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来源： 发布时间：2016-07-14
Nature
大脑皮层的语义图
Nature封面：一个实验对象的皮层表面，上面覆盖有被预测会在相应皮层位置引起特别强的反应的单词。单词颜色表示语义类别：例如，绿色单词大多是视觉和触觉概念，而红色单词大多是社会概念。白色线条描绘出了人们以前就知道的兴趣区域。Nature杂志第7600期封面文章报道了大脑皮层的语义。人们认为，单词和语言的意思表达在一个语义系统中，该系统则分布在整个大脑皮层的大部分地方。每个语义概念被表达在多个语义区域，而每个语义区域则代表多个语义概念。然而，所获取的语义图在不同实验对象之间基本上是一致的。读者可在http://gallantlab.org/huth2016这个网址体验该图集的一个互动版。
不成功的化学反应方法所具有的价值
Nature封面：从失败中学习。Nature杂志第7601期封面文章报道了不成功的合成反应方法广泛传播所具有的价值，也显示了利用机器学习等比传统手段更快的速度得到潜在合成路径的可能性。很多化学反应从未进入过期刊文章的“方法”部分，因为它们被认为是“不成功的”。然而，这种反应仍能为产物形成所需反应条件的界线提供有价值的信息。Alexander Norquist等人从实验室笔记本中抽出了一组这种“暗反应”(特别是有关模板化的亚硒酸钒之形成的这种反应)，通过化学信息和性能丰富了这方面的数据。然后，他们采用这个暗反应数据集训练过的一个机器学习算法来预测反应结果。该算法能够以比人类直觉更大的准确度来预测一个反应是会成功还是失败。
易于再生的高性能活性碳替代材料
Nature封面：一种高表面积介孔β-环糊精。Nature杂志第7585期封面文章报道了一种易于再生的高性能活性碳替代材料。水体净化和修复经常是用各种形式的活性碳进行的，这种方式成本低，但只能将很多有机污染物部分清除。然而，活性碳的再生利用能耗高，需要高温，而且再生之后性能也会下降。现在William Dichtel、Damian Helbling及同事研发出一种用于水体修复的活性碳替代产品：一种基于交联环糊精的多孔材料。这种材料不仅在吸附一系列药物、杀虫剂和其他污染物方面性能超过活性碳，而且还容易通过在室温下冲洗来再生。
远古时代人类群体内的暴力冲突
Nature封面：肯尼亚北部Nataruk的一个男子头骨。Nature杂志第7586期封面文章的头骨图显示造成该男子死亡的创伤。暴力和战争数千年来都在改变着人类社会，但考古记录中所记载的群体内冲突的根源却是有争议的，取决于这些冲突是怎样被定义和识别的以及相关考古发现的保存状况。化石发现表明，在全新世早期，狩猎/集采者中间存在群体内暴力。在过去曾经是一个小环礁湖的地方附近所发现的12个人体骨架中，10个都显示了经历暴力死亡的证据。没有迹象表明他们是被特意掩埋的，其中几个人有多处大创伤。这可能为距今大约1万年前发生在图尔卡纳湖肥沃湖畔上的一次群体内暴力冲突所造成的结果。
Science
疟疾战争
Science封面：柬埔寨Palin农场蚊帐里的外籍劳工。Science杂志第6284期封面文章报道了柬埔寨严峻的抗疟工作。灾难降临了柬埔寨和大湄公河地区，导致新一轮疟疾的疟原虫对所有青蒿素复方制剂产生了抗性。这场疫情会扩大到何种规模，以及它会横扫哪些区域，目前仍然不得而知。疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病。寄生于人体的疟原虫共有四种，即间日疟原虫，三日疟原虫，恶性疟原虫和卵形疟原虫。青蒿素的抗疟机理主要在作用于疟原虫的膜系结构，使其泡膜、核膜以及质膜均遭到破坏，线粒体肿胀，内外膜脱落，从而杀灭疟原虫。
微生物组特刊
Science封面：努力工作的肠道微生物们。Science杂志第6285期封面文章报道了人类肠道内的微生物影响人类健康的许多途径，以及这样的关系转而会如何塑造这一复杂的群体。包括了3篇特写报告、3篇综述及1篇《视角》。来自于2个迄今为止最大的群组的肠道微生物数据就微生物组提供了前所未有的解读，揭示了可影响微生物组成分的一般组成和因子。某些被一般认为会影响成年人微生物组组成的生命早期事件与微生物组组成变异间没有相关性，这些事件包括出生模式（剖腹产或顺产）及婴儿营养（母乳喂养）。某些肠道微生物种类与疾病相关，这些数据对不同个体的微生物组变异提供了众多且重要的见解。
微管二联管是细胞纤毛内转运蛋白的双轨通道
Science封面：真核细胞纤毛内转运蛋白的双轨通道。Science杂志第6286期封面揭示了微管二聚体几何结构作为方向特异性轨道协助纤毛组件双向运输。纤毛是一种对多数真核细胞的运动，信号转导，感知起关键作用的大分子机器。轴丝是其保守的核心结构，包含9个微管二联体，每个包括一个完全A型微管和一个不完全B型微管。迄今为止这个二联管几何结构的功能尚未清楚。科学家构建一种时间分辨相关荧光和三维电子显微镜技术，用以研究纤毛组装和拆卸过程中沿微管运输纤毛构件的纤毛内转运蛋白的动态情况。发现每个微管二联体都可作为双向双轨通道：正向沿B型微管运输，逆向沿A型微管运输。
气候变化的哨兵，北极变暖让候鸟在热带付出代价
Science封面：迁徙中的红腹滨鹬。Science杂志第6287期封面文报道了红腹滨鹬迁徙的困境。红腹滨鹬Canutus亚种（Calidris canutuscanutus）每年在苔原带的繁殖地和非洲的越冬地之间迁徙。卫星图片显示，在过去的33年，红腹滨鹬的繁殖地的融雪时间平均每年提早了半天，即在30多年内一共提前了2周多。融雪提前也导致了昆虫数量高峰期的提前，而昆虫是这些鸟类在极地最主要的食物。研究发现出生在较为温暖的年份的滨鹬身体更小，因为它们出壳时间与食物高峰期不匹配。当这些体型较小的个体飞至非洲的越冬地时，它们的生存率又会因为喙部较短、不能取食到埋在泥滩较深处的高质量贝类而降低。这一过程也许会让红腹滨鹬向着体型更小、喙部更长的方向演化。
基因工程
CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构
哈尔滨工业大学生命科学与技术学院黄志伟研究团队揭示了CRISPR-Cpf1识别CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子机制，相关结果发表在《自然》杂志上。CRISPR-Cas系统是细菌编码的适应性免疫系统，该系统通过RNA引导的效应蛋白剪切病毒的DNA或者RNA从而抵抗病毒的感染。该系统之一的CRISPR-Cas9系统被用来作为可编程的基因编辑工具用于细胞内目的DNA的剪切、表达、修饰、突变。该研究解析了crRNA的Cpf1复合物的晶体结构，进一步认识细菌如何通过CRISPR系统抵抗病毒入侵的分子机理；而且为成功改造Cpf1系统，使之成为特异的、高效的全新基因编辑系统提供了结构基础。
基因密码子表的内在规律
中科院北京基因组研究所基因组科学与信息重点实验室胡松年组客座研究员陈卫华与多国科学家合作，对“能量节省”压力下基因组的演化情况进行了系统研究，研究论文发表于《自然-通讯》。研究表明，在ns位点上，由于得到的mRNA便宜，转录倾向于使用便宜的核酸，而因为得到的氨基酸便宜，翻译倾向于使用贵的核酸。由于氨基酸的平均价格更高，ns位点总体上倾向于使用贵的核酸。由于转录和翻译是选择的两大助力，这种趋势随编码基因的表达丰度而更为显著。文章进一步从进化生物学角度解释了为什么低GC%的物种基因组往往较小，而高GC%物种的基因组可以较大。
基因组编辑新技术
河北科技大学生物科学与工程学院青年教师韩春雨副教授找到了对基因组位点编辑范围更广的基因编辑工具，研究论文发表于《自然-生物技术》。该工具完全不同于以RNA为向导的CRISPR/Cas9基因编辑技术。这种从古细菌来源的Argonaute，利用短链DNA作向导，真正实现了对基因组的任意位置进行切割，将基因编辑的可能性推入了更广泛的境地。该项技术的优势包括向导设计制作简便；可编辑基因组内任何位置；由于向导核酸是DNA而非RNA，因此避免了RNA易于形成复杂的二级结构而带来的失效或者脱靶效应；对游离于细胞核的DNA具有更高的切割效率。
乙肝病毒共价闭合环状DNA
中科院深圳先进技术研究院医药所陈志英团队成功用微环DNA技术生产出乙肝病毒共价闭合环状DNA（cccDNA），为开发根治慢性乙肝病毒感染的治疗药物提供了重要条件，相关成果发表于《科学报告》。cccDNA是乙肝病毒复制的模板，其在肝细胞核内持续、稳定的存在被认为是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治疗停止后复发的最重要因素。彻底清除残余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的关键。利用微环DNA技术在常规实验室环境中生产出了毫克级别的重组cccDNA。该重组cccDNA无论在结构还是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重组cccDNA能介导病毒基因组复制、病毒基因表达，并能产生完整的感染性病毒颗粒。
单细胞尺度解析造血干细胞起源
北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和军事医学科学院附属医院（解放军307医院）刘兵研究组、中国医学科学院天津血液病医院（血液学研究所）袁卫平研究组合作，在单细胞分辨率解析造血干细胞的形成过程。在功能和基因表达方面、在单细胞水平上研究了小鼠造血干细胞形成和特化过程中的关键特征；相关结果发表在《自然》杂志。造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人类在内的哺乳动物体内所有血液细胞的干细胞，在合适的条件下只要造血干细胞的一个单细胞就可以在体内产生所有类型的血液细胞，因而对哺乳动物血液系统功能的长期维持和稳定起关键作用。精确地分离单个具有功能的干细胞是开展后续一系列研究的前提条件。
选择性剪切对拟南芥蛋白质多样性贡献
中科院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组在全基因组水平通过分析与核糖体结合的mRNA来研究翻译组的构成，并与总mRNA所代表的转录组进行了比较，研究成果发表于《分子植物》。选择性剪切是一种重要的调控机制，能够增加转录组和蛋白质组的多样性。该研究发现有35%的选择性剪切事件能够被翻译，并且其中大部分（81%）会导致蛋白质编码能力的多样化。同时，该研究发现一些弱翻译的选择性剪切mRNA可能通过无义介导的mRNA降解途径降解，非翻译的选择性剪切mRNA则不通过此途径降解。该研究报道了植物选择性剪切对蛋白质组多样性的贡献，并分析了植物与动物中可变剪切的区别。
倍半萜生物合成基因
中科院武汉植物园天然药物生物合成学科组章焰生研究团队，以湖北武汉和贵州遵义的苍耳为研究材料，分别建立了不同化学型苍耳叶片及苍耳腺毛(苍耳中倍半萜内酯合成和贮存的器官为表面的球状腺毛)的转录组数据库，通过比较转录组学研究，筛选并克隆了3条倍半萜合成途径上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并进行了功能分析，研究成果发表于《植物与细胞生理学》。倍半萜内酯是菊科植物的特征性成分和主要的药用成分，具有较强的抗肿瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸虫和抗过敏活性方面具有较好的医用价值。该研究为运用合成生物学技术规模化合成特异倍半萜提供了必要的基因元件。
哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱
中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所Philipp Khaitovich研究组首次绘制了哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱，发现哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达水平存在广泛差异，研究结果发表于《基因组学与进化》。利用高通量测序技术系统地测定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大脑前额叶皮质组织中snRNA和snoRNA的表达量，发现snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表达量在人脑中却发生了巨大变化。SNORA29 在人脑中表现为特异表达缺失，并且实验发现SNORA29在非人灵长类的神经元中特异表达，提示其在人脑认知功能形成中的潜在作用。同时，该研究发现二级结构稳定性是snoRNA表达调控的重要机制。
考古科学
冰河时代欧亚人群的遗传谱图
中科院古脊椎动物与古人类研究所在《自然》杂志发表“冰河时期的欧洲人群历史”论文，文章第一作者付巧妹研究员与美、德、意等国合作研究表明：早期现代人中尼安德特人的基因含量在很短的时间里下降1.5~3倍。在距今37000年~14000年间，欧洲人群具有很大的连续性，因此尼安德特人的基因含量在很短的时期内下降不能用不同人群混合稀释来解释；欧洲存在一个早期现代人的重要群体，他们对后期人群影响很大。该地区有些群体在其间消失。这些在不同时空分布的51个个体不仅揭示出各自本身和所在群体的遗传信息，还反映了不同人群的相互关系；末次冰期结束后的第一个强烈变暖事件对欧洲人群结构影响很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期结束后与近东人群出现了很强的联系。
植物化石揭示中生代古大气二氧化碳浓度
中科院南京地质古生物研究所出站博士后、兰州大学副教授吴靖宇，与合作导师王永栋等，对采自甘肃东部华亭矿区上三叠统延长组以及中侏罗统延安组发现的两种似银杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）进行细致研究，依据气孔参数重建晚三叠世和中侏罗世的古大气CO2浓度分别为1962 ppmv和1320 ppmv。结合课题组前期研究成果指出，从晚三叠世至中侏罗世，古大气二氧化碳浓度大致呈先下降后升高的趋势，该研究成果发表于《古生物学杂志》杂志。银杏化石是恢复古大气CO2应用最为广泛的指示植物之一，该项研究对GEOCARB III 和Crustal Production模型进行校正和补充。
柱铲齿象
中科院古脊椎动物与古人类研究所研究人员发现临夏盆地的“保德四棱齿象”实际上也应该归入柱铲齿象，研究者为其建立了一个新种——粗壮柱铲齿象（Konobelodon robustus），这一最新研究成果发表在国际杂志《地学多样性》。该研究表明，甘肃省临夏盆地的粗壮柱铲齿象的时代比欧洲和美洲的种都要早，具有很多原始特征，因此是其它两个种的祖先类型。柱铲齿象和铲齿象相似的结构可能是独立起源的，并不能代表演化上的直接联系。柱铲齿象起源有两种可能性。其一，柱铲齿象与美洲的扁齿象是姐妹群的关系，它们共同起源于欧亚大陆的原互棱齿象；其二，柱铲齿象起源于欧亚大陆的四棱齿象。
最早大型复杂多细胞生物化石或是植物的先祖
中科院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员课题组揭示了距今15.6亿年前，已有个体长达30厘米以上的大型多细胞生物化石群出现，它们或是植物的先祖，该研究成果发表于《自然-通讯》。此前研究表明，距今18-8亿年前的地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的“稳定”状态，因而被学术界称为“枯燥的10亿年”。这一发现将地球上大型复杂多细胞生物的出现时间提前了近10亿年。生命大约自40亿年前在地球上出现以来，之后差不多30多亿年的演化过程被认为非常缓慢，直到距今6亿年前都一直以肉眼不可见的微型、简单的微生物形式存在。
灵长类的“演化滤器”——3400万年前环境剧变影响人类起源
中科院古脊椎动物与古人类研究所倪喜军研究员带领的团队发现全球气候变化改变了灵长类的演化轨迹，研究结果发表于《科学》。距今3400万年前的全球气候剧变，南极冰盖急剧扩大，海平面急剧下降，森林大面积消失，地球由此从大“温室”变成大“冰屋”。由于灵长类动物对温度非常敏感，因此原来繁盛于北美、亚洲北部和欧洲的灵长类近乎完全灭绝。而在非洲北部和亚洲南部仍保留有热带丛林的区域，它们得以幸存。这个“演化滤器”，强烈影响了灵长类动物的宏演化，使之演化轨迹发生巨大改变，而这一变化直接导致现生类人猿主要支系的产生。最早的类人猿化石出现于4500万年前的亚洲，但在经历了始新世—渐新世“演化滤器”作用之后，亚洲的类人猿走向灭绝，非洲的类人猿却走向繁盛之路。
挑剔的雌性主导性别异时进化
中科院古脊椎动物与古人类研究所王世骐研究员发现在生物进化过程中，除了自然选择以外，性选择也起到了非常重要的作用，该研究成果发表于《古脊椎动物学报》。生物进化理论从另一个方面阐释了雌性所拥有的主导权。通过对甘肃临夏盆地中中新统曾家地点的葛氏铲齿象居群的研究发现，雄性比雌性具有更隆起的脑颅部和更加退缩的鼻骨。隆起的脑颅和退缩的鼻骨都是接近于现生象的进步特征，隆起的颅骨使颞部肌肉收缩力增强，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越长。这种现象不仅在铲齿象中，在欧洲中中新世的嵌齿象中也有发现。从某种意义上说，在中新世时期，长鼻类雄性的进化似乎比雌性要领先一步。
中国发现最早的节肢动物无节幼虫化石
云南大学云南省古生物研究重点实验室古生物学家侯先光教授和刘煜博士与德国、美国科学家合作，从云南澄江动物化石群中发现了5.2亿年前一种三维立体保存的无节幼虫化石，相关成果发表于《国家科学院学报》。澄江动物化石群距今已有5.2亿年历史，其中保存了大量精美的节肢动物化石。这是迄今发现最早的节肢动物无节幼虫化石,该幼虫体长仅为2毫米，经荧光显微镜和扫描电镜分析，它被鉴定为澄江化石群中大附肢节肢动物林乔利虫的早期幼虫。此幼虫的发育模式为早期节肢动物进化提供了直接的化石证据，证明无节幼虫类的发育模式并不是仅存在于甲壳动物当中。
最古老的鸟类食团揭示早期鸟类的消化系统
中科院古脊椎动物与古人类研究所王敏、周忠和与舒柯文研究组报道了一件保存有食团的反鸟类化石，这是迄今最古老的有关鸟类食团的化石记录，发表于《当代生物学》。食团内主要为狼鳍鱼的骨骼碎片，这一发现首次揭示反鸟类能够以鱼类为食，并表明早白垩世的鸟类就已经具有和现生鸟类相似的消化系统。这件保存有食团的反鸟类标本发现于辽西早白垩世的九佛堂组，距今约1.2亿年。在对标本的观察中发现，其肱骨下方有一纺锤形的团聚物，包含有狼鳍鱼的骨骼碎片。结合现生鸟类、鳄鱼的消化系统对比，研究者将其解释为鸟类的食团，食团的形成依赖于肌胃的收缩和消化道的逆蠕动作用。
天文地理
太阳暗条和冕环之间的磁重联过程中的精细结构和详细演化
中科院国家天文台李乐平副研究员与国内外学者合作发现磁重联精细结构及其演化，研究结果发表于《自然-物理》。磁重联是方向相反的磁力线相互靠近、断开再重新连接的现象。它在无垠宇宙中所有磁化等离子体系统（如日冕、恒星冕等离子体实验室等）中扮演着十分重要的角色，是磁能爆炸式释放转化为其它形式能量的基本物理过程。在天体物理研究中，它常被用来解释多种天文现象（如太阳耀斑、暗条爆发和伽马暴等），但直接观测磁重联过程极其困难。通过分析太阳动力学天文台和日地关系天文台两颗卫星的观测数据，发现当爆发暗条碰到冕环时，它们相互作用，构成了典型的X型重联结构，证实了三维磁重联理论。
帕米尔东北缘前陆盆地物源变化对西构造结印度板块与亚洲南缘47Ma碰撞时间的约束
中科院地质与地球物理研究所孙继敏研究员与其合作者，对帕米尔东北缘前陆盆地奥依塔克剖面，开展了砂岩成分、同位素物源示踪等综合研究，相关成果发表于《构造地质学》。印度板块与欧亚板块的碰撞时间是青藏高原研究中历时最长、争议最大的热点问题之一，是青藏高原研究中的重要问题。研究显示奥依塔克剖面新增了来自科希斯坦-拉达克弧以及喀喇昆仑的物源，排除了南帕米尔来源的可能性。随着帕米尔弧形构造带呈突刺状向北强烈扩展和远程效应影响，帕米尔北缘不断隆升，逐渐阻隔了来自科希斯坦、喀喇昆仑地体的物质，新的物质来源以帕米尔、昆仑山地体为主。
新毫秒脉冲星
中科院国家天文台李菂研究团队与澳大利亚科学家合作，在杜鹃座47球状星团的找到了2颗新的毫秒脉冲星，命名为J0024-7204aa和J0024-7204ab。把杜鹃座47球状星团的已知脉冲星数目从23颗更新为25颗，研究结果发表于《英国皇家天文学月刊》。这一发现将多次观测的时域信号做傅立叶变换，在频域将功率谱对齐累加，提高信噪比，有助于探测到更弱的脉冲星信号。其中J0024-7024aa的色散值为杜鹃座47中最大，且自转周期为1.84毫秒，为杜鹃座47中周期最短，在所有脉冲星中排在第12位。球状星团富含毫秒脉冲星和脉冲双星系统，为FAST重要观测目标。针对FAST早期漂移巡天中重复观测的特点，应用非相干叠加方法可提高FAST脉冲星探测能力。
湖泊富营养化对砷循环的影响
中科院城市环境研究所颜昌宙团队对水和沉积相中砷形态的空间分布与季节变化、相关水体理化参数等开展系统研究，揭示了富营养化对湖泊环境中砷的生物地球化学循环的影响，相关成果发表于《整体环境科学》。在太湖流域按人类活动强度梯度选取不同富营养化水域，建立长期定位生态环境观测站。分析表明，夏、秋季重度富营养化水域中总砷和五价砷的含量相对较高，其分布明显受到总磷、铁、锰和溶解性有机碳的影响；夏季重度和中度富营养化水域的三价砷和甲基砷的含量与占比（占总砷的比例）均明显高于中营养水域。富营养化环境引起磷、叶绿素a、铁、锰和有机碳等主要水质参数的变化，有利于水生态系统中砷的生物地球化学循环。
赤道太平洋温跃层内动力过程
中科院海洋研究所王凡研究组报道了赤道太平洋温跃层内小尺度动力过程研究的最新进展，相关结果发表于《自然-通讯》杂志。带温跃层内部的小尺度动力过程能够影响温跃层的结构和强度，从而决定厄尔尼诺的强弱及其发展过程。该研究利用研究海区所有的Argo浮标观测数据和热带大气海洋观测阵列（TAO）的高分辨率观测数据，综合运用多种诊断方法，确认了赤道太平洋冷舌区强混合过程在温跃层内的普遍存在性，发现了强混合过程在温跃层下半部分和赤道潜流下半部分的存在性，揭示了强混合过程的发生规律，即其在热带不稳定波（Tropical instability Wave，TIW）发生期间和在拉尼娜气候状态下发生的频率更大，发生的层次更深。该成果可为厄尔尼诺和南方涛动机理研究和数值模式改进带来重要启示。
地球表层建模基本定律
中科院地理科学与资源研究所研究员岳天祥研究团队通过微分几何学与优化控制论的有机结合，建立了以卫星遥感/全球模型输出的宏观近似信息为驱动场，以地面观测/空间采样数据为优化控制条件的高精度曲面建模（HASM）方法，研究成果发表于《环境地球科学》杂志。高精度曲面建模方法被广泛应用于模拟数字高程、土壤属性、生态服务变化、生态系统变化驱动力等空间动态。在高精度曲面建模理论与方法及其广泛应用成果的基础上，提炼形成了地球表层建模基本定律（FTESM）：地球表层及其环境要素曲面由外蕴量和内蕴量共同唯一决定，在空间分辨率足够细的条件下，地球表层及其环境要素的高精度曲面可运用HASM方法构建。
热带气旋生成过程研究
中科院大气物理研究所研究员崔晓鹏团队针对南海热带气旋生成过程开展了一系列研究工作，研究成果发表于美国气象学会《Mon. Wea. Rev》杂志。热带气旋（Tropical Cyclone,简称TC）是在热带或副热带暖洋面上生成的、具有暖心、低压结构的强烈风暴，TC在全球三个海区影响最大，即西北太平洋、西北大西洋和孟加拉湾。TC是低纬度地区重要的空中水资源，能极大缓解当地旱情和高温，但它带来的暴雨、大风、暴潮及其引发的灾害，却是对人类威胁最大的自然灾害之一。研究揭示了南海TC“榴莲”生成期间的动能收支特征和过程，给出了动能收支概念模型。
银河系卫星星系奇异分布的可能起源
中科院紫金山天文台南极天文和射电天文研究部研究员康熙团队研究了银河系卫星星系的速度分布，指出其奇异分布可以用目前流行的冷暗物质模型解释；与大部分漩涡星系不一样，宇宙中呈现银河系卫星星系这种分布的可能性只有1%。；相关结果发表于《英国皇家天文学月刊》。数值模拟发现出现这种奇异分布跟星系群的形成历史有关，大约1%的星系群在其形成过程中只吞食了一个大质量卫星星系，吞食的其他卫星星系质量都偏小，因此形成了类似银河系这样的一个较大的空白区域。银河系可以很自然地呈现出卫星星系的奇异分布，而不需要借助其他解决办法，只不过这种情况出现的概率偏小，意味着银河系在宇宙中也许真的很特殊。
纳米技术
单原子分散贵金属催化剂的制备和催化
厦门大学化学化工学院、能源材料化学协同创新中心郑南峰和傅钢课题组，采用乙二醇保护的超薄二氧化钛纳米片作为载体，应用光化学方法，成功制备了负载量高达1.5wt%的单原子分散钯催化剂；在温和条件下高效脱除前驱体氯钯酸上的氯离子是成功制备的关键；研究成果发表于《科学》杂志。贵金属催化剂广泛应用于环保、能源和化工等领域。贵金属资源稀缺、价格高昂，将贵金属单原子分散可以有效提高原子利用率，但为了避免团聚，其金属负载量很难提高。该研究展示了单原子分散催化剂在基础研究中的重要作用，不仅为亚纳米尺度上研究复杂界面化学过程提供了理想模型，还架起了均相和非均相催化之间的桥梁。
具有抗原快速释放行为的pH敏感PLGA纳米粒促进免疫应答
中科院过程工程研究所王连艳研究小组在纳米颗粒诱导免疫应答，尤其是诱导细胞免疫应答方面取得进展，成果发表于《ACSNano》。在前期纳微颗粒性质影响免疫学行为研究基础上，构建了具有薄皮大腔结构的pH敏感聚乳酸-羟基乙酸 (PLGA）纳米粒，携载模式抗原OVA和抗原释放伴侣碳酸氢铵。当纳米粒被抗原提呈细胞摄取后，在内体溶酶体的微酸环境下，当氢离子进入纳米粒中，与碳酸氢铵反应生成氨气和二氧化碳，撑破囊壁，快速释放抗原，进一步分布到胞质中，实现抗原的交叉提呈，提升细胞免疫应答。研究结果表明，pH敏感纳米粒显著提升了抗原的交叉提呈水平（是实心颗粒的2倍多），提升了T细胞和B细胞的活化水平，促进了细胞CTL杀伤能力，在清除胞内感染中发挥巨大作用。
磁性纳米粒子的自组装与结构调控
中科院化学所分子动态与稳态结构实验室姚立研究员等利用超低场磁成像综合研究平台，在磁性多功能自组装体的结构设计与构筑、性能调控与应用方面的研究发表于《美国化学会志》。磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用，例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过将磁性纳米粒子的多功能性与单孔中空的结构特性有机结合起来，实现对其磁性能的调控和提升，并发展了一个集选择性封装、磁导航输送、可控释放于一体的智能生物医学平台。更重要的是，整个过程可通过磁共振成像手段实时监控。这种自组装磁球用作智能纳米载药有望使癌症治疗可视化、更有效、更精准。
超高灵敏度新型微波探测器
中科院苏州纳米所曾中明团队与国内外科学家合作在基于电子自旋特性的微波探测器件研究方面取得了新的进展，相关结果发表于《自然-通讯》。射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，在通讯、雷达、导航、遥感、电子工业、医疗、科学研究等方面具有广泛应用。利用薄膜制备技术精确控制纳米磁性薄膜的界面特性，在“磁性自由层/隔离层/磁性固定层”三明治纳米结构中使自由层的磁矩垂直于薄膜平面，而固定层的磁矩平行于薄膜平面。由于两磁性层的磁矩成近90度排列，极大地提高了自旋注入效率；该结构具有优异的微波探测性能。该器件可在零磁场下工作，消除了对外加磁场的依赖，简化了器件结构，降低了功耗。
离子杂化多孔材料高效分离乙烯乙炔
浙江大学化学工程与生物工程学院邢华斌团队与多国家科研人员合作，采用离子杂化多孔材料，突破了气体分离选择性和容量之间的trade-off效应，实现了乙炔乙烯的高效分离，该结果发表在《科学》杂志。人类社会的能源和资源越来越依赖于天然气、页岩气和乙烯等气体，这对高效节能的气体分离技术提出了迫切需求。研究首次提出了离子杂化多孔材料分离乙炔和乙烯的方法，该材料拥有三维网格结构，网格上嵌有的无机阴离子通过氢键作用可专一性的识别乙炔分子，获得迄今为止最佳的乙炔乙烯分离选择性。同时调控阴离子的空间几何分布和孔径大小，促使被吸附的乙炔分子之间或乙炔-多孔材料之间形成协同作用，获得极高的乙炔吸附容量；从而解决了传统气体吸附过程分离选择性和容量兼具的难题。
嵌段共聚物自组装形貌调控
中科院化学所王栋研究员使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌，研究结果发表于《自然-通讯》。嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控方面的难题。研究人员利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体；利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。
纳米发电机首次用于自驱动干细胞分化
中科院北京纳米能源与系统研究所刘宏研究员等在利用纳米发电机刺激干细胞神经分化方面取得研究进展，相关成果发表于《ACSNano》杂志。将摩擦纳米发电机与高电导率的石墨烯复合维纳纤维生物支架相结合，利用摩擦纳米发电机产生的电信号，在没有任何生物和化学诱导的条件下，在石墨烯复合微纳纤维上实现了间充质干细胞向神经细胞高效的定向分化。该工作通过制备体积小、输出高、输出稳定的分离式自驱动的摩擦纳米发电机（TENG），以人脚步驱动的TENG对具有导电性良好的石墨烯基维纳复合纤维上粘附生长的间充质干细胞进行电刺激，成功调控了干细胞向神经元分化。
基于自旋态精细调控实现高效电解水催化产氧
中国科学技术大学周仕明课题组、曾杰课题组与南开大学胡振芃课题组合作，优化过渡金属氧化物的催化性能实现高效电解水，研究结果发表于《自然-通讯》。通过改变LaCoO3纳米颗粒的尺寸，研究人员能够精细控制其自旋态转变行为，成功实现了Co离子eg轨道有效电子填充数从1.0到1.3的调控。特别是当颗粒尺寸在约80nm时，其eg轨道电子数约为1.2，此时产氧催化性能达到了最优，并与其他报道的具有eg1.2电子组态高效催化剂的性能相当。过渡金属氧化物的电解水催化性能与其晶体结构及电子结构密切相关。特别是对具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物而言，电催化产氧性能与其过渡金属离子的3d电子中eg轨道有效填充数紧密相连。
大脑皮层的语义图
Nature封面：一个实验对象的皮层表面，上面覆盖有被预测会在相应皮层位置引起特别强的反应的单词。单词颜色表示语义类别：例如，绿色单词大多是视觉和触觉概念，而红色单词大多是社会概念。白色线条描绘出了人们以前就知道的兴趣区域。Nature杂志第7600期封面文章报道了大脑皮层的语义。人们认为，单词和语言的意思表达在一个语义系统中，该系统则分布在整个大脑皮层的大部分地方。每个语义概念被表达在多个语义区域，而每个语义区域则代表多个语义概念。然而，所获取的语义图在不同实验对象之间基本上是一致的。读者可在http://gallantlab.org/huth2016这个网址体验该图集的一个互动版。
不成功的化学反应方法所具有的价值
Nature封面：从失败中学习。Nature杂志第7601期封面文章报道了不成功的合成反应方法广泛传播所具有的价值，也显示了利用机器学习等比传统手段更快的速度得到潜在合成路径的可能性。很多化学反应从未进入过期刊文章的“方法”部分，因为它们被认为是“不成功的”。然而，这种反应仍能为产物形成所需反应条件的界线提供有价值的信息。Alexander Norquist等人从实验室笔记本中抽出了一组这种“暗反应”(特别是有关模板化的亚硒酸钒之形成的这种反应)，通过化学信息和性能丰富了这方面的数据。然后，他们采用这个暗反应数据集训练过的一个机器学习算法来预测反应结果。该算法能够以比人类直觉更大的准确度来预测一个反应是会成功还是失败。
易于再生的高性能活性碳替代材料
Nature封面：一种高表面积介孔β-环糊精。Nature杂志第7585期封面文章报道了一种易于再生的高性能活性碳替代材料。水体净化和修复经常是用各种形式的活性碳进行的，这种方式成本低，但只能将很多有机污染物部分清除。然而，活性碳的再生利用能耗高，需要高温，而且再生之后性能也会下降。现在William Dichtel、Damian Helbling及同事研发出一种用于水体修复的活性碳替代产品：一种基于交联环糊精的多孔材料。这种材料不仅在吸附一系列药物、杀虫剂和其他污染物方面性能超过活性碳，而且还容易通过在室温下冲洗来再生。
远古时代人类群体内的暴力冲突
Nature封面：肯尼亚北部Nataruk的一个男子头骨。Nature杂志第7586期封面文章的头骨图显示造成该男子死亡的创伤。暴力和战争数千年来都在改变着人类社会，但考古记录中所记载的群体内冲突的根源却是有争议的，取决于这些冲突是怎样被定义和识别的以及相关考古发现的保存状况。化石发现表明，在全新世早期，狩猎/集采者中间存在群体内暴力。在过去曾经是一个小环礁湖的地方附近所发现的12个人体骨架中，10个都显示了经历暴力死亡的证据。没有迹象表明他们是被特意掩埋的，其中几个人有多处大创伤。这可能为距今大约1万年前发生在图尔卡纳湖肥沃湖畔上的一次群体内暴力冲突所造成的结果。
Science
疟疾战争
Science封面：柬埔寨Palin农场蚊帐里的外籍劳工。Science杂志第6284期封面文章报道了柬埔寨严峻的抗疟工作。灾难降临了柬埔寨和大湄公河地区，导致新一轮疟疾的疟原虫对所有青蒿素复方制剂产生了抗性。这场疫情会扩大到何种规模，以及它会横扫哪些区域，目前仍然不得而知。疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病。寄生于人体的疟原虫共有四种，即间日疟原虫，三日疟原虫，恶性疟原虫和卵形疟原虫。青蒿素的抗疟机理主要在作用于疟原虫的膜系结构，使其泡膜、核膜以及质膜均遭到破坏，线粒体肿胀，内外膜脱落，从而杀灭疟原虫。
微生物组特刊
Science封面：努力工作的肠道微生物们。Science杂志第6285期封面文章报道了人类肠道内的微生物影响人类健康的许多途径，以及这样的关系转而会如何塑造这一复杂的群体。包括了3篇特写报告、3篇综述及1篇《视角》。来自于2个迄今为止最大的群组的肠道微生物数据就微生物组提供了前所未有的解读，揭示了可影响微生物组成分的一般组成和因子。某些被一般认为会影响成年人微生物组组成的生命早期事件与微生物组组成变异间没有相关性，这些事件包括出生模式（剖腹产或顺产）及婴儿营养（母乳喂养）。某些肠道微生物种类与疾病相关，这些数据对不同个体的微生物组变异提供了众多且重要的见解。
微管二联管是细胞纤毛内转运蛋白的双轨通道
Science封面：真核细胞纤毛内转运蛋白的双轨通道。Science杂志第6286期封面揭示了微管二聚体几何结构作为方向特异性轨道协助纤毛组件双向运输。纤毛是一种对多数真核细胞的运动，信号转导，感知起关键作用的大分子机器。轴丝是其保守的核心结构，包含9个微管二联体，每个包括一个完全A型微管和一个不完全B型微管。迄今为止这个二联管几何结构的功能尚未清楚。科学家构建一种时间分辨相关荧光和三维电子显微镜技术，用以研究纤毛组装和拆卸过程中沿微管运输纤毛构件的纤毛内转运蛋白的动态情况。发现每个微管二联体都可作为双向双轨通道：正向沿B型微管运输，逆向沿A型微管运输。
气候变化的哨兵，北极变暖让候鸟在热带付出代价
Science封面：迁徙中的红腹滨鹬。Science杂志第6287期封面文报道了红腹滨鹬迁徙的困境。红腹滨鹬Canutus亚种（Calidris canutuscanutus）每年在苔原带的繁殖地和非洲的越冬地之间迁徙。卫星图片显示，在过去的33年，红腹滨鹬的繁殖地的融雪时间平均每年提早了半天，即在30多年内一共提前了2周多。融雪提前也导致了昆虫数量高峰期的提前，而昆虫是这些鸟类在极地最主要的食物。研究发现出生在较为温暖的年份的滨鹬身体更小，因为它们出壳时间与食物高峰期不匹配。当这些体型较小的个体飞至非洲的越冬地时，它们的生存率又会因为喙部较短、不能取食到埋在泥滩较深处的高质量贝类而降低。这一过程也许会让红腹滨鹬向着体型更小、喙部更长的方向演化。
基因工程
CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构
哈尔滨工业大学生命科学与技术学院黄志伟研究团队揭示了CRISPR-Cpf1识别CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子机制，相关结果发表在《自然》杂志上。CRISPR-Cas系统是细菌编码的适应性免疫系统，该系统通过RNA引导的效应蛋白剪切病毒的DNA或者RNA从而抵抗病毒的感染。该系统之一的CRISPR-Cas9系统被用来作为可编程的基因编辑工具用于细胞内目的DNA的剪切、表达、修饰、突变。该研究解析了crRNA的Cpf1复合物的晶体结构，进一步认识细菌如何通过CRISPR系统抵抗病毒入侵的分子机理；而且为成功改造Cpf1系统，使之成为特异的、高效的全新基因编辑系统提供了结构基础。
基因密码子表的内在规律
中科院北京基因组研究所基因组科学与信息重点实验室胡松年组客座研究员陈卫华与多国科学家合作，对“能量节省”压力下基因组的演化情况进行了系统研究，研究论文发表于《自然-通讯》。研究表明，在ns位点上，由于得到的mRNA便宜，转录倾向于使用便宜的核酸，而因为得到的氨基酸便宜，翻译倾向于使用贵的核酸。由于氨基酸的平均价格更高，ns位点总体上倾向于使用贵的核酸。由于转录和翻译是选择的两大助力，这种趋势随编码基因的表达丰度而更为显著。文章进一步从进化生物学角度解释了为什么低GC%的物种基因组往往较小，而高GC%物种的基因组可以较大。
基因组编辑新技术
河北科技大学生物科学与工程学院青年教师韩春雨副教授找到了对基因组位点编辑范围更广的基因编辑工具，研究论文发表于《自然-生物技术》。该工具完全不同于以RNA为向导的CRISPR/Cas9基因编辑技术。这种从古细菌来源的Argonaute，利用短链DNA作向导，真正实现了对基因组的任意位置进行切割，将基因编辑的可能性推入了更广泛的境地。该项技术的优势包括向导设计制作简便；可编辑基因组内任何位置；由于向导核酸是DNA而非RNA，因此避免了RNA易于形成复杂的二级结构而带来的失效或者脱靶效应；对游离于细胞核的DNA具有更高的切割效率。
乙肝病毒共价闭合环状DNA
中科院深圳先进技术研究院医药所陈志英团队成功用微环DNA技术生产出乙肝病毒共价闭合环状DNA（cccDNA），为开发根治慢性乙肝病毒感染的治疗药物提供了重要条件，相关成果发表于《科学报告》。cccDNA是乙肝病毒复制的模板，其在肝细胞核内持续、稳定的存在被认为是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治疗停止后复发的最重要因素。彻底清除残余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的关键。利用微环DNA技术在常规实验室环境中生产出了毫克级别的重组cccDNA。该重组cccDNA无论在结构还是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重组cccDNA能介导病毒基因组复制、病毒基因表达，并能产生完整的感染性病毒颗粒。
单细胞尺度解析造血干细胞起源
北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和军事医学科学院附属医院（解放军307医院）刘兵研究组、中国医学科学院天津血液病医院（血液学研究所）袁卫平研究组合作，在单细胞分辨率解析造血干细胞的形成过程。在功能和基因表达方面、在单细胞水平上研究了小鼠造血干细胞形成和特化过程中的关键特征；相关结果发表在《自然》杂志。造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人类在内的哺乳动物体内所有血液细胞的干细胞，在合适的条件下只要造血干细胞的一个单细胞就可以在体内产生所有类型的血液细胞，因而对哺乳动物血液系统功能的长期维持和稳定起关键作用。精确地分离单个具有功能的干细胞是开展后续一系列研究的前提条件。
选择性剪切对拟南芥蛋白质多样性贡献
中科院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组在全基因组水平通过分析与核糖体结合的mRNA来研究翻译组的构成，并与总mRNA所代表的转录组进行了比较，研究成果发表于《分子植物》。选择性剪切是一种重要的调控机制，能够增加转录组和蛋白质组的多样性。该研究发现有35%的选择性剪切事件能够被翻译，并且其中大部分（81%）会导致蛋白质编码能力的多样化。同时，该研究发现一些弱翻译的选择性剪切mRNA可能通过无义介导的mRNA降解途径降解，非翻译的选择性剪切mRNA则不通过此途径降解。该研究报道了植物选择性剪切对蛋白质组多样性的贡献，并分析了植物与动物中可变剪切的区别。
倍半萜生物合成基因
中科院武汉植物园天然药物生物合成学科组章焰生研究团队，以湖北武汉和贵州遵义的苍耳为研究材料，分别建立了不同化学型苍耳叶片及苍耳腺毛(苍耳中倍半萜内酯合成和贮存的器官为表面的球状腺毛)的转录组数据库，通过比较转录组学研究，筛选并克隆了3条倍半萜合成途径上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并进行了功能分析，研究成果发表于《植物与细胞生理学》。倍半萜内酯是菊科植物的特征性成分和主要的药用成分，具有较强的抗肿瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸虫和抗过敏活性方面具有较好的医用价值。该研究为运用合成生物学技术规模化合成特异倍半萜提供了必要的基因元件。
哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱
中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所Philipp Khaitovich研究组首次绘制了哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱，发现哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达水平存在广泛差异，研究结果发表于《基因组学与进化》。利用高通量测序技术系统地测定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大脑前额叶皮质组织中snRNA和snoRNA的表达量，发现snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表达量在人脑中却发生了巨大变化。SNORA29 在人脑中表现为特异表达缺失，并且实验发现SNORA29在非人灵长类的神经元中特异表达，提示其在人脑认知功能形成中的潜在作用。同时，该研究发现二级结构稳定性是snoRNA表达调控的重要机制。
考古科学
冰河时代欧亚人群的遗传谱图
中科院古脊椎动物与古人类研究所在《自然》杂志发表“冰河时期的欧洲人群历史”论文，文章第一作者付巧妹研究员与美、德、意等国合作研究表明：早期现代人中尼安德特人的基因含量在很短的时间里下降1.5~3倍。在距今37000年~14000年间，欧洲人群具有很大的连续性，因此尼安德特人的基因含量在很短的时期内下降不能用不同人群混合稀释来解释；欧洲存在一个早期现代人的重要群体，他们对后期人群影响很大。该地区有些群体在其间消失。这些在不同时空分布的51个个体不仅揭示出各自本身和所在群体的遗传信息，还反映了不同人群的相互关系；末次冰期结束后的第一个强烈变暖事件对欧洲人群结构影响很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期结束后与近东人群出现了很强的联系。
植物化石揭示中生代古大气二氧化碳浓度
中科院南京地质古生物研究所出站博士后、兰州大学副教授吴靖宇，与合作导师王永栋等，对采自甘肃东部华亭矿区上三叠统延长组以及中侏罗统延安组发现的两种似银杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）进行细致研究，依据气孔参数重建晚三叠世和中侏罗世的古大气CO2浓度分别为1962 ppmv和1320 ppmv。结合课题组前期研究成果指出，从晚三叠世至中侏罗世，古大气二氧化碳浓度大致呈先下降后升高的趋势，该研究成果发表于《古生物学杂志》杂志。银杏化石是恢复古大气CO2应用最为广泛的指示植物之一，该项研究对GEOCARB III 和Crustal Production模型进行校正和补充。
柱铲齿象
中科院古脊椎动物与古人类研究所研究人员发现临夏盆地的“保德四棱齿象”实际上也应该归入柱铲齿象，研究者为其建立了一个新种——粗壮柱铲齿象（Konobelodon robustus），这一最新研究成果发表在国际杂志《地学多样性》。该研究表明，甘肃省临夏盆地的粗壮柱铲齿象的时代比欧洲和美洲的种都要早，具有很多原始特征，因此是其它两个种的祖先类型。柱铲齿象和铲齿象相似的结构可能是独立起源的，并不能代表演化上的直接联系。柱铲齿象起源有两种可能性。其一，柱铲齿象与美洲的扁齿象是姐妹群的关系，它们共同起源于欧亚大陆的原互棱齿象；其二，柱铲齿象起源于欧亚大陆的四棱齿象。
最早大型复杂多细胞生物化石或是植物的先祖
中科院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员课题组揭示了距今15.6亿年前，已有个体长达30厘米以上的大型多细胞生物化石群出现，它们或是植物的先祖，该研究成果发表于《自然-通讯》。此前研究表明，距今18-8亿年前的地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的“稳定”状态，因而被学术界称为“枯燥的10亿年”。这一发现将地球上大型复杂多细胞生物的出现时间提前了近10亿年。生命大约自40亿年前在地球上出现以来，之后差不多30多亿年的演化过程被认为非常缓慢，直到距今6亿年前都一直以肉眼不可见的微型、简单的微生物形式存在。
灵长类的“演化滤器”——3400万年前环境剧变影响人类起源
中科院古脊椎动物与古人类研究所倪喜军研究员带领的团队发现全球气候变化改变了灵长类的演化轨迹，研究结果发表于《科学》。距今3400万年前的全球气候剧变，南极冰盖急剧扩大，海平面急剧下降，森林大面积消失，地球由此从大“温室”变成大“冰屋”。由于灵长类动物对温度非常敏感，因此原来繁盛于北美、亚洲北部和欧洲的灵长类近乎完全灭绝。而在非洲北部和亚洲南部仍保留有热带丛林的区域，它们得以幸存。这个“演化滤器”，强烈影响了灵长类动物的宏演化，使之演化轨迹发生巨大改变，而这一变化直接导致现生类人猿主要支系的产生。最早的类人猿化石出现于4500万年前的亚洲，但在经历了始新世—渐新世“演化滤器”作用之后，亚洲的类人猿走向灭绝，非洲的类人猿却走向繁盛之路。
挑剔的雌性主导性别异时进化
中科院古脊椎动物与古人类研究所王世骐研究员发现在生物进化过程中，除了自然选择以外，性选择也起到了非常重要的作用，该研究成果发表于《古脊椎动物学报》。生物进化理论从另一个方面阐释了雌性所拥有的主导权。通过对甘肃临夏盆地中中新统曾家地点的葛氏铲齿象居群的研究发现，雄性比雌性具有更隆起的脑颅部和更加退缩的鼻骨。隆起的脑颅和退缩的鼻骨都是接近于现生象的进步特征，隆起的颅骨使颞部肌肉收缩力增强，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越长。这种现象不仅在铲齿象中，在欧洲中中新世的嵌齿象中也有发现。从某种意义上说，在中新世时期，长鼻类雄性的进化似乎比雌性要领先一步。
中国发现最早的节肢动物无节幼虫化石
云南大学云南省古生物研究重点实验室古生物学家侯先光教授和刘煜博士与德国、美国科学家合作，从云南澄江动物化石群中发现了5.2亿年前一种三维立体保存的无节幼虫化石，相关成果发表于《国家科学院学报》。澄江动物化石群距今已有5.2亿年历史，其中保存了大量精美的节肢动物化石。这是迄今发现最早的节肢动物无节幼虫化石,该幼虫体长仅为2毫米，经荧光显微镜和扫描电镜分析，它被鉴定为澄江化石群中大附肢节肢动物林乔利虫的早期幼虫。此幼虫的发育模式为早期节肢动物进化提供了直接的化石证据，证明无节幼虫类的发育模式并不是仅存在于甲壳动物当中。
最古老的鸟类食团揭示早期鸟类的消化系统
中科院古脊椎动物与古人类研究所王敏、周忠和与舒柯文研究组报道了一件保存有食团的反鸟类化石，这是迄今最古老的有关鸟类食团的化石记录，发表于《当代生物学》。食团内主要为狼鳍鱼的骨骼碎片，这一发现首次揭示反鸟类能够以鱼类为食，并表明早白垩世的鸟类就已经具有和现生鸟类相似的消化系统。这件保存有食团的反鸟类标本发现于辽西早白垩世的九佛堂组，距今约1.2亿年。在对标本的观察中发现，其肱骨下方有一纺锤形的团聚物，包含有狼鳍鱼的骨骼碎片。结合现生鸟类、鳄鱼的消化系统对比，研究者将其解释为鸟类的食团，食团的形成依赖于肌胃的收缩和消化道的逆蠕动作用。
天文地理
太阳暗条和冕环之间的磁重联过程中的精细结构和详细演化
中科院国家天文台李乐平副研究员与国内外学者合作发现磁重联精细结构及其演化，研究结果发表于《自然-物理》。磁重联是方向相反的磁力线相互靠近、断开再重新连接的现象。它在无垠宇宙中所有磁化等离子体系统（如日冕、恒星冕等离子体实验室等）中扮演着十分重要的角色，是磁能爆炸式释放转化为其它形式能量的基本物理过程。在天体物理研究中，它常被用来解释多种天文现象（如太阳耀斑、暗条爆发和伽马暴等），但直接观测磁重联过程极其困难。通过分析太阳动力学天文台和日地关系天文台两颗卫星的观测数据，发现当爆发暗条碰到冕环时，它们相互作用，构成了典型的X型重联结构，证实了三维磁重联理论。
帕米尔东北缘前陆盆地物源变化对西构造结印度板块与亚洲南缘47Ma碰撞时间的约束
中科院地质与地球物理研究所孙继敏研究员与其合作者，对帕米尔东北缘前陆盆地奥依塔克剖面，开展了砂岩成分、同位素物源示踪等综合研究，相关成果发表于《构造地质学》。印度板块与欧亚板块的碰撞时间是青藏高原研究中历时最长、争议最大的热点问题之一，是青藏高原研究中的重要问题。研究显示奥依塔克剖面新增了来自科希斯坦-拉达克弧以及喀喇昆仑的物源，排除了南帕米尔来源的可能性。随着帕米尔弧形构造带呈突刺状向北强烈扩展和远程效应影响，帕米尔北缘不断隆升，逐渐阻隔了来自科希斯坦、喀喇昆仑地体的物质，新的物质来源以帕米尔、昆仑山地体为主。
新毫秒脉冲星
中科院国家天文台李菂研究团队与澳大利亚科学家合作，在杜鹃座47球状星团的找到了2颗新的毫秒脉冲星，命名为J0024-7204aa和J0024-7204ab。把杜鹃座47球状星团的已知脉冲星数目从23颗更新为25颗，研究结果发表于《英国皇家天文学月刊》。这一发现将多次观测的时域信号做傅立叶变换，在频域将功率谱对齐累加，提高信噪比，有助于探测到更弱的脉冲星信号。其中J0024-7024aa的色散值为杜鹃座47中最大，且自转周期为1.84毫秒，为杜鹃座47中周期最短，在所有脉冲星中排在第12位。球状星团富含毫秒脉冲星和脉冲双星系统，为FAST重要观测目标。针对FAST早期漂移巡天中重复观测的特点，应用非相干叠加方法可提高FAST脉冲星探测能力。
湖泊富营养化对砷循环的影响
中科院城市环境研究所颜昌宙团队对水和沉积相中砷形态的空间分布与季节变化、相关水体理化参数等开展系统研究，揭示了富营养化对湖泊环境中砷的生物地球化学循环的影响，相关成果发表于《整体环境科学》。在太湖流域按人类活动强度梯度选取不同富营养化水域，建立长期定位生态环境观测站。分析表明，夏、秋季重度富营养化水域中总砷和五价砷的含量相对较高，其分布明显受到总磷、铁、锰和溶解性有机碳的影响；夏季重度和中度富营养化水域的三价砷和甲基砷的含量与占比（占总砷的比例）均明显高于中营养水域。富营养化环境引起磷、叶绿素a、铁、锰和有机碳等主要水质参数的变化，有利于水生态系统中砷的生物地球化学循环。
赤道太平洋温跃层内动力过程
中科院海洋研究所王凡研究组报道了赤道太平洋温跃层内小尺度动力过程研究的最新进展，相关结果发表于《自然-通讯》杂志。带温跃层内部的小尺度动力过程能够影响温跃层的结构和强度，从而决定厄尔尼诺的强弱及其发展过程。该研究利用研究海区所有的Argo浮标观测数据和热带大气海洋观测阵列（TAO）的高分辨率观测数据，综合运用多种诊断方法，确认了赤道太平洋冷舌区强混合过程在温跃层内的普遍存在性，发现了强混合过程在温跃层下半部分和赤道潜流下半部分的存在性，揭示了强混合过程的发生规律，即其在热带不稳定波（Tropical instability Wave，TIW）发生期间和在拉尼娜气候状态下发生的频率更大，发生的层次更深。该成果可为厄尔尼诺和南方涛动机理研究和数值模式改进带来重要启示。
地球表层建模基本定律
中科院地理科学与资源研究所研究员岳天祥研究团队通过微分几何学与优化控制论的有机结合，建立了以卫星遥感/全球模型输出的宏观近似信息为驱动场，以地面观测/空间采样数据为优化控制条件的高精度曲面建模（HASM）方法，研究成果发表于《环境地球科学》杂志。高精度曲面建模方法被广泛应用于模拟数字高程、土壤属性、生态服务变化、生态系统变化驱动力等空间动态。在高精度曲面建模理论与方法及其广泛应用成果的基础上，提炼形成了地球表层建模基本定律（FTESM）：地球表层及其环境要素曲面由外蕴量和内蕴量共同唯一决定，在空间分辨率足够细的条件下，地球表层及其环境要素的高精度曲面可运用HASM方法构建。
热带气旋生成过程研究
中科院大气物理研究所研究员崔晓鹏团队针对南海热带气旋生成过程开展了一系列研究工作，研究成果发表于美国气象学会《Mon. Wea. Rev》杂志。热带气旋（Tropical Cyclone,简称TC）是在热带或副热带暖洋面上生成的、具有暖心、低压结构的强烈风暴，TC在全球三个海区影响最大，即西北太平洋、西北大西洋和孟加拉湾。TC是低纬度地区重要的空中水资源，能极大缓解当地旱情和高温，但它带来的暴雨、大风、暴潮及其引发的灾害，却是对人类威胁最大的自然灾害之一。研究揭示了南海TC“榴莲”生成期间的动能收支特征和过程，给出了动能收支概念模型。
银河系卫星星系奇异分布的可能起源
中科院紫金山天文台南极天文和射电天文研究部研究员康熙团队研究了银河系卫星星系的速度分布，指出其奇异分布可以用目前流行的冷暗物质模型解释；与大部分漩涡星系不一样，宇宙中呈现银河系卫星星系这种分布的可能性只有1%。；相关结果发表于《英国皇家天文学月刊》。数值模拟发现出现这种奇异分布跟星系群的形成历史有关，大约1%的星系群在其形成过程中只吞食了一个大质量卫星星系，吞食的其他卫星星系质量都偏小，因此形成了类似银河系这样的一个较大的空白区域。银河系可以很自然地呈现出卫星星系的奇异分布，而不需要借助其他解决办法，只不过这种情况出现的概率偏小，意味着银河系在宇宙中也许真的很特殊。
纳米技术
单原子分散贵金属催化剂的制备和催化
厦门大学化学化工学院、能源材料化学协同创新中心郑南峰和傅钢课题组，采用乙二醇保护的超薄二氧化钛纳米片作为载体，应用光化学方法，成功制备了负载量高达1.5wt%的单原子分散钯催化剂；在温和条件下高效脱除前驱体氯钯酸上的氯离子是成功制备的关键；研究成果发表于《科学》杂志。贵金属催化剂广泛应用于环保、能源和化工等领域。贵金属资源稀缺、价格高昂，将贵金属单原子分散可以有效提高原子利用率，但为了避免团聚，其金属负载量很难提高。该研究展示了单原子分散催化剂在基础研究中的重要作用，不仅为亚纳米尺度上研究复杂界面化学过程提供了理想模型，还架起了均相和非均相催化之间的桥梁。
具有抗原快速释放行为的pH敏感PLGA纳米粒促进免疫应答
中科院过程工程研究所王连艳研究小组在纳米颗粒诱导免疫应答，尤其是诱导细胞免疫应答方面取得进展，成果发表于《ACSNano》。在前期纳微颗粒性质影响免疫学行为研究基础上，构建了具有薄皮大腔结构的pH敏感聚乳酸-羟基乙酸 (PLGA）纳米粒，携载模式抗原OVA和抗原释放伴侣碳酸氢铵。当纳米粒被抗原提呈细胞摄取后，在内体溶酶体的微酸环境下，当氢离子进入纳米粒中，与碳酸氢铵反应生成氨气和二氧化碳，撑破囊壁，快速释放抗原，进一步分布到胞质中，实现抗原的交叉提呈，提升细胞免疫应答。研究结果表明，pH敏感纳米粒显著提升了抗原的交叉提呈水平（是实心颗粒的2倍多），提升了T细胞和B细胞的活化水平，促进了细胞CTL杀伤能力，在清除胞内感染中发挥巨大作用。
磁性纳米粒子的自组装与结构调控
中科院化学所分子动态与稳态结构实验室姚立研究员等利用超低场磁成像综合研究平台，在磁性多功能自组装体的结构设计与构筑、性能调控与应用方面的研究发表于《美国化学会志》。磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用，例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过将磁性纳米粒子的多功能性与单孔中空的结构特性有机结合起来，实现对其磁性能的调控和提升，并发展了一个集选择性封装、磁导航输送、可控释放于一体的智能生物医学平台。更重要的是，整个过程可通过磁共振成像手段实时监控。这种自组装磁球用作智能纳米载药有望使癌症治疗可视化、更有效、更精准。
超高灵敏度新型微波探测器
中科院苏州纳米所曾中明团队与国内外科学家合作在基于电子自旋特性的微波探测器件研究方面取得了新的进展，相关结果发表于《自然-通讯》。射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，在通讯、雷达、导航、遥感、电子工业、医疗、科学研究等方面具有广泛应用。利用薄膜制备技术精确控制纳米磁性薄膜的界面特性，在“磁性自由层/隔离层/磁性固定层”三明治纳米结构中使自由层的磁矩垂直于薄膜平面，而固定层的磁矩平行于薄膜平面。由于两磁性层的磁矩成近90度排列，极大地提高了自旋注入效率；该结构具有优异的微波探测性能。该器件可在零磁场下工作，消除了对外加磁场的依赖，简化了器件结构，降低了功耗。
离子杂化多孔材料高效分离乙烯乙炔
浙江大学化学工程与生物工程学院邢华斌团队与多国家科研人员合作，采用离子杂化多孔材料，突破了气体分离选择性和容量之间的trade-off效应，实现了乙炔乙烯的高效分离，该结果发表在《科学》杂志。人类社会的能源和资源越来越依赖于天然气、页岩气和乙烯等气体，这对高效节能的气体分离技术提出了迫切需求。研究首次提出了离子杂化多孔材料分离乙炔和乙烯的方法，该材料拥有三维网格结构，网格上嵌有的无机阴离子通过氢键作用可专一性的识别乙炔分子，获得迄今为止最佳的乙炔乙烯分离选择性。同时调控阴离子的空间几何分布和孔径大小，促使被吸附的乙炔分子之间或乙炔-多孔材料之间形成协同作用，获得极高的乙炔吸附容量；从而解决了传统气体吸附过程分离选择性和容量兼具的难题。
嵌段共聚物自组装形貌调控
中科院化学所王栋研究员使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌，研究结果发表于《自然-通讯》。嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控方面的难题。研究人员利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体；利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。
纳米发电机首次用于自驱动干细胞分化
中科院北京纳米能源与系统研究所刘宏研究员等在利用纳米发电机刺激干细胞神经分化方面取得研究进展，相关成果发表于《ACSNano》杂志。将摩擦纳米发电机与高电导率的石墨烯复合维纳纤维生物支架相结合，利用摩擦纳米发电机产生的电信号，在没有任何生物和化学诱导的条件下，在石墨烯复合微纳纤维上实现了间充质干细胞向神经细胞高效的定向分化。该工作通过制备体积小、输出高、输出稳定的分离式自驱动的摩擦纳米发电机（TENG），以人脚步驱动的TENG对具有导电性良好的石墨烯基维纳复合纤维上粘附生长的间充质干细胞进行电刺激，成功调控了干细胞向神经元分化。
基于自旋态精细调控实现高效电解水催化产氧
中国科学技术大学周仕明课题组、曾杰课题组与南开大学胡振芃课题组合作，优化过渡金属氧化物的催化性能实现高效电解水，研究结果发表于《自然-通讯》。通过改变LaCoO3纳米颗粒的尺寸，研究人员能够精细控制其自旋态转变行为，成功实现了Co离子eg轨道有效电子填充数从1.0到1.3的调控。特别是当颗粒尺寸在约80nm时，其eg轨道电子数约为1.2，此时产氧催化性能达到了最优，并与其他报道的具有eg1.2电子组态高效催化剂的性能相当。过渡金属氧化物的电解水催化性能与其晶体结构及电子结构密切相关。特别是对具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物而言，电催化产氧性能与其过渡金属离子的3d电子中eg轨道有效填充数紧密相连。
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