Science精选：集水区地质支配淡水植物群落；刚柔并济的氧化铝玻璃薄膜

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集水区地质支配着淡水植物群落

据一项新的研究，淡水植物群落进行光合作用是使用二氧化碳还是碳酸氢盐在很大程度上与其所在当地环境中的碳酸氢盐浓度有关，这是对水生植物使用碳酸氢盐的首次全球性评估。

作者说，由于土地使用和人类活动变化正在引起碳酸氢盐的大量增加，因此这些事件可能会严重影响淡水生态系统的生物多样性。

与陆生植物不同，许多淡水水生植物已经演化出了除二氧化碳外还能用碳酸氢盐进行光合作用的能力，旨在对水中溶解的CO2浓度低及可能被耗尽进行代偿。但是，尽管在大多数生物分类中有众多物种都有使用碳酸氢盐的特征，但它并非普遍存在于所有的淡水植物中。

Lars Iversen和同事研究了给定淡水生态系统中的碳酸氢盐浓度（主要取决于集水区的地球化学）与具有使用碳酸氢盐特性的淡水植物分布之间的联系。作者绘制了一幅详细的碳酸氢盐植物和CO2植物分布的全球地图，并将其与说明地质碳酸氢盐的地质图结合起来。

结果显示，全球CO2植物与碳酸氢盐植物的比例与当地地质中的碳酸氢盐浓度显着相关。Iversen等人证明，淡水植物的功能组成是由集水区地质及可利用的CO2和碳酸氢盐的相对浓度构建的—这与陆地植物群落有重大偏离，因为后者主要受到温度和降雨量变化的影响。

无瑕疵氧化铝玻璃薄膜可在室温下弯而不破

据一项新的研究显示，致密且无瑕疵的氧化铝玻璃可以像金属一样快速变形（折叠、扭曲和拉伸）而不会破碎。这些令人惊讶的发现揭示了普通氧化物玻璃在室温下变得具有延展性的条件，并为柔韧且“破坏不了的”玻璃材料的研发提供了信息。

无机氧化物玻璃是各种现代电子产品中的重要材料，因为它们的许多功能特性（例如导电性）可以按特定用途进行定制并同时保持其透明性。正因为如此，这些玻璃在诸如柔性和超薄触摸屏显示器等未来技术中颇有前途。

当今的玻璃只能达到其预期内在强度的一小部分，并且具有其能达到（甚或超过）的理论上限—即最坚固制造材料的强度。然而，传统的氧化物玻璃在室温中脆性很高，并且在应力下容易破碎。

因此，提高氧化物玻璃的强度和延展性对工程师而言一直是一种“圣杯”；Lothar Wondraczek在相关的《视角》中写道：“当今日常生活的许多方面以及社会的某些重大挑战将直接、迅速地受益于玻璃产品力学可靠性的显着改善。”

Erkka Frankberg和同事证明，在室温时，非晶态氧化铝（a-Al2O3）玻璃薄膜可在高应力下被永久性地弯折和牵拉而不会破裂，表明该材料比以前认为的具有更大的延展性。

直接和模拟的观察揭示，a-Al2O3的高可塑性要求该材料致密且无瑕疵，从而阐明了鉴识其它具有类似延展性氧化物玻璃的关键标准。根据Frankberg等人披露，这些结果提示，氧化物玻璃易碎性不是固有的，而是我们缺乏批量及较大规模制造这种无瑕疵玻璃的能力。

太阳表面的磁性重连启动了太阳针状体

据一项新研究披露，有关争论不休的太阳针状体起源的新证据提示，它们是由重新连接太阳表面附近的磁场与将灼热的太阳物质导入日冕内的动态互动形成的。

太阳针状体是普遍存在的、不时打断太阳大气的等离子体特征现象。在任何给定的时刻，数百万个间歇泉样的针状体会从太阳表面爆炸，并将超热的太阳等离子体柱高高地抛入太阳大气层，然后再塌缩回太阳表面。

尽管从地球上对这一高度动态性太阳旋流模式现象的观察已超过一个世纪，但对它们进行研究颇为困难，因为每个针状体从形成到坍塌仅持续几分钟。据推测，针状体可能涉及从太阳表面转移能量和太阳物质以供给温度高得多的上层大气（日冕）和太阳风。

然而，据作者称，人们对针状体的起源及其在加热日冕中的作用仍知之甚少，而所提的各种理论解释具有高度的争议性。Tanmoy Samanta和同事从全球最大的太阳望远镜（大熊湖太阳天文台的古德太阳望远镜）观察了正在出现的针状体，发现了在针状体活动与磁场动态互动间的联系。

作者认识到，在主导极性磁场中出现逆极性片的几分钟内就出现了许多针状体。Samanta等人提出，当两个全异性磁场迅速恢复成新的直线排列时所释放的能量会触发增强的针状体活动。更重要的是，来自上覆日冕的同时测量表明，这一增强活动的大部分将灼热的等离子体和能量带入了太阳的高层大气。

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全球范围内的多种变化因素将土壤生态系统推向其极限

一项新的研究显示，一种能解释更多环境变量的新实验方法可以更好地理解世界各地的土壤生态系统如何对源于人类活动的压力做出反应。Peter Manning在相关的《视角》中写道：“这种新方法为了解多种、同时的驱动因素在经过大幅改变的生态系统中的影响提供了一条有希望的途径，这些生态系统已在全球范围内变得越来越常见。”

土壤形成了大多数陆地生态系统的基础：它们充当了动植物等重要的营养素和微生物池。然而，全世界的土壤面临着日益增大的诸如温度和降水等环境因素变化等压力，这些变化在很大程度上与人类活动关联。

尽管全球环境变化颇为复杂，但大多数的土壤功能研究一次只考察一到两个环境因素的影响。这些单因素研究可揭示重要的机制，但需要有新的方法来更好地理解多个变量的变化会如何影响土壤及其支撑的生态系统。

受以前对物种生物多样性研究的启发，Matthias Rillig和同事采用了一种新设计，该设计使用了一个多达十项的总体变化因素（包括温度、土壤团聚体和微塑料）的集合。这种新方法揭示了土壤和微生物群落特性的重大变化；例如，它能对更多的导致在土壤真菌中所观察到的基因多样性降低的因素做出解释。

在最高的阶乘水平，作者还看到了例如土壤疏水性大幅改变等“生态学惊奇”，它在单因素实验中几乎不受影响。虽然Rillig等人在一个小型、相对简单的微观世界中测试了他们的设计，但Manning指出，这些结果有一天或可帮助发现未来土壤生态系统的危险因素组合和临界点。

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