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来源： 发布时间：2024-10-09
恢复顶级捕食者可减缓海岸生态系统的地貌衰退
《自然》封面：美国加州沿海的海獭。《自然》杂志第7997期封面文章报道了恢复加州一处盐沼的海獭种群能减缓这一地区的盐沼衰退。海獭这个物种属于顶级捕食者，但曾被捕猎至濒临灭绝。一直有观点认为，恢复顶级捕食者会对植被生态系统产生级联效应，但这个问题存在争议。研究团队对埃尔克霍恩沼泽监测了数十年，发现盐沼边缘的侵蚀随着海獭种群增加而减缓，因为海獭能够捕食破坏沼泽的穴居蟹。这是一种自上而下的效应，增加了沼泽边缘的强度，减少了沼泽的侵蚀。因此，恢复顶级捕食者或对脆弱的海岸生态有积极作用。
捕食者死亡的意外效果
《自然》封面：美国得州科珀斯克里斯蒂湖发现鱼类大规模死亡。《自然》杂志第7998期封面文章报道了湖泊系统内的捕食者大规模死亡实际上能稳定食物网，掩盖捕食者减少的影响。类似鱼类大规模死亡事件变得日益常见，但捕食者死亡对食物网的全面影响一直不明。在本期研究中，科学家们构建了一个有浮游植物、浮游动物（以浮游植物为食）和鱼（以浮游动物为食）的人造湖泊环境。当鱼死后，浮游动物没有因捕食者减少而大量繁殖，腐烂后的死鱼反而成了浮游植物的肥料，增加了浮游植物的数量，稳定了食物网。
亚马孙雨林系统的临界转换
《自然》封面：巴西马托格罗索州某地区亚马孙雨林的一个雾蒙蒙的清晨。《自然》杂志第7999期封面文章报道了气候和土地利用强迫或使得亚马孙雨林最早在2050年越过临界点。亚马孙雨林占地球生物多样性的10%，是重要的碳储库，能帮助稳定地球气候。研究团队利用古记录、气候模型和观测数据研究了导致水强迫的5个原因：全球变暖、年降水量、降水量的季节性强度、旱季长度和森林砍伐。研究结果显示，10%～47%的亚马孙雨林将面临可能导致这一生态系统转换的水强迫，或使其在2050年后突破临界点，从而使整个生态系统走向崩溃。
“烟雾报警器”
《自然》封面：吸烟者。《自然》杂志第8000期封面文章报道了136种环境因素对1000名受试者免疫反应的影响。每个人的免疫系统对挑战的反应都不一样。这在很大程度上是年龄、性别和基因的结果，但生活方式等环境因素也可能起作用。在本研究的所有因素中，吸烟具有显著影响，既影响先天（一般）免疫，也影响适应性（病原体特异性）免疫。虽然对先天免疫的影响在戒烟后消失，但对适应性免疫的影响在戒烟后持续多年，比如会改变感染后释放的细胞因子水平。研究结果对发生感染或自身免疫性疾病等的风险具有潜在的临床意义。
亚马孙河可能永远改变气候变化
《科学》封面：2023年10月，一场创纪录的干旱降低了巴西特菲市附近的亚马孙河水位，露出了一片沙丘。《科学》杂志第6684期封面文章报道了气候模型，显示由于全球变暖改变了海洋和大气之间的相互作用，亚马孙将在未来几十年里经历更干燥的旱季和更潮湿的雨季。当前的干旱预示着严峻的形势，导致河豚和鱼类死亡，并威胁到沿河社区的生计。如果高温和低温的结合成为新常态，其影响可能会扩展到整个亚马孙盆地甚至更远的地方。在源头极端雨季降雨的推动下，洪水更猛烈地冲刷河床，侵蚀上游海岸线，并携带更重的沉积物。
蛇的宏观进化“奇点”
《科学》封面：翡翠树蟒是热带低地雨林中的夜间伏击“猎人”。《科学》杂志第6685期封面文章报道了蛇在其进化历史早期就经历了一次适应能力的爆发。研究团队利用来自1000多种有鳞物种（包括蛇和蜥蜴在内的爬行动物目）的基因组数据构建进化树的分支，以描绘这些有鳞动物随时间的变化。最后，他们通过将近7万只个体蜥蜴和蛇的饮食信息来增强这个数据集。早期的适应爆发特征包括通过气味和热量精准定位猎物的化学感受结构，以及帮助它们吞下过超大体积食物的灵活下颚；一些蛇还进化出致命的毒液来捕食更大的猎物。
原行星盘中观察到远紫外线驱动的“光致蒸发”
《科学》封面：猎户座条红外图像，它将猎户座星云中含有冷分子气体的部分（左下）与含有热等离子体的部分（右上）分开。《科学》杂志第6686期封面文章报道了人类首次直接观察到远紫外线导致原行星盘的“光致蒸发”的证据。原行星盘是一个稠密气体的环星盘，围绕着新形成的恒星旋转，是行星诞生的摇篮。在原行星盘中，尘埃颗粒会逐渐聚集成岩石，岩石会进一步合并成行星胚胎，最终形成行星。体积是太阳10倍的大质量恒星，所发出的光亮度是太阳的10万倍，它们会向附近类太阳恒星周围的圆盘投射强烈的紫外线辐射，抑制行星的形成。
捕捞导致深海鲨鱼和鳐鱼谱系遭到不可逆转的破坏
《科学》封面：粗鲨是深水鲨鱼的一个小家族，由5个物种组成，其中3个物种因为人类的过度捕捞而面临种族灭绝的威胁。《科学》杂志第6687期封面文章报道了国际性的鱼油和鱼肉贸易正导致深海鲨、鳐数目的快速减少。科学家对全球深海鲨、鳐的生物多样性变化指标、状况和所受威胁进行计算，发现它们属于对过度捕捞最敏感的海洋脊椎动物群体之一。因此，全球范围限制捕捞、扩大禁渔区等做法能够加强诸多物种保护。加强监管迫在眉睫，因为大多数鲨鱼由于发育和繁殖缓慢，从这种衰退中恢复的潜力有限。
廉价金属镍促进缺陷态氧化钛包覆层催化丙烷脱氢
天津大学巩金龙团队在丙烷脱氢制丙烯催化剂研究方面取得进展。相关成果发表于《科学》（Science）。催化剂在石油化工、煤化工、化学医药等多个行业生产中发挥着重要作用，80%以上的化工过程都涉及催化反应。在丙烷脱氢制丙烯这一重要烯烃生产工艺中，催化剂性能关系到产品的产量和质量。研究团队开发出新型氧化钛-镍复合催化剂，通过控制氧化钛在金属镍颗粒表面的覆盖程度，实现对氧化钛和镍之间电子转移过程的可控。在丙烷脱氢工业相关反应中，催化剂展现出与传统贵金属催化剂相当的活性、选择性和稳定性。机理研究进一步表明，氧空位邻近的四配位钛位点是丙烷脱氢的关键活性物种。
丙烯酸新合成路线研究
中国科学院山西煤炭化学研究所韩怡卓等人在甲醇乙酸直接合成丙烯酸研究中取得重要进展。相关成果发表于《催化杂志》（Journal of Catalysis）。丙烯酸是重要的大宗化学品，广泛应用于涂料、黏合剂、纺织品、皮革等领域。工业上丙烯酸主要以丙烯氧化法的石油路线生产。近年来，以甲醇衍生物甲醛和乙酸为原料的羟醛缩合路线颇具代表性。但这一过程由于原料甲醛水溶液中大量水（60%以上）的存在造成催化剂易粉化、分离精制能耗高、废水处理量大等问题。针对这些问题，研究团队将工作重点聚焦于以甲醇和乙酸为原料直接制备丙烯酸的新合成路线上。这一路线具有能耗低、投资和运行成本低等方面的优势。
动态动力学不对称酮的烯（炔）丙基化研究
中国科学院上海有机化学研究所施世良研究员团队在酮的动力学调控不对称加成反应领域取得进展。相关成果发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）。含有多个相邻手性中心的叔醇是重要的有机合成中间体，广泛存在于生物活性天然产物和药物分子中。传统利用外消旋原料通过对映体汇聚式酮的加成反应，常常面临非活化酮的反应活性低、速率匹配难、手性识别和立体选择性控制差等挑战。研究团队发展了丰度金属铜催化体系，利用稳定易得的硼试剂为亲核试剂，实现了对外消旋非活化酮的动态动力学不对称烯丙基化、炔丙基化和丁烯基化加成反应，一步反应构建含有两到三个手性中心的叔醇结构。
简单烯烃高值化利用研究
中国科学院兰州化学物理研究所徐森苗团队在过渡金属参与碳氢化合物不对称转化的手性研究中取得新进展。相关成果发表于《美国化学会志》（JACS）。研究团队通过发展新策略，实现了烯烃的区域和立体选择性硼氢化反应；发展了一类以1,2-乙二胺为手性骨架、具有强σ给电子能力的新型手性双齿硼基配体，能在温和条件下加速过渡金属铱对惰性C-H键的化学、区域和立体选择性氧化加成。团队针对简单烯烃不对称多官能团化存在的问题，结合烯烃的氮杂环丙烷化/开环1,2-迁移硼化的组合策略，实现了简单烯烃的不对称三官能团化反应，高对映选择性地实现了邻位季碳中心的手性胺。
基于火焰图像处理的大型煤粉锅炉温度和吸收系数测定
中国矿业大学低碳能源与动力工程学院周怀春教授团队在燃烧领域取得新进展。相关成果发表于《燃烧学会会刊》（Proceedings of the Combustion Institute）。在碳中和背景下，燃煤发电机组深度调峰、灵活运行，机组稳定性下降，对炉膛三维燃烧工况实时监测提出了迫切要求。国内外众多学者曾基于图像处理技术测量了大型煤粉锅炉炉膛内的温度分布和均匀辐射参数，但尚未实现非均匀辐射参数的测量。论文采用新算法计算辐射强度（单个图像像素接收的能量），以此为基础提出了一种炉内温度和辐射参数分布同时重建的方法，并在一台四角切圆燃烧煤粉锅炉上进行了试验研究，助力煤粉燃烧过程的监测、诊断和控制。
高效抗中毒氢氧化催化剂研究
厦门大学能源学院董金超、李剑锋教授团队在高效碱性氢氧化反应抗一氧化碳中毒催化剂研究中取得新的进展。相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。氢氧燃料电池由于能量转换效率高、环保和零碳排放等优点被认为是最有前景的能源转换技术之一。尽管在碱性介质中工作的非贵金属催化剂的开发降低了氢燃料电池对贵金属的依赖性，但碱性氢氧化反应动力学过程比在酸性介质中慢了两个数量级以上。研究团队通过氧化物自限制生长策略，制备了具有晶格收缩的超小三元金属间纳米颗粒，以提高反应性能。这项研究为通过优化不同中间产物的吸附来提高电催化性能提供了一种有效策略。
甲醇直接氧化和析氢研究进展
苏州大学能源学院冯莱教授团队和河北工业大学的金朋教授团队合作，制备核/壳异质结构电催化剂促进工业条件下甲醇直接氧化和析氢。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced
Functional Materials）。电解水产氢技术的主要瓶颈在于高能耗和动力学缓慢的阳极析氧反应。另外，由于阳极产物（氧气）的价值低、与氢气混合易爆燃，使得制氢的整体效益更低。研究团队开发出一种具有核/壳异质结构的纳米棒阵列，以其作为阳极可在大电流密度下实现高选择性的甲酸制备。异质结构中的镍硼位点不但更有利于甲醇吸附、不利于OH吸附，且有效降低了电位决定步能垒。
高比能锂金属电池研究进展
中国科学技术大学焦淑红教授联合北京大学徐东升教授、中国科学院物理所王雪锋研究员和苏州大学程涛教授，在锂金属电池研究领域取得新进展。相关成果发表于《自然·能源》（Nature Energy）。锂金属电池具有极高的理论能量密度，约为目前商业化锂离子电池的2倍，因此被视为下一代高比能电池的主要技术路线。锂金属电池目前存在的主要挑战是电解液与电极界面稳定性差导致电池循环寿命较短，限制了其实际应用。针对以上问题，研究者提出了一种超越第一溶剂化壳层尺度的电解液设计策略，使阴阳离子对通过紧密堆积的方式形成三维聚集体结构，在保持锂金属软包电池高能量密度优势的同时，大幅提升了其循环寿命。
自然光驱动静电飞行器持续飞行
北京航空航天大学漆明净、闫晓军等人研制了一款静电飞行器，这个飞行器翼展20厘米，重4.21克，由一种新型静电电机作为发动机核心，实现了在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。相关成果发表于《自然》（Nature）。静电发动机的核心是静电电机，它是一种依靠静子和转子间的库仑力来产生连续旋转运动的新型微型电机，具备结构简单和无需绕组的优势，其高电压（千伏级）、低电流（微安级）的工作特性也使其在工作过程中发热少且无明显红外特征。这款新型飞行器主要由静电发动机和超轻质高压电源组成，具备低功耗（0.568瓦）和高升力（30.7克每瓦）优势，首次实现了微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。
一种用于眼压即时监测和感觉反馈的神经形态隐形眼镜
北京理工大学李腊、沈国震等人实现了眼压信号的实时有效监测，加强了眼睛和大脑之间的神经传递。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。可持续监测眼压的智能隐形眼镜可实现青光眼的早期预防和近视眼手术的术后监测。但是，目前报道的智能隐形眼镜都缺乏生物反馈功能，无法为患者提供眼压感觉反馈。同时，由于每个人对疼痛的感知和交感神经的反应不同，智能隐形眼镜很难及时有效地为患者提供医学治疗。研究团队通过材料制备、结构设计和器件集成，提出了一种具有高灵敏度、可入眼佩戴的神经形态隐形眼镜，实现了眼压的实时监测和感觉反馈。
用于高效雾水收集的3D仿生系统
湖北大学谢尚珍、郭志光团队开发了一种基于多生物雾收集原理的新型三维雾收集系统。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。如何高效、快捷地获取淡水已成为人类面临的主要挑战之一。在这一背景下，大气水作为水资源的一个潜在来源引起了广泛关注。为此，仿生竖琴集雾器因其出色的集雾率而备受关注。基于竖琴状结构，受仙人掌和蜘蛛丝中拉普拉斯压差的启发，利用交叉缠绕的铜丝在空间上呈三角形排列，加速水桥的运动。此外，借鉴猪笼草和蓝莓表面的滑移表面，研究团队在铜板框架上涂敷石蜡涂层，形成坚固的滑移框架，提高了丝捕获和框架输送之间的协同效应。
基于事件的视觉惯性速度计
湖南大学周易教授团队与香港科技大学郑家纯机器人研究所沈劭劼教授团队展开合作，在高速自主移动机器人关键技术方面取得新进展。相关成果发表于《机器人：科学与系统2024》（Robotics: Science and Systems 2024）。机器人状态估计旨在获取机器人自身运动状态（包括位置、姿态、速度、加速度等），是自主移动机器人领域重要的基础研究问题。新开发的传感器能够模仿人类视觉神经通路的工作机制，具有异步、快速低延迟、高动态响应和低能耗等优良特性；同时，具备超高的时间分辨率，能够感受并输出百万分之一秒级别的亮度变化信息。
全球气候变化下葡萄科植物生存策略的转变机制
中国科学院植物研究所鲁丽敏、陈之端及国内外合作者基于世界范围内的广泛采样，构建了目前取样最全的葡萄科系统发生树（495种，物种覆盖率52%），通过多样化分析，物种分布区、生境和性状重建，结合化石、古地质及古气候证据，揭示了葡萄科植物在不同地质历史时期的多样化进程和生存策略转变机制。相关成果发表于《自然·植物》（Nature Plants）。研究创新性地将类群关键性状演化、生物地理扩散与环境变化相结合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的转变模式和机制，对于增进人们对生物多样性形成与变化动态的理解，预测植物如何响应未来环境变化具有重要科学价值。
揭示森林类型调控土壤有机碳组分差异性响应外源磷输入机制
中国科学院华南植物园刘占锋等人依托广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站，和小良热带海岸生态系统定位研究站的长期养分添加实验平台，研究了亚热带人工纯林和混交林植物来源，以及微生物来源的土壤有机碳组分对外源养分添加的响应。相关成果发表于《整体环境科学》（Science of the Total Environment）。热带森林对外源养分的供应十分敏感，磷与氮的相对有效性在调控热带生态系统碳收支方面起着至关重要的作用。混交林中微生物来源碳（特别是真菌微生物残体碳）和矿物结合有机碳联系紧密，预示着长期磷添加引起真菌微生物残体碳的减少将不利于热带森林土壤有机碳的积累和稳定。
揭示先锋树种驱动生态系统多功能性形成机制
中国科学院武汉植物园张克荣等人以桑、香椿、合欢、侧柏、油松5种乡土先锋树种为研究对象，将其配置成不同的人工群落种植于来自南水北调中线工程水源地丹江口水库库周的两种土壤（农田土壤和裸地土壤）。通过测定生物量与碳氮积累、温室气体排放、土壤养分、土壤固氮和氮磷矿化速率等生态系统功能参数，研究了不同土壤条件下先锋树种及其群落组成对生态系统多功能性形成的影响。相关成果发表于《应用生态学报》（Journal of Applied Ecology）。文章揭示了固氮植物在驱动生态系统多功能性中起着至关重要的作用，并为南水北调中线工程水源地不同退化程度生态系统的修复筛选了适宜的乡土先锋树种及其群落配置模式。
橡胶林中克隆片段化对裸叶石韦的影响
