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序物種的圖譜。Nature雜志第7833期封面文章報(bào)道了基因組測序研究進(jìn)展。萬種鳥類基因組項(xiàng)目（Bird 10,000 Genomes Project）的張國捷等人比較了363個基因組（代表了逾90%的科級別鳥類），包括267個新測序的種。動物法則項(xiàng)目（Zoonomia Project）的Elinor Karlsson等人描述了他們對240個基因組的分析（代表了逾80%的科級別胎盤哺乳動物），包括122個新測序的種。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。

人臉識別的真相

Nature封面：面對真相。Nature雜志第7834期特刊文章報(bào)道了人臉識別技術(shù)的能力和陷阱。長期以來，機(jī)場、邊境、智能手機(jī)等一直在使用人臉識別系統(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“智慧城市”一探究竟，關(guān)注了缺乏管理和監(jiān)督會如何侵蝕公民自由。第三篇文章探討了對人臉識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：意大利國家核物理研究所（INFN）格蘭薩索國家實(shí)驗(yàn)室的博瑞西諾檢測器。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）催化的次級聚變過程。新研究檢測到了因碳氮氧循環(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。

控制單個分子在表面上遠(yuǎn)距離運(yùn)動

Science封面：當(dāng)單個二溴三芴分子沿著銀表面按特定方向排列時，表現(xiàn)出了高度可移動性，并可以受控地在兩個尖銳的探針之間轉(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)了單個分子在表面上的長距離移動。單個DBTF分子在銀（111）表面以0.1埃的極高空間精度移動了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)送或接收單個分子。高控制允許我們精確地移動單個和特定的分子實(shí)體之間的兩個單獨(dú)的探針，為速度測量，從而在擴(kuò)散和碰撞過程中實(shí)時研究單個分子的能量耗散。

個體雜合性研究與預(yù)測

Science封面：莫哈韋沙漠龜（Gopherus agassizii）。Science雜志第6520期封面文章報(bào)道了個體雜合性是這些烏龜易位成功的關(guān)鍵預(yù)測因子。為了最大限度地提高生存概率，標(biāo)準(zhǔn)做法是將動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)個體雜合性可以預(yù)測龜?shù)纳?，而易位距離或地理起源單位則不能。因此，易位個體的生存可能性即雜合性。

解釋控制植物根系生長規(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)道了根染為植物對競爭反應(yīng)的理論預(yù)測提供了實(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)有競爭者靠近時，它們會比單獨(dú)生長時生長出更多的根系。Ciro Cabal等人開發(fā)了一個基于博弈論的消費(fèi)者-資源模型（consumer-resource model），以解釋控制根系生長的規(guī)則。植物根據(jù)相鄰植物和競爭植物的距離來調(diào)整它們根的生長方式和位置。說明了在靠近鄰近植物生長的情況下與在沒有競爭的情況下生長的根之間的差異。

（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的重建

廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點(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)測海表二氧化碳分壓數(shù)據(jù)為時空基準(zhǔn)，重建了海表二氧化碳分壓的時空場。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)測數(shù)據(jù)和南海定點(diǎn)時間序列站SEATS（18°N, 116°E）的觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合對應(yīng)年份整個海盆區(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空場。

南海2000—2017年夏季重建的海表二氧化碳分壓場（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）

中國東部邊緣海沉積有機(jī)碳活性及埋藏評價

中國科學(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)雜的水動力過程促使物理再造過程和活性有機(jī)質(zhì)對惰性有機(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。

大氣沉降對深海碳輸出的影響

中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(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)性寡營養(yǎng)鹽海區(qū)，大氣N輸入在夏秋季時能促進(jìn)微微型浮游植物的生長，增加中小型浮游動物的生物量。浮游動物為冬春季硅藻的生長帶來了捕食壓力，降低了硅藻的生物量。由于硅藻個體較大并且其產(chǎn)生的蛋白石對于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，大氣Fe輸入的影響不顯著。冬春季時，垂向混合帶來了充足的N，大氣Fe輸入促進(jìn)硅藻的生長，增加POC深海輸出通量。

潮汐變化對美國海岸洪災(zāi)發(fā)生頻率的影響

中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院柳林濤研究員與國內(nèi)外科學(xué)家合作，評估了潮汐變化對海岸洪災(zāi)發(fā)生頻率的影響，指出潮汐長期變化對海岸洪災(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。該研究對位于美國海岸的40個驗(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個地點(diǎn)的小型洪水的頻率增加，而潮汐的減弱抑制了11個地點(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)與比利時根特大學(xué)、德國柏林工業(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，咸海入湖水量對徑流量、農(nóng)業(yè)用水等較敏感，而解體后對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。

海表鹽度的內(nèi)部變率特征及其對長期趨勢評估的影響

中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(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)部變率特征及其對長期趨勢評估的影響，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)部變率對熱帶區(qū)域長期趨勢的貢獻(xiàn)可高達(dá)40%，因此海表鹽度長期趨勢的評估需要重新考慮內(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)測鹽度/水循環(huán)未來變化的準(zhǔn)確性。