科技名刊精選

科技名刊精選

nature

大腦皮層的語義圖

Nature封面：一個實驗對象的皮層表面，上面覆蓋有被預測會在相應皮層位置引起特別強的反應的單詞。單詞顏色表示語義類別：例如，綠色單詞大多是視覺和觸覺概念，而紅色單詞大多是社會概念。白色線條描繪出了人們以前就知道的興趣區域。Nature雜志第7600期封面文章報道了大腦皮層的語義。人們認為，單詞和語言的意思表達在一個語義系統中，該系統則分布在整個大腦皮層的大部分地方。每個語義概念被表達在多個語義區域，而每個語義區域則代表多個語義概念。然而，所獲取的語義圖在不同實驗對象之間基本上是一致的。讀者可在http://gallantlab.org/huth2016這個網址體驗該圖集的一個互動版。

不成功的化學反應方法所具有的價值

Nature封面：從失敗中學習。Nature雜志第7601期封面文章報道了不成功的合成反應方法廣泛傳播所具有的價值，也顯示了利用機器學習等比傳統手段更快的速度得到潛在合成路徑的可能性。很多化學反應從未進入過期刊文章的“方法”部分，因為它們被認為是“不成功的”。然而，這種反應仍能為產物形成所需反應條件的界線提供有價值的信息。Alexander Norquist等人從實驗室筆記本中抽出了一組這種“暗反應”(特別是有關模板化的亞硒酸釩之形成的這種反應)，通過化學信息和性能豐富了這方面的數據。然后，他們采用這個暗反應數據集訓練過的一個機器學習算法來預測反應結果。該算法能夠以比人類直覺更大的準確度來預測一個反應是會成功還是失敗。

易于再生的高性能活性碳替代材料

Nature封面：一種高表面積介孔β-環糊精。Nature雜志第7585期封面文章報道了一種易于再生的高性能活性碳替代材料。水體凈化和修復經常是用各種形式的活性碳進行的，這種方式成本低，但只能將很多有機污染物部分清除。然而，活性碳的再生利用能耗高，需要高溫，而且再生之后性能也會下降。現在William Dichtel、Damian Helbling及同事研發出一種用于水體修復的活性碳替代產品：一種基于交聯環糊精的多孔材料。這種材料不僅在吸附一系列藥物、殺蟲劑和其他污染物方面性能超過活性碳，而且還容易通過在室溫下沖洗來再生。

遠古時代人類群體內的暴力沖突

Nature封面：肯尼亞北部Nataruk的一個男子頭骨。Nature雜志第7586期封面文章的頭骨圖顯示造成該男子死亡的創傷。暴力和戰爭數千年來都在改變著人類社會，但考古記錄中所記載的群體內沖突的根源卻是有爭議的，取決于這些沖突是怎樣被定義和識別的以及相關考古發現的保存狀況。化石發現表明，在全新世早期，狩獵/集采者中間存在群體內暴力。在過去曾經是一個小環礁湖的地方附近所發現的12個人體骨架中，10個都顯示了經歷暴力死亡的證據。沒有跡象表明他們是被特意掩埋的，其中幾個人有多處大創傷。這可能為距今大約1萬年前發生在圖爾卡納湖肥沃湖畔上的一次群體內暴力沖突所造成的結果。

Science

瘧疾戰爭

Science封面：柬埔寨Palin農場蚊帳里的外籍勞工。Science雜志第6284期封面文章報道了柬埔寨嚴峻的抗瘧工作。災難降臨了柬埔寨和大湄公河地區，導致新一輪瘧疾的瘧原蟲對所有青蒿素復方制劑產生了抗性。這場疫情會擴大到何種規模，以及它會橫掃哪些區域，目前仍然不得而知。瘧疾是經按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病。寄生于人體的瘧原蟲共有四種，即間日瘧原蟲，三日瘧原蟲，惡性瘧原蟲和卵形瘧原蟲。青蒿素的抗瘧機理主要在作用于瘧原蟲的膜系結構，使其泡膜、核膜以及質膜均遭到破壞，線粒體腫脹，內外膜脫落，從而殺滅瘧原蟲。

微生物組特刊

Science封面：努力工作的腸道微生物們。Science雜志第6285期封面文章報道了人類腸道內的微生物影響人類健康的許多途徑，以及這樣的關系轉而會如何塑造這一復雜的群體。包括了3篇特寫報告、3篇綜述及1篇《視角》。來自于2個迄今為止最大的群組的腸道微生物數據就微生物組提供了前所未有的解讀，揭示了可影響微生物組成分的一般組成和因子。某些被一般認為會影響成年人微生物組組成的生命早期事件與微生物組組成變異間沒有相關性，這些事件包括出生模式（剖腹產或順產）及嬰兒營養（母乳喂養）。某些腸道微生物種類與疾病相關，這些數據對不同個體的微生物組變異提供了眾多且重要的見解。

微管二聯管是細胞纖毛內轉運蛋白的雙軌通道

Science封面：真核細胞纖毛內轉運蛋白的雙軌通道。Science雜志第6286期封面揭示了微管二聚體幾何結構作為方向特異性軌道協助纖毛組件雙向運輸。纖毛是一種對多數真核細胞的運動，信號轉導，感知起關鍵作用的大分子機器。軸絲是其保守的核心結構，包含9個微管二聯體，每個包括一個完全A型微管和一個不完全B型微管。迄今為止這個二聯管幾何結構的功能尚未清楚。科學家構建一種時間分辨相關熒光和三維電子顯微鏡技術，用以研究纖毛組裝和拆卸過程中沿微管運輸纖毛構件的纖毛內轉運蛋白的動態情況。發現每個微管二聯體都可作為雙向雙軌通道：正向沿B型微管運輸，逆向沿A型微管運輸。

氣候變化的哨兵，北極變暖讓候鳥在熱帶付出代價

Science封面：遷徙中的紅腹濱鷸。Science雜志第6287期封面文報道了紅腹濱鷸遷徙的困境。紅腹濱鷸Canutus亞種（Calidris canutuscanutus）每年在苔原帶的繁殖地和非洲的越冬地之間遷徙。衛星圖片顯示，在過去的33年，紅腹濱鷸的繁殖地的融雪時間平均每年提早了半天，即在30多年內一共提前了2周多。融雪提前也導致了昆蟲數量高峰期的提前，而昆蟲是這些鳥類在極地最主要的食物。研究發現出生在較為溫暖的年份的濱鷸身體更小，因為它們出殼時間與食物高峰期不匹配。當這些體型較小的個體飛至非洲的越冬地時，它們的生存率又會因為喙部較短、不能取食到埋在泥灘較深處的高質量貝類而降低。這一過程也許會讓紅腹濱鷸向著體型更小、喙部更長的方向演化。

基因工程

CRISPR-Cpf1結合crRNA的復合物晶體結構

哈爾濱工業大學生命科學與技術學院黃志偉研究團隊揭示了CRISPR-Cpf1識別CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切precrRNA成熟的分子機制，相關結果發表在《自然》雜志上。CRISPR-Cas系統是細菌編碼的適應性免疫系統，該系統通過RNA引導的效應蛋白剪切病毒的DNA或者RNA從而抵抗病毒的感染。該系統之一的CRISPR-Cas9系統被用來作為可編程的基因編輯工具用于細胞內目的DNA的剪切、表達、修飾、突變。該研究解析了crRNA的Cpf1復合物的晶體結構，進一步認識細菌如何通過CRISPR系統抵抗病毒入侵的分子機理；而且為成功改造Cpf1系統，使之成為特異的、高效的全新基因編輯系統提供了結構基礎。

LbCpf1–crRNA復合體結構

不同物種Cpf1蛋白序列比對

基因密碼子表的內在規律

中科院北京基因組研究所基因組科學與信息重點實驗室胡松年組客座研究員陳衛華與多國科學家合作，對“能量節省”壓力下基因組的演化情況進行了系統研究，研究論文發表于《自然-通訊》。研究表明，在ns位點上，由于得到的mRNA便宜，轉錄傾向于使用便宜的核酸，而因為得到的氨基酸便宜，翻譯傾向于使用貴的核酸。由于氨基酸的平均價格更高，ns位點總體上傾向于使用貴的核酸。由于轉錄和翻譯是選擇的兩大助力，這種趨勢隨編碼基因的表達豐度而更為顯著。文章進一步從進化生物學角度解釋了為什么低GC%的物種基因組往往較小，而高GC%物種的基因組可以較大。

基因組編輯新技術

河北科技大學生物科學與工程學院青年教師韓春雨副教授找到了對基因組位點編輯范圍更廣的基因編輯工具，研究論文發表于《自然-生物技術》。該工具完全不同于以RNA為向導的CRISPR/Cas9基因編輯技術。這種從古細菌來源的Argonaute，利用短鏈DNA作向導，真正實現了對基因組的任意位置進行切割，將基因編輯的可能性推入了更廣泛的境地。該項技術的優勢包括向導設計制作簡便；可編輯基因組內任何位置；由于向導核酸是DNA而非RNA，因此避免了RNA易于形成復雜的二級結構而帶來的失效或者脫靶效應；對游離于細胞核的DNA具有更高的切割效率。

乙肝病毒共價閉合環狀DNA

中科院深圳先進技術研究院醫藥所陳志英團隊成功用微環DNA技術生產出乙肝病毒共價閉合環狀DNA（cccDNA），為開發根治慢性乙肝病毒感染的治療藥物提供了重要條件，相關成果發表于《科學報告》。cccDNA是乙肝病毒復制的模板，其在肝細胞核內持續、穩定的存在被認為是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治療停止后復發的最重要因素。徹底清除殘余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的關鍵。利用微環DNA技術在常規實驗室環境中生產出了毫克級別的重組cccDNA。該重組cccDNA無論在結構還是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重組cccDNA能介導病毒基因組復制、病毒基因表達，并能產生完整的感染性病毒顆粒。

基因工程

單細胞尺度解析造血干細胞起源

北京大學生命科學學院生物動態光學成像中心湯富酬研究組和軍事醫學科學院附屬醫院（解放軍307醫院）劉兵研究組、中國醫學科學院天津血液病醫院（血液學研究所）袁衛平研究組合作，在單細胞分辨率解析造血干細胞的形成過程。在功能和基因表達方面、在單細胞水平上研究了小鼠造血干細胞形成和特化過程中的關鍵特征；相關結果發表在《自然》雜志。造血干細胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人類在內的哺乳動物體內所有血液細胞的干細胞，在合適的條件下只要造血干細胞的一個單細胞就可以在體內產生所有類型的血液細胞，因而對哺乳動物血液系統功能的長期維持和穩定起關鍵作用。精確地分離單個具有功能的干細胞是開展后續一系列研究的前提條件。

小鼠胚胎造血干細胞形成過程中單細胞分辨率的發育路徑示意圖

小鼠胚胎造血干細胞形成過程的單細胞轉錄組分析

選擇性剪切對擬南芥蛋白質多樣性貢獻

中科院遺傳與發育生物學研究所焦雨鈴研究組在全基因組水平通過分析與核糖體結合的mRNA來研究翻譯組的構成，并與總mRNA所代表的轉錄組進行了比較，研究成果發表于《分子植物》。選擇性剪切是一種重要的調控機制，能夠增加轉錄組和蛋白質組的多樣性。該研究發現有35%的選擇性剪切事件能夠被翻譯，并且其中大部分（81%）會導致蛋白質編碼能力的多樣化。同時，該研究發現一些弱翻譯的選擇性剪切mRNA可能通過無義介導的mRNA降解途徑降解，非翻譯的選擇性剪切mRNA則不通過此途徑降解。該研究報道了植物選擇性剪切對蛋白質組多樣性的貢獻，并分析了植物與動物中可變剪切的區別。

倍半萜生物合成基因

中科院武漢植物園天然藥物生物合成學科組章焰生研究團隊，以湖北武漢和貴州遵義的蒼耳為研究材料，分別建立了不同化學型蒼耳葉片及蒼耳腺毛(蒼耳中倍半萜內酯合成和貯存的器官為表面的球狀腺毛)的轉錄組數據庫，通過比較轉錄組學研究，篩選并克隆了3條倍半萜合成途徑上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并進行了功能分析，研究成果發表于《植物與細胞生理學》。倍半萜內酯是菊科植物的特征性成分和主要的藥用成分，具有較強的抗腫瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸蟲和抗過敏活性方面具有較好的醫用價值。該研究為運用合成生物學技術規模化合成特異倍半萜提供了必要的基因元件。

哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達圖譜

中科院上海生命科學研究院計算生物學研究所Philipp Khaitovich研究組首次繪制了哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達圖譜，發現哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達水平存在廣泛差異，研究結果發表于《基因組學與進化》。利用高通量測序技術系統地測定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大腦前額葉皮質組織中snRNA和snoRNA的表達量，發現snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表達量在人腦中卻發生了巨大變化。SNORA29 在人腦中表現為特異表達缺失，并且實驗發現SNORA29在非人靈長類的神經元中特異表達，提示其在人腦認知功能形成中的潛在作用。同時，該研究發現二級結構穩定性是snoRNA表達調控的重要機制。

考古科學

冰河時代歐亞人群的遺傳譜圖

中科院古脊椎動物與古人類研究所在《自然》雜志發表“冰河時期的歐洲人群歷史”論文，文章第一作者付巧妹研究員與美、德、意等國合作研究表明：早期現代人中尼安德特人的基因含量在很短的時間里下降1.5~3倍。在距今37000年~14000年間，歐洲人群具有很大的連續性，因此尼安德特人的基因含量在很短的時期內下降不能用不同人群混合稀釋來解釋；歐洲存在一個早期現代人的重要群體，他們對后期人群影響很大。該地區有些群體在其間消失。這些在不同時空分布的51個個體不僅揭示出各自本身和所在群體的遺傳信息，還反映了不同人群的相互關系；末次冰期結束后的第一個強烈變暖事件對歐洲人群結構影響很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期結束后與近東人群出現了很強的聯系。

歐亞距今45000年－7000年間51個留下遺傳信息的人類個體的年代和分布

冰河時代現代人印象圖（Stefano Ricci供圖）

植物化石揭示中生代古大氣二氧化碳濃度

中科院南京地質古生物研究所出站博士后、蘭州大學副教授吳靖宇，與合作導師王永棟等，對采自甘肅東部華亭礦區上三疊統延長組以及中侏羅統延安組發現的兩種似銀杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）進行細致研究，依據氣孔參數重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962 ppmv和1320 ppmv。結合課題組前期研究成果指出，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣二氧化碳濃度大致呈先下降后升高的趨勢，該研究成果發表于《古生物學雜志》雜志。銀杏化石是恢復古大氣CO2應用最為廣泛的指示植物之一，該項研究對GEOCARB III 和Crustal Production模型進行校正和補充。

柱鏟齒象

中科院古脊椎動物與古人類研究所研究人員發現臨夏盆地的“保德四棱齒象”實際上也應該歸入柱鏟齒象，研究者為其建立了一個新種——粗壯柱鏟齒象（Konobelodon robustus），這一最新研究成果發表在國際雜志《地學多樣性》。該研究表明，甘肅省臨夏盆地的粗壯柱鏟齒象的時代比歐洲和美洲的種都要早，具有很多原始特征，因此是其它兩個種的祖先類型。柱鏟齒象和鏟齒象相似的結構可能是獨立起源的，并不能代表演化上的直接聯系。柱鏟齒象起源有兩種可能性。其一，柱鏟齒象與美洲的扁齒象是姐妹群的關系，它們共同起源于歐亞大陸的原互棱齒象；其二，柱鏟齒象起源于歐亞大陸的四棱齒象。

最早大型復雜多細胞生物化石或是植物的先祖

中科院南京地質古生物研究所朱茂炎研究員課題組揭示了距今15.6億年前，已有個體長達30厘米以上的大型多細胞生物化石群出現，它們或是植物的先祖，該研究成果發表于《自然-通訊》。此前研究表明，距今18-8億年前的地球表層巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈維持在近乎不變的“穩定”狀態，因而被學術界稱為“枯燥的10億年”。這一發現將地球上大型復雜多細胞生物的出現時間提前了近10億年。生命大約自40億年前在地球上出現以來，之后差不多30多億年的演化過程被認為非常緩慢，直到距今6億年前都一直以肉眼不可見的微型、簡單的微生物形式存在。

考古科學

靈長類的“演化濾器”——3400萬年前環境劇變影響人類起源

中科院古脊椎動物與古人類研究所倪喜軍研究員帶領的團隊發現全球氣候變化改變了靈長類的演化軌跡，研究結果發表于《科學》。距今3400萬年前的全球氣候劇變，南極冰蓋急劇擴大，海平面急劇下降，森林大面積消失，地球由此從大“溫室”變成大“冰屋”。由于靈長類動物對溫度非常敏感，因此原來繁盛于北美、亞洲北部和歐洲的靈長類近乎完全滅絕。而在非洲北部和亞洲南部仍保留有熱帶叢林的區域，它們得以幸存。這個“演化濾器”，強烈影響了靈長類動物的宏演化，使之演化軌跡發生巨大改變，而這一變化直接導致現生類人猿主要支系的產生。最早的類人猿化石出現于4500萬年前的亞洲，但在經歷了始新世—漸新世“演化濾器”作用之后，亞洲的類人猿走向滅絕，非洲的類人猿卻走向繁盛之路。

靈長類動物狐猴類（左）和類人猿（右）演化“過濾”圖示

漸新世早期云南省多樣化的靈長類動物

挑剔的雌性主導性別異時進化

中科院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員發現在生物進化過程中，除了自然選擇以外，性選擇也起到了非常重要的作用，該研究成果發表于《古脊椎動物學報》。生物進化理論從另一個方面闡釋了雌性所擁有的主導權。通過對甘肅臨夏盆地中中新統曾家地點的葛氏鏟齒象居群的研究發現，雄性比雌性具有更隆起的腦顱部和更加退縮的鼻骨。隆起的腦顱和退縮的鼻骨都是接近于現生象的進步特征，隆起的顱骨使顳部肌肉收縮力增強，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越長。這種現象不僅在鏟齒象中，在歐洲中中新世的嵌齒象中也有發現。從某種意義上說，在中新世時期，長鼻類雄性的進化似乎比雌性要領先一步。

中國發現最早的節肢動物無節幼蟲化石

云南大學云南省古生物研究重點實驗室古生物學家侯先光教授和劉煜博士與德國、美國科學家合作，從云南澄江動物化石群中發現了5.2億年前一種三維立體保存的無節幼蟲化石，相關成果發表于《國家科學院學報》。澄江動物化石群距今已有5.2億年歷史，其中保存了大量精美的節肢動物化石。這是迄今發現最早的節肢動物無節幼蟲化石,該幼蟲體長僅為2毫米，經熒光顯微鏡和掃描電鏡分析，它被鑒定為澄江化石群中大附肢節肢動物林喬利蟲的早期幼蟲。此幼蟲的發育模式為早期節肢動物進化提供了直接的化石證據，證明無節幼蟲類的發育模式并不是僅存在于甲殼動物當中。

最古老的鳥類食團揭示早期鳥類的消化系統

中科院古脊椎動物與古人類研究所王敏、周忠和與舒柯文研究組報道了一件保存有食團的反鳥類化石，這是迄今最古老的有關鳥類食團的化石記錄，發表于《當代生物學》。食團內主要為狼鰭魚的骨骼碎片，這一發現首次揭示反鳥類能夠以魚類為食，并表明早白堊世的鳥類就已經具有和現生鳥類相似的消化系統。這件保存有食團的反鳥類標本發現于遼西早白堊世的九佛堂組，距今約1.2億年。在對標本的觀察中發現，其肱骨下方有一紡錘形的團聚物，包含有狼鰭魚的骨骼碎片。結合現生鳥類、鱷魚的消化系統對比，研究者將其解釋為鳥類的食團，食團的形成依賴于肌胃的收縮和消化道的逆蠕動作用。

天文地理

太陽暗條和冕環之間的磁重聯過程中的精細結構和詳細演化

中科院國家天文臺李樂平副研究員與國內外學者合作發現磁重聯精細結構及其演化，研究結果發表于《自然-物理》。磁重聯是方向相反的磁力線相互靠近、斷開再重新連接的現象。它在無垠宇宙中所有磁化等離子體系統（如日冕、恒星冕等離子體實驗室等）中扮演著十分重要的角色，是磁能爆炸式釋放轉化為其它形式能量的基本物理過程。在天體物理研究中，它常被用來解釋多種天文現象（如太陽耀斑、暗條爆發和伽馬暴等），但直接觀測磁重聯過程極其困難。通過分析太陽動力學天文臺和日地關系天文臺兩顆衛星的觀測數據，發現當爆發暗條碰到冕環時，它們相互作用，構成了典型的X型重聯結構，證實了三維磁重聯理論。

爆發暗條和冕環之間磁重聯發生前（a和d）、過程中（b和e）和發生后（c和f）的SDO／AIA 335埃和171埃圖像觀測

爆發暗條和冕環之間磁重聯發生前（a）、過程中（b）和發生后（c）的示意圖

帕米爾東北緣前陸盆地物源變化對西構造結印度板塊與亞洲南緣47Ma碰撞時間的約束

中科院地質與地球物理研究所孫繼敏研究員與其合作者，對帕米爾東北緣前陸盆地奧依塔克剖面，開展了砂巖成分、同位素物源示蹤等綜合研究，相關成果發表于《構造地質學》。印度板塊與歐亞板塊的碰撞時間是青藏高原研究中歷時最長、爭議最大的熱點問題之一，是青藏高原研究中的重要問題。研究顯示奧依塔克剖面新增了來自科希斯坦-拉達克弧以及喀喇昆侖的物源，排除了南帕米爾來源的可能性。隨著帕米爾弧形構造帶呈突刺狀向北強烈擴展和遠程效應影響，帕米爾北緣不斷隆升，逐漸阻隔了來自科希斯坦、喀喇昆侖地體的物質，新的物質來源以帕米爾、昆侖山地體為主。

新毫秒脈沖星

中科院國家天文臺李菂研究團隊與澳大利亞科學家合作，在杜鵑座47球狀星團的找到了2顆新的毫秒脈沖星，命名為J0024-7204aa和J0024-7204ab。把杜鵑座47球狀星團的已知脈沖星數目從23顆更新為25顆，研究結果發表于《英國皇家天文學月刊》。這一發現將多次觀測的時域信號做傅立葉變換，在頻域將功率譜對齊累加，提高信噪比，有助于探測到更弱的脈沖星信號。其中J0024-7024aa的色散值為杜鵑座47中最大，且自轉周期為1.84毫秒，為杜鵑座47中周期最短，在所有脈沖星中排在第12位。球狀星團富含毫秒脈沖星和脈沖雙星系統，為FAST重要觀測目標。針對FAST早期漂移巡天中重復觀測的特點，應用非相干疊加方法可提高FAST脈沖星探測能力。

湖泊富營養化對砷循環的影響

中科院城市環境研究所顏昌宙團隊對水和沉積相中砷形態的空間分布與季節變化、相關水體理化參數等開展系統研究，揭示了富營養化對湖泊環境中砷的生物地球化學循環的影響，相關成果發表于《整體環境科學》。在太湖流域按人類活動強度梯度選取不同富營養化水域，建立長期定位生態環境觀測站。分析表明，夏、秋季重度富營養化水域中總砷和五價砷的含量相對較高，其分布明顯受到總磷、鐵、錳和溶解性有機碳的影響；夏季重度和中度富營養化水域的三價砷和甲基砷的含量與占比（占總砷的比例）均明顯高于中營養水域。富營養化環境引起磷、葉綠素a、鐵、錳和有機碳等主要水質參數的變化，有利于水生態系統中砷的生物地球化學循環。

天文地理

赤道太平洋溫躍層內動力過程

中科院海洋研究所王凡研究組報道了赤道太平洋溫躍層內小尺度動力過程研究的最新進展，相關結果發表于《自然-通訊》雜志。帶溫躍層內部的小尺度動力過程能夠影響溫躍層的結構和強度，從而決定厄爾尼諾的強弱及其發展過程。該研究利用研究海區所有的Argo浮標觀測數據和熱帶大氣海洋觀測陣列（TAO）的高分辨率觀測數據，綜合運用多種診斷方法，確認了赤道太平洋冷舌區強混合過程在溫躍層內的普遍存在性，發現了強混合過程在溫躍層下半部分和赤道潛流下半部分的存在性，揭示了強混合過程的發生規律，即其在熱帶不穩定波（Tropical instability Wave，TIW）發生期間和在拉尼娜氣候狀態下發生的頻率更大，發生的層次更深。該成果可為厄爾尼諾和南方濤動機理研究和數值模式改進帶來重要啟示。

診斷獲取的赤道東太平洋某區域強混合過程的發生位置（綠色）及相應的躍層范圍（棕色），以及診斷獲取的赤道東太平洋冷舌區月均的強混合過程的發生次數（顏色）

低理查森數下的月發生頻率

地球表層建模基本定律

中科院地理科學與資源研究所研究員岳天祥研究團隊通過微分幾何學與優化控制論的有機結合，建立了以衛星遙感/全球模型輸出的宏觀近似信息為驅動場，以地面觀測/空間采樣數據為優化控制條件的高精度曲面建模（HASM）方法，研究成果發表于《環境地球科學》雜志。高精度曲面建模方法被廣泛應用于模擬數字高程、土壤屬性、生態服務變化、生態系統變化驅動力等空間動態。在高精度曲面建模理論與方法及其廣泛應用成果的基礎上，提煉形成了地球表層建模基本定律（FTESM）：地球表層及其環境要素曲面由外蘊量和內蘊量共同唯一決定，在空間分辨率足夠細的條件下，地球表層及其環境要素的高精度曲面可運用HASM方法構建。

熱帶氣旋生成過程研究

中科院大氣物理研究所研究員崔曉鵬團隊針對南海熱帶氣旋生成過程開展了一系列研究工作，研究成果發表于美國氣象學會《Mon. Wea. Rev》雜志。熱帶氣旋（Tropical Cyclone,簡稱TC）是在熱帶或副熱帶暖洋面上生成的、具有暖心、低壓結構的強烈風暴，TC在全球三個海區影響最大，即西北太平洋、西北大西洋和孟加拉灣。TC是低緯度地區重要的空中水資源，能極大緩解當地旱情和高溫，但它帶來的暴雨、大風、暴潮及其引發的災害，卻是對人類威脅最大的自然災害之一。研究揭示了南海TC“榴蓮”生成期間的動能收支特征和過程，給出了動能收支概念模型。

銀河系衛星星系奇異分布的可能起源

中科院紫金山天文臺南極天文和射電天文研究部研究員康熙團隊研究了銀河系衛星星系的速度分布，指出其奇異分布可以用目前流行的冷暗物質模型解釋；與大部分漩渦星系不一樣，宇宙中呈現銀河系衛星星系這種分布的可能性只有1%。；相關結果發表于《英國皇家天文學月刊》。數值模擬發現出現這種奇異分布跟星系群的形成歷史有關，大約1%的星系群在其形成過程中只吞食了一個大質量衛星星系，吞食的其他衛星星系質量都偏小，因此形成了類似銀河系這樣的一個較大的空白區域。銀河系可以很自然地呈現出衛星星系的奇異分布，而不需要借助其他解決辦法，只不過這種情況出現的概率偏小，意味著銀河系在宇宙中也許真的很特殊。

納米技術

單原子分散貴金屬催化劑的制備和催化

廈門大學化學化工學院、能源材料化學協同創新中心鄭南峰和傅鋼課題組，采用乙二醇保護的超薄二氧化鈦納米片作為載體，應用光化學方法，成功制備了負載量高達1.5wt%的單原子分散鈀催化劑；在溫和條件下高效脫除前驅體氯鈀酸上的氯離子是成功制備的關鍵；研究成果發表于《科學》雜志。貴金屬催化劑廣泛應用于環保、能源和化工等領域。貴金屬資源稀缺、價格高昂，將貴金屬單原子分散可以有效提高原子利用率，但為了避免團聚，其金屬負載量很難提高。該研究展示了單原子分散催化劑在基礎研究中的重要作用，不僅為亞納米尺度上研究復雜界面化學過程提供了理想模型，還架起了均相和非均相催化之間的橋梁。

P d1-T i O2結構表征

Pd1-TiO2加氫催化反應機理

具有抗原快速釋放行為的pH敏感PLGA納米粒促進免疫應答

中科院過程工程研究所王連艷研究小組在納米顆粒誘導免疫應答，尤其是誘導細胞免疫應答方面取得進展，成果發表于《ACSNano》。在前期納微顆粒性質影響免疫學行為研究基礎上，構建了具有薄皮大腔結構的pH敏感聚乳酸-羥基乙酸(PLGA）納米粒，攜載模式抗原OVA和抗原釋放伴侶碳酸氫銨。當納米粒被抗原提呈細胞攝取后，在內體溶酶體的微酸環境下，當氫離子進入納米粒中，與碳酸氫銨反應生成氨氣和二氧化碳，撐破囊壁，快速釋放抗原，進一步分布到胞質中，實現抗原的交叉提呈，提升細胞免疫應答。研究結果表明，pH敏感納米粒顯著提升了抗原的交叉提呈水平（是實心顆粒的2倍多），提升了T細胞和B細胞的活化水平，促進了細胞CTL殺傷能力，在清除胞內感染中發揮巨大作用。

磁性納米粒子的自組裝與結構調控

中科院化學所分子動態與穩態結構實驗室姚立研究員等利用超低場磁成像綜合研究平臺，在磁性多功能自組裝體的結構設計與構筑、性能調控與應用方面的研究發表于《美國化學會志》。磁性納米粒子在現代科學的眾多領域具有廣泛的應用，例如核磁共振成像、生物醫藥、催化、數據存儲和環境保護等。通過將磁性納米粒子的多功能性與單孔中空的結構特性有機結合起來，實現對其磁性能的調控和提升，并發展了一個集選擇性封裝、磁導航輸送、可控釋放于一體的智能生物醫學平臺。更重要的是，整個過程可通過磁共振成像手段實時監控。這種自組裝磁球用作智能納米載藥有望使癌癥治療可視化、更有效、更精準。

超高靈敏度新型微波探測器

中科院蘇州納米所曾中明團隊與國內外科學家合作在基于電子自旋特性的微波探測器件研究方面取得了新的進展，相關結果發表于《自然-通訊》。射頻微波探測器是微波系統中的重要電子器件，在通訊、雷達、導航、遙感、電子工業、醫療、科學研究等方面具有廣泛應用。利用薄膜制備技術精確控制納米磁性薄膜的界面特性，在“磁性自由層/隔離層/磁性固定層”三明治納米結構中使自由層的磁矩垂直于薄膜平面，而固定層的磁矩平行于薄膜平面。由于兩磁性層的磁矩成近90度排列，極大地提高了自旋注入效率；該結構具有優異的微波探測性能。該器件可在零磁場下工作，消除了對外加磁場的依賴，簡化了器件結構，降低了功耗。

納米技術

離子雜化多孔材料高效分離乙烯乙炔

浙江大學化學工程與生物工程學院邢華斌團隊與多國家科研人員合作，采用離子雜化多孔材料，突破了氣體分離選擇性和容量之間的trade-off效應，實現了乙炔乙烯的高效分離，該結果發表在《科學》雜志。人類社會的能源和資源越來越依賴于天然氣、頁巖氣和乙烯等氣體，這對高效節能的氣體分離技術提出了迫切需求。研究首次提出了離子雜化多孔材料分離乙炔和乙烯的方法，該材料擁有三維網格結構，網格上嵌有的無機陰離子通過氫鍵作用可專一性的識別乙炔分子，獲得迄今為止最佳的乙炔乙烯分離選擇性。同時調控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小，促使被吸附的乙炔分子之間或乙炔-多孔材料之間形成協同作用，獲得極高的乙炔吸附容量；從而解決了傳統氣體吸附過程分離選擇性和容量兼具的難題。

多孔材料結構與氣體吸附過程

乙烯乙炔混合物IAST計算

嵌段共聚物自組裝形貌調控

中科院化學所王棟研究員使用表面駐極體調控嵌段聚合物的自組裝形貌，研究結果發表于《自然-通訊》。嵌段聚合物可以自發組裝為尺寸周期低于100nm以下納米的結構，進而作為制備具有特定納米結構材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高產易得的優異特點，基于嵌段聚合物的納米刻蝕技術被認為是最重要的下一代刻蝕技術之一。為了實現納米刻蝕技術的應用，需要解決嵌段聚合物滿足垂直取向形貌控制和局部圖案調控方面的難題。研究人員利用電子束輻射SiO2/Si基底，制備出表面充電的駐極體；利用其產生的局域電場，對嵌段聚合物薄膜組裝進行控制，成功實現了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。

納米發電機首次用于自驅動干細胞分化

中科院北京納米能源與系統研究所劉宏研究員等在利用納米發電機刺激干細胞神經分化方面取得研究進展，相關成果發表于《ACSNano》雜志。將摩擦納米發電機與高電導率的石墨烯復合維納纖維生物支架相結合，利用摩擦納米發電機產生的電信號，在沒有任何生物和化學誘導的條件下，在石墨烯復合微納纖維上實現了間充質干細胞向神經細胞高效的定向分化。該工作通過制備體積小、輸出高、輸出穩定的分離式自驅動的摩擦納米發電機（TENG），以人腳步驅動的TENG對具有導電性良好的石墨烯基維納復合纖維上粘附生長的間充質干細胞進行電刺激，成功調控了干細胞向神經元分化。

基于自旋態精細調控實現高效電解水催化產氧

中國科學技術大學周仕明課題組、曾杰課題組與南開大學胡振芃課題組合作，優化過渡金屬氧化物的催化性能實現高效電解水，研究結果發表于《自然-通訊》。通過改變LaCoO3納米顆粒的尺寸，研究人員能夠精細控制其自旋態轉變行為，成功實現了Co離子eg軌道有效電子填充數從1.0到1.3的調控。特別是當顆粒尺寸在約80nm時，其eg軌道電子數約為1.2，此時產氧催化性能達到了最優，并與其他報道的具有eg1.2電子組態高效催化劑的性能相當。過渡金屬氧化物的電解水催化性能與其晶體結構及電子結構密切相關。特別是對具有鈣鈦礦結構的過渡金屬氧化物而言，電催化產氧性能與其過渡金屬離子的3d電子中eg軌道有效填充數緊密相連。