Frontiers in Science 是 Frontiers 的旗舰级多学科开放获取期刊，聚焦能够加速解决人类健康与地球健康领域
全球性挑战的变革性科学进展。期刊发表由国际知名研究者受邀撰写、并经同行评审的高影响力领衔文章，重点
呈现应对人类与地球健康全球挑战的科学与技术突破。这些文章配套独具特色、面向多元受众的内容矩阵，在研
究人员、决策者、创新者与公众之间搭建桥梁，推动科学、政策与社会各界共享并进一步发展这些前沿成果。
秉承这一使命，Frontiers in Science 具有全景式的学科覆盖范围，涵盖人类健康与福祉、气候变化、生态与生
物多样性、城市发展、农业、粮食、水与能源系统、计算科学，以及社会与经济科学，期刊同时邀请探讨上述领
域交叉融合的领衔文章。
我们基于发表在 Frontiers in Science 上的文章，综合其被引表现与学术影响力，遴选出具有代表性的高被引文
章，以飨读者。本文为系列第二篇，精选 5 篇研究，每篇均附精要导读，以便深入理解。
以下为导读原文：
01 一块"板子"晒晒太阳就出氢气——绿氢离加油站还有多远？
Photocatalytic water splitting for large-scale solar-to-chemical energy conversion and storage
今天，加氢站里九成的氢来自化石燃料。有没有可能，只用水、阳光和一层粉末催化剂，就把氢“造”出来？这
篇论文由东京大学堂免一成团队联合大连化物所、剑桥大学等给出了目前最完整的路线图：在紫外光下，光催化
剂的量子产率已接近 100%；日本已建成的 100 平方米的户外光催化板示范装置，第一次证明这条路"能放大"。
不过成本仍然是绕不开的门槛：太阳能制氢成本约 3.5 美元/公斤，天然气制氢只要 0.5–1.7 美元。此外，氢氧混
合气是爆炸性气体，安全设计必须前置。文章还介绍了更具突破性的探索——把 CO₂ 直接变成甲酸、乙酸的人工
光合片，甚至让细菌接手后半程。能源安全 × 碳中和 × 中日欧顶尖团队同台，一篇文章看懂绿氢技术真实的天花
板与突破口。点此可免费下载论文pdf
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02 高温、干旱、盐碱三面夹击：未来的粮食，可能要靠"野草的基因"
Adapting crops for climate change: regaining lost abiotic stress tolerance in crops
目前的主流说法是，2050 年粮食产量能再涨 70%，本文作者认为，这一说法不现实，考虑到气候变化的影响，
能守住单产不下滑，就已经是很有野心的目标。支持这一判断的数据并不乐观：一周干旱让主粮减产 3–8%；
夜间温度每升 1℃，产量掉 3–6%；涝渍每年造成 740 亿美元损失；靠灌溉续命的农田，每公顷每年被“喂”
进 3–6 吨盐。作者指出，这些问题部分源于人类自身的选择：数千年的作物驯化始终以高产和易收获为优先标
准，抗旱、抗盐等性状的基因在这一过程中被逐步淘汰：野生番茄的耐盐基因 SlHAK20就是一例，它在现代番
茄里已经失效。哥本哈根大学Michael Palmgren 与西澳大学（兼佛山大学）Sergey Shabala提出了两条路径：
一是用基因编辑技术把野生基因"接回来”（rewilding），二是干脆重新驯化耐逆野生种
（de novo domestication）。答案未定，但作者强调：基因编辑的法规松绑与公众接受度，可能比技术本身
更决定成败。
极端天气频发的今天，这不是科学家的纸上谈兵，而是关乎每个人餐桌的现实问题。当“百年一遇”的极端气
候可能变成“三十年一遇”，我们的食物系统准备好了吗？点此可免费下载论文pdf
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03 给地球水循环装一个“数字分身”：洪水、干旱都能提前预判？
A Digital Twin of the terrestrial water cycle: a glimpse into the future through high-resolution Earth
observations
洪水来了挡不住，干旱走了留不下——面对极端天气，人类似乎永远在“事后补救”。但如果地球的水循环系
统有一个“数字双胞胎”呢？这篇由欧洲空间局（ESA）支持、意大利国家研究委员会领衔的研究，描绘了一
个宏大的愿景：利用卫星遥感、人工智能和高性能计算，为整个地球的陆地水循环构建一个超高精度的数字孪
生模型。
这意味着，在洪水来临前，模型可以精准预测哪些区域最危险；在干旱蔓延时，人类可以提前调配水资源；农
业灌溉、城市供水、生态保护——一切与水有关的决策，都可以在“数字分身”里先跑一遍。
从太空俯瞰地球的卫星数据，到地面传感器的实时监测，再到公民科学的群众参与——这篇文章把“科技如何
守护我们的水资源”讲得宏大又具体。气候变化不再是抽象曲线，而是可以点开、可以推演、可以据此调度的
一张地图。下次暴雨预警响起时，也许你收到的第一条信息，就来自这个“数字分身”的计算。点此可免费下载论文pdf
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04 不打农药也能防虫害？如何“唤醒”植物自己的免疫系统
Enabling sustainable crop protection with induced resistance in plants
农药用太多，虫子产生了抗药性，土壤被污染，人吃了也不安心。那有没有一种方法，能让植物自己“支棱”
起来对抗病虫害？
植物被虫咬了会"喊救命"——释放挥发物，把害虫的天敌招过来；植物也有"免疫记忆"——一次刺激之后进入
戒备状态（defense priming），下次遇袭反应更快更狠，这种记忆甚至能通过表观遗传传给下一代。 这就是
诱导抗性（Induced Resistance，IR）。研究了六十多年，它却始终没进入田间主流。为什么？论文坦率地摆
出短板：保护率通常 20–85%、平均只有 40–60%，还可能带来生长代价；效果又高度依赖品种、土壤养分和
天气。 但压力已经来了：欧盟"从农场到餐桌"要求 2030 年农化品减半，日本、美国跟进。没有替代方案的减药，
是在赌粮食安全。令人惊喜的是：诱导免疫顺带激活了植物次生代谢——番茄的番茄红素、橄榄油的多酚、浆果
的花青素都会升高。更少农药，反而更有营养。点此可免费下载论文pdf
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05 给地球上所有真核生物“查户口”："生命的数字方舟"进入第二阶段
The Earth BioGenome Project Phase II: illuminating the eukaryotic tree of life
为地球上全部 167 万个已命名真核物种，测出高质量参考基因组。这个听起来很科幻的目标，正是地球生物
基因组计划（Earth BioGenome Project, EBP）第二阶段的任务。这篇由桑格研究所 Mark Blaxter、加州
大学 Harris Lewin 领衔、全球数十家机构共同署名的论文呢，给出了具体的硬指标：4 年内采样 30 万物种、
测序 15 万个基因组，相当于每月产出 3000 个——而 2023 年的实际速度是每月 50 个，差距近 60 倍。
成本正在快速下降：单物种从 2.8 万美元降到约 6100 美元，全项目预算 39 亿美元，比最初估算还少了 8 亿。
最有想象力的方案叫 gBox——把一整座基因组实验室装进集装箱，运到生物多样性最丰富的国家，就地采样、
就地测序、就地分析。
当生物多样性以前所未有的速度消失时，这项计划等于在为地球的生命遗产做“数字化备份”。这篇文章是
EBP 第二阶段的开篇纲领，汇聚了全球基因组学领域最顶尖的头脑。如果你好奇“下一个改变世界的生物技
术突破会从哪里来”，答案或许就藏在这篇宏文里。点此可免费下载论文pdf
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关于 Frontiers in Science
Frontiers in Science 是 Frontiers 全力打造的一本旗舰期刊，于 2023 年 2 月 28 日正式发布。期刊以
邀请制的方式发表经同行评审的、具有杰出影响力学者的最新变革性研究，已汇聚全球 90 多个国家的科研力
量。期刊致力于推动跨学科、具有政策影响力的前沿科学研究以实现“健康星球上的愉悦生活”目标 ，目前
已发表的文章累计阅读超 530 万次。
了解期刊详情请访问期刊官网：
http://www.frontiersin.org/journals/science
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