科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院丨从受损神经元到神经血管损伤放大 EHJ再次聚焦深圳先进院DKK2卒中研究

近日，中国科学院深圳先进技术研究院牵头完成的DKK2卒中研究再获关注：国际心脑血管领域权威期刊European Heart Journal（EHJ）在2026年7月21日出版的第47卷第28期中，通过"Issue @ a Glance"栏目再次重点介绍该研究，并将其结构化图文摘要作为专题文章Figure 2整版刊载。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）牵头完成的DKK2卒中研究再获关注：国际心脑血管领域权威期刊European Heart Journal（EHJ）在2026年7月21日出版的第47卷第28期中，通过"Issue @ a Glance"栏目再次重点介绍该研究，并将其结构化图文摘要作为专题文章Figure 2整版刊载。该专题文章题为“The fascinating evolution of vascular biology: novel mechanisms leading to new therapeutic targets”，由Filippo Crea撰写，围绕血管生物学、血管医学与脑健康领域的前沿进展，遴选并介绍本期具有代表性的研究成果。文章以较大篇幅概述了DKK2调控卒中后神经血管损伤的主要发现，并指出其兼具治疗靶点和潜在循环标志物价值。“Targeting DKK2 represents a promising therapeutic approach to ischaemic brain injury.” 期刊导读认为：靶向DKK2是缺血性脑损伤中具有前景的治疗方向。此前，团队已在EHJ“Translational Science”栏目发表原创论文，揭示神经元来源DKK2通过抑制Wnt/β-catenin信号，同时加重神经元死亡和血脑屏障破坏。（延伸阅读>>超链接 https://mp.weixin.qq.com/s/lzg_YvHwai8nqf2qWjoEuQ）论文随后获EHJ配发专门Editorial，将DKK2概括为卒中的“neurovascular modulator”。有关研究机制此前已作专题报道，本次该成果再次入选“Issue @ a Glance”，并以整版图文摘要再次呈现，形成“原创研究—专家评述—期刊导读”的三层次学术传播。受损神经元并非只是“受害者”传统观点通常将卒中后的神经元视为缺血损伤的被动承受者。该研究进一步提出，部分尚未死亡的受损神经元也可能主动释放病理信号，改变周围血管和神经细胞的命运。研究团队通过神经元特异性DKK2过表达和敲低、全身及脑内DKK2干预、基因敲除和中和抗体治疗等多种实验策略，建立了较为完整的证据链：神经元来源DKK2既通过自分泌作用加重神经元自身损伤，也通过旁分泌作用抑制脑血管内皮细胞Wnt信号、破坏血脑屏障，从而形成神经元损伤与血管损伤相互放大的病理环路。研究还发现，缺血条件下神经元DKK2的表达受到核受体RXRα调控，进一步构建了“RXRα—DKK2—Wnt/β-catenin”神经血管损伤调控轴。“DKK2 thus emerges not only as a potential biomarker of evolving neurovascular injury but also as a promising therapeutic target.” 专门Editorial指出：DKK2既可能成为进展性神经血管损伤的潜在标志物，也可能成为具有前景的治疗靶点。 “这项研究关注的不只是卒中后某个分子是否升高，更重要的是，受损神经元是否会反过来改变脑血管和周围神经组织的命运。”深圳先进院医药所马寅仲副研究员表示，“DKK2把神经元死亡和血脑屏障破坏连接在同一个病理过程中，也为卒中后持续性脑损伤提供了新的解释。”同一分子的两个潜在转化出口除机制研究外，该成果还展现出血液检测与抗体治疗两方面的转化潜力。在接受血管内取栓治疗的缺血性脑卒中患者中，研究团队对血清DKK2进行了动态检测。结果显示，取栓后72小时DKK2水平较高的患者，往往具有更大的脑梗死体积，并更容易出现脑出血及较差的远期神经功能结局。这提示，DKK2可能成为反映再通后神经血管损伤持续进展的循环标志物。 EHJ配发的Editorial将其概括为“a potential biomarker of evolving neurovascular injury”。不过，现阶段临床样本量仍有限，DKK2作为卒中风险评估指标的稳定性、适用人群和临床阈值，还需要在更大规模、多中心队列中进一步验证。另一方面，DKK2基因敲除及中和抗体治疗均能够缩小动物脑梗死体积、减轻血脑屏障渗漏并改善神经功能。因此，DKK2可能形成两个相互衔接的转化方向：一端用于识别持续性脑损伤和不良预后高风险患者，另一端作为中和抗体等药物的干预靶点。从急性期脑保护走向全病程研究国际专家在肯定研究意义的同时，也提出了下一阶段需要回答的重要问题。卒中急性期，血脑屏障破坏会加重脑水肿和出血性转化；而在恢复期，血管重塑、新生血管形成和神经可塑性又是脑功能恢复的重要基础。DKK2在急性损伤期和慢性修复期是否具有不同作用，早期抑制DKK2是否会影响后期血管重塑，以及老龄、糖尿病、动脉粥样硬化、药物使用和性别差异是否会改变DKK2干预效果，均需要进一步研究。围绕这些问题，研究团队正在进一步开展DKK2临床队列验证、中和抗体优化及治疗时间窗研究，推动其从机制发现向风险评估和靶向干预延伸。马寅仲表示：“原创论文、国际专家Editorial和期刊专题导读的连续关注，是对研究科学问题和转化方向的进一步肯定。下一阶段，我们将更加关注DKK2在不同卒中阶段中的动态作用，明确其最佳检测时间和干预窗口，推动检测产品和中和抗体的进一步开发。”该研究由深圳先进院牵头完成，承担总体研究设计和主要基础实验工作；南方医科大学附属东莞医院、南方医科大学南方医院等单位完成患者样本收集和临床分析；吉林大学第一医院及深圳先进院脑认知与脑疾病研究所等团队为研究提供了重要支持。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及广东省、深圳市科技项目等资助。图1. European Heart Journal最新“Issue @ a Glance”专题文章首页。该文聚焦血管生物学、血管医学与脑健康领域的新机制及新治疗靶点。图2. EHJ“Issue @ a Glance”专题文章再次整版刊载DKK2研究图文摘要。图中显示，神经元来源DKK2抑制神经元和血管内皮细胞中的Wnt/β-catenin信号，进而加重神经元死亡、血脑屏障破坏和不良结局。图3. EHJ为该研究配发的专门Editorial及其图文摘要。Editorial将DKK2定义为卒中的神经血管调节因子，并从急性损伤、抗体干预和慢性修复等方面讨论其转化前景。

2026-07-28

东莞材料所 | 轨道霍尔与自旋霍尔协同作用实现高效电控磁

自旋电子学面临的核心挑战之一，是如何通过电学手段高效操控磁矩，其关键在于自旋流的高效产生。传统上，自旋霍尔效应（SHE）被视为产生自旋流的主要机制，通过电荷流与自旋流的相互转换来实现磁化翻转。然而，自旋霍尔效应存在显著的局限性：一方面，其自旋轨道耦合强度通常受限于材料的重元素掺杂浓度和能带结构，导致自旋霍尔角难以大幅提升；另一方面，自旋流在输运过程中伴随严重的焦耳热耗散，且自旋扩散长度有限，使得临界翻转电流密度居高不下（通常在106–107 A/cm2量级），严重制约了器件的能效和集成密度。更为棘手的是，在SHE框架下，自旋力矩与材料电阻率呈正相关，即自旋霍尔角越大，电阻率越高，同时加剧了热损耗，形成“高力矩与低能耗”之间的根本矛盾。近年来，轨道霍尔效应（OHE）的发现，成为极具吸引力的替代方案。与自旋霍尔效应不同，OHE利用电子的轨道角动量而非自旋角动量进行输运，其优势首先在材料源头，轨道角动量在轻质元素（如Ti、Cr、Cu）中即可产生强烈的响应，无需依赖重元素，从而大幅降低了材料成本与工艺复杂度。更重要的是，近期研究揭示了一种非常规的标度关系，在OHE中，随着电阻率的减小，轨道力矩反而增强，这与自旋霍尔效应的行为完全相反。这一反常标度关系意味着，通过选用高导电性（低电阻率）的轨道霍尔材料，可以在显著降低焦耳热的同时获得更强的自旋力矩，从而从根本上打破传统SHE的“力矩-能耗”权衡困境。利用这种标度关系，可以大幅降低磁化翻转过程中的临界翻转电流密度和能耗密度，较传统SHE器件可降低一个数量级以上。针对传统自旋霍尔效应（SHE）中“高力矩与低电阻率不可兼得”的矛盾，电子信息材料与器件研究部与非晶材料研究部合作，创新性地设计了非晶NiNb合金体系。将具有强轨道霍尔效应（OHE）的Nb与具有强自旋-轨道耦合（SOC）的Ni进行合金化，并巧妙利用从晶体到非晶的结构无序化——非晶态打破了长程有序晶格对原子尺度轨道角动量的束缚，显著削弱了晶体场对轨道极化的淬灭效应，使得Nb原子中原本被抑制的轨道角动量得以充分释放并参与输运。在此基础上，通过系统调控Ni/Nb化学计量比，研究团队实现了轨道霍尔效应与自旋霍尔效应的深度协同增强。理论计算表明，在等原子比（Ni₄Nb₄）构型中，Ni与Nb的态密度在费米面处高度匹配，轨道杂化最强，使得自旋霍尔电导率（SHC）和轨道霍尔电导率（OHC）同时攀升至峰值。实验数据进一步验证，非晶NiNb合金的自旋-电荷转换效率高达1.4–1.7，较传统Pt、Ta等重金属SHE材料提升近一个数量级，且电荷-自旋转换效率随电阻率呈现非单调依赖关系，这一反常行为与SHE体系中的正相关标度截然不同，表明非晶无序散射对轨道流和自旋流具有协同调控作用，为超越传统SHE的自旋流产生开辟了全新的物理设计维度。更为重要的是，本工作揭示的非本征散射，即非晶合金中原子级无序和局域化学波动引发的动量弛豫，在轨道霍尔效应中扮演了“杠杆”而非“阻力”的关键角色。无序化不仅削弱了晶体场对轨道角动量的淬灭，还通过增强轨道宇称混合和费米面拓扑重构，使轨道极化效应更为显著，从而有效放大了轨道力矩的输出。基于这一物理认知，团队提出了一种全新的器件设计范式：无需依赖昂贵的单晶或多晶外延薄膜，仅通过调控非晶合金的组分无序度和散射强度，即可设计轨道响应与电阻率之间的协同关系，实现“低电阻率+高自旋力矩”的理想组合。实验证明，在NiNb/CoTb垂直磁各向异性器件中，将临界翻转电流密度降至3.24×106 A/cm2，较传统Pt/CoTb体系（~4×107 A/cm2）降低逾一个数量级，能耗密度同步下降。该工作不仅为高能效轨道电子器件（如轨道力矩磁随机存储器和逻辑门）提供了灵活、可规模化的材料解决方案，更从基础物理层面确立了“无序化工程”作为优化电荷-自旋转换效率的方式，有望推动新一代低功耗自旋电子学向实用化迈出关键一步。图 NiNb合金中，非常规的电荷-自旋转换效率与电阻率的标度关系及高效的自旋力矩驱动垂直磁化翻转相关研究成果以“Efficient Current-Driven Perpendicular Magnetization Switching Through the Synergy of the Orbital and Spin Hall Effects”为题发表在Advanced Science期刊，中国科学院东莞材料科学与技术研究所为论文第一单位，吴闯文博士后、周靖副研究员和范轶博博士后为论文第一和共同第一作者，吴昊研究员和柯海波研究员为论文通讯作者。该工作得到了得到国家重点研发计划（2022YFA1402801）、国家自然科学基金（52271239、 12304149 和 52311530674）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515140117 和 2024A1515110196）、广东省量子科学战略专项（GDZX2302003、GDZX2301002、GDZX2402001 和 GDZX2301001）的支持。文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.76805来源：电子信息材料与器件研究部

2026-07-30

深圳先进院丨研究提出伏隔核神经元调节低氧诱发的行为与代谢异

慢性低氧不仅影响呼吸和心血管功能，也常引发焦虑样行为及能量代谢改变。然而，大脑如何协调慢性低氧条件下的情绪与代谢适应，仍有待进一步阐明。近日，中国科学院深圳先进技术研究院杨帆研究员、屠洁研究员团队与厦门大学附属第一医院倪国新教授合作，在神经科学专业期刊Neuroscience Bulletin发表题为"Nucleus Accumbens D1 Receptor Neurons Contribute to Emotional and Metabolic Adaptation to Chronic Hypoxia"的研究论文。研究基于模拟高原慢性低氧小鼠模型，结合行为与代谢表型分析、全脑神经活动筛选、细胞类型特异性操控及运动预适应干预，发现伏隔核壳区D1受体神经元在慢性低氧适应中发挥重要作用。研究发现，模拟高原慢性低氧可诱发小鼠明显的焦虑样行为，并引发行为活动状态和能量代谢的协同改变。这种变化并非单一行为异常，而是涉及情绪、行为和代谢的综合适应过程。全脑c-Fos活性筛选进一步提示，伏隔核壳区（Nucleus accumbens shell, NAcSh）是关联低氧、情绪与代谢变化的重要脑区之一。在此基础上，研究团队发现慢性低氧伴随NAcSh区域D1受体相关信号下降，而在Drd1a-Cre小鼠中特异性增强NAcSh D1R神经元兴奋性后，可缓解低氧诱发的焦虑样行为，调节部分相关代谢表型。这提示NAcSh D1R神经元可能是慢性低氧适应中的重要调控节点。此外，慢性低氧前进行中等强度运动预适应，能够改善后续焦虑样行为，部分恢复NAcSh区域D1受体表达水平，为理解运动提高低氧适应能力的机制提供了新的线索。综上所述，本研究从细胞类型层面揭示了伏隔核壳区D1受体神经元参与慢性低氧情绪与代谢适应的机制，为高原及慢性低氧相关状态下的主动健康干预研究提供了实验依据。中国科学院深圳先进技术研究院杨帆研究员、屠洁研究员和厦门大学附属第一医院康复医学科倪国新教授为论文共同通讯作者，陈妍和邵杰为共同第一作者。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重大项目和面上项目、深圳市医学研究专项资金等项目的资助，并受深港脑科学创新研究院支持。研究示意图原文链接

2026-07-28

深圳先进院｜定量合成生物学全国重点实验室开发可编程真菌活体纺织材料平台

在真菌材料底盘的选择上，研究团队采用了蛹虫草。蛹虫草在液体培养中能够形成由大量菌丝相互缠绕而成的菌丝球。这些菌丝球既保留生物活性，又可以作为独立的模块化构建单元进行收集、塑形和重新组装，因而更适合制备形状可控的二维和三维材料。同时，蛹虫草菌丝可在温和加工后保持一定的再生能力，为材料成形后的表面生长和功能调控提供了基础。自然界中，丝状真菌通过菌丝的生长和缠绕形成连续网络。若能在材料成形后保留这种生命活性，材料便可能进一步获得环境响应、表面更新和损伤修复等功能。然而，现有菌丝材料通常需要经过干燥、加热或化学交联，往往在获得稳定结构的同时失去生物活性。如何兼顾宏观成形、力学性能和生物可编程功能，是工程活体材料领域的重要挑战。针对这一挑战，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所钟超团队于北京时间2026年7月25日在Science Advances发表题为"A programmable fungal platform for engineered living textiles"的研究论文。研究团队以蛹虫草菌丝为结构底盘，构建了一种可成形、可功能化并保留生物响应能力的活体纺织材料平台(图1)。在真菌材料底盘的选择上，研究团队采用了蛹虫草。蛹虫草在液体培养中能够形成由大量菌丝相互缠绕而成的菌丝球。这些菌丝球既保留生物活性，又可以作为独立的模块化构建单元进行收集、塑形和重新组装，因而更适合制备形状可控的二维和三维材料。同时，蛹虫草菌丝可在温和加工后保持一定的再生能力，为材料成形后的表面生长和功能调控提供了基础。基于上述特性，研究团队首先将蛹虫草培养形成的菌丝球放入模具并温和干燥。相邻菌丝依靠自身网络逐渐结合，形成无需额外支架或胶黏剂的连续片材。针对材料初始状态较脆的问题，团队采用甘油进行增塑，使片材能够折叠、扭转、裁剪和缝制。四条窄片扭成的细绳可承载1千克重物，展示了材料在柔韧性与结构强度之间的平衡。在此基础上，团队采用结构底盘与功能模块分工的设计思路，引入工程酿酒酵母为材料着色。通过在酵母表面展示几丁质结合结构域，酵母可以稳定附着于菌丝网络，并产生浅蓝、红、橙和深紫等颜色，且不会明显削弱材料的力学性能（图2）。材料中保留活性的蛹虫草菌丝还可在营养和湿度条件下重新生长。研究人员通过局部添加营养液，使气生菌丝按照预设区域形成图案。气生菌丝特有的微观结构还赋予材料约145°的水接触角，形成疏水表面，使污水液滴能够迅速滚落，实现无需合成涂层的自清洁功能。对于较大的缺损，新鲜菌丝球可被填入受损区域，并通过再次生长恢复结构及表面功能。团队进一步将黑曲霉作为另一种功能模块，使其在片材表面形成富含黑色素的气生菌丝层，从而增强材料的紫外吸收和抗氧化能力。该策略表明，不同微生物可以根据自身特性，为同一真菌材料平台提供可替换的功能。为展示材料的加工和组合能力，研究团队将不同颜色和表面功能的菌丝片材裁剪、缝制成裙装原型。裙装主体采用工程酵母着色的片材，领部呈现经营养诱导形成的菌丝图案，裙摆则覆盖具有自清洁特性的气生菌丝，展示了材料模块化设计和加工的可行性（图3）。该研究建立了一个连接菌丝生长成形、材料加工和模块化生物功能的活体材料平台。现阶段，该材料更适合可降解包装、艺术纺织品和临时展示材料等使用周期可控的场景。其规模化制造、耐磨性、耐洗性和长期环境稳定性仍需进一步优化。论文作者指出：“通过连接结构形成与持续代谢活性，我们构建了一类兼具可编程性、环境响应性和内在可持续性的生物制造系统。”这一研究为环境、医疗和建筑等领域的自适应活体材料提供了新的设计框架。本研究由中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所与深圳市朴飞生物科技有限公司‌（PEELSPHERE GMBH）合作完成。钟超研究员团队李柯助理研究员为论文第一作者，钟超研究员、安柏霖副研究员和王新宇副研究员为共同通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院为第一完成单位。研究获得国家重点研发计划合成生物学专项应急项目、国家杰出青年科学基金、深圳市医学研究专项资金、广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金青年项目、深圳市科技计划以及深圳合成生物学创新研究院等项目支持。原文链接图1. 蛹虫草菌丝组装形成柔性活体片材示意图图2. 工程酵母着色图3. 由不同功能菌丝片材组装而成的裙装原型

2026-07-28

深圳先进院 | 研究提出一种基于物理神经网络的射频成像算法以及在乳腺肿瘤检测增中的应用

围绕乳腺RF信号的智能诊断需求，中国科学院深圳先进技术研究院聂泽东研究员团队提出了基于 RF-BreastNet 的射频物理深度学习框架，相关成果发表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation国际TOP 期刊 "RF-BreastNet: An Augmented Hierarchical Feature Extraction Framework for Breast Tumor Detection, Localization, and Size Classification from RF Microwave Signals"。深圳先进院博士研究生 Saheed Salahudeen Abdullahi 为第一作者，聂泽东研究员为通讯作者。乳腺癌是全球女性面临的重大健康挑战之一，其有效防治高度依赖早期、可靠且可重复的诊断手段。传统乳腺影像技术，如乳腺X线摄影、磁共振成像和计算机断层扫描，虽然在临床诊断中发挥重要作用，但通常存在设备成本高、可及性受限、检查流程复杂或不适合频繁重复监测等问题。相比之下，射频（radio frequency, RF）射频成像与感知技术具有无电离辐射、低功耗、可小型化和潜在可穿戴化等优势，能够通过探测健康组织与肿瘤组织之间的介电特性差异，为乳腺疾病筛查与连续健康监测提供新的技术路径。围绕乳腺RF信号的智能诊断需求，中国科学院深圳先进技术研究院聂泽东研究员团队提出了基于 RF-BreastNet 的射频物理深度学习框架，相关成果发表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation国际TOP 期刊 "RF-BreastNet: An Augmented Hierarchical Feature Extraction Framework for Breast Tumor Detection, Localization, and Size Classification from RF Microwave Signals"。深圳先进院博士研究生 Saheed Salahudeen Abdullahi 为第一作者，聂泽东研究员为通讯作者。研究团队提出的RF-BreastNet能够直接从RF信号中提取关键特征，实现乳腺肿瘤检测、空间定位和尺寸分类三项任务的联合分析。与依赖复杂图像重建的传统流程不同，RF-BreastNet 面向 S 参数信号开展无重建分析，同时融合 S11 反射系数、S21 透射系数以及乳腺结构相关解剖元数据，使模型能够捕获空间传播、组织响应和介电特性变化等多维信息，从而提高乳腺肿瘤识别的准确性和鲁棒性。实验结果显示，RF-BreastNet 在乳腺肿瘤检测任务中的准确率达到 97.19%，肿瘤定位任务中的 R² 达到 93.37%，肿瘤尺寸分类准确率达到 98.35%。在多种数据增强策略中，幅度扭曲表现出最稳定且综合性能最优的结果，说明符合信号物理特性的增强方法对于提升微波乳腺成像分析性能具有重要价值。该研究展示了多模态射频信号感知与层级特征提取技术在无重建乳腺肿瘤分析中的应用潜力。RF-BreastNet 不仅能够判断肿瘤是否存在，还能够进一步估计肿瘤空间坐标并识别尺寸类别，为未来便携式、低成本、可重复的乳腺筛查系统提供了重要方法基础，尤其适用于基层医疗、资源受限地区和需要长期随访的健康管理场景。值得进一步关注的是，该研究的意义并不局限于乳腺肿瘤诊断。射频信号具有无电离、低功耗、可非接触/近场部署、对组织介电变化敏感以及较好隐私保护等特点，有望成为主动健康和具身智能系统中的重要感知模态。在主动健康场景中，射频传感可与可穿戴设备、床旁设备、智能座椅、居家养老终端或康复机器人结合，用于体征监测、组织状态评估、风险预警和干预反馈，推动健康管理从“被动检测”走向“连续感知—智能评估—闭环干预”。在具身智能场景中，射频感知可为机器人、机器狗和智能座舱提供不同于视觉、语音和触觉的身体状态感知能力，使其在保护隐私的同时更好地理解人体状态、接触关系和潜在健康风险，从而提升人机协作、居家照护、康复训练和安全防护等场景的适应性与可靠性。原文链接图1 RF-BreastNet 乳腺肿瘤诊断整体架构框架图2 乳腺RF成像数据采集系统

2026-07-28

南海海洋所 | 研究找到海参的“眼睛”

近日，中国科学院南海海洋研究所水产品种创制与高效养殖全国重点实验室、热带海洋生物资源与生态实验室胡超群/陈廷研究员团队与陕西师范大学刘洋教授团队合作，在海参光感受机制方面取得重要进展。相关研究成果以“A pentaradial and bilateral combined photoreception system in the sea cucumber is mediated by a blue light-sensitive r-opsin”为题发表于国际顶级综合期刊Advanced Science（IF=14.1）。中国科学院南海海洋研究所硕士生黄佳升、研究员任春华、硕士生秦洲、研究员罗鹏与陕西师范大学博士生崔一萌、硕士生张冰冰为论文共同第一作者，中国科学院南海海洋研究所研究员陈廷与陕西师范大学教授刘洋为论文共同通讯作者。动物的视觉多样性及其形成机制是进化生物学最热门的问题之一。在海洋无脊椎棘皮动物中，海胆、海星、蛇尾和海百合各有独特的视觉器官，而海参多在海底栖息爬行，虽然具有感光能力，但一直没有找到它们的“眼睛”。研究以南海广泛分布的玉足海参作为对象，本研究发现其对白光和蓝光均有明显的避光反应，对绿光和紫外光的避光反应较弱，而对红光则完全没有响应，其前端口触手、背部疣足和腹部管足为光敏感区域。棘皮动物的视蛋白家族虽然发生扩张，但具有感光功能的基因却发生收缩。在玉足海参成体中，仅有一个具有视黄醛结合位点的视蛋白在感光区域表达。该视蛋白为杆状视蛋白（r-opsin），具有蓝光光敏感性，最大吸收波长为459 nm，感光后能激活下游Gq信号通路。表达r-opsin的细胞分布于玉足海参前端、背部与腹部，形成了三种形态特化的光感受结构，即“触手眼”、“疣足眼”和“管足眼”。这些光感受器经由神经索连结，构成了一个完整的光感受系统，兼具五辐射对称动物的弥散型光感受模式与两侧对称动物前端集中光感受模式的特征。该研究通过“基因->蛋白->细胞->器官->系统”的反向思路，描述了海参独特的“眼睛”，为海洋生物视觉多样性与视觉演化机制提供了新认知，并可为通过光调控促进海洋牧场海参增养殖提供了理论依据。本研究由广东省自然科学基金、国家自然科学基金、广东省现代化海洋牧场适养品种核心技术攻关项目等共同资助完成。相关论文信息：Huang JS#, Ren CH#, Qin Z#, Cui YM#, Zhang BB#, Luo P#, Wang X, Xie YQ, Zhang X, Yan AF, Zhang Y, Fan DD, Liu Y(1), Pan WJ, Jiang X, Yuan LH, Qin HP, Irwin DM, Hu CH, Liu Y(2)*, Chen T*. A pentaradial and bilateral combined photoreception system in the sea cucumber is mediated by a blue light-sensitive r-opsin. Advanced Science (2026): e12095.原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202512095图1 海参的三种“眼睛”（触手眼、疣足眼、管足眼）图2 棘皮动物各个纲（海百合、蛇尾、海星、海胆、海参）光感受结构的比较

2026-07-29

东莞材料所 | 发布OpenGEM26有机分子数据集与GPTFF-mol力场——我国首个自主可控的小分子AI-ready数据资源

中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合中国科学院物理研究所，于7月23日正式发布开源有机分子数据集OpenGEM26（Open Generated Ensemble of Molecules, 2026）与配套机器学习势函数GPTFF-mol。该结果发布于：https://arxiv.org/abs/2607.21369。该数据集覆盖H、C、N、O、S、Cl六种元素，包含约20万种独特有机分子与440万种分子构象。OpenGEM26与GPTFF-mol的同步开源，标志着我国在有机分子人工智能势函数领域拥有了具备国际竞争力的自主数据资源，有效扭转了长期依赖海外数据平台的局面。数据，是人工智能驱动有机分子模拟研究范式的核心基础设施。作为AI for Science的重要方向，有机小分子AI力场是药物发现、催化设计、高分子合成与含能材料等关键领域的前沿工具。其规模化应用的关键，在于高质量、大体量的标准化训练数据集——数据集规模、元素覆盖、计算精度与构型多样性，共同决定了模型的精度上限与适用边界。过去十余年，欧美主要团队在该方向构建了一批标杆性数据集。2014年发布的QM9数据集核心论文累计被引逾3000次，收录约13.4万种含C/H/N/O/F五种元素、最多9个重原子的稳定小有机分子及其B3LYP/6-31G(2df,p)级别量子化学性质，长期作为机器学习分子势函数训练与考核的事实基准。2017年发布的ANI-1数据集核心论文被引约430次，从GDB化学空间枚举出约2000万种非平衡构象，并通过后续ANI-1x/ANI-1ccx以主动学习与迁移学习策略将参考精度推至耦合簇水平。然而，上述主流数据集存在三大共性局限：一是计算级别整体偏低（B3LYP为主），参考数据精度受限；二是元素覆盖普遍聚焦于C/H/N/O/F，而硫、氯两类在药物分子、催化体系与含能材料中扮演关键角色的有机元素则长期缺位。三是非平衡构象收录不足，使训练得到的势函数在化学反应过渡态、键断裂等远离平衡态区域普遍失效。图1. OpenGEM26数据集数据量和结构空间覆盖度远大于QM9数据集。在国内，有机分子领域长期缺乏规模化、有组织的AI-ready数据生产能力。高校、科研院所及产业界普遍依赖QM9、ANI等海外开源数据集进行模型训练，自建数据集在元素覆盖范围、计算精度级别和持续更新能力等方面，与国际水平相比仍有差距。特别是在面向有机小分子机器学习势函数的AI-ready训练数据方面，缺口较为明显。OpenGEM26的推出，填补了这一空白。图2. 通过降维可视化算法看出OpenGEM26数据集数据量和结构空间覆盖度远大于QM9数据集。OpenGEM26基于GDB-13分子库筛选构建，量子化学计算在ωB97X-D泛函下采用Def2-SVP基组完成初步优化，并以Def2-TZVP基组获取高精度参考结构，包括经验色散校正，整体精度优于QM9所采用的B3LYP级别。数据集完整保留了结构优化过程中每一步的力与坐标信息，并补充大量非平衡构象，使训练得到的势函数在化学反应过渡态区域具备泛化能力。键长、键角分布及降维可视化算法（t-SNE嵌入可视化）等多维对比表明，OpenGEM26在能量、键长、键角三个维度上的构型空间覆盖度均显著优于QM9，并覆盖QM9所不能及的非平衡态区域。在此基础上，团队基于前期发布的GPTFF图神经网络+Transformer通用无机材料力场框架，训练出有机分子专用势函数GPTFF-mol。该模型采用节点-边编码、三体相互作用模块与自动微分求力机制，将原子局部环境映射为原子能量贡献，求和得到体系总能。经测试集严格评估，GPTFF-mol能量预测精度优于1meV/atom，与高阶量子化学方法结果高度一致；力预测优于开源标杆ANI-2x，逼近当前国际最准确模型；推理速度较密度泛函理论计算快五至六个数量级。图3. GPTFF-mol 模型在测试集原子化能回归任务的平均绝对误差评估: 模型能量预测精度优于0.82meV/atom，力精度优于ANI-2x。在应用验证层面，团队以丁烷构象旋转与酮-烯醇互变异构两项经典有机反应为考题，让GPTFF-mol与ANI-2x、ET_qm9等模型进行对比。结果表明，GPTFF-mol准确复现了DFT级别势能面图像，并在过渡态及其邻近区域表现出稳健的预测能力，而基于QM9训练的同类模型已严重偏离。这一在远离平衡态区域的稳健泛化能力，对于药物合成路径设计、催化剂筛选与新型含能材料研发具有直接应用价值。GPTFF-mol与OpenGEM26的发布，是团队继GPTFF通用无机材料力场、Atomly材料科学数据库、MatChat材料科学AI智能体之后，在“AI+材料”全链条布局上的又一核心成果。至此，团队构建的数据-模型-应用三位一体基础设施已实现从无机晶体到有机分子的全栈覆盖，为我国在药物发现、催化设计、高分子及含能材料等关键领域的自主可控研发奠定坚实基础，同时也为全球相关研究者提供了高质量开源工具与基准数据集。技术文档地址：https://arxiv.org/abs/2607.21369GPTFF-mol模型：https://github.com/atomly-materials-research-lab/gptff/tree/main/pretrained/molecular来源：新材料数智化研究部

2026-07-28

南海海洋所 | 研究揭示海洋中尺度涡缓解了副热带北大西洋的低氧状态

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队，基于1993至2024年长达32年的连续现场观测资料，结合卫星高度计涡旋轨迹数据，系统揭示了中尺度涡旋对副热带北大西洋次表层氧最小层（Oxygen Minimum Layer, OML）的调制作用及其不对称性。相关成果以“Mesoscale eddies reorganize subsurface oxygen minimum layer in the subtropical North Atlantic”为题，发表于国际知名学术期刊 Geophysical Research Letters。该论文的第一作者为中国科学院南海海洋研究所硕士研究生张培亚，通讯作者为研究员何庆友。合作者包括研究员詹海刚、副研究员詹伟康、博士研究生刘云辰和胡义强，以及硕士研究生莫镇廷。海洋中的溶解氧不仅是维持海洋生物生存的基础物质，也是调控海洋生物地球化学循环的关键环境因子。在距离海面数百米至千米的海洋内部，通常存在一个溶解氧浓度显著低于上、下层的区域，即氧最小层。该层的深度、厚度和含氧量直接影响中层海洋生物的栖息环境、垂直迁移行为以及全球海洋脱氧过程的演变态势。海洋中尺度涡旋是全球海洋中最普遍、最活跃的动力过程之一。涡旋能够通过垂向抽吸、水平输运和物质裹挟等过程，显著改变各类要素的分布。然而，中尺度涡旋是否能够系统性地改变氧最小层的垂向结构，以及不同极性的涡旋是否具有差异化的影响，长期以来缺乏基于观测数据的系统性定量评估。研究团队利用百慕大大西洋时间序列研究站（Bermuda Atlantic Time-series Study, BATS）1993至2024年间积累的5238条高垂向分辨率船载CTD溶解氧观测剖面，结合AVISO多卫星融合涡旋轨迹产品，对涡旋内部和外部的氧垂向结构进行了系统对比分析。研究发现，中尺度涡旋所诱导的溶解氧异常主要集中在500至1000米的次表层，其异常幅度远大于海表，并呈现出清晰的垂向偶极子结构。在反气旋涡内部，氧最小层以上表现为溶解氧正异常，以下为负异常；气旋涡则恰好相反。这种垂向偶极结构的形成，与涡旋引起的等密度面垂向位移（isopycnal heaving）密切相关，并与该海域氧最小层背景中心深度约800米的垂向梯度分布高度吻合。图1 反气旋涡(AE)和气旋涡(CE)内部温度、盐度、密度和溶解氧异常随归一化距离和深度的垂向断面。叠加等值线为背景场均值。针对氧最小层结构特征的分析表明，反气旋涡可使氧最小层的中心深度下移约100米，同时使其厚度减少约30%，层内平均溶解氧和最低溶解氧浓度分别提升约3%至6%。气旋涡则使氧最小层整体上移约100米，但同时伴随微弱的变薄和增氧趋势。这意味着两类涡旋对氧最小层的调制效应并非相互抵消，而是共同指向同一个方向：缓解低氧。反气旋涡通过下压等密度面，将相对富氧的水体带入氧最小层，同时抑制了该层内的呼吸作用耗氧，从而产生显著的增氧效应。气旋涡虽然将低氧水体向上抬升，但在该海域相对富氧的背景条件下，并未表现出加剧低氧的趋势。两个效应叠加的结果是，涡旋活动整体上使该海域次表层氧最小层的低氧状态得到了缓解。图2 涡旋对OML厚度、平均氧、最低氧和深度的影响随归一化距离的变化。红、蓝、黑线分别代表反气旋涡、气旋涡和背景条件，竖线为标准差。虚线表示背景等密度面间距变化。研究进一步对氧异常的驱动机制进行了定量分解，结果显示，等密度面起伏可解释超过80%的溶解氧异常方差，表明物理动力过程是控制氧最小层变化的主导因素；而沿等密度面的物理输运与混合以及生物地球化学消耗与生产等过程（统称为spicing）的贡献相对较小。这意味着，涡旋主要通过物理方式重新排列水团的空间位置，而非依赖生物耗氧或产氧过程的变化来改变氧最小层的结构。研究还发现，涡旋特征对其缓解效应具有显著影响。对于反气旋涡，涡旋振幅越大、旋转速度越快、非线性越强，其所引发的氧最小层变薄、下移和增氧效应就越显著。具体而言，涡旋振幅每增加10厘米，氧最小层厚度减少约20米，深度下移约50米，最低溶解氧提升约1.5微摩尔每千克，平均溶解氧提升约1.9微摩尔每千克。对于气旋涡，涡旋特征变化对氧最小层的影响则相对有限，这也进一步解释了为何反气旋涡在整体缓解效应中占据主导地位。近年来，全球海洋持续脱氧已成为国际海洋科学研究的前沿热点议题，氧最小层的演变直接关系到中层海洋生态系统的稳定性及海洋生物的栖息环境质量。本研究深化了对中尺度涡旋调控海洋内部氧循环机制的科学认识，为理解全球海洋脱氧过程、评估海洋中层生态系统对环境变化的响应以及改进海洋生物地球化学模式的物理参数化方案提供了重要的观测依据。该研究获得国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、广东省重点人才项目、广东省自然科学基金等联合资助。论文信息：Zhang, P., Zhan, W., Mo, Z., Liu, Y., Hu, Y., Zhan, H., & He, Q. (2026). Mesoscale eddies reorganize subsurface oxygen minimum layer in the subtropical North Atlantic. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL123350.文章链接：https://doi.org/10.1029/2026GL123350

2026-07-22

南海海洋所 | 研究揭示内波沉积作用控制南海北部海底滑坡复发机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、边缘海与大洋地质实验室海底地貌与沉积动力学学科组，在海底滑坡软弱层成因机制研究方面取得重要进展。相关成果以"Recurrent submarine landslides preconditioned by internal waves impacting gentle continental slopes"为题，发表于Nature Index期刊《Earth and Planetary Science Letters》。副研究员敬嵩为论文第一作者，研究员李伟为通讯作者。合作者包括英国卡迪夫大学教授Tiago M. Alves、德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心教授Christian Berndt、意大利国家海洋学与实验地球物理学研究所研究员Michele Rebesco。海底滑坡是大陆边缘最严重的地质灾害之一，可引发破坏性海啸。大型滑坡常发生于坡度极缓的大陆坡上，其反复失稳受控于低抗剪强度的"软弱层"。已有研究多将软弱层归因于浊积岩、火山灰等事件沉积，但对内波等海洋动力学过程的潜在贡献认识不足。南海北部是全球内波活动最强烈的海区之一，向西传播可影响水深超过1500米的海底，但内波沉积能否形成软弱层并控制滑坡反复发生，此前尚不清楚。研究团队利用约1800平方公里高分辨率三维地震数据，在南海北部白云滑坡复合体上陆坡区识别出此前未被发现的海底滑坡，将不稳定区面积扩大约700平方公里。研究发现，南、北两个滑坡复合体均沿同一层段反复滑动，该层段内发育两组沉积物波，波长160至260米，波高1.5至3米，由相对粗粒沉积物组成，明显区别于背景细粒沉积。通过古海洋学分析、临界坡角计算和敏感性测试，研究团队证实这些沉积物波形成于内波在大陆坡的耗散过程，并提出内波耗散促进粗粒沉积物波发育，这些粗粒层在地震和流体超压作用下易于液化、失稳，演化为控制滑坡反复发生的软弱层。本研究首次揭示了内波沉积作用在海底滑坡软弱层形成中的关键角色，表明在受强内波影响的大陆边缘，内波沉积应被视为软弱层形成和长期海底失稳潜在因素，对全球大陆边缘地质灾害评估具有重要指导意义。该研究得到国家自然科学基金、海南省自然科学基金、广州市基础和应用基础研究项目、广东省基础和应用基础研究基金、中国科学院南海海洋研究所发展基金等联合资助。论文相关信息：Jing, S., Li, W., Alves, T.M., Berndt, C., Rebesco, M. Recurrent submarine landslides preconditioned by internal waves impacting gentle continental slopes. Earth and Planetary Science Letters, 691 (2026) 120234.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120234图1 内波控制海底失稳模式图

2026-07-23

华南植物园揭示季节变化重塑亚热带森林土壤微生物养分限制新机制

中国科学院华南植物园恢复生态学团队近日在亚热带森林土壤微生物代谢限制机制研究方面取得新进展。研究发现，季节性水热变化能够重塑海拔梯度对土壤微生物代谢限制的调控格局：旱季微生物代谢以碳限制为主，雨季则转向更强的磷限制，且这种磷限制随海拔升高进一步增强。研究揭示了季节性气候变化通过调控资源供给与微生物养分需求平衡，驱动森林土壤碳、氮、磷循环的新机制，为预测全球变化背景下森林生态系统碳汇功能和养分循环响应提供了新的理论依据。土壤微生物是森林生态系统碳、氮、磷循环的重要驱动力，其资源获取策略直接影响土壤有机质分解、养分释放和碳储存。然而，季节性水热变化与海拔梯度如何共同影响微生物资源获取策略及代谢限制格局，长期缺乏系统认识。研究团队依托广东鼎湖山国家级自然保护区900 m海拔梯度，在旱季和雨季同步采集19个海拔样点土壤样品，综合胞外酶化学计量学、阈值元素比（TER）模型、微生物生物量化学计量及多元统计分析，系统解析了季节与海拔共同作用下微生物代谢限制格局及其驱动机制。研究表明，季节变化是驱动微生物代谢限制重组的主导因素，其影响强于海拔梯度本身。旱季低温、干旱降低了有机底物可利用性，微生物需要投入更多资源获取碳源，因此表现出较强的碳限制；随着海拔升高，较高的土壤pH和增加的凋落物碳输入缓解了这种限制。雨季温暖湿润条件增强了微生物生长和代谢活动，提高了微生物对磷的需求；与此同时，高度风化土壤中有效磷供应不足，尤其高海拔植物组织含磷量进一步降低，导致微生物磷限制持续增强。在此基础上，研究进一步提出了“资源供给—微生物需求”耦合机制框架：季节性水热变化通过改变底物可利用性和养分供给，调节微生物资源分配策略，驱动土壤微生物代谢限制在碳限制与磷限制之间发生季节性转换，并最终影响森林土壤碳、氮、磷循环过程。研究进一步预测，未来降水季节性和水热格局的改变，可能持续重塑森林土壤微生物资源获取策略及养分限制状态，从而影响森林生态系统碳汇形成与稳定过程，为理解和预测全球变化背景下森林生态系统功能响应提供了新的理论框架。相关成果以“Seasonal shifts reorganize elevational effects on microbial metabolic limitation in subtropical forest soils”为题近日发表在国际土壤学领域顶级期刊Soil Biology & Biochemistry（《‌土壤生物学与生物化学‌》）。中国科学院华南植物园恢复生态学团队助理研究员牟之建为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究旗舰项目等资助。论文地址：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110260图1. 不同季节和海拔梯度下土壤微生物代谢限制格局及其驱动因素图2. 季节性水热变化重塑海拔梯度上土壤微生物代谢限制格局的概念框架

2026-07-26