科技名刊精选

生物化石

侏罗纪善攀鸟龙类揭示膜质翅膀在恐龙中的演化

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王敏、邹晶梅、徐星、周忠和4位科学家联名的研究成果发表于Nature。文章报道了侏罗纪善攀鸟龙类揭示膜质翅膀在恐龙中的演化，展示了在恐龙—鸟类演化历程中出现大量意想不到的适应飞行的尝试，与之对应演化出差异显著的骨骼—表皮衍生物组合。已知的善攀鸟龙类均生活在晚侏罗世，类似的膜质翅膀没有在白垩纪的恐龙中出现。由飞羽构成的翅膀自晚侏罗世出现就延续到白垩纪，经过漫长的演化最终形成了鸟类的羽翼，使后者成了多样性最丰富的现生四足动物。善攀鸟龙类独特的飞行结构代表了飞行演化的一次短暂尝试。

中生代虚骨龙类系统树和肢骨演化：在飞行起源时，副鸟类不同类群显示出不同的前肢加长过程：善攀鸟龙类通过肱骨加长，结合第三手指和棒状长骨附着膜质翅膀；而驰龙类、伤齿龙类和鸟类则通过掌骨的加长以附着羽状翅膀（王敏供图）（图片来源于中国科学院古脊椎动物与古人类研究所网站）

《自然》当期杂志封面：古脊椎所发现侏罗纪具膜质翅膀的恐龙（图片来源于中国科学院古脊椎动物与古人类研究所网站）

孢粉研究揭示中国南方末次盛冰期以来的植被变化

中国科学院南京地质古生物研究所王伟铭研究员等与中国科学院南京地理与湖泊研究所李春海副研究员等组成的研究团队，以中国南方现有资料为基础，在一些研究薄弱区获得20个湖泊/泥炭剖面钻孔开展研究，最后选取14个点位的孢粉数据用于恢复过去约2万年以来的植被变化过程。研究结果发表于《中国科学：地球科学》中英文版。地球气候自末次盛冰期约2万年前开始逐步回暖，适宜的气候条件促成了全新世农耕文化的形成与发展，先民从早期采集与渔猎为主的游弋生产生活方式,逐渐转变到以农耕文明定居生产生活方式。这一生产和生活方式的改变与当时环境的变化密切相关，对当今人类文明产生了巨大的影响。

犬类生殖器传染性肿瘤活化石基因组揭示从郊狼到北美土著家犬的古老渐渗

中国科学院昆明动物研究所张亚平院士领导团队和古脊椎与古人类研究所付巧妹研究员团队合作，对CTVT（犬类生殖器传染性肿瘤）的起源和基因组组分展开系统的研究。研究论文发表于Cell Research。研究团队利用突变方向谱方法评估了不同集合的突变特征，证实了这些位点具有典型的家犬突变模式，可以作为CTVTfounder活化石来代表一个古代的群体。进一步解析了CTVTfounder这个高覆盖度的活化石基因组中来自野生犬科动物的渐渗区域，得到了确切基因流发生的证据，也肯定了之前北美家犬发生群体替换的结果，现生北美家犬来自欧洲家犬，没有携带任何北美土著家犬的组分。

关于物种进化历史分歧时间估算方法的研究进展

中国科学院动物研究所朱朝东研究组在已有生命之树工作基础上，与国内外同行合作，模拟基因和形态特征数据对tipdating展开了系统评估。研究结果发表于Systematic Biology。化石发生概率对进化树拓扑结构和历史时间估算的影响更为显著，其决定了tip-dating分析中化石的数目和化石所能提供时间信息的最大值；tip-dating可以很好地重构现生物种的进化拓扑结构，但是化石样品的进化位置在结果中呈现出很多不确定性；该方法可以比较准确地估算重要历史时间点如树根时间点（root age）和现生物种祖先时间点（crown age）。与核心分析结果相比，排除形态特征导致节点时间略微过高，而排除核苷酸序列对树形拓扑的推断具有负面影响。

琥珀菊石解密1亿年前海滨森林生态环境

中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”王博研究员、张海春研究员等与牟林博士等合作，报道了保存在一枚缅甸琥珀中的菊石、螺类、节肢动物等化石集群。研究论文发表于《美国科学院院报》（PNAS）。琥珀是远古植物的树脂经过长久的地质作用形成的化石。琥珀常常含有保存很好的陆地生物，如花、微生物、昆虫甚至蜥蜴和鸟类。由于产生条件和保存环境的限制，琥珀很少保存水生生物，海洋生物更是凤毛麟角，而水生生物化石常常能提供关键的生态环境信息。研究表明，该琥珀森林位于热带海滨地区，环境类似于当今的一些热带海岸森林。

缅甸琥珀矿的地质图（A）和古地理图（B）（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

琥珀标本（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

夏河丹尼索瓦人

中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士团队联合国内外科学家分析了甘肃夏河县新发现的古人类下颌骨化石（可以确定其为青藏高原的丹尼索瓦人，建议命名为夏河丹尼索瓦人，简称夏河人），在青藏高原开展过去人类活动和环境适应研究。研究论文发表于Nature。该化石于20世纪80年代发现于青藏高原东北部的甘肃南部夏河县甘加盆地白石崖溶洞，目前是除阿尔泰山地区丹尼索瓦洞以外发现的首例丹尼索瓦人化石，也是青藏高原发现的最早人类活动证据（距今16万年前）。该研究为进一步探讨丹尼索瓦人的体质形态特征及其在东亚地区的分布、青藏高原早期人类活动历史及其对高海拔环境适应等问题提供了关键证据。

基因组研究揭示竹子异源多倍化历史和独特性状的遗传学线索

中国科学院昆明植物研究所李德铢研究员带领的研究团队与中国科学院上海植物生理生态研究所、上海海洋大学等单位合作，完成了基于全基因组测序的竹亚科“生命之网”及其独特生物学性状的比较基因组学研究。研究论文发表于Molecular Plant。该研究获取了四种竹子的全基因组草图，代表竹亚科的主要分支和已知的所有染色体倍性，其中芸香竹和莪莉竹为高质量的全基因组草图。同时，该团队还构建了旧热带木本竹类麻的遗传图谱，这是竹亚科的第一个高密度遗传图谱。基于全基因组共线性分析，确认了竹亚科不同分支的染色体倍性，与前人的细胞遗传学研究结果相吻合。

现代人扩散“北方路线”的研究进展——基于GIS最低成本路径模型的探索

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所高星研究员团队与德国马普学会人类历史科学研究所的同行合作，立足发现于东亚、东北亚、中亚等具有石叶技术特征的遗存，通过GIS（地理信息系统）最低成本路径构建了现代人北方扩散路线的可能路径。研究成果发表于PLOS ONE。早期现代人的起源和演化是国际古人类学界关注的重大问题。近年来，古人类学、考古学的发现指示了中国地区现代人演化的区域连续性，同时也在中国部分区域发现了欧亚大陆西部现代人扩散到东亚的证据。针对早期现代人的扩散这一问题，学术界以往多关注沿阿拉伯半岛、印度、东南亚等地区的“南方路线”，较少关注“北方路线”。

分子技术

液晶与高分子复合材料研究进展

北京大学工学院于海峰课题组报道了一种新颖的制备多响应性超分子有机凝胶方法。研究成果发表于Chemistry of Materials。科学家通过偶氮吡啶侧链聚合物油酸自组装成功得到了液晶凝胶因子。其中偶氮吡啶衍生物具有良好的自组装性能和光响应性，而油酸是一种广泛存在于动植物体内的脂肪酸，安全无毒，且具有良好的生物相容性。制备得到的该种凝胶，能够在光、热以及有机银离子的刺激下发生明显的相态转变。全息光栅成功地刻录在该种超分子凝胶中，该光栅同样地可以对3种刺激发生响应。该方法为制备刺激响应性的超分子有机凝胶提供了一种新思路，也使其在光学、信息存储及传感器等方面的应用成为可能。

图中左侧蓝色正方体为有机凝胶的示意图；中间绿色条纹背底为光栅的偏光显微镜下的图片；右侧为凝胶在3种刺激下的变化（图片来源于北京大学新闻网）

图中的北大LOGO为超分子液晶基元（图片来源于北京大学新闻网）

分子超快成像研究进展

中国科学院武汉物理与数学研究所柳晓军研究员课题组利用准直双原子分子双中心干涉对分子核间距进行层析提取。研究论文发表于Physical Review Letters。分子成像技术在物理学、化学和生物学领域中扮演着重要角色。由于原子微分散射截面不依赖于分子轴取向，新的研究方案巧妙地避免了该原子参数对不同分子取向条件下的光电子产量及基于此的分子结构成像的影响，克服了现有自成像方法的缺陷。结合前期发展起来的分子准直技术，研究团队选择双原子分子体系开展了相关实验研究，并成功从氮气分子的光电子谱中直接读取出分子核间距信息，首次演示了分子自层析成像方案的可行性。

天然产物Cyclocitrinols的统一式合成研究

中国科学院上海有机化学研究所天然产物有机合成化学院重点实验室桂敬汉课题组在前期工作基础上完成了cyclocitrinol家族10个天然产物的统一式合成。研究论文发表于美国化学会志JACS。根据之前发展的合成路线，他们以9步反应、克级规模制备了合成的关键中间体，该中间体的大量制备（＞1.5g）为后续10个家族天然产物的合成奠定了基础。上述关键中间体通过C20-羰基的立体选择性加成反应和烯丙醇羟基的1，3-选择性转位等反应高效引入了各个天然产物的侧链，如此以总计10～12步反应完成了该家族10个天然产物的统一式合成。

大面积石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜在离子和分子纳滤中的应用研究

武汉大学化学与分子科学学院袁荃教授等与美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等合作，在纳米孔过滤薄膜领域取得研究成果。研究论文发表于Science。这项研究首次报道了一种具有优异机械性能的大面积石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜，具有高的水渗透率、离子和分子截留率以及优异的抗污染性能。研究团队成功制备了具有优异机械强度和柔性的大面积无裂缝纳米孔二维薄膜；并在薄膜内部引入高密度均一孔径分布的亚纳米孔，实现水分子的高效选择性通过和溶质分子的有效截留。该研究克服了二维材料在实际分离领域的局限性，是将二维材料推向实际分离应用的关键一步。

超分子耗散自组装材料研究进展

南方科技大学蒋伟课题组开展了多聚准轮烷基高拉伸性瞬态水凝胶的剪切诱导组装研究，研究论文发表于Nature Chemistry。研究发现酰胺内修饰分子管能够穿到聚乙二醇的高分子链上，形成一个像项链一样的多聚假轮烷结构。每个分子管具有4个羧酸根，能够与金属离子配位。当加入铜离子时，多聚假轮烷就会通过链间配位交联，形成一个不能自由流动的水凝胶结构。然而，该水凝胶不稳定，又会逐渐变为自由流动的溶液。通过摇动，该溶液又能转化为水凝胶。这说明该水凝胶是耗散自组装的结果，需要摇动产生的剪切力作为燃料（fuel），以维持其结构。水凝胶的形成是由于剪切力诱导的链内配位到链间配位模式的转化而导致的。

水凝胶形成的示意图（图片来源于南方科技大学新闻网）

水凝胶的拉伸性能与工作机理（图片来源于南方科技大学新闻网）

关于纳米磷酸钙合成及其生物医学应用

中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员团队与美国北卡罗来纳大学教堂山分校Leaf Huang教授团队合作撰写了纳米磷酸钙合成及其生物医学应用的综述论文。研究成果发表于Chemical Society Reviews。论文综述和讨论了生物分子在纳米结构磷酸钙生物材料形成过程中的重要作用以及磷酸钙纳米材料在生物医学领域的应用，讨论了具有良好生物相容性的各种生物分子用于合成磷酸钙纳米材料并调控其结构、形貌、尺寸、自组装和表面性质的作用机理，并将生物分子的作用作了总结分类。该综述论文还对相关研究领域未来的发展趋势进行了展望，并提出了未来重要的发展方向。

温和条件下甲烷直接催化转化

中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会研究员和包信和院士团队系统总结并展望了热催化、电催化、光催化技术在甲烷温和条件下直接转化方面的研究进展。综述文章发表于Chem。该综述系统总结了热催化、电催化、光催化在甲烷温和条件下转化的研究进展，尤其对其中具有优异C-H活化能力的催化剂进行了重点介绍，在催化剂设计、理论计算模拟、反应条件的选择、产物精确定量等方面进行了详细的论述。综述展望了未来甲烷活化和转化的发展方向，指出了将来开发低温下利用氧气进行甲烷转化的迫切性，指出限域单中心活性位点以及多组元催化剂在未来甲烷低温催化转化等方面的重要性。

超低频机械激励下的摩擦电微马达研究进展

中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员和王中林院士团队将TENG（摩擦纳米发电机）与静电微马达相结合，提出了一种超低频机械摩擦激励微马达高速旋转的实现方法，设计并制造了这款新型摩擦电微马达。相关论文发表于Nature Communications。该器件利用了TENG在低频机械激励下的高压特性，通过摩擦电荷在微马达上周期性的转移与中和，可对微马达产生连续的驱动力，维持其持续运转，从而取代了传统激励方式中的高频高压源。通过不同结构和激励参数的研究表明，摩擦电微马达能够在低至0.1Hz的外部机械激励下实现启动，并在0.8Hz时达到1350转/分，电能驱动效率达到41%。

生态环境

持久性有机污染物如何跨越喜马拉雅传输到青藏高原

中国科学院青藏高原研究所/中国科学院青藏高原地球科学卓越中心龚平副研究员、王小萍研究员与合作者在尼泊尔和青藏高原南部海拔100～5500米的跨喜马拉雅大气POPs观测断面上连续3年观测，并结合气象和遥感资料，建立二维多介质传输模型，定量探讨了POPs翻越山脊和沿河谷传输的过程。研究成果发表于Environmental Science & Technology。超过90%的POPs都沉积富集到喜马拉雅南坡的地表介质（主要为土壤）中，但仍然有少量POPs可以通过大气传输到达高海拔地区甚至翻越喜马拉雅山。经估算，主要POPs类化合物（包括六六六、滴滴涕、六氯苯、多氯联苯等）的跨喜马拉雅传输总通量为2～100吨/年。

POPs的跨喜马拉雅传输通量(图片来源于中国科学院青藏高原研究所官网)

大气POPs沿山坡传输时的(a)浓度衰减与(b)物质分馏(图片来源于中国科学院青藏高原研究所官网)

浅水湖泊富营养化对底栖动物多样性的影响

中国科学院南京地理与湖泊研究所张又、蔡永久等科研人员基于对江淮中下游41个浅水湖泊大型底栖动物群落调查，分析营养水平与底栖动物种类组成和功能特性的关系。研究成果发表于Limnology and Oceanography。研究发现不同营养状态的湖泊大型底栖动物群落结构具有显著差异，营养盐浓度与种类组成beta多样性和功能特性beta多样性均呈现负相关关系，表明湖泊富营养化是导致底栖动物种类组成同质化和功能同质化的重要原因。在局域尺度（湖泊内）和区域尺度（湖泊间）上，富营养化均会导致大型底栖动物种类组成同质化和功能同质化。此外，底栖动物种类组成同质化与功能同质化对富营养化的响应关系有一定差异。

森林恢复对土壤微生物群落空间变异影响

中国科学院武汉植物园土壤生态学学科组博士后李乾玺在研究员程晓莉的指导下，以丹江口库区裸地、灌丛和林地为研究对象，分析了各生态系统中土壤微生物群落结构的空间变异特征及其空间协同变化因子。研究成果发表于Soil & Tillage Research。结果显示：同一生态系统中，同类群土壤微生物间具有相似的空间分布格局。植物的个体分布会通过影响局部环境因子间接地对土壤微生物的空间分布产生影响。空间协同变化因子随生态系统类型的不同而发生变更。林地土壤中细菌对局部环境因子的变化比真菌更加敏感。研究结果对揭示生态系统功能对土地利用变化的响应过程和机理起到了一定作用。

深海化能生态系统大型甲壳动物适应性研究进展

中国科学院海洋研究所沙忠利研究团队以“科学”号在冲绳热液和南海冷泉采集的柯氏潜铠虾（Shinkaia crosnieri Baba and Williams, 1998）为材料，揭示了大型甲壳动物适应不同深海化能生态微环境的分子基础。相关研究成果发表于BMC Genomics。柯氏潜铠虾在适应热液、冷泉环境时不仅产生了基因表达上的差异，而且大量关键环境适应性相关基因受到了选择作用，主要表现在免疫应答、抗氧化与解毒等方面，推测柯氏潜铠虾可能是通过环境适应性相关关键基因的适应性进化及调节关键基因的表达模式来适应不同深海化能生态环境。对于冷泉环境而言，柯氏潜铠虾在热液环境中受到的环境压力更大，这也与热液较冷泉环境更极端相一致。

浅海表层沉积物再悬浮对颗粒物沉降影响甄别研究进展

中国科学院海洋研究所宋金明、袁华茂课题组通过沉积物捕捉器采集胶州湾沉降颗粒物，揭示了再悬浮颗粒物占总沉降颗粒物的比例并识别出影响再悬浮的环境因子，校准了颗粒态生源指标的沉降通量和甄别出再悬浮条件下生源要素的内部循环机制，对阐明海洋生物地球化学过程对气候和海洋生态环境的变化的响应具有重要的科学意义。研究成果分别发表于Chemosphere, Marine Pollution Bulletin, Journal of Marine Systems等学术期刊。胶州湾水动力环境较为紊乱，沉降颗粒物中表层沉积物再悬浮比例超过90%。对胶州湾表层沉积物再悬浮以及沉降颗粒物的系统研究，有利于诠释强人为活动影响下浅海的生态环境变化机制以及资源环境的可持续利用。

近海强烈再悬浮条件下铁与其他化学组分的迁移（图片来源于中国科学院海洋研究所网站）

胶州湾沉降颗粒物与表层沉积物不同形态痕量元素组成差异比较（图片来源于中国科学院海洋研究所网站）

2015/2016年超强厄尔尼诺事件导致青藏高原湖泊水位出现极端变化

中国科学院青藏高原研究所、青藏高原地球科学卓越创新中心姚檀栋团队联合中科院大气物理研究所、美国夏威夷大学等国内外多家单位对近期高原内陆区湖泊水位极端变化过程和原因进行了研究，发现2015/2016年超强厄尔尼诺事件可能导致了青藏高原湖泊水位的异常变化。研究成果发表于Geophysical Research Letters。2015/2016年超级厄尔尼诺事件发生期间青藏高原中部湖泊水位变化的季节性特征与正常年份显著不同，湖泊水位在夏季季风期间没有显著升高甚至在某些湖泊出现下降，而秋冬季湖泊水位下降幅度更大。此外，早期的厄尔尼诺事件也会对高原中部湖泊水位变化有显著影响。

北半球植被物候变化趋势对气候变化响应研究进展

中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员王旭峰、研究员李新、中国科学院院士程国栋等及国际合作团队利用长时间序列遥感数据集、FLUXNET数据集提取北半球植被物候期（生长季开始和结束时间：SOS和EOS），分析了Warming Hiatus之前和期间物候变化趋势。研究论文发表于Nature Communications。分析这些站点的空气温度观测数据，发现只有极少数站点的温度存在显著增加趋势，这也是导致物候没有显著变化趋势的主要原因。由于物候期没有显著的变化趋势，导致了春季和秋季的碳通量也没有显著变化趋势。两套独立的证据（长时间序列遥感数据和FLUXNET数据）得到一致结论。

磷脂在土壤中的快速周转研究进展

中国科学院城市环境研究所研究人员选取细菌（大肠杆菌、甲烷氧化菌）和真菌磷脂作为研究对象，结合13C标记技术，分析了13C标记游离磷脂在土壤中的周转速率，测定了土壤微生物量及温度等因素对游离磷脂周转速率的影响，在国际上首次证实了PLFA方法的经典假设。研究成果发表于Soil Biology and Biochemistry。磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid, PLFA）分析是微生物鉴定和群落结构测试的重要方法。与核酸检测相比，PLFA在表征微生物活体细胞和精确定量微生物量方面具有明显优势。PLFA方法是建立在一个经典假设的基础上，即认为磷脂会随着细胞死亡而迅速降解。