我國(guó)地表水微塑料豐度呈降態(tài)勢(shì)

中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)基于全國(guó)范圍內(nèi)重要湖庫水體中微塑料的大量實(shí)測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)中國(guó)地表水中微塑料豐度賦存態(tài)勢(shì)自2016年至2022年呈現(xiàn)三階段下降趨勢(shì)，且生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。相關(guān)研究發(fā)表于《細(xì)胞報(bào)告·可持續(xù)性》。

環(huán)境中的微塑料污染已成為全球性問題。然而，微塑料在多介質(zhì)環(huán)境中的賦存特征的大尺度綜合實(shí)測(cè)研究依然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，雖然科學(xué)家們已經(jīng)開展了一些突破性研究，但由于已有微塑料“豐度-尺寸”模型建立多依賴已發(fā)表數(shù)據(jù)（粒徑范圍差異大），且缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，這使得校正結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性受到了嚴(yán)重影響。

現(xiàn)在，研究者建立了一種全粒徑范圍的微塑料“豐度-尺寸”校正模型，在此基礎(chǔ)上，將已發(fā)表的微塑料豐度數(shù)據(jù)校正到統(tǒng)一粒徑范圍，提升了以往研究數(shù)據(jù)的可比性和可用性，為科學(xué)理解中國(guó)地表水中微塑料的賦存豐度及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了重要的科學(xué)支撐。

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，中國(guó)地表水微塑料賦存研究存在區(qū)域研究的不平衡性，主要集中在長(zhǎng)江流域和黃河流域，占比分別達(dá)到62.7%和11.3%。中國(guó)不同流域微塑料豐度排序如下：西北諸河gt;珠江流域gt;黃河流域gt;東南諸河gt;松花江流域gt;西南諸河gt;長(zhǎng)江流域gt;海河流域gt;淮河流域。全國(guó)1331個(gè)地表水采樣點(diǎn)中79.7%的采樣點(diǎn)存在一定程度微塑料積累，83.9%的采樣點(diǎn)與低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。

科學(xué)家開發(fā)單晶超晶格制備新策略

中外聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)圍繞配位模板驅(qū)動(dòng)原位組裝策略，利用鋯（Zr）基金屬有機(jī)框架（MOF）模板實(shí)現(xiàn)了金屬鹵化物亞晶格的定向成核生長(zhǎng)，成功構(gòu)筑了一系列新型多維單晶多孔超晶格框架，并實(shí)現(xiàn)了超晶格材料的手性轉(zhuǎn)換與手性光功能調(diào)控，為手性材料的構(gòu)筑與應(yīng)用開辟了新的思路與方法。2月6日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。

超晶格材料能夠通過設(shè)計(jì)和調(diào)控周期性勢(shì)能及高精度層狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可調(diào)的電子和光學(xué)特性，在二維電子氣、高電子遷移率晶體管、量子級(jí)聯(lián)激光器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如今，超晶格材料正從傳統(tǒng)的半導(dǎo)體超晶格向多尺度構(gòu)筑單元的自組裝體系轉(zhuǎn)型。發(fā)展新的合成策略，實(shí)現(xiàn)單晶超晶格的制備與結(jié)構(gòu)解析，是配位化學(xué)、合成化學(xué)和材料化學(xué)等交叉學(xué)科中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。

為解決單晶超晶格研究中的科學(xué)難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了“MOF模板”策略，基于Zr-MOF配位模板，利用Zr簇不飽和配位節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)向作用，成功合成了多系列高度有序的單晶多孔超晶格框架。在不同三維Zr-MOF框架內(nèi)，原位限域生長(zhǎng)的金屬鹵化物與MOF模板晶格精準(zhǔn)復(fù)合，成功制備出多維度的單晶超晶格框架。

為進(jìn)一步探究限域成核的生長(zhǎng)機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了時(shí)間依賴的成核控制實(shí)驗(yàn)，跟蹤和監(jiān)測(cè)碘化鉛（PbI2）在MOF中的原位生長(zhǎng)過程。結(jié)果顯示，在不同胺類分子的修飾下，類鈣鈦礦超晶格表現(xiàn)出維度依賴的光致發(fā)光和手性誘導(dǎo)的圓偏振發(fā)光性能。這種結(jié)構(gòu)/維度依賴的光電性能可以極大地推動(dòng)光電子學(xué)的發(fā)展，在量子計(jì)算、安全通信和高效顯示器方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水波是探索拓?fù)湮锢淼娜缕脚_(tái)

中外科研團(tuán)隊(duì)合作研究發(fā)現(xiàn)，水波涉及復(fù)雜的流體力學(xué)效應(yīng)，能夠構(gòu)造豐富的拓?fù)涫噶繄?chǎng)用于粒子的操控，揭示了經(jīng)典重力波系統(tǒng)中的自旋軌道耦合和鎖定機(jī)制，開辟了水波力操控物體運(yùn)動(dòng)的研究領(lǐng)域。近日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。

拓?fù)鋵W(xué)是物理學(xué)界普遍關(guān)注的研究方向，近年來，拓?fù)湫?yīng)逐步被引入電磁波、聲波及液體表面波（水波）等經(jīng)典波動(dòng)體系，成為基礎(chǔ)物理研究與應(yīng)用技術(shù)的全新交匯點(diǎn)。傳統(tǒng)意義上，水波被簡(jiǎn)化為一種橫波，波動(dòng)中的粒子僅進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，這些粒子還有復(fù)雜的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，具有顯著的斯托克斯位移效應(yīng)和矢量特性。

在簡(jiǎn)單的三波干涉場(chǎng)中，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功生成了多種拓?fù)渌ńY(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)揭示了拓?fù)鋵W(xué)在水波體系中的豐富表現(xiàn)形式。研究人員在水面上實(shí)現(xiàn)了對(duì)粒子的自由操控，首次證明拓?fù)渌▓?chǎng)在粒子精準(zhǔn)操控中的應(yīng)用潛力，表明通過調(diào)控波場(chǎng)的拓?fù)涮匦裕梢詫?shí)現(xiàn)粒子更加穩(wěn)定且靈活的控制。

值得一提的是，通過多方的緊密協(xié)作，這項(xiàng)研究推動(dòng)了波動(dòng)物理、拓?fù)湮锢砼c實(shí)驗(yàn)技術(shù)的融合。研究團(tuán)隊(duì)基于國(guó)際合作開發(fā)的算法，在僅測(cè)量液體表面波的部分信息后，解析出液體表面波質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)軌跡、旋轉(zhuǎn)方向等所有信息，揭示了此前學(xué)界未注意到的復(fù)雜現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊(duì)表示，下一步將持續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究拓?fù)渌ńY(jié)構(gòu)中更豐富的物理特性，探索拓?fù)渌ㄔ诹Ｗ硬倏亍C(jī)器人控制、水面漂浮物治理及水能利用等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，并為光學(xué)、聲學(xué)等學(xué)科中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)波研究提供更多理論支持和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

新算法為組織發(fā)育和疾病研究提供重要支撐

中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了推斷細(xì)胞時(shí)空分化軌跡的新算法SpaTrack，為揭示組織發(fā)育、器官再生和疾病進(jìn)展的動(dòng)態(tài)研究提供了有效的方法支持與重要見解。相關(guān)成果在線發(fā)表于《細(xì)胞》旗下子刊《細(xì)胞系統(tǒng)》。

空間坐標(biāo)和取樣時(shí)間可以作為補(bǔ)充轉(zhuǎn)錄組特征的重要約束條件，用于細(xì)胞分化的軌跡推斷?；谧顑?yōu)傳輸理論和單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新算法SpaTrack，自然地將空間距離納入細(xì)胞分化的成本測(cè)量中，能夠準(zhǔn)確捕捉生物組織的局部分化細(xì)節(jié)、空間上不連續(xù)的分化軌跡。

研究團(tuán)隊(duì)介紹，利用算法優(yōu)勢(shì)，SpaTrack能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)主要功能：一是從單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中，直接構(gòu)建精細(xì)的細(xì)胞分化軌跡；二是通過直接細(xì)胞映射，追蹤跨時(shí)間樣本的細(xì)胞分化軌跡；三是通過建模預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子在分化過程中對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控關(guān)系，捕捉發(fā)育的驅(qū)動(dòng)因素。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)SpaTrack在多種模擬和真實(shí)的分化場(chǎng)景下進(jìn)行了性能測(cè)試，并與多種現(xiàn)行方法進(jìn)行比較，均表明SpaTrack在穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性上具有優(yōu)勢(shì)。進(jìn)而，研究團(tuán)隊(duì)將SpaTrack應(yīng)用于多個(gè)生物系統(tǒng)的研究中，結(jié)果表明，SpaTrack在重建細(xì)胞分化軌跡、揭示相關(guān)分化事件和尋找驅(qū)動(dòng)因素等方面表現(xiàn)出色，并幫助研究取得了新的發(fā)現(xiàn)。

相關(guān)科研人員表示：“本次開發(fā)的新算法借助空間轉(zhuǎn)錄組信息，在解析組織發(fā)育和疾病進(jìn)展的時(shí)空動(dòng)態(tài)上取得了初步成效。接下來團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)時(shí)空多組學(xué)的融合，解析多源分化、復(fù)雜分化等復(fù)雜問題?！?/p>

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)草原極端干旱密碼

中外科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)了非優(yōu)勢(shì)物種這一“密碼”，為更好地了解在未來氣候變化的情況下，草原生態(tài)系統(tǒng)怎樣響應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的干旱提供了幫助。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》上。

極端干旱通常會(huì)降低草原生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，進(jìn)而削弱自然對(duì)人類的貢獻(xiàn)。然而，不同類型的草原在經(jīng)歷多年極端干旱時(shí)，這種負(fù)面影響會(huì)有多大差異，以及這種差異隨時(shí)間如何變化尚未可知。

科學(xué)家們通過極端干旱聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了連續(xù)4年生長(zhǎng)季干旱，比較了歐亞草原和北美草原各6個(gè)具有代表性的草原生態(tài)系統(tǒng)的干旱敏感性。經(jīng)過調(diào)查研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在歐亞草原中，干旱導(dǎo)致植物地上生產(chǎn)力大幅下降，下降的程度隨著干旱的年限而增加，表現(xiàn)為累積效應(yīng)；而在北美草原中，植物地上生產(chǎn)力的下降幅度較小，下降的程度隨著干旱的年限沒有顯著增加，表現(xiàn)為適應(yīng)效應(yīng)，這是由非優(yōu)勢(shì)物種的變化驅(qū)動(dòng)的。

科研人員表示，干旱對(duì)物種豐富度的影響在歐亞草原從增加轉(zhuǎn)變?yōu)榻档停诒泵啦菰瓌t從降低轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾?，非?yōu)勢(shì)物種的變化在其中起到關(guān)鍵作用。物種豐富度尤其是非優(yōu)勢(shì)物種的豐富度相反的變化，導(dǎo)致歐亞和北美草原具有截然不同的干旱敏感性。非優(yōu)勢(shì)物種這一關(guān)鍵“密碼”的發(fā)現(xiàn)，對(duì)幫助人類有準(zhǔn)備地應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)草原的影響及保護(hù)草原環(huán)境有重大意義。