泡泡铸造软体机器人技术

 

《自然》封面：人造肌肉和夹具。《自然》杂志第7884期封面文章报道了泡泡铸造软体机器人新技术。软体机器人能执行多种复杂任务，包括抓握、爬行或游泳等，近年来泡泡铸造软体机器人受到学术界的普遍关注。但是，制造此类软体致动器一直较为烦琐。科学家们开发了一种基于泡泡的方法，能用来制造各种基于弹性聚合物的致动器。他们先将液态弹性体注入模具，随后注入空气，从而得到一个拉长的泡泡。这个泡泡会在重力作用下上升，并形成致动器的内部腔室，通过改变模板和流动过程，就能得到各种各样的复杂结构。

 

心咽部结构拆解与原始被囊动物的固着生活方式

 

《自然》封面：“住屋”是一类生物特有的一种胶质滤食结构。《自然》杂志第7885期封面文章报道了被囊动物的演化研究。被囊动物（如海鞘）与脊椎动物的亲缘关系最近。这类海洋生物大部分在幼体时能自由游动，但在变成定栖的成体后会固着、无法移动。然而，尾海鞘纲的被囊动物不会发生这种转变，终生都能自由游动。研究团队聚焦尾海鞘纲的心脏发育，发现它们的心咽部基因调控网络因大规模基因丢失而“拆解”。这种拆解导致其失去了原始被囊动物特征性的固着生活方式。这或许与“住屋”这类帮助尾海鞘纲从固着生活方式演化适应有关。

 

山岳地形对北美季风的机械强迫作用

 

《自然》封面：一场季风暴雨穿过亚利桑那州东南部时的一道闪电。《自然》杂志第7886期封面文章报道了北美季风的差异。在夏季，一个强降雨带沿墨西哥西海岸延伸至美国西南部、长达一千多公里，构成了北美季风。一般认为季风是太阳对海洋和陆地加热不均所致。这会导致气压变化，最终形成的风会拖动凉爽潮湿的海洋空气在陆地上产生降雨。研究表明，墨西哥的马德雷山脉令急流转向，抬升了暖湿空气，形成对流型降雨。虽然地面加热也会发生，但其影响不足，北美季风应该是在机械强迫作用下形成的。

 

人类直觉与AI推动数学进步

 

《自然》封面：人工智能引导的直觉。《自然》杂志第7887期封面文章提出采用一种机器学习模型来发现数学对象之间的潜在模式和关联，用归因技术加以辅助理解，并利用这些观察指导直觉思维和提出猜想的过程。AI（人工智能）技术已经足够先进，足以有力地推动许多不同学科的发展进步。其中，纯数学就是一个典型案例。研究者们通过AI技术，发现纯数学拓扑学和表象理论的新见解，寻找到数学不同领域间意想不到的关联，首次证明AI技术可以站在纯数学的前列，加速证明数学猜想正确与否。

 

木星的气象学研究进展

 

《科学》封面：木星大气层的光学图像，由“朱诺号”宇宙飞船拍摄。《科学》杂志第6570期封面文章报道了“朱诺号”宇宙飞船研究木星的最新成果。木星的大气层有一个由大小旋涡组成的区域和带系统，其中最大的是大红斑。大红斑是太阳系中最大的大气旋涡，已经被观测了至少两个世纪。目前还不清楚旋涡在可见云顶下延伸到多深。研究者使用“朱诺号”宇宙飞船的微波辐射计对大气旋涡进行了观测，利用12次“朱诺号”探测器与木星相遇的数据，包括两次直接飞越这一旋涡的数据，检查了木星的重力特征。

 

炎症研究

 

《科学》封面：炎症。《科学》杂志第6571期特刊报道了近年来对炎症生物学的认识，特别是炎症在内环境稳定、细胞死亡、器官间相互作用和病毒感染中的作用。传统意义的炎症由感染或组织损伤引起的主要体征（如发红、肿胀、发热和疼痛）来定义。炎症是许多人类疾病的共同特征，也是各种核心生物学过程的组成部分，包括新陈代谢、伤口愈合和神经发育等。炎症反应在个体间表现出很大的可变性，这种可变性揭示疾病的驱动因素和决定因素，并促进针对细胞死亡途径和伴随炎症信号的药物的开发。

 

森林大战

 

《科学》封面：巴伐利亚森林国家公园遭受树皮甲虫侵害。《科学》杂志第6572期封面文章报道了森林死亡与未来管理。在德国，气候的变化导致树皮甲虫的暴发，蹂躏了挪威的云杉林。德国发明了“科学”林业，但由气候变化引发的大规模枯死引发了一场关于国家应如何管理树木的激烈辩论。分歧往往很激烈，对立双方在媒体上互相辱骂，甚至举行森林峰会。研究者认为加强森林可持续管理，木材的收获应该限制在土地所能生产的范围内，应该重新积极种植树木，以确保未来的供应。

 

草叶进化

 

《科学》封面：从叶鞘中出现的草茎。《科学》杂志第6573期封面文章报道了草叶进化的最新研究成果。草的叶子长而窄，双子叶植物的叶子通常更短、更扁平。草和其他单子叶植物中发现的鞘叶是一种进化创新，但它的起源一直是一个长期争论的话题。科学家结合发育遗传学和计算模型，揭示了这两种因进化而广泛分离的叶子，其共同点比预期的要多。鞘叶很可能是通过基因依赖的原始带延伸而产生的，这一原始带跨越了茎尖周围的同心域。因此，这一研究与主流观点相反，这与19世纪报道的同源性提法一致。

 

化学小分子诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞

 

北京大学生命科学学院、北大-清华生命联合中心邓宏魁研究团队使用化学重编程的方法，成功实现了使用化学小分子将人成体细胞诱导为人多潜能干细胞（人CiPS细胞）。相关成果发表于《自然》（Nature）。研究团队进行了大量化学小分子的筛选和组合，最终发现高度分化的人成体细胞在特定的化学小分子组合的作用下，同样可以发生类似去分化的现象，获得具有一定可塑性的中间状态。在此基础上，最终实现了人多潜能干细胞的成功诱导。因此，化学重编程技术体系的建立不仅在多潜能干细胞临床应用领域具有重要意义，同时为细胞命运调控及再生生物学理论研究方面提供了全新的视角。

 

肿瘤干细胞调控的表型可塑性在肿瘤转移性定植中的作用

 

中国科学技术大学生命医学部教授朱涛课题组阐明了肿瘤干细胞调控的表型可塑性在肿瘤转移性定植中的作用。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。肿瘤干细胞具有自我更新、高度转移和治疗抵抗能力，在肿瘤的恶性进展中发挥关键作用。肿瘤干细胞和非肿瘤干细胞群体在肿瘤发展过程中维持着亚群间的动态平衡，每个亚群均可重构出整个肿瘤细胞群体。然而，维持肿瘤细胞亚群间动态平衡的机制，以及这种现象在肿瘤发生发展中的作用尚不清楚。相关研究提出了抑制肿瘤的转移性克隆化增殖步骤，而非肿瘤侵袭步骤可以有效抑制肿瘤转移的发生，并提供了抑制转移的创新治疗策略。

 

小肽补偿效应实现干细胞发育稳健性的动态演化规律

 

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员许操团队与国际团队合作，揭示了小肽信号功能补偿效应维持茄科不同经济作物茎尖干细胞发育稳健性的动态演化规律。相关成果发表于《自然·植物》（Nature Plants）。研究阐明了随着遗传变异的积累旁系同源基因之间补偿能力由量变到质变的演化历程，揭示了小肽功能补偿机制的变异导致植物形态多样化的分子机制，为多维组学和基因编辑时代的进化发育生物学研究提供了范例。重要的是，研究一次性创制了多种园艺性状，比如果实大小、花卉的观赏性、生物量等，为分子设计育种提供了新的基因模块和设计思路。

 

造血干细胞移植不良的相关机制

 

中山大学中山医学院赵萌教授和孙逸仙纪念医院蒋琳加研究员联合研究团队揭示了骨髓间充质干细胞（MSC）调控造血干细胞移植的新机制。相关成果发表于《血液》（Blood）。面对血液恶性肿瘤、再生障碍性贫血和地中海贫血等骨髓衰竭性疾病，造血干细胞移植（HSCT）已被证实是有效的治疗手段，也是核辐射损伤的唯一治疗手段。这是因为干细胞具有极强的长期自我更新及多项分化潜能，但仍有5%～20%的患者会发生原发或继发性造血干细胞植入不良，影响最终的治疗效果。因此，研究导致植入不良的主要机制将有助于进一步提高治疗成效。研究将为开发针对不同适应证的MSC细胞治疗药物提供研究基础。

 

干细胞扩展潜能表观遗传调控机制研究

 

中国科学院广州生物医药与健康研究院姚红杰研究员课题组揭示了阴阳因子YY1调控干细胞扩展潜能性的表观遗传新机制。相关成果发表于《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。干细胞全能性对理解哺乳动物早期胚胎发育及再生医学应用至关重要。扩展潜能干细胞（EPS细胞）为组织再生提供了重要的种子细胞，具有重要的应用价值。然而，调控EPS细胞扩展潜能性的分子机制仍不清楚。相关研究揭示了YY1在调节一些表观遗传功能中发挥着极其重要的作用，并阐明YY1通过调控DNA甲基化和组蛋白修饰的二维层面和染色质高级结构的三维层面，进而调控EPS细胞的特性和分化潜能。

 

接触聚苯乙烯微塑料会减少涡虫的再生和生长

 

暨南大学基础医学与公共卫生学院杨光教授与环境学院曾永平教授合作，开展了微塑料对干细胞危害研究。相关成果发表于《危险材料杂志》（Journal of Hazardous Materials）。微塑料在环境中不断积累，可以通过水、食物和空气等途径暴露于人类面前从而威胁人体健康。研究发现微塑料作用下涡虫干细胞标记基因piwiA、piwiB和增殖相关基因PCNA表达受到抑制。通过蛋白质组学测定，相关研究还发现微塑料损伤干细胞可能依赖于命名为“Notch”和“TGFβ/SMAD”的信号通路，证明环境中广泛存在的微塑料对干细胞产生损伤，为探索微塑料与相关疾病的关联研究提供重要线索，也为环境微塑料的治理提供了新的科学依据。

 

间充质干细胞在整形美容领域的应用

 

中国医学科学院北京协和医院李竹君、龙笑与上海交通大学医学院附属第九人民医院王晨羽合作，对间充质干细胞在整形手术、美容和组织再生方面开展研究。相关成果发表于《协和医学杂志》。间充质干细胞是具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞，存在于脂肪、骨髓和脐带等多种组织中，能通过直接分化或旁分泌发挥修复组织缺损、促进血管生成、免疫调节、抗纤维化等多种作用。间充质干细胞在抗衰老、毛发/组织再生、创面愈合、抗纤维化等多个方面已有较为深入的研究，效果与安全性良好。未来仍需开展深入的基础研究以揭示其治疗机制，并应进行长期的临床试验随访以考察其远期安全性。

 

载脂蛋白APOE驱动干细胞衰老的新活性

 

中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组、宋默识研究组和中国科学院北京基因组研究所张维绮研究组合作，发现细胞核中定位的载脂蛋白E（APOE）可与核膜，以及异染色质相关蛋白相互作用，促进核纤层及异染色质蛋白的自噬性降解，进而破坏核周异染色质稳定性，导致人类干细胞的衰老。相关成果发表于《自然·衰老》（Nature Aging）。APOE作为一种经典的脂质结合蛋白，可以与胆固醇或其他脂质结合形成脂蛋白颗粒，从而介导中枢神经系统和外周组织中的脂质转运。相关研究揭示了APOE是通过自噬-溶酶体途径破坏异染色质结构、加速细胞衰老的新型分子机制。

 

单分子范德华力罗盘

 

清华大学化工系魏飞教授团队采取直观、灵敏的手段在分子水平上研究多孔材料中的主客体范德华相互作用，推动了电子显微学在单分子成像上的应用。相关成果发表于《自然》（Nature）。在不同孔道中PX分子的取向不同，并且与孔道的几何形状直接相关。研究人员通过图像和计算的对比，证实了不同的PX分子取向是由孔道几何形状变化造成的，因此分子取向的成像能够反映孔道内范德华相互作用的变化。同时，他们在连续的图像拍摄中观察到了分子取向随时间的变化，变化规律与孔道几何形状随时间的变化相一致。这一方法不仅能够给出主客体范德华相互作用在二维ZSM-5平面的空间分布，也可以给出这种相互作用在单个孔道内的实时变化。

 

合成气直接高效转化制备异构烷烃汽油

 

中国科学院大连化学物理研究所潘秀莲研究员、包信和院士团队在合成气催化转化方面取得新进展，实现高选择性制备异构烷烃汽油（OXZEO.-TG）。相关成果发表于《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）。研究通过调变分子筛的酸性位分布，实现了34%一氧化碳转化率，以及82%汽油选择性，其中异构烷烃/正构烷烃的比例高达38，150小时测试显示这一催化剂具有良好的稳定性。在优化反应条件下，团队实现了异构烷烃/正构烷烃的比例高达48，是迄今合成气直接转化领域报道最高值。进一步研究发现，分子筛外表面酸性位是异构烷烃尤其是多支链异构烷烃生成活性位。

 

酿酒酵母基因组多样性编辑研究

 

中国科学院天津工业生物技术研究所王钦宏研究团队基于酿酒酵母内源的双链DNA断裂（DNA double-strand break, DSB）修复途径设计改造和CRISPR基因组编辑，建立了不依赖模板的高效致突变基因组技术（mutagenic Genome Editing, mGE），并实现靶向基因的可遗传多样性调控表达。相关成果发表于《微生物学谱》（Microbiology Spectrum）。酿酒酵母作为合成生物学最重要的底盘细胞之一，广泛用于开发传统酿造食品、大宗化学品和高附加值产品。研究人员利用MRE11-H125N（MRE11核酸酶活性失活的等位基因）和CRISPR/Cpf1组合形成致基因组多样性编辑策略，扩大基因组编辑在基因表达多样化和增强基因组进化中的应用。

 

富勒烯促进铜催化合成气制乙二醇

 

厦门大学谢素原院士、袁友珠教授团队将C60作为电子缓冲剂改性铜基催化剂，打通了从合成气制备乙二醇的常压加氢催化技术难关，完成了在近常压和低于200℃的条件下草酸二甲酯加氢制备乙二醇的规模化试验。相关成果发表于《科学》（Science）。以C60为代表的富勒烯被誉为“纳米王子”。它在绿色能源、生物医药、催化剂等领域都具有重要的应用潜力。研究发现了C60的另一角色，作为与过渡金属催化相结合的“电子缓冲剂”发挥作用。研究发现，有别于目前广泛使用的需要较高氢气压力的催化技术，这一研究实现常压合成，即在C60的缓冲下，草酸二甲酯加氢制备乙二醇将更加绿色、安全。

 

离子液体促进木质素脱甲基化制备多酚

 

北京理工大学生命学院孙剑教授等人与青岛大学刘晓敏教授合作，在木质素脱甲基化制备多酚方面取得重要进展。相关成果发表于《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。木质素是植物生长过程中由3种单木质醇（香豆醇、松柏醇、芥子醇）通过氧化聚合形成的天然高分子聚合物。利用木质素生产多酚是多酚探索和木质素应用的互利途径。为了实现木质素脱甲基化方法的无卤素改进，研究者基于离子液体微环境及其过程强化机制的长期积累发展了一种更加绿色的木质素脱甲基化策略。策略不仅实现了木质素在无卤素条件下的高效脱甲基化，而且具有成本低、反应条件相对温和、回收效果好等优点。

 

秸秆与沼液联产炭基肥和腐殖酸钾水溶肥

 

中国科学院成都生物研究所李东等人探究了温度和固液比，对玉米秸秆与沼液联合水热碳化对沼液中养分回收的影响。他们在最佳温度和固液比的条件下，对比了玉米秸秆与沼液联合水热碳化、玉米秸秆水热碳化后再吸附沼液的养分回收效果。相关成果发表于《清洁生产杂志》（Journal of Cleaner Production）。研究提出一种秸秆和沼液联合水热碳化的技术路径，将水热碳化和沼液养分回收相结合，预期利用水热过程的化学键合和物理吸附作用，提高生物炭对沼液养分的吸收能力。针对沼液联合水热碳化技术对沼液中氮、磷、钾的养分回收进行了深入分析研究并揭示了其内在机理。

 

二氧化碳电催化界面微环境调控

 

华东理工大学化工学院李春忠教授课题组在二氧化碳电催化界面微环境调控领域取得新进展。相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。研究电催化剂与电解质界面微环境的分子尺度结构及其对外加电场的动态响应规律，是实现电催化剂与电解液高效匹配的关键。研究团队采用了具有不同烷基链长度的季铵盐阳离子表面活性剂作为电解液添加剂，利用原位红外和拉曼光谱结合分子动力学模拟，研究了表面活性剂在电催化剂表界面的动态组装行为，以及二氧化碳和水在界面微环境的动态分布和反应活性。研究工作对界面微环境的认识可以推广到其他与水有关的电化学反应中。

 

柱芳烃－MXene复合膜高效分离抗生素水

 

天津工业大学刘义教授、孙跃教授等以典型的二维层状材料MXene（类石墨烯结构材料）纳米片为研究对象，通过化学修饰构建了具有高度规整结构的有机（柱芳烃）－无机（MXene）复合膜材料，实现了抗生素水的高效纯化。相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。这一复合膜材料在强酸强碱条件下仍表现出优异的分离性能、出色的抗污染能力和良好的稳定性。与同类二维膜相比，有机－无机复合膜在相近截留性能下（大于95%），渗透通量提高了100倍。研究为功能化二维膜材料设计提供了新策略，有望进一步应用在海水淡化和能量存储等领域。

 

肿瘤疫苗递送系统研究

 

厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心、分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室刘刚教授课题组发现共刺激信号对肿瘤免疫耐受中T细胞功能重塑的重要机制，为个性化肿瘤疫苗研发提供理论依据和创新方法。相关成果发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。新制备的疫苗体系，因为其来源于工程化树突状细胞（DCs）母细胞表面与归巢效应相关的功能性趋化因子和黏附分子，以及可控的纳米尺寸，所以能迅速穿越组织间隙，实现在淋巴结的富集，并介导CD8+T细胞主导的抗原特异性免疫应答。此项研究突破了现有树突状细胞疫苗的认知框架，推动纳米疫苗免疫学发展。

 

用于快充锂电池的新型双梯度石墨负极材料

 

中国科技大学俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教授团队合作，提出在不牺牲锂离子电池能量密度的前提下，在石墨负极内部引入颗粒尺寸、孔隙率的梯度异质分布结构设计，实现了石墨负极快充性能提升。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。基于实验室前期成熟的铜纳米线规模制备工艺，制备铜纳米线和铜颗粒包覆石墨低黏度乙醇浆料，利用不同尺寸颗粒石墨在浆料中沉降速度差异性，在石墨负极中成功构建出模拟计算优化的双梯度结构。电极中铜纳米线的焊接作用实现了石墨电极结构的完整性。基于这一石墨负极所制备的锂离子全电池展现出与实验模型相同的优异快充性能。

 

超构表面光场调控研究

 

暨南大学纳米光子学研究院包燕军等提出了实现任意振幅、相位和偏振态相互转换的光器件所需的最低自由度。相关成果发表于《激光和光电子评论》（Laser & Photonics Reviews）。科学家们通过计算证明了实现所述任意光属性转换需要最低4个自由度，并给出了一个具有4个自由度、类似于双极性偏振片的琼斯矩阵表达式。通过超构表面设计构造如上的琼斯矩阵器件，在实验上验证了入射和出射光场之间任意振幅、相位和偏振态的相互转换。研究揭示了一个简单的琼斯矩阵器件背后所隐藏的功能强大的光场操控能力，有望为复杂微纳光场调控提供新思路。

 

新型含硼脂质体用于化疗辅助的硼中子俘获治疗

 

北京大学化学与分子工程学院应用化学系刘志博课题组制备一类利用硼化磷脂作为组分模拟天然脂质体结构的新型含硼脂质体（Boronsome），成功用于化疗辅助的硼中子俘获治疗（boron neutron capture therapy，BNCT）。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。课题组前期深入研究了BNCT独特的化学效应和辐射生物学效应，发展了包括硼氨酸、碳硼烷胶束、氮化硼纳米颗粒等多种诊疗一体BNCT硼递送体系。新获取的硼化磷脂结构组装形成一类新型含硼脂质体，具备良好的生物相容性和稳定性，在肿瘤内摄取高、滞留长，在肿瘤周围的正常组织中摄取较低。

 

刚性分子筛在吸脱附过程中亚单胞拓扑柔性的原位实时成像

 

清华大学化学工程系魏飞团队开展了亚纳米尺度下原位研究分子吸附扩散机制研究。相关成果发表于《科学》（Science）。在过去的60年中，由于传统衍射方法的局限性和沸石骨架的复杂性，人们难以观察到亚纳米尺度下分子进出孔道的动态行为，尤其是大的分子进出小的刚性几何孔道的现象一直无法解释。研究采用皮米电镜原位成像策略，实现了分子筛中小分子吸脱附行为和分子筛骨架结构动态演变的原位实时观测，发现刚性分子筛的亚单胞拓扑柔性结构特点，指出空的纳米孔道不断发生柔性振动，揭示分子扩散突破孔径限制的微观机制，丰富了对分子筛择形催化与限域效应的理解。

 

大面积共价有机框架（COF）单分子层薄膜研究

 

国家纳米科学中心研究员唐智勇和李连山团队在单分子层COF膜用于盐差能转化领域的研究取得进展。相关成果发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。COF材料固有的高孔密度和单分子层的厚度使得膜传质阻力低至极限，从而极大地提高了膜电导和电流密度；另一方面，这一独特体系的高孔密度和低孔间距引起的新颖的孔-孔耦合效应是解决浓差极化引起的性能衰减的关键，即COF膜中的荷电纳米孔会对邻近纳米孔产生影响，从而极大地抗衡浓差极化引起的电流和电压的下降。理论模拟研究发现，孔-孔耦合效应在孔间距低至4.5纳米时才会发生，成为高孔密度、低孔间距COF膜材料的独特特征。

 

开发单原子锡/碳复合材料用于锂电池负极材料

 

中国科学院过程工程研究所王艳红副研究员与长沙学院陈晗教授合作，将具有单原子结构的锡与纳米碳球进行复合制备，开发出具有高倍率、长周期循环稳定的单原子锡/碳复合负极材料。相关成果发表于《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。金属锡基材料具有较高的储锂容量，但由于锂化过程中锂-锡合金的形成导致材料的晶格结构发生变化，带来巨大的体积膨胀，严重影响材料的电化学性能，阻碍锡基负极材料在锂离子电池中的商业化应用。单原子锡与纳米碳球复合制备的锡基单原子复合材料将有望解决锂离子电池负极材料体积变化大及电化学性能不佳等问题。

 

手性诱导合成超薄手性COFs纳米片的圆偏振发光材料

 

中国科学院福建物质结构研究所张健研究员和谷志刚研究员等人通过手性诱导合策略制备超薄手性COFs纳米片，并开展其在圆偏振发光领域的应用研究。相关成果发表于《美国化学学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）。共价有机框架材料（Covalent Organic Framework，COFs）作为一类新兴的晶态多孔材料，因其结构的可设计性、多样性，功能的可调节性以及化学性质的稳定性具有广泛的应用潜力。研究首次将手性胺诱导合成手性COFs（CCOFs）以及“自下而上”获得COFs纳米片（NS）的策略相结合，制备了具有优异圆偏振发光（CPL）性能的超薄CCOFs纳米片材料。

 

太阳系巨行星轨道演化的新模型

 

浙江大学物理学院刘倍贝研究员与法国波尔多大学的雷蒙德教授、美国密歇根州立大学雅格布森教授合作，提出在太阳系初期原行星盘受到太阳光致蒸发作用，盘中气体从内向外耗散诱发了巨行星轨道的重塑并引起动力学不稳定。相关成果发表于《自然》（Nature）。描述太阳系巨行星演化当前流行的是“Nice模型”，因模型创立者来自法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。研究表明，这一过程导致的动力学不稳定紧随着气体盘耗散，在太阳系诞生后约五百万到一千万年间发生。有别于传统模型，新模型中巨行星轨道不稳定发生的时间更早。月球陨石坑有着广泛的年龄分布，小行星撞击事件随时间自然衰减，这与早期不稳定模型研究自洽。

 

利用LOFAR射电巡天深入研究星系的成团属性

 

中国科学院国家天文台赵公博课题组与英、德国科学家合作，利用低频阵列望远镜LOFAR巡天数据（LoTSS DR1）对射电星系的大尺度结构分布进行了统计分析，成功测定了星系偏差因子（galaxy bias）。相关成果发表于《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal）。研究人员通过对LoTSS DR1的数据进行系统研究和处理，筛选出十余万个源开展成团性分析，并考虑了多重组分对角功率谱测量结果的影响；基于标准宇宙学模型，使用蒙特卡洛马尔科夫链方法，得到了数据对星系偏差因子的限制。研究确定了LOFAR巡天的数据质量足以做大尺度结构宇宙学研究，增进了人们对射电星系成团性的理解。

 

541个新疏散星团候选体

 

西华师范大学何治宏博士与中国科学院上海天文台研究人员合作发现541个新疏散星团候选体。相关成果发表于《天体物理学增刊》（The Astrophysical Journal Supplement Series）。测量天体的年龄是天文学上的一个挑战，而星团研究为天文学家打开了一扇测量天体年龄的窗口。根据居住地不同，星团可分为疏散星团和球状星团，其中疏散星团主要出生在银河系盘，不同年龄的星团代表不同时期银河系盘形成的历史遗迹，研究不同年龄星团就如同考古一样认识整个银河系盘的形成历史。研究样本证实了银河系金属丰度梯度等龄线理论拟合与光谱观测值相符，同时为银河系结构和恒星演化研究提供了大量观测样本支撑。

 

暗物质探测研究

 

上海交通大学PandaX合作组成员刘江来、周宁、崔祥仪等和李政道学者葛韶锋、紫金山天文台研究员袁强合作，开展寻找宇宙线加速轻暗物质的研究。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。PandaX合作组针对这个新型的恒星日调制信号，对暗物质穿过岩石进入锦屏地下实验室的过程做了细致的蒙特卡洛模拟，完整包含了核形状因子和角度偏转的效应，并且考虑了弹性散射过程的适用范围，最终得到了可靠的地球屏蔽效应。实验组提取了PandaX-Ⅱ二期580公斤液氙探测实验400天全部曝光数据的恒星时信息，对相应的原子核反冲信号区，利用数率和能谱随着恒星时的分布，对宇宙线加速轻暗物质展开了细致搜寻。

 

耀斑激发大尺度准周期日冕波的观测证据

 

中国科学院云南天文台日冕观测与选址研究组周新平等人为耀斑激发日冕波提供了可靠的证据，并发现了日冕波列的干涉现象。相关成果发表于《天体物理学杂志·通讯》（The Astrophysical Journal Letter）。研究发现，耀斑和波列具相同的周期，且耀斑脉冲相的开始时间略早于波列开始时间几分钟；因此，推断这些波列应该是被耀斑激发。研究还首次观测到由于干涉效应导致波前强度在干涉位置的明显增强。研究成果为耀斑激发大尺度日冕波提供了有力的证据，观测到的干涉效应丰富了日冕波的表现特征，同时为日冕波的真波本质提供了观测上的证据。

 

地基雷达月球成像技术研究

 

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室李鸣远等利用近期建设完成的三亚非相干散射雷达进行了初步的月球成像实验，开展了实验设计和数据处理算法研究。相关成果分别发表于《IEEE地球科学与遥感汇刊》和《遥感》（IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Remote Sensing）。项目组使用线性调频脉冲，发射右旋圆极化电磁波，接收左旋圆极化回波，同时使用距离多普勒算法以及后向投影算法，对毕达哥拉斯撞击坑区域进行了成像处理并做了对比分析。结果表明，后向投影算法可以很好地应用在地基雷达月球成像实验中，并且具有一定的聚焦性能。

 

发现早期宇宙原星系团外围极端星暴星系聚集的观测证据

 

中国科学院紫金山天文台郑宪忠研究员等人发现星系团形成过程中部分大质量星系在进入原星系团的过渡区域时经历大规模恒星形成活动。相关成果发表于《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。星系团是检验星系形成和宇宙大尺度结构形成理论的独特实验室。通过对两个红移为2.24的大质量原星系团BOSS1244和BOSS1542进行亚毫米波成图观测，发现BOSS1244中亚毫米波星系聚集区域可能与纤维结构与原星系团核心区域连接处重叠，而BOSS1542的亚毫米波星系聚集区域被巨纤维结构包围，是迄今已知亚毫米波星系密度最高的区域。这是首次给出与理论预期一致的直接观测证据。

 

脉冲星J2048-1616的周期性脉冲消零和子脉冲漂移研究

 

中国科学院新疆天文台脉冲星团组温志刚副研究员与合作者，使用澳大利亚Parkes 64米射电望远镜在观测频率为732MHz，1369MHz和3100MHz的归档数据，对PSR J2048-1616进行了多频的单脉冲分析。相关成果发表于《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal）。在1369MHz观测数据中，核和锥辐射区都同时探测到了准周期的脉冲缺失现象，调制周期为50倍的脉冲星自转周期，脉冲消零比为10%。脉冲星J2048-1616在锥辐射成分表现出调制周期更短的子脉冲漂移现象，前导辐射成分在相位上的调制周期为3个自转周期，后随成分在相位上保持稳定，但是在强度上以3倍的自转周期进行调制。

 

温室气体减排背景下全球水电站发展的权衡问题

 

中国科学院地理科学与资源研究所李明旭、何念鹏等人采用蒙特卡洛模拟方法系统评估了全球现存水电站（n=1221）的GHGs排放通量、碳排放强度（单位发电量的GHGs排放量）以及关键影响因素。相关成果发表于《可再生能源和可持续能源评论》（Renewable and Sustainable Energy Reviews）。水电站在其蓄水发电过程中也会排放大量的CO2、CH4和N2O等温室气体（GHGs）。针对未来水体富营养化指标的情景分析表明，即使不考虑在建和规划中的这些水电站，如果现存水电站水体叶绿素浓度上升一倍，水电整体碳排放强度将无法达标。未来水电发展需高度重视水电站库区GHGs排放问题以降低整体碳排放强度。

 

常压下二氧化碳加氢制备长链烯烃

 

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学物理系曾杰教授研究团队设计构筑了铜-碳化铁界面型催化剂，实现了常压下二氧化碳加氢高选择性制备长链烯烃。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。新合成的催化剂包含金属铜、四氧化三铁和碳化铁等多种物相。除了与传统铁基催化剂一样在碳化铁上通过碳化物路径进行碳碳偶联外，铜-碳化铁界面处还可以对一氧化碳插入过程进行碳链增长，这样可以利用大量催化剂表面由于低压而未解离的一氧化碳。碳化物路径和一氧化碳插入路径的协同作用导致了良好的长链烯烃选择性。

 

地质样品中Crocetane和植烷的有效分离和后续单体碳同位素的准确测定

 

中国科学院广州地球化学研究所熊永强等人建立准确测定海底甲烷厌氧氧化过程生物标志物Crocetane碳同位素组成的新方法。相关成果发表于《色谱杂志A》（Journal of Chromatography A）。Crocetane（2，6，11，15四甲基十六烷），又称为藏花烷或番茄烷，是重要的脂质生物标志化合物，可作为甲烷厌氧氧化古菌ANME-2与硫酸盐还原菌（SRB）共养耦合的重要证据，对于判断海底甲烷渗漏环境与微生物活动具有重要作用，其含量与碳同位素组成是指示甲烷厌氧氧化过程的有力证据。研究结果准确揭示了两个海底沉积物样品的Crocetane碳同位素组成，对甲烷厌氧氧化菌的来源等提供有效信息。

 

凋落物分解调控机制研究

 

中国科学院沈阳应用生态研究所依托中国科学院清原森林生态系统观测研究站/辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站2007年建立的四组毗邻次生林和人工林试验平台，探究了不同树种单一和混合凋落物基质、不同大小土壤生物和凋落物分解环境对凋落物分解速率、碳和养分释放的影响规律。相关成果发表于《生态学杂志》（Journal of Ecology）。在森林生态系统植物-土壤相互作用过程中，土壤肥力除了与凋落物基质有关外，也与土壤本身原有肥力相关。研究揭示了凋落物分解调控因素之间的相对重要性和差异，为单一和混合凋落物碳和养分周转、人工林土壤肥力恢复等提供了重要参考。

 

二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸

 

电子科技大学材料与能源学院的夏川课题组与中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所于涛课题组、中国科学技术大学曾杰课题组合作，通过电催化将二氧化碳和水合成高纯乙酸，再以乙酸及乙酸盐为碳源经生物发酵合成葡萄糖和脂肪酸等长碳链分子。相关成果发表于《自然·催化》（Nature Catalysis）。研究耦合人工电催化与生物酶催化过程，发展了一条由水和二氧化碳到含能化学小分子乙酸，后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径，为人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术。下一步，研究团队将研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。

 

有机太阳能电池研究

 

上海交通大学化学化工学院刘烽教授团队及合作者实现双纤维网络形貌助力单结有机太阳能电池高效率。相关成果发表于《自然·材料》（Nature Materials）。通过双纤维网络策略制备的有机太阳能电池光电转换效率达到19.6%，填充因子接近82%，并获第三方独立机构福建省计量科学研究院国家光伏产业计量测试中心的认证（NPVM：19.2%），是目前报道的有机太阳能电池单结器件的最高效率。基于双纤维形貌的形成机制，研究团队总结了构筑双纤维形貌结构的材料选择原则并验证了其普适性，实现了有机光伏薄膜形貌特征尺度与光物理核心参数的匹配，为后续高效率有机太阳能电池的制备提供了新思路。

 

废弃生物质资源化及碳足迹分析

 

中国科学院生态环境研究中心刘振刚研究组利用同步辐射中能X射线近边吸收结构（XANES）等原位表征技术研究了污泥生物炭中磷、硫在热解及土壤老化过程中形态演化的分子机制，通过生命周期评价方法量化了污泥热解-污泥生物炭土壤应用系统中的碳足迹。相关成果分别发表于《环境科学技术》和《清洁生产杂志》（Environmental Science & Technology，Journal of Cleaner Production）。研究通过生命周期评价体系对污泥热解及其土地利用过程中碳足迹和关键影响因素进行量化和敏感性分析，结果显示，相对于传统污泥厌氧消化-土地利用、填埋、焚烧等处理方式，污泥热解-土地利用碳排放消减率可达53%以上，碳减排优势显著。

 

建模揭示我国民航二氧化碳和污染物排放特征

 

清华大学环境学院张少君等人建立了基于真实飞行轨迹构建的中国航空业高分辨率排放清单。相关成果发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。研究将基于真实飞行轨迹的模型（ADS-B模型）与传统的基于大圆轨迹的简化航线模型（GCAP模型）比较发现，差距主要来自飞机的飞行姿态，ADS-B实际轨迹的巡航高度通常比GCAP模型仿真的理论巡航高度低10%～15%，这导致巡航速度降低，从而持续时间更长。研究人员进一步将GCAP模型中的巡航速度和巡航高度从理想值调整为实际轨迹ADS-B的结果，发现航空业燃油消耗和二氧化碳排放在垂直分布上呈现两个高峰：1km以下和8～12km之间。

（本栏目责编：黄雪霜）