2024年度Nature封面报道的地球与行星科学重大发现

No.1 封面故事︱

恒星增长因子：一个可能存在的开普勒盘供养一个光学证认的大质量年轻恒星

January

封面的艺术再现图显示了一个正在形成的大质量年轻恒星，其周围是由气体和尘埃组成的盘状结构，恒星能从中吸积物质进一步生长。伴随着吸积过程，恒星还产生了强大的双极喷流。之前对大质量年轻恒星周围星盘的所有直接探测都发生在银河系内，但在本期《自然》中，Anna McLeod和同事报道了大麦哲伦云（Large Magellanic Cloud）内一个大质量年轻恒星周围的吸积盘——大麦哲伦云是离我们最近的星系。团队的观测表明，有一个旋转环面为吸积盘提供物质，从而使恒星生长。和其他同类年轻恒星不同的是，这颗恒星可通过光学探测到，因为它生长的区域里尘埃含量和金属丰度都很低。

No.2 封面故事︱

巨猿往事：步氏巨猿的灭亡

January

步氏巨猿（Gigantopithecus blacki）有3米高，200-300公斤重，被认为是史上最大的灵长类动物。封面是它的艺术重建图，这种发现于中国的巨猿生活在200万-30万年前，但它灭绝的原因一直是个谜。在本期《自然》中，张颖奇（Yingqi Zhang）、Kira Westaway和同事揭示了这种巨猿灭绝的时间线和原因。研究团队收集了来自中国南部22个洞穴的化石并进行测年，再与花粉分析进行匹配。他们发现，230万年前的环境有密集的郁闭林冠森林和草地，是步氏巨猿生活的理想条件，但到了29.5万-21.5万年前，随着森林植物种群的变化，环境转变为开阔林。这导致步式巨猿的饮食多样性下降，化石也显示出它们在这一时期压力增加、数量减少。研究团队认为，步氏巨猿从根本上没能适应生活环境的变化。

No.3 封面故事︱

气候压力：亚马孙雨林系统的临界转换

February

封面所示为巴西马托格罗索州（Mato Grosso）阿尔塔·弗洛雷斯塔（Alta Floresta）地区的亚马孙雨林的一个雾气蒙蒙的早晨。亚马孙雨林占地球生物多样性的10%，是重要的碳储库，能帮助稳定地球气候。本期《自然》中，Bernardo Flores和同事的研究显示，气候和土地利用强迫或使亚马孙雨林最早在2050年越过临界点。研究团队利用古记录、气候模型和观测数据研究了导致水强迫的五个原因——全球变暖、年降水量、降水量的季节性强度、旱季长度和森林砍伐。团队的分析显示，10-47%的亚马孙雨林将面临可能导致该生态系统转换的水强迫，或使其在2050年后突破临界点，从而使整个生态系统走向崩溃。

No.4 封面故事︱

面临消失的美国沿海城市

March

封面所示为美国佛罗里达州萨默黑文（Summer Haven）地区受到海平面上升威胁的房屋。在本期《自然》中，Leonard Ohenhen和同事指出，美国32个沿海城市到2050年或有大片土地面临被淹的风险。团队将陆地高程变化模型和海平面上升预测数据相结合，估算了这些城市的洪涝风险，包括波士顿、新奥尔良、旧金山。团队指出，海岸沉降加上海平面上升或使额外1006-1389平方千米的土地到2050年面临被淹风险，这可能会影响17.1万栋房屋。他们因此呼吁加强防洪措施和沉降控制来提升当前的海岸保护。

No.5 封面故事︱

干旱引发并维持北美彻夜大火

March

封面中是英属哥伦比亚（British Columbia）亚当斯湖（Adams Lake）畔，两片被彻夜大火照亮的积云。大火发生在2023年8月加拿大破纪录的火灾季节期间。在持续的气候变化下，偏离传统“白天剧烈、夜晚安静”的周期性模式、连续彻夜燃烧的野火，预计会更频繁发生。在本期《自然》中，骆开苇（Kaiwei Luo）和同事揭示了北美野火行为在昼夜尺度的转变程度。研究者调查了北美2017-2020年间发生的23557次火情。他们在340次火灾中发现了1095次彻夜燃烧，并指出1/5的大型火灾至少经历了一次这种极端夜火事件。研究团队发现，与干旱有关、日益增多的极端干燥燃料，驱动了这些彻夜大火。因此作者认为，干旱条件有助于预测彻夜燃烧的可能性，因而在气候变化背景下或有助于火灾管理。

No.6 封面故事︱

行星捕食者：至少12分之1的恒星存在吸收行星的证据

March

封面的艺术再现图描绘了一组共同移动的恒星对中的一颗恒星正在捕获并吸收一颗行星。在本期《自然》中，Fan Liu和同事提供证据证明，每12颗恒星中可能约有1颗恒星吸收了一颗行星。一颗恒星的化学组成会在它吞噬行星时发生改变，所以团队研究了两颗恒星在同一时间诞生的双恒星系统。通过比较这些双恒星的光谱特征，团队能确认其中一颗恒星吸收一颗行星的事件。团队确定了91对近距离的“同生”（co-natal）恒星并发现其中8%的恒星都存在吸收行星的证据。

No.7 封面故事︱

采伐管理保护大型濒危哺乳动物：FSC认证森林管理比非FSC更能使大型哺乳动物获益

April

商业性采伐影响全球超过1/4的热带林。森林管理委员会（FSC）旨在推动可持续实践，通过森林管理认证体系保护生态多样性。在本期《自然》中，Joeri Zwerts和同事研究了FSC认证对西赤道非洲哺乳动物种群的影响。研究团队从14个采伐特许区的474个触发相机点采集了近130万张照片。他们在FSC认证林发现了比非FSC认证林更多的哺乳动物。这种影响在大型且易危的哺乳动物中尤其显著，包括封面所示的非洲森林象、西部低地大猩猩和黑猩猩。这些结果表明，对于有采伐的热带林，较大型、更濒危的哺乳动物可从FSC认证中获益。

No.8 封面故事︱未来炼油厂

May

化石燃料供应了世界上绝大部分能源，是许多重要日常用品的基础，但它们也是二氧化碳排放的主要来源。虽然可再生能源有望替代化石能源，但对炼油厂生产的运输燃料和化学物质的需求仍然存在。在本期《自然》中，Eelco Vogt和 Bert Weckhuysen分析了如何对炼油厂进行完全零化石的改造。他们指出，有了足够的长期承诺和支持，就能找到打造这类炼油厂所需的科学技术，他们还绘制了通往这一目标的路线图。

No.9 封面故事︱

一种新的设计或能让建筑倒塌“及时止损”：倒塌隔离可阻止建筑受损部分的扩大

May

封面所示为中国贵阳在2015年倒塌的一栋九层建筑。灾难性的建筑倒塌会造成巨大代价和生命损失。为缓解这些问题，传统的建筑设计选择让建筑受损部分的载荷重新分布到剩余结构，但这会使建筑本来不受影响的部分发生倒塌。在本期《自然》中，Jose Adam和同事提出了另一种设计，能隔离建筑受损的部分，预防灾难性倒塌。这种方法叫做“层级式倒塌隔离”（hierarchy-based collapse isolation），其灵感来自蜥蜴通过断尾摆脱捕食者。这种设计能使建筑的部分结构沿预定边缘发生受控断裂，避免初始损坏扩大到整个建筑。团队认为这种设计能预防全面坍塌，减少受影响的区域并让更多人获救。

No.10 封面故事︱

太阳发电机起源于太阳表面附近

May

太阳的11年周期会使太阳磁场发生变化，这从太阳黑子的出现和移动中一望即知。传统模型认为，太阳发电机起源于太阳深处，但在本期《自然》中，Geoffrey Vasil和同事提出的模型认为情况正相反。他们发现，接近太阳表面的不稳定性能更好地解释太阳发电机的各种特征。封面图合成了NASA太阳动力学观测台（Solar Dynamics Observatory）于2010-2020年间拍摄的约150张太阳照片，这些照片记录了太阳磁场在近一整个太阳黑子周期内的变化。

No.11 封面故事︱

爆米花行星：一颗热海王星系外行星的极高内部热流量和大核心

June

封面为系外行星WASP-107b的艺术再现图，这颗海王星大小的行星位于处女座（constellation Virgo），距地球约200光年（61秒差距）。令研究人员费解的是，尽管该行星质量与海王星类似，但密度却低很多，甚至低于木星或土星。在本期《自然》中，Luis Welbanks和同事提出了一种理论，解释了这么小的行星核何以拥有如此大的气态包层。为解开这一谜题，团队利用来自韦布空间望远镜（JWST）近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI）以及哈勃空间望远镜广角相机3（WFC3）的红外光谱数据。结果显示，WASP-107b的内部温度很高，提示它绕其恒星的偏心轨道导致了潮汐驱动加热，从而使其大气膨胀。

No.12 封面故事︱

巨型蝾螈类捕食者：巨型基干四足动物是冈瓦纳晚古生代冰期的顶级捕食者

July

封面的艺术再现图描绘了生活在约2.8亿年前的大型蝾螈类生物Gaiasia jennyae。Claudia Marsicano和同事在本期《自然》中报道的Gaiasia填补了四足脊椎动物早期演化史的一个空白。研究团队从纳米比亚发现的至少四个不完整化石中发现了Gaiasia，这些化石包括头骨碎片和一个近完整的脊椎骨。Gaiasia体型异常巨大，长度可能有2.5米，而且有捕食猎物的强大咬力。这些残骸的大小不仅在早期四足动物化石中数一数二，而且发现地比之前的物种更偏南方，说明这类生物的活动范围比之前认为的更大。

No.13 封面故事︱

大堡礁的苍白未来：4世纪来最高的海洋温度令大堡礁陷入危机

August

封面是澳大利亚大堡礁大规模珊瑚白化影响的艺术再现。2016年到2024年间，珊瑚礁经历的5次大规模白化和致死事件，是由高海表温度引起的。在本周《自然》中，Benjamin Henley和同事重建了17世纪的夏季海表温度，并揭示出最近的白化事件发生在400年来最热的水中。研究者利用珊瑚骨骼的地球化学记录，重建了自1618年以后的温度。他们的发现表明，高温会导致越来越频繁和严重的白化和死亡事件——可能会超出珊瑚礁能恢复的限度。

No.14 封面故事︱

巨石阵的祭坛石来自苏格兰

August

揭开巨石阵（Stonehenge）的历史面临诸多挑战，尤其是所有石头从何而来以及如何运达的问题。这个新石器时代的结构由两类石头组成——来自25公里以外马尔伯勒（Marlborough）附近的撒森石（sarsens），以及来自威尔士的蓝石（bluestones）。遗址中最大的蓝石是6吨重的祭坛石（Altar Stone），但祭坛石的特殊之处在于它不是来自威尔士。在本期《自然》中，Anthony Clarke和同事发现祭坛石可能从约750公里以外的苏格兰长途跋涉而来。研究团队分析了两个祭坛石的碎片，发现其与苏格兰东北部奥卡汀盆地（Orcadian Basin）的老红砂岩（Old Red Sandstone）惊人相似。团队认为，祭坛石或通过海路运输，提示新石器时代英国的社会组织程度较高。

No.15 封面故事︱

拉帕努伊古基因组：揭示人口恢复力以及在欧洲人抵达前与美洲人的接触

September

封面所示为拉帕努伊岛（Rapa Nui，又名复活节岛）上壮观的摩艾石像（moai statues），这里是世界上偏远的人类定居地之一。这里的居住史至少可追溯到13世纪，但这段历史的重要事件一直存在争议，尤其是定居者是否造成了“生态自杀”（ecocide）——1600年代由于对自然资源的过度开发而自己造成的人口崩溃，以及定居者的波利尼西亚（Polynesian）祖先是否与美洲原住民有过接触。在本期《自然》中，J. Víctor Moreno-Mayar、Anna-Sapfo Malaspinas和同事给出了这两个问题的答案。通过分析该岛生活在1670年至1950年间的15位岛民的基因组，团队没有发现显示17世纪有生态自杀的证据。他们推断该岛人口一直在稳定增加，直到欧洲人在1722年抵达以及1860年代秘鲁奴隶突袭后才开始下降。他们还发现，居住在拉帕努伊岛的古代波利尼西亚人与美洲原住民在1250年至1430年期间就发生过基因交流，远在欧洲人抵达该岛之前。

No.16 封面故事︱

巨型喷流：宇宙网尺度的黑洞喷流

September

超大质量黑洞会产生强大的辐射和粒子喷流，这些喷流会影响宇宙网（cosmic web，宇宙中最大的结构）内的物质分布和磁性。本期《自然》中，Martijn Oei和同事发现了起源于一个黑洞的已知最大喷流结构（jet structure）。该结构中的喷流通过射电图像被发现，长度约有700万秒差距（2300万光年），真正达到了宇宙尺度。研究团队将其命名为“波尔费里翁”（Porphyrion），封面所示为该结构的艺术再现图，描绘了Porphyrion从宇宙网的丝须中出现，向周围空间投射喷流。

No.17 封面故事︱

冰冷之慰：永久冻土减缓北极河岸侵蚀

October

封面所示为1万年间的河流变迁数值模拟。永久冻土如何影响河流的侵蚀和变迁在很大程度上尚不明确。在本期《自然》中，Emily Geyman和同事通过研究阿拉斯加的科尤库克河（Koyukuk River），开始着手解决这一问题。团队使用了一种新的计算方法，能够以远小于卫星图像像素的尺度解析河岸侵蚀，而人类肉眼无法看出这些改变。他们发现，与没有永久冻土的区域相比，永久冻土让河岸侵蚀减少了47%。他们还发现，如果永久冻土融化，可能导致河流变迁速率增加30%-100%。由于43%的北极村庄都临河而建，团队指出，气候变化导致的冻土融化可能会造成严重影响。

No.18 封面故事︱

陨石家谱：年轻小行星族为陨石的主要来源

October

封面所示为一个陨石的内部剖面图——该陨石由南极陨石搜寻计划（Antarctic Search for Meteorites）在2005年的野外考察季从Mackay冰川采集。迄今只有约6%的陨石降落能可靠追溯到它们的来源。在本期《自然》中，Michaël Marsset和同事以及Miroslav Brož和同事发表的两篇论文改变了这种不均衡，指出了地球上发现的大部分陨石的一个可能来源。研究团队关注常见的两类陨石：H型和L型球粒陨石。他们确定了这些陨石可能来自三个年轻的小行星族，提示它们是数亿或数千万年前发生的撞击的遗迹——撞击时间比之前预想的更晚。

No.19 封面故事︱

巴西白垩纪鸟揭示鸟类颅骨与大脑演化

November

封面所示为生活在约8000万年前的古代鸟类Navaornis hestiae的艺术再现图。本期《自然》中，Luis Chiappe、Guillermo Navalón和同事描述了这一物种。Navaornis这一新鉴定种来自从现今巴西发现的化石残骸，代表了早期鸟类之一——始祖鸟（Archaeopteryx）——与现代物种的联系。这一化石的颅骨保存得异常完好，研究团队得以重建Navaornis的大脑，从而揭示了古代性状和现代特征。团队指出，Navaornis有助于阐明鸟类神经解剖结构中特定特征的出现时间和顺序。

No.20 封面故事︱

焦土：2019-2020澳大利亚特大野火对生物多样性的影响

November

封面所示为澳大利亚Cape Conran的黑尾袋鼠（Wallabia bicolor）在2020年2月野火侵袭后的烧焦土地上寻找所剩不多的食物。2019-2020年，全球史无前例的特大野火（megafire）席卷了澳大利亚的森林和林地，烧毁了超过1000万公顷的土地。本期《自然》中，Don Driscoll和同事揭示了这场大火对澳大利亚生物多样性的全面影响。团队分析了多个数据集，包括来自整个火灾足迹的动植物，并重建了这些特大野火的影响。他们使用的新型荟萃分析（meta-analysis）分别计算了负面和正面影响，而不仅是总平均值，从而确定了调节野火影响的重要因素。影响力最大的破坏因素是之前40年的火灾数量，更频繁的火灾使负面和正面影响的规模几乎翻倍。他们还发现，如果严重烧毁地区附近有很多未燃烧的土地，野火的影响较为缓和。研究团队还提出了可能有助于缓解未来火灾影响的策略，但指出只有快速且深度减少碳排放才能控制住极端火灾气候的恶化。

No.21 封面故事︱

在云端：异戊二烯在上对流层条件下形成新粒子、异戊二烯硝酸盐驱动亚马孙上对流层新颗粒形成

December

大气中的颗粒物会影响云的形成和属性，因此有必要纳入天气和气候模型中。但颗粒物的范围，它们产生的方式和位置，及其影响程度都未得到充分验证。本周《自然》发表的两篇论文报道了上对流层颗粒物形成的新机制。两篇论文都关注异戊二烯（isoprene），这是一种植物产生的气体，是排放到大气中丰度仅次于甲烷的碳氢化合物。Xu-Cheng He和同事使用欧洲核子研究中心（CERN）的CLOUD实验舱研究了上对流层条件下异戊二烯的行为，发现这些气体会与羟基自由基反应形成快速增长的新颗粒物。Joachim Curtius和同事使用高空和远程研究飞机（HALO）观察了亚马孙盆地上方的对流层，发现异戊二烯硝酸盐会驱动形成新颗粒物。综上，两篇论文都指出异戊二烯可能是上对流层新颗粒物形成的一个主要机制，并扩展了气候模型需包含颗粒物的分布、类型和性质。

No.22 封面故事︱

消化之道：消化道物质和食物网记录恐龙称霸的开端

December

第一批恐龙出现在约2.3亿年前的化石记录里，而等到2亿年前侏罗纪时期开始时，恐龙已经占领了古代生态系统。Martin Qvarnström和同事在本期《自然》中探讨了这种转变是如何发生的。研究团队利用消化物质的化石残骸——基本上是粪便和呕吐物——重建了古代食物网。他们在此基础上估算了脊椎动物生态、体型和丰度的变化，提示火山活动增加和气候变化或使可食用的植物种类更加丰富，促进了食草恐龙向多样化发展（如封面的艺术图所示）。而这反过来推动了大型食肉动物的演化，于是等到侏罗纪开始时，整个生态系统已经被恐龙占据。