世界一流科技期刊文章精選

tau蛋白病基于結構的分類

《自然》封面：迄今發現的一些與特定疾病相關的tau蛋白絲。《自然》雜志第7880期封面文章報道了tau蛋白絲在阿爾茨海默病等疾病中的多種折疊，揭示了其與特定疾病有關的另外4種折疊，包括進行性核上性麻痹和嗜銀顆粒病。一般認為tau蛋白（microtubule-associated?protein-tau）能穩固塑造神經細胞的骨架，但在tau蛋白病這類神經退行性疾病中，tau蛋白會錯誤折疊并堆積形成細絲。研究人員利用這些不同的折疊，確定了tau蛋白病基于結構的層級分類。這一分類對臨床診斷和神經病理學解剖進行了補充，還可用于鑒別新的疾病實體。

氣候治理

《自然》封面：一座煤場正在進行開采作業。《自然》雜志第7881期封面文章聚焦2021年10月31日在英國格拉斯哥舉行的第26屆聯合國氣候變化大會。所有目光都在關注世界各國能否達成共識。為應對氣候變化，大會聚焦不同措施的實施效果，以及還有哪些工作需要完成。最終，會議各締約方通過談判達成了《格拉斯哥氣候公約》，明確將進一步加強氣候行動。中國在推動全球應對氣候變化進程中發揮了重要積極作用，為此次大會的成功貢獻了重要力量。

家馬從歐亞草原西部起源和擴張

《自然》封面：法國索爾德拉拜（Sorde-l’Abbaye）三座迪盧瑟（Duruthy）馬形雕像之一。它們可追溯至1.7萬年前的馬格德林文化中期。《自然》雜志第7882期封面文章報道了對歐亞大陸各處的273匹古代馬進行的DNA分析結果。家馬的遺傳譜系尚不明確，現代家馬的馬類祖先也不清楚。在相關研究中，科學家發現了約公元前2700年之后，下伏爾加河-頓河地區（現屬俄羅斯）有一個馴化中心。數據表明，騎馬和使用輪輻戰車支持了這些新馴化的馬擴散開去，在約500年里，這些馬不斷繁育，逐步取代了歐亞大陸各地此前所有的本地馬種。

利用高分辨率捕食測量評估須鯨的捕食量

《自然》封面：加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華島沿岸，一只正在捕食的座頭鯨?！蹲匀弧冯s志第7883期封面文章報道了鯨魚捕食量研究進展。須鯨捕食的獵物數量驚人，但研究人員一直很難確定其具體捕食量。馬修·薩沃卡（Matthew?Savoca）和他的同事通過對鯨的定位追蹤結合對獵物密度的聲學測量，證實了其獵物捕食量是之前估算的好幾倍。研究團隊還發現，在開始捕鯨前，南大洋鯨種群每年捕食4.3億噸南極磷蝦，說明鯨或能加速營養物質循環，而更大數量的鯨種群有望支持完全不同的生態環境。

輕質、堅固、可塑的木材通過細胞壁工程成為可持續的結構材料

《科學》封面：平板木材制成多功能3D結構?！犊茖W》雜志第6566期封面報道了一種可操作的低密度、擴散多孔硬木的改性和成型工藝。木材是一種高度復雜的材料，進化為多層結構，可以支撐數百英尺高的樹木。木材的復合結構既起到了機械支撐的作用，又起到了樹木內部水分和養分運輸的作用。木材由長股纖維組成，沿顆粒方向較強且有彈性，但橫向較弱且較脆。由于木材在機械性能上的這種各向異性，某些加工和制造技術不能使用。研究為具有復雜幾何形狀的木質結構的設計和建造建立了基礎。

健康睡眠的諸多好處

《科學》封面：我們為什么睡眠?！犊茖W》雜志第6567期特刊報道了最近關于睡眠基本機制的見解，以及我們的大腦在睡眠期間執行的許多功能。此外這期雜志還關注了睡眠對個人和社會的恢復和健康促進作用。睡眠是一項重要的、不容置疑的身體功能，對人體健康至關重要。睡眠發生的時候，我們的身體可能很安靜，基本上不會動，但我們的大腦卻非?；钴S。一天中積累的代謝產物和其他毒素會被清除，最近的記憶會被鞏固。文章指出，現在是承認莎士比亞所說的享受“蜜露般的酣睡（honey-heavy?dew?of?slumber）”的時候了。

“毅力號”火星車揭示火星隕石坑古三角洲湖泊系統和洪水沉積物

《科學》封面：2021年4月18日，“毅力號”火星車儀器拍攝的火星“Jezero”隕石坑的增強彩色光學圖像。《科學》雜志第6568期封面文章報道了軌道航天器的觀測結果：火星上的“Jezero”隕石坑包含一個突出的扇形沉積巖體，沉積在其西部邊緣。扇形有露頭面，從軌道上看是不可見的，記錄著隕石坑的水文演變。這些露頭面中傾斜地層可能是三角洲進入湖泊的證據。相比之下，最上部的扇形地層由卵石礫巖組成，這可能是間歇性高能洪水沉積導致的。這種沉積序列表明，這里曾有從持續湖泊環境中的長期水文活動轉變為高能量的短期河流流動。

太平洋巖魚極端壽命的起源與演化

《科學》封面：一條依偎在巖石中的石斑魚（老虎斑）?！犊茖W》雜志第6569期封面文章報道了生活在太平洋沿岸水域的巖魚物種的基因組，并揭示了一些基因差異使它們的壽命大相徑庭。太平洋巖魚是地球上壽命最長的脊椎動物之一。在這些巖魚中，可以觀察到在這1000萬年間發生的進化。研究發現，當一些物種的壽命較短時，它們的種群規模會擴大，而當它們進化為長壽命時，種群規模就會縮小。較深、較冷的水域會減緩新陳代謝，這可能與壽命延長有關。

植物研究

接骨木屬植物的民族植物學研究

中國科學院武漢植物園胡光萬等人對全球接骨木屬植物的民族植物學、植物化學、毒理學和已知藥理學特性等開展研究。相關成果發表于《民族藥理學雜志》（Journal?of?Ethnopharmacology）。越來越多的藥用植物被用來治療各種疾病，它們的安全性被廣泛關注。在接骨木屬植物中，大約包含29個公認物種。來自其中一些物種的諸如氰苷和凝集素等化合物具有潛在的毒性，可能會危及生命。在本屬植物的藥用應用方面，還需要通過臨床試驗對功效進行進一步驗證。相關研究總結了接骨木屬植物的傳統藥用用途，說明它們可作為現代藥物的替代品。不過，目前現有的數據在指導對其進行科學合理應用上還存在一定差距。

興安落葉松林生態系統氮循環和水分模擬研究

東北林業大學蔡體久教授科研團隊揭示了大興安嶺地區頂級群落興安落葉松林生態系統植被-土壤-微生物之間相互作用的潛在機制。相關成果相繼發表于《土壤生物學與生物化學》（Soil?Biology?and?Biochemistry）和《水文學雜志》（Journal?of?Hydrology）。大興安嶺地區是我國北方唯一的森林集中分布區，同時也是我國高緯度多年凍土核心區。研究利用表層和深層土壤水分之間的（解）耦合效應，提出了一種重建表層和深層土壤水分之間的耦合時間序列數據的框架，有效提高了深層土壤水分模擬的精度。在未來的地下土壤水分模擬研究中，應充分考慮土壤水分的（解）耦合效應，改善區域模型和優化相關參數。

荒漠C4木本植物和土壤無機固碳研究

中國科學院西北生態環境資源研究院蘇培璽研究員團隊對中國荒漠C4木本植物和土壤無機固碳進行研究回顧與展望。相關成果發表于《中國沙漠》。碳循環是自然和社會系統的重要紐帶。陸地生態系統的自然固碳途徑分為植物碳同化、土壤碳同化兩種。研究人員通過對戈壁、沙漠和壤質荒漠土壤無機碳密度和碳儲量分析，提出了土壤碳同化（soil?carbon?assimilation）概念，并給出了土壤碳同化途徑的3個階段：CO2與H2O反應階段、CO2或弱碳酸與土壤溶液陽離子反應階段、生成溶解碳酸鹽與沉淀碳酸鹽附著于土壤顆粒和向下沉積階段，解釋了土壤無機固碳這一現象。他們提出，與植物碳同化比較，土壤碳同化是荒漠固碳的主要途徑。

木基生物塑料研究

北京林業大學材料學院陳閣谷、彭鋒等人以綠色資源天然輕木及天然橡膠膠乳制備生物塑料，通過木質素脫除、天然膠乳原位分布、密實化及硫化工藝制備出木基生物塑料。相關成果發表于《化學工程雜志》（Chemical?Engineering?Journal）。生物塑料因其生物相容性、可降解性及可再生性，被認為是石油基塑料的理想替代品。這一木基生物塑料具有良好的生物相容性、防紫外線的優點。為拓展材料的實用性能，研究者利用天然膠乳的黏性，在低溫致密后將木基生物塑料制備成木基吸管，并對其實用性進行測試。研究表明，新材料在水中浸泡4小時后仍可以正常使用，在未來石油基吸管、塑料替代方面具有很高的應用前景。

植物研究

揭示黃瓜果刺生長發育調控路徑

中國農業科學院蔬菜花卉研究所張圣平、顧興芳等人與合作者在黃瓜果刺生長發育調控研究上取得進展，揭示了NS基因通過生長素途徑調控黃瓜果實多刺性狀。相關成果發表于《植物學雜志》（The?Plant?Journal）。果實多刺是黃瓜重要的外觀品質性狀，這一性狀在1984年被首次報道，但迄今為止尚未完成性狀的基因克隆。相關研究通過全基因組關聯分析（GWAS）鑒定到9個與果刺密度相關的遺傳位點，通過基因編輯和過表達驗證了調控果實多刺性狀的編碼基因（NS基因）。通過生長素含量測定、生長素免疫共沉淀、生長素響應相關基因的表達等研究，證實NS通過生長素途徑調控果刺密度。

禾谷類作物胚乳發育和營養物質累積

中國科學院植物研究所劉春明研究組應邀評述禾谷類作物胚乳發育和營養物質累積研究進展。相關論文發表于《植物生物學年度評論》（Annual?Review?of?Plant?Biology）。禾谷類作物的胚乳是人類糧食和動物飼料的最主要來源之一，同時也為工業產品提供了大量原材料。綜述對過去30余年禾谷類作物胚乳發育和貯藏物質積累的分子調控研究進行了系統總結，闡析了糊粉層和淀粉胚乳分化、灌漿過程中糖運輸和卸載的可能機制，提出了以細胞質膜完整性喪失、胞間糖自由流動為基礎的“自由貿易”淀粉合成工廠模型，對這一領域面對的重大科學問題和未來發展方向提出了見解。

玉米單倍體誘導關鍵基因研究及成果轉化

華中農業大學嚴建兵、李響等人與合作者共同深入解析了玉米單倍體誘導關鍵基因ZmPLA1導致單倍體發生的分子機制。相關成果發表于《分子植物》（Molecular?Plant）。研究發現精細胞中的活性氧（ROS）增加是導致玉米單倍體誘導的關鍵因素，并鑒定了一個全新的誘導單倍體發生的新基因，發明了一項用化學試劑處理花粉從而誘導單倍體發生的新方法。為單性生殖、單倍體誘導等基礎生殖生物學研究提供了新的認識，也為提升作物育種效率提供了新的思路和方法?；钚匝跄芡瑫r影響動植物生殖發育過程，進一步深入研究可以為人類的生殖健康和植物的生長發育研究提供有價值的信息。

土沉香花中發現抗癌活性分子

中國科學院昆明植物研究所王躍虎團隊在進行抗癌藥物篩選時發現，土沉香花的乙醇提取物對若干癌癥細胞有顯著的抑制作用。相關成果發表于《應用天然產物》（Natural?Products?and?Bioprospecting）。瑞香科植物土沉香又名白木香，是中藥沉香的基原植物，廣泛分布在中國的南方地區，包括云南、廣東、廣西、海南、福建、臺灣和香港等地。土沉香樹在受到傷害（微生物入侵、火燒、雷劈、打孔等）后，會在心材部位緩慢形成樹脂，即沉香。研究人員以抗癌活性為導向，進一步追蹤土沉香花中的抗癌活性成分。他們通過抗癌活性追蹤分離，發現3個葫蘆烷三萜和1個2-（2-苯乙基）色酮類化合物。

微生物學

血流感染中莢膜介導細菌逃逸肝臟天然免疫新機制

清華大學醫學院傳染病研究中心張敬仁課題組開展莢膜通過干擾肝臟巨噬細胞促進血流病原細菌的致病性研究。相關成果發表于《實驗醫學期刊》（Journal?of?Experimental?Medicine）。血流感染是威脅人類健康的最嚴重的感染性疾病，攜帶莢膜結構的細菌是造成血流感染的最主要的病原體。研究者利用豐富的臨床菌株資源和遺傳轉化構建的莢膜置換菌株，在小鼠菌血癥模型中證明了莢膜的類型（血清型）是直接決定其毒力的關鍵因素。莢膜對細菌致病性的貢獻集中體現在血流感染早期階段。研究揭示了莢膜這一關鍵的致病因子如何影響病原細菌和宿主天然免疫系統的相互作用，進而決定血流感染疾病中病原體和宿主的最終命運。

碳青霉烯耐藥機制研究

中國科學院微生物研究所馮婕團隊發現接觸亞致死抗生素后菌株通過基因擴增迅速增加碳青霉烯耐藥性。相關成果發表于《m生物》（mBio）。碳青霉烯類耐藥腸桿菌科細菌（CRE）的全球傳播對公共衛生系統構成了嚴重的威脅。腸桿菌科細菌主要通過獲得碳青霉烯酶來產生耐藥性，其中肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPCs）最為普遍。產KPCs的CRE已在世界范圍內傳播，通常伴隨著多重耐藥性，并成為院內相關感染發病率和死亡率增加的主要原因。研究發現高耐藥的發生機制，可以幫助細菌來逃避碳青霉烯類抗生素的攻擊，同時也是CRE逃逸實驗室體外耐藥檢測的重要策略，進而影響抗生素在臨床應用中的使用和療效。

乙型肝炎病毒誘導免疫耐受的新機制研究

復旦大學基礎醫學院袁正宏團隊發現乙型肝炎病毒（hepatitis?B?virus，HBV）能利用單核樣髓系抑制性細胞（mMDSCs）剔除胸腺中未發育成熟的HBV特異性CD8+T細胞，從而建立病毒免疫耐受，并闡明了其中的分子機制。相關成果發表于《實驗醫學期刊》（Journal?of?Experimental?Medicine）。研究者與臨床專家合作，收集了2月齡至62歲慢性乙肝患者外周血樣本，并進一步開展小鼠實驗。相關研究不僅解釋了HBV在不同年齡患者中感染結局的差異機制，也為慢性乙肝治療年齡的選擇提供了科學依據，提示靶向mMDSCs或其遷移有可能成為治療慢性乙肝的新型策略。

蜱源啟動子鑒定和蜱細胞系轉染體系研究

中國科學院武漢病毒研究所/國家病毒資源庫鄧菲/沈姝團隊與英國利物浦大學蜱細胞庫合作，相關成果發表于《蜱蟲和蜱傳疾病》（Ticks?and?tick-borne?diseases）。多種與人類和動物疾病相關的蜱傳病毒，如蜱傳腦炎病毒（TBEV）、克里米亞-剛果出血熱病毒（CCHFV）、發熱伴血小板減少綜合征病毒（SFTSV），以及對豬高致病性的非洲豬瘟病毒（ASFV）等的流行，嚴重威脅人口健康，給畜牧產業帶來嚴重經濟損失。研究解析了利用質粒轉染方法在兩種蜱細胞系表達外源蛋白的特性，比較分析了哺乳動物細胞系適用的商品化啟動子和4種蜱源啟動子在蜱細胞中驅動外源蛋白表達的效率，以及不同轉染試劑對這一方法的影響。

微生物學

糞便微生物移植的特邀綜述

中山大學附屬第六醫院左濤、蘭平、吳小劍等人與合作者詳細闡述了腸道病毒和真菌在糞便微生物移植（FMT）治療不同疾病中的作用。相關成果發表于《柳葉刀·胃腸病和肝病學》（The?Lancet?Gastroenterology?&?Hepatology）。在眾多的功能菌群中，腸道益生菌廣為人知，但是在腸道微生態里，除了細菌之外，還有大量的病毒和真菌，在某些程度上，它們在糞便微生物移植（FMT）治療腸道微生態紊亂的效果中，同樣扮演了至關重要的角色。越來越多的證據表明腸道真菌群可以強烈地影響宿主免疫系統，這種相互作用與細菌活性相關。腸道真菌群失調在各種疾病的發病機制中起重要的作用。

“振動誘導發光”機制精準探測流感病毒

華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心賀曉鵬教授團隊發展了基于“振動誘導發光”機制的流感病毒精準探測工具。相關成果發表于《細胞》（Cell）子刊《化學》（Chem）。研究團隊發展了基于“振動發光”（VIE）機制的唾液酸寡糖偶聯動態熒光陣列，提出將“振動誘導發光”這一動態熒光機制引入糖介導高致病病原微生物識別特異性的精準探測，通過“生物識別誘導構象限制”這一獨特策略的運用，實現流感病毒糖異構化識別差異的高通量、原位精準區分。預期相關技術有望成為傳統固相糖陣列實驗的重要補充，為糖組學解碼提供有力的化學工具。

腸道上皮細胞新亞群Tuft-2細胞的抗菌作用及其機制

中國科學院生物物理研究所范祖森課題組揭示了腸道上皮細胞新亞群Tuft-2細胞通過犁鼻器受體Vmn2r26識別細菌代謝產物N-undecanoylglycine（N-C11-G，十一烷基甘氨酸），從而參與清除腸道抗病原菌，發揮腸道的免疫防御作用。相關成果發表于《免疫》（Immunity）。腸道上皮作為機體防御的第一道屏障將機體和外界環境分隔開來，上皮細胞通過識別和響應腸道微生物執行腸道黏膜免疫效應。腸道上皮細胞有多種類型，包括腸吸收細胞、杯狀細胞、Tuft細胞、潘氏細胞、腸分泌細胞等。相關研究揭示了CD45+?Tuft-2細胞通過Vmn2r26受體識別細菌代謝產物導致其活化，從而發揮腸道抗細菌感染的新機制。

核苷類抗寨卡病毒藥物研究

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院張健存課題組和中山大學袁潔課題組合作，針對寨卡病毒（Zika?virus，ZIKV）設計合成了一系列新型核苷類抑制劑，獲得了可作為抑制ZIKV的候選藥物。相關成果發表于《歐洲藥物化學雜志》（European?Journal?of?Medicinal?Chemistry）。近年來，寨卡病毒先后在非洲、美洲及世界其他多個地區暴發，數百萬人的健康受到影響。ZIKV的傳播能夠引起小頭畸形和格林-巴利綜合征等嚴重的并發癥，因而受到廣泛關注。研究設計、合成并評估了一系列新型6-甲基-7-乙炔基-7-脫氮嘌呤核苷類似物針對ZIKV的抑制活性和構效關系。

地球科學

近60年來海洋最小含氧帶面積的快速擴張

上海交通大學海洋學院周韞韜等人利用觀測數據證實近60年來海洋最小含氧帶面積的快速擴張。相關成果發表于《地球物理研究快報》（Geophysical?Research?Letters）。開闊大洋中氧氣含量低的水層被稱為最小含氧帶（Oxygen?Minimum?Zone，?簡稱OMZ），其大小和空間分布影響著海洋生物、物種組成、生境和生物地球化學循環。相關研究利用1960—2019年期間的溶解氧觀測數據集，揭示了全球海洋最小溶解氧，以及其存在深度具有顯著的空間異質性。使用最小溶解氧得到的最小含氧帶面積代表整個空間范圍內的最大面積，更能全面反映出全球海洋的缺氧狀態。北太平洋中溶解氧的快速減少主要受到海水混合變化和有機碳再礦化增加的影響。

流體與海山俯沖對大地震的重要控制作用

中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室王志與林間團隊獲得高精度地震結構成果，揭示了流體遷移與海山俯沖對大地震孕育具有重要控制作用。相關成果發表于《地球與行星科學通訊》（Earth?and?Planetary?Science?Letters）。研究團隊分析了日本東北俯沖帶的最新超大新數據，包括30多萬條由海-陸聯測獲得的縱-橫波地震走時數據，海底地形與重力等，并采用了創新的多參數反演手段，獲得了相關核心區迄今為止精度最高的俯沖帶三維深部結構。流體運移與海山俯沖造成了俯沖板塊間耦合強度的嚴重空間不均勻性，直接影響了地震孕育與破裂過程，因此制約了俯沖帶大地震的空間分布。

2021年全球碳排放監測和全球碳排放變化研究

清華大學地球系統科學系劉竹課題組利用研發的全球近實時碳排放數據庫（Carbon?Monitor），實現了全球碳排放量的近實時監測，更新了最新的全球剩余碳預算量。相關成果發表于《自然綜述：地球與環境》（Nature?Reviews：?Earth?&?Environment）。研究顯示，2021年全球碳排放量達到349億噸二氧化碳，相比2020年增長4.8%，消耗了8.7%（1.5℃情景）或3%（2℃情景）的全球剩余碳預算。結果表明，如繼續保持現有排放水平，1.5℃和2℃溫升目標下的全球剩余碳預算將分別在9.5年和31年內被用完。研究發布了基于全球近實時碳數據測算的2021年全球碳排放最新變化。

未來全球城市擴張對生物多樣性影響

中國科學院地理科學與資源研究所李廣東、方創琳、劉小平等人以全球到2100年5種共享社會經濟路徑（SSP）下城市空間擴張模擬數據為基礎，對未來城市擴張對自然棲息地喪失、生境破碎化及物種豐度的影響效應進行了深入分析。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。在共享社會經濟路徑情景下，到2100年城市擴張將導致1100萬至3300萬公頃的自然棲息地喪失，并將造成大規模的自然棲息地破碎化。目前主要生物多樣性優先保護區內的城市擴張水平預計將高于全球平均水平（例如，世界自然基金會Global?200區域內城市擴張比全球平均水平高出37%～44%），對這些關鍵地區的生物多樣性保護將造成沖擊。

地球科學

全球野火長期趨勢預測研究

北京大學物理學院大氣與海洋科學系俞妍研究員與美國能源部橡樹嶺國家實驗室毛嘉富研究員等合作，開展基于機器學習的觀測約束研究，預測野火帶來的全球社會經濟風險將繼續升高。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。野火是發生在自然植被類型上的生物質燃燒現象，是陸地生態系統的主要擾動源和氣溶膠的主要自然排放源之一，影響全球碳循環、氣候和經濟社會。對野火等極端氣候環境事件的長期預測將有助于提前做好風險預防和應對準備，同時也面臨方法學上的挑戰。利用機器學習和多源觀測資料約束地球系統模式的研究框架，特別適用于野火等具有復雜調控機制、發生和強度具有一定隨機性的過程。

中南美洲西北部地幔結構及板塊動力學研究

中國科學院地質與地球物理研究所呂彥、李娟等利用發展的地震波速度與各向異性聯合成像方法，獲得了中南美洲西北部地區第一個地幔頂部Pn波速度和各向異性綜合模型。相關成果發表于《地球物理研究雜志：固體地球》（Journal?of?Geophysical?Research：?Solid?Earth）。研究基于Pn波速度、各向異性結構和已有的地質觀測，提出了包含地幔流動和巖漿間隙的納茲卡板塊俯沖動力學模型：在哥倫比亞-厄瓜多爾火山弧下方的地幔頂部存在平行于火山弧的各向異性，在俯沖板塊下方的地幔更深處存在垂直于火山弧的地幔流動，在卡爾達斯構造帶附近存在板塊撕裂及巖漿間隙。

中亞河流徑流量變化對歐亞大陸歷史進程影響

云南大學國際河流與生態安全研究院陳峰研究員團隊基于天山山區雪嶺云杉樹輪資料重建了過去785年錫爾河、楚河、伊犁河和精河徑流量變化。相關成果發表于《npj-氣候與大氣科學》（npj?Climate?and?Atmospheric?Science）。重建結果揭示了過去8個世紀以來中亞地區徑流量變化帶來的社會和生態影響，特別相對濕潤的高徑流時段，有利于綠洲和草原生產力的提高，使得歐亞內陸的草原帝國得以迅速崛起并迅速擴張。徑流量重建序列為中亞地區水資源管理提供了長期的背景數據，將為準確評估中亞的氣候水文變化提供科學依據。研究成果也為科學認識自然環境變化對過去千年歐亞大陸社會歷史進展的影響提供研究基礎。

全球公里尺度大氣物理-化學全耦合數值模擬

中國科學技術大學趙純、安虹等與合作者在新一代神威超級計算機上首次實現了長達7天的全球3公里空間分辨率大氣物理-化學全耦合數值模擬試驗。相關成果發表于《科學通報》（Science?Bulletin）。近年來，頻繁發生的極端和高影響天氣和空氣污染事件，如暴雨、暴雪、高溫、干旱、雷暴、臺風、冰雹、寒潮、霾、沙塵暴等，不僅對人民的生產生活帶來嚴重影響，甚至會造成不可估量的生命和財產損失。研究基于新一代國產神威超算平臺，研發了包含大氣成分演變過程的全球高分辨率非靜力平衡大氣數值模式，在大規模數據讀寫速度、并行計算效率、規模可擴展性、運行時效性等多個方面開展大氣數值模擬。

古生物學

白堊紀琥珀中發現偽細頸蟲科新屬

中山大學生態學院古生物團隊包童等人對緬甸北部白堊紀琥珀生物群中的腐食類甲蟲進行鑒定分析，確定了一種偽細頸蟲科新屬種“格氏悟空甲”，并對其古生態意義進行了討論。相關成果發表于《白堊紀研究》（Cretaceous?Research）。偽細頸蟲科現存約50屬1000種，除南極洲外，廣泛分布于世界各個大陸?，F生偽細頸蟲科甲蟲食性與棲息生境多樣性高。根據現有記錄，部分類群成蟲棲息于闊葉被子植物灌木叢，幼蟲生活在樹皮、落葉等腐殖質聚集層。研究結果豐富了緬甸琥珀森林里腐生甲蟲的多樣性，體現出當時的生態系統的發展狀況。

熱河生物群對齒獸新標本為獸類起源提供新證據

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所毛方園研究員與合作者研究了產于遼寧省大平房九佛堂組的對齒獸類乳齒獸新標本，為認識獸類的起源演化過程提供了新的證據。相關成果發表于《波蘭古生物學學報》（Acta?Palaeontologica?Polonica）。鼴獸是體形極小如鼩鼱的哺乳動物，已知的化石都比較破碎，多以單個牙齒保存。論文涉及的乳齒獸標本，是鼴獸科中已知唯一保存了骨架和完整齒列的屬種，在完整齒列、下頜、頭骨等結構上，為這個類群的形態學提供了非常豐富的信息;與張和獸類中已知最好的代表源掠獸對比，深入揭示了兩個類群的異同。

準噶爾盆地古新世輪藻化石指示輪藻植物群的亞洲起源

中國科學院南京地質古生物研究所李莎與國內合作者聯合報道了準噶爾盆地南戈壁地區古新世晚期輪藻植物群的研究成果。相關論文發表于《古生物學雜志》（Journal?of?Paleontology）。研究發現，在輪藻的洲際傳播過程中，水鳥可能起到了關鍵作用。在中亞和歐洲始新世中、晚期地層中出現一些相同的鳥類化石組合支持了這一觀點。根據現生輪藻傳播的研究，輪藻的藏卵器既可以附著于鳥類的爪和羽毛上，也可以被鳥類攝入進入其消化道或盲腸中。當藏卵器被攜帶于候鳥的消化道中，它們能在相距100～150英里（約161～241公里）的湖泊之間傳播;而當藏卵器被攜帶于候鳥的盲腸中，它們可能會被攜帶至更遠距離的湖泊。

穴居魚類神經和全身脂質代謝途徑的洞穴適應研究

中國科學院遺傳與發育生物學研究所稅光厚研究組、動物研究所孟凡偉團隊合作，揭示穴居魚類的神經和全身脂質代謝途徑的洞穴適應。相關成果發表于《分子生物學與進化》（Molecular?Biology?and?Evolution）。世界各地的洞穴魚獨立進化出一系列穴居生物特征和行為的適應以提高生存能力。研究發現洞穴金線鲃的神經脂質代謝可塑性，尤其是增強線粒體氧化磷酸化等過程可能有助于穴居行為適應;消除洞穴魚不必要的形態和行為特征（例如高級眼部功能和社會行為的喪失），有助于減少能量消耗，在食物供應不規律的洞穴環境中賦予其生存選擇優勢。研究還結合腦轉錄組的基因集富集分析和免疫染色、電鏡等手段對質譜結果進行了驗證。

古生物學

澄江動物群生活環境研究

云南大學古生物研究院馬曉婭團隊開展了澄江生物群棲息于三角洲環境的研究。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。云南省東部寒武紀早期的澄江生物群是迄今為止已知的最古老的動物化石群之一，距今約有5.18億年。研究通過對澄江生物群化石出產地層的完整巖芯進行詳細的沉積構造和沉積微相研究，揭示出澄江生物群主要棲息于氧含量充足、營養豐富的三角洲前緣淺海環境，間歇性的風暴流將澄江生物群分子搬運到毗鄰的缺氧、少氧的深水環境埋藏并保存下來。由于淺水三角洲環境較為動蕩，指示這些早期生物能耐受強烈的鹽度波動和快速的沉積物堆積。這些不穩定的環境壓力也可能有助于早期動物的適應性輻射。

殼斗科植物系統基因組學研究

中國科學院華南植物園王寶生研究員和美國杜克大學科學家合作，利用系統基因組學和群體遺傳學研究方法，揭示殼斗科植物的系統發育關系、分化歷史和種間雜交的遺傳效應。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。自白堊紀末期，殼斗科植物經歷了多次快速分化。綜合分析形態特征的演化模式、種子傳播者出現時間和古氣候數據，證實了響應環境變化的性狀創新和動植物的協同進化是殼斗科物種多樣性產生的重要推動力。殼斗科植物物種間發生過頻繁的古雜交事件，導致核基因樹與葉綠體基因樹之間存在強烈的沖突。研究進一步通過單倍型分析與基因功能注釋，證實了古雜交事件導致的基因漸滲具有適應性意義。

鉤蝦從天山擴散到北寒帶

中國科學院動物研究所研究員李樞強、侯仲娥團隊等對全球567個鉤蝦的分子數據、3180個分布數據分析，發現湖泊鉤蝦起源于天山，在上新世至更新世擴張到阿爾卑斯山、喜馬拉雅山和青藏高原、東亞北部，以及通過白令陸橋到北美落基山等高山湖泊中，并拓殖到環北寒帶冰川湖中;鉤蝦走出起源地天山后，分化速率加快。相關成果發表于《全球變化生物學》（Global?Change?Biology）。高山湖泊是鉤蝦全球遷移擴張的通道，更新世氣候變冷形成大量的高山湖泊或冰川湖，驅動鉤蝦多次從天山拓殖到阿爾卑斯-喜馬拉雅山系、落基山系及環北寒帶湖泊中。研究定義這種新的分化方式為“出芽式分化”。

江西首次發現4.38億年前古老的真盔甲魚類

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所蓋志琨、趙文金等開展了志留紀真盔甲魚類的最新研究。相關成果發表于《亞洲地球科學雜志》（Journal?of?Asian?Earth?Sciences）。江西武寧志留紀蘭多維列世特列奇早期（大約4.38億年前）清水組中發現的早期真盔甲魚類的兩個新物種：俊卿清水魚和刺猬安吉魚，這是真盔甲魚類在贛西北地區下紅層中的首次發現，代表了迄今為止最古老、最原始的真盔甲魚類化石記錄。研究為下揚子地區長期存有爭議的志留系海相紅層的劃分對比及時代確定、真盔甲類和多鰓魚類分異時間的估算等提供了關鍵化石證據。

認知科學

構成東亞和歐洲人群面部形態差異的遺傳變異

中國科學院上海營養與健康研究所汪思佳研究員團隊和復旦大學金力院士團隊聯合國內外科研機構，在迄今為止最大規模的東亞人群數據中，通過一套基于圖像分析與計算機算法的人類頭面部特征自動量化方法，進行了頭面部表型與基因型的相關分析。相關成果發表于《自然·遺傳學》（Nature?Genetics）。文章從遺傳與進化的角度，解析了人類頭面部表型差異熱點規律，揭示了部分東亞獨特面部形態的遺傳作用機制，也定位出了造成歐亞面部差異的遺傳因素。研究成果是在人類表型組計劃推進過程中，以表型組學理念、范式和方法開展生命科學研究的又一次成功嘗試，對人類自身的認識具有重大意義。

人類小腦功能異質背后的遺傳學證據

中國科學院自動化研究所腦網絡組研究中心樊令仲研究組聯合國內外研究機構，揭示了小腦功能異質性及其驅動因素（即小腦連接、小腦-皮層連接）的遺傳基礎，為解析自發狀態下小腦內在功能組織模式提供證據。相關成果發表于《分子精神病學》（Molecular?Psychiatry）。相較于對人類大腦功能組織模式的認識，人類對功能分離和功能整合之間的關系在人類小腦中是如何表征和交互的仍知之甚少。人類小腦雖然體積小，僅占整個人腦體積的十分之一，但卻包含了整個腦部50%以上的神經細胞。過去研究人員認為小腦區域只在運動任務和感覺信息處理中發揮作用，現在越來越多的研究發現它還參與到了情緒、語言、記憶等高級認知功能中。

表征富集理論研究

北京腦科學與類腦研究中心與北京師范大學雙聘研究員柳昀哲課題組系統整合近年來在神經活動解碼方面的突出貢獻，并提出表征富集理論（representation-rich）。相關成果發表于《自然·綜述：神經科學》（Nature?Reviews?Neuroscience）?！白x心解夢”長期以來是人們的夢想，從弗洛伊德對于潛意識意義的追尋，到當今神經科學的神經信號解碼，人們采用主觀或客觀的方式理解“夢”這一人類高級智能行為的腳步從未停止。表征富集理論，以神經活動重現為窗口，為理解人類高級認知的“黑箱”開了一扇“亮窗”。未來采用表征富集理論，對睡眠和靜息態的自發神經活動進行解碼，將為研究者理解疾病、發育及教育提供豐富的支持。

獼猴在吃豆人游戲中體現高級認知能力

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、靈長類神經生物學國家重點實驗室楊天明研究組開展了獼猴在吃豆人游戲中的分層組合策略研究。相關成果發表于《e生命》（eLife）。這一研究著眼于系統認知神經科學和人工智能廣泛關注的交叉領域，將復雜的行為范式和嚴謹的計算建模進行結合，設計了一種新穎有趣的實驗范式——“吃豆人游戲”，并訓練獼猴學會使用搖桿完成游戲范式的主要任務。結果表明，獼猴能夠優化掌握一套策略基組，并采用分層決策的方式來解決復雜的任務。研究定量探究了獼猴解決復雜問題的啟發式行為策略特點，為闡釋大腦實現高級認知功能的計算機制提供了全新方法。

認知科學

懷舊情緒鎮痛的丘腦-皮層機制

中國科學院心理研究所孔亞卓研究組和蔡華儉研究組合作，揭示了懷舊鎮痛作用的神經機制。相關成果發表于《神經科學雜志》（Journal?of Neuroscience）。懷舊是一種對過去包含情感的渴望感，是一種與自我相關、苦樂參半但主要是積極的社會情緒。研究者通過功能磁共振（fMRI）技術，使用全腦分析、中介分析等方式，探尋當健康被試者在觀看懷舊圖片后經歷熱痛時大腦的活動變化。結果證明了懷舊的鎮痛作用，發現了編碼懷舊的關鍵腦區，闡明了懷舊鎮痛的神經機制。作者認為，編碼懷舊的前丘腦激活可預測編碼疼痛的后頂葉丘腦激活。同時，丘腦調節傷害性輸入，并在觸發腦干鎮痛通路中發揮關鍵作用。

人工智能（AI）抑郁癥識別研究

首都師范大學信息工程學院尚媛園教授團隊與美國西弗吉尼亞大學同行合作，開展了融合局部四元數和全局深度網絡的抑郁癥識別模型研究。相關成果發表于《IEEE情感計算會刊》（IEEE?Transactions?on?Affective?Computing）?；贏I的抑郁癥識別問題是情感識別領域的國際前沿研究問題。研究團隊在前期抑郁癥識別的視覺可解釋特征與學習范式研究成果的基礎上，進一步開展了人工智能的數學解釋研究，并將深度學習與四元數理論相結合，構建全局深度網絡與局部四元數結構的混合模型，深度挖掘抑郁癥患者視覺特征與診斷結果的關聯，為醫學相關研究提供解釋或印證。

“社會層級”行為的神經控制機理研究

上海交通大學電子信息與電氣工程學院盧策吾團隊開展了行為理解最新研究。相關成果發表于《自然》（Nature）。研究基于計算機視覺技術定量闡釋了機器視覺行為理解與腦神經的內在關聯，首次建立了其穩定映射模型，形成基于大規模計算機視覺行為檢測-腦神經信號關聯發現行為神經回路的新研究范式?；谶@個機器學習模型，聯合團隊深入解析了“社會層級”（Social?Hierarchy）行為神經控制機理（比如，低等級小鼠會讓高等級小鼠優先進食，低等級小鼠會表現出服從行為）。結果顯示，小鼠內側前額葉皮層-外側下丘腦（mPFC-LH）回路具有控制社會層次行為的功能，并得到嚴格生物學實驗的證實。

抑郁癥腦功能連接組梯度紊亂的分子機制

北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室賀永、夏明睿團隊與國內合作者采用青少年和成人靜息態功能磁共振腦影像多中心大數據及人腦標本基因表達數據，揭示重性抑郁障礙患者腦功能連接組梯度的紊亂模式及其分子機制，建立了基于腦連接組梯度預測抗抑郁藥物治療效果的腦網絡影像學標志物。相關成果發表于《分子精神病學》（Molecular?Psychiatry）。抑郁癥是青少年到成人最為常見的精神障礙，在出現情緒低落等核心癥狀的同時，伴隨著從初級感覺到高級認知功能的損傷。在青少年和成年人中，腦功能網絡的首要連接梯度呈現從初級皮層到聯合皮層的漸變模式，高度契合了人腦信息加工層級化的突觸分布。

圖A：功能磁共振范式，包括觀看懷舊圖片（線索階段）和接受熱痛刺激（疼痛階段）;圖B：在線索和疼痛階段，大腦激活與行為評分之間存在顯著相關性;圖C：PPI分析;圖D：中介分析;圖E：懷舊鎮痛的丘腦中心通路模型（圖片來源于中國科學院心理研究所網站）

（本欄目責編：黃雪霜）