科技名刊精選

生殖細胞癌化療抗性的演變

Nature封面：失去雜合性的惡性生殖細胞正在凋亡。Nature雜志第7631期封面文章探究化療敏感性的基礎和臨床抗性的動因。生殖細胞指在胚胎中發育成為生殖系統細胞的細胞，原發于生殖細胞的腫瘤對化療的敏感性往往比許多其它成人癌癥更強?？茖W家對患者的生殖紐胞腫瘤執行了臨床全外顯子組/轉錄組測序，這些病人的臨床結果各不相同。研究發現，染色體相互雜合性丟失和KRAS突變會引起原發性生殖細胞瘤高度富集，且這類腫瘤的線粒體啟動水平較高。本研究為認識生殖細胞腫瘤的化療敏感性和化療抗性演變提供了信息。

格陵蘭冰蓋的脆弱性

Nature封面：處于熔點的冰蓋。Nature雜志第7632期封面文章報道了格陵蘭冰蓋的脆弱性。格陵蘭冰蓋是世界第二大冰蓋。由于全球氣候的變暖，格陵蘭冰蓋正處于融化過程中。如果格陵蘭冰蓋完全融化，全球海平面將會顯著上升，可能升高數米。本期《自然》雜志發表了Joerg Schaefer等人與Paul Bierman等人所做的兩項研究，他們考察了冰蓋在過去的活動方式，旨在促進評估其在全球變暖環境下的脆弱性；兩項研究的結論似乎相互矛盾。在新聞與評論版塊中，兩位地球化學家和一位冰川學家探討了這兩篇論文所反映出的問題。

虎尾海馬基因組

Nature封面：海馬。Nature雜志第7633期封面文章報道了虎尾海馬（Hippocampus comes）的基因組序列。研究人員發現，這種海馬的基因組是人類迄今為止研究過的演化最快的魚類基因組。虎尾海馬是海馬貿易中最常見的品種——干海馬被用來制作傳統藥材，活海馬則被作為觀賞水族交易——且目前被列為IUCN紅色名單瀕危物種。虎尾海馬基因組揭示的特征有助于解釋海馬形成現有體型的原因。值得注意的是，海馬體內缺失主控基因tbx4，而tbx4決定后肢/腹鰭的發育。海馬沒有腹鰭，敲除tbx4的變異斑馬魚也失去了腹鰭。

快速射電暴及其宿主的直接定位

Nature封面：銀河系和美國新墨西哥州卡爾·央斯基甚大天線陣的碟形天線。Nature雜志第7635期封面文章報告了阿雷西博射電望遠鏡發現的快速射電暴FRB 121102的亞角秒定位，FRB121102是已知的唯一一個重復射電暴源。研究者使用高時間分辨率射電干涉觀測方法直接繪制了該射電暴的圖像?？焖偕潆姳‵RB）是持續時間僅幾毫秒的射電閃光。FRB 121102的定位揭示出了一個持續的射電光源，它與射電暴的角距離在100毫角秒以內。這個神秘的持續射電暴源可能是遙遠寄主星系星云內的一顆中子星、一個低亮度的活動星系核，或者此前未知的一種銀河系外來源。

家庭的紐帶

Science封面：DNA和文化的碰撞。Science雜志第631 7期封面文報道了沙特阿拉伯抗擊遺傳疾病上的努力。由于阿拉伯人近親結婚的人數眾多，特別像位處中東的沙特阿拉伯，擁有特別高的遺傳疾病發生率。沙特阿拉伯成立了一個稱為Saudi Human Genome Program的研究計劃，科學家在5年間研究了一萬個病人的DNA，以形成數據庫，旨在繪制沙特幾千萬人的遺傳密碼圖譜，以確定導致不同的疾病基因突變，并研發新的方法進行治療。這項工作能夠幫助年輕人進行婚前DNA檢測以消除或減少這些疾病帶來的風險。

世界最大鉆石的成因

Science封面：一塊7厘米高重404 2克拉的鉆石。Science雜志第6318期封面文章為報導了世界上最大、最有價值的鉆石是如何形成的。大塊鉆石非常罕見、昂貴、迷人。這些鉆石獨特之處不僅在于它們的尺寸，還在于它們的出生地。Smith等人利用探針技術標注這些大鉆石的礦物包裹體后，發現大量的還原氣體包裹的鐵金屬薄片。這項發現表明這類大型鉆石生長自地球地幔層的液態金屬。這一結論進一步直接證實了長期以來的懷疑，即金屬沉淀反應需要更多的還原性地幔環境。高度還原性的深地幔區域有利于富含碳和氫的金屬鐵相沉積。

燃燒的問題

Science封面：Drax，3960兆瓦，英國最大的火力發電站。Science雜志第6320期封面文報道了燒樹發電的進展。英國Drax發電站可以靠燃煤或者燃木發電，其燃燒的木材主要來自美國東南部。在政策制定者、工業集團和一些科學家的推動下，越來越多歐洲國家將燃樹作為削減二氧化碳排放的策略。他們認為，木塊比煤和天然氣更“碳中性”，砍樹和燒樹所產生的二氧化碳將會被在原地再次生長的樹木吸收。不過，這在世界范圍內引發激烈的爭論。批評家認為，碳循環的計算遠比表面看起來復雜，燃燒樹木可能加劇而非削減碳排放。

納米晶體中的氫原子

Science封面：電子衍射揭示單個納米晶體中的氫原子。Science雜志第6321期封面文報道了電子衍射法（XRD）研究納米晶中的氫原子。氫原子雖然僅有一個質子和一個電子，卻在諸多化學和生物過程中扮演重要角色，特別是氫原子的位置決定了多晶材料的許多特性。在XRD中，原子的散射能力和原子序數成正比，由于氫原子中電子數太少，氫原子的位置往往是通過其相鄰的重原子的位置來估算，而不能直接檢測到。本研究提供了一種直接在亞微米到納米尺度的晶體中定位氫原子的3D電子衍射技術。該工作表明，晶體中其他原子的精確排列也可以直接“看見”。

前沿生物

首個環核苷酸門控離子通道的高分辨率三維結構

中科院昆明動物所研究員楊建和清華大學教授李雪明與國內外研究團隊合作解析了首個環核苷酸門控離子通道的高分辨率三維結構，研究論文發表于《自然》。我們能夠看到色彩繽紛的世界，聞到千奇百怪的氣味，都需要一個將外界的光學信號和氣味化學信號轉變為生物電信號的過程。這一過程中，CNG通道起著關鍵的信號轉換的作用。研究人員通過使用單顆粒冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）技術，首次獲得了環核苷酸門控離子通道（CNG channel）在通道開放狀態下的高分辨率（3.5）的全長結構。這個結構的解析為了解環核苷酸門控離子通道的門控機制、離子通透和疾病機理提供了全新證據，為CNG通道缺失電壓依賴性提供了依據，也為了解環核苷酸門控機制提供了結構基礎。植物抗蟲能力隨年齡增長逐漸增強

中科院上海植物生理生態研究所陳曉亞院士課題組毛穎波研究員及其合作者發現植物的“免疫系統”隨年齡增長而衰退，而植物的抗蟲能力卻逐漸增強，研究論文發表于《自然一通訊》。茉莉素是最重要的植物抗蟲激素，它在很多植物中存在，最早在茉莉花中被發現。當昆蟲一口咬到葉子上，植物里的防御系統開關JAZ蛋白就會迅速降解，茉莉素信號傳導途徑被激活，來對抗昆蟲。可隨著植物年齡增長，植物年齡因子微小核酸miR156逐漸減少，使得JAZ蛋白在成年植物中積累，對防御響應變得越來越不敏感。這一發現或將為農業生產和林木保護設計更加科學合理的害蟲防治策略提供幫助。

人工合成心臟干細胞

鄭州大學第一附屬醫院張金盈教授與國內外科學家合作，用聚合物合成出干細胞，相關論文發表于《自然一通訊》。研究人員開發出一種簡單實用的干細胞合成技術，他們用生物降解性和生物兼容性聚合物乳酸一羧基乙酸合成細胞模擬微粒（CMMP），再向微粒內加入天然心臟干細胞中提取的蛋白生長因子，用心臟干細胞的細胞膜將微粒包裹起來最終獲得人造心臟干細胞。體外實驗和對心臟病小鼠試驗證明，CMMP與天然心臟干細胞在促進心肌細胞生長方面療效相當。CMMP內不含細胞核，不會復制而引起腫瘤，包裹它們的細胞膜能繞過免疫系統直接與心臟組織結合進行修復，從而規避了干細胞療法兩項最大風險。

長臂猿科新物種

中山大學教授范朋飛、中國科學院昆明動物研究所研究員蔣學龍等合作研究，通過外部形態、牙齒和分子遺傳學等發現，確定了主要生活在云南高黎貢山地區的白眉長臂猿是一個新物種，并將其命名為“高黎貢白眉長臂猿”，相關研究成果日前發表于《美國靈長類學報》。高黎貢白眉長臂猿主要分布于怒江與伊洛瓦底江之間的中緬交界地區，國內僅分布于云南怒江以西的高黎貢山南段保山市隆陽區、騰沖縣和德宏州盈江縣。現有高黎貢白眉長臂猿分布區非常狹小，種群數量不足200只，且呈現出明顯的片斷化分布，如：高黎貢山國家級自然保護區內僅保存有白眉長臂猿不到20群，數量60-70只，其他種群分布在盈江縣蘇典鄉、支那鄉和中緬邊境的騰沖縣猴橋鎮。

昆蟲遷飛：天規模的季節性生物流

南京農業大學植物保護學院胡高副教授及其合作者揭示了昆蟲遷飛的宏偉場景.展示了昆蟲垂直監測雷達的應用前景，研究論文發表于《科學》雜志。無數的昆蟲也通過遷飛（遷徙）來適應資源和棲境的季節性變化。大多數遷飛性昆蟲都提供著非常重要的生態服務，維持著生態系統的穩定和健康。該研究通過昆蟲垂直監測雷達數據分析后發現，每年約3.5萬億昆蟲“移民”飛過英國南部，其生物量約3200噸。同時發現，昆蟲“移民”的遷飛方向存在季節性變化，通常春季往北飛，秋季往南飛。盡管大多數年份，春季北遷和秋季南遷的昆蟲生物量基本持平，但大規模的昆蟲遷飛帶來的物質和能量的傳輸，仍將影響全球生態系統的生態服務、生態過程以及生物地球化學過程。

小麥DNA-free基因組編輯方法新進展

中科院遺傳發育所高彩霞研究組通過將CRISPR/Cas9蛋白和gRNA在體外組裝成核糖核蛋白復合體（RNP），再利用基因槍法將CRISPR/Cas9 RNP轉入小麥細胞中，在兩個六倍體小麥品種中分別對兩個不同基因tagw2和tagasr7進行了定點編輯，成功地在小麥中建立了全程無外源DNA的基因組編輯體系，相關論文發表于《自然-通訊》。這種DNA-free的基因組編輯方法具有精準、特異、簡單易行、成本低廉的優勢，并且成功避免了外源DNA片段整合到基因組中的潛在風險。這一利用CRISPR/Cas9 RNP實現小麥基因組編輯的方法有助于最大程度地減少監管，建立起精準、生物安全的新一代育種技術體系，加快作物基因組編輯育種產業化進程。

RNA結合蛋白DDX5對體細胞重編程的關鍵作用

中科院廣州生物醫藥與健康研究院姚紅杰課題組揭示了RNA結合蛋白（RBP）DDX5對體細胞重編程的重要作用和調節機制，加深了人們對RBP介導細胞命運決定的認識，研究論文發表于《細胞干細胞》。體細胞重編程是一個非常復雜的過程.必須克服重重障礙，才能成為具有干性的細胞。RBP不僅在維持細胞內穩態有重要的功能，在分化和維持細胞特性等方面也發揮著重要作用。2006年，日本科學家山中伸彌成功建立了誘導多能干細胞（iPSCs）技術，實現了將成體細胞轉化為具有多種分化潛能的iPS細胞，對臨床醫學具有指導意義，山中伸彌因此獲得了2012年諾貝爾生理學或醫學獎。

肉豆蔻科植物合生雄蕊柱發育研究新進展

中科院華南植物園植物科學研究中心徐鳳霞研究組對肉豆蔻科代表種的合生雄蕊柱發育及結構進行對比，研究發現該科合生雄蕊柱的起源變異大，相關研究日前在線發表于《植物學》?；勘蛔又参锶舛罐⒖齐`屬于木蘭目，其花單性，雌雄異株。其雄蕊數量變異大，合生成雄蕊柱，雄蕊柱的形態具有很高的多樣性，是該科分屬的主要依據。研究人員對肉豆蔻科代表種的合生雄蕊柱發育及結構進行對比，發現其起源變異大。中央不育柱來源于花托組織.或者由花原基分生組織和藥隔組織共同組成，或者由花托組織和雄蕊組成，表明合生雄蕊柱在肉豆蔻科不同屬、種中的發育是不同的且獨立演化的。此外，該科的滇南風吹楠多個雄蕊共用一個維管束，揭示雄蕊數量存在次生增長。

醫藥健康

病原菌攻擊宿主的全新致病機制

南京農業大學教授王源超科研團隊揭示了病原菌攻擊宿主的全新致病機制——“誘餌模式”及其這類嚴重危害植物的病原菌分子機理，研究成果發表于《科學》。病原菌是一類能夠入侵宿主引起感染的微生物，包括細菌、真菌和病毒等。在入侵植物的早期，疫霉菌向細胞外分泌糖基水解酶XEG1攻擊植物細胞壁，而植物則利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性。在進化過程中，疫霉菌又獲得了XEG1的失活突變體XLP1，以誘餌“DECOY”的方式干擾抑制子GIP1，與糖基水解酶XEG1協同攻擊植物的抗病性。由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和細菌中都廣泛存在，因此該發現為開發能誘導植物廣譜抗病性的生物農藥提供了重要的基礎。

慢性痛對人大腦結構和功能的損害

中科院上海臨床研究中心的“人腦疼痛和感覺圖譜”課題組陳麗敏等對多種類型的慢性痛病人展開了大范圍和大樣本的跟蹤性腦結構和功能研究，研究結果表明慢性痛的病因與腦結構和功能的病理性改變有特異性關系，相關研究成果發表于《人腦圖譜》。慢性痛是嚴重影響人類健康和關系到社會保障體系的社會和醫學難題。在我國社會醫療負擔最大的疾病中，腰背和頸部疼痛位居第三。慢性痛導致青壯年喪失勞動力，從而嚴重影響社會生產力。盡管慢性痛引發如此重大的個人和社會問題，有效的臨床治療手段卻很缺乏，根本原因是對慢性痛的產生和維持機理等關鍵性科學問題缺乏了解。頭痛和慢性腰背痛病人的大腦結構都出現了大范圍的特異性的病理性改變。

丙型肝炎病毒細胞感染可視化模型

中科院上海巴斯德研究所龍鋼課題組關于丙型肝炎病毒（HCV）新型細胞感染模型的研究成果發表于《病毒學雜志》。全球人口中有近2-3%的HCV感染者，同時HCV感染也是導致慢性肝炎、肝硬化、肝癌的主要病因之一。傳統治療方法為聚乙二醇干擾素與利巴韋林聯合用藥，但其治愈率不高。上市的新一代DAA有較高的治愈率.但高昂的費用及可能的耐藥性仍限制其廣泛的使用，所以近期HCV的病毒學研究及疫苗的研發仍然是眾多學者關注的焦點之一。該研究構建了一種新型高效特異的HCV感染細胞模型，不僅為HCV病毒學研究提供便利，同時為其他病毒的細胞模型建立提供新的思路。

35%中國孕婦實施剖宮產

北京大學公共衛生學院教授、國家衛生計生委生育健康重點實驗室副主任劉建蒙領導研究，對全國婦幼衛生年報數據進行分析，顯示35%的中國孕婦實施剖宮產，這一比率略高于美國，明顯低于同為發展中國家的巴西，但不同省份、區縣的剖宮產率差異顯著，剖宮產術不足與應用超醫學需求兩種問題并存，相關論文發表于《美國醫學會雜志》。這一比例從全球來講處于偏高水平，高于非洲、歐洲尤其是北歐和鄰國日本，略高于澳大利亞、新西蘭和美國（同年為32.2%）；低于中、南美洲國家，尤其是巴西（56%），略低于鄰國韓國。中國特大城市剖宮產率下降趨勢尤為明顯，且剖宮產率的下降并未引起孕產婦和圍產兒死亡率升高。

動脈粥樣硬化機制研究進展

中科院生物物理研究所閻錫蘊院士團隊報道了腫瘤血管新靶點以CD146是促進易損斑塊形成的重要因素并闡明其機制，研究論文發表于《細胞研究》。動脈粥樣硬化是冠心病及缺血性腦血管病發生的主要原因。隨著人們生活方式的改變，尤其是高脂飲食，動脈粥樣硬化的發病率顯著上升。動脈粥樣硬化的主要病理特征是大中動脈血管內膜下斑塊形成，其中易損斑塊容易破裂出血。易損斑塊的形成有兩個重要因素：1巨噬細胞泡沫化，即斑塊中的巨噬細胞大量內吞脂類物質，喪失運動能力，進而大量死亡，釋放蛋白酶和脂質，使斑塊軟化，容易破裂；2斑塊內大量新生血管形成，導致出血和血栓形成。以上因素相互促進，共同影響斑塊的易損性。針對以上因素的機制探索和靶向治療，能有效預防易損斑塊的形成。

剪接蛋白SRSF2在肝癌發生發展中的調控作用

中科院上海生命科學研究院健康科學研究所馮英組與合作者揭示剪接蛋白SRSF2通過調控與腫瘤相關基因的選擇性剪接，從而促進肝癌的發生發展，研究論文發表于《癌癥研究》。SRSF2是一個經典的SR蛋白家族成員，不僅可以調控基因的選擇性剪接，同時還在轉錄過程中發揮激活功能。過對90對肝癌患者樣品的組織芯片研究發現，SRSF2蛋白在肝癌病人樣品中呈現高表達的趨勢，并且蛋白的表達水平與肝癌的病理分級以及病人的預后之間存在著顯著的相關性。剪接蛋白SRSF2通過調控基因如GCH1，STK39等的選擇性剪接，從而在肝癌的發生發展中發揮重要功能，該研究有助于深入了解肝癌的發病機制，為將來的診斷和治療提供了新的靶點和思路。

酪氨酸激酶Src在TBK1磷酸化激活中的重要作用

第二軍醫大學的陳濤涌教授和中國醫學科學院基礎醫學研究所的曹雪濤院士合作，發現在病毒感染后，酪氨酸激酶Src可促進激酶TBK1的磷酸化，以幫助Ⅰ型干擾素的產生，研究論文發表于《科學一信號》。細胞都具有多個可探測病毒感染的模式識別受體（PRRs）。雖然PRRs通過不同的適配器蛋白介導信號傳導，但它們大多聚集在激酶TBK1的激活，TBK1可磷酸化和激活轉錄因子IRF3來促進Ⅰ型干擾素（IFNs）編碼基因的表達。雖然Src沒有直接結合和磷酸化TBK1，但它被招募到多個PRR相關的包含TBKl的復合物。Src的缺失及其活性抑制，可影響由病毒感染的巨噬細胞的Ⅰ型干擾素生產，表明Src可作為病毒先天免疫反應的一個重要調節因子。

基于碳末端的多域協同急性抑制L型鈣通道

清華大學醫學院生物醫學工程系劉曉冬研究組揭示抑制鈣離子通道的新方式，研究論文發表于《eLife》雜志。細胞需要鈣離子維系正常的生命活動而鈣失調（如鈣超載等）則會導致多種疾病。細胞膜上的電壓門控鈣離子（如CaV1.3）通道精確調控鈣離子內流及其時空動態，對于心腦等器官的生理機能至關重要，也與心律失常及帕金森癥等重大疾病密切相關。因此，抑制CaV1.3等鈣通道的機制及方法成為基礎研究及應用開發的重要目標。臨床上，鈣通道抑制劑（也稱為拮抗劑）是常用的抗心律失常藥；另外，針對阿爾茨海默癥的藥物迄今尚未攻克.而鈣通道拮抗劑是當前研發中的重要先導藥物之一。碳末端抑制也有望成為帕金森癥等疾病的新型干預方式。

考古遺傳

中國科學家發現毫米級人類遠祖至親

西北大學地質學系韓健研究員，中國科學院院士舒德干教授與國內外科學家合作，發現了最古老的原始后口動物——冠狀皺囊動物，相關工作以亮點論文及封面論文形式發表于《自然》。這種奇特的微型動物很可能就是學術界期盼已久的后口動物亞界的一個根，因而代表著顯生宙最早期毫米級人類遠祖的至親。冠狀皺囊動物呈橢球形，成體大小約1毫米左右，腹面具有可伸縮的環狀口部，表面有4對體錐，卻無尾部和肛門。它出現了被認為是鰓裂構造雛型的成對排水鰓孔。這種最古老、最原始的后口動物，很可能就是科學界期盼已久的后口動物亞界的一個根，對深入探討兩側對稱動物的軀體構型起源具有重大意義。面對“我是誰，我從哪里來”這一經典人文命題唯有科學，尤其是進化生物學正在以詳實的可靠證據不斷接近真理，逼近歷史真實。

新發現反鳥類化石揭示早白堊世反鳥類復合骨愈合順序

中科院古脊椎動物與古人類研究所周忠、胡哈、鄒晶梅等報道了遼寧省凌源市四合當鎮附近的第一件反鳥類標本，并依此建立一個新屬種四合當孤反烏（Monoenantiornis sihedangia）；這一反鳥類的發現為四合當地點的鳥類多樣性提供了重要證據，同時還對探討早白堊世反鳥類復合骨愈合順序提供了重要線索；相關論文發表于《系統古生物學》。為了減輕體重并加強飛行所需的骨骼堅固度，現生鳥類的骨骼愈合與退化水平遠遠高于其他動物類群，而在最古老也是最原始的鳥類始祖鳥身上，所有這些復合骨都沒有愈合。在比始祖烏稍進步的基干鳥類中，骨骼愈合情況各有區別，而多樣性較高的反鳥類和今鳥型類則同步顯示出了更廣泛的骨骼愈合趨勢。

澄江生物群中首次發現赫德蝦類奇蝦

中科院南京地質古生物研究所朱茂炎研究組報道了赫德蝦類奇蝦在澄江生物群中的首次發現，相關論文發表于《系統古生物學》。澄江生物群中多種類型奇蝦化石的發現，表明大型捕食型奇蝦類動物在寒武紀大爆發的早期已經高度多樣化，證實了類似現代海洋的復雜食物鏈和生態系統在寒武紀大爆發時期就已經形成。這些奇蝦化石產自多個澄江生物群產地，標本均為相同特征的頭殼化石，共計六種，包括至少兩個新種。澄江生物群中多種類型奇蝦化石的發現，表明大型捕食型奇蝦類動物在寒武紀大爆發的早期已經高度多樣化，證實了類似現代海洋的復雜食物鏈和生態系統在寒武紀大爆發時期就已經形成。

安徽和縣直立人化石

中科院古脊椎動物與古人類研究所劉武研究員課題組與西班牙國家人類演化研究中心、日本國立科學博物館及臺灣臺中博物館合作，分析了和縣直立人下頜骨形態，發現和縣直立人下頜骨及附帶的牙齒具有一系列原始特征，提出和縣直立人可能代表一種殘存的原始人類，中國不同地區的直立人演化速率不完全一致。研究論文發表于《美國自然人類學雜志》。這些研究擴展了中國直立人的形態變異范圍，提示在同一個時代可能共存著不同的人類支系，或隔離人群。不同地區的直立人演化速率不完全一致，使得古人類學界認識到東亞直立人的演化要比以往研究認為的更加復雜。

大、小熊貓趨同演化的遺傳學機制

中科院動物所動物生態與保護遺傳學研究組魏輔文等從代謝通路、蛋白趨同到假基因化等不同水平揭示了大熊貓和小熊貓形態與生理性狀趨同的遺傳學機制，相關成果發表于《美國科學院院刊》。趨同演化是指兩個或多個系統發育關系較遠的物種，演化出相同或相似的表型性狀以適應相似的環境選擇壓力。熊貓和小熊貓屬于食肉目不同的科：大熊貓屬于熊科、而小熊貓屬于鼬超科中的小熊貓科，二者分歧已有4000多萬年。盡管其系統發育關系較遠，它們卻演化出相同的食竹食性，低營養、高纖維的竹子占其食物組成的90%以上；更為有趣的是，這兩種熊貓的前掌還演化出一個特殊的結構——偽拇指，以幫助抓握竹子，是適應性演化和趨同演化的經典案例。

所有蝙蝠曾經都能回聲定位

沈陽農業大學張樹義、王喆與愛爾蘭都柏林大學學院Emma Teeling等合作，發現所有蝙蝠物種，包括無法回聲定位的蝙蝠的內耳在演化之初都有回聲定位的能力；回聲定位能力在蝙蝠中演化出了一次，一些物種后來失去了這種能力，而不是多次演化出來的。相關論文發表于《自然一生態與演化》。雖然蝙蝠以喉部回聲定位（通過喉部發出聲納信號，依靠內耳探測其回聲來定位）的能力著稱，但一些物種并不能以這種方式進行回聲定位。合作團隊研究了蝙蝠胚胎和新生幼崽內耳的發育過程，發現在所有蝙蝠物種中觀察到了快速的早期耳蝸發育，但沒有在其他哺乳動物中發現這一點。海鳥生態衰退與人類活動相關

合肥工業大學資源與環境工程學院徐利強與中國科學技術大學、中國科學院南海海洋研究所科研人員合作，從2008年開始以南海西沙群島的海鳥生物沉積層為研究對象開展了相關研究，通過重建西沙群島3個島嶼的海鳥生態歷史，證實了海鳥生態的快速衰退與全球變暖和人類活動有直接關系，相關論文發表于《科學報告》。研究者在西沙3個島嶼采集了保存完好的海鳥生物遺跡，綜合運用地質年代學、生態學和第四紀地質學的研究方法，重建了晚全新世至今近1000年內的海鳥數量記錄。結果表明，在氣候相對涼爽的小冰期（公元1400～1850年），海鳥種群數量相對較多，而近150年來海鳥生態快速衰退。

華南石炭紀生物礁系統研究進展

中科院南京地質古生物研究所王向東等通過對已發表和新發現的華南石炭紀生物礁、主要造礁生物（珊瑚、苔蘚蟲、鈣藻等）和古環境指標（冰川沉積記錄、海平面變化等）的系統總結發現，華南石炭紀生物礁類項單一、豐度低和分布局限，相關論文發表于《遠古世界》。生物礁是海洋中復雜的生態系統，其形成和衰亡與造礁生物的繁盛和減少、溫度和海平面變化，以及古地理格局的演化等因素密切相關。華南板塊石炭紀時期位于古赤道附近，氣候相對溫暖，并發育廣泛連續的碳酸鹽巖沉積，為生物礁發育提供良好的場所。因此，華南板塊為研究石炭紀生物礁的組成和演化及其與古環境變化關系提供了很好的條件。

物理科學

利用能谷非局域輸運發現狄拉克半金屬的手性反?，F象

復旦大學物理學系修發賢教授課題組在拓撲半金屬砷化鎘納米片中實現手性反常的能谷非局域輸運，為外爾半金屬中的手性反常現象在實驗上提供了首次可靠的定量測量，并給出了手性反常的一個重要參數——能谷散射特征長度；相關成果發表于《自然一通訊》。物理學的一個重要規律就是對稱性總是對應著守恒量，比如空間平移對稱性對應著動量守恒。但是隨著量子力學的發現，人們發現一些經典情況下具有的對稱性會在量子化之后被打破，其對應的物理量就會因此不再保持守恒，這就是所謂的量子反常。能谷散射特征長度是手性反常的一個重要參數，能夠表征極化電子態的穩定性，也是理論上計算各種手性反常行為的主要依據。

硅烯中新型狄拉克錐的直接實驗觀測和起源

中科院物理研究所周興江研究組與國內外科學家合作，在硅烯中通過光電子能譜實驗直接觀察到一種新型狄拉克錐的存在，即通過兩種材料的相互作用能產生新的狄拉克結構。對硅烯中這種狄拉克錐結構的直接觀測，澄清了相關理論和實驗上的爭論和分歧，為硅烯中新量子現象的發現和應用奠定了基礎。相關研究發表于《美國科學院院刊》。硅烯是指單層硅原子構成的二維單晶結構。由于它具有和石墨烯類似的蜂窩狀晶體構型，因此理論預言它將具有和石墨烯類似的電子結構，即在布里淵區的頂角（K點）存在狄拉克錐。在石墨烯中，狄拉克點附近的準粒子近似為無質量的狄拉克費米子，從而導致眾多有趣的物理現象及高的電子遷移率。

提升復合材料介電常數

中科院深圳先進技術研究院汪正平、孫蓉帶領的先進材料研究中心團隊找到了一種可以大幅度提高復合材料介電常數的方法，同時在介電儲能方面也有突出的性能，相關論文發表于《能源與環境科學》。電介質儲能技術具有能量轉換速率異常快、工作時間長以及環境友好等特點，已經在現代電子電力工業如混合動力汽車、武器系統等領域得到廣泛應用。電子器件向小型化和高性能化方向的發展，迫切需要具有高儲能密度的電介質材料。通過對復合材料的結構和制備方法進行設計，在聚合物體系中構建三維高介電網絡，成功解決了聚合物復合材料介電常數難以提升的難題，在陶瓷填料含量僅為30vol%時，介電常數突破200，同時儲能密度亦得到大幅提升。

量子場論研究

中科院理論物理研究所副研究員楊剛及其合作者在量子場論五圈水平實現了色因子和動量因子的對偶，研究論文發表于《物理評論快報》。如何得到一個自洽的量子引力理論是當今理論物理學的最大疑難之一。研究者通過研究最大超對稱規范理論中的形狀因子，成功在五圈實現了色因子和動量因子的對偶，是這一對偶長期停留在四圈后的首次突破.預示了色因子和動量因子的對偶應該在更一般的意義下成立。該結果也首次給出了規范場中五圈形狀因子的結果，對于計算非平面五圈cusp反常量綱這一表征紅外發散的重要物理量也提供了關鍵的出發點。

弛豫鐵電單晶研究進展

西安交通大學國際電介質研究中心徐卓教授課題組李飛與國內外科學家合作，通過低溫介電/壓電性能實驗分析和相場模擬的方法，首次定量確定了極性納米微區對弛豫鐵電單晶壓電性能的貢獻程度，并從介觀尺度闡述了弛豫鐵電單晶高壓電性能的起源，進而揭示了鐵電材料中局域結構對其宏觀機電耦合性能的重要性，相關論文發表于《自然-通訊》。隨著溫度的升高，極性納米微區會在電場能、應變能以及界面能的共同作用下發生結構變化，其自發極化方向將轉向與宏觀鐵電疇相同的方向。當弛豫鐵電單晶受到外電場或力場作用時，極性納米微區的自發極化矢量更容易發生旋轉，同時帶動周圍晶格的極化矢量旋轉，從而對弛豫鐵電單晶壓電和介電性能產生巨大貢獻。

微腔中的自發對稱性破缺機制

北京大學物理學院、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室極端光學創新研究團隊肖云峰研究員和龔旗煌院士等在單個回音壁模式光學微腔中實現了自發對稱性破缺，并揭示了其物理機制。相關論文發表于《物理評論快報》。自發對稱性破缺是指物理系統保持原本的對稱性，而其卻選擇了另一種不具備對稱性的狀態，它是很多相變過程和非互易系統的基本原理。研究團隊利用光學克爾效應，使微腔中相向傳播、相等強度的行波光場之間發生交叉相位調制，從而產生了非線性耦合。通過控制輸入光強可以將這對行波場之間的等效耦合強度調制為零，使得系統中原本的對稱狀態不再穩定，自發地分裂為兩個非對稱的狀態，實現了光場的自發對稱性破缺。

二維X-烯材料的最新研究綜述

清華大學物理系助理教授、“青年千人計劃”入選者徐勇及其合作者，綜述了二維X-烯相關的最新的重要理論與實驗進展，重點介紹了以錫烯為代表的拓撲量子材料及其在新奇物態和新型器件等方面的探索工作，并對未來研究作展望，相關論文發表于《自然-材料》。二維X-烯（xene），包括硅烯（silicene）、鍺烯（germanene）、錫烯（stanene）等，是一類新型的二維電子材料。與石墨烯（graphene）相比，它們也是蜂窩狀排列的二維晶體.但具有非平面的原子結構和更大的元素質量，因而具有強很多的自旋-軌道耦合，能表現出超越石墨烯的獨特物理性質，是研究低維量子物理和新奇拓撲效應的理想材料體系。

液態金屬生物材料學：應對當代生物醫學挑戰的新領域

中科院理化技術研究所低溫生物與醫學實驗室與清華大學醫學院聯合小組，應《國際材料學評論》的邀請，基于在液態金屬材料學與生物醫學工程學領域的積累，撰寫了專題評述文章，首次系統地提出并構建了液態金屬生物醫學材料學新領域。液態金屬是一大類物理化學行為十分獨特的新興功能物質，然而其諸多屬性和用途卻長期鮮為人知。文章作者們總結了液態金屬作為生物醫用材料所呈現的獨特優勢和應用特點，對國內外在液態金屬生物材料學方面的研究概況與典型進展進行了系統歸納和綜合評述，并剖析了這一新興領域所面臨的科學技術挑戰及未來發展方向。

青藏高原

利用樹輪資料研究青藏高原溫度年循環

中科院植物所張齊兵研究組開展青藏高原的樹木年輪生態學研究，相關成果發表于《自然-通訊》。通過對青藏高原多個高海拔（4000米以上）樣點樹輪寬度和密度數據的分析，發現樹輪寬度顯著響應于冬季溫度變化，樹輪密度則能夠可靠地指示夏季溫度信號。通過建立樹輪密度一寬度殘差序列，重建了1700年以來溫度年循環幅度變化的歷史。溫度年循環弱化趨勢在青藏高原及更大的空間尺度上始于工業革命后的19世紀70年代.在之前18世紀至19世紀60年代則呈現了微弱的上升趨勢，意味著工業革命以來溫度的季節性越來越不“分明”了。該發現與青藏高原冰芯記錄的硫酸鹽氣溶膠自19世紀70年代以來持續增加的證據相一致，表明了人類活動對青藏高原地區溫度年循環及大氣成分的影響很可能始于19世紀70年代。

青藏高原內流區湖泊水位季節性特征及其對區域不同水文過程指示

中科院青藏高原所、青藏高原地球科學卓越創新中心類延斌副研究員與其合作者，發現高原湖泊對降水和冰川融水可能存在兩種不同的響應模式，相關論文發表于《地球物理通訊》。高原中部、北部和東北部湖泊以夏季湖水水位升高和冬季湖水位下降為主要特征，湖水水位變化與GRACE區域總質量變化具有很好的一致性，說明夏季季風降水和蒸發是控制湖泊水量變化的主導因素。高原西北部湖泊則表現出夏季和冬季湖水水位均顯著上升，湖泊水位與GRACE區域總質量在冬季具有一致的變化而在夏季表現出相反的趨勢，說明夏季冰川消融和春季積雪對該區域湖泊水量平衡具有重要貢獻。

藏族高原低氧環境適應機制研究

中科院昆明動物所宿兵課題組與西藏大學、青海省高原醫學科學研究院合作，將藏族高原適應遺傳機制研究研究成果發表于《分子生物學與進化》。藏族人群對高原低氧極端環境表現出了較好的適應能力，這種適應能力是長期自然選擇的結果。通過對EPAS1基因的全長精細測序發現藏族人群中受到強烈選擇的變異位點都位于非編碼區，提示這些藏族富集的變異很可能在轉錄水平參與調控。藏族富集的EPAS1變異位點下調了EPAS1在臍帶內皮細胞和胎盤中的表達水平。EPAS1基因除了下調藏族人群在高原低氧環境中的血紅蛋白水平外，可能還參與下調藏族人群的肺動脈壓，進而實現對高原低氧環境的長期適應。

溫暖化加劇青藏高原高寒草甸土非生長季凍融循環

北京大學城市與環境學院生態學系賀金生等，采用微根管直接觀測與土壤溫度間接觀測相結合的方法，研究增溫對土壤凍融循環過程的影響。相關論文發表于《北京大學學報》（自然科學版）。土壤凍融交替指由于熱量的變化，土壤反復出現凍結和融化的過程，主要發生在溫度較低的高海拔或高緯度地區。青藏高原是我國海拔最高、高寒凍土分布面積最廣的地區，也是全球氣候變化的敏感區和放大區，正面臨快速的氣候變化研究結果表明全年增溫和冬季增溫顯著降低凍土層的厚度，加劇土壤凍融交替過程。如果青藏高原高寒草句氣候持續溫暖化，非生長季土壤凍融交替天數的增加可能會對高寒地區的地上生產力、溫室氣體排放及地下碳氮循環產生重要影響。

喜馬拉雅山的隆升及對南亞季風的影響

中科院青藏高原所大陸碰撞與高原隆升重點實驗丁林研究員團隊與國內外科學家合作，基于藏南柳區和恰布林地區晚古新世和早中新世植物化石、以及喜馬拉雅前陸盆地已發現的4個新生代植物化石開展研究.利用氣候多變量分析（CLAMP）獲得了上述喜馬拉雅山南北不同時代植物群的古熱焓值及其他環境氣候變量，重建了喜馬拉雅造山帶的隆升歷史，晚古新世以來的降水、溫度變化等.相關成果發表于《地質學》。該研究定量刻畫了青藏高原與喜馬拉雅山的抬升歷史。不同于安第斯型岡底斯山.喜馬拉雅山在印度與歐亞大陸碰撞之際才開始抬升；隨著大陸碰撞作用的持續進行.喜馬拉雅南向生長；當喜馬拉雅山高度超過原始青藏高原時，引起了高原內陸氣候的強烈干旱化，并最終奠定現今南亞季風格局。

青藏高原封閉湖泊水量變化及其氣候響應

中科院青藏高原所和青藏高原地球科學卓越創新中心朱立平研究員團隊深入分析整個青藏高原區域的湖泊水量變化及其區域分異，理解區域的地表過程特征及其對氣候變化的影響，相關論文發表于《氣候變化》。青藏高原湖泊眾多，其面積和水量變化不僅對氣候變化具有敏感地響應，也通過地-氣間的能量交換對氣候變化產生影響。湖泊水量變化呈現三種主要類型，即“由緩升向急升轉變型”（內流區東南部），“先下降后快速上升型”（內流區北部、中部及南部），“波動下降型”（青藏高原南部外流區）。青藏高原不同區域的降水和氣溫的時空變化組合特征及湖泊的補給狀況是導致湖泊水量變化時空分布特征的重要原因。

高寒人工草地碳循環

中科院西北高原生物研究所退化草地恢復與生態畜牧業趙新全學科組周華坤課題組，量化了3種齡期人工草地莖葉部、根部、土壤及呼吸中新固定碳在植物一土壤系統的分區情況，并估算了禾本科植物及物種豐富度對人工草地植物一土壤系統碳循環的影響，揭示了人工草地生態一生產穩定性維持的一種新機制，相關論文發表于《科學報告》。青藏高原是一個高度敏感并且脆弱的生態系統，草地覆蓋面積占我國草地面積的40%。垂穗披堿草和早熟禾，具有較小的根莖比，與2齡和5齡人工草地相比，12齡人工草地葉中同化碳減少轉移和散失速率源于一種自然適應資源分配機理，是對增加地上競爭力的響應。

藏羚羊種群瓶頸后遺傳多樣性恢復

中科院西北高原生物研究所郭松長研究組揭示了藏羚羊種群瓶頸后（Post-bottleneck）的遺傳多樣性正呈恢復態勢，相關論文發表于《科學報告》。藏羚羊是青藏高原的旗艦物種之一，在上世紀曾遭受嚴重的種群瓶頸。種群瓶頸后的遺傳多樣性喪失已在許多物種中得到證實。過去10余年中，盡管藏羚羊種群規模經歷了瓶頸后的持續增長，但其遺傳多樣性喪失或恢復缺乏及時、有效的評估。為明晰藏羚羊種群瓶頸后的遺傳喪失/恢復趨勢，基于自主開發的微衛星引物，對15個微衛星座位的遺傳變異進行了分析，顯示在遭受嚴重的種群瓶頸后，藏羚羊種群仍具有豐富的遺傳多樣性；且在較短的11年的時間范圍內，藏羚羊遺傳多樣性呈顯著上升態勢。