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来源： 发布时间：2025-08-28
《自然》封面：维京时代卢恩石（runestone）上发现的蛇形石刻，并用古弗萨克文（Elder Futhark）表示DNA核苷酸A、T、G、C（K）。《自然》杂志第8044期封面文章报道了一种新统计技术，能以高分辨率重建遗传祖先的细微差异。通过遗传祖先追溯历史并了解过往事件很困难，因为许多地区的祖源较为相似，很难区分群体和族群。研究团队利用他们的技术分析了中世纪欧洲早期的基因组历史。他们追溯了两支斯堪的纳维亚相关族裔在欧洲大陆的扩张，以及后来在维京时代（约公元750—1050年）之前扩张到斯堪的纳维亚的一支族裔。
鳄鱼皮肤
《自然》封面：一头小尼罗鳄头部鳞片的机械自组织图案。《自然》杂志第8045期封面文章报道了鳄鱼头部的鳞片图案的性质和来源。脊椎动物皮肤附属器官（如鳞、毛或羽）通常在遗传控制下发育，其空间图案在胚胎发育期间受一个信号传导分子的基因调控网络控制，鳄鱼头部的鳞片图案是个例外。麦克等人通过研究尼罗鳄的胚胎，制作了鳄鱼头部图案的3D模型，发现鳞片边缘的皮肤褶皱来自挤压折叠下的机械自组织。这种挤压力源于两层皮肤，它们的硬度不同并且比下方组织长得更快。
朋克化石
《自然》封面：虚拟化石。《自然》杂志第8046期封面文章报道了英国赫里福德两个软体动物新种的化石，这些化石可追溯至4.3亿年前。软体动物是在节肢动物（昆虫、蛛形纲及近亲无脊椎动物）之后多样化程度排第二的动物类别，但它们的演化史相对不明，很大程度上是因为化学记录很难保存软体动物的软组织。两个新种为蠕虫状生物，有独特的棘。团队将其中一个命名为“Punk”，因为它的棘很像朋克摇滚的发型；将另一只命名为“Emo”，因为它的棘很像“情绪”音乐流派中常见的长刘海。这种早期软体动物种群比它们的现代同类更加多样化。
小型渔业的贡献
《自然》封面：一位坦桑尼亚妇女在湖岸边晒鲱鱼。《自然》杂志第8047期封面文章报道了小型渔业及其在减少贫困、饥饿和营养不良方面的关键作用。鲱鱼和其他各种小鱼为数百万人提供了生计和健康饮食，其中许多人属于世界上最弱势的群体。研究团队估计，小型渔业占全球渔获的40%，每年价值约772亿美元。世界上每12个人中就有一个人的生计至少部分依赖此类渔业。研究团队指出，小型渔业贡献的规模和范围在很大程度上被忽视了，可持续发展政策的制定和实施则需要对其有更深入的了解。
扭曲纳米碳细丝产生明亮圆偏振黑体辐射
《科学》封面：驾驭手性黑体辐射。《科学》杂志第6728期封面文章报道了通过设计螺旋形纳米碳/金属复合细丝，科研人员首次实现了500～3000纳米波段的高强度圆偏振黑体辐射。这种亚微米级扭曲结构通过几何手性打破传统黑体辐射的各向同性限制，其发射亮度和偏振各向异性强度超越现有手性光源10～100倍。这项技术突破源于对涨落-耗散定理的维度重构，使细丝在吸收/发射过程中产生对称性破缺。封装于陶瓷的纳米碳细丝可在极端温度下稳定工作，为深空探测、量子通信和高温工业传感提供了新型耐高温偏振光源。
古老基因结构变体控制核桃和山核桃中性别特异开花时间变型
《科学》封面：核桃。《科学》杂志第6729期封面文章报道了核桃与山核桃雌雄异熟（dichogamy）的遗传机制。科学家通过全基因组分析发现，位于15号染色体上两个古老的结构变异包含一转录因子基因的倒位和缺失，分别控制雄先型和雌先型表型。这些古老的结构变异在很早以前胡桃科分化时就已经存在了，并通过调控基因的表达时序，精确控制雌雄花器官的发育节奏。研究证实，这一机制在核桃和山核桃中保守存在。研究成果揭示了植物利用结构变异维持性别时间隔离的进化范式，为作物杂交育种提供了新靶点。
袋鼠在第四纪气候变化中幸存的关键适应策略
《科学》封面：澳大利亚袋鼠。《科学》杂志第6730期封面文章报道了袋鼠在极端气候下的生存智慧。传统观点认为袋鼠是特化食草动物，但研究发现大多数袋鼠实际是杂食动物，它们既吃草，也食用其他植物，这种混合饮食模式比其牙齿结构显示的更为灵活。当第四纪气候波动导致澳大利亚植被类型频繁更替时，饮食广度成为关键优势。相比专一食性的动物，杂食袋鼠能根据环境变化切换食物来源。研究挑战了“气候变化导致灭绝”的传统理论，约4万年前90%大型袋鼠的突然灭绝可能与人类狩猎活动等导致栖息地破坏有关。
3D多联结构材料
《科学》封面：中世纪链甲互锁结构的设计灵感。《科学》杂志第6731期封面文章报道了交织的颗粒单元形成相互连接但非刚性固定的晶体网络材料。研究团队使用丙烯酸聚合物等材料，精确控制其几何形状和连接方式，使3D多联结构材料（简称“PAMs”）兼具流体的柔性与固体的刚性。PAMs的突破性在于其动态响应能力，小载荷下.表现为非牛顿流体，可通过剪切变稀或增稠响应外部刺激，类似蜂蜜或玉米淀粉糊的流变行为；大应变下转为类似晶格或泡沫的非线性应力应变关系。这种双重特性打破了传统材料的分类界限，在多个领域展现应用潜力。
星地复杂环境下皮秒级微波时差测量
中国科学院国家授时中心高帅和等人在自由空间微波时频传递领域取得重要进展。相关成果发表于《卫星导航》（Satellite Navigation）。更高性能的空间冷原子微波钟和光钟在轨应用，卫星导航精度的进一步提高，亟需提升星地时间比对精度。研究团队提出了一种利用中国空间站与地面同步系统观测实现高精度时间同步的改进载波相位方法。通过空间站-地面三频载波与伪码融合的观测模式，基于系统化的同步误差精化修正模型与校准策略，可以有效校正星地同步过程中的相对运动误差、相对论效应、大气误差（包括对流层和电离层）及固定时延偏差等关键误差源，有效提升星地时间同步的精度和稳定性。
小型佛克脱光学频率标准
北京大学电子学院陈景标教授团队于国际首次提出了基于原子选频技术的佛克脱光学频率标准，实现了小型化光频标的全自动化高性能运行。相关成果发表于《光学研究》（Photonics Research）。在精密时间频率领域，如何突破高性能光钟系统复杂、难以搬运、制造成本高的局限，实现在野外、移动平台等复杂外场条件下维持高精度连续运行，极具前沿研究价值。研究聚焦佛克脱原子滤光器在大光强、强磁场条件下的透射谱研究，揭示其独特物理机制，赋予佛克脱激光器频率“自对准”能力——自动锁定在铷-85原子D2线跃迁谱线。研究团队结合有关稳频技术，成功研制小型佛克脱光频标，预示着光钟技术更加实用化、普及化。
新的稀疏恢复方法
中国科学院声学研究所郝程鹏研究团队将水下目标探测中的距离-角度估计问题建模为一个二维无网格稀疏恢复问题，突破了传统稀疏恢复方法依赖于网格字典的瓶颈，将其表征为一个解耦原子范数最小化问题。相关成果发表于《IEEE航空航天和电子系统交易》（IEEE Transactions on
Aerospace and Electronic Systems）。现代水下探测任务中集群临近目标探测、多亮点目标识别、高分辨成像等对参数估计精度提出了更高的要求。传统的稀疏恢复方法在目标距离-角度估计中依赖离散化网格或字典，网格失配问题会导致未处于网格上的目标参数估计性能下降。新方法在计算效率、分辨率及参数估计精度方面具有优势。
基于里德堡原子的电弧信号测量
中国科学技术大学郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组与国家电网安徽电科院王恩惠合作，使用里德堡原子电场传感器测量了电弧兆赫兹级射频信号频谱，为电弧测量提供量子精密测量的新方法。相关成果发表于《应用物理评论》（Physical Review Applied）。电弧故障是电力系统中电气火灾的主要诱因，传统电弧故障检测方法基于系统电流和电压参数，在数据采集过程中常对现有电力系统造成干扰，通过测量电弧射频信号则可规避此类干扰。研究团队研究了里德堡原子传感器对电弧射频信号的响应特性，对比了传统金属天线与里德堡原子天线对电弧信号的响应，为实际工程应用中的探头部署提供了重要参数依据。
城市供水管道生物膜中筛选邻苯二甲酸酯（PAEs）降解菌
天津大学环境科学与工程学院牛志广教授团队聚焦供水安全问题，明确了塑化剂邻苯二甲酸酯（PAEs）在供水系统全过程中的赋存情况，从管壁生物膜分离得到了能够在实际管网环境中生存的PAEs降解菌。相关成果发表于《水研究》（Water Research）。以中国南方某采用传统水处理工艺的净水厂为例，研究团队采集了原水、不同工艺环节出水、出厂水、不同距离的龙头水共计7个点位的水体样品，分析了PAEs降解菌在其他碳源、余氯、生物膜细菌存在下的生长特性和PAEs降解能力，有助于了解PAEs的生化降解过程，保障居民用水安全。研究为污染物在环境中的迁移转化与控制提供了研究数据。
光伏场站建设对生态系统碳储量的影响
华中科技大学能源学院杨晴教授团队首次在全球尺度上系统评估了由于集中式光伏场站建设造成的生态系统碳储量变化，并进一步明晰了它对光伏场站自身碳足迹的贡献。相关成果发表于《自然·地球科学》（Nature Geoscience）。在全球能源转型与碳中和进程加快的背景下，集中式光伏场站作为低碳电力的重要来源被大规模部署。然而，光伏设施的建设不可避免地将引发土地利用变化，进而影响当地生态系统的碳储量。研究发现，集中式光伏场站建设导致的土地利用/覆盖变化将使全球碳储量增加，但存在显著的空间异质性。研究表明，约53%的现有场站可通过优化土地覆盖管理实现当地生态系统的碳增益。
干旱区水资源可持续性评估
中国科学院新疆生态与地理研究所博士生张凌云、孙凌霄等人构建了干旱区水资源可持续性概率评估模型，为提升水资源管理的科学性和灵活性提供了有力支撑。相关成果发表于《生态指标》（Ecological Indicators）。干旱区水资源短缺已成为制约区域经济社会可持续发展的关键问题。如何在复杂的人水系统中精准识别影响因子、有效调控水资源配置，是实现区域水安全治理的核心科学问题。情景模拟显示，水足迹变化与污染排放对水资源可持续性具有显著影响。基于结果分析，研究建议南疆地区未来坚持“节水优先、生态优先”的发展战略，以实现区域水资源的高效协调与可持续利用。
基于核磁测试在线引导的真实塑料正交转化
北京大学马丁教授和中国科学院大连化学物理研究所徐舒涛研究员团队在真实废塑料转化方面取得进展。相关成果发表于《自然》（Nature）。全球每年生产超过4亿吨塑料，绝大部分在废弃后长期滞留于自然环境，造成严重的“白色污染”。相对于传统的热解、焚烧或填埋方法，近年来废塑料资源化利用受到广泛的关注。团队基于对混合废塑料的官能团测试和反应网络的设计，开发出“正交转化”的全新策略，通过一系列相互独立的催化反应，将混合塑料中的不同官能团分步转化，得到一系列高价值化学品。新开发的混合废塑料“正交转化”策略体现出“全场景、全塑料回收”的巨大潜力。
通过数据扰动与增强模型进行RNA-配体相互作用预测
清华大学生命学院鲁志课题组合作发表人工智能模型预测靶向RNA的小分子药物的论文。相关成果发表于《自然·计算科学》（Nature
Computational Science）。新药研发成本昂贵且周期漫长，使用计算机辅助药物设计能够极大地降低研发成本，助力并加速靶向RNA的小分子药物的研发进程。然而，由于公开的RNA-小分子互作及已知的高分辨率RNA结构数据匮乏，开发数据驱动的深度学习模型仍面临诸多挑战。研究通过探究基于数据扰动和增广的深度学习训练策略在数据匮乏场景的应用，为靶向RNA药物研发的计算建模提供了新思路。新方法在各类RNA靶向药物筛选中具有广泛的适用性，可以高效筛选潜在的药物分子。
仿生多孔膜在凝聚液滴界面组装构建复杂人工细胞与组织
中国科学院化学研究所乔燕研究员团队在构建具有功能性仿生膜的人工细胞和组织方面取得进展。相关成果发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）。基于液-液相分离的复杂凝聚液滴不具有界面膜结构，对外界分子的摄取选择性差、容易发生融合现象，在构建复杂人工细胞及建立细胞间相互作用时存在挑战。研究团队通过在凝聚液滴体系的全水相超低界面张力界面上组装金属-有机框架纳米颗粒，开发出膜包被的凝聚液滴人工细胞；并通过模拟细胞膜功能，调控酶和底物的空间分布实现对酶促反应速率和反应路径的调节；通过引入类细胞器和人工组织，丰富了人工细胞的结构层次，实现了不同亚区室与人工细胞的化学通信。
揭示哺乳动物细胞基体和纤毛的精细组装过程
北京大学生命科学学院郭强研究员课题组与合作者解析了基体与轴丝的组装过程，揭示了微管内部蛋白的时序性结合，为理解多纤毛发生和成熟的机制提供了新见解。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究以哺乳动物多纤毛细胞中的小鼠脑室管膜细胞为模型，借助冷冻光电联用技术、冷冻聚焦离子束和冷冻电子断层扫描技术，通过荧光标记定位摇篮体蛋白，首次在细胞内原位捕获多纤毛发生的动态全景。新模型填补了哺乳动物多纤毛发生过程中的结构空白，描绘了从基体发生到纤毛形成这一动态过程，有助于深入理解纤毛的结构与功能，并为探索纤毛病的发病机制及潜在治疗靶点提供了理论依据。
鸟类酸味耐受的分子演化
中国科学院昆明动物研究所赖仞课题组联合德国马克斯·普朗克生物智能研究所鲍德温团队揭示了鸟类通过酸味觉受体适应性演化实现对酸耐受的机制。相关成果发表于《科学》（Science）。鸟类营养感知的进化促进了其对食物资源的灵活适应与新食物开发，这对物种多样性演化至关重要。水果作为重要的能量来源，被许多鸟类广泛采食，尤其在食物短缺和迁徙时期。然而，学界一直不清楚鸟类如何感知并耐受水果中高浓度有机酸的问题。鸟类祖先酸味受体重建结果表明鸣禽的酸耐受增强与甜味感知能力的获得存在协同进化的可能，这可能推动它们的食性实现多样化，帮助它们提高环境适应性和占据更广阔的生态空间。
宽带铌酸锂基集成微波光子波束形成芯片
东南大学电子科学与工程学院张彤团队研制了采用光学真延时方案的薄膜铌酸锂基四通道4比特集成微波光子波束形成芯片，完成从结构设计到晶圆级芯片制备，再到功能验证的完整研究过程。相关成果发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）。铌酸锂材料在集成光学芯片小型化进程中发挥诸多优势。基于微波移相器的电控波束形成网络存在波束斜视问题只能支持窄带操作，传统技术对应的微波光子波束形成组件通常体积较大、可靠性差、工作频率较低。研究团队将数十个微波光子器件，包括电光调制器、光开关、光波导延时线、模斑转换器，集成在了一个微米级芯片上，推动了宽带片雷达的实际应用。
三维硅光芯片实现快速非阿贝尔编织
南京大学李涛教授、祝世宁院士团队与香港大学张霜教授合作，在三维多层集成的硅光子芯片上演示了基于绝热捷径策略实现的快速非阿贝尔编织效应，实现单比特任意逻辑门。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。硅上绝缘体（SOI）光波导系统具有高密度集成的优势，但由于编织结构的复杂性（通常需要三维结构），在硅基集成光子芯片中实现这些结构仍然是一大挑战。新研究展示了绝热捷径策略在光子芯片上进行更快、更紧凑的非阿贝尔操作的潜力。实现的器件尺寸相比以前减少近3个数量级，显著缩小了器件的尺寸，便于实现可扩展和复杂的非阿贝尔光子器件网络。
光伏高通量人工智能实验平台
电子科技大学集成电路科学与工程学院电子薄膜与集成器件全国重点实验室赵怡程教授团队构建了国内首台全自动高通量实验平台，解决了钙钛矿研究中长期存在的重复性问题，产出大量无人工干扰的高质量数据集，用于对金属卤化物钙钛矿的全面统计分析。相关成果发表于《信息材料》（InfoMat）。通过对超1000个样本进行统计学分析，研究人员发现溶剂氛围波动是影响器件重复性的关键因素，并引入超级吸附树脂有效缓解。结合自动化实验与高级统计分析，新平台展现出卓越的预测与解释能力，适用于钙钛矿光伏及其他溶液法制备的电子器件，新模式有望在未来加快从材料到器件的创新。
一种超越传统电介质限制的能带调制掺杂方法
