科技名刊精選

科技名刊精選

nature

大腦皮層的語(yǔ)義圖

Nature封面：一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的皮層表面，上面覆蓋有被預(yù)測(cè)會(huì)在相應(yīng)皮層位置引起特別強(qiáng)的反應(yīng)的單詞。單詞顏色表示語(yǔ)義類別：例如，綠色單詞大多是視覺和觸覺概念，而紅色單詞大多是社會(huì)概念。白色線條描繪出了人們以前就知道的興趣區(qū)域。Nature雜志第7600期封面文章報(bào)道了大腦皮層的語(yǔ)義。人們認(rèn)為，單詞和語(yǔ)言的意思表達(dá)在一個(gè)語(yǔ)義系統(tǒng)中，該系統(tǒng)則分布在整個(gè)大腦皮層的大部分地方。每個(gè)語(yǔ)義概念被表達(dá)在多個(gè)語(yǔ)義區(qū)域，而每個(gè)語(yǔ)義區(qū)域則代表多個(gè)語(yǔ)義概念。然而，所獲取的語(yǔ)義圖在不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間基本上是一致的。讀者可在http://gallantlab.org/huth2016這個(gè)網(wǎng)址體驗(yàn)該圖集的一個(gè)互動(dòng)版。

不成功的化學(xué)反應(yīng)方法所具有的價(jià)值

Nature封面：從失敗中學(xué)習(xí)。Nature雜志第7601期封面文章報(bào)道了不成功的合成反應(yīng)方法廣泛傳播所具有的價(jià)值，也顯示了利用機(jī)器學(xué)習(xí)等比傳統(tǒng)手段更快的速度得到潛在合成路徑的可能性。很多化學(xué)反應(yīng)從未進(jìn)入過(guò)期刊文章的“方法”部分，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是“不成功的”。然而，這種反應(yīng)仍能為產(chǎn)物形成所需反應(yīng)條件的界線提供有價(jià)值的信息。Alexander Norquist等人從實(shí)驗(yàn)室筆記本中抽出了一組這種“暗反應(yīng)”(特別是有關(guān)模板化的亞硒酸釩之形成的這種反應(yīng))，通過(guò)化學(xué)信息和性能豐富了這方面的數(shù)據(jù)。然后，他們采用這個(gè)暗反應(yīng)數(shù)據(jù)集訓(xùn)練過(guò)的一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果。該算法能夠以比人類直覺更大的準(zhǔn)確度來(lái)預(yù)測(cè)一個(gè)反應(yīng)是會(huì)成功還是失敗。

易于再生的高性能活性碳替代材料

Nature封面：一種高表面積介孔β-環(huán)糊精。Nature雜志第7585期封面文章報(bào)道了一種易于再生的高性能活性碳替代材料。水體凈化和修復(fù)經(jīng)常是用各種形式的活性碳進(jìn)行的，這種方式成本低，但只能將很多有機(jī)污染物部分清除。然而，活性碳的再生利用能耗高，需要高溫，而且再生之后性能也會(huì)下降。現(xiàn)在William Dichtel、Damian Helbling及同事研發(fā)出一種用于水體修復(fù)的活性碳替代產(chǎn)品：一種基于交聯(lián)環(huán)糊精的多孔材料。這種材料不僅在吸附一系列藥物、殺蟲劑和其他污染物方面性能超過(guò)活性碳，而且還容易通過(guò)在室溫下沖洗來(lái)再生。

遠(yuǎn)古時(shí)代人類群體內(nèi)的暴力沖突

Nature封面：肯尼亞北部Nataruk的一個(gè)男子頭骨。Nature雜志第7586期封面文章的頭骨圖顯示造成該男子死亡的創(chuàng)傷。暴力和戰(zhàn)爭(zhēng)數(shù)千年來(lái)都在改變著人類社會(huì)，但考古記錄中所記載的群體內(nèi)沖突的根源卻是有爭(zhēng)議的，取決于這些沖突是怎樣被定義和識(shí)別的以及相關(guān)考古發(fā)現(xiàn)的保存狀況。化石發(fā)現(xiàn)表明，在全新世早期，狩獵/集采者中間存在群體內(nèi)暴力。在過(guò)去曾經(jīng)是一個(gè)小環(huán)礁湖的地方附近所發(fā)現(xiàn)的12個(gè)人體骨架中，10個(gè)都顯示了經(jīng)歷暴力死亡的證據(jù)。沒(méi)有跡象表明他們是被特意掩埋的，其中幾個(gè)人有多處大創(chuàng)傷。這可能為距今大約1萬(wàn)年前發(fā)生在圖爾卡納湖肥沃湖畔上的一次群體內(nèi)暴力沖突所造成的結(jié)果。

Science

瘧疾戰(zhàn)爭(zhēng)

Science封面：柬埔寨Palin農(nóng)場(chǎng)蚊帳里的外籍勞工。Science雜志第6284期封面文章報(bào)道了柬埔寨嚴(yán)峻的抗瘧工作。災(zāi)難降臨了柬埔寨和大湄公河地區(qū)，導(dǎo)致新一輪瘧疾的瘧原蟲對(duì)所有青蒿素復(fù)方制劑產(chǎn)生了抗性。這場(chǎng)疫情會(huì)擴(kuò)大到何種規(guī)模，以及它會(huì)橫掃哪些區(qū)域，目前仍然不得而知。瘧疾是經(jīng)按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病。寄生于人體的瘧原蟲共有四種，即間日瘧原蟲，三日瘧原蟲，惡性瘧原蟲和卵形瘧原蟲。青蒿素的抗瘧機(jī)理主要在作用于瘧原蟲的膜系結(jié)構(gòu)，使其泡膜、核膜以及質(zhì)膜均遭到破壞，線粒體腫脹，內(nèi)外膜脫落，從而殺滅瘧原蟲。

微生物組特刊

Science封面：努力工作的腸道微生物們。Science雜志第6285期封面文章報(bào)道了人類腸道內(nèi)的微生物影響人類健康的許多途徑，以及這樣的關(guān)系轉(zhuǎn)而會(huì)如何塑造這一復(fù)雜的群體。包括了3篇特寫報(bào)告、3篇綜述及1篇《視角》。來(lái)自于2個(gè)迄今為止最大的群組的腸道微生物數(shù)據(jù)就微生物組提供了前所未有的解讀，揭示了可影響微生物組成分的一般組成和因子。某些被一般認(rèn)為會(huì)影響成年人微生物組組成的生命早期事件與微生物組組成變異間沒(méi)有相關(guān)性，這些事件包括出生模式（剖腹產(chǎn)或順產(chǎn)）及嬰兒營(yíng)養(yǎng)（母乳喂養(yǎng)）。某些腸道微生物種類與疾病相關(guān)，這些數(shù)據(jù)對(duì)不同個(gè)體的微生物組變異提供了眾多且重要的見解。

微管二聯(lián)管是細(xì)胞纖毛內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的雙軌通道

Science封面：真核細(xì)胞纖毛內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的雙軌通道。Science雜志第6286期封面揭示了微管二聚體幾何結(jié)構(gòu)作為方向特異性軌道協(xié)助纖毛組件雙向運(yùn)輸。纖毛是一種對(duì)多數(shù)真核細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，感知起關(guān)鍵作用的大分子機(jī)器。軸絲是其保守的核心結(jié)構(gòu)，包含9個(gè)微管二聯(lián)體，每個(gè)包括一個(gè)完全A型微管和一個(gè)不完全B型微管。迄今為止這個(gè)二聯(lián)管幾何結(jié)構(gòu)的功能尚未清楚。科學(xué)家構(gòu)建一種時(shí)間分辨相關(guān)熒光和三維電子顯微鏡技術(shù)，用以研究纖毛組裝和拆卸過(guò)程中沿微管運(yùn)輸纖毛構(gòu)件的纖毛內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的動(dòng)態(tài)情況。發(fā)現(xiàn)每個(gè)微管二聯(lián)體都可作為雙向雙軌通道：正向沿B型微管運(yùn)輸，逆向沿A型微管運(yùn)輸。

氣候變化的哨兵，北極變暖讓候鳥在熱帶付出代價(jià)

Science封面：遷徙中的紅腹濱鷸。Science雜志第6287期封面文報(bào)道了紅腹濱鷸遷徙的困境。紅腹濱鷸Canutus亞種（Calidris canutuscanutus）每年在苔原帶的繁殖地和非洲的越冬地之間遷徙。衛(wèi)星圖片顯示，在過(guò)去的33年，紅腹濱鷸的繁殖地的融雪時(shí)間平均每年提早了半天，即在30多年內(nèi)一共提前了2周多。融雪提前也導(dǎo)致了昆蟲數(shù)量高峰期的提前，而昆蟲是這些鳥類在極地最主要的食物。研究發(fā)現(xiàn)出生在較為溫暖的年份的濱鷸身體更小，因?yàn)樗鼈兂鰵r(shí)間與食物高峰期不匹配。當(dāng)這些體型較小的個(gè)體飛至非洲的越冬地時(shí)，它們的生存率又會(huì)因?yàn)猷共枯^短、不能取食到埋在泥灘較深處的高質(zhì)量貝類而降低。這一過(guò)程也許會(huì)讓紅腹濱鷸向著體型更小、喙部更長(zhǎng)的方向演化。

基因工程

CRISPR-Cpf1結(jié)合crRNA的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃志偉研究團(tuán)隊(duì)揭示了CRISPR-Cpf1識(shí)別CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切precrRNA成熟的分子機(jī)制，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。CRISPR-Cas系統(tǒng)是細(xì)菌編碼的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)RNA引導(dǎo)的效應(yīng)蛋白剪切病毒的DNA或者RNA從而抵抗病毒的感染。該系統(tǒng)之一的CRISPR-Cas9系統(tǒng)被用來(lái)作為可編程的基因編輯工具用于細(xì)胞內(nèi)目的DNA的剪切、表達(dá)、修飾、突變。該研究解析了crRNA的Cpf1復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)細(xì)菌如何通過(guò)CRISPR系統(tǒng)抵抗病毒入侵的分子機(jī)理；而且為成功改造Cpf1系統(tǒng)，使之成為特異的、高效的全新基因編輯系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

LbCpf1–crRNA復(fù)合體結(jié)構(gòu)

不同物種Cpf1蛋白序列比對(duì)

基因密碼子表的內(nèi)在規(guī)律

中科院北京基因組研究所基因組科學(xué)與信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡松年組客座研究員陳衛(wèi)華與多國(guó)科學(xué)家合作，對(duì)“能量節(jié)省”壓力下基因組的演化情況進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。研究表明，在ns位點(diǎn)上，由于得到的mRNA便宜，轉(zhuǎn)錄傾向于使用便宜的核酸，而因?yàn)榈玫降陌被岜阋耍g傾向于使用貴的核酸。由于氨基酸的平均價(jià)格更高，ns位點(diǎn)總體上傾向于使用貴的核酸。由于轉(zhuǎn)錄和翻譯是選擇的兩大助力，這種趨勢(shì)隨編碼基因的表達(dá)豐度而更為顯著。文章進(jìn)一步從進(jìn)化生物學(xué)角度解釋了為什么低GC%的物種基因組往往較小，而高GC%物種的基因組可以較大。

基因組編輯新技術(shù)

河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院青年教師韓春雨副教授找到了對(duì)基因組位點(diǎn)編輯范圍更廣的基因編輯工具，研究論文發(fā)表于《自然-生物技術(shù)》。該工具完全不同于以RNA為向?qū)У腃RISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。這種從古細(xì)菌來(lái)源的Argonaute，利用短鏈DNA作向?qū)В嬲龑?shí)現(xiàn)了對(duì)基因組的任意位置進(jìn)行切割，將基因編輯的可能性推入了更廣泛的境地。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括向?qū)гO(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)便；可編輯基因組內(nèi)任何位置；由于向?qū)Ш怂崾荄NA而非RNA，因此避免了RNA易于形成復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)而帶來(lái)的失效或者脫靶效應(yīng)；對(duì)游離于細(xì)胞核的DNA具有更高的切割效率。

乙肝病毒共價(jià)閉合環(huán)狀DNA

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所陳志英團(tuán)隊(duì)成功用微環(huán)DNA技術(shù)生產(chǎn)出乙肝病毒共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（cccDNA），為開發(fā)根治慢性乙肝病毒感染的治療藥物提供了重要條件，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》。cccDNA是乙肝病毒復(fù)制的模板，其在肝細(xì)胞核內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定的存在被認(rèn)為是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治療停止后復(fù)發(fā)的最重要因素。徹底清除殘余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的關(guān)鍵。利用微環(huán)DNA技術(shù)在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生產(chǎn)出了毫克級(jí)別的重組cccDNA。該重組cccDNA無(wú)論在結(jié)構(gòu)還是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重組cccDNA能介導(dǎo)病毒基因組復(fù)制、病毒基因表達(dá)，并能產(chǎn)生完整的感染性病毒顆粒。

基因工程

單細(xì)胞尺度解析造血干細(xì)胞起源

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬研究組和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院（解放軍307醫(yī)院）劉兵研究組、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院天津血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）袁衛(wèi)平研究組合作，在單細(xì)胞分辨率解析造血干細(xì)胞的形成過(guò)程。在功能和基因表達(dá)方面、在單細(xì)胞水平上研究了小鼠造血干細(xì)胞形成和特化過(guò)程中的關(guān)鍵特征；相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志。造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物體內(nèi)所有血液細(xì)胞的干細(xì)胞，在合適的條件下只要造血干細(xì)胞的一個(gè)單細(xì)胞就可以在體內(nèi)產(chǎn)生所有類型的血液細(xì)胞，因而對(duì)哺乳動(dòng)物血液系統(tǒng)功能的長(zhǎng)期維持和穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。精確地分離單個(gè)具有功能的干細(xì)胞是開展后續(xù)一系列研究的前提條件。

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過(guò)程中單細(xì)胞分辨率的發(fā)育路徑示意圖

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過(guò)程的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析

選擇性剪切對(duì)擬南芥蛋白質(zhì)多樣性貢獻(xiàn)

中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴研究組在全基因組水平通過(guò)分析與核糖體結(jié)合的mRNA來(lái)研究翻譯組的構(gòu)成，并與總mRNA所代表的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較，研究成果發(fā)表于《分子植物》。選擇性剪切是一種重要的調(diào)控機(jī)制，能夠增加轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的多樣性。該研究發(fā)現(xiàn)有35%的選擇性剪切事件能夠被翻譯，并且其中大部分（81%）會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)編碼能力的多樣化。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)一些弱翻譯的選擇性剪切mRNA可能通過(guò)無(wú)義介導(dǎo)的mRNA降解途徑降解，非翻譯的選擇性剪切mRNA則不通過(guò)此途徑降解。該研究報(bào)道了植物選擇性剪切對(duì)蛋白質(zhì)組多樣性的貢獻(xiàn)，并分析了植物與動(dòng)物中可變剪切的區(qū)別。

倍半萜生物合成基因

中科院武漢植物園天然藥物生物合成學(xué)科組章焰生研究團(tuán)隊(duì)，以湖北武漢和貴州遵義的蒼耳為研究材料，分別建立了不同化學(xué)型蒼耳葉片及蒼耳腺毛(蒼耳中倍半萜內(nèi)酯合成和貯存的器官為表面的球狀腺毛)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，篩選并克隆了3條倍半萜合成途徑上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并進(jìn)行了功能分析，研究成果發(fā)表于《植物與細(xì)胞生理學(xué)》。倍半萜內(nèi)酯是菊科植物的特征性成分和主要的藥用成分，具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸蟲和抗過(guò)敏活性方面具有較好的醫(yī)用價(jià)值。該研究為運(yùn)用合成生物學(xué)技術(shù)規(guī)模化合成特異倍半萜提供了必要的基因元件。

哺乳動(dòng)物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜

中科院上海生命科學(xué)研究院計(jì)算生物學(xué)研究所Philipp Khaitovich研究組首次繪制了哺乳動(dòng)物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜，發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)水平存在廣泛差異，研究結(jié)果發(fā)表于《基因組學(xué)與進(jìn)化》。利用高通量測(cè)序技術(shù)系統(tǒng)地測(cè)定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大腦前額葉皮質(zhì)組織中snRNA和snoRNA的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表達(dá)量在人腦中卻發(fā)生了巨大變化。SNORA29 在人腦中表現(xiàn)為特異表達(dá)缺失，并且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SNORA29在非人靈長(zhǎng)類的神經(jīng)元中特異表達(dá)，提示其在人腦認(rèn)知功能形成中的潛在作用。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是snoRNA表達(dá)調(diào)控的重要機(jī)制。

考古科學(xué)

冰河時(shí)代歐亞人群的遺傳譜圖

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所在《自然》雜志發(fā)表“冰河時(shí)期的歐洲人群歷史”論文，文章第一作者付巧妹研究員與美、德、意等國(guó)合作研究表明：早期現(xiàn)代人中尼安德特人的基因含量在很短的時(shí)間里下降1.5~3倍。在距今37000年~14000年間，歐洲人群具有很大的連續(xù)性，因此尼安德特人的基因含量在很短的時(shí)期內(nèi)下降不能用不同人群混合稀釋來(lái)解釋；歐洲存在一個(gè)早期現(xiàn)代人的重要群體，他們對(duì)后期人群影響很大。該地區(qū)有些群體在其間消失。這些在不同時(shí)空分布的51個(gè)個(gè)體不僅揭示出各自本身和所在群體的遺傳信息，還反映了不同人群的相互關(guān)系；末次冰期結(jié)束后的第一個(gè)強(qiáng)烈變暖事件對(duì)歐洲人群結(jié)構(gòu)影響很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期結(jié)束后與近東人群出現(xiàn)了很強(qiáng)的聯(lián)系。

歐亞距今45000年－7000年間51個(gè)留下遺傳信息的人類個(gè)體的年代和分布

冰河時(shí)代現(xiàn)代人印象圖（Stefano Ricci供圖）

植物化石揭示中生代古大氣二氧化碳濃度

中科院南京地質(zhì)古生物研究所出站博士后、蘭州大學(xué)副教授吳靖宇，與合作導(dǎo)師王永棟等，對(duì)采自甘肅東部華亭礦區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組以及中侏羅統(tǒng)延安組發(fā)現(xiàn)的兩種似銀杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）進(jìn)行細(xì)致研究，依據(jù)氣孔參數(shù)重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962 ppmv和1320 ppmv。結(jié)合課題組前期研究成果指出，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣二氧化碳濃度大致呈先下降后升高的趨勢(shì)，該研究成果發(fā)表于《古生物學(xué)雜志》雜志。銀杏化石是恢復(fù)古大氣CO2應(yīng)用最為廣泛的指示植物之一，該項(xiàng)研究對(duì)GEOCARB III 和Crustal Production模型進(jìn)行校正和補(bǔ)充。

柱鏟齒象

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究人員發(fā)現(xiàn)臨夏盆地的“保德四棱齒象”實(shí)際上也應(yīng)該歸入柱鏟齒象，研究者為其建立了一個(gè)新種——粗壯柱鏟齒象（Konobelodon robustus），這一最新研究成果發(fā)表在國(guó)際雜志《地學(xué)多樣性》。該研究表明，甘肅省臨夏盆地的粗壯柱鏟齒象的時(shí)代比歐洲和美洲的種都要早，具有很多原始特征，因此是其它兩個(gè)種的祖先類型。柱鏟齒象和鏟齒象相似的結(jié)構(gòu)可能是獨(dú)立起源的，并不能代表演化上的直接聯(lián)系。柱鏟齒象起源有兩種可能性。其一，柱鏟齒象與美洲的扁齒象是姐妹群的關(guān)系，它們共同起源于歐亞大陸的原互棱齒象；其二，柱鏟齒象起源于歐亞大陸的四棱齒象。

最早大型復(fù)雜多細(xì)胞生物化石或是植物的先祖

中科院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員課題組揭示了距今15.6億年前，已有個(gè)體長(zhǎng)達(dá)30厘米以上的大型多細(xì)胞生物化石群出現(xiàn)，它們或是植物的先祖，該研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。此前研究表明，距今18-8億年前的地球表層巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈維持在近乎不變的“穩(wěn)定”狀態(tài)，因而被學(xué)術(shù)界稱為“枯燥的10億年”。這一發(fā)現(xiàn)將地球上大型復(fù)雜多細(xì)胞生物的出現(xiàn)時(shí)間提前了近10億年。生命大約自40億年前在地球上出現(xiàn)以來(lái)，之后差不多30多億年的演化過(guò)程被認(rèn)為非常緩慢，直到距今6億年前都一直以肉眼不可見的微型、簡(jiǎn)單的微生物形式存在。

考古科學(xué)

靈長(zhǎng)類的“演化濾器”——3400萬(wàn)年前環(huán)境劇變影響人類起源

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所倪喜軍研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)全球氣候變化改變了靈長(zhǎng)類的演化軌跡，研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)》。距今3400萬(wàn)年前的全球氣候劇變，南極冰蓋急劇擴(kuò)大，海平面急劇下降，森林大面積消失，地球由此從大“溫室”變成大“冰屋”。由于靈長(zhǎng)類動(dòng)物對(duì)溫度非常敏感，因此原來(lái)繁盛于北美、亞洲北部和歐洲的靈長(zhǎng)類近乎完全滅絕。而在非洲北部和亞洲南部仍保留有熱帶叢林的區(qū)域，它們得以幸存。這個(gè)“演化濾器”，強(qiáng)烈影響了靈長(zhǎng)類動(dòng)物的宏演化，使之演化軌跡發(fā)生巨大改變，而這一變化直接導(dǎo)致現(xiàn)生類人猿主要支系的產(chǎn)生。最早的類人猿化石出現(xiàn)于4500萬(wàn)年前的亞洲，但在經(jīng)歷了始新世—漸新世“演化濾器”作用之后，亞洲的類人猿走向滅絕，非洲的類人猿卻走向繁盛之路。

靈長(zhǎng)類動(dòng)物狐猴類（左）和類人猿（右）演化“過(guò)濾”圖示

漸新世早期云南省多樣化的靈長(zhǎng)類動(dòng)物

挑剔的雌性主導(dǎo)性別異時(shí)進(jìn)化

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所王世騏研究員發(fā)現(xiàn)在生物進(jìn)化過(guò)程中，除了自然選擇以外，性選擇也起到了非常重要的作用，該研究成果發(fā)表于《古脊椎動(dòng)物學(xué)報(bào)》。生物進(jìn)化理論從另一個(gè)方面闡釋了雌性所擁有的主導(dǎo)權(quán)。通過(guò)對(duì)甘肅臨夏盆地中中新統(tǒng)曾家地點(diǎn)的葛氏鏟齒象居群的研究發(fā)現(xiàn)，雄性比雌性具有更隆起的腦顱部和更加退縮的鼻骨。隆起的腦顱和退縮的鼻骨都是接近于現(xiàn)生象的進(jìn)步特征，隆起的顱骨使顳部肌肉收縮力增強(qiáng)，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越長(zhǎng)。這種現(xiàn)象不僅在鏟齒象中，在歐洲中中新世的嵌齒象中也有發(fā)現(xiàn)。從某種意義上說(shuō)，在中新世時(shí)期，長(zhǎng)鼻類雄性的進(jìn)化似乎比雌性要領(lǐng)先一步。

中國(guó)發(fā)現(xiàn)最早的節(jié)肢動(dòng)物無(wú)節(jié)幼蟲化石

云南大學(xué)云南省古生物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室古生物學(xué)家侯先光教授和劉煜博士與德國(guó)、美國(guó)科學(xué)家合作，從云南澄江動(dòng)物化石群中發(fā)現(xiàn)了5.2億年前一種三維立體保存的無(wú)節(jié)幼蟲化石，相關(guān)成果發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》。澄江動(dòng)物化石群距今已有5.2億年歷史，其中保存了大量精美的節(jié)肢動(dòng)物化石。這是迄今發(fā)現(xiàn)最早的節(jié)肢動(dòng)物無(wú)節(jié)幼蟲化石,該幼蟲體長(zhǎng)僅為2毫米，經(jīng)熒光顯微鏡和掃描電鏡分析，它被鑒定為澄江化石群中大附肢節(jié)肢動(dòng)物林喬利蟲的早期幼蟲。此幼蟲的發(fā)育模式為早期節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)化提供了直接的化石證據(jù)，證明無(wú)節(jié)幼蟲類的發(fā)育模式并不是僅存在于甲殼動(dòng)物當(dāng)中。

最古老的鳥類食團(tuán)揭示早期鳥類的消化系統(tǒng)

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所王敏、周忠和與舒柯文研究組報(bào)道了一件保存有食團(tuán)的反鳥類化石，這是迄今最古老的有關(guān)鳥類食團(tuán)的化石記錄，發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》。食團(tuán)內(nèi)主要為狼鰭魚的骨骼碎片，這一發(fā)現(xiàn)首次揭示反鳥類能夠以魚類為食，并表明早白堊世的鳥類就已經(jīng)具有和現(xiàn)生鳥類相似的消化系統(tǒng)。這件保存有食團(tuán)的反鳥類標(biāo)本發(fā)現(xiàn)于遼西早白堊世的九佛堂組，距今約1.2億年。在對(duì)標(biāo)本的觀察中發(fā)現(xiàn)，其肱骨下方有一紡錘形的團(tuán)聚物，包含有狼鰭魚的骨骼碎片。結(jié)合現(xiàn)生鳥類、鱷魚的消化系統(tǒng)對(duì)比，研究者將其解釋為鳥類的食團(tuán)，食團(tuán)的形成依賴于肌胃的收縮和消化道的逆蠕動(dòng)作用。

天文地理

太陽(yáng)暗條和冕環(huán)之間的磁重聯(lián)過(guò)程中的精細(xì)結(jié)構(gòu)和詳細(xì)演化

中科院國(guó)家天文臺(tái)李樂(lè)平副研究員與國(guó)內(nèi)外學(xué)者合作發(fā)現(xiàn)磁重聯(lián)精細(xì)結(jié)構(gòu)及其演化，研究結(jié)果發(fā)表于《自然-物理》。磁重聯(lián)是方向相反的磁力線相互靠近、斷開再重新連接的現(xiàn)象。它在無(wú)垠宇宙中所有磁化等離子體系統(tǒng)（如日冕、恒星冕等離子體實(shí)驗(yàn)室等）中扮演著十分重要的角色，是磁能爆炸式釋放轉(zhuǎn)化為其它形式能量的基本物理過(guò)程。在天體物理研究中，它常被用來(lái)解釋多種天文現(xiàn)象（如太陽(yáng)耀斑、暗條爆發(fā)和伽馬暴等），但直接觀測(cè)磁重聯(lián)過(guò)程極其困難。通過(guò)分析太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)和日地關(guān)系天文臺(tái)兩顆衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)爆發(fā)暗條碰到冕環(huán)時(shí)，它們相互作用，構(gòu)成了典型的X型重聯(lián)結(jié)構(gòu)，證實(shí)了三維磁重聯(lián)理論。

爆發(fā)暗條和冕環(huán)之間磁重聯(lián)發(fā)生前（a和d）、過(guò)程中（b和e）和發(fā)生后（c和f）的SDO／AIA 335埃和171埃圖像觀測(cè)

爆發(fā)暗條和冕環(huán)之間磁重聯(lián)發(fā)生前（a）、過(guò)程中（b）和發(fā)生后（c）的示意圖

帕米爾東北緣前陸盆地物源變化對(duì)西構(gòu)造結(jié)印度板塊與亞洲南緣47Ma碰撞時(shí)間的約束

中科院地質(zhì)與地球物理研究所孫繼敏研究員與其合作者，對(duì)帕米爾東北緣前陸盆地奧依塔克剖面，開展了砂巖成分、同位素物源示蹤等綜合研究，相關(guān)成果發(fā)表于《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》。印度板塊與歐亞板塊的碰撞時(shí)間是青藏高原研究中歷時(shí)最長(zhǎng)、爭(zhēng)議最大的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，是青藏高原研究中的重要問(wèn)題。研究顯示奧依塔克剖面新增了來(lái)自科希斯坦-拉達(dá)克弧以及喀喇昆侖的物源，排除了南帕米爾來(lái)源的可能性。隨著帕米爾弧形構(gòu)造帶呈突刺狀向北強(qiáng)烈擴(kuò)展和遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，帕米爾北緣不斷隆升，逐漸阻隔了來(lái)自科希斯坦、喀喇昆侖地體的物質(zhì)，新的物質(zhì)來(lái)源以帕米爾、昆侖山地體為主。

新毫秒脈沖星

中科院國(guó)家天文臺(tái)李菂研究團(tuán)隊(duì)與澳大利亞科學(xué)家合作，在杜鵑座47球狀星團(tuán)的找到了2顆新的毫秒脈沖星，命名為J0024-7204aa和J0024-7204ab。把杜鵑座47球狀星團(tuán)的已知脈沖星數(shù)目從23顆更新為25顆，研究結(jié)果發(fā)表于《英國(guó)皇家天文學(xué)月刊》。這一發(fā)現(xiàn)將多次觀測(cè)的時(shí)域信號(hào)做傅立葉變換，在頻域?qū)⒐β首V對(duì)齊累加，提高信噪比，有助于探測(cè)到更弱的脈沖星信號(hào)。其中J0024-7024aa的色散值為杜鵑座47中最大，且自轉(zhuǎn)周期為1.84毫秒，為杜鵑座47中周期最短，在所有脈沖星中排在第12位。球狀星團(tuán)富含毫秒脈沖星和脈沖雙星系統(tǒng)，為FAST重要觀測(cè)目標(biāo)。針對(duì)FAST早期漂移巡天中重復(fù)觀測(cè)的特點(diǎn)，應(yīng)用非相干疊加方法可提高FAST脈沖星探測(cè)能力。

湖泊富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)砷循環(huán)的影響

中科院城市環(huán)境研究所顏昌宙團(tuán)隊(duì)對(duì)水和沉積相中砷形態(tài)的空間分布與季節(jié)變化、相關(guān)水體理化參數(shù)等開展系統(tǒng)研究，揭示了富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)湖泊環(huán)境中砷的生物地球化學(xué)循環(huán)的影響，相關(guān)成果發(fā)表于《整體環(huán)境科學(xué)》。在太湖流域按人類活動(dòng)強(qiáng)度梯度選取不同富營(yíng)養(yǎng)化水域，建立長(zhǎng)期定位生態(tài)環(huán)境觀測(cè)站。分析表明，夏、秋季重度富營(yíng)養(yǎng)化水域中總砷和五價(jià)砷的含量相對(duì)較高，其分布明顯受到總磷、鐵、錳和溶解性有機(jī)碳的影響；夏季重度和中度富營(yíng)養(yǎng)化水域的三價(jià)砷和甲基砷的含量與占比（占總砷的比例）均明顯高于中營(yíng)養(yǎng)水域。富營(yíng)養(yǎng)化環(huán)境引起磷、葉綠素a、鐵、錳和有機(jī)碳等主要水質(zhì)參數(shù)的變化，有利于水生態(tài)系統(tǒng)中砷的生物地球化學(xué)循環(huán)。

天文地理

赤道太平洋溫躍層內(nèi)動(dòng)力過(guò)程

中科院海洋研究所王凡研究組報(bào)道了赤道太平洋溫躍層內(nèi)小尺度動(dòng)力過(guò)程研究的最新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然-通訊》雜志。帶溫躍層內(nèi)部的小尺度動(dòng)力過(guò)程能夠影響溫躍層的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，從而決定厄爾尼諾的強(qiáng)弱及其發(fā)展過(guò)程。該研究利用研究海區(qū)所有的Argo浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)和熱帶大氣海洋觀測(cè)陣列（TAO）的高分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用多種診斷方法，確認(rèn)了赤道太平洋冷舌區(qū)強(qiáng)混合過(guò)程在溫躍層內(nèi)的普遍存在性，發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)混合過(guò)程在溫躍層下半部分和赤道潛流下半部分的存在性，揭示了強(qiáng)混合過(guò)程的發(fā)生規(guī)律，即其在熱帶不穩(wěn)定波（Tropical instability Wave，TIW）發(fā)生期間和在拉尼娜氣候狀態(tài)下發(fā)生的頻率更大，發(fā)生的層次更深。該成果可為厄爾尼諾和南方濤動(dòng)機(jī)理研究和數(shù)值模式改進(jìn)帶來(lái)重要啟示。

診斷獲取的赤道東太平洋某區(qū)域強(qiáng)混合過(guò)程的發(fā)生位置（綠色）及相應(yīng)的躍層范圍（棕色），以及診斷獲取的赤道東太平洋冷舌區(qū)月均的強(qiáng)混合過(guò)程的發(fā)生次數(shù)（顏色）

低理查森數(shù)下的月發(fā)生頻率

地球表層建模基本定律

中科院地理科學(xué)與資源研究所研究員岳天祥研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)微分幾何學(xué)與優(yōu)化控制論的有機(jī)結(jié)合，建立了以衛(wèi)星遙感/全球模型輸出的宏觀近似信息為驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，以地面觀測(cè)/空間采樣數(shù)據(jù)為優(yōu)化控制條件的高精度曲面建模（HASM）方法，研究成果發(fā)表于《環(huán)境地球科學(xué)》雜志。高精度曲面建模方法被廣泛應(yīng)用于模擬數(shù)字高程、土壤屬性、生態(tài)服務(wù)變化、生態(tài)系統(tǒng)變化驅(qū)動(dòng)力等空間動(dòng)態(tài)。在高精度曲面建模理論與方法及其廣泛應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，提煉形成了地球表層建模基本定律（FTESM）：地球表層及其環(huán)境要素曲面由外蘊(yùn)量和內(nèi)蘊(yùn)量共同唯一決定，在空間分辨率足夠細(xì)的條件下，地球表層及其環(huán)境要素的高精度曲面可運(yùn)用HASM方法構(gòu)建。

熱帶氣旋生成過(guò)程研究

中科院大氣物理研究所研究員崔曉鵬團(tuán)隊(duì)針對(duì)南海熱帶氣旋生成過(guò)程開展了一系列研究工作，研究成果發(fā)表于美國(guó)氣象學(xué)會(huì)《Mon. Wea. Rev》雜志。熱帶氣旋（Tropical Cyclone,簡(jiǎn)稱TC）是在熱帶或副熱帶暖洋面上生成的、具有暖心、低壓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈風(fēng)暴，TC在全球三個(gè)海區(qū)影響最大，即西北太平洋、西北大西洋和孟加拉灣。TC是低緯度地區(qū)重要的空中水資源，能極大緩解當(dāng)?shù)睾登楹透邷兀鼛?lái)的暴雨、大風(fēng)、暴潮及其引發(fā)的災(zāi)害，卻是對(duì)人類威脅最大的自然災(zāi)害之一。研究揭示了南海TC“榴蓮”生成期間的動(dòng)能收支特征和過(guò)程，給出了動(dòng)能收支概念模型。

銀河系衛(wèi)星星系奇異分布的可能起源

中科院紫金山天文臺(tái)南極天文和射電天文研究部研究員康熙團(tuán)隊(duì)研究了銀河系衛(wèi)星星系的速度分布，指出其奇異分布可以用目前流行的冷暗物質(zhì)模型解釋；與大部分漩渦星系不一樣，宇宙中呈現(xiàn)銀河系衛(wèi)星星系這種分布的可能性只有1%。；相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《英國(guó)皇家天文學(xué)月刊》。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種奇異分布跟星系群的形成歷史有關(guān)，大約1%的星系群在其形成過(guò)程中只吞食了一個(gè)大質(zhì)量衛(wèi)星星系，吞食的其他衛(wèi)星星系質(zhì)量都偏小，因此形成了類似銀河系這樣的一個(gè)較大的空白區(qū)域。銀河系可以很自然地呈現(xiàn)出衛(wèi)星星系的奇異分布，而不需要借助其他解決辦法，只不過(guò)這種情況出現(xiàn)的概率偏小，意味著銀河系在宇宙中也許真的很特殊。

納米技術(shù)

單原子分散貴金屬催化劑的制備和催化

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心鄭南峰和傅鋼課題組，采用乙二醇保護(hù)的超薄二氧化鈦納米片作為載體，應(yīng)用光化學(xué)方法，成功制備了負(fù)載量高達(dá)1.5wt%的單原子分散鈀催化劑；在溫和條件下高效脫除前驅(qū)體氯鈀酸上的氯離子是成功制備的關(guān)鍵；研究成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志。貴金屬催化劑廣泛應(yīng)用于環(huán)保、能源和化工等領(lǐng)域。貴金屬資源稀缺、價(jià)格高昂，將貴金屬單原子分散可以有效提高原子利用率，但為了避免團(tuán)聚，其金屬負(fù)載量很難提高。該研究展示了單原子分散催化劑在基礎(chǔ)研究中的重要作用，不僅為亞納米尺度上研究復(fù)雜界面化學(xué)過(guò)程提供了理想模型，還架起了均相和非均相催化之間的橋梁。

P d1-T i O2結(jié)構(gòu)表征

Pd1-TiO2加氫催化反應(yīng)機(jī)理

具有抗原快速釋放行為的pH敏感PLGA納米粒促進(jìn)免疫應(yīng)答

中科院過(guò)程工程研究所王連艷研究小組在納米顆粒誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，尤其是誘導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答方面取得進(jìn)展，成果發(fā)表于《ACSNano》。在前期納微顆粒性質(zhì)影響免疫學(xué)行為研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了具有薄皮大腔結(jié)構(gòu)的pH敏感聚乳酸-羥基乙酸(PLGA）納米粒，攜載模式抗原OVA和抗原釋放伴侶碳酸氫銨。當(dāng)納米粒被抗原提呈細(xì)胞攝取后，在內(nèi)體溶酶體的微酸環(huán)境下，當(dāng)氫離子進(jìn)入納米粒中，與碳酸氫銨反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳，撐破囊壁，快速釋放抗原，進(jìn)一步分布到胞質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)抗原的交叉提呈，提升細(xì)胞免疫應(yīng)答。研究結(jié)果表明，pH敏感納米粒顯著提升了抗原的交叉提呈水平（是實(shí)心顆粒的2倍多），提升了T細(xì)胞和B細(xì)胞的活化水平，促進(jìn)了細(xì)胞CTL殺傷能力，在清除胞內(nèi)感染中發(fā)揮巨大作用。

磁性納米粒子的自組裝與結(jié)構(gòu)調(diào)控

中科院化學(xué)所分子動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室姚立研究員等利用超低場(chǎng)磁成像綜合研究平臺(tái)，在磁性多功能自組裝體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)筑、性能調(diào)控與應(yīng)用方面的研究發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》。磁性納米粒子在現(xiàn)代科學(xué)的眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如核磁共振成像、生物醫(yī)藥、催化、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和環(huán)境保護(hù)等。通過(guò)將磁性納米粒子的多功能性與單孔中空的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其磁性能的調(diào)控和提升，并發(fā)展了一個(gè)集選擇性封裝、磁導(dǎo)航輸送、可控釋放于一體的智能生物醫(yī)學(xué)平臺(tái)。更重要的是，整個(gè)過(guò)程可通過(guò)磁共振成像手段實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種自組裝磁球用作智能納米載藥有望使癌癥治療可視化、更有效、更精準(zhǔn)。

超高靈敏度新型微波探測(cè)器

中科院蘇州納米所曾中明團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作在基于電子自旋特性的微波探測(cè)器件研究方面取得了新的進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然-通訊》。射頻微波探測(cè)器是微波系統(tǒng)中的重要電子器件，在通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙感、電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面具有廣泛應(yīng)用。利用薄膜制備技術(shù)精確控制納米磁性薄膜的界面特性，在“磁性自由層/隔離層/磁性固定層”三明治納米結(jié)構(gòu)中使自由層的磁矩垂直于薄膜平面，而固定層的磁矩平行于薄膜平面。由于兩磁性層的磁矩成近90度排列，極大地提高了自旋注入效率；該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的微波探測(cè)性能。該器件可在零磁場(chǎng)下工作，消除了對(duì)外加磁場(chǎng)的依賴，簡(jiǎn)化了器件結(jié)構(gòu)，降低了功耗。

納米技術(shù)

離子雜化多孔材料高效分離乙烯乙炔

浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院邢華斌團(tuán)隊(duì)與多國(guó)家科研人員合作，采用離子雜化多孔材料，突破了氣體分離選擇性和容量之間的trade-off效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了乙炔乙烯的高效分離，該結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志。人類社會(huì)的能源和資源越來(lái)越依賴于天然氣、頁(yè)巖氣和乙烯等氣體，這對(duì)高效節(jié)能的氣體分離技術(shù)提出了迫切需求。研究首次提出了離子雜化多孔材料分離乙炔和乙烯的方法，該材料擁有三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格上嵌有的無(wú)機(jī)陰離子通過(guò)氫鍵作用可專一性的識(shí)別乙炔分子，獲得迄今為止最佳的乙炔乙烯分離選擇性。同時(shí)調(diào)控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小，促使被吸附的乙炔分子之間或乙炔-多孔材料之間形成協(xié)同作用，獲得極高的乙炔吸附容量；從而解決了傳統(tǒng)氣體吸附過(guò)程分離選擇性和容量兼具的難題。

多孔材料結(jié)構(gòu)與氣體吸附過(guò)程

乙烯乙炔混合物IAST計(jì)算

嵌段共聚物自組裝形貌調(diào)控

中科院化學(xué)所王棟研究員使用表面駐極體調(diào)控嵌段聚合物的自組裝形貌，研究結(jié)果發(fā)表于《自然-通訊》。嵌段聚合物可以自發(fā)組裝為尺寸周期低于100nm以下納米的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而作為制備具有特定納米結(jié)構(gòu)材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高產(chǎn)易得的優(yōu)異特點(diǎn)，基于嵌段聚合物的納米刻蝕技術(shù)被認(rèn)為是最重要的下一代刻蝕技術(shù)之一。為了實(shí)現(xiàn)納米刻蝕技術(shù)的應(yīng)用，需要解決嵌段聚合物滿足垂直取向形貌控制和局部圖案調(diào)控方面的難題。研究人員利用電子束輻射SiO2/Si基底，制備出表面充電的駐極體；利用其產(chǎn)生的局域電場(chǎng)，對(duì)嵌段聚合物薄膜組裝進(jìn)行控制，成功實(shí)現(xiàn)了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。

納米發(fā)電機(jī)首次用于自驅(qū)動(dòng)干細(xì)胞分化

中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所劉宏研究員等在利用納米發(fā)電機(jī)刺激干細(xì)胞神經(jīng)分化方面取得研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《ACSNano》雜志。將摩擦納米發(fā)電機(jī)與高電導(dǎo)率的石墨烯復(fù)合維納纖維生物支架相結(jié)合，利用摩擦納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)，在沒(méi)有任何生物和化學(xué)誘導(dǎo)的條件下，在石墨烯復(fù)合微納纖維上實(shí)現(xiàn)了間充質(zhì)干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞高效的定向分化。該工作通過(guò)制備體積小、輸出高、輸出穩(wěn)定的分離式自驅(qū)動(dòng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG），以人腳步驅(qū)動(dòng)的TENG對(duì)具有導(dǎo)電性良好的石墨烯基維納復(fù)合纖維上粘附生長(zhǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行電刺激，成功調(diào)控了干細(xì)胞向神經(jīng)元分化。

基于自旋態(tài)精細(xì)調(diào)控實(shí)現(xiàn)高效電解水催化產(chǎn)氧

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)周仕明課題組、曾杰課題組與南開大學(xué)胡振芃課題組合作，優(yōu)化過(guò)渡金屬氧化物的催化性能實(shí)現(xiàn)高效電解水，研究結(jié)果發(fā)表于《自然-通訊》。通過(guò)改變LaCoO3納米顆粒的尺寸，研究人員能夠精細(xì)控制其自旋態(tài)轉(zhuǎn)變行為，成功實(shí)現(xiàn)了Co離子eg軌道有效電子填充數(shù)從1.0到1.3的調(diào)控。特別是當(dāng)顆粒尺寸在約80nm時(shí)，其eg軌道電子數(shù)約為1.2，此時(shí)產(chǎn)氧催化性能達(dá)到了最優(yōu)，并與其他報(bào)道的具有eg1.2電子組態(tài)高效催化劑的性能相當(dāng)。過(guò)渡金屬氧化物的電解水催化性能與其晶體結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。特別是對(duì)具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物而言，電催化產(chǎn)氧性能與其過(guò)渡金屬離子的3d電子中eg軌道有效填充數(shù)緊密相連。