科技通讯文章

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自然及子刊综览

来源: 中国科学报   /  更新日期: 2017-05-24   /  点击量: 164

《自然生态与演化》

  性行为让雌果蝇攻击性上升

近日《自然生态与演化》在线发表的两篇论文显示,性行为可以直接影响雌性果蝇的后续行为以及雄性果蝇的衰老。

许多雌性物种在交配之后变得更加具有攻击性,这可能与其需要保护后代有关。但这种攻击性上升所涉及的直接机制仍未可知。交配对雄性的生理和衰老也具有长期影响,而人们其中所涉及的机制也不清楚。

  在第一篇论文中,英国牛津大学的Eleanor Bath及同事表明,雌性黑腹果蝇在交配之后对其他雌性表现出攻击性上升,一部分是精子性肽的直接作用结果,同时也涉及其他精子蛋白。通过使用不产生卵子的遗传变异雌性和不产生精子的变异雄性,作者能够解析精子对于雌性攻击性的直接和间接作用。他们发现,精子会直接提高雌性对其他雌性的攻击性,这种攻击性并非产卵的副产品或是交配行为本身的结果。

  在第二篇论文中,美国密歇根大学的Scott Pletcher及同事研究了接触雌性果蝇对雄性果蝇寿命的负面影响。他们采用经过基因改造而拥有相反性别的费洛蒙特征的雄性果蝇和雌性果蝇,加上对照组果蝇,发现接触雌性费洛蒙会缩减雄性寿命,但是交配行为可以逆转该负面效果。

  这两篇论文展示了研究人员可用以探索果蝇繁殖的行为后果与生理后果的强大基因工具。两组作者推测,类似效果也可见于哺乳动物。

  《科学报告》

  可穿戴机器助人保持平衡

  一项研究描述了一种能帮助人们在意外滑倒后恢复平衡的可穿戴机器设备。作者认为,这一设备可用于协助防止老人摔倒。该成果近日发表于《科学报告》。

  瑞士洛桑联邦理工学院的Silvestro Micera及同事描述的这种机器外骨骼名叫活动性骨盆固定器(APO),利用算法,它能检测出穿戴者是否失去平衡,并在臀部产生一个抵消扭矩,以协助穿戴者平衡恢复。八位被试者(平均年龄68.9)和两位膝上截肢者在穿戴和不穿戴APO两种条件下参与了试验。被试者(佩戴了安全带)被要求以个人偏好的速度在一台特制的跑步机上行走,这台跑步机会产生旨在使人滑倒的动作。作者发现,由于APO有着在需要时提供协助的功能,当被试者穿戴了这一设备时,他们的稳定性获得了改善。作者还指出,他们的结果必须在更多被试者身上进行进一步验证。

  作者认为,他们的研究结果展示了可穿戴机器在滑倒时协助老年人和残疾人的潜力,从而有望提高他们的生活质量。

  《自然》

  过量柴油车排放对过早死亡的影响

  《自然》新近发表的一项研究显示,在全球11个市场中,重型柴油车(包括公共汽车和重型卡车)有将近三分之一的尾气排放超出了氮氧化物的认证限制,而轻型柴油车(如小汽车)则有一半以上的尾气排放超出限制。根据作者的估计,这些过度排放的柴油氮氧化物与2015年全球范围内约3.8万人的过早死亡有关。

  上路柴油车产生的氮氧化物约占全球人为氮氧化物排放量的20%。虽然排放限制收紧,但是目前柴油车在实际运行中排放的氮氧化物远高于在实验室认证测试期间产生的排放量。

  美国华盛顿哥伦比亚特区环境卫生分析有限责任公司Susan Anenberg及同事制作了一份详细的清单,展示了201511个市场(澳大利亚、巴西、加拿大、中国、欧盟、印度、日本、墨西哥、俄罗斯、韩国和美国)柴油车的氮氧化物排放量,这些市场的柴油车占全球新售柴油车的80%左右。据作者估计,2015年这些地区的柴油车的氮氧化物排放量约超出认证标准460万吨。重型车是柴油机排放过度的主要来源,也是除欧盟之外所有地区公共卫生受到相关影响的主要原因。

  根据作者的预测,在还没有实施现行最严格的重型车排放标准的地区(澳大利亚、巴西、中国、墨西哥和俄罗斯)实施它们,有望在2040年避免104000人过早死亡。

《自然》

  亚洲冰川是干旱防线

  一项新研究提出,亚洲的高山冰川在保护下游人口免受干旱影响方面发挥了重要作用,而且这种作用被低估了。来自这些冰川的夏季融水足以满足1.36亿人的基本需求,或者说巴基斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦和吉尔吉斯斯坦五国每年市政和工业需求的绝大部分。相关成果近日发表于《自然》。

  亚洲高山区域有着全球最高的高山冰川密度。8亿人口至少在一定程度上依赖这些冰川融水。冰川融水有助于避免极端缺水情况的发生;在干旱的夏季,融水占到了印度河和咸海上游流域注入水量的绝大部分。然而,对冰川物质平衡(冰川物质的净得失)的直接测量结果很少,人们此前也并未全面评估过冰川融水在干旱期间的重要性。

  英国剑桥南极调查局的Hamish Pritchard估计了流域范围的多年代际冰川物质平衡,结合平均和干旱时期的降水数据,量化了冰川对流域注入水量的贡献。作者发现,亚洲的高山冰川每年夏季总计产生了23立方千米的融水。没有这些冰川,印度河上游流域夏季每月的注入水量最多将会减少38%,干旱情况下最多减少58%,上咸海盆地失去的夏季注入水量将时常达到100%

  《自然通讯》

  远程探测有害放射性物质

  新一期《自然通讯》介绍了一种远程探测放射性物质的方法。远程探测工具可帮助安全处理放射性物质,而且也可能用于处理核危害,包括核电站事故和探测核武器。

  传统的辐射探测器,如盖革计数器和电离室探测器,在远程探测放射源方面存在技术局限。例如,盖革计数器可以在最远3.5米的距离探测1 mCi的钴-60,但不足以测量更低水平的放射性或在更远的距离进行测量。

  韩国蔚山国立科技研究所的EunMi Choi及同事演示了一种具有更高灵敏度的检测方法,利用高功率脉冲电磁波探测放射源。这项技术在几年前就已提出,本研究属于对它的一次实验验证。结果显示该方法可以在1.2米左右探测到放射源(0.64 mCi的钴-60),但是作者认为经过进一步的优化,最长探测距离可达1千米。

  《自然通讯》

  爱生命

  本周《自然通讯》发表了一项研究,介绍了在澳大利亚拥有34.8亿年历史的热泉沉积物中所发现的生命证据。该发现将地球上有生命存在的陆地热泉地质记录向前推进了约30亿年,为地球生命提供了部分最早的证据。

  澳大利亚新南威尔士大学的Tara Djokic及同事研究了西澳大利亚皮尔巴拉克拉通拥有34.8亿年历史的热泉沉积物。在确定其为海底沉积物还是陆地沉积物时,研究团队鉴定出了硅华的存在,硅华是一种由热二氧化硅流体形成的沉积物,仅发现于陆地热泉中。他们在这些沉积物中发现了叠层石(由微生物活动产生的层状结构)和其它微生物特征,表明34.8亿年前这里存在各种各样的生命。

  虽然人们已经明确陆地热泉是有可能存在多样化生命的,但是此前发现的该环境下的生命证据只有约4亿年的历史。

《自然》

  液体活检跟踪肺癌初期演变

  据《自然》发表的一项研究显示,通过分析血液中的特定遗传标记,可以对肺癌的演变进行监测。研究表明,在血液样本中发现的循环肿瘤DNA(ctDNA)与组织亚型和其他变量(包括病情复发)相关。这些发现表明,液体活检或可提供一种非侵入式方法来分析肺癌患者,这也许有助于改进治疗方法,限制肿瘤复发。

  肺癌难以治愈,是全球范围内主要的癌症致死原因。已成型的转移性非小细胞肺癌(NSCLC)单靠化疗无法治愈,而在手术摘除肿瘤组织后进行化疗也只能提高约5%的患者的生存。改进术后治疗是必要的,而找出方法来判断患者是否可能复发或许有助于优化治疗决策。

  英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所的Charles Swanton及同事在TRACERx肺癌临床试验研究中,前瞻性地监测了100位转移性非小细胞肺癌患者从确诊到复发和死亡的演变过程,他们使用定制的测序面板分析了在术前和术后进行的多次液体活检。他们发现检测ctDNA可以预测治疗结果,如对术后化疗的抗性,在某些情况下还可以比传统临床方法更早地发现复发情况。因此,分析液体活检可能有助于增强识别有可能从术后化疗中受益的患者,并能跟踪复发期间不同癌症克隆和亚克隆的演变。

  该方法的局限包括ctDNA分析的成本(分析单个患者5个样本的费用为1750美元)NSCLC筛选的敏感度,后者可能受到肿瘤大小的限制。但是经过适当验证后,结果表明通过液体活检检测ctDNA有望简化对癌症发展和演变的监测。

  《自然》

  为发育中大脑神经网络建模

  《自然》发表的一项研究报告了发育中的人脑的两个三维模型。该系统让研究人员有机会在培养的细胞中研究和修饰大脑发育的关键方面,有助于他们理解正常的大脑发育和某些疾病(如自闭症谱系障碍和精神分裂症)的神经发育根源。

  随着人类胎脑的发育,γ-氨基丁酸能神经元从腹侧迁移到背侧前脑,在此建立连接并融入皮质回路。在第一篇论文中,美国加州斯坦福大学医学院的Sergiu Pa ca 及同事通过创建类似腹侧或背侧前脑细胞的3D球状体来为该过程建模,之后他们在培养皿中将这些3D球状体组装起来,促使细胞迁移和功能性人脑皮质回路的发育。当使用Timothy综合征(与自闭症和癫痫相关的疾病)患者的细胞创建培养系统时,细胞迁移的模式发生了改变,这为胎脑发育后期的疾病过程提供了一个有用的模型。

  在第二篇论文中,马萨诸塞州哈佛大学的Paola Arlotta及同事描述了可以在培养基中维持9个多月的大脑细胞器,为分析相对晚期的神经元成熟事件提供了一个窗口。这些类似大脑的细胞团包含各种各样的细胞类型,其中一些自发形成活动神经元网络。有趣的是,由于所述细胞器包含各种视网膜细胞,因此可以利用光来操控神经元网络的活动。光遗传学指利用光来控制经改造而表达光敏蛋白的细胞的活动,它已成为神经科学研究领域广泛使用的一种工具。比较而言,该系统有望提供一种无需依赖遗传修饰而控制神经元活动的方法。

  《自然科学报告》

  用火星土壤制造建筑材料

  本周《自然科学报告》发表的一项研究表明,一种模拟火星壤(化学成分与火星土壤类似的物质)能被压缩成固体,这种固体或有充当建筑材料的潜力。

  火星上的永久性人类定居点将会需要维持生命的基础设施,因此,稳定的结构材料供给是必需的。然而,人们仍不清楚这些材料是否可以只用火星本地的资源制成,在制作中是否能避免热处理等能源密集的生产流程。

  美国加州大学圣迭戈分校的乔宇及同事表明,通过高压压缩,MARS-1A 型模拟壤(一种模拟火星壤)在环境温度下形成了一种与致密岩石类似的固体,强度超过了钢筋混凝土。作者发现,火星土壤中常见的纳米颗粒氧化铁在这一过程中充当了粘合剂。他们认为,火星上的自粘性土壤可以被进一步压缩成高强度的结构材料,且该过程可能与增材制造(逐渐将材料添加到结构中)方法相容。