显生宙海洋与生物多样性热点地区在灭绝事件后的恢复

 

《自然》封面：印度尼西亚珊瑚礁的海洋生物艺术图。《自然》杂志第7919期特刊报道了化石记录海洋生物的多样性。研究团队结合化石记录与板块构造学和地球的环境条件，对海洋无脊椎动物的区域多样化提供了重要见解，利用新模型研究生物多样性如何在显生宙时期的生物大灭绝之后逐渐恢复。结果显示，在整个显生宙时期，全球不到2%的被水覆盖区域呈现出多样性水平达到饱和的迹象。随着泛大陆解体成后来的大陆，地球环境条件的稳定性让多样性热点地区得以发展，这也促进了晚中生代和新生代生物的多样性。

 

微波屏蔽的极性分子通过蒸发实现量子简并

 

《自然》封面：冷冻微波天线围绕在超冷分子周围的艺术想象图。《自然》杂志第7920期封面文章报道了超冷极性分子研究进展。极性分子气体比原子气体更适合用来探查量子效应，但它们首先需要充分冷却，而这很有难度。文章提出一种将极性分子冷却到位的方法，可使气体开始简并，且量子效应占主导。为此，研究团队用专门设计的微波场诱导排斥势垒，防止分子间出现会引发损失的反应。最后，这些分子能通过弹性碰撞充分冷却到21纳开尔文，产生由相互作用分子组成的三维偶极量子气体。

 

交友对收入的影响

 

《自然》封面：一个人的社交网络和社群——他们的“社会资本”。《自然》杂志第7921期封面文章报道了研究人员用脸谱网上210亿例友情的数据构建了一个社会资本图。研究团队测度了三类社会资本：不同类型人群间的关联度、社会凝聚性和公民参与度。他们发现，在不同社会经济阶层有更多来往的社区中成长起来的儿童，他们脱贫的概率会显著增加。团队随后分析了限制不同阶层社交来往的因素，结果发现，“缺少暴露”和“交友偏向”二者的贡献几乎相当。

 

细胞黏附逻辑

 

《自然》封面：一种镶嵌模式。《自然》杂志第7922期封面文章报道了4-bit黏附逻辑可实现多细胞界面普遍模式。细胞彼此黏附时会形成细胞间界面，这个过程通常由名为黏附素的黏附分子介导。利用合成黏附素对细胞间界面的形成进行工程改造并对之后的界面模式进行编程被证明难度很大。研究团队在大肠杆菌中构建了一个基于合成黏附素的此类系统，并根据四色定理，通过数学和实验方式证明只需4种黏附素就足以构建1种能产生任意界面模式的逻辑，有助于阐明多细胞系统的演化。

 

种间竞争限制了热带山区鸟类的活动范围

 

《科学》封面：鸟的可居住范围受到限制。《科学》杂志第6604期封面文章报道了竞争（而非气候）是狭窄海拔范围的主要驱动因素。物种的地理范围受到气候和物种相互作用的限制。气候是物种只生活在超级生物多样性的热带山区的狭窄海拔范围的主要因素，但竞争也会限制物种的海拔范围。研究人员通过在31个山区对鸟类的海拔范围大小进行全球比较测试，使用鸟类观察网440多万份公民的科学记录来定义每个地区的物种海拔范围。研究结果强调物种相互作用在热带山区形成物种活动范围的重要性，热带山区是地球上生物多样性的热点地区。

 

海洋授粉动物:动物介导海藻受精

 

《科学》封面：一种小等足类动物。《科学》杂志第6605期封面文章报道了一种红海藻使用等足纲甲壳纲动物来转移其雄性配子，极大地扩展了使用动物作为传粉者的物种的系统发育范围。学界长期以来持有海洋中不存在动物传粉行为的观点。文章对等足目动物和红藻的研究发现，这类微小海洋生物在游动时，这些藻类的精子会附着在动物身体表面，动物通过携带精子增加了红藻的受精率。这一发现提示动物介导的受精行为可能分别在陆地和海洋环境中独立演化出来，并可能在植物登陆之前就已经存在。

 

认识草的价值

 

《科学》封面：爱尔兰丁格尔半岛海岸沙丘上的马拉姆草，又称海滩草。《科学》杂志第6606期特刊报道了草作为主食的驯化，以及全球自然生态系统组成影响了人类历史的轨迹，需要对草原进行适当的恢复和保护。草类作为作物的驯化始于大约1万年前，并在今天继续优化对作物栽培有用的性状的遗传基础。除了耕地和牧场，草木生态系统覆盖了地球的大片区域，形成了陆地草地和海底草甸。草原创造和稳定肥沃的土壤、碳储存，生成氧气，为动物提供栖息地等。只要我们能充分认识到草类的多样性和价值，它们可为人类社会许多挑战提供解决方案。

 

个体追踪揭示夜间迁徙蛾的长距离飞行路径控制

 

《科学》封面：在德国康斯坦茨，一只装有小型无线电发射机的蛾子。《科学》杂志第6607期封面文章报道了飞蛾夜间迁徙的导航能力。研究人员在实验室里把一种大飞蛾饲养到成虫阶段，在释放之前做上标记：背上固定一个微型无线电发射器。无线电发射器很轻，只有0.2克，重量可能还不及大飞蛾一晚上进食的量，不会干扰它的飞行，同时供研究人员追踪记录位置。研究发现，它们有强大的导航能力，与鸟类不相上下，而且远不像人们想象的那样容易受到风力条件的影响。这类昆虫能够保持直线飞行，意味着它们很可能在飞行时有复杂的内部地图或指南针机制。

（本页期刊封面图来自《科学》官网）

 

科学家揭示过敏性鼻炎加重原因

 

上海交通大学医学院附属仁济医院检验科李敏课题组与美国国立卫生研究院迈克尔·奥托教授合作，证实了唾液链球菌通过与过敏性鼻炎患者鼻腔黏膜“Muc5ac蛋白”结合，促进其黏附定植和富集，并加重过敏性鼻炎的炎症反应。相关成果发表于《自然·微生物学》（Nature Microbiology）。过敏性鼻炎是临床常见的慢性鼻炎类型之一，致病因素众多，发病机制复杂，全球20%～40%人口受过敏性鼻炎困扰。近几年，越来越多研究者开始关注鼻腔菌群与过敏性鼻炎的关系。筛选鼻腔菌群标志物并确定其功能，对过敏性鼻炎的发生发展发挥关键作用，这将为临床诊断、鉴别诊断以及更精准的疗效评估提供实验室依据和靶点。

 

揭示中国遗传性脑小血管病血脑屏障水交换率变化特征

 

首都医科大学附属北京朝阳医院放射介入影像中心杨旗教授团队发现血脑屏障功能损伤可能是两种杂合突变脑小血管病共同的病理改变，其可能独立于老化因素，在脑小血管病的疾病进程中发挥重要作用。相关成果发表于《脑》（Brain）。脑小血管病是引起脑卒中和痴呆最重要的原因之一，随着全球人口老龄化进程，脑小血管病负担日益增多。然而，脑小血管病病理生理机制尚不明确，目前尚无有效的早期诊断及疗效监测手段，这给其防治带来了巨大挑战。结果显示，在两种类型的遗传性脑小血管病患者中，无论是全脑还是额叶、颞叶、基底节等与血管性认知障碍相关的脑区均出现了血脑屏障水交换率的减低。

 

雷帕霉素是甲状腺相关性眼病病因治疗的重要突破

 

西安交通大学第一附属医院内分泌代谢科施秉银教授、王悦博士团队发现雷帕霉素通过抑制CD4+细胞毒性T淋巴细胞改善甲状腺相关性眼病。相关成果发表于《临床研究杂志》（The Journal of Clinical Investigation）。甲状腺相关性眼病是自身免疫反应介导的眼眶炎症性疾病，表现为眼球突出、疼痛、视力受损等。甲状腺相关性眼病的现有治疗主要针对中重度活动期患者，给予糖皮质激素广泛抑制免疫及炎症反应，药物治疗效果不明显或视力迅速恶化的患者需手术治疗。研究证实雷帕霉素能够通过靶向CD4+CTL细胞，不仅将甲状腺相关性眼病小鼠的发病率从87.5%降低至37.5%，还有效改善了激素耐受的甲状腺相关性眼病患者的复视症状和临床活动评分。

 

长期空气污染可提高抑郁和焦虑风险

 

北京大学劳动卫生与环境卫生学系高旭课题组对来自英国生物银行的老年研究人群，进行了一项横断面和前瞻性研究，以探索空气污染与抑郁和焦虑之间的风险。相关成果发表于《环境健康展望》（Environmental Health Perspectives）。文章利用英国生物银行的空气污染和遗传易感性的详细记录，构建空气污染指数，以探究暴露于多种空气污染物在多大程度上与更大的抑郁和/或焦虑负担有关，评估可能的基因-空气污染相互作用，并阐明了5种主要空气污染物与抑郁和焦虑这两种常见的精神障碍的单独和联合关联。

 

铌酸锂光子学:解锁电磁波谱

 

北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室、北京大学纳光电子前沿科学中心的常林研究员及合作者系统回顾了铌酸锂作为产生和控制不同波段电磁波材料的发展历史，并对铌酸锂未来的应用前景做出展望。相关成果发表于《科学》（Science）。铌酸锂是一种关键的光子材料。由于其材料本身的大电光、压电和非线性效应的特性，以及具有商业上普遍供应的光学质量晶圆的优势，非常适合被用于产生和控制各种频段的电磁波。几十年来，共出现了3种铌酸锂光子平台，分别为块状晶体、弱约束波导和紧密约束波导。综述文章对铌酸锂在光子学的发展进行了系统分析和展望。

 

在电子线路中实现霍普夫绝缘体

 

武汉大学物理科学与技术学院教授余睿课题组与中山大学物理学院副教授严忠波课题组合作，在电子线路物态中实现霍普夫绝缘体方面开展了最新研究。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。2008年，科学家发现一类两能带绝缘体模型，它们虽然属于三维A类，但是它们的能带结构具有非平凡的拓扑性质，由数学中的霍普夫数刻画。因此，这类绝缘体被命名为霍普夫绝缘体。由于霍普夫绝缘体具有很多独特的性质，如独特的拓扑表面态，量子化的拓扑磁电效应等。通过精心设计，研究人员将霍普夫绝缘体的理论模型映射成三维霍普夫电子线路网络，并获得系统表面和体内的频谱结构。

 

开发自响应可变机电性能材料

 

中国科学技术大学工程科学学院张世武教授研究团队与英国、澳洲合作者联合，成功开发了一种可以响应外界机械载荷和电信号变化从而自主调节机械刚度、电导率和灵敏度的新型复合材料。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。联合研究组开发了一种由镍微米颗粒、低熔点菲尔德合金和聚合物基体组成的复合导电弹性体。归功于不规则镍颗粒和FM颗粒形成的多填料导电网络，这种材料的电导率可在包括压缩、拉伸、扭转、弯曲在内的机械载荷下指数增强超过1000万倍。通过将这种材料的可调节电阻/刚度特性相结合，研究组开发了一种可用于机械臂关节的可变刚度多轴柔性补偿器。

 

激子-声子的量子干涉研究进展

 

中国科学院半导体研究所谭平恒、张俊等与国内外合作者开展了少数层二维半导体（WS2）中暗激子与边界声学声子的量子干涉研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。于库伦屏蔽减弱，低维半导体材料的光学性质主要由激子决定。除了为大家熟悉的可通过光学上直接跃迁来观测的亮激子外，暗激子却难以直接观测。暗激子的复合往往需要其他元激发如声子等的协助，因此共振拉曼散射是比较理想的研究暗激子等的实验手段。文章从对称性角度分析了平面内剪切模声子，以及边界声学声子和暗激子耦合的物理机制，揭示了声子振动方向以及激子对称性对它们之间耦合的重要角色。

 

全球野火天气反馈机制研究

 

南京大学大气科学学院教授丁爱军团队最新研究发现，作为全球重要自然灾害的野火不仅受气象条件影响，而且其所排放气溶胶的辐射效应也可改变气象要素，由此产生天气尺度的正反馈机制显著增强全球不同沿海地区的极端野火事件。相关成果发表于《科学》（Science）。野火直接危害人的生命和财产安全，特别是燃烧排放的污染物、具有辐射特性的气溶胶和温室气体。文章通过分析过去20年全球不同野火燃烧区的卫星观测数据，发现野火不仅是传统认识上的受气象条件的调制，燃烧排放的气溶胶也可经由复杂的反馈过程显著改变影响火行为的风速、湿度和降水等关键气象参数，进而增强野火的蔓延和扩张并产生更强的环境健康效应。

 

青藏高原地气之间水热通量交换的时空变化规律研究

 

中国科学院青藏高原研究所地气作用与气候效应团队研究员马耀明等人与合作者，基于青藏高原多圈层地气相互作用过程观测网络平台开展了新研究。相关成果发表于《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。青藏高原巨大的抬升地形可接收大量太阳辐射，形成独特的热力干扰源，对区域大气循环和亚洲季风进程产生重要影响。青藏高原热力作用主要通过地表和大气之间能量和水分的交换过程实现。因为环境复杂，青藏高原地气之间水热通量交换的时空变化规律存在诸多不确定性。新研究模拟青藏高原地气相互作用过程，特别强调风吹雪过程、积雪过程、冻土过程的重要性以及区域气候模式与陆面模型耦合等。

 

适用于巨灾风险评估的中国登陆台风降水参数化模型

 

中国气象局上海台风研究所陈佩燕等人综合考虑动力和热力因子，通过引入坡度、粗糙度和衰减距离，基于复杂地形的影响，通过螺旋雨带等非对称参数化方案优化极端降水强度的模拟。相关成果发表于《应用气象学与气候学杂志》（Journal of Applied Meteorology and Climatology）。我国是世界上受台风灾害影响最严重的国家之一，评估台风暴雨风险对我国巨灾风险管理和防灾减灾具有重要的现实意义。文章建立了适用于巨灾风险评估的中国登陆台风降水参数化模型，模型综合考虑动力和热力因子，通过引入坡度、粗糙度和衰减距离，考察复杂地形的影响；同时通过螺旋雨带等非对称参数化方案优化了极端降水强度的模拟。

 

近期中太平洋和超强厄尔尼诺事件增强的机制研究

 

中国科学院大气物理研究所胡开明、李熙晨等人与合作者发现全球变暖和年代际内部变率协同效应导致近期中太平洋和超强厄尔尼诺事件增加。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。厄尔尼诺是发生在热带太平洋海温异常增暖的一种气候现象，影响全球气候和极端天气。深入分析历史厄尔尼诺演变有助于我们深入理解和认识厄尔尼诺演变的原因和机制，同时也有助于理解全球变暖下的厄尔尼诺对我国气候带来的影响。文章所发现的结果表明全球变暖可能使超强型厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺的发生概率增加，从而显著影响我国东部气候，这也进一步强调了减排和碳中和的重要性。

 

全球首个婴幼儿视功能损伤手机智能筛查系统

 

中山大学中山眼科中心林浩添教授团队联合国内外23家医院、高校和企业，研发全球首个婴幼儿视功能损伤手机智能筛查系统，为破解婴幼儿视功能损伤及相关眼病早期筛诊难题提供有效技术手段。相关成果发表于《自然·医学》（Nature Medicine）。0～4岁婴幼儿处于视功能发育的关键时期，这个阶段发生的眼病如果不能及时干预治疗，很可能导致患者长达几十年低视力甚至致盲。国家疾控中心数据显示，全国5000万0～4岁婴幼儿中，眼病发病率高达9.11%，早筛早治是提高婴幼儿视功能预后的关键。然而由于此年龄段婴幼儿尚无法配合现有视功能检查，研发婴幼儿视功能筛诊技术可以对视功能损伤及相关眼病进行早筛早治。

 

复杂网络和大脑连接体中的几何同构、贪婪导航性和短视传输

 

清华大学脑与智能实验室复杂网络智能中心凯龙等人提出一种测量复杂互联系统内变量空间、几何形状和导通性间关系的快速算法，通过分析网络隐含几何理解大脑等复杂系统。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。当前，大脑网络结构已经可以在三维空间中可视化，但塑造大脑结构的变量数量非常多，其中，年龄和性别是已知变量，许多变量虽未知却仍可在大脑网络形态中找到踪迹。因此，研究者们尝试去测量某个网络形态与其隐含几何之间的同构程度。同时，这个同构程度还可以用作区分脑网络不同状态或健康状况的标志性指标。

 

“智能活菌机器人”研发成功

 

华东理工大学生物工程学院、生物反应器国家重点实验室叶邦策教授团队开发出生物标志物响应的智能益生菌，用于诊断、记录和改善炎症性肠病。相关成果发表于《细胞宿主与微生物》（Cell Host & Microbe）。研究团队开发出一株工程化智能益生菌。这个工程菌系统集成3个模块（荧光报告模块、碱基编辑记录模块和药物表达分泌模块），能够在体内同时执行诊断、记录和改善炎症性肠病的功能。利用工程学方法，研究人员通过元件开发及基因线路重编程等手段，构建具有诊断疾病或靶向治疗疾病的“智能活菌机器人”，可实时感应人体环境的疾病信号并调控下游基因线路，实现感知、传导、计算及反馈的一体化功能。

 

信息提取研究新突破

 

复旦大学计算机科学技术学院张奇、黄萱菁团队提出可用已有的信息提取数据集，实现提高模型在当前场景的性能的同时大大减少所需要的标注样本数目，建立结构化提取任务的统一迁移学习框架。相关成果发表于《国际计算语言学会议》（International Conference On Computational Linguistics）。自然语言处理研究是用人工智能来处理、理解以及运用人类语言。信息提取是自然语言处理的一个应用广泛的分支，从非结构化文本中自动提取结构化信息。比如在线客服自动回复机制、网络信息监测系统及人工智能机器人的对话机制等，其对商业、医学、通信、审计、媒体、政府等多种文字密集型行业应用领域产生了重要作用。

（本栏目责编：黄雪霜）