为飞机播种设计的自动覆土播种器

 

《自然》封面：能自行钻地的播种器。《自然》杂志第7948期封面文章报道了使用薄木片制作的一种可生物降解的播种器，这个播种器有3个卷曲的尾巴，可在受潮时展开。在农业和重新造林中使用无人机或飞机播撒植物种子能快速覆盖大面积区域，以及难以进入的区域。但是飞机播种的发芽率相对较低，因为这些种子没有覆土，很容易被风吹走或被吃掉。这个人造播种器经过两个触发周期后，在平地上有80%的成功率能让种子埋入地下，而另一种牻牛儿苗属种子在这一地形的成功率几乎为零。文章指出，他们的播种器还能用于播撒肥料、菌类甚至传感器。

 

韦伯望远镜数据揭示了神秘的新世界

 

《自然》封面：美国航天局的韦伯空间望远镜发射升空。《自然》杂志第7949期封面文章报道了依托韦伯望远镜开展深空研究的最新成果。成果一共有5篇论文，经过分析韦伯望远镜的数据，展示了这个望远镜在揭示系外行星新细节方面的强大能力。研究团队利用韦伯望远镜上不同仪器，如近红外相机、近红外光谱仪、近红外成像仪和无缝光谱仪，仔细研究了命名为“WASP-39b”的系外行星大气，分别报道了水、二氧化碳、一氧化碳、钠和钾的特征，确定了云的性质，并找到了二氧化硫存在的证据。

 

非洲旱区树木个体的次大陆规模碳储量研究

 

《自然》封面：新发现物种的活体艺术想象图（包括主龙类动物）。《自然》杂志第7950期封面文章报道了撒哈拉以南非洲近10亿棵树木的目录。旱区生态系统中的树木在碳循环中起到重要作用，但缺少关于其数量和分布的广泛数据。研究团队使用机器学习扫描了高分辨率卫星图像，覆盖近1000万平方千米的区域，制作了每棵树的树干量、枝叶量、根量和碳储量的免费数据库。根据年降雨量，他们将旱区分为4个区域，发现在最干旱的地区树木个体能够存储51千克的碳，在降雨最多的地区则上升至98千克。

 

21世纪近海浮游植物水华加剧扩大

 

《自然》封面：2017年发生在阿拉斯加沿海的一次藻类水华。《自然》杂志第7951期封面文章报道了科学家绘制的近海水域水华分布和趋势的综合地图。浮游植物水华是指微小藻类在水系统表层的聚集。虽然能为其他生物提供食物和营养，但它们也会导致严重的环境问题。研究团队分析了美国国家航空航天局在2003年至2020年拍摄的76万张卫星图像，发现在153个沿海的国家中，126个国家的近海有水华。研究发现，2003年至2020年，受水华影响的水域面积扩大了13.6%，而且这一水华频率的增加与海洋环流变化和海平面温度上升有关。

 

一种可调节的反射器

 

《科学》封面：远洋甲壳类动物幼虫中闪闪发光的“眼睛”。《科学》杂志第6633期封面文章报道了远洋甲壳类动物幼虫的眼睛色素里发现了由一种光子玻璃纳米球组成的光学反射器，通过调整纳米球的大小和顺序，实现从深蓝色到黄色的反射率，保持视觉灵敏度的同时将自身隐藏在不同的栖息地中。通过控制颗粒的大小和顺序，生物体将它们的眼睛反光与它们原生栖息地的水色相匹配，这使得它们不太容易被捕食者发现。新发现提出一种在空间有限的组织中产生显著的、可调的颜色和光操纵的机制，这种反射镜的构造也为工程光学材料提供了灵感。

 

实验室里的小行星

 

《科学》封面：日本“隼鸟2号”宇宙飞船从小行星“龙宫”表面采集样本。《科学》杂志第6634期封面文章报道了“龙宫”陨石样本的实验室分析结果，包括元素丰度、同位素比率、矿物学、有机分子等5项研究。小行星是太阳系形成过程中遗留下来的物质，所以它们的样本可以提供早期发生过程的信息。“隼鸟2号”小行星探测器是日本宇宙航空研究开发机构发射的“隼鸟”的后继探测器。“隼鸟2号”从附近的小行星“龙宫”上收集了大约5克的物质，并将其带回了地球。科学家们对样品的实验室分析已经确定了小行星的组成、形成过程和演化历史。

 

葡萄进化史中的双驯化和性状起源

 

《科学》封面：葡萄的驯化历史和性状起源。《科学》杂志第6635期封面文章报道了全球3525种栽培和野生葡萄品种的遗传变异研究。在更新世，由于生存环境的持续破坏，恶劣的气候促使野生葡萄生态型的分离；大约在11000年前，人类在西亚和高加索地区驯化野生葡萄并产生了鲜食和酿酒葡萄。随着早期农民分散到欧洲，西亚的驯化品种与古老的西方野生生态型相融合，在新石器时代晚期沿着人类迁徙的轨迹演化为麝香葡萄和独特的西方酿酒葡萄祖先。文章通过驯化性状的分析也提出了对浆果适口性、雌雄同体性、麝香味和浆果颜色选择的新见解。

 

蜜蜂也具备“言传身教”的能力

 

《科学》封面：学跳舞的蜜蜂。《科学》杂志第6636期封面文章报道了蜜蜂舞蹈的社会信号学习。研究表明，蜜蜂用舞蹈语言实现复杂精准的信息交流。幼蜂跟随有经验的“舞者”并向其学习，它们表演的舞蹈就能更好、更准确地交流位置信息；相反，幼蜂没有跟随有经验的“舞者”学习，它们表演的舞蹈就差、不能准确地交流位置信息。但随着经验的积累，这些蜜蜂对方向的交流能力会得到改善，但它们对距离的交流不会变好。蜜蜂舞蹈就像人类、鸟类等脊椎动物的语言交流，新手向有经验的个体学习，比它们自己独自摸索能更好地获得技能。

 

实现碳中和对增强和稳定太阳能及风能协同效益的研究

 

中国气象科学研究院大气成分与环境气象研究所（碳中和监测与评估中心）王志立、雷亚栋等与国内外科学家合作，从全球视角综合评估了深度脱碳的碳中和情景约束下，未来气候变化对太阳能和风能潜力及其时间波动性的影响。相关成果发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change）。文章揭示全球碳中和驱动的人为排放减少将给一些地区（尤其是亚洲）带来更强且更稳定的太阳能和风能的协同效益，反过来又将加速传统能源向清洁能源的转型，从而形成一个有利的人类-自然反馈循环。成果可为开展碳中和约束下气候变化对全球太阳能和风能潜力的影响评估及未来跨区域和跨来源的可再生能源有效规划提供科学依据。

 

气候变暖可能导致欧亚大陆寒温带落叶松林的生长下降

 

北京师范大学江源、杜恩在、董满宇、崔雪峰等与国内外合作者创建了一种基于温度等级的温度时间序列构建方法，解决了落叶针叶树种在超短生长季条件下，生长-气候关系易受年内温度波动干扰的难题，显著提高了树木生长-气候关系探测的敏感性和稳定性。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究团队探测到落叶松分布区范围内广泛的生长-温度响应信号，使生长-温度响应关系的显著率从原来的约70%提高到现在的约95%，更新了对北温带明亮针叶林树木径向生长与气候关系的相关认识。落叶松树木生长对温度的负响应具有明显的生物地理格局，其出现概率随纬度和海拔的升高而降低。

 

海洋碳-14有机地球化学研究

 

中国海洋大学包锐教授团队利用碳-14加速器质谱测定深海有机碳年龄，认为陆源老化有机碳降解矿化等过程影响了深海有孔虫碳-14年龄特征。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。末次冰消期以来，海洋通风变化在深海碳封存和释放方面起着关键作用，影响着百年至千年时间尺度上的气候演变。研究团队通过对北大西洋高纬深海沉积物中有机碳样品开展深入研究，发现了某一期间北大西洋冰阀碎屑带内存在巨量的陆源老碳输入深海。近代冰川融化每年向深海输送碳，在这一时期的冰筏碎屑事件内存在巨量老碳输入深海后降解，影响到了深海碳酸钙的碳-14年龄。

 

多种物理过程方案对我国西藏自治区气温和降水的预报性能评估

 

中国科学院青藏高原研究所刘莲、马耀明等人利用自主构建的“青藏高原多圈层地气相互作用立体综合观测研究平台数据库”，从地气相互作用角度对不同物理过程的预报能力进行了释义。相关成果发表于《大气研究》（Atmospheric Research）。西藏自治区平均海拔4000米以上，是青藏高原的主体部分。西藏自治区的地形条件十分复杂，数值预报模式中各物理过程对相关地区气温和降水预报的敏感性及机理解释仍不确定，给当地业务部门准确预报天气带来了巨大挑战。研究揭示了不同物理过程方案在西藏天气预报中的敏感性，探讨了不同方案的影响机制，为业务数值预报模式改进提供了理论参考。

 

揭示黔金丝猴身世之谜

 

云南大学于黎研究员团队和四川大学刘建全教授团队合作，揭示了灵长类动物黔金丝猴的杂交起源和其独特毛色产生的分子机制。相关成果发表于《科学》（Science）。黔金丝猴可能是由滇金丝猴/怒江金丝猴的祖先与川金丝猴在约180万年前杂交而起源的新物种。杂交物种形成事件可能导致了黔金丝猴黑灰色与金色相间的“马赛克式”毛色性状。研究人员成功鉴定到一系列可能在黔金丝猴杂交物种形成过程中发挥了重要作用的毛色性状相关的候选基因，并提出黔金丝猴独特的毛色性状很可能促进了与两个亲本的合子前生殖隔离，使其继续独立演化并最终形成新的物种。这是首次在灵长类哺乳动物中报道的杂交物种形成机制。

 

发现调节放弃、退出或终止不成功行为的神经环路

 

复旦大学脑科学研究院那德课题组与顾宇课题组合作，发现了调控长期不可控环境下行为转换的神经环路、递质和受体。相关成果发表于《神经元》（Neuron）。文章建立了两个与放弃、退出和/或终止不成功行为有关的全新小鼠模型，小鼠长期暴露在具有不可控结果的环境中，其行为会从行动到不行动逐渐转变。研究证实，这种行为转变不是由疼痛脱敏、肌肉疲劳、快感缺乏或习得性无助引起的。大脑中的去甲肾上腺素能神经元活动反映了不可控的信号，但并不调节行为的转变。眶额叶皮层中的抑制性神经元，而不是兴奋性神经元或星形胶质细胞，是行为转变的主要调节者。

 

跳钩虾在海陆变迁进程中形态和遗传趋同演化

 

中国科学院动物研究所侯仲娥研究员和李枢强研究员团队揭示了跳钩虾从海洋到陆地演化的时空动态，以及形态和遗传等适应特征的趋同演化。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。跳钩虾栖息在海洋、潮间带、陆地、高山等不同环境，是一个连续的登陆体系。文章整合动物地理、基因编辑，提出跳钩虾海陆转变的演化模式和驱动因素，揭示了海陆转变过程中呼吸器官的形态变化和潜在的遗传基础，证实了基因调控甲壳动物附肢外叶的发育，包括钩虾的鳃、水溞的背甲及昆虫的翅，为理解生物的海洋起源和陆生适应的演化创新提供了现生生物的视角，为宏观生物地理和形态演化研究提供了新的范式。

 

不同基因型小尾寒羊卵泡中颗粒细胞生长发育的分子机制

 

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所储明星团队揭示了不同基因型绵羊颗粒细胞自噬的分子机制，为解析小尾寒羊个体间产羔数差异形成的分子机制提供了新视角。相关成果发表于《松果体研究杂志》（Journal of Pineal Research）。卵泡颗粒细胞包裹在卵母细胞表面，为卵母细胞排卵提供养分和必要的生长微环境。研究发现，细胞自噬相关基因家族成员的基因通常在自噬增强时表达水平上调，褪黑素可通过其抗氧化特性抑制细胞自噬。基于系列分子生物学试验，研究人员发现突变型小尾寒羊和野生型小尾寒羊卵泡颗粒细胞的自噬水平存在显著差异，对不同基因型卵泡颗粒细胞自噬的调控可能对绵羊生长发育和激素分泌有重要影响。

 

一种具备微创手术能力的高精度、低电压脉冲场消融器件

 

上海交通大学电子信息与电气工程学院刘景全教授、上海交通大学附属胸科医院心内科副研究员秦牧等人合作，在植入式生物医学微系统器件的心脏脉冲场消融领域取得新进展。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。心房颤动是常见的心律失常，60岁以上的人有1%会出现房颤，导致心跳加快或混乱、疲劳、呼吸短促和胸痛等多种症状，并增加卒中风险。导管消融术是治疗有症状、药物难治性房颤患者的有效方法。传统的热消融术可能会伴随食管损伤、膈神经损伤和肺静脉狭窄等不良事件。与之相比，脉冲场消融使用电脉冲引起非热能的不可逆电穿孔并诱导靶细胞死亡，不会改变组织的整体结构或影响其他细胞类型。

 

揭示成人遗传性脑白质病疾病谱

 

首都医科大学附属北京天坛医院神经病学中心张在强教授团队描述了成人遗传性脑白质病致病基因型与表型谱系、病理学分类及临床特征。相关成果发表于《脑》（Brain）。研究团队连续纳入2014—2021年期间就诊于附属北京天坛医院的309例临床疑诊为遗传性脑白质病的成人患者。所有患者均进行了系统的临床和影像学特征评估，所有入组患者均进行了全外显子组测序，部分疑诊线粒体疾病、神经元核内包涵体病或强直性肌营养不良的患者分别进一步完善线粒体基因组测序、相关基因动态突变检测。研究成果为成人遗传性脑白质病疾病的诊断和临床研究提供了重要的基本理论和分类方法，对临床诊疗及遗传咨询具有重要意义。

 

克服肿瘤免疫耐受增强免疫疗效新方法

 

中国科学院上海药物研究所于海军课题组发现前药纳米囊泡可以同时阻断先天性和获得性免疫耐受通路，协同促进免疫排斥型肿瘤的免疫治疗，有望为免疫治疗提供新思路。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。科研人员开发了多种新型免疫治疗策略，显著激活抗肿瘤免疫效应。然而，胰腺癌和三阴性乳腺癌等免疫排斥型肿瘤具有免疫原性低、肿瘤内T淋巴细胞浸润不足及免疫抑制性肿瘤微环境等特征，严重制约现有治疗方案的疗效。文章系统开展了小鼠水平的抗肿瘤药效评价，研究结果表明，递送前药纳米囊泡可以有效抑制多种免疫排斥型肿瘤生长、转移和复发。

 

实现四嗪生物正交反应的超分子调控

 

北京大学药学院刘涛课题组与南方科技大学蒋伟课题组合作，提出四嗪生物正交反应活性可逆调控的策略，并进行相关生物医学应用。相关成果发表于《化学》（Chem）。生物正交化学反应是指能够在生物体系中进行且不会与天然生物化学过程相互干扰的一类化学反应。其中四嗪参与的生物正交反应被广泛应用于生命医学研究。对四嗪的反应活性进行简便、无毒且高效的调控，是亟待解决的科学难题。团队提出的策略通过萘管主体与四嗪客体的分子识别来调控四嗪的生物正交反应活性。萘管能以高亲和力识别各种生物分子上的苯基四嗪，从而以可逆的方式有效地抑制它们的生物正交反应活性。

 

国产新型光学卫星研发能力新突破

 

中国科学院空天信息创新研究院李正强团队联合国内外团队提出了一种通用的地表反射率重建方法，提升国产新型光学卫星全球地表、大气快速解耦系统能力。相关成果发表于《环境遥感》（Remote Sensing of Environment）。我国新型光学卫星的全球地表、大气解耦依赖气溶胶光学参数的高精度反演，而气溶胶卫星遥感反演的难题之一是构建稳定的地表约束。传统气溶胶遥感算法中地表约束的构建通常需要长时间卫星观测数据的积累，这为国产新型光学卫星在轨观测初期的地气高精度解耦带来了挑战。文章提出通用地表反射率重建方法，成功应用在国产高光谱观测卫星（高分5号02星）搭载的高精度偏振扫描仪上。

 

逐步刺激诱导逐级响应智能材料

 

西北工业大学黄维院士团队纪雷教授课题组开发了一种高级加密及高精度追踪材料。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。这是一种全新的基于1，3，6，8-吡啶基取代芘的逐步刺激诱导的逐级响应材料，这一材料体系的响应行为不仅严格依赖于刺激源的类型，更关键的是与刺激源的施加顺序也紧密相关。与传统的刺激响应或多功能刺激响应材料相比，新材料在高精度密码学和高级逻辑门领域有着十分广阔的应用前景。研究成果为开发新一代刺激响应材料打开了一扇大门，为设计具有逐步刺激逐步响应特性的分子提供了策略，也为高精度追踪材料的开发及多功能高级逻辑门的制备提供了新的思路。

 

应力调控多铁薄膜的铁磁性起源研究

 

南京航空航天大学李伟伟等人与国内外科学家合作，发现在张应力作用下钙钛矿型钴氧化物薄膜中存在有序氧空位和长程调控六氧化钴的氧八面体旋转双重效应，有效地削弱了晶体场劈裂能，促使钴离子进入有序高自旋态，从而表现出长程铁磁性。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。关联氧化物量子材料中多种序参量/自由度（电荷、自旋、轨道和晶格）之间的耦合能够产生丰富的物性和新奇的电子态，是研究新材料、新原理和新器件的模型体系。文章揭示了外部参数如何调控晶体场劈裂能、有关交换能及d轨道价带宽度之间的微妙竞争，从而在钴基氧化物外延薄膜中诱导出多铁物性，为构筑低功耗自旋电子器件提供备选材料。

 

揭示非晶氧化镓原子结构与热输运性质的相关性

 

清华大学航天航空学院曹炳阳教授课题组针对非晶氧化镓体系，揭示了非晶氧化镓的原子结构特征、热输运性质及“结构-热输运性质”内在影响机制和定量关系。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。借助具有量子力学精度的机器学习势函数模拟熔化—淬火过程对非晶材料进行原子尺度的准确建模，并使用相关模型理论对非晶氧化镓的热导率进行研究。结果表明，基于随机结构搜索和玻尔兹曼能量图采样而自动生成的机器学习势可以准确地预测非晶氧化镓的结构和热导率，同时揭示出非晶氧化镓的热导率由模态相干作用主导，类声子的模态传播作用对热导率的贡献可以忽略。