FAST银道面中性氢巡天研究取得新突破

近期，由中国科学院紫金山天文台牵头，新疆天文台、上海天文台，以及北京大学、南京大学等单位联合开展的500米口径球面射电望远镜（FAST）银道面中性氢巡天启动试观测，基于新扫描模式获取的巡天数据取得新突破。 中性氢是由氢原子组成的气体，是宇宙中最基本的气体成分，不仅能揭示星系的大尺度结构，也是研究星系物质循环和演化不可或缺的探针。银河系中性氢巡天是FAST的核心科学目标之一。 本项目对银纬±5°范围开展中性氢巡天，预计获取900平方度中性氢气体发射数据，将帮助科学家理解银河系内气体的分布和运动、重建物质循环过程。该研究获得的数据不仅能与已有的分子气体巡天数据互补。 为充分发挥FAST 19波束接收机的性能优势，实现银道面广域高均匀度扫描，科研团队提出沿银道坐标的扫描观测需求，针对性研发了“多波束银道坐标运动扫描”新扫描模式。测试结果表明，新模式在实际运行中扫描轨迹均匀稳定，获得的巡天数据图像与国际同类图像相比灵敏度更高、角分辨率与速度分辨率更优，综合效果达到最佳。 本项目得到国家自然科学基金的资助。 FAST银道面中性氢巡天试观测天区的真实扫描图像

二氧化碳制可持续燃料研究获进展

借助绿色氢气将二氧化碳转化为乙醇、航空煤油等可持续燃料。乙醇是化工基础原料及高能量密度的清洁燃料，广泛应用于日常生活和化工生产过程中。但是，相关的乙醇合成催化剂研发工作面临挑战。 前期，中国科学院上海高等研究院科研团队通过铁锌催化体系的物相调控，实现从二氧化碳转化制甲醇到乙醇、丙醇等多碳醇的选择性合成。同时，团队通过调控二氧化钛晶相组成，在RhFeOx/P25催化剂上获得优异的二氧化碳转化制乙醇选择性和乙醇产率，阐明该催化剂的构效关系与反应机理。 近期，研究团队创制了具有单团簇结构的RhSC/CN催化剂，克服了纳米颗粒催化剂活性金属原子利用率较低，以及单原子催化剂反应效率不高等问题，提升了二氧化碳加氢制乙醇的选择性和乙醇产率。研究发现，这一催化剂的活性金属以单团簇形式存在，具有近原子级分散度和对反应物分子较强的吸附活化能力。反应条件经过优化后，催化剂展现出最高的乙醇选择性和乙醇产率，分别为95.3%和17.5 mmol/gcat/h，其上转换频率TOF值达595.2 h⁻1。原位红外表征证实，该催化剂特有的单团簇结构，可促进碳碳偶联反应和关键中间体生成。理论计算显示，催化剂单团簇活性位上CH3*和CO*反应中间体进行碳碳偶联，具有最低的反应能垒，并揭示了乙醇生成的最优反应路径。 上述研究为同时促进二氧化碳转化和乙醇选择性生成的单团簇催化剂的设计工作提供了新见解，并为实现高效二氧化碳加氢制绿色乙醇提供了颇有应用前景的途径。 相关研究成果作为“Hot Paper”，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。 论文链接 催化剂制备过程示意图、HAADF-STEM图与XAS表征 催化剂二氧化碳加氢反应性能、构效关系和反应机理研究

百万年前头骨化石改写人类家谱

近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等，对一件出土于中国、距今约100万年前的古人类头骨化石重新分析后，揭示出一个与神秘古人类“丹尼索瓦人”密切相关的新演化支系——“龙人”，更将现代人、尼安德特人与这一亚洲古人类支系的分化时间大幅推前。 近年来，随着古人类学与考古学的迅速发展，越来越多的重要人类化石标本被陆续发现和命名。其中不少被正式命名为人属的新物种——包括纳勒迪人、吕宋人、巨颅人，以及此次研究聚焦的龙人。 然而，这些新发现化石之间的亲缘关系，尤其是它们与已知人类物种——如智人、尼安德特人、海德堡人、直立人等——如何联系，仍是学界争论的焦点。 这件被称为“郧县人2号”的头骨化石于1990年发现于湖北省郧县（今十堰市郧阳区）。 由于化石出土时已严重破碎变形，研究难度极大，最初主要依据其古老年代将其暂归为直立人。郧县人2号不仅有可靠的地质年代测定，更是百万年前极为稀少的人类遗存，对厘清人类演化谱系具有关键意义。 研究团队采用高精度CT扫描与结构光表面扫描技术，清晰识别出郧县人2号化石中的裂隙、矿物填充和未变形的骨片，随后通过创新的数字重建方法，根据解剖结构和几何形态学标志点，以虚拟方式完成了头骨的精细拼接。 研究团队还开发出一套新型统计方案，通过随机引入误差进行了上万次模拟，以检验重建结果的可靠性，解决了古生物学中长期存在却难以验证的关键问题。结果显示，郧县人2号在系统发育树中的位置始终稳定。 重建后的郧县人2号头骨呈现出原始与进步特征交融的形态：低平的额骨和突出的吻部类似更古老的直立人或海德堡人；而扁平低矮的颧骨、更宽的后脑颅以及较大的脑容量，则与龙人以及大荔、金牛山、华龙洞、许家窑等地出土的中更新世人类化石相似。这件百万年前的头骨脑容量竟超过1100毫升。 研究团队以郧县人作为关键校准点，构建出全新的人属系统演化树，并推算出各个人类支系的分化时间。 研究发现智人、龙人和尼安德特人这三支的分化发生得非常早，虽然早于目前化石记录所示，但与基因组数据推测的结果高度吻合。 根据这一新的谱系框架，亚洲地区多数中更新世人类化石——包括大荔、金牛山、华龙洞、许家窑、夏河、澎湖及丹尼索瓦洞穴出土标本，以及发现于松花江哈尔滨江段的龙人正型头骨——都可归入龙人支系。该支系与智人拥有最近的共同祖先。 郧县人化石帮助科学家澄清了100万年至30万年前这段“中间时期”的人类演化迷雾，指示出关于人类的起源，未知的远比已知的要多。 相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 论文链接 郧县人生活场景复原图 郧县人2号头骨复原过程 人属系统演化树

科研人员研发出首例氢负离子原型电池

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、曹湖军与副研究员张炜进团队，在氢负离子导体开发及其应用方面取得重要进展。该团队开发出新型核壳结构氢负离子电解质，并构建出首例氢负离子原型电池。 氢被认为是未来清洁能源体系的重要组成部分，通常以氢正离子（质子）、氢负离子和氢原子三种形式存在。其中，氢负离子电子密度高，易极化、反应性强，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。氢负离子电池是该领域的重要研究方向。与目前广泛使用的锂离子电池类似，氢负离子电池利用离子的移动来存储和释放能量。不同的是，这类电池的内部的“搬运工”不再是锂离子，而是氢负离子。然而，由于缺乏能同时满足高离子电导率、低电子电导率、优良热稳定性和电化学稳定性，以及与电极材料良好兼容性的电解质材料，迄今为止，氢负离子电池尚处于原理概念阶段，其研发具有重要的科学意义和应用前景。 2018年，该团队启动氢负离子传导研究，并于2023年提出了“晶格畸变抑制电子电导”策略，研制出室温超快氢负离子导体。在此基础上，团队以低电子传导且高稳定性的氢化钡（BaH2）薄层包覆稳定性较差的三氢化铈（CeH3），形成了新型核壳结构复合氢化物（3CeH3@BaH2），该材料在室温下即可展现快速的氢负离子传导特性，兼具优异的热稳定性与电化学稳定性，是一种理想的电解质材料。 基于上述新型氢负离子电解质材料，该团队利用经典的储氢材料氢化铝钠（NaAlH4）作正极，贫氢的二氢化铈（CeH2）作负极，组装出CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4这一氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984 mAh/g，且经过20次充放电循环后，仍能保持402 mAh/g的容量。团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，并点亮了黄色LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。这标志着我国科研人员实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。 9月17日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。 氢负离子原型电池 氢负离子原型电池示意图

科学家提出脑机接口“动态电极”

在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，也是脑机接口中“接口”的核心所在。当前植入式电极均是“静态”的，植入后只能“固定位置、局限采集”，还会因机体免疫反应导致传导失效，严重制约了脑机接口的应用和未来发展。 近日，中国科学院深圳先进技术研究院等，成功研发出如头发丝般纤细、柔软可拉伸、可自由驱动的神经纤维电极——NeuroWorm（神经蠕虫），首次提出了脑机接口“动态电极”的新范式，打破了植入式电极的“静态”传统，为脑机接口电极的研究与应用开辟了新方向。 传统植入式电极在植入后无法动态调整植入位置，不能对周边环境做出响应性调整。研究团队通过精巧电极结构设计和卷曲技术，制备出拥有沿纤维长度方向独立分布的60个通道的、直径仅有196微米的柔软可拉伸纤维电极。 为了让电极“动起来”，研究团队在纤维头部嵌入了一个微小的磁控单元，结合高精度磁控系统和即时影像追踪技术，使电极能够在体内自主调控前进方向，并能稳定记录高质量的生物电信号。 研究团队将这种动态电极命名为NeuroWorm。在磁场控制下，NeuroWorm实现了在实验对象兔子颅内“游走”，并根据需要主动更换监测目标。 研究团队还实现了NeuroWorm在肌肉内的长期植入与稳定工作。 NeuroWorm在大鼠腿部肌肉内稳定工作超过43周，持续稳定地记录肌电信号。值得关注的是，植入13个月后，NeuroWorm周围形成的纤维包裹层厚度平均不足23微米，周围组织的细胞凋亡率与正常组织相当，展现出优异的长期生物相容性。 该研究为外骨骼控制、康复辅助以及日常环境中的人机协同提供了新可能。 NeuroWorm使传统的被动固定式植入电极首次迈向可主动控制、智能响应、与生物组织协同运动的全新阶段。 未来，研究团队将继续在动态柔性电极和“活性”主动响应型柔性电极领域进行深入研究，推动脑机接口技术的发展进程。 9月17日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。 论文链接 NeuroWorm的设计、制造策略和演示 磁场控制下NeuroWorm对脑部与骨骼肌的动态监测

科学家开发新型邻近标记技术精准打击癌细胞

在化学生物学研究中，邻近标记技术能在细胞的特定位置，对周边环境进行催化标记，帮助科学家精准识别特定分子在微观世界中的“社交圈”，“看清”生命过程。 能否利用邻近标记技术的标记能力来主动改造细胞，解决医学难题，从实验室里的“观测工具”转变为一个“治疗工具”？ 中国科学院分子细胞科学卓越创新中心团队，通过开发一种深红光或超声波响应的“纳米机器人”（工程化纳米酶），将邻近标记技术改造为一种“治疗工具” ，实现了这一颠覆性的设想。 在癌症免疫治疗中，免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击，但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏，并且缺乏肿瘤特异性。 研究人员在实验小鼠中通过具有高空间分辨 、强穿透性的红光或超声波，对“纳米机器人”（工程化纳米酶）下达高效催化的标记指令，精准而特异地在癌细胞表面制造出一个人造靶标。 原本信号微弱的癌细胞，瞬间像被贴上了一个巨大而闪亮的“通缉令”。随后一种特制的BiTE分子被引入，它能同时抓住癌细胞的抗原“补丁”和免疫T细胞。 这种高密度的标记，不仅是简单地指引，更像是吹响集结号。它能促使T细胞表面的相关识别受体高效聚集，触发其对光或超声波引导的部位实施精准的打击。 癌细胞被摧毁后，暴露了更多内部信息。这些新线索被免疫系统获取并传遍全身，帮助免疫系统学会自主识别这类癌细胞，使得免疫系统不仅能主动攻击远处逃逸的“同伙”，还能形成长期记忆。即使未来有新的癌细胞出现，免疫系统也能立刻识别并清除，如同接种了“肿瘤疫苗”。 通过精准地在肿瘤上人为制造出难以逃逸的靶点，不仅解决了免疫疗法中的核心难题，更激发了体内持久而强大的全身性抗肿瘤效应。 目前该研究在实验小鼠和体外临床肿瘤样本中均取得良好疗效，为开发更智能、更高效的下一代免疫疗法开辟了全新的道路。 基于邻近标记的抗原扩增技术（PATCH）示意图

镍基高温超导体研究取得重要进展

近日，中国科学技术大学陈仙辉研究团队等，在混合型Ruddlesden–Popper结构镍酸盐La5Ni3O11单晶中发现高压诱导的高温超导电性。这一新结构超导体拓展了镍基高温超导体材料家族，为高温超导机理研究提供了新的材料体系。 前期，科研团队对Ruddlesden–Popper结构的镍酸盐开展研究。科研团队在常压下合成具有四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7，并进行压力下的输运测量。结果表明，高压下的超导电性与常压下的密度波转变，存在重要关联。四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7在常压下没有密度波转变，在高压下也没有表现出超导电性。在常压下，具有密度波转变的正交结构La4Ni3O10和La3Ni2O7，在高压下展现出超导电性。这表明，密度波转变而非结构相变，是镍基材料在压力下出现超导电性的先决条件，为镍基超导机理的理解和理论研究提供了重要思路。 在上述研究的基础上，研究团队探讨了更广泛的Ruddlesden–Popper相镍酸盐材料。La5Ni3O11是独特的杂化镍酸盐，其结构由La3Ni2O7和La2NiO4层交替堆叠而成，常压下表现密度波转变，转变温度在170 K左右。该团队通过系统的高压电输运研究发现，随着压力逐步增加，常压下的密度波转变温度呈现逐渐升高的行为，同时基本不受压力诱导的正交-四方结构相变的影响。在压力升高到约12 GPa时，密度波相变突然消失，并伴随着超导电性的出现，表明压力诱导一个密度波相与超导相的一级相变。当压力升高至约21 GPa时，该体系展现出最佳的超导转变，其零电阻超导转变温度Tc达到54 K。 进一步，研究团队通过高压抗磁性测量，在最佳压力附近观察到迈斯纳效应，超导体积分数达70%，表明其超导电性为体超导。 继La3Ni2O7和La4Ni3O10后，混合Ruddlesden–Popper结构高压下超导的发现，为镍基高温超导体家族增添了新成员，证明双层钙钛矿结构(RNiO3)2是重要的高温超导结构单元，为探讨镍基材料中的高温超导机理提供了新的材料体系。 9月5日，相关研究成果在线发表在《自然-物理学》（Nature Physics）上。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。 论文链接 La5Ni3O11的晶体结构（a）和高压相图（b）

类脑脉冲大模型“瞬悉1.0”成功研发

近日，中国科学院自动化研究所李国齐和徐波团队与相关单位合作，推出类脑脉冲大模型“瞬悉1.0”（SpikingBrain-1.0）。该模型基于团队原创“内生复杂性”理论，在国产千卡GPU算力平台上完成全流程训练和推理，实现大模型在超长序列推理上数量级的效率和速度提升，展现出构建国产自主可控的新型（非Transformer）大模型架构生态的可行性。研究团队开源了SpikingBrain-1.0-7B模型，开放SpikingBrain-1.0-76B测试网址，同步公开经工业界大规模验证的类脑脉冲大模型SpikingBrain-1.0中英文技术报告。 当前主流的Transformer模型存在固有缺点，即训练时开销随序列长度呈平方级增长，推理时显存占用随序列长度线性增加，造成资源消耗，导致其处理超长序列能力受限。 研发团队借鉴大脑神经元内部复杂工作机制，提出“基于内生复杂性”大模型构架方式，打造类脑脉冲大模型“瞬悉1.0”，在理论上建立脉冲神经元内生动力学与线性注意力模型之间的联系，揭示现有线性注意力机制是树突计算的特殊简化形式，展示出一条不断提升模型复杂度和性能的新型可行路径。进一步，研发团队构建并开源了基于脉冲神经元、具有线性及混合线性复杂度的新型类脑基础模型，开发出面向国产GPU集群高效训练和推理框架、Triton算子库、模型并行策略、集群通信原语。 SpikingBrain-1.0在多个性能方面实现突破：实现极低数据量高效训练、实现推理效率数量级提升、构建国产自主可控类脑大模型生态、提出基于动态阈值脉冲化的多尺度稀疏机制。 这是我国首次提出大规模类脑线性基础模型架构，并首次在国产GPU算力集群上构建类脑脉冲大模型的训练和推理框架。其超长序列处理能力在法律与医学文档分析、复杂多智能体模拟、高能粒子物理实验、DNA序列分析、分子动力学轨迹等超长序列任务建模场景中具有显著的潜在效率优势。 相关链接： 网络端的试用端口 英文技术报告

黑土粮仓农业水安全风险研究获进展

作为我国粮食安全战略核心区，东北黑土粮仓农业生产稳定性直接关系国家“饭碗安全”。但是，气候变化对黑土粮仓农业水安全构成威胁。目前，黑土粮仓农业水安全风险研究聚焦于单一指标或因素，忽视农业水安全风险的多维度特性，尤其是“气候-土地-作物”系统的复杂性与关联性，导致评估不够精准，限制了对农业水安全风险的全面理解和有效应对。 近期，中国科学院东北地理与农业生态研究所研究人员提出综合性农业水安全风险评估框架，整合旱涝灾害时空特征、区域气候生产潜力、土地利用/覆被变化动态、主要粮食作物等，对气候变化脆弱性响应的多维度关键因子，构建出适用于东北黑土区农业水安全风险评估框架。基于这一框架，科研人员在栅格、地级市和区域尺度上，评估基准期（1999年至2018年）农业水安全灾害性、暴露度、脆弱性和风险格局；采用第六次国际耦合模式比较计划多模型集成数据，模拟预测SSP2-4.5（中等胁迫）和SSP5-8.5（高胁迫）两种共享社会经济路径下，东北黑土区未来近期（2031年至2050年）、中期（2051年至2070年）和远期（2071年至2100年）农业水安全灾害性、暴露度、脆弱性和风险格局的演变趋势。 结果表明，在基准期，东北黑土区旱涝灾害频发，尤其旱灾风险较为突出；在空间分布上，三江平原、松嫩平原和辽河平原三大平原地区的涝灾风险，呈自南向北递减的空间分布特征。黑土区农业水安全平均风险值为0.061，30%地级市处于高和极高风险水平，集中在辽宁西部和黑龙江省西南部。未来气候变化下，黑土区农业水安全风险的时空演变具有如下特征：一是时间趋势，近期风险达峰，长期分化明显；二是灾害转型，洪涝风险超越干旱风险成主导威胁；三是空间格局，三江平原成为风险“热点区”。 研究团队提出优先推进重点区域水网建设、优化作物种植结构与生态布局、建立动态风险预警机制等风险应对策略。同时，团队提出“灾害性—暴露度—脆弱性→农业水安全风险”综合预测与评估框架，通过多源数据融合与跨尺度分析，实现风险评估的精细化与动态化，为黑土粮仓水安全保障提供了科学依据和决策支持，并为类似农业区农业水安全风险评估提供了可迁移、可复制的方法论。 相关研究成果发表在《农业水管理》（Agricultural Water Management）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项等的支持。 论文链接 不同气候变化情景下东北黑土区农业水安全风险

科研人员在全球尺度揭示树木生长-昆虫啃食关系及调控机制

随着气候变化、森林砍伐和虫害暴发日益严重，全球森林功能和健康受到威胁。因此，理解树木、昆虫及环境之间的复杂关系，有助于制定有效的管理政策。近年来，在全球生态系统恢复和可持续发展目标推动下，森林恢复项目广泛展开，增加树种多样性被认为是提高森林生产力的有效途径。然而，随之出现的关键问题是，树种多样性越高，森林虫害是否也会随之加剧。此前研究大多局限于单一区域，植物与植食者相互作用的全球性模式尚不明晰。 针对上述问题，中国科学院植物研究所等科研人员，基于来自全球最大的树木多样性实验网络（TreeDivNet），涵盖温带和亚热带的9个野外实验，约8800棵树的昆虫啃食、树木生长及植物功能性状等数据，在全球尺度上验证了“资源可利用性假说”和“植物活力假说”，并发现植物功能性状在调控植物与植食者相互作用中的关键作用。研究表明，促进树木生长以及提高森林生产力，需要根据树木自身的性状特征及其所处环境进行“量身定制”。 结果显示，从树木个体、物种到整个森林群落，树种丰富度与昆虫啃食程度之间呈现出正相关关系。同时，树木生长速度越快，遭受昆虫啃食程度越高。研究进一步发现，树木生长与啃食程度之间的关系，受到叶片营养含量和质地等叶片功能性状的显著影响，且具有较高的碳氮比和更坚韧的叶片等某些特定性状的树木，在其生长速度加快时，更易受到植食性昆虫啃食。 这一研究证实了树木生长与昆虫啃食程度之间，存在全球性的正相关关系，揭示了功能性状在这一关系中的关键调节作用，对学界理解植物与植食者之间的复杂互作机制，及其在生态系统能量流动中的作用具有重要意义。同时，该研究提示，未来的森林恢复除考虑树种丰富度外，还应结合目标树种的生长特性及功能性状，科学选择适宜的树种组合，以提升生态系统功能。 近期，相关研究成果发表在《自然-生态与进化》（Nature Ecology & Evolution）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会和科学技术部的支持。 论文链接 树种丰富度、树木生长与昆虫啃食程度在全球9个树木多样性实验中的关系