中国学者在Science发表了8项研究成

年2月26日，中国学者在Science发表了8项研究成果，在物理学，生命科学，数学及地球科学等领域取得重大进展，iNature系统盘点这些研究成果：

自年乌伦贝克和古德施密特发现电子自旋现象起，人们在原子和分子等体系中发现电子自旋与轨道角动量的耦合会导致许多有趣现象的发生，比如：原子能级的分裂，磁晶各向异性和半导体中的量子霍尔效应等。电子自旋和轨道角动量的耦合会对原子和分子的碰撞过程会产生影响。年2月26日，中国科学技术大学王兴安教授课题组与中国科学院大连化学物理研究所孙志刚研究员和杨学明院士课题组合作在Science在线发表题为“Quantuminterferencebetweenspin-orbitsplitpartialwavesintheF+HD→HF+Dreaction”的研究论文，该研究报告了有关电子自旋和轨道角动量在F+HD→HF+D反应中的影响的实验和理论研究的组合。使用高分辨率成像技术，该研究在前向散射方向周围的产品旋转状态分辨的微分截面中观察到了特殊的马蹄铁形图案。当考虑到完整的自旋轨道特性时，只有通过高精度的量子动力学理论才能正确解释这种异常的动力学模式。理论分析表明，马蹄铁形很大程度上是自旋轨道分裂-部分波共振具有正负平衡的量子干扰的结果，这提供了自旋轨道相互作用如何有效影响反应动力学的独特例子。

已知等离激元纳米粒子的手性组装体具有很强的圆二色性，但不具有高光学不对称性，这受到电场和磁场分量的不利组合（由强散射复合）的限制。年2月25日，吉林大学刘堃，密歇根大学NicholasA.Kotov及巴西圣卡洛斯联邦大学AndreFariasdeMoura共同通讯在Science在线发表题为“Enhancedopticalasymmetryinsupramolecularchiroplasmonicassemblieswithlong-rangeorder”的研究论文，该研究表明可以通过类似于在人胰岛淀粉样多肽的金纳米棒螺旋装配中发现的液晶的纳米粒子的长距离组织，来克服这些限制。强烈的偏振相关光谱位移和降低的能量状态散射，以及在组装好的螺旋中激活的偶极子的反平行定向，使光学不对称性g因子增加了倍以上。液晶般的颜色变化和纳米棒加速的原纤化可以在复杂的生物介质中进行药物筛选。远距离有序的改进也为具有高光学不对称性的材料设计提供了结构指导。

年2月26日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周斌团队在Science在线发表题为“Proliferationtracingrevealsregionalhepatocytegenerationinliverhomeostasisandrepair”的研究论文，该研究首次开发了能够长时程示踪体内细胞增殖的新技术，利用该技术研究人员发现了成体肝细胞的来源，为肝脏再生及疾病临床治疗研究提供了新思路。

美国得克萨斯大学西南医学中心ZhuHao团队在Science在线发表题为“Liverhomeostasisismaintainedbymidlobularzone2hepatocytes”的研究论文，该研究使用14种鼠科动物命运图谱系统地比较了肝细胞的不同子集。在稳态期间，来自门周围区1和中心周围区3的细胞数量减少，而来自小叶中区2的细胞数量增加。区域2中的细胞可以避免常见的损伤，并且在中央和周围的损伤后也促进了细胞的再生。区域2的重新填充是由胰岛素样生长因子结合蛋白2-雷帕霉素-细胞周期蛋白D1（IGFBP2-mTOR-CCND1）轴的靶标驱动的。因此，小叶的不同区域表现出它们对肝细胞更新的贡献的差异，并且区域2是在稳态和再生过程中新肝细胞的重要来源。

随机数被广泛用于信息安全，密码学，随机建模和量子模拟。物理随机数生成的关键技术挑战是速度和可伸缩性。年2月26日，耶鲁大学曹慧团队在Science在线发表题为“Massivelyparallelultrafastrandombitgenerationwithachip-scalelaser”的研究论文，该研究演示了一种与单个激光二极管并行超快生成数百个随机位流的方法。引入了在专门设计的腔中的多种激光模式的时空干涉，作为极大加速随机位生成的方案。由量子涨落引起的自发发射会产生随机噪声，使比特流无法预测。离线后处理可实现每秒TB的总比特率，比当前的后处理记录高出两个数量级。该研究方法坚固，紧凑且节能，在安全通信和高性能计算中具有潜在的应用前景。

有丝分裂原触发动物中的细胞分裂。在植物中，细胞分裂素是一组来自腺嘌呤的植物激素，可刺激细胞增殖。细胞分裂素信号转导由膜相关的组氨酸激酶受体启动，并通过磷酸化系统进行转导。年2月25日，剑桥大学YangWeibing（现在的单位是中国科学院分子植物科学卓越中心）在Science在线发表题为“Molecularmechanismofcytokinin-activatedcelldivisioninArabidopsis”的研究论文，该研究显示出在拟南芥茎尖分生组织（SAM）中，细胞分裂素通过促进Myb与蛋白3R4（MYB3R4）的核穿梭来调节细胞分裂，MYB3R4是激活有丝分裂基因表达的转录因子。新合成的MYB3R4蛋白主要位于细胞质中。在G2/M过渡期，MYB3R4的快速核积累（与细胞分裂素浓度的相关瞬时峰值一致）为涉及importins的正反馈回路提供了营养，并启动了驱动有丝分裂和胞质分裂的转录级联反应。工程核限制MYB3R4可模拟细胞分裂素在增强细胞增殖和分生组织生长中的作用。

了解基因组的组织需要整合DNA序列和三维空间环境。然而，现有的全基因组方法缺乏碱基对序列解析或直接的空间定位。博德研究所ChenFei等在Science在线发表题为“InsitugenomesequencingresolvesDNAsequenceandstructureinintactbiologicalsamples”的研究论文，该研究描述了原位基因组测序（IGS），一种同时对完整的生物样品中的基因组进行测序和成像的方法。该研究将IGS应用于人类成纤维细胞和早期小鼠胚胎，在空间上将成千上万个基因组位点定位在单个核中。使用这些数据，该研究表征了跨胚胎阶段的基因组结构中父母特异性的变化，揭示了受精卵中的单细胞染色质结构域，以及未发现的全局染色体定位在各个胚胎中的表观遗传记忆。这些结果表明，IGS如何直接将序列和结构从单碱基对到整个生物的整个长度尺度连接起来。

海底地球物理仪器在部署和维护方面具有挑战性，但对于研究海底地震和地球内部至关重要。可以利用海底电信电缆的新型光纤传感技术为填补数据空白提供了机会。年2月26日，加利福尼亚理工学院ZhanZhongwen在Science在线发表题为“Opticalpolarization–basedseismicandwaterwavesensingontransoceaniccables”的研究论文，该研究通过监视常规光通信信道的极化，成功地通过了一条10,公里长的海底电缆，将地震波和水波感应到连接加利福尼亚州洛杉矶和智利瓦尔帕莱索的海底电缆。该研究的方法由于不需要专门的设备，激光源或专用光纤，因此具有很高的可扩展性，可以将全球海底电缆转换为连续的实时地震和海啸观测站。

自年乌伦贝克和古德施密特发现电子自旋现象起，人们在原子和分子等体系中发现电子自旋与轨道角动量的耦合会导致许多有趣现象的发生，比如：原子能级的分裂，磁晶各向异性和半导体中的量子霍尔效应等。电子自旋和轨道角动量的耦合会对原子和分子的碰撞过程会产生影响。

在化学反应中，电子自旋轨道耦合会导致反应散射分波的分裂，进而使得分波可能存在一些精细结构。但是长期以来，电子自旋轨道耦合是否能够以及如何影响化学反应的动力学过程仍然是一个未知并极具挑战的问题。

为了解决这一问题，研究人员以实验和理论相结合对电子自旋和轨道角动量在氟原子与氢分子的反应F+HD-HF+D中的影响进行了研究。实验方面，通过将交叉分子束方法、时间切片离子速度成像技术与近阈值电离技术相结合，应用高分辨的实验测量获得了产物转动量子态分辨的微分散射截面，并在微分散射截面前向散射方向观测到了一个独特的马蹄铁形结构。

理论方面，发展了考虑电子角动量效应的量子动力学理论模拟方法，对这个独特的马蹄铁形动力学结构进行了解释。理论表明这个动力学结构是由具有正负宇称的自旋轨道分裂的共振分波的量子干涉导致的。这一研究结果表明自旋-轨道相互作用能够有效地影响化学反应动力学过程。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈文韬博士是本论文的第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项（B类）的支持。

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