達(dá)到原子分辨率的冷凍電鏡技術(shù)

Nature封面：脫鐵鐵蛋白。Nature雜志第7832期封面文章報(bào)道了科學(xué)家利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)在原子分辨率上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。第一篇文章里，Sjors Scheres、Radu Aricescu和同事利用新的電子源、能量過濾器和相機(jī)，報(bào)道了脫鐵鐵蛋白和GABA-A受體的結(jié)構(gòu)——分辨率分別約為1.22埃和1.7埃。第二篇論文中，Holger Stark和同事利用一種新開發(fā)的冷凍電鏡技術(shù)，得到了分辨率約為1.24埃的脫鐵鐵蛋白結(jié)構(gòu)。這兩種方法有望為冷凍電鏡技術(shù)將來更廣泛地應(yīng)用在基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)中鋪平道路。

演化模式

Nature封面：使用非寫實(shí)的數(shù)學(xué)圖形突出所使用的軟件，并創(chuàng)造出了該期論文所述部分測(cè)序物種的圖譜。Nature雜志第7833期封面文章報(bào)道了基因組測(cè)序研究進(jìn)展。萬種鳥類基因組項(xiàng)目（Bird 10,000 Genomes Project）的張國(guó)捷等人比較了363個(gè)基因組（代表了逾90%的科級(jí)別鳥類），包括267個(gè)新測(cè)序的種。動(dòng)物法則項(xiàng)目（Zoonomia Project）的Elinor Karlsson等人描述了他們對(duì)240個(gè)基因組的分析（代表了逾80%的科級(jí)別胎盤哺乳動(dòng)物），包括122個(gè)新測(cè)序的種。為了分析這樣大規(guī)模的數(shù)據(jù)集，兩支團(tuán)隊(duì)均使用了名為“Progressive Cactus”的新軟件。

人臉識(shí)別的真相

Nature封面：面對(duì)真相。Nature雜志第7834期特刊文章報(bào)道了人臉識(shí)別技術(shù)的能力和陷阱。長(zhǎng)期以來，機(jī)場(chǎng)、邊境、智能手機(jī)等一直在使用人臉識(shí)別系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)觸及的公共和私人空間正在不斷擴(kuò)大。該期特刊的第一篇“新聞特寫”考察了當(dāng)前系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性和偏差。第二篇特寫對(duì)“智慧城市”一探究竟，關(guān)注了缺乏管理和監(jiān)督會(huì)如何侵蝕公民自由。第三篇文章探討了對(duì)人臉識(shí)別研究日益增加的倫理擔(dān)憂。鑒于政府和機(jī)構(gòu)都想利用這一急速發(fā)展的技術(shù)，該領(lǐng)域必須采取行動(dòng)防止技術(shù)被濫用。

關(guān)于太陽碳氮氧循環(huán)產(chǎn)生中微子的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

Nature封面：意大利國(guó)家核物理研究所（INFN）格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的博瑞西諾檢測(cè)器。Nature雜志第7835期封面文章報(bào)道了博瑞西諾合作組織（Borexino Collaboration）展示了關(guān)于太陽發(fā)生碳氮氧循環(huán)的首個(gè)直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。太陽產(chǎn)生能量的主要方式是通過質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)（proton–proton chain）將氫轉(zhuǎn)換成氦，但是有一小部分太陽能量被認(rèn)為來自碳氮氧循環(huán)（CNO cycle）催化的次級(jí)聚變過程。新研究檢測(cè)到了因碳氮氧循環(huán)而發(fā)射出的中微子，據(jù)此證實(shí)了碳氮氧循環(huán)貢獻(xiàn)了大約1%的太陽能量，這有望為探索日核的元素構(gòu)成帶來新方法。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng)）

全球變暖中的降溫

Science封面：一排建筑上懸掛的空調(diào)設(shè)備。Science雜志第6518期封面文章報(bào)道了隨著全球變暖，在不增加溫室氣體排放的情況下為了保持涼爽，新材料和新技術(shù)的研發(fā)正在路上。人們正在設(shè)計(jì)越來越多的材料和方法來改進(jìn)技術(shù)，滿足數(shù)據(jù)中心和其他設(shè)施的溫度需求，并減少有害排放。蒸汽壓縮系統(tǒng)提供了大部分住宅和工業(yè)冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。尋找替代品是當(dāng)務(wù)之急，但需要在毒性、易燃性和低效率之間進(jìn)行權(quán)衡。另一種方法是使用熱量物質(zhì)。還有一種完全不同的冷卻策略是使用以紅外輻射形式調(diào)節(jié)熱量的材料。

控制單個(gè)分子在表面上遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)

Science封面：當(dāng)單個(gè)二溴三芴分子沿著銀表面按特定方向排列時(shí)，表現(xiàn)出了高度可移動(dòng)性，并可以受控地在兩個(gè)尖銳的探針之間轉(zhuǎn)移。Science雜志第6519期封面文章報(bào)道了科學(xué)家利用掃描隧道顯微鏡實(shí)現(xiàn)了單個(gè)分子在表面上的長(zhǎng)距離移動(dòng)。單個(gè)DBTF分子在銀（111）表面以0.1埃的極高空間精度移動(dòng)了150納米的距離。靜電效應(yīng)的性質(zhì)可以有選擇性地應(yīng)用排斥力和引力來發(fā)送或接收單個(gè)分子。高控制允許我們精確地移動(dòng)單個(gè)和特定的分子實(shí)體之間的兩個(gè)單獨(dú)的探針，為速度測(cè)量，從而在擴(kuò)散和碰撞過程中實(shí)時(shí)研究單個(gè)分子的能量耗散。

個(gè)體雜合性研究與預(yù)測(cè)

Science封面：莫哈韋沙漠龜（Gopherus agassizii）。Science雜志第6520期封面文章報(bào)道了個(gè)體雜合性是這些烏龜易位成功的關(guān)鍵預(yù)測(cè)因子。為了最大限度地提高生存概率，標(biāo)準(zhǔn)做法是將動(dòng)物從可能最接近的種群中移走，這些種群中可能包含可能有親緣關(guān)系的個(gè)體。文章研究分析了166只易位沙漠龜?shù)幕蚪M數(shù)據(jù)集，這些龜在20年的時(shí)間里要么存活下來，要么死亡。利用基因組數(shù)據(jù)來推斷易位龜?shù)牡乩砥鹪?，發(fā)現(xiàn)個(gè)體雜合性可以預(yù)測(cè)龜?shù)纳?，而易位距離或地理起源單位則不能。因此，易位個(gè)體的生存可能性即雜合性。

解釋控制植物根系生長(zhǎng)規(guī)則的模型

Science封面：兩種不同植物的根系，用紅色和藍(lán)色染料染成鮮切花。Science雜志第6521期封面文章報(bào)道了根染為植物對(duì)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的理論預(yù)測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，相鄰的植物在土壤空間中隔離它們的根系，但當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)者靠近時(shí)，它們會(huì)比單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)出更多的根系。Ciro Cabal等人開發(fā)了一個(gè)基于博弈論的消費(fèi)者-資源模型（consumer-resource model），以解釋控制根系生長(zhǎng)的規(guī)則。植物根據(jù)相鄰植物和競(jìng)爭(zhēng)植物的距離來調(diào)整它們根的生長(zhǎng)方式和位置。說明了在靠近鄰近植物生長(zhǎng)的情況下與在沒有競(jìng)爭(zhēng)的情況下生長(zhǎng)的根之間的差異。

（本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng)）

南海海盆尺度海表二氧化碳分壓場(chǎng)的重建

廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王桂芝教授等基于遙感數(shù)據(jù)反演的海表二氧化碳分壓的氣候態(tài)模式建立了經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)，以實(shí)測(cè)海表二氧化碳分壓數(shù)據(jù)為時(shí)空基準(zhǔn)，重建了海表二氧化碳分壓的時(shí)空?qǐng)?。相關(guān)成果發(fā)表于Earth System Science Data。海洋吸收大氣二氧化碳的能力由海-氣二氧化碳通量來體現(xiàn)。該研究集成了南海海盆2000—2017年夏季海表二氧化碳走航的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和南海定點(diǎn)時(shí)間序列站SEATS（18°N, 116°E）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合對(duì)應(yīng)年份整個(gè)海盆區(qū)遙感反演的海表二氧化碳數(shù)據(jù)，以0.5°×0.5°的網(wǎng)格精度成功地重建了南海海盆海表二氧化碳分壓完整的時(shí)空?qǐng)觥?/p>

南海2000—2017年夏季重建的海表二氧化碳分壓場(chǎng)（圖片來源于廈門大學(xué)網(wǎng)站）

南海海表二氧化碳重建的步驟（圖片來源于廈門大學(xué)網(wǎng)站）

中國(guó)東部邊緣海沉積有機(jī)碳活性及埋藏評(píng)價(jià)

中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋金明團(tuán)隊(duì)揭示了黃東海泥質(zhì)區(qū)顯著不同的有機(jī)碳活性與埋藏模式。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Geophysical Research-Oceans。黃海泥質(zhì)區(qū)由于受到黃海冷水團(tuán)和氣旋型渦流的影響，導(dǎo)致有機(jī)碳沉積速率較慢，且有機(jī)碳在水柱中經(jīng)歷了較高程度的降解，其所埋藏的有機(jī)碳活性較低，傾向長(zhǎng)久保存。東海泥質(zhì)區(qū)沉積速率較快，埋藏的有機(jī)碳活性較高，復(fù)雜的水動(dòng)力過程促使物理再造過程和活性有機(jī)質(zhì)對(duì)惰性有機(jī)質(zhì)的激發(fā)效應(yīng)使得有機(jī)碳的再礦化速率較高。文章解釋了盡管東海泥質(zhì)區(qū)有機(jī)碳的沉降通量是黃海泥質(zhì)區(qū)的5倍，但兩個(gè)區(qū)域有機(jī)碳埋藏效率卻相差不大（~35%）的原因。

大氣沉降對(duì)深海碳輸出的影響

中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）研究員修鵬團(tuán)隊(duì)在大氣沉降對(duì)深海碳輸出的影響機(jī)制和模擬方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于Geophysical Research Letters。研究海區(qū)屬于季節(jié)性寡營(yíng)養(yǎng)鹽海區(qū)，大氣N輸入在夏秋季時(shí)能促進(jìn)微微型浮游植物的生長(zhǎng)，增加中小型浮游動(dòng)物的生物量。浮游動(dòng)物為冬春季硅藻的生長(zhǎng)帶來了捕食壓力，降低了硅藻的生物量。由于硅藻個(gè)體較大并且其產(chǎn)生的蛋白石對(duì)于POC具有壓艙效應(yīng)，硅藻生物量的降低導(dǎo)致了深海POC輸出通量的減弱。夏秋季時(shí)，大氣Fe輸入的影響不顯著。冬春季時(shí)，垂向混合帶來了充足的N，大氣Fe輸入促進(jìn)硅藻的生長(zhǎng)，增加POC深海輸出通量。

潮汐變化對(duì)美國(guó)海岸洪災(zāi)發(fā)生頻率的影響

中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院柳林濤研究員與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作，評(píng)估了潮汐變化對(duì)海岸洪災(zāi)發(fā)生頻率的影響，指出潮汐長(zhǎng)期變化對(duì)海岸洪災(zāi)的貢獻(xiàn)。相關(guān)成果發(fā)表于Science Advances。海岸洪災(zāi)一般是指沿海地區(qū)由海平面上升、風(fēng)暴潮增水和天文大潮等引起的極值水位而導(dǎo)致的洪水。該研究對(duì)位于美國(guó)海岸的40個(gè)驗(yàn)潮站的潮汐資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)由于潮汐增強(qiáng)，有18個(gè)地點(diǎn)的小型洪水的頻率增加，而潮汐的減弱抑制了11個(gè)地點(diǎn)的小型洪水發(fā)生。河口的NF頻率變化最大，主要由人為因素，例如河道疏浚等引起。此外，在海平面上升的背景下，潮汐變化（增強(qiáng)）額外增加了約27%的小型洪水發(fā)生頻率。

深海難培養(yǎng)微生物特殊生命過程認(rèn)知研究

中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組開展了深海難培養(yǎng)微生物-軟壁菌門（Tenericutes）細(xì)菌純培養(yǎng)及其特殊生命過程的研究。相關(guān)成果發(fā)表于The ISME Journal。深海蘊(yùn)含著海量的微生物資源，卻是地球上人們了解最少的生境之一。迄今為止，99.9%以上的深海微生物無法獲得純培養(yǎng)，稱之為難培養(yǎng)微生物，是地球上尚未實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)的巨大生物資源庫。課題組通過在基本培養(yǎng)基中添加大腸桿菌DNA的新穎手段，富集并純培養(yǎng)了一株Izemoplasma綱的軟壁菌，揭示了其代謝有機(jī)物和硫代硫酸鈉進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)制。借助“科學(xué)”號(hào)科考船的裝置進(jìn)行了深海原位實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該菌在自然生境中也具有降解DNA參與能量合成的獨(dú)特生命過程。

深海軟壁菌門細(xì)菌主要代謝通路模式圖(圖片來源于中國(guó)科學(xué)院海洋研究所網(wǎng)站)

深海首株軟壁菌門細(xì)菌的培養(yǎng)策略、形態(tài)及命名。（圖片來源于中國(guó)科學(xué)院海洋研究所網(wǎng)站）

咸海流域水資源利用和“水、能源、食物、生態(tài)”紐帶關(guān)系研究

中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所研究員羅格平研究團(tuán)隊(duì)與比利時(shí)根特大學(xué)、德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)合作，從“水、能源、食物、生態(tài)”紐帶關(guān)系出發(fā)，研究如何優(yōu)化咸海流域的水資源綜合管理。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Hydrology。研究表明，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能夠有效模擬該流域的“水、能源、食物、生態(tài)”紐帶關(guān)系。在蘇聯(lián)解體之前，咸海入湖水量對(duì)徑流量、農(nóng)業(yè)用水等較敏感，而解體后對(duì)流入綠洲外部洼地水量、水庫運(yùn)行等敏感程度顯著升高。短期而言，減少流入洼地水量、改善種植結(jié)構(gòu)可改善咸海生態(tài)環(huán)境；長(zhǎng)期而言，全面普及節(jié)水滴灌可增加咸海入湖水量并遏制土壤次生鹽漬化、水質(zhì)惡化等生態(tài)問題。

將三甲胺氧化為氧化三甲胺協(xié)助海洋細(xì)菌適應(yīng)高靜水壓

中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院、深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心張玉忠教授團(tuán)隊(duì)與山東大學(xué)等單位聯(lián)合開展了深海細(xì)菌耐壓機(jī)制研究。相關(guān)成果發(fā)表于Science Advances。論文以深海細(xì)菌Myroides profundi D25為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)該菌株能夠利用三甲胺（TMA）轉(zhuǎn)運(yùn)載體TmaT吸收深海環(huán)境中的TMA，然后在細(xì)菌胞內(nèi)誘導(dǎo)表達(dá)三甲胺單加氧酶MpTmm，將TMA氧化為氧化三甲胺（TMAO），并在胞內(nèi)累積。在深海高壓下，TMAO能夠保護(hù)蛋白質(zhì)等生物大分子維持正常的構(gòu)象，發(fā)揮生物學(xué)功能，從而使得D25菌株具有耐受深海高靜水壓的能力，維持生存和生長(zhǎng)。

海表鹽度的內(nèi)部變率特征及其對(duì)長(zhǎng)期趨勢(shì)評(píng)估的影響

中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室（LTO）研究員杜巖團(tuán)隊(duì)研究了全球海表鹽度的內(nèi)部變率特征及其對(duì)長(zhǎng)期趨勢(shì)評(píng)估的影響，修正了IPCC關(guān)于全球水循環(huán)增強(qiáng)的結(jié)果。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Climate。在全球變暖的背景下，盡管全球海表溫度（SST）持續(xù)增加，但水循環(huán)/海表鹽度（SSS）在空間和時(shí)間上均表現(xiàn)出多樣的變化特征。研究結(jié)果顯示，海表鹽度作為“海洋雨量計(jì)”，SSS內(nèi)部變率對(duì)熱帶區(qū)域長(zhǎng)期趨勢(shì)的貢獻(xiàn)可高達(dá)40%，因此海表鹽度長(zhǎng)期趨勢(shì)的評(píng)估需要重新考慮內(nèi)部變率的影響，該結(jié)論修正了IPCC關(guān)于21世紀(jì)50年代以來全球水循環(huán)增強(qiáng)的結(jié)果，有助于提高預(yù)測(cè)鹽度/水循環(huán)未來變化的準(zhǔn)確性。