科技名刊精選

生物化石

侏羅紀善攀鳥龍類揭示膜質翅膀在恐龍中的演化

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王敏、鄒晶梅、徐星、周忠和4位科學家聯名的研究成果發表于Nature。文章報道了侏羅紀善攀鳥龍類揭示膜質翅膀在恐龍中的演化，展示了在恐龍—鳥類演化歷程中出現大量意想不到的適應飛行的嘗試，與之對應演化出差異顯著的骨骼—表皮衍生物組合。已知的善攀鳥龍類均生活在晚侏羅世，類似的膜質翅膀沒有在白堊紀的恐龍中出現。由飛羽構成的翅膀自晚侏羅世出現就延續到白堊紀，經過漫長的演化最終形成了鳥類的羽翼，使后者成了多樣性最豐富的現生四足動物。善攀鳥龍類獨特的飛行結構代表了飛行演化的一次短暫嘗試。

中生代虛骨龍類系統樹和肢骨演化：在飛行起源時，副鳥類不同類群顯示出不同的前肢加長過程：善攀鳥龍類通過肱骨加長，結合第三手指和棒狀長骨附著膜質翅膀；而馳龍類、傷齒龍類和鳥類則通過掌骨的加長以附著羽狀翅膀（王敏供圖）（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

《自然》當期雜志封面：古脊椎所發現侏羅紀具膜質翅膀的恐龍（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

孢粉研究揭示中國南方末次盛冰期以來的植被變化

中國科學院南京地質古生物研究所王偉銘研究員等與中國科學院南京地理與湖泊研究所李春海副研究員等組成的研究團隊，以中國南方現有資料為基礎，在一些研究薄弱區獲得20個湖泊/泥炭剖面鉆孔開展研究，最后選取14個點位的孢粉數據用于恢復過去約2萬年以來的植被變化過程。研究結果發表于《中國科學：地球科學》中英文版。地球氣候自末次盛冰期約2萬年前開始逐步回暖，適宜的氣候條件促成了全新世農耕文化的形成與發展，先民從早期采集與漁獵為主的游弋生產生活方式,逐漸轉變到以農耕文明定居生產生活方式。這一生產和生活方式的改變與當時環境的變化密切相關，對當今人類文明產生了巨大的影響。

犬類生殖器傳染性腫瘤活化石基因組揭示從郊狼到北美土著家犬的古老漸滲

中國科學院昆明動物研究所張亞平院士領導團隊和古脊椎與古人類研究所付巧妹研究員團隊合作，對CTVT（犬類生殖器傳染性腫瘤）的起源和基因組組分展開系統的研究。研究論文發表于Cell Research。研究團隊利用突變方向譜方法評估了不同集合的突變特征，證實了這些位點具有典型的家犬突變模式，可以作為CTVTfounder活化石來代表一個古代的群體。進一步解析了CTVTfounder這個高覆蓋度的活化石基因組中來自野生犬科動物的漸滲區域，得到了確切基因流發生的證據，也肯定了之前北美家犬發生群體替換的結果，現生北美家犬來自歐洲家犬，沒有攜帶任何北美土著家犬的組分。

關于物種進化歷史分歧時間估算方法的研究進展

中國科學院動物研究所朱朝東研究組在已有生命之樹工作基礎上，與國內外同行合作，模擬基因和形態特征數據對tipdating展開了系統評估。研究結果發表于Systematic Biology。化石發生概率對進化樹拓撲結構和歷史時間估算的影響更為顯著，其決定了tip-dating分析中化石的數目和化石所能提供時間信息的最大值；tip-dating可以很好地重構現生物種的進化拓撲結構，但是化石樣品的進化位置在結果中呈現出很多不確定性；該方法可以比較準確地估算重要歷史時間點如樹根時間點（root age）和現生物種祖先時間點（crown age）。與核心分析結果相比，排除形態特征導致節點時間略微過高，而排除核苷酸序列對樹形拓撲的推斷具有負面影響。

琥珀菊石解密1億年前海濱森林生態環境

中國科學院南京地質古生物研究所“現代陸地生態系統起源與早期演化研究團隊”王博研究員、張海春研究員等與牟林博士等合作，報道了保存在一枚緬甸琥珀中的菊石、螺類、節肢動物等化石集群。研究論文發表于《美國科學院院報》（PNAS）。琥珀是遠古植物的樹脂經過長久的地質作用形成的化石。琥珀常常含有保存很好的陸地生物，如花、微生物、昆蟲甚至蜥蜴和鳥類。由于產生條件和保存環境的限制，琥珀很少保存水生生物，海洋生物更是鳳毛麟角，而水生生物化石常常能提供關鍵的生態環境信息。研究表明，該琥珀森林位于熱帶海濱地區，環境類似于當今的一些熱帶海岸森林。

緬甸琥珀礦的地質圖（A）和古地理圖（B）（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

琥珀標本（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

夏河丹尼索瓦人

中國科學院青藏高原研究所陳發虎院士團隊聯合國內外科學家分析了甘肅夏河縣新發現的古人類下頜骨化石（可以確定其為青藏高原的丹尼索瓦人，建議命名為夏河丹尼索瓦人，簡稱夏河人），在青藏高原開展過去人類活動和環境適應研究。研究論文發表于Nature。該化石于20世紀80年代發現于青藏高原東北部的甘肅南部夏河縣甘加盆地白石崖溶洞，目前是除阿爾泰山地區丹尼索瓦洞以外發現的首例丹尼索瓦人化石，也是青藏高原發現的最早人類活動證據（距今16萬年前）。該研究為進一步探討丹尼索瓦人的體質形態特征及其在東亞地區的分布、青藏高原早期人類活動歷史及其對高海拔環境適應等問題提供了關鍵證據。

基因組研究揭示竹子異源多倍化歷史和獨特性狀的遺傳學線索

中國科學院昆明植物研究所李德銖研究員帶領的研究團隊與中國科學院上海植物生理生態研究所、上海海洋大學等單位合作，完成了基于全基因組測序的竹亞科“生命之網”及其獨特生物學性狀的比較基因組學研究。研究論文發表于Molecular Plant。該研究獲取了四種竹子的全基因組草圖，代表竹亞科的主要分支和已知的所有染色體倍性，其中蕓香竹和莪莉竹為高質量的全基因組草圖。同時，該團隊還構建了舊熱帶木本竹類麻的遺傳圖譜，這是竹亞科的第一個高密度遺傳圖譜。基于全基因組共線性分析，確認了竹亞科不同分支的染色體倍性，與前人的細胞遺傳學研究結果相吻合。

現代人擴散“北方路線”的研究進展——基于GIS最低成本路徑模型的探索

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所高星研究員團隊與德國馬普學會人類歷史科學研究所的同行合作，立足發現于東亞、東北亞、中亞等具有石葉技術特征的遺存，通過GIS（地理信息系統）最低成本路徑構建了現代人北方擴散路線的可能路徑。研究成果發表于PLOS ONE。早期現代人的起源和演化是國際古人類學界關注的重大問題。近年來，古人類學、考古學的發現指示了中國地區現代人演化的區域連續性，同時也在中國部分區域發現了歐亞大陸西部現代人擴散到東亞的證據。針對早期現代人的擴散這一問題，學術界以往多關注沿阿拉伯半島、印度、東南亞等地區的“南方路線”，較少關注“北方路線”。

分子技術

液晶與高分子復合材料研究進展

北京大學工學院于海峰課題組報道了一種新穎的制備多響應性超分子有機凝膠方法。研究成果發表于Chemistry of Materials。科學家通過偶氮吡啶側鏈聚合物油酸自組裝成功得到了液晶凝膠因子。其中偶氮吡啶衍生物具有良好的自組裝性能和光響應性，而油酸是一種廣泛存在于動植物體內的脂肪酸，安全無毒，且具有良好的生物相容性。制備得到的該種凝膠，能夠在光、熱以及有機銀離子的刺激下發生明顯的相態轉變。全息光柵成功地刻錄在該種超分子凝膠中，該光柵同樣地可以對3種刺激發生響應。該方法為制備刺激響應性的超分子有機凝膠提供了一種新思路，也使其在光學、信息存儲及傳感器等方面的應用成為可能。

圖中左側藍色正方體為有機凝膠的示意圖；中間綠色條紋背底為光柵的偏光顯微鏡下的圖片；右側為凝膠在3種刺激下的變化（圖片來源于北京大學新聞網）

圖中的北大LOGO為超分子液晶基元（圖片來源于北京大學新聞網）

分子超快成像研究進展

中國科學院武漢物理與數學研究所柳曉軍研究員課題組利用準直雙原子分子雙中心干涉對分子核間距進行層析提取。研究論文發表于Physical Review Letters。分子成像技術在物理學、化學和生物學領域中扮演著重要角色。由于原子微分散射截面不依賴于分子軸取向，新的研究方案巧妙地避免了該原子參數對不同分子取向條件下的光電子產量及基于此的分子結構成像的影響，克服了現有自成像方法的缺陷。結合前期發展起來的分子準直技術，研究團隊選擇雙原子分子體系開展了相關實驗研究，并成功從氮氣分子的光電子譜中直接讀取出分子核間距信息，首次演示了分子自層析成像方案的可行性。

天然產物Cyclocitrinols的統一式合成研究

中國科學院上海有機化學研究所天然產物有機合成化學院重點實驗室桂敬漢課題組在前期工作基礎上完成了cyclocitrinol家族10個天然產物的統一式合成。研究論文發表于美國化學會志JACS。根據之前發展的合成路線，他們以9步反應、克級規模制備了合成的關鍵中間體，該中間體的大量制備（＞1.5g）為后續10個家族天然產物的合成奠定了基礎。上述關鍵中間體通過C20-羰基的立體選擇性加成反應和烯丙醇羥基的1，3-選擇性轉位等反應高效引入了各個天然產物的側鏈，如此以總計10～12步反應完成了該家族10個天然產物的統一式合成。

大面積石墨烯納米篩/碳納米管薄膜在離子和分子納濾中的應用研究

武漢大學化學與分子科學學院袁荃教授等與美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授等合作，在納米孔過濾薄膜領域取得研究成果。研究論文發表于Science。這項研究首次報道了一種具有優異機械性能的大面積石墨烯納米篩/碳納米管薄膜，具有高的水滲透率、離子和分子截留率以及優異的抗污染性能。研究團隊成功制備了具有優異機械強度和柔性的大面積無裂縫納米孔二維薄膜；并在薄膜內部引入高密度均一孔徑分布的亞納米孔，實現水分子的高效選擇性通過和溶質分子的有效截留。該研究克服了二維材料在實際分離領域的局限性，是將二維材料推向實際分離應用的關鍵一步。

超分子耗散自組裝材料研究進展

南方科技大學蔣偉課題組開展了多聚準輪烷基高拉伸性瞬態水凝膠的剪切誘導組裝研究，研究論文發表于Nature Chemistry。研究發現酰胺內修飾分子管能夠穿到聚乙二醇的高分子鏈上，形成一個像項鏈一樣的多聚假輪烷結構。每個分子管具有4個羧酸根，能夠與金屬離子配位。當加入銅離子時，多聚假輪烷就會通過鏈間配位交聯，形成一個不能自由流動的水凝膠結構。然而，該水凝膠不穩定，又會逐漸變為自由流動的溶液。通過搖動，該溶液又能轉化為水凝膠。這說明該水凝膠是耗散自組裝的結果，需要搖動產生的剪切力作為燃料（fuel），以維持其結構。水凝膠的形成是由于剪切力誘導的鏈內配位到鏈間配位模式的轉化而導致的。

水凝膠形成的示意圖（圖片來源于南方科技大學新聞網）

水凝膠的拉伸性能與工作機理（圖片來源于南方科技大學新聞網）

關于納米磷酸鈣合成及其生物醫學應用

中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員團隊與美國北卡羅來納大學教堂山分校Leaf Huang教授團隊合作撰寫了納米磷酸鈣合成及其生物醫學應用的綜述論文。研究成果發表于Chemical Society Reviews。論文綜述和討論了生物分子在納米結構磷酸鈣生物材料形成過程中的重要作用以及磷酸鈣納米材料在生物醫學領域的應用，討論了具有良好生物相容性的各種生物分子用于合成磷酸鈣納米材料并調控其結構、形貌、尺寸、自組裝和表面性質的作用機理，并將生物分子的作用作了總結分類。該綜述論文還對相關研究領域未來的發展趨勢進行了展望，并提出了未來重要的發展方向。

溫和條件下甲烷直接催化轉化

中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室鄧德會研究員和包信和院士團隊系統總結并展望了熱催化、電催化、光催化技術在甲烷溫和條件下直接轉化方面的研究進展。綜述文章發表于Chem。該綜述系統總結了熱催化、電催化、光催化在甲烷溫和條件下轉化的研究進展，尤其對其中具有優異C-H活化能力的催化劑進行了重點介紹，在催化劑設計、理論計算模擬、反應條件的選擇、產物精確定量等方面進行了詳細的論述。綜述展望了未來甲烷活化和轉化的發展方向，指出了將來開發低溫下利用氧氣進行甲烷轉化的迫切性，指出限域單中心活性位點以及多組元催化劑在未來甲烷低溫催化轉化等方面的重要性。

超低頻機械激勵下的摩擦電微馬達研究進展

中國科學院北京納米能源與系統研究所張弛研究員和王中林院士團隊將TENG（摩擦納米發電機）與靜電微馬達相結合，提出了一種超低頻機械摩擦激勵微馬達高速旋轉的實現方法，設計并制造了這款新型摩擦電微馬達。相關論文發表于Nature Communications。該器件利用了TENG在低頻機械激勵下的高壓特性，通過摩擦電荷在微馬達上周期性的轉移與中和，可對微馬達產生連續的驅動力，維持其持續運轉，從而取代了傳統激勵方式中的高頻高壓源。通過不同結構和激勵參數的研究表明，摩擦電微馬達能夠在低至0.1Hz的外部機械激勵下實現啟動，并在0.8Hz時達到1350轉/分，電能驅動效率達到41%。

生態環境

持久性有機污染物如何跨越喜馬拉雅傳輸到青藏高原

中國科學院青藏高原研究所/中國科學院青藏高原地球科學卓越中心龔平副研究員、王小萍研究員與合作者在尼泊爾和青藏高原南部海拔100～5500米的跨喜馬拉雅大氣POPs觀測斷面上連續3年觀測，并結合氣象和遙感資料，建立二維多介質傳輸模型，定量探討了POPs翻越山脊和沿河谷傳輸的過程。研究成果發表于Environmental Science & Technology。超過90%的POPs都沉積富集到喜馬拉雅南坡的地表介質（主要為土壤）中，但仍然有少量POPs可以通過大氣傳輸到達高海拔地區甚至翻越喜馬拉雅山。經估算，主要POPs類化合物（包括六六六、滴滴涕、六氯苯、多氯聯苯等）的跨喜馬拉雅傳輸總通量為2～100噸/年。

POPs的跨喜馬拉雅傳輸通量(圖片來源于中國科學院青藏高原研究所官網)

大氣POPs沿山坡傳輸時的(a)濃度衰減與(b)物質分餾(圖片來源于中國科學院青藏高原研究所官網)

淺水湖泊富營養化對底棲動物多樣性的影響

中國科學院南京地理與湖泊研究所張又、蔡永久等科研人員基于對江淮中下游41個淺水湖泊大型底棲動物群落調查，分析營養水平與底棲動物種類組成和功能特性的關系。研究成果發表于Limnology and Oceanography。研究發現不同營養狀態的湖泊大型底棲動物群落結構具有顯著差異，營養鹽濃度與種類組成beta多樣性和功能特性beta多樣性均呈現負相關關系，表明湖泊富營養化是導致底棲動物種類組成同質化和功能同質化的重要原因。在局域尺度（湖泊內）和區域尺度（湖泊間）上，富營養化均會導致大型底棲動物種類組成同質化和功能同質化。此外，底棲動物種類組成同質化與功能同質化對富營養化的響應關系有一定差異。

森林恢復對土壤微生物群落空間變異影響

中國科學院武漢植物園土壤生態學學科組博士后李乾璽在研究員程曉莉的指導下，以丹江口庫區裸地、灌叢和林地為研究對象，分析了各生態系統中土壤微生物群落結構的空間變異特征及其空間協同變化因子。研究成果發表于Soil & Tillage Research。結果顯示：同一生態系統中，同類群土壤微生物間具有相似的空間分布格局。植物的個體分布會通過影響局部環境因子間接地對土壤微生物的空間分布產生影響。空間協同變化因子隨生態系統類型的不同而發生變更。林地土壤中細菌對局部環境因子的變化比真菌更加敏感。研究結果對揭示生態系統功能對土地利用變化的響應過程和機理起到了一定作用。

深海化能生態系統大型甲殼動物適應性研究進展

中國科學院海洋研究所沙忠利研究團隊以“科學”號在沖繩熱液和南海冷泉采集的柯氏潛鎧蝦（Shinkaia crosnieri Baba and Williams, 1998）為材料，揭示了大型甲殼動物適應不同深海化能生態微環境的分子基礎。相關研究成果發表于BMC Genomics。柯氏潛鎧蝦在適應熱液、冷泉環境時不僅產生了基因表達上的差異，而且大量關鍵環境適應性相關基因受到了選擇作用，主要表現在免疫應答、抗氧化與解毒等方面，推測柯氏潛鎧蝦可能是通過環境適應性相關關鍵基因的適應性進化及調節關鍵基因的表達模式來適應不同深海化能生態環境。對于冷泉環境而言，柯氏潛鎧蝦在熱液環境中受到的環境壓力更大，這也與熱液較冷泉環境更極端相一致。

淺海表層沉積物再懸浮對顆粒物沉降影響甄別研究進展

中國科學院海洋研究所宋金明、袁華茂課題組通過沉積物捕捉器采集膠州灣沉降顆粒物，揭示了再懸浮顆粒物占總沉降顆粒物的比例并識別出影響再懸浮的環境因子，校準了顆粒態生源指標的沉降通量和甄別出再懸浮條件下生源要素的內部循環機制，對闡明海洋生物地球化學過程對氣候和海洋生態環境的變化的響應具有重要的科學意義。研究成果分別發表于Chemosphere, Marine Pollution Bulletin, Journal of Marine Systems等學術期刊。膠州灣水動力環境較為紊亂，沉降顆粒物中表層沉積物再懸浮比例超過90%。對膠州灣表層沉積物再懸浮以及沉降顆粒物的系統研究，有利于詮釋強人為活動影響下淺海的生態環境變化機制以及資源環境的可持續利用。

近海強烈再懸浮條件下鐵與其他化學組分的遷移（圖片來源于中國科學院海洋研究所網站）

膠州灣沉降顆粒物與表層沉積物不同形態痕量元素組成差異比較（圖片來源于中國科學院海洋研究所網站）

2015/2016年超強厄爾尼諾事件導致青藏高原湖泊水位出現極端變化

中國科學院青藏高原研究所、青藏高原地球科學卓越創新中心姚檀棟團隊聯合中科院大氣物理研究所、美國夏威夷大學等國內外多家單位對近期高原內陸區湖泊水位極端變化過程和原因進行了研究，發現2015/2016年超強厄爾尼諾事件可能導致了青藏高原湖泊水位的異常變化。研究成果發表于Geophysical Research Letters。2015/2016年超級厄爾尼諾事件發生期間青藏高原中部湖泊水位變化的季節性特征與正常年份顯著不同，湖泊水位在夏季季風期間沒有顯著升高甚至在某些湖泊出現下降，而秋冬季湖泊水位下降幅度更大。此外，早期的厄爾尼諾事件也會對高原中部湖泊水位變化有顯著影響。

北半球植被物候變化趨勢對氣候變化響應研究進展

中國科學院西北生態環境資源研究院副研究員王旭峰、研究員李新、中國科學院院士程國棟等及國際合作團隊利用長時間序列遙感數據集、FLUXNET數據集提取北半球植被物候期（生長季開始和結束時間：SOS和EOS），分析了Warming Hiatus之前和期間物候變化趨勢。研究論文發表于Nature Communications。分析這些站點的空氣溫度觀測數據，發現只有極少數站點的溫度存在顯著增加趨勢，這也是導致物候沒有顯著變化趨勢的主要原因。由于物候期沒有顯著的變化趨勢，導致了春季和秋季的碳通量也沒有顯著變化趨勢。兩套獨立的證據（長時間序列遙感數據和FLUXNET數據）得到一致結論。

磷脂在土壤中的快速周轉研究進展

中國科學院城市環境研究所研究人員選取細菌（大腸桿菌、甲烷氧化菌）和真菌磷脂作為研究對象，結合13C標記技術，分析了13C標記游離磷脂在土壤中的周轉速率，測定了土壤微生物量及溫度等因素對游離磷脂周轉速率的影響，在國際上首次證實了PLFA方法的經典假設。研究成果發表于Soil Biology and Biochemistry。磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid, PLFA）分析是微生物鑒定和群落結構測試的重要方法。與核酸檢測相比，PLFA在表征微生物活體細胞和精確定量微生物量方面具有明顯優勢。PLFA方法是建立在一個經典假設的基礎上，即認為磷脂會隨著細胞死亡而迅速降解。