生殖细胞癌化疗抗性的演变

 

Nature封面：失去杂合性的恶性生殖细胞正在凋亡。Nature杂志第7631期封面文章探究化疗敏感性的基础和临床抗性的动因。生殖细胞指在胚胎中发育成为生殖系统细胞的细胞，原发于生殖细胞的肿瘤对化疗的敏感性往往比许多其它成人癌症更强。科学家对患者的生殖细胞肿瘤执行了临床全外显子组/转录组测序，这些病人的临床结果各不相同。研究发现，染色体相互杂合性丢失和KRAS突变会引起原发性生殖细胞瘤高度富集，且这类肿瘤的线粒体启动水平较高。本研究为认识生殖细胞肿瘤的化疗敏感性和化疗抗性演变提供了信息。

 

格陵兰冰盖的脆弱性

 

Nature封面：处于熔点的冰盖。Nature杂志第7632期封面文章报道了格陵兰冰盖的脆弱性。格陵兰冰盖是世界第二大冰盖。由于全球气候的变暖，格陵兰冰盖正处于融化过程中。如果格陵兰冰盖完全融化，全球海平面将会显著上升，可能升高数米。本期《自然》杂志发表了Joerg Schaefer等人与Paul Bierman等人所做的两项研究，他们考察了冰盖在过去的活动方式，旨在促进评估其在全球变暖环境下的脆弱性；两项研究的结论似乎相互矛盾。在新闻与评论版块中，两位地球化学家和一位冰川学家探讨了这两篇论文所反映出的问题。

 

虎尾海马基因组

 

Nature封面：海马。Nature杂志第7633期封面文章报道了虎尾海马(Hippocampus comes)的基因组序列。研究人员发现，这种海马的基因组是人类迄今为止研究过的演化最快的鱼类基因组。虎尾海马是海马贸易中最常见的品种——干海马被用来制作传统药材，活海马则被作为观赏水族交易——且目前被列为IUCN红色名单濒危物种。虎尾海马基因组揭示的特征有助于解释海马形成现有体型的原因。值得注意的是，海马体内缺失主控基因tbx4，而tbx4决定后肢/腹鳍的发育。海马没有腹鳍，敲除tbx4的变异斑马鱼也失去了腹鳍。

 

快速射电暴及其宿主的直接定位

 

Nature封面：银河系和美国新墨西哥州卡尔·央斯基甚大天线阵的碟形天线。Nature杂志第7635期封面文章报告了阿雷西博射电望远镜发现的快速射电暴 FRB 121102的亚角秒定位，FRB121102是已知的唯一一个重复射电暴源。研究者使用高时间分辨率射电干涉观测方法直接绘制了该射电暴的图像。快速射电暴(FRB)是持续时间仅几毫秒的射电闪光。FRB 121102的定位揭示出了一个持续的射电光源，它与射电暴的角距离在100毫角秒以内。这个神秘的持续射电暴源可能是遥远寄主星系星云内的一颗中子星、一个低亮度的活动星系核，或者此前未知的一种银河系外来源。

 

家庭的纽带

 

Science封面：DNA和文化的碰撞。Science杂志第6317期封面文报道了沙特阿拉伯抗击遗传疾病上的努力。由于阿拉伯人近亲结婚的人数众多，特别像位处中东的沙特阿拉伯，拥有特别高的遗传疾病发生率。沙特阿拉伯成立了一个称为Saudi Human Genome Program的研究计划，科学家在5年间研究了一万个病人的DNA，以形成数据库，旨在绘制沙特几千万人的遗传密码图谱，以确定导致不同的疾病基因突变，并研发新的方法进行治疗。这项工作能够帮助年轻人进行婚前DNA检测以消除或减少这些疾病带来的风险。

 

世界最大钻石的成因

 

Science封面：一块7厘米高重404.2克拉的钻石。Science杂志第6318期封面文章为报导了世界上最大、最有价值的钻石是如何形成的。大块钻石非常罕见、昂贵、迷人。这些钻石独特之处不仅在于它们的尺寸，还在于它们的出生地。Smith等人利用探针技术标注这些大钻石的矿物包裹体后，发现大量的还原气体包裹的铁金属薄片。这项发现表明这类大型钻石生长自地球地幔层的液态金属。这一结论进一步直接证实了长期以来的怀疑，即金属沉淀反应需要更多的还原性地幔环境。高度还原性的深地幔区域有利于富含碳和氢的金属铁相沉积。

 

燃烧的问题

 

Science封面：Drax，3960兆瓦，英国最大的火力发电站。Science杂志第6320期封面文报道了烧树发电的进展。英国Drax发电站可以靠燃煤或者燃木发电，其燃烧的木材主要来自美国东南部。在政策制定者、工业集团和一些科学家的推动下，越来越多欧洲国家将燃树作为削减二氧化碳排放的策略。他们认为，木块比煤和天然气更“碳中性”，砍树和烧树所产生的二氧化碳将会被在原地再次生长的树木吸收。不过，这在世界范围内引发激烈的争论。批评家认为，碳循环的计算远比表面看起来复杂，燃烧树木可能加剧而非削减碳排放。

 

纳米晶体中的氢原子

 

Science封面：电子衍射揭示单个纳米晶体中的氢原子。Science杂志第6321期封面文报道了电子衍射法（XRD）研究纳米晶中的氢原子。氢原子虽然仅有一个质子和一个电子，却在诸多化学和生物过程中扮演重要角色，特别是氢原子的位置决定了多晶材料的许多特性。在XRD中，原子的散射能力和原子序数成正比，由于氢原子中电子数太少，氢原子的位置往往是通过其相邻的重原子的位置来估算，而不能直接检测到。本研究提供了一种直接在亚微米到纳米尺度的晶体中定位氢原子的3D电子衍射技术。该工作表明，晶体中其他原子的精确排列也可以直接“看见”。

 

首个环核苷酸门控离子通道的高分辨率三维结构

 

中科院昆明动物所研究员杨建和清华大学教授李雪明与国内外研究团队合作解析了首个环核苷酸门控离子通道的高分辨率三维结构，研究论文发表于《自然》。我们能够看到色彩缤纷的世界，闻到千奇百怪的气味，都需要一个将外界的光学信号和气味化学信号转变为生物电信号的过程。这一过程中，CNG通道起着关键的信号转换的作用。研究人员通过使用单颗粒冷冻电子显微镜 (cryo-EM)技术，首次获得了环核苷酸门控离子通道（CNG channel）在通道开放状态下的高分辨率（3.5 ）的全长结构。这个结构的解析为了解环核苷酸门控离子通道的门控机制、离子通透和疾病机理提供了全新证据，为CNG通道缺失电压依赖性提供了依据，也为了解环核苷酸门控机制提供了结构基础。

 

植物抗虫能力随年龄增长逐渐增强

 

中科院上海植物生理生态研究所陈晓亚院士课题组毛颖波研究员及其合作者发现植物的“免疫系统”随年龄增长而衰退，而植物的抗虫能力却逐渐增强，研究论文发表于《自然-通讯》。茉莉素是最重要的植物抗虫激素，它在很多植物中存在，最早在茉莉花中被发现。当昆虫一口咬到叶子上，植物里的防御系统开关JAZ蛋白就会迅速降解，茉莉素信号传导途径被激活，来对抗昆虫。可随着植物年龄增长，植物年龄因子微小核酸miR156逐渐减少，使得JAZ蛋白在成年植物中积累，对防御响应变得越来越不敏感。这一发现或将为农业生产和林木保护设计更加科学合理的害虫防治策略提供帮助。

 

人工合成心脏干细胞

 

郑州大学第一附属医院张金盈教授与国内外科学家合作，用聚合物合成出干细胞，相关论文发表于《自然-通讯》。研究人员开发出一种简单实用的干细胞合成技术，他们用生物降解性和生物兼容性聚合物乳酸—羧基乙酸合成细胞模拟微粒（CMMP），再向微粒内加入天然心脏干细胞中提取的蛋白生长因子，用心脏干细胞的细胞膜将微粒包裹起来最终获得人造心脏干细胞。体外实验和对心脏病小鼠试验证明，CMMP与天然心脏干细胞在促进心肌细胞生长方面疗效相当。CMMP内不含细胞核，不会复制而引起肿瘤，包裹它们的细胞膜能绕过免疫系统直接与心脏组织结合进行修复，从而规避了干细胞疗法两项最大风险。

 

长臂猿科新物种

 

中山大学教授范朋飞、中国科学院昆明动物研究所研究员蒋学龙等合作研究，通过外部形态、牙齿和分子遗传学等发现，确定了主要生活在云南高黎贡山地区的白眉长臂猿是一个新物种，并将其命名为“高黎贡白眉长臂猿”，相关研究成果日前发表于《美国灵长类学报》。高黎贡白眉长臂猿主要分布于怒江与伊洛瓦底江之间的中缅交界地区，国内仅分布于云南怒江以西的高黎贡山南段保山市隆阳区、腾冲县和德宏州盈江县。现有高黎贡白眉长臂猿分布区非常狭小，种群数量不足200只，且呈现出明显的片断化分布，如：高黎贡山国家级自然保护区内仅保存有白眉长臂猿不到20群，数量60－70只，其他种群分布在盈江县苏典乡、支那乡和中缅边境的腾冲县猴桥镇。

 

昆虫迁飞：大规模的季节性生物流

 

南京农业大学植物保护学院胡高副教授及其合作者揭示了昆虫迁飞的宏伟场景，展示了昆虫垂直监测雷达的应用前景，研究论文发表于《科学》杂志。无数的昆虫也通过迁飞（迁徙）来适应资源和栖境的季节性变化。大多数迁飞性昆虫都提供着非常重要的生态服务，维持着生态系统的稳定和健康。该研究通过昆虫垂直监测雷达数据分析后发现，每年约3.5万亿昆虫“移民”飞过英国南部，其生物量约3200吨。同时发现，昆虫“移民”的迁飞方向存在季节性变化，通常春季往北飞，秋季往南飞。尽管大多数年份，春季北迁和秋季南迁的昆虫生物量基本持平，但大规模的昆虫迁飞带来的物质和能量的传输，仍将影响全球生态系统的生态服务、生态过程以及生物地球化学过程。

 

小麦DNA-free基因组编辑方法新进展

 

中科院遗传发育所高彩霞研究组通过将CRISPR/Cas9蛋白和gRNA在体外组装成核糖核蛋白复合体（RNP），再利用基因枪法将CRISPR/Cas9 RNP转入小麦细胞中，在两个六倍体小麦品种中分别对两个不同基因tagw2和tagasr7进行了定点编辑，成功地在小麦中建立了全程无外源DNA的基因组编辑体系，相关论文发表于《自然-通讯》。这种DNA-free的基因组编辑方法具有精准、特异、简单易行、成本低廉的优势，并且成功避免了外源DNA片段整合到基因组中的潜在风险。这一利用CRISPR/Cas9 RNP实现小麦基因组编辑的方法有助于最大程度地减少监管，建立起精准、生物安全的新一代育种技术体系，加快作物基因组编辑育种产业化进程。

 

RNA结合蛋白DDX5对体细胞重编程的关键作用

 

中科院广州生物医药与健康研究院姚红杰课题组揭示了RNA结合蛋白(RBP)DDX5对体细胞重编程的重要作用和调节机制，加深了人们对RBP介导细胞命运决定的认识，研究论文发表于《细胞干细胞》。体细胞重编程是一个非常复杂的过程，必须克服重重障碍，才能成为具有干性的细胞。RBP不仅在维持细胞内稳态有重要的功能，在分化和维持细胞特性等方面也发挥着重要作用。2006年，日本科学家山中伸弥成功建立了诱导多能干细胞(iPSCs)技术，实现了将成体细胞转化为具有多种分化潜能的iPS细胞，对临床医学具有指导意义，山中伸弥因此获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。

 

肉豆蔻科植物合生雄蕊柱发育研究新进展

 

中科院华南植物园植物科学研究中心徐凤霞研究组对肉豆蔻科代表种的合生雄蕊柱发育及结构进行对比，研究发现该科合生雄蕊柱的起源变异大，相关研究日前在线发表于《植物学》。基部被子植物肉豆蔻科隶属于木兰目，其花单性，雌雄异株。其雄蕊数量变异大，合生成雄蕊柱，雄蕊柱的形态具有很高的多样性，是该科分属的主要依据。研究人员对肉豆蔻科代表种的合生雄蕊柱发育及结构进行对比，发现其起源变异大。中央不育柱来源于花托组织，或者由花原基分生组织和药隔组织共同组成，或者由花托组织和雄蕊组成，表明合生雄蕊柱在肉豆蔻科不同属、种中的发育是不同的且独立演化的。此外，该科的滇南风吹楠多个雄蕊共用一个维管束，揭示雄蕊数量存在次生增长。

 

病原菌攻击宿主的全新致病机制

 

南京农业大学教授王源超科研团队揭示了病原菌攻击宿主的全新致病机制——“诱饵模式”及其这类严重危害植物的病原菌分子机理，研究成果发表于《科学》。病原菌是一类能够入侵宿主引起感染的微生物，包括细菌、真菌和病毒等。在入侵植物的早期，疫霉菌向细胞外分泌糖基水解酶XEG1攻击植物细胞壁，而植物则利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性。在进化过程中，疫霉菌又获得了XEG1的失活突变体XLP1，以诱饵“DECOY”的方式干扰抑制子GIP1，与糖基水解酶XEG1协同攻击植物的抗病性。由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和细菌中都广泛存在，因此该发现为开发能诱导植物广谱抗病性的生物农药提供了重要的基础。

 

慢性痛对人大脑结构和功能的损害

 

中科院上海临床研究中心的“人脑疼痛和感觉图谱”课题组陈丽敏等对多种类型的慢性痛病人展开了大范围和大样本的跟踪性脑结构和功能研究，研究结果表明慢性痛的病因与脑结构和功能的病理性改变有特异性关系，相关研究成果发表于《人脑图谱》。慢性痛是严重影响人类健康和关系到社会保障体系的社会和医学难题。在我国社会医疗负担最大的疾病中，腰背和颈部疼痛位居第三。慢性痛导致青壮年丧失劳动力，从而严重影响社会生产力。尽管慢性痛引发如此重大的个人和社会问题，有效的临床治疗手段却很缺乏，根本原因是对慢性痛的产生和维持机理等关键性科学问题缺乏了解。头痛和慢性腰背痛病人的大脑结构都出现了大范围的特异性的病理性改变。

 

丙型肝炎病毒细胞感染可视化模型

 

中科院上海巴斯德研究所龙钢课题组关于丙型肝炎病毒（HCV）新型细胞感染模型的研究成果发表于《病毒学杂志》。全球人口中有近2-3%的HCV感染者，同时HCV感染也是导致慢性肝炎、肝硬化、肝癌的主要病因之一。传统治疗方法为聚乙二醇干扰素与利巴韦林联合用药，但其治愈率不高。上市的新一代DAA有较高的治愈率，但高昂的费用及可能的耐药性仍限制其广泛的使用，所以近期HCV的病毒学研究及疫苗的研发仍然是众多学者关注的焦点之一。该研究构建了一种新型高效特异的HCV感染细胞模型，不仅为HCV病毒学研究提供便利，同时为其他病毒的细胞模型建立提供新的思路。

 

35％中国孕妇实施剖宫产

 

北京大学公共卫生学院教授、国家卫生计生委生育健康重点实验室副主任刘建蒙领导研究，对全国妇幼卫生年报数据进行分析，显示35％的中国孕妇实施剖宫产，这一比率略高于美国，明显低于同为发展中国家的巴西，但不同省份、区县的剖宫产率差异显著，剖宫产术不足与应用超医学需求两种问题并存，相关论文发表于《美国医学会杂志》。这一比例从全球来讲处于偏高水平，高于非洲、欧洲尤其是北欧和邻国日本，略高于澳大利亚、新西兰和美国（同年为32.2％）；低于中、南美洲国家，尤其是巴西（56％），略低于邻国韩国。中国特大城市剖宫产率下降趋势尤为明显，且剖宫产率的下降并未引起孕产妇和围产儿死亡率升高。

 

剪接蛋白SRSF2在肝癌发生发展中的调控作用

 

中科院上海生命科学研究院健康科学研究所冯英组与合作者揭示剪接蛋白SRSF2通过调控与肿瘤相关基因的选择性剪接，从而促进肝癌的发生发展，研究论文发表于《癌症研究》。SRSF2是一个经典的SR蛋白家族成员，不仅可以调控基因的选择性剪接，同时还在转录过程中发挥激活功能。过对90对肝癌患者样品的组织芯片研究发现，SRSF2蛋白在肝癌病人样品中呈现高表达的趋势，并且蛋白的表达水平与肝癌的病理分级以及病人的预后之间存在着显著的相关性。剪接蛋白SRSF2通过调控基因如GCH1，STK39等的选择性剪接，从而在肝癌的发生发展中发挥重要功能，该研究有助于深入了解肝癌的发病机制，为将来的诊断和治疗提供了新的靶点和思路。

 

酪氨酸激酶Src在TBK1磷酸化激活中的重要作用

 

第二军医大学的陈涛涌教授和中国医学科学院基础医学研究所的曹雪涛院士合作，发现在病毒感染后，酪氨酸激酶Src可促进激酶TBK1的磷酸化，以帮助I型干扰素的产生，研究论文发表于《科学-信号》。细胞都具有多个可探测病毒感染的模式识别受体（PRRs）。虽然PRRs通过不同的适配器蛋白介导信号传导，但它们大多聚集在激酶TBK1的激活，TBK1可磷酸化和激活转录因子IRF3来促进I型干扰素（IFNs）编码基因的表达。虽然Src没有直接结合和磷酸化TBK1，但它被招募到多个PRR相关的包含TBK1的复合物。Src的缺失及其活性抑制，可影响由病毒感染的巨噬细胞的I型干扰素生产，表明Src可作为病毒先天免疫反应的一个重要调节因子。

 

基于碳末端的多域协同急性抑制L型钙通道

 

清华大学医学院生物医学工程系刘晓冬研究组揭示抑制钙离子通道的新方式，研究论文发表于《eLife》杂志。细胞需要钙离子维系正常的生命活动而钙失调（如钙超载等）则会导致多种疾病。细胞膜上的电压门控钙离子（如CaV1.3）通道精确调控钙离子内流及其时空动态，对于心脑等器官的生理机能至关重要，也与心律失常及帕金森症等重大疾病密切相关。因此，抑制CaV1.3等钙通道的机制及方法成为基础研究及应用开发的重要目标。临床上，钙通道抑制剂（也称为拮抗剂）是常用的抗心律失常药；另外，针对阿尔茨海默症的药物迄今尚未攻克，而钙通道拮抗剂是当前研发中的重要先导药物之一。碳末端抑制也有望成为帕金森症等疾病的新型干预方式。

 

中国科学家发现毫米级人类远祖至亲

 

西北大学地质学系韩健研究员，中国科学院院士舒德干教授与国内外科学家合作，发现了最古老的原始后口动物——冠状皱囊动物，相关工作以亮点论文及封面论文形式发表于《自然》。这种奇特的微型动物很可能就是学术界期盼已久的后口动物亚界的一个根，因而代表着显生宙最早期毫米级人类远祖的至亲。冠状皱囊动物呈椭球形，成体大小约1毫米左右，腹面具有可伸缩的环状口部，表面有4对体锥，却无尾部和肛门。它出现了被认为是鳃裂构造雏型的成对排水鳃孔。这种最古老、最原始的后口动物，很可能就是科学界期盼已久的后口动物亚界的一个根，对深入探讨两侧对称动物的躯体构型起源具有重大意义。面对“我是谁，我从哪里来”这一经典人文命题唯有科学，尤其是进化生物学正在以详实的可靠证据不断接近真理，逼近历史真实。

 

新发现反鸟类化石揭示早白垩世反鸟类复合骨愈合顺序

 

中科院古脊椎动物与古人类研究所周忠、胡晗、邹晶梅等报道了辽宁省凌源市四合当镇附近的第一件反鸟类标本，并依此建立一个新属种四合当孤反鸟（Monoenantiornis sihedangia）；这一反鸟类的发现为四合当地点的鸟类多样性提供了重要证据，同时还对探讨早白垩世反鸟类复合骨愈合顺序提供了重要线索；相关论文发表于《系统古生物学》。为了减轻体重并加强飞行所需的骨骼坚固度，现生鸟类的骨骼愈合与退化水平远远高于其他动物类群，而在最古老也是最原始的鸟类始祖鸟身上，所有这些复合骨都没有愈合。在比始祖鸟稍进步的基干鸟类中，骨骼愈合情况各有区别，而多样性较高的反鸟类和今鸟型类则同步显示出了更广泛的骨骼愈合趋势。

 

澄江生物群中首次发现赫德虾类奇虾

 

中科院南京地质古生物研究所朱茂炎研究组报道了赫德虾类奇虾在澄江生物群中的首次发现，相关论文发表于《系统古生物学》。澄江生物群中多种类型奇虾化石的发现，表明大型捕食型奇虾类动物在寒武纪大爆发的早期已经高度多样化，证实了类似现代海洋的复杂食物链和生态系统在寒武纪大爆发时期就已经形成。这些奇虾化石产自多个澄江生物群产地，标本均为相同特征的头壳化石，共计六种，包括至少两个新种。澄江生物群中多种类型奇虾化石的发现，表明大型捕食型奇虾类动物在寒武纪大爆发的早期已经高度多样化，证实了类似现代海洋的复杂食物链和生态系统在寒武纪大爆发时期就已经形成。

 

安徽和县直立人化石

 

中科院古脊椎动物与古人类研究所刘武研究员课题组与西班牙国家人类演化研究中心、日本国立科学博物馆及台湾台中博物馆合作，分析了和县直立人下颌骨形态，发现和县直立人下颌骨及附带的牙齿具有一系列原始特征，提出和县直立人可能代表一种残存的原始人类，中国不同地区的直立人演化速率不完全一致。研究论文发表于《美国自然人类学杂志》。这些研究扩展了中国直立人的形态变异范围，提示在同一个时代可能共存着不同的人类支系，或隔离人群。不同地区的直立人演化速率不完全一致，使得古人类学界认识到东亚直立人的演化要比以往研究认为的更加复杂。

 

大、小熊猫趋同演化的遗传学机制

 

中科院动物所动物生态与保护遗传学研究组魏辅文等从代谢通路、蛋白趋同到假基因化等不同水平揭示了大熊猫和小熊猫形态与生理性状趋同的遗传学机制，相关成果发表于《美国科学院院刊》。趋同演化是指两个或多个系统发育关系较远的物种，演化出相同或相似的表型性状以适应相似的环境选择压力。熊猫和小熊猫属于食肉目不同的科：大熊猫属于熊科、而小熊猫属于鼬超科中的小熊猫科，二者分歧已有4000多万年。尽管其系统发育关系较远，它们却演化出相同的食竹食性，低营养、高纤维的竹子占其食物组成的90%以上；更为有趣的是，这两种熊猫的前掌还演化出一个特殊的结构——伪拇指，以帮助抓握竹子，是适应性演化和趋同演化的经典案例。

 

所有蝙蝠曾经都能回声定位

 

沈阳农业大学张树义、王喆与爱尔兰都柏林大学学院Emma Teeling等合作，发现所有蝙蝠物种，包括无法回声定位的蝙蝠的内耳在演化之初都有回声定位的能力；回声定位能力在蝙蝠中演化出了一次，一些物种后来失去了这种能力，而不是多次演化出来的。相关论文发表于《自然-生态与演化》。虽然蝙蝠以喉部回声定位（通过喉部发出声纳信号，依靠内耳探测其回声来定位）的能力著称，但一些物种并不能以这种方式进行回声定位。合作团队研究了蝙蝠胚胎和新生幼崽内耳的发育过程，发现在所有蝙蝠物种中观察到了快速的早期耳蜗发育，但没有在其他哺乳动物中发现这一点。

 

海鸟生态衰退与人类活动相关

 

合肥工业大学资源与环境工程学院徐利强与中国科学技术大学、中国科学院南海海洋研究所科研人员合作，从2008年开始以南海西沙群岛的海鸟生物沉积层为研究对象开展了相关研究，通过重建西沙群岛3个岛屿的海鸟生态历史，证实了海鸟生态的快速衰退与全球变暖和人类活动有直接关系，相关论文发表于《科学报告》。研究者在西沙3个岛屿采集了保存完好的海鸟生物遗迹，综合运用地质年代学、生态学和第四纪地质学的研究方法，重建了晚全新世至今近1000年内的海鸟数量记录。结果表明，在气候相对凉爽的小冰期（公元1400~1850年），海鸟种群数量相对较多，而近150年来海鸟生态快速衰退。

 

华南石炭纪生物礁系统研究进展

 

中科院南京地质古生物研究所王向东等通过对已发表和新发现的华南石炭纪生物礁、主要造礁生物（珊瑚、苔藓虫、钙藻等）和古环境指标（冰川沉积记录、海平面变化等）的系统总结发现，华南石炭纪生物礁类项单一、丰度低和分布局限，相关论文发表于《远古世界》。生物礁是海洋中复杂的生态系统，其形成和衰亡与造礁生物的繁盛和减少、温度和海平面变化，以及古地理格局的演化等因素密切相关。华南板块石炭纪时期位于古赤道附近，气候相对温暖，并发育广泛连续的碳酸盐岩沉积，为生物礁发育提供良好的场所。因此，华南板块为研究石炭纪生物礁的组成和演化及其与古环境变化关系提供了很好的条件。

 

利用能谷非局域输运发现狄拉克半金属的手性反常现象

 

复旦大学物理学系修发贤教授课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片中实现手性反常的能谷非局域输运，为外尔半金属中的手性反常现象在实验上提供了首次可靠的定量测量，并给出了手性反常的一个重要参数——能谷散射特征长度；相关成果发表于《自然-通讯》。物理学的一个重要规律就是对称性总是对应着守恒量，比如空间平移对称性对应着动量守恒。但是随着量子力学的发现，人们发现一些经典情况下具有的对称性会在量子化之后被打破，其对应的物理量就会因此不再保持守恒，这就是所谓的量子反常。能谷散射特征长度是手性反常的一个重要参数，能够表征极化电子态的稳定性，也是理论上计算各种手性反常行为的主要依据。

 

硅烯中新型狄拉克锥的直接实验观测和起源

 

中科院物理研究所周兴江研究组与国内外科学家合作，在硅烯中通过光电子能谱实验直接观察到一种新型狄拉克锥的存在，即通过两种材料的相互作用能产生新的狄拉克结构。对硅烯中这种狄拉克锥结构的直接观测，澄清了相关理论和实验上的争论和分歧，为硅烯中新量子现象的发现和应用奠定了基础。相关研究发表于《美国科学院院刊》。硅烯是指单层硅原子构成的二维单晶结构。由于它具有和石墨烯类似的蜂窝状晶体构型，因此理论预言它将具有和石墨烯类似的电子结构，即在布里渊区的顶角(K点)存在狄拉克锥。在石墨烯中，狄拉克点附近的准粒子近似为无质量的狄拉克费米子，从而导致众多有趣的物理现象及高的电子迁移率。

 

提升复合材料介电常数

 

中科院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉带领的先进材料研究中心团队找到了一种可以大幅度提高复合材料介电常数的方法，同时在介电储能方面也有突出的性能，相关论文发表于《能源与环境科学》。电介质储能技术具有能量转换速率异常快、工作时间长以及环境友好等特点，已经在现代电子电力工业如混合动力汽车、武器系统等领域得到广泛应用。电子器件向小型化和高性能化方向的发展，迫切需要具有高储能密度的电介质材料。通过对复合材料的结构和制备方法进行设计，在聚合物体系中构建三维高介电网络，成功解决了聚合物复合材料介电常数难以提升的难题，在陶瓷填料含量仅为30vol%时，介电常数突破200，同时储能密度亦得到大幅提升。

 

量子场论研究

 

中科院理论物理研究所副研究员杨刚及其合作者在量子场论五圈水平实现了色因子和动量因子的对偶，研究论文发表于《物理评论快报》。如何得到一个自洽的量子引力理论是当今理论物理学的最大疑难之一。研究者通过研究最大超对称规范理论中的形状因子，成功在五圈实现了色因子和动量因子的对偶，是这一对偶长期停留在四圈后的首次突破，预示了色因子和动量因子的对偶应该在更一般的意义下成立。该结果也首次给出了规范场中五圈形状因子的结果，对于计算非平面五圈cusp反常量纲这一表征红外发散的重要物理量也提供了关键的出发点。

 

弛豫铁电单晶研究进展

 

西安交通大学国际电介质研究中心徐卓教授课题组李飞与国内外科学家合作，通过低温介电／压电性能实验分析和相场模拟的方法，首次定量确定了极性纳米微区对弛豫铁电单晶压电性能的贡献程度，并从介观尺度阐述了弛豫铁电单晶高压电性能的起源，进而揭示了铁电材料中局域结构对其宏观机电耦合性能的重要性，相关论文发表于《自然-通讯》。随着温度的升高，极性纳米微区会在电场能、应变能以及界面能的共同作用下发生结构变化，其自发极化方向将转向与宏观铁电畴相同的方向。当弛豫铁电单晶受到外电场或力场作用时，极性纳米微区的自发极化矢量更容易发生旋转，同时带动周围晶格的极化矢量旋转，从而对弛豫铁电单晶压电和介电性能产生巨大贡献。

 

微腔中的自发对称性破缺机制

 

北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室极端光学创新研究团队肖云峰研究员和龚旗煌院士等在单个回音壁模式光学微腔中实现了自发对称性破缺，并揭示了其物理机制。相关论文发表于《物理评论快报》。自发对称性破缺是指物理系统保持原本的对称性，而其却选择了另一种不具备对称性的状态，它是很多相变过程和非互易系统的基本原理。研究团队利用光学克尔效应，使微腔中相向传播、相等强度的行波光场之间发生交叉相位调制，从而产生了非线性耦合。通过控制输入光强可以将这对行波场之间的等效耦合强度调制为零，使得系统中原本的对称状态不再稳定，自发地分裂为两个非对称的状态，实现了光场的自发对称性破缺。

 

二维X-烯材料的最新研究综述

 

清华大学物理系助理教授、“青年千人计划”入选者徐勇及其合作者，综述了二维X-烯相关的最新的重要理论与实验进展，重点介绍了以锡烯为代表的拓扑量子材料及其在新奇物态和新型器件等方面的探索工作，并对未来研究作展望，相关论文发表于《自然-材料》。二维X-烯（Xene），包括硅烯（silicene）、锗烯（germanene）、锡烯（stanene）等，是一类新型的二维电子材料。与石墨烯（graphene）相比，它们也是蜂窝状排列的二维晶体，但具有非平面的原子结构和更大的元素质量，因而具有强很多的自旋-轨道耦合，能表现出超越石墨烯的独特物理性质，是研究低维量子物理和新奇拓扑效应的理想材料体系。

 

液态金属生物材料学：应对当代生物医学挑战的新领域

 

中科院理化技术研究所低温生物与医学实验室与清华大学医学院联合小组，应《国际材料学评论》的邀请，基于在液态金属材料学与生物医学工程学领域的积累，撰写了专题评述文章，首次系统地提出并构建了液态金属生物医学材料学新领域。液态金属是一大类物理化学行为十分独特的新兴功能物质，然而其诸多属性和用途却长期鲜为人知。文章作者们总结了液态金属作为生物医用材料所呈现的独特优势和应用特点，对国内外在液态金属生物材料学方面的研究概况与典型进展进行了系统归纳和综合评述，并剖析了这一新兴领域所面临的科学技术挑战及未来发展方向。

 

利用树轮资料研究青藏高原温度年循环

 

中科院植物所张齐兵研究组开展青藏高原的树木年轮生态学研究，相关成果发表于《自然-通讯》。通过对青藏高原多个高海拔（4000米以上）样点树轮宽度和密度数据的分析，发现树轮宽度显著响应于冬季温度变化，树轮密度则能够可靠地指示夏季温度信号。通过建立树轮密度—宽度残差序列，重建了1700年以来温度年循环幅度变化的历史。温度年循环弱化趋势在青藏高原及更大的空间尺度上始于工业革命后的19世纪70年代，在之前18世纪至19世纪60年代则呈现了微弱的上升趋势，意味着工业革命以来温度的季节性越来越不“分明”了。该发现与青藏高原冰芯记录的硫酸盐气溶胶自19世纪70年代以来持续增加的证据相一致，表明了人类活动对青藏高原地区温度年循环及大气成分的影响很可能始于19世纪70年代。

 

青藏高原内流区湖泊水位季节性特征及其对区域不同水文过程指示

 

中科院青藏高原所、青藏高原地球科学卓越创新中心类延斌副研究员与其合作者，发现高原湖泊对降水和冰川融水可能存在两种不同的响应模式，相关论文发表于《地球物理通讯》。高原中部、北部和东北部湖泊以夏季湖水水位升高和冬季湖水位下降为主要特征，湖水水位变化与GRACE区域总质量变化具有很好的一致性，说明夏季季风降水和蒸发是控制湖泊水量变化的主导因素。高原西北部湖泊则表现出夏季和冬季湖水水位均显著上升，湖泊水位与GRACE区域总质量在冬季具有一致的变化而在夏季表现出相反的趋势，说明夏季冰川消融和春季积雪对该区域湖泊水量平衡具有重要贡献。

 

藏族高原低氧环境适应机制研究

 

中科院昆明动物所宿兵课题组与西藏大学、青海省高原医学科学研究院合作，将藏族高原适应遗传机制研究研究成果发表于《分子生物学与进化》。藏族人群对高原低氧极端环境表现出了较好的适应能力，这种适应能力是长期自然选择的结果。通过对EPAS1基因的全长精细测序发现藏族人群中受到强烈选择的变异位点都位于非编码区，提示这些藏族富集的变异很可能在转录水平参与调控。藏族富集的EPAS1变异位点下调了EPAS1在脐带内皮细胞和胎盘中的表达水平。EPAS1基因除了下调藏族人群在高原低氧环境中的血红蛋白水平外，可能还参与下调藏族人群的肺动脉压，进而实现对高原低氧环境的长期适应。

 

温暖化加剧青藏高原高寒草甸土非生长季冻融循环

 

北京大学城市与环境学院生态学系贺金生等，采用微根管直接观测与土壤温度间接观测相结合的方法, 研究增温对土壤冻融循环过程的影响。相关论文发表于《北京大学学报》(自然科学版)。土壤冻融交替指由于热量的变化，土壤反复出现冻结和融化的过程，主要发生在温度较低的高海拔或高纬度地区。青藏高原是我国海拔最高、高寒冻土分布面积最广的地区，也是全球气候变化的敏感区和放大区，正面临快速的气候变化研究结果表明全年增温和冬季增温显著降低冻土层的厚度，加剧土壤冻融交替过程。如果青藏高原高寒草甸气候持续温暖化，非生长季土壤冻融交替天数的增加可能会对高寒地区的地上生产力、温室气体排放及地下碳氮循环产生重要影响。

 

喜马拉雅山的隆升及对南亚季风的影响

 

中科院青藏高原所大陆碰撞与高原隆升重点实验丁林研究员团队与国内外科学家合作，基于藏南柳区和恰布林地区晚古新世和早中新世植物化石、以及喜马拉雅前陆盆地已发现的4个新生代植物化石开展研究，利用气候多变量分析（CLAMP）获得了上述喜马拉雅山南北不同时代植物群的古热焓值及其他环境气候变量，重建了喜马拉雅造山带的隆升历史，晚古新世以来的降水、温度变化等，相关成果发表于《地质学》。该研究定量刻画了青藏高原与喜马拉雅山的抬升历史。不同于安第斯型冈底斯山，喜马拉雅山在印度与欧亚大陆碰撞之际才开始抬升；随着大陆碰撞作用的持续进行，喜马拉雅南向生长；当喜马拉雅山高度超过原始青藏高原时，引起了高原内陆气候的强烈干旱化，并最终奠定现今南亚季风格局。

 

青藏高原封闭湖泊水量变化及其气候响应

 

中科院青藏高原所和青藏高原地球科学卓越创新中心朱立平研究员团队深入分析整个青藏高原区域的湖泊水量变化及其区域分异，理解区域的地表过程特征及其对气候变化的影响，相关论文发表于《气候变化》。青藏高原湖泊众多，其面积和水量变化不仅对气候变化具有敏感地响应，也通过地-气间的能量交换对气候变化产生影响。湖泊水量变化呈现三种主要类型，即“由缓升向急升转变型”（内流区东南部），“先下降后快速上升型”（内流区北部、中部及南部），“波动下降型”（青藏高原南部外流区）。青藏高原不同区域的降水和气温的时空变化组合特征及湖泊的补给状况是导致湖泊水量变化时空分布特征的重要原因。

 

高寒人工草地碳循环

 

中科院西北高原生物研究所退化草地恢复与生态畜牧业赵新全学科组周华坤课题组，量化了3种龄期人工草地茎叶部、根部、土壤及呼吸中新固定碳在植物-土壤系统的分区情况，并估算了禾本科植物及物种丰富度对人工草地植物-土壤系统碳循环的影响，揭示了人工草地生态-生产稳定性维持的一种新机制，相关论文发表于《科学报告》。青藏高原是一个高度敏感并且脆弱的生态系统，草地覆盖面积占我国草地面积的40%。垂穗披碱草和早熟禾，具有较小的根茎比，与2龄和5龄人工草地相比，12龄人工草地叶中同化碳减少转移和散失速率源于一种自然适应资源分配机理，是对增加地上竞争力的响应。

 

藏羚羊种群瓶颈后遗传多样性恢复

 

中科院西北高原生物研究所郭松长研究组揭示了藏羚羊种群瓶颈后（Post-bottleneck）的遗传多样性正呈恢复态势，相关论文发表于《科学报告》。藏羚羊是青藏高原的旗舰物种之一，在上世纪曾遭受严重的种群瓶颈。种群瓶颈后的遗传多样性丧失已在许多物种中得到证实。过去10余年中，尽管藏羚羊种群规模经历了瓶颈后的持续增长，但其遗传多样性丧失或恢复缺乏及时、有效的评估。为明晰藏羚羊种群瓶颈后的遗传丧失/恢复趋势，基于自主开发的微卫星引物，对15个微卫星座位的遗传变异进行了分析，显示在遭受严重的种群瓶颈后，藏羚羊种群仍具有丰富的遗传多样性；且在较短的11年的时间范围内，藏羚羊遗传多样性呈显著上升态势。