2021年登上Nature封面的地球与行星科学发现
蓝色喷流进入平流层的观测研究
Volume 589 Issue 7842, 21 January 2021Bolts of blue
封面的艺术再现图描绘了从国际空间站看到的蓝色喷流（blue jet）。蓝色喷流是一种能从雷暴云顶部向上进入平流层的特殊“闪电”。这些喷流的持续时间不到一秒，还未得到充分表征，形成过程也存在争议。Torsten Neubert和同事报道了国际空间站上一设备对蓝色喷流的观测结果。研究人员利用该设备对这类事件的无遮挡观测，发现了一个从雷暴云顶部明亮蓝色闪光开始的蓝色喷流，持续时间约10微秒。根据研究团队的分析，这道闪光可能与启动云内闪电的无线电波的负窄双极性脉冲是光学等效的。
封面图片：DTU Space，Mount Visual/Daniel Schmelling
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Neubert, T., Chanrion, O., Heumesser, M. et al. Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere. Nature589, 371–375 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03122-6
冰期中被厚冰架覆盖的淡水北冰洋
Volume 590 Issue 7844, 4 February 2021Salt-freeArctic seas
封面所示为冰岛的钻石海滩和杰古沙龙冰河湖。研究人员认为北冰洋的大部分面积曾被冰架覆盖，但一直很难得到这方面的明确证据。Walter Geibert和同事的研究结果表明，在最近的两次冰期中，北冰洋和旁边的北欧海曾主要由淡水组成，还被一个很厚的冰架覆盖。研究人员分析了海洋沉积岩芯中的钍-230——钍-230来自盐水中的铀衰变。作者发现，北冰洋和北欧海的多个岩芯层中都缺少钍-230，并认为这意味着不存在盐水。研究团队认为，冰架起到了大坝的作用，隔开了大西洋的盐水涌入。这过程导致该地区在7万-6.2万年前以及15万-13.1万年前充满了淡水。
封面图片：Aleksandar Tomic/Alamy
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Geibert, W., Matthiessen, J., Stimac, I. et al. Glacial episodes of a freshwater Arctic Ocean covered by a thick ice shelf. Nature 590, 97–102 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03186-y
下潜马里亚纳海沟的自供电软体机器人
Volume 591 Issue 7848, 4 March 2021Deep-sea diver
由于极端条件的限制，深海一直是地球上有大量未知等待探索开发的区域。Tiefeng Li等人描述了一个能在水下近11000米作业的软体机器人。他们机器人的设计灵感来自于深海狮子鱼（Pseudoliparis swirei），该机器人的各个电子元器件分布全身，并整体封装在一种柔性有机硅材料中，帮助其承受深海的极端压力。在测试中，研究团队成功让机器人在中国南海海面下3224米和马里亚纳海沟10900米的深度工作。封面的艺术再现图描绘了这个机器人和它的灵感来源——深海狮子鱼。
封面图片：李铁风/浙江大学
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Li, G., Chen, X., Zhou, F. et al. Self-powered soft robot in the Mariana Trench. Nature 591, 66–71 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03153-z
气候驱动的候鸟迁徙路线变化以及基于记忆的长距离迁徙
Volume 591 Issue 7849, 11 March 2021Flight of the falcon
封面所示为一个佩戴GPS定位追踪器的游隼。对于什么决定了鸟类在北极地区的迁徙路线，人们知之甚少。Xiangjiang Zhan（詹祥江）和同事们研究了游隼（Falco peregrinus）从北极繁殖地到欧亚大陆不同越冬地的迁徙路线。研究人员将56只游隼的卫星追踪数据与35只游隼的基因组分析数据相结合，并利用古气候数据重建了游隼过去的繁殖地和越冬地分布。他们发现，游隼的迁徙模式从末次盛冰期（22000年前）结束以来，主要受到环境变化的影响。研究团队还确定了一种或对游隼有益的遗传因素——迁徙距离更长的游隼携带ADCY8优势等位基因，作者认为该基因可能与长期记忆的形成有关，从而帮助游隼保留了部分迁徙路线。
封面图片：Andrew Dixon
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Gu, Z., Pan, S., Lin, Z. et al. Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration. Nature 591, 259–264 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03265-0
卫星图像揭示暴露于洪水风险的人口比例增加
Volume 596 Issue 7870, 5 August 2021High and rising
洪灾对人们造成的危害比其他任何环境灾害都多，而且这种风险还在不断上升。BethTellman和她的同事将卫星图像和人口数据结合，开发了全球洪水数据库（Global Flood Database），揭示了洪水风险上升的程度。该数据库覆盖了2000年至2018年的913次特大洪水，共使用了12719份分辨率为250m的每日卫星图像。研究团队发现。约2.5亿至2.9亿人直接受到了洪水影响，在2000年至2015年间，居住在洪水多发地区的人口比例增加了近四分之一。气候变化预测表明，这一比例将到2030年还会进一步上升，至少有57个国家预计会有更大比例的人口暴露于洪水风险中——如封面所示的今年中国洪水。研究团队认为。该洪水数据库或有助于指导规划和适应政策，以缓解未来可能出现的问题。
封面图片：China Daily via Reuters
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Tellman, B., Sullivan, J.A., Kuhn, C. et al. Satellite imaging reveals increased proportion of population exposed to floods. Nature 596, 80–86 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03695-w
来自三叠纪的原始鳞龙类动物揭示蜥状爬行动物的起源
Volume 597 Issue 7875, 9 September 2021Filling the gaps
封面描绘了一个最新发现的来自三叠纪的蜥状生物，名为Taytalura alcoberi。鳞龙类动物包括有鳞目（蜥蜴和蛇）和喙头目（喙头蜥），但代表爬行动物演化历史的鳞龙类化石记录一直残缺不全。Ricardo Martínez和同事用Taytalura的化石头骨填补了这一空白，该化石头骨发现于阿根廷，可追溯至约2.3亿年前。这个保存完好的头骨属于有鳞目和喙头目分化前演化出的一个支系，因此代表了迄今已知最早的鳞龙类动物之一。研究团队指出，Taytalura的头骨与现代喙头蜥有一些共同特征，说明之前被认为只在喙头目中存在的多个解剖学特征必定在鳞龙类动物的演化早期就已出现。
封面图片：Jorge Blanco
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Martínez, R.N., Simões, T.R., Sobral, G. et al. A Triassic stem lepidosaur illuminates the origin of lizard-like reptiles. Nature 597, 235–238 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03834-3
气候治理
Volume 589 Issue 7842, 21 January 2021 Bolts of blue
封面所示为鄂尔多斯附近的一座煤场正在进行露天开采作业。第26届联合国气候变化大会（COP 26 UN Climate Change Conference）于10月31日在英国格拉斯哥举行，所有目光都在关注世界各国能否达成共识，就应对气候变化不力的现状做出改变。这期杂志聚焦不同措施的实施效果，以及还有哪些工作需要完成。
封面图片：Markus Sepperer/Anzenberger/eyevine
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doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02846-3
家马从欧亚草原西部起源和扩张
Volume 598 Issue 7882, 28 October 2021Horse code
封面展示了三座迪卢瑟（Duruthy）马形雕像中的一个。这些雕像发现于法国索尔德拉拜（Sorde-l’Abbaye），可追溯至1.7万年前的马格德林文化中期。家马的遗传谱系尚不明确，现代家马的马类祖先不详。Ludovic Orlando和同事对欧亚大陆各处的273匹古代马进行了DNA分析。利用这些信息，研究者发现了约公元前2700年之后，下伏尔加河-顿河地区（现属俄罗斯）有一个驯化中心。研究团队的数据表明，骑马和使用轮辐战车支持了这些新驯化的马扩散开去，在约500年里，这些马不断繁育，取代了欧亚大陆各地此前所有的本地马种。
封面图片：Ludovic Orlando/Abbaye d’Arthous, Collection du Département des Landes (France)
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Librado, P., Khan, N., Fages, A. et al. The origins and spread of domestic horses from the Western Eurasian steppes. Nature 598, 634–640 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04018-9
心咽部结构拆解与原始被囊动物的固着生活方式
Volume 599 Issue 7885, 18 November 2021Matters of the heart
被囊动物（如海鞘）与脊椎动物的亲缘关系最近。这类海洋生物大部分在幼体时能自由游动，但在变成定栖的成体后会固着、无法移动。然而，尾海鞘纲的被囊动物不会发生这种转变，终身都能自由游动。被囊动物的固着起源以及这与尾海鞘纲的关系引发了许多争议。Cristian Cañestro和同事对被囊动物的演化提出了新的认知。研究团队聚焦尾海鞘纲的心脏发育，发现它们的心咽部基因调控网络因大规模基因丢失而“拆解”。团队认为，这种拆解导致其失去了原始被囊动物特征性的固着生活方式。这种拆解或许与“住屋”这类帮助尾海鞘纲从固着生活方式过渡到如今状态的演化适应有关，住屋是这类生物特有的一种胶质滤食结构，如封面所示。
封面图片：Alfonso Ferrández-Roldán
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Ferrández-Roldán, A., Fabregà-Torrus, M., Sánchez-Serna, G. et al. Cardiopharyngeal deconstruction and ancestral tunicate sessility. Nature 599, 431–435 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04041-w
山岳地形对北美季风的机械强迫作用
Volume 599 Issue 7886, 25 November 2021Peak flow
封面展示了一场季风暴雨穿过亚利桑那州东南部时产生的一道闪电。在夏季，一个强降雨带沿墨西哥西海岸延伸至美国西南部、长达1000多公里，构成了北美季风。现在普遍认为季风产生的原因是太阳对海洋和陆地加热不均。这会导致气压变化，最终形成的风会拖动凉爽潮湿的海洋空气在陆地上产生降雨。William Boos和Salvatore Pascale用研究表明北美季风会有所不同。这里的季风来自被山脉转向的风。墨西哥的马德雷山脉令急流转向，结果抬升了暖湿空气，形成了对流型降雨。研究者指出，尽管确实存在地面加热，但其影响不足以解释北美季风，这意味着北美季风应是在机械强迫作用下形成的。
封面图片：John Sirlin/Alamy
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Boos, W.R., Pascale, S. Mechanical forcing of the North American monsoon by orography.Nature 599, 611–615 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03978-2
智利亚南极地区一个过渡种甲龙的奇异尾部武器
Volume 600 Issue 7888, 9 December 2021Armed response
我们了解甲龙具有尾部武器，其中包括剑龙属的棘刺和甲龙属的尾锤。Alexander Vargas和同事报道的一个新种甲龙拥有类似于阿兹特克（Aztec）战锤的奇异尾部武器。这个甲龙类恐龙名为Stegouros elengassen，其近乎完整的骨架被发现于智利南部，约生活在7500万年前。它巨大的尾部武器由7对扁平的骨化物融合而成，形成类似蕨叶的结构。研究人员鉴定出Stegouros与澳大利亚发现的冈瓦纳古陆盾龙属（Kunbarrasaurus）甲龙和南极发现的南极甲龙属（Antarctopelta）具有亲缘关系。作者认为，当劳亚古陆和冈瓦纳古陆在晚侏罗世最终分离后，这两个超级大陆上可能生活着甲龙谱系的不同分支。
封面图片：DTU Space，Mount Visual/Daniel Schmelling
文章链接：
Neubert, T., Chanrion, O., Heumesser, M. et al. Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere. Nature 589, 371–375 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03122-6
2021 年度十大人物榜单（Nature's 10）
Volume 600 Issue 7890, 23 December 2021One year. Ten stories
2021年最后一期杂志通过十大科学人物回顾了过去的12个月，这十位人物参与见证了这一年的科学发展。封面展示了地球上不同生命形式之间存在内在联系——从海洋、陆地到空气，从微生物到体型最大的哺乳动物。地球脆弱性是今年非常突出的一个主题，国际社会纷纷开展全球性协商，旨在保护生物多样性、防范气候变化的最坏后果。
在地球科学方面有为森林原住民权利和生物多样性问题奔走的 Victoria Tauli-Corpuz、我国首次火星探测任务“天问一号”的总设计师张荣桥以及投身于研究极端天气事件研究的Friederike Otto。
封面图片：Elena Galofaro Bansh
参考：
1. https://www.nature.com/nature-portfolio
2.https://www.nature.com/nature/volumes volumes：589-600
3.https://www.nature.com/immersive/d41586-021-03621-0/index.html
编辑：万鹏
美编：许宏玺
校对：王海波
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