光竞争驱动食草动物和养分对植物多样性的影响

《自然》封面：增加土壤养分或驱走绵羊这类放牧家畜会降低草地的植物多样性。《自然》杂志第7935期封面报道了植物物种对光的竞争是导致植物多样性降低的一个关键因素。研究团队以德国草地为研究对象，利用放置在近地面高度的灯抵消高大植物旺盛生长所产生的遮荫效应。他们发现，虽然增加养分和赶走食草动物会促进高大植物的生长，降低光照水平，减少多样性，但使用近地面光照或能抵消这些效应，从而有助维持多样性。研究结果表明，本土和家养食草动物都可以帮助保护草地的生物多样性。

 

利用机器学习评估供电对民生的影响

《自然》封面：美国航空航天局地球观测站。《自然》杂志第7936期封面文章报道了卫星图像和机器学习的结合能填补数据空缺，开展公共政策的制定和评估。在世界上许多地区，缺乏经济受影响数据阻碍了对公共政策的制定和评估。研究团队主要研究了乌干达电网的扩张情况。研究团队利用卫星图像和当地关于家庭财富的调查数据，成功训练了一个神经网络，这个网络能预测全国家庭受到的经济影响，包括那些近期接入电网的家庭。研究结果肯定了乡村接入电力和资产财富之间存在着正因果关系。

 

超慢速模式切换实现对哺乳动物大脑空泡型腺苷三磷酸酶的调控

《自然》封面：哺乳动物大脑神经细胞内一个突触囊泡上的空泡型腺苷三磷酸酶（大型蓝色结构）。《自然》杂志第7937期封面文章报道了单个天然突触囊泡中的腺苷三磷酸酶动力学。腺苷三磷酸酶能泵送质子实现跨细胞膜转运，在神经元中，这个过程对于将神经递质装进突触小泡至关重要。通过对单分子水平上的质子泵送进行成像，研究团队得以发现腺苷三磷酸酶并不是连续泵送，而是在3种不同模式之间切换：质子泵送模式、非活跃模式、质子泄漏模式。研究结果或许揭示超慢速模式切换在蛋白质调控中具有更广泛的生物学作用。

 

基于量子处理器的可穿越虫洞动力学

《自然》封面：全息虫洞。《自然》杂志第7938期封面文章报道了科学家利用九量子比特在量子计算机中实验性地实现了相应的量子动力学，从而复制了一个可穿越全息虫洞的动力学。这是最终实现在实验室中研究量子引力理论的前期步骤。由于广义相对论和量子力学在根本上存在互不相容性，因此人们很难就量子引力理论达成共识。在同一个量子芯片中，研究团队建立了两个纠缠的量子系统。他们在其中一个系统输入一个量子比特，并观察到另一个系统产生的信息具有可穿越虫洞的预期引力特性。

 

一种高性能液态金属基的导电弹性体

《科学》封面：聚合物中液体金属粒子的通用组装构建弹性印刷电路板。《科学》杂志第6620期封面文章报道了一种高导电和坚韧的液体金属基弹性导体。研究者通过声场作用于液体金属-聚合物复合材料，形成了包括一个长程有序组装的液态金属粒子网络。这种结构可以实现高变形下材料电阻变化几乎不变。这种方式可以在各种聚合物基质中生成液态金属粒子网络。由于分散的液体金属仍保持微米甚至纳米级的颗粒状，因此这个材料不会发生液体金属的泄漏。这种合成方式的柔性电子材料可以满足多种柔性电子设备的性能需求。

 

晶体管的故事

《科学》封面：1959年9月9日，在法国巴黎凡尔赛展览中心举行的第21届广播电视展上展示的一台便携式收音机。《科学》杂志第6621期封面文章报道了晶体管发展历史。70多年前晶体管的发明刺激了通信、计算、控制系统、仪器仪表和其他技术的创新。集成电路的发展催生了一场持续不断的竞赛，即不断增加芯片上晶体管的数量，降低每个晶体管的成本和能耗。晶体管发展成为现代集成电路是庞大的研究人员和工程师团队努力的结果。如果能明智地使用晶体管，它还能继续扩展科学和技术应用范围。

 

细胞工程

《科学》封面：唤起细胞工程强大高效的潜力。《科学》杂志第6622期特刊报道了科学家们在细胞工程方面的努力。几十年来对生物调控机制的基础研究揭示了细胞信号系统的基本原理和特征模块性。现在，研究人员可以赋予细胞新的或修改的传感器，以唤起期望的细胞反应。在细胞内部，可以对逻辑电路进行编程，对特定的线索做出适当的反应。通过这种方式，细胞或细胞群可以变成诊断和治疗药物的武器库，能够找到它们的目标并启动与自然生物调节系统非常相似的行动。研究细胞工程能增强人类对控制复杂生物系统的基本理解。

 

黄石公园下面有什么

《科学》封面：黄石国家公园下正在喷发的间歇泉。《科学》杂志第6623期封面文章报道了黄石火山口下地下深处的岩浆堆积研究成果。黄石火山是一座活跃的超级火山，下次喷发时将造成大规模破坏。科学家使用全波形地震成像技术来绘制火山下融水的位置和数量。假设黄石公园的岩浆系统是一个广泛分布的熔融晶体，他们估计部分熔融比例为16%～20%。融冰量最大的地方大致就在之前火山爆发的深度范围内。然而，融化的量远远低于在不久的将来任何时候大规模喷发所需的量。如果情况开始急剧变化，全波形地震成像技术能对地下的持续监测提供清晰的画面。

 

时空可分辨全局性解析蛋白质-DNA相互作用新方法

中国科学院上海药物研究所陈小华课题组和谭敏佳课题组合作，实现了对蛋白质-DNA动态互作、包括弱相互作用的转录因子-DNA的时空动态性深度解析。相关成果发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）。蛋白质与DNA的相互作用在生物学过程中发挥着关键作用。精确解析蛋白质-DNA相互作用能够揭示二者相互识别机制和动态变化，对于深入理解生理和病理条件下基因的调控机制至关重要。这项研究为全局性深度解析蛋白质-DNA的时空动态互作提供了一种新方法，以目标DNA序列为探针的互作蛋白质结合活性分析策略，有望用于解析目标DNA序列中不同的碱基修饰与蛋白质相互作用的研究。

 

研发脂质体纳米药物用于乳腺癌的光动力/免疫联合治疗

中山大学附属第三医院纳米医学中心帅心涛教授团队与超声科任杰教授团队合作，开发了一种脂质体纳米药物，通过联合二氢卟吩e6介导的光动力治疗与盐酸多西环素诱导的自噬抑制和线粒体功能障碍，实现“冷肿瘤”乳腺癌高效的光动力/免疫联合治疗。相关成果发表于《小》（Small）。免疫疗法变革了癌症的治疗方式，并在某些类型的癌症中取得了显著的临床治疗效果，但大多数实体瘤还是存在免疫原性差、抗原呈递缺陷以及细胞毒性T淋巴管浸润效率低下等问题。研究聚焦肿瘤免疫治疗前沿，利用纳米药物的多药递送及协同治疗优势，开发常用抗生素多西环素的抗肿瘤作用，丰富了多西环素的临床适用范围。

 

C14位官能团化甾体的化学酶法合成

武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院、泰康生命医学中心周强辉课题组与药学院瞿旭东课题组合作，发展了一种高效通用的制备C14官能团化甾体的合成策略。相关成果发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）。甾体药物是仅次于抗生素的第二大类守护人民生命健康的药物。现有研究表明，C14官能化甾体普遍表现出较好的生物活性，具有临床药物开发潜力。现有的化学合成策略制备碳14（C14）官能化甾体通常需要在特定官能团的辅助下进行，底物范围十分有限，反应条件也较为苛刻，严重阻碍了相关的甾体新药研究。新研究策略仅需6～7步就完成了一个强心苷类天然产物及其3种非对映异构体的高效合成。

 

新型萘醌类天然产物的全合成

中国医学科学院药物研究所合成药物化学研究室许述团队实现了复杂笼状活性萘醌类天然产物（“Naphthospironone A”）的全合成。相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。“Naphthospironone A”是2010年科学家从锡尾矿碱性土壤中的极端微生物拟诺卡氏属放线菌的培养液中分离得到的复杂活性天然产物。药理活性筛选发现这一分子展现出抗菌和抗肿瘤双重活性，具有潜在的新药开发价值。其化学结构具有复杂的刚性笼状骨架、高度的氧化态及多个手性中心（其中5个连续相连）。研究以17步最长线性步骤序列完成了这一复杂药物分子的首次全合成。

 

丙烯电催化氧化制1,2-丙二醇

中国科学技术大学耿志刚等人通过构筑一种具有可逆动态互变结构的分子催化剂，打破对关键中间物种的线性标度关系，实现对丙烯高效电催化氧化制1,2-丙二醇过程。相关成果发表于《美国化学会》（Journal of The American Chemical Society）。1,2-丙二醇是一种理想的化工原料，广泛应用于生产不饱和聚酯树脂、药品和防冻剂等。在传统制备过程中需使用高污染的氯气作为氧化剂，且环氧丙烷水解需在高温或强酸性环境下进行。相比之下，一步法丙烯电催化氧化制1,2-丙二醇不仅可以简化制备工艺，且反应以水为氧源，避免了氯气的使用，进而有效缓解传统工艺中高污染、高能耗等诸多问题。

 

光催化甲烷无氧偶联转化新研究

华东理工大学化学与分子工程学院王灵芝教授和张金龙教授课题组在甲烷光催化转化领域取得最新研究进展。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。甲烷是地球上储量最丰富的含碳资源，同时也是比二氧化碳具有更显著温室效应的气体。随着甲烷开采量的增大及大气中浓度的逐年提升，将甲烷转化为更具价值的化学产物，能减少甲烷泄漏及热值燃烧造成的温室效应。此项研究阐明了基于固体表面受阻路易斯酸碱对的甲烷碳-氢键极化位点的设计原理，深入解析了光激发下活性位点的增强机制，为无贵金属辅助的高效甲烷转化光催化剂的结构设计提供了新的视角。

 

二氧化碳催化转化新研究

中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室崔新江研究员和德国莱布尼茨催化研究所科研人员合作，通过精细调控还原温度构筑出对二氧化碳加氢制甲酸具有高活性，同时能有效促进甲酰胺产物脱附的双功能氧化亚铜/铜界面位点，实现了脂肪族伯胺和二氧化碳/氢气反应制备甲酰胺。相关成果发表于《德国应用化学杂志》（Angewandte Chemie International Edition）。实现二氧化碳到高附加值化学品的增值转化、变废为宝，是当前二氧化碳化学转化领域的重要课题。在清洁还原剂氢气存在下，二氧化碳和胺类化合物还原耦合制备甲酰胺是当前二氧化碳高值化利用的一条重要途经。

 

生物质光催化转化制备合成气

中国科学院大连化学物理研究所生物能源研究部生物能源化学品研究组王峰研究员团队与大连理工大学王敏研究员团队合作，受邀发表了生物质光催化转化制备合成气的综述文章。相关成果发表于《化学研究述评》（Accounts of Chemical Research）。文章报道了多项成果，比如，光催化生物质制合成气过程；构建表面质子受体和半共格异质界面，促进硫化镉上合成气的生成；建立一种生物质光催化可控氧化重整策略，促进一氧化碳的生成；揭示二氧化钛上生物质光催化氧化重整的晶面效应，实现选择性调控；建立一种光电催化系统，实现阴阳两极分别析出氢气和一氧化碳。文章最后分析问题和挑战，并对未来的发展方向进行展望。

 

“女娲”中国人群基因组计划发布第三项成果

中国科学院生物物理研究所徐涛院士团队和何顺民研究员团队解析中国人群基因组微卫星变异图谱。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。“女娲”中国人群基因组计划旨在构建中国人群的全基因组数据资源，并全面解析中国人群基因组遗传变异。在此之前，计划2021年发布中国人群有关基因及非编码基因功能丧失型变异图谱，以及首个中国人群特异的大规模高深度单倍型参考面板；2022年系统分析和挖掘了5675人的全基因组数据（含“女娲”中国人群数据2998例），发布全球人群移动元件变异图谱，构建了目前含中国人群数目最多的全球移动元件变异资源。近期发布的是第3项工作，聚焦于短串联重复序列。

 

中国蛇类DNA条形码参考数据集发布

中国科学院昆明动物研究所车静研究员、张亚平院士等与宜宾学院郭鹏教授、安徽师范大学黄松教授等合作，首次系统性构建了中国蛇类DNA条形码参考数据集，对中国蛇类多样性进行了评估。研究涉及228个已知物种，占已描述物种的80.6%，覆盖了中国大部分区域。相关成果发表于《分子生态资源》（Molecular Ecology Resources）。我国具有丰富的蛇类物种多样性，已知现存的蛇类有283种，隶属18科65属（截至2020年12月31日），占世界总蛇类种数的8%左右。虽然我国蛇类物种数量仍然在不断增加，由于对蛇类资源的过度开发利用，加之栖息地遭破坏、非法的收集和蛇类贸易等，中国蛇类面临严重的威胁。

 

棉蚜对吡虫啉的抗性研究

中国农业大学梁沛教授团队开展了肠道共生菌鞘氨醇单胞菌介导重要农业害虫棉蚜对吡虫啉的抗性研究。相关成果发表于《生物学期刊》（BMC Biology）。棉蚜是一种世界性分布的重要害虫。长期以来，化学防治一直是防治棉蚜的主要手段，造成棉蚜对多种不同类型的杀虫剂产生不同程度的抗性。近年来，昆虫共生菌介导的宿主对杀虫剂的抗性，引起了全世界的广泛关注。研究表明，昆虫共生菌可通过直接对有毒物质进行代谢或间接介导宿主的解毒酶或相关基因的表达，进而影响昆虫的解毒代谢功能。研究通过16S扩增子测序发现，吡虫啉抗性品系棉蚜肠道中的鞘氨醇单胞菌的丰度显著高于敏感品系。

 

发现非洲猪瘟病毒新型毒力基因

中国农业科学院上海兽医研究所陈鸿军领导的动物生物安全共性技术团队与国内其他单位合作，发现一种非洲猪瘟病毒新型毒力基因，解析了其抑制宿主抗病毒蛋白质合成的分子机制。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。非洲猪瘟是由非洲猪瘟病毒感染猪引起的一种急烈性传染病，在我国被列为一类动物疫病。非洲猪瘟病毒基因组庞大，至少可编码150种病毒蛋白，功能未知的蛋白超过50%。这给非洲猪瘟病毒致病机制研究带来了极大困难。论文筛选并鉴定了非洲猪瘟病毒编码的免疫抑制基因 I73R ，深入研究I73R蛋白调控宿主抗病毒蛋白合成的分子机制，进一步阐明了非洲猪瘟病毒分子致病机制。

 

利用地基广角相机阵探测伽马射线暴的瞬时光学辐射

中国科学院国家天文台辛立平等人联合国内外科研人员利用位于国家天文台兴隆基地试运行中的地基广角相机阵，成功探测到一例伽马射线暴（GRB 201223A）的瞬时光学辐射及其向极早期余辉的转变过程。相关成果发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）。伽马暴源于大质量恒星晚期坍缩或双中子星并合瞬间伴随着新生黑洞或磁陀星的极端相对论喷流，短时间内辐射出巨大能量，包括喷流内激波导致的爆发瞬时辐射和喷流撞击外部介质产生的余辉。典型的高能暴发仅持续毫秒到几十秒，很难做到实时跟进。由于伽马暴发生在时间和空间上的随机性，相关研究将为研究极端相对论喷流、暴周环境及前身星特性提供独特数据。

 

利用射电望远镜直接探测暗光子暗物质

中国科学院紫金山天文台黄晓渊研究员与清华大学、北京大学研究人员合作，提出利用射电望远镜直接寻找暗光子暗物质的新方法。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，它具有引力作用但不发光，占据了宇宙总能量的27%。暗光子暗物质可以在地面上的射电望远镜的反射板或偶极天线上引起电子振荡，从而在望远镜的探测器上产生单频射电信号，其辐射频率与暗光子质量根据质能方程转换得到的特征频率相同。科学家利用我国500米口径球面射电望远镜的观测数据，在1～1.5GHz寻找暗光子暗物质产生的信号，给出了这个频率范围内对暗光子暗物质的最强实验限制。

 

“史上最亮”伽玛射线暴的甚高能辐射机制研究

中国科学院云南天文台毛基荣和王建成研究员采用相对论电子在小尺度无序磁场辐射的理论模型开展研究，通过等离子体朗道阻尼效应约束辐射的最高能区。相关成果发表于《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)。伽玛射线暴是宇宙中爆发最为剧烈的高能天体。伽玛射线暴研究，包括中心引擎、磁化动力学和辐射机制等研究方向，是当前高能天体物理研究的前沿和热点。在相关理论研究中，研究人员创造性地将这一辐射机制作为相干辐射进行甚高能辐射计算，得到辐射流量，从理论上创新性地解释了这一“史上最亮”伽玛射线暴的甚高能辐射特征。此外，这一研究结果揭示了伽玛射线暴是可能的高能宇宙线加速器。

 

利用玫瑰图叠加法研究疏散星团分层结构

中国科学院新疆天文台艾力·伊沙木丁研究员、张余研究员等人基于盖亚数据创新性提出玫瑰图叠加法，对太阳附近500pc范围内的疏散星团样本三维分层结构进行研究。相关成果发表于《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）。疏散星团的形态研究可以为追溯星团的形成机制提供观测证据，也有助于理解星团的演化过程。疏散星团在二维投影面上的形态大多符合核-壳结构，这种分层结构不确定是否真实存在于三维空间中。玫瑰图叠加法不但可以定量描绘疏散星团的形态，还可以为甄别疏散星团样本的三维结构提供方法支撑。星团三维分层结构背后的物理机制、形成星团三维分层结构的条件等问题还需做进一步研究。

（本栏目责编：黄雪霜）