科学家找到5.5亿年前“生态革命”关键证据

动物对沉积物的三维扰动，改变了远古海洋的生态格局，为“寒武纪生命大爆发”铺平了道路。近日，中国科学院南京地质古生物研究所团队，在三峡地区发现了一组保存完好的三维潜穴化石，将动物复杂行为的起源追溯到了5.5亿年前的埃迪卡拉纪。该发现改变了学界对早期生命演化的认识。 此前，学界普遍认为埃迪卡拉纪的生物，大多是在海底表面留下简单的爬痕或浅层水平潜穴。直到寒武纪，生物才逐渐发展出垂直或斜向挖掘沉积物的能力，形成复杂的三维潜穴系统。然而，研究团队在属于埃迪卡拉纪的三峡地区“石板滩生物群”遗迹中发现，化石具有类型多样的三维复杂潜穴系统遗迹，包括锯形迹、多山迹与蝌蚪状潜穴等类型。与更早期仅停留在沉积物表面的简单爬迹不同，三维潜穴是动物行为复杂化的重要标志，这些化石首次展现出动物向沉积物内部“纵向探索”的能力。这些精心构造的地下通道网络，表明它们不再是海底的“表面过客”，而是可进行有计划的、主动的沉积物探测，是能够主动挖掘、构建三维栖居空间的生态系统“工程师”。 在埃迪卡拉纪，海底普遍覆盖着一层坚韧的“微生物席”，这层生物膜为当时固着或简单移动的大多数生物提供了稳定的栖息地。这些早期动物的挖掘行为，在当时的海洋生态系统中引发了一系列连锁反应。这些“工程师”的活动破坏了“微生物席”的稳定性，动摇了旧有生态系统的根基。研究显示，在石板滩地层中，潜穴化石的丰度与典型的埃迪卡拉纪宏体化石的丰度呈负相关。在潜穴密集的层位，原有的埃迪卡拉纪生物变得稀少。这表明，这些“工程师”可能通过竞争空间、资源或间接破坏微生物垫基底，局部排挤了适应旧生态系统的生物群落。 上述行为革新促进了元素循环的变革。尽管埃迪卡拉纪仍处于低氧条件下，这些扰动还难以大规模氧化深层沉积物，但“工程师”的活动无疑增强了沉积物的物理混合，影响了磷、碳、硫等关键元素的生物地球化学循环。这些具有两侧对称身体构型的动物所驱动的行为革命，架起了一座桥梁，连接了埃迪卡拉纪相对静态的“微生物席垫”世界，和寒武纪开始出现的、动物与沉积物剧烈相互作用的“混合基底”世界。寒武纪生命大爆发的序幕，在5.5亿年前已然拉开。 从平面到立体，从稳定到动态。石板滩生物群记录了动物从在海底表面简单“漫步”，到主动向地下三维空间“开拓”的根本性转变。该研究将复杂三维洞穴系统的出现时间，明确提前到了埃迪卡拉纪晚期，揭示了动物自身行为方式的革新是驱动地球环境和生命演化的强大力量。正是这些古老“工程师”们看似微小的挖掘行为，在漫长的时间尺度上，最终撬动了整个星球的生态格局。 相关研究成果发表在《科学进展》（Science Advances）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会的支持。 论文链接 石板滩生物群中的Treptichnus遗迹化石 石板滩生物群的遗迹化石复原图

研究人员实现“人造太阳”关键核心材料制备

可控核聚变装置被誉为“人造太阳”，是人类探索未来清洁能源的重要方向。第二代高温超导带材被视为可控核聚变中“超级磁体”的核心材料，其技术突破决定能否制造出约束上亿度等离子体的超强磁场。金属基带作为缓冲层和超导层生长的衬底，其作用如同盖房时打下的地基——缓冲层和超导材料需要一层一层地“生长”在这一基带上，为超导带材提供了必要的机械强度和变形能力，更是整个超导结构得以稳定成型的基础。 近日，中国科学院金属研究所研究员戎利建团队，利用自主研发的纯净化制备技术，实现了高纯净吨级哈氏合金的工业化生产。这标志着我国在高温超导带材用关键材料国产化制备方面实现重要突破，将为二代高温超导材料的全国产化生产和应用提供重要保障。 经科研攻关，材料的纯净度各项指标均达到进口材料水平。高纯净材料可确保合金具有优异的冷热加工性能和基带的表面质量。 研究团队突破了合金的锻造、轧制、热处理、相析出调控、光亮表面质量控制等关键技术，攻克了制约国产化基带应用的技术难题，实现了长度达2000m、厚度0.046mm、宽度12mm的第二代高温超导带材高温超导用哈氏合金基带的批量化制备。基带表面粗糙度小于20nm，液氮温度下抗拉强度大于1900MPa，经900℃加热5min后室温抗拉强度大于1200MPa，表现出优异的热稳定性和力学性能。 目前，由金属所批量化制备的金属基带已在相关企业开展验证工作，并完成近千米高温超导带材的规模化制备。金属所已与相关企业达成20吨金属基带供货的框架合作协议，双方将继续深化合作，进一步优化制备工艺。 千米级基带

嫦娥样品分析揭示月球正背面太阳风长期辐照不对称性

地球磁层对月球近侧与远侧的太阳风通量具有调制效应，导致两侧太阳风通量呈不对称分布。这种长期存在的不对称性或进一步影响月表的空间风化过程。 近日，中国科学院地球化学研究所、国家空间科学中心，联合澳门科技大学、云南大学、吉林大学，通过测定嫦娥五号（CE-5）与嫦娥六号（CE-6）月壤颗粒的暴露年龄及太阳风损伤非晶环带厚度，获得所测样品的环带增长速率，并与阿波罗11号、阿波罗16号和阿波罗17号样品的测量结果进行对比研究。 结果显示，来自月球远侧中纬度区域的CE-6月壤颗粒，其环带增长速率相对于来自月球近侧低纬度区域的阿波罗样品测得的结果明显更高。该趋势与模拟所得的月表太阳风通量分布一致，支持“地球磁层能够有效屏蔽月球近侧的太阳风辐照，从而造成近侧和远侧之间的辐照不对称”的观点。但是，来自月球近侧中纬度区域的CE-5样品表现出异常高的环带增长速率，其原因尚不明确。该研究发现的长期太阳风通量局地差异性，为探究月面不同区域太空风化过程提供了新视角。 研究进一步对CE-5与CE-6返回的月壤样品开展微区分析。实验选取15颗具有清晰月表暴露特征的长石颗粒，通过扫描电镜-聚焦离子束切片-透射电镜分析，获得各颗粒太阳风损伤形成的非晶环带厚度、太阳高能粒子辐射径迹密度。基于辐射径迹密度数据，研究估算出各颗粒的暴露年龄，并结合非晶环带厚度算出太阳风损伤非晶环带的增长速率。研究将测量结果与已发表的阿波罗11号、阿波罗16号和阿波罗17号样品的测量数据进行比较。 结果显示，月球近侧中纬度区域采集的CE-5样品具有最高的环带增长速率，其值为55.96 ± 10.82 nm/Myr；其次为月球远侧中纬度区域的CE-6样品，其环带增长速率为33.21 ± 6.16 nm/Myr。相比之下，阿波罗11号、阿波罗16号和阿波罗17号样品的环带增长速率分别为25.10 ± 1.76 nm/Myr、23.52 ± 5.36 nm/Myr和25.40 ± 2.32 nm/Myr。为探讨环带增长速率与太阳风辐照之间的关系，研究结合月表太阳风通量的数值模拟结果进行综合分析。 分析表明，相较于阿波罗采样区域，CE-6采样区域的太阳风通量更高。这与研究中CE-6样品损伤环带增长速率高于阿波罗样品的测量结果一致。这表明，地球磁层能够屏蔽月球近侧部分的太阳风辐照，造成月球正背面太阳风辐照不对称性，影响月壤的空间风化过程。同时，研究发现，CE-5样品表现出异常高的环带增长速率，意味着月壤损伤程度受到太阳风辐照强度的控制，还可能受到其他复杂因素的影响，如颗粒孔隙度、地形坡度和坡向等。目前，CE-5样品环带增长速率异常的具体原因需要进一步研究。 相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金和澳门科学技术发展基金的支持。 论文链接 典型受测颗粒的微观特征 嫦娥五号、嫦娥六号、阿波罗11号、阿波罗16号和阿波罗17号月球样品颗粒中太阳风损伤非晶环带厚度与暴露年龄的比较 月球表面太阳风通量的分布情况，以及太阳风损伤形成的非晶环带增长速率与太阳风通量之间的关联

研究揭示寒武纪大爆发的“起搏器”

寒武纪大爆发使几乎所有现生动物门类快速在地球出现，是地球生命演化史上关键的里程碑事件之一。已有古生物和地球化学证据表明，动物在寒武纪早期爆发过程中，呈现出“脉冲式”演化模式，并伴随海水无机碳和硫酸盐硫同位素的同步波动，这或与大气、浅海的周期性“增氧”直接相关。然而，学界对调控这一时期脉冲式增氧的驱动机制尚不明晰。 近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究团队等，通过频谱分析和地球系统箱式模型模拟，揭示了地球长时间尺度的轨道变化或是这一脉冲式增氧过程的幕后推手。 此前，有研究利用俄罗斯西伯利亚寒武纪早期连续的碳酸盐岩地层剖面获得的样品，揭示寒武纪早期，海洋动物多样性在约200万年至300万年的时间尺度上呈现周期性变化，这与海水碳、硫同位素的同步漂移在时间上高度吻合。科研人员认为，全球有机碳和黄铁矿埋藏周期性变化，导致大气和浅海氧含量周期性波动，进而影响海洋动物早期演化模式。科研人员进一步提出，这些百万年尺度的地球表层环境变化，或由长周期的地球轨道变化所驱动。轨道变化通过改变地球不同纬度接收太阳辐射的分布差异，使气候周期性波动。这一周期性变化可能影响了大陆风化作用强度，以及磷等关键营养物质向海洋输送。营养物质的周期性输入，刺激海洋光合作用和有机碳埋藏，从而导致大气和海洋氧含量周期性增加。 为论证这一假说，该研究对已发表的寒武纪早期碳–硫同位素记录进行了频谱分析。结果显示，这一时期碳、硫同位素记录中存在1.2百万年、2.6百万年及4.5百万年的长周期变化，与长周期轨道变化周期一致。随后，研究团队在最新的深时地球系统箱式模型（SCION）中添加了气候轨道驱动因子，并对这一过程开展了数值模拟。模拟结果表明，轨道驱动的气候变化可复现海水碳–硫同位素的同步周期性变化，论证了这一假说的可行性。同时，模型敏感度实验表明，海洋中的低硫酸盐浓度，或放大了碳–硫–氧生物地球化学循环对轨道驱动营养物质输入的响应幅度，是寒武纪地球系统稳定性的重要短板。 这一研究对学界理解寒武纪生命大爆发节拍，和其他时期周期性的碳、硫、氧循环提供了新思路和新视角。 相关研究成果发表在《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、江苏省、英国自然环境研究理事会的支持。 论文链接 SCION模型中新增的轨道驱动气候变化 SCION模型模拟结果

研究发现癌细胞与肿瘤相关巨噬细胞代谢互作促进肝癌转移新机制

10月20日，中国科学院上海营养与健康研究所鲁明研究组等，报道了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）与肝癌细胞之间“乳酸-脂质过氧化-乙酸”的全新代谢互作模式，揭示了TAMs作为微环境乙酸供应源，通过增加肝癌细胞乙酰辅酶A合成，促进肝癌转移的作用机制，为肝癌转移提供了潜在的微环境干预靶点。 乙酰辅酶A是细胞内关键的代谢中间物，是糖、脂质和氨基酸的分解代谢产物，也是脂质合成和三羧酸循环的起始代谢物，可作为蛋白质乙酰化修饰的底物影响基因表达的表观调控。 为寻找肝癌微环境中乙酸的来源，研究人员对肝癌微环境中不同的原代免疫细胞和基质细胞进行筛选，并利用体内清除实验和体外诱导的TAMs进行分析验证，鉴定出TAMs可特异性促进肝癌细胞乙酸水平提升，并证实TAMs是通过分泌游离形式的乙酸到微环境中来实现这种特异性效应。机制研究发现，TAMs中脂质过氧化-乙醛脱氢酶2途径是调控其乙酸生成和分泌的关键代谢途径。 研究发现，抑制TAMs中ALDH2或脂质过氧化途径，均可减弱TAMs促肝癌细胞体外迁移的能力。这种效应是通过抑制肝癌细胞乙酰辅酶A合成和组蛋白乙酰化实现。研究进一步利用髓系特异性敲除Aldh2小鼠，构建肝癌原位移植瘤模型发现，敲除TAMs的Aldh2可减少原发瘤中肝癌细胞的乙酸水平，并抑制肝癌的肺转移。以上体内外研究获得的机制研究结果，在人肝癌样本中也得到验证，即人肝癌组织中ALDH2+ TAMs浸润程度与临近肝癌细胞组蛋白乙酰化水平呈正相关。研究通过一系列筛选和验证，鉴定出癌细胞来源的乳酸是TAMs脂质过氧化-ALDH2途径激活的诱导因子。乳酸可通过提高活性氧水平和上调Nrf2的表达激活TAMs的脂质过氧化-ALDH2途径，从而形成肝癌细胞和TAMs之间“乳酸-脂质过氧化-乙酸”的互作环路。 上述研究揭示了肝癌细胞与TAMs之间新的代谢互作模式，为解析局部代谢微环境调控癌细胞表型转化的机理提供了新思路。同时，研究发现脂质过氧化途径可作为TAMs乙酸的主要来源，为靶向TAMs的脂质过氧化-ALDH2通路干预肝癌转移提供了理论依据。 相关研究成果在线发表在《自然-代谢》（Nature Metabolism）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。 论文链接 TAMs与肝癌细胞间的“乳酸-脂质过氧化-乙酸”代谢互作模式

研究通过原位电镜发现冰异质成核结晶动力学路径

结晶过程是物理、化学、材料、生物等学科的重要问题，与材料合成、能源转化和存储、量子信息和传感、生命起源和演化等前沿交叉领域相关。然而，微观过程实验探测手段的限制，目前对结晶动力学路径的实时解析较为困难，对其微观机制的理解不够深入，因此结晶研究在很大程度上处于“黑箱”状态。发展具备原子尺度空间分辨和实时成像能力的原位显微技术，揭示结晶相变的微观动力学图像，对于理解晶体结构与形成机理、实现结晶过程的调控具有重要意义。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心白雪冬课题组，在发现立方冰工作的基础上，在冰异质成核结晶机制研究方面取得进展。该研究利用自主发展的原子分辨原位冷冻电镜技术，通过实时观测和统计，揭示了低压水蒸气在低温石墨烯界面的成核结晶动力学路径。研究发现，在低温与低压环境下，亚稳态立方冰与热力学稳定态六方冰可各自独立直接成核，进而在表面能主导下经历晶核聚集、取向一致和熟化，形成以低指数面裸露为特征的多晶型成熟晶粒。 研究证明，在远离平衡态的极端条件下，冰能够通过非经典的直接成核路径实现结晶，其过程主要受长程周期性构型焓变驱动的量子相变动力学主导，而经典粒子动能的作用相对次要。这为冰结晶动力学调控提供了微观机制，并为凝聚态物质的结晶相变研究提供了新的参考依据。 近日，相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院相关项目的支持。 冰异质成核结晶动力学过程

反式钙钛矿太阳电池传输层优化研究获进展

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员潘旭团队，在反式钙钛矿太阳电池传输层优化方面取得进展，实现了太阳电池器件效率与稳定性的双重突破。 此前，团队通过均质化钙钛矿吸收层中的阳离子分布，为优化吸收层提供了新思路。在钙钛矿太阳电池器件结构中，除核心的钙钛矿吸收层外，其两侧的半导体功能传输层对电荷分离与输运发挥支撑作用，影响器件整体性能。其中，苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）是广泛应用的电子传输层材料。但是，该材料在光照、高温等典型环境应力作用下，易发生环加成反应并形成二聚体。这一变化会导致材料电荷迁移率下降、能带结构遭到破坏，进而拉低器件光电转换效率，并使器件稳定性衰减，成为制约钙钛矿太阳电池实用化进程的瓶颈。 团队通过分析PCBM分子在钙钛矿不同表面终端的堆叠行为，发现PCBM的异质化取向是其生成二聚体的主要原因之一。团队进一步设计了PCBM前驱体添加剂2,3,5,6 -四氟-4-碘苯甲酸，通过与PCBM分子的多相关作用，引导其在钙钛矿表面有序堆叠，均质化其取向，从而抑制环加成反应所必需的反应位点拓扑对齐，并抑制二聚体生成。 该方法制备的太阳电池，实现了26.6%的实验室级器件效率、25.3%的单元面积器件效率和21.3%的大面积组件效率。同时，这一方法所构筑的器件，在工况下的稳定性同样得到提升，且在高温、高湿、持续光照的苛刻条件下，稳定运行2000小时后仍可保持85%以上的初始性能。上述工作为钙钛矿太阳电池的提效增稳提出了可行的解决方案。 相关研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的支持。 论文链接 （a）钙钛矿电池结构及添加剂分子示意图；（b）PCBM电子传输材料二聚化及添加剂作用机理；（c-f）分子动力学模拟结果示意图；（g-h）太阳电池器件效率

科学家实现毫秒级纳米成像 破解神经突触传递核心机制

近日，中国科学技术大学团队等在神经科学领域取得突破。团队基于自主研发的毫秒级时间分辨冷冻电镜技术，捕捉到突触囊泡释放与快速回收的完整动态过程，并提出全新“亲吻-收缩-逃逸/融合”模型，解决了神经科学领域长达半个世纪的关键争议。这一成果揭示了大脑高效传递信息的“微观密码”，为相关脑疾病机理研究提供了新视角。 大脑功能的实现，依赖于数千亿个神经元之间高效、精准的突触传递。突触囊泡作为神经递质的载体，其释放机制是神经科学领域的重要问题。此前，科学界围绕囊泡释放机制，提出了“全融合”与“亲吻-逃逸”两种对立模型。但是，由于囊泡释放过程发生在毫秒时间尺度、结构变化处于纳米空间尺度，传统技术难以捕捉其瞬时动态，导致神经科学研究长期陷入困局。 为攻克这一难题，科研人员联合国内外多个团队，开发出具有毫秒时间分辨的原位冷冻电镜技术，将光遗传学刺激与投入式快速冷冻方法结合，实现了对神经元突触传递过程的毫秒级“动态定格”。 实验中，团队在神经元中表达光敏蛋白，通过激光精准激发动作电位，触发突触囊泡释放。此后，载有样品的电镜载网，在设定时间快速落入冷冻剂，将细胞瞬间固定。通过精确控制光照与冷冻的时间间隔，团队在4毫秒到300毫秒之间的时间释放样品，捕获了囊泡不同阶段的结构快照。 团队基于上千套高分辨率三维结构数据的系统分析，发现囊泡释放与快速回收可分为三阶段动态过程：囊泡与突触前膜形成纳米级融合孔（“亲吻”），随后迅速收缩为表面积减半的小囊泡（“收缩”），最终大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少数发生“全融合”。这个中间收缩是一个关键，为神经突触实现高效、高保真信号传递奠定了结构基础。 上述成果为探究神经信息加工以及相关脑功能和疾病机理提供了全新视角。同时，时间分辨冷冻电镜技术的研发，为剖析细胞内其他快速生命过程，如病毒入侵、细胞分泌等提供了新的方法平台。 相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 论文链接 时间分辨冷冻电镜技术解析突触囊泡释放与回收动态过程 突触囊泡释放与快速回收

研究人员开发出靶向清除Tau蛋白的新型细胞疗法

目前尚无能够有效预防或缓解阿尔茨海默病病程的疗法。有研究表明，细胞外的Tau蛋白以类似朊病毒的方式在神经网络中扩散，引发连锁性的神经元损伤，这可能是推动阿尔茨海默病病情恶化的关键因素。尽管靶向胞外Tau蛋白的疗法颇具潜力，但其发展面临挑战。因此，亟待开发能够有效干预Tau蛋白相关病理过程的新疗法。 近日，中国科学院院士、杭州医学研究所研究员谭蔚泓与研究员邱丽萍团队，开发出基于核酸适体的单核细胞疗法。该疗法能够高效清除阿尔茨海默病脑内的致病性蛋白Tau，为神经退行性疾病提供了新的治疗策略。 研究团队通过非基因编辑手段，将一种对Tau蛋白具有高亲和力的核酸适体“安装”在单核细胞表面，构建出一套清除系统。团队证实，经过功能化改造的单核细胞，能够主动进入并富集于阿尔茨海默病模型小鼠的大脑中（包括Tau蛋白沉积严重的区域如海马体和纹状体等），并结合核酸适体对Tau蛋白的特异性分子识别，高效吞噬脑脊液中的Tau蛋白。 这一干预措施抑制了小胶质细胞和星形胶质细胞的过度活化，减轻了神经炎症，保护了神经元和线粒体的完整性。无论是短期还是长期治疗，均能改善模型小鼠的记忆力和空间学习能力，且未观察到毒性或行为方面的副作用。 基于核酸适体的单核细胞疗法能够在阿尔茨海默病患病大脑中实现靶向递送、有效清除和持续的神经保护作用，为阿尔茨海默病的治疗干预提供了颇具前景的新策略。 相关研究发表在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上。 论文链接 基于核酸适体的单核细胞疗法工作原理 基于核酸适体的单核细胞疗法改善AD小鼠的记忆与认知

全超导磁体实现35.1特斯拉稳态磁场

近日，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头，联合合肥国际应用超导中心、合肥综合性国家科学中心能源研究院、清华大学共同研制的全超导磁体，成功产生35.10万高斯的稳态强磁场。 全超导磁体是由超导材料绕制而成的磁体，该磁体采用高温超导内插磁体技术，与低温超导磁体同轴嵌套构建。科研团队运用万匝级高场磁体多物理场协同优化方法与高应力调控工艺，解决了低温高场下的应力集中、屏蔽电流效应、多场耦合效应等难题，大幅提升磁体在极端工况下的力学稳定性与电磁性能。该磁体励磁至35.1特斯拉，稳定运行30分钟后安全退磁，验证了技术方案的可靠性，为在全超导磁体35.1特斯拉条件下开展各类样品实验提供了重要平台。 该成果实现了超高场全超导稳态磁体领域的技术突破，推动了“核心技术+材料国产化”深度协同，实现了材料、工艺、制备自主可控，为高场科学仪器研发提供了技术支撑，助力强场科学研究领域的创新发展。 全超导磁体测试曲线