為飛機播種設計的自動覆土播種器等

《自然》

為飛機播種設計的自動覆土播種器

《自然》封面：能自行鉆地的播種器?！蹲匀弧冯s志第7948期封面文章報道了使用薄木片制作的一種可生物降解的播種器，這個播種器有3個卷曲的尾巴，可在受潮時展開。在農業和重新造林中使用無人機或飛機播撒植物種子能快速覆蓋大面積區域，以及難以進入的區域。但是飛機播種的發芽率相對較低，因為這些種子沒有覆土，很容易被風吹走或被吃掉。這個人造播種器經過兩個觸發周期后，在平地上有80%的成功率能讓種子埋入地下，而另一種牻牛兒苗屬種子在這一地形的成功率幾乎為零。文章指出，他們的播種器還能用于播撒肥料、菌類甚至傳感器。

韋伯望遠鏡數據揭示了神秘的新世界

《自然》封面：美國航天局的韋伯空間望遠鏡發射升空?！蹲匀弧冯s志第7949期封面文章報道了依托韋伯望遠鏡開展深空研究的最新成果。成果一共有5篇論文，經過分析韋伯望遠鏡的數據，展示了這個望遠鏡在揭示系外行星新細節方面的強大能力。研究團隊利用韋伯望遠鏡上不同儀器，如近紅外相機、近紅外光譜儀、近紅外成像儀和無縫光譜儀，仔細研究了命名為“WASP-39b”的系外行星大氣，分別報道了水、二氧化碳、一氧化碳、鈉和鉀的特征，確定了云的性質，并找到了二氧化硫存在的證據。

非洲旱區樹木個體的次大陸規模碳儲量研究

《自然》封面：新發現物種的活體藝術想象圖（包括主龍類動物）?！蹲匀弧冯s志第7950期封面文章報道了撒哈拉以南非洲近10億棵樹木的目錄。旱區生態系統中的樹木在碳循環中起到重要作用，但缺少關于其數量和分布的廣泛數據。研究團隊使用機器學習掃描了高分辨率衛星圖像，覆蓋近1000萬平方千米的區域，制作了每棵樹的樹干量、枝葉量、根量和碳儲量的免費數據庫。根據年降雨量，他們將旱區分為4個區域，發現在最干旱的地區樹木個體能夠存儲51千克的碳，在降雨最多的地區則上升至98千克。

21世紀近海浮游植物水華加劇擴大

《自然》封面：2017年發生在阿拉斯加沿海的一次藻類水華?！蹲匀弧冯s志第7951期封面文章報道了科學家繪制的近海水域水華分布和趨勢的綜合地圖。浮游植物水華是指微小藻類在水系統表層的聚集。雖然能為其他生物提供食物和營養，但它們也會導致嚴重的環境問題。研究團隊分析了美國國家航空航天局在2003年至2020年拍攝的76萬張衛星圖像，發現在153個沿海的國家中，126個國家的近海有水華。研究發現，2003年至2020年，受水華影響的水域面積擴大了13.6%，而且這一水華頻率的增加與海洋環流變化和海平面溫度上升有關。

（本頁期刊封面圖來自《自然》官網）

《科學》

一種可調節的反射器

《科學》封面：遠洋甲殼類動物幼蟲中閃閃發光的“眼睛”?！犊茖W》雜志第6633期封面文章報道了遠洋甲殼類動物幼蟲的眼睛色素里發現了由一種光子玻璃納米球組成的光學反射器，通過調整納米球的大小和順序，實現從深藍色到黃色的反射率，保持視覺靈敏度的同時將自身隱藏在不同的棲息地中。通過控制顆粒的大小和順序，生物體將它們的眼睛反光與它們原生棲息地的水色相匹配，這使得它們不太容易被捕食者發現。新發現提出一種在空間有限的組織中產生顯著的、可調的顏色和光操縱的機制，這種反射鏡的構造也為工程光學材料提供了靈感。

實驗室里的小行星

《科學》封面：日本“隼鳥2號”宇宙飛船從小行星“龍宮”表面采集樣本。《科學》雜志第6634期封面文章報道了“龍宮”隕石樣本的實驗室分析結果，包括元素豐度、同位素比率、礦物學、有機分子等5項研究。小行星是太陽系形成過程中遺留下來的物質，所以它們的樣本可以提供早期發生過程的信息。“隼鳥2號”小行星探測器是日本宇宙航空研究開發機構發射的“隼鳥”的后繼探測器。“隼鳥2號”從附近的小行星“龍宮”上收集了大約5克的物質，并將其帶回了地球。科學家們對樣品的實驗室分析已經確定了小行星的組成、形成過程和演化歷史。

葡萄進化史中的雙馴化和性狀起源

《科學》封面：葡萄的馴化歷史和性狀起源?！犊茖W》雜志第6635期封面文章報道了全球3525種栽培和野生葡萄品種的遺傳變異研究。在更新世，由于生存環境的持續破壞，惡劣的氣候促使野生葡萄生態型的分離；大約在11 000年前，人類在西亞和高加索地區馴化野生葡萄并產生了鮮食和釀酒葡萄。隨著早期農民分散到歐洲，西亞的馴化品種與古老的西方野生生態型相融合，在新石器時代晚期沿著人類遷徙的軌跡演化為麝香葡萄和獨特的西方釀酒葡萄祖先。文章通過馴化性狀的分析也提出了對漿果適口性、雌雄同體性、麝香味和漿果顏色選擇的新見解。

蜜蜂也具備“言傳身教”的能力

《科學》封面：學跳舞的蜜蜂?！犊茖W》雜志第6636期封面文章報道了蜜蜂舞蹈的社會信號學習。研究表明，蜜蜂用舞蹈語言實現復雜精準的信息交流。幼蜂跟隨有經驗的“舞者”并向其學習，它們表演的舞蹈就能更好、更準確地交流位置信息；相反，幼蜂沒有跟隨有經驗的“舞者”學習，它們表演的舞蹈就差、不能準確地交流位置信息。但隨著經驗的積累，這些蜜蜂對方向的交流能力會得到改善，但它們對距離的交流不會變好。蜜蜂舞蹈就像人類、鳥類等脊椎動物的語言交流，新手向有經驗的個體學習，比它們自己獨自摸索能更好地獲得技能。

（本頁期刊封面圖來自《科學》官網）

氣候變化

實現碳中和對增強和穩定太陽能及風能協同效益的研究

中國氣象科學研究院大氣成分與環境氣象研究所（碳中和監測與評估中心）王志立、雷亞棟等與國內外科學家合作，從全球視角綜合評估了深度脫碳的碳中和情景約束下，未來氣候變化對太陽能和風能潛力及其時間波動性的影響。相關成果發表于《自然·氣候變化》（Nature Climate Change）。文章揭示全球碳中和驅動的人為排放減少將給一些地區（尤其是亞洲）帶來更強且更穩定的太陽能和風能的協同效益，反過來又將加速傳統能源向清潔能源的轉型，從而形成一個有利的人類-自然反饋循環。成果可為開展碳中和約束下氣候變化對全球太陽能和風能潛力的影響評估及未來跨區域和跨來源的可再生能源有效規劃提供科學依據。

相對歷史時期不同地區太陽能和風能不同時間尺度變率的相對變化（圖片來源于中國氣象科學研究院網站）

氣候變暖可能導致歐亞大陸寒溫帶落葉松林的生長下降

北京師范大學江源、杜恩在、董滿宇、崔雪峰等與國內外合作者創建了一種基于溫度等級的溫度時間序列構建方法，解決了落葉針葉樹種在超短生長季條件下，生長-氣候關系易受年內溫度波動干擾的難題，顯著提高了樹木生長-氣候關系探測的敏感性和穩定性。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究團隊探測到落葉松分布區范圍內廣泛的生長-溫度響應信號，使生長-溫度響應關系的顯著率從原來的約70%提高到現在的約95%，更新了對北溫帶明亮針葉林樹木徑向生長與氣候關系的相關認識。落葉松樹木生長對溫度的負響應具有明顯的生物地理格局，其出現概率隨緯度和海拔的升高而降低。

海洋碳-14有機地球化學研究

中國海洋大學包銳教授團隊利用碳-14加速器質譜測定深海有機碳年齡，認為陸源老化有機碳降解礦化等過程影響了深海有孔蟲碳-14年齡特征。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。末次冰消期以來，海洋通風變化在深海碳封存和釋放方面起著關鍵作用，影響著百年至千年時間尺度上的氣候演變。研究團隊通過對北大西洋高緯深海沉積物中有機碳樣品開展深入研究，發現了某一期間北大西洋冰閥碎屑帶內存在巨量的陸源老碳輸入深海。近代冰川融化每年向深海輸送碳，在這一時期的冰筏碎屑事件內存在巨量老碳輸入深海后降解，影響到了深海碳酸鈣的碳-14年齡。

多種物理過程方案對我國西藏自治區氣溫和降水的預報性能評估

中國科學院青藏高原研究所劉蓮、馬耀明等人利用自主構建的“青藏高原多圈層地氣相互作用立體綜合觀測研究平臺數據庫”，從地氣相互作用角度對不同物理過程的預報能力進行了釋義。相關成果發表于《大氣研究》（Atmospheric Research）。西藏自治區平均海拔4000米以上，是青藏高原的主體部分。西藏自治區的地形條件十分復雜，數值預報模式中各物理過程對相關地區氣溫和降水預報的敏感性及機理解釋仍不確定，給當地業務部門準確預報天氣帶來了巨大挑戰。研究揭示了不同物理過程方案在西藏天氣預報中的敏感性，探討了不同方案的影響機制，為業務數值預報模式改進提供了理論參考。

動物研究

揭示黔金絲猴身世之謎

云南大學于黎研究員團隊和四川大學劉建全教授團隊合作，揭示了靈長類動物黔金絲猴的雜交起源和其獨特毛色產生的分子機制。相關成果發表于《科學》（Science）。黔金絲猴可能是由滇金絲猴/怒江金絲猴的祖先與川金絲猴在約180萬年前雜交而起源的新物種。雜交物種形成事件可能導致了黔金絲猴黑灰色與金色相間的“馬賽克式”毛色性狀。研究人員成功鑒定到一系列可能在黔金絲猴雜交物種形成過程中發揮了重要作用的毛色性狀相關的候選基因，并提出黔金絲猴獨特的毛色性狀很可能促進了與兩個親本的合子前生殖隔離，使其繼續獨立演化并最終形成新的物種。這是首次在靈長類哺乳動物中報道的雜交物種形成機制。

金絲猴雜交事件、毛色形成與生殖隔離的產生（于黎課題組供圖，圖片來源于中國動物學會靈長類學分會網站）

發現調節放棄、退出或終止不成功行為的神經環路

復旦大學腦科學研究院那德課題組與顧宇課題組合作，發現了調控長期不可控環境下行為轉換的神經環路、遞質和受體。相關成果發表于《神經元》（Neuron）。文章建立了兩個與放棄、退出和/或終止不成功行為有關的全新小鼠模型，小鼠長期暴露在具有不可控結果的環境中，其行為會從行動到不行動逐漸轉變。研究證實，這種行為轉變不是由疼痛脫敏、肌肉疲勞、快感缺乏或習得性無助引起的。大腦中的去甲腎上腺素能神經元活動反映了不可控的信號，但并不調節行為的轉變?？纛~葉皮層中的抑制性神經元，而不是興奮性神經元或星形膠質細胞，是行為轉變的主要調節者。

跳鉤蝦在海陸變遷進程中形態和遺傳趨同演化

中國科學院動物研究所侯仲娥研究員和李樞強研究員團隊揭示了跳鉤蝦從海洋到陸地演化的時空動態，以及形態和遺傳等適應特征的趨同演化。相關成果發表于《科學進展》（Science Advances）。跳鉤蝦棲息在海洋、潮間帶、陸地、高山等不同環境，是一個連續的登陸體系。文章整合動物地理、基因編輯，提出跳鉤蝦海陸轉變的演化模式和驅動因素，揭示了海陸轉變過程中呼吸器官的形態變化和潛在的遺傳基礎，證實了基因調控甲殼動物附肢外葉的發育，包括鉤蝦的鰓、水溞的背甲及昆蟲的翅，為理解生物的海洋起源和陸生適應的演化創新提供了現生生物的視角，為宏觀生物地理和形態演化研究提供了新的范式。

不同基因型小尾寒羊卵泡中顆粒細胞生長發育的分子機制

中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所儲明星團隊揭示了不同基因型綿羊顆粒細胞自噬的分子機制，為解析小尾寒羊個體間產羔數差異形成的分子機制提供了新視角。相關成果發表于《松果體研究雜志》（Journal of Pineal Research）。卵泡顆粒細胞包裹在卵母細胞表面，為卵母細胞排卵提供養分和必要的生長微環境。研究發現，細胞自噬相關基因家族成員的基因通常在自噬增強時表達水平上調，褪黑素可通過其抗氧化特性抑制細胞自噬?；谙盗蟹肿由飳W試驗，研究人員發現突變型小尾寒羊和野生型小尾寒羊卵泡顆粒細胞的自噬水平存在顯著差異，對不同基因型卵泡顆粒細胞自噬的調控可能對綿羊生長發育和激素分泌有重要影響。

醫藥臨床

一種具備微創手術能力的高精度、低電壓脈沖場消融器件

上海交通大學電子信息與電氣工程學院劉景全教授、上海交通大學附屬胸科醫院心內科副研究員秦牧等人合作，在植入式生物醫學微系統器件的心臟脈沖場消融領域取得新進展。相關成果發表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。心房顫動是常見的心律失常，60歲以上的人有1%會出現房顫，導致心跳加快或混亂、疲勞、呼吸短促和胸痛等多種癥狀，并增加卒中風險。導管消融術是治療有癥狀、藥物難治性房顫患者的有效方法。傳統的熱消融術可能會伴隨食管損傷、膈神經損傷和肺靜脈狹窄等不良事件。與之相比，脈沖場消融使用電脈沖引起非熱能的不可逆電穿孔并誘導靶細胞死亡，不會改變組織的整體結構或影響其他細胞類型。

導管集成設備的大動物脈沖場消融在體實驗（圖片來源于上海交通大學新聞學術網）

揭示成人遺傳性腦白質病疾病譜

首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經病學中心張在強教授團隊描述了成人遺傳性腦白質病致病基因型與表型譜系、病理學分類及臨床特征。相關成果發表于《腦》（Brain）。研究團隊連續納入2014—2021年期間就診于附屬北京天壇醫院的309例臨床疑診為遺傳性腦白質病的成人患者。所有患者均進行了系統的臨床和影像學特征評估，所有入組患者均進行了全外顯子組測序，部分疑診線粒體疾病、神經元核內包涵體病或強直性肌營養不良的患者分別進一步完善線粒體基因組測序、相關基因動態突變檢測。研究成果為成人遺傳性腦白質病疾病的診斷和臨床研究提供了重要的基本理論和分類方法，對臨床診療及遺傳咨詢具有重要意義。

克服腫瘤免疫耐受增強免疫療效新方法

中國科學院上海藥物研究所于海軍課題組發現前藥納米囊泡可以同時阻斷先天性和獲得性免疫耐受通路，協同促進免疫排斥型腫瘤的免疫治療，有望為免疫治療提供新思路。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）?？蒲腥藛T開發了多種新型免疫治療策略，顯著激活抗腫瘤免疫效應。然而，胰腺癌和三陰性乳腺癌等免疫排斥型腫瘤具有免疫原性低、腫瘤內T淋巴細胞浸潤不足及免疫抑制性腫瘤微環境等特征，嚴重制約現有治療方案的療效。文章系統開展了小鼠水平的抗腫瘤藥效評價，研究結果表明，遞送前藥納米囊泡可以有效抑制多種免疫排斥型腫瘤生長、轉移和復發。

實現四嗪生物正交反應的超分子調控

北京大學藥學院劉濤課題組與南方科技大學蔣偉課題組合作，提出四嗪生物正交反應活性可逆調控的策略，并進行相關生物醫學應用。相關成果發表于《化學》（Chem）。生物正交化學反應是指能夠在生物體系中進行且不會與天然生物化學過程相互干擾的一類化學反應。其中四嗪參與的生物正交反應被廣泛應用于生命醫學研究。對四嗪的反應活性進行簡便、無毒且高效的調控，是亟待解決的科學難題。團隊提出的策略通過萘管主體與四嗪客體的分子識別來調控四嗪的生物正交反應活性。萘管能以高親和力識別各種生物分子上的苯基四嗪，從而以可逆的方式有效地抑制它們的生物正交反應活性。

航空航天

國產新型光學衛星研發能力新突破

中國科學院空天信息創新研究院李正強團隊聯合國內外團隊提出了一種通用的地表反射率重建方法，提升國產新型光學衛星全球地表、大氣快速解耦系統能力。相關成果發表于《環境遙感》（Remote Sensing of Environment）。我國新型光學衛星的全球地表、大氣解耦依賴氣溶膠光學參數的高精度反演，而氣溶膠衛星遙感反演的難題之一是構建穩定的地表約束。傳統氣溶膠遙感算法中地表約束的構建通常需要長時間衛星觀測數據的積累，這為國產新型光學衛星在軌觀測初期的地氣高精度解耦帶來了挑戰。文章提出通用地表反射率重建方法，成功應用在國產高光譜觀測衛星（高分5號02星）搭載的高精度偏振掃描儀上。

對比驗證結果（圖片來源于中國科學院空天信息創新研究院網站）

逐步刺激誘導逐級響應智能材料

西北工業大學黃維院士團隊紀雷教授課題組開發了一種高級加密及高精度追蹤材料。相關成果發表于《先進材料》（Advanced Materials）。這是一種全新的基于1，3，6，8-吡啶基取代芘的逐步刺激誘導的逐級響應材料，這一材料體系的響應行為不僅嚴格依賴于刺激源的類型，更關鍵的是與刺激源的施加順序也緊密相關。與傳統的刺激響應或多功能刺激響應材料相比，新材料在高精度密碼學和高級邏輯門領域有著十分廣闊的應用前景。研究成果為開發新一代刺激響應材料打開了一扇大門，為設計具有逐步刺激逐步響應特性的分子提供了策略，也為高精度追蹤材料的開發及多功能高級邏輯門的制備提供了新的思路。

應力調控多鐵薄膜的鐵磁性起源研究

南京航空航天大學李偉偉等人與國內外科學家合作，發現在張應力作用下鈣鈦礦型鈷氧化物薄膜中存在有序氧空位和長程調控六氧化鈷的氧八面體旋轉雙重效應，有效地削弱了晶體場劈裂能，促使鈷離子進入有序高自旋態，從而表現出長程鐵磁性。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。關聯氧化物量子材料中多種序參量/自由度（電荷、自旋、軌道和晶格）之間的耦合能夠產生豐富的物性和新奇的電子態，是研究新材料、新原理和新器件的模型體系。文章揭示了外部參數如何調控晶體場劈裂能、有關交換能及d軌道價帶寬度之間的微妙競爭，從而在鈷基氧化物外延薄膜中誘導出多鐵物性，為構筑低功耗自旋電子器件提供備選材料。

揭示非晶氧化鎵原子結構與熱輸運性質的相關性

清華大學航天航空學院曹炳陽教授課題組針對非晶氧化鎵體系，揭示了非晶氧化鎵的原子結構特征、熱輸運性質及“結構-熱輸運性質”內在影響機制和定量關系。相關成果發表于《先進材料》（Advanced Materials）。借助具有量子力學精度的機器學習勢函數模擬熔化—淬火過程對非晶材料進行原子尺度的準確建模，并使用相關模型理論對非晶氧化鎵的熱導率進行研究。結果表明，基于隨機結構搜索和玻爾茲曼能量圖采樣而自動生成的機器學習勢可以準確地預測非晶氧化鎵的結構和熱導率，同時揭示出非晶氧化鎵的熱導率由模態相干作用主導，類聲子的模態傳播作用對熱導率的貢獻可以忽略。