科研入门系列之五
Science、 Nature杂志：概况、特点与范文
Science、 Nature杂志是全世界影响因子最高的综合性科学期刊，向普通大众、科研人员和决策者等展示最重要、最前沿、最具交叉性的科学研究结果，也是公众探讨科学、讨论政策、表达观点的“论坛”。阅读Science、 Nature，关注不同学科的发展动态，可极大启发我们开展跨学科研究，发现有价值的论文选题。
阅读Science、 Nature，可加快科研入门速度。鼓起勇气向Science、 Nature投稿，是科研工作者走向成熟和自信的的标志。
以下介绍Science、Nature的栏目设置和投稿要求，结合范文考察这两本杂志乐于刊登的文章有哪些特点。
Science和Nature是同行评议的综合性科学周刊，历史悠久。Nature创刊于1869年，Science创刊于1880年。Nature隶属于英国的自然出版集团，是一本完全按商业运作的杂志，有57个子刊。Science是美国科学促进会的会刊，商业性质淡一些，现有5个子刊。
我最关注人河关系演变这个研究领域，在Science和Nature网站上检索题目里包括“River”、“Flood”和“Channel”的研究论文，还检索了“考古学”主题的研究论文。我在两个网站上都找到了10篇人地关系（包括人河关系）演变主题的研究论文。Nature的10篇文章中有6篇发表在4种不同的子刊上，4篇发表在主刊上。Science的10篇文章中仅有2篇发表在子刊Science Advances上，8篇发表在主刊上。而且，由于美国大河多，非常依赖河流（有项研究甚至估算了密西西比河及三角洲的生态服务价值为3300亿美元[1]），Science比Nature更关注治河问题，偏好人河关系这个主题。
因此，为简单起见，以下介绍Science和Nature的栏目时，我只介绍Science的栏目。这两本杂志的栏目设置和稿件要求大同小异。详细情况可查阅这两本杂志网站上的Information for authors。
Science和Nature都有科学新闻、评论与指南、研究论文三大版块，外加一个科学职业发展小版块。每个版块包含一系列栏目。科学新闻版块由编辑部的编辑、记者、知名科普作家撰写和组稿，有几个侧重点不同的栏目。比如Science的科学新闻版块主要包括News、Science Insider、Feature、In Depth等栏目。
评论与指南类版块有很多栏目，五花八门。所有栏目的作者都是科研人员，区别在于有的是编辑约稿，有的是读者投稿。这个版块的稿件也要经过同行评议。
Science的评论与指南类版块取名Insights，除了Letters栏目是读者投稿，其他栏目大都是编辑约稿。Insights版块的Expert Voices和Perspectives栏目，都是知名学者写的，颇有洞察力，是我最喜爱的栏目。Perspectives一期有好几篇，每篇长度1-2页，介绍不同领域最激动人心的研究进展或新兴的主题，有些是同期杂志刊登的研究论文的点评。比如2008年有一篇Perspective专门点评Natural Streams and the Legacy of Water-Powered Mills这篇历史时期河道变迁的文章，点评人是知名河流地貌学家 David R. Montgomery。Montgomery也是知名的科普作家，是《泥土：文明的侵蚀》的作者。
Insights版块有一个Policy Forums栏目，由专家讨论科学与社会如何交叉，服务于科学决策。这个栏目经常发治河评论文章，比如有篇One step forward, two steps back on US floodplains批评圣路易斯地区不合理的滩区开发，危及密西西比河的行洪安全。作者Nicholas Pinter专门研究历史时期密西西河洪灾的人为成因。
Science的Book or Media Reviews栏目偶尔也接受投稿，但编辑要求投稿人说明两点。一是为什么Science的读者会对被点评的作品感兴趣，二是为什么投稿人有能力点评这个作品。
Letters栏目刊登读者来信。读者来信讨论近三个月杂志上刊登的内容，或者就热点问题发表观点，长度300 单词以内。读者来信要附加参考文献，通过投稿系统提交同行评议。近年国内学者踊跃投稿Letters栏目，但大部分单位并不将Letter算为科研成果。
根据最新的Information for authors，Science的研究论文版块目前主要包括两类论文。一类论文适合刊登在纸质杂志上，也在线发表，这类论文不得超过5页，2000到3000单词，“Materials and Methods ”部分放在“Supplementary Materials”中在线上发布。
还有少数论文，其成果无法靠纸质版完整呈现，仅在线发表，正文长度最多允许6000个单词。2018年有一篇环境考古学论文属于这类在线发表的长论文。论文题为Ancient lowland Maya complexity as revealed by airborne laser scanning，介绍应用激光雷达发现玛雅文明的城市网络，文章长达18页。不管是哪类发表形式的论文，论文的原始数据必须公开，比如存放在可公开访问的存储库中。
Science的研究论文版块还有一个Reviews综述栏目，仅在线发表。综述深度点评某个领域过去3到5年里的进展，作者不能超过7位，正文最多5500个单词，不能包含对未发表数据的分析。2020年Science刊登了一篇经济史的综述The historical roots of economic development，可见Science杂志对人文社会科学的包容性。
Nature的综述栏目2021年刊登了一篇环境史领域的综述Towards a rigorous understanding of societal responses to climate change。这篇综述指出现阶段气候变化对人类社会的影响研究存在一些思维定势，实际上气候变化的区域响应具有多样性。历史上，有很多社会通过不同途径，成功应对了气候变化的挑战。综述列出研究方法中存在的14个“陷阱”，研究者可能因此得出错误的因果联系。比如，有一个“陷阱”是麦纳马拉谬误，指刻意忽略无法被量化的部分。跨学科研究者容易掉入这些“陷阱”的主要原因，是数据来自多个不同领域。跨领域数据集的集成与分析面临四大挑战：1. 如何正确解读证据；2. 不同时空尺度上的动态变化如何有机勾连起来，比如环境史年鉴学派所说的地理时间、社会时间和个体时间如何有机勾连；3. 探究因果机制；4. 不确定性分析。综述为避开研究“陷阱”给出一个跨学科研究的路线图。
值得注意的是，综述不同于荟萃分析，荟萃分析论文算原创论文。大数据时代，荟萃分析是Science和Nature不少论文的研究方法。2013年Science发了一篇环境史领域的荟萃分析论文Quantifying the Influence of Climate on Human Conflict，研究近万年来气候事件如何加剧全球人类社会发生冲突的风险。
介绍了Science、 Nature的栏目，很自然地，我们想知道Science、 Nature更青睐哪些领域。本文开头我检索到的20篇人地关系演变主题的研究论文中，环境考古学领域的占了13篇，环境史领域的有2篇，历史地理学领域的有5篇，其中2篇研究土地利用，3篇研究人为洪灾和河道变迁（Science 2篇，Nature 1篇）。
那么，被Science、 Nature接收的论文在内容和写作上有哪些特点呢？网络上有一篇Science杂志投稿指南，大概是Science的编辑写的。那篇文章告诉我们：“在投稿前，作者需要问自己5个问题：1. 你的论文是否是你写过的最好的论文？2. 它是否会对你所从事的研究领域产生重大影响？3. 相关领域的科学家会对其结果感兴趣吗？4. 读者会对其结论吃惊吗？5. 它推翻了传统理论吗？如果你对上述问题的回答是肯定的，那么你的论文就可能适合向Science投稿”。简单说，投给Science的论文，必须是非常重要、新颖和有趣的。
对照一下，Natural Streams and the Legacy of Water-Powered Mill这篇Science论文就是重要、新颖且有趣的典范了。论文应用历史地图和钻孔数据，发现美国东北部河流泥沙淤积、曲流发育的原因除了土壤侵蚀，另一大原因是17世纪至19世纪河流上的数万个碾磨水坝抬高了水位。而近百年来河槽发生侵蚀，其实不是由于上游城镇化提高了洪峰流量，而是由于被弃用的碾磨水坝频频溃决，坝下游的河槽发生侵蚀。原来河流动力学家们以为美国东北部冲积河流的水力几何形态关系变化仅由水沙变化决定，现在发现基准面变化也是美国东北部河流水力几何形态关系变化的主控因子。这个新发现动摇了该区域旧有的河流复原设计方案，也为解译欧洲的河流沉积体系提供了启发。
除了选题和结论重要、新颖且有趣，Science和 Nature对论文的严谨性要求也很高。对数据的质量要求很高，数据分析方法要足够先进，能够探测到可靠的时空演化规律，做出可信的因果推断和机制分析。定量研究一般要求讨论一下结果的不确定性。但是，假如一篇地学论文非常新颖、非常有趣，有话题性，Science和 Nature的编辑对它的严谨性要求就会低不少——先保证数据准确、可靠，至于数据如何解读，可以商榷。
2016年Science发表了吴庆龙等人的论文Outburst flood at 1920 BCE supports historicity of China’s Great Flood and the Xia dynasty。这篇论文将公元前1920年左右黄河上游由堰塞湖溃决造成的一场特大洪水, 与大禹治水及二里头夏朝建立联系起来。这是一篇推理超越事实太多的不严谨的论文，但是Science发表了这篇论文，还请美国的地貌学家点评这篇论文。论文发表后，Science杂志收到三篇来自中国学者的反驳。这三篇反驳全都发表在Science上。
2018年发表于Nature的Climatic control of Mississippi River flood hazard amplified by river engineering，是话题性论文的严谨性要求降低的另一个案例。这篇论文利用牛轭湖的洪水沉积和橡树树轮中的洪水轮，重建了密西西比河下游近500年的泛滥频率波动曲线。作者假设泛滥水平变化仅受气候变化和治河工程影响，估算出气候波动对泛滥频率波动的贡献占四分之一，还有四分之三的贡献来自治河工程。作者认为在数百年尺度上，约束河道的治河工程反而提高了密西西比河泛滥的频率。
这篇论文质疑堤坝、护岸工程等治河工程的作用，是一篇话题性论文。Nature不但发表了这篇论文，还配套采访了作者，邀请专家点评。专家指出“泛滥频率变化仅受气候变化和治河工程影响”这个假设不成立，径流量还受蒸散作用、下垫面性质等影响，需要在密西西比河上游无工程影响的河段，进一步开展对比研究。这个中肯的点评和论文、采访一道刊登在同一期杂志上。可见，Science、Nature的编辑宁可要一篇有瑕疵的话题性论文，不要一篇正确却无趣的论文。
Science和 Nature论文的另一大特点是引言写作新闻化，贴近当前的热点问题。文字要简洁，尽量少用只有小同行才能看懂的术语。重要的大论文开篇还有1页科普性质的导读。 对图片要求很高，要漂亮、吸引眼球、信息丰富。
总的来说，Science和Nature既不难读懂，也不是有些人批判的那种“泘华”杂志。科研新人除了浏览国内媒体上翻译好的研究论文简介，经常带着批判性的眼光，翻阅这两本周刊的各种栏目，体会科学研究中求真与致用、理想与现实的种种张力，有助于他／她正确选择是否以学术为业，了解如何在学术界有尊严地生存、高贵正直地发展。
参考文献：
[1]Batker D, Torre I, Costanza R, et al. (2010) Gaining Ground: Wetlands, Hurricanes, and the Economy: The Value of Restoring the Mississippi River Delta. Earth Economics Project Report Tacoma, WA: Portland State University.
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