世界一流科技期刊文章精選

對反氫原子進行激光冷卻

Nature封面：鍍金彭寧阱（Penning trap）端電極的特寫，該彭寧阱被用來捕獲和操縱反質子和正電子，從而形成反氫原子。Nature雜志第7852期封面文章報道了激光冷卻反氫原子的新研究。研究人員使用歐洲核子研究組織（CERN）的反質子減速器，用磁場捕獲了反氫原子，隨后又用小心調諧的有特定用途的紫外激光脈沖對這些反氫原子進行輻射。這個過程能減慢一些原子的速度，使它們降溫，減小了在反原子中測量到的一個原子躍遷的寬度。科學家相信該技術能降低對反物質基本特性的研究難度，包括對其引力行為的研究。

人們容易忽略給問題做減法

Nature封面：越少越好。Nature雜志第7853期封面文章報道了人們傾向于通過增加要素的方式來解決這類問題。研究團隊觀察了人們對一系列問題的處理方式，包括做幾何智力題、讓樂高積木結構更穩、優化一座微型高爾夫球場。人們一般默認采取做加法的解決策略，只有在能夠并愿意投入更多精力時，才會考慮做減法。研究認為，人們在認知上較難采用減數的解決方式；人們傾向于利用層層加碼來解決問題，這有助于解釋為何我們在一些問題上束手無策，比如超負荷的時間安排、過度的繁文縟節，以及一個“超載”的地球。

極化渦旋的亞太赫茲集體動力學

Nature封面：渦旋獨特的動力學特征。Nature雜志第7854期封面文章報道了針對鐵電材料中發現的電極化渦旋——類似于磁鐵中的斯格明子的動力學研究進展。研究人員用太赫茲輻射的超短電場脈沖在鐵電膜上產生渦旋運動，隨后用飛秒X射線衍射測量這些渦旋的運動。他們發現這種比斯格明子小的極化渦旋具有更高頻率，并識別出一種可調諧、低頻的模式——這種被稱為vortexon的模式符合渦旋與原子晶格相互作用下出現的集體原子運動。研究人員認為這些渦旋的性質可應用于超高速數據處理領域。

仙后座A高熵羽狀噴出物來自中微子驅動的對流

Nature封面：超新星遺跡仙后座A（Cassiopeia A）。Nature雜志第7855期封面文章報道了觀測新證據，證實中微子可能驅動了導致仙后座A這類核心坍縮超新星形成的爆發。仙后座A（Cassiopeia A）是銀河系內中已知的最年輕的超新星遺跡，也是天空中除太陽外最強的射電源。佐藤壽紀（Toshiki Sato）及同事分析了仙后座A噴出的富鐵指狀氣體，觀測到其中含有穩定的鈦和鉻。這些元素相對鐵的豐度表明它們必定形成于中微子驅動的羽狀噴出物——這些噴出物幫助點燃了形成超新星仙后座A的爆發。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

磁星研究

Science封面：等離子體從磁星中噴發出來的藝術想象圖。Science雜志第6538期封面文章報道了磁星研究新進展。磁星是一顆中子星，其磁場比冰箱磁鐵的磁場強一萬億倍。地殼的星震釋放出等離子體，逃逸到兩極附近。等離子體產生一束伽馬射線，天文學家可以在地球上探測到。少量的伽馬射線耀斑證實了這張磁星的行為，并表明這些物體可能相對常見。科學家對2020年大耀斑的研究比以往任何時候都更加詳細，它從幾個方面支持了星震模型，并表明磁星及其罕見的地震仍然很常見，足以與在更遙遠的宇宙中看到的許多其他瞬態事件聯系起來。

霸王龍的絕對豐度及保存率

Science封面：白堊紀在海岸徘徊的霸王龍。Science雜志第6539期封面文章報道了北美洲霸王龍的種群密度研究。對一個物種的豐度進行估算是現存物種的一種常見做法。估計滅絕物種的數量，尤其是那些已經滅絕很久的物種，是一項非常棘手的工作。科學家認為，白堊紀的北美洲，任何一個時段都至少有2萬只成年霸王龍，加上未成年個體的數量應該是這個數字的10倍。而在霸王龍生存的大約250萬年里，大約有25億只霸王龍曾經出現在地球上。這些數值的不確定性跨越兩個數量級以上，主要是因為密度-體質量關系的差異，而不是古生物輸入變量的差異。

全球地下水井面臨干涸風險

Science封面：世界上一半以上的主要含水層正在枯竭。Science雜志第6540期封面文章報道了全球地下水井為數十億人提供水源，當地下水位下降時，它們可能會干涸。研究結果顯示，6%到20%的水井深度不超過地下水位5米，這意味著如果地下水位僅下降幾米，數百萬口水井將面臨干涸的風險。此外，在一些地下水位顯著下降的地方，新井的建設深度并不比老井深，這表明如果地下水水位繼續下降，新井和老井一樣也有可能干涸。深層含水層的水質差，建設水井成本高昂，這限制了開采深層地下水，以防止水井干涸時失去水源的有效性。

哨兵

Science封面：巴西馬瑙斯市的亞馬孫雨林，寄生蟲學家艾琳·拉莫斯 (Aline Ramos) 拿著從花斑狨猴身上收集的糞便、體液和組織樣本。Science雜志第6541期封面文章報道了遏制會增加溢出風險的人類活動的重要性，例如森林砍伐。拉莫斯是一個研究小組的成員，該小組正在對雨林動物進行篩查，以尋找新的已知病毒和寄生蟲，這些病毒和寄生蟲可能會擴散到人類身上，并可能引發一場疫情。通過監測當地的動物數量和人類病人，研究人員希望在人畜共患病（一種從動物傳染給人類的疾病）失控之前阻止其發生。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

中國東北白堊紀中葉蜥腳類化石可證明腕龍類曾棲息于亞洲

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所徐星研究團隊和金昌柱研究團隊合作，為腕龍類曾棲息于亞洲提供了迄今最直接有力的證據。相關成果發表于PeerJ。腕龍類是最具代表性的恐龍類群之一，生存于侏羅紀晚期至白堊紀早期。在演化上，腕龍類代表泰坦巨龍形類的一個早期分支，是多孔椎龍類的姐妹群。綜合前期的研究發現，研究團隊認為此次發表的延吉蜥腳類化石提供了迄今有關“亞洲腕龍”假說的最直接且有力的證據。但鑒于標本破碎不全，因此更深入及全面的證據及研究還要仰賴今后在延吉龍井組的化石發現。該研究還結合全球的化石發現討論了腕龍分布至亞洲東北方的兩種可能模式。

延吉蜥腳類化石生態復原圖。(張宗達繪)（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

加權重嚴格合意樹分析結果，附上化石產地及時代信息。(廖俊棋 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）

我國東部淺水湖泊沉水植被歷史演化模式研究

中國科學院南京地理與湖泊研究所湖泊沉積與環境演變研究室張科研究團隊通過分析湖泊沉積鉆孔數據，結合歷史文獻資料的系統收集整理，獲取了18個湖泊及1個湖群過去百年來水生植被的演化研究資料，并整合分析了其中14個淺水湖泊的水生植被歷史演化過程的定量數據。相關成果發表于Science China Earth Sciences。該研究在東部地區淺水湖泊水生植被長期演化過程方面取得了新認識：提出了過去百年來該區域湖泊沉水植被呈現“少—多—少”的演化模式，該模式與傳統認識中沉水植被由“多”到“少”的變化具有明顯的差異。在此基礎上，深入對比分析了產生兩種認識的原因和機制。

馬兜鈴基因組解析和被子植物進化研究

中國科學院植物研究所焦遠年研究組利用Nanopore、Bionano光學圖譜和Hi-C等測序技術，對流蘇馬兜鈴（Aristolochia fimbriata）進行了基因組測序和組裝，獲得了高質量的參考基因組，注釋到了21751個蛋白編碼基因。相關成果發表于Nature Plants。研究人員通過基因組進化分析，發現流蘇馬兜鈴自現存被子植物起源后未經歷過全基因組加倍事件，是目前發現的、除ANA基部的無油樟（Amborella trichopoda）外第二個未經歷過全基因組加倍的測序物種。它也因獨特的基因組進化歷史成為比較基因組學研究的一個重要對象，為解析其他被子植物基因組的進化及被子植物祖先基因組特征等提供了重要參考。

種子可漂浮蘇鐵的演化歷史研究

中國科學院昆明植物研究所龔洵研究組與國內外合作團隊為研究濱海生態系統的演化歷史提供了新的視角。相關成果發表于New Phytologist。蘇鐵屬刺葉蘇鐵亞組的部分物種（約10種）的種子具有類似海綿層的結構，且種子內部空間較大，是典型的傳播體可以漂浮的植物類群。這些物種都具有濱海生活習性，是探究洋流循環如何影響植物演化歷史的理想類群。研究人員對該類群不同分布區的個體進行取樣，基于葉綠體基因組數據，重建了其系統發育關系和譜系地理歷史。基于地表洋流循環模型，通過模擬不同時期的蘇鐵傳播體在全局和多個區域的洋流漂流軌跡，探討了洋流對該類群譜系結構及分布格局的影響。

華南上揚子區北緣中奧陶世三葉蟲動物群研究

中國科學院南京地質古生物研究所早古生代研究團隊的魏鑫博士與所內外科學家合作，對上揚子區北緣渝北城口地區中奧陶世（大坪晚期-達瑞威爾早期）三葉蟲動物群進行了深入研究。相關成果發表于Historical Biology。該研究通過對大塘口和大槽剖面厚坪組三葉蟲的逐層采樣，以及室內系統的古生物學研究，揭示了該地區中奧陶世三葉蟲動物群面貌，并識別出兩個三葉蟲生態組合；同時也為該時期三葉蟲生物古地理的研究提供了關鍵證據。研究還發現，厚坪組的三葉蟲具有濃厚華南地方色彩，也反映出該時期華南與東泛岡瓦納地區，尤其是塔里木板塊、印支板塊和伊朗中部地塊存在密切的生物地理聯系。

新種Mioptychopyge chengkouensis sp. nov.（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

中奧陶世大坪晚期-達瑞威爾早期古地理復原圖，示意華南板塊與塔里木板塊、印支板塊和伊朗中部地塊密切的動物群聯系。（圖片來源于中國科學院南京地質古生物研究所網站）

西伯利亞火山巖省大量快速碳排放導致二疊紀末生物大滅絕

北京大學地球與空間科學學院李明松與合作者對晚二疊世生物滅絕事件進行了系統的有機地球化學、天文年代學以及地球系統模型研究，認為西伯利亞大火山巖省快速釋放大量的二氧化碳導致了二疊紀末生物大滅絕。相關成果發表于PNAS。計算結果顯示，二疊紀末大滅絕伴隨的碳同位素漂移事件持續了11萬年，其啟動持續了1.5萬年。通過與古海水溫度和pH代用指標數據的對比，研究團隊得出西伯利亞大火成巖省噴發時釋放的大量CO2導致了高達15℃的全球變暖以及1個單位的pH值降低，從而導致了90%的海洋物種及70%的陸地物種滅絕。一旦環境變化超過臨界閾值，可能導致不可逆轉的大滅絕事件。

中國文明起源與早期村落形態學說研究

山東大學歷史文化學院馬新教授對中國早期村落的理論與范疇、早期村落的空間關系、組織結構及村落的基本面貌做了系統闡述和探討，基本構建起早期村落內部以及村落與城邑間的空間關系，理清了鄉村組織體系的主干脈絡，勾勒出早期村落內部的基本面貌。相關成果發表于《中國社會科學》（英文版）。中國早期村落直接由原始聚落而來，保留著較多原始聚落基因，在其發展中，又處在獨特的城鄉結構與社會環境中，相當一部分村落綿延數百年甚至千年以上，其基本構成要素更是傳承至近代，孕育了富有特色的文化要素，諸如守望相助的理念、安土重遷的情結、共有觀念與集體精神、宗法血緣觀念與倫理文化等。

北溫帶木本植物多樣性演化的研究

中國科學院西雙版納熱帶植物園星耀武研究團隊為準確重建北半球木本植物多樣性演化歷史，選擇了化石記錄豐富的胡桃科和榆科為研究對象進行了生物地理學的研究。相關成果發表于Systematic Biology。北半球溫帶植物多樣性在不同大洲差異很大，亞洲的物種多樣性高于北美，遠高于歐洲，甚至形成東亞、北美間斷分布的格局。該研究利用全證據法將化石整合到分子系統樹中并進行了分化時間的推斷和祖先分布區的重建，從分子和化石的角度闡述了北溫帶代表類群榆科的洲際多樣性分布不均的演化歷史，是綜合多證據多學科探討多樣性分布格局的有利嘗試，進一步加強了對北溫帶多樣性格局形成歷史的認識。