最强大的科学国家的领军人物会留下自己的印记

五个研究人员，每个人都在自然指数排名前五的国家谈谈他们在自己的领域所产生的影响——无论是朝着更大的包容性、建立新的合作关系还是挑战旧的假设。

OLJA PANIĆ:无障碍天文学

木星和土星等巨型行星的形成过程是行星科学中最古老的谜团之一。英国利兹大学的天体物理学家Olja panich说，了解这一点，以及它如何影响更小、更像地球的行星的形成，可以为在宇宙其他地方寻找生命提供信息。

有时，巨大的行星有助于创造适宜居住的大气，“通过它们的引力将有机分子从小行星拖向较小的行星”，帕尼克说。“但如果巨型行星离得太近，同样的引力会破坏较小行星的环境，扰乱其轨道。”

帕尼克对原行星盘特别感兴趣，原行星盘是环绕年轻恒星的气体和尘埃环，被认为是巨型行星形成的种子。

自然指数2022大5

2018年，她与剑桥大学和英国华威大学的团队一起，详细描述了“混合盘”，即处于以气体为主的早期阶段和完全形成的行星之间的中间阶段的环¹．帕尼奇说:“我们的数据显示，一个圆盘上的物质分布不寻常且不规则，它见证了从行星形成到进化的行星系统的罕见过渡阶段。”她和她的同事最近使用位于智利的欧洲天文台的甚大望远镜发现了十多个混合圆盘。

帕尼克说，她进入天文学几乎是偶然的。21世纪初，当她申请意大利博洛尼亚大学(University of Bologna)的本科学位时，这是一个离开家乡波斯尼亚的机会，当时正值上世纪90年代战争的余波。

她回忆道:“我考虑了一下我可以在邻国意大利学习什么。”天文学是第一个按字母顺序排列的。我从未想过有人真的能成为天文学家。”

帕尼克通往天文学的不同寻常的道路迫使她让这个领域更容易接近。帕尼克和她的学生与手语专家合作，其中包括一位聋哑物理学家和一位业余聋哑天文学家，他们开发了新的符号来传达60个天文学概念的含义，比如“原行星盘”和“天体生物学”。词汇表将很快在网上提供。帕尼克说:“它丰富了科学界，因为克服挑战的人为解决问题带来了不同的视角。”“做一些类似的事情，让自己变得更具包容性，其他科学领域也会受益匪浅。”——本杰明·普拉西特

雷江:模仿自然

荷花从浑浊的水中一尘不染的形象几个世纪以来一直吸引着中国哲学家。对于物理化学家江磊来说，超疏水植物的特性为设计“超可湿性”材料和设备提供了蓝图，这些材料和设备可以吸引或排斥液体。科学家将这些自我清洁的特性归因于覆盖在荷花和类似植物叶子和花瓣上的数百万个纳米结构。一接触，水滴就会变成完美的球体，当污垢和灰尘颗粒滚动时，它们就会被吸附住。

蒋花了20年时间研究蜘蛛丝、鱼鳞、蝴蝶翅膀和仙人掌刺等天然材料，以发现它们对水的极端吸引或排斥背后的不同纳米结构。“我们从向大自然学习开始，”在北京中国科学院理化技术研究所工作的姜教授说。

2020年，蒋和他的同事设计了一种3d打印的集水装置，模仿了猪笼草的弯曲形状和光滑表面。据研究人员称，该设备在室温下2小时内从雾中收集了大约40毫升的水，它可以用于化学生产、实验室环境或厨房²．

蒋的纳米材料研究帮助他获得了70多项国内外注册专利，包括防雾玻璃和去除水中污染物的装置等发明。在自然指数中追踪82种选定自然科学期刊的文章2015-20年间，他是中国最多产的作家之一。

Jiang现在专注于创造智能材料，可以在不同条件下在相反的润湿性状态之间切换。-杰玛·康罗伊

MARIA SPIROPULU:量子连接器

Maria Spiropulu的大部分职业生涯都在试图阐明暗物质和希格斯玻色子的性质。她最近的雄心是建立一个更先进的、防黑客的互联网。通过利用量子力学定律，她希望创建一个提供前所未有的隐私、安全性和计算能力的网络。

一个主要的挑战是可靠地远距离传输量子比特——量子系统中的基本信息单位——从一个设备到另一个设备。隐形传态依赖于纠缠通过网络传递信息，其中粒子可以保持连接的量子态，而不管它们之间的物理距离有多远。“物理是可行的，但我们必须让工程起作用，”斯皮洛普鲁说，他是帕萨迪纳加州理工学院的陈尚义物理学教授，也是自然指数的主要美国作者之一2015-20年度文章统计．

2020年，Spiropulu领导的团队使用先进的光子探测器和现成的光学器件，在44公里的光纤网络上传送量子位。传递信息的数据准确性超过90%^3.．斯皮罗普鲁说:“我们每进步一刻，都在迈向一些近乎梦幻的东西。”

这一发现是量子技术联盟(AQT)的成就之一，该联盟由Spiropulu于2017年成立，旨在促进学术机构、国家实验室和工业界之间的合作。它的研究项目专注于加速量子技术的发展，并回答基础物理学的问题，如时空和引力的量子性质。

Spiropulu说，AQT的合作重点是受到她十多年前在瑞士日内瓦附近的欧洲核研究组织(CERN)工作的启发。在那里，她与数千名研究人员组成的团队合作，开发了寻找新物理学的开创性方法。她说:“如果我们没有这种横向的、全球性的方法和团队合作，我们就不可能[发现希格斯粒子]。”——杰玛·康罗伊

星野祐子:外泌体调查员

在东京理科大学(Tokyo University of Science)攻读本科学位期间，星野绫子(Ayuko Hoshino)将目光放在了寻找预防癌症的新方法上。她的朋友被诊断出患有骨肉瘤，这是一种最常见的始于骨骼的癌症。她的朋友康复了，但这段经历一直困扰着星野。她说:“我想知道是什么导致了癌症，以及如何改进药物来预防癌症。”

星野现在是东京工业大学的一名分子生物学家，他研究的是外泌体，一种几乎由人体每种类型的细胞分泌的微小囊泡。在2015年的一项研究中，她和同事们展示了外泌体如何影响癌症的扩散。他们从已经转移到肺部的培养的人类乳腺癌细胞中提取外泌体。当这些外泌体被注射到健康的小鼠体内时，它们再次找到了进入肺部的途径。该实验展示了外泌体如何与目标器官融合，为转移性癌细胞的到来做好准备⁴．“癌细胞产生的外泌体决定了癌症扩散的位置，”星野说。

她说，这一发现可能会改变治疗癌症的方式。“目前，我们一直等到癌症进入器官后再进行治疗，但我建议我们可以在癌症到达器官之前就开始治疗。”

星野说，通过在血液测试中检测和检查外泌体，医生可以预测癌症的下一步发展，并先发制人地开始治疗。她现在正在寻求行业合作伙伴关系，根据她的研究开发新的测试设备。

2020年，日本科学技术厅向星野星野颁发了杰出女性研究员奖，与星野星野一起获奖的还有日本埼玉RIKEN恒星和行星形成实验室的首席科学家酒井娜美，她以跨学科的天文学方法而闻名，使用化学方法阐明了行星系统的形成。该奖项于2019年推出，旨在突出女科学家的工作星野说，这是非常需要的。星野说，2020年，37岁的她在东京建立了自己的实验室，当时没有其他女性担任类似的领导职位。

她说:“在我这个年纪，作为一名首席研究员，我可以说是一个先锋。”“我认为这表明日本正在努力改变。”——本杰明·普拉西特

MONIKA SCHÖNAUER:内存矿工

无论是初吻还是失去爱人，每一次经历都会在大脑上留下印记。这些神经元痕迹或记忆印记是记忆的物理基础。尽管印痕的概念在一个多世纪前就已经确立，但人们仍然难以理解它们是如何在大脑中扎根和发展的。

在德国弗赖堡大学，Monika Schönauer和她的实验室团队正在使用磁共振成像和机器学习方法研究记忆形成。Schönauer对睡眠、检索和反复练习如何长期巩固新形成的记忆特别感兴趣。

她说:“记忆经验、事实或技能的能力对我们驾驭生活非常重要。”“我在研究那些能帮助我们形成更稳定记忆的东西。”

关于记忆如何在大脑中形成的传统观点认为，新记忆在海马体中形成得很快，而在新皮层中形成得更缓慢。随着时间的推移，海马体对于记忆的存储和检索变得不那么重要，因为永久记忆在新皮层中形成。

但在2018年，Schönauer和她的同事报告说，在学习新任务一小时后，参与者的大脑皮层发生了结构变化。这些变化至少持续了12个小时，这表明记忆印迹在大脑皮层形成的速度比之前认为的要快⁵．“大脑皮层的结构变化越多，我们的参与者就能更好地记住他们被告知要记住的东西，”Schönauer说。

Schönauer在另一项单独的实验中发现，练习一项技能可以帮助加强新的记忆，而睡眠可以让它们经受住时间的考验。例如，在学习单词列表后睡8小时的参与者，在新皮层中形成了稳定的记忆痕迹。在第一次学习后保持清醒的参与者更多地依赖海马体来回忆他们所学到的单词，这表明新的记忆痕迹尚未在新皮层中占据一席之地⁶．

2021年，Schönauer是德国海因茨迈尔-莱布尼茨奖(Heinz Maier-Leibnitz Prize)的10位获奖者之一，这是德国为早期职业研究人员颁发的最负盛名的奖项，每人奖金2万欧元(合22,857美元)。其他获奖者包括耶拿大学的数学家Kai Lawonn，他研究医学、化学和遗产保护等领域的数据可视化，以及埃尔兰根-纽伦堡大学的Silvia Budday，她从事连续生物力学这一新兴领域的研究，该领域研究的现象包括血液作为固体和液体的行为。

Schönauer现在计划调查患有创伤后应激障碍、焦虑和抑郁等精神疾病的患者的记忆巩固过程是如何改变的。她说:“这将是非常有用的信息。”——杰玛·康罗伊