2016全球最受公眾關注的科學成果

　　中國科學院科技戰略咨詢研究院戰略情報研究所研制的“2016全球最受公眾關注的科學成果”，通過計量統計遴選出天文學與天體物理[1]、物理學、化學、地球科學、生命科學這五個學科中受到科技界熱切關注的科學成果，及中國研究者參與的每個學科TOP30受公眾關注的科學成果，為科技工作者把握最新的科學研究熱點、發現該領域的最新進展和發展方向提供參考。

　　報告的數據選取自2016年基于自然指數（Nature Index）遴選的68種優質期刊的論文，以保證期刊的權威性。在此基礎上，利用Altmetrics指標（截止2017年3月17日）進一步篩選出2016年度每個學科中最受關注的十大熱點論文。Altmetrics是對傳統引文指標的補充計量指標，與傳統的引文分析相比更具即時性。通過利用主流媒體報道、F1000論文評選、維基百科及公共政策文件的引用以及研究博客、社交網絡討論等互聯網量化數據分析，提供有關期刊論文和其他學術成果在世界各地探討和應用情況的信息，目前已被應用于《自然》《科學》《柳葉刀》等期刊網站和機構數據庫中。

　　一、天文學與天體物理

　　1．LIGO成功探測到黑洞合并產生的引力波

　　論文標題：Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.061102

　　期刊：Physical Review Letters

　　Altmetrics指數：4680

　　美國LIGO（激光干涉引力波天文臺）團隊宣布探測到距地球約13億光年的兩個黑洞旋轉合并時產生的引力波。對引力波的直接探測震動了整個科學界，驗證了100年前愛因斯坦的預測，給40年來尋找引力波的任務畫上最濃重的一筆亮色，同時意味著引力波天文學進入直接探測的新紀元。其科學意義正如Nature網站評論所言：引力波被發現時正像伽利略首次將望遠鏡指向天空的時候，使現在的科學家迎來了引力波天文學的黎明。

　　LIGO對引力波的直接探測被Science評為2016年“年度突破”；被美國科學與公眾社團（SSP）出版的Science News評為2016年十大科學故事之首；被Space.com網站評為2016年空間領域最令人驚訝的發現的第1位；被英國物理學會出版的Physics World評為2016年度最大物理學突破。此外，LIGO科學團隊發言人、科學家Gabriela Gonzalez被Nature評為2016年度最有影響力的十大人物之首。

　　2．比鄰星附近發現迄今為止距地球最近的宜居帶內行星

　　論文標題：A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri

　　DOI: 10.1038/nature19106

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：2284

　　由倫敦瑪麗女王大學科學家Guillem Anglada-Escudé領銜的國際研究團隊利用“歐洲南方天文臺”（ESO）的觀測數據，發現了迄今為止距地球最近的宜居帶內行星Proxima b。Proxima b大小與地球接近，質量是地球的1.3倍，圍繞比鄰星（Alpha Centauri）公轉，公轉周期僅為11.2天，距離地球僅約4光年，有科學家認為其存在生命的可能性大于火星。這項發現是在搜尋太陽系外的宜居行星方面的一項突破性進展。

　　距地球最近的系外行星Proxima b的發現入選Science 2016年度十大突破；被Science News評為2016年十大科學故事的第3位；被Space.com網站評為2016年空間領域最令人驚訝發現的第2位；被Physics World評為2016年十大物理學突破之一；發現該行星的科學家Guillem Anglada-Escudé被Nature評為2016最有影響力的十大人物的第9位。

　　3．超冷矮星宜居帶內發現多顆系外行星

　　論文標題：Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star

　　DOI: 10.1038/nature17448

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：2263

　　由比利時列日大學Micha?l Gillon領導的研究團隊使用位于比利時的“凌星法微行星搜尋小型望遠鏡”（TRAPPIST）首次發現距地球40光年的恒星TRAPPIST-1周圍存在3顆類地行星，且3顆行星可能都位于宜居帶之內。這是人類首次在超冷矮星（ultracool dwarf star）周圍發現系外行星，改變了以往搜尋系外行星的范式。歐洲南方天文臺（ESO）報道評論認為這些行星是目前搜尋太陽系外生命的最佳場所。

　　2017年2月，研究團隊對該星系的探測有了新的重大突破，發現TRAPPIST-1恒星周圍的類地行星數量達7顆，其中3顆確定位于宜居帶內，7顆行星上都可能有液態水存在。該發現打破了在太陽系外的單顆恒星周圍發現宜居帶內行星數量的紀錄，是向回答“人類在宇宙中是否孤獨”這一重要科學問題邁出的重要一步。

　　4．KIC 8462852恒星亮度的奇特變化是否來自外星文明？

　　論文標題：Planet Hunters IX．KIC 8462852-wheres the flux?

　　DOI: 10.1093/mnras/stw218

　　期刊：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

　　Altmetrics指數：2068

　　2016年4月，美國路易斯安那州立大學的T. S. Boyajian等利用NASA的“開普勒”（Kepler）空間望遠鏡，發現恒星KIC 8462852的亮度存在不規則變化情況，目前天體物理學中所有的恒星模型都無法解釋如劇烈的光變曲線。該報道引起一些媒體關注，有媒體認為該恒星的亮度變化是因為被外星生命建造的巨型結構所遮擋的原因。論文作者認為最有可能的解釋是恒星的光被彗星或類行星的碎片遮擋，但仍不能解釋一些細節。這項研究采用嚴謹的學術研究方法提出了目前尚無法很好解釋的一種天體物理學現象，因而也引起了學術界的廣泛關注和討論。

　　KIC 8462852恒星的亮度變化可能來自外星文明被Space.com網站評為2016年空間領域最令人驚訝的發現之一，并被SkyandTelescope.com網站評為2016年12大天文故事之一。

　　5．HST發現宇宙中的星系數量10倍于以往估算結果

　　論文標題：（1）THE EVOLUTION OF GALAXY NUMBER DENSITY AT z < 8 AND ITS IMPLICATIONS；（2）TRACING THE REIONIZATION EPOCH WITH ALMA: [C II] EMISSION IN z similar to 7 GALAXIES.

　　DOI: (1)10.3847/0004-637X/830/2/83； (2)10.3847/2041-8205/829/1/L11.

　　期刊：The Astrophysical Journal； The Astrophysical Journal Letters

　　Altmetrics指數：1826

　　英國諾丁漢大學的Christopher Conselice等通過對“哈勃空間望遠鏡”（HST）數據進行分析，發現可觀測宇宙中包含約2萬億個星系，這一數字是此前科學家估算結果的10倍以上，改變了以往人們對宇宙中星系數量的認知。這項研究可以幫助天文學家更好地了解星系的形成和演化過程。

　　Conselice和合作者利用2009年升級后的HST和其他望遠鏡的觀測數據，觀測的最遙遠星系距離達到40億秒差距（130億光年），并考慮了過小、過于黯淡的星系對計算結果的影響，最終得出了這一新的結果。

　　6．快速射電暴宿主星系及紅移首次被確認

　　論文標題：The host galaxy of a fast radio burst

　　DOI: 10.1038/nature17140

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：1297

　　澳大利亞“帕克斯射電望遠鏡”（Parkes）的Evan Keane領導的研究團隊首次確認了一個快速射電暴（FRB）的位置、宿主星系以及紅移值。

　　快速射電暴從近十年前第一次被發現以來，就一直讓天文學家困惑不解，關于它們的形成原因目前尚缺乏普遍接受的解釋。Keane等對快速射電暴FRB 150418進行了觀察，發現FRB 150418源于一個橢圓星系，有著0.492的紅移，且射電余暉經過了6天才消逝，因此不可能來自脈沖星，從而對最近發現的另一個無線電脈沖的解釋提出了挑戰。該結果還表明快速射電暴應該至少存在兩個種類，深化了目前人們對快速射電暴現象的認知。

　　7．Hubble觀測到木衛二表面噴射的疑似水汽羽流

　　論文標題：PROBING FOR EVIDENCE OF PLUMES ON EUROPA WITH HST/STIS

　　DOI: 10.3847/0004-637X/829/2/121

　　期刊：The Astrophysical Journal

　　Altmetrics指數：1223

　　美國空間望遠鏡科學研究所（STScI）的William Sparks等利用“哈勃空間望遠鏡”（HST）觀測到了從木衛二表面噴射出的疑似水汽羽流，這意味著NASA正在計劃實施的木衛二探測任務“歐羅巴”（Europa）可能無需鉆探冰層即可獲取到木衛二地下海洋的樣本。

　　木衛二地下海的水量估計約為地球總水量的2倍，但被尚不知道厚度的寒冷、堅硬的冰殼所覆蓋。研究團隊利用木衛二從木星前移動發生遮擋的時機，對木衛二的外大氣層開展觀測，在15個月的時間進行了10次觀測，其中3次發現了疑似的羽流噴射。如果這一發現被證實，木衛二將成為太陽系已知第2個噴射水汽羽流的衛星（第一個是土衛二）。

　　8．大紅斑加熱是木星上層大氣高溫成因

　　論文標題：Heating of Jupiters upper atmosphere above the Great Red Spot

　　DOI: 10.1038/nature18940

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：1205

　　美國波士頓大學的J. O’Donoghue等關于木星大氣能量輸送問題有了新發現：木星大紅斑之上的大氣湍流是由重力波（gravity waves，區別于引力波）和聲波制造的，或導致了木星高層大氣的加熱現象。這為探索木星深處提供了一個新的視角，有助于揭曉宇宙中其他巨行星大氣層的奧秘。

　　在這次發表的新研究成果中，科學家利用NASA的“紅外望遠鏡”（IRTF）對木星觀測了9個小時，發現木星的中緯度地區大紅斑上方800公里處存在溫度峰值，表明這種加熱現象可能是在重力波和聲波結合效應下產生的，即兩種波相互碰撞產生了大氣湍流，導致了加熱現象，其方式類似于海洋波浪拍打海岸。

　　9．科學家發現99.99%由暗物質組成的超彌散星系

　　論文標題：A HIGH STELLAR VELOCITY DISPERSION AND ~ 100 GLOBULAR CLUSTERS FOR THE ULTRA-DIFFUSE GALAXY DRAGONFLY 44

　　DOI: 10.3847/2041-8205/828/1/L6

　　期刊：The Astrophysical Journal Letters

　　Altmetrics指數：1141

　　美國耶魯大學的Pieter van Dokkum等利用“蜻蜓長焦陣列”（Dragonfly Telephoto Array）設施發現了一個幾乎完全由暗物質組成的星系，盡管這個星系的質量與銀河系相當，但銀河系內的恒星數量比該星系多100倍以上。科學家據此認為，宇宙中必定還存在著其他很多完全由暗物質組成的星系尚未被發現。

　　這個編號為“蜻蜓44”（Dragonfly 44）的星系距離我們大約3.3億光年，屬于超彌散星系（Ultra Diffuse Galaxy），盡管從宇宙的尺度上來說距離相當近的，但因為太暗所以直到去年才被發現。進一步的后續研究顯示，Dragonfly 44星系的質量大致和銀河系相同，但這些質量中只有大約萬分之一的質量是以恒星、塵埃或者氣體以及其他形式的“常規”物質形式存在，剩下超過99.99%以上的組成部分則全部都是看不到的暗物質。

　　10．冥王星Sputnik平原冰層累積對冥王星地質結構的影響

　　論文標題：Reorientation and faulting of Pluto due to volatile loading within Sputnik Planitia

　　DOI: 10.1038/nature20120

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：1123

　　亞利桑那州立大學的James T. Keane等對冥王星地貌有了新的研究結果，認為冥王星上“心形”區域中的Sputnik平原目前的位置是由潮汐力決定的。這項研究為了解冥王星上Sputnik平原的成因及其對冥王星的影響提供了新的認識。

　　科學家的模型顯示，由于該平原上不斷累積由氮等氣體凝結形成的冰，在冥王星與其衛星卡戎（Charon）之間的潮汐作用影響下，導致冥王星自轉軸方向發生了改變。自轉軸方向的改變對冥王星表面形成壓力，再加上冰層不斷變廣變厚，在各種綜合因素作用下，冥王星的巖石圈產生了一系列斷層，經過百萬年尺度的時間最后形成峽谷和山脈。

　　二、物理學

　　1．霍金等提出軟毛發理論以助于解決黑洞信息悖論

　　論文標題：Soft Hair on Black Holes

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.231301

　　期刊：Physical Review Letters

　　Altmetrics指數：991

　　斯蒂芬·霍金等物理學家提出了黑洞軟毛發理論，即黑洞可能擁有軟毛發，當黑洞蒸發時，低能量量子激發會釋放信息。這一理論將有助于解決引發物理學家爭議四十多年的“黑洞信息悖論”——霍金提出黑洞可摧毀信息，但這與量子物理學的標準定律不符。該研究指出，“黑洞信息悖論”的兩個基本假設有問題。一個是量子引力中的真空是獨一無二的，另一個是黑洞沒有毛發。軟毛發理論認為黑洞所在的真空環境中存在大量處于零能量狀態的軟粒子。該研究并沒有解決“黑洞信息悖論”的問題，但提供了一種新的思路。“黑洞信息悖論”是當代基礎物理面臨的重大問題，在此方向的任何進展都可能帶來革命性的突破。按照霍金提出的路徑開展進一步研究，將會揭示出更多的毛發，從而最終解決“黑洞信息悖論”。

　　2．美國物理學家可能發現了第五種基本力

　　論文標題：Protophobic Fifth-Force Interpretation of the Observed Anomaly in Be-8 Nuclear Transitions

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.071803

　　期刊：Physical Review Letters

　　Altmetrics指數：980

　　宇宙中存在4種基本作用力：引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力，但美國加州大學歐文分校的馮孝仁團隊研究指出，匈牙利科學院的實驗核物理學家發現的放射性衰變異常可能意味著存在第五種基本力。匈牙利物理學家當時的工作旨在尋找能表明暗物質存在的“暗光子”，他們認為這一放射性衰變異常意味著一種新的、約為35倍電子重量的輕粒子。馮孝仁團隊研究了這些數據及之前的相關實驗，指出這一異常意味著的并不是物質粒子或暗光子，而更可能是一種“疏質子X玻色子”，即表明宇宙第五種基本力存在的粒子。盡管該研究還需更多的實驗來進一步揭示，但其開辟了一個新的研究領域。

　　注：

　　匈牙利物理學家的研究論文標題：Observation of Anomalous Internal Pair Creation in Be-8: A Possible Indication of a Light, Neutral Boson

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.042501

　　期刊：Physical Review Letters

　　Altmetrics指數：612.936

　　3．美國物理學家用電場制造低脂巧克力

　　論文標題：Electrorheology leads to healthier and tastier chocolate

　　DOI: 10.1073/pnas.1605416113

　　期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

　　Altmetrics指數：854

　　巧克力是世界上最受歡迎的食物之一，但目前巧克力產品含有太多的脂肪，會導致肥胖。降低巧克力產品的脂肪含量使其更健康，這一問題在數十年前已被引起關注，但仍沒有發現實際的解決辦法。現在，美國天普大學的物理學家通過電流變學方法，能幫助糖果公司生產低脂巧克力。該研究團隊發現，巧克力中的脂肪與軟物質的基礎科學密切相關，沿著液態巧克力的流動方向施加一個電場，可以將可可顆粒聚集成長球形，這種微結構變化破壞了旋轉對稱性，降低了液體巧克力的粘度，可以將脂肪含量減少10-20%。該方法制造出來的巧克力在味道上變化不大，有試吃者甚至認為比原來的巧克力更美味。

　　4．科學家研發出靜電吸附微型飛行器

　　論文標題：Perching and takeoff of a robotic insect on overhangs using switchable electrostatic adhesion

　　DOI: 10.1126/science.aaf1092

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：757

　　美國哈佛大學等的研究人員研發出一種利用靜電吸附作用來節能和儲能的微型飛行器。這種微型飛行器的頂部嵌入了厚度小于200納米的可切換的靜電吸附裝置，可以吸附在玻璃、木頭和樹葉等不同物體的表面，吸附靜止時的能耗只有飛行狀態的千分之一。而且，只要切斷電源，機器人又可輕松地重新起飛。該研究驗證了一個通用的解決方案，可以讓微型飛行機器人在不用快速耗盡能量的情況下運行更長時間。微型飛行機器人將來可用于環境監測和救災工作等。

　　5．科學家在二維材料中發現量子自旋液體存在的證據

　　論文標題：Proximate Kitaev quantum spin liquid behaviour in a honeycomb magnet

　　DOI: 10.1038/NMAT4604

　　期刊：Nature Materials

　　Altmetrics指數：709

　　磁性材料是現代電子學和信息存儲的基礎，因此，科學家們努力追求發現新的磁性行為和新的物態，量子自旋液體就是其中一個熱點研究方向。科學家們認為，量子自旋液體隱藏在某些磁性物質內，但一直未能在自然界中觀測到。美國橡樹嶺國家實驗室的研究團隊在二維材料α-氯化釕（α-RuCl3）內發現了量子自旋液體存在的證據。他們用中子照射α-氯化釕晶體，獲得了特定的波紋狀圖案，這為二維材料中的量子自旋液體的存在提供了直接的證據。研究人員表示，該研究或有助于量子計算機的研制。

　　6．美法科學家首次實現同處兩地的“薛定諤的貓”

　　論文標題：A Schrodinger cat living in two boxes

　　DOI: 10.1126/science.aaf2941

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：699

　　美國耶魯大學與法國國家信息與自動化研究所的研究團隊共同創造了一只可以同時存在于兩個不同的箱子里、既死又活的“薛定諤的貓”。該研究團隊設計了兩個微波腔，以超導人造原子作為單腔貓態的糾纏對，實現了雙模式貓態。這種操控多重量子態的能力為冗余編碼量子比特之間的邏輯運算鋪平了道路，可用于容錯量子計算和量子通信。

　　7．物理學家的發現顛覆涂料干燥的傳統觀念

　　論文標題：Dynamic Stratification in Drying Films of Colloidal Mixtures

　　DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.118301

　　期刊：Physical Review Letters

　　Altmetrics指數：675

　　英國和法國的物理學家確定了涂料干燥時的一種新的物理機制，可導致不同大小的顆粒分離。基于計算機模擬和實驗，研究表明較小的顆粒會一起協力在一個方向上推動較大的顆粒，從而導致干燥材料的分層。在傳統觀念中，較大的顆粒應積聚在蒸發膜的空氣側，較小的顆粒在另一側。這項工作顛覆了涂料干燥的傳統觀念，在其研究的混合物中，較小的顆粒聚集在空氣表面附近，而不是在另一側。了解這種效應，會促進一系列有用的材料的發現，可用于防曬霜、電子工業用的分層薄膜、油墨印刷以及更好的涂料。

　　8．美國制造出目前世界上最小晶體管

　　論文標題：MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths

　　DOI: 10.1126/science.aah4698

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：592

　　美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團隊制造出利用碳納米管和二硫化鉬，制造出目前世界上最小的晶體管，其柵極長度僅有1納米。該研究團隊以單壁納米管作為柵極，二硫化鉬為溝道，制造出柵極長度為1納米的晶體管。盡管離把這種晶體管集成到芯片上還有很長一段距離要走，但這一研究成果打破了半導體業界認為柵極小于5納米的晶體管無法正常工作的觀念，同時也表明，只要對半導體材料和半導體器件架構進行適當的設計，摩爾定律在未來一段時間內還將繼續有效。

　　9．以色列科學家首次在實驗室中模擬“霍金輻射”現象

　　論文標題：Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole

　　DOI: 10.1038/NPHYS3863

　　期刊：Nature Physics

　　Altmetrics指數：592

　　以色列科學家使用超冷原子產生玻色-愛因斯坦凝聚，然后使其超聲速運動，產生類似黑洞的視界線（event horizon）并觀察聲子對在視界線兩側的狀態，從而模擬黑洞產生的霍金輻射。評論認為，對黑洞霍金輻射進行直接觀測幾乎是不可能的，此前的人工模擬黑洞實驗從未從自發量子漲落角度進行過研究，因此這項新的研究可能是目前最接近的霍金輻射模擬成果。許多科學家表示這是一項極為前沿的研究，但同時也提出了各自的懷疑，包括實驗無法解決黑洞信息悖論等。

　　10．英國科學家發現了氫的“第五相”——固態金屬原子氫

　　論文標題：Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals

　　DOI: 10.1038/nature16164

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：576

　　英國愛丁堡大學的科學家通過高壓實驗，發現氫存在一種新的物質狀態——被稱為氫的“第五相”的固態金屬原子氫。研究團隊利用金剛石對頂砧技術，在325吉帕斯卡的壓強和27攝氏度的條件下，獲得了氫的第五相存在的證據。雖然該發現與固態金屬氫有相似之處，但研究人員并沒有宣布他們發現了金屬氫，僅宣稱發現了金屬氫的先驅。金屬氫是室溫超導體，也是高能清潔燃料，并可能在可控核聚變和新式武器中發揮重大作用。該工作被認為是氫研究領域的里程碑。

　　三、化學

　　1．MIT化學家發明除皺、保濕、去眼袋的皮膚材料

　　論文標題：An elastic second skin

　　Doi：10.1038/NMAT4635

　　期刊：Nature Materials

　　Altmetrics指數：2272

　　每個人都希望肌膚保持年輕的狀態，然而隨著年齡增長，皺紋還是會在人臉浮現。麻省理工學院Robert Langer教授等發明了一種新型聚合物薄膜材料，這種材料宛如人的“第二層皮膚（second skin）”，具有減緩皺紋的功效。把這種材料涂抹在眼袋處，可以有效緩解眼袋的程度，效力可維持24小時。該材料還有很好的保濕性和彈性，以及生物安全性。未來，這種材料可能用于皮膚病的治療以及肌膚美容等方面。

　　2．能吃塑料的細菌

　　論文標題：A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)

　　DOI: 10.1126/science.aad6359

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：1949

　　塑料雖然給人們生活帶來了方便，但其難以降解的特點也帶來了嚴重的環境問題。日本京都工藝纖維大學和慶應義塾大學的科學家發現一種微生物，可以降解聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），這是一種常見的用于飲料包裝的塑料。與通常需要高溫高壓的降解方法相比，該微生物只需要在30oC下利用兩種酶就能將PET降解為對苯二甲酸和乙二醇單體。

　　3．世界上第一個完全自驅動的軟體機器人

　　論文標題：An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots

　　DOI: 10.1038/nature19100

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：1449

　　傳統的機器人大多由剛性材料制備，現有的具有柔性的機器人也擺脫不了硬質控制系統和供能系統。哈佛大學的科學家借助過氧化氫催化分解產生的氧氣及可以自我反饋的微流體控制系統制備出了世界首個完全軟體的且自我驅動的機器人，外形類似小章魚，無需電力和外界控制，可獨立控制機械臂運行4~8分鐘。整個系統的核心部件如氣動傳輸網絡、燃料庫、催化反應室等通過3D打印制作。其集成設計和制作方法使得在該結構中的多材料可編程組裝成為可能，為全軟體自主化機器人打下了基礎。

　　4．石墨烯+橡皮泥=超級傳感器

　　論文標題：Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene-polymer nanocomposites

　　DOI: 10.1126/science.aag2879

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：1187

　　石墨烯因其卓越的理化性質而成為當今最熱門的材料之一。愛爾蘭都柏林圣三一學院的科學家利用石墨烯和具有粘彈性的聚硅樹脂（俗稱橡皮泥）制備出一種具有極高靈敏度的電力學傳感材料，能夠檢測輕微的變形和沖擊，其靈敏程度甚至能探測到蜘蛛的運動。該材料可用于制作檢測人體脈搏、血壓的傳感器等。

　　5．多功能可穿戴健康傳感器相繼問世

　　論文標題：（1）Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis ；（2）A wearable chemical-electrophysiological hybrid biosensing system for real-time health and fitness monitoring

　　DOI: （1）10.1038/nature16521；（2）10.1038/ncomms11650

　　期刊：Nature； Nature Communications

　　Altmetrics指數：（1）1030；（2）1024

　　柔性可穿戴式傳感器正在興起。通過實時監測各項指標并將數據發送給手機、電腦或智能設備，佩戴者可以及時了解自己的健康狀況。美國加州大學伯克利分校的科學家制備了可實時無創分析多項人體血液生化指標的可穿戴傳感器，包括汗液中鈉離子、鉀離子、乳酸根離子和葡萄糖的含量等，可用于脫水，肌肉痙攣甚至糖尿病等狀況的警報。加州大學圣地亞哥分校的科學家設計制造了一種可穿戴貼片，可實時記錄心電圖信號，并追蹤心肌損傷化學標志物乳酸的水平，有望用于運動員的訓練監控和醫生監控心臟病患者。

　　6．英國科學家合成出迄今為止最為復雜、最牢固的8交叉分子結

　　論文標題：Braiding a molecular knot with eight crossings

　　DOI: 10.1126/science.aal1619

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：880

　　在幾何中，扭結是指三維空間中不與自身相交的閉合曲線。自然界中已知存在超過60億種不同扭結，但人類迄今僅成功利用小分子合成3個扭結。英國曼徹斯特大學化學家David A. Leigh成功合成了第四種分子結——819扭結。819扭結有8個交叉，包含192個原子，寬約20納米，具有手性。這是迄今最復雜、最牢固的人工分子結。這一突破對于編織更復雜的分子結、在分子水平上研究分子結等具有重要意義。

　　7．仿生葉CO2的轉化效率比自然光合作用高10倍

　　論文標題：Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis

　　DOI: 10.1126/science.aaf5039

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：774

　　作為自然界最重要的化學反應之一，光合作用一直吸引著研究人員的興趣，人類也一直試圖模擬光合作用。美國哈佛大學和新加坡南洋理工大學的研究人員聯合開發了一套人工光合系統，可將二氧化碳和水轉變為液體燃料，轉換效率達9.7%，是自然界植物光合作用（1%）效率的10倍。

　　8．利用太陽能直接將CO2轉化為燃料

　　論文標題：Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid

　　DOI: 10.1126/science.aaf4767

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：739

　　溫室氣體CO2的轉化利用是世界各國普遍關注的問題。美國伊利諾斯大學芝加哥分校和阿貢國家實驗室的科學家聯合設計出一種新型太陽能電池，能直接把大氣中的二氧化碳轉化成合成氣（氫氣和一氧化碳）。該設計同時具有環保和經濟兩方面價值，不僅可以減緩二氧化碳向大氣中排放，而且可以生成重要的化工原料合成氣。

　　9．首例可以催化C-Si鍵形成的蛋白質

　　論文標題：Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life

　　DOI: 10.1126/science.aah6219

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：709

　　硅和碳都是地球上含量豐富的元素，但是自然界中卻從未發現硅碳鍵的存在。美國加州理工學院的研究人員通過改造細菌中的酶實現了這一自然演化中未曾出現的現象。他們發現了一種來自耐高溫細菌Rhodothermus marinus的細胞色素c蛋白，通過對該蛋白的定向進化（得到三個突變），可以催化硅氫鍵的卡賓插入反應，從而形成硅碳鍵。這一成果對連接生物合成與化學合成兩大合成領域，具有重要意義。

　　10．桑蠶吐出納米碳摻雜的更牢固蠶絲

　　論文標題：Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers

　　DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597

　　期刊：Nano Letters

　　Altmetrics指數：709

　　中國自古就是養蠶大國。古代中國與西方貿易交流的陸上通道被稱為“絲綢之路”。清華大學的科學家將古老的養蠶技術與時興的碳納米管和石墨烯結合，發現通過給蠶寶寶喂食含有碳納米管和石墨烯的桑葉，可以獲得更加牢固的蠶絲纖維，延展性和抗拉強度顯著提高，而且通過高溫加熱碳化還可顯著提高導電性。

　　四、地球科學

　　1．科學家首次發現琥珀中保存完好的恐龍尾化石

　　論文標題：A Feathered Dinosaur Tail with Primitive Plumage Trapped in Mid-Cretaceous Amber

　　期刊：Current Biology

　　DOI：10.1016/j.cub.2016.10.008

　　Altmetrics指數：4032.126

　　中國地質大學（北京）的邢立達博士與加拿大薩斯喀徹溫省皇家博物館的瑞安·麥凱勒（Ryan C. McKellar）教授共同領銜的一項研究首次在琥珀中發現保存完好的覆蓋著羽毛的非鳥恐龍尾化石。該恐龍標本是一條長約3.85厘米、長滿毛的尾巴。之前幾乎所有已發現的羽毛恐龍化石和中生代鳥骨架，都是扁平化的或只有2D結構，掩蓋了一些重要的解剖特征。新標本首次顯示了中生代恐龍/鳥的3D羽毛結構，證實了發育生物學家關于現代羽毛的一些細節特征，如羽枝和羽小枝的認識。由于該化石標本的年齡已近1億年，遠遠超過了DNA的半衰期，現有技術下，不太可能獲得有價值的用于恐龍克隆的DNA片段。

　　2．現有溫室氣體排放量不變的情況下南極冰川融化將導致災難后果

　　論文標題：Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise

　　DOI：10.1038/nature17145

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：2773

　　美國馬薩諸塞大學和賓夕法尼亞州立大學的科學家在Nature上發表文章揭示了人類CO2排放對南極冰川消融及海平面變化的定量影響。研究人員利用冰川和氣候動力耦合模式，模擬過去幾百萬年以來的海平面高度變化，并預測未來的海平面變化。結果顯示，在溫室氣體排放量不變的情況下，到2100年南極冰川損失可能造成海平面上升超過1米，到2500年超過15米，將在未來對沿海地區造成重大威脅，導致的海洋增暖將經歷幾千年才能恢復。結果還顯示，如果能實現2015年巴黎氣候大會上設定的最具雄心的目標，南極冰蓋將基本保持完好，避免災難性后果。該成果是對人類活動導致全球海平面升高程度的新認識，對相關研究及人類應對策略的制定都有重要意義。

　　3．格陵蘭鯊被發現是地球上壽命最長的脊椎動物

　　論文標題：Eye lens radiocarbon reveals centuries of longevity in the Greenland shark (Somniosus microcephalus)

　　DOI：10.1126/science.aaf1703

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：2347

　　來自丹麥哥本哈根大學等國際科學機構的科學家發現生活在北極地區的格陵蘭鯊的壽命可長達數世紀，是地球上壽命最長的脊椎動物。由于格陵蘭鯊眼部晶狀體由特殊的蛋白質組成，新陳代謝極其緩慢，幼年時期在體內合成后便不再更新。據此，科學家利用放射性碳原子年代斷定技術，對當地漁民無意中捕獲的28頭雌性格陵蘭鯊的眼晶狀體進行了分析。研究顯示，格陵蘭鯊的平均年齡大約為272歲，最高年齡接近400歲。該研究拓寬了人們對于脊椎動物壽命預期的范圍。

　　4．科學家發現南極上方臭氧層空洞開始減小的確鑿證據

　　論文標題：Emergence of healing in the Antarctic ozone layer

　　DOI：10.1126/science.aae0061

　　期刊：Science

　　Altmetrics指數：2252

　　美國麻省理工大學的科學家發現，南極上方的臭氧層空洞在持續了幾十年后已開始減小。研究人員通過綜合分析衛星、地面觀測設施、觀測氣球等數據，發現2015年9月南極上空的臭氧空洞比2000年9月時縮小了400萬平方公里。研究還發現了臭氧柱量的定期、季節性增加。近些年已經有不少研究發現南極臭氧層修復的跡象。雖然自從約2005年以來的火山爆發延遲了臭氧洞的愈合，并導致了臭氧層變化的年際變異，但這項最新研究結果發現了南極臭氧層“愈合”的數個一致性的信號，再次有力地證實了南極臭氧空洞縮小的現象。該研究說明人類社會禁止排放氯氟烴的多年努力收到了成效，體現了人類活動對環境產生的巨大影響。

　　5．疊層石化石證明地球上生命的歷史可追溯到37億年前

　　論文標題：Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures

　　DOI：10.1038/nature19355

　　期刊：Nature

　　Altmetrics指數：2137

　　澳大利亞科學家發現在格陵蘭島冰蓋邊緣的全球最古老的沉積巖中發現了一些疊層石化石，其歷史可追溯到37億年前，比目前地球上最早的生命化石還要早2.2億年。疊層石一般由原核生物產生的有機物沉積形成，是存在古老的水生細菌群落的證據。該疊層石的化學特性、沉積構造和所含礦物組成等多種證據表明其是由活有機體形成。此前有關基因分子鐘的研究認為，地球生命起源時間是40多億年前，新發現在某種程度上證實了這一點，為其提供了化石證據。該發現是地球演化歷史研究中的一項重要科學發現，也為尋找地外生命提供很大啟發。

　　6．世界荒野面積正在發生災難性下降

　　論文標題：Catastrophic Declines in Wilderness Areas Undermine Global Environment Targets

　　DOI：10.1016/j.cub.2016.08.049

　　期刊：Current Biology

　　Altmetrics指數：2072

　　澳大利亞昆士蘭大學等機構的科學家發現，在過去的20年里世界各地的荒野面積出現了災難性的下降。研究人員繪制并比較了20世紀90年代初與當前的全球荒野地圖，結果顯示，全球共3010萬平方公里的面積現在仍然是荒野，主要位于北美洲、亞洲北部、北非和澳大利亞大陸。目前荒野面積比20世紀90年代減少了約十分之一，荒野的消失主要發生在南美洲和非洲。專家認為，盡管荒野地區為瀕臨滅絕的多種生物提供了棲息地，是當地氣候的緩沖和調節器，而且是世界上許多政治和經濟上被邊緣化的群體（原始部落）的棲息地，但是在聯合國以及其它國家和組織的主要環境政策中完全被忽視了。該研究結果表明，迫切需要制定國際政策，認識到荒野地區價值，并在10到20年的緊迫時間內解決它們面臨的前所未有的威脅。

　　7．恐龍在小行星撞擊地球之前已處于危機之中

　　論文標題：Dinosaurs in decline tens of millions of years before their final extinction

　　DOI：10.1073/pnas.1521478113

　　期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

　　Altmetrics指數：1998

　　英國雷丁大學和布里斯托爾大學的研究顯示，在6600萬年前小行星撞擊地球導致恐龍滅絕之前，恐龍數量就已經逐漸減少達5000萬年之久。研究人員通過恐龍系譜圖和化石記錄的比較分析發現，恐龍群體并非一直健康地存活至小行星碰撞事件，而是在碰撞之前2400萬年達到臨界點，此后恐龍物種滅絕速度快于新物種的出現，因此總體來講恐龍的多樣性較少。研究同時發現在小行星碰撞地球之前哺乳動物出現了物種多樣化發展，可能意味著伴隨恐龍數量的逐漸減少，其它物種獲得了生存空間。該研究對恐龍滅絕的原因提出了新的證據與解釋，有助于從單因素轉移到多因素角度研究演化和滅絕事件。

　　8．怪異遠古生物“塔利怪物”被確定為掠食性脊椎動物

　　論文標題：The Tully monster is a vertebrate

　　DOI：10.1038/nature16992

　　期刊：NATURE

　　Altmetrics指數：1959.428

　　生活在3億年前、具有奇特形狀的怪異遠古生物“塔利怪物”化石于1958年首次被發現。它的奇特結構令科學家們迷惑不解，科學家一度認為它屬于軟體生物。美國耶魯大學的古生物學家利用同步元素繪圖法等新型分析方法，通過繪制化石標本中的化學成分呈現出它的物理特征，發現該生物具有一個初級進化的脊椎，叫做脊索，以及魚鰓。說明這種海洋生物是一種近似七鰓鰻的掠食性脊椎動物。該研究解決了困擾科學家多年的謎題，為這種神秘怪異的遠古生物在生命族譜上找到了合適的位置。

　　9. 化石發現為弗洛瑞斯人的進化起源提供了新的證據

　　論文標題：Homo floresiensis-like fossils from the early Middle Pleistocene of Flores

　　DOI：10.1038/nature17999

　　期刊：NATURE

　　Altmetrics指數：1887.408