世界一流科技期刊文章精選

nature

千種植物轉錄組與綠色植物的系統發育基因組學

nature封面：達爾文在《物種起源》結尾所描繪的各個物種交錯生長的“枝蔓纏繞的河岸”示例。nature雜志第7780期封面文章報道了“千種植物轉錄組”計劃的科學家們報道的1124種植物的轉錄組，涵蓋了展現植物多樣性的各個物種，包括綠色植物、灰藻和紅藻。研究者構建了一個系統發育基因組框架，借此推斷不同物種之間的演化關系，并劃分歷史上綠色植物發生基因組變化和多樣化的時間。同時發現，陸生植物和維管植物起源前曾出現過基因家族的大擴張，而全基因組復制事件似乎也在有花植物和蕨類的演化歷史上反復出現。

《自然》創刊150周年

nature封面：該刊論文的共引網絡。nature雜志第7781期是《自然》的150周年特刊。《自然》創刊于1869年11月4日，是一份在學術界享有盛譽的國際綜合性科學刊物，報道和評論了全球科技領域里諸多最重要的突破。如封面所示，點代表的是《自然》自1900年以來發表的逾8.8萬篇論文，顏色代表不同的學科。如果兩篇論文同時被另一篇論文引用了，這兩篇論文便被連接起來；點的大小反映了這些共引連接的數量。這個復雜的網絡揭示了論文之間的關系，反映了《自然》的多學科范圍。

多主體增強學習算法塑造的《星際爭霸Ⅱ》宗師

nature封面：人工智能玩“星際爭霸”。nature雜志第7782期封面文章報道了一個名為“AlphaStar”的人工智能程序，該程序在完整版的《星際爭霸Ⅱ》中，在3個種族中都達到了宗師級水平。如今，AlphaStar處于該游戲前0.2%的玩家之列。它的成功源于其采用的多主體增強學習算法，該算法讓多個深度學習網絡主體相互競爭，從而生成大量的持續適應性策略和對策。《星際爭霸Ⅱ》是一款科幻主題的策略游戲，也是一項全球性的電子競技項目。游戲中，玩家需要控制3個不同種族中的一種，同時必須根據對手的動作做出戰略決策。

高分辨率譜系追蹤技術揭示實驗酵母的適應行波

nature封面：一張適應“行波”圖，其中的有益突變會爭奪主導地位（線條代表各種譜系）。行波顯示了適合度分布在酵母種群內隨時間推移如何發生變化，并且與理論預測相符。nature雜志第7783期封面文章報道了一種能夠高分辨可視化追蹤芽殖酵母演化突變的條形碼策略。克隆競爭會產生一種動態的“富者恒富”效應，即演化初期獲取的適合度優勢可以驅動譜系擴張，從而提高未來獲得突變的機會。可視化使研究人員得以重新認識控制適應速率、可預測性和分子基礎的因素。

（本頁期刊封面圖來自nature官網）

Science

古羅馬：歐洲和地中海的基因交匯點

Science封面：羅馬斗獸場的延時圖像。Science雜志第6466期封面文章報道了祖先DNA分析，以調查中石器時代到現代在羅馬和意大利中部發生的基因變化。通過研究127個羅馬人的基因組和他們的考古背景，研究者證明了新石器時代獵人、采集者和農民之間祖先的重大轉變。青銅時代出現了第二次世系變遷，可能與貿易和人口流動增加同時發生。這種血統的轉變反映了羅馬的地緣政治關系，并伴隨著顯著的個體間多樣性，證明了基因在地中海、歐洲和北非的流動。隨著羅馬政治關系和貿易網絡的改變，歷史時期的快速遺傳變化反映了人的流動。

細胞生物學中的質量控制

Science封面：細胞的程式化視圖。Science雜志第6467期封面文章報道了細胞生物學中的質量控制。生長、分化及對環境的實時響應，我們的細胞處于一個不斷穩定的活動狀態，細胞核輸出RNA信息，這些信息被核糖體翻譯成蛋白質(藍色)。蛋白酶體和溶酶體降解和循環內化、異常或過量的蛋白質。內質網和高爾基體將貨物包裝和分類，以便運輸到其他細胞器或從細胞出口。線粒體為細胞的其他部分提供能量。為了獲得維持這些生命活動的最優狀態，需要大量的質量控制機制。

甲蟲的角演化自翅膀類同源物

Science封面：獨角仙等甲蟲有著奇特而形態多變的“犄角”，那是雄性競爭配偶的重要工具。Science雜志第6468期封面文章報道了甲蟲前胸背部的角由翅膀的系列同源器官進化而來，這對思考如何更好地定義進化新征（evolutionary novelty）有著重要意義。研究發現金龜子科甲蟲中胸前角的起源，胸前角源于雙邊來源的組織；而胸前角形成在功能上需要多種翅膀形成的基因。研究結果證實了胸前角和昆蟲翅膀之間的系列同源性，并表明其他昆蟲的新性狀也可能與之類似，源自翅膀系列同源物以及隨之建立的結構特異性轉錄圖譜。

重建50萬立方微米小鼠大腦

Science封面：來自老鼠大腦的神經細胞。Science雜志第6469期封面文章報道了以高空間分辨率重建了89個神經元的形態特征及其在小鼠桶狀皮質（barrel cortex）中的連接。科學家在小鼠體感皮層第4層密集重建了約2.7m的神經絲，體積約50萬立方微米，是以前哺乳動物大腦皮層致密重建體積的300倍，效率提高了約20倍。這些數據建立了哺乳動物皮質局部致密神經元回路的連接組表型分析方法，是連接體致密重建的一個飛躍，揭示了有關皮層皮質和興奮性丘腦皮質連接的抑制性和興奮性突觸的連通性信息。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

古生物研究

內蒙古烏蘭塔塔爾古地磁及相關生物環境協同演化研究進展

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所張兆群研究員領導的中芬合作團隊完成了關于內蒙古烏蘭塔塔爾古地磁及相關生物環境協同演化關系的研究。研究成果發表于Earth and Planetary Science Letters。烏蘭塔塔爾地區紅層是一段跨越始新世—漸新世界線的較長且連續的沉積序列(35Ma-27Ma)，烏蘭塔塔爾剖面廣泛分布的風塵沉積表明亞洲干旱化的起始時間早于E-O界線，新的克克阿木動物群時代(34.8Ma)表明“蒙古重建”這一新生代重大的動物群轉換事件也早于E-O界線，進一步表明動物群轉換與始新世—漸新世轉折(E-O轉折)并不同步，動物群的變化是逐步而非突然的。

烏蘭塔塔爾地理位置及各剖面位置 (供圖 張兆群)（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

克克阿木剖面最底部化石點KM01的部分標本的電鏡照片 (供圖 張兆群)（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

古生代海洋生物多樣性演化

南京大學、中國科學院南京地質古生物研究所等聯合研究團隊開展了有關寒武紀至三疊紀早期海洋無脊椎動物生物多樣性研究，研究成果發表于Science。生命起源與演化是世界十大科學之謎。該研究利用古生物大數據、超級計算、模擬退火算法和遺傳算法等全新的方法和手段，基于化石記錄重現了生命演化歷史，改變了當前對古生代海洋生物多樣性演化的認知。此項研究采用了全新的技術手段，部分解決了深時（Deep-time，通常指人類出現之前的歷史）高分辨率時間標尺建立的難題，從而可以在接近現代長尺度生態研究的水平上驗證或評估生物或古生物學的假說。

青藏高原夾竹桃科新化石揭示蘿藦亞科在古近紀亞洲的早期分化

中國科學院西雙版納熱帶植物園古生態研究組博士后Cédric Del Rio、研究員蘇濤及其合作者系統研究了在青藏高原中部下始新統牛堡組地層若干種子的印痕化石。研究成果發表于American Journal of Botany。此次報道的化石新種是蘿藦亞科最早的化石記錄，反映了夾竹桃科在亞洲的早期分化，也表明夾竹桃科自非洲傳播到青藏高原的時間不晚于早始新世。該研究進一步發現了古近紀歐亞大陸與非洲之間的區系聯系。也進一步佐證了早始新世青藏高原中部可能存在一個溫暖濕潤的低地環境，使包括本研究在內的蘿藦亞科以及最近發表的臭椿、兔耳果等若干熱帶、亞熱帶植物類群得以生存。

亞洲沙塵暴兩千年前主因已為人類

中國科學院青藏高原研究所陳發虎院士團隊揭示，兩千年前，人類活動已成為影響亞洲沙塵暴的主要因素。相關論文發表于Nature Communications。團隊揭示了兩千年來亞洲沙塵暴的變化規律——東亞夏季風增強時，降雨增加，生態趨好，戰亂減少，王朝興盛（如漢、唐、北宋、明朝等），人口迅速增加，農業發展，開墾草原和荒漠草原為農田，林草植被遭到破壞，進而粉塵源區擴展，最終導致沙塵暴活動快速上升；相反，東亞夏季風減弱時，降雨減少，氣候惡化，國家動亂紛爭（如魏晉南北朝、五代十國、南宋等），人口迅速減少，游牧民族南侵，農牧界線南移，沙塵源區植被恢復，生態環境轉好，沙塵暴活動減少。

白堊紀輪藻化石研究揭示現代輪藻植物群起源

中國科學院南京地質古生物研究所王啟飛研究員和張海春研究員等人與中國地質大學（北京）萬曉樵教授、張翼翼教授以及西班牙巴塞羅那大學Martín-C l o s a s教授等合作，研究了松遼盆地“松科1井”（南孔）的輪藻植物群，為揭示現代輪藻植物群的起源提供了重要參考。相關論文發表于Review of Palaeobotany and Palynology。棒輪藻科在土倫期至圣通期已失去其在早白堊世的主導地位，輪藻科開始占據優勢，這比以前的認識向前推進了800萬年。該時期松遼盆地含輪藻的沉積相主要為大型淺水、永久性淡水湖泊和沼澤環境，與全球大多數地方的咸水沉積不同，這也解釋了該時期輪藻植物群在松遼盆地繁盛的原因。

松遼盆地“松科1井”（南孔）輪藻化石地層分布（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

松遼盆地“松科1井”（南孔）輪藻化石（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

人類活動擾動長江流域火歷史研究進展

中國科學院海洋研究所萬世明研究員等與美國路易斯安那州立大學、中國海洋大學、中國科學院煙臺海岸帶研究所等單位研究人員合作，通過東海陸架鉆探巖芯提取出的黑炭記錄重建了過去7000年以來長江流域的火歷史，發現自3000年以來人類活動對長江流域火活動的影響顯著增強。研究成果發表于Quaternary Science Reviews。火作為一種重要的生態因子，可以通過擾動陸地生態系統和改變大氣組成對生物圈、大氣圈產生重要影響。黑炭是古火重建的重要載體。該研究不僅表明人類活動可以改變火與自然氣候之間的固有關系，而且揭示出火對人類活動的響應在不同時間尺度可能是截然不同的。

中國長鼻類化石研究新進展

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員等報道了歐亞大陸的首批始軛齒象材料。研究論文發表于Historical Biology。針對軛齒象類從非洲向歐亞大陸的擴散提出了兩點假說，一種認為在早中新世，始軛齒象同較進步的軛齒象一樣通過特提斯海第一次關閉形成的“嵌齒象路橋”到達歐亞，只不過始軛齒象的臼齒與軛齒象類沒有很大區別，可能存在將始軛齒象臼齒鑒定為軛齒象的情況。另一種假說基于中新世東亞地區與西歐地區的象類存在較大的差異，加上象類出現在南亞的時間較早，可以達到晚漸新世，由此推測始軛齒象通過一條“南線”，經由南亞，穿過青藏高原所在的地區，遷移到東亞。

亞洲中部干旱區植被對全新世氣候響應研究

中國科學院新疆生態與地理研究所李耀明研究團隊試圖揭示何種植物的敏感性對區域植被動態（尤其是森林的進與退）的貢獻，進而探討植被動態對氣候變化線性或非線性響應的成因。研究論文發表于Quaternary Science Reviews。研究發現，全新世早期從南向北森林的擴張呈現明顯的延遲，這可能與北半球末次盛冰期形成的凍土在全新世逐漸向北消退有關；全新世早期受西風驅動增加的降水首先在亞洲中部干旱區高海拔區達到森林擴張的閾值，而低海拔區相對較晚；全新世階段植被對氣候變化的響應存在明顯不同，如西伯利亞松屬和歐洲赤松屬對降水的變化響應敏感，而云杉屬和蒿屬對溫度變化的響應更為敏感。

天文宇宙

首次在河外星系中探測到氧氣

中國科學院上海天文臺王均智等與國內外合作者首次探測到銀河系外的氧氣分子，這些氧氣位于5.6億光年之外的類星體Markarian 231（簡寫成Mrk 231）內，也是科學家迄今為止在太陽系外探測到數量最多的氧氣。相關研究成果近期發表于Astrophysical Journal。對于Mrk 231中探測到的更多數量的氧氣分子，很可能與中心黑洞的活動（反饋）有關。類星體Mrk 231每年噴出氣體的總質量達700倍太陽質量，來自星系中心的外流物質在幾千光年到幾萬光年的尺度上與星際介質相互作用，將水冰從塵埃顆粒上剝離，氧原子得以釋放，從而形成氧氣。氧氣分子具體形成機制還需探討。

哈勃空間望遠鏡拍攝的Mrk 231，圖片版權：NASA,ESA, the Hubble Heritage Team(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans(UVA/NRAO/Stony Brook Uni.)（圖片來源于中國科學院上海天文臺網站）

利用I R A M 30米望遠鏡在Mr k 231中探測到的氧氣118.75GHz發射線譜(黃色填充圖)，藍色的譜是同時得到的CO 1-0的譜，橫坐標是歸一到Mrk 231星系紅移后的相對速度。圖片來源：Wang et al. 2020（圖片來源于中國科學院上海天文臺網站）

利用LAMOST-Gaia數據研究太陽附近矮星的運動學特征

南京大學丁平婕博士、朱紫教授和劉佳成副教授等人利用Gaia DR2和LAMOST DR5數據，篩選出太陽附近具有高精度運動學資料的197524顆A、F、G、K型矮星樣本，研究銀盤面南北兩側恒星運動學的垂向分布及其與金屬豐度的關系。研究結果發表于《天文學報》AJ。這些矮星的徑向運動存在明顯的不對稱現象，即南銀盤的矮星朝向銀心方向運動，北銀盤的矮星則向著反銀心方向運動，且運動速度都隨著距銀盤面高度的增加而增加。同時，南銀盤的矮星朝著銀盤面運動，而北銀盤的矮星沒有明顯的垂向運動。此外，樣本垂向與徑向速度彌散度的比值也存在南—北不對稱現象。樣本表現出的運動學不對稱性與金屬豐度無關。

太陽環形耀斑及其相關活動的研究進展

中國科學院紫金山天文臺科研人員與國內同行基于太陽動力學天文臺（SDO）的大氣成像儀（AIA）和日震磁像儀（HMI）數據，研究了一例與2015年10月16日太陽上一個M級環形耀斑相關的遠端日冕暗化事件的演化過程。研究結果發表于Astronomy &Astrophysics。太陽耀斑是太陽大氣中短時間內劇烈的能量釋放過程。基于所研究的事件中日冕暗化出現在幾乎所有極紫外波段的事實，研究人員認為該日冕暗化的成因很可能是大尺度冕環膨脹導致的局地等離子體密度降低，而非溫度變化，至于大面積暗化區域物質的去向問題目前還是一個未解之謎，有待更多個例分析積累和大樣本統計研究去逐步揭開謎底。

等離子體β值對日球層電流片附近磁流體力學波動的調制作用

中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室王赤研究員團隊的李暉研究員與合作者，在前期研究基礎上，統計分析了Wind衛星1995—2013年間觀測到的154個HCS事件，并通過頻率相關的判別方法檢測了HCS/HPS附近的MHD波動分布特性。他們發現在HCS/HPS附近MHD波動的發生率受到HPS內等離子體β值的調制。研究結果發表于The Astrophysical Journal Letters。該項研究統計分析了HCS附近的MHD波動的特性，發現MHD波動特性與等離子β值密切相關，給出了阿爾芬波參數不穩定性影響HPS中慢波產生的觀測證據，為更好地認識HCS附近MHD波動的演化分布以及波模轉換提供了觀測線索。

首次實現類星體幾何距離測量

中國科學院高能物理研究所王建民研究員領導的團隊發展了一種全新的幾何測距方法，成功測量了類星體3C 273的宇宙學距離。相關研究成果近期發表于Nature Astronomy。宇宙學以高精度測量距離為觀測基礎。研究團隊利用干涉數據，巧妙地結合中國科學院云南天文臺麗江2.4米望遠鏡和美國Steward天文臺Bok 2.3米望遠鏡長達10年的反響映射數據，從而實現高精度測距。這種方法不依賴于任何已有的距離階梯，也不依賴于傳統工具必需的消光、紅化以及標準化等改正，而且系統誤差可進行觀測檢驗，為精確丈量宇宙幾何、研究宇宙膨脹速度和歷史開辟了一個新途徑。

圖（a）為歐洲南方天文臺甚大望遠鏡的照片; 圖(b)為云南天文臺麗江2.4米望遠鏡照片，由王建民團隊提供；圖(c)為美國Steward天文臺Bok 2.3米望遠鏡照片（圖片來源于中國科學院高能物理研究所網站）

圖（a）為反響映射觀測得到的連續譜、發射線光變曲線及其擬合結果；圖（b）為GRAVITY觀測得到的發射線輪廓、較差相位曲線及其擬合結果；圖（c）為擬合得到的3C 273距離、寬線區半徑和黑洞質量的概率分布。（圖片由王建民團隊提供，圖片來源于中國科學院高能物理研究所網站）

耀變體光變性研究進展

中國科學院云南天文臺劉洪濤研究員與合作者依托麗江天文觀測站2.4米望遠鏡，通過觀測耀變體準同時性光譜變化及測光光變，開展了耀變體光變與顏色變化的相關性研究。研究結果發表于The Astrophysical Journal。研究發現S5 0716+714的準同時性光譜和測光光變都有變亮變藍趨勢（BWB）。在亮度變化率—顏色變化率圖上，BWB趨勢明顯。顏色與亮度、顏色變化率與亮度變化率之間強相關，并進一步發現光譜指數變化超前于流量密度變化，色指數變化超前于星等變化。BWB的出現可能依賴于觀測頻率范圍相對于同步輻射峰值頻率的位置，例如，觀測頻率范圍在同步峰值頻率的左側。

基于LAMOST數據發現2顆高速自轉的氮超豐O型星

中國科學院國家天文臺李廣偉副研究員和英國倫敦城市大學Ian D. Howarth教授在LAMOST數據中發現了2顆氮超豐O型星（ON星）并揭示了這類星的起源。該研究論文已經發表于《天體物理學報》ApJ。對ON星的光度分類，并不能反映其所處的演化階段，而是由于它們自轉軸的傾角造成的：由于吸積伴星物質，導致了自身高速自轉，而高速自轉會大大增加赤道附近離心力和赤道半徑，從而大幅度降低赤道附近的有效重力加速度。如果它們的赤道正對著我們，那么我們就會看到高速自轉巨星（小的logg）；反之，如果它們的兩極對著我們，那么我們就會看到自轉慢的矮星（大的logg）。

搜尋類軸子方面研究進展

中國科學院紫金山天文臺的一個暗物質科研團隊利用高能立體視野望遠鏡（H.E.S.S.）對銀河系內源的觀測結果搜尋光子-類軸子震蕩信號。相關論文發表于Journal of Cosmology and Astroparticle Physics。研究團隊選擇分析了10個H.E.S.S.觀測的銀河系內亮源（其中大多屬于超星系遺跡和脈沖星風云）的能譜，在較高的類軸子質量區域（～100neV）對光子-類軸子耦合常數的參數空間做出了目前最強的限制。目前在軌運行的暗物質粒子探測衛星（DAMPE）和研制中的空間高能宇宙輻射探測設施（HRERD）均能有效地對伽馬射線進行觀測，且具有較高的能量分辨率，將有助于更好地搜尋類軸子。