预测森林的未来

 

《自然》封面：泰国康卡沾国家公园清晨的雾气。《自然》杂志第7923期封面展示了一系列论文的合集，主要关注森林在全球变暖下的脆弱性和潜在修复力。前3篇论文主要聚焦北美地区，探讨了北方物种如何应对气候变暖和干旱，分析了温带落叶阔叶林的树干生长时间，揭示了白云杉向北极苔原的迁移情况。热带方面，一篇论文研究了亚马孙地区磷可用性的影响；一篇论文评估了造成热带树木死亡率上升的原因；另一篇论文，通过结合卫星成像与机器学习，指出地球森林的恢复力正在不断下降。

 

拥有高气体溶解度的微孔水

 

《自然》封面：“多孔”的水。《自然》杂志第7924期封面文章报道了一个新的系统，这个系统可制造永久“多孔”的水，让气体能以高浓度存储于液体中。研究团队通过实验，让定制的多孔纳米晶体悬浮于水和其他水溶液中。这些固体的内表面拒斥水分子，有着“干燥”的孔穴，可以从周围液体中吸收气体。这使得这一系统能够存储大量气体，包括氧气和二氧化碳，而且气体浓度远高于仅使用水时能达到的水平。这项工作或许对生物医学很有意义，因为高度富氧的水或可作为血液的代用品。

 

火山机构破裂引起无先兆火山喷发

 

《自然》封面：刚果（金）尼拉贡戈火山的开放熔岩湖在灾难性排空前的景象。《自然》杂志第7925期封面文章报道了火山喷发这类事件的预测难度极大，应更加注意微小的前兆信号，并事先做好准备。火山喷发前期的特征通常包括地球物理学和地球化学信号，这些信号是早期预警系统的基本要素。不过，尼拉贡戈火山喷发并未遵循这个规律。尼拉贡戈火山的侧面在2021年5月22日出现裂缝，随后便开始了几乎没有任何预警的6小时喷发。研究模拟显示，这次喷发是由火山机构破裂引起的，并随即导致地下约500米处一个25千米长的岩墙出现岩浆侵入。

 

非洲最古老恐龙揭示早期恐龙分布受到抑制

 

《自然》封面：一只新发现恐龙的艺术想象图。《自然》杂志第7926期封面文章报道了古生物学家在津巴布韦新发现的恐龙化石。这是一种植食性恐龙，可追溯至2.3亿年前。这一蜥脚类恐龙遗骸是一组晚三叠世化石的一部分，其中包含了非洲已知最古老的恐龙。研究发现，这些恐龙遗骸与在南美和印度同纬度带发现的类似脊椎动物的遗骸相关，表明这些恐龙的分布与气候屏障有关。这符合干湿气候带沿东西向贯穿泛大陆的观点，表明这些早期恐龙的分布曾限制在泛大陆南部，直到这类气候屏障开始缓解。

 

通过加速光保护恢复提高大豆光合作用和作物产量

 

《科学》封面：正在发育的大豆豆荚。《科学》杂志第6608期封面文章报道了大豆中超表达的3个基因进行的工程改造。光合作用中光能的吸收必不可少，而过量吸收的光能会对植物造成损伤。为了适应自然环境中光强不断变化的情况，植物进化出多种光保护机制，以耗散吸收的多余光能。研究团队构建了一种转基因大豆，在重复的田间试验中，其在波动光下的光合效率会随之提高，5个独立转化植株中的种子产量最高增加了33%，而且种子蛋白质和油含量没有改变。未来在全球粮食安全方面，可以考虑通过提高光合效率来持续提高作物产量。

 

遗传交叉

 

《科学》封面：科学家描绘的这一图片是受青铜时代艺术的启示，显示不同古代文明下的人们在西亚和东南欧之间传播基因。图中从左至右描绘的分别是迈锡尼人、米诺斯人、赫梯人、亚美尼亚人、乌拉尔人。《科学》杂志第6609期封面展示了一系列论文的合集，文章作者向大家分享了遗传交叉相关的研究进展。作者们分析了1317个跨越1万年的古代基因组，以揭示这些区域之间的多种联系，而这些联系在现代DNA中往往是不可见的。因此，基因组数据有助于正确理解人类历史。

 

解析大脑演化关键过程

 

《科学》封面：以墨西哥美西螈为代表的具有可再生能力的动物。《科学》杂志第6610期封面文章用单细胞转录组学分析了两栖动物和爬行动物的大脑神经元。比如，绘制鬃狮蜥的全脑细胞图谱，描绘发育中的和成年蝾螈的端脑，研究蝾螈发育和再生过程中的端脑等。相关研究有助于深入了解为什么蝾螈的大脑保留了再生能力，而哺乳动物大脑失去了再生能力，以及在进化过程中大脑结构的创新是如何产生的。结果表明，脊椎动物的大脑并不是由一组新旧区域组成，而是由保守的和新的细胞类型组成的“马赛克”。

 

家驴的基因组历史和全球扩张

 

《科学》封面：一头来自约旦佩特拉的驴子驮着货物穿过崎岖不平的山地。《科学》杂志第6611期封面文章报道了驴的驯化历史。几千年来，驴对人类一直很重要，是许多文化中工作和运输的主要来源。驴是长途运动的必备驮畜，尤其是在半干旱和高地环境下。与马不同，人们对驴的起源和驯化知之甚少。托德等人对现代驴和古代驴的基因组进行测序，发现了7000多年前起源于非洲东部的证据，随后在非洲和欧亚大陆分离和分化了谱系。文章还揭示了沙漠化对不同群体之间的差异及驴的饲养的影响，包括选择大体型和近亲繁殖的做法。

 

新冠病毒感染20个月后的后遗症特征与干预建议

 

北京大学第六医院陆林院士团队联合武汉市武昌医院在武汉市建立了基于社区的新冠康复者随访队列。相关成果发表于《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）。新冠病毒在全球肆虐，数亿的新冠感染者在急性期症状消失的数月后仍面临长期后遗症的困扰。文章针对2020年感染致病性较强的原始毒株的康复者的后遗症进行分析，发现新冠病毒感染20个月后，部分康复者仍为后遗症所困扰，需要根据不同的后遗症类型开展针对性的康复干预措施，从而使康复者尽快恢复正常功能。文章针对不同严重程度后遗症的康复者提出不同的康复干预措施，相关建议对目前致病性较低的奥密克戎株感染者后遗症的康复有一定参考意义。

 

病原细菌跨界感应植物信号的分子机制

 

中国科学院微生物研究所贾燕涛研究团队与遗传发育所刘鑫团队合作，揭示病原细菌跨界感应植物信号的分子机制，拓展了我们对病原菌-植物相互作用的认识。相关成果发表于《分子植物病理学》（Molecular Plant Pathology）。野油菜黄单胞菌中的一个同源蛋白通过感知植物葡萄糖分子，激活下游致病基因表达，显示病原菌利用宿主信号分子调控自身基因表达的跨界调控模式。这个蛋白氮端含有一个新的葡萄糖结合口袋，上面有3个氨基酸位点，对于与葡萄糖的结合和启动子的结合都是至关重要的。研究发现的蛋白葡萄糖结合口袋在多种植物相关细菌中具有保守性，即这类细菌建立了一种新的跨界信号通路。

 

揭示共生菌对造血干细胞和祖细胞发育的调节作用和机制

 

上海交通大学药学院经莉莉团队利用斑马鱼模式动物探究了共生菌对胚胎造血干细胞和祖细胞发育的调节及作用机制。相关成果发表于《细胞报告》（Cell Reports）。造血干细胞和祖细胞是具有自我更新和分化产生所有类型血细胞的起始细胞，其形成受到细胞内外多种因素的动态精准调控。肠道共生菌作为重要的环境因素，影响宿主多种生理过程，包括调节成年机体中造血干细胞和祖细胞的稳态。研究发现，不同细菌对造血干细胞和祖细胞发育发挥不同作用，并且与这个细菌调节免疫细胞生长的作用相独立。肠道菌调节造血干细胞和祖细胞发育的作用与其诱导造血干细胞和祖细胞微环境中炎症因子的水平直接相关。

 

穿山甲携带的一株中东呼吸综合征簇冠状病毒具备潜在跨种感染风险

 

中国科学院武汉病毒研究所与广州实验室、广西医科大学、北京化工大学、复旦大学等单位合作，在穿山甲中发现了一株新型中东呼吸综合征簇冠状病毒，并证实这个病毒可利用人受体和宿主蛋白酶入侵细胞。相关成果发表于《细胞》（Cell）。中东呼吸综合征冠状病毒是一种高致病性新发冠状病毒，主要在中东国家暴发流行。文章作者石正丽等人提出蝙蝠冠状病毒“外溢”到穿山甲的有力证据，揭示穿山甲的冠状病毒在发生了适应性进化后，存在进一步跨种到人的风险，并指出穿山甲对于蝙蝠冠状病毒跨种传播的重要性。结果表明，穿山甲可能是蝙蝠冠状病毒的中间宿主，在蝙蝠冠状病毒由自然宿主到人的传播链中起到关键桥梁作用。

 

研制全天然仿木气凝胶

 

中国科学技术大学俞书宏院士团队利用天然生物质和天然矿物为原料，制备了一种具有优良隔热和耐火性能的纯天然仿木气凝胶。相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。木材具有低密度、低导热、良好的机械性能和可持续性等特性，用途广泛。为解决目前材料的不可持续性问题，开发低成本、低能耗、环保的新型构筑基元将对仿木气凝胶的发展起到至关重要的作用。新制造的这种全天然仿木气凝胶的隔热和防火性能优于天然巴沙木和大多数商业海绵，有望成为现有商业隔热材料的理想替代品，其天然的原料来源和低能耗低排放的制备工艺使得这种气凝胶具有良好的生物降解性和可持续性。

 

新型超高强钢的设计制造

 

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室王国栋院士/袁国教授研究团队，在超高强钢铁材料增塑机制及组织创新设计方面取得新进展。相关成果发表于《科学》（Science）。强度和塑性的同时提升是钢铁领域长期以来的重大难题，尤其当强度达到2000兆帕级别时，塑性出现断崖式下降，均匀延伸率普遍低于10%。其根本原因在于传统马氏体的初始高密度位错难以继续增殖，且无序排列的几何取向结构微观塑性变形极不均匀，容易产生局部应力/应变集中。新研究针对2000兆帕级马氏体超高强钢塑性低的问题，创新提出“马氏体拓扑学结构设计+亚稳相调控”协同增塑新机制，成功制备出系列低成本新型超高强钢。

 

数码合成高分子的数据储存应用及展望

 

上海交通大学系统生物医学研究院董瑞蛟研究团队撰写综述论文，系统性评述了近十年数码合成高分子在信息储存领域的研究进展。相关成果发表于《化学学会评论》（Chemical Society Reviews）。人们对信息的写入、读取和存储的高通量技术的要求越来越高，随着传统硅基信息器件局限性的显现，人们开始寻找数据存储的替代品。数码合成高分子在高效编码、解码、编辑、擦除、加密和修复数据等各个方面都表现出更优越的性能，广泛应用于数据存储、分子信息学、分子识别、编码产品标签和防伪技术等。文章根据聚合物的种类对数码合成高分子进行分类，并从编码、解码、编辑、擦除、加密和修复等方面概述了这类高分子材料的特征。

 

开发具有耐受温度变化的高效钙钛矿太阳能电池

 

河南大学材料学院李萌教授团队和德国科学家合作，开发出高效耐变温钙钛矿太阳能电池。相关成果发表于《科学》（Science）。自2009年钙钛矿太阳能电池研究首次被提出，其光电转换效率得到了迅速的发展。截至目前，其效率几乎与工业化应用的晶体硅太阳能电池相当。但在日夜温差巨大的实际环境中，温度变化会引发卤化物钙钛矿材料的相变和晶格应变，致使器件性能迅速衰减直至损坏，这是目前制约钙钛矿太阳能电池走向应用的关键挑战和难题。文章揭示了β-聚（1,1-二氟乙烯）可以有效改善钙钛矿薄膜结晶性能、钝化薄膜晶体表面界面缺陷、优化钙钛矿界面能级排列、促进载流子传输，从而提升这个结构钙钛矿器件光电特性。

 

鄂西南武陵山区发现腹水草属植物新物种

 

中国科学院武汉植物园胡光万研究团队在鄂西南武陵山区的坪坝营国家森林公园，发现了一个腹水草属（草灵仙属）植物新种，并将其正式命名为武陵腹水草。相关成果发表于《植物研究》（Botanical Studies）。腹水草属为车前科婆婆纳族多年生草本植物，约20种，除一种间断分布于北美东部外，其余皆产自东亚地区；我国原记录分布有13种，且大多数为我国特有种。这一属植物为重要的药用资源，全株可入药，富含多种药用活性成分，具有抗氧化、抗菌消炎、防癌功效，特别在治疗血吸虫引起的腹水病方面效果尤佳。同时本属植物也是优良的园林观赏资源，可作为林下地被或花坛景观栽培。武陵腹水草野生资源亟须保护。

 

发现光周期调控植物种子大小的普遍性规律

 

中国科学院华南植物园胡一龙、侯兴亮等人揭示了光周期对种子发育的直接调控作用。相关成果发表于《自然·植物》（Nature Plants）。作为自然界中最稳定的环境因子，光周期广泛调控植物生长发育的多个方面，人们对光周期影响植物开花及其背后的分子机制已有较为清晰的认识，但其如何影响花后发育尤其是种子发育仍不清楚。研究者选取6种具有不同光周期特性的植物，包括长日照植物百脉根、豌豆和拟南芥以及短日照植物大豆、红小豆和菜豆，观测其在不同光周期条件下的种子表型。进一步研究揭示光周期调控植物种子大小的普遍性规律，为环境因子直接影响种子发育的机理提供新的见解和依据。

 

揭示黄瓜雌蕊育性调控新机制

 

中国农业大学园艺学院张小兰团队开展了子房表达的基因调控黄瓜花粉管穿出研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。被子植物授粉后，花粉管携带两个精细胞沿着雌蕊内传输通道向胚囊延伸的过程中，会接收到来自雌蕊或胚珠各种信号物质的诱导，因此花粉管在雌蕊内的移动是定向而受到精准调控的。文章对花粉管在雌蕊内的延伸过程进行了详细阐释，在黄瓜中划分和标识了胚珠前导向、花粉管“穿出”和胚珠导向等过程，把其中重定向过程命名为黄瓜花粉管“穿出”。进一步研究发现，子房横切显示浓密的花粉管像是停滞在外侧通道并不向末端通道的胚珠处延伸，表现出花粉管“穿出”缺陷。

 

评估植被变绿对全球地表温度的影响

 

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业遥感团队李召良等人，基于长时序卫星遥感产品评估了植被变绿生物物理反馈对全球地表温度的影响。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。由于人类活动的直接和间接影响，自20世纪80年代以来地球经历了广泛的植被变绿。这种植被变化过程可以改变地表的反照率或地表和大气之间水热交换效率，进而改变全球温度的上升趋势。当前，植被变绿的生物物理反馈对地表温度的影响已经被广泛研究，但是北方高寒地区植被变绿是否导致区域变暖仍存在争议。文章根据不同的气候及地理分区探究了植被绿化在区域尺度被低估的强大气候缓解作用。

 

 “张衡一号”卫星在电离层等离子体泡内发现静电离子回旋波

 

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李磊等人给出了令人信服的证据，即等离子体泡内存在离子回旋波。相关成果发表于《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）。赤道等离子体泡是电离层F层的等离子体空腔结构，由日落后F层底部的电子耗空区向顶部抬升并向两极扩展而形成，经常伴随有电磁场的扰动。火箭、卫星对等离子体泡的原位探测已有数十年的历史。然而，受到多普勒效应等因素的影响，来自等离子体泡的电磁场信号往往难以分析。文章借助“张衡一号”卫星较为完备的场和粒子测量，通过综合分析电磁场、等离子体观测数据，确认电离层等离子体泡内存在静电离子回旋波。

 

微裂纹尖端挠曲电场演化过程实验研究

 

华中科技大学航空航天学院邓谦教授团队与西安交通大学李群教授及申胜平教授团队合作，基于力学加载下微裂纹尖端应变梯度场的变化规律，提出一种在微纳米尺度下实时观测挠曲电场演化过程的方法。相关成果发表于《纳米通讯》（Nano Letters）。挠曲电效应是指介电材料中应变梯度和电极化之间的耦合。这种独特的机电耦合效应近年来引起了力学、材料等领域的广泛关注。由于挠曲电效应具有尺寸依赖性，其作用效果在微纳尺度下更显著。文章首次通过直接方法观测到了微裂纹尖端附近挠曲电极化及表面电势的演化过程。此外，这个方法还为挠曲电电子学、挠曲电光伏效应等多物理场现象的研究提供了新思路。

 

重子-介子相互作用研究进展

 

北京航空航天大学物理学院耿立升教授团队及其国际合作者在强相互作用力的本质研究中取得重要进展。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。重子-介子散射过程不仅本身蕴含丰富的物理现象。文章发展了协变重子手征微扰理论，系统计算了赝标介子与八重态重子相互作用的散射振幅，同时对有关散射数据进行了分析，发现理论能够很好描述实验数据。在此基础上，考虑到非微扰效应，文章提出在协变手征有效理论的框架内，同时考虑微扰和非微扰过程，利用所有反应道的重子-介子散射数据对相互作用进行约束，得到了首个全局的次次领头阶协变重子-介子散射振幅。

 

二维材料在表面声波诱导下产生的新效应

 

南京航空航天大学国际前沿科学研究院刘衍朋教授团队与合作者系统叙述了表面声波在石墨烯和过渡金属硫化物等二维材料中所诱导的新奇物理现象。相关成果发表于《纳米视野》（Nanoscale Horizons）。表面声波是在固体表面内传播的一种准二维声波，表面声波所携带的动态应变场和压电场决定了二维激子和声子之间的相干操纵和转换，是一种简单有效的激子动力学调控新手段。文章综述了表面声波与二维材料的基本耦合特征，分为动态应变场所诱导的第Ⅰ类带边调制和压电场所诱导的第Ⅱ类带边调制。随后，文章重点总结了二维材料中声电效应、声伏效应、声学激子调制和输运、相干声学声子等新奇物理现象的最新研究进展。

（本栏目责编：黄雪霜）