科技名刊精選

起源與進化

緬甸琥珀研究為蜘蛛起源和演化提供關鍵證據

中國科學院南京地質古生物研究所王博研究員和黃迪穎研究員分別領銜的兩個國際科研團隊，獨立研究了保存于1億年前緬甸琥珀中的“怪物蜘蛛”——應氏奇美拉蛛（Chimerarachne yingi），為了解蜘蛛的起源和演化提供了關鍵證據，相關成果以背靠背兩篇論文的形式同時發表于《自然一生態學與進化》。蜘蛛是自然界中最常見的動物之一，屬于節肢動物蛛形綱，是種類極其豐富的捕食性動物，在陸地生態系統中扮演重要角色。此次發現的應氏奇美拉蛛標本來自于1億年前白堊紀，該標本的最特別之處是具有一條細長的尾須，超過身體的1.5倍長，具有70多節，每一節都有一圈細長的剛毛。

古基因組揭開人類的史前史

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所分子生物學實驗室付巧妹研究員等全面闡述了史前時期現代人群遺傳演化的主要特征，以古基因組洞察現代人的史前史為題撰文發表于Trends in Genetics。文章闡述了過去幾年來發現的史前人類的演化譜圖，重點展開對農耕文化出現之前距今7500～4.5萬年間現代人的遺傳演化研究，獲得許多比較有意思的結果。例如：7500年前的歐洲人還是深色皮膚，藍眼睛在1.4萬年前才開始出現；發現西班牙距今7500年的個體，不僅攜帶歐洲人深色皮膚基因，而且擁有藍眼睛的基因：現今大洋洲的部分人群與丹尼索沃人之間有親近性。

甜瓜屬異源多倍體化進化中可能出現的新現象

南京農業大學陳勁楓教授團隊對甜瓜屬人工異源四倍體及其親本進行研究，發現甜瓜屬人工異源四倍體存在葉片延遲成熟的特異表型，表現在葉面積與光合能力增長緩慢、葉綠素與類胡蘿卜素含量偏低以及庫一源轉化異常等方面，研究論文發表于The Plant Journal。異源多倍體化是植物進化的主要動力之一。在該人工異源四倍體中，葉綠素的生物合成關鍵基因HEMA1、HEME2和POR表現為較親本顯著下調表達的非加性表達特征，推測葉綠素生物合成受阻為其葉綠素缺乏的主要因素。基因克隆證實來自雙親的部分同源基因在異源四倍體中均得以保留，并在異源四倍體中存在融合了雙親基因序列的HEMA1嵌合基因。

特殊土壤生境植物適應性進化研究進展

中國科學院華南植物園康明研究員領導的團隊采用簡化基因組測序的群體基因組學研究方法，檢測了遺傳漂變和歧化選擇對于大齒報春苣苔的基因組分化的影響，研究論文發表于Genome Biology and Evolution。大齒報春苣苔種群遺傳多樣性較低、有效群體小、強烈的瓶頸效應及顯著的距離隔離，表明遺傳漂變可能是該物種重要的進化驅動力。冗余分析揭示土壤生境及氣候因素顯著影響了基因組變異。環境因子比空間地理因素更大程度地影響了基因組變異。這些結果暗示局部適應極大地促進了群體遺傳分化。SNP與環境關聯及異常位點分析鑒定到31個可能受歧化選擇的SNP位點，其中，26個SNP顯示與土壤適應性相關基因有關。

中國被子植物區系進化歷史研究進展

中科院植物研究所陳之端研究組與南京林業大學、美國佛羅里達大學和澳大利亞國家標本館的科研人員合作，通過重建中國被子植物的系統發育樹和時間樹，結合物種分布數據，揭示了中國被子植物系統發育多樣性形成的時空格局，相關論文發表于《自然》。中國約66%的被子植物屬是在中新世以后出現的；在過去的3000萬年中，草本植物比木本植物經歷了更加快速的分化。從空間上看，中國東部和西部植物的分化格局存在顯著差異：東部的被子植物屬平均分化時間較早，系統發育離散，系統發育多樣性較高；而西部的植物屬則正好相反。中國西部是許多草本植物的分化中心，而中國東部對草本植物起到了“博物館”的保存效應。

亞洲鱗齒魚不是鱗齒魚類

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所徐光輝研究員研究了我國貴州、云南2.4億年前的興義亞洲鱗齒魚的解剖學特征，解決了該古魚類半個多世紀以來令人困惑的分類學問題，提出亞洲鱗齒魚不是鱗齒魚類而是近鯡形類弓鰭魚目的近親（預言魚目）的新觀點。研究成果發表于《林奈動物學報》。亞洲鱗齒魚代表了中國三疊紀預言魚目最年輕的化石記錄，它的重新歸類證明了預言魚目在華南海（古特提斯洋東部）至少存在400萬年的演化歷史。預言魚目在華南海（古特提斯洋東部）至少存在400萬年的演化歷史，新的化石證據有力地證明了預言魚目可能起源于華南的三疊紀而不是歐洲的侏羅紀。

復原志留系花瓣海百合科的演化譜系

中國科學院南京地質古生物研究所李越研究員以及合作研究者在上揚子區多個剖面蘭多維列世中一晚埃隆期地層中采獲千余枚花瓣海百合科化石，獲得5個腕部原位愈合保存的冠部標本，綜合分析了該科化石的新屬種和演化譜系，研究論文發表于Journal of Paleontology。花瓣海百合科是古生代海百合動物演化史上特化的一個分支，其起源于華南板塊上揚子區中奧陶世，僅在捷克可殘存到早泥盆世。定量分支演化譜系分析的結果表明，花瓣海百合屬在向螺旋海百合屬成種過程中，腕部先是直立，之后分支出左旋和右旋，這一形態學漸變趨勢脈絡清晰地復原了花瓣海百合科4屬的演化過程，進一步證實上揚子區是該科的起源及演化中心。

一種桔梗科半邊蓮屬植物新種

中國科學院武漢植物園王青鋒研究員和胡光萬研究員等發現一種桔梗科半邊蓮屬植物新種，研究論文發表于Phytokeys。拉丁文‘hongiana’作為該新種的種加詞，該新種的中文譯名定為“洪氏半邊蓮”。洪氏半邊蓮與日本特有種琉球半邊蓮互為姐妹群，得到很好的系統學支持。從形態學研究角度，洪氏半邊蓮與琉球半邊蓮和東南亞廣泛分布的半邊蓮最為相似，主要區別表現在，洪氏半邊蓮具橢圓形至倒卵形或倒披針形的葉，葉邊緣通常具波狀鋸齒，花萼筒長2.3～3毫米，花萼裂片5或6枚，短于花萼筒，花冠近二唇形，紫白色，下唇裂片基部有黃綠色斑點，花絲光滑，蒴果闊倒圓錐形，長7～8毫米，花期為5月～7月。

納微材料

可拉伸擴展的多功能集成電子皮膚

中國科學院北京納米能源與系統研究所潘曹峰研究員和王中林院士指導的研究團隊，提出了一種柔性可拉伸擴展的多功能集成傳感器陣列，成功地將電子皮膚的探測能力擴展到7種，實現了溫度、濕度、紫外光、磁、應變、壓力和接近等多種外界刺激的實時同步監測，研究論文發表于《自然一通訊》。觸感電子學，俗稱“電子皮膚（Electronic skin，E-skin）”，用來模仿皮膚的感覺功能，如：觸覺、溫度感知等功能。電子皮膚是在柔性或彈性基底上制作具備探測壓力、溫度或其他刺激的傳感器及陣列，能夠感知周圍環境中的各種物理、化學、生物等信號，將有助于開發新型人機接口、智能機器人、仿生假肢等智能化系統。

仿生石墨烯壓力傳感器研究進展

清華大學微電子系任天令教授團隊開展了仿生針刺隨機分布結構的高靈敏度和寬線性范圍石墨烯壓力傳感器研究，文章發表于ACS Nano。基于人體皮膚，特別是指尖對于不同大小應力的高靈敏響應特點，根據對其微結構的研究提出了相似結構的制備。通過砂紙作為模板倒模成型柔性的基底，利用氧化石墨烯在高溫下還原后作為力學敏感層，制備出具有針刺形貌和隨機分布的壓力傳感器。該傳感器表現出優異的穩定性、快速響應和低探測極限，實現了在更寬線性測量范圍的高靈敏度。其中針刺結構之間接觸面積突變主要貢獻出高的靈敏度，隨機分布主要貢獻寬的線性范圍。

新型納米酶用于單個活細胞包裹及保護

中國科學院長春應用化學研究所曲曉剛研究團隊利用二氧化錳納米酶用于單個活細胞的包裹和調控，研究論文發表于Angew，Chem.Int.Ed.。納米酶是指一類具有類似生物酶催化功能的納米材料，穩定性高、可調催化活性、低成本、易于批量制備。采用生物礦化方法，直接在活的單個酵母細胞表面礦化二氧化錳。利用二氧化錳納米酶具有超氧化物歧化酶和過氧化氫酶特性，不僅提高細胞對諸多物理因子例如脫水和裂解酶的耐受能力，并且長時間保護細胞不受有害化學因子的損傷。在生物分子刺激去除二氧化錳后，被包裹的細胞可完全恢復生長和功能。

常溫下實現石墨烯催化C-C鍵斷裂

上海交通大學化學化工學院趙亞平教授科研團隊，在常溫條件下，石墨烯可催化硝酸銀與乙醇反應生成氰化銀，實現了乙醇C-C鍵的斷裂，為石墨烯催化以及溫和條件下實現C-C鍵斷裂、合成新材料提供了研究基礎，相關研究成果發表于《科學報告》。碳-碳鍵斷裂和碳-氮鍵的形成這類反應通常會涉及高溫和多個化學合成步驟。研究團隊采用超臨界二氧化碳技術制備的高質量無缺陷石墨烯，在室溫條件下，將石墨烯乙醇分散液與硝酸銀經過簡單攪拌混合后，實現了乙醇碳-碳鍵的斷裂和硝酸銀中的氮-氧鍵斷裂，并同時形成AgCN，研究團隊結合系列分析表征實驗結果，提出了該反應機理。

類生命機器人感知研究進展

中國科學院沈陽自動化研究所微納米課題組劉連慶研究員、王文學研究員等與合作者通過石墨烯晶體管實現了工程化細胞的多維信息同步獲取，為建立基于活體細胞的生命本征感知器件提供了研究基礎，研究論文發表于Nanoscale。研究團隊基于生命系統與機電系統相融合的類生命機器人研究理念，圍繞類生命感知、類生命驅動和類生命智能開展相關研究。利用石墨烯電特性對細胞膜電位的高度敏感性，將光敏蛋白通道開關產生的動作電位有效轉化為石墨烯微納器件的電特性變化，一次性實現了細胞電生理狀態、細胞濃度、視蛋白表達水平以及光強響應等重要信息，為類生命感知器件的實現提供了可行的技術途徑。

全新性能的水分散石墨烯納米帶

華東理工大學費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心田禾院士、賀曉鵬副研究員團隊與上海交通大學顏德岳院士、麥亦勇特別研究員團隊合作，在水溶性低維材料的可控合成、超分子自組裝及其生物技術領域的應用拓展取得進展，研究成果發表于《德國應用化學》。通過親水性聚氧化乙烯（PEO）修飾結構精確的石墨烯納米帶，合成了一系列具備良好水分散性的石墨烯納米帶，表征了其水相中的低維超分子自組裝體。基于其水分散液近紅外區強吸收的特點，證實了此類結構精確的石墨烯納米帶自組裝體可在近紅外光的輻射下高效地將光子能轉換為熱能，實現了結構精確石墨烯納米帶的聚合物功能化及其水相分散。

高性能二維介孔硅納米片負極研究進展

北京理工大學曹傳寶教授團隊、陳卓副教授等利用低成本的模板法及鎂熱還原過程，在硅材料上實現了二維硅納米片的宏量制備，研究論文發表于Small。研究人員通過分子模版劑在二維硅納米片上引入介孔，使其具有較高的比表面積。作為鋰離子電池負極，與商業硅相比，循環性能有明顯改善。進一步，通過均勻的碳包覆，實現了優異的儲鋰性能、循環穩定性及倍率性能。基于阻抗譜，擴散動力學分析及SEI膜觀察，該性能的增強主要歸咎于獨特的二維介孔結構及碳包覆的協同作用：有效地促進了鋰離子的擴散，提高界面電荷轉移速率，緩解硅的體積膨脹。

印刷三維復雜微納結構及功能器件

中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室研究員宋延林課題組利用綠色納米印刷技術，在納米材料的精細圖案化組裝、印刷柔性傳感器、光學器件、透明導電膜和最優微納串線應用方面開展系列研究，研究論文發表于Advanced Materials。研究人員以液滴操控微納結構立體成型為出發點，利用模板誘導液滴在三維空間內自發收縮，實現了單一或多材料的三維微納結構的快速組裝成型。液體自發收縮成型的過程遵循熱力學最穩定狀態，在連接方式上符合數學的最優連接，使液體中的納米材料通過一步組裝形成最優化結構。基于銀納米顆粒的立體微納電路顯示了在立體集成電路的潛在應用。

神經心理與腦科學

組蛋白伴侶調控神經干細胞機制

中國科學院動物研究所焦建偉研究員等揭示了組蛋白分子伴侶Nap1|1在早期胚胎腦發育過程中對神經干細胞調控的重要作用，研究論文發表于Cell Reports。大腦皮層是哺乳動物大腦中高度發達的中樞區域，負責控制認知、記憶、情感行為等重要機體功能。研究者在確定了Nap1|1胚胎腦發育過程中的表達變化及分布基礎上，通過胚胎電轉實驗發現Nap1|1敲降后神經干細胞增殖減少，神經元分化水平增加。Nap1|1能夠與SETD1A結合促進下游基因RassF10啟動子上H3K4me3的水平，從而促進RassF10的表達。過表達RassF10能夠挽救Nap1|1敲降造成的胚腦發育過程中細胞分布、增殖及分化的異常。

再殖小膠質細胞完全來源于殘存小膠質細胞的自我增殖

中國科學院深圳先進技術研究院彭勃團隊與香港大學饒艷霞醫生、上海精神衛生中心袁逖飛教授合作，揭示腦內再殖小膠質細胞的起源之謎，研究論文發表于《自然-神經科學》。通過多種譜系追蹤技術推翻了前人關于再殖小膠質細胞起源于Nestin陽性前體細胞分化的結論，并發現其再殖小膠質細胞完全起源于殘存的小膠質細胞增殖。該現象是迄今為止在成年哺乳動物中樞神經系統內發現的最快的細胞增殖現象。此外，還通過單細胞RNA測序技術闡述了其細胞再殖的可能機理，并通過全腦RNA測序，發現了再殖小膠質細胞與原生小膠質細胞在功能學上的高度相似性。

利用微博探索家庭暴力對心理健康的短期影響

中國科學院心理研究所朱廷劭研究員等在保障用戶隱私的前提下，利用微博數據測量家庭暴力受害者在家暴前后的心理健康指標，相關論文發表于Journal of Interpersonal Violence。首先通過關鍵詞和人工篩選，在100余萬微博用戶中篩選出232名家庭暴力受害者。進一步研究發現，家庭暴力發生后的4周內，家庭暴力受害者已經表現出更高的抑郁程度、更高的自殺意念以及更低的生活滿意度。對于不同類別的暴力受害者，研究發現受到虐待的兒童在短期內受到的心理影響更嚴重，親密關系暴力的受害者在4周內表現出更高的抑郁程度，目睹家庭暴力的受害者也會表現出更高的自殺意念以及更多的敵對情緒。

腦網絡組在抑郁癥腦影像和認知方面新進展

中國科學院自動化研究所腦網絡中心隋婧研究員、四川大學華西醫院馬小紅教授等合作，將miR-132與多模態腦影像聯合起來分析影像與表觀遺傳學之間關聯及其潛在的神經機制，集中從功能、解剖、結構多角度驗證與抑郁癥密切相關的前額葉-邊緣系統均與miR-132的異常表達有關，研究論文發表于BRAIN。與無監督的融合方法相比，有監督的學習模型更加具有目標導向性，因為它利用先驗信息來指導多模態融合，因此能夠從龐大復雜的數據中準確的挖掘出感興趣的目標成分。未用藥的抑郁癥中高表達的miR-132與前額葉——邊緣系統降低的fALFF和灰質體積都有關，并且該模式還與抑郁癥的注意力和執行功能相關。

神經心理與腦科學

人腦動態功能網絡連接模式能夠鑒別個體并預測其認知功能

北京師范大學賀永課題組揭示了人腦動態功能網絡連接模式的個體特異性及其認知功能，研究論文發表于Human BrainMapping。采用了人腦連接組計劃（Human Connectome Project）的公開數據庫（包含105名被試的高時空分辨率的靜息態功能磁共振成像數據），基于滑動窗方法構建了每個被試的全腦動態功能連接網絡，從連接強度、穩定性和變異性三個動態測度系統刻畫了腦動態功能網絡的連接模式。采用人腦動態連接組學分析框架揭示了人腦動態功能網絡連接模式是人腦的一種內在的穩定特質，并且具有個體特異性及認知意義，為在健康和疾病群體中開展人腦動態連接組學個體化研究提供了理論依據和方法學支持。

壓力應激強化視覺恐懼信號處理的神經環路機制

中國科學院腦科學卓越創新中心深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所王立平研究團隊，開展壓力應激強化視覺恐懼信號處理的神經環路機制研究，研究論文發表于Current Biology。在壓力應激下，位于腦干的藍斑核團（locus coeruleus，LC）被激活；光遺傳學技術特異性調控LC中的去甲腎上腺能神經元，能誘發出動物的焦慮樣行為，當恐懼信號襲來時，動物表現出更加顯著的逃跑反應。進一步驗證發現，這一類神經元投射到了上丘（superior coiliculus，SC），并通過SC核團的去甲腎上腺能受體對視覺恐懼信號處理過程進行調控，加劇了動物的逃跑反應。

體細胞克隆猴研究

中國科學院神經所孫強研究員率領以博士后劉真為主的團隊，利用體細胞成功克隆猴“中中”“華華”，標志著中國將率先開啟以獼猴作為實驗動物模型的時代，研究成果發表于Cell。自從1997年“多莉羊”體細胞克隆成功后，許多哺乳類動物的體細胞克隆也相繼成功，但與人類相近的靈長類動物（獼猴）的體細胞克隆一直是沒有解決的難題。科學家使用體細胞在體外有效地做基因編輯，準確地篩選基因型相同的體細胞，然后用核移植方法產生基因型完全相同的大批胚胎，用母猴載體懷孕出生一批基因編輯和遺傳背景相同的猴群。這是制作腦科學研究和人類疾病動物模型的關鍵技術。

寨卡病毒感染神經細胞的新機制

復旦大學生物醫學研究院/上海市公共衛生臨床中心雙聘教授徐建青團隊對寨卡病毒入侵神經細胞的關鍵分子進行研究，揭示了寨卡病毒感染神經細胞的新機制，研究論文發表于《自然一微生物學》。2015年底在南美洲爆發寨卡病毒疫情，該病毒感染可導致新生兒小頭畸形和其他嚴重神經系統疾病，被世衛組織宣布為全球關注的突發公共衛生事件。研究證實AXL分子在寨卡病毒感染神經細胞中的作用機制，主要是通過STAT1/STAT2通路調控SOCS1分子表達，進而抑制I型干擾素信號應答，最終促進寨卡病毒在宿主細胞中復制。研究結果為研發新型有效的寨卡病毒防御技術提供了生物學靶點。