Nature一周论文导读 | 2025年12月11日
生物学
Biology
Nanotyrannus and Tyrannosaurus coexisted at the close of the Cretaceous
矮暴龙和霸王龙在白垩纪末期共存
（导读 领研网）四十多年来，一直有研究认为矮暴龙是一只未成年的霸王龙（Tyrannosaurus rex），因为它拥有只在霸王龙中出现的特征。本研究述了来自地狱溪组的一个新的暴龙完整骨架，该标本与霸王龙有所区别，与N. lancensis有相同特征，证实了后者是一个独立的属。骨骼分析显示N. lancensis与霸王龙的成年体型具有明显差异。结果表明了矮暴龙是一个独立的属种，并命名为Nanotyrannus lethaeus。[相关报道：矮暴龙并非小型霸王龙，而是一个独立的物种]
The evolution of facultative symbiosis in stony corals
造礁石珊瑚兼性共生的演化
（导读 小天）大部分造礁石珊瑚具有兼性共生，依赖于特化细胞内的甲藻光合作用提供营养。本研究报告地中海耐热珊瑚巴塔哥尼卡兼性共生的基因组和细胞基础，所有石珊瑚的核型和同源性都高度保守，物种特异的基因扩增主要受串联重复驱动。结果揭示了石珊瑚特有的双重摄食策略，解离生存与共生状态。[论文详细信息]
A global coral phylogeny reveals resilience and vulnerability through deep time
全球珊瑚系统发育研究揭示了珊瑚在漫长岁月中的韧性和脆弱性
（导读 小天）全球气候变化以及对珊瑚与微藻之间共生的影响正在全球范围内影响着珊瑚礁的生态系统。本研究报告基于时间校准的分子发育分析结果，揭示了硬核珊瑚的深度时间进化过程。石珊瑚在整个地质历史中表现出了弹性，为某些物种在面对气候和其他环境变化时的持久性带来了希望。结果概述了长期以来全球珊瑚系统发育的复原力和脆弱性。[论文详细信息]
Origins of chromosome instability unveiled by coupled imaging and genomics
结合成像和基因组学揭示染色体不稳定性起源
（导读 领研网）染色体不稳定性导致广泛的结构和数目异常的染色体改变，推动肿瘤的遗传多样性和恶性进展。本研究开发了MAGIC平台，实现了对具有核异常细胞的自动识别、标记和分选，从而高通量地获得其基因组数据。结果发现双着丝粒染色体是诱发染色体不稳定的关键事件，且在p53缺失的细胞中，CA突变率约为正常细胞的两倍，从而揭示肿瘤早期核不稳定性的来源提供了新的实验工具和定量框架。[论文详细信息]
Thiorphan reprograms neurons to promote functional recovery after spinal cord injury
噻啡重编程神经元而促进脊髓损伤后的功能恢复
（导读 严冰冰）作者在过往研究中发现脊髓损伤后胚胎期皮质脊髓运动神经元发生转录组改变，与轴突再生密切相关。本文通过虚拟筛选识别可诱导相似转录组变化的小分子化合物，发现噻啡（thiorphan，中性内肽酶抑制剂）是核心候选药物。利用小鼠C5节段脊髓重度挫伤模型，在损伤后第2周向中枢神经系统输注噻啡，联合神经干细胞移植后可显著改善前肢运动功能并促进皮质脊髓再生。进一步，噻啡可显著促进56岁人类原代皮层神经元的神经突生长。从虚拟筛选直至成年人脑神经元的概念验证，为药物研发开辟了新路径。[相关报道：50%功能恢复！《自然》重磅：一种老药或终结瘫痪？]
Synthetic α-synuclein fibrils replicate in mice causing MSA-like pathology
小鼠体内α-突触核蛋白原纤维复制导致多系统萎缩样病变
（导读 严冰冰）多系统萎缩（MSA）是一种病因不明、进展迅速的神经退行性疾病，病理特征为纤维状α-突触核蛋白（αSyn）构成的胶质细胞质包涵体（GCIs），形成机制与朊病毒增殖相似。本文报道人工合成纤维菌株1B的高分辨率结构，并向小鼠注射1B形成GCIs，从脑组织中提取纤维（1BP），进行结构分析。在体实验发现构象模板化作用介导了纤维菌株的复制，引发类似MSA的包涵体病变。1B与1BP的结构高度相似，且与MSA患者脑组织分离纤维中单根原纤维的αSyn折叠构象一致。将含有1BP的小鼠脑组织匀浆注射到其他小鼠体内，可诱导出与亲本人工合成种子菌株1B一致的MSA样病变。[论文详细信息]
Transcriptional interferences ensure one olfactory receptor per ant neuron
转录干扰确保蚂蚁的每个嗅觉神经元只有一个嗅觉受体
（导读 严冰冰）遵循“一神经元一受体”原则，哺乳动物的每个嗅觉感觉神经元仅表达1种嗅觉受体（Or）基因。本文报道，跳镰猛蚁的每个嗅觉神经元仅激活Or基因阵列中的1个启动子，产生1条成熟mRNA。尽管下游基因的启动子均处于失活状态，由于RNA聚合酶II的终止效率低下，通读导致所有下游基因都被转录；这种通读会通过转录干扰抑制下游启动子，产生无法翻译的异常转录本，确保只表达活性基因。从Or基因启动子处起始的长链反义转录会覆盖上游基因，其作用可能是沉默上游基因。[论文详细信息]
Viral NblA proteins negatively affect oceanic cyanobacterial photosynthesis
病毒NblA蛋白对海洋蓝藻光合作用产生负面影响
（导读 领研网）海洋蓝藻通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气。本研究发现一种名为蓝藻噬菌体的海洋病毒携带基因NblA，该基因存在于多个蓝藻噬菌体家族中，其编码的蛋白能够触发宿主蓝藻细胞中的藻胆体快速降解，导致蓝藻的光合作用显著下降。结果还表明携带NblA的蓝藻病毒在海洋中广泛存在，可能造成全球范围内光能吸收损失。[论文详细信息]
Two residues reprogram immunity receptors for nitrogen-fixing symbiosis
两个残基重编程免疫受体以进行固氮共生
（导读 领研网）在植物的免疫系统中，CERK6是非常关键的受体激酶，可启动植物免疫反应，帮助植物抵御病菌入侵。本研究揭示了植物免疫受体NFR1内两个关键氨基酸残基控制受体在免疫反应和固氮共生之间的功能切换：通过对NFR1与CERK6受体的结构和功能比较，发现两个残基不仅决定了植物如何响应病原挑战，还能够通过小的结构改变，重编程这些受体以支持根瘤菌的固氮共生。结果为理解植物免疫与共生之间的分子机制提供了新视角。[论文详细信息]
Mapping Plasmodium transitions and interactions in the Anopheles female
绘制按蚊雌蚊体内疟原虫的转移和相互作用图谱
（导读 蔡恒）人类疟原虫Plasmodium falciparum主要通过按蚊（Anopheles）来传播。本研究通过单细胞转录组与功能验证相结合的策略，系统解析了疟原虫在按蚊体内的发育轨迹与宿主互作机制，揭示了其与中肠祖细胞的特异性互作及肌肉细胞的空间耦合现象，并鉴定出多个关键调控因子。该结果为疟疾传播阻断提供了新靶点和干预思路。[论文详细信息]
A skin-permeable polymer for non-invasive transdermal insulin delivery
一种用于非侵入性经皮胰岛素递送的皮肤渗透性聚合物
（导读 领研网）在糖尿病治疗领域，胰岛素注射是常规手段。本研究报告一种皮肤渗透性高分子——聚[2-(N-氧化物-N,N-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯]（OP），可实现胰岛素的无创透皮给药，其与胰岛素的键合物OP-I在糖尿病动物模型中，只需简单涂抹，即可透皮进入血液，表现出与皮下注射胰岛素相当的降糖疗效。该结果有望彻底改变糖尿病治疗模式。[相关报道：浙江大学新晋院士最新Nature论文，实现胰岛素无创透皮给药，告别针头，皮肤涂抹就能降血糖]
Bottom-up design of Ca2+ channels from defined selectivity filter geometry
从已定义的选择性过滤器几何结构出发，自下而上地设计钙离子通道
（导读 领研网）信号转导过程中钙离子发挥关进作用，驱动可兴奋细胞的电活动，调节多样化信号事件。本研究使用人工智能（AI）从头设计了全新的钙离子通道，所设计的钙离子通道均能按预期实现钙离子选择性转导。该设计流程有潜力应用于探索离子选择性背后的普遍物理学原理。[相关报道：David Baker团队最新Nature论文，AI从头设计全新钙离子通道，中国博后为第一作者]
In situ structural mechanism of epothilone-B-induced CNS axon regeneration
原位结构机制揭示了埃博霉素B诱导中枢神经系统轴突再生的机制
（导读 领研网）成人中枢神经系统的轴突在损伤后不会再生。本研究通过原位冷冻电子断层扫面和冷冻电镜平台模拟轴突损伤，发现神经元细胞具有意想不到的能力来适应艾泊霉素B诱导的应变，这种应变会产生稳态失衡，并激活轴突到再生模式。结果报总结出一套艾泊霉素-B诱导中枢神经系统轴突再生的原位结构机制。[论文详细信息]
地球科学
Geoscience
Built environment disparities are amplified during extreme weather recovery
极端天气恢复期间，建筑环境方面的差异会被放大
（导读 小天）极端天气事件对社区造成的破坏日益严重，导致人口流离失所以及巨大的经济损失。本研究利用历史街景图像和多模态机器学习，构建了涵盖美国16各州2000多个普查区域的灾害恢复数据集，发现在极端天气事件后，低收入社区的重建意愿较低，难以恢复到灾前状态，而高收入社区则通过重建改善状况。结果表明大规模分析社区恢复过程有利于制定有效的重建政策以应对气候适应性社区发展。[论文详细信息]
Mortality impacts of rainfall and sea-level rise in a developing megacity
发展中特大城市降雨和海平面上升对死亡率的影响
（导读 领研网）全球气候变化大背景降雨与洪水频发危机城市无数民众的生命安全。本研究分析了孟买2006年至2015年的死亡记录和降雨数据，以估算过量降雨和洪水后的死亡率，揭示了孟买季风季总死亡人数的8%可能缘于过量的降雨和洪水，而妇女、儿童以及贫民窟居民受到了不成比例的影响。结果要求有必要紧急发展城区排水、卫生和垃圾管理。[论文详细信息]
材料科学
Materials Science
Quantifying grain boundary deformation mechanisms in small-grained metals
量化小晶粒金属中的晶界变形机制
（导读 领研网）在纳米晶体等小晶粒材料中，位错变得稀少或受到限制，晶界介导的机制被认为取代位错成为主要的塑性变形机制。本研究通过实验表明，在小晶粒多晶体中，这种剪切不取决于晶界的取向差，并且其效率始终很低。由此支持了一种新的晶界概念，即晶界可能不应被视为携带内在“耦合因子”的晶体缺陷，而应被视为包含特殊缺陷的特定晶格。[论文详细信息]
Ferroelectric transistors for low-power NAND flash memory
用于低功耗NAND闪存的铁电晶体管
（导读 领研网）NAND闪存是现在存储技术的关键。本研究描述了一种面向未来3D NAND铁电场效应晶体管设计，结合基于哈夫尼亚的铁电体和氧化物半导体通道，引入近乎为零的通电压作，构成了96%功率降低的基础。该结果为潜在的低功耗NAND开发提供新途径。[论文详细信息]
其他
【Physics-物理】Observation of deuteron and antideuteron formation from resonance-decay nucleons
观测共振衰变核子中氘核和反氘核的形成
（导读 小天）在极端高温的强子对撞环境中，结合能仅2.23MeV的氘核能幸存于对撞，其中的机制仍待阐明。本研究通过分析质子-质子对撞中的π-氘核动量关联函数，提供模型无关证据表明约90%的（反）氘核产生于短寿命共振态（如Δ(1232)）衰变后的核反应过程。该结果为构建宇宙射线中轻重核产生及暗物质衰变模型提供新依据。[论文详细信息]
【Computer -计算机】Discovering state-of-the-art reinforcement learning algorithms
探索最先进的强化学习算法
（导读 阿金）人类和其他动物拥有多代演化试错掌握病使用强化学习机制（RL）。本研究表明通过对大量复杂环境中智能体群体累计经验展开元学习，实现优于人工设计的强化学习规则。结果表明未来高级人工智能所需的强化学习算法将从智能体经验中自动获得，且无需人工设计。[论文详细信息]
【Chemistry-化学】Accelerating the discovery of multicatalytic cooperativity
加速多催化协同作用的发现
（导读 菜菜）协同催化是指多个催化单元协同作用，支持许多有机反应。本研究提出一种基于分组测试的混合-反卷积算法，在较低试验成本条件下识别出协同催化行为，还考虑候选催化剂之间的潜在抑制效应，可成功识别出几种在较低催化剂作用量和温和条件下促进目标转化的配体对。[论文详细信息]
【社会科学-Socieal Science】Persuading voters using human–artificial intelligence dialogues
利用人工智能聊天说服选民
（导读 阿金）公众愈发关注使用生成式人工智能实现政治游说的手段以及对选取和民主的影响。本研究利用预注册实验评估了大语言模型影响选民立场的能力，通过分析美国2024年总统大选、加拿大2025年联邦选举和波兰2025年总统选举，观察到人工智能模型对候选人偏好产生了显著影响，效果远超传统视频广告的效果。模型主要依靠相关的事实和证据进行说服，但并非所有呈现的事实与证据都是准确的。结果凸显了人工智能影响选民立场的潜力以及在未来选举中可能发挥的重要作用。[论文详细信息]
生物学
Biology
Mechanosensitive genomic enhancers potentiate the cellular response to matrix stiffness
机械敏感性基因组增强子可增强细胞对基质硬度的反应
（导读 蔡恒）基因表达和细胞表型的表观遗传控制受局部微环境变化的影响。本研究将全基因组表观基因组分析、表观基因组编辑以及表型和单细胞RNA测序CRISPR筛选相结合，识别出对机械微环境做出应答的一类基因组增强子，可以优先软或硬细胞外基质环境中激活，调节转录，影响细胞功能。结果表明机械增强子表观遗传编辑有可能精准靶向机械诱发疾病。[论文详细信息]
Cortical glutamatergic and GABAergic inputs support learning-driven hippocampal stability
皮层谷氨酸能与GABA能输入共同支持学习过程中的海马稳定性
（导读 严冰冰）小鼠外侧内嗅皮层谷氨酸能（LECGLU）与GABA能（LECGABA）投射调控CA3局部维环路，共同维持神经元集群稳定性，支持学习过程。LECGLU驱动CA3兴奋，也驱动大量前馈抑制以阻止胞体与树突发放；反之，LECGABA选择性地激活整合LECGLU与CA3循环输入的胞体输出，从而对CA3解除抑制。LECGLU和LECGABA都参与CA3位置细胞的形成和维持过程，这种协同作用稳定了空间表征。[论文详细信息]
Locating the missing chlorophylls f in far-red photosystem I
定位远红光系统I中缺失的叶绿素f
（导读 领研网）叶绿素f（Chl f）是在远红光下生长时从叠层石中分离出来的蓝藻中发现的。本研究报告了来自热球菌PCC 7203的两种远红PSI冷冻电镜结构，在远红光系统I中识别出全部8个叶绿素f分子的精确位置，包括此前未被发现的反应中心A-1B位点。该结果表明叶绿素f位置、波长分配和保守的远红特异性残基为有效利用长波长光子提供了功能见解。[论文详细信息]
Hepatic leukemia factor directs tissue residency of proinflammatory memory CD4+ T cells
肝白血病因子指导促炎记忆CD4+ T细胞的组织驻留
（导读 蔡恒）组织驻留记忆（TRM）细胞能够抵御反复的感染，但它们的功能障碍可能导致疾病。本研究确定HLF是调控CD4+ TRM细胞组织驻留和促炎功能的转录因子，通过协调增强组织保留机制和抑制细胞离开组织的机制来发挥作用。这种调控机制在物种间及多种炎症性疾病中具有保守性。结果将HLF视为治疗难治性慢性炎症性疾病的潜在靶点。[论文详细信息]
Multispecies pangenomes reveal a pervasive influence of population size on structural variation
多物种泛基因组揭示了种群规模对结构变异的普遍影响
（导读 蔡恒）结构变异因其适应性潜力而经常受到关注。本研究使用种群规模的长读长序列测序技术和泛基因组方法，研究了三种北美灌丛松鸦结构变异的多样性和进化情况，发现了超过300万个插入-缺失多态性以及近45万个结构变异；结构变异中最常见的是倒位。该结果有助于更好理解结构变异的进化驱动因素。[论文详细信息]
Comparative analysis of human and mouse ovaries across age
对不同年龄段的人类和小鼠卵巢进行比较分析
（导读 蔡恒）生殖衰老是一个复杂的过程，其中卵巢功能的衰退尤为关键。本研究结合多种技术对小鼠和人类卵巢在整个生殖窗口期进行了从器官到单细胞水平的系统比较，揭示了物种间卵泡空间分布差异、保守的神经支配模式以及卵母细胞与颗粒细胞在衰老过程中的不同转录变化，证实交感神经在卵泡发育中的关键作用。结果明确了卵巢生物学中物种共享和物种特异性的标志。[论文详细信息]
NUDT5 regulates purine metabolism and thiopurine sensitivity by interacting with PPAT
NUDT5通过与PPAT相互作用来调节嘌呤代谢和硫嘌呤敏感性
（导读 阿金）细胞通过从头嘌呤生物合成（DNPB）生成嘌呤核苷酸。本研究明确Nudix水解酶5（NUDT5）是DNPB的调控因子，NUDT5抑制DNPB但不影响其催化功能，通过与磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶（PPAT）相互作用，促进PPAT寡聚化，抑制PPAT酶活性，导致嘌呤体解离。结果表明NUDT5主导DNPB状态之间的平衡，以维持细胞嘌呤核苷酸的适中浓度。[论文详细信息]
A non-enzymatic role of Nudix hydrolase 5 in repressing purine de novo synthesis
Nudix水解酶5在抑制嘌呤从头合成中发挥非酶促作用
（导读 领研网）叶酸代谢与嘌呤从头合成密切相关。本研究发现Nudix水解酶5（NUDT5）在调节嘌呤从头合成中起着关键作用：这种表型的产生主要是由于NUDT5的骨架构建功能，而非其酶活性。NUDT5与磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶（PPAT）相互作用，在嘌呤浓度升高时抑制该代谢途径。[论文详细信息]
Chromothripsis and ecDNA initiated by N4BP2 nuclease fragmentation of cytoplasm-exposed chromosomes
染色体碎裂和胞质暴露染色体的N4BP2核酸酶片段化引发ecDNA
（导读 领研网）基因组不稳定性是癌症的标志特征。本研究癌细胞中名为N4BP2的核酸内切酶在微核破裂后驱动DNA双链断裂，促进染色体外DNA（ecDNA）的生成。而N4BP2的缺失显著降低肿瘤细胞破裂微核中DNA损伤的发生，同时降低ecDNA水平，还导致肿瘤侵袭性降低。[论文详细信息]
Infrared radiation is an ancient pollination signal
红外辐射是一种古老的授粉信号
（导读 领研网）色彩和气味被认为是植物吸引传粉者的主要信号。本研究发现苏铁科植物的雄性孢子叶球在傍晚呈昼夜节律性产热，此过程由线粒体替代氧化酶AOX1驱动，并以淀粉为主要底物，其散发的红外辐射显著高于环境。而传粉甲虫的活动轨迹与苏铁雌雄孢子叶球的产热高峰时间精确匹配。结果表明红外辐射本身即为一种有效的传粉信号。[相关报道：教科书级！研究发现植物传粉第三通道——红外辐射]
地球科学
Geoscience
Substantial water retained early in Earth’s deep mantle
地球深部地幔早期保留了大量水
（导读 领研网）布里奇曼石是地球下地幔最主要的组成矿物。本研究构建了岩浆海洋结晶模型，模拟结果显示，由于地球早期高温下布里奇曼石的强效“锁水”能力，在岩浆海洋凝固后，下地幔成为整个固体地幔中最大的储水层，其储水量可能高达此前模型预估的5倍至100倍。该结果更新了人类关于地球深部水储存与早期分布的认知。[论文详细信息]
Global energy sector methane emissions estimated by using facility-level satellite observations
利用设施级卫星观测数据估算全球能源部门甲烷排放量
（导读 小天）能源设施的甲烷排放占据了很大部分的温室气体排放，且缓解空间显著。本研究评估了全球2023年甲烷排放情况，通过高空间分辨率GHGSat卫星观测数据，识别出3114个排放位点，随后构建出时空关联模型，形成连续排放时间序列。结果表明石油天然气设施排放具有显著间歇性，多因设备维护和泄露，且煤源持久性高。[论文详细信息]
物理学
Physics
Shapiro steps in strongly-interacting Fermi gases
夏皮罗台阶在强相互作用费米气体中的作用
（导读 阿金）受驱动的多体系统表现出各种复杂的动态行为。本研究报告在超冷原子强相互作用费米子超流体之间周期性受驱动的约瑟夫森结中观测到夏皮洛台阶，在电流-势特征性曲线中观测到量子化平台的高度与宽度反映出外部驱动频率和约瑟夫森结非线性响应。夏皮洛台阶源于两个超流体库相对相位和外部驱动之间的同步过程。结果为探索外部驱动作用下量子多体系统内涌现的非平衡动力学提供新视角。[论文详细信息]
Observation of Shapiro steps in an ultracold atomic Josephson junction
在超冷原子约瑟夫森结中观察到夏皮罗台阶
（导读 阿金）受驱动的超导约瑟夫森结电流-电压特征呈现出离散台阶性质：夏皮洛台阶。本研究报告在超冷原子气体受驱动的约瑟夫森结内观测到夏皮洛台阶，台阶展现出普适性特征，为理解在实验中直接观测到的微观耗散动力学提供新视角。台阶还与声子发射以及孤子激发成核直接相关。结果有望推动计量学和基础物理学的进一步发展。[论文详细信息]
Mesoporous optically clear heat insulators for sustainable building envelopes
用于可持续建筑围护结构的中孔光学透明隔热材料
（导读 领研网）介孔材料理论上可同时满足高透明度和超低热导率的特性。本研究报告一种由聚硅氧烷介孔网络构成的超材料，该材料兼具高光学透明性和优异的热绝缘性能，可作为窗户隔热的有效替代方案：材料热导率降至10-12 mW/K/m，可见光透光率>99%，雾度<1%。该结果有望推动建筑向“能源自给型”可持续系统转型。[论文详细信息]
转载自环球科学科研圈微信公众号
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/MCYLOVrNXHd3URPOVlxM9A
https://mp.weixin.qq.com/s/agvxwe5nMRYfzE-VWR5iqw
一审：冯晨，二审：平静波，三审：杨保华