Nature一周论文导读 | 2026年9月3日

Observation of conformal field theory spectra in a quantum simulator

量子模拟器中共形场论能谱的实验观测

共形场论（CFT）在高能物理、统计力学以及凝聚态物理中占据重要地位。例如，CFT支配着调谐至量子相变点的系统所表现出的普适性性质，包括其纠缠特性、关联函数和低能激发谱。然而，CFT所预言的丰富结构中，仍有很大一部分未在实验中被观测到。

研究者直接观测了量子相变点处涌现出的共形场论的能级激发谱——恢复了底层场论所特有的普适能级比。具体而言，他们开发并实现了一种调制技术，以解析里德伯原子链的有限尺寸能谱，该链可被分别调节至由伊辛CFT或三临界伊辛CFT描述的量子相变点。

他们还利用局域控制手段区分激发在反射操作下的不同宇称，并在三临界伊辛链中，通过改变边界条件诱导出不同CFT能谱之间的跃迁。此外，通过该调制技术的一个变体，他们还研究了临界系统的动力学结构因子，该因子与底层伊辛共形场论的关联函数密切相关。研究不仅在一台量子模拟器上探测了CFT特征的涌现，还为未来实验中诊断先验未知的普适性类提供了一种技术手段。[论文详细信息]

Atomic-scale double-slit interferometry with a focused electron probe

原子尺度聚焦电子探针双缝干涉实验

自杨氏使用光的双缝干涉实验以来，双缝干涉实验一直是波粒二象性的典范演示。如今，它们构成了现代电子、中子、原子和分子干涉仪的基础，其条纹可见度和相位编码了关于波和衍射物体的定量信息。将这一原理扩展到原子尺度，将能直接、局域地获取微观结构和动力学信息，但此前尚未得到探索。

作者展示了双缝干涉可以在晶体内部原子尺度上实现。利用扫描透射电子显微镜，他们演示了用聚焦电子束产生干涉条纹，该电子束离域在间距为1.36 的两个相邻硅[110]原子柱上。在有限温度下，这两个原子“狭缝”剧烈振动，将其运动印刻在条纹上。条纹在300 K至900 K温度范围内持续存在，表明只有一部分声子模式会降低可见度；相邻原子间的关联热振动保持了相干性，否则独立运动会将其破坏。

对这种保持的可见度进行定量分析，可以直接实验获取一对原子柱之间的振动关联。这些关联映射到特定原子键的各向异性刚度，从而能够获取影响热输运的低能声子动力学。通过将晶体重新构想为原子尺度干涉仪，该平台能够直接可视化局域原子排列及其关联动力学，为在单键水平上研究晶格动力学开辟了途径。[论文详细信息]

Pyridoxal photoenzymes for asymmetric radical–radical cross-couplings

吡哆醛光酶用于不对称自由基-自由基交叉偶联

非天然光酶已经能够实现大量不对称成键反应，而这些反应在小分子催化中要么颇具挑战，要么目前尚无法实现。这类反应要求酶所含的辅因子在可见光区有强吸收，且具有足够长的激发态寿命，例如黄素和烟酰胺辅因子。然而，存在一个相当大的发色辅因子“暗空间”，其中尚无已知的光酶活性被表征。

增进对“暗空间”中辅因子光物理性质的了解，将能通过在具有不同反应性和选择性的酶类中获取新的激发态中间体，从而扩展光酶所能构建的化学键类型。研究者利用激发态醌类中间体作为强效单电子还原剂，将5′-磷酸吡哆醛确立为一种光酶辅因子。他们通过使用非天然苄胺底物，并借助外源光敏剂的荧光共振能量转移机制来获取醌类激发态，从而克服了天然醌类中间体较差的光物理性质。

这种氧化还原中性策略，通过在酶活性位点内同时生成并局域化一个自由基对，实现了苄胺与还原性自由基前体之间的不对称自由基—自由基交叉偶联——从而消除了对自由基分类和持久自由基效应的需求，克服了该反应通常面临的挑战。研究所发现的PLP光激发中间体，极大地拓展了PLP依赖型酶实现有价值的成键反应的潜在途径。[论文详细信息]

Luminescent-reaction-enabled super-resolution imaging

发光反应赋能超分辨成像

通过突破光学衍射极限，超分辨荧光显微镜在光激发发光框架下推进了人们对生物复杂性的理解。使用外部光激发仍是影响基于荧光的成像能力及活细胞兼容性的关键因素。另一种选择是反应激发发光，如电化学发光（ECL）、化学发光（CL）和生物发光（BL），它们提供了一个化学定义的工具箱，可实现从超灵敏分析到生物兼容成像等不同的成像优势。

尽管传统的发光反应赋能成像具有免光激发和高灵敏度的特点，但由于光子预算不足，其在时空分辨率上存在根本性限制。在此，研究者开发了一种基于化学的超分辨成像框架——通过熵加权相关结合反卷积实现发光反应赋能超分辨成像（RIED）。作为一个实验—计算融合的概念，RIED引入了一种时空记录策略，以挖掘发光反应赋能成像中特定的信息内容；这些信息被高效收集并通过适应反应驱动光子统计的重建策略进行计算，从而实现超分辨。

他们实现了细胞内细胞器的超分辨ECL、CL和BL成像，分辨率达到约100 纳米。该方法被用于表面蛋白的高灵敏成像，以及线粒体转移动力学的41小时超长时程连续超分辨活细胞成像。该工作建立了一类新兴的、化学赋能的无激光超分辨显微镜，扩展了生物成像的多功能性。[论文详细信息]

Food systems transformation would reshape global agriculture

食品体系转型将重塑全球农业

食品体系是导致地球边界被突破的主要因素之一，而低质量饮食是全球关键死亡风险。预计的人口增长和收入增加可能加剧这些挑战。为此，呼吁向健康且可持续的食品体系转型。然而，这种转型对农业影响的规模和分布尚有待深入探索。

研究表明，到2050年，食品体系向健康饮食、提高生产率和减少一半食物浪费的转型，将导致全球农业发生根本性重组，其中一些方面将打破历史趋势。使用由十个全球经济模型组成的多模型集合进行的情景模拟显示，与2020年水平相比，农业用地中位数减少6%（范围+1%至-26%）。

到2050年，农业产量将比“一切照旧”情景的预测低17%（范围-2%至-32%），从经济角度看，这部分产值将减少1.6万亿美元（26%）（范围+8%至-58%）。其中，畜牧产值将比当前2050年预测值大幅降低（-49%至-83%），而蔬菜、水果、坚果和豆类的产值将增加23%（范围-33%至+106%）。结果取决于为实现转型情景所假设的政策。

研究者强调，食品政策应发挥更积极的作用，既要考虑此类转型带来的效益（改善人口健康、减轻环境压力），也要应对其影响所带来的政治经济问题。[论文详细信息]

Species intraspecific variation drives tropical forest drought resistance

物种种内变异驱动热带森林抗旱性

严重干旱正日益加剧树木死亡，然而，由于缺乏对物种内抗旱性变异的了解，预测森林恢复力仍受到限制。尽管栓塞抗性等水力性状对干旱生存至关重要，但主要在温带地区开展的研究报告了很少的种内变异，这意味着树种适应潜力的进化存在约束。

研究者利用一个包含沿波多黎各四倍降水量梯度（每年1000至4000毫米）采集的、代表18个物种的290棵树木的11个水力性状数据集，对这一假设进行了检验。他们发现，大量的种内变异，连同物种更替，共同驱动了沿降水梯度的抗旱性协同变化。大多数物种在较干燥森林中表现出更强的栓塞抗性和更宽的气孔安全边际，这表明热带树木存在相当水平的种内变异，以及适应日益干旱条件的一种机制。

缺乏这种性状变异性的物种在未来更干燥气候下可能高度脆弱。将种间和种内性状变异纳入预测模型，将提升我们预测森林应对加剧干旱的恢复力的能力。[论文详细信息]

Science一周论文导读 | 2026年9月3日

Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone

宜居带内邻近岩质系外行星大气中逃逸的氦气

研究者在对受强辐射的气态巨行星的观测中，发现氦从其大气中逃逸的证据。关于岩质行星存在大气的证据有限，这可能是因为其大气已经逃逸。研究者报告了LHS 1140b的近红外光谱观测结果，这是一颗位于邻近低质量恒星宜居带内的岩质系外行星。其凌星光谱显示有氦从行星大气中逃逸的吸收信号。氦吸收在2024年被探测到，但在2025年未被探测到，表明存在随时间变化的大气逃逸。

研究者将这些结果解释为：上层大气以氦为主且氢贫化，其他挥发性物质被困在较低高度，这与大气分馏模型一致。在同一系统中，较小且受辐射更强的行星LHS 1140c未检测到氦吸收。[论文详细信息]

Monomer-biased manufacture of industrial-scale colloidal photonic films

基于单体偏置策略的工业级胶体光子薄膜制造

自然界中复杂功能源于简单构筑单元的有序组装。然而，由于高能垒和有限的组装控制，在快速环境条件下将胶体聚集体转化为工业级光子晶体仍具挑战。研究者将普通单体作为介体降低了这些能垒，并在数秒内偏置了环境剪切诱导的有序化。

这使得该原位加工工艺能够与卷对卷制造兼容，用于生产力学性能可调的胶体光子晶体薄膜。结合超分子基质的15微米厚、坚固的薄膜，可生产长达4000米、宽达1.3米、速率达25米/分钟的规模。这些薄膜兼具鲜艳的结构色和高透明度（>90%），同时具备力学鲁棒性和快速自愈合能力，展示了高质量胶体光子材料的一条可规模化路径。[论文详细信息]

Rising plant extinction rates on European mountain summits

欧洲山峰植物灭绝速率上升

气候变化提高了高寒生态系统的植物物种丰富度。然而，这种多样性增加在多大程度上掩盖了本地物种的灭绝动态仍不清楚。研究者利用来自欧洲62座山峰896个永久植被样地的植被重调查数据，显示过去21年来局部灭绝事件有所增加。灭绝速率随变暖幅度增大而上升，物种在其海拔分布范围的下缘以及经历更强喜暖性转变的群落中更易灭绝。

此外，局部灭绝与先前丰度下降显著相关，后者可作为早期预警信号。这些发现表明，尽管植物物种丰富度在增加，林线以上的植物群落正面临加速但却被忽视的、最具特征物种的丧失。[论文详细信息]

Programmable design of synthetic plant immune receptors for pathogen protein recognition

病原体蛋白识别合成植物免疫受体的可编程设计

天然植物免疫受体的多样性和识别范围有限，这阻碍了针对快速演化病原体的抗性育种。在此，研究者报道了合成植物免疫受体的可编程设计。针对病原体蛋白的从头设计结合模块被嫁接至植物免疫受体的整合诱饵结构域中。这些合成植物免疫受体能够识别源自病毒、细菌、真菌和卵菌病原体的蛋白。

通过将人工智能引导的蛋白设计与植物体内定向进化相结合，其性能得到提升，增强了免疫激活并减少了自发激活。这些合成受体表现出高靶标特异性，并可堆叠用于病原体蛋白的多重识别。靶向病毒的合成受体能够响应植物病毒的侵染性克隆，表达这些受体的转基因植物表现出抗病性。这项研究为植物免疫的高效工程化提供了一个通用平台。[论文详细信息]

Spatially resolved single-cell atlas reveals the macroevolutionary trajectory of animal hearts

空间分辨单细胞图谱揭示动物心脏的宏观进化轨迹

动物心脏在适应性演化中展现出多样的解剖结构。研究者展示了来自脊索动物、节肢动物和软体动物中27个物种成年心脏的多组学图谱。联合分析表明，两侧对称动物心脏共享一套核心基因库，并采用逐步“添加”的方式作为普遍的演化策略。原心脏由关键细胞类型组成，包括心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞和神经细胞，这些细胞在保持核心特征的同时，随着生活环境的变化和心血管系统的相应适应而发生演化。

此外，研究者揭示了一种演化保守的心肌细胞状态动态，该动态可能与心脏发育和应激反应相关。最后，我们识别出一个共同的分子程序，支撑了以心室为基础的心腔演化。该工作为理解心脏演化的内在机制建立了一个资源平台。[论文详细信息]

Thalamic NRXN1-mediated input to human cortical progenitors drives excitatory neurogenesis

丘脑NRXN1介导的输入驱动人类皮层祖细胞的兴奋性神经发生

人类大脑皮层的发育依赖于皮层内部以及包括丘脑在内的其他脑区之间的协调信号。然而，丘脑神经元投射如何影响人类早期皮层发育仍不甚明了。研究者通过融合皮层和丘脑类器官，探究了丘脑输入如何塑造人类皮层细胞的成熟。利用单核RNA测序和细胞成像，他们发现丘脑输入增加了皮层兴奋性神经元的产生。

研究者鉴定出neurexin-1（NRXN1）是丘脑轴突与皮层外层放射状胶质细胞之间物理接触的介导因子。敲除丘脑NRXN1基因减少了这些接触，并削弱了上层兴奋性神经元的产生。这些发现揭示了丘脑输入调控人类皮层祖细胞并在发育过程中塑造兴奋性神经元产生的一种机制。[论文详细信息]

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一审：冯晨；二审：赵苗苗；三审：杨保华