李強

《科學》（Science）是美國科學促進會（AAAS）出版的一份國際著名的學術期刊，近五年的統(tǒng)計影響因子為35.263?！犊茖W》刊登各個學科的原創(chuàng)論文和最新科學研究成果。同時，也刊登關于科學的新聞、科技政策、科學家感興趣的話題和觀點。目前，《科學》是全世界最權威的學術雜志之一，它的主要競爭對手是英國出版的《自然》雜志。

《科學》雜志在2015年歲末回顧了當年重大的科學突破、社會事件、年度圖片，并對2016年熱門事件和研究熱點進行預測和分析，思考哪些話題將在新的一年里大發(fā)光彩，又有哪些事件將會有所冷卻從而轉移。這些話題包括“商業(yè)氣象數(shù)據(jù)VS政府氣象數(shù)據(jù)”，“溫室氣體排放：印度VS中國”，“病毒：Zika VS基孔肯雅熱（CHIKV）”，“運載火箭：重復利用VS一次性”，“終結艾滋病VS治療艾滋病感染者”，“基因編輯VS基因治療”，“道德禁區(qū)VS違章行駛的科學”，“希格斯玻色子（Higgs partners）VS超對稱”，“選擇融合技術VS托卡馬克核聚變”，“古老基因組VS古老線粒體DNA”，“歐盟挑戰(zhàn)：Brexit（英國退出歐盟）與Grexit（希臘退出歐盟）”，“柔性電子時代VS傳統(tǒng)電子產品”，“美國能源部國家實驗室VS Hubs”，“志愿保護VS瀕危物種入法保護”，“民主化海洋研究VS大型研究船”，“嵌合體研究VS基因編輯”，“鈣鈦礦太陽能電池VS染料敏化太陽能電池”，“氣候監(jiān)測VS氣候承諾”等。

《科學中國人》繼上期報道《自然》雜志的中國聲音之后，本期將報道2015年大陸地區(qū)科學家在《科學》雜志正刊上以通訊作者發(fā)表的科研論文（Article），介紹他們最新的研究成果。他們研究內容涉及生命、醫(yī)學、材料、化學、工程、考古等各個領域，特別中醫(yī)藥的相關研究，這說明中醫(yī)被納入具有現(xiàn)代科學研究價值的視野，正在運用先進的手段來驗證這門傳統(tǒng)醫(yī)學。一些科學家，比如清華大學副校長施一公院士、清華大學醫(yī)學院顏寧教授，他們的研究成果一年內多次被《科學》雜志收錄和發(fā)表。

《Extremely short-lived reaction resonances in Cl plus HD （v=1） -> DCl plus H due to chemical bond softening》（Cl+HD→DCl+H反應中化學鍵軟化所引起的超短壽命反應共振態(tài)）的通訊作者是中國科學院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室楊學明院士，張東輝研究員，肖春雷研究員和孫志剛研究員。該研究在分子反應動力學研究工作上獲得突破性進展，表明了化學反應共振態(tài)在反應物振動激發(fā)態(tài)反應中很可能是一個普遍現(xiàn)象。

《Agriculture facilitated permanent human occupation of the Tibetan Plateau after 3600 BP》（農業(yè)技術革新促使人類3600年前永久定居至青藏高原）的通訊作者是蘭州大學西部環(huán)境與氣候變化研究院陳發(fā)虎院士和董廣輝教授。該研究說明史前人類在青藏高原上的活動從短期季節(jié)性游獵，到大規(guī)模永久定居，經歷了漫長的適應過程，是在現(xiàn)代人（Modern Homo Sapiens）擴散、晚更新世和全新世氣候頻繁波動、粟作農業(yè)迅速發(fā)展傳播、麥作農業(yè)傳入東亞的史前食品全球化等大背景下發(fā)生的。

《Herbal genomics：Examining the biology of traditional medicines》的通訊作者之一是中國中醫(yī)科學院陳士林研究員。該研究報道了中藥基因組學，檢驗傳統(tǒng)中草藥的生物性。陳士林研究員現(xiàn)任中國中醫(yī)科學院中藥研究所所長，世界衛(wèi)生組織傳統(tǒng)醫(yī)學合中心主任；歐亞科學院院士；CGCM（中藥全球化聯(lián)盟）副主席。2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主之一的屠呦呦先生是中國中醫(yī)科學院中藥研究所的終身研究員。

《A holistic approach to the quality control of traditional Chinese medicines》的通訊作者是中國科學院上海藥物研究所果德安研究員。文章報道了我國對傳統(tǒng)中藥質量控制的工作。果德安研究員現(xiàn)任中藥標準化技術國家工程實驗室主任、上海中藥現(xiàn)代化研究中心主任。在中藥化學與現(xiàn)代質量標準化、中藥蛋白質組學等研究領域做出了重要成果。通過對中藥復雜樣品的組分分析，建立質量標準，推動我國中醫(yī)的發(fā)展。

《A novel drug discovery strategy inspired by traditional medicine philosophies》的通訊作者之一是西北大學復雜體系分離分析與新藥創(chuàng)制團隊的鄭建斌教授。該研究在深入理解中藥配伍理論的基礎上，圍繞“君-使對藥”體內效應物質研究，以中藥等復雜體系為對象，建立了中藥有效成分群色譜-質譜化學成分辨識、因果關系數(shù)理模型辨識和受體色譜活性辨識等系列辨識技術，從而建立了一種簡便的基于傳統(tǒng)中醫(yī)藥的創(chuàng)新藥物開發(fā)新策略。

《An arboreal docodont from the Jurassic and mammaliaform ecological diversification》和《Evolutionary development in basal mammaliaforms as revealed by a docodontan》由北京自然博物館館長孟慶金博士、中國地質科學院地質研究所季強研究員和美國芝加哥大學羅哲西教授等組成的研究團隊合作完成。連載的這兩篇文章宣布了兩項對早期哺乳動物演化有重大意義的侏羅紀哺乳動物化石研究的重要發(fā)現(xiàn)。這兩件化石分別命名為攀援靈巧柱齒獸和短指挖掘柱齒獸。該研究為早期哺乳動物總體上的分異演化和廣泛的演化適應提供了新的化石證據(jù)。

《Metal-free efficient photocatalyst for stable visible water splitting via a two-electron pathway》的通訊作者有蘇州大學李述湯院士和康振輝教授。該研究報道了一種新型光催化劑“碳納米點-氮化碳納米復合物”。該催化劑由碳和氮兩種元素組成，具有價廉、資源豐富、無污染的優(yōu)點，并且穩(wěn)定性較高，催化活性200天保持不變。它可以利用太陽能實現(xiàn)高效的完全分解水。利用太陽能完全分解水同時制氫氣和氧氣是發(fā)展清潔、綠色能源的關鍵技術之一。

《Single-protein spin resonance spectroscopy under ambient conditions》的通訊作者是中國科學技術大學杜江峰教授。該研究利用鉆石中的一種特殊結構做探針，首次在室內溫度空氣條件下獲得單個蛋白質分子的磁共振譜。該成果使利用基于鉆石的高分辨率納米磁共振成像診斷成為可能。這一成果最直接的用途是在不影響蛋白質性質的前提下檢測其結構和動力學性質，以及直接在細胞膜上或細胞內研究蛋白質分子。

《A young multilayered terrane of the northern Mare Imbrium revealed by Chang'E-3 mission》的通訊作者是中國地質大學（武漢） 地球科學學院肖龍教授、地球物理系朱培民教授，中國科學院電子學研究所副所長方廣有研究員。利用嫦娥三號的探測數(shù)據(jù)，首次研究報道了雨海北部地區(qū)的地質特征及其淺表層的地質結構，對于探索月球的巖漿演化歷史和后期改造作用具有非常重要的意義。這是我國嫦娥探月工程實施以來，首次在國際頂級學術期刊上發(fā)表的科學成果。

《Suppression of endogenous gene silencing by bidirectional cytoplasmic RNA decay in Arabidopsis》的通訊作者是北大-清華生命科學聯(lián)合中心郭紅衛(wèi)研究員。該研究分析了植物內源基因，尤其是蛋白編碼基因，如何避免遭受細胞內重要的免疫機制，即轉錄后基因沉默系統(tǒng)的攻擊。揭示了植物內源基因具有潛在的發(fā)生轉錄后基因沉默的風險，并發(fā)現(xiàn)了抑制內源轉錄后基因沉默的雙保險模塊，即功能冗余的兩條細胞質RNA降解途徑。

《Selective assemblies of giant tetrahedra via precisely controlled positional interactions》的通訊作者之一是北京大學化學與分子工程學院張文彬教授。該研究通過精確控制位點相互作用來組裝形成大四面體結構。自組裝行為通常發(fā)生在不同的分子片段通過共價鍵被強迫連在一起的時侯，如表面活性劑和嵌段共聚物。將四種組分有微小差異的納米顆粒連接到同一個四面體結構的分子中心。由于納米可以組成不同，這個大分子自組裝形成有序排列的超分子結構。

《Observation of a periodic array of flux-closure quadrants in strained ferroelectric PbTiO3 films》的通訊作者是中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室固體原子像研究部馬秀良研究員。該研究在鐵電材料中發(fā)現(xiàn)了通量全閉合疇結構，以及由順時針和逆時針閉合結構交替排列構成的大尺度周期性陣列，并發(fā)現(xiàn)了閉合結構核心處存在巨大彎電效應，有望使鐵電材料實現(xiàn)超高密度信息存儲功能。

《A synthetic Mn4Ca-cluster mimicking the oxygen-evolving center of photosynthesis》的通訊作者有中國科學院化學研究所光化學院重點實驗室張純喜研究員和哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院董紅星教授。該研究合成了一種錳-鈣分子簇，這種分子簇無論結構還是作用方式都很像光合作用中的制氧中心。這種分子的金屬中心可以很容易的進行四電子氧化還原，因此可以將水分解成氧氣。這類分子的合成將為開發(fā)為人工光合作用的催化劑制備提供的新方向。

《Structural basis for energy transfer pathways in the plant PSI-LHCI supercomplex》的通訊作者之一是中國科學院植物研究所匡廷云院士。該研究報道了高等植物光系統(tǒng)I（PSI）光合膜蛋白超分子復合物2.8 的世界最高分辨率晶體結構，為揭示高等植物PSI高效吸能、傳能和轉能的機理奠定了結構基礎；對于闡明光合作用機理具有重大的理論意義；為開辟太陽能利用、開發(fā)清潔能源、解決人類社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的能源、糧食和環(huán)境等問題都具有重大戰(zhàn)略意義。

《A Werner syndrome stem cell model unveils heterochromatin alterations as a driver of human aging》的通訊作者有北京大學生命科學學院生物動態(tài)光學成像中心湯富酬教授、中國科學院生物物理研究所劉光慧研究員。該研究結合多能干細胞定向分化技術、基因組靶向編輯技術、以及表觀遺傳組分析技術揭示了異染色質的高級結構失序（disorganization）是人類干細胞衰老的驅動力之一，為延緩衰老及研究和防治衰老相關疾病提供了新的潛在靶點和思路。

《Genomic signatures of evolutionary transitions from solitary to group living》的通訊作者之一是華大基因研究院CEO王俊博士和華大基因研究院比較基因組研究中心負責人張國捷博士。該研究對代表三種生活方式的十種蜜蜂進行了研究，揭示了群居生活的遺傳學特征，展示了與真社會性演化有關的一些顯著改變。與獨居蜜蜂相比，真社會性蜜蜂的轉座元件減少，蛋白演化受到更大的約束。雖然起源不同的真社會性在總體基因組特征上是相似的，但涉及的具體基因并不相同。

《A parvalbumin-positive excitatory visual pathway to trigger fear responses in mice》的通訊作者是中國科學院生物物理研究所曹鵬研究員。該研究是針對過度或反復的“戰(zhàn)斗-逃跑”反應引發(fā)一類稱為創(chuàng)傷后壓力應激障礙（post-traumatic stress disorder， PTSD）的疾病?！皯?zhàn)斗-逃跑”反應是指人和動物在面臨生存威脅時表現(xiàn)出的應激性生理反應，幫助個體更有力地戰(zhàn)斗或逃跑，以增加生存概率。相關結果為進一步深入研究PTSD的發(fā)病機理奠定了重要基礎。

《Exceptionally low daily energy expenditure in the bamboo-eating giant panda》的通訊作者中國科學院動物研究所副所長魏輔文研究員。該研究通過分析大熊貓每日能量消耗，發(fā)現(xiàn)了大熊貓如何通過吃竹子生存下來的原因，這為更好的了解大熊貓體內機制，以及瀕危動物保護提供了新的資料。實驗結果表明，大熊貓具有一系列能節(jié)能能量的特性，比如包括甲狀腺功能低下，因此使得這種動物在大滅絕來臨之際能退居深山竹林，只靠吃竹子存活下來。

《Crystal structure of a mycobacterial Insig homolog provides insight into how these sensors monitor sterol levels》（分枝桿菌Insig同源蛋白晶體結構揭示Insig蛋白感受固醇的分子機制）的通訊作者是清華大學醫(yī)學院顏寧教授。該研究報道了一類分支桿菌中Insig同源蛋白MvINS的高分辨率晶體結構，并通過大量生化分析揭示了人源Insig蛋白感受調控細胞內固醇類分子水平的生化機制。膽固醇是膽酸、維生素D以及一些類固醇激素的前體，參與重要的細胞信號轉導。

《Structure of a yeast spliceosome at 3.6-angstrom resolution》（3.6埃的酵母剪接體結構）的通訊作者是清華大學施一公教授。該研究通過單顆粒冷凍電子顯微技術（冷凍電鏡）解析的酵母剪接體近原子分辨率的三維結構。在對傳統(tǒng)的串聯(lián)親和層析法進行改良之后，提取了內源性表達的酵母剪接體復合物，利用冷凍電鏡圖像處理和三維重構，獲得剪接體高分辨率的三維結構。該剪接體的外形輪廓十分不對稱，各個蛋白相互纏繞，形成了分子量和體積巨大的復合物。

《Structural basis of pre-mRNA splicing》（前體信使RNA剪接的結構基礎）的通訊作者是清華大學施一公教授。該研究在酵母剪接體近原子分辨率的三維結構基礎上，闡述了剪接體對前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機理，搭建了前體信使RNA被剪切、連接的原子模型，闡述了剪接反應進行的分子機制。剪接體近原子分辨率結構的解析不僅初步解答了這一基礎生命科學領域長期以來關注的問題，也為揭示與剪接體相關疾病的發(fā)病機理提供了結構基礎和理論指導。

《Cryo-EM shows the polymerase structures and a nonspooled genome within a dsRNA virus》（冷凍電鏡揭示雙鏈RNA病毒內部聚合酶和病毒基因組的非線軸結構）的通訊作者是湖南師范大學物理與信息科學學院量子效應及其應用協(xié)同創(chuàng)新中心劉紅榮教授與清華大學生命科學學院程凌鵬副研究員。該研究對一種源自昆蟲的雙鏈RNA病毒內部的基因組及其RNA聚合酶的三維結構進行了解析，發(fā)現(xiàn)該病毒的內部結構呈現(xiàn)出“多層球狀”，解析了相關構象變化和工作模型。

《Structural and biochemical basis for induced self-propagation of NLRC4》（NLRC4蛋白誘導自激活機制的結構和生化基礎）的通訊作者是清華大學生命科學學院隋森芳院士和柴繼杰教授。該研究報道了通過單顆粒冷凍電子顯微技術（冷凍電鏡）解析的小鼠PrgJ-NAIP2-NLRC4ΔCARD復合物（炎癥小體）分辨率為6.6埃的三維結構，并通過大量的生化和結構研究揭示了NAIP-NLRC4炎癥小體中NLRC4蛋白誘導自激活的分子機制。

《Quantum Griffiths singularity of superconductor-metal transition in Ga thin films》的通訊作者是北京大學林熙研究員，王健研究員和清華大學馬旭村研究員。該研究在低維體系以及超導體系中發(fā)現(xiàn)和證實量子Griffiths奇異性，并且有可能是對超導-金屬相變的具有普適性的物理解釋。物質的物相和相變是物理學領域最重要的科學問題之一，這項工作不僅是發(fā)現(xiàn)了一種新的量子相變，而且對超導（包括高溫超導）等量子材料體系中量子臨界行為的理解提供了新的思路。

《The Symbiodinium kawagutii genome illuminates dinoflagellate gene expression and coral symbiosis》（通過蟲黃藻基因組解讀甲藻基因表達和珊瑚共生的分子機制）的通訊作者是廈門大學林森杰教授。該研究以蟲黃藻作為模式生物，通過基因組測序，在國際上首次系統(tǒng)完整地分析了甲藻基因組的結構特性，描繪了珊瑚蟲和蟲黃藻共生過程中相互作用的分子機制，為今后甲藻基因組學和珊瑚-蟲黃藻共生生態(tài)系統(tǒng)的深入研究奠定了堅實的分子生物學基礎。

《The polypharmacokinetics of herbal medicines》的通訊作者是上海交通大學藥學院副院長賈偉教授。該研究針對中草藥的藥代動力學開展了一系列工作。賈偉教授同時還任夏威夷大學終身教授、癌癥研究中心副主任，上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院轉化醫(yī)學中心主任，長期從事中藥藥物制劑學及天然藥物等轉化醫(yī)學和代謝組學研究。藥物進入體內后，經過吸收進入血液，并隨血流透過生物膜進入靶組織與受體結合，從而產生藥理作用，作用結束后，還需從體內消除。

《Mapping ancient remedies： Applying a network approach to traditional Chinese medicine》的通訊作者是清華大學信息科技國家實驗室（籌）生物信息學部副主任李梢教授。該研究開展了針對中藥的圖譜網絡工作。采用絡藥理學、生物信息學中的信息處理和復雜網絡分析方法，基于生物網絡研究疾病和藥物的網絡藥理學，利用生物醫(yī)學大數(shù)據(jù)，以信息與系統(tǒng)的觀點，分析疾病的復雜生物網絡及其調控規(guī)律，開展中醫(yī)藥作用機制的研究，發(fā)展了系統(tǒng)控制復雜疾病的新方法。

《The bioavailability barrier and personalized traditional Chinese medicine》的通訊作者之一是廣州中醫(yī)藥大學國際中醫(yī)藥轉化醫(yī)學研究所所長劉中秋教授。該研究主要報道了影響中藥藥物生物利用度的生理屏障及機理，以及基于藥物吸收與代謝原理的新型給藥傳遞系統(tǒng)。血腦屏障位于血液與中樞神經系統(tǒng)的神經組織之間，是維持中樞神經系統(tǒng)內環(huán)境穩(wěn)定的結構基礎，其結構和功能的完整對維持神經系統(tǒng)的正常功能至關重要。

《Transdermal treatment with Chinese herbal medicine： Theory and clinical applications》的通訊作者是北京中醫(yī)藥大學中藥學院吳清教授。該研究報道了中草藥經皮給藥的理論基礎和臨床應用。外用中藥是指以外用為主，以局部涂搽、敷貼 、熏洗、點眼、吹喉、滴鼻為主要應用形式的一類中藥。外用藥具有解毒消腫、化腐排膿、生肌斂瘡、殺蟲止癢、止血止痛等功效，主要用于癰疽瘡癤、疥癬、外傷、燒傷、蟲蛇咬傷以及五官科疾患等治療。

《Oscillatory stress stimulation uncovers an Achilles' heel of the yeast MAPK signaling network》的通訊作者之一是北京大學生命科學學院定量生物學中心魏平研究員。研究顯示，MAPK通路的建立方式導致細胞將八分鐘振蕩解讀為鹽濃度的不斷提高。結果酵母細胞的保護性應答過度激活，最終造成了細胞死亡。酵母總認為鹽脅迫會越來越嚴重，這樣的錯覺成了它們的致命弱點。研究這些細胞的感知錯誤有助于誘導癌細胞自殺，這種策略能夠避免影響附近的健康細胞。

《Structure of the voltage-gated calcium channel Ca（v）1.1 complex》（電壓門控鈣離子通道復合物Cav1.1的三維結構）的通訊作者是清華大學醫(yī)學院顏寧教授。該研究報道了真核生物電壓門控鈣離子通道的4.2埃分辨率的冷凍電鏡結構，為理解其功能提供了重要的線索。鈣離子（Ca2+）是生物體內重要的第二信使，在肌肉收縮、神經信號傳遞、腺體分泌、基因轉錄調控以及細胞凋亡等眾多生命過程中扮演重要角色。

《Nitrogen-doped mesoporous carbon of extraordinary capacitance for electrochemical energy storage》的通訊作者是中國科學院上海硅酸鹽研究所黃富強研究員。實驗人員合成了一種有序介孔少層碳的新型材料，碳sp2雜化程度高達98%，少于5個原子層，具有優(yōu)異的三維微觀導電性能，通過氮摻雜后電化學儲能特性優(yōu)異。超級電容器是重要的新型儲能器件，具有功率密度高、循環(huán)壽命長和安全可靠等特點。超級電容器已應用于混合電動汽車、大功率輸出等設備。