Nature重磅：2025年度科學突破公布！“水凝膠女神”龔劍萍團隊成果入選！

隨著歲末年初之際的來臨，Nature期刊隆重地推出了2025年度新聞總結，為讀者呈現了這一年間科學界的重大突破與關鍵時刻。接下來，讓我們回顧每個月的重要新聞亮點，見證科學的精彩征程，值得注意的是“水凝膠女神”龔劍萍團隊成果入選。

一月：小行星貝努含有遠古鹽鹵中的鹽類

2023年，美國宇航局的OSIRIS-REx航天器將小行星貝努（如圖）表面的物質安全帶回地球。返回的樣本隨后被精心保管，以防止任何脆弱材料在地球大氣中分解。麥考伊等人報告稱，從貝努返回的樣本中確實存在多種脆性鹽類。作者對這些材料的分析揭示了水是如何從星子（早期太陽系中構成行星的小型天體）中流失的。通過將他們的發現與地球上鹽湖鹽分形成的地球化學模型進行比較，作者得出結論：貝努的"母體"——即貝努起源的星子——的水分很可能是通過蒸發而流失的。被困在冰冷星子中粉狀巖石材料孔隙中的水可能含有有機和無機化合物，它們可能發生反應形成生物分子。這些反應可能是由孔隙水的蒸發所誘導的。

二月：基因表達總能反映功能嗎？

自從細胞被認定為生命的基本單位以來，生物學家一直致力于表征和分類構成每個器官和生物體的細胞類型。技術進步現在使人們能夠通過記錄神經元的活動模式從功能上，以及基于其轉錄組（它們表達的基因）從分子上對神經元進行分類，但這兩種描述之間往往存在脫節。Shainer等人試圖在斑馬魚的大腦中彌合這一差距。他們使用單細胞RNA測序將視頂蓋神經元分為66種"轉錄組類型"，然后記錄了頂蓋神經元對相關刺激的反應。令人驚訝的是，分子相似的神經元有時在功能反應和形態（形狀）上存在差異。這表明，遺傳等效的神經元在分化過程中可能通過局部環境的限制而變得在功能和形態上不同。單細胞轉錄組學已經徹底改變了科學家分類細胞的方式，但可能需要單細胞蛋白質組學——即細胞中所有蛋白質的快照——才能完全理解其分子多樣性。

三月：套索狀分子是一種新型抗生素

開發抗生素以應對日益增長的抗菌素耐藥性是全球醫療保健面臨的一項重大挑戰。因此，發現一種創新的抗菌化合物——一種在體內對臨床相關目標（鮑曼不動桿菌）具有活性的化合物——理應受到熱烈歡迎。Jangra等人對套索肽的發現和初步表征進行了令人滿意的完整描述。充分的數據支持這一分子是開發臨床有用抗生素極具前景的起點。它不僅對多種細菌具有廣譜活性且毒性極低，而且細菌產生耐藥性的可能性也很低。套索肽因其分子形狀而得名。盡管已有其他套索肽的報道，但這是已知首個抑制核糖體——細胞的蛋白質合成機制——的例子。對套索肽的體外研究表明，它對核糖體的抑制對細菌核糖體的特異性遠高于對哺乳動物核糖體的特異性。

四月：可變形折紙在扭轉時會收縮

在折紙中，一張紙可以根據折疊方式變成一只扇動翅膀的鳥或一只跳躍的青蛙。Zhao Tuo等人將折紙原理應用于材料設計，開發了一種可折疊的幾何"超材料"（如圖），通過調整可以產生一系列機械性能、運動和功能。他們超材料中的每個圓柱形單元可以通過扭轉使其壓縮，或通過壓縮使其扭轉。先前報道的在壓縮下扭轉、在扭轉下壓縮的超材料高度變化只能小于2%，但趙和同事的設計產生的超材料，通過施加一系列順時針和逆時針的扭轉，可以可逆地壓縮到不到其原始高度的一半。作者的發現為開發自然界中不存在的特殊性能材料提供了一個框架（詳細報道：）。

五月：年輕一代面臨的氣候風險將急劇上升

Grant等人量化了每一代人在其一生中將經歷極端熱浪、干旱、野火、農作物歉收、河流洪水和熱帶氣旋的人數。極端事件被定義為在沒有人為氣候變化的情況下預計每10,000年才發生一次的事件。例如，全球約有16%的1960年出生的人經歷過極端熱浪。相比之下，對于2020年出生的人，在升溫1.5°C的情景下，將有6200萬人（52%）面臨極端熱浪，而在升溫3.5°C的情景下，這一數字將升至1.11億人（92%）。此外，在升溫2.7°C和當前政策的情景下，社會經濟最脆弱的人群——即那些經歷高度貧困且終生人均GDP較低的人群——持續比其他群體更多地暴露于熱浪。這些發現令人擔憂，部分原因在于社會經濟和健康方面的限制可能會降低年輕一代適應氣候變化挑戰的能力。

六月：用數字構建的"蒙版"修復畫作

手動修復畫作是一個昂貴且勞動密集型的過程——如果做得不好，可能會永久損壞藝術品。Kachkine提出了一種替代方案，即用可移除的、數字構建的"蒙版"覆蓋畫作，從視覺上校正受損區域。Kachkine將他們的方法應用于一幅嚴重受損、可追溯到15世紀末期的木板油畫。這幅畫細節極其豐富，但如今表面布滿了細微的裂紋網，并且缺失了大小不一的顏料塊。作者估計，手動修復這幅畫需要200多個小時；相比之下，應用打印的"蒙版"僅用了3.5小時。這種方法可能最適用于價值相對較低的畫作，否則它們將被束之高閣，并且可能不適用于著名、有價值的藝術品。然而，它可以拓寬公眾接觸藝術品的途徑，讓受損的畫作走出儲藏室，面向新的觀眾（詳細報道：）。

七月："位置"神經元能夠從遠處識別地點

當動物身處環境中某個特定地點時，大腦海馬體中的位置細胞會放電。為了成功導航，動物必須首先通過從遠處觀察目標位置（而不身處其中）來回憶相關信息。位置細胞如何支持海馬體的這種"遠程"功能？Payne和Aronov用黑頂山雀——一種具有非凡空間記憶能力的鳥類——來研究這個問題。研究人員通過自動追蹤鳥的頭部運動來計算其視線方向，同時在一個方形場地（每個角落都有喂食器）進行視覺搜索任務時記錄海馬體的神經反應。對海馬活動的記錄顯示，一類特定的位置細胞不僅在鳥位于喂食器位置時放電，而且當它從場地中心看向該位置時也放電。這些"遠程位置編碼"神經元被認為整合了視覺和空間處理。

八月：AI助力設計超強粘附性水下凝膠

能夠在潮濕環境中使用的超強粘附性水凝膠在許多應用中都有需求——例如，作為外科手術中封閉組織、止血的粘合劑，或用于船舶和海上結構的水下粘合。然而，設計這種水凝膠很困難。北海道大學的龔劍萍教授、范海龍團隊分析了在水下生物系統中用作粘附劑的蛋白質的氨基酸序列，以確定這些天然膠水的特征。然后，他們利用這一分析來指導180種水凝膠的設計。作者合成了這些水凝膠，并測量了它們的水下粘附強度、流變特性（在壓力下如何變形和流動）以及溶脹行為。這些數據被用于訓練機器學習工具，以便提出進一步的設計方案。經過三輪設計后，每輪中最好的水凝膠在水下的粘附強度都遠優于最初的180種蛋白質。例如，一種水凝膠被用來將一只橡皮鴨粘在海邊的巖石上——盡管海浪持續沖擊和潮汐漲落，橡皮鴨仍然牢牢固定在巖石上（詳細報道：）。

九月：蟻后能產出兩種不同物種的兒子

螞蟻以其復雜的社會結構而聞名，但這個群體同樣應該因其常常非傳統的繁殖策略而聞名。 Juvé等人提供的證據表明，在伊比利亞收獲蟻中，這種奇特性達到了意想不到的高度。伊比利亞收獲蟻的蟻后獲得了一項非凡的能力，能夠產生兩種類型的雄性后代：自己物種的雄性和一個不同物種的雄性。在某個時間點，伊比利亞收獲蟻蟻后獲得了產出具有束胸收獲蟻基因組的雄性的能力。這些束胸收獲蟻雄性是在一些伊比利亞收獲蟻的卵（含有伊比利亞收獲蟻核DNA序列）被束胸收獲蟻精子受精并丟失其伊比利亞收獲蟻核DNA時產生的。通過與這些自我產生的雄性交配，伊比利亞收獲蟻蟻后可以在沒有束胸收獲蟻雌性的情況下產出束胸收獲蟻雄性。由伊比利亞收獲蟻蟻后產出的束胸收獲蟻雄性的存在，挑戰了物種的標準定義，提醒我們要對意外保持開放態度。

十月：存在爭議的化石并非霸王龍，而是其較小的競爭對手

Zanno和Napoli著手解決一個在科學文獻中激烈爭論了數十年的問題。眾所周知，矮暴龍之爭涉及某些體型相對較小的暴龍類化石究竟是年輕的霸王龍標本，還是一個獨立的、體型較小的物種。1988年，在蒙大拿州地獄溪地層中發現的一個孤立頭骨被重新命名為矮暴龍，這是一種與霸王龍僅遠緣相關的"侏儒暴龍"。一些科學家想知道這個小頭骨是否可能僅僅是年輕的霸王龍。2001年，一個更完整的骨架從地獄溪地層中被發掘出來。長期以來一直存在一個令人困擾的未解之謎：幼年霸王龍標本在哪里？這些標本是幼年霸王龍化石、因而矮暴龍無效的假說迅速成為共識。然而，并非所有人都同意。一個直言不諱的少數派支持矮暴龍的觀點。扎諾和那不勒斯報告了對一個來自地獄溪地層的幾乎完整骨架的分析。它似乎確實明確代表了一個年輕的成年矮暴龍。

十一月：弱勢人群面臨極端降雨的最大風險

Bearpark等人評估了極端降雨和洪水對印度最大城市之一孟買超額死亡率的影響。他們發現，極端降雨占季風季節總死亡人數的8%以上，其中約85%的負擔落在生活在非正規"貧民窟"聚居區的人們身上。五歲以下兒童在大雨過后幾周內的死亡率增加了5.3%，女性面臨的風險增幅是男性的兩倍多。降雨事件后死亡率在數周內保持高位，這反映了諸如疾病傳播、服務中斷（如醫院護理）和生活條件惡化等間接影響。此外，對2030年的預測表明，即使是輕微的海平面上升也可能使與降雨相關的死亡人數增加7-21%。這項研究有力地重新定義了城市降雨，它不僅是一個基礎設施挑戰，也是一個由不平等造成的緊迫的公共衛生危機。

十二月：即使是在太空，衛星也會"闖入"望遠鏡的視野

過去五年，環繞地球的衛星數量出現了前所未有的增長。從地面看，這表現為天文圖像中的明亮條紋。Borlaff等人報告的模擬觀測顯示，衛星的激增也對天基望遠鏡產生了影響。研究人員隨機選取了哈勃太空望遠鏡在2023年至2024年間拍攝的存檔圖像，并基于計劃發射的衛星模型，計算了在每張圖像拍攝時有多少衛星會穿過望遠鏡的視場。近40%的模擬哈勃圖像至少包含一條衛星軌跡。作者表明，對于今年3月發射的SPHEREx望遠鏡以及計劃中的巡天空間望遠鏡和ARRAKIHS望遠鏡來說，無衛星干擾的曝光也將是罕見的。鑒于對天文學家抱怨的常見回應是——"把你們的望遠鏡放到太空去就行了嘛！"——這種狀況尤其具有諷刺意味。博爾拉夫和同事增加了一個強有力的新反駁：衛星也會闖入太空望遠鏡的視野。