來源：nature

新智元編輯部

【新智元導(dǎo)讀】近日，Nature評選出了2019年度十大杰出論文，覆蓋機(jī)器人、天文學(xué)、物理、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域，中科院、復(fù)旦大學(xué)研究入選，包括三篇華人一 作的論文。今天，新智元將為大家解讀這十篇論文。戳右邊鏈接上新智元小程序 了解更多！

2019年接近尾聲，今年你讀了幾篇論文呢？

近日，Nature評選出了 2019年度十大杰出論文，覆蓋 機(jī)器人、天文學(xué)、物理、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域 ， 中科院、復(fù)旦大學(xué)研究入選，包 括三篇華人一作的論文。接下來，新智元將為大家解讀這十篇論文。

機(jī)器人在奔跑：利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練ANYmal，學(xué)習(xí)速度提升1000倍

今年年初， 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院在《Science Robotics》上面發(fā)表了一篇關(guān)于訓(xùn)練四足機(jī)器人ANYmal的論文。

論文題目：Learning agile and dynamic motor skills for legged robots

新的訓(xùn)練方法利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)，使機(jī)器人學(xué)習(xí)的速度提升了1000倍，動作靈活性和速度都大幅增強(qiáng)，而且任踢不倒，或者在哪里跌倒就在哪里站起。

任踢不倒

在論文中，他們描述了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以訓(xùn)練機(jī)器人以比以往任何時候都要快的速度移動，同時仍然能夠抵抗試圖將其撞倒的企圖。如果它真的被撞倒了，它甚至可以通過自身的力量重新站起來。

ANYmal跑過房間

強(qiáng)化學(xué)習(xí)可以讓機(jī)器人幾乎像能動物一樣 “思考”和學(xué)習(xí)，具有自己的內(nèi)在邏輯。

然而，在一個有腿的、真實的機(jī)器人身上使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)并不容易，因為它們本身和它們的運動都非常復(fù)雜。因此，目前為止，科學(xué)家們主要依靠計算機(jī)模擬機(jī)器人學(xué)習(xí)。但是，該研究論文的第一作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實驗室的科學(xué)家Jemin Hwangbo說，使用這些模擬數(shù)據(jù)來訓(xùn)練ANYmal這樣的真實機(jī)器人也很困難。

利用模擬數(shù)據(jù)訓(xùn)練

他說：“為復(fù)雜的腿式系統(tǒng)開發(fā)控制策略是極具挑戰(zhàn)性的。機(jī)器人面臨的情況數(shù)不勝數(shù)，幾乎不可能設(shè)計出能涵蓋所有情況的控制邏輯。”

在這篇新論文中，Hwangbo和他的團(tuán)隊寫道，他們開發(fā)出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使他們能夠更好、更容易地將仿真數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人上。讓機(jī)器人利用模擬數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的速度比在現(xiàn)實世界學(xué)習(xí)快了近1000倍。

研究人員讓模擬機(jī)器狗自己訓(xùn)練了11個小時，然后將結(jié)果下載到物理機(jī)器人上。測試表明，該方法運行良好，改進(jìn)版的ANYmal機(jī)器狗更加靈活，速度也更快。

研究小組還表示，他們能夠降低類似系統(tǒng)所需的計算力，只需要一臺普通PC就能執(zhí)行模擬。

上面的視頻展示了這一研究的最終結(jié)果，看起來確實令人印象深刻，也有點可怕。

使用模擬數(shù)據(jù)訓(xùn)練的ANYmal跑得更快，更節(jié)能，比它以往的最快跑步速度快了25%，同時也能更好地按照指令以一定的速度移動。

雖然它原本已經(jīng)是相當(dāng)強(qiáng)壯的機(jī)器人，但在研究人員盡力將其踢翻的過程中，新的訓(xùn)練仍然使它能夠保持直立。

它甚至可以從跌倒中翻身站起，研究人員稱，在類似復(fù)雜度的四足機(jī)器人上從未能做到這一點。

從各種方向跌倒，ANYmal都能翻身站起

Hwango說，他們的新訓(xùn)練技術(shù)不是僅適用于ANYmal。他們認(rèn)為該技術(shù)可以幫助任何四足機(jī)器人更好地站立。但要訓(xùn)練機(jī)器人在各種各樣的環(huán)境下都能如此敏捷，仍有很多工作要做。

他說：“這篇論文提出的方法只針對平坦的地形。為了穿越崎嶇不平、非結(jié)構(gòu)化的地形，我們需要使用視覺傳感器和適當(dāng)?shù)恼邅硖幚磉@些信息。我們正在朝這個方向努力，希望不久能提出一個更全面的解決辦法。”

意外中的大發(fā)現(xiàn)，中科院上海有機(jī)所發(fā)現(xiàn)雙擊即可合成用于藥物發(fā)現(xiàn)的化學(xué)庫

銅催化的疊氮化物- 炔烴環(huán)加成反應(yīng)(CuAAC)是 點擊化學(xué)(click chemistry)的典型代表。如果反應(yīng)操作簡單、產(chǎn)率高、適用于范圍廣泛的化合物，但又具有極高的選擇性，則將其定義為“點擊化學(xué)”。CuAAC反應(yīng)在許多學(xué)科中都有應(yīng)用，但如果結(jié)構(gòu)復(fù)雜的疊氮化物(包含N 3 基團(tuán))作為反應(yīng)物得到更廣泛的應(yīng)用，它們的應(yīng)用將會更加廣泛。

中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)氟化學(xué)重點實驗室董佳家及K. Barry Sharpless共同通訊在Nature 發(fā)表題為“Modular click chemistry libraries for functional screens using a diazotizing reagent”的研究論文， 該研究在尋找新的SuFEx反應(yīng)砌塊的過程中，意外地發(fā)現(xiàn)一種安全，高效合成罕見的硫（VI）氟類無機(jī)化合物FSO2N3（氟磺酰基疊氮）的方法。

該方法大大擴(kuò)展了易獲得的疊氮化物和1,2,3-三唑的數(shù)量，并且鑒于CuAAC反應(yīng)的普遍性，該方法應(yīng)在有機(jī)合成，藥物化學(xué)，化學(xué)生物學(xué)和材料科學(xué)中得到應(yīng)用。

復(fù)旦大學(xué)：突變的亨廷頓蛋白的選擇性清除

亨廷頓病（Huntington’s Disease，又稱Huntington舞蹈病）是由亨廷頓（HTT）蛋白中一段谷氨酰胺氨基酸殘基的異常伸長而引起的。細(xì)胞通過自噬降解突變的亨廷頓蛋白（mHTT）——這是一種由被稱為自噬體的囊泡所介導(dǎo)的蛋白吞噬清除機(jī)制。該研究團(tuán)隊假設(shè)存在一種化合物，可以同時與突變的多聚谷氨酰胺束、存在于自噬體中的蛋白LC3B結(jié)合，那么就可以導(dǎo)致mHTT被自噬體吞噬，并增強(qiáng)細(xì)胞對mHTT的清除能力。

研究團(tuán)隊進(jìn)行了小分子篩選來確定候選化合物，并在反向篩選中使用野生型HTT排除與正常蛋白結(jié)合的化合物。他們發(fā)現(xiàn)了令人鼓舞的證據(jù)，4種化合物可以在亨廷頓病的3個動物模型中產(chǎn)生功能改善。這種治療策略也可能有助于其他涉及擴(kuò)展的多聚谷氨酸束的疾病的治療。

華人一作：線粒體DNA可遺傳自父親，而不僅僅是母親

真核生物（如動物，植物和真菌）的DNA存儲在兩個部位：細(xì)胞核和線粒體細(xì)胞器中。健康人的線粒體DNA（mtDNA）分子基本相同。 但是，在患有由mtDNA突變引發(fā)的疾病的人中，正常和突變的mtDNA分子通常共存于一個細(xì)胞中，這種情況稱為異質(zhì)性。

過去，人們認(rèn)為線粒體DNA僅僅來源于母親的卵細(xì)胞，與父親無關(guān)，但本文挑戰(zhàn)了這個結(jié)論，確定了雙親線粒體遺傳引起的mtDNA異質(zhì)性的三種情況。此前的研究表明，線粒體吞噬是細(xì)胞“吃掉”自身線粒體的過程，在選擇性消除父體線粒體中起到了一定作用。 因此，父系mtDNA遺傳的罕見情況的可能原因是線粒體更新不足。

這項研究由辛辛那提兒童醫(yī)院黃濤生教授和羅仕玉博士領(lǐng)銜，研究團(tuán)隊由廣西婦幼保健院、貝勒醫(yī)學(xué)院、臺大醫(yī)院和梅奧診所等研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家共同組成。

CRISPR工具通過將RNA復(fù)制到基因組中來精確地修改基因

基因編輯工具的開發(fā)取得了巨大的進(jìn)展。但由于基因編輯工具依賴于復(fù)雜的、相互競爭的細(xì)胞過程，這使得基因編輯的效率和精度似乎已經(jīng)達(dá)到了一個根本性的極限。Anzalone等人現(xiàn)在報道了“搜索和替換”的基因組編輯，這使得基因組能夠被精確地改變。在這個過程中，RNA引導(dǎo)鏈中的“搜索”部分將Cas9蛋白定向到DNA目標(biāo)中的一個特定序列，在該序列中它切斷了兩條DNA鏈中的一條。然后，逆轉(zhuǎn)錄酶產(chǎn)生與RNA引導(dǎo)鏈“替換”部分中的序列互補(bǔ)的DNA，并將其安裝在其中一個切割端，在那里取代原始DNA序列。然后DNA修復(fù)產(chǎn)生一個完全編輯過的雙鏈。這幾乎完全避免了不完美的編輯。

海王星新衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)

旅行者2號航天器在1989年飛掠海王星時發(fā)現(xiàn)有六顆內(nèi)衛(wèi)星繞其運行。據(jù)報道，這些內(nèi)衛(wèi)星都比海王星年輕，形成于海王星捕獲其最大的衛(wèi)星崔頓（Triton，海衛(wèi)一）后不久。每顆內(nèi)衛(wèi)星都可能曾受到彗星撞擊而受損。

美國地外智慧生物搜尋協(xié)會（SETI）的Mark Showalter及其同事使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡研究海王星的內(nèi)衛(wèi)星和環(huán)，發(fā)現(xiàn)了旅行者2號飛掠海王星時未觀測到的第七顆內(nèi)衛(wèi)星。這意味著海王星總共有14顆衛(wèi)星。這一發(fā)現(xiàn)是通過特殊的圖像處理技術(shù)實現(xiàn)的，該技術(shù)使得作者能夠不受海王星內(nèi)衛(wèi)星高速運行的影響進(jìn)行重點觀測。

2004-2016年探測到的“馬頭魚尾怪”

這顆新衛(wèi)星被命名為“馬頭魚尾怪”——希臘神話中的一種海怪。它是海王星最小的衛(wèi)星，平均直徑約34千米。“馬頭魚尾怪”的軌道靠近海衛(wèi)八——這是海王星最大最外層的內(nèi)衛(wèi)星。作者認(rèn)為“馬頭魚尾怪”可能是由海衛(wèi)八被一顆大型彗星撞擊后噴射的碎片形成的。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步印證了這樣一種觀點：海王星內(nèi)衛(wèi)星的形成受到了無數(shù)次撞擊的影響。

接近室溫條件下的超導(dǎo)體

超導(dǎo)體材料能以100％的效率傳輸電能，應(yīng)用廣泛，比如醫(yī)院的磁共振成像。但是，超導(dǎo)體的應(yīng)用條件受到很大限制，主要是因為溫度條件很苛刻，超導(dǎo)材料一般在遠(yuǎn)低于室溫（295K）溫度下才出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。

本文中報告的幾個關(guān)鍵結(jié)果證實，當(dāng)壓強(qiáng)至一百萬大氣壓時，富含氫的氫化鑭化合物會在250 K時實現(xiàn)超導(dǎo)。未來幾年內(nèi)可能會集中尋找在其他超高壓條件下實現(xiàn)超導(dǎo)的富氫材料。考慮到目前實驗只覆蓋了富氫材料系統(tǒng)的一小部分，因此在不久的將來，實現(xiàn)“室溫超導(dǎo)”的夢想的可能性似乎比以往任何時候都要大。

格陵蘭冰蓋下的甲烷正在釋放

冰川和冰蓋下的沉積物蘊(yùn)藏著碳儲量，在一定條件下，這些碳可以轉(zhuǎn)化為甲烷——一種溫室氣體。

由英國布里斯托爾大學(xué)Lamarche-Gagnon等人領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組發(fā)現(xiàn)，格陵蘭冰原中的融水在春季和夏季將大量甲烷排放到大氣中。他們目前直接測量的是格陵蘭冰蓋陸地終端冰川夏季排放的水中溶解的甲烷(如圖)。

這些水含有過飽和甲烷，釋放到大氣中的甲烷量與從其他陸地河流釋放到大氣中的甲烷量相當(dāng)。因此，冰下沉積物可以作為甲烷的一個局部來源，證實了其他研究的結(jié)果。

Lamarche-Gagnon等人進(jìn)一步證明，來自格陵蘭冰下環(huán)境的甲烷的持續(xù)通量隨冰下融水排水效率的變化而變化。這項研究為我們提供了一個例子，說明地球上的冰原如何以意想不到的、可能很重要的方式與周圍的地球系統(tǒng)相互作用。

原始研究: Nature 565,73-77(2019)。

全球魚類市場變化與營養(yǎng)不良

魚類是微量營養(yǎng)素的重要來源，有助于預(yù)防營養(yǎng)缺乏癥。本文作者繪制了43個國家和地區(qū)從漁業(yè)作物中獲取的營養(yǎng)與營養(yǎng)不良類疾病的流行之間的關(guān)系圖。數(shù)據(jù)表明，某些發(fā)展中國家的捕魚量應(yīng)足以滿足其人口的關(guān)鍵微量營養(yǎng)素需求。

但是，在許多位居熱帶的發(fā)展中國家，很大一部分捕魚被出口或在當(dāng)?shù)丶庸こ婶~粉，然后將其出口并用于飼養(yǎng)養(yǎng)殖魚。許多過去供給本地市場的魚類，現(xiàn)在改為供應(yīng)魚粉。這并不會減輕野生魚類的生存壓力，也讓本地低收入人群吃不到便宜、營養(yǎng)豐富的當(dāng)?shù)佤~類。

在亞洲發(fā)現(xiàn)新人類物種化石，是現(xiàn)代人“失散已久”的親戚

最后，作為年度總結(jié)的一部分，Nature邀請讀者投票選出一篇新聞評論文章，最高票是：

科學(xué)家在菲律賓的一個島嶼洞穴深處發(fā)現(xiàn)了不為人所知的人類親戚骸骨，包括一些足部和手部的骨骼化石，以及部分股骨和牙齒的化石，它們來自一種滅絕已久但此前從未被發(fā)現(xiàn)的生物。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“呂宋人”的7顆牙齒化石以及6塊足骨、手骨和腿骨化石，它們屬于至少三個個體

該研究論文的主要作者分別是法國國家自然歷史博物館古人類學(xué)家Florent Détroit以及菲律賓大學(xué)考古學(xué)家Armand Mijares，他們認(rèn)為這些化石屬于一個新的人類物種，該人種是現(xiàn)代人類“失散已久”的親戚。

呂宋人的臼齒與前臼齒的比例與其他人種不同

新人種被命名為“呂宋人”(Homo luzonensis)，以紀(jì)念發(fā)現(xiàn)它們的呂宋島。這些骸骨的主人生活在5萬多年前的更新世晚期，身高僅約3英尺(91厘米)。研究人員表示，目前只能推測出他們的身高，可以將其劃分到小智人（pygmy Homo sapiens）的范疇。

呂宋人是有史以來第二個已知的矮人族，第一個是弗洛雷斯人，也被稱為霍比特人，2004年發(fā)現(xiàn)于印度尼西亞的弗洛雷斯島。

呂宋人是人類一個早已滅絕的分支，并不是直系祖先。“古人類”這個概念指的是相對于黑猩猩而言，與人類關(guān)系更為密切的所有早期人類物種，包括現(xiàn)代人。這項研究也指出，大多數(shù)已經(jīng)滅絕的古人類都不是人類的直系祖先，而是同人類有著不同進(jìn)化歷史的近親。

在亞洲，有關(guān)古人類進(jìn)化的認(rèn)識正在迅速變化，使人們重新審視有關(guān)早期古人類從非洲遷徙到歐亞大陸的觀點。呂宋人提供了更多的證據(jù)，暗示直立人可能不是唯一的早期人類。呂宋人提出了關(guān)于該物種的祖先及其與其他人類親戚的關(guān)系的問題。有一件事是可以肯定的——我們關(guān)于亞洲古人類進(jìn)化的認(rèn)識變得更加混亂，更加復(fù)雜，也更加有趣。

原始研究: Nature 568, 181–186 (2019).

https://nature/articles/d41586-019-03834-4