世界一流科技期刊文章精選

保加利亞Bacho Kiro洞穴舊石器時代中晚期過渡階段的14C年代學研究

Nature封面：4.6萬年前到4.3萬年前的首飾，它們以洞熊的牙齒為原材料，在保加利亞Bacho Kiro洞穴的發掘過程中被發現。Nature雜志第7808期封面文章報道了洞穴中發掘的人工制品和人類骨塊，包括一顆人類牙齒。這些發現代表了歐洲發掘的最早的現代人類遺骸，首飾設計進一步證明了向歐洲大陸西部擴散的智人（Homo Sapiens）與當地尼安德特人之間的文化交流。作者對所發現的人類遺骸進行了DNA分析和放射性碳測年，結果顯示現代人類在4.5萬年之前就抵達了歐洲中緯度地區。

人類基因組資源

Nature封面：人類的資源。Nature雜志第7809期封面文章報道了利用基因組聚集數據庫（Genome Aggregation Database，gnomAD）取得的深度結果。第一篇論文對gnomAD數據庫進行了綜述，并探索了能使蛋白編碼基因失活的變異；第二篇論文闡明了RNA表達數據可用于指導變異解析；第三篇論文探索了gnomAD數據如何能夠幫助鑒定藥物的基因靶標；第四篇論文編制了433371個結構變異，并分析了它們對于生理性狀的影響。gnomAD協作組不僅能編制個體之間的單核苷酸變異，還能編制由至少50個核苷酸組成的更加復雜的結構變異。

穩健超疏水表面的設計

Nature封面：干燥耐久的表面。Nature雜志第7810期封面文章報道了一種穩健超疏水表面的設計方法。許多人認為高疏水性和材料穩健性不可兼得，Robin Ras、鄧旭和同事提出了不同觀點。他們設計了一種從兩個尺度構建的表面：一個具有高疏水性的納米結構和一個能容納這些納米結構塊的微結構框架。研究人員稱這個框架是保護納米結構的護甲，并認為這一概念可以用在硅、陶瓷、金屬和透明玻璃上，構建出能抵擋鋼刀和砂紙摩擦的超疏水表面。超疏水表面因能保持干燥、自清潔、防生物污損，在生物技術和醫學方面具有廣泛的應用。

在地球軌道研究實驗室中觀察到玻色-愛因斯坦凝聚

Nature封面：突破了重力的約束。Nature雜志第7811期封面文章報道了科學家利用2018年6月安裝在國際空間站上的冷原子實驗室（Cold Atom Laboratory），展示了在地球軌道實驗室中創造的首個BEC的細節。冷卻并捕捉原子氣體以形成玻色-愛因斯坦凝聚（Bose－Einstein Condensate，BEC），可以實現在宏觀尺度上研究量子行為。擺脫了重力的牽引后，自由呈現的BEC足夠穩定，允許進行更長時間的觀察，而且適用于地球上無法使用的陷阱類型。能夠在空間站上生成并維持BEC，有望使高精準測量基本量子效應成為可能。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

人體腫瘤菌群由腫瘤類型特異性的細胞內細菌組成

Science封面：腫瘤中的細菌。Science雜志第6494期封面文章報道了人類腫瘤里存在許多細菌，這些細菌看似具有腫瘤特異性，不同的腫瘤樣本中細菌的種類也有區分。該研究發現每種類型的腫瘤都由獨特的微生物組組成，乳腺癌具有特別豐富多樣的微生物組。尚未確定腫瘤內細菌是否在癌癥的發展中起因果作用，或者它們的存在是否僅反映了已建立腫瘤的感染。不過，隨著腫瘤的發展，它們雜亂無章的、滲漏的脈管系統可能允許細菌進入，而免疫抑制的環境可能為其提供了庇護。

堿金屬-氨微射流的光電子能譜:從藍色電解質到古銅色金屬

Science封面：氨溶液如何隨著過量電子濃度的增加而變化的藝術抽象圖。Science雜志第6495期封面文章報道了從電解質到液態金屬的漸變過程。液體-原型量子溶質中過量電子的電子結構的實驗研究目前僅限在非常稀的電子濃度中進行。該研究通過利用軟X射線光電子能譜克服這一局限，表征了數量平穩增加的堿金屬中的過量電子，該堿金屬被溶解在低溫液氨微型噴嘴中。通過實驗與理論計算相結合，該研究獲得從稀藍色電解質到濃青銅金屬溶液逐漸過渡過程中，氨化電子的能級和態密度的清晰圖景。

鳥類性別雙色性的遺傳機制

Science封面：雄性（左）和雌性（右）金絲雀顯示有性二色性，即兩性之間的色差。Science雜志第6496期封面文章報道了BCO2基因，它編碼一種稱為β-胡蘿卜素氧合酶2（β-carotene oxygenase 2, BCO2）的酶。該酶在分解鳥類羽毛中產生顏色的紅橙色色素β-胡蘿卜素的過程中發揮了作用。雄性和雌性馬賽克金絲雀之間的區別在于BCO2酶產生的數量。雌性馬賽克金絲雀的顏色較少，這是因為它們更多的紅橙色色素β-胡蘿卜素被分解，留給羽毛著色的β-胡蘿卜素較少。雌激素可能在BCO2基因的表達中起作用。這有助于解釋羽毛著色的性別差異。

基于結構的藥物設計策略開發抗SARS-CoV-2病毒候選藥物

Science封面：感染后，SARS-CoV-2（藍色）利用宿主機制產生用于復制的多蛋白。Science雜志第6497期封面文章報道了一類結構新穎、高效、安全的抗SARS-CoV-2病毒候選藥物。中國科學院上海藥物研究所柳紅/許葉春/蔣華良團隊，聯合上海科技大學楊海濤/饒子和團隊、中國科學院武漢病毒所張磊砢/肖庚富團隊，在抗新型冠狀病毒藥物研究中取得進展。研究人員設計了兩種抗病毒化合物，它們可以抑制主要蛋白酶的活性，從而防止病毒復制。臨床前研究表明，這些化合物是有希望的治療候選物。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

鋰電池電解液研究進展

清華大學化工系張強團隊提出鋰電池中“鋰鍵”的概念，以理解鋰離子與電解液組分及電極材料之間微觀相互作用。由于沒有飽和性和方向性的特點，鋰電池中鋰鍵可以形成多種團簇結構，這一多樣性也為實現電解液體系的設計提供了更多的可能。相關成果發表于Angewandte Chemie International Edition。金屬鋰負極的利用給整個電池體系的設計帶來了全新的挑戰，其中最重要的是電解液及其界面的設計。研究團隊基于鋰鍵化學理論，研究電解液溶劑化結構及其構效關系，開發設計更加穩定、高效的電解液體系，是抑制電解液－負極界面反應、穩定金屬鋰負極，實現鋰金屬電池實用化的必然要求。

鋰電池中的鋰鍵（圖片來源于清華大學網站）

電解液中基本相互作用及其構效關系（圖片來源于清華大學網站）

炔-金屬二維MOFs合成研究進展

華東理工大學化學與分子工程學院劉培念教授課題組設計了C3對稱的苯基炔氯前驅體分子，利用炔氯官能團中鍵較高的穩定性，實現了多個pπ-dπ作用來穩定金屬有機中間體。相關論文發表于Journal of the American Chemical Society。二維MOFs是由金屬中心與有機配體相互連接而構成的二維材料，在結構和性質上具有出色的可調性。新方法制備了熱力學穩定的蜂窩狀炔-金屬二維MOFs。結合STM實驗觀測和密度泛函理論（DFT）計算，并對非常罕見的手性網格的形成機制以及其向蜂窩狀結構轉化的內在驅動力進行了探究。論文進一步揭示了大面積、規則的炔-金屬有機網格結構形成的內在機制。

碳一分子的催化轉化

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研究員鄧德會、中國科學院院士包信和團隊與國際同行一道，總結了近十年來在碳一分子轉化方面的最新進展和重要成果，特別關注新的催化反應過程，包括溫和條件下的熱催化、電催化、光催化轉化過程，以及多能耦合催化轉化過程等，并討論碳一催化化學的關鍵挑戰及未來發展方向。相關論文發表于Chem。碳一分子的化學性質差異大，在平衡轉化率和選擇性等方面存在一定的限制。目前，工業上的碳一轉化過程存在能耗高、步驟多、產品分離工藝復雜等問題。因此，探索溫和條件下碳一分子定向轉化技術是迫切且極具挑戰的課題。

基于離子淌度質譜的多維代謝物鑒定技術和數據庫

中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心朱正江研究員課題組發展了基于離子淌度質譜的碰撞截面積數據庫（AllCCS），開發了基于離子淌度質譜的多維代謝物分析技術用于生命體內已知和未知代謝物的化學結構鑒定。相關論文發表于Nature Communications。離子淌度質譜（Ion Mobility-Mass Spectrometry）是一類能夠根據分析物離子的尺寸、形狀和電荷進行氣相分離和檢測的質譜技術，一次分析能夠同時提供多個維度信息，包括精確質量數（MS1）、二級碎片譜圖（MS/MS）和碰撞截面積（CCS）數據等，有效提升對復雜生物樣品代謝組的定性和定量分析能力。

雙金屬串聯催化劑亞納米間距效應研究

中國科學院山西煤炭化學研究所覃勇研究員和張斌副研究員團隊，利用模板輔助的原子層沉積方法設計出五夾層雙金屬催化劑，實現了雙金屬層間距在亞納米尺度上的精準調控。相關論文發表于The Innovation。研究團隊以水合肼分解制氫和硝基苯加氫串聯反應為探針反應，揭示了鉑鎳層的間距效應和水溶劑參與的活性氫傳遞對串聯催化的促進機制，實現了不同活性位點間距在亞納米尺度連續精準調控。研究成果為揭示串聯催化中的距離效應以及不同金屬層間距和過渡層對中間體傳遞的機制提供理論基礎。五夾層結構的催化劑具有普適性，有望進一步應用于各種多金屬催化的串聯催化體系。

催化劑的結構表征（圖片來源于中國科學院山西煤炭化學研究所網站）

五夾層催化劑的結構設計示意圖（圖片來源于中國科學院山西煤炭化學研究所網站）

離散有機鉑金屬環的層級自組裝及其熒光發射研究

西安科技大學化工學院楊再文副教授課題組與合作者進行了離散有機鉑金屬環的層級自組裝及其熒光發射研究。相關論文發表于Journal of the American Chemical Society。論文報道了一種基于芘的離散有機鉑雙金屬環的層級自組裝，該自組裝利用雜配體配位驅動的自組裝和三氟甲磺酸根陰離子氫鍵作用最終拓展為三維超分子體系，并從溶液和固態兩個方面進行了表征。分析揭示涉及陰離子的氫鍵作用穩定了雙金屬環和抑制了雙金屬環的金屬-配體配位的動態性。該組裝體系展示了可調控的熒光發射，自組裝體的形成增強了固體熒光發射，在固態下有效抑制了芘的聚集導致的熒光淬滅（ACQ）效應。

放療驅動的活體剪切化學

北京大學應用化學系劉志博課題組發現了可被核輻射選擇性脫除的保護基，借助熒光分子在試管、細胞和動物模型上分別驗證了該剪切化學的有效性。相關論文發表于Angewandte Chemie。核輻射驅動的活體剪切化學，基于放射性穿透力強、時空分辨率高的優勢，核輻射激活有望精確調控體內化學鍵的斷裂，彌補光激活手段的不足，實現核輻射驅動的活體干預。與其他激活手段相比，該策略具有高時空分辨率、高組織穿透能力、高臨床相關性三大特點。作為一類輻射引發的可控釋放策略，有著明確的臨床應用價值，為實現腫瘤特異的可控藥物釋放、發展放療引導的腫瘤精準化療提供研究基礎。

鐵電化學研究進展

東南大學化學化工學院熊仁根、張含悅等人提出“鐵電化學”概念，旨在通過一些唯象理論針對分子鐵電體進行目標設計和性能優化。相關論文發表于Journal of the American Chemical Society。鐵電性是指晶體在一定溫度范圍內具有自發極化，且自發極化方向可在外電場作用下反向或重新取向的性質。科學家逐步從尋找發現鐵電體轉變為主動靶向的化學設計。該研究系統設計合成了各種類型的多功能鐵電體，將鐵電體的發現從沙里淘金般的嘗試與摸索轉變為合理的定向設計與合成，并初步建立起有效的理論體系來設計、控制和優化分子系統中的鐵電性和壓電性，提出“鐵電化學”的概念。

慧眼衛星發現距離黑洞最近的高速噴流

中國科學院高能物理研究所張雙南等人與國內外合作者利用慧眼（HXMT）衛星觀測到在高于200千電子伏特（keV）的能段，發現了黑洞雙星系統的低頻準周期振蕩（Quasi-Periodic Oscillation，QPO），這是迄今為止發現的能量最高的低頻QPO現象。相關論文發表于Nature Astronomy。研究表明，其起源于黑洞視界附近的相對論噴流（向外高速運動的等離子體流）的進動，為解決一直以來存在爭議的低頻Q P O物理起源問題提供了重要依據。慧眼衛星是我國第一顆空間X射線天文衛星，慧眼衛星關于MAXI J1820+070中低頻QPO現象的研究成果顯示了其研究天體高能X射線快速光變的強大能力。

低頻QPO起源于圍繞黑洞進動的高速噴流（圖片來源于中國科學院高能物理研究所網站）

慧眼衛星發現了離黑洞最近的噴流產生的準周期調制信號（圖片來源于中國科學院高能物理研究所網站）

太陽上觀測到運動等離子體放大磁場現象

中國科學院紫金山天文臺季海生研究員等對一例運動黑子的磁流體動力學過程進行了觀測與分析。相關成果發表于The Astrophysical Journal Letters。該黑子在快速運動的過程中，前方的等離子體流動引起了顯著的磁場增強，并形成類半影結構。經過觀測分析與理論計算，認為這是一例由運動等離子體所造成的局地磁場放大的現象。由于黑子運動軌跡上的磁場原本就非常弱，同時增強的磁場又存在非常明顯的特征規律。在排除掉磁場浮現的可能后，運動中出現的強磁場很可能是由于黑子運動所產生的局地磁場增益現象。在合理的簡化模型中，研究人員利用磁感應方程所推導的理論結果與實際觀測非常一致。

近鄰星系的冷塵埃性質與亞毫米超研究進展

中國科學院新疆天文臺恒星形成與演化團組研究團隊選取13個具有豐富多波段觀測數據的近鄰漩渦星系，研究其冷塵埃性質，尋找新的亞毫米超樣本。相關論文發表于The Astrophysical Journal。天文學家廣泛使用能譜擬合方法研究星系的冷塵埃性質，在很多星系中探測到亞毫米波段的過量輻射（亞毫米超）。該研究發現近鄰星系NGC2976、NGC3351和NGC4631存在亞毫米超。進一步分析發現：塵埃溫度低的漩渦星系易探測到850微米超；冷塵埃質量小且總紅外光度低的漩渦星系易探測到850微米超；恒星質量低的漩渦星系易探測到850微米超；金屬豐度低的星系易探測到850微米超。

星團中雙星研究進展

中國科學院上海天文臺天體物理研究室星團和銀河系結構課題組邵正義等人發表了雙星的“社會學”考察報告。相關論文發表于The Astrophysical Journal。該疏散星團中有27%的成員為雙星系統，它們的質比呈大致均勻分布。如果按主星質量的大小分成兩個子樣本，那么質量相對小的恒星中雙星的占比較少，并且呈現出小質比（兩顆星質量相差較大）雙星更少的趨勢。由于雙星在星團中會受到動力學效應的影響，當雙星和另一顆單星發生三體交會時，主星質量小的或者質比較小的雙星，束縛能較小，更容易瓦解。另外，如果按恒星離團的中心距離來劃分樣本，那么星團中心的雙星比例小，并且小質比的雙星更小。

太陽黑子中發現特殊磁場位型下的磁重聯過程

中國科學院國家天文臺副研究員侯義軍與合作者基于我國自主建設的新真空太陽望遠鏡（NVST）的高質量觀測數據，對一個黑子半影纖維侵入亮橋并產生傾斜噴流的事件進行了詳細分析。相關論文發表于Astronomy & Astrophysics。黑子是太陽表面最醒目的活動現象之一，同時也是太陽磁場的聚集區域。在太陽黑子中，磁重聯可在本影半影背景磁場不參與的情況下發生在亮橋浮現磁場和半影纖維磁場之間，并產生傾斜的噴流現象。該研究進一步完善了大家對于太陽黑子中磁重聯和相關活動現象的認識，為將來開展建立黑子動態演化模型和太陽黑子特殊磁場及等離子體環境中的磁重聯等方向的研究提供觀測證據和條件限制。

太陽黑子中亮橋浮現磁場和半影纖維磁場之間發生磁重聯的卡通示意圖（圖片來源于中國科學院國家天文臺網站）

太陽黑子中半影纖維侵入亮橋并形成傾斜噴流的現象（圖片來源于中國科學院國家天文臺網站）

解碼II型超新星多樣性

中國科學院云南天文臺張居甲副研究員及其合作者利用相互作用模型解釋Ⅱ型超新星多樣性起源，是研究Ⅱ型超新星爆發機制以及宇宙學應用的重要一環。相關論文發表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。通過超新星SN 2018zd監測，發現該超新星爆炸前有過劇烈的星風損失過程，從而在距離恒星中心2000個太陽半徑的位置形成了總量約為0.18個太陽質量的激波以及拋射物質與星周物質發生相互作用，從而產生更高的光度。ⅡL型超新星來自早期具有強烈且短暫相互作用的ⅡP型超新星，由此可以解釋ⅡL型超新星更高的峰值光度，更快的光度下降率，以及和ⅡP相似的光度斷崖式跌落。

超高分辨率超高定標精度光譜技術研究進展

中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所天文光子學團隊何晉平研究員等人在超高分辨率超高定標精度光譜技術研究方面取得了新進展。相關論文發表于The Astronomical Journal。研究團隊以虛擬成像相位陣列（Virtually Imaged Phased Array，VIPA）作為主色散元件，以激光頻率梳作為波長定標源，在實驗上獲得的光譜分辨率為106萬（～0.6皮米），短時標波長定標精度優于10厘米/秒；由于儀器目前未做任何溫度和壓力控制，6小時雙通道同步定標精度～13米/秒，奇偶次定標精度～40厘米/秒。下一步將通過優化系統，做好裝置的溫控和壓控。

磁通量繩內部的磁場重聯

中國科學技術大學陸全明、王榮生研究團隊和北京航空航天大學的符慧山教授合作，利用MMS衛星觀測資料，發現在磁場重聯產生的磁通量繩內部絲狀電流中，可發生次級重聯并導致磁能的快速耗散。相關論文發表于Nature Communications。考慮到電流片中大量的磁通量繩，這些磁通量繩攜帶著可觀的磁自由能。研究高時間分辨率高精度的衛星數據，發現磁通量繩內部的小尺度電流片會進一步發生不穩定而破碎成絲狀電流，絲狀電流內部可以觸發次級磁場重聯，快速地耗散磁能。由于磁場重聯過程中，電流片中會生成大量磁通量繩，由磁通量繩內部的次級磁場重聯產生的耗散，可能在整個磁場重聯過程中將占據重要位置。