特约专稿

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1. DeepSeek：从“概率生成”到“因果推理”

赵葛剑, 张新鹏

自然杂志 2025, 47 (2): 79-84. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.02.001

摘要（374）

PDF（pc）（1555KB）（467）

DeepSeek-R1的横空出世标志着人工智能研究范式的历史性转折。这一突破性成果颠覆了传统AI系统依赖概率生成与模式匹配的圭臬，通过思维链推理与强化学习的深度融合，首次实现了工业级的人工智能推理能力。其创新性的推理架构不仅极大地降低了训练专业人工智能模型的成本，更在数学证明、逻辑推理等复杂任务中展现出类人的思维链特征，推动了从 “概率生成”到“因果推理”的深刻变革，开启了AI技术发展的新纪元。本文对DeepSeek系列模型的发展历程进行回溯，并介绍了其在思维链框架以及模型架构中的关键创新，最后就其思维链的安全性问题展开讨论。

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2. 恶臭气体监测技术研究进展

高松, 焦正, 吴克食, 任勇, 杜天君, 刘文清

自然杂志 2025, 47 (2): 85-94. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.01.010

摘要（692）

PDF（pc）（2406KB）（192）

恶臭气体污染已成为城市化进程中突出的环境问题，影响区域和谐与公共健康，因此有效识别和监测恶臭气体成为迫切需求。本文总结了恶臭气体监测技术的现状，明确了无机和有机类恶臭气体的来源、理化性质以及致臭机理，介绍了传感器、电子鼻、质谱和环境光学等多种监测技术，分析了各种技术的优劣势和适用场景，探讨了当前技术在监测精度与灵敏度、传感器选择与配置、环境干扰、成本与可行性及数据处理实时性等方面面临的挑战。随着材料科学、人工智能和系统集成技术的不断进步，恶臭气体监测技术将变得更加高效、精准和智能化，为环境保护和公共健康提供坚实的技术支持。

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3. 创新药物设计——从计算机辅助到人工智能

卞月珉

自然杂志 2025, 47 (1): 1-10. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.01.001

摘要（251）

PDF（pc）（2511KB）（467）

计算科学的高速发展不断为药物发现领域带来革新与机遇。伴随着生命科学领域数据的持续增长和计算硬件设备的迭代更新，计算化学以及化学信息学愈发在临床前药物设计领域为科研人员提供不可或缺的支撑。本文围绕计算机辅助药物设计(computer-aided drug design, CADD)和人工智能药物设计(artificial intelligence-driven drug design, AIDD)两大主题，简要阐述计算科学和药物发现在学科交叉中的探索和创新，以及针对临床前小分子药物的应用和进展。

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4. 目标观测与极端天气预报

段晚锁, 秦晓昊, 杨丽超

自然杂志 2024, 46 (6): 395-405. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.06.001

摘要（334）

PDF（pc）（4864KB）（125）

“目标观测”是用于提高极端天气事件预报水平的新的观测策略。在世界气象组织于2003年提出的全球大气十年研究发展计划——观测系统研究与可预报性试验(THORPEX)的推动下，国际上众多国家和地区已开展了大量针对极端天气事件预报的目标观测研究和外场试验，有效提高了预报水平。中国针对目标观测的研究和实践起步较晚，但在近十余年取得了突破性进展。该文介绍了目标观测的理念，阐释了实施目标观测需要解决的核心问题，概述了国际上已开展的目标观测外场试验，评述了中国关于热带气旋预报的目标观测研究的进步和外场实践的努力。

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5. 面向微生物的CRISPR基因编辑工具的功能应用

程洲华, 俞汉青

自然杂志 2024, 46 (5): 317-329. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.05.001

摘要（872）

PDF（pc）（3332KB）（238）

成簇规律间隔短回文重复(CRISPR)系统作为一种强大且可调控的基因编辑工具，由于其精准性和灵活性，在微生物机制解析、功能强化以及检测溯源等领域中有着广阔的应用前景。其中，Cas(CRISPR associated)蛋白的特异性识别与切割(cis-cleavage)以及无差别的附属切割(trans-cleavage)，作为CRISPR系统的两大核心功能而备受关注。基于特异性识别和切割功能建立的高效微生物基因组编辑工具，实现了对微生物功能的强化，增强了其在环境保护、生态修复以及能源回收等领域的应用能力；基于其附属切割功能创制的病原微生物的快速检测方法，为病原微生物引起的疫情防控提供了技术支撑。文章着重介绍CRISPR基因编辑技术在微生物中的应用现状和发展前景。

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6. 土地癌化及其防治

黄建平, 富丽, 李昶豫, 黄季平

自然杂志 2024, 46 (4): 239-246. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.04.001

摘要（625）

PDF（pc）（5581KB）（129）

由于全球变暖、城市化、荒漠化等一系列问题，地球的健康状况正在下降，这严重威胁着生态安全和社会的可持续发展。当土地无法通过光合作用产生足够的氧气时，其储水能力逐渐丧失，触发“高温-干旱”相互加强的正反馈循环。基于此，文章将地球视为一个生命体，提出了土地癌化的概念及其诊断方法，以量化土地的健康状况。文章还通过构建癌化土地指数(cancer land index, CLI)，发现全球超过一半(53%)的土地面积正面临着癌化的威胁。癌化土地开始于产氧量低的沙漠和干旱区，以及耗氧量高的大城市和工业区，并逐渐向周边地区蔓延。这一过程类似于人体癌细胞扩散，标志着地球健康的恶化。文章通过对土地癌化概念的深入研究和癌化面积的检测，提出针对自然癌化土地和人为癌化土地的相应防治对策和建议，力争在早期发现和阻止土地癌化，保护地球的整体健康。

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7. 固体中的缺陷：从位错到拓扑涡旋

周鑫嘉, 马琳, 武振伟, 汪卫华

自然杂志 2024, 46 (2): 83-87. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.02.001

摘要（3780）

PDF（pc）（25677KB）（561）

固体如何形变流动，是固体物理和材料科学所长期关注的重要问题。谚语讲“上帝眼中，万物皆流”，其本质讲明了固体材料并不完美，其中存在的缺陷主导了固体材料的长时间尺度流变行为。在最近的一项研究工作中，研究者将拓扑学理论与前沿模拟方法相结合，最终证实了玻璃中拓扑缺陷的存在及其对玻璃塑性的关键作用。相关工作在非晶物质科学领域内首次展示了经典本征振动模式几何是如何影响非晶材料塑性行为的。

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8. “端粒到端粒”人类参考基因组：精准医学时代的新起点

康禹

自然杂志 2024, 46 (2): 88-94. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.02.002

摘要（1265）

PDF（pc）（1752KB）（788）

DNA测序技术的飞速发展使人类基因组学研究迈进“端粒到端粒(T2T)时代”。这个时代的核心标志是实现每一个人类染色体分子——从端粒到端粒——高质量、高完整度的连续线性组装，成为精准医学质量控制的金标准，从而准确和稳定地识别个体变异信息。越来越多个体基因组的完整组装为我们揭示远高于预期的人类基因组差异，也为各人群采用自己的近缘参考基因组进行变异分析提供了关键的理论依据。近缘参考基因组可以更准确地识别和定位个体的基因变异，而准确的变异数据是精准医学中变异与表型关联研究的关键数据基础。这种以人群为单位的基因组分析和研究新范式，必将显著影响国际和国内未来精准医学发展的格局。

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9. 气候变化与碳中和

周天军, 陈晓龙, 张文霞, 张丽霞

自然杂志 2024, 46 (1): 1-11. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.001

摘要（6441）

PDF（pc）（3339KB）（1777）

工业化以来化石燃料的广泛使用使大气中的二氧化碳浓度急剧升高，造成全球气候变暖、极端天气气候事件频发。为有效应对和减缓气候变化，国际社会通过《巴黎协定》设定了2 ℃和1.5 ℃温控目标，由此提出了碳中和的概念。文章介绍了全球变暖的基本事实、人类碳排放对工业化以来全球变暖的作用，归纳了关于未来气候变化的主要结果，阐释了1.5/2 ℃温升阈值与碳中和的关系，概述了国际社会为有效应对全球变暖而在减少碳排放方面的努力。

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10. 中国被子植物多样性及其保护研究进展

赵雨杰, 赵莉娜, 胡海花, 彭丹晓, 陈之端, 鲁丽敏

自然杂志 2023, 45 (6): 399-409. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.06.001

摘要（940）

PDF（pc）（39996KB）（504）

由于气候变化与人类活动的影响，中国生物多样性受到严重威胁，急需开展保护工作。《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提出“3030目标”，即到2030年保护全球至少30%的陆地和海洋。目前中国各级各类自然保护地虽覆盖陆域国土面积达18%，但距30%的目标仍有差距，亟需识别更多优先保护地。研究人员基于丰富度、特有性、受威胁程度、进化历史等多样性指标均识别出中国西南地区是被子植物的多样性热点，进一步利用新-古特有分析、整合多个指标的综合丰富度指数和综合系统发生多样性指数识别出更多独特的保护空缺，为完善中国自然保护地体系建设提供了科学支撑。

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11. 多学科交叉揭开灵长类复杂社会的起源之谜

郑霁轩, 张国捷, 齐晓光

自然杂志 2023, 45 (5): 321-328. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.001

摘要（2556）

PDF（pc）（5290KB）（752）

灵长类动物的社会组织形式呈现出极高的多样性，但其演化历程，特别是几种最复杂的社会组织的起源尚未得到阐明。近百年来，为回答该问题，社会生态学和行为学领域已经积累了丰富的资料，提出了众多理论，但它们主要停留在宏观层面，缺乏对基因组等微观机制的阐述。近日发表于《科学》的一项工作中，由西北大学齐晓光教授等中外科学家组成的联合团队，聚焦于独特珍稀的亚洲叶猴类，综合了来自比较基因组学、生态学、古生物学、行为学、细胞生物学等多领域的证据，全面地还原了该类群的自然史，尝试回答什么是社会组织演化的驱动因素。结果显示，亚洲叶猴类的社会组织具有很强的系统发育信号，且受到历史上环境事件的深刻影响。其中，群体的复杂化可能与寒冷驱动的多巴胺通路和催产素通路的快速演化有关。该研究开创了“行为-生态-基因组”综合分析的范式，为灵长类社会演化研究领域开辟了新的道路。

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12. 昆虫嗅觉系统编码规律

程李莉, 康乐, 郭晓娇

自然杂志 2023, 45 (4): 239-246. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.001

摘要（1360）

PDF（pc）（1722KB）（1725）

嗅觉在昆虫的整个生活史中发挥着重要作用，从定位取食寄主植物维持个体生存，到同种个体联系以及求偶交配维持种群发展。昆虫在长期的适应过程中发展出一套完备的嗅觉感受-处理系统。虽然不同种类昆虫的嗅觉系统在结构和功能上表现出各自的特色，但依然遵循着通用的编码规律。文章总结了昆虫外周感受系统与中枢神经系统感受-处理嗅觉信息的关键节点及彼此的对应关系，归纳昆虫嗅觉系统编码的一般规律并与一些昆虫特殊的嗅觉特征进行比较分析，为人们认识昆虫嗅觉作用机制与进化提供了新的角度。

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13. 转录前起始复合物的组装和启动子识别机制

陈曦子, 徐彦辉

自然杂志 2023, 45 (2): 79-88. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.02.001

摘要（10191）

PDF（pc）（7208KB）（2033）

基因转录作为中心法则的关键环节，将遗传信息由DNA传递至RNA，从而指导蛋白质的合成，是生物体最重要的生命活动之一。转录起始过程发生在几万种不同基因的高度多样化的启动子区，启动子区转录前起始复合物(PIC)的装配是转录起始的关键步骤，受到极其复杂的调控，是基因表达调控的核心。数十年来，大量基于TBP-TATA框体系开展的PIC结构和功能研究逐步揭示了基于TBP的PIC在TATA框启动子上的组装机制。近年来，研究显示，人类超过85%基因启动子不含有TATA框，并且几乎所有的基因转录过程都需要TFIID参与，且功能并不能够被TBP所替代。近期，基于TFIID的不同组装阶段的PIC结构和包含+1核小体的复合物结构的研究突破，首次系统地展示了PIC识别不同类型启动子及其在染色质上组装的分子过程，为后续研究基因表达调控提供了理论基础。

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14. 元宇宙下的社会计算

郭毅可, 吴超

自然杂志 2023, 45 (2): 89-92. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.02.002

摘要（765）

PDF（pc）（1141KB）（729）

技术的不断发展推动着社会形态发生转变，世界进入了零距离时代。在此背景下，元宇宙进入大众视野，逐渐成为各领域期待的新兴产业。文章分析了在零距离社会中关键技术的变革与发展，并探究结合元宇宙解决社会问题的新方式。但与此同时，元宇宙也对传统行业产生深层冲击，带来平台垄断、用户隐私泄漏等风险。元宇宙的蓬勃兴起具有深厚的现实基础，但在发展与迭代的同时，也应对元宇宙所衍生的社会风险有所警惕。

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15. 镁合金结构材料应用现状与展望

谭军, 王芳磊, 蒋斌, 潘复生

自然杂志 2023, 45 (2): 93-105. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.02.003

摘要（2394）

PDF（pc）（3268KB）（3028）

镁合金密度仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4，因此镁合金零部件的大规模应用有助于轻量化和节能减排。在碳达峰、碳中和背景下，镁材料的发展应用潜力巨大。文章分析了国内外镁合金的产业现状及其加工技术，重点综述了镁合金作为结构材料在汽车、轨道交通、自行车、3C(计算机、通信和消费电子产品)、航空航天、国防工业等领域的发展与应用情况，梳理了目前镁产业存在的主要问题，最后对镁合金结构材料的未来发展进行了展望。

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16. 聚焦ChatGPT：发展、影响与问题

罗戈, 张新鹏

自然杂志 2023, 45 (2): 106-108. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.02.004

摘要（3720）

PDF（pc）（1672KB）（2473）

ChatGPT是大规模自然语言模型GPT不断发展优化的产物，最近受到学术界和产业界的高度关注。ChatGPT可用语言交流形式实现与人的交互，并从语言拓展到多模态形式。文章对ChatGPT的发展历程进行回溯，并介绍其在多模态、个性化、交互性方面的影响，最后对ChatGPT当下和未来的应用中可能存在的问题进行探讨。

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17. 太赫兹波调控技术：驾驭太赫兹之光

姚建铨, 李杰, 张雅婷, 丁欣, 吴亮

自然杂志 2023, 45 (1): 1-16. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.01.001

摘要（1710）

PDF（pc）（7929KB）（1908）

随着研究的不断深入，太赫兹科学与技术在多个基础研究及工程应用领域的重要地位日益凸显。辐射源、传输与控制及探测感知是太赫兹技术进一步发展需要继续探索的三个重要方面。太赫兹波应用的共同基础是使其与物质发生有效的相互作用以携带信息、传输能量等，实现这些过程往往需要对太赫兹信号的振幅、相位、频率、偏振、波前等电磁特性及自旋角动量、轨道角动量等光子特性在时空维度上进行调控。上述调控可以直接在辐射源处进行，也可以在传输过程中引入额外的功能器件。文章介绍了几种最具代表性的、基于源及器件的太赫兹波调控技术，并总结其基本原理、发展历程及最新进展。太赫兹波调控技术的发展将为太赫兹波的进一步应用奠定坚实的基础。

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18. 水稻高温感知及响应机制的研究进展

阚义, 林鸿宣

自然杂志 2022, 44 (6): 411-421. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.06.001

摘要（995）

PDF（pc）（5048KB）（900）

全球气候变暖威胁粮食安全，水稻极易受到高温的影响而减产。植物通过不同层面感知高温并激活下游的高温响应，包括膜流动性、蛋白质内稳态和活性氧内稳态平衡的改变等。水稻在不同的亚细胞结构(细胞膜、内质网、叶绿体)和不同的生理生化过程(核酸、蛋白质、代谢)上响应高温。自然位点在生产应用上更为便捷，其中TT1(Thermotolerance 1)、TT2、TT3是三个重要的水稻耐高温自然位点，并分别通过参与毒性蛋白清除、钙信号介导的蜡质代谢以及细胞膜-叶绿体信号转导调控水稻抗热，因此挖掘耐高温自然位点，解析作物高温感知及响应机制，为培育抗高温作物新品种提供理论基础，具有重要意义。

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19. 分子阿秒超快动力学精密测量与调控

左子潭, 姜雯昱, 徐一丹, 童继红, 韩露露, 许理明, 宫晓春, 吴健

自然杂志 2022, 44 (6): 422-431. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.06.002

摘要（1470）

PDF（pc）（6037KB）（752）

少周期飞秒脉冲激光和桌面化极紫外阿秒光源的发展为在原子分子层面探究电子和原子核超快运动提供了飞秒到阿秒时间尺度的探测标尺。围绕双光子干涉阿秒拍频重构技术、阿秒条纹相机技术、阿秒钟技术以及阿秒瞬态吸收光谱技术等不同的阿秒测量谱学方法，主要梳理了飞秒和阿秒光脉冲在分子电离解离超快精密测控领域的最新进展，探讨了分子化学键断裂重组过程中的电子跃迁、电荷转移、电子-电子关联、电子-原子核振转耦合等超快动力学行为。

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20. 嫦娥五号样品“讲述”月球故事

杨蔚

自然杂志 2022, 44 (5): 329-338. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.05.002

摘要（1203）

PDF（pc）（6507KB）（1473）

嫦娥五号实现了中国首次地外天体采样，是中国深空探测的重要里程碑，并开启了中国月球科学研究的新篇章。嫦娥五号着陆在月球风暴洋北部，位于月球最年轻的月海玄武岩单元之一。遥感探测显示该地区具有独特的化学组成，如中等TiO₂含量和高Th含量。科学家利用先进的实验分析技术研究嫦娥五号月壤中的玄武岩颗粒，发现其形成于20亿年前的火山活动，比阿波罗号样品和月球陨石限定的月球火山活动结束时间晚8亿年。此年轻火山活动的诱发机制仍不清楚，但是有两个主流假说，即富克里普物质提供了额外热量导致月幔熔融或富水源区降低了熔点，可以被排除。新样品带来新发现，新发现催生新理论。月球长时间火山活动之谜仍未解开，新的理论亟待建立。

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