Nature
封面:量子羅盤。Nature
雜志第7864期封面文章報道了一種蛋白的量子特性,該蛋白或許能成為遷徙鳴禽羅盤的候選對象。牛津大學(xué)和奧爾登堡大學(xué)的研究團(tuán)隊研究了遷徙歐亞鴝(Erithacus rubecul)視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)的隱花色素蛋白(ErCRY4),發(fā)現(xiàn)它可能具有成為光依賴羅盤所需的磁感應(yīng)能力。文章鑒定出ErCRY4在體外會發(fā)生光驅(qū)動化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)引發(fā)的量子效應(yīng)或能實現(xiàn)對磁信號的感應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn),相比不遷徙的鴿子和雞,鴝的這個分子磁感應(yīng)更強(qiáng),并認(rèn)為其可能是幫助鴝導(dǎo)航的關(guān)鍵要素。Nature
封面:基于細(xì)胞流體學(xué)的仿生物脈管系統(tǒng)藝術(shù)示意圖。Nature
雜志第7865期封面文章報道了一種由小方格(或稱“unit cell”)拼湊而成的仿生物平臺,該平臺創(chuàng)建的3D網(wǎng)絡(luò)能模擬自然界的部分流體輸送系統(tǒng)。研究團(tuán)隊將他們的方法稱為“細(xì)胞流體學(xué)”(cellular fluidics),并利用3D打印創(chuàng)建了毫米級的方格細(xì)胞作為該網(wǎng)絡(luò)的基本單元。液體在該組裝系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)通過受控的毛細(xì)管作用實現(xiàn)。為了演示該系統(tǒng),研究團(tuán)隊組裝了一個樹狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)能持續(xù)不斷地將“根部”蓄水池的液體轉(zhuǎn)運(yùn)到“樹枝”,再從樹枝上蒸發(fā)掉,借此模擬蒸騰作用。Nature
封面:人類數(shù)據(jù)。Nature
雜志第7866期特刊報道了計算社會科學(xué)這一蓬勃發(fā)展領(lǐng)域的可能性及挑戰(zhàn)。計算社會科學(xué)是一個快速發(fā)展的研究領(lǐng)域,該學(xué)科使用大數(shù)據(jù)集分析來解決各種社會問題。當(dāng)前,數(shù)字設(shè)備可以實時接入關(guān)于移動、購物和社交互動的大量在線數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)提供了前所未有的資源,可用于趨勢追蹤、預(yù)測和決策指導(dǎo)。這期系列文章解讀了該新興領(lǐng)域的總體情況。從傳染病機(jī)制建模到對數(shù)據(jù)集潛在偏見的評估,研究者正迎來巨大機(jī)遇,有望回答關(guān)鍵的社會問題,前提是能掌握好數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)隱私之間的精細(xì)平衡。Nature
封面:一個直徑150納米的玻璃納米粒懸浮在作為光阱的微觀物體之上。Nature
雜志第7867期封面文章報道了這個被捕獲的納米粒能通過基于測量的量子控制,從室溫冷卻至接近量子基態(tài)。當(dāng)納米粒被光阱俘獲時,研究團(tuán)隊捕獲了納米粒的光散射,這能讓他們在確保任何基于測量的效應(yīng)最小化的同時,連續(xù)測量納米粒的位置,而基于測量的效應(yīng)可能會干擾納米粒。研究人員將確定的納米粒軌跡再輸入這個調(diào)控系統(tǒng)(電場),并對軌跡進(jìn)行實時調(diào)控,從而降低粒子能量,實現(xiàn)冷卻。在另一項類似實驗中,Lukas Novotny和同事利用冷凍超高真空裝置實現(xiàn)了該冷卻效應(yīng)。(本頁期刊封面圖來自Nature
官網(wǎng))Science
封面:塑料困境。Science
雜志第6550期特刊報道了塑料消費垃圾最終將在地球的歷史和碳循環(huán)上留下永久的印記。在這期特刊中,科學(xué)家們探討了一系列與塑料相關(guān)的話題,從塑料在環(huán)境中的分布,到塑料的發(fā)展成為動物的進(jìn)化陷阱,再到如何重新審視塑料以創(chuàng)造更美好的未來。文章討論了塑料作為新型巖土材料的最新研究,野生動物攝入塑料的進(jìn)化和生態(tài)維度,塑料污染在環(huán)境中的積累和影響,以及升級回收的創(chuàng)新方法等,以期推動下一代新材料的設(shè)計。預(yù)防塑料污染的時間早已過去,改變塑料未來需要從現(xiàn)在做起。Science
封面:羅馬花(椰)菜(Romanesco cauliflower
)。Science
雜志第6551期封面文章報道了羅馬花(椰)菜“分形”背后的數(shù)學(xué)原理。如果仔細(xì)觀察,會發(fā)現(xiàn)花菜里的許多小花看起來很相似,每個花又是由它們自己的微型版本組成的。在數(shù)學(xué)中,這種屬性稱為自相似性,這是稱為分形的抽象幾何對象的定義特征。文章揭示了如何通過改變身份和分生組織動態(tài)的生長和發(fā)育網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生分形模式,闡明了分子和形態(tài)隨時間的變化,通過這些變化,分生組織獲得了不同的身份,從而形成了在自然界和作物中發(fā)現(xiàn)的高度多樣化和迷人的植物結(jié)構(gòu)陣列。Science
封面:在肯尼亞馬賽馬拉國家保護(hù)區(qū),一只7周大的斑點鬣狗幼崽在它的巢穴周圍溜達(dá),而它的媽媽在一旁看著。Science
雜志第6552期封面文章報道了斑點鬣狗的社會網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)取決于等級依賴的社會遺傳。Ilany等人研究了斑點鬣狗近30年的社會互動數(shù)據(jù)。斑點鬣狗的社會網(wǎng)絡(luò)是一個女性主導(dǎo)的系統(tǒng),高度結(jié)構(gòu)化。并且,研究人員發(fā)現(xiàn)鬣狗的地位繼承也同樣突出。幼年鬣狗的社會交往與它們的母親相似,而且社會地位越高的母親,這種交往的強(qiáng)度越高。重要的是,生存與社會遺傳有關(guān),這表明這些社會角色對鬣狗而言至關(guān)重要。Science
封面:行星解剖,火星地震學(xué)揭秘。Science
雜志第6553期封面文章報道了火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成研究進(jìn)展。行星的內(nèi)部擁有該行星起源,以及熱力和動力演化的重要線索。系列文章分別展示了基于NASA著陸器InSight(使用地震調(diào)查、大地測量和熱傳輸?shù)膬?nèi)部研究)數(shù)據(jù)對火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究成果。研究發(fā)現(xiàn),火星上地幔地震波速度總體隨深度增加,火星地殼具有中等偏高的熱流。這些研究是國際上首次對另一顆巖石行星的地殼、地幔和地核結(jié)構(gòu)進(jìn)行的直接觀測,其結(jié)果和意義可以與地球的特征進(jìn)行比較和對比。(本頁期刊封面圖來自Science
官網(wǎng))Physical Review Letters
。研究表明,超級領(lǐng)頭對數(shù)的漸進(jìn)行為與通常人們所熟知的Sudakov對數(shù)非常不同,從而揭示了Yang-Mill理論中散射過程紅外結(jié)構(gòu)的非平庸性。同時發(fā)現(xiàn),在考慮五圈量子修正后,即使對Drell-Yan或膠子融合Higgs產(chǎn)生等顏色結(jié)構(gòu)較簡單的反應(yīng)過程,超級領(lǐng)頭對數(shù)也會產(chǎn)生貢獻(xiàn),數(shù)值計算表明該效應(yīng)對目前理論結(jié)果的修正可以達(dá)到5%以上。振幅水平所有階超級領(lǐng)頭對數(shù)的產(chǎn)生示意圖(圖片來源于復(fù)旦大學(xué)網(wǎng)站)
超級領(lǐng)頭對數(shù)的數(shù)值結(jié)果(圖片來源于復(fù)旦大學(xué)網(wǎng)站)
Accounts of Chemical Research
。當(dāng)兩個或多個電子態(tài)勢能面非常接近時,電子與原子核的運(yùn)動(振動和轉(zhuǎn)動)耦合,致使不同電子態(tài)上的布居數(shù)發(fā)生變化,這也就是所謂的非絕熱過程。非絕熱過程廣泛存在于化學(xué)、生物和材料領(lǐng)域,如許多常見的光化學(xué)反應(yīng)、材料中的光電轉(zhuǎn)換過程、微腔光場化學(xué)、視網(wǎng)膜成像和DNA光損傷/光修復(fù)等生物化學(xué)反應(yīng)。研究團(tuán)隊發(fā)展了適合全原子模擬的非絕熱動力學(xué)理論方法來研究實際凝聚態(tài)體系非絕熱過程的微觀變化和行為。Physical Review Letters
。非平衡物理和動力學(xué)行為是現(xiàn)代物理學(xué)中的一個重要且具有挑戰(zhàn)性的方向。利用超冷原子實驗平臺從一個對稱性破缺的量子態(tài)出發(fā),前進(jìn)到一個對稱性守恒的量子態(tài),對稱性變化的方向與傳統(tǒng)的相變描述方向正好相反。這項實驗進(jìn)一步證明在多體量子相變中,能隙的改變是影響動力學(xué)行為和拓?fù)淙毕菁ぐl(fā)的核心因素,為進(jìn)一步研究量子相變動力學(xué)行為創(chuàng)造了新的可能性。Science Advances
。除了具有ACS活性以外,種子植物的ACS蛋白還普遍具有催化以胱氨酸或半胱氨酸為底物生成丙酮酸的Cβ-S裂解酶活性,暗示ACS可能起源于C-S裂解酶,打破了乙烯合成關(guān)鍵酶ACS起源于氨基轉(zhuǎn)移酶的傳統(tǒng)觀念。研究人員進(jìn)一步解析了典型的ACS雙酶及其單酶突變體的蛋白晶體結(jié)構(gòu),提出了種子植物ACS雙酶活性的新催化機(jī)制。該成果為更好地了解ACS基因家族的功能,以及乙烯合成的調(diào)控提供了研究基礎(chǔ)。Nano Letters
。在該異質(zhì)結(jié)體系中,主要的熒光發(fā)射由層內(nèi)激子向?qū)娱g激子轉(zhuǎn)變。施加外部壓力可以有效增強(qiáng)vdW異質(zhì)結(jié)的層間耦合。另外,與單層WS和MoSe的層內(nèi)激子能隨壓力增加而明顯藍(lán)移的現(xiàn)象相比,WS/MoSe異質(zhì)結(jié)的層間激子能僅表現(xiàn)出微弱的壓力依賴性。第一性原理計算揭示了外加壓力下較強(qiáng)的層間相互作用導(dǎo)致了WS/MoSe異質(zhì)結(jié)中層間激子行為的增強(qiáng),并驗證了層間激子的穩(wěn)定性。WS2/MoSe2異質(zhì)結(jié)中層間和層內(nèi)激子的轉(zhuǎn)變示意圖,以及歸一化后單層MoSe2、WS2和WS2/MoSe2異質(zhì)結(jié)的壓力依賴熒光譜圖(圖片來源于中國科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站)
外加壓力作用下WS2/MoSe2異質(zhì)結(jié)雙分子層的計算能帶結(jié)構(gòu)和差分電荷密度(圖片來源于中國科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站)
JACS
。研究者對基因簇fg3_54產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了深入分析,發(fā)現(xiàn)了一個新的毒力因子fusaoctaxin B,并通過詳盡的體內(nèi)和體外實驗揭示了其生物合成特殊前體胍基乙酸(GAA)單元的全新生物合成途徑。不同于已知的胍基乙酸形成途徑,新途徑通過脒基轉(zhuǎn)移酶催化甘氨酸和精氨酸之間的親核取代,禾谷鐮孢菌僅利用精氨酸為底物,通過多酶催化的串聯(lián)反應(yīng)對精氨酸進(jìn)行修飾得到胍基乙酸。Advanced Materials
。在連續(xù)打印過程中,附著在固化結(jié)構(gòu)外的液膜始終受到固-液界面的限制。該液體樹脂-固化結(jié)構(gòu)界面的限制作用一方面增強(qiáng)了未固化的液體樹脂吸入并填充于相鄰圖案層之間的間隙,以消除臺階效應(yīng);由于黏附的液膜是作為過渡層而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的液體樹脂殘余物,因此避免了后清洗步驟。通過優(yōu)化墨水性質(zhì)和打印參數(shù),可以很好地控制3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的液膜厚度和表面光滑度。Science
。該評述文章詳細(xì)介紹了同期Science
雜志發(fā)表的關(guān)于分子非彈性碰撞傳能過程的立體動力學(xué)及量子干涉現(xiàn)象的研究,重點介紹了一個開展量子干涉,以及立體動力學(xué)研究的理想化學(xué)反應(yīng)體系。激光制備特定量子態(tài)和取向分子的技術(shù)已經(jīng)體現(xiàn)了其顯著的優(yōu)勢和可擴(kuò)展性,在未來的實驗中,結(jié)合先進(jìn)的激光量子態(tài)制備和分子空間取向技術(shù),科學(xué)家們將能夠通過交叉分子束實驗對氫交換等反應(yīng)開展進(jìn)一步的精密動力學(xué)測量。Nature Astronomy
?!版隙鹚奶枴碧綔y器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑中,其搭載的“玉兔2號”巡視器隨后對月表開展了持續(xù)的巡視探測。探測發(fā)現(xiàn),富含揮發(fā)分的碳質(zhì)小行星的撞擊可能仍然為現(xiàn)在的月球提供水源。同時,相關(guān)研究顯示比較年輕的月表物質(zhì)(如“嫦娥5號”返回樣品)中存在撞擊體殘留物的可能性。研究成果進(jìn)一步增進(jìn)了人類對內(nèi)太陽系撞擊歷史的了解。“玉兔2號”對巡視路徑上“偶遇”的一個小型新鮮撞擊坑進(jìn)行詳細(xì)的光譜探測(圖片來源于中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心網(wǎng)站)
目標(biāo)撞擊坑的數(shù)字高程模型(DEM)及基于iSALE的數(shù)值撞擊模擬結(jié)果(圖片來源于中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心網(wǎng)站)
The Astrophysical Journal
。在大爆炸核合成典型溫度處,新反應(yīng)率比當(dāng)前廣泛使用的BM93反應(yīng)率小了將近兩個量級。該工作消除了最后一個控制大爆炸核合成的重要反應(yīng)的反應(yīng)率不確定性,對于進(jìn)一步理解鋰豐度問題,推動宇宙學(xué)、天文觀測學(xué)和粒子物理學(xué)的發(fā)展,探索和限制標(biāo)準(zhǔn)模型外新物理具有重要意義。The Astrophysical Journal
。盡管存在系統(tǒng)差異,這兩個類別的宇宙恒星形成率密度都可以用僅有2個參數(shù)的Gamma(a,b)分布函數(shù)—— 一個被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域的數(shù)學(xué)形式來描述。該模型通過考慮標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的一些基本參量,結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)形成的特征,僅用2個自由參數(shù)來同時正確描述恒星形成歷史的形狀和幅度。這一結(jié)果建立了宇宙恒星形成率密度模型研究歷史上的一個新標(biāo)桿。The Astrophysical Journal Letters
。黑寡婦脈沖星是一類特殊的毫秒脈沖星,位于雙星系統(tǒng)中,其主星輻射束直接掃過伴星,導(dǎo)致伴星逐漸被蒸發(fā),因此而得名。研究發(fā)現(xiàn),在掩食附近脈沖輻射存在消偏振現(xiàn)象,其線偏振消失時視線方向的粒子數(shù)密度幾乎沒有變化,這為伴星存在磁場提供了證據(jù),經(jīng)推算伴星磁場強(qiáng)度約為8G。下一步,科學(xué)家將使用FAST觀測更多的黑寡婦脈沖星,進(jìn)行大樣本研究。The Astrophysical Journal Letters
。在M106星系外發(fā)現(xiàn)的超長距離的氣體吸積流,長達(dá)130kpc(約42.3萬光年),連接M106和其衛(wèi)星星系NGC4288,表明M106星系能從數(shù)十萬光年外的矮星系上搶奪氣體來維持自身的成長。這種現(xiàn)象類似于離銀河系20多萬光年外的大小麥哲倫星云流向銀河系的麥哲倫流,但M106的吸積流長度更長,作用范圍更廣,更難捕捉到,為研究星系氣體吸積提供了典型案例。FAST觀測到的M106吸積流的21厘米譜線的分通道強(qiáng)度圖(圖片來源于中國科學(xué)院國家天文臺)
FAST觀測到的M106吸積流的21厘米譜線積分強(qiáng)度等值線圖(藍(lán)色)。圖中背景為FAST的積分流量強(qiáng)度分布圖。綠色等值線顯示了WSRT干涉陣列觀測到的M106中性氫氣體盤的結(jié)構(gòu)。(圖片來源于中國科學(xué)院國家天文臺)
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
。驅(qū)動大規(guī)模太陽爆發(fā)的磁重聯(lián)發(fā)生在CME-耀斑電流片中,將磁能迅速轉(zhuǎn)換為等離子體的動能和熱能。該研究首次確認(rèn)了瑞利-泰勒(RT)不穩(wěn)定能夠發(fā)生在等離子體堆積的CME泡底部的緩沖區(qū),是觀測上CME-耀斑電流片振蕩或橫向運(yùn)動的一個起源;實際CME-耀斑電流片中的耗散區(qū)可以延伸到很大的尺度,并不像經(jīng)典磁重聯(lián)理論那樣認(rèn)為的耗散區(qū)只在很小一個區(qū)域中存在。The Astrophysical Journal Letters
。甚長基線干涉測量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技術(shù)通過將相距遙遠(yuǎn)的射電望遠(yuǎn)鏡用相干干涉的方法連接,從而獲得等效于一個超大口徑射電望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng),在深空探測器測定軌任務(wù)和著名的黑洞成像等天文觀測中有廣泛運(yùn)用。運(yùn)用這項技術(shù)方法,研究者克服了常規(guī)毫米波VLBI觀測受到的大氣抖動劇烈、靈敏度不足等局限,高精度地測定了M87黑洞是在位于其43GHz噴流核心的上游46微角秒(投影距離約為1100億公里)處。Nature Communications
。在能譜分布上,費米衛(wèi)星的測量結(jié)果與H.E.S.S和MAGIC的甚高能觀測結(jié)果自然銜接為一個冪律譜;而在空間分布上,費米數(shù)據(jù)給出的冪率分布指數(shù)與H.E.S.S和MAGIC在較高能段中測得的冪指數(shù)一致。這些一致的特征支持了銀心宇宙線源的存在,也說明該宇宙線源可以有效地加速橫跨多個能量段的高能粒子。此外,研究還發(fā)現(xiàn)在銀心附近的中心分子云區(qū)域的宇宙線能量密度比分子云外的宇宙線“海”的能量密度更低。