Nature一周论文导读 | 2026年5月28日

A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift

高红移小红点中的直接黑洞质量测量

在红移前沿发现暗弱活动星系核（AGN），这揭示了大量具有光学红连续谱的宽Hα发射源，它们被称为“小红点”（LRDs），占高红移宽线AGN群体的15—30%。因其性质特殊，用标准AGN情景对LRD进行建模已被证明颇具挑战性。特别是，单历元维里质量估算在确定LRD黑洞质量方面的有效性受到了质疑，一些模型声称质量可能被高估了多达两个数量级。

研究组报告了对一个红移7.04强透镜LRD进行的直接动力学黑洞质量测量。透镜效应与深场光谱数据的结合揭示了一条与核星团不一致的旋转曲线，但可以用绕一个5000万太阳质量点质量的开普勒旋转很好地解释，这与维里黑洞质量估算一致。

开普勒旋转为主星系中的任何恒星成分留下的空间很小，研究组保守地推断M_BH/M^*>2（其中M_BH是黑洞质量，M^*是恒星质量）。这样一个“裸”黑洞，结合其近乎原始的环境，表明该LRD是一个正处于最早吸积阶段的大质量黑洞种子。[论文详细信息]

Experimental randomness amplification

实验随机性放大

现实的量子信息处理设备本质上是不完美的，导致需要量子纠错的计算误差。同样，此类设备生成的随机比特也存在缺陷，必须经过增强才能用于生成加密密钥等应用。这种随机性质量的提升通过一种称为“随机性放大”的协议来实现。

研究组报道了一项实现该协议的实验。随机性放大具有设备无关性，即不对量子设备的内部运行机制作任何假设。它需要在特定的参数范围内执行无漏洞贝尔测试，涉及高贝尔违背和高重复率。

实验演示之所以有望成功，得益于理论进展（使用满足实验可行的参数机制）和实验突破（利用超导电路成功实现该机制）。关键之处在于，纯粹经典手段已被证明无法实现随机性放大。因此，该实验展示了明确的量子优势，即利用量子技术完成经典信息处理无法完成的任务。[论文详细信息]

Advancing solar and wind penetration in China through energy complementarity

通过能源互补推进太阳能和风能在中国的普及

太阳能和风能固有的波动性，结合其快速发展，加剧了电力削减挑战。尽管这两种资源的时空互补性被广泛认为是提升可再生能源并网比例、减少平衡需求的一种途径，但现有评估大多基于假设性部署。因此，太阳能与风能的互补性在实际基础设施条件下如何体现，以及如何影响系统级的并网效果，目前尚不清楚。

研究组建立了一套统一的全国设施清单，以便对太阳能—风能互补性进行数据驱动的评估。该清单涵盖了2022年通过基于深度学习框架从亚米级卫星影像中识别出的319972个太阳能光伏设施和91609台风力涡轮机。

利用该数据集，研究组发现太阳能—风能互补性显著降低了发电波动性，且互补效果随着配对地理范围的扩大而增强。在系统层面，全国范围内的省际协调使得在一个80%可调度灵活性系统中，有效可再生电力渗透率提高了99.88太瓦时，相当于太阳能和风能总发电量的9.1%，或约120小时全国平均负荷。

这些发现表明，能源互补是一种可扩展的系统性机制，有助于推动太阳能和风能的普及，并为大型电力系统中跨区域协调在提升可再生能源并网方面的作用提供了广泛适用性的见解。[论文详细信息]

Efficient robot navigation inspired by honeybee learning flights

受蜜蜂学习飞行启发的高效机器人导航

导航是动物和机器人至关重要的一项能力。虽然微小的飞行昆虫能够在长距离内稳健导航，但最先进的机器人导航方法计算成本高昂，因此仅限于大型机器人。

研究组提出“蜜蜂导航”，即一种受蜜蜂视觉学习飞行启发的高效导航策略。在等效的机器人学习飞行中，训练一个微型神经网络，基于路径积分将全向图像映射为指向巢位的向量。完成学习后，机器人可以飞离巢穴很远，利用路径积分直接返回，并通过视觉归巢网络消除积分漂移。

仿真结果表明，在真实的路径积分精度下，神经网络仅需在总飞行区域的大约0.25%至10.00%上进行训练。在实际室内外实验中，一架小型无人机在风力条件下，30至110米的飞行中，100%成功返回至巢位半米以内；对于200至600米的飞行，成功率为70%，分别使用了3.4 KB和42 KB的神经网络。

所提出的导航策略对于需要在往返于巢位之间执行任务的资源受限型机器人至关重要。此外，该研究还为昆虫导航的神经行为学提供了新的视角，即从视觉学习如何塑造归巢轨迹到认知地图的本质。[论文详细信息]

Divergent urban storm response to convective, frontal and tropical systems

城市风暴在对流、锋面和热带系统中的不同响应

城市化会改变降水，但先前研究报道的结果并不一致：有些城市降雨增加，而另一些城市则降雨减少。为了调和这些差异，研究组通过基于事件的分析，研究了城市影响如何因风暴类型而异。利用三维雷达反射率数据（1995—2017年），在德克萨斯州的四个城市（达拉斯、奥斯汀、圣安东尼奥和休斯顿）识别了超过4万个暖季风暴。

研究组表明，将风暴分为五种类型揭示了与风暴规模和动力学相关的不同城市影响。由大气不稳定性驱动的局地尺度单体风暴和孤立风暴的发生频率增加（7%—31%），尤其是在夜间。天气尺度锋面风暴的发生频率没有变化，但其强度响应却相反：冷锋经过城市时减弱了16%—28%，可能是由于热力和粗糙度效应；而暖锋则表现出反射率增强。

热带气旋系统的频率和强度没有表现出一致的变化，但在城市区域，高反射率网格单元向较低海拔偏移。鉴于德克萨斯州多样化的气候和地理条件，这项工作为理解其他地区的城市—风暴相互作用提供了一个可迁移的框架。这些发现超越了传统的“城市湿岛或干岛”模型，深化了人们对城市化如何调节极端降水的理解，并为快速扩张城市的气候建模和韧性规划提供了参考。[论文详细信息]

Rising global hail damage potential in a warming world

全球变暖令冰雹灾害风险不断加剧

人为气候变化（ACC）预计会改变强对流风暴及其相关灾害，其中雹暴是天气相关经济损失的主要驱动因素之一。尽管已有部分研究关注雹暴对ACC的响应，但大多数工作集中于区域尺度的变化，而对冰雹尺寸的全球尺度评估仍然十分缺乏。

研究组表明，到二十一世纪末，全球雹暴引发的灾害潜力将增加36.5%—42.1%，具体增幅取决于排放情景。这一结果基于历史及未来情景下的冰雹轨迹模拟，模型由EC-Earth3集合模式输出驱动，并通过多模式比对进行交叉验证。全球范围内，低层温度和比湿度的升高推动了冰雹尺寸向更大方向发展，直径≥30毫米的冰雹发生频率上升37.9%—51.8%，而直径<30毫米的冰雹发生频率下降4.2%—12.3%。

区域上，中高纬度地区受强升温和弱增湿影响，冰雹致灾风险整体上升；大气不稳定性增强，抵消了阻力与融化作用的不利影响。相比之下，热带和季风区的冰雹灾害潜力则因弱升温、强增湿以及冰雹增长深度受限而减少。该研究揭示了ACC对全球冰雹灾害的非均一性影响，为未来防灾减灾策略提供了重要见解。[论文详细信息]

Science一周论文导读 | 2026年5月28日

Homing pigeon navigation relies on superparamagnetic macrophages under overcast conditions

阴天条件下，信鸽的导航依赖超顺磁性巨噬细胞

鸟类使用多种导航策略，包括地磁场，尤其是在其他线索不可用时（例如阴天或夜间条件下）。有人提出喙中的磁铁矿颗粒、眼中的隐花色素、细胞离子通道的改变以及前庭系统的变化来解释磁感受，但确切的机制仍存在争议。研究者通过物理、形态学、功能性和基因组学分析，鉴定了肝脏中超顺磁性巨噬细胞的存在。

他们发现，在巨噬细胞耗竭后，阴天条件下飞行的鸽子丧失了其通常的方向定位能力。而在晴天可见太阳时，巨噬细胞耗竭的鸽子方向定位能力未受影响，这表明太阳是其主要的定位线索。他们提出，在原鸽的归巢行为中，肝脏中的超顺磁性巨噬细胞是找到地磁方向所必需的。[论文详细信息]

Visualizing a lung neutrophil-platelet immunothrombosis cascade during sepsis in mice

可视化小鼠败血症期间肺部中性粒细胞—血小板免疫血栓级联反应

败血症是一种危及生命的疾病，由感染引发过度、失调的免疫反应所致。研究者利用小鼠活体成像获得的信息，揭示了血液细菌感染后肺部血管内血栓形成的逐步过程。

中性粒细胞与血小板之间的聚集体最初有助于抗菌反应，但随后在趋化因子白三烯 B4 的依赖性步骤中发展为有害的血栓。在感染前通过基因敲除或使用白三烯抑制剂齐留通阻断这一信号，可保护小鼠免受败血症的影响。[论文详细信息]

A high-throughput selection system for fast-acting covalent protein drugs

一种用于快速共价蛋白药物筛选的高通量筛选系统

共价连接可以将那些原本会被机体迅速清除的蛋白质转化为强效且高度选择性的细胞信号通路调节剂。然而，体内的交联速率通常非常缓慢。研究者开发了一种高通量酵母展示系统，用于设计共价蛋白，以提高其与目标配体的交联速率。

他们通过开发一种针对癌症免疫治疗靶点——程序性死亡配体-1（PD-L1）的快速作用纳米抗体，展示了该方法的可行性。与目前使用的纳米抗体相比，该纳米抗体在抑制肿瘤生长方面表现出更好的效果。他们还设计了一种共价细胞因子和一种针对病毒受体结合域的中和结合剂。该平台可能为一系列共价蛋白药物的应用提供快速且通用的蛋白质工程改造手段。[论文详细信息]

Upper-mantle earthquakes beneath East Antarctica

东南极洲下方的上地幔地震

板内中源地震（IDEs）发生在深度超过 70 公里的区域，远低于地壳的脆—韧性转变深度，其成因难以用传统板块构造理论解释。研究者将深度学习技术应用于区域地震数据，识别出南极洲下方的板内中源地震。这些地震的发生可以用东南极洲边缘（该处岩石圈强度发生突变）因热驱动差异抬升所产生的集中弯曲应力来解释。

研究结果支持了地球动力学模型的预测，即板内地震活动性强烈依赖于岩石圈—软流圈的相互作用。南极冰盖也会影响区域应力状态，凸显了地球各系统之间复杂的相互作用。先进的地震探测能力（如本文所使用的技术）可能揭示出，板内中源地震在全球范围内比目前认识到的更为普遍。[论文详细信息]

Stopping phase reveals abrupt arrest of large strike-slip earthquakes

停止相揭示大型走滑地震的突然止裂

地震震级受控于破裂传播在何处、何时停止。然而，在天然地震的近场地震记录中，破裂止裂现象很少被直接观测到。研究者展示了大型走滑地震中地面运动停止相的系统性近场观测结果。对全球12次地震事件的分析表明，平行断层方向的地表位移中的瞬态过冲是破裂传播突然终止的可靠诊断标志。

动态破裂模拟显示，浅层低波速岩石会强烈放大近场地动信号，从而增强地表记录到的位移过冲幅度。停止相出现在远离已知破裂末端的近断层位置，这意味着大型走滑地震以分段方式破裂，动态破裂传播在内部断层段边界处会被突然中止并重新启动。[论文详细信息]

Importance of elephants for dung beetle biodiversity and ecosystem functions

大象对粪金龟生物多样性和生态系统功能的重要性

大型哺乳动物食草动物在生态系统中发挥着关键作用，且极易因捕猎和全球环境变化而灭绝。人们预计，这类物种的丧失将引发进一步的物种灭绝，但这一模式此前主要通过模拟研究来证明。

研究者将模拟与实验证据相结合，表明大象的消失会导致粪金龟的共灭绝，并降低粪金龟所提供的粪便分解和二次种子传播功能。在野外，排除大象会显著降低粪金龟的丰度和多样性，而排除其他哺乳动物食草动物则几乎没有额外影响。这些结果与大象在经验推导的生态网络中的核心地位相符，并支持将大象认定为非洲稀树草原的关键种。[论文详细信息]

转载自科学网微信公众号

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ftAtNnXwe5u8wOgyAKYb5A

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一审：冯晨，二审：平静波，三审：杨保华