买菜发现菜贩摊子倒闭了。
这个局面如果复刻到医药行业，是危险的。
人家拿了标，发现不挣钱，直接弃。虽然按规则是顺位企业可以接标，但低定价下，且看看谁愿意接。
可没药用怎么办？ 最近临床医生也确实发现：哪个药进集采，哪个药供应不足甚至没药用。
最后患者不得不掏腰包自费购买集采目录外药物。
这是个危险信号：要警惕药品采购时的恶意踩踏式竞价，对于非头部的药企，规则要给活路。
之前媒体大书特书的“灵魂砍价”，要辩证来看，客观来看：砍到一个仅仅只有部分药企“挥泪斩马谡”才能拿到的价，并不可持续。
客观的经济规律摆在这里，希望这个路径是持久的健康的。
最后要防杠：我从来没说集采不好啊！更别说我收药企钱这种智商堪忧的话。
作为医生，我希望集采的低价药越来越多，供应充足，质量达标，老百姓看病的花费降低——这也有利于医患关系，毕竟国内医患的别扭多数是钱闹的。
希望这个制度越来越完善。
#医者的力量#
讲一个医药圈和临床都挺关注但舆论上水花小的事儿：国内老牌大型国有药企华北制药，在集采中弃标不履约。
简单来说，就是华北制药以低价（布洛芬0.268元/片）拿到了国家集采大单，但称因疫情和原材料涨价原因，“产能达不到”，直接违约不供药了。
自己违约，企业该罚罚、领导该打板子打板子，国企可没有甩手不玩儿这一套，老老实实背处分立正挨打。
可这个事儿反映了部分问题：国家集中采购在操作上有隐忧。
我之前说过，作为临床医生，特别是年轻医生，双手双脚赞同集采：前浪靠灰色收入吃得盆满钵满，我们小字辈搬砖干活还要接“医生都黑心”这个锅；集采一来，大家都靠阳光收入过活，患者省钱医生干净医保压力小，三赢了。
但对部分药企来说，集采就是降维打击——类似最近K12行业全军覆没那种局面。哪个药进集采，哪个药无利可图：这对老百姓是好事，但前提是——可持续。
现状是：很多企业为了拿集采单，靠超低定价挤死自己的竞争对手，咱不清楚行业内幕，姑且按“中标价一定有利可图”这个逻辑讨论。可疫情一来，加上各种问题拉高生产成本，太低的集采价对药企来说可能真会“亏钱”，对规模小的药企，可能真有被“卷死”的风险。
那就会出现什么局面？垄断啊，大家都很熟悉。
打车软件疯狂烧钱搞补贴，最后某滴一家独大，司机份子钱收到手软，乘客打车比打的更贵：这不才被国家锤。
某鹅喜爱cos原版游戏，靠流量接口靠免费挤死原版，最后成就“你不氪金怎么会变强？”的局面。
社区团购正在消灭街区杂货铺和水果摊，你信不信一旦背后巨头觉得是时候宰猪了，团购性价比会骤降，而你想去菜场买菜发现菜贩摊子倒闭了。
这个局面如果复刻到医药行业，是危险的。
人家拿了标，发现不挣钱，直接弃。虽然按规则是顺位企业可以接标，但低定价下，且看看谁愿意接。
可没药用怎么办？ 最近临床医生也确实发现：哪个药进集采，哪个药供应不足甚至没药用。
最后患者不得不掏腰包自费购买集采目录外药物。
这是个危险信号：要警惕药品采购时的恶意踩踏式竞价，对于非头部的药企，规则要给活路。
之前媒体大书特书的“灵魂砍价”，要辩证来看，客观来看：砍到一个仅仅只有部分药企“挥泪斩马谡”才能拿到的价，并不可持续。
客观的经济规律摆在这里，希望这个路径是持久的健康的。
最后要防杠：我从来没说集采不好啊！更别说我收药企钱这种智商堪忧的话。
作为医生，我希望集采的低价药越来越多，供应充足，质量达标，老百姓看病的花费降低——这也有利于医患关系，毕竟国内医患的别扭多数是钱闹的。
希望这个制度越来越完善。
#医者的力量#
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