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来源： 发布时间：2025-08-07
巴西白垩纪鸟揭示鸟类颅骨与大脑演化
《自然》封面：生活在约8000万年前的古代鸟类的艺术再现图。《自然》杂志第8038期封面文章报道了一个“独一无二”的鸟类化石，它填补了从1.5亿年前的始祖鸟到今天生活的鸟类大脑进化研究中7000万年的空白，有望成为确定现代鸟类大脑进化起源的“罗塞塔石碑”。这一新鉴定种来自从现今巴西发现的化石残骸，代表了早期鸟类之一始祖鸟与现代物种的联系。这一化石的颅骨保存得异常完好，研究团队得以重建这类鸟的大脑，从而揭示了古代性状和现代特征。研究有助于阐明鸟类神经解剖结构中特定特征的出现时间和顺序。
人类细胞图谱研究
《自然》封面：细胞导航。《自然》杂志第8039期封面文章报道了人类细胞图谱联盟的系列成果。这些成果论文中，有的绘制早期胎儿骨骼发育图谱确定了主导骨骼形成的基因网络；有的绘制人类胚胎四肢发育图谱揭示调控骨骼、肌肉和神经组织分化的基因程序；有的绘制胎儿皮肤发育图谱确定了免疫细胞在毛囊和血管网形成中的作用；有的绘制大脑类器官细胞综合图谱，帮助我们了解类器官如何模拟大脑发育的各个方面；有的绘制胃肠道图谱揭示了克罗恩病和溃疡性结肠炎等疾病的相关细胞改变；有的绘制详细胸腺图谱，追踪免疫细胞的发育过程。
2019—2020年澳大利亚特大火灾对生物多样性的影响
《自然》封面：澳大利亚黑尾袋鼠在2020年2月野火侵袭后的烧焦土地上寻找所剩不多的食物。2019—2020年，全球史无前例的特大野火（megafire）席卷了澳大利亚的森林和林地，烧毁了超过1000万公顷的土地。《自然》杂志第8040期封面文章报道了这场大火对澳大利亚生物多样性的全面影响。影响力最大的破坏因素是之前40年的火灾数量，更频繁的火灾使负面和正面影响的规模几乎翻倍。如果严重烧毁地区附近有很多未燃烧的土地，野火的影响较为缓和。研究团队随即提出了可能有助于缓解未来火灾影响的一些策略，仅供参考。
异戊二烯可能是上对流层新颗粒物形成的主要机制
《自然》封面：在云端。《自然》杂志第8041期封面文章报道了上对流层颗粒物形成的新机制。异戊二烯是一种植物产生的气体，是排放到大气中丰度仅次于甲烷的碳氢化合物。一篇论文使用欧洲核子研究中心的“云”实验舱研究了上对流层条件下异戊二烯的行为，发现这些气体会与羟基自由基反应形成快速增长的新颗粒物。另一篇论文使用高空和远程研究飞机观察了亚马孙盆地上方的对流层，发现异戊二烯硝酸盐会驱动形成新颗粒物。异戊二烯可能是上对流层新颗粒物形成的一个主要机制，并扩展了气候模型需包含颗粒物的分布、类型和性质。
细胞分辨率下的全脑空间转录分析
《科学》封面：光片显微镜三维渲染图显示了单细胞分辨率下的首次小鼠全脑mRNA分析。《科学》杂志第6724期封面文章报道了组织透明化结合单细胞分辨率全脑空间转录组分析的最新成果。RNA分析的最新进展加深了我们对生物组织中细胞状态的理解，然而，研究人员在整合RNA表达数据与跨器官的空间背景时却遇到了挑战——很难在完整的3D组织内检测RNA的整个分布。这项研究成功地在单细胞分辨率下实现了整脑的RNA成像，包括对有关神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞和它们的前体细胞的转录本检测。
“吃”地球
《科学》封面：在休渔期间，机动船只停靠在毛里塔尼亚的努瓦迪布港口。《科学》杂志第6725期封面文章报道了全球食品贸易的影响。美国出口的食品约占全球贸易的四分之一，其中80%来自少数几个州，当这些地区发生干旱时，整个世界都会受到影响。出口国为了满足国外需求，往往要付出一些环境代价，像大片的亚马孙雨林和塞拉多稀树草原已经被牧场和生产大豆的田地所取代。有专家认为，食品贸易是一项全球相互关联的活动，像章鱼是毛里塔尼亚第二大出口商品，过度捕捞迫使毛里塔尼亚政府每年暂停捕捞两个月。
编程改造组织感应T细胞直达大脑进行治疗
《科学》封面：一个经过改造的T细胞（中间）被设计用来向大脑输送治疗。《科学》杂志第6726期封面文章报道了一种可编程的大脑感应T细胞，可局部递送定制化治疗药物用于癌症或神经炎症。中枢神经系统疾病如脑瘤、神经炎症和神经退行性疾病一直面临巨大挑战，其治疗难点在于难以有效将治疗分子递送至大脑，并限制其全身毒性。研究通过工程设计使T细胞成为大脑感应细胞，实现治疗载荷的选择性脑内递送，不仅提高治疗有效性，还减少全身性副作用，为开发针对一系列中枢神经系统疾病的治疗方法提供了新的可能性。
2024年科学年度突破
《科学》封面：2024年科学年度突破是来那卡帕韦（Lenacapavir）。《科学》杂志第6727期封面文章报道了一种注射药物Lenacapavir，每6个月注射一次，在预防艾滋病毒感染方面取得了显著成功。这种药物附着在保护病毒遗传物质的晶格状衣壳蛋白上，这种机制可能会激发出其他抗病毒药物。艾滋病毒导致每年100多万人感染，Lenacapavir可能有助于结束艾滋病毒/艾滋病的流行，但这将取决于那些最需要它的人能否获得它。许多艾滋病毒/艾滋病研究人员现在希望，Lenacapavir这种药物在用作暴露前预防时，能有力地降低全球感染率。
揭示猎蝽使用工具诱捕无刺蜂的行为及其化学生态学机制
中国农业大学植物保护学院彩万志、李虎团队发现并验证专食性的猎蝽利用蜂胶诱捕无刺蜂的行为及其化学机制，为研究无脊椎动物工具使用行为提供了新的研究模型。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。在动物界中，已有许多动物被认为具有使用工具的能力，主要研究集中在少数相对高智力的脊椎动物中。在昆虫中，部分类群曾被认为同样具有使用工具的能力，但相关研究多集中在野外观察或封闭空间内的实验。这项研究以专食性猎蝽与社会性昆虫之间捕食与被捕食的交互关系为模型，通过严格控制的实验，对无脊椎动物使用工具进行了定量分析，评估了工具使用的适应性功能及其行为和化学生态学机制。
揭示糖尿病小鼠焦虑行为的神经炎症机制
中国科学院上海药物研究所研究员李佳和临港实验室研究员臧奕合作，报道了高血糖可通过调节中央前额叶皮层和腹侧海马的神经元及神经免疫细胞活化，从而导致糖尿病小鼠焦虑行为。相关成果发表于《自然·代谢》（Nature Metabolism）。长期以来，“中枢胰岛素抵抗”被认为是糖尿病患者焦虑障碍的主要诱因。然而，最新研究揭示，全脑胰岛素受体敲除小鼠模型未出现焦虑表型。这一发现质疑了“中枢胰岛素抵抗”理论的可靠性。细胞实验揭示，高血糖可通过激活神经元渗透压感受器，转录上调神经元基因表达，从而促进焦虑行为发生。中央前额叶皮层和腹侧海马脑区的神经元特异性基因过表达可诱发焦虑行为。
揭示肥尾羊的驯化路线及尾部脂肪沉积的新机制
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所魏彩虹、王慧华、杜立新、金美林等人解析了肥尾绵羊的驯化历史，发现两个关键基因突变通过互补机制调控绵羊脂尾发育，为理解家畜脂肪代谢进化提供了新范式。相关成果发表于《科学数据》（Scientific Data）。研究团队对涵盖66个家养品种和5个野生近缘种的283只绵羊进行全基因组重测序，发现现代家养绵羊约在1.1万年前起源于亚洲摩弗伦羊，而肥尾绵羊与瘦尾绵羊的分化始于4400-7500年前的亚洲东部，首次构建了肥尾绵羊高精度演化路线图；同时揭示中国本土绵羊可分为蒙古、哈萨克、藏区和云南四大类群，其中云南种群近期存在与野生种群的基因交流，而非独立驯化事件。
揭示物种生活史特性塑造青藏高原小型哺乳动物多样化的适应之路
中国科学院昆明动物研究所吕雪梅研究员和施鹏研究员团队对青藏高原同域分布的高原鼢鼠和高原鼠兔多个群体进行了系统的基因组及表型分析，揭示扩散能力等关键生活史特征驱动高原物种遗传结构与局域适应模式的差异。相关成果发表于《遗传学与基因组学杂志》（Journal of Genetics and Genomics）。高原鼢鼠与高原鼠兔是青藏高原常见且占优势的啮齿类动物，二者在高寒草甸中广泛同域分布，并具有相近的高原适应历史。然而，高原鼢鼠为独居、地下生活，繁殖力较弱，扩散能力也明显低于生活在地表、运动能力更强的高原鼠兔。高原鼢鼠群体表现出显著的地域隔离与遗传分化，而高原鼠兔群体的遗传结构则相对均质。
基于镀有三层超薄完美吸收体的T型石英音叉的超高灵敏度光热弹光谱传感器
哈尔滨工业大学航天学院马欲飞教授课题组与合作者们实现基于完美吸收体镀层音叉的光致热弹光谱高灵敏度气体检测。相关成果发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）。光致热弹光谱技术具有气体选择性好、检测灵敏度高、响应速度快等优点，在环境监测、火灾预警、医学诊断等领域中具有重要的应用价值。石英音叉作为传感器系统中的核心探测单元，对系统的检测性能起到关键作用。研究团队在T型石英音叉表面无电极覆盖位置设计了三层超薄完美吸收体。这一吸收体具有较好的稳定性和可重复性，将石英音叉对1530纳米近红外光的吸收率从不足10%提升到93%，增加了转换效率和检测灵敏度。
激光光场超高维调控研究
北京理工大学光电学院付时尧教授、高春清教授团队突破了高维光场调控的技术瓶颈，构建了激光光场多自由度精准协同调控的新范式，实现“高维光子学”全新研究。相关成果发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）。激光光场多自由的度精准协同调控及维度拓展是获得高维结构光场的核心，是光互联、光存储、光计算、量子信息等高维光场应用领域的根基。研究团队将基于智能混合调控策略优化得到的纯相位透过率函数映射在超表面中，通过实验验证成功实现了单一超表面器件对光场6个自由度的协同调控。这项技术最终产生了包含288个正交模式的超高维光场，展现出卓越的高维光场调控性能。
核量子效应促进金属钌表面水分解机制研究
中国科学院金属研究所陈星秋、刘培涛团队发展了升级版矩张量机器学习势模型，不但在计算精度方面接近密度泛函理论精度，还能准确捕捉界面水复杂的结构和氢键的微妙变化，为复杂体系的跨尺度原子模拟提供了新手段。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。核量子效应使质子发生离域，将质子转移能垒降低了近一半，极大促进了质子在水分子间的快速转移。相比之下，经典分子动力学模拟由于未考虑核量子效应，即使在微秒时间尺度内也未能观察到水的分解现象。同时，核量子效应驱动长程质子转移，水分子分解过程中质子转移跨越了多达5个水分子，形成“质子接力”式分解机制。
数据驱动航空航天发动机研发相关研究
北京航空航天大学宇航学院液体火箭发动机燃烧研究团队韩旺等人在数据驱动方程发现研究领域取得新进展。相关成果发表于《自然·计算科学》（Nature Computational Science）。现实中仍有一些场景或现象因复杂性、非线性、未知机制或理论限制，缺乏明确的方程，或现有方程不足以完整描述其行为，如湍流、湍流燃烧等非线性动力学系统的混沌行为。从实验数据中发现复杂系统的控制方程，对发动机研发与性能提升具有重要意义。研究团队提出了一种基于人工智能的物理场控制方程发现方法，实现了物理量控制方程发现过程的智能化与高效化，其核心是通过双层优化框架建模稀疏学习问题。
回到无冰的未来
中国科学院青藏高原研究所丁林院士领衔的碰撞隆升及影响团队联合德国森肯贝格生物多样性和气候研究中心、英国布里斯托大学和马达加斯加塔那那利佛大学等单位，重构了1.4亿年前温室地球时期海洋表层温度的季节性波动历史。相关成果发表于《科学进展》（Science
Advances）。双壳类等软体生物的壳体是连接地表各圈层的时空桥梁，精细记录着地球气候节律与生态更替的内在关联，启迪学界探寻生态文明的未来之路。这一发现突破了以往“温室地球时期季节变化微弱、冰川活动罕见”的传统认知，揭示了温室地球气候的复杂性与多变性，为深刻理解地球气候演化提供了全新的视角和依据。
全球大规模森林火灾严重程度加剧导致火后森林恢复时间延长
北京师范大学地理科学学部陈子悦教授团队联合中国科学院地理所等团队揭示了不同时间和气候带下影响森林恢复的主要驱动因素。相关成果发表于《自然·生态与进化》（Nature Ecology & Evolution）。森林在全球生态系统服务、碳循环及气候变化调节中具有关键作用。在人类活动与气候变化的影响下，全球森林火灾，特别是破坏性更强的极端大规模火灾，其频率与强度呈显著增加趋势，对森林结构与功能产生显著影响。研究强调目前环境条件的变化对火后森林恢复的不利影响逐渐加剧，尤其是气温升高和土壤水分匮缺。未来研究应着力于深入解析气候变化（尤其关注温度升高与干旱加剧）与火灾严重性对森林恢复过程的交互作用。
水生植物根际泌氧增强磷的可利用性
中国科学院南京地理与湖泊研究所赵国强及合作者揭示了水生植物根系昼夜节律性泌氧如何激活土壤和沉积物中热力学稳定态铁矿物，进而促进磷的释放与植物吸收的关键过程与机制。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。磷是维系全球初级生产力的关键元素，但在土壤和沉积物中，磷常被固定于吉布斯自由能较低的热力学稳定态铁矿物中（如针铁矿、磁铁矿），难以被植物吸收，形成大量低效的“遗留磷”。研究发现，水生植物根系在昼夜节律下持续释放氧气，在根际诱发氧化还原环境的周期性波动，从而激活原本热力学稳定的铁矿物，生成亚稳态铁组分，促进磷的富集和释放。
发现能有震和无震交替滑动的俯冲大断层
中国科学院地质与地球物理研究所李绍阳特聘研究员和陈凌研究员等人根据地震学和测地学数据，对“海山型地震”相关有震和无震断层滑动展开了系统性研究。相关成果发表于《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。通过整合三维有限元数值模型和时空演化过程，发现在海山参与下的俯冲大断层能在数月时间尺度内发生有震与无震滑动的动态转换。未来需在全球范围内包括俯冲断层和大陆走滑断层系统，系统调查复杂断层几何结构对断层有震和无震滑动模式的调控作用。同时，在地震预警与风险评估中纳入滑动模式短时间内动态转换的可能性，可进一步提升对地震灾害风险的科学认知和防范能力。
极化高熵钙钛矿氧化物中的巨电卡效应
上海交通大学机械与动力工程学院前瞻交叉研究中心钱小石教授课题组设计并合成了一种具有极化高熵状态的无铅钙钛矿氧化物，发现了其中蕴藏的巨电卡效应，揭示其内在构效关系。相关成果发表于《自然》（Nature）。电卡效应描述了极性电介质在电场下发生的、可逆的极化熵变。如何从原子尺度设计性能更优、更易规模化集成的制冷电介质（固态制冷工质），是领域当前的研究热点之一。研究团队在原子尺度扰乱极性结构的有序度，创制了具有晶格级混乱度的“极化高熵陶瓷”，显著增强了无铅铁电陶瓷中的巨电卡效应。研究为电卡制冷技术提供了关键材料创新设计方法，为跨尺度制造提供了集成化多层电卡制冷新工质。
皮升液滴微流控中声、光、电方法的集成用于稀有颗粒富集
华中科技大学机械科学与工程学院廖广兰教授团队在微流控稀有微粒富集方法上取得新进展。相关成果发表于《通信工程》（Communications Engineering）。多数电极制造成本高、工艺复杂，且电解质材料易发生电解反应，影响稳定性。研究系统性地设计了声学、光学和电学单元，使各模块相互协同，构建了一个高效的微流控平台。探索了声波聚焦与流体聚焦的协同作用，并提出了优化改良的制造工艺和检测算法，将光纤与激光窗口集成到微流控芯片，显著提升了光学检测灵敏度。此外，研究人员还采用低温相变合金材料制作偏转电极，实现更精准的粒子操控与富集，为稀有微粒检测提供了全新的技术路径。
水下机器人新型仿生侧线传感器
中国科学院自动化研究所智能机器人系统研究团队王硕等人研发了基于自主视觉的仿生侧线传感器，赋予水下机器人在复杂水域的自主导航与环境监测任务中“水流感知智慧”。相关成果发表于《IEEE机器人汇刊》（IEEE Transactions on Roboticse）。仿生侧线传感器利用一根仿鱼侧线神经丘的柔性硅胶触须进行水流传感。当水流冲击触须时，其形变信息被内置高清摄像头实时捕捉为图像序列，并利用深度学习模型从图像中解析水流速度与方向，实现了单点、无辅助设备的水流高效矢量感知，获得了极小的水流速度和方向测量相对误差，同时将传感器集成于仿生水下机器人身上，成功实现基于水流感知的闭环运动控制实验。
一种面向电脑鼠标操作的假肢机器手
