翼龙的黑素体支持早期羽毛的信号传递功能

 

《自然》封面：皇帝雷神翼龙（Tupandactylus imperator）的艺术想象图。Nature杂志第7907期封面文章报道了翼龙可能有着不同颜色的羽毛。学界一直争议这些长着皮膜双翼的飞行爬行动物是否像现代鸟类一样拥有不同颜色的羽毛。科学家分析了一个1.13亿年前巴西雷神翼龙头骨残骸，他们在其头冠底部发现了两类羽毛，其中一类羽毛拥有与现代羽毛十分相似的分支结构，两类羽毛和头冠皮肤中还有能产生色素的细胞器。研究认为这些有颜色的羽毛可能曾被用来进行视觉通信，同时也说明这种控制羽毛颜色的能力比之前认为的出现时间更早。

保护区对水鸟种群影响复杂，但管理有所裨益

《自然》封面：卷羽鹈鹕（Pelecanus crispus）。Nature杂志第7908期封面文章报道了通过建立保护区来维持适宜的栖息地，这对水鸟种群的影响有好有坏。研究团队调查了1506个保护区，评估了这些保护区对全球27 055个水鸟种群的影响。通过评估种群水平在保护措施实行前后的变化，以及这一变化在保护区和非保护区之间的差异，研究团队发现了有利影响和不利影响，而且有很强的迹象表明，水鸟或其栖息地受到管理的区域更可能使水鸟种群受益。文章提出，保育策略不仅需要提高保护区的数量，还需要积极管理这些区域以增加成功的概率。

 

X射线探测到了一颗处于火球阶段的新星

 

《自然》封面：这颗新星在火球阶段的艺术再现图。Nature杂志第7909期封面文章报道了利用eROSITA观测设备拍摄的扫描图，发现新星YZ Reticuli在光谱可见前数小时，发出了一道短促、明亮的X射线闪变。当从伴星那里吸积氢的白矮星出现不受控的热核反应时，会发生新星爆炸；由此释放的巨大能量最终会形成明亮的光源，成为肉眼可见的新星。科学家曾预测，其中一部分能量会在反应早期以强光度闪变的形式耗散掉，进入火球阶段，产生可被观测到的低能X射线。此项观测结果证实了这一预测。

 

实现高效热化学合成的可编程加热和骤冷技术

 

《自然》封面：正在工作中的甲烷裂解加热器。Nature杂志第7910期封面文章报道了一种节能脉冲式加热和骤冷技术，合成效率得到大幅度提高。工业规模下，传统化学反应的驱动通常依赖对反应物施加持续的热能。研究团队将甲烷裂解作为测试的反应模型，使用可编程电流在高低温之间进行快速切换（一般为开0.02s，关1.08s）。研究发现通过对反应的急速冷激可实现高选择性，保持催化剂稳定，减少能源使用。甲烷分子会穿过高温加热器的孔隙，选择性转化为有用的产物。相关技术可以扩展到一系列热化学反应，例如氨合成。

 

狗的行为表现和个性与狗品种关系不大

 

《科学》封面：宠物狗。Science杂志第6592期封面文章报道了通过狗品种本身并不能很好地预测它的行为。现代家养犬种只有大约160年的历史，为了研究遗传学如何与品种特征保持一致，科学家对2000多只纯种和混种狗的DNA进行了测序。这些数据与饲养人调查相结合，用于绘制与狗行为和个体特征相关的基因图。在行为特征中，狗对人类指示的反应程度是最易遗传，但不同犬只个体之间差异很大。因此，这项研究可能改变一些传统观念，狗的品种不应该被用来决定宠物狗的选择。

 

防晒霜威胁珊瑚的生存

 

《科学》封面：珊瑚礁。Science杂志第6593期封面文章报道了海葵和珊瑚将氧苯酮防晒霜转化为光毒性葡萄糖苷共轭物。由于一系列人为因素，包括海水温度升高、沿海营养物污染和过度捕捞等，使得珊瑚礁在全球范围内正在减少。外用防晒霜中的化学物质已被确认为对珊瑚健康的另一种威胁，一些沿海社区已禁止在防晒霜中使用某些紫外线过滤成分。不少防晒霜含有的一种常见成分会在珊瑚体内代谢，形成危害珊瑚生存的光毒素，加速这些濒危物种的消失。这项研究将指导人们设计、使用对珊瑚更友好的防晒霜。

 

绘制人体组织细胞类型

 

《科学》封面：人类细胞图谱（Human cell Atlas）。Science杂志第6594期封面文章报道了利用单细胞转录组学绘制人类细胞图谱，这为理解健康状态下人体细胞组成、基因表达的变化，以及理解基因在疾病中的作用提供了研究基础。人类对细胞如何形成不同的组织和器官，以及细胞之间如何相互作用的了解是有限的。科学家们分别报道了覆盖超过100万个细胞、包括500种细胞类型的单细胞转录组图谱，它们来自68个捐献者的30多个人体组织。这几项研究应用严格的本体论方法，一致性地注释、比较器官之间的单个细胞。

 

来自过去海洋的化石印记

 

《科学》封面：持久的印象。Science杂志第6595期封面文章报道了“幽灵”纳米化石的全球记录，揭示了浮游生物对高二氧化碳和变暖的抵抗力。在地球海洋的漫长演变中，浮游植物特别是位于海洋食物网底端的微藻，它们相互竞争阳光和营养，维持光合作用，并将无机碳转化为有机物。在历史上的变暖事件中，海水底部会出现“死区”：这里的氧气浓度很低，造成大量海洋生物死亡；浮游生物在这些时期依然大量繁殖，死后沉入海底。斯莱特（Slater）等人提供新证据挑战了假设，发现了极端海洋条件下的“钙化危机”。

 

“嫦娥五号”月壤矿物中首次发现存在高含量水

 

中国科学院地球化学研究所唐红、李雄耀团队针对“嫦娥五号”月壤样品开展研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。中国“嫦娥五号”任务在月球风暴洋东北部（43.06°N, 51.92°W）采集了1.731kg月壤样品，此采样点纬度高于以往美国阿波罗（Apollo）和苏联月球（Luna）任务的采样点。通过红外光谱和纳米离子探针分析，发现“嫦娥五号”矿物表层中存在大量的太阳风成因水，估算出太阳风质子注入为“嫦娥五号”月壤贡献的水含量至少为170ppm。结合透射电镜与能谱分析，揭示太阳风成因水的形成和保存主要受矿物的暴露时间、晶体结构和成分等影响。此研究证实了月表矿物是水的重要“储库”，为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。

 

快速太阳风暴事件传播演化的一体化图像

 

中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室刘颍研究组结合多视角与多波段的遥感成像观测，以及多点的就地测量数据，对此快速太阳风暴（CME）进行了从太阳源头、行星际传播到多点撞击的一体化研究。相关成果发表于《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）。CME是从太阳抛向行星际空间的大尺度磁化等离子体，具有很强的空间天气效应。快速CME及其激波到达地球附近时，可能引发强烈的地磁暴。2020年11月29日爆发了一个大的快CME事件。太阳风暴从太阳源头到行星际传播，再到对日球层影响的一体化物理图像研究，对提高空间天气预报能力具有重要意义。

 

“宏观”太阳领域研究

 

中国科学院云南天文台抚仙湖太阳观测与研究基地李可军等人在太阳活动/变化整体行为的长期演化研究（“宏观”太阳）领域取得重要进展。相关成果发表于《科学报告》（Scientific Reports）。黑子是太阳光球（肉眼看见的太阳）上最显著的、观测时间最长的活动现象之一；黑子蝴蝶图是对太阳观测取得的最具标志性的成果之一。综合对光球层上的色球及日冕层的多波段全日面长期观测，科研人员发现比光球背景冷的磁蝴蝶图上面的大气呈现为比背景热的蝴蝶图，由此将一个多世纪前的黑子蝴蝶图概念拓展为“蝴蝶体”。这也是磁场加热高层大气的显著的“宏观”证据（加热是全日球的，蝴蝶体是最显著的全球加热证据）。

 

日冕极紫外波与冕环相互作用的研究

 

中国科学院紫金山天文台张擎旻等人与南京大学合作团队结合太阳动力学天文台（SDO）、“羲和”号等卫星的多波段、高分辨率观测资料，详细研究了一个磁通量绳爆发过程。相关成果发表于《天体物理快报》（The Astrophysical Journal Letters）。自从1997年5月12日太阳和太阳圈探测器（SOHO）卫星搭载的极紫外成像（EIT）望远镜首次发现日冕极紫外波（coronal EUV wave）以来，关于它的研究一直是太阳物理领域的热点。EUV波引起冕环横向振荡的观测和研究很多，但是在垂直方向引起冕环振荡的报道却很少。相关模型预测EUV波与附近日珥也会有类似的相互作用，急需未来更多观测事例和磁流体力学数值模拟验证。

 

 “祝融号”巡视雷达首次揭秘火星乌托邦平原浅表结构

 

中国科学院地质与地球物理研究所陈凌等人与合作者对祝融火星车前113个火星日采集的长度约1171米的低频雷达数据展开了深入分析，获得了80米之上的高精度结构分层图像和地层物性信息。相关成果发表于《自然》（Nature）。2021年5月15日，我国“天问一号”携带的祝融火星车在乌托邦平原南部成功着陆。乌托邦平原是火星最大的撞击盆地。此项研究基于我国祝融火星车低频雷达数据，通过精细分析和成像，首次获得了着陆区浅表（<80米）结构与物性信息，提供了火星可能长期存在水活动的观测证据，为深入认识火星地质演化和环境、气候变迁提供了重要依据。

 

双黑洞引力波研究

 

中国科学院上海天文台韩文标等人通过计算由进动直接产生的引力波，发现了自旋进动的黑洞双星除了发出LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，激光干涉引力波天文台）已经探测到的、天文学家们已经熟知的旋近-并合-铃宕引力波外，还发出由于黑洞自旋进动直接辐射的引力波。相关成果发表于《皇家天文学会月刊快报》（MNRAS Letter）。日常生活中，任何有质量的物体加速运动都会产生引力波，但非常微弱。然而双黑洞“跳舞”就不一样了，它们会把时空搅得天翻地覆，辐射出强度足以被人类探测到的引力波。此项研究相关成果将为下一代引力波探测器对这一独特信号的观测潜力提供有力支撑。

 

发现太空跨尺度能量传输新机制

 

北京大学地球与空间科学学院宗秋刚团队提出在空间和天体等离子体中，跨尺度波动-粒子相互作用可导致能量从宏观尺度到微观尺度的快速输运。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communication）。通过分析美国国家航空航天局（NASA）的磁层多尺度（Magnetospheric Multiscale）任务获得的数据，发现空间中的离子可以同时和宏观尺度的超低频波、微观尺度的电磁离子回旋波相互作用。通过这一相互作用，能量首先从超低频波先传递到离子，然后从离子传递到电磁离子回旋波，最后通过电磁离子回旋波-离子回旋共振而耗散。与传统湍流串级模型不同，在这一跨尺度波动-粒子相互作用中，能量直接从宏观尺度传递到微观尺度，无需经过中间尺度的介导。

 

短周期食双星的磁活动行为研究

 

中国科学院新疆天文台刘进忠研究组利用南山一米宽视场望远镜（NOWT），对LAMOST释放的两颗短周期食双星进行后随观测，同时结合国际上多个巡天项目的实测数据，对其进行测光与分光研究，发现这两颗源均具有磁活动特征，并研究得到它们的基本参数及演化状态。相关成果发表于《天文和天体物理学研究》（Research in Astronomy and Astrophysics）。短周期食双星通常是由两颗具有晚型光谱型恒星构成的引力束缚系统，其光度会因两颗子星相互掩食而随时间发生变化。对跨度十余年的测光数据进行分析，并添加黑子模型的研究方法对实测数据进行最优拟合，发现两个目标存在黑子的出现、漂移及消失等现象。

 

中国恐龙蛋研究揭示恐龙灭绝新机制

 

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王强与地质与地球物理研究所、中国地质大学（武汉）等单位科学家合作，为解答恐龙灭绝之谜提出了新的认识。相关成果发表于《美国科学院院刊》（PNAS）。要回答好恐龙灭绝之谜，最为核心的还是要依托于恐龙在地球上生存的时空记录，但由于陆相地层记录的不完整性和区域差异，给这一问题的解答造成了全球对比上的困难。研究认为，在晚白垩世时期，随着自然生态系统和恐龙自身的协同演化，恐龙多样性发生了持续性衰退，降低了恐龙这个类群的环境适应能力，并导致其无法从由德干火山爆发或小行星撞击等重大灾害事件所引起的环境剧变中生存和复苏，从而最终走向灭绝。

 

干旱区盐渍农田土壤古菌群落特征研究

 

中国科学院新疆生态与地理研究所田长彦研究员团队针对天山北麓盐渍农田地区的古菌生物地理模式和驱动过程进行探索。相关成果发表于《土链》（Catena）。古菌群落丰度与土壤有机质和全氮含量呈正相关，古菌的多样性与盐分和铵态氮水平呈正相关。土壤因素和扩散限制共同决定古菌群落组成，土壤因素能更好地解释古菌的空间分布模式。在中等盐分浓度土壤中，古菌装配过程可从随机性效应过渡到高盐浓度土壤中的确定性效应为主，古菌群落在低盐和高盐土壤中因更强的确定性效应聚集在一起，形成更复杂的网络结构。在缺少古菌的情况下，整个共现网络的连通性显著减弱，表明古菌对于维持盐渍土中的微生物系统至关重要。

 

古代老虎基因研究

 

中国地质大学（武汉）赖旭龙与国内外合作者发现中国北方一支已灭绝且深度分化的老虎支系。相关成果发表于《英国皇家学会会刊B辑：生物科学》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）。大安虎不同于任何现生老虎，属于此前未知且现已灭绝的遗传支系，它所代表的遗传支系与现生老虎的祖先，在约26万年前就已分道扬镳。迄今为止，最古老的老虎化石发现于我国甘肃距今超过200万年的早更新世，其他中、晚更新世的虎化石也遍及东亚。在得到古DNA数据之前，消失的老虎支系的遗传信息，一直被尘封在破碎的、易被误读的化石中，古基因组研究使得绝灭的老虎支系“重见天日”，为系统研究提供分子依据。

 

树轮氧同位素记录的长江上游过去700年来极端水文事件

 

中国科学院地质与地球物理研究所安文玲等人进行树木年轮样品采集，建立了长江上游地区过去700多年来（1260—2017年）的树轮氧同位素序列。相关成果发表于《地球物理研究杂志：大气》（JGR-Atmosphere）。树木年轮有空间分布范围广泛、定年准确、分辨率高及复本量好等特点。与传统的树轮宽度指标相比，树轮氧同位素受到树木“年龄效应”的影响很小，可以保留更多的气候低频信号。季风区的树轮氧同位素受区域蒸发和降水氧同位素的影响，这些都与夏季（树木生长季）降水密切相关。同时，河流径流的变化也主要受夏季降水的影响。因此，树轮氧同位素可以用于河流夏季径流量变化的重建。

 

两种大蜜蜂跨越两万余年的分布区变化研究

 

中国科学院西双版纳热带植物园彭艳琼等探讨了全球气候变化背景下两种大蜜蜂的潜在分布区和可能的共存区，以及影响两种大蜜蜂分布的关键因子，从而为保护这两种重要的传粉昆虫提供科学依据。相关成果发表于《全球生态与保护》（Global Ecology and Conservation）。黑大蜜蜂和大蜜蜂是蜜蜂属中个体最大的两种，分布区明显不同，在部分地区重叠分布。季节性温度变化和最冷季均温是影响两种大蜜蜂分布的关键因子；从末次冰盛期到当前，黑大蜜蜂的适生区面积和适生指数均减少，而大蜜蜂的则是先减少后增加；从当前到未来，黑大蜜蜂的适生区面积和适生指数也在减少，而大蜜蜂在低排放情境下增加、极端排放情景下则减少。

 

南沙珊瑚岛礁发育演化研究

 

中国科学院南海海洋研究所颜文研究员团队开展了美济礁形成与演化历史研究。相关成果发表于《古地理学、古气候学、古生态学》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）。2017年在南沙群岛实施完成的“南科一井”科学钻探是南海南部第一口穿透礁体的全取芯科学深钻，也是目前世界岛礁全取芯深度最大的科学钻井。研究团队综合南沙美济环礁“南科一井”样品的锶、碳、氧同位素和矿物学、微体古生物学以及元素测试数据，将这个珊瑚岛礁的演化划分为多个阶段。研究认为，热带地区的许多珊瑚礁可能并不会长期持续繁荣生长，发育过程中沉积间断较频繁出现甚至有时可能持续数个百万年。

 

中亚人群迁徙和混合历史研究

 

中国科学院昆明动物研究所张亚平、彭旻晟和新疆医科大学程路峰等人合作，开展古代人群和当代人群的基因组测序研究。相关成果发表于《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）。研究发现，生活在帕米尔和周边瓦罕走廊的高原塔吉克人群基因组中含有小河人群的急性坏死性脑病（ANE）遗传组分；在平原塔吉克以及吉尔吉斯人群体中，以及其他中亚人群中则没有能检出这一组分。研究团队进一步构建了高原塔吉克人群体的混合历史，提出一个可能的情景：小河人群并没有完全湮灭，在放弃塔里木盆地的定居点后，向西迁徙到帕米尔高原，并与印欧语系人群发生了通婚融合。帕米尔高原成为小河人群最后的庇护所。

 

中华叉羽叶（种子蕨植物）在中国华南的新发现

 

中国科学院南京地质古生物研究所王永栋、祝幼华与国内外研究人员合作，深入分析了中华叉羽叶植物化石记录和时空分布特征。相关成果发表于《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。新发现的化石标本采集自四川广元和广东花都地区的晚三叠世瑞替期地层，距今约2.03亿年，保存有二次羽状复叶和角质层微细构造。新材料还展示出中华叉羽叶小羽片顶部特征具有明显的种内变异性。研究认为中华叉羽叶具有重要的地层时代指示意义，这一植物仅局限分布于中国晚三叠世的南方植物区，且在瑞替期最为繁盛，至今未在其他年代地层和地区有确凿的化石记录。

（本栏目责编：黄雪霜）