科技名刊精選

Nature

對抗真菌感染

Nature封面：煙曲霉菌（Aspergillus fumigatus）的偽色掃描電子顯微鏡圖像，展示了煙曲霉菌的分生孢子梗。Nature雜志第7696期封面文章報道了宿主免受煙曲霉菌感染的研究進展。英國阿伯丁大學的Gordon Brown和同事分析了哺乳動物如何能夠探測這些真菌孢子的細胞壁中的黑色素。科學家進一步鑒定出一個名為MelLec的新細胞受體，該受體可感知DHN-黑色素并觸發免疫應答，這對于保護宿主免受煙曲霉菌感染具有十分重要的作用。

連續波室溫金剛石微波激射器

Nature封面：一種室溫微波激射器系統用到一顆有氮空位中心的金剛石。Nature雜志第7697期封面文章報道了新型連續波室溫金剛石微波激射器。Jonathan Breeze及同事描述了一種可在連續波模式下運行的室溫微波激射器。微波激射器已經被用于深空通信和射電天文學，而這樣的室溫微波激射器或許在醫學、安保和量子技術方面也有應用前景。傳統微波激射器正常工作需要低溫制冷及高真空系統，這在某種程度上限制了其潛在應用。之前科學家已經用分子晶體研發出了室溫微波激射器，它們的熱性能和力學性能相對較差，且只能在脈沖模式下工作。

演化出胰島素抗性以應對營養匱乏環境的盲眼洞穴魚

Nature封面：墨西哥麗脂鯉。Nature雜志第7698期封面文章演化出胰島素抗性以應對營養匱乏環境的盲眼洞穴魚墨西哥麗脂鯉（Astyanax mexicanus）。墨西哥麗脂鯉由此形成了一種饑餓—饕餮式生活，出色地適應了它們的生存環境。這種洞穴魚攜帶一種胰島素受體突變，可導致人類患上嚴重的II型糖尿病，但是因此產生的高血糖似乎對這種魚沒有造成不良影響，它們依然健康而且壽命也正常。作者推測墨西哥麗脂鯉已經演化形成了血糖調節代償機制，使它們能夠在嚴峻的環境中生存下來。

九微米波長室溫光電探測器和吉赫頻率外差接收機

Nature封面：量子阱紅外光探測器的掃描電子顯微鏡圖像。Nature雜志第7699期封面文章報道了9微米波長室溫光電探測器和吉赫頻率外差接收機。該探測器由一個金屬化超材料諧振器陣列組成。研究者Daniele Palaferri和他的合作者將光學超材料與量子阱紅外光探測器的高速度結合起來，可以實現超靈敏相干檢測，這和用于無線電波的外差檢測相似。在室溫下檢測長波長紅外輻射的靈敏度增強了，或許使一系列新應用成為可能，如熱成像、環境遙感和自由空間相干通信。

Science

腫瘤免疫治療革命

Science封面：腫瘤免疫治療特刊封面。Science雜志第6382期封面及特刊報道了多篇腫瘤免疫治療領域多位頂尖專家的團隊撰寫的文章。其中包括里程碑式免疫療法CAR-T治療先驅Carl June教授最新綜述文章。腫瘤免疫治療無疑是腫瘤治療史上的重大突破。這種腫瘤療法的聰明之處在于，它利用了人體最為強大的武器—免疫系統，來對付“叛變”的細胞—腫瘤細胞。腫瘤免疫治療無疑是腫瘤治療史上的重大突破。這就與此前的療法—直接殺傷腫瘤細胞思路迥異。喚醒人類身體中沉睡的強大武器：免疫系統，這便是腫瘤免疫治療的精髓。

高熵合金納米顆粒

Science封面：令人震驚的合成。Science雜志第6383期封面文章報道了突破熱力學極限制備的高熵合金納米顆粒。多元金屬納米顆粒在催化、儲能和影像等諸多領域具有廣泛的應用前景，但傳統濕法合成很難得到三元以上的金屬納米顆粒。熔煉法可以得到五元以上機械性能優異的塊體高熵合金，但卻非常難以納米化。胡良兵及其合作者發展了全新的兩步碳熱沖擊法(Carbonthermal Shock，CTS），可以得到八元高熵合金納米顆粒，且具備優異的催化性能，在很大程度上解決了這一問題。

古基因組重新審視本土馬和普氏野馬的祖先

Science封面：普氏野馬（Przewalski’s horses）。Science雜志第6368期封面文章報道了古基因組研究重新審視本土馬和普氏野馬的起源。科學家將測定的42個古代馬基因組與現有的46種古代和現代馬基因組相比，發現普氏野馬是博泰牧馬的野生后代，而非真正的野馬，過去4000年來的所有本土馬具有博泰血統的只有約2.7%。這項研究結果表明，大規模的基因組轉換為馴馬的擴張奠定了基礎，與青銅時代早期的大規模人口擴張相吻合。

ABA作用于細胞-C的季節性生長的光周期調控

Science封面：等待春天。Science雜志第6385期封面文章報道了影響樹木冬季休眠的機制。在溫帶和寒帶地區，多年生植物擁有季節性的生長周期。在冬季，樹木會進入休眠期，這時候嫩芽被包裹起來不再生長，保護它們能夠度過苛刻的冬季環境。引發樹木進入冬季休眠的信號來自于植物激素脫落酸（abscisic acid， ABA）。當光照時間變短時，ABA引發的機制可以阻斷植物細胞之間通過胞間連絲（plasmodesmata）進行的通訊。這種通訊阻斷會防止促進生長的信號傳遞到分生組織（meristem），因此過早生長不會在冬季進行。

化石與進化

植物根系進化和生物地理學研究突破

中國科學院地理科學與資源研究所郭大立研究員與和美國普林斯頓大學Lars O.Hedin教授等合作，研究進化歷史詮釋了全球根功能屬性的組織方式，論文發表于Nature。長期以來，植物進化理論框架主要基于對葉片、花等地上部分的認識，對地下部分根系結構和功能在進化過程中如何組織卻不清楚。該研究提出一個全新的植物進化理論：在長達4億年的植物進化過程中，地下吸收根朝更加高效、獨立的方向進化，為物種開拓新的棲息地發揮了重要作用，促進了植物的傳播和進化。這項成果凝結了郭大立研究員畢生對根系結構和功能的探索，令人扼腕的是，郭大立研究員已因病離世。

植物根組織方式（圖片來源于國家自然科學基金委員會）

365個分類群的系統發育樹（圖片來源于Nature）

“雪球地球”過程中存在氣候冷暖波動

中國科學院南京地質古生物研究所郎咸國博士后與北京大學沈冰研究員等對我國華南南沱冰期演化過程進行研究，論文發表于《前寒武紀研究》。“雪球地球”假說認為，在成冰紀極端過程中，整個海洋被完全冰封，地表水—氣交換受到嚴重阻礙，導致冰期過程中沉積作用減弱甚至停滯，并提出整個冰期地層為雪球地球解體時快速堆積而成。研究恢復了南沱冰期過程中的冰川動力學演化過程，并將南沱冰期劃分為4個演化階段，識別出兩次冰川發育鼎盛期。南沱組中部存在的細粒碎屑巖及碳酸鹽巖夾層，代表了兩次冰盛階段之間的冰川消融期。南沱組頂部的含礫粉砂巖或粉砂巖沉積表明南沱冰期的消融要早于陡山沱組蓋帽碳酸鹽巖的沉積。

武漢市沙湖搖蚊亞化石記錄的湖泊生態環境變化

中國地質大學(武漢）地球科學學院地理系黃春玲，陳旭與中南民族大學資源與環境學院曹艷敏合作通過對沙湖沉積巖芯中亞化石搖蚊頭殼組合進行分析，并結合武漢市歷史資料(非農業人口比重和建成區面積）數據，揭示城市發展過程中人類活動對沙湖生態環境的影響，同時探討沙湖水體總磷自然本底值，為該湖或區域內同類型湖泊生態修復和環境治理提供參考信息，研究論文發表于《水生生物學報》。搖蚊長期生活在水體底部，能迅速響應外界水環境變化，已有研究表明，搖蚊個體或者群落對水體營養鹽水平、水生植被種群演替及縮減具有明顯響應。

早期陸生植物適應性進化研究

中國科學院昆明植物研究所東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室黃錦嶺研究組與昆明植物所孫航研究員、劉莉研究員、胡金勇研究員，揚州大學楊澤峰教授及美國路易斯維爾大學Mark P.Running教授合作，發現小立碗蘚hemerythrin基因起源于真菌向早期陸生植物的水平基因轉移事件，hemerythrin基因在小立碗蘚中通過改變蛋白編碼順序（Shifting of reading frames），演化出一個新雙編碼基因（Dual-coding gene）YAN/AltYAN。研究論文發表于Nature communications。早期陸生植物形態結構相對簡單，卻具有極強的環境適應能力。特有基因往往對于物種適應特殊環境具有重要的作用。

化石與進化

中國早白堊世蠑螈化石研究

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王原研究員課題組對新發現的8件化石材料進行研究，修訂并補充了圍場皇家螈的鑒定特征，相關研究成果發表在《古脊椎動物學報》。圍場皇家螈（Regalerpeton weichangensis）是一類產自河北圍場早白堊世的有尾兩棲類。依據形態學特征對皇家螈生態環境進行復原：皇家螈的幼年個體中保留三對外鰓，鰓絲濃密，具有高的尾鰭，生活在水深相對較深的水域，靠鰓呼吸。向成年轉變過程中，外鰓退化，尾鰭減低，生活在水深較淺的水域，可將頭伸出水面用口腔換氣。化石記錄顯示，成年圍場皇家螈保存了骨化的腕跗骨，表明它的四肢具有較強支撐能力。

圍場皇家螈背視圖（戎鈺芬 ）（圖片來源于中國科學院古脊椎所）

圍場皇家螈生態復原圖（圖片來源于中國科學院古脊椎所）

微生物趨磁性古老單起源的新模型

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室生物地磁學研究團隊研究員林巍、潘永信等，聯合澳大利亞國立大學和美國內華達大學拉斯維加斯分校的合作者，開展了迄今規模最大、跨越南北半球的趨磁細菌多樣性和宏基因組研究，研究論文發表于《國際微生物生態學會會刊》。結合對公共數據庫中已發表微生物基因組數據的篩選，共獲得了28條、分屬于3個細菌門類的環境趨磁細菌的基因組草圖，首次發現了屬于ζ-變形菌綱和λ-變形菌綱的趨磁細菌，確認了原先劃分為α-變形菌綱的趨磁球菌應為一個獨立的新綱，η-變形菌綱。提出了微生物趨磁性古老單起源的新模型。

豬亞科化石研究

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所侯素寬等與國內外學者合作對云南昭通水塘壩地點的豬科化石開展了系統研究，討論了豬亞科研究的一些有爭議的問題，研究結果發表于《哺乳動物演化雜志》。水塘壩地點的豬科化石材料多發育典型的雙齒尖類型下第四前臼齒，下后尖位于下原尖的后內側，下跟座較主尖低，根據牙齒大小和形態特征被歸入似豬獸原河豬種。似豬獸原河豬和吳氏原河豬分別代表了原河豬屬在中國的不同演化支系，水塘壩以及中國北方的似豬獸原河豬材料較云南祿豐和元謀的似豬獸原河豬更為進步。弱獠豬屬與似豬獸原河豬在上下第四前臼齒和上下第三臼齒特征上有顯著區別，因而不支持將似豬獸原河豬歸入弱獠豬屬。

鄂爾多斯盆地發現最早了鐐珊瑚化石

中國科學院南京地質古生物研究所梁昆博士與加拿大、韓國珊瑚化石專家合作，在我國鄂爾多斯盆地南緣的桃曲坡剖面涇河組中部（桑比階）發現了已知最早的鐐珊瑚化石并命名為“Catenipora tongchuanensis”，該新種的主要特征是長而蜿蜒的鏈，且鏈與鏈之間的連接處極少，代表了鐐珊瑚屬早期演化形態特征。研究論文發表于Papers in Palaeontology。鄂爾多斯盆地南緣發育保存較好的晚奧陶世生物礁，是奧陶紀生物大輻射研究的經典區域。鐐珊瑚是構成生物礁的重要分子，由許多橫切面呈橢圓形、圓形或其他形狀的個體組成獨特的鏈狀排列，是全球廣泛分布的代表性橫板珊瑚。

新型應用材料

彈性陶瓷纖維材料研究

東華大學俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊開發出了一種超輕質、像海綿一樣有彈性的陶瓷材料，相關研究結果發表于Science子刊《科學進展》。傳統的陶瓷材料由于內部致密的晶體結構，使其表現出脆性大、硬度大、無法壓縮的問題，研究團隊通過以200納米細小直徑的柔性陶瓷納米纖維為構筑基元，通過三維網絡重構方法獲得了具有類似蜂巢網孔結構的陶瓷納米纖維氣凝膠。該新穎結構不僅賦予了材料像海綿一樣的壓縮回彈性，同時還可顯著降低材料的重量，其最低密度可達0.15mg/cm3。該研究成果有望在高溫隔熱、航空航天、電子信息、生物工程等領域實現特效應用。

彈性陶瓷納米纖維氣凝膠的結構設計等（圖片來源于Science Advances）

彈性陶瓷材料的絕熱性能（圖片來源于Science Advances）

燃料電池納米電催化劑的原位液相腐蝕研究

上海交通大學材料科學與工程學院金屬基復合材料國家重點實驗室的鄧濤團隊的鄔劍波研究小組在燃料電池納米電催化劑的原位液相腐蝕研究上取得進展，研究論文發表于《自然—通訊》。高活性催化劑多數是利用活潑金屬與鉑合金化，形成金屬二元或者多元的固溶體或者核殼結構，伴隨著電催化反應的進行會出現活潑金屬組分大量持續的腐蝕析出現象，從而破壞了最優合金組分，降低了金屬催化劑的反應活性，嚴重影響催化劑穩定性研究團隊利用透射電子顯微鏡實時研究燃料電池催化劑腐蝕動態過程，揭示了催化劑在電催化反應應用中的性能失活機理，對設計高穩定性的催化劑有著重要的指導意義。

PVDF油水分離膜材料

中國科學院寧波材料所劉富研究員與浙江理工大學王際平教授等合作，開展超大通量靜電紡絲PVDF油水分離膜研究，研究論文發表于Journal of Materials Chemistry A。合作研究團隊采用靜電紡絲技術，通過將靜電紡絲和靜電噴涂相結合，制備得到了具有超高通量的PVDF納米纖維油水分離膜，具有獨特的微米級纖維及納米級微球復合的結構。將該膜應用于高黏度的十甲基環五硅氧烷包水體系時，滲透系數高達88166±652 l·m-2h-1bar-1（分離效率＞99%），遠高于已報道數據。該方法制備過程簡單，無需復雜的表面改性過程，是一種適宜工業化生產的新方法。

g-C3N4的成分與能帶的高溫高壓調控

吉林大學超硬材料國家重點實驗室劉冰冰教授、姚明光教授等利用高溫高壓作為“干凈”的手段，調控碳氮材料的結構和物性，為C-N體系研究提供了新思路，研究論文發表于Carbon。碳、氮（C、N）元素都具有獨特的成鍵能力，理論上可形成不同配比的、結構和性質迥異的C-N材料，但目前實驗上報道合成的C-N材料主要是類石墨相氮化碳（g-C3N4）。研究者利用高溫高壓技術將氮缺陷引入g-C3N4層狀結構，有效地減小了其帶隙，將光的吸收延伸到了紅光區，更重要的是光生載流子的分離效率提高了102數量級。同時通過N含量的調控，還實現了C2N/C3N新材料的制備。

新型應用材料

新型火災自動報警耐火壁紙

中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究團隊在新型無機耐火紙的研究工作基礎上，成功研制出新型火災自動報警耐火壁紙，研究論文發表于《美國化學會—納米》。它是由羥基磷灰石超長納米線作為原料制成的耐火紙以及氧化石墨烯溫敏傳感器兩部分構成的。氧化石墨烯在室溫下不導電，但遇到火災后，火焰產生的高溫可去除氧化石墨烯中的含氧基團，使其由不導電轉變為導電狀態，這樣就可以觸發報警裝置，在發生火災的第一時間自動發出火災警報。新型火災自動報警耐火壁紙具有優異的耐高溫和耐火性能，可耐1000℃以上的高溫，在一般的火中不管灼燒多長時間都不會燃燒。

制成各種形狀、染成不同顏色、打印上各種彩色圖案和文字的新型火災自動報警耐火壁紙。（圖片來源于上海硅酸鹽研究所）

新型火災自動報警耐火壁紙在火災發生時的快速響應（幾秒鐘內）與持續報警（5分鐘以上）模擬實驗（圖片來源于上海硅酸鹽研究所）

鍺（Ge）基三態內容尋址存儲器（TCAM）研究

浙江大學信電學院趙毅教授課題組設計并研制出了新型的基于記憶二極管的三態內容尋址存儲器（Ternary Content Addressable Memory，TCAM），相關論文被2018 Symposia on VLSI Technology and Circuits（簡稱VLSI Symposia）接收。研究團隊提出并制備出了由記憶二極管陣列構成的非易失性三態尋址存儲器。不同于當前主流研究中的內容尋址存儲器，該研究提出的基于鍺（Ge）基集成電路工藝的新型內容存儲器與標準CMOS工藝兼容，電路結構簡單，基本器件尺寸可降低至10nm技術節點以下，減小了芯片面積，另外一個重要的特點是由于其非易失性與非線性，該技術在功耗問題上有重大突破。

磷光金屬配合物超分子組裝研究

中國科學院理化技術研究所光化學轉換與合成研究中心陳勇研究員與南方科技大學化學系陸為教授合作，利用超分子組裝的方法構筑了一系列強發光的金(I）卡賓雙鹽超分子聚集體，相關研究結果發表于《德國應用化學》。通過系統改變陰離子和陽離子的電子結構，利用陰離子到陽離子電荷轉移躍遷對金屬—金屬間相互作用產生的dσ*pσ躍遷激發態進行調控，實現了金(I）卡賓雙鹽超分子聚集體發光從藍光、綠光、紅光到近紅外光的全覆蓋；通過多種陽離子和陰離子共組裝或者分步組裝（外延生長）的方法，實現精確調控金(I）卡賓雙鹽自組裝材料的CIE坐標，獲得強磷光發射的白光材料，發光量子產率達到73%。

兩納米超短溝道的壓電電子學晶體管

中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林團隊與西安電子科技大學秦勇教授合作，制備了一種新型的、溝道只有～2nm的超薄氧化鋅壓電電子學晶體管，首次將壓電電子學效應引入到二維超薄非層狀壓電半導體材料中，研究論文發表于《美國化學會—納米》。該研究系統地研究了二維超薄氧化鋅垂直方向上的壓電特性，利用金屬—半導體界面處產生的壓電極化電荷（即垂直方向上的壓電電勢）作為柵極電壓有效地調控了該器件的載流子輸運特性，并且通過將兩個超薄壓電電子學晶體管串聯實現了簡易的壓力調控的邏輯電路。進一步究證實了壓電極化電荷在超短溝道中“門控”效應的有效性。