2022年！北京大学连发5篇《Science》

截至2022年3月19日，2022年北京大学以通讯单位在Science 共发表了5项研究成果，在地球科学，化学，材料科学及生命科学取得了新进展，iNature系统盘点这些研究成果：

【1】2022年3月17日，北京大学华方圆及伦敦国王学院L. Adrian Bruijnzeel共同通讯在Science 在线发表题为“The biodiversity and ecosystem service contributions and trade-offs of forest restoration approaches”的研究论文，该研究汇总分析了来自全球53个国家地区、264个野外研究的近2.6万条数据，发现与结构简单的人工林相比，天然林可以更好地支持生物多样性保护和实现地表碳存储、土壤保持、水源涵养的生态系统服务，但是人工林在木材生产方面具有优势。这些结果强调了政策制定者在履行森林恢复承诺时必须在环境和生产目标之间进行重要权衡。

【2】2022年3月10日，北京大学周雄及吴凯共同通讯在Science 在线发表题为”Visualization of on-surface ethylene polymerization through ethylene insertion“的研究论文，该研究通过扫描隧道显微镜在渗碳铁单晶表面上报告了乙烯聚合的原位可视化。该研究观察到乙烯聚合在两个碳化物域之间的边界处的特定三角形铁位点上进行。在没有活化剂的情况下，一种归因于表面锚定亚乙基 (CHCH3) 的中间体充当链引发剂（自引发），随后通过乙烯插入生长。该研究的发现为分子水平的乙烯聚合途径提供了直接的实验证据。

【3】2022年2月10日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组、上海脑科学与类脑研究中心闵斌副研究员和北京大学生命科学学院唐世明课题组合作在Science 在线发表题为“Geometry of sequence working memory in macaque prefrontal cortex”的研究论文，该研究训练猕猴记忆由多个空间位置组成的序列，并利用在体双光子钙成像技术记录猕猴大脑前额叶皮层的神经元活动。该研究发现神经元以群体编码的形式表征了序列中的每一个空间位置，并在这些表征中发现了类似的环状几何结构。该研究推翻了经典序列工作记忆模型的关键假设，为神经网络如何进行符号表征这一难题提供了新的见解。

【4】2022年2月3日，北京航空航天大学江雷院士、郭林教授（通讯作者）、北京大学口腔医院邓旭亮教授（通讯作者）和美国密歇根大学生物界面研究所Nicholas A. Kotov教授（通讯作者）团队合作（北京航空航天大学赵赫威副教授、Liu Shaojia、岳永海教授和北京大学口腔医学院卫彦教授为论文的共同第一作者）在Science 在线发表题为”Multiscale engineered artificial tooth enamel“的研究论文，该研究通过组装与聚乙烯醇交织的无定形晶间相 (AIP) 涂层羟基磷灰石纳米线，设计了一种具有多尺度基本层次结构的牙釉质类似物。 纳米复合材料同时表现出高刚度、硬度、强度、粘弹性和韧性，超过了搪瓷和以前制造的大块搪瓷启发材料的性能。AIP 的存在、聚合物限制和强大的界面粘附都是高机械性能所必需的。这种多尺度设计适用于高性能材料的规模化生产。

【5】2022年1月22日，北京大学瞿礼嘉团队在Science 在线发表题为”RALF peptide signaling controls the polytubey block in Arabidopsis“的研究论文，该研究展示了位于隔膜的 FERONIA、ANJEA 和 HERCULES 受体激酶 1 受体样激酶与花粉管特异性 RALF6、7、16、36 和 37 肽配体相互作用以建立这种多管块。RALF（快速碱化因子）肽和受体复合物的相同组合控制花粉管接收和目标胚珠内的破裂。花粉管破裂会释放隔膜处的多管，从而在受精失败时出现次级花粉管。因此，拟南芥受精过程中精心安排的步骤由相同的信号组件协调，以保证和优化繁殖成功。

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世界范围内，森林恢复作为一个重要的“基于自然的解决方案”(nature-based climate solution) 被广泛实施，旨在通过其对二氧化碳的吸收和储存帮助应对全球气候变化。另外还有许多森林恢复项目的初衷是土壤保持、水源涵养、或木材生产。森林恢复的方式大致可分为种植较为单一的人工林和恢复天然森林两大类。

上述“生态系统服务”是森林恢复能为人类直接提供的重要福祉，其实现具有重大意义，但一个不容忽视的问题是它们在森林恢复中的主导地位，实际造成了挤占生物多样性的获益空间这一负面作用。这是因为大量以生态系统服务为目标的森林恢复项目抱有“凡林皆可”的假定，主要通过种植一种或少数树种来构建简单的人工林；而相比组成结构多样的天然森林，人工林能带来的生物多样性效应非常有限。

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图1：天然林与人工林景观：A-四川省大相岭省级自然保护区中的天然林；B-四川省洪雅县境内的柳杉人工林。（图片来源：华方圆）

“考虑到当前生物多样性面临的危机及其对森林恢复的迫切需求，这种挤占使生物多样性保护错失了一个巨大的机会”，论文的第一和通讯作者华方圆研究员指出。

然而， 就算对森林恢复针对的上述生态系统服务而言，“人工林与天然林同等有效”的假定目前都还没有得到严格的科学检验 。这个假定成立与否，不仅关系到森林恢复能给生物多样性保护提供多少机会，更决定了森林恢复能在多大程度上实现其生态系统服务的目标。

为填补上述空缺，本研究通过梳理整合现有证据，对一系列人工林与天然林在地表碳存储、土壤保持、水源涵养、木材生产这四个关键生态系统服务和生物多样性上的成效进行了对比，以衡量在森林恢复方式的选择上，不同恢复目标之间的协同或权衡关系，从而为森林恢复的政策制定提供科学支持。

图片 图2：人工林（与天然林相比）在生物多样性与生态系统服务各个维度的评估：A-数据来源分布及数据量；B-人工林与成熟天然林相比的相对成效（上图），林龄较老或处于废弃状态的人工林与天然林相比的相对成效（下图）；C-人工林与恢复的天然林相比的相对成效，包括木材生产 (下图)；D-恢复的天然林与全球主要单一树种人工林在木材年均产量上的对比。（图片来源：文章）

该篇文章首次从“多种红利”的视角，构建和分析了现有最完备的人工林与天然林配对数据集。结果表明，天然林在保护生物多样性与地表碳存储、土壤保持、水源涵养这三种面向环境的生态系统服务方面都比人工林成效更好。人工林相比天然林成效的差距在土壤保持方面尤其突出，并且在水源涵养方面随气候的干旱程度增加而越发严重。这些发现提示，如果森林恢复的主要目标是生态益处，那么即使不从生物多样性的考虑出发，我们也应该优先恢复天然林。恢复的方式需要因地制宜，基于土地退化程度、水热条件、距离动植物种源地距离等因素，灵活采用自然恢复、人工种植多种本地乔灌草植物、人工辅助促进自然恢复等一系列方法。

图片 图3：创新性的天然林恢复试点：A-巴西圣保罗州Itatinga圣保罗大学森林实验站的桉树人工林景观中，通过自然恢复、人工辅助的自然恢复、人工种植多样本土植物等方式恢复天然林生态系统；在种植有桉树的实验地，桉树在种植5年后采伐，木材收入可用于帮助承担恢复项目的成本。B-巴西圣保罗州Bertioga对桉树人工林进行改造，用药剂杀死桉树，让本地植物群落自然生长，最终恢复为本地原有的大西洋雨林。（图片来源：Paulo Molin和Pedro Brancalion）

但有限的现有数据显示，人工林在木材生产功能上的成效明显优于天然林，体现出森林恢复对其目标和方法需要考虑的关键权衡之处。这一发现也提示，人工林有可能通过保护其他有更高生态成效的森林免于木材生产及其带来的生态代价，来间接地提供生态益处——实现这种间接益处的前提，是人工林以其高效用材林的角色，成为区域尺度林地管理的有机组分。

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 图4：用于木材生产的人工林：A-广西省合浦县的速生丰产桉树人工林；B-广西省高峰林场主要用于木材生产、但也保留有天然林的森林景观。（图片来源：华方圆）

文章还发现，世界各地许多林龄较老或处于废弃状态、不再用于木材生产的人工林，其生物多样性、地表碳存储、土壤保持、水源涵养成效都低于天然林。考虑到这类人工林的普遍性，将它们恢复成天然林将能带来很大的生态红利。

该研究对森林恢复的政策制定具有重要参考意义。联合国已将2021-2030年定为“生态系统恢复的十年”。与应对气候变化的其他努力一起，“十年”将推动全球在数百万公顷的土地上开展森林恢复，有望带来巨大的生态和社会红利。但兑现这些红利的前提，是选择合适的森林恢复方式、并确保被恢复的森林生态系统能充分实现预期的生态和社会目标。

北京大学城市与环境学院生态研究中心研究员华方圆博士为论文的第一作者和共同通讯作者，保护生态学课题组成员王玮亦和苗新然为论文的共同作者。研究得到北京大学生态研究中心学科建设人才启动经费、中科院战略性先导科技项目、英国皇家学会牛顿基金、巴西圣保罗基金的资助；合作团队来自以下11个研究机构：北京大学、英国剑桥大学、英国伦敦大学国王学院、云南大学、巴西圣保罗大学、 智利拉弗龙特拉大学、荷兰应用科学研究组织、澳大利亚新南威尔士大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、英国阿伯丁大学和英国谢菲尔德大学。

来源：谷粉学术

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