人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

揭示興奮性自突觸（Autapse）作為神經(jīng)元簇狀發(fā)放的新機(jī)制

北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室舒友生團(tuán)隊(duì)與三博腦科醫(yī)院合作，揭示興奮性自突觸（Autapse）作為神經(jīng)元簇狀發(fā)放的新機(jī)制。研究論文發(fā)表于Nature Communications。自突觸具有突觸傳遞功能，其形成具有細(xì)胞特異性；自突觸的激活可增強(qiáng)神經(jīng)元的反應(yīng)性，促進(jìn)簇狀發(fā)放，并且有利于對(duì)重合事件的檢測(cè)。自突觸在調(diào)節(jié)神經(jīng)元信號(hào)處理方面發(fā)揮重要作用。自突觸不是冗余的，不是隨機(jī)的，而是與細(xì)胞類型的功能相適應(yīng)的重要結(jié)構(gòu)。細(xì)胞的簇狀發(fā)放有利于提高突觸傳遞的忠實(shí)性和非線性整合，從而有效地把皮層信息往皮層下核團(tuán)傳遞，增強(qiáng)腦區(qū)間的功能性連接。

興奮性自突觸及其功能。自突觸僅表達(dá)谷氨酸的AMPA受體，不表達(dá)NMDA受體。自突觸促進(jìn)神經(jīng)元的簇狀發(fā)放，增強(qiáng)腦區(qū)間的功能性連接。（圖片來(lái)源于北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

軸突激光燒斷技術(shù)揭示興奮性自突觸的存在（圖片來(lái)源于北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

研發(fā)AI新技術(shù)實(shí)現(xiàn)腫瘤檢測(cè)

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、中國(guó)科學(xué)院分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)小動(dòng)物活體的生物自發(fā)光斷層成像重建精度較差的問(wèn)題，開展了基于人工智能技術(shù)的新型成像方法研究，將小鼠顱內(nèi)腦膠質(zhì)瘤的三維定位精度，由傳統(tǒng)方法的百微米級(jí)誤差縮小到了10微米級(jí)。研究論文發(fā)表于Optica。通過(guò)自主研發(fā)的MOSE光學(xué)仿真平臺(tái)，提出一種新型的仿真數(shù)據(jù)構(gòu)建方法，人工構(gòu)建了近8000例的原位腦膠質(zhì)瘤荷瘤小鼠；并基于這一數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建了一種新型的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。在人工智能模型通過(guò)該方法訓(xùn)練和構(gòu)建完成后，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了數(shù)十只原位腦膠質(zhì)瘤荷瘤小鼠的動(dòng)物模型，新型人工智能方法對(duì)于腦膠質(zhì)瘤的三維定位誤差均小于80微米。

關(guān)于饑餓抑制母性筑巢行為的研究

中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許曉鴻課題組與相關(guān)單位合作，探索了饑餓和母性行為的相互拮抗關(guān)系及其神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《神經(jīng)科學(xué)雜志》。主要發(fā)現(xiàn)有：控制攝食行為的Agrp神經(jīng)元對(duì)于控制母性行為的內(nèi)側(cè)視前區(qū)有抑制性投射；光遺傳學(xué)激活A(yù)grp神經(jīng)元特異性地減少母性筑巢行為，卻不影響叼幼崽的行為，部分模擬饑餓對(duì)于母性行為的抑制作用；光遺傳學(xué)刺激Agrp神經(jīng)元到內(nèi)側(cè)視前區(qū)的投射同樣特異性地抑制母性筑巢行為，而刺激Agrp神經(jīng)元到下丘腦外側(cè)區(qū)的投射對(duì)母性行為沒(méi)有顯著性影響等。最后提出饑餓和母性行為相互拮抗的神經(jīng)模型。

單分子DNA巡航機(jī)器人

上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授樊春海與同濟(jì)大學(xué)教授柳華杰、慕尼黑工業(yè)大學(xué)教授Fritz Simmel等合作，研制了一種單分子DNA巡航機(jī)器人，并實(shí)現(xiàn)了納米尺度的迷宮行走。研究成果發(fā)表于《自然—材料》。DNA分子具有卓越的堿基配對(duì)識(shí)別能力，可以實(shí)現(xiàn)精確的分子自組裝，并構(gòu)筑出具有高空間分辨和定位能力的納米結(jié)構(gòu)。將DNA雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)精確“錨定”到DNA納米結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)在納米界面上沿著設(shè)計(jì)路徑的分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)。借助于原子力顯微鏡和超分辨顯微鏡等單分子成像技術(shù)，可清晰觀察到DNA分子機(jī)器人的行走軌跡。該DNA分子機(jī)器人在引發(fā)信號(hào)鏈的作用下，在沿著預(yù)先設(shè)定的路徑直線或轉(zhuǎn)彎行走。

人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

基于液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)色的可偽裝柔性機(jī)器人

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的饒偉研究員團(tuán)隊(duì)和宋愷研究員團(tuán)隊(duì)的合作，發(fā)現(xiàn)基于液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)色的可偽裝柔性機(jī)器人，研究成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。文章報(bào)道了液態(tài)金屬表面在犧牲金屬或電場(chǎng)的刺激下可產(chǎn)生變色現(xiàn)象，使得液態(tài)金屬具備了類似章魚等頭足綱動(dòng)物柔軟可變形變色的特點(diǎn)。鎵基液態(tài)金屬的變色是由于其表面產(chǎn)生了百納米厚的三氧化二鎵介孔薄膜。當(dāng)放置在石墨基底上并與電解質(zhì)溶液中的鋁箔混合時(shí)，液態(tài)金屬表面上出現(xiàn)銀白色到金色最后到黑暗的顏色變化。而在電場(chǎng)的調(diào)節(jié)下，薄膜的上下表面光滑，入射光發(fā)生薄膜干涉，使得液態(tài)金屬表面可以出現(xiàn)類彩虹色的分布。

液態(tài)金屬可偽裝變色的柔性機(jī)器人展示（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所）

液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)色及其變色原理（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所）

嬰幼兒腦連接組發(fā)育模型的綜述

北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賀永課題組，通過(guò)總結(jié)近年嬰幼兒神經(jīng)影像和腦連接組學(xué)領(lǐng)域的研究成果，強(qiáng)調(diào)了采用圖論數(shù)學(xué)模型揭示嬰幼兒腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)育機(jī)理的重要價(jià)值。相關(guān)成果發(fā)表于NeuroImage。人腦的結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)在出生前已初步具備了高效的拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)，但腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育領(lǐng)先于功能網(wǎng)絡(luò)，為腦功能發(fā)展奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。同時(shí)，腦網(wǎng)絡(luò)在嬰幼兒階段遵循著異質(zhì)性的等級(jí)發(fā)育規(guī)律，即初級(jí)系統(tǒng)先發(fā)育，高級(jí)系統(tǒng)后發(fā)育；出生前更偏向于功能分離，出生后更偏向于功能整合。文章進(jìn)一步指出了當(dāng)前嬰幼兒腦連接組圖論計(jì)算模型領(lǐng)域所面臨的重要挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。

類生命機(jī)器人感知領(lǐng)域研究

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)研究室微納米課題組提出用細(xì)胞機(jī)械特性來(lái)表征光遺傳學(xué)工程化細(xì)胞的光響應(yīng)特征，為建立基于活體細(xì)胞的生命本征感知器件奠定了基礎(chǔ)。研究論文發(fā)表于Nanoscale?？蒲腥藛T將可表達(dá)出具有高速光敏特性視蛋白的基因轉(zhuǎn)入目標(biāo)細(xì)胞，使目標(biāo)細(xì)胞成為光敏生物單元，進(jìn)而將該工程化細(xì)胞與微納機(jī)電系統(tǒng)相融合，構(gòu)建全新的類生命感知器件，期望全面復(fù)現(xiàn)光敏蛋白所具備的本征生物感知特性。科研人員提出了一種新的細(xì)胞光響應(yīng)特性表征方法，利用光輸入導(dǎo)致細(xì)胞機(jī)械形變這一物理現(xiàn)象，將超精密檢測(cè)與單細(xì)胞工程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞光響應(yīng)特性的快速表征。

類腦計(jì)算器件領(lǐng)域研究進(jìn)展

清華大學(xué)精密儀器系類腦計(jì)算團(tuán)隊(duì)施路平教授等與清華大學(xué)類腦計(jì)算研究中心、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家合作，開展硒氧化鉍三端憶阻器件中長(zhǎng)短期可塑性共存和獨(dú)立表達(dá)研究，研究論文發(fā)表于Advanced Materials。突觸可塑性被認(rèn)為是生物大腦學(xué)習(xí)和記憶功能的基礎(chǔ)。突觸中既存在長(zhǎng)期可塑性也存在短期可塑性，多種尺度的可塑性機(jī)制對(duì)揭示大腦復(fù)雜的認(rèn)知功能有重要作用。該工作報(bào)道了在憶阻器中能模擬同時(shí)存在且獨(dú)立表達(dá)的神經(jīng)突觸長(zhǎng)短期可塑性，為類腦計(jì)算器件的發(fā)展提供了重要的思路，并有望借此在類腦計(jì)算硬件網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不同時(shí)域的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

物理科學(xué)

微腔非線性光學(xué)研究進(jìn)展

北京大學(xué)物理學(xué)院“科技部極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”肖云峰研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組利用超高品質(zhì)因子回音壁模式光學(xué)微腔，極大增強(qiáng)了表面對(duì)稱性破缺誘導(dǎo)的非線性光學(xué)效應(yīng)，得到的二次諧波轉(zhuǎn)換效率提升了14個(gè)數(shù)量級(jí)，研究成果發(fā)表于Nature Photonics。為了充分發(fā)揮微腔“雙增強(qiáng)”效應(yīng)，他們發(fā)展了一種動(dòng)態(tài)相位匹配方法，利用光學(xué)微腔中熱效應(yīng)和光學(xué)克爾效應(yīng)的相位調(diào)制，高效地實(shí)現(xiàn)了基波和諧波信號(hào)同時(shí)與微腔模式共振，進(jìn)一步對(duì)基波偏振和二次諧波模式場(chǎng)分布的測(cè)量分析，成功提取了只有表面對(duì)稱性破缺誘導(dǎo)的非線性信號(hào)，排除了體相電四極響應(yīng)的干擾。該研究發(fā)展的動(dòng)態(tài)相位匹配機(jī)制具有普適性。

表面二次諧波效應(yīng)示意圖（左）與光學(xué)微腔增強(qiáng)表面非線性效應(yīng)（右）（圖片來(lái)源于北京大學(xué)新聞網(wǎng)）

跨尺度的結(jié)構(gòu)超滑和超低摩擦

清華大學(xué)工程力學(xué)系、微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉研究中心暨摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭泉水教授團(tuán)隊(duì)，與國(guó)內(nèi)外學(xué)者合作，將關(guān)于“跨尺度的結(jié)構(gòu)超滑和超低摩擦”的綜述文章發(fā)表于Nature。摩擦、磨損對(duì)人類社會(huì)影響深遠(yuǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約1/4的一次性能源因摩擦而損耗，約80%的器件失效由磨損而引起。兩個(gè)固體表面直接接觸并相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)，摩擦磨損主要源于表面本身的粗糙性、表面之間的夾雜物和化學(xué)鍵等。該篇展望綜述更新介紹了結(jié)構(gòu)超滑進(jìn)展，并闡述了結(jié)構(gòu)超滑未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和主要面臨的挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)超滑很可能正處于產(chǎn)生顛覆性關(guān)鍵技術(shù)和源頭創(chuàng)新技術(shù)的前夜。

魚群—水中運(yùn)動(dòng)的“晶體點(diǎn)陣”

中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張星研究員等將關(guān)于“萊特希爾猜想”的最新研究成果，發(fā)表于Journal of the Royal Society Interface。魚如何在快速運(yùn)動(dòng)中始終保持穩(wěn)定的隊(duì)形？通過(guò)數(shù)值模擬，研究了由多個(gè)仿魚式自主推進(jìn)體組成的“仿生魚群”。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于2，3，4條仿生魚組成的魚群，一共發(fā)現(xiàn)了14種自發(fā)形成的穩(wěn)定隊(duì)形。其次，在所有的穩(wěn)定隊(duì)形中，并列式隊(duì)形所能達(dá)到的推進(jìn)效率最高。后一個(gè)發(fā)現(xiàn)質(zhì)疑了流體力學(xué)界廣為流傳的“鉆石型（菱形）隊(duì)列效率最優(yōu)”的論斷。上述發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)證據(jù)可以在最近的淺水槽魚群實(shí)驗(yàn)中找到。

去禁閉量子臨界點(diǎn)譜學(xué)研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士后馬女森、博士生孫光宇、特聘教授Anders Sandvik （善德偉）、研究員孟子楊與美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校助理教授尤亦莊、圣巴巴拉分校教授許岑珂，哈佛大學(xué)教授 Ashvin Vishwanath 組成的研究團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用量子蒙特卡洛和隨機(jī)解析延拓的數(shù)值方法，以及量子場(chǎng)論解析分析，系統(tǒng)回答“要在量子磁性材料中子散射實(shí)驗(yàn)中觀察到去禁閉量子臨界現(xiàn)象，應(yīng)該尋找怎樣的譜學(xué)信號(hào)”的問(wèn)題，相關(guān)論文發(fā)表于Physical Review B。并預(yù)言：如果去禁閉量子臨界現(xiàn)象在量子磁性材料中存在的話，在中子散射實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該看到什么自旋激發(fā)譜學(xué)現(xiàn)象；此外，應(yīng)該看到什么與遵從LGW的普通量子磁性相變不同的現(xiàn)象。

物理科學(xué)

柔性曲率傳感器研究

中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)與大連理工大學(xué)及北京航空航天大學(xué)合作，從力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，研制了適用于可穿戴設(shè)備的薄膜貼片式柔性曲率傳感器。研究論文發(fā)表于Advanced Materials Technologies，蘇業(yè)旺、李銳、陳玉麗為共同通信作者。該傳感器可以精確測(cè)量被測(cè)曲面的動(dòng)態(tài)彎曲曲率和彎曲角度，而且其彎曲測(cè)量結(jié)果不受拉伸變形的影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不要求傳感器與被測(cè)曲面完美黏合，只需要貼合（允許小范圍滑動(dòng)，如戴手套或穿緊身衣的方式）即可。該傳感器非常適合與穿戴服飾集成，可應(yīng)用于關(guān)節(jié)彎曲監(jiān)測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、坐姿監(jiān)測(cè)等柔性智能穿戴設(shè)備。

曲率傳感器用于手勢(shì)識(shí)別和坐姿監(jiān)測(cè)（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所）

（a）應(yīng)變傳感器與（b）曲率傳感器用于關(guān)節(jié)彎曲變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)劣勢(shì)（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所）

以磁為鏡：對(duì)非晶合金流變載體剪切帶的新認(rèn)識(shí)

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華研究員、柳延輝研究員、孫保安研究員等，以磁性鐵基非晶合金為模型體系，通過(guò)對(duì)起源于磁彈性耦合的磁疇測(cè)量直觀地揭示出非晶合金的剪切帶影響區(qū)，并通過(guò)對(duì)磁疇結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)剪切帶的結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展和相互作用等前沿問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，關(guān)于剪切帶新認(rèn)識(shí)發(fā)表于Nature Communications。不同于晶體材料中原子長(zhǎng)程有序的晶格結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的各向異性磁結(jié)構(gòu)，鐵基非晶合金，原子排列長(zhǎng)程無(wú)序，表現(xiàn)出優(yōu)異的軟磁性能，同時(shí)其磁矩分布對(duì)磁彈性耦合作用十分敏感。因此，可以用磁疇作為反映非晶合金塑性形變后局域變形的“顯微鏡”。

梯度納米孿晶金屬中的額外強(qiáng)化與加工硬化研究

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所盧磊研究員課題組和美國(guó)布朗大學(xué)高華健教授研究組合作，發(fā)現(xiàn)增加結(jié)構(gòu)梯度可實(shí)現(xiàn)梯度納米孿晶結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度—加工硬化的協(xié)同提高，甚至可超過(guò)梯度微觀結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的部分。相關(guān)研究成果發(fā)表于Science。梯度納米孿晶銅額外的強(qiáng)化和加工硬化歸因于梯度結(jié)構(gòu)約束而產(chǎn)生的大量幾何必需位錯(cuò)富集束。這些位錯(cuò)富集束在變形初期形成，沿著梯度方向均勻分布在晶粒內(nèi)部。這種均勻分布的位錯(cuò)束結(jié)構(gòu)與均勻結(jié)構(gòu)材料中隨機(jī)分布的統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存位錯(cuò)結(jié)構(gòu)截然不同。具有超高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)富集束變形過(guò)程中通過(guò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、有效抑制晶界應(yīng)變局域化從而提高梯度納米孿晶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和加工硬化。

利用壓電極化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)ZnO回音壁激光模式動(dòng)態(tài)調(diào)控

中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士、潘曹峰研究員及盧俊峰博士結(jié)合ZnO光學(xué)微腔自身壓電特性及其激光模式，通過(guò)外部機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生的ZnO諧振腔晶體內(nèi)部的離子極化，改變折射率，實(shí)現(xiàn)相干激光的動(dòng)態(tài)調(diào)控。研究論文發(fā)表于ACS Nano。文章系統(tǒng)分析了應(yīng)變對(duì)ZnO折射率的影響，建立了應(yīng)變與模式移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得了超精確度的應(yīng)力傳感，相比較壓阻效應(yīng)引起的能帶移動(dòng)所導(dǎo)致的自發(fā)輻射譜的移動(dòng)，其光譜分辨能力提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究為動(dòng)態(tài)調(diào)控相干光源提供了一種行之有效的方法，同時(shí)也為發(fā)展一種基于顏色分辨的應(yīng)力傳感元器件提供了新思路。

環(huán)境與保護(hù)

絮凝水處理技術(shù)研究進(jìn)展

北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院趙華章教授團(tuán)隊(duì)與耶魯大學(xué)Menachem Elimelech教授團(tuán)隊(duì)等合作，制備一步去除水中污染物的仿?？喙δ芗{米絮凝劑，研究論文發(fā)表于Nature Nanotechnology。研究團(tuán)隊(duì)制備了智能化仿?？{米絮凝劑，在使用前呈核殼膠束結(jié)構(gòu)存在于水中，解決了多數(shù)絮凝劑在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中易失穩(wěn)的難題。使用時(shí)會(huì)發(fā)生類似海葵捕食的構(gòu)型反轉(zhuǎn)：由鋁硅復(fù)合物組成的“殼”會(huì)水解相變，像普通絮凝劑那樣去除懸浮物和膠體；由有機(jī)官能團(tuán)組成的“核”外翻并環(huán)繞固定于“殼”上，像?？挠|手一樣捕捉水中小分子，誘發(fā)小分子形成凝聚核進(jìn)而形成絮體去除。新型絮凝劑可實(shí)現(xiàn)一步去除懸浮物、膠體和溶解性污染物。

仿?？{米絮凝劑廣譜去除水中污染物（圖片來(lái)源于北京大學(xué)新聞網(wǎng)）

重金屬汞與微生物相互作用

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤微生物團(tuán)隊(duì)劉玉榮教授課題組與國(guó)內(nèi)外合作者在關(guān)于重金屬汞污染與微生物研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果分別發(fā)表于Microbiome、Environmental Science & Technology。汞是一種可以長(zhǎng)距離傳輸?shù)挠卸疚廴疚?，具有很高的健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究采用多元組學(xué)等方法揭示了長(zhǎng)期土壤汞污染對(duì)土壤微生物群落與功能基因的影響機(jī)制。并基于微生物群落網(wǎng)絡(luò)分析解釋了土壤汞污染對(duì)主要微生物生態(tài)類群的影響。闡明了稻田土壤中參與無(wú)機(jī)汞甲基化的主要微生物類群及其相對(duì)豐度。發(fā)現(xiàn)了鐵還原菌和產(chǎn)甲烷菌可能是稻田土壤甲基汞生成的主要驅(qū)動(dòng)者。

極危物種東北豹全球種群動(dòng)態(tài)格局與生存現(xiàn)狀

北京師范大學(xué)生態(tài)學(xué)科虎豹研究團(tuán)隊(duì)（國(guó)家林業(yè)和草原局東北虎豹監(jiān)測(cè)與研究中心）在東北中俄邊境地區(qū)建立大尺度的生物多樣性長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，為東北虎豹國(guó)家公園的建設(shè)提供長(zhǎng)期科學(xué)支撐，葛劍平教授、馮利民副教授和俄羅斯豹地國(guó)家公園科研團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了中俄科學(xué)家長(zhǎng)期合作虎豹研究的成果，研究論文發(fā)表于Conservation Letters。東北豹全球種群目前僅分布于中國(guó)的東北虎豹國(guó)家公園和俄羅斯豹地國(guó)家公園及周邊，種群數(shù)量在84只（70～108）左右，其中約40%的個(gè)體在中俄邊境線兩側(cè)來(lái)回活動(dòng)。比10年前的估計(jì)數(shù)量相比，東北豹全球種群已經(jīng)增長(zhǎng)約3倍。同時(shí)，東北豹種群呈現(xiàn)向中國(guó)境內(nèi)不斷增長(zhǎng)擴(kuò)散的趨勢(shì)。

氮氧化物選擇性催化還原研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、城市環(huán)境研究所賀泓院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在氨選擇性催化還原氮氧化物（NH3-SCR）研究方面取得進(jìn)展，研究論文發(fā)表于Science Advances。氮氧化物（NOx）是一類重要的大氣污染物，參與形成酸雨、光化學(xué)煙霧、灰霾等一系列大氣復(fù)合污染，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。人類活動(dòng)產(chǎn)生的NOx主要來(lái)源于電廠等固定源和機(jī)動(dòng)車等移動(dòng)源的燃燒排放。該研究借助量子化學(xué)計(jì)算方法從原子水平闡明了釩基SCR催化劑去除NOx的微觀基元反應(yīng)全過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)上成功通過(guò)控制催化劑表面硫含量設(shè)計(jì)合成出了低聚態(tài)氧化釩活性中心結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在低釩負(fù)載量（1wt.%）下低溫SCR活性的顯著提升。

環(huán)境與保護(hù)

微塑料污染了全球海洋的最深區(qū)域

中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所彭曉彤研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)全球海洋的最深區(qū)域——馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵及鄰域環(huán)境中的微塑料開展了研究，研究論文發(fā)表于Geochemical Perspectives Letters。結(jié)果表明，在馬里亞納海溝2673m～10908m底層海水中，微塑料含量為2.06～13.51個(gè)/L，比開放大洋表層及次表層水中微塑料含量高出數(shù)倍；在馬里亞納海溝5108m～10908m表層沉積物中，微塑料含量為200～2200個(gè)/L，也明顯高于大多數(shù)深海沉積物中的含量。以上結(jié)果表明，人造微塑料已經(jīng)污染了世界海洋的最深區(qū)域，海溝地貌單元有可能是全球微塑料的重要儲(chǔ)庫(kù)之一。這些微塑料極有可能對(duì)深淵脆弱而獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在威脅。

馬里亞納海溝底層水體中的微塑料（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所）

大氣二次有機(jī)氣溶膠研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所大氣污染化學(xué)控制研究組陳進(jìn)生研究員等，在華東地區(qū)高山森林背景點(diǎn)（國(guó)家大氣背景監(jiān)測(cè)福建武夷山站）為期一年采集大氣顆粒物樣品，結(jié)合空氣污染物和氣象因子的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及氣團(tuán)軌跡模型等方法，對(duì)SOA示蹤物的組成、來(lái)源及遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，研究結(jié)果發(fā)表于Science of the Total Environment。在夏季，異戊二烯示蹤物濃度最高，占到總SOA示蹤物的76%；秋冬季，由于低溫及大氣中氮氧化物濃度增加，高氮產(chǎn)物2-甲基甘油酸的占比明顯增加。從α/β-蒎烯的組成來(lái)看，武夷山大氣氣溶膠老化程度較高。最后，利用SOA示蹤物法估算了武夷山大氣PM2.5中二次有機(jī)碳（SOC）的濃度。

水母毒素致死機(jī)制研究

中國(guó)科學(xué)院海洋研究所李鵬程研究團(tuán)隊(duì)在水母毒素致死機(jī)制研究領(lǐng)域取得的進(jìn)展，研究結(jié)果可為研制水母蜇傷治療藥物以及應(yīng)對(duì)重癥水母蜇傷患者的急救提供理論指導(dǎo)，研究論文發(fā)表于Journal of Proteome Research。水母蜇傷是全球普遍存在的嚴(yán)重的公共健康與安全問(wèn)題之一。每年由水母蜇傷引起的致傷或致殘甚至死亡人數(shù)眾多，嚴(yán)重威脅濱海地區(qū)的游客、漁民、軍人等涉海人員的健康和生命安全。近幾年，在我國(guó)一些沿海區(qū)域出現(xiàn)多起水母蜇傷致死事件。然而，目前我國(guó)尚無(wú)應(yīng)對(duì)水母蜇傷治療和應(yīng)急的特效治療藥物，對(duì)水母蜇傷造成的毒性損傷和致死原因也不甚明了。

綿羊基因組學(xué)研究揭示了人類定居青藏高原的歷史及西藏綿羊的適應(yīng)性進(jìn)化

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所李孟華研究組以西藏綿羊的基因組數(shù)據(jù)和考古遺跡統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，闡述了全新世晚期史前人類分為兩個(gè)階段從平原地區(qū)通過(guò)黃土高原走向青藏高原腹地的過(guò)程，為早期人類定居青藏高原的歷史和早期畜牧業(yè)的發(fā)展提供了新見(jiàn)解。研究論文發(fā)表于Molecular Biology and Evolution。人類在青藏高原的生活足跡可以追溯到至少20000年前。在全新世的不同階段，由于人類可利用的技術(shù)（如細(xì)石器）和農(nóng)牧業(yè)（如馴化的小麥，青稞和綿羊）的出現(xiàn)，青藏高原上的人口出現(xiàn)了大規(guī)模間歇性的擴(kuò)張。西藏綿羊作為高原牧區(qū)重要的家畜，可作為模式動(dòng)物來(lái)研究史前人類遷徙走上青藏高原的歷史進(jìn)程和家養(yǎng)動(dòng)物的高原適應(yīng)性機(jī)制。