世界一流科技期刊文章精选

达到原子分辨率的冷冻电镜技术

Nature封面：脱铁铁蛋白。Nature杂志第7832期封面文章报道了科学家利用单颗粒冷冻电镜技术在原子分辨率上对蛋白质进行结构分析。第一篇文章里，Sjors Scheres、Radu Aricescu和同事利用新的电子源、能量过滤器和相机，报道了脱铁铁蛋白和GABA-A受体的结构——分辨率分别约为1.22埃和1.7埃。第二篇论文中，Holger Stark和同事利用一种新开发的冷冻电镜技术，得到了分辨率约为1.24埃的脱铁铁蛋白结构。这两种方法有望为冷冻电镜技术将来更广泛地应用在基于结构的药物设计中铺平道路。

演化模式

Nature封面：使用非写实的数学图形突出所使用的软件，并创造出了该期论文所述部分测序物种的图谱。Nature杂志第7833期封面文章报道了基因组测序研究进展。万种鸟类基因组项目（Bird 10,000 Genomes Project）的张国捷等人比较了363个基因组（代表了逾90%的科级别鸟类），包括267个新测序的种。动物法则项目（Zoonomia Project）的Elinor Karlsson等人描述了他们对240个基因组的分析（代表了逾80%的科级别胎盘哺乳动物），包括122个新测序的种。为了分析这样大规模的数据集，两支团队均使用了名为“Progressive Cactus”的新软件。

人脸识别的真相

Nature封面：面对真相。Nature杂志第7834期特刊文章报道了人脸识别技术的能力和陷阱。长期以来，机场、边境、智能手机等一直在使用人脸识别系统，但是这些系统触及的公共和私人空间正在不断扩大。该期特刊的第一篇“新闻特写”考察了当前系统的不准确性和偏差。第二篇特写对“智慧城市”一探究竟，关注了缺乏管理和监督会如何侵蚀公民自由。第三篇文章探讨了对人脸识别研究日益增加的伦理担忧。鉴于政府和机构都想利用这一急速发展的技术，该领域必须采取行动防止技术被滥用。

关于太阳碳氮氧循环产生中微子的实验证据

Nature封面：意大利国家核物理研究所（INFN）格兰萨索国家实验室的博瑞西诺检测器。Nature杂志第7835期封面文章报道了博瑞西诺合作组织（Borexino Collaboration）展示了关于太阳发生碳氮氧循环的首个直接实验证据。太阳产生能量的主要方式是通过质子-质子链反应（proton–proton chain）将氢转换成氦，但是有一小部分太阳能量被认为来自碳氮氧循环（CNO cycle）催化的次级聚变过程。新研究检测到了因碳氮氧循环而发射出的中微子，据此证实了碳氮氧循环贡献了大约1%的太阳能量，这有望为探索日核的元素构成带来新方法。

（本页期刊封面图来自Nature官网）

全球变暖中的降温

Science封面：一排建筑上悬挂的空调设备。Science杂志第6518期封面文章报道了随着全球变暖，在不增加温室气体排放的情况下为了保持凉爽，新材料和新技术的研发正在路上。人们正在设计越来越多的材料和方法来改进技术，满足数据中心和其他设施的温度需求，并减少有害排放。蒸汽压缩系统提供了大部分住宅和工业冷却基础设施。寻找替代品是当务之急，但需要在毒性、易燃性和低效率之间进行权衡。另一种方法是使用热量物质。还有一种完全不同的冷却策略是使用以红外辐射形式调节热量的材料。

控制单个分子在表面上远距离运动

Science封面：当单个二溴三芴分子沿着银表面按特定方向排列时，表现出了高度可移动性，并可以受控地在两个尖锐的探针之间转移。Science杂志第6519期封面文章报道了科学家利用扫描隧道显微镜实现了单个分子在表面上的长距离移动。单个DBTF分子在银（111）表面以0.1埃的极高空间精度移动了150纳米的距离。静电效应的性质可以有选择性地应用排斥力和引力来发送或接收单个分子。高控制允许我们精确地移动单个和特定的分子实体之间的两个单独的探针，为速度测量，从而在扩散和碰撞过程中实时研究单个分子的能量耗散。

个体杂合性研究与预测

Science封面：莫哈韦沙漠龟（Gopherus agassizii）。Science杂志第6520期封面文章报道了个体杂合性是这些乌龟易位成功的关键预测因子。为了最大限度地提高生存概率，标准做法是将动物从可能最接近的种群中移走，这些种群中可能包含可能有亲缘关系的个体。文章研究分析了166只易位沙漠龟的基因组数据集，这些龟在20年的时间里要么存活下来，要么死亡。利用基因组数据来推断易位龟的地理起源，发现个体杂合性可以预测龟的生存，而易位距离或地理起源单位则不能。因此，易位个体的生存可能性即杂合性。

解释控制植物根系生长规则的模型

Science封面：两种不同植物的根系，用红色和蓝色染料染成鲜切花。Science杂志第6521期封面文章报道了根染为植物对竞争反应的理论预测提供了实验验证，相邻的植物在土壤空间中隔离它们的根系，但当有竞争者靠近时，它们会比单独生长时生长出更多的根系。Ciro Cabal等人开发了一个基于博弈论的消费者-资源模型（consumer-resource model），以解释控制根系生长的规则。植物根据相邻植物和竞争植物的距离来调整它们根的生长方式和位置。说明了在靠近邻近植物生长的情况下与在没有竞争的情况下生长的根之间的差异。

（本页期刊封面图来自Science官网）

南海海盆尺度海表二氧化碳分压场的重建

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室王桂芝教授等基于遥感数据反演的海表二氧化碳分压的气候态模式建立了经验正交函数，以实测海表二氧化碳分压数据为时空基准，重建了海表二氧化碳分压的时空场。相关成果发表于Earth System Science Data。海洋吸收大气二氧化碳的能力由海-气二氧化碳通量来体现。该研究集成了南海海盆2000—2017年夏季海表二氧化碳走航的实测数据和南海定点时间序列站SEATS（18°N, 116°E）的观测数据，结合对应年份整个海盆区遥感反演的海表二氧化碳数据，以0.5°×0.5°的网格精度成功地重建了南海海盆海表二氧化碳分压完整的时空场。

南海2000—2017年夏季重建的海表二氧化碳分压场（图片来源于厦门大学网站）

南海海表二氧化碳重建的步骤（图片来源于厦门大学网站）

中国东部边缘海沉积有机碳活性及埋藏评价

中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室宋金明团队揭示了黄东海泥质区显著不同的有机碳活性与埋藏模式。相关成果发表于Journal of Geophysical Research-Oceans。黄海泥质区由于受到黄海冷水团和气旋型涡流的影响，导致有机碳沉积速率较慢，且有机碳在水柱中经历了较高程度的降解，其所埋藏的有机碳活性较低，倾向长久保存。东海泥质区沉积速率较快，埋藏的有机碳活性较高，复杂的水动力过程促使物理再造过程和活性有机质对惰性有机质的激发效应使得有机碳的再矿化速率较高。文章解释了尽管东海泥质区有机碳的沉降通量是黄海泥质区的5倍，但两个区域有机碳埋藏效率却相差不大（~35%）的原因。

大气沉降对深海碳输出的影响

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）研究员修鹏团队在大气沉降对深海碳输出的影响机制和模拟方面取得进展。相关成果发表于Geophysical Research Letters。研究海区属于季节性寡营养盐海区，大气N输入在夏秋季时能促进微微型浮游植物的生长，增加中小型浮游动物的生物量。浮游动物为冬春季硅藻的生长带来了捕食压力，降低了硅藻的生物量。由于硅藻个体较大并且其产生的蛋白石对于POC具有压舱效应，硅藻生物量的降低导致了深海POC输出通量的减弱。夏秋季时，大气Fe输入的影响不显著。冬春季时，垂向混合带来了充足的N，大气Fe输入促进硅藻的生长，增加POC深海输出通量。

潮汐变化对美国海岸洪灾发生频率的影响

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院柳林涛研究员与国内外科学家合作，评估了潮汐变化对海岸洪灾发生频率的影响，指出潮汐长期变化对海岸洪灾的贡献。相关成果发表于Science Advances。海岸洪灾一般是指沿海地区由海平面上升、风暴潮增水和天文大潮等引起的极值水位而导致的洪水。该研究对位于美国海岸的40个验潮站的潮汐资料进行数据分析，发现由于潮汐增强，有18个地点的小型洪水的频率增加，而潮汐的减弱抑制了11个地点的小型洪水发生。河口的NF频率变化最大，主要由人为因素，例如河道疏浚等引起。此外，在海平面上升的背景下，潮汐变化（增强）额外增加了约27%的小型洪水发生频率。

深海难培养微生物特殊生命过程认知研究

中国科学院海洋研究所孙超岷课题组开展了深海难培养微生物-软壁菌门（Tenericutes）细菌纯培养及其特殊生命过程的研究。相关成果发表于The ISME Journal。深海蕴含着海量的微生物资源，却是地球上人们了解最少的生境之一。迄今为止，99.9%以上的深海微生物无法获得纯培养，称之为难培养微生物，是地球上尚未实现有效开发的巨大生物资源库。课题组通过在基本培养基中添加大肠杆菌DNA的新颖手段，富集并纯培养了一株Izemoplasma纲的软壁菌，揭示了其代谢有机物和硫代硫酸钠进行能量转换的机制。借助“科学”号科考船的装置进行了深海原位实验，验证了该菌在自然生境中也具有降解DNA参与能量合成的独特生命过程。

深海软壁菌门细菌主要代谢通路模式图(图片来源于中国科学院海洋研究所网站)

深海首株软壁菌门细菌的培养策略、形态及命名。（图片来源于中国科学院海洋研究所网站）

咸海流域水资源利用和“水、能源、食物、生态”纽带关系研究

中国科学院新疆生态与地理研究所研究员罗格平研究团队与比利时根特大学、德国柏林工业大学合作，从“水、能源、食物、生态”纽带关系出发，研究如何优化咸海流域的水资源综合管理。相关成果发表于Journal of Hydrology。研究表明，贝叶斯网络能够有效模拟该流域的“水、能源、食物、生态”纽带关系。在苏联解体之前，咸海入湖水量对径流量、农业用水等较敏感，而解体后对流入绿洲外部洼地水量、水库运行等敏感程度显著升高。短期而言，减少流入洼地水量、改善种植结构可改善咸海生态环境；长期而言，全面普及节水滴灌可增加咸海入湖水量并遏制土壤次生盐渍化、水质恶化等生态问题。

将三甲胺氧化为氧化三甲胺协助海洋细菌适应高静水压

中国海洋大学海洋生命学院、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠教授团队与山东大学等单位联合开展了深海细菌耐压机制研究。相关成果发表于Science Advances。论文以深海细菌Myroides profundi D25为研究对象，发现该菌株能够利用三甲胺（TMA）转运载体TmaT吸收深海环境中的TMA，然后在细菌胞内诱导表达三甲胺单加氧酶MpTmm，将TMA氧化为氧化三甲胺（TMAO），并在胞内累积。在深海高压下，TMAO能够保护蛋白质等生物大分子维持正常的构象，发挥生物学功能，从而使得D25菌株具有耐受深海高静水压的能力，维持生存和生长。

海表盐度的内部变率特征及其对长期趋势评估的影响

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点试验室（LTO）研究员杜岩团队研究了全球海表盐度的内部变率特征及其对长期趋势评估的影响，修正了IPCC关于全球水循环增强的结果。相关成果发表于Journal of Climate。在全球变暖的背景下，尽管全球海表温度（SST）持续增加，但水循环/海表盐度（SSS）在空间和时间上均表现出多样的变化特征。研究结果显示，海表盐度作为“海洋雨量计”，SSS内部变率对热带区域长期趋势的贡献可高达40%，因此海表盐度长期趋势的评估需要重新考虑内部变率的影响，该结论修正了IPCC关于21世纪50年代以来全球水循环增强的结果，有助于提高预测盐度/水循环未来变化的准确性。