重磅！Nature发布2023年度科学突破！

随着岁末年初之际的来临，Nature期刊隆重地推出了2023年度新闻总结，为读者呈现了这一年间科学界的重大突破与关键时刻。湿地、中微子和示警色开启非凡科学的一年，而塑料污染、病毒进化和淹没海岸则标志着本年度科学研究的结束。

接下来，让我们回顾每个月的重要新闻亮点，见证科学的精彩征程：

一月：核反应排除了中微子假说

中微子是宇宙中最丰富的基本粒子之一，但它们的电荷为零，与物质的相互作用很弱，因此在实验中很难检测到。长期以来人们一直持有的认为中微子只有三种类型的观点在1996年受到了挑战，有证据表明可能存在第四种中微子，称为惰性中微子。2011年，这一提议得到了进一步支持，当时核反应堆中产生的反中微子（中微子的反物质对应物）总数（通量）与预测存在显着差异。随后进行了专门的搜索。现在，STEREO合作组织证实了通量异常，但报告称，这种差异不能用惰性中微子的存在来解释，从而推翻了一个假设，并为其他假设开辟了新的领域。目前寻找解释的工作仍在继续。

二月：全球湿地丧失的程度和驱动因素

湿地经常被排干或重新利用（如图），以便这些土地可以用于人类目标——最值得注意的是，追求生产性农业用地和容纳不断增长的城市人口。这些对环境造成破坏的转变的历史如此之长，以至于要准确地了解湿地长期损失的全球情况变得异常困难。Fluet-Chouinard等人透露，过去三个世纪里，由于各种驱动因素，约340万平方公里的土地（相当于地球陆地面积的2%）已经消失。这相当于1700年存在的湿地的约五分之一(21%)消失。作者的研究结果和资源将为全球政策举措提供信息，包括联合国可持续发展目标，这些目标需要了解改变湿地分布以改善这些生态系统的管理。

三月：危险有助于自动驾驶汽车安全驾驶

每年，仅在英国，道路车辆碰撞事故就会造成数万人死亡或重伤。自动驾驶汽车可以减少这些数字，但其安全性尚未得到保证。识别潜在危险情况并测试自主代理如何反应是安全保证过程的关键部分。但人们不一定善于识别对非人类驾驶员来说危险的情况。清华大学自动化系智能交通研究团队助理教授封硕(独立一作)与美国密歌根大学Mcity主任刘向宏(Henry Liu)教授等人介绍一种使用人工智能（AI）来验证自动驾驶车辆的AI方法。作者的人工智能代理学会了忽略大量车辆行为良性的情况，而是为安全关键事件构建了一组密集的测试数据。通过这种方式，从数据集中删除了不重要的场景，降低了计算复杂度并提高了测试的效率和有效性，该成果被选为Nature封面。

四月：示警颜色的进化之路

许多物种都有明显的颜色，可以准确地传达防御或其他特征，使它们能够逃脱捕食。一个显眼的形态最初是如何在一个神秘（伪装）的种群中进化出来的？引人注目会增加被捕食者发现的可能性，而且由于引人注目的猎物最初很稀有，捕食者不会学会避开颜色信号，因此引人注目的形式灭绝的风险会很高。Loeffler-Henry及其同事考虑到这样一个事实：一些神秘的动物在与同类其他成员竞争或受到掠食性威胁时，会显示出明亮的色块（如图），但只是短暂的。在跨越各个子学科的富有想象力的飞跃中，作者推断，具有明显的下表面（腹侧）但神秘的上表面（背侧）的物种可能提供一条进化出全面显着性的途径。

五月：在果蝇中发现储存磷酸盐的细胞器

如果没有无机磷酸盐(Pi)，人类的细胞就没有DNA、没有储存能量的ATP分子、也没有形成细胞膜的磷脂。然而，研究人员并不完全了解磷酸盐在动物细胞中是如何代谢或储存的。有趣的是，如果他们阻止果蝇（果蝇）肠道细胞摄入Pi，肠道祖细胞的增殖就会大幅增加。因此，他们寻找一种可能编码磷酸盐传感器或转运蛋白的基因，从而将Pi缺陷与增殖联系起来。研究人员发现了一个这样的基因，他们将其命名为Pi敏感XPR1直向同源物(PXo)，并证明PXo蛋白存在于吸收细胞和一些祖细胞中发现的先前未表征的细胞器中。当Pi较低时，这些“PXo体”会被称为溶酶体的细胞器吞噬，这些细胞器含有降解酶，从而使Pi得以释放并被细胞使用。

六月：追踪非洲西北部农业的开始

人类文化从狩猎采集生活方式向基于驯化动植物种植和饲养的生活方式的转变被称为新石器时代或农业转型。新石器时代的生活方式如何传播到西北部非洲尚不清楚。Simoes等人描述了来自摩洛哥三个先前未采样的考古遗址的人类基因组数据，这些数据可以追溯到7600至5700年前——大约是该地区农业兴起的时期。该研究指出，摩洛哥的人类迁徙和混合模式比之前认识的更为复杂和动态。经过至少7000年的连续性和孤立性，随着来自欧洲和黎凡特（与东部接壤的地区）新石器时代群体和生活方式的到来，摩洛哥的遗传和文化景观在7500至5700年前发生了巨大的变化。地中海，包括西非和欧亚大陆之间的陆桥）。

七月：合作揭示塑料污染的程度

塑料污染让人想起受伤的海洋生物被塑料绳缠住的强烈画面（如上图）。研究人员报告的全球证据表明，塑料污染了珊瑚礁和淡水湖，其中一些远离造成此类污染的人类种群。Nava等人通过对23个国家38个湖泊和水库的地表水流出物进行采样，专门研究了大于250微米的塑料。作者在所有采样的水体中都发现了塑料，其中94%的塑料小于5毫米，这使得它们成为微塑料。皮涅罗等人。汇编数据以量化全球沿海和近海地区84个不同生态系统中珊瑚礁上大于5厘米的碎片。作者记录了广泛的碎片污染（在92%的生态系统中），其中大部分(88%)由塑料组成。

八月：沿海生态系统被淹没的未来

几千年来，人类一直向海岸线靠拢，并依赖潮汐沼泽、红树林和珊瑚礁等沿海生态系统进行渔业、风暴防护和娱乐。Saintilan等人揭示气候变化的未来对这些生态系统可能意味着什么。作者发现，海平面上升导致沿海生态系统大范围“淹没”的阈值可能比之前认为的要低得多。沿海生态系统安全运行空间的边界——灾难性生态系统崩溃的风险仍然很低——可能正在迅速逼近。圣蒂兰和同事的研究结果提醒我们，通过全球行动实现巴黎气候协议的目标是多么必要。在全球变暖、海平面迅速上升的情况下，结合地方和全球的努力并立即采取行动将是我们拯救沿海生态系统的最佳希望。

九月：幼崽的哭声塑造母亲的神经回路

我们都可能坐过飞机，带着哭闹的婴儿。大多数乘客可能会戴上耳机并希望婴儿入睡，但父母的反应是尽力满足婴儿的需求。为什么会有差异？就母亲而言，怀孕会导致大脑发生重大变化，而我们现在才刚刚开始了解这一点。Valtcheva等人报告发现小鼠的神经回路仅在母亲的大脑中活跃。该回路涉及释放神经肽分子催产素的神经元，并促进持续有效的母性护理，以响应幼崽的求救信号。只有持续或长时间的哭声，例如在产妇护理之前和期间可能发生的哭声（如图），才能激活室旁核中的催产素神经元。室旁核是下丘脑的一部分，是调节确保生存的各种基本功能的大脑区域。

十月：抗新冠药物加速病毒进化

Molnupiravir是一种抗新冠病毒药物，旨在通过诱导病毒基因组中的大量突变来防止SARS-CoV-2复制。然而，存在一种危险，即以这种方式起作用的药物有时可能会产生严重突变但可行的病毒变体。这正是Sanderson等人的观点。他们利用基因组“指纹识别”扫描了数百万条SARS-CoV-2基因组序列，发现了数千种带有molnupiravir诱导突变迹象的病毒，这些病毒显然在治疗后幸存下来并继续传播。在编码刺突蛋白的基因中发现了许多反复出现的突变，刺突蛋白使病毒能够进入宿主细胞。尽管没有证据表明莫努匹拉韦治疗会产生任何SARS-CoV-2变异体，但公共卫生当局在考虑使用这种药物和其他突变驱动抗病毒药物的治疗用途时应谨慎行事。

11 月：机器视觉引导的多材料 3D 打印

材料喷射是一类3D打印，其工作原理是通过数百至数千个单独控制的喷嘴喷射液体树脂。一个限制是每个印刷层的厚度并不完全均匀。因此，需要一种称为机械平坦化的工艺，其中在沉积下一层之前使用刀片或滚筒对印刷特征进行平整。Buchner等人报告了一种材料喷射3D打印机，该打印机集成了机器视觉来扫描打印层的轮廓。将扫描的轮廓与所需结构的计算机模型进行比较，并调整后续层的墨水量以补偿与模型的任何偏差。这消除了机械平坦化的需要，从而允许使用与材料喷射不相容的树脂。令人印象深刻的是，结构复杂的多材料构造（参见示例，如图）可以以与当前市售喷墨3D打印机相当的分辨率和吞吐量进行打印。

十二月：发现有害的肿瘤-肾脏相互作用

肾功能障碍常见于癌症患者，导致疾病和死亡。武汉大学医学研究院、免疫与代谢前沿科学中心、中南医院医学研究院和泰康生命医学中心宋威团队与武汉大学中南医院老年医学科叶旭军团队报告了一项针对果蝇和小鼠的研究，该研究为我们理解肿瘤相关肾功能障碍提供了关键进展。成蝇肠道肿瘤会诱发与腹部液体积聚相关的综合征，称为腹胀，这是液体排泄受损的迹象。作者发现一种抗利尿激素（一种减少尿量的激素）是肿瘤相关腹胀的有效诱导剂。这种蛋白质的一种版本称为ITPF，是由肠道中远离肿瘤的干细胞产生的。TkR99D是ITPF的受体，功能相当于哺乳动物蛋白神经激肽B受体(NK3R)，后者在小鼠肾小管中高表达。Fezolinetant是TkR99D和NK3R的抑制剂，可消除两种动物模型中肿瘤诱发的肾功能衰竭。这一发现提出了新的治疗机会的前景。

来源：高分子科学前沿

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