Cell Press 合作期刊 The Innovation 二卷三期已上线

交叉学科

Interdisciplinary

The Innovation发表各学科领域高质量的前沿研究和文献综述，领域涉及物理学、化学、材料科学、纳米技术、生物学、医学、地球科学、信息科学、管理学和工程学等，内容涵盖基础研究和应用研究。

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The Innovation二卷三期

已于2021年8月28日上线！

本期封面主题：Homo longi (Dragon Man) 龙人。

大约十万年前，多种人类物种与我们自身所属的物种（即智人）共存。哈尔滨古人类头骨，因源于黑龙江而被称为“龙人”，是保存最完好的中更新世人类化石之一。这个头骨的脑容量很大，落入到现代人脑容量变异范围；同时具有古老类型和进步类型的镶嵌式特征组合。系统发育分析表明，人属的多样性分异比以前认为的要遥远得多。哈尔滨头骨和其他在东亚地区独立演化的中更新世人类化石代表了古人类第三个支系，是智人的姊妹群。这个支系的古人类与智人的关系比尼安德特人与智人的关系更密切。非洲、亚洲和欧洲的多个人类支系可能具有很强的长距离扩散能力，但仍处于相对较小和孤立的种群中。亚洲多样化的古环境可能为人类进化产生了多样化的生物地理之汇。

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Editorial | 碳中和：通往绿色可持续发展的未来

从1850到2020年，全球大气二氧化碳平均浓度增长近50%，引发了全球气候变暖等复杂的环境问题。近几年来，气候变暖对人类生存环境的破坏在日益显著。化石燃料资源的不可持续性和巨大的碳排放亟待变革型技术突破，从而为人类社会的可持续发展奠定基础。碳中和目标成为人类如何发展的新约束，是人类积极解决环境问题和未来能源危机的重要举措。

当前过度碳排放对环境造成破坏与化石燃料资源不可持续的问题，碳中和将是化解这些问题的关键。碳中和将大大减缓全球变暖，解决能源危机，改善空气质量和人类赖以生存的生态环境，它可以被视为一场工业革命，是标志人类发展的一个重要里程碑。实现碳中和需要全人类共同参与。让我们携手并进，从植树造林到发展可再生能源，为构筑美好的明天而奋斗。

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News & Buzz | “祝融号”点燃中国星际探测的火种

北京时间2021年5月22日13时，地面接收站收到“祝融号”发回的遥测信号，确认火星车成功驶离着陆平台并开始探测任务，宣告火星探测工程取得圆满成功。这辆以中国神话命名的火星车，在火星乌托邦平原留下了足迹，让我国成为第二个成功软着陆火星并进行巡视探测的国家。

“祝融号”在火星表面进行移动及科学探测，并成功将数据传回地球，对我国行星科学的发展具有里程碑式的重要意义。“祝融号”未来还将继续执行火面工作任务，不断回传宝贵数据，点燃探索浩瀚星空的火种，为星辰大海的梦想助力前行！

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Out-of-the-Box | 谁是蛋白质和核酸失踪的“媒人”？

在地球上，分子与分子之间的化学作用是如何转化成可被保存、识别与利用并能进行自我复制的信息的，这堪称物质世界的最大神奇！1953年，Watson J和Crick F揭示了遗传物质DNA的结构，被誉为20世纪最伟大的发现；1961年 Nirenberg M和Matthaei H发现了遗传密码子。之后人们对遗传密码的起源问题进行了长达半个多世纪的探索。20世纪60年代中提出了两个最著名的学说——Woese C的立体化学假说和Crick F的凝固事件假说。对此，诺贝尔奖得主Monod J在其1971年出版的Chance and Necessity一书中对立体化学假说诠释道：“…如果一个密码子被‘选择’去代表某个氨基酸，那是因为两者之间存在某种化学亲和力”。1981年，Crick F在Life Itself一书中对自己提出的凝固事件假说发表感想：“…遗传密码在生物学领域的重要性就如同门捷列夫的元素周期表在化学领域的重要性一样，但两者有重要的差异。周期表无论在哪里都是一样的，而遗传密码却表现得相当随意，或至少部分如此…如果这种随意性的表现是经久不衰的，我们只能说，地球上的生命源自一个非常原始的种群”。

不得不承认，解释遗传密码起源的所有假说都是猜测性的，从这些假说提出可通过实验进行验证的模型确实十分困难。原始细胞中生化反应漫长的平行演化可能是导致这一困难局面的重要原因。

以作者之见，遗传密码起源假说是否可靠取决于它能否对现有生化系统进行广泛的解释。与以往的假说不同，ATP做媒假说提供了一个新的逻辑框架，聚焦于能量驱动力、遗传密码与生化系统的协同演化以及从能量转化到信息化的生物创新。与现有的仅反映这一事件的离散、片面的理论相比，ATP假说提供了一个更加综合的机理性解释，同时给至今人们知之甚少的细胞分裂和生化系统的可能起源带来启示。为什么世界没有停留在有机汤中？为什么物质要从混沌走向秩序？为什么大自然青睐生产同质性个体而导致了遗传信息的产生？原始地球经历了10亿年的历程从能量转化走向了信息化，其中一个神奇的核苷酸——ATP功不可没！未来，针对ATP做媒假说还需要努力去整合跨学科的证据，以能量转化为核心，更详细地阐明这些生化创新是如何协同完成的，以便我们能重建遗传密码的层次体系演化过程。

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Commentary | “HGP: 人类基因组计划”的初衷和使命是什么？

人类全基因组序列完成20周年之际，两位“人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)”亲历者，中科院研究员于军和胡松年，撰文描述HGP的初衷和终极目标；认为HGP奠定了人类对自身基因全面认知的基础，其终极目标的实现不仅将改写人类文明发展前沿的医学史和科学史，而且还将更深刻地改变人类文明的发展道路。

生命科学的高速发展开始于DNA双螺旋结构的解析和分子克隆技术的出现，至今已有超过一甲子的历史积累；飞跃和高速是未来的“标签”。尽管HGP完成还不到20年，但近年来的生命科学进步——借力于半导体和计算机科学与技术的高速发展——确实是多层次的、飞跃式的、空前的；而我们的思想和想象力，以及对未来的企盼都应该早日“放飞”，只有创新和突破才是真正的挑战。

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Article | Dragon Man (龙人): 一个新发现的人类支系

在中国哈尔滨几十万年前的地层中发现了一枚保存近乎完整的古人类头骨，研究者认为它代表了一个新的人种，将它命名为“龙人”（Homo longi）。龙人与我们智人有什么关系？龙人从哪里来？

通过对龙人头骨化石的研究，作者认为龙人支系是在亚洲长期演化的智人的姊妹群，人属的各个人种或种群在欧亚非之间的地理扩散是多方向的——“穿梭扩散模型”。亚洲成为人类演化之“汇”可能与亚洲很高的生境多样性有关。关于龙人的研究也表明，中国东北可能是古人类演化的重要区域，未来的研究需要特别关注这一区域，从“更新世”人和动物化石、生态环境和人类遗存角度开展更多更深入的研究工作。

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Article | clusterProfiler：聚焦海量组学数据核心生物学意义

clusterProfiler4.0同步支持最新版GO和KEGG数据，支持数千物种的功能分析，应对不同来源的基因功能注释（如cell markers, COVID-19等）提供了通用的分析方法，适用各类组学数据（RNA-seq, ChIP-seq, Methyl-seq, scRNA-seq…）。新版本尤其实现多组数据间自由比较，如不同条件、处理等，并内置系列流行辅助工具，如数据处理包dplyr、可视化包ggplot2等，方便分析人员用熟悉的方式自由探索，实现数据高效解读。

clusterProfiler4.0充分考虑目前富集分析中的核心诉求，使用最新的功能注释以保证结论及时反映最新共识，应对不同的组学数据整合分析需求， clusterProfiler4.0允许衔接外部功能数据库、支持多组数据的比较分析以及提供tidy接口助力结果解读。目前，clusterProfiler已被整合进超过30个的同行分析软件中，助力不同场景下的功能分析，相信clusterProfiler4.0未来将发挥更大的作用，助力研究者更高效地解读生物医学数据及建立更可靠的机制假说。

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Report | 一种潜在的新冠病毒通用疫苗

新冠肺炎疫情仍然在全球肆虐，已造成超1.8亿人感染。尽管世卫组织已紧急授权了多种有效的疫苗，但是新出现的变异毒株仍造成了多个国家的疫情反复，因此，新的安全有效疫苗对于战胜疫情至关重要。然而，对于新冠疫苗我们依然还有许多疑虑。疫苗接种后有多长时间的免疫保护期？另外，当疫苗接种群体内抗体水平下降后，如何避免疫情再次反弹？对于不断出现的新型变异毒株，我们疫苗研发如何跟上病毒变异的步伐？

我国已有5款新冠疫苗获批，疫苗接种已超11亿剂次，免疫屏障正在逐步建立。然而周边国家防疫形势依然严峻，尤其是不断出现的变异毒株造成的免疫逃逸给各国防疫工作带来新的不确定性。新冠病毒有可能与人类长期共存，因此设计长效且低接种频次疫苗可以有效降低接种成本，而且研发“通用”疫苗可以提升疫苗的广谱性，从而防范不断出现的新型变异毒株，为全球防疫提供了一个重要研发方向。

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Report | 削峰填谷，多硫化物解耦电解水制氢

解耦电解水是一种极具前景的电力调峰策略，可以将用电低谷期的过剩电力利用起来，在用电高峰期实现氢气的低能耗制备。目前，构建高效大容量的解耦装置仍存在挑战。本文以多硫化物离子为氧化还原介质，石墨烯封装钴镍颗粒的铠甲催化剂为电极，开发了一种高性能的电解水解耦装置，实现了过剩电力向氢能的高效转化。

本文以多硫化物离子为氧化还原介质和铠甲催化剂CoNi@NGs为电极构建了一种电解水解耦装置。基于电能削峰填谷策略将过剩电能储存为多硫化物离子的化学能，在1.2 V的低电压及500 mA cm^-2的大电流密度下，可稳定运行500 h，实现了低能耗制备大量氢气。此工作为电网系统的削峰填谷提供了新的思路，有望应用于智能电网的构建。

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Report | 全球气候变化会导致冻土退化吗?

近日来，北美地区极端高温已导致700余人死亡；欧洲中西部地区的强降雨引发罕见洪水已造成至少164人死亡；中国河南千年一遇的强降雨引发大规模洪水已致120多万人受灾。极端气候事件频繁出现，是大自然向人类敲响的警钟。

然而，全球变暖不仅加剧了气候系统的不稳定性，也对陆地生态系统产生着深远影响。冻土作为陆地生态系统重要的组成部分，其面积约占全球陆地总面积的50%。在全球气候变化背景下，全球冻土正在持续地消融和退化，不仅增加了生物安全的风险，也会释放大量温室气体从而进一步加剧全球变暖，因此深刻影响着人类的生存环境和可持续发展。然而，目前对全球冻土的时空演变和驱动机制仍缺乏较为全面的认识。本研究结果表明，在土壤冻结时间推迟和消融时间提前的共同影响下，近40年北半球表层土壤冻结的持续时间和面积显著减少，而温度和积雪等因素起着关键作用。该研究可为准确评估和预测北半球土壤冻融格局变化及其生态环境效应提供重要支撑。

虽然冻土一般分布在中高纬度和高海拔地区，但是与我们的生活息息相关。在全球气候变化背景下，冻土持续地消融和退化可能使得“新气候”时代加速到来。该研究发现了近40年北半球表层土壤冻结的持续时间和面积显著减少，识别了土壤冻融格局变化的热点地区和关键时期，并强调了温度和积雪等因素在其中的驱动作用，有助于更好地理解未来全球冻土的演化过程和趋势。然而，冻土的持续退化仅仅是全球气候变化的一个方面，随着近年来全球暴雨洪涝、高温热浪和持续干旱等极端气候事件的频率和强度显著增加，我们不仅要科学地应对和适应气候变化，更需要采取切实可行的减排增汇措施来减缓未来气候变化，从而实现与自然和谐共生。

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Report | TIRFM实现氧化石墨烯表面吸脱附过程的原位监测

多相催化被广泛应用于煤化工等众多工业领域。Dumesic等人将催化研究分为材料制备、催化剂性能和催化机理这三个层面，并认为催化机理的理解是引领先进催化剂设计的关键。吸附和脱附（吸脱附）过程是多相催化的关键步骤。对于催化剂来说，吸附中心往往就是催化活性中心，如何实现催化剂及其载体表面在吸脱附过程中的原位监测是多相催化机理研究领域的一个巨大挑战。该研究首次采用全内反射荧光显微技术（TIRFM）实现了氧化石墨烯表面单颗粒单循环尺度的吸脱附过程的原位监测，构建了碳量子点在氧化石墨烯表面的活性位点上的吸附、脱附动力学模型。

当前，由于技术手段的限制，多相催化吸脱附过程的原位监测仍是一个重大挑战。本研究首次采用TIRFM实现了氧化石墨烯表面吸脱附过程的原位监测，以碳量子点为探针构建的理论模型以及由此得到的结论对多相催化、色谱分离等领域涉及吸脱附过程的机理探讨具有指导意义。

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