Nature重磅：2025年度科学突破公布！“水凝胶女神”龚剑萍团队成果入选！

随着岁末年初之际的来临，Nature期刊隆重地推出了2025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。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，值得注意的是“水凝胶女神”龚剑萍团队成果入选。

一月：小行星贝努含有远古盐卤中的盐类

2023年，美国宇航局的OSIRIS-REx航天器将小行星贝努（如图）表面的物质安全带回地球。返回的样本随后被精心保管，以防止任何脆弱材料在地球大气中分解。麦考伊等人报告称，从贝努返回的样本中确实存在多种脆性盐类。作者对这些材料的分析揭示了水是如何从星子（早期太阳系中构成行星的小型天体）中流失的。通过将他们的发现与地球上盐湖盐分形成的地球化学模型进行比较，作者得出结论：贝努的"母体"——即贝努起源的星子——的水分很可能是通过蒸发而流失的。被困在冰冷星子中粉状岩石材料孔隙中的水可能含有有机和无机化合物，它们可能发生反应形成生物分子。这些反应可能是由孔隙水的蒸发所诱导的。

二月：基因表达总能反映功能吗？

自从细胞被认定为生命的基本单位以来，生物学家一直致力于表征和分类构成每个器官和生物体的细胞类型。技术进步现在使人们能够通过记录神经元的活动模式从功能上，以及基于其转录组（它们表达的基因）从分子上对神经元进行分类，但这两种描述之间往往存在脱节。Shainer等人试图在斑马鱼的大脑中弥合这一差距。他们使用单细胞RNA测序将视顶盖神经元分为66种"转录组类型"，然后记录了顶盖神经元对相关刺激的反应。令人惊讶的是，分子相似的神经元有时在功能反应和形态（形状）上存在差异。这表明，遗传等效的神经元在分化过程中可能通过局部环境的限制而变得在功能和形态上不同。单细胞转录组学已经彻底改变了科学家分类细胞的方式，但可能需要单细胞蛋白质组学——即细胞中所有蛋白质的快照——才能完全理解其分子多样性。

三月：套索状分子是一种新型抗生素

开发抗生素以应对日益增长的抗菌素耐药性是全球医疗保健面临的一项重大挑战。因此，发现一种创新的抗菌化合物——一种在体内对临床相关目标（鲍曼不动杆菌）具有活性的化合物——理应受到热烈欢迎。Jangra等人对套索肽的发现和初步表征进行了令人满意的完整描述。充分的数据支持这一分子是开发临床有用抗生素极具前景的起点。它不仅对多种细菌具有广谱活性且毒性极低，而且细菌产生耐药性的可能性也很低。套索肽因其分子形状而得名。尽管已有其他套索肽的报道，但这是已知首个抑制核糖体——细胞的蛋白质合成机制——的例子。对套索肽的体外研究表明，它对核糖体的抑制对细菌核糖体的特异性远高于对哺乳动物核糖体的特异性。

四月：可变形折纸在扭转时会收缩

在折纸中，一张纸可以根据折叠方式变成一只扇动翅膀的鸟或一只跳跃的青蛙。Zhao Tuo等人将折纸原理应用于材料设计，开发了一种可折叠的几何"超材料"（如图），通过调整可以产生一系列机械性能、运动和功能。他们超材料中的每个圆柱形单元可以通过扭转使其压缩，或通过压缩使其扭转。先前报道的在压缩下扭转、在扭转下压缩的超材料高度变化只能小于2%，但赵和同事的设计产生的超材料，通过施加一系列顺时针和逆时针的扭转，可以可逆地压缩到不到其原始高度的一半。作者的发现为开发自然界中不存在的特殊性能材料提供了一个框架（详细报道：）。

五月：年轻一代面临的气候风险将急剧上升

Grant等人量化了每一代人在其一生中将经历极端热浪、干旱、野火、农作物歉收、河流洪水和热带气旋的人数。极端事件被定义为在没有人为气候变化的情况下预计每10,000年才发生一次的事件。例如，全球约有16%的1960年出生的人经历过极端热浪。相比之下，对于2020年出生的人，在升温1.5°C的情景下，将有6200万人（52%）面临极端热浪，而在升温3.5°C的情景下，这一数字将升至1.11亿人（92%）。此外，在升温2.7°C和当前政策的情景下，社会经济最脆弱的人群——即那些经历高度贫困且终生人均GDP较低的人群——持续比其他群体更多地暴露于热浪。这些发现令人担忧，部分原因在于社会经济和健康方面的限制可能会降低年轻一代适应气候变化挑战的能力。

六月：用数字构建的"蒙版"修复画作

手动修复画作是一个昂贵且劳动密集型的过程——如果做得不好，可能会永久损坏艺术品。Kachkine提出了一种替代方案，即用可移除的、数字构建的"蒙版"覆盖画作，从视觉上校正受损区域。Kachkine将他们的方法应用于一幅严重受损、可追溯到15世纪末期的木板油画。这幅画细节极其丰富，但如今表面布满了细微的裂纹网，并且缺失了大小不一的颜料块。作者估计，手动修复这幅画需要200多个小时；相比之下，应用打印的"蒙版"仅用了3.5小时。这种方法可能最适用于价值相对较低的画作，否则它们将被束之高阁，并且可能不适用于著名、有价值的艺术品。然而，它可以拓宽公众接触艺术品的途径，让受损的画作走出储藏室，面向新的观众（详细报道：）。

七月："位置"神经元能够从远处识别地点

当动物身处环境中某个特定地点时，大脑海马体中的位置细胞会放电。为了成功导航，动物必须首先通过从远处观察目标位置（而不身处其中）来回忆相关信息。位置细胞如何支持海马体的这种"远程"功能？Payne和Aronov用黑顶山雀——一种具有非凡空间记忆能力的鸟类——来研究这个问题。研究人员通过自动追踪鸟的头部运动来计算其视线方向，同时在一个方形场地（每个角落都有喂食器）进行视觉搜索任务时记录海马体的神经反应。对海马活动的记录显示，一类特定的位置细胞不仅在鸟位于喂食器位置时放电，而且当它从场地中心看向该位置时也放电。这些"远程位置编码"神经元被认为整合了视觉和空间处理。

八月：AI助力设计超强粘附性水下凝胶

能够在潮湿环境中使用的超强粘附性水凝胶在许多应用中都有需求——例如，作为外科手术中封闭组织、止血的粘合剂，或用于船舶和海上结构的水下粘合。然而，设计这种水凝胶很困难。北海道大学的龚剑萍教授、范海龙团队分析了在水下生物系统中用作粘附剂的蛋白质的氨基酸序列，以确定这些天然胶水的特征。然后，他们利用这一分析来指导180种水凝胶的设计。作者合成了这些水凝胶，并测量了它们的水下粘附强度、流变特性（在压力下如何变形和流动）以及溶胀行为。这些数据被用于训练机器学习工具，以便提出进一步的设计方案。经过三轮设计后，每轮中最好的水凝胶在水下的粘附强度都远优于最初的180种蛋白质。例如，一种水凝胶被用来将一只橡皮鸭粘在海边的岩石上——尽管海浪持续冲击和潮汐涨落，橡皮鸭仍然牢牢固定在岩石上（详细报道：）。

九月：蚁后能产出两种不同物种的儿子

蚂蚁以其复杂的社会结构而闻名，但这个群体同样应该因其常常非传统的繁殖策略而闻名。 Juvé等人提供的证据表明，在伊比利亚收获蚁中，这种奇特性达到了意想不到的高度。伊比利亚收获蚁的蚁后获得了一项非凡的能力，能够产生两种类型的雄性后代：自己物种的雄性和一个不同物种的雄性。在某个时间点，伊比利亚收获蚁蚁后获得了产出具有束胸收获蚁基因组的雄性的能力。这些束胸收获蚁雄性是在一些伊比利亚收获蚁的卵（含有伊比利亚收获蚁核DNA序列）被束胸收获蚁精子受精并丢失其伊比利亚收获蚁核DNA时产生的。通过与这些自我产生的雄性交配，伊比利亚收获蚁蚁后可以在没有束胸收获蚁雌性的情况下产出束胸收获蚁雄性。由伊比利亚收获蚁蚁后产出的束胸收获蚁雄性的存在，挑战了物种的标准定义，提醒我们要对意外保持开放态度。

十月：存在争议的化石并非霸王龙，而是其较小的竞争对手

Zanno和Napoli着手解决一个在科学文献中激烈争论了数十年的问题。众所周知，矮暴龙之争涉及某些体型相对较小的暴龙类化石究竟是年轻的霸王龙标本，还是一个独立的、体型较小的物种。1988年，在蒙大拿州地狱溪地层中发现的一个孤立头骨被重新命名为矮暴龙，这是一种与霸王龙仅远缘相关的"侏儒暴龙"。一些科学家想知道这个小头骨是否可能仅仅是年轻的霸王龙。2001年，一个更完整的骨架从地狱溪地层中被发掘出来。长期以来一直存在一个令人困扰的未解之谜：幼年霸王龙标本在哪里？这些标本是幼年霸王龙化石、因而矮暴龙无效的假说迅速成为共识。然而，并非所有人都同意。一个直言不讳的少数派支持矮暴龙的观点。扎诺和那不勒斯报告了对一个来自地狱溪地层的几乎完整骨架的分析。它似乎确实明确代表了一个年轻的成年矮暴龙。

十一月：弱势人群面临极端降雨的最大风险

Bearpark等人评估了极端降雨和洪水对印度最大城市之一孟买超额死亡率的影响。他们发现，极端降雨占季风季节总死亡人数的8%以上，其中约85%的负担落在生活在非正规"贫民窟"聚居区的人们身上。五岁以下儿童在大雨过后几周内的死亡率增加了5.3%，女性面临的风险增幅是男性的两倍多。降雨事件后死亡率在数周内保持高位，这反映了诸如疾病传播、服务中断（如医院护理）和生活条件恶化等间接影响。此外，对2030年的预测表明，即使是轻微的海平面上升也可能使与降雨相关的死亡人数增加7-21%。这项研究有力地重新定义了城市降雨，它不仅是一个基础设施挑战，也是一个由不平等造成的紧迫的公共卫生危机。

十二月：即使是在太空，卫星也会"闯入"望远镜的视野

过去五年，环绕地球的卫星数量出现了前所未有的增长。从地面看，这表现为天文图像中的明亮条纹。Borlaff等人报告的模拟观测显示，卫星的激增也对天基望远镜产生了影响。研究人员随机选取了哈勃太空望远镜在2023年至2024年间拍摄的存档图像，并基于计划发射的卫星模型，计算了在每张图像拍摄时有多少卫星会穿过望远镜的视场。近40%的模拟哈勃图像至少包含一条卫星轨迹。作者表明，对于今年3月发射的SPHEREx望远镜以及计划中的巡天空间望远镜和ARRAKIHS望远镜来说，无卫星干扰的曝光也将是罕见的。鉴于对天文学家抱怨的常见回应是——"把你们的望远镜放到太空去就行了嘛！"——这种状况尤其具有讽刺意味。博尔拉夫和同事增加了一个强有力的新反驳：卫星也会闯入太空望远镜的视野。