科技名刊精选

科技名刊精选

去除β-淀粉样蛋白新前景

Nature封面：在Aducanumab作用下，淀粉样蛋白斑块减少，如示例基线与治疗54周后的淀粉样蛋白PET图像所示。Nature杂志第7618期封面文章报道了Aducanumab，它是一种专门靶向β-淀粉样蛋白（Aβ）肽聚集的人类重组单克隆抗体，人们认为Aβ肽聚集在阿尔茨海默病的神经退行过程中发挥了作用。近年来，多种阿尔茨海默病药物都未能成功研发，因此任何新发现都会引起人们的强烈兴趣。一项新的研究报告了每月向先兆或轻微阿尔茨海默病被试者注射Aducanumab的临床试验中期结果：Aducanumab疗法减少了大脑中的淀粉样蛋白斑块，而且还延缓了患者的临床损伤（呈剂量依赖性）。试验数据为进一步将Aducanumab开发为一种去除Aβ肽疗法提供了支持。

善用工具的夏威夷乌鸦

Nature封面：善用工具的夏威夷乌鸦。Nature杂志第7620期封面文章报道了鸦科鸟类的认知能力。一直以来，新喀鸦因其能够制作和使用工具觅食而闻名。不过，Christian Rutz等人发现，另一种来自太平洋岛屿的乌鸦——夏威夷乌鸦也同样具备这种能力，它们的夏威夷名字Alalā更为知名。夏威夷乌鸦在幼年时自然而然地学会如何使用工具，整个物种全部都具有熟练使用工具的能力。夏威夷乌鸦已在野外灭绝，现存的109只全部为人工饲养。热带乌鸦的技术能力或许是由偏远岛屿的独特生态环境促成的，其中包括内部猎物竞争降低和被捕食风险下降。发现第二种会使用工具的乌鸦为动物在使用工具方面的比较研究创造了难得的机会。

科学与不平等

Nature封面：不平等的实验室，如两款豪装与简装的显微镜。Nature杂志第7621期封面文章以特刊形势报道了“科学与不平等”。本期特刊考察科学对不平等现象有何解释，以及不平等如何影响科学工作者。经济学家Branko Milanovic使用历史数据，追踪了不平等现象在数百年间的起落。Mike Savage在此探寻“阶级”究竟意味着什么。新闻版块的两篇文章中则详细探讨了不平等对科学自身的影响。在世界范围内，贫穷和社会背景仍然是科学生涯的巨大壁垒和鸿沟。顶尖科学家的收入与其他科学家相比，差距在不断增大。在很多国家的很多大学里，精英科学家和那些在一线“战壕”中奋战的研究者之间的收入差距在过去几十年里一直在扩大，这种收入的不平等正反映了整个社会的趋势。

非洲爪蟾的基因组演化过程

Nature封面：非洲爪蟾。Nature杂志第7625期讲述非洲爪蟾的基因组演化。非洲爪蟾(Xenopus laevis)是脊椎动物细胞和发育生物学研究中的重要模式生物，它是一种古四倍体—— 数百万年前基因组复制的产物，这使得非洲爪蟾成为了理想的多倍体研究目标，但同时也大大增加了基因组测序的复杂性。Daniel Rokhsar及同事报告了非洲爪蟾的基因组序列，并与其近亲热带爪蟾(X. tropicalis)的基因组进行了比较。他们的分析证实非洲爪蟾是异源四倍体，并区分出了两个非对称演化的亚基因组：一个往往保留了远祖状态，而另一个则经历了基因损失、删除、重组和表达降低的情况。这两种二倍体的祖先约在3400万年前出现分化，并在约1800万年前结合形成异源四倍体。

通往寨卡病毒疫苗的道路

Science封面：三条通往寨卡病毒疫苗的道路。Science杂志第6304期封面文章报道了三种独立的疫苗平台，对感染寨卡病毒的恒河猴提供权利防护。非洲的埃博拉疫情还没有完全结束，美洲就出现了一种虫媒病毒的暴发流行，这种虫媒病毒为寨卡病毒（Zika Virus）。目前有多个国家和地区有疫情报道，主要在美洲，欧洲多国也有报道，有蔓延全球之势。目前世界范围内已有十几家实验室在进行寨卡疫苗的研发。不论结果如何，这些疫苗都将是预防性的，并且不能应用于怀孕的妇女，而后者是受寨卡威胁最严重的人群。

遗传多样性的人类世地图与纬度梯度变化

Science封面：一只伊比利亚猞猁。Science杂志第6307期封面文报道了遗传多样性的人类世地图与纬度梯度变化。人类世（Anthropocene）正在经历生物多样性的丧失，但人们对全球的种内遗传多样性仍缺乏基本了解。Andreia Miraldo等人的研究运用大量陆生物种的线粒体序列，与地理坐标相联系，发现了遗传多样性的地区与人为影响的差异。此外，Henrique M. Pereira的视点文章认为大约三分之二的陆地脊椎动物生存在热带雨林地区，物种的多样性也体现在这里。遗传多样性与纬度梯度变化密切相关，Hurlbert and Jetz以及Miraldo等人的研究也证实了这一点。

压力下的基因

Science封面：一位尼泊尔昆布冰瀑地区的夏尔巴挑夫。Science杂志第6308期封面文报道了环境对人类基因组的影响。一些人类的族群在低氧的高海拔地区呈现出很强的耐受力，遗传和外成性质的改变塑造了我们对环境的响应。选择压力改变了地球上的生命，优化了生命体的遗传特性以适应不断变化的环境。这种选择性创造了大量的新物种包括特殊的人类族群。这种环境的影响围绕细胞水平展开，例如塑造我们免疫系统的细胞与内外环境交互作用从而保障我们的健康。最新的研究显示这种适应性拓展到远超DNA序列的改变，从而帮助我们消除病痛，远离疾病。

咬回去

Science封面：一只正在人胳膊上狼吞虎咽的埃及伊蚊。Science杂志第6309期封面文报道了人类与蚊传染疾病的抗争。蚊子能传播诸如登革热、寨卡病毒、切昆贡亚热、黄热病等。冈比亚按蚊就在非洲造成了疟疾肆虐。如果蚊子从地球上消失，许多人肯定会欢呼雀跃。这类爱吸血的动物传播寨卡病毒这类严重影响健康的疾病。现在我们能做的就是消除恐惧。人类开发的武器有杀虫剂、纱窗、蚊帐、驱虫剂，以及用手拍死它们。杀虫剂对埃及伊蚊的作用微乎其微，许多科学家建议释放一批基因改造过程蚊子，这些蚊子携带者基因不会造成大量繁殖，或携带益生菌抗击致命病毒。战争仍在继续。

人工合成珍珠母人工合成方法突破

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、化学与材料科学学院俞书宏课题组通过模拟天然珍珠母生长过程而获得了人工仿生结构材料，这种材料具有与天然珍珠母高度相似的化学组分和微观结构，并因此兼具强度及韧性，相关结果发表在《科学》杂志上。珍珠母主要由文石相碳酸钙和几丁质构成，类似现代建筑的层状有序“砖-泥”结构。软体动物形成珍珠母的过程，首先是调控分泌的几丁质形成层状框架，然后使碳酸钙在该框架中富集并矿化，并逐步填满整个框架。文石相碳酸钙以类似天然珍珠母生长的方式，在有机框架上随机成核并沿侧向外延生长，最终在每一层框架上均形成与天然珍珠母类似的泰森多边形结构。因其层状多级结构，珍珠母同时具备了远远超过纯碳酸钙或几丁质的强度和韧性。

天然珍珠层（左）与人工珍珠层（右）不同尺度的结构相似性

通过模拟生物矿化过程合成人工珍珠母的步骤

棱柱状碳化钴纳米结构用于合成气高效转化直接制备低碳烯烃

中科院上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室在合成气直接制烯烃研究获重大突破，研究论文发表于《自然》。合成气经费托反应路线直接制烯烃是指一氧化碳和氢气在催化剂作用下，通过费托（Fischer-Tropsch）过程合成烯烃（FTO）过程。该团队研发了一种全新的催化剂，它能在温和的反应条件下（常温, 常压-低压），高选择性合成气直接制备烯烃，甲烷选择性可低至5%，低碳烯烃选择性可达60.8%，总烯烃选择性高达80%以上，烯/烷比可高达30以上，同时产物碳数呈现显著的窄区间高选择性分布，C2-15选择性占90%以上，产物分布完全不服从ASF规律，体现出很好的FTO性能。

世界最高效的钙钛矿LED

南京工业大学黄维院士、王建浦教授团队设计并制备了一种具有多量子阱结构的钙钛矿LED，其器件效率和稳定性远超国际同行报道的其他钙钛矿LED，该成果发表于《自然·光子学》。钙钛矿LED含有有机—无机杂化钙钛矿材料，兼具有机和无机半导体材料的优势：通常无机LED 发光管采取点式发光，不能做显示屏，只有OLED才能做显示屏，但钙钛矿LED有别于传统无机LED，可以做显示屏，且呈像色彩更为鲜艳；钙钛矿 LED一改传统的LED室内照明点状发光为面状发光，使室内的光线不刺眼，更接近自然光，增加舒适度。传统无机LED只能做小面积，但利用这项成果可以做成类似天花板大的面积，且较之传统无机发光材料具有缺陷密度低、发光效率高、色纯度好等优势。

效率达18.97%黑硅太阳能电池制备

复旦大学光科学与工程系陆明研究团队利用黑硅材料制备出了效率达18.97%黑硅太阳能电池，相关研究成果发表于《纳米技术》。与平面晶硅电池相比，这种黑硅电池具有宽谱特性。由于硅纳米晶带隙高于晶硅，因此该黑硅电池的开路电压高于相应的平面硅电池，发射极的梯度带隙结构抑制了前表面电子和空穴的复合。由于短波长范围吸收度高，短波长处的光伏响应也较好。研究发现，与其他黑硅电池的制备方法相比，这种黑硅的制造方法简单，且在很宽的波长范围内的反射更低（小于0.3%），在短波长范围内的量子效率很高，说明表面复合较小。制造这种黑硅太阳能电池无需增加任何设备，比传统绒面加减反射膜的工艺简单、成本低。

人工合成MOF用于高效选择性加氢反应

中科院国家纳米科学中心的唐智勇、李国栋和澳大利亚格里菲斯大学的赵惠军（Huijun Zhao）等将铂纳米颗粒封装到MOF层间或孔道内构建具有高效选择性催化的反应容器，相关研究成果发表于《自然》。不饱和醇类作为一种重要的化合物，在香水、香料和制药等领域有着重要的应用。这类化合物的天然来源很有限，通常由α,β-不饱和醛类通过C=O键的加氢制备得到。但由于在常规的多相催化剂（例如金属氧化物负载的金属纳米颗粒）上，C=C键加氢在热力学上更有优势，选择性的C=O键加氢较难实现。这种MOFs@Pt@MOFs的三明治核壳结构，利用MOFs上配位不饱和金属位点对C=O双键的吸附和活化，使得Pt纳米颗粒选择性地对C=O双键加氢，得到了高选择性的不饱和醇类产物。

MIL-101@ Pt@MIL-101结构的催化剂

肉桂醛分子（A）在MIL-101(Fe)和MIL-101(Cr)上的吸附和加氢的理论计算结果

新方法编辑DNA碱基

中科院上海生命科学研究院/上海交通大学医学院健康科学研究所常兴研究组利用靶向性胞嘧啶脱氨酶在体内实现高效率和高通量的DNA碱基编辑，研究论文发表于《自然-方法》。当把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和诱导抗体高频突变的胞嘧啶脱氨酶AID融合后，在sgRNA靶向的基因组DNA上，胞嘧啶和鸟嘌呤可以随机地向其它三个碱基转变。同时在一种多肽抑制剂的辅助下，dCas9-AID可以诱导特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶转变，实现单碱基的精确编辑。利用该方法可以快速有效地模拟肿瘤细胞体内耐药机制的异质性，预测可能的肿瘤耐药性突变，进而改良小分子抑制剂和研究小分子与蛋白质靶点的相互作用。该研究成果为分子进化、基因治疗和在单碱基水平上分析基因调控元件等领域提供新的方法。

人源大麻素受体解析

中科院生物物理研究所刘志杰课题组与合作者解析了人源大麻素受体CB1-AM6538复合物2.8埃分辨率的晶体结构，揭示了CB1中拮抗剂小分子AM6538复杂的疏水结合口袋，研究成果发表于《细胞》。人源大麻素受体是人的中枢神经系统中表达量最高的G蛋白偶联受体。大麻作为药物使用已有几千年的历史，研究结果显示大麻的主要有效成分——四氢大麻酚主要作用于CB1。CB1是治疗疼痛、炎症、肥胖症以及药物滥用的潜在药物靶点。AM6538非共价的紧密结合模式使其具备了成为长效缓释药物分子的巨大潜力，该特性也是治疗成瘾障碍药物的基本要求。此外，通过基于CB1的三维结构的分子对接及动力学模拟分析进一步获得了不同类型的小分子激动剂与CB1的结合方式。

生物基芳香聚酯聚呋喃二甲酸乙二醇酯人工合成

中科院宁波材料技术与工程研究所朱锦研究团队通过以生物基芳香单体2,5-呋喃二甲酸与乙二醇共聚，采用熔融缩聚法，制备了一系列分子结构中呋喃环含量不同的生物基芳香聚酯聚呋喃二甲酸乙二醇酯，研究成果发表于《聚合物》。生物基高分子如聚乳酸、聚羟基脂肪酸、聚羟基乙酸、聚丁二醇丁二酸酯等以可再生资源为主要原料，在减少高分子行业对石油资源消耗的同时，也减少了石油基原料生产过程中对环境的污染，具有节约石油资源和保护环境的双重功效。生物基PET聚酯特性黏度控制在0.75-0.98dL/g之间，生物基芳香聚酯PEF特性黏度在0.65-1.0dL/g之间，不同级别精确可控。在此基础上也开展了纤维、薄膜、工程塑料等领域的应用研究。

高新技术弹道输运二维pn结中实现了电子光学的观测

中科院金属研究所磁性材料与磁学研究部与美国哥伦比亚大学、弗吉尼亚大学等团队合作，在弹道输运二维pn结中实现了电子光学的观测，研究成果发表于《科学》。该研究通过局域的石墨门电压和远程硅片门电压的调控，该型异质pn结能够借助弱磁场下的磁聚焦手段测量得到高信噪比电子折射行为，首次得到了单位斜率的类光学电子正负折射。通过这项工作，研究队伍间接地提取了电子在石墨烯pn结界面斜入射角度与透过率之间的联系，通过与理论的比对，推算出研究制备的pn结宽度约为70nm。同时，模拟计算得到的结果与实验数据高度吻合。该工作为电子光学实验及其新型全电控电子开关等方面的应用与发展奠定了基础。

模拟计算得到的结果与实验数据高度吻合

电子折射行为

光控微流体新技术

复旦大学俞燕蕾教授团队采用新型液晶高分子光致形变材料，构筑出具有光响应特性的微管执行器，并通过微管光致形变产生的毛细作用力，实现对包括生物医用领域常用液体在内的各种复杂流体的全光操控，研究成果发表于《自然》。微量液体传输涉及诸多领域，如昂贵液体药品的无损转移、微流体器件与生物芯片中的液体驱动等。伴随微流体芯片的自身尺寸不断缩小，功能单元数量日益增多，相应的外部驱动设备和管路越来越复杂和庞大。微流控系统的进一步简化成为制约微流体领域发展的瓶颈。过去的光控微流体，由于材料与驱动机制的限制，传输速度很慢，适用的液体种类也很少，距离实用化还相当遥远。要解决这一难题，亟待从根本上实现微流体器件构筑材料与驱动机制两方面的突破与创新。

预先纠缠分发的独立量子源之间的量子态隐形传输

中国科学技术大学潘建伟、张强等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、上海交通大学等研究机构合作，在合肥量子城域通信试验网上首次实现了预先纠缠分发的独立量子源之间的量子态隐形传输，为未来可扩展量子网络的构建奠定了坚实基础，相关结果发表于《自然-光子学》。研究团队开发了适合光纤网络传输的时间相位纠缠光子源，然后通过发展皮秒级的远程光同步技术和使用光纤布拉格光栅进行窄带滤波，成功地解决了两个独立光子源之间的同步和干涉问题；接着开发了针对远距离光纤所造成的延迟和偏振涨落以及实验系统的稳定性等问题的主动反馈系统；最后利用中科院上海微系统所开发的超导纳米线单光子探测器，在30公里链路上实现了满足上述三要素的量子隐形传态实验。

创纪录高亮度高品质电子束

中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室徐至展院士、李儒新研究员带领研究团队，提出了级联尾波场加速新方案，突破了激光尾波场加速中能散度难以压缩等重大技术瓶颈，实验获得了高亮度、高品质的高能电子束，电子束六维相空间亮度远高于目前国际上报道的同类研究结果，在国际上首次接近了最先进的直线加速器上所能获得的电子束亮度。相关研究结果发表于《物理评论快报》。超强超短激光驱动的尾波场电子加速器具有比传统的射频加速器高出三个量级以上的超高加速梯度，为实现小型化的高能粒子加速器等提供了全新技术途径，也将对未来的同步辐射装置、自由电子激光以及高能物理研究等带来深远的影响。

高新技术超冷原子量子模拟

北京大学量子材料科学中心刘雄军组和中国科学技术大学相关研究人员的联合团队从理论上提出并在实验上人工合成超冷原子的二维自旋轨道耦合，测定了由自旋轨道耦合导致的新奇拓扑物性，研究成果发表于《科学》。刘雄军带领的理论小组提出了“拉曼光晶格的量子系统”。基于该系统，不仅可完好地实现二维人工自旋轨道耦合，并能得到如量子反常霍尔效应和拓扑超流等深刻的基本物理效应。基于该理论方案，中国科学技术大学潘建伟、陈帅和邓友金等组成的实验小组在发展激光和磁场精确调控技术的基础上，成功地构造了拉曼光晶格量子系统，合成二维自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体。进一步研究发现合成的自旋轨道耦合和能带拓扑具有高度可调控性。

二维自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体

拉曼光晶格设计

组装分子“面旋转”多面体实现二维手性向三维手性传递

厦门大学化学化工学院曹晓宇课题组以三聚茚为组装基元，实现了一系列新型手性分子多面体的可控组装。该类多面体具有独特的面方向性，可通过多面体顶点或动力学调控其面方向性，相关组装机理亦得到理论计算论证及动力学实验的验证，相关研究成果发表于《自然-通讯》期刊上。自然界中正二十面体病毒衣壳的面上蛋白质亚基具有朝同一方向“旋转”的特性，三甲酰基修饰的三聚茚衍生物与1，2-二胺通过动态共价键组装成[4+6]分子多面体。该研究实现了具面方向性分子多面体这种全新的手性多面体，此设计策略可将其他具面方向的分子构筑基元拓展到更多分子多面体中，进而用于分子识别、手性拆分或不对称催化等领域。

统计物理方法处理机器学习

中科院理论物理研究所张潘副研究员将自旋玻璃理论与消息传递算法用于机器学习中的统计推断和神经网络等理论问题，相关研究成果发表于《物理评论X》。包括深度学习在内的机器学习研究近年来发展迅速，掀起了人工智能领域新一轮热潮，并使人工智能成为大众广泛讨论的议题。机器学习程序，例如谷歌公司的 Alpha Go，在语音分析、围棋、图像识别等方面之所以取得巨大的成功，其中最重要的原因是用来进行模型训练的数据量在不断增大，而且计算性能的快速提高使得可以构建的模型尺寸也在快速增大。大数据的涌现为统计物理应用于这个快速发展领域提供了极好的契机。

鼻咽癌治疗新技术

中山大学附属肿瘤医院马骏团队牵头全国10个临床研究中心共同参与一项三药联合化疗方案（简称TPF）治疗局部晚期鼻咽癌的大型前瞻性Ⅲ期临床试验，相关成果发表于《柳叶刀-肿瘤学》。全球40%的鼻咽癌发生在中国，其中以广东最多。由于鼻咽癌发病部位隐蔽，初次到医院就诊的患者中70%以上已伴有周围颅骨侵犯和颈部淋巴结转移。国际指南推荐的同期放化疗后给予强化的3个疗程的辅助化疗（简称PF）并不适于中国人。最新治疗方案在鼻咽癌最常用的PF双药基础上，加用新型的化疗药物多西他赛（T），组成TPF方案。TPF诱导化疗联合同期放化疗将3年无瘤生存率从72%提高到80%，3年总生存率从86%提高到92%，3年无远处转移生存率从83%提高到90%，不良反应可控。

天文GRB 050709中发现巨新星(引力波电磁对应体)

中科院紫金山天文台金志平等人在GRB 050709中发现巨新星(引力波电磁对应体)，相关研究成果发表于《自然-通讯》。GRB 050709是人类首次探测到光学对应体的短暴，对甚大望远镜VLT、HST数据的系统分析发现VLT在伽玛暴结束后2.5天处测得的能谱与余辉模型显著不同，而与巨新星信号一致，可以被将来的观测进一步检验，一旦得到验证，将是中子星并合过程合成重元素的观测证据。分析表明，GRB 050709的光学辐射自2.5天起就由巨新星成分主导，并且该暴很可能由一个中子星与黑洞的双星系统的并合产生。从GRB050709和GRB060614中得到的巨新星光变曲线非常一致。每个短暴/长短暴很可能都伴随着一个巨新星，这表明巨新星普遍存在，是引力波事件的极佳电磁辐射对应体。

(a) GRB 050709的光学辐射; (b) GRB 050709光学辐射扣除余辉成分后留下的“奇异”信号与“中子星黑洞并合模型预期的巨新星辐射”的比较; (c) 2.5天处的“奇异”能谱与一个巨新星模型预言的比较

VLT I-band图分析

黑洞活动性基本面

中科院上海天文台谢富国副研究员、袁峰研究员及其合作者发现了首个符合拐折型相关关系的活动星系核NGC 7213，证实了他们早期对射电-X射线三段式相关关系的理论解释，相关成果发表于《皇家天文学会月报》。在基本面研究中，黑洞双星具有得天独厚的优势。它们的演化时标较短，往往会发生多次爆发。在爆发过程中它们的射电光度和X射线光度有非常剧烈的变化，因此可以用来研究基本面关系里的一个重要组成部分，即（单个源的）射电-X射线光度之间的相关。研究从耦合的吸积-喷流理论这一主流理论模型出发，结合最新的理论进展，揭示了不同相关关系的区别与联系；并发现了首个符合拐折型相关关系的活动星系核NGC 7213。

射电望远镜发现巨型旋涡星系中一对超大质量黑洞

中科院新疆天文台与中欧射电天文学家合作，在巨型旋涡星系NGC 5252的星系盘附近发现了另一颗伴有显著射电喷流的超大质量黑洞，该成果已发表于《皇家天文学会月报》，新疆天文台是第一完成单位。几乎每个星系的中央都存在着一个质量为太阳质量的百万倍以上的超大质量黑洞，并且不少星系在大尺度上呈现出成双或者成团的现象。GC 5252是一颗距离银河系大约三百万光年的巨型旋涡星系。前期天文学家注意到其星系盘附近存在一个结构致密的奇异天体CXO J133815.6+043255，它从高能X射线到射电波段都有很强的辐射。从分辨率接近毫角秒的图像上看，这个天体拥有结构致密的射电喷流，最有可能产生于一颗超大质量黑洞。

高偏振星系统中发现小行星存在的可能证据

中科院国家天文台博士白宇和其合作者Stephen Justham教授等，基于TAP项目平台，利用Palomar天文台的5米口径望远镜在1年中对AR UMa进行了多次光谱观测，探测到显著变化的铝吸收线。这一发现为太阳系外潜在的小行星蓄积结构提供了可能的证据，对AR UMa的演化理论给出限制，同时对重新理解高偏振星的形成和演化有重要意义，该研究成果发表于《天体物理学杂志》。银河系中数以亿计的恒星中有一半是双星，这些双星有些会演化成密近双星系统，即双星在演化过程中会相互影响。从伴星吸来的物质只能沿着磁力线撞击到白矮星磁极附近，释放大量的能量，这些能量以多种形式被探测到，这样的天体称为高偏振星，因为强磁场会作用于辐射出的光子，产生偏振现象。

天文全球最大单口径（500米）射电望远镜（FAST）在贵州落成启用

国家重大科技基础设施“500米口径球面射电望远镜”（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）正式竣工。有着超级“天眼”之称的FAST，开始接收来自宇宙深处的电磁波，这标志着我国在科学前沿实现了重大原创突破。FAST由我国天文学家于1994年提出构想，从预研到建成历时22年，由中科院国家天文台主导建设，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助FAST可以窥探星际之间互动的信息，观测暗物质，测定黑洞质量，搜寻星外文明。FAST工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。主动反射面是由上万根钢索和4450个反射单元组成的球冠型索膜结构，接收面积相当于30个标准足球场。

FAST夜景(新华社记者刘续摄）

国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜（FAST）在贵州平塘县落成启用（图片来自网络）

数值模拟为FAST脉冲星观测提供目标源

国家天文台与西华师范大学合作，为“500米口径球面射电望远镜”FAST的早期科学阶段进行脉冲星漂移扫描观测提供了理想的优先观测目标源，研究成果发表于《天文和天体物理学研究》。观测使用超宽带接收机和漂移扫描观测模式，超宽带接受机频带覆盖范围大，高低频比达到6:1，可极大提升望远镜脉冲星观测灵敏度。针对使用超宽带接收机和漂移扫描观测的特点，研究人员开发了一套用于脉冲星观测数据模拟的程序，通过使用脉冲星搜寻标准流程处理模拟数据，并结合球状星团脉冲星产生率经验公式对FAST天区内40个有恒星碰撞率的球状星团进行了脉冲星探测率的详细估算。

银河系本地臂结构研究进展

中科院紫金山天文台徐烨、李晶晶及其合作者利用美国的国际上分辨率最高的甚长基线干涉阵(VLBA)，在银河系结构研究中获得了空前的测量精度，相关研究成果发表于《科学进展》。研究发现了一条连接银河系本地臂和人马臂的很长的旋臂次结构，其长度约12000光年，是至今发现的银河系内最长的一个次结构。本地臂具有与银河系其它主旋臂类似的性质，本地臂长度已经超过20000光年，大约是以前普遍接受的尺度的4倍。同时解决了长期以来关于天鹅座恒星形成复合体距离的争论：发现这些恒星形成区其实处在不同的距离，由于视线的投影效应使得它们看起来处在同一个恒星形成复合体。这些恒星形成区的距离最大相差超过13000光年，远端几乎延伸至银河系英仙臂。

太阳系外行星轨道之谜破解

南京大学谢基伟副教授和北京大学东苏勃研究员带领相关团队，与中科院国家天文台、北京师范大学等合作，利用国家天文台郭守敬望远镜（LAMOST）的观测数据发现了太阳系外行星轨道分布的规律，解开了长久以来困扰天文研究者的系外行星轨道形状之谜，研究论文发表于《美国科学院院刊》。研究人员最终发现约八成的行星轨道都如同太阳系，轨道为近圆形（平均偏心率小于0.1），只有两成左右的行星偏心率较大（平均值大于0.3）、显著地偏离了圆轨道。Kepler多行星系统的平均轨道偏心率和轨道倾角符合太阳系中天体的规律，约呈线性关系。近圆轨道的普遍性意味着行星形成的“主旋律”应该是“温和”的，而造成高偏心率轨道的剧烈行星轨道演化过程只是“少数派”。

生物信息电子诱导生物蛋白结构转变

中科院上海微系统所传感技术国家重点实验室陶虎课题组联用近场红外生物纳米成像与纳米成谱技术，突破光学衍射极限，空间分辨率达到10 nm，较传统红外光学表征技术提高了2个数量级，可在纳米尺度下研究电子诱导蚕丝蛋白结构转变机理，揭示蚕丝蛋白中关键构象的转变规律，并可控制备出系列二维和三维蚕丝蛋白纳米结构，该成果发表于《自然-通讯》。蚕丝蛋白源自于天然蚕茧，具有优异的生物相容性、可控水溶性、光学和力学特性，在药物释放、人体组织工程、生物光子晶体以及瞬态柔性电子学领域被广泛使用。研究人员将蚕丝蛋白用作绿色生物光刻胶，通过电子束诱导其构象发生转变，联用近场红外纳米成像和纳米光谱技术，研究蚕丝蛋白中关键构象β-sheet与材料性质的对应关系，解释独特的“一胶两用”现象。

电子条件作用下的蚕丝蛋白结构转变

通过电子束精确控制生物蛋白在纳米尺度下的结构转变，实现复杂三维生物纳米结构制备

人类基因组大量复杂型变异的“暗物质”

西安交通大学电信学院、第一附属医院叶凯教授等将人类基因组变异的研究成果发表于《自然-通讯》。该研究具备的一套较为完整的基因组变异集合，为人们提供了研究大型基因组结构变异影响的可能性。研究表明，在鉴定出的190万个大型的基因组变异中，包括大片段DNA缺失、跳转DNA或者凭空出现的DNA大片段。这一些变异也出现在基因组的重要功能区域，比如编码关键蛋白质的编码区，从而使得产生的蛋白质的功能受到损害。但人类很多大的基因组结构型变异往往又不在基因的编码部分，这一些变异的功能影响往往又是难以预测的，而变异却可能决定人们是否容易患某些疾病。关于个体基因组变异的知识可以告诉人们很多关于潜在健康风险，是精准医疗和个性化医疗的第一步。

蚂蚁与真菌共生之谜被揭晓

深圳国家基因库、中国科学院昆明动物研究所、哥本哈根大学、美国史密森尼学会等研究者合作，揭示了蚂蚁与真菌共同适应性的分子基础，相关成果发表于《自然-通讯》。研究人员分析了七种真菌培植蚂蚁以及它们种植的真菌的基因组和转录组，它们分为低级真菌蚂蚁、高级真菌蚂蚁和切叶蚁种植菌，代表了系统发育树上的新真菌蚂蚁冠群的所有属级别重要分支。研究发现真菌培植蚂蚁的进化过程跟人类的农业文明演化过程有许多的相同点。人类的农作物被驯化后往往在野外很难生存，类似的，高级真菌培植蚂蚁开始出现专一真菌驯化之后，真菌就失去了野外自由繁殖的能力，必须得依靠蚂蚁才能繁殖。

五步蛇基因组研究重塑蛇类演化历程

深圳国家基因库、中山大学和浙江大学等机构合作，公布了高质量的五步蛇基因组图谱，并通过对不同蛇类基因组的比较分析，揭示了蛇类适应性进化、功能退化和性染色体演化的遗传基础和分子机制，为五步蛇相关药物研发、进化生物学研究等方面提供了基因组学基础数据，相关成果发表于《自然-通讯》。蛇类基因组中的转座子呈现物种特异性的扩张。转座子在五步蛇的脑组织中特异性表达，并和邻近基因的表达相关联。这些基因显著富集于环境应激和脑信号通路。在漫长的演化过程中，转座子对于蛇类基因组的塑造和基因功能的调控发挥着重要作用。论文报道了蝰蛇科物种的基因组图谱，并对蛇类进行了详细的比较基因组学研究。

生物信息哺乳动物呼吸体结构

清华大学生命学院杨茂君教授研究组报道了迄今为止分辨率最高的线粒体呼吸链超级复合物——呼吸体的冷冻电镜三维结构，相关成果发表于《自然》。呼吸作用是生物体最基础的生命活动之一，呼吸体结构异常会导致多种疾病，比如阿尔兹海默综合症、帕金森综合症、多发性硬化、少年脊髓型共济失调以及肌萎缩性脊髓侧索硬化症等。呼吸体蛋白分布于线粒体内膜上，是执行呼吸作用的超大分子机器。呼吸体蛋白分布于线粒体内膜上，是执行呼吸作用的超大分子机器。这是目前为解析的最大、也是最复杂的膜蛋白超级复合物结构，为深入理解哺乳动物呼吸链复合物的组织形式、分子机理以及治疗细胞呼吸相关的疾病提供了重要的结构基础。

不同侧面呼吸体结构模型及密度，复合物I结构模型及密度

呼吸体密度图的统计学分析

橡胶树基因组全解析

中科院北京基因组研究所胡松年团队和中国热带农业科学院橡胶研究所唐朝荣团队合作，提出了橡胶物种进化和乙烯刺激产胶的观点，为橡胶树优异种质的发掘利用和高产优质抗逆遗传改良奠定基础，研究成果发表于《自然-植物》。天然橡胶是重要的战略物资和工业原料。我国天然橡胶年产量80万吨，但不足我国年消费量的20%，远低于国际安全线（30%）。巴西橡胶树因其产量高、品质好、易采集和持续生产周期长等优势而成为天然橡胶几乎唯一的商业来源。研究团队构建了一个高质量的橡胶基因组，拼接序列覆盖全基因组的93.8%；并发现在橡胶树进化过程中，与产胶密切相关的REF/SRPP基因家族发生了显著扩增，并且发生了乳管细胞特异性功能分化，同乳管中大橡胶粒子的发生、橡胶高产性状密切相关。

“显老”由基因决定

中科院北京基因组研究所、荷兰伊拉斯姆斯大学、英国联合利华集团联合其他国家的研究人员，合作开展皮肤感知年龄遗传因子的研究，共用了近十万人次反复评估了超过四千个人的面部高清照片，精确量化了每个人的感知年龄（即看起来的年轻年老的程度），并分析了近800万个DNA位点和感知年龄的关系，研究成果发表于《当代生物》。该研究提出感知年龄和基因之间的联系，发现带有MC1R基因特殊基因型的人看起来比其他同龄人平均年老两岁。MC1R基因是人类皮肤合成黑色素过程中的关键基因，其遗传缺陷可造成皮肤缺乏黑色素的天然保护功能，进而导致更多的紫外线光长期对皮肤造成多种损伤，还可能由此引发皮肤癌变。MC1R基因的黑色素合成功能只是其影响感知年龄的一小部分。

冷藏过的番茄为什么不好吃——低温导致相关基因被“冻僵”

浙江大学果实品质生物学团队张波等与美国佛罗里达大学、康奈尔大学开展了合作研究，发现，无论哪种番茄，果实都会受到采后低温贮藏影响，相关论文发表于《美国科学院院报》。影响水果“口感”的物质主要是糖、有机酸以及芳香物质，通常人们对于糖与酸比较熟悉，对于香气影响风味品质的认识相对有限。事实上，香味对与口感的影响更为重要，冰过之后的番茄可溶性糖和有机酸含量并没有发生显著影响，但是芳香物质显著减少，即使放在货架3天也不能恢复。原因就是低温诱导了DNA甲基化的瞬时增加，如果一个基因发生了甲基化，通常这个基因的表达会被抑制，从而芳香物质产生减少了。因此，建议购买后的番茄放置在室温并尽快食用。