nature封面:達(dá)爾文在《物種起源》結(jié)尾所描繪的各個物種交錯生長的“枝蔓纏繞的河岸”示例。nature雜志第7780期封面文章報道了“千種植物轉(zhuǎn)錄組”計劃的科學(xué)家們報道的1124種植物的轉(zhuǎn)錄組,涵蓋了展現(xiàn)植物多樣性的各個物種,包括綠色植物、灰藻和紅藻。研究者構(gòu)建了一個系統(tǒng)發(fā)育基因組框架,借此推斷不同物種之間的演化關(guān)系,并劃分歷史上綠色植物發(fā)生基因組變化和多樣化的時間。同時發(fā)現(xiàn),陸生植物和維管植物起源前曾出現(xiàn)過基因家族的大擴張,而全基因組復(fù)制事件似乎也在有花植物和蕨類的演化歷史上反復(fù)出現(xiàn)。
nature封面:該刊論文的共引網(wǎng)絡(luò)。nature雜志第7781期是《自然》的150周年特刊?!蹲匀弧穭?chuàng)刊于1869年11月4日,是一份在學(xué)術(shù)界享有盛譽的國際綜合性科學(xué)刊物,報道和評論了全球科技領(lǐng)域里諸多最重要的突破。如封面所示,點代表的是《自然》自1900年以來發(fā)表的逾8.8萬篇論文,顏色代表不同的學(xué)科。如果兩篇論文同時被另一篇論文引用了,這兩篇論文便被連接起來;點的大小反映了這些共引連接的數(shù)量。這個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)揭示了論文之間的關(guān)系,反映了《自然》的多學(xué)科范圍。
nature封面:人工智能玩“星際爭霸”。nature雜志第7782期封面文章報道了一個名為“AlphaStar”的人工智能程序,該程序在完整版的《星際爭霸Ⅱ》中,在3個種族中都達(dá)到了宗師級水平。如今,AlphaStar處于該游戲前0.2%的玩家之列。它的成功源于其采用的多主體增強學(xué)習(xí)算法,該算法讓多個深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)主體相互競爭,從而生成大量的持續(xù)適應(yīng)性策略和對策?!缎请H爭霸Ⅱ》是一款科幻主題的策略游戲,也是一項全球性的電子競技項目。游戲中,玩家需要控制3個不同種族中的一種,同時必須根據(jù)對手的動作做出戰(zhàn)略決策。
nature封面:一張適應(yīng)“行波”圖,其中的有益突變會爭奪主導(dǎo)地位(線條代表各種譜系)。行波顯示了適合度分布在酵母種群內(nèi)隨時間推移如何發(fā)生變化,并且與理論預(yù)測相符。nature雜志第7783期封面文章報道了一種能夠高分辨可視化追蹤芽殖酵母演化突變的條形碼策略??寺「偁帟a(chǎn)生一種動態(tài)的“富者恒富”效應(yīng),即演化初期獲取的適合度優(yōu)勢可以驅(qū)動譜系擴張,從而提高未來獲得突變的機會。可視化使研究人員得以重新認(rèn)識控制適應(yīng)速率、可預(yù)測性和分子基礎(chǔ)的因素。
(本頁期刊封面圖來自nature官網(wǎng))
Science封面:羅馬斗獸場的延時圖像。Science雜志第6466期封面文章報道了祖先DNA分析,以調(diào)查中石器時代到現(xiàn)代在羅馬和意大利中部發(fā)生的基因變化。通過研究127個羅馬人的基因組和他們的考古背景,研究者證明了新石器時代獵人、采集者和農(nóng)民之間祖先的重大轉(zhuǎn)變。青銅時代出現(xiàn)了第二次世系變遷,可能與貿(mào)易和人口流動增加同時發(fā)生。這種血統(tǒng)的轉(zhuǎn)變反映了羅馬的地緣政治關(guān)系,并伴隨著顯著的個體間多樣性,證明了基因在地中海、歐洲和北非的流動。隨著羅馬政治關(guān)系和貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的改變,歷史時期的快速遺傳變化反映了人的流動。
Science封面:細(xì)胞的程式化視圖。Science雜志第6467期封面文章報道了細(xì)胞生物學(xué)中的質(zhì)量控制。生長、分化及對環(huán)境的實時響應(yīng),我們的細(xì)胞處于一個不斷穩(wěn)定的活動狀態(tài),細(xì)胞核輸出RNA信息,這些信息被核糖體翻譯成蛋白質(zhì)(藍(lán)色)。蛋白酶體和溶酶體降解和循環(huán)內(nèi)化、異?;蜻^量的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體將貨物包裝和分類,以便運輸?shù)狡渌?xì)胞器或從細(xì)胞出口。線粒體為細(xì)胞的其他部分提供能量。為了獲得維持這些生命活動的最優(yōu)狀態(tài),需要大量的質(zhì)量控制機制。
Science封面:獨角仙等甲蟲有著奇特而形態(tài)多變的“犄角”,那是雄性競爭配偶的重要工具。Science雜志第6468期封面文章報道了甲蟲前胸背部的角由翅膀的系列同源器官進(jìn)化而來,這對思考如何更好地定義進(jìn)化新征(evolutionary novelty)有著重要意義。研究發(fā)現(xiàn)金龜子科甲蟲中胸前角的起源,胸前角源于雙邊來源的組織;而胸前角形成在功能上需要多種翅膀形成的基因。研究結(jié)果證實了胸前角和昆蟲翅膀之間的系列同源性,并表明其他昆蟲的新性狀也可能與之類似,源自翅膀系列同源物以及隨之建立的結(jié)構(gòu)特異性轉(zhuǎn)錄圖譜。
Science封面:來自老鼠大腦的神經(jīng)細(xì)胞。Science雜志第6469期封面文章報道了以高空間分辨率重建了89個神經(jīng)元的形態(tài)特征及其在小鼠桶狀皮質(zhì)(barrel cortex)中的連接??茖W(xué)家在小鼠體感皮層第4層密集重建了約2.7m的神經(jīng)絲,體積約50萬立方微米,是以前哺乳動物大腦皮層致密重建體積的300倍,效率提高了約20倍。這些數(shù)據(jù)建立了哺乳動物皮質(zhì)局部致密神經(jīng)元回路的連接組表型分析方法,是連接體致密重建的一個飛躍,揭示了有關(guān)皮層皮質(zhì)和興奮性丘腦皮質(zhì)連接的抑制性和興奮性突觸的連通性信息。
(本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng))
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所張兆群研究員領(lǐng)導(dǎo)的中芬合作團隊完成了關(guān)于內(nèi)蒙古烏蘭塔塔爾古地磁及相關(guān)生物環(huán)境協(xié)同演化關(guān)系的研究。研究成果發(fā)表于Earth and Planetary Science Letters。烏蘭塔塔爾地區(qū)紅層是一段跨越始新世—漸新世界線的較長且連續(xù)的沉積序列(35Ma-27Ma),烏蘭塔塔爾剖面廣泛分布的風(fēng)塵沉積表明亞洲干旱化的起始時間早于E-O界線,新的克克阿木動物群時代(34.8Ma)表明“蒙古重建”這一新生代重大的動物群轉(zhuǎn)換事件也早于E-O界線,進(jìn)一步表明動物群轉(zhuǎn)換與始新世—漸新世轉(zhuǎn)折(E-O轉(zhuǎn)折)并不同步,動物群的變化是逐步而非突然的。
烏蘭塔塔爾地理位置及各剖面位置 (供圖 張兆群)(圖片來源于中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所網(wǎng)站)
克克阿木剖面最底部化石點KM01的部分標(biāo)本的電鏡照片 (供圖 張兆群)(圖片來源于中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所網(wǎng)站)
南京大學(xué)、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等聯(lián)合研究團隊開展了有關(guān)寒武紀(jì)至三疊紀(jì)早期海洋無脊椎動物生物多樣性研究,研究成果發(fā)表于Science。生命起源與演化是世界十大科學(xué)之謎。該研究利用古生物大數(shù)據(jù)、超級計算、模擬退火算法和遺傳算法等全新的方法和手段,基于化石記錄重現(xiàn)了生命演化歷史,改變了當(dāng)前對古生代海洋生物多樣性演化的認(rèn)知。此項研究采用了全新的技術(shù)手段,部分解決了深時(Deep-time,通常指人類出現(xiàn)之前的歷史)高分辨率時間標(biāo)尺建立的難題,從而可以在接近現(xiàn)代長尺度生態(tài)研究的水平上驗證或評估生物或古生物學(xué)的假說。
中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)研究組博士后Cédric Del Rio、研究員蘇濤及其合作者系統(tǒng)研究了在青藏高原中部下始新統(tǒng)牛堡組地層若干種子的印痕化石。研究成果發(fā)表于American Journal of Botany。此次報道的化石新種是蘿藦亞科最早的化石記錄,反映了夾竹桃科在亞洲的早期分化,也表明夾竹桃科自非洲傳播到青藏高原的時間不晚于早始新世。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了古近紀(jì)歐亞大陸與非洲之間的區(qū)系聯(lián)系。也進(jìn)一步佐證了早始新世青藏高原中部可能存在一個溫暖濕潤的低地環(huán)境,使包括本研究在內(nèi)的蘿藦亞科以及最近發(fā)表的臭椿、兔耳果等若干熱帶、亞熱帶植物類群得以生存。
中國科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎院士團隊揭示,兩千年前,人類活動已成為影響亞洲沙塵暴的主要因素。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Communications。團隊揭示了兩千年來亞洲沙塵暴的變化規(guī)律——東亞夏季風(fēng)增強時,降雨增加,生態(tài)趨好,戰(zhàn)亂減少,王朝興盛(如漢、唐、北宋、明朝等),人口迅速增加,農(nóng)業(yè)發(fā)展,開墾草原和荒漠草原為農(nóng)田,林草植被遭到破壞,進(jìn)而粉塵源區(qū)擴展,最終導(dǎo)致沙塵暴活動快速上升;相反,東亞夏季風(fēng)減弱時,降雨減少,氣候惡化,國家動亂紛爭(如魏晉南北朝、五代十國、南宋等),人口迅速減少,游牧民族南侵,農(nóng)牧界線南移,沙塵源區(qū)植被恢復(fù),生態(tài)環(huán)境轉(zhuǎn)好,沙塵暴活動減少。
中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所王啟飛研究員和張海春研究員等人與中國地質(zhì)大學(xué)(北京)萬曉樵教授、張翼翼教授以及西班牙巴塞羅那大學(xué)Martín-C l o s a s教授等合作,研究了松遼盆地“松科1井”(南孔)的輪藻植物群,為揭示現(xiàn)代輪藻植物群的起源提供了重要參考。相關(guān)論文發(fā)表于Review of Palaeobotany and Palynology。棒輪藻科在土倫期至圣通期已失去其在早白堊世的主導(dǎo)地位,輪藻科開始占據(jù)優(yōu)勢,這比以前的認(rèn)識向前推進(jìn)了800萬年。該時期松遼盆地含輪藻的沉積相主要為大型淺水、永久性淡水湖泊和沼澤環(huán)境,與全球大多數(shù)地方的咸水沉積不同,這也解釋了該時期輪藻植物群在松遼盆地繁盛的原因。
松遼盆地“松科1井”(南孔)輪藻化石地層分布(圖片來源于中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所網(wǎng)站)
松遼盆地“松科1井”(南孔)輪藻化石(圖片來源于中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所網(wǎng)站)
中國科學(xué)院海洋研究所萬世明研究員等與美國路易斯安那州立大學(xué)、中國海洋大學(xué)、中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所等單位研究人員合作,通過東海陸架鉆探巖芯提取出的黑炭記錄重建了過去7000年以來長江流域的火歷史,發(fā)現(xiàn)自3000年以來人類活動對長江流域火活動的影響顯著增強。研究成果發(fā)表于Quaternary Science Reviews?;鹱鳛橐环N重要的生態(tài)因子,可以通過擾動陸地生態(tài)系統(tǒng)和改變大氣組成對生物圈、大氣圈產(chǎn)生重要影響。黑炭是古火重建的重要載體。該研究不僅表明人類活動可以改變火與自然氣候之間的固有關(guān)系,而且揭示出火對人類活動的響應(yīng)在不同時間尺度可能是截然不同的。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員等報道了歐亞大陸的首批始軛齒象材料。研究論文發(fā)表于Historical Biology。針對軛齒象類從非洲向歐亞大陸的擴散提出了兩點假說,一種認(rèn)為在早中新世,始軛齒象同較進(jìn)步的軛齒象一樣通過特提斯海第一次關(guān)閉形成的“嵌齒象路橋”到達(dá)歐亞,只不過始軛齒象的臼齒與軛齒象類沒有很大區(qū)別,可能存在將始軛齒象臼齒鑒定為軛齒象的情況。另一種假說基于中新世東亞地區(qū)與西歐地區(qū)的象類存在較大的差異,加上象類出現(xiàn)在南亞的時間較早,可以達(dá)到晚漸新世,由此推測始軛齒象通過一條“南線”,經(jīng)由南亞,穿過青藏高原所在的地區(qū),遷移到東亞。
中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所李耀明研究團隊試圖揭示何種植物的敏感性對區(qū)域植被動態(tài)(尤其是森林的進(jìn)與退)的貢獻(xiàn),進(jìn)而探討植被動態(tài)對氣候變化線性或非線性響應(yīng)的成因。研究論文發(fā)表于Quaternary Science Reviews。研究發(fā)現(xiàn),全新世早期從南向北森林的擴張呈現(xiàn)明顯的延遲,這可能與北半球末次盛冰期形成的凍土在全新世逐漸向北消退有關(guān);全新世早期受西風(fēng)驅(qū)動增加的降水首先在亞洲中部干旱區(qū)高海拔區(qū)達(dá)到森林?jǐn)U張的閾值,而低海拔區(qū)相對較晚;全新世階段植被對氣候變化的響應(yīng)存在明顯不同,如西伯利亞松屬和歐洲赤松屬對降水的變化響應(yīng)敏感,而云杉屬和蒿屬對溫度變化的響應(yīng)更為敏感。
中國科學(xué)院上海天文臺王均智等與國內(nèi)外合作者首次探測到銀河系外的氧氣分子,這些氧氣位于5.6億光年之外的類星體Markarian 231(簡寫成Mrk 231)內(nèi),也是科學(xué)家迄今為止在太陽系外探測到數(shù)量最多的氧氣。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于Astrophysical Journal。對于Mrk 231中探測到的更多數(shù)量的氧氣分子,很可能與中心黑洞的活動(反饋)有關(guān)。類星體Mrk 231每年噴出氣體的總質(zhì)量達(dá)700倍太陽質(zhì)量,來自星系中心的外流物質(zhì)在幾千光年到幾萬光年的尺度上與星際介質(zhì)相互作用,將水冰從塵埃顆粒上剝離,氧原子得以釋放,從而形成氧氣。氧氣分子具體形成機制還需探討。
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的Mrk 231,圖片版權(quán):NASA,ESA, the Hubble Heritage Team(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans(UVA/NRAO/Stony Brook Uni.)(圖片來源于中國科學(xué)院上海天文臺網(wǎng)站)
利用I R A M 30米望遠(yuǎn)鏡在Mr k 231中探測到的氧氣118.75GHz發(fā)射線譜(黃色填充圖),藍(lán)色的譜是同時得到的CO 1-0的譜,橫坐標(biāo)是歸一到Mrk 231星系紅移后的相對速度。圖片來源:Wang et al. 2020(圖片來源于中國科學(xué)院上海天文臺網(wǎng)站)
南京大學(xué)丁平婕博士、朱紫教授和劉佳成副教授等人利用Gaia DR2和LAMOST DR5數(shù)據(jù),篩選出太陽附近具有高精度運動學(xué)資料的197524顆A、F、G、K型矮星樣本,研究銀盤面南北兩側(cè)恒星運動學(xué)的垂向分布及其與金屬豐度的關(guān)系。研究結(jié)果發(fā)表于《天文學(xué)報》AJ。這些矮星的徑向運動存在明顯的不對稱現(xiàn)象,即南銀盤的矮星朝向銀心方向運動,北銀盤的矮星則向著反銀心方向運動,且運動速度都隨著距銀盤面高度的增加而增加。同時,南銀盤的矮星朝著銀盤面運動,而北銀盤的矮星沒有明顯的垂向運動。此外,樣本垂向與徑向速度彌散度的比值也存在南—北不對稱現(xiàn)象。樣本表現(xiàn)出的運動學(xué)不對稱性與金屬豐度無關(guān)。
中國科學(xué)院紫金山天文臺科研人員與國內(nèi)同行基于太陽動力學(xué)天文臺(SDO)的大氣成像儀(AIA)和日震磁像儀(HMI)數(shù)據(jù),研究了一例與2015年10月16日太陽上一個M級環(huán)形耀斑相關(guān)的遠(yuǎn)端日冕暗化事件的演化過程。研究結(jié)果發(fā)表于Astronomy &Astrophysics。太陽耀斑是太陽大氣中短時間內(nèi)劇烈的能量釋放過程?;谒芯康氖录腥彰岚祷霈F(xiàn)在幾乎所有極紫外波段的事實,研究人員認(rèn)為該日冕暗化的成因很可能是大尺度冕環(huán)膨脹導(dǎo)致的局地等離子體密度降低,而非溫度變化,至于大面積暗化區(qū)域物質(zhì)的去向問題目前還是一個未解之謎,有待更多個例分析積累和大樣本統(tǒng)計研究去逐步揭開謎底。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點實驗室王赤研究員團隊的李暉研究員與合作者,在前期研究基礎(chǔ)上,統(tǒng)計分析了Wind衛(wèi)星1995—2013年間觀測到的154個HCS事件,并通過頻率相關(guān)的判別方法檢測了HCS/HPS附近的MHD波動分布特性。他們發(fā)現(xiàn)在HCS/HPS附近MHD波動的發(fā)生率受到HPS內(nèi)等離子體β值的調(diào)制。研究結(jié)果發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。該項研究統(tǒng)計分析了HCS附近的MHD波動的特性,發(fā)現(xiàn)MHD波動特性與等離子β值密切相關(guān),給出了阿爾芬波參數(shù)不穩(wěn)定性影響HPS中慢波產(chǎn)生的觀測證據(jù),為更好地認(rèn)識HCS附近MHD波動的演化分布以及波模轉(zhuǎn)換提供了觀測線索。
中國科學(xué)院高能物理研究所王建民研究員領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)展了一種全新的幾何測距方法,成功測量了類星體3C 273的宇宙學(xué)距離。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于Nature Astronomy。宇宙學(xué)以高精度測量距離為觀測基礎(chǔ)。研究團隊利用干涉數(shù)據(jù),巧妙地結(jié)合中國科學(xué)院云南天文臺麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡和美國Steward天文臺Bok 2.3米望遠(yuǎn)鏡長達(dá)10年的反響映射數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)高精度測距。這種方法不依賴于任何已有的距離階梯,也不依賴于傳統(tǒng)工具必需的消光、紅化以及標(biāo)準(zhǔn)化等改正,而且系統(tǒng)誤差可進(jìn)行觀測檢驗,為精確丈量宇宙幾何、研究宇宙膨脹速度和歷史開辟了一個新途徑。
圖(a)為歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡的照片; 圖(b)為云南天文臺麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡照片,由王建民團隊提供;圖(c)為美國Steward天文臺Bok 2.3米望遠(yuǎn)鏡照片(圖片來源于中國科學(xué)院高能物理研究所網(wǎng)站)
圖(a)為反響映射觀測得到的連續(xù)譜、發(fā)射線光變曲線及其擬合結(jié)果;圖(b)為GRAVITY觀測得到的發(fā)射線輪廓、較差相位曲線及其擬合結(jié)果;圖(c)為擬合得到的3C 273距離、寬線區(qū)半徑和黑洞質(zhì)量的概率分布。(圖片由王建民團隊提供,圖片來源于中國科學(xué)院高能物理研究所網(wǎng)站)
中國科學(xué)院云南天文臺劉洪濤研究員與合作者依托麗江天文觀測站2.4米望遠(yuǎn)鏡,通過觀測耀變體準(zhǔn)同時性光譜變化及測光光變,開展了耀變體光變與顏色變化的相關(guān)性研究。研究結(jié)果發(fā)表于The Astrophysical Journal。研究發(fā)現(xiàn)S5 0716+714的準(zhǔn)同時性光譜和測光光變都有變亮變藍(lán)趨勢(BWB)。在亮度變化率—顏色變化率圖上,BWB趨勢明顯。顏色與亮度、顏色變化率與亮度變化率之間強相關(guān),并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)光譜指數(shù)變化超前于流量密度變化,色指數(shù)變化超前于星等變化。BWB的出現(xiàn)可能依賴于觀測頻率范圍相對于同步輻射峰值頻率的位置,例如,觀測頻率范圍在同步峰值頻率的左側(cè)。
中國科學(xué)院國家天文臺李廣偉副研究員和英國倫敦城市大學(xué)Ian D. Howarth教授在LAMOST數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了2顆氮超豐O型星(ON星)并揭示了這類星的起源。該研究論文已經(jīng)發(fā)表于《天體物理學(xué)報》ApJ。對ON星的光度分類,并不能反映其所處的演化階段,而是由于它們自轉(zhuǎn)軸的傾角造成的:由于吸積伴星物質(zhì),導(dǎo)致了自身高速自轉(zhuǎn),而高速自轉(zhuǎn)會大大增加赤道附近離心力和赤道半徑,從而大幅度降低赤道附近的有效重力加速度。如果它們的赤道正對著我們,那么我們就會看到高速自轉(zhuǎn)巨星(小的logg);反之,如果它們的兩極對著我們,那么我們就會看到自轉(zhuǎn)慢的矮星(大的logg)。
中國科學(xué)院紫金山天文臺的一個暗物質(zhì)科研團隊利用高能立體視野望遠(yuǎn)鏡(H.E.S.S.)對銀河系內(nèi)源的觀測結(jié)果搜尋光子-類軸子震蕩信號。相關(guān)論文發(fā)表于Journal of Cosmology and Astroparticle Physics。研究團隊選擇分析了10個H.E.S.S.觀測的銀河系內(nèi)亮源(其中大多屬于超星系遺跡和脈沖星風(fēng)云)的能譜,在較高的類軸子質(zhì)量區(qū)域(~100neV)對光子-類軸子耦合常數(shù)的參數(shù)空間做出了目前最強的限制。目前在軌運行的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(DAMPE)和研制中的空間高能宇宙輻射探測設(shè)施(HRERD)均能有效地對伽馬射線進(jìn)行觀測,且具有較高的能量分辨率,將有助于更好地搜尋類軸子。