在人为二氧化碳排放中，目前航空和航运排放约占8%，预计旅游业和全球贸易的增长将进一步增加这一比例。可充电电池驱动的电动机可实现碳中和运输，尽管对长途商业旅行（尤其是航空旅行）来说，这即时不是不可能的，也极具挑战。一种很有前途的解决方案是由水和二氧化碳通过太阳能驱动过程制成即用型燃料（从石油中提取的液态烃燃料，如煤油、汽油或柴油的合成替代品）。在许多可能的方法中，使用集中太阳辐射作为高温过程热源的热化学途径的潜在生产率和效率都较高，并且如果所需的二氧化碳能直接从大气中获得，则可以提供真正的碳中和燃料。如果同时能从空气中提取水，就可以同时在阳光照射强度高、水资源有限的沙漠地区获取原料并进行燃料生产。虽然这一计划的个别步骤已经实施，本研究演示了在实际野外条件下运行的模块化5 kW_thermal中试规模的太阳能系统，具体说明了系统从直接从周围空气中捕获H₂O和CO₂到合成普适性运输燃料（如甲醇、煤油）的整个热化学太阳能燃料生产链的操作。进一步确定了研发方向，并讨论将这些太阳能燃料推向市场所需的经济可行性和政策。

2. Nature最新：压缩SiO₂玻璃中的渗透转变

Percolation transitions in compressed SiO2 glasses

A. Hasmy, S. Ispas & B. Hehlen

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03918-0

摘要

压力作用下的非晶–非晶转变通常可以用局部结构由低折叠向高折叠配位多面体的变化来解释。然而，由于临界阈值尺度不变性的概念尚未得到解决，这些转变是否与相关晶体和液体中的真实相变行为相似仍不清楚。本研究对压缩二氧化硅（SiO₂）玻璃进行从头计算，表明从低到高密度非晶结构的变化发生了一系列的渗透跃迁。当压力增加到82 GPa时，在临界压力下，出现了一系列共角或共边四面体、五面体和最终八面体组成的长程（“无限”）渗流团簇，取代了之前低折叠配位多面体和低连通性的相。这一机制为众所周知的3 GPa左右的机械异常以及超过10 GPa的结构不可逆性等特征提供了一个自然的解释。一些已经发现的非晶结构与最近报道的柯石英IV和V晶体相似，突出了SiO₅五面体基多晶在玻璃状SiO₂致密化过程中的主要作用。研究结果表明，渗流理论为理解非晶–非晶相变的性质和途径提供了坚实的框架，并为预测非晶固态和相关液相开辟了新的途径。

3. Nature发现：纹状体间接通路通过脑丘竞争介导行为探索

Striatal indirect pathway mediates exploration via collicular competition

Jaeeon Lee & Bernardo L. Sabatini 神经生物学

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04055-4

摘要

抑制导致负面结果的行为和探索替代行为的能力是做出最佳决策的必要条件。虽然基底神经节与这些过程有关，但其作用选择和探索的回路机制仍不清楚。使用简单的单侧性舔食任务，本研究表明基底神经节的间接纹状体投射神经元（iSPN）通过调节上丘（SC）参与这些过程。iSPNs的光遗传激活抑制了对侧舔食并促进了同侧舔食。外侧上丘（lSC）是基底神经节下游的一个区域，其活动在任务中的表现中是必要的，并可以预测舔食的方向。此外，iSPN激活可抑制同侧lSC，但令人惊讶的是刺激了对侧lSC，这解释了为什么会出现同侧舔食。光基因失活揭示了上丘之间的竞争，通过竞争上丘的每个半球抑制另一半球，从而允许通过间接途径解除对对侧lSC的抑制并触发舔食。最后，iSPN失活削弱了对与之前奖励相比奖励降低的舔食的抑制，减少了探索性舔食。研究结果表明，iSPN参与了lSC半球之间的竞争互动，从而触发了一个运动动作，并提出了在动作选择过程中探索的一般电路机制。

4. Nature揭示：通过相对论实验验证零知识证明

Experimental relativistic zero-knowledge proofs

Pouriya Alikhani, Claude Crépeau信息安全

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03998-y

摘要

在当今信息化时代，保密是一项重大挑战。然而，在一般情况下，泄露秘密似乎无法避免；例如，在银行取钱时要用身份证明。反过来，这可能会在不太可能出现（但并非不现实）的情况（即银行的安全保障受到损害时）产生非常糟糕的后果。对此，人们很自然地提出了这样一个问题：披露隐私是否是证明身份的必要条件，或者更普遍地来说，是否是证明声明是正确的必要条件？计算机科学的发展通过零知识证明的概念提供了一个简练的解决方案：在不需要对证明进行详细阐述的青霞下证明者使核实者相信某一声明的有效性。本研究对这种零知识协议进行实验实现，涉及两个分离的核实者–证明者对。安全性是通过狭义相对论的物理原理来实施的，不需要计算假设（例如单向函数的存在）。实验实现完全依赖于现有设备，在短（60米）和长的距离（≥400米）下大约需要一秒钟。这证明了多证明者零知识协议具有实际潜力，在身份识别任务和区块链应用（如加密货币或智能合约）方面很有前景。

5. Nature发现：MC3R将营养状态与儿童成长和青春期出现时间联系起来

MC3R links nutritional state to childhood growth and the timing of puberty

B. Y. H. Lam, S. O’Rahilly生物医学

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04088-9

摘要

后生动物的身体能量储存状态与大脑沟通，大脑调节行为、生长、营养分配和发育等关键方面。中枢皮质素系统通过黑素皮质激素4受体（MC4R）来控制食欲、食物摄入和能量消耗。本研究提出的证据表明，MC3R调节性成熟的时间，线性生长速率和瘦体重的积累，这些都是能量敏感的过程。研究发现，携带MC3R功能缺失突变（包括罕见的纯合子个体）的人群，青春期开始得更晚。与之前在小鼠中发现的结果一致，这些人群的线性生长、瘦体重和IGF1循环水平也降低了。缺乏Mc3r的小鼠性成熟延迟，生殖周期长度对营养紊乱不敏感。Mc3r在控制生殖和生长的下丘脑神经元中表达丰富，并在出生后发育过程中表达增加，这与其调节性成熟的作用一致。这些发现提出了基于控制热量获取和保留的MC4R信号，通过中枢黑素皮质激素途径感知营养的分叉模型，而通过MC3R发出的信号主要调节热量与生长的转化、瘦体重和性成熟的时间。

6. Nature最新：低温诱导拟南芥FRIGIDA核冷凝物用于FLC抑制

Cold-induced Arabidopsis FRIGIDA nuclear condensates for FLC repression

Pan Zhu, Caroline Dean植物

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04062-5

摘要

植物利用季节温度线索来确定繁殖过渡的时间。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，冬季的低温通过POLYCOMB压抑复合物2（PRC2）表观遗传沉默了花的抑制基因位点FLOWERING LOCUS C（FLC）。沉默的先决条件是FLC的转录下调，但这在秋季波动的温度下是如何发生在尚不清楚。转录抑制与组蛋白K36的H3三甲基化（H3K36me3）和K4的H3三甲基化（H3K4me3）局部水平下降相关，这两个位点在FRIGIDA（FRI）依赖的FLC激活过程中沉积。本研究表明寒冷迅速促进不与活跃FLC位点共域的FRI核冷凝物的形成。这与FLC启动子上FRI占用减少和FLC抑制有关。温暖的温度峰值逆转了这一过程，缓冲了FLC的关闭，以防止过早开花。冷凝物在低温下的积累受到特定的共转录调节因子和反义RNA COOLAIR特定亚型的低温诱导的影响。本研究描述了一种可塑性转录激活因子对自然温度波动的动态分配，从而使植物能够有效地监测季节变化。

Nature揭示：来自阳光和空气的即用型燃料

1. Nature揭示：来自阳光和空气的即用型燃料

Drop-in Fuels from Sunlight and Air

Remo Schäppi, Aldo Steinfeld机械与工艺工程

2. Nature最新：压缩SiO2玻璃中的渗透转变