Cell Press X 中国青年科学家合作刊 | The Innnovation二卷四期已上线
交叉学科
interdisciplinary
The Innovation 第4期终于来了！编辑团队特别推荐了10篇文章，来一睹为快吧！
*以下中文内容仅供参考，请以英文原文为准。
The Innovation二卷四期
已于2021年11月28日上线！
本期封面主题：Artificial Intelligence （人工智能）
海量数据和人类未来在科学艺术的渲染下，深度刻画人类与AI融合跨越元宇宙之门的意境和姿态。算力不断增强的设施缓解了人类应对日常繁琐冗余信息的压力，让工作、生活更加高效、智能。AI在重塑行业发展和未来生活的同时，充分展现了多学科交叉的研究范式转变，为通向无限可能的虚拟现实世界创造条件。创新之路，仍迫切需要研究者们的跨学科合作。面向未来，我们衷心希望通过你我谨守“真理、正义、和平”等共同的价值观，使我们赖以生存的蓝色星球上的整个生态系统更加繁荣！
Editorial |气候变化的自然科学基础：IPCC报告的新认知
2021年8月9日联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第六次气候变化评估报告（AR6）第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。这是自2013年IPCC第五次评估报告（AR5）和后续三份特别报告SR1.5、SRCCL和SROCC发布以来，科学界对气候变化知识最全面的更新。那么最新的IPCC AR6提供了哪些新认知呢？
应对地球可持续发展面临的气候与环境挑战，需要将知识转化为行动。IPCC AR6指出，若进行快速的温室气体减排并在2050年达到CO2净零排放，本世纪末全球升温低于2ºC是极可能的，使升温低于1.6ºC并在本世纪末降低到1.5ºC以下也较为可能。今年11月1-12 日，联合国气候变化大会COP26将在英国格拉斯哥召开，会议的目标是完成《巴黎协定》实施细则遗留问题的谈判，促进《巴黎协定》全面、平衡和有效实施，推动构建一个公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。业已发生的气候变化无法挽回，但气候的未来可以改变，我们今天的行动，决定着地球气候的未来。
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Perspective | 暴露组学：解析人类健康的密钥
“暴露组学”是揭示人类疾病病因的前沿科学，目前其理论和实际应用仍存在诸多问题。为明确暴露组与人类健康的关系，本研究提出通过划分关键时间窗口开展暴露组学研究的思路，这对于揭示影响人类疾病的关键环境暴露因素，以及针对易感人群采取有效的疾病预防措施，均具有重要的科学意义。
该研究对于未来暴露组学的发展方向提供了新思路。通过整合多学科的知识开发下一代人体健康风险评价技术，包括流行病学、临床医学、化学、环境科学、社会经济学、毒理学等多学科的特色和优势，相信暴露组学研究一定会迎来蓬勃发展，为人类全面了解疾病病因做出重要贡献。
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Commentaries | 嫦娥五号月球样品揭示月球“长寿”之谜
2020年11月24日，嫦娥五号在中国文昌航天发射场点火升空，并于2020年12月17日，从月球风暴洋北部带回了1731克月壤样品，这是时隔44年人类再次从月球采样返回。嫦娥五号样品与美国阿波罗和前苏联月球号样品有什么不同，它又能给我们带来哪些新的科学发现呢？
嫦娥五号玄武岩大约形成于20亿年前，是已获得的最年轻的月球岩石，该年龄填补了月球历史的空白，为陨石坑定年提供了关键的锚定点，同时也证明了月球火山活动的持续时间比过去认为的要长8-9亿年。同时，月球火山活动持续如此之久的原因，既不是月幔源区富含放射性生热元素热源，也不是富含水降低了熔点。因此，我们需要重新考虑月球的热演化模型，这为未来月球的探测和研究提供了新方向。
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Article | 新冠病毒源于自然界的科学证据
肆虐全球的新冠病毒是否起源于自然界是目前国际上的一个争议热点。由于科学家们尚未从野生动物中成功分离得到与新冠病毒足够相似的病毒，因此，实验室起源的可能性被反复提及。本研究通过对新冠病毒基因组突变特征的分析，在缺少野生动物近源病毒的情况下，推断其进化历史，为该病毒源于自然界这一推断提供重要证据。
本文作者们开发了一种根据突变特征推测病毒进化历史的方法，通过实证研究为新冠病毒的自然起源提供了公开透明的数据支持。展望未来，病毒的溯源不但可以帮助人们建立规避潜在疫情的行为指南，也可以减少病毒起源相关的流言给人们带来的困扰，帮助国际社会消除由病毒起源相关争论造成的隔阂。
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Reports | 小叶子大学问: 热带气候与神秘的森林物候策略
热带森林对陆地生态系统总生产力的贡献约为25%，通过植物蒸腾作用将约75%的降水返回到大气圈，对调节全球碳水循环、稳定全球气候和保护地球生态安全极其重要。“物候”是指生物长期适应光照、降水、温度等条件的周期性变化，形成与此相适应的生长发育节律。它在调控全球碳循环和水循环过程中扮演着重要角色，是全球变化领域的研究热点之一。然而，植物物候与全球气候密切相关，高纬落叶林主要受温度调控，具有明显的物候期，热带常绿阔叶林常年落叶、常年长新叶，物候期规律不显著，潜在的气候驱动机制较为复杂。目前，国际全球动态植被模型计划（Dynamic Global Vegetation Model Projects）中的10多个陆面过程模型均未能准确模拟热带常绿阔叶林的物候规律。
那么，复杂的热带气候系统到底孕育着怎样神秘的森林物候策略呢？今天，我们就从一片小小的叶子的出生和凋落说起，来揭示整个热带/亚热带地区常绿阔叶林物候的大格局。
热带森林物候对全球气候变化起着重要的调节作用。该研究提出了热带常绿阔叶林落叶和生长的气候控制框架，揭示了雨热同期、雨热异期和近赤道区域三种典型的气候—物候关系机制，并呈现了这三种气候—物候节律在整个热带/亚热带的分布格局，加深了对热带常绿阔叶林物候适应策略的理解，为改进全球动态植被模型提供了理论依据，也对深入评估全球变暖背景下增加的气候变率和水汽输送对热带森林生态系统的影响具有重要意义。
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Reports | 人类活动导致全球湖泊氮积累增加
通过化肥施用、豆科作物种植和化石燃料燃烧，人类每年向陆地生态系统中输入超过1亿吨活性氮(除了氮气之外具有生物和环境活性的氮素)。这些活性氮都去哪了？生态系统中活性氮输入过量的话，可能产生级联反应，带来严重的环境和健康问题(例如PM2.5和水体污染，人类呼吸和消化系统癌症等)。因此，活性氮的去向一直在氮素生物地球化学循环研究中备受关注。本研究首次系统量化了全球湖泊（含水库，下同）沉积物中积累的活性氮量，发现目前在全球湖泊沉积物中每年积累活性氮近千万吨。当前氮积累的速率是工业革命前的2倍，反映出人类活动对湖泊氮积累的加速作用。
湖泊氮积累是一种有机主导过程，故其积累速率受人类活动和气候影响较大。人类活动增加了氮素来源，温度增加则有利于提高陆地生态系统的生产力，从而将更多的无机氮与碳同化为有机质，输入并埋藏于湖泊沉积物中。外源输入的有机质与河流运移有关，导致湖泊氮积累也受降雨的影响。随着全球人类源氮输入的持续增加，湖泊氮积累速率也随之增加，导致沉积物中碳氮比下降，而氮磷比上升。为更加精准地分析氮素的去向，需要将湖泊氮积累纳入到流域及全球氮平衡研究中，从而为优化氮素管理提供理论支撑。未来通过优化农业氮素使用，控制工业和交通的氮氧化物排放等手段，可有效减轻氮污染的环境健康效应。
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Reports | 钴铁合金新型催化材料助力碳中性航空燃料合成
要实现碳达峰、碳中和目标，除了要提高能源效率，还需要对能源消费中产生的CO2进行捕获再利用。与汽车行业不同，航空业很难在未来几十年里仅依靠动力电池和氢气燃料驱动来实现完全脱碳，因而迫切需要开发碳中性喷气燃料合成的技术。借助可再生能源获取电能和电解水制得的氢气可将CO2热催化转化成各种燃料与化学品，但CO2直接合成碳链长度为C8-C16高碳燃料挑战巨大。
Na修饰的CoFe合金有利于C-C偶联并具有适中的碳链增长能力，使得产物分布集中于C8-C16。Na的引入与CoFe合金结构的形成均可有效改善反应性能。此外，减小CoFe纳米颗粒尺寸将进一步提升反应活性。该工作不仅开发了一种具有工业应用前景的合成碳中性喷气燃料的催化材料，将助力航空业实现碳中和。还通过实验与理论有机结合的手段，更好地理解了这一复杂的反应网络，有助于实现更高效的催化过程设计。
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Reviews | “翩翩起舞”的石墨烯
电驱动器是一种对电刺激迅速做出可视化形变响应的器件，具有响应速度快、精确度高等突出优点。石墨烯具有独特的物理化学性质（如：优异的导电、导热、机械性能等），是制备电驱动器的理想材料。本文总结了近年来基于石墨烯材料的主流电驱动器，主要包括静电型、电热型、离子型等，并讨论了石墨烯电驱动器在未来发展中的机遇与挑战。
本文归纳总结了近年来基于石墨烯及其衍生物电驱动器的研究进展。从致动原理、发展历程、制备方法、工作性能等角度对典型石墨烯电驱动器进行了概述。此外，还对此类器件的新兴潜在应用，如：人造肌肉、仿生机器人、人机交互和智能系统等进行了总结。最后讨论了石墨烯电驱动器发展面临的挑战和未来的前景。
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Reviews | 人工智能：科学研究新范式
“机器能思考吗？” 人工智能的目的是让机器模仿人的思考和行为，包括学习、推理、预测等。
“机器能促进基础研究吗？” 人工智能在深刻影响并改变基础科学的研究范式。
“人工智能如何赋能基础研究？” 基于科学大数据的自主涌现，加速了科学发现过程。
本文系统综述了AI技术在系列基础科研中的发展和应用；AI仍然在算法安全、数据依赖、场景强相关等方面存在诸多问题；亟需突破AI模型训练和测试数据必须符合分布一致性的数理基础；不断基于新数据训练，会导致灾难性“遗忘”，终身学习成为趋势。
AI is with us to see the unseen and change the unchanged.
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Reviews | 碳中和技术与前景
随着化石燃料的大规模使用、森林砍伐和土地利用方式的变更，人类活动导致大气中的温室气体浓度不断增加，引起全球气候变暖。为应对日益严峻的气候挑战，力争在本世纪中期实现碳中和是全球共同的使命。实现碳中和的路径是什么？实现碳中和的技术突破方向是什么？如何监测和计量碳排放？本文汇聚来自8个国家、52个单位的58位学者（8位院士），系统评述了碳中和技术及前景，为全球实现碳中和提供支撑。
世界正朝着碳中和迈进，未来需构建以清洁能源为主体的新型电力系统，实现一次能源有序减量替代和可再生能源的大规模应用；统筹生态系统保护和固碳功能，推进基于土地利用与食物生产变革，提高陆海一体生态碳汇；优化生物炭生产和生命周期过程，制定标准推进低碳产业发展；利用多联产技术、化学链燃烧技术、化石燃料与可再生能源互补技术，解决CCUS技术推广高能耗高成本障碍；发展新型卫星，全面监测温室气体排放和陆海碳汇，星地协同增强碳收支核算能力。全球须通力合作、技术共享，以早日实现碳中和与可持续发展。
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1974年，我们出版了首本旗舰期刊《细胞》。如今，CellPress已发展为拥有50多本期刊的全科学领域国际前沿学术出版社。我们坚信，科学的力量将永远造福人类。
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