2013：《Science》上的中國聲音（下）

姜 瑩

美國的《Science》雜志為國際上著名的自然科學綜合類學術期刊，在世界學術界享有盛譽。2012年《Science》雜志的影響因子為31.027，排名所有科學期刊的第16位。由于其獨特的學術地位，國內許多科研院所為鼓勵學術人員在該刊發表文章，都制定了優厚的獎勵措施。

《Science》雜志發表的論文涉及所有科學學科，特別是物理學、生命科學、化學、材料科學和醫學中最重要的、最激動人心的研究進展。據統計，發表的論文中60%有關生命科學，40%是屬于物理科學領域的。每年《Science》雜志還出版大約15期專輯，展示某一專門領域的最新成果，例如生物技術、寄生蟲學、納米技術、計算機技術等。除高水平的論文外，每期專輯還發表有關科技職業的專題文章和以不同國家、地區為對象的專欄。

2013年度，我國科研團隊（不含客座或兼職教授）共在《Science》發表研究性論文31篇。研究內容涵蓋物理學、生命科學、化學、材料科學和醫學等學科領域。

1999畢業于上海交通大學生命科學技術學院，獲得學士學位；1999年至2005年在上海植物生理生態研究所攻讀博士；2005年至2011年，于Max Planck Institute for Developmental Biology攻讀博士后；2011年至今任中科院上海生科院植生生態所研究組長、研究員、博士生導師。王佳偉的研究方向：植物小分子RNA，小分子RNA是一類非編碼的RNA。它們在植物的生長發育中發揮著重要的調節作用，是基因表達調控的一種重要手段。實驗室研究和探討小分子RNA的表達調控及其在植物生長發育中的作用機制。短期內，實驗室的工作將圍繞miR156展開，將利用遺傳學，分子生物學，并結合第2代DNA測序和高通量蛋白質譜分析平臺，研究miR156的表達特征和調控模式，從分子生物學的角度來回答植物年齡的分子身份，年齡調控miR156表達的分子機制。同時，將深入和全面的分析miR156的生物學功能，闡明miR156調控植物的時序性發育的信號傳導機制。實驗室的長期目標是對植物中非編碼的RNA進行系統的功能分析。力圖闡明這些調控RNA的產生機理和作用機制，以及它們的生物學功能。同時，將通過比較生物學的方法，探討這些RNA在不同物種中的保守性和多樣性，從而更好的了解這些小分子調控物質的產生和演化。

多年生草本植物彎曲碎米芥成花誘導的分子機理

彎曲碎米薺屬于十字花科碎米薺屬，為兩年生或多年生草本植物。王佳偉研究組發現，彎曲碎米薺的成花誘導需要經歷一段時間的持續低溫，即春化作用。有趣的是，幼年期的彎曲碎米芥不能感受低溫，出現正常的春化反應。研究表明，彎曲碎米芥的年齡決定了春化反應的敏感性，其成花誘導需要同時解除兩個抑制因子，即FLC和TOE1。FLC是春化途徑的關鍵調控因子，持續的低溫可以降低FLC的表達；TOE1的表達則受到年齡途徑關鍵因子miR156的調節。

在幼年期，miR156高水平表達，TOE1含量較高，抑制下游開花關鍵基因的表達，導致植物對春化作用不敏感；隨著植物年齡的增長，光合作用產生的糖分不斷積累，導致miR156含量逐漸下降。此時TOE1的表達減弱，年齡途徑對開花的抑制作用被解除，植物對春化作用敏感，持續的低溫即可解除FLC的抑制作用，誘導植物開花。

年齡途徑和春化途徑共同調控開花與多年生植物的生長習性密切相關。這一分子機制確保多年生草本植物可以在獲得足夠生物量后，感受外界環境的變化，開花結果，繁衍后代。這一研究成果也提示，高等植物的開花多樣性可能就是由于不同植物間不同成花誘導途徑的貢獻差異決定的。

Science 31 May 2013: 1097-1100

在清華大學核子獲物理工程專業學士學位、生物物理專業碩士學位。1989前往美國杜克大學植物遺傳系學習。隨后獲得美國德州大學西南醫學中心生物化學與分子生物學專業博士學位。1994-1996年，美國麻省理工學院(MIT)生物系, 哈佛休斯醫學研究所，研究助理；1996-1999年，為美國格蘭素威康研究所結構化學系，一級研究員；1999-2001年，為美國格蘭素威康研究所結構化學系，二級研究員；2001-2002年為美國GSK研究所結構科學部，高級研究人員；2002-2007年3月，美國，Van Andel研究所結構科學部實驗室負責人，資深PI/教授；2007.3-2009.12，美國Van Andel研究所結構科學部實驗室負責人，杰出PI/教授；2010年1月至今，為美國Van Andel研究所結構科學與藥物發現中心主任，實驗室負責人，杰出PI/教授。2010年7月至今，2009年入選國家千人計劃，現擔任中國科學院上海藥物研究所研究員。研究方向：蛋白質結構與藥物開發。

五羥色胺受體1B及2B的兩個亞型晶體結構

五羥色胺（也叫血清素）是人體中最重要的一種神經遞質與激素，在中樞神經系統中，五羥色胺控制著認知、學習、感情、情緒等腦神經活動；在外周神經系統中，五羥色胺控制著生殖、代謝、血管收縮、骨骼發育等生理功能。因此五羥色胺系統一直是藥物研究與開發的熱點，作用于該系統的藥物廣泛用于抗精神分裂癥、偏頭痛、抗嘔吐及肥胖癥等疾病。但是，因為五羥色胺功能復雜，受體繁多[在人體中共有14種不同的五羥色胺受體，其中13種受體屬于G蛋白偶聯受體（GPCR）]，臨床用的五羥色胺調節劑具有非特異性，常引起毒性副作用，從而導致臨床用藥的失敗。五羥色胺受體與配體結合的分子機制是解決五羥色胺調節劑分子特異性的關鍵前提。但是由于五羥色胺GPCR受體是七次跨膜的膜蛋白，柔性較大，導致其蛋白質表達、提純與結晶難度極高。五羥色胺受體結構的長期匱乏，已抑制對五羥色胺受體的生物學的理解及其藥物的研發。

徐華強課題組利用計算生物學手段，對五羥色胺受體系統的配體識別機制進行系統的研究歸納，深入闡述了五羥色胺受體-配體結合的分子機制。同時，現有的大部分GPCR結構都是抑制劑結構，與此相反，兩個五羥色胺受體結構都是激動劑復合體結構。在結構測定的基礎上，利用點突變及下游信號傳導的分析，詳細地揭示了五羥色胺受體亞型的信號傳導特異性。

Science 3 May 2013: 610-614

南開大學現代光學所教授，信息科學技術學院副院長。獲得天津大學光學工程專業本科（1985年）及工學碩士（1988年）學位，倫敦大學物理學博士學位（1994年），劍橋大學博士后（1994-1999年）。1999-2008年在新加坡南洋理工大學微電子系任教。在海外獲得15項科研項目并擔任負責人，包括一項重大基礎研究項目，共計科研經費合人民幣約四千余萬元。已發表SCI收錄的論文120余篇，多次在國際光學工程學會(SPIE)和美國光學學會(OSA)年會作微光學、光學顯微成像與傳感、光鑷等方面邀請報告。光學學術期刊《Optics & Photonics Letters》主編，《中國光學與應用光學》副主編。鑒于其在微納光學領域的貢獻，分別于2005年和2009年被選為SPIE Fellow和OSA Fellow。

可重構偏振調控型表面等離激元定向耦合

文章提出了一種全新的SPPs耦合方式，通過一系列亞波長“人”字型微納金屬結構，解決了目前入射光偏振態嚴重影響SPPs耦合效率以及SPP傳播方向無法精確控制等技術難題，實現了SPPs的可重構定向耦合新機制，該研究成果對微納光子芯片水平的SPPs產生、傳輸、調控、互聯與探測等應用有重大積極推進作用，為未來發展SPPs大規模光電子集成與互聯技術奠定了基礎。

Science 19 April 2013: 331-334

1984年畢業于山東大學光學系，1990年、1994年先后獲中國科學院物理研究所碩士、博士學位。中國科學院物理研究所研究員、清華大學教授。長期從事超薄膜材料的制備、表征及其物理性能研究。開展了第二代半導體薄膜GaAs、InAs/GaAs量子阱（點）、寬禁帶半導體GaN和ZnO 薄膜生長動力學研究, 發展完善了III-V族化合物半導體表面再構的基本規律；開展了半導體Si襯底上金屬超薄膜量子尺寸效應的研究，定量建立了金屬薄膜體系量子效應和材料性能間內在聯系，發現了薄膜熱膨脹系數、功函數、超導轉變溫度等的量子振蕩現象；開展了有序納米結構的自組織生長研究，發明了若干原子尺度精確控制生長技術，解決了異質外延生長納米有序結構的難題。研制了幾套低溫生長及原子尺度原位檢測裝置。現為北京郵電大學電子工程學院院長。

量子反常霍爾效應實驗

量子反常霍爾效應要求材料的體導電和表面導電通道完全被抑制掉。Bi2 Se3體系由于存在不可避免的Se空位缺陷導致的高濃度的電子型摻雜，不能滿足實現量子反常霍爾效應的要求。為了避免這個問題，研究組選擇了（Bi1-x Sbx)2 Te3體系。這個體系中，可以通過改變Sb的組分x，能夠將費米能級調到鐵磁性導致的能隙內的電荷中性點上。通過對材料各種參數進一步的不斷優化，最終實現了無外加磁場情況下量子化的霍爾電阻。

研究觀察到的量子反常霍爾效應的性質是非常穩定的。首先，為了避免自旋翻轉散射的影響，觀測量子自旋霍爾效應需要微小尺寸的樣品，而量子反常霍爾效應能夠在幾百微米量級的宏觀尺度下實現。其次，讓人稱奇的是，這種嚴格的量子化能夠在具有相當低的遷移率和非零體導電通道的材料中實現。這些都說明量子反常霍爾效應比量子自旋霍爾效應要穩定得多，可以媲美甚至比量子霍爾效應有更強的適應能力。

Science 12 April 2013: 167-170

1993年-1997年畢業于北京師范大學天文系；1997年-2002年，北京師范大學天文系攻讀博士學位；2002年8月-2004年11月在中國科學院國家天文臺攻讀博士后。2006年7月-2009年7月，UC Berkeley大學天文系做博士后；2009年8月-2010年6月，Texas A&M訪問學者；2013年12月至今，清華大學物理系教授。研究領域：超新星爆發物理和前身星；時域天文學；觀測宇宙學；太陽系外行星。

兩類不同Ia型超新星的證據

研究組發現了低膨脹速度與高膨脹速度的兩類Ia型超新星有著本質的區別，并且在爆炸時拋射物高速膨脹的一類Ia型超新星相對低速膨脹的另一類具有較高的金屬含量和較為年輕的前身星系統。對于這類特殊的天體，這是一個非常重要的結論，因為它們在當今人們試圖描述宇宙膨脹歷史的研究中起著非常重要的作用。1998年，國際上兩個研究組對遙遠星系中爆發的Ia型超新星進行觀測和研究發現了宇宙加速膨脹這一驚人現象, 從而預示宇宙暗能量的存在，這一研究成果在2011年獲得諾貝爾物理學獎。然而，令人感到遺憾的是，Ia型超新星的爆發以及它們的前身星的物理機制仍然是個謎題。幸運的是，近幾年來觀測到的Ia型超新星的數據顯著增長，天文學家能夠探測超新星統計學上的性質，并建立起它們與宿主星系的聯系。

Science12 April 2013:170-173

1998-1998年就讀于中國科技大學物理系，隨后進入美國普林斯頓大學物理系學習，2004年獲得博士學位，并獲得普林斯頓大學博士畢業生最高獎之一的Charlotte Elizabeth Procter Honorific Fellowship。主要研究工作是運用精密的電學、磁學、熱學和掃描隧道顯微術等實驗手段來探索凝聚態物質中由于電子間的強相互作用而引起的非常規物理現象。

拓撲誘導的磁性量子相變

研究團隊利用分子束外延的方法生長了高質量的Cr（鉻元素）摻雜的Bi2(SexTe1-x)3（鉍硒碲三元化合物）拓撲絕緣體薄膜，并在低溫條件下對其磁電阻和反常霍爾效應進行了精密測量。輸運測量結果表明，隨著Se含量的增加，體系發生了從鐵磁態到順磁態的磁性量子相變，并同時伴隨著反常霍爾電阻符號的改變。此外，在量子臨界點處，能帶結構測量發現了體能帶從拓撲非平庸到拓撲平庸的量子相變。密度泛函理論計算表明其物理機制是由于Se元素的自旋軌道耦合強度弱于Te元素，因此當其含量超過一個臨界值時自旋軌道耦合強度不足以引起能帶反轉，從而進入拓撲平庸態。最后，有效模型的計算顯示能帶結構的拓撲相變是導致磁性相變的原動力，即拓撲非平庸的能帶在低溫下更傾向于形成鐵磁序，而拓撲平庸的能帶則傾向于形成順磁序。

Science 29 March 2013: 1582-1586

2003年-2008年就讀于西安電子科技大學理學院，攻讀碩博連讀研究生；2005年-2008年就讀于中國極地研究中心，為聯合培養博士研究生；主要研究方向：極區電離層-磁層耦合及磁層頂邊界層動力學過程、極區電離層等離子體不均勻體的形成和演化特征、磁層環電流和場向電流的分布及場向電流對極區電離層的影響。要學術成績：分別通過聯合分析歐洲非相干散射雷達（EISCAT）和國際超級雙子極光雷達網（SuperDARN）的協同觀測數據以及GPS總電子含量（TEC）數據（地-地聯合觀測）、聯合分析歐空局Cluster衛星簇和我國地球空間雙星計劃等衛星和地面雷達以及我國北極黃河站極光的協同共軛觀測數據（星-地聯合觀測）、聯合分析Cluster衛星簇和我國雙星以及美國THEMIS衛星等的協同觀測數據（星-星聯合觀測），深入研究了極區電離層等離子體不均勻體結構的形成和演化特征及日側磁重聯層的內部等離子體結構等。其中主要對極蓋區等離子體塊的形成機制和演化過程、日側磁重聯產生的通量傳輸事件（FTEs）的演化特征及其在南北半球極區電離層的響應情況等做了深入分析研究。

地球南北兩極出現的等離子體云塊

太陽不僅照亮整個太陽系，還時時刻刻朝四面八方噴射高速等離子體，這就是“太陽風”。由于極區是地球開向太空的天然窗口，地球磁力線在極區高度匯聚并幾近垂直向太空開放，太陽風與地球磁層相互作用會在極區高層大氣引起眾多的物理現象，其中“等離子體云塊”最為常見。

尺度從幾百到幾千公里不等的“等離子體云塊”常常引起極端空間天氣環境，使得人類的超視距無線通訊和衛星－地面間的通訊中斷，直接影響近地飛行器（飛機、宇宙飛船等）和低軌衛星等的正常運行及其與地面通訊，甚至威脅到航天員的生命安全。理論上，極區“等離子體云塊”在日側極光帶赤道側附近產生，并沿極區電離層對流線向極蓋區（地球南北極開放磁力線區域）運動，最后從夜側流出極蓋區。整個演化過程中“等離子體云塊”內帶電粒子因與周圍相反極性帶電粒子復合而密度逐漸減小。

Science 29 March 2013: 1597-1600

臨沂大學地質與古生物研究所所長，古生物研究方向學科帶頭人，從事中生代恐龍和鳥類的科研工作，主要研究領域為鳥類功能形態學與系統分類學。依據由恐龍向鳥類轉變過程中的重要形態結構演化特點，提出進一步支持鳥類飛行樹棲起源理論的證據，推斷鳥類飛行能力演化的不同階段，并結合原始鳥類的各類羽毛和恐龍原始羽毛的特征，完善羽毛起源的模式。在《Science》、《Nature》、《Proc Biol Sci》、《PNAS》等國際知名專業刊物發表論文13篇；出版個人學術專著2部；主持國家自然科學基金面上項目2項。

早期鳥的腿羽進化

鄭曉廷徐星教授帶領的研究團隊對收藏于山東省天宇自然博物館（臨沂大學自然博物館）的11件保存著后肢羽毛或皮膚結構的不同的早期鳥類標本進行了詳細研究，發現許多早期鳥類都具有后肢羽翼，包括會鳥、孔子鳥和不同種屬反鳥。這些鳥類后肢羽毛的存在證實了早期鳥類演化過程中曾存在一個四翼階段。并且后肢羽翼在鳥類飛翔起源中曾扮演過非常重要的角色。也就是說最早的鳥類曾經用四個翅膀飛翔。在虛骨龍類恐龍演化早期，發育出短的絲狀足羽，繼而足部羽毛普遍存在于虛骨龍類中。而到了近鳥類恐龍時期，開始出現大型的腿羽（包括足羽），但在鳥類演化的早期，大型足羽開始退化，這種退化是由后肢遠端開始逐漸向近端發生的，不過在基干鳥類和其他非今鳥類類群中卻仍存在大型腿羽，并且形成退化的后肢羽翼，直到今鳥類演化的早期，鳥類足部盾形鱗片出現，而腿羽退化的更加短小。鳥類從樹棲環境轉到陸地環境，尤其是轉到近水環境，可能加速了腿羽的退化。

Science 15 March 2013: 1309-1312

分別于1985年、1988年、1994年在大連理工大學材料系獲得學士、碩士、博士學位；1994-1996年于大連理工大學力學博士后流動站從事研究工作；1996年到中國石油大學（北京）任教。

長期從事形狀記憶合金及其復合材料研究，負責國家自然科學重點基金1項，面上基金7項，參加了國家“973”項目及油氣重大專項。作為責任作者，在Science、Advanced Materials等國際重要期刊發表論文120余篇（SCI收錄），獲得中國發明專利11項。曾獲1994年C-MRS會議青年獎，大連理工大學向坊隆基金獎，1998年入選“石油天然氣總公司跨世紀學術技術帶頭人”，2002年被評為教育部優秀青年教師，國家自然科學基金委員會第13、14屆評審專家組成員，中國材料研究學會理事。

一種超大彈性應變、低彈性模量及高屈服強度的相變金屬納米復合材料

金屬、陶瓷及高分子材料是人類廣泛使用的三大類材料，然而，在它們的性能之間存在空白區，該空白區所對應的大彈性應變、高強度及低彈性模量性能一直是人類面臨的挑戰。長期以來，基于自由態納米線具有超大彈性應變與超高強度的特征，科學家曾對其增強復合材料的性能，填補空白區寄予厚望。然而，諸多研究表明，納米線的本征力學性能在復合材料中的實現成為眾所周知的“死亡之谷”。崔立山教授研究團隊的論文基于對金屬納米復合材料中兩組元載荷傳遞在原子尺度上均勻性的猜想，首次提出了基體相變應變與納米線彈性應變匹配的設計思想，采用共晶相變和單向大變形，獲得了兼具超大準線彈性應變、高屈服強度及低彈性模量的新型金屬納米復合材料，發現納米線的本征力學性能能夠在大塊材料中實現。

Science 8 March 2013: 1191-1194

1984年于武漢地質學院獲學士學位，1991年于中國地質大學(武漢)獲博士學位。1995年4月至7月赴英國伯明翰大學國際合作，1998年5月至11月赴美國韋恩州立大學生命科學系進修分子生物學，1999年10月至2000年4月到英國萊斯特大學進行國際合作，2001年6月至2002年6月英國萊斯特大學進行英國皇家學會皇家博士后（Royal Fellowship ）研究工作。長期從事地層學、微體古生物學、沉積古地理學、分子古生物學的教學和科研工作。

2.5億年前致命高溫造成赤道低緯度區生態系的坍塌

距今2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕事件是地球歷史上最大的一次滅絕事件，這次滅絕事件造成了當時地球上絕大多數的物種消失。而在二疊紀末大滅絕后的早三疊世早期的死亡區竟然神奇地延續了長達5百萬年的時間。其主要原因是當時的溫度升高到了致命的程度，當時海水表面可高達40攝氏度，而在陸地上溫度更高，可能高達到50多攝氏度。

該研究組在位于貴州和廣西的南盤江地區先后測制了16條地質剖面，采集了和處理了兩噸多的巖石樣品，獲得了3萬5千多枚牙形石標本。在該地區從5條剖面中選用了早三疊世不同時代的269樣品，在顯微鏡下挑選出約1.5萬牙形石個體，進行氧同位素的測定，在此基礎上構建了該地區早三疊世完整的溫度變化曲線。這項研究第一次表明當時的海洋表面溫度可高達40攝氏度，接近了海洋生物死亡及光合作用停止的致命溫度值。

Science1 March 2013: 1033

研究方向為綜合運用高通量測序、高性能計算、和DNA樣品制備技術，開拓基因組學新應用，開發生物信息方法和軟件。具體包括：繪制重要經濟動植物和重要進化分支代表性物種基因組圖譜; 更全面系統地分析基因組間的遺傳多態性；研究物種、群體、和細胞的遺傳變異規律；分析腫瘤發生、演化和轉移過程中細胞在染色體結構、基因序列、以及基因表達與調控等方面的變異特征；通過家系基因組測序定位孟德爾遺傳病致病性基因和突變；復雜性狀與復雜疾病基因關聯分析。并關注和推動將研究轉化為產品和服務，改善我們的健康和生活。

高覆蓋度的單個精子的全基因組測序

減數分裂期間同源染色體之間發生的片段交叉重組(crossover)，對于實現遺傳物質的分離是至關重要的，也是產生生物基因組多態性的重要機制。重組率在整個基因組中并非均勻分布，而是集中在一些散布的狹小區域內(hotspot)，并且不同物種之間以及相同物種的不同個體之間都可能存在明顯的差別。以往對于人類染色體重組的的研究，受限于實驗技術的限制，分辨率一直都比較低；另外，由于一個家庭內的孩子數目有限，以往的研究都是在群體水平上開展的，而無法開展個人水平的遺傳重組規律研究。單細胞DNA擴增技術和高通量測序技術的發明，使得測序單個精子的基因組成為可能。利用精子基因組測序技術來研究人類的染色體重組規律，具有以往技術無法比擬的優勢。首先，精子是天然重組產生的單倍體，取材方便，而且從一個人可取的精子數量幾乎是無限的，可以很容易地研究個人水平的重組分布規律；其次，全基因組測序技術提供了最高的分子標記（marker）密度，能夠得到最為精確的crossover定位結果，測序技術本身具有高通量、自動化等特點，隨著測序成本的迅速降低，這一優勢以后會更加突出。

Science15 February 2013:816-819