Im体育官网app科研团队近期的研究进展如何？我们整理了今年10月、11月部分科研成果，一起来看看吧！
生态与环境科学领域
｜演替进程中生态系统稳定性的变化规律研究
经典演替理论认为，随着演替的进程，生态系统的稳定性逐渐提高。这一观点被广泛写入生态学教科书中，并已成为生态恢复的指导思想。生态与环境科学学院黎绍鹏教授团队利用全球历时最长的弃耕地次生演替连续监测序列，揭示了只有在大的空间尺度上才能检测出稳定性随演替显著增加的趋势，而在小尺度上演替后期生态系统并未趋于稳定，进而修正了“生态系统稳定性总是随演替进程逐渐提高”的传统观点。
该成果发表于Science Advances上，黎绍鹏教授为通讯作者，研究生孟亚妮为本文第一作者。
原文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1279
｜全球高温热浪下陆地生态系统碳循环因果关系变化机制研究
全球气候变化导致极端热浪事件频发，威胁生态系统碳汇功能。光合作用和呼吸作用作为决定系统碳汇动态的两大关键过程，如何从其紧密的反馈关系中检测和量化两者之间的因果关系及其在热浪下的变化是当前面临的挑战。
生态与环境科学学院夏建阳团队利用收敛交叉映射、野外通量观测和过程模型等技术，定量评估了陆地生态系统光合与呼吸作用之间的双向因果关系，提出并验证了两者在热浪事件中的“因果关系强化假说”。研究表明极端高温对改变陆地碳循环因果关系有重要影响，这一发现对理解和预估气候变化背景下的全球生态系统碳汇功能动态具有重要意义，也为其它复杂动力学系统的因果关系研究提供了参考案例。
相关成果以Enhanced causal effect of ecosystem photosynthesis on respiration during heatwaves为题在国际学术期刊Science Advances在线发表。夏建阳教授为通讯作者，博士生平佳烨为第一作者。
原文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adi6395
｜人类活动和气候变化对全球特有树种分布影响研究
特有种（如银杏）因其独特的进化历史和相对狭小的分布范围常被视为生物多样性保护的重点关注对象。生态与环境科学学院郭文永研究员团队利用当前最详尽的全球树种数据，揭示了当前气候和历史时期相对稳定的气候对全球树种特有性的重要意义，并发现绝大多数的特有种热点区域分布在当前保护区之外，并承受着较强的人类活动压力以及未来气候变化的潜在胁迫。
相关成果在线发表在Nature Communications期刊上，该论文是郭文永研究员团队2022年PNAS研究工作的延续，为全球树种多样性保护提供理论基础。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42671-y
化学科学领域
｜去甲肾上腺素在生物体中含量与分布的检测和成像研究
由于去甲肾上腺素（NE）在生物体中含量与分布的动态性和瞬时性，目前仍然缺乏有效的分子探针对其进行快速、精准监测。化学与分子工程学院田阳团队开发了一种具有快速反应动力学的近红外有机荧光探针，成功地将NE的检测时间从十分钟级缩短至60毫秒，实现了生物体中NE的快速、精准定量荧光成像。
该成果以Sub-100 ms Level Ultrafast Detection and Near-Infrared Ratiometric Fluorescence Imaging of Norepinephrine in Live Neurons and Brains为题，发表在Journal of the American Chemical Society杂志，博士生韩玉界为论文第一作者，张琪伟教授和田阳教授为论文共同通讯作者。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09239
｜防水稳定可剪裁的光子晶体绿色热敏纸研究
热致变色光子晶体，在化学及辐照环境下具有良好的显色稳定性，且不含危害健康的染料或显影剂，是一类绿色环保的新型热敏打印材料。
化学与分子工程学院葛建平教授团队，利用石蜡、胶体、聚氨酯在纸质基材上的层层堆叠，开发出防水稳定可剪裁的光子晶体热敏纸，解决了传统材料遇水褪色的难题。该材料兼容全固态便携式热敏打印机，能够利用一步印刷过程，快速获得具有276DPI分辨率、6级灰阶的结构色图案，为绿色化热敏印刷提供成熟的技术方案。相关成果在线发表在材料学领域顶尖学术期刊Advanced Materials上。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309344
｜构建光热操纵细胞膜异质性的分子工具研究
异质性是细胞膜生物物理化学最重要的特性之一。细胞膜上富含胆固醇/鞘脂的高度动态的结构域，被称为脂筏。脂筏充当信号分子组装平台，参与多种信号转导过程。由于脂筏的高度动态特性，对活细胞上脂筏实时成像面临巨大挑战，因而，脂筏动态组装过程与下游信号通路间难以建立定量关联。
化学与分子工程学院李迪教授与中科院上海有机所生物与化学交叉研究中心葛一凡副研究员合作，提出利用局域温度变化扰动细胞膜功能域分布的策略。利用DNA折纸技术构建了兼具高空间分辨和化学分辨的光热响应分子工具，通过近红外激光操纵局部脂质环境温度来扰动脂筏的相分离程度。该工作探讨了通过高空间分辨率的温度差异，利用物理因素调控细胞膜异质性程度，探索其下游信号通路关系。
相关研究成果以High Spatial-resolved Heat Manipulating Membrane Heterogeneity Alters Cellular Migration and Signaling为题，发表在PNAS杂志。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2312603120
｜具有丰富内部孤立硅羟基的Al-IDM-1分子筛纳米片催化合成气制烯烃反应研究
近年来，高效转化合成气制烯烃成为研究热点；实现产物分布精准调控和获得高丙/乙烯比及烯/烷烃比具有挑战性。设计具有新的拓扑结构和活性中心的分子筛有望催化合成气向目标产物定向转化。研究认为较弱酸性及独特的孤立内部硅羟基是Al-IDM-1具有较高丙烯和丁烯选择性的关键。该工作为设计分子筛催化剂构筑高效的合成气定向催化转化体系提供了新思路。
该成果以Promoting Syngas to Olefins with Isolated Internal Silanols-Enriched Al-IDM-1 Aluminosilicate Nanosheets为题发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上。Im体育官网app吴鹏、徐浩教授和四川大学王岩博士为共同通讯作者，博士研究生庹杰为论文第一作者。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202313785
生命科学领域
｜程序可控智能细胞蛋白药物可控快速释放平台研究
现有的定制细胞对治疗蛋白的表达局限于转录或翻译水平的调控，无法满足对有即时用药需求的疾病治疗。针对这一问题，生命科学学院、上海市调控生物学重点实验室、医学合成生物学研究中心叶海峰研究团队通过重编程蛋白质分泌途径，开发了一个精准可控的蛋白质快速释放技术平台PASS系统。通过调控不同蛋白药物的快速释放，研究人员在多种疾病小鼠中实现了分钟级别的快速降糖、降血压以及镇痛的效果。这一创新成果A programmable protease-based protein secretion platform for therapeutic applications发表在国际期刊Nature Chemical Biology。
PASS的设计原理图
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-023-01433-z
数学科学领域
｜L-函数的特殊值创建新工具研究
L-函数的特殊值一般可以用积分表示，是数论和代数几何中的重要研究对象，不仅出现在算术与几何相关领域，还反复在量子场论的计算中被发现。它们是抽象动机的具体实现，涉及Bloch，Beilinson，Deligne，Zagier等提出的多个重要猜想，蕴含着深刻而丰富的内涵。
多重ζ值、多重模值都是L-函数特殊值的自然推广，是近年来的热点研究课题。数学科学学院助理教授罗马在Brown和Manin的基础上，构造了新的模形式累次积分，并提供了具体算法，为研究多重ζ值、多重模值创建了新工具。有关论文在线发表于国际知名数学期刊Transactions of the American Mathematical Society。
物理科学领域
｜非厄米开放系统声学共振领域研究
物理与电子科学学院黄陆军研究员和合作者回顾了过去几十年非厄米开放系统的声学共振领域的研究进展，并对该领域未来可能的发展方向以及面临的挑战进行了开放性的讨论。
相关成果以Acoustic resonances in non-Hermitian open systems为题在知名期刊Nature Reviews Physics在线发表，黄陆军研究员为论文的共同一作和联合通讯作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s42254-023-00659-z
｜大脑功能网络的本征模凝聚研究
如何从统计物理与复杂网络的角度探索大脑结构与功能之间的关系是一个开放课题，物理与电子科学学院刘宗华团队最近的研究试图在脑结构网与功能网之间建立一座桥梁。不同于传统的点对相互作用模式，该研究基于系统整体信息的本征模分析，发现脑功能往往是少数或单一结构模式的凝聚，包括精神疾病亦是如此。该成果已发表于Nature旗下的Communications Physics。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s42005-023-01405-8
地理科学领域
｜南极区域土壤硝酸盐的同位素研究
硝酸盐对维持生态系统起着重要作用，但其在极地陆地生态系统中的来源和循环过程仍不清晰，同时极地氮循环过程对全球气候变化的响应认识仍非常有限。地理科学学院史贵涛团队领衔与University of Siena合作，研究了南极不同区域土壤硝酸盐的同位素组成，定量了大气沉降和微生物来源硝酸盐的贡献量，揭示了在土壤中存在活跃的氮循环过程，同时发现全球变暖可能会显著影响极地氮循环过程。成果发表在地球化学核心期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（Nature Index）上。
运动与健康科学领域
｜生理能量挑战下的脂肪组织褐变和产热：被运动重构的产热系统
体育与健康学院漆正堂课题组在著名英国生理学期刊Journal of Physiology发表TOPICAL REVIEW文章，从颤抖和非颤抖产热系统之间的互补关系出发，提出了机体产热模式的新见解，即能量挑战下的脂肪非颤抖产热增强会伴随骨骼肌颤抖产热减弱，并从能量稳态角度阐述了脂肪白化和棕色化过程。这一生理功能的转变是为了更经济地利用能源物质，赋予机体更强的适应能力，尤其是在骨骼肌工作需要加强的运动条件下。2022级硕士生朱钰鹏为本文第一作者，漆正堂博士为通讯作者。
原文链接：https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1113/JP285269
｜无关褪黑素：阴差阳错的一次基因突变
抑郁症的发病率女性高于男性。一种褪黑素合成的关键酶ASMT基因定位于X染色体，其基因多态与人类抑郁症有关。
体育与健康学院刘微娜研究组最近发现，ASMT移码突变（删除外显子2的20bp）导致雌性C57BL/6J小鼠抑郁行为，且对运动的神经行为反应降低，表现为运动不能显著改善突变小鼠的抑郁行为和肠道菌群结构。该研究提示：ASMT在C57BL/6J小鼠中先天自然突变导致褪黑素合成障碍，但依然通过肠道菌群影响神经行为的适应性。女性抑郁症患者从运动中获得益处可能比男性更难。
相关成果在Nature子刊Communications Biology在线发表。漆正堂副研究员为本文通讯作者和共同第一作者。
统计学领域
｜大数据高效计算与有效通讯的分布式算法研究
随着数据存储平台与大数据分析技术的发展，数字化与信息化已成为生活生产的必然趋势。这既表现在经济学、金融学、生命科学、地球科学等各领域与大数据的高度结合，也表现在数据类型的日益复杂化，在海量数据规模的基础上呈现出缺失性、异质性、高维性等复杂结构。当前，大数据分析的研究重点之一是并行化的分布式计算，包括分布式架构以及算法上采用分而治之的方法，而其高效性需要兼顾计算成本、通讯成本和内存需求。
周勇教授团队面向国家战略和急需，长期致力于大数据分析的基础理论、方法与技术的研究，建立大数据统计学习基础理论与方法，高性能的分布式并行计算算法，并把发展的大数据与复杂数据的分析技术与方法应用到数字经济、区块链和金融科技中，解决这些领域的重大基础问题。近期，周勇教授团队取得了多项重要成果，在分布异质性数据和半监督数据等复杂数据下，发展了一系列大数据高效计算与有效通讯的分布式算法。
· 基于U统计量的经验风险最小化的高效通讯分布式算法
基于U统计量的经验风险最小化涵盖了广泛的应用领域，包括成对排序和生存分析等，其难点在于计算复杂度随着样本量增加呈多项式阶增长。基于分块集成策略提出了两种高效分布式算法：第一种方法将扩展了替代似然思想，对高阶梯度进行局部近似和逼近；第二种方法将M估计中的一步更新思想扩展到成对损失。建立了所得估计量的统计推断理论，证明了算法可以在高维情形下实现高效通讯，并通过多步迭代放松对机器数量的限制，提高并行计算效率。相关成果发表在国际机器学习顶级期刊Journal of Machine Learning Research。
原文链接：https://www.jmlr.org/papers/volume24/21-0890/21-0890.pdf
· 高维稀疏可加模型的分布式计算
分布式统计学习已成为大数据分析的一种流行技术。大多数现有的研究集中在划分观测值方面，周勇教授团队提出了一种新的分布式算法，该算法在高维稀疏可加模型下划分特征。其方法包括三个步骤：划分、去相关和聚合。去相关操作使得每个本地估计能够恢复每个可加分量的稀疏模式，而不对变量之间的相关结构施加严格的约束。通过理论分析、数值模拟和实例分析，展示了所提出算法的有效性。理论结果包括恢复每个可加函数分量的一致稀疏模式以及统计推断。其方法为拟合稀疏可加模型提供了实用的解决方案，在很多领域中具有潜在的应用前景。相关成果发表在国际统计学顶级期刊Journal of the American Statistical Association。
原文链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01621459.2023.2225743
· 半监督数据的M估计
针对半监督数据提出了一类广义的M估计方法，这里半监督数据是由相对较小的标签数据集和大量无标签数据组合而成的。通过投影技术，周勇教授团队提出了一种新的估计方法，它有效地利用了无标签数据中包含的有用信息，证明了所提出估计量的相合性和渐近正态性，并提供了基于K折交叉验证的统计推断理论。同时推导出了用于平衡标签数据和无标签数据贡献的最优权重。通过利用无标签数据，得到了比只用有标签数据更有效的估计。相关成果发表在国际统计学顶级期刊Journal of the American Statistical Association。
原文链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01621459.2023.2169699
｜高维分位数回归模型新纠偏估计研究
回归分析是数据研究的重要工具，然而一些常见的回归问题具有非光滑性等特点，为计算和理论分析带来诸多挑战，尤其是处理大规模数据。本工作针对高维分位数回归模型，创新性地将纠偏方法结合卷积型光滑化技术应用于模型，提出新的纠偏估计并提供完备的统计推断结果，相比已有研究实现了计算与理论方面的突破。相关研究成果发表在机器学习顶级期刊Journal of Machine Learning Research。
原文链接：https://jmlr.org/papers/v24/22-1217.html
来源｜科技处 题图｜吕安琪 编辑｜毛宇彤 编审｜吴潇岚、郭文君
