世界一流科技期刊文章精选

保加利亚Bacho Kiro洞穴旧石器时代中晚期过渡阶段的14C年代学研究

Nature封面：4.6万年前到4.3万年前的首饰，它们以洞熊的牙齿为原材料，在保加利亚Bacho Kiro洞穴的发掘过程中被发现。Nature杂志第7808期封面文章报道了洞穴中发掘的人工制品和人类骨块，包括一颗人类牙齿。这些发现代表了欧洲发掘的最早的现代人类遗骸，首饰设计进一步证明了向欧洲大陆西部扩散的智人（Homo Sapiens）与当地尼安德特人之间的文化交流。作者对所发现的人类遗骸进行了DNA分析和放射性碳测年，结果显示现代人类在4.5万年之前就抵达了欧洲中纬度地区。

人类基因组资源

Nature封面：人类的资源。Nature杂志第7809期封面文章报道了利用基因组聚集数据库（Genome Aggregation Database，gnomAD）取得的深度结果。第一篇论文对gnomAD数据库进行了综述，并探索了能使蛋白编码基因失活的变异；第二篇论文阐明了RNA表达数据可用于指导变异解析；第三篇论文探索了gnomAD数据如何能够帮助鉴定药物的基因靶标；第四篇论文编制了433371个结构变异，并分析了它们对于生理性状的影响。gnomAD协作组不仅能编制个体之间的单核苷酸变异，还能编制由至少50个核苷酸组成的更加复杂的结构变异。

稳健超疏水表面的设计

Nature封面：干燥耐久的表面。Nature杂志第7810期封面文章报道了一种稳健超疏水表面的设计方法。许多人认为高疏水性和材料稳健性不可兼得，Robin Ras、邓旭和同事提出了不同观点。他们设计了一种从两个尺度构建的表面：一个具有高疏水性的纳米结构和一个能容纳这些纳米结构块的微结构框架。研究人员称这个框架是保护纳米结构的护甲，并认为这一概念可以用在硅、陶瓷、金属和透明玻璃上，构建出能抵挡钢刀和砂纸摩擦的超疏水表面。超疏水表面因能保持干燥、自清洁、防生物污损，在生物技术和医学方面具有广泛的应用。

在地球轨道研究实验室中观察到玻色-爱因斯坦凝聚

Nature封面：突破了重力的约束。Nature杂志第7811期封面文章报道了科学家利用2018年6月安装在国际空间站上的冷原子实验室（Cold Atom Laboratory），展示了在地球轨道实验室中创造的首个BEC的细节。冷却并捕捉原子气体以形成玻色-爱因斯坦凝聚（Bose－Einstein Condensate，BEC），可以实现在宏观尺度上研究量子行为。摆脱了重力的牵引后，自由呈现的BEC足够稳定，允许进行更长时间的观察，而且适用于地球上无法使用的陷阱类型。能够在空间站上生成并维持BEC，有望使高精准测量基本量子效应成为可能。

（本页期刊封面图来自Nature官网）

人体肿瘤菌群由肿瘤类型特异性的细胞内细菌组成

Science封面：肿瘤中的细菌。Science杂志第6494期封面文章报道了人类肿瘤里存在许多细菌，这些细菌看似具有肿瘤特异性，不同的肿瘤样本中细菌的种类也有区分。该研究发现每种类型的肿瘤都由独特的微生物组组成，乳腺癌具有特别丰富多样的微生物组。尚未确定肿瘤内细菌是否在癌症的发展中起因果作用，或者它们的存在是否仅反映了已建立肿瘤的感染。不过，随着肿瘤的发展，它们杂乱无章的、渗漏的脉管系统可能允许细菌进入，而免疫抑制的环境可能为其提供了庇护。

碱金属-氨微射流的光电子能谱:从蓝色电解质到古铜色金属

Science封面：氨溶液如何随着过量电子浓度的增加而变化的艺术抽象图。Science杂志第6495期封面文章报道了从电解质到液态金属的渐变过程。液体-原型量子溶质中过量电子的电子结构的实验研究目前仅限在非常稀的电子浓度中进行。该研究通过利用软X射线光电子能谱克服这一局限，表征了数量平稳增加的碱金属中的过量电子，该碱金属被溶解在低温液氨微型喷嘴中。通过实验与理论计算相结合，该研究获得从稀蓝色电解质到浓青铜金属溶液逐渐过渡过程中，氨化电子的能级和态密度的清晰图景。

鸟类性别双色性的遗传机制

Science封面：雄性（左）和雌性（右）金丝雀显示有性二色性，即两性之间的色差。Science杂志第6496期封面文章报道了BCO2基因，它编码一种称为β-胡萝卜素氧合酶2（β-carotene oxygenase 2, BCO2）的酶。该酶在分解鸟类羽毛中产生颜色的红橙色色素β-胡萝卜素的过程中发挥了作用。雄性和雌性马赛克金丝雀之间的区别在于BCO2酶产生的数量。雌性马赛克金丝雀的颜色较少，这是因为它们更多的红橙色色素β-胡萝卜素被分解，留给羽毛着色的β-胡萝卜素较少。雌激素可能在BCO2基因的表达中起作用。这有助于解释羽毛着色的性别差异。

基于结构的药物设计策略开发抗SARS-CoV-2病毒候选药物

Science封面：感染后，SARS-CoV-2（蓝色）利用宿主机制产生用于复制的多蛋白。Science杂志第6497期封面文章报道了一类结构新颖、高效、安全的抗SARS-CoV-2病毒候选药物。中国科学院上海药物研究所柳红/许叶春/蒋华良团队，联合上海科技大学杨海涛/饶子和团队、中国科学院武汉病毒所张磊砢/肖庚富团队，在抗新型冠状病毒药物研究中取得进展。研究人员设计了两种抗病毒化合物，它们可以抑制主要蛋白酶的活性，从而防止病毒复制。临床前研究表明，这些化合物是有希望的治疗候选物。

（本页期刊封面图来自Science官网）

锂电池电解液研究进展

清华大学化工系张强团队提出锂电池中“锂键”的概念，以理解锂离子与电解液组分及电极材料之间微观相互作用。由于没有饱和性和方向性的特点，锂电池中锂键可以形成多种团簇结构，这一多样性也为实现电解液体系的设计提供了更多的可能。相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。金属锂负极的利用给整个电池体系的设计带来了全新的挑战，其中最重要的是电解液及其界面的设计。研究团队基于锂键化学理论，研究电解液溶剂化结构及其构效关系，开发设计更加稳定、高效的电解液体系，是抑制电解液－负极界面反应、稳定金属锂负极，实现锂金属电池实用化的必然要求。

锂电池中的锂键（图片来源于清华大学网站）

电解液中基本相互作用及其构效关系（图片来源于清华大学网站）

炔-金属二维MOFs合成研究进展

华东理工大学化学与分子工程学院刘培念教授课题组设计了C3对称的苯基炔氯前驱体分子，利用炔氯官能团中键较高的稳定性，实现了多个pπ-dπ作用来稳定金属有机中间体。相关论文发表于Journal of the American Chemical Society。二维MOFs是由金属中心与有机配体相互连接而构成的二维材料，在结构和性质上具有出色的可调性。新方法制备了热力学稳定的蜂窝状炔-金属二维MOFs。结合STM实验观测和密度泛函理论（DFT）计算，并对非常罕见的手性网格的形成机制以及其向蜂窝状结构转化的内在驱动力进行了探究。论文进一步揭示了大面积、规则的炔-金属有机网格结构形成的内在机制。

碳一分子的催化转化

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研究员邓德会、中国科学院院士包信和团队与国际同行一道，总结了近十年来在碳一分子转化方面的最新进展和重要成果，特别关注新的催化反应过程，包括温和条件下的热催化、电催化、光催化转化过程，以及多能耦合催化转化过程等，并讨论碳一催化化学的关键挑战及未来发展方向。相关论文发表于Chem。碳一分子的化学性质差异大，在平衡转化率和选择性等方面存在一定的限制。目前，工业上的碳一转化过程存在能耗高、步骤多、产品分离工艺复杂等问题。因此，探索温和条件下碳一分子定向转化技术是迫切且极具挑战的课题。

基于离子淌度质谱的多维代谢物鉴定技术和数据库

中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心朱正江研究员课题组发展了基于离子淌度质谱的碰撞截面积数据库（AllCCS），开发了基于离子淌度质谱的多维代谢物分析技术用于生命体内已知和未知代谢物的化学结构鉴定。相关论文发表于Nature Communications。离子淌度质谱（Ion Mobility-Mass Spectrometry）是一类能够根据分析物离子的尺寸、形状和电荷进行气相分离和检测的质谱技术，一次分析能够同时提供多个维度信息，包括精确质量数（MS1）、二级碎片谱图（MS/MS）和碰撞截面积（CCS）数据等，有效提升对复杂生物样品代谢组的定性和定量分析能力。

双金属串联催化剂亚纳米间距效应研究

中国科学院山西煤炭化学研究所覃勇研究员和张斌副研究员团队，利用模板辅助的原子层沉积方法设计出五夹层双金属催化剂，实现了双金属层间距在亚纳米尺度上的精准调控。相关论文发表于The Innovation。研究团队以水合肼分解制氢和硝基苯加氢串联反应为探针反应，揭示了铂镍层的间距效应和水溶剂参与的活性氢传递对串联催化的促进机制，实现了不同活性位点间距在亚纳米尺度连续精准调控。研究成果为揭示串联催化中的距离效应以及不同金属层间距和过渡层对中间体传递的机制提供理论基础。五夹层结构的催化剂具有普适性，有望进一步应用于各种多金属催化的串联催化体系。

催化剂的结构表征（图片来源于中国科学院山西煤炭化学研究所网站）

五夹层催化剂的结构设计示意图（图片来源于中国科学院山西煤炭化学研究所网站）

离散有机铂金属环的层级自组装及其荧光发射研究

西安科技大学化工学院杨再文副教授课题组与合作者进行了离散有机铂金属环的层级自组装及其荧光发射研究。相关论文发表于Journal of the American Chemical Society。论文报道了一种基于芘的离散有机铂双金属环的层级自组装，该自组装利用杂配体配位驱动的自组装和三氟甲磺酸根阴离子氢键作用最终拓展为三维超分子体系，并从溶液和固态两个方面进行了表征。分析揭示涉及阴离子的氢键作用稳定了双金属环和抑制了双金属环的金属-配体配位的动态性。该组装体系展示了可调控的荧光发射，自组装体的形成增强了固体荧光发射，在固态下有效抑制了芘的聚集导致的荧光淬灭（ACQ）效应。

放疗驱动的活体剪切化学

北京大学应用化学系刘志博课题组发现了可被核辐射选择性脱除的保护基，借助荧光分子在试管、细胞和动物模型上分别验证了该剪切化学的有效性。相关论文发表于Angewandte Chemie。核辐射驱动的活体剪切化学，基于放射性穿透力强、时空分辨率高的优势，核辐射激活有望精确调控体内化学键的断裂，弥补光激活手段的不足，实现核辐射驱动的活体干预。与其他激活手段相比，该策略具有高时空分辨率、高组织穿透能力、高临床相关性三大特点。作为一类辐射引发的可控释放策略，有着明确的临床应用价值，为实现肿瘤特异的可控药物释放、发展放疗引导的肿瘤精准化疗提供研究基础。

铁电化学研究进展

东南大学化学化工学院熊仁根、张含悦等人提出“铁电化学”概念，旨在通过一些唯象理论针对分子铁电体进行目标设计和性能优化。相关论文发表于Journal of the American Chemical Society。铁电性是指晶体在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化方向可在外电场作用下反向或重新取向的性质。科学家逐步从寻找发现铁电体转变为主动靶向的化学设计。该研究系统设计合成了各种类型的多功能铁电体，将铁电体的发现从沙里淘金般的尝试与摸索转变为合理的定向设计与合成，并初步建立起有效的理论体系来设计、控制和优化分子系统中的铁电性和压电性，提出“铁电化学”的概念。

慧眼卫星发现距离黑洞最近的高速喷流

中国科学院高能物理研究所张双南等人与国内外合作者利用慧眼（HXMT）卫星观测到在高于200千电子伏特（keV）的能段，发现了黑洞双星系统的低频准周期振荡（Quasi-Periodic Oscillation，QPO），这是迄今为止发现的能量最高的低频QPO现象。相关论文发表于Nature Astronomy。研究表明，其起源于黑洞视界附近的相对论喷流（向外高速运动的等离子体流）的进动，为解决一直以来存在争议的低频Q P O物理起源问题提供了重要依据。慧眼卫星是我国第一颗空间X射线天文卫星，慧眼卫星关于MAXI J1820+070中低频QPO现象的研究成果显示了其研究天体高能X射线快速光变的强大能力。

低频QPO起源于围绕黑洞进动的高速喷流（图片来源于中国科学院高能物理研究所网站）

慧眼卫星发现了离黑洞最近的喷流产生的准周期调制信号（图片来源于中国科学院高能物理研究所网站）

太阳上观测到运动等离子体放大磁场现象

中国科学院紫金山天文台季海生研究员等对一例运动黑子的磁流体动力学过程进行了观测与分析。相关成果发表于The Astrophysical Journal Letters。该黑子在快速运动的过程中，前方的等离子体流动引起了显著的磁场增强，并形成类半影结构。经过观测分析与理论计算，认为这是一例由运动等离子体所造成的局地磁场放大的现象。由于黑子运动轨迹上的磁场原本就非常弱，同时增强的磁场又存在非常明显的特征规律。在排除掉磁场浮现的可能后，运动中出现的强磁场很可能是由于黑子运动所产生的局地磁场增益现象。在合理的简化模型中，研究人员利用磁感应方程所推导的理论结果与实际观测非常一致。

近邻星系的冷尘埃性质与亚毫米超研究进展

中国科学院新疆天文台恒星形成与演化团组研究团队选取13个具有丰富多波段观测数据的近邻漩涡星系，研究其冷尘埃性质，寻找新的亚毫米超样本。相关论文发表于The Astrophysical Journal。天文学家广泛使用能谱拟合方法研究星系的冷尘埃性质，在很多星系中探测到亚毫米波段的过量辐射（亚毫米超）。该研究发现近邻星系NGC2976、NGC3351和NGC4631存在亚毫米超。进一步分析发现：尘埃温度低的漩涡星系易探测到850微米超；冷尘埃质量小且总红外光度低的漩涡星系易探测到850微米超；恒星质量低的漩涡星系易探测到850微米超；金属丰度低的星系易探测到850微米超。

星团中双星研究进展

中国科学院上海天文台天体物理研究室星团和银河系结构课题组邵正义等人发表了双星的“社会学”考察报告。相关论文发表于The Astrophysical Journal。该疏散星团中有27%的成员为双星系统，它们的质比呈大致均匀分布。如果按主星质量的大小分成两个子样本，那么质量相对小的恒星中双星的占比较少，并且呈现出小质比（两颗星质量相差较大）双星更少的趋势。由于双星在星团中会受到动力学效应的影响，当双星和另一颗单星发生三体交会时，主星质量小的或者质比较小的双星，束缚能较小，更容易瓦解。另外，如果按恒星离团的中心距离来划分样本，那么星团中心的双星比例小，并且小质比的双星更小。

太阳黑子中发现特殊磁场位型下的磁重联过程

中国科学院国家天文台副研究员侯义军与合作者基于我国自主建设的新真空太阳望远镜（NVST）的高质量观测数据，对一个黑子半影纤维侵入亮桥并产生倾斜喷流的事件进行了详细分析。相关论文发表于Astronomy & Astrophysics。黑子是太阳表面最醒目的活动现象之一，同时也是太阳磁场的聚集区域。在太阳黑子中，磁重联可在本影半影背景磁场不参与的情况下发生在亮桥浮现磁场和半影纤维磁场之间，并产生倾斜的喷流现象。该研究进一步完善了大家对于太阳黑子中磁重联和相关活动现象的认识，为将来开展建立黑子动态演化模型和太阳黑子特殊磁场及等离子体环境中的磁重联等方向的研究提供观测证据和条件限制。

太阳黑子中亮桥浮现磁场和半影纤维磁场之间发生磁重联的卡通示意图（图片来源于中国科学院国家天文台网站）

太阳黑子中半影纤维侵入亮桥并形成倾斜喷流的现象（图片来源于中国科学院国家天文台网站）

解码II型超新星多样性

中国科学院云南天文台张居甲副研究员及其合作者利用相互作用模型解释Ⅱ型超新星多样性起源，是研究Ⅱ型超新星爆发机制以及宇宙学应用的重要一环。相关论文发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。通过超新星SN 2018zd监测，发现该超新星爆炸前有过剧烈的星风损失过程，从而在距离恒星中心2000个太阳半径的位置形成了总量约为0.18个太阳质量的激波以及抛射物质与星周物质发生相互作用，从而产生更高的光度。ⅡL型超新星来自早期具有强烈且短暂相互作用的ⅡP型超新星，由此可以解释ⅡL型超新星更高的峰值光度，更快的光度下降率，以及和ⅡP相似的光度断崖式跌落。

超高分辨率超高定标精度光谱技术研究进展

中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所天文光子学团队何晋平研究员等人在超高分辨率超高定标精度光谱技术研究方面取得了新进展。相关论文发表于The Astronomical Journal。研究团队以虚拟成像相位阵列（Virtually Imaged Phased Array，VIPA）作为主色散元件，以激光频率梳作为波长定标源，在实验上获得的光谱分辨率为106万（～0.6皮米），短时标波长定标精度优于10厘米/秒；由于仪器目前未做任何温度和压力控制，6小时双通道同步定标精度～13米/秒，奇偶次定标精度～40厘米/秒。下一步将通过优化系统，做好装置的温控和压控。

磁通量绳内部的磁场重联

中国科学技术大学陆全明、王荣生研究团队和北京航空航天大学的符慧山教授合作，利用MMS卫星观测资料，发现在磁场重联产生的磁通量绳内部丝状电流中，可发生次级重联并导致磁能的快速耗散。相关论文发表于Nature Communications。考虑到电流片中大量的磁通量绳，这些磁通量绳携带着可观的磁自由能。研究高时间分辨率高精度的卫星数据，发现磁通量绳内部的小尺度电流片会进一步发生不稳定而破碎成丝状电流，丝状电流内部可以触发次级磁场重联，快速地耗散磁能。由于磁场重联过程中，电流片中会生成大量磁通量绳，由磁通量绳内部的次级磁场重联产生的耗散，可能在整个磁场重联过程中将占据重要位置。