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新華社二月國(guó)外科技新動(dòng)態(tài)匯總（七）
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2018-2-19 青野云麓
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?“再生能力”背后的遺傳學(xué)基礎(chǔ)揭示
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英國(guó)《自然》雜志近日發(fā)表了兩篇基因?qū)W論文，歐洲兩組團(tuán)隊(duì)分別報(bào)告了美西螈和真渦蟲的基因組，揭示了神秘“再生能力”背后的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。其中美西螈的320億個(gè)堿基對(duì)，是目前組裝出的最大基因組。
美西螈全部肢體都可以再生，而真渦蟲甚至可以在被切成碎塊后，重新長(zhǎng)出整個(gè)身體。研究人員一直都想徹底了解這其中的奧秘，弄清這種人類不具備的“再生能力”背后根本的遺傳機(jī)制。
此次，奧地利分子病理學(xué)研究所的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)測(cè)序了美西螈的基因組，它含有320億個(gè)堿基對(duì)，是人類基因組的10倍，也是目前組裝出的最大基因組。研究人員將那些在再生肢體細(xì)胞中表達(dá)較豐富的基因和miRNA序列標(biāo)記為進(jìn)一步研究的目標(biāo)，并且發(fā)現(xiàn)，美西螈缺少Pax3基因——一種對(duì)許多其它動(dòng)物的發(fā)育至關(guān)重要的基因。
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德國(guó)馬普學(xué)會(huì)分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所的團(tuán)隊(duì)則測(cè)序了真渦蟲的基因組，它含有約8億堿基對(duì)。真渦蟲的基因組中缺少大約124種對(duì)人類和小鼠至關(guān)重要的基因，包括參與DNA修復(fù)的基因以及幫助染色體在細(xì)胞分裂期間正確分離的基因。
美西螈和真渦蟲的基因組都包含高水平的重復(fù)DNA序列，因而很難進(jìn)行對(duì)其分析?？茖W(xué)家采用了一種新的計(jì)算方法，并結(jié)合長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序手段，改進(jìn)了基因組組裝。現(xiàn)在已知其某些重復(fù)序列參與到了胚胎發(fā)育和干細(xì)胞活動(dòng)當(dāng)中，它們是否就是美西螈和真渦蟲身上神奇能力的關(guān)鍵，正是研究人員下一步研究的重點(diǎn)。
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迄今最薄鏡子僅一個(gè)原子厚
據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，兩個(gè)獨(dú)立的科研團(tuán)隊(duì)分別研制出了迄今最纖薄的鏡子——僅一個(gè)原子厚的硒化鉬(MoSe2)薄片，這一工程學(xué)上的奇跡將物理世界的極限向前推進(jìn)了一步。研究人員表示，這種纖薄的鏡子可用于研制非常小的專用傳感器，以及使用激光傳輸信息的計(jì)算機(jī)芯片。
美國(guó)哈佛大學(xué)和瑞士蘇黎世量子電子學(xué)研究所的科學(xué)家在各自的實(shí)驗(yàn)中，都研制出了此類鏡子。盡管這些鏡子的厚度接近物體可能達(dá)到的最小厚度，但它們能反射的入射光很多——哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)的鏡子置于一個(gè)硅基座上，能反射85%的入射光;瑞士團(tuán)隊(duì)的鏡子置于氧化硅基座上，能反射41%的入射光。兩種鏡子反射的光都為780納米范圍內(nèi)深紅色的光。
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科學(xué)家們解釋稱，猛烈撞擊原子內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子或光粒子，電子很可能從能級(jí)低的軌道躍遷到能級(jí)高的軌道，如此一來(lái)，電場(chǎng)內(nèi)會(huì)形成一個(gè)電子—空穴對(duì)。當(dāng)受到某些波長(zhǎng)的光照射時(shí)，MoSe2周圍的電子很有可能也會(huì)躍遷。電子帶負(fù)電，而原子核內(nèi)的質(zhì)子帶正電，因此，這些電子—空穴對(duì)會(huì)從質(zhì)子那兒汲取正電荷，使空穴的“行為舉止”有點(diǎn)像粒子。附近帶負(fù)電的電子會(huì)吸引這些“虛假”粒子，并在某些情況下，與其配對(duì)形成名為激子的量子力學(xué)物體。這些激子本身會(huì)釋放光，與入射光相互作用并按照其入射的方式將其送回。如此一來(lái)，這些MoSe2薄片就能像鏡子一樣工作。
研究人員表示，施加到MoSe2薄片上的電壓不同，其反射能力也會(huì)隨之波動(dòng)，而且這種效應(yīng)發(fā)生得非?？?，因此有望應(yīng)用于需要高速計(jì)算的領(lǐng)域。
最新研究發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》雜志。
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線粒體疾病發(fā)病機(jī)理闡明
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日本熊本大學(xué)魏范研準(zhǔn)教授、東京大學(xué)鈴木勉教授的研究小組最新研究發(fā)現(xiàn)，一種被稱作?；撬岬墓δ苄园被嵩诰€粒體內(nèi)外蛋白質(zhì)的生產(chǎn)和保質(zhì)中具有重要作用，實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)特定的化學(xué)物質(zhì)維持蛋白質(zhì)質(zhì)量，可以改善線粒體疾病的癥狀。
線粒體是真核細(xì)胞內(nèi)的“能量制造工廠”，其中含有數(shù)千種蛋白質(zhì)，維持著線粒體的各種功能。如果編碼這些蛋白質(zhì)的遺傳基因發(fā)生變異，就會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)或各種臟器異常的線粒體疾病。線粒體疾病目前沒有有效治療藥物，發(fā)病頻度為10萬(wàn)人中約9人至15人，幼兒發(fā)病較多。線粒體疾病有各種類型，以MELAS和MERRF線粒體腦肌病居多，癥狀表現(xiàn)為全身肌無(wú)力及心臟機(jī)能低下，大部分患者數(shù)年后死亡。
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迄今為止，MELAS和MERRF的發(fā)病機(jī)理不明，有報(bào)告指出?；撬釁⑴c其中。之前研究發(fā)現(xiàn)，MELAS和MERRF患者中?；撬崤ctRNA結(jié)合低下，但不了解?；撬峁δ芟陆禐楹螘?huì)誘發(fā)嚴(yán)重疾病。
研究小組此次利用質(zhì)量分析法和基因工程學(xué)等先進(jìn)方法發(fā)現(xiàn)，牛磺酸在線粒體的蛋白質(zhì)合成中不可或缺。使用?；撬峁δ艿拖碌募?xì)胞和模型鼠進(jìn)行的調(diào)查顯示，線粒體中蛋白質(zhì)的生產(chǎn)幾乎停滯，線粒體功能和結(jié)構(gòu)受到破壞。由此，細(xì)胞質(zhì)生產(chǎn)并輸送給線粒體的各種蛋白質(zhì)失去方向，造成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)破壞，形成高毒性的凝聚體積蓄在細(xì)胞質(zhì)。當(dāng)讓模型鼠服用抑制凝聚體積蓄、減輕牛磺酸功能低下的化合物之后，凝聚體毒性下降，線粒體病癥狀有所緩和。
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非洲外發(fā)現(xiàn)最古老現(xiàn)代人化石
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在非洲以外發(fā)現(xiàn)的最古老現(xiàn)代人類化石表明，智人在距今18萬(wàn)年前可能已經(jīng)擴(kuò)散到阿拉伯半島——這比之前認(rèn)為的年代要早得多。在以色列的一個(gè)洞穴中發(fā)現(xiàn)的上頜和牙齒化石比該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的其他人類化石至少早了5萬(wàn)年。但科學(xué)家表示，目前尚不清楚這些現(xiàn)代人究竟只是短暫的進(jìn)入，還是更持久的物種擴(kuò)張。
研究人員最初認(rèn)為，大約20萬(wàn)年前，智人出現(xiàn)在東非，然后遷移到世界其他地方。過(guò)去10年的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家認(rèn)為，大約6萬(wàn)年前，一小群人離開了非洲。而更早期旅行的痕跡則包括20世紀(jì)二三十年代在以色列發(fā)現(xiàn)的12萬(wàn)至8萬(wàn)年前的頭骨和其他遺骸，這些遷徙大多以失敗告終。
21世紀(jì)初，以色列海法大學(xué)考古學(xué)家及特拉維夫大學(xué)古人類學(xué)家Mina Weinstein-Evron開始了一個(gè)研究項(xiàng)目，挖掘了一系列的以色列洞穴。“我們稱之為‘尋找最早的現(xiàn)代人類起源’。這就是我們正在尋找的?！盬einstein-Evron說(shuō)。
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研究團(tuán)隊(duì)在2002年于米斯利亞洞穴(最高的迦密山洞穴)發(fā)現(xiàn)了頜骨碎片。該洞穴距離斯胡爾洞穴只有幾公里遠(yuǎn)，后者在20世紀(jì)二三十年代發(fā)現(xiàn)了12萬(wàn)至8萬(wàn)年前的遺跡。通過(guò)使用幾種不同的方法，研究小組估計(jì)，上頜和牙齒化石的年齡為距今19.4萬(wàn)至17.7萬(wàn)年。此前在非洲以外發(fā)現(xiàn)的最早現(xiàn)代人化石年齡估計(jì)介于距今12萬(wàn)年至9萬(wàn)年之間，這塊化石將人類首次走出非洲的時(shí)間推前了至少約5.5萬(wàn)年。
參與研究的美國(guó)賓厄姆頓大學(xué)人類學(xué)教授羅爾夫·夸姆說(shuō)，這是一個(gè)令人激動(dòng)的發(fā)現(xiàn)，“提供了迄今最清晰的證據(jù)，表明我們的祖先離開非洲的時(shí)間比我們以前認(rèn)為的要早得多”。
研究顯示，這塊化石所帶的牙齒屬于現(xiàn)代人牙齒尺寸最大之列，這些牙齒清楚顯示了現(xiàn)代人類的生存模式和特征。
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研究團(tuán)隊(duì)成員、西班牙布爾戈斯國(guó)家人類進(jìn)化研究中心古人類學(xué)家Maria Martinon-Torres表示，這些遺骸無(wú)疑屬于現(xiàn)代人。Martinon-Torres說(shuō)，這塊牙齒化石的形狀與現(xiàn)代人類和古代人類的形狀相匹配。并且它們也缺乏典型的尼安德特人的特征，后者當(dāng)時(shí)生活在歐亞大陸。
Huw Groucutt是英國(guó)牛津大學(xué)的考古學(xué)家，他說(shuō)，這一測(cè)年結(jié)果看起來(lái)很靠譜，這塊化石屬于智人。但他說(shuō)在以色列發(fā)現(xiàn)這塊化石并不讓人感到驚訝。Groucutt和同事之前曾說(shuō)過(guò)，在中東其他地區(qū)發(fā)現(xiàn)的17萬(wàn)年前的石器看起來(lái)就像東非地區(qū)的智人使用的石器。
考古學(xué)證據(jù)顯示，米斯利亞洞穴的居民能夠獵取大型野生動(dòng)物，并能使用火以及與非洲最早現(xiàn)代人類相似的石制工具。
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Hershkowitz表示，上頜和牙齒化石表明，早期的智人曾長(zhǎng)期占領(lǐng)近東地區(qū)?！澳鞘且粋€(gè)中央火車站。人們從一個(gè)大陸到另一個(gè)大陸，而這里一直被占據(jù)著。”Hershkowitz說(shuō)，一旦到達(dá)那里，現(xiàn)代人可能會(huì)遇到尼安德特人，并與其進(jìn)行繁衍。他指出，一項(xiàng)2017年進(jìn)行的古代脫氧核糖核酸(DNA)研究表明，這種雜交在20萬(wàn)年前就發(fā)生了。
歷史上的潮濕時(shí)期可能會(huì)吸引人類進(jìn)入近東地區(qū)，但漫長(zhǎng)的干旱期意味著“該地區(qū)可能更多是一個(gè)穩(wěn)定的‘夢(mèng)碎大道’，而非早期人類的天堂”。英國(guó)倫敦自然歷史博物館古人類學(xué)家Chris Stringer和Julia Galway-Witham在一篇文章中寫道。
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紐約石溪大學(xué)考古學(xué)家John Shea說(shuō)，這一化石可能表明，以色列和阿拉伯半島的其他地區(qū)是一個(gè)與現(xiàn)代人進(jìn)化有關(guān)的更大區(qū)域的一部分。他說(shuō)：“出于地緣政治的原因，我們傾向于認(rèn)為以色列是亞洲的一部分，但它實(shí)際上是北非和西亞之間的過(guò)渡地帶。”
“很多非洲—阿拉伯的動(dòng)物都生活在那里，或直到最近才消失”，包括美洲豹和斑馬。Shea說(shuō)，“智人只是另一個(gè)非洲—阿拉伯物種而已?！?/span>
中東地區(qū)是更新世時(shí)期人類遷徙的主要走廊。最新發(fā)現(xiàn)意味著當(dāng)?shù)毓湃祟惐滑F(xiàn)代人替代或基因滲入發(fā)生的時(shí)間比以前想象的要早。事實(shí)上，這塊化石所顯示的人類走出非洲時(shí)間與遺傳學(xué)研究提示的時(shí)間較為接近。
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