世界一流科技期刊文章精选

tau蛋白病基于结构的分类

《自然》封面：迄今发现的一些与特定疾病相关的tau蛋白丝。《自然》杂志第7880期封面文章报道了tau蛋白丝在阿尔茨海默病等疾病中的多种折叠，揭示了其与特定疾病有关的另外4种折叠，包括进行性核上性麻痹和嗜银颗粒病。一般认为tau蛋白（microtubule-associated protein-tau）能稳固塑造神经细胞的骨架，但在tau蛋白病这类神经退行性疾病中，tau蛋白会错误折叠并堆积形成细丝。研究人员利用这些不同的折叠，确定了tau蛋白病基于结构的层级分类。这一分类对临床诊断和神经病理学解剖进行了补充，还可用于鉴别新的疾病实体。

气候治理

《自然》封面：一座煤场正在进行开采作业。《自然》杂志第7881期封面文章聚焦2021年10月31日在英国格拉斯哥举行的第26届联合国气候变化大会。所有目光都在关注世界各国能否达成共识。为应对气候变化，大会聚焦不同措施的实施效果，以及还有哪些工作需要完成。最终，会议各缔约方通过谈判达成了《格拉斯哥气候公约》，明确将进一步加强气候行动。中国在推动全球应对气候变化进程中发挥了重要积极作用，为此次大会的成功贡献了重要力量。

家马从欧亚草原西部起源和扩张

《自然》封面：法国索尔德拉拜（Sorde-l’Abbaye）三座迪卢瑟（Duruthy）马形雕像之一。它们可追溯至1.7万年前的马格德林文化中期。《自然》杂志第7882期封面文章报道了对欧亚大陆各处的273匹古代马进行的DNA分析结果。家马的遗传谱系尚不明确，现代家马的马类祖先也不清楚。在相关研究中，科学家发现了约公元前2700年之后，下伏尔加河-顿河地区（现属俄罗斯）有一个驯化中心。数据表明，骑马和使用轮辐战车支持了这些新驯化的马扩散开去，在约500年里，这些马不断繁育，逐步取代了欧亚大陆各地此前所有的本地马种。

利用高分辨率捕食测量评估须鲸的捕食量

《自然》封面：加拿大不列顛哥伦比亚省温哥华岛沿岸，一只正在捕食的座头鲸。《自然》杂志第7883期封面文章报道了鲸鱼捕食量研究进展。须鲸捕食的猎物数量惊人，但研究人员一直很难确定其具体捕食量。马修·萨沃卡（Matthew Savoca）和他的同事通过对鲸的定位追踪结合对猎物密度的声学测量，证实了其猎物捕食量是之前估算的好几倍。研究团队还发现，在开始捕鲸前，南大洋鲸种群每年捕食4.3亿吨南极磷虾，说明鲸或能加速营养物质循环，而更大数量的鲸种群有望支持完全不同的生态环境。

轻质、坚固、可塑的木材通过细胞壁工程成为可持续的结构材料

《科学》封面：平板木材制成多功能3D结构。《科学》杂志第6566期封面报道了一种可操作的低密度、扩散多孔硬木的改性和成型工艺。木材是一种高度复杂的材料，进化为多层结构，可以支撑数百英尺高的树木。木材的复合结构既起到了机械支撑的作用，又起到了树木内部水分和养分运输的作用。木材由长股纤维组成，沿颗粒方向较强且有弹性，但横向较弱且较脆。由于木材在机械性能上的这种各向异性，某些加工和制造技术不能使用。研究为具有复杂几何形状的木质结构的设计和建造建立了基础。

健康睡眠的诸多好处

《科学》封面：我们为什么睡眠。《科学》杂志第6567期特刊报道了最近关于睡眠基本机制的见解，以及我们的大脑在睡眠期间执行的许多功能。此外这期杂志还关注了睡眠对个人和社会的恢复和健康促进作用。睡眠是一项重要的、不容置疑的身体功能，对人体健康至关重要。睡眠发生的时候，我们的身体可能很安静，基本上不会动，但我们的大脑却非常活跃。一天中积累的代谢产物和其他毒素会被清除，最近的记忆会被巩固。文章指出，现在是承认莎士比亚所说的享受“蜜露般的酣睡（honey-heavy dew of slumber）”的时候了。

“毅力号”火星车揭示火星陨石坑古三角洲湖泊系统和洪水沉积物

《科学》封面：2021年4月18日，“毅力号”火星车仪器拍摄的火星“Jezero”陨石坑的增强彩色光学图像。《科学》杂志第6568期封面文章报道了轨道航天器的观测结果：火星上的“Jezero”陨石坑包含一个突出的扇形沉积岩体，沉积在其西部边缘。扇形有露头面，从轨道上看是不可见的，记录着陨石坑的水文演变。这些露头面中倾斜地层可能是三角洲进入湖泊的证据。相比之下，最上部的扇形地层由卵石砾岩组成，这可能是间歇性高能洪水沉积导致的。这种沉积序列表明，这里曾有从持续湖泊环境中的长期水文活动转变为高能量的短期河流流动。

太平洋岩鱼极端寿命的起源与演化

《科学》封面：一条依偎在岩石中的石斑鱼（老虎斑）。《科学》杂志第6569期封面文章报道了生活在太平洋沿岸水域的岩鱼物种的基因组，并揭示了一些基因差异使它们的寿命大相径庭。太平洋岩鱼是地球上寿命最长的脊椎动物之一。在这些岩鱼中，可以观察到在这1000万年间发生的进化。研究发现，当一些物种的寿命较短时，它们的种群规模会扩大，而当它们进化为长寿命时，种群规模就会缩小。较深、较冷的水域会减缓新陈代谢，这可能与寿命延长有关。

植物研究

接骨木属植物的民族植物学研究

中国科学院武汉植物园胡光万等人对全球接骨木属植物的民族植物学、植物化学、毒理学和已知药理学特性等开展研究。相关成果发表于《民族药理学杂志》（Journal of Ethnopharmacology）。越来越多的药用植物被用来治疗各种疾病，它们的安全性被广泛关注。在接骨木属植物中，大约包含29个公认物种。来自其中一些物种的诸如氰苷和凝集素等化合物具有潜在的毒性，可能会危及生命。在本属植物的药用应用方面，还需要通过临床试验对功效进行进一步验证。相关研究总结了接骨木属植物的传统药用用途，说明它们可作为现代药物的替代品。不过，目前现有的数据在指导对其进行科学合理应用上还存在一定差距。

兴安落叶松林生态系统氮循环和水分模拟研究

东北林业大学蔡体久教授科研团队揭示了大兴安岭地区顶级群落兴安落叶松林生态系统植被-土壤-微生物之间相互作用的潜在机制。相关成果相继发表于《土壤生物学与生物化学》（Soil Biology and Biochemistry）和《水文学杂志》（Journal of Hydrology）。大兴安岭地区是我国北方唯一的森林集中分布区，同时也是我国高纬度多年冻土核心区。研究利用表层和深层土壤水分之间的（解）耦合效应，提出了一种重建表层和深层土壤水分之间的耦合时间序列数据的框架，有效提高了深层土壤水分模拟的精度。在未来的地下土壤水分模拟研究中，应充分考虑土壤水分的（解）耦合效应，改善区域模型和优化相关参数。

荒漠C4木本植物和土壤无机固碳研究

中国科学院西北生态环境资源研究院苏培玺研究员团队对中国荒漠C4木本植物和土壤无机固碳进行研究回顾与展望。相关成果发表于《中国沙漠》。碳循环是自然和社会系统的重要纽带。陆地生态系统的自然固碳途径分为植物碳同化、土壤碳同化两种。研究人员通过对戈壁、沙漠和壤质荒漠土壤无机碳密度和碳储量分析，提出了土壤碳同化（soil carbon assimilation）概念，并给出了土壤碳同化途径的3个阶段：CO2与H2O反应阶段、CO2或弱碳酸与土壤溶液阳离子反应阶段、生成溶解碳酸盐与沉淀碳酸盐附着于土壤颗粒和向下沉积阶段，解释了土壤无机固碳这一现象。他们提出，与植物碳同化比较，土壤碳同化是荒漠固碳的主要途径。

木基生物塑料研究

北京林业大学材料学院陈阁谷、彭锋等人以绿色资源天然轻木及天然橡胶胶乳制备生物塑料，通过木质素脱除、天然胶乳原位分布、密实化及硫化工艺制备出木基生物塑料。相关成果发表于《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。生物塑料因其生物相容性、可降解性及可再生性，被认为是石油基塑料的理想替代品。这一木基生物塑料具有良好的生物相容性、防紫外线的优点。为拓展材料的实用性能，研究者利用天然胶乳的黏性，在低温致密后将木基生物塑料制备成木基吸管，并对其实用性进行测试。研究表明，新材料在水中浸泡4小时后仍可以正常使用，在未来石油基吸管、塑料替代方面具有很高的应用前景。

植物研究

揭示黄瓜果刺生长发育调控路径

中国农业科学院蔬菜花卉研究所张圣平、顾兴芳等人与合作者在黄瓜果刺生长发育调控研究上取得进展，揭示了NS基因通过生长素途径调控黄瓜果实多刺性状。相关成果发表于《植物学杂志》（The Plant Journal）。果实多刺是黄瓜重要的外观品质性状，这一性状在1984年被首次报道，但迄今为止尚未完成性状的基因克隆。相关研究通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定到9个与果刺密度相关的遗传位点，通过基因编辑和过表达验证了调控果实多刺性状的编码基因（NS基因）。通过生长素含量测定、生长素免疫共沉淀、生长素响应相关基因的表达等研究，证实NS通过生长素途径调控果刺密度。

禾谷类作物胚乳发育和营养物质累积

中国科学院植物研究所刘春明研究组应邀评述禾谷类作物胚乳发育和营养物质累积研究进展。相关论文发表于《植物生物学年度评论》（Annual Review of Plant Biology）。禾谷类作物的胚乳是人类粮食和动物饲料的最主要来源之一，同时也为工业产品提供了大量原材料。综述对过去30余年禾谷类作物胚乳发育和贮藏物质积累的分子调控研究进行了系统总结，阐析了糊粉层和淀粉胚乳分化、灌浆过程中糖运输和卸载的可能机制，提出了以细胞质膜完整性丧失、胞间糖自由流动为基础的“自由贸易”淀粉合成工厂模型，对这一领域面对的重大科学问题和未来发展方向提出了见解。

玉米单倍体诱导关键基因研究及成果转化

华中农业大学严建兵、李响等人与合作者共同深入解析了玉米单倍体诱导关键基因ZmPLA1导致单倍体发生的分子机制。相关成果发表于《分子植物》（Molecular Plant）。研究发现精细胞中的活性氧（ROS）增加是导致玉米单倍体诱导的关键因素，并鉴定了一个全新的诱导单倍体发生的新基因，发明了一项用化学试剂处理花粉从而诱导单倍体發生的新方法。为单性生殖、单倍体诱导等基础生殖生物学研究提供了新的认识，也为提升作物育种效率提供了新的思路和方法。活性氧能同时影响动植物生殖发育过程，进一步深入研究可以为人类的生殖健康和植物的生长发育研究提供有价值的信息。

土沉香花中发现抗癌活性分子

中国科学院昆明植物研究所王跃虎团队在进行抗癌药物筛选时发现，土沉香花的乙醇提取物对若干癌症细胞有显著的抑制作用。相关成果发表于《应用天然产物》（Natural Products and Bioprospecting）。瑞香科植物土沉香又名白木香，是中药沉香的基原植物，广泛分布在中国的南方地区，包括云南、广东、广西、海南、福建、台湾和香港等地。土沉香树在受到伤害（微生物入侵、火烧、雷劈、打孔等）后，会在心材部位缓慢形成树脂，即沉香。研究人员以抗癌活性为导向，进一步追踪土沉香花中的抗癌活性成分。他们通过抗癌活性追踪分离，发现3个葫芦烷三萜和1个2-（2-苯乙基）色酮类化合物。

微生物学

血流感染中荚膜介导细菌逃逸肝脏天然免疫新机制

清华大学医学院传染病研究中心张敬仁课题组开展荚膜通过干扰肝脏巨噬细胞促进血流病原细菌的致病性研究。相关成果发表于《实验医学期刊》（Journal of Experimental Medicine）。血流感染是威胁人类健康的最严重的感染性疾病，携带荚膜结构的细菌是造成血流感染的最主要的病原体。研究者利用丰富的临床菌株资源和遗传转化构建的荚膜置换菌株，在小鼠菌血症模型中证明了荚膜的类型（血清型）是直接决定其毒力的关键因素。荚膜对细菌致病性的贡献集中体现在血流感染早期阶段。研究揭示了荚膜这一关键的致病因子如何影响病原细菌和宿主天然免疫系统的相互作用，进而决定血流感染疾病中病原体和宿主的最终命运。

碳青霉烯耐药机制研究

中国科学院微生物研究所冯婕团队发现接触亚致死抗生素后菌株通过基因扩增迅速增加碳青霉烯耐药性。相关成果发表于《m生物》（mBio）。碳青霉烯类耐药肠杆菌科细菌（CRE）的全球传播对公共卫生系统构成了严重的威胁。肠杆菌科细菌主要通过获得碳青霉烯酶来产生耐药性，其中肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPCs）最为普遍。产KPCs的CRE已在世界范围内传播，通常伴随着多重耐药性，并成为院内相关感染发病率和死亡率增加的主要原因。研究发现高耐药的发生机制，可以帮助细菌来逃避碳青霉烯类抗生素的攻击，同时也是CRE逃逸实验室体外耐药检测的重要策略，进而影响抗生素在临床应用中的使用和疗效。

乙型肝炎病毒诱导免疫耐受的新机制研究

复旦大学基础医学院袁正宏团队发现乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）能利用单核样髓系抑制性细胞（mMDSCs）剔除胸腺中未发育成熟的HBV特异性CD8+T细胞，从而建立病毒免疫耐受，并阐明了其中的分子机制。相关成果发表于《实验医学期刊》（Journal of Experimental Medicine）。研究者与临床专家合作，收集了2月龄至62岁慢性乙肝患者外周血样本，并进一步开展小鼠实验。相关研究不仅解释了HBV在不同年龄患者中感染结局的差异机制，也为慢性乙肝治疗年龄的选择提供了科学依据，提示靶向mMDSCs或其迁移有可能成为治疗慢性乙肝的新型策略。

蜱源启动子鉴定和蜱细胞系转染体系研究

中国科学院武汉病毒研究所/国家病毒资源库邓菲/沈姝团队与英国利物浦大学蜱细胞库合作，相关成果发表于《蜱虫和蜱传疾病》（Ticks and tick-borne diseases）。多种与人类和动物疾病相关的蜱传病毒，如蜱传脑炎病毒（TBEV）、克里米亚-刚果出血热病毒（CCHFV）、发热伴血小板减少综合征病毒（SFTSV），以及对猪高致病性的非洲猪瘟病毒（ASFV）等的流行，严重威胁人口健康，给畜牧产业带来严重经济损失。研究解析了利用质粒转染方法在两种蜱细胞系表达外源蛋白的特性，比较分析了哺乳动物细胞系适用的商品化启动子和4种蜱源启动子在蜱细胞中驱动外源蛋白表达的效率，以及不同转染试剂对这一方法的影响。

微生物学

粪便微生物移植的特邀综述

中山大学附属第六医院左涛、兰平、吴小剑等人与合作者详细阐述了肠道病毒和真菌在粪便微生物移植（FMT）治疗不同疾病中的作用。相关成果发表于《柳叶刀·胃肠病和肝病学》（The Lancet Gastroenterology & Hepatology）。在众多的功能菌群中，肠道益生菌广为人知，但是在肠道微生态里，除了细菌之外，还有大量的病毒和真菌，在某些程度上，它们在粪便微生物移植（FMT）治疗肠道微生态紊乱的效果中，同样扮演了至关重要的角色。越来越多的证据表明肠道真菌群可以强烈地影响宿主免疫系统，这种相互作用与细菌活性相关。肠道真菌群失调在各种疾病的发病机制中起重要的作用。

“振动诱导发光”机制精准探测流感病毒

华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心贺晓鹏教授团队发展了基于“振动诱导发光”机制的流感病毒精准探测工具。相关成果发表于《细胞》（Cell）子刊《化學》（Chem）。研究团队发展了基于“振动发光”（VIE）机制的唾液酸寡糖偶联动态荧光阵列，提出将“振动诱导发光”这一动态荧光机制引入糖介导高致病病原微生物识别特异性的精准探测，通过“生物识别诱导构象限制”这一独特策略的运用，实现流感病毒糖异构化识别差异的高通量、原位精准区分。预期相关技术有望成为传统固相糖阵列实验的重要补充，为糖组学解码提供有力的化学工具。

肠道上皮细胞新亚群Tuft-2细胞的抗菌作用及其机制

中国科学院生物物理研究所范祖森课题组揭示了肠道上皮细胞新亚群Tuft-2细胞通过犁鼻器受体Vmn2r26识别细菌代谢产物N-undecanoylglycine（N-C11-G，十一烷基甘氨酸），从而参与清除肠道抗病原菌，发挥肠道的免疫防御作用。相关成果发表于《免疫》（Immunity）。肠道上皮作为机体防御的第一道屏障将机体和外界环境分隔开来，上皮细胞通过识别和响应肠道微生物执行肠道黏膜免疫效应。肠道上皮细胞有多种类型，包括肠吸收细胞、杯状细胞、Tuft细胞、潘氏细胞、肠分泌细胞等。相关研究揭示了CD45+ Tuft-2细胞通过Vmn2r26受体识别细菌代谢产物导致其活化，从而发挥肠道抗细菌感染的新机制。

核苷类抗寨卡病毒药物研究

中国科学院广州生物医药与健康研究院张健存课题组和中山大学袁洁课题组合作，针对寨卡病毒（Zika virus，ZIKV）设计合成了一系列新型核苷类抑制剂，获得了可作为抑制ZIKV的候选药物。相关成果发表于《欧洲药物化学杂志》（European Journal of Medicinal Chemistry）。近年来，寨卡病毒先后在非洲、美洲及世界其他多个地区暴发，数百万人的健康受到影响。ZIKV的传播能够引起小头畸形和格林-巴利综合征等严重的并发症，因而受到广泛关注。研究设计、合成并评估了一系列新型6-甲基-7-乙炔基-7-脱氮嘌呤核苷类似物针对ZIKV的抑制活性和构效关系。

地球科学

近60年来海洋最小含氧带面积的快速扩张

上海交通大学海洋学院周韫韬等人利用观测数据证实近60年来海洋最小含氧带面积的快速扩张。相关成果发表于《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）。开阔大洋中氧气含量低的水层被称为最小含氧带（Oxygen Minimum Zone， 简称OMZ），其大小和空间分布影响着海洋生物、物种组成、生境和生物地球化学循环。相关研究利用1960—2019年期间的溶解氧观测数据集，揭示了全球海洋最小溶解氧，以及其存在深度具有显著的空间异质性。使用最小溶解氧得到的最小含氧带面积代表整个空间范围内的最大面积，更能全面反映出全球海洋的缺氧状态。北太平洋中溶解氧的快速减少主要受到海水混合变化和有机碳再矿化增加的影响。

流体与海山俯冲对大地震的重要控制作用

中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室王志与林间团队获得高精度地震结构成果，揭示了流体迁移与海山俯冲对大地震孕育具有重要控制作用。相关成果发表于《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。研究团队分析了日本东北俯冲带的最新超大新数据，包括30多万条由海-陆联测获得的纵-横波地震走时数据，海底地形与重力等，并采用了创新的多参数反演手段，获得了相关核心区迄今为止精度最高的俯冲带三维深部结构。流体运移与海山俯冲造成了俯冲板块间耦合强度的严重空间不均匀性，直接影响了地震孕育与破裂过程，因此制约了俯冲带大地震的空间分布。

2021年全球碳排放监测和全球碳排放变化研究

清华大学地球系统科学系刘竹课题组利用研发的全球近实时碳排放数据库（Carbon Monitor），实现了全球碳排放量的近实时监测，更新了最新的全球剩余碳预算量。相关成果发表于《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews： Earth & Environment）。研究显示，2021年全球碳排放量达到349亿吨二氧化碳，相比2020年增长4.8%，消耗了8.7%（1.5℃情景）或3%（2℃情景）的全球剩余碳预算。结果表明，如继续保持现有排放水平，1.5℃和2℃温升目标下的全球剩余碳预算将分别在9.5年和31年内被用完。研究发布了基于全球近实时碳数据测算的2021年全球碳排放最新变化。

未来全球城市扩张对生物多样性影响

中国科学院地理科学与资源研究所李广东、方创琳、刘小平等人以全球到2100年5种共享社会经济路径（SSP）下城市空间扩张模拟数据为基础，对未来城市扩张对自然栖息地丧失、生境破碎化及物种丰度的影响效应进行了深入分析。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。在共享社会经济路径情景下，到2100年城市扩张将导致1100万至3300万公顷的自然栖息地丧失，并将造成大规模的自然栖息地破碎化。目前主要生物多样性优先保护区内的城市扩张水平预计将高于全球平均水平（例如，世界自然基金会Global 200区域内城市扩张比全球平均水平高出37%～44%），对这些关键地区的生物多样性保护将造成冲击。

地球科学

全球野火长期趋势预测研究

北京大学物理学院大气与海洋科学系俞妍研究员与美国能源部橡树岭国家实验室毛嘉富研究员等合作，开展基于机器学习的观测约束研究，预测野火带来的全球社会经济风险将继续升高。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。野火是发生在自然植被类型上的生物质燃烧现象，是陆地生态系统的主要扰动源和气溶胶的主要自然排放源之一，影响全球碳循环、气候和经济社会。对野火等极端气候环境事件的长期预测将有助于提前做好风险预防和应对准备，同时也面临方法学上的挑战。利用机器学习和多源观测资料约束地球系统模式的研究框架，特别适用于野火等具有复杂调控机制、发生和强度具有一定随机性的过程。

中南美洲西北部地幔结构及板块动力学研究

中国科学院地质与地球物理研究所吕彦、李娟等利用发展的地震波速度與各向异性联合成像方法，获得了中南美洲西北部地区第一个地幔顶部Pn波速度和各向异性综合模型。相关成果发表于《地球物理研究杂志：固体地球》（Journal of Geophysical Research： Solid Earth）。研究基于Pn波速度、各向异性结构和已有的地质观测，提出了包含地幔流动和岩浆间隙的纳兹卡板块俯冲动力学模型：在哥伦比亚-厄瓜多尔火山弧下方的地幔顶部存在平行于火山弧的各向异性，在俯冲板块下方的地幔更深处存在垂直于火山弧的地幔流动，在卡尔达斯构造带附近存在板块撕裂及岩浆间隙。

中亚河流径流量变化对欧亚大陆历史进程影响

云南大学国际河流与生态安全研究院陈峰研究员团队基于天山山区雪岭云杉树轮资料重建了过去785年锡尔河、楚河、伊犁河和精河径流量变化。相关成果发表于《npj-气候与大气科学》（npj Climate and Atmospheric Science）。重建结果揭示了过去8个世纪以来中亚地区径流量变化带来的社会和生态影响，特别相对湿润的高径流时段，有利于绿洲和草原生产力的提高，使得欧亚内陆的草原帝国得以迅速崛起并迅速扩张。径流量重建序列为中亚地区水资源管理提供了长期的背景数据，将为准确评估中亚的气候水文变化提供科学依据。研究成果也为科学认识自然环境变化对过去千年欧亚大陆社会历史进展的影响提供研究基础。

全球公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟

中国科学技术大学赵纯、安虹等与合作者在新一代神威超级计算机上首次实现了长达7天的全球3公里空间分辨率大气物理-化学全耦合数值模拟试验。相关成果发表于《科学通报》（Science Bulletin）。近年来，频繁发生的极端和高影响天气和空气污染事件，如暴雨、暴雪、高温、干旱、雷暴、台风、冰雹、寒潮、霾、沙尘暴等，不仅对人民的生产生活带来严重影响，甚至会造成不可估量的生命和财产损失。研究基于新一代国产神威超算平台，研发了包含大气成分演变过程的全球高分辨率非静力平衡大气数值模式，在大规模数据读写速度、并行计算效率、规模可扩展性、运行时效性等多个方面开展大气数值模拟。

古生物学

白垩纪琥珀中发现伪细颈虫科新属

中山大学生态学院古生物团队包童等人对缅甸北部白垩纪琥珀生物群中的腐食类甲虫进行鉴定分析，确定了一种伪细颈虫科新属种“格氏悟空甲”，并对其古生态意义进行了讨论。相关成果发表于《白垩纪研究》（Cretaceous Research）。伪细颈虫科现存约50属1000种，除南极洲外，广泛分布于世界各个大陆。现生伪细颈虫科甲虫食性与栖息生境多样性高。根据现有记录，部分类群成虫栖息于阔叶被子植物灌木丛，幼虫生活在树皮、落叶等腐殖质聚集层。研究结果丰富了缅甸琥珀森林里腐生甲虫的多样性，体现出当时的生态系统的发展状况。

热河生物群对齿兽新标本为兽类起源提供新证据

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所毛方园研究员与合作者研究了产于辽宁省大平房九佛堂组的对齿兽类乳齿兽新标本，为认识兽类的起源演化过程提供了新的证据。相关成果发表于《波兰古生物学学报》（Acta Palaeontologica Polonica）。鼹兽是体形极小如鼩鼱的哺乳动物，已知的化石都比较破碎，多以单个牙齿保存。论文涉及的乳齿兽标本，是鼹兽科中已知唯一保存了骨架和完整齿列的属种，在完整齿列、下颌、头骨等结构上，为这个类群的形态学提供了非常丰富的信息;与张和兽类中已知最好的代表源掠兽对比，深入揭示了两个类群的异同。

准噶尔盆地古新世轮藻化石指示轮藻植物群的亚洲起源

中国科学院南京地质古生物研究所李莎与国内合作者联合报道了准噶尔盆地南戈壁地区古新世晚期轮藻植物群的研究成果。相关论文发表于《古生物学杂志》（Journal of Paleontology）。研究发现，在轮藻的洲际传播过程中，水鸟可能起到了关键作用。在中亚和欧洲始新世中、晚期地层中出现一些相同的鸟类化石组合支持了这一观点。根据现生轮藻传播的研究，轮藻的藏卵器既可以附着于鸟类的爪和羽毛上，也可以被鸟类摄入进入其消化道或盲肠中。当藏卵器被携带于候鸟的消化道中，它们能在相距100～150英里（约161～241公里）的湖泊之间传播;而当藏卵器被携带于候鸟的盲肠中，它们可能会被携带至更远距离的湖泊。

穴居鱼类神经和全身脂质代谢途径的洞穴适应研究

中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究组、动物研究所孟凡伟团队合作，揭示穴居鱼类的神经和全身脂质代谢途径的洞穴适应。相关成果发表于《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）。世界各地的洞穴鱼独立进化出一系列穴居生物特征和行为的适应以提高生存能力。研究发现洞穴金线鲃的神经脂质代谢可塑性，尤其是增强线粒体氧化磷酸化等过程可能有助于穴居行为适应;消除洞穴鱼不必要的形态和行为特征（例如高级眼部功能和社会行为的丧失），有助于减少能量消耗，在食物供应不规律的洞穴环境中赋予其生存选择优势。研究还结合脑转录组的基因集富集分析和免疫染色、电镜等手段对质谱结果进行了验证。

古生物学

澄江动物群生活环境研究

云南大学古生物研究院马晓娅团队开展了澄江生物群栖息于三角洲环境的研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。云南省东部寒武纪早期的澄江生物群是迄今为止已知的最古老的动物化石群之一，距今约有5.18亿年。研究通过对澄江生物群化石出产地层的完整岩芯进行详细的沉积构造和沉积微相研究，揭示出澄江生物群主要栖息于氧含量充足、营养丰富的三角洲前缘浅海环境，间歇性的风暴流将澄江生物群分子搬运到毗邻的缺氧、少氧的深水环境埋藏并保存下来。由于浅水三角洲环境较为动荡，指示这些早期生物能耐受强烈的盐度波动和快速的沉积物堆积。这些不稳定的环境压力也可能有助于早期动物的适应性辐射。

壳斗科植物系统基因组学研究

中国科学院华南植物园王宝生研究员和美国杜克大学科学家合作，利用系统基因组学和群体遗传学研究方法，揭示壳斗科植物的系统发育关系、分化历史和种间杂交的遗传效应。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。自白垩纪末期，壳斗科植物经历了多次快速分化。综合分析形态特征的演化模式、种子传播者出现时间和古气候数据，证实了响应环境变化的性状创新和动植物的协同进化是壳斗科物种多样性产生的重要推动力。壳斗科植物物种间发生过频繁的古杂交事件，导致核基因树与叶绿体基因树之间存在强烈的冲突。研究进一步通过单倍型分析与基因功能注释，证实了古杂交事件导致的基因渐渗具有适应性意义。

钩虾从天山扩散到北寒带

中国科学院动物研究所研究员李枢强、侯仲娥团队等对全球567个钩虾的分子数据、3180个分布数据分析，发现湖泊钩虾起源于天山，在上新世至更新世扩张到阿尔卑斯山、喜马拉雅山和青藏高原、东亚北部，以及通过白令陆桥到北美落基山等高山湖泊中，并拓殖到环北寒带冰川湖中;钩虾走出起源地天山后，分化速率加快。相关成果发表于《全球变化生物学》（Global Change Biology）。高山湖泊是钩虾全球迁移扩张的通道，更新世气候变冷形成大量的高山湖泊或冰川湖，驱动钩虾多次从天山拓殖到阿尔卑斯-喜马拉雅山系、落基山系及环北寒带湖泊中。研究定义这种新的分化方式为“出芽式分化”。

江西首次发现4.38亿年前古老的真盔甲鱼类

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所盖志琨、赵文金等开展了志留纪真盔甲鱼类的最新研究。相关成果发表于《亚洲地球科学杂志》（Journal of Asian Earth Sciences）。江西武宁志留纪兰多维列世特列奇早期（大约4.38亿年前）清水组中发现的早期真盔甲鱼类的两个新物种：俊卿清水鱼和刺猬安吉鱼，这是真盔甲鱼类在赣西北地区下红层中的首次发现，代表了迄今为止最古老、最原始的真盔甲鱼类化石记录。研究为下扬子地区长期存有争议的志留系海相红层的划分对比及时代确定、真盔甲类和多鳃鱼类分异时间的估算等提供了关键化石证据。

认知科学

构成东亚和欧洲人群面部形态差异的遗传变异

中国科学院上海營养与健康研究所汪思佳研究员团队和复旦大学金力院士团队联合国内外科研机构，在迄今为止最大规模的东亚人群数据中，通过一套基于图像分析与计算机算法的人类头面部特征自动量化方法，进行了头面部表型与基因型的相关分析。相关成果发表于《自然·遗传学》（Nature Genetics）。文章从遗传与进化的角度，解析了人类头面部表型差异热点规律，揭示了部分东亚独特面部形态的遗传作用机制，也定位出了造成欧亚面部差异的遗传因素。研究成果是在人类表型组计划推进过程中，以表型组学理念、范式和方法开展生命科学研究的又一次成功尝试，对人类自身的认识具有重大意义。

人类小脑功能异质背后的遗传学证据

中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心樊令仲研究组联合国内外研究机构，揭示了小脑功能异质性及其驱动因素（即小脑连接、小脑-皮层连接）的遗传基础，为解析自发状态下小脑内在功能组织模式提供证据。相关成果发表于《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）。相较于对人类大脑功能组织模式的认识，人类对功能分离和功能整合之间的关系在人类小脑中是如何表征和交互的仍知之甚少。人类小脑虽然体积小，仅占整个人脑体积的十分之一，但却包含了整个脑部50%以上的神经细胞。过去研究人员认为小脑区域只在运动任务和感觉信息处理中发挥作用，现在越来越多的研究发现它还参与到了情绪、语言、记忆等高级认知功能中。

表征富集理论研究

北京脑科学与类脑研究中心与北京师范大学双聘研究员柳昀哲课题组系统整合近年来在神经活动解码方面的突出贡献，并提出表征富集理论（representation-rich）。相关成果发表于《自然·综述：神经科学》（Nature Reviews Neuroscience）。“读心解梦”长期以来是人们的梦想，从弗洛伊德对于潜意识意义的追寻，到当今神经科学的神经信号解码，人们采用主观或客观的方式理解“梦”这一人类高级智能行为的脚步从未停止。表征富集理论，以神经活动重现为窗口，为理解人类高级认知的“黑箱”开了一扇“亮窗”。未来采用表征富集理论，对睡眠和静息态的自发神经活动进行解码，将为研究者理解疾病、发育及教育提供丰富的支持。

猕猴在吃豆人游戏中体现高级认知能力

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、灵长类神经生物学国家重点实验室杨天明研究组开展了猕猴在吃豆人游戏中的分层组合策略研究。相关成果发表于《e生命》（eLife）。这一研究着眼于系统认知神经科学和人工智能广泛关注的交叉领域，将复杂的行为范式和严谨的计算建模进行结合，设计了一种新颖有趣的实验范式——“吃豆人游戏”，并训练猕猴学会使用摇杆完成游戏范式的主要任务。结果表明，猕猴能够优化掌握一套策略基组，并采用分层决策的方式来解决复杂的任务。研究定量探究了猕猴解决复杂问题的启发式行为策略特点，为阐释大脑实现高级认知功能的计算机制提供了全新方法。

认知科学

怀旧情绪镇痛的丘脑-皮层机制

中国科学院心理研究所孔亚卓研究组和蔡华俭研究组合作，揭示了怀旧镇痛作用的神经机制。相关成果发表于《神经科学杂志》（Journal of Neuroscience）。怀旧是一种对过去包含情感的渴望感，是一种与自我相关、苦乐参半但主要是积极的社会情绪。研究者通过功能磁共振（fMRI）技术，使用全脑分析、中介分析等方式，探寻当健康被试者在观看怀旧图片后经历热痛时大脑的活动变化。结果证明了怀旧的镇痛作用，发现了编码怀旧的关键脑区，阐明了怀旧镇痛的神经机制。作者认为，编码怀旧的前丘脑激活可预测编码疼痛的后顶叶丘脑激活。同时，丘脑调节伤害性输入，并在触发脑干镇痛通路中发挥关键作用。

人工智能（AI）抑郁症识别研究

首都师范大学信息工程学院尚媛园教授团队与美国西弗吉尼亚大学同行合作，开展了融合局部四元数和全局深度网络的抑郁症识别模型研究。相关成果发表于《IEEE情感计算会刊》（IEEE Transactions on Affective Computing）。基于AI的抑郁症识别问题是情感识别领域的国际前沿研究问题。研究团队在前期抑郁症识别的视觉可解释特征与学习范式研究成果的基础上，进一步开展了人工智能的数学解释研究，并将深度学习与四元数理论相结合，构建全局深度网络与局部四元数结构的混合模型，深度挖掘抑郁症患者视觉特征与诊断结果的关联，为医学相关研究提供解释或印证。

“社会层级”行为的神经控制机理研究

上海交通大学电子信息与电气工程学院卢策吾团队开展了行为理解最新研究。相关成果发表于《自然》（Nature）。研究基于计算机视觉技术定量阐释了机器视觉行为理解与脑神经的内在关联，首次建立了其稳定映射模型，形成基于大规模计算机视觉行为检测-脑神经信号关联发现行为神经回路的新研究范式。基于这个机器学习模型，联合团队深入解析了“社会层级”（Social Hierarchy）行为神经控制机理（比如，低等级小鼠会让高等级小鼠优先进食，低等级小鼠会表现出服从行为）。结果显示，小鼠内侧前额叶皮层-外侧下丘脑（mPFC-LH）回路具有控制社会层次行为的功能，并得到严格生物学实验的证实。

抑郁症脑功能连接组梯度紊乱的分子机制

北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室贺永、夏明睿团队与国内合作者采用青少年和成人静息态功能磁共振脑影像多中心大数据及人脑标本基因表达数据，揭示重性抑郁障碍患者脑功能连接组梯度的紊乱模式及其分子机制，建立了基于脑连接组梯度预测抗抑郁药物治疗效果的脑网络影像学标志物。相关成果发表于《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）。抑郁症是青少年到成人最為常见的精神障碍，在出现情绪低落等核心症状的同时，伴随着从初级感觉到高级认知功能的损伤。在青少年和成年人中，脑功能网络的首要连接梯度呈现从初级皮层到联合皮层的渐变模式，高度契合了人脑信息加工层级化的突触分布。

图A：功能磁共振范式，包括观看怀旧图片（线索阶段）和接受热痛刺激（疼痛阶段）;图B：在线索和疼痛阶段，大脑激活与行为评分之间存在显著相关性;图C：PPI分析;图D：中介分析;图E：怀旧镇痛的丘脑中心通路模型（图片来源于中国科学院心理研究所网站）

（本栏目责编：黄雪霜）