Nature
　　
　　
调节作物生长代谢以实现农业可持续发展

　　Nature封面：Lean and Green。Nature杂志第7720期封面文章报道了调节作物生长代谢以实现农业可持续发展。20世纪60年代的绿色革命着力培育高产量粮食作物，推动农业的发展。然而，这些被称为“绿色革命品种”（GRV）的优质作物存在一个问题，即氮素利用效率不高，需要施用大量对环境有害的肥料才能对它们完全加以利用。傅向东等人的研究表明，提高GRF4蛋白的活性可以提高作物的氮素利用效率，同时保持其高产量。他们认为将这一研究结果应用于绿色革命品种的育种，或有助于实现农业的可持续发展。
　　

尼安德特母亲与丹尼索瓦父亲的后代的基因组

　　Nature封面：古人类基因。Nature杂志第7721期封面文章报道了第一代尼安德特—丹尼索瓦人后代的基因组。该基因组属于一位年轻的古人类，其骨块发现于西伯利亚阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴内。据推测，这位年轻的女性至少为13岁，死亡时间为5万～9万年前。尼安德特人和丹尼索瓦人曾共同居住在欧亚大陆，此前也发现过他们的共同后代，这是首次发现他们的第一代后代——为尼安德特人和丹尼索瓦人之间存在混血交配提供了直接证据。两者之间的混血交配在其共同生活在一地时较为普遍，但有限的交流让两个种群得以保持遗传差异。
　　

优化后的arylomycin类似物可作为新型革兰氏阴性菌抗生素

　　Nature封面：一个平板。Nature杂志第7722期封面文章报道了优化后的arylomycin类似物可作为新型革兰氏阴性菌抗生素。ESKAPE病原体中的革兰氏阴性菌因为它们的双层包膜会阻止许多药物到达其靶点。Christopher Heise、Peter Smith及其同事介绍了他们对arylomycin类天然产物进行化学优化，得到了一种高效广谱药物，该药物在体外和多种体内感染模型中，表现出抗革兰氏阴性菌临床分离株的活性。该研究认为，研究结果有助于优化后的arylomycin类似物转化成抗多重耐药革兰氏阴性菌感染的急需药物。
　　

脊椎动物体轴延长的背后机制

　　Nature封面：一个脊椎动物胚胎后体轴逐渐变长的艺术再现图。Nature杂志第7723期封面文章报道了脊椎动物体轴延长的背后机制。Otger Campàs及同事将组织动力学的体内测量、细胞动力学分析与理论建模相结合，揭示了斑马鱼胚胎组织形态形成背后的物理机制。研究发现，身体后端活性较高的细胞（亮橘色）将组织“融化”成可以实现重构的类似流体的状态。随着身体不断变长，细胞活性逐渐降低（蓝色区域），组织又“冷却”成类似固体的状态，从而形成组织结构。这种流体向固态的转变是由泡沫状（细胞）组织结构的细胞阻塞导致的。
　　
　　
　　
　　
Science
　　
　　
有蹄类动物迁徙是否属于文化传承

　　Science封面：叉角羚（Antilocapra americana）在美国怀俄明州的格林河上。Science杂志第6406期封面文章报道了学习和文化传播是有蹄类动物迁徙发展的主要机制。有假设认为有蹄类动物迁徙是对草料季节性分布信息的学习和传承，但尚无实验证据。此项研究比较了迁入新栖息地的大角羊和麋鹿的迁徙习性与持续百年历史的种群迁移习性，发现初入新地的动物并无迁徙习性，但十几年后新建立的种群更了解环境中的植被，迁徙倾向有所增加。结果表明信息学习和传承是有蹄类动物迁徙演变的主要机制。
　　

无尾部机械装置揭示果蝇在飞行中使用扭矩耦合急转弯

　　Science封面：一个灵活的无尾机器人，有4个拍动的翅膀，执行一个受果蝇启发的旋转动作。Science杂志第6407期封面文章报道了无尾空中机器人挡板显示果蝇在快速倾斜转弯时使用扭矩耦合。昆虫是最敏捷的天然飞行物，然而动物或者拴绳机器人实验始终无法验证其飞行控制的理论假说。该研究研发出一种可编程的自由飞行机器，通过其扑翼的仿生运动变化控制飞行。结果表明,飞行过程中产生的旋转和俯仰扭矩之间的空气动力学耦合可导致偏航旋转。研究结果可以为现实飞行控制的改良提供新方法。
　　

走向更科学的科学——研究“研究”

　　Science封面：研究如何研究。Science杂志第6408期两篇封面文章报道了研究科学本身的科学。研究科学本身的科学家数量正在快速增长，其部分原因在于认识到科学并不总是严格、客观地寻找知识。这些“元研究人员”问研究人员如何产生和检验假设；他们阅读、引用和发表的东西，以及他们如何合作和建立关系网。有些人希望更好地理解科学如何运作将有助于解决系统性问题，如偏见和无法复制许多研究。我们可以而且必须做得更好，以免在做出旨在推动科学进步的决策和投资时，让自己屈服于“基于直觉的政策”。
　　

形式背后的力量

　　Science封面：气球艺术，改变气球形状。Science杂志第6409期特刊重点介绍了控制基因表达的调控机制。在气球艺术中，雕塑家在特定的地点施加精确的力量，就可以制造出可识别的身体部位。同样的，编排的分子机制处于复杂且严格控制的水平，使得一些看似相同的起始细胞能够转化为整个动物。这期特刊突出介绍了科学界对基因调控在发育中的作用的理解以及相关最新进展。通过揭示引导有机体形态的力量，大家对正常的发育过程有了更好的理解，并有可能在出现问题时进行临床干预。
　　
　　
　　
　　
生命科学
　　

自噬—溶酶体信号通路功能增强是百岁老人长寿重要的健康保护机制

　　中国科学院昆明动物研究所孔庆鹏课题组、周巨民课题组及海南医学院蔡望伟教授团队，获得并分析海南长寿家系171例样本（百岁老人、百岁老人F1后代和F1后代配偶）外周血白细胞转录组数据（RNA-seq）。基于生信分析及长寿家系样本血清Beclin1水平检测等结果，发现自噬—溶酶体信号通路基因表达上调为百岁老人最为显著的信号，且该信号同样存在于百岁老人F1后代。研究成果发表于Genome Research。作为人类健康老龄典范的长寿老人（尤其是百岁老人），不但具有显著延长的寿命，还能延缓甚至规避一些重大老年性疾病的发生。自噬—溶酶体信号通路功能增强可能有助于人类健康寿命延长。
　　

长链非编码RNA的功能性筛选新方法

　　北京大学生命科学学院魏文胜课题组在Nature Biotechnology报道了长链非编码RNA的功能性筛选新方法。研究团队设计了新的筛选策略，构建了特异性靶向基因的剪接位点的新型CRISPR文库，以高通量的方式产生基因的外显子缺失或者内含子滞留。在HeLa细胞和人B淋巴细胞GM12878中分别发现了115个、220个影响细胞存活与增殖的lncRNA，并发现lncRNA功能在不同细胞种类中具有显著异质性。这一新型高通量技术平台的建立，首次真正实现了从全基因组水平对长链非编码RNA进行基于完全敲除的高通量筛选，该方法学将为系统发现和解析lncRNA功能提供有效工具。
　　

亲本合子转换期广泛的增强子去记忆化和启动子预备化

　　清华大学生命学院颉伟研究组与孟安明研究组开展斑马鱼配子及早期胚胎组蛋白修饰重编程研究，相关论文发表于Molecular Cell。在动物个体发育过程中，表观基因组对时空特异的基因调控起到了十分重要的作用。表观遗传学的一个核心问题就是亲本的表观基因组能否遗传给下一代以及子代第一个表观基因组如何建立。斑马鱼作为常用的发育生物学模式生物，为该研究提供了一个理想的平台。新研究揭示了斑马鱼亲本合子转换期表观基因组“擦除和重写”的转变模式。这一发现有助于我们理解斑马鱼早期胚胎表观基因组多步骤建立的机制，也阐明了脊椎动物表观基因组重编程过程的保守性和物种差异性。
　　

阿尔兹海默症淀粉样蛋白沉淀的无标记显微检测

　　复旦大学物理学系教授季敏标课题组与国内外合作团队开展受激拉曼显微技术用于阿尔兹海默症淀粉样斑块的无标记成像研究，相关成果发表于Science Advances。有关阿尔茨海默症的统计显示，中国的保守数据有500万人，65岁以上人群发病率为5%，80岁以上发病率超过30%。而发病后，一般存活年限平均仅为5.5年，且绝大部分患者生活质量低下。针对阿尔兹海默症的精准诊断十分重要。该项研究将物理学光学与生物医学结合，为阿尔滋海默症的研究提供全新技术支持。新成果将受激拉曼成像技术用于探测不同二级结构的蛋白分子，为阿尔兹海默症的研究提供了一种新的思路。
　　
　　
　　　　
生命科学
　　
　　

生物钟调控代谢的新机制

　　南京农业大学动物科技学院王恬教授团队与芝加哥大学医学院Eugene B Chang教授等合作，揭示了生物钟调控代谢的新方式，拓展了人们对生物钟、m6ARNA甲基化修饰和代谢相互关系的认识。研究论文发表于Cell Reports。N6-甲基腺嘌呤（m6A）是真核生物RNA上最丰富的一种转录后修饰，在基因表达、RNA剪切、mRNA运输与翻译等方面均发挥重要的调控作用。Bmal1影响m6A RNA甲基化修饰，进而调控脂代谢相关基因的表达从而调节脂代谢。m6A RNA甲基化修饰可通过YTHDF2影响PPARα mRNA的稳定性和寿命，从而调控PPARα基因的转录与翻译，并影响脂代谢。
　　

人体血压与脉搏波速度之间的新型耦合关系

　　清华大学航天航空学院马寅佶助理研究员等将人体动脉血压和脉搏波波速关系的研究成果发表于PNAS。血压是人体关键的一个生命体征，会随着情绪状态、身体活动和健康状况而变化，全世界大约30％的人口患有与高血压有关的健康问题。论文基于动脉的超弹性本构，放松了MK方程中的两个假设，建立起了全新的脉搏波速度与血压之间的关系，通过体外实验验证了模型的正确性，并在人体血压范围内进行了简化，给出了形式简单的公式。新成果建立了人体血压与脉搏波速度之间的关系，该关系不依赖于传统模型中的血管小变形、薄壳假设，为无袖带血压监测提供了有前景的替代方案。
　　

底物结合的人源26S蛋白酶体的冷冻电镜结构和动力学

　　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、前沿交叉学科研究院定量生物学中心毛有东课题组将蛋白质机器动力学研究的新成果发表于Nature。通过冷冻电子显微镜和机器学习技术的结合，解析了人源蛋白酶体26S在降解底物过程中的7种中间态构象的高分辨（2.8～3.6埃）精细原子结构，局部分辨率最高达到2.5埃。这些三维结构展现了时空连续性（Spatiotemporal continuity），呈现了原子水平的蛋白酶体和底物相互作用的动态过程，实现了对AAA-ATPase激酶六聚马达分子内ATP水解全周循环完整过程的原子水平观测和三维建模，发现了3种不同ATP水解协同反应模式，作用于调控蛋白酶体复杂多样的功能。
　　

大数据人工智能预测近视眼

　　中山大学眼科中心刘奕志教授团队，利用百万医学验光大数据，发现了真实世界中的中国青少年近视眼发生发展规律，创建了近视眼人工智能预测模型，可精准预测青少年近视的发展，有助于对青少年近视的有效干预和防控。研究论文发表于PLoS Medicine。近视眼一旦发展为高度近视，可导致视网膜变性、脱离等不可逆损害，严重影响孩子们的身心健康。如果能够在早期预测其发展规律，通过增加户外活动等早期干预手段，就可减缓近视眼的发生发展，对降低高度近视的风险有重要意义。该人工智能预测系统可对近视进展趋势进行个体化预测，3年内准确率达90%，10年内准确率达80%以上，也可提前8年有效预测高度近视。
　　
　　

人在地球
　　
　　

青藏高原腹地发现人类适应高海拔极端环境的最早证据

　　中国科学院古脊椎动物与古人类研究所张晓凌等公布了尼阿底遗址这处来自青藏高原腹地的重大考古发现及其研究成果，该项发现将人类首次登上青藏高原的历史推前到4万年前，也书写了世界范围内史前人类征服高海拔极端环境的最高、最早的记录，研究论文发表于Science。在藏北羌塘高原发现的一处具有原生地层的旧石器时代遗址——尼阿底（Nwya Devu），证实古人在距今3万～4万年前已踏足青藏高原的高海拔地区。该遗址海拔4600米，是一处规模宏大、地层保存完好、石制品分布密集、石器技术特色鲜明的旧石器时代旷野遗址，是迄今青藏高原最早、世界范围内最高的旧石器时代遗址。
　　

喜马拉雅冰湖灾害调查和冰川变化研究

　　中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所聂勇副研究员、刘巧副研究员等与来自国内外的联合研究团队对喜马拉雅山脉历史冰湖溃决灾害事件和重点区段冰川变化开展了深入的调查分析并取得新的进展；相关研究成果分别发表于Geomorphology、Remote Sensing。研究团队系统收集了喜马拉雅山脉相关文献资料、遥感影像和野外调查资料，基于遥感影像和地貌特征辨析溃决事件的可靠性，构建了冰湖灾害数据库。在冰川监测方面，研究团队建立了冰川冰湖信息遥感自动提取的方法，选择中尼经济走廊的关键区——吉隆藏布流域为案例区，阐明了吉隆藏布流域冰川变化、冰湖和表碛冰川扩张的过程。
　　

湖泊水热通量不同时间尺度的调控机制研究进展

　　中国科学院南京地理与湖泊研究所刘元波研究员团队赵晓松等，基于鄱阳湖高塔通量观测数据，深入揭示了大型季节性湖泊水热通量受水位波动影响的变化规律及其调控机制。相关研究成果分别发表于Agricultural and Forest Meteorology，Journal of Geophysical Research-Atmospheres。鄱阳湖水面面积随水位降低而减小，下垫面的变化使得湖泊水热通量的相位发生突变。在日尺度上，水体水热通量主要受风速和温差及水汽压差的影响，而湿地水热通量则主要受净辐射影响；在月尺度上，水体和湿地水热通量均受净辐射影响最大；而在年际尺度上，季节性湖泊水热通量则主要受水位和水面积比例的影响。
　　

秦岭造山带中下地壳存在北东—南西向低速结构

　　中国科学院地质地球研究所岩石圈演化国家重点实验室滕吉文院士领导的研究团队，对秦岭地区71个流动台站和132个固定台站的背景噪声数据进行分析，提取出8～44秒周期的群速度和相速度频散曲线，并通过联合反演得到了该区下方的地壳速度结构，最后采用完全模型检验方法证明了模型的可靠性，研究论文发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。秦岭造山带位于华北板块与华南板块之间，在中国的中央造山带中心，西连昆仑、祁连造山带，东连大别苏鲁造山带。研究认为秦岭中下地壳存在一个北东—南西向的低速带结构，其连接了华北和华南两个板块的相向俯冲动力系统。
　　
　　
　　
　　　
人在地球
　　
　　

中新世以来近代西藏地壳的熔融状态

　　中国地震局地质研究所杨晓松研究团队与法国奥尔良大学/法国国家科学研究中心（CNRS）地球科学研究所（ISTO）的FabriceGaillard研究员团队合作，开展了部分熔融的高喜马拉雅结晶岩系（GHS）电导率性质的实验研究。相关成果发表于Nature Communications。实验结果提出喜马拉雅造山带的地质演化模型：随着印度洋板块向欧亚板块俯冲，在喜马拉雅上地壳的封闭系统内发生脱水熔融和注水熔融反应，导致喜马拉雅上地壳不断被加热与软化，持续了近20Ma。随着GHS不断被挤出，软弱的熔融热岩折返至地表，部分熔融变泥质岩与花岗质岩浆房分别发生变质与结晶反应，形成混合岩与淡色花岗岩。
　　

交通出行行为与职住动态关系

　　中国科学院地理科学与资源研究所王姣娥研究团队与悉尼大学、香港大学、北京交通大学合作者运用2011年—2017年北京市地铁刷卡数据，提出了基于个人职住动态关系的通勤行为研究体系，发现了交通出行行为与职住动态关系的一系列规律，研究成果发表于PNAS。研究发现了职住动态变化规律，构建了个人通勤链的研究体系与方法，剖析了四类人群通勤时间与住房成本的均衡博弈过程。提出了通勤时间的45分钟定律：若地铁内通勤时间小于45分钟，居民倾向于延长通勤时间进而获取更好的就业机会或者居住环境；若地铁内通勤时间大于45分钟，即超过了可忍受通勤的阈值，居民搬迁职住地时会以缩短通勤时间为目标之一。
　　

全球内流区水储量变化研究

　　中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员同美国、加拿大、法国、德国和奥地利5国的科学家们组成的研究团队利用GRACE重力卫星观测，结合光学遥感、多源测高卫星资料及水文模型，定量估算了全球内流区总水量及地表水、土壤水与地下水层3个主要水文要素的储量变化。研究论文发表于Nature Geoscience。研究发现全球内流区的水储量在21世纪初正以惊人的速率下降。同时发现，地表水、土壤水和地下水对水储量总亏损呈比例相当的贡献，但其比重表现出显著的区域性差异。研究解析了水储量亏损最严重区域分布在欧亚大陆内流盆地，这也进一步验证了国内外专家对该区域水问题形势的担忧。
　　

地震INTENSITY全波形反演

　　中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究院重点实验室刘伊克研究员及合作者提出了地震全波形intensity反演方法，研究论文发表于Geophysics。通过建立intensity目标函数，将地震数据分解成低频部分与高频部分；依据多尺度，从低频intensity数据开始，逐渐增加频率，计算目标函数的梯度，建立反演速度模型；将反演速度模型作为传统全波形反演初始速度模型，计算传统基于2范数的目标函数及其梯度，最终获得地下介质参数的迭代修正。该intensity全波形反演理论，对于没有低频信息的地震数据，或当初始介质模型远离真实介质模型时，也可以完美地反演地下介质。