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世界一流科技期刊文章精选

来源:  发布时间:2016-06-02

Nature
  
肿瘤细胞争取生存的方式
  Nature封面:肿瘤细胞是怎样争取生存。Nature杂志第7598期封面文章报道了肿瘤细胞争取生存的方式。对治疗有抵抗力的肿瘤与任何其他活的东西一样受同样的自然选择规则约束。临床工作者在加紧努力将这一知识付诸应用(News Feature)。以癌症为主要内容的本期Nature杂志,还介绍了迅速变化的癌症免疫治疗领域(News Feature)以及液体活检(用于癌症诊断和监测的一个很有希望的方法)背后所采用技术的最新发展(Technology)。研究论文部分包括两篇论文和一篇相关的News & Views文章,它们报告了活跃启动子在癌症中的高突变率。
  
很多美国人为什么不支持应对气候变化
  Nature封面:“永远的夏天”,2016年1月1日“康尼岛北极熊俱乐部”新年游泳的情形。Nature杂志第7599期封面文章报道了美国当前气候的改善与恶化预期。未来气候变化预计将使世界上很多地方越来越不适宜人类居住。要获得公众对减缓气候变化的广泛支持却十分困难。科学家利用对美国天气状况的人口加权分析显示,大多数美国人现在都体验到冬天更温暖了,而夏天实质上并没有变得更不舒服,也没出现其他负面变化。科学家们提出,当前的天气模式使得美国人没有动力去要求从政策上对气候变化做出反应。不过情况是可能会改变的。
  
英国花蜜资源的全国性评估
  Nature封面:英国什罗浦郡的枞枝欧石楠花和停在花上的一只有银色斑点的蓝色成年蝴蝶。Nature杂志第7588期封面文章报道了在英国全国所做的一项关于授粉者依赖的花蜜资源的评估。确定了最常见的英国植物的花蜜价值,评估了260种植物的花蜜生产,并将这些数据与植被调查的历史数据相结合。结果显示,英格兰和威尔士的花蜜资源总量在上个世纪30年代和70年代之间先是下降,后又稳定了下来,再后来又有较多增加,但提供这些花蜜的物种多样性在此之后又保持下降了十年时间。到2007年,仅仅四种草地植物就占全国花蜜供应量的一半以上。这些趋势反映了授粉者多样性在20世纪中叶下降,但之后趋于稳定。
  
“摩尔定律”时代将要结束
  Nature封面:告别“摩尔定律”。Nature杂志第7589期封面文章报道了电脑行业将要正式宣布“摩尔定律”时代结束了。“摩尔定律”是由英特尔创始人之一Gordon Moore提出来的,是指一个微处理器芯片上的晶体管数量及其处理性能每两年将会翻倍;这种趋势持续了半个多世纪。不过业内人士也承认,这并不意味着不能再发展了,还可以通过采用更好的材料或者新的计算方式实现改进。移动设备的新时代就未来的微处理器芯片而言也改变了这场游戏。特约编辑M. Mitchell Waldrop盘点了有可能帮助让信息技术继续发展的一些激动人心的新思想。
  
  
Science
  
钙钛矿太阳能电池光子循环
  Science封面:进入钙钛矿材料的太阳光线产生电子空穴,蓝色显示电子,黑色显示空穴。Science杂志第6280期封面文章报道了钙钛矿太阳电池有望达到理论极限值。任何开始接近理论极限性能的太阳能电池中,内部都会出现剧烈的发光光子。本期封面文章报道了光子循环效应的贡献,并为这种光子提供了证据;这种材料极有可能成为最高效率的太阳能电池。钙钛矿太阳能电池是最近几年才出现的光伏技术,其效率记录提升的速度十分迅猛,高转化效率、高激发密度和高断路电压等特点有望推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。
  
大猩猩基因组长读序列组装
  Science封面:大猩猩基因组高分辨率测序进行时。Science杂志第6281期封面文章报道了利用长读长测序技术重新组装大猩猩基因组。采用单分子实时序列技术和一种从头组装字符串的新算法,得到了大猩猩基因组的一种高质量组装。和之前发布的组装相比,这种新的组装增加了两到三个数量级的序列邻近性,有87%的丢失参考外显子和不完全基因模型被恢复。虽然片段长、同一性高的重复区域大部分还未解决,这一综合的组装仍然给大猩猩的基因组的遗传多样性,结构变异,基因缺失和重复序列的表征研究提供了新视角。
  
致命的肿瘤转移
  Science封面:艺术家对肿瘤细胞转移的理解,从背景处的初代肿瘤细胞转移到近景处。Science杂志第6282期封面文章以专刊形式邀请肿瘤领域的著名科学家集中论述了肿瘤转移的最新进展以及前沿研究,从遗传、细胞以及分子机理上探讨癌症患者的肿瘤转移过程,为抗肿瘤药物研发和临床治疗提供了指导方向。肿瘤转移可以发生在肿瘤早期,也可能是晚期,通常晚期更为常见。肿瘤组织的遗传演化研究,可以揭示原发灶或转移灶的时空演化,理清其中的关键问题,有利于科学家发现潜在的治疗方法。
  
人类核孔复合体内环骨架的分子建筑
  Science封面:建造中的核孔复合体。Science杂志第6283期封面文报道了人类细胞中最大最复杂的蛋白复合体——核孔,并进一步揭示了它的结构。核孔复合体大约含有一千个蛋白亚基,镶嵌在细胞核的核膜上,控制着细胞核与细胞质之间的物质运输。许多病毒通过核孔将自己的遗传物质注入宿主细胞核,而且核孔会在细胞癌变的时候发生变化。核孔复合体由三层环组成:朝向细胞核的核质环,朝向细胞质的胞质环,以及它们之间的内环。内环虽然由不同的元件组成,但它的基本构架跟另外两个环相同,这个复杂的结构是根据简单原则建立起来的。
  
 
遗传发育
  
获得性性状跨代遗传机理
  中国科学院动物研究所周琪、段恩奎研究组与中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所翟琦巍研究组合作,在高脂饮食诱导的父代肥胖小鼠模型中,发现一类成熟精子中高度富集的小RNA(tsRNAs)可作为一种表观遗传信息的载体,将高脂诱导的父代代谢紊乱表型传递给子代,相关结果发表在《科学》杂志上。很多证据表明,上一代在环境压力下产生的某些获得性性状可以“记忆”在配子中并遗传给下一代。随着人类生活环境和生活/饮食习惯的巨大改变,这种获得性遗传形式对人类繁衍及子孙健康具有深远的影响。未来关于精子tsRNA及其修饰谱在早期胚胎发育调节中的作用机制将是领域内亟待解决的问题。
  
父亲的心理应激对子代糖代谢的调控
  上海交通大学医学院实验动物科学部陈学进研究员课题组和附属瑞金医院内分泌代谢病研究所李小英教授课题组的合作,发现父亲的心理应激,通过表观遗传等机制,调控子代的糖代谢状况,研究论文发表于《细胞-代谢》。人群流行病学研究表明,心理应激(Psychological stress)与多个疾病的发生发展密切相关,如神经退行性疾病、心血管疾病、肿瘤、2型糖尿病等。近年来的研究表明,母亲的心理应激,尤其是妊娠期间的应激,可促进子代肥胖和2型糖尿病的发生。本研究首次报道父亲心理应激能影响调控子代的糖代谢情况,进一步证实了环境因素介导的跨代遗传调控作用。
  
大豆籽粒驯化过程中转录调控
  中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室张劲松研究组和陈受宜研究组针对驯化过程中发育大豆种子的转录组特征展开了全面而深入的研究,研究论文发表于《植物学报》。基因功能分析和关联分析表明,有2个基因的表达变化与种子百粒重和油含量呈正相关。大豆是我国重要的粮食作物和经济作物,高百粒重和高油含量是栽培大豆重要的农艺性状和驯化特征。因此研究大豆的驯化机制,对于改善大豆的品质和增加大豆产量具有非常重要的意义。
  
中国实现哺乳动物胚胎在太空发育
  中国科学家利用实践十号卫星进行哺乳动物早期胚胎发育研究,观察太空环境中哺乳动物早期胚胎的发育过程,并探索太空环境对胚胎发育的作用机制。实践十号卫星把6000余枚小鼠早期胚胎带上了太空。若干天后,通过特殊显微镜,成功观测到小鼠胚胎从二细胞在太空中成功发育成囊胚的全过程。在卫星入轨第72小时左右,部分二细胞胚胎就发育到囊胚,和地面上时间基本一致。小鼠早期胚胎,在太空中完成了从二细胞到囊胚的全程发育,这是人类历史上第一次在太空实现哺乳动物胚胎发育。这一实验有望间接地预示未来人类能否在太空正常生活、繁衍后代的问题。
  
鸡视觉退化的无意识选择作用机制
  中国科学院昆明动物研究所张亚平研究团队基于家鸡和红原鸡的群体基因组数据,并结合家鸡和红原鸡的视网膜、大脑皮层、纹状体、视叶和小脑蚓部的转录组数据,揭示了家鸡视觉退化的遗传机制,相关结果发表在《细胞研究》杂志。群体基因组数据分析发现大量视觉相关基因在家鸡驯化过程中受到正选择作用,而非选择压力放松。进一步的群体历史模拟分析亦排除了选择压力放松和搭乘效应的可能性。此项研究揭示正选择而非选择压力放松促使家鸡视觉退化,正选择可能通过影响视网膜中基因的表达来影响家鸡视觉的退化。此外,在小鼠和斑马鱼中进行的VIT基因相关研究也验证了VIT基因在视觉上的重要作用。
  
拟南芥AGO3在植物表观遗传调控中的新功能
  中国科学院遗传与发育生物学研究所王秀杰研究组与美国德州农工大学张秀任研究组通过合作研究发现,AGO3并不能互补与其序列同源性最高的AGO2在植物抗病毒防御反应中的功能,研究成果发表于《自然-植物》。植物Argonaute蛋白是执行miRNA与siRMA等小RNA介导的表观遗传修饰调控的关键蛋白,主要结合21-24 nt的小RNA从而形成RISC复合体,对基因表达进行转录或转录后调控。拟南芥AGO基因家族编码9个有功能的AGO蛋白,目前对于AGO3结合的小RNA的特征和基本功能的研究亟待加强。
  
超高分辨显微揭示活细胞转录动态变化
  北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心孙育杰课题组首次通过新型超分辨成像技术(贝叶斯超分辨显微术)实现了活细胞单个转录工厂(RNA Pol II cluster)的动态过程观测和定量分析,研究成果发表于《ACS纳米》杂志。研究团队在活细胞的细胞核内原位观察到了单个转录工厂的组装和解聚的动态过程,并且测量了活细胞内转录工厂的数目和大小随时间以及细胞环境的影响。揭示了转录工厂产生和消失的异质性,支持了转录工厂产生的on-demand模型,证明了转录工厂在pre-elongation phase招募Pol II分子。
  
使用ribosome profiling数据鉴定基因翻译差异的新型分析方法
  清华大学生命学院杨雪瑞研究组详细介绍了一种针对全基因组核糖体分析(ribosome profiling)数据的分析方法,Xtail,用于在组学水平对基因的翻译差异进行准确、定量的评估,研究结果发表在《自然-通讯》杂志。使用ribosome profiling技术能够系统分析肿瘤等重要疾病或发育相关的翻译调控机制。新设计的一整套数据处理方法流程,Xtail,对于翻译异常的基因有非常高的敏感性,并且对数据噪音有高容忍度,保证了极低的假阳性率。不管是用于处理模拟数据还是真实数据,Xtail均表现出非常高的准确率。
  
 
疾病治疗
  
中国新鲜水果摄入与主要心血管疾病
  中国医学科学院李立明教授与英国牛津大学陈铮鸣教授共同领衔的中国慢性病前瞻性研究项目团队在国际权威医学杂志《新英格兰医学杂志》上发表了题为“中国新鲜水果摄入与主要心血管疾病”的研究论文。研究发现,新鲜水果摄入对主要心血管疾病的保护作用在中国不同地区和不同性别的人群中是相似的。这是在中国人群中首次通过大规模、多中心、长期随访的人群队列研究证实了新鲜水果摄入对主要心血管病的保护作用。如能通过健康教育促进使得每个中国人都能做到每日摄入新鲜水果,则每年可以避免大约50万心血管病死亡(其中包括20万70岁之前的过早死亡),还可以避免更多的非致死性的心脏病和中风病例。
  
含抗氧化剂的糖尿病药物或可促进癌症发生转移
  第三军医大学新桥医院内分泌科主任郑宏庭研究团队最新研究证实,激活NRF2通路的抗氧化的抗糖尿病药物加速肿瘤转移,该研究成果发表于《科学-转化医学》杂志。美容护肤品、咖啡、茶、红酒、维生素等富含抗氧化剂的日常生活佳品,在特定条件下可能是一把双刃剑。在制定某些糖尿病合并肿瘤患者降糖治疗方案时,需更加谨慎。流行病学证据表明:糖尿病与肿瘤密切相关。随着糖尿病发病率的上升,糖尿病合并肿瘤患者人群日益增多。既往膳食元素中的抗氧化剂常用于癌症预防,但该研究显示抗氧化剂可能是一把双刃剑,甚至并无益处,故抗氧化剂应当慎用,尤其对糖尿病已经合并发生的肿瘤。
  
艾滋病基因治疗研究进展
  复旦大学遗传工程国家重点实验室朱焕章课题组利用CRISPR/CAS9技术在体外靶向干预艾滋病病毒(HIV)潜伏又取得进展,为艾滋的功能治愈迈出了关键一步,相关研究成果发表于《分子治疗》。目前,国际上已有近30种抗逆转录病毒药物应用于艾滋病的临床治疗,然而,现有这些药物只能抑制病毒复制,不能清除HIV感染, 其原因主要在于HIV可潜伏于少数免疫细胞,以此逃脱了机体免疫系统和抗病毒药物攻击。因此,研发能靶向干预HIV潜伏的新型治疗技术,已成为目前国际上艾滋病治愈研究领域发展趋势和研究的焦点。
  
SIRT6通过表观遗传调控Wnt信号通路维持造血干细胞稳态
  杭州师范大学鞠振宇研究团队揭示了长寿基因Sirt6在造血干细胞稳态维持过程中的重要作用,相关成果发表于《细胞-干细胞》。Sirtuin是机体中广泛存在的一类NAD+依赖组蛋白去乙酰化酶,通过作用于不同的底物,广泛参与应激反应、脂肪酸氧化、能量代谢等生理过程的稳态调控。Sirtuin随年龄增长而表达水平逐渐降低,与生物有机体的衰老及衰老相关性疾病等相关。研究发现了Sirtuin家族成员SIRT6缺失引起Wnt信号通路的活性上调,迫使造血干细胞进入细胞周期增殖,最终导致了造血干细胞的耗竭。
  
中美科学家联合揭示寨卡病毒的基因进化规律
  中国医学科学院系统医学研究中心主任程根宏教授牵头,苏州系统医学研究所多个课题组参与,美国加州大学洛杉矶分校等合作,揭示了寨卡病毒(Zika Virus)致病性改变的进化突变位点规律,研究结果发表于《细胞宿主与寄生体》。2015年以来寨卡病毒在巴西等南美国家的大面积传播,及其与小头症和其他神经并发症的高度疑似关联,导致世界卫生组织宣布其为“全球紧急公共卫生事件”。相对于P6-740参考毒株,目前在人群中流行的寨卡病毒毒株,具有34个特异性的蛋白氨基酸位点。在59个亚洲分支特异性位点中,有6个位点富集分布在病毒编码的prM蛋白上的一个特定功能区(pr区),其中一个位点的差异(A148P)会导致pr区蛋白局部结构的显著改变。
  
基因活性调控机制有望抑制癌变
  复旦大学生物医学研究院蓝斐实验室、施扬-石雨江实验室研究发现,在癌细胞中,染色质中的增强子失控会过度强化附近癌基因的活性,导致细胞异常甚至癌变;而出现在该区域的蛋白质RACK7和去甲基化酶KDM5C可以限制此类增强子的活性,使基因表达保持在正常范围,从而抑制癌变,该研究成果发表于《细胞》杂志。基因突变并非生物体性状改变唯一原因,RACK7和KDM5C调控组蛋白甲基化和增强子活性,并抑制细胞癌变,增强子活性调控机制为癌症的个性化治疗提供新的药物靶点和治疗思路。
  
以LGR4为靶标的蛋白抑制剂治疗骨质疏松和骨肿瘤
  华东师范大学刘明耀、罗剑课题组和第二军医大学附属上海长征医院肖建如课题组与美国、奥地利科学家合作,将关于骨质疏松和骨肿瘤治疗的最新成果发表于《自然-医学》,该成果的药物开发具有很高的应用价值。患有骨质疏松症和骨肿瘤的人群日益增多,但临床上对这些疾病的认识和治疗还存在较大不足。该研究发现LGR4是破骨细胞中最重要细胞分化因子RANKL的新受体,并基于此开发了以LGR4为靶标的蛋白抑制剂。实验表明,该蛋白抑制剂能显著抑制骨质疏松和骨肿瘤等骨科疾病,而相关药物学研究也证明了RANKL/LGR4信号通路在这些疾病中的关键作用。
  
微信管理搭桥医生二级预防行为
  中国医学科学院北京阜外医院外科郑哲教授牵头开展MISSION-1研究方法学文章发表于《美国心脏杂志》。阜外医院的外科团队设计了基于微信公众号的综合干预措施,通过移动应用,对医生进行三类干预措施:药物使用培训和指导工具、用自查清单提醒医生及时开药、以及通过定期反馈报告来督促外科医生提高处方率。MISSION-1研究作为首个基于中国心血管外科注册登记研究(CCSR)的质量改善行动,将在质量改善措施的验证和推广方面进行必要的探索,发挥先锋示范和试点作用。研究者将干预组的外科医生纳入微信公众号管理,进行为期大约18个月的干预,并利用CCSR数据平台评价干预效果。
  
  
神经心理
  
个体脑网络差异的基因和环境影响
  中科院行为科学重点实验室左西年研究组的杨志副研究员,与国内外合作者利用200对双胞胎(双生子)的脑功能影像数据,揭示了遗传和环境因素对人脑内在功能网络的影响,研究结果发表于《大脑皮质》。研究结果在系统层面上揭示了大尺度人脑内在功能网络的个体差异来源具有模块化架构:单个网络自身的活动受基因调控,而环境因素则主要影响不同脑网络或功能模块间的关系。这不仅能帮助理解人类认知与行为个体差异的脑机制,而且能为脑与行为关联研究筛选具有遗传基础的神经影像学网络标记物(如额定控制网络),为行为训练和临床干预应用研究提供备选的脑网络(如可塑性很强的楔前叶记忆网络)。
  
猕猴皮层神经元编码曲线自身运动感知
  中科院神经科学研究所顾勇研究组发现位于猕猴顶叶的多个脑区的神经元可以解析自身运动中的平移和旋转组分,相关成果发表于《细胞报告》。当我们乘坐观光车在外滩隧道中蜿蜒行进时,我们内耳的前庭系统也在忙着分析我们的运动状态。值得注意的是,有一群神经元既对对运动过程中的平移组分有响应,也对旋转组分有响应。这群神经元可通过加权平均方式整合平移和旋转信息,有可能编码曲线自身运动。研究发现汇聚神经元在平移+旋转时的反应强度要高于其在单一组分时的反应强度。由于区与区之间的反应性质类似,表明有关自身运动的信息编码在灵长类的感觉皮层可能是广泛分布的。
  
动物性信号复杂性进化新机制
  中科院成都生物所研究员崔建国等人通过对峨眉山仙琴蛙的研究,发现其雌性对性信号的区分能力是促进动物性信号复杂性进化的动力之一,研究结果发表于《进化》。雄性动物通过展示漂亮、复杂的性信号来求偶;动物性信号复杂性进化的驱动力一直备受科学家的关注。仙琴蛙利用其鸣声音节之间音调节节升高这一特点,克服韦伯定理,增加雌性对鸣声音节数的识别能力。研究结果表明,雌性对性信号的区分能力驱动了雄性鸣声信号从增加音节数的单模信号,创新性进化出增加音节数的同时,音调在音节之间节节升高的多模信号。雌性对性信号区分能力的限制,驱动了雄性鸣声信号从进化得更长,转变为进化得更复杂。
  
癫痫波的“活动连接图谱”
  中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、中国科学院深圳先进技术研究院-MIT麦戈文联合脑认知与脑疾病研究所王立平研究团队,采用基于光遗传学的同步光刺激和多脑区电记录技术,在动物活体水平实现了对颞叶癫痫传递方向的精确解析和癫痫发作的有效控制,研究结果发表于《自然-通讯》杂志。癫痫是由于“神经元异常同步化放电”导致的、最常见的大脑功能性疾病之一,影响着全球约1%人口的生活质量。在此研究中,首次在活动物活体水平精确解析了颞叶癫痫神经细胞异常放电的特征以及癫痫波在大脑内的传递方向。同时证实了海马中间神经元是癫痫疾病的重要干预和治疗靶点。
  
转基因猴的类自闭症行为表征与种系传递
  中科院上海生命科学研究院神经科学研究所仇子龙研究组与神经所苏州非人灵长类研究平台孙强团队合作,通过构建携带人类自闭症基因MECP2的转基因猴模型及遗传行为学分析,发现MECP2转基因猴表现出类人类自闭症的刻板行为与社交障碍等行为,相关结果发表于《自然》杂志。自闭症—也称孤独症—是一类多发于青少年的发育性神经精神疾病,患者多会表现出社交障碍、重复性刻板动作和焦虑抑郁等行为及情绪的异常,目前没有有效的药物治疗方法。MECP2转基因食蟹猴作为MECP2倍增综合症的非人灵长类模型,为深入的研究自闭症的病理及探索治疗干预方法奠定了坚实的基础。
  
人类视觉适应存在习惯化现象
  中科院心理研究所行为科学重点实验室鲍敏研究组,以运动适应和对比度适应为例研究了适应后效在长时程重复适应训练前后及训练过程中的变化,研究成果发表于《科学报告》。视觉是人类最重要的感觉,而视觉适应则是视觉的一种重要功能,主要是指视觉系统能够根据知觉的历史调整对当前刺激的反应强度。生活中我们能感受到的视觉适应现象有很多,比如明适应、暗适应。研究结果关注重复多天的适应过程,表明长时程重复适应训练引起的适应后效变化是由注意以及非注意的类似习惯化的机制共同作用的结果。
  
Shh调节细胞外谷氨酸水平和癫痫
  中科院上海生命科学研究院神经科学研究所神经信号转导实验室王以政教授等发现Sonic hedgehog(Shh)可以通过调节谷氨酸转运体的活性影响细胞外谷氨酸的浓度,继而影响癫痫的发生,相关结果发表于《EMBO报告》。癫痫是发病率最高的神经系统疾病之一,大约影响世界人口的1%。谷氨酸是中枢神经系统中重要的兴奋性神经递质,当它在细胞外的浓度不能被精确调控时,就可能引起包括癫痫在内的神经兴奋性毒相关的疾病。谷氨酸转运体作为能够迅速清除细胞外谷氨酸的重要蛋白,在防止神经兴奋性毒的发生上起到重要作用。
  
精神分裂症谱系人群表现出不同程度的情绪-行为分离
  中科院心理健康重点实验室神经心理学与应用认知神经科学研究组陈楚侨研究员与香港科研机构合作,考察疾病不同阶段中情绪-行为分离的本质与缺失程度,相关结果发表于《神经心理学》。结果显示,两组精神分裂症患者报告了和他们控制组类似的情绪体验,而阴性分裂型特质个体表现出即时愉快体验的缺损。而且,精神分裂症患者组效价和唤醒度两个维度上的情绪体验都不如控制组好。而阴性分裂型组在效价和唤醒度两个维度上的情绪-行为匹配上是完好的。这些发现提示情绪-行为失匹配在精神分裂症疾病的不同阶段存在本质和程度上的差别。
  
  
信息科学
  
水的全量子效应
  北京大学量子材料科学中心江颖研究员课题组和王恩哥院士课题组以及物理学院李新征研究员、华中科技大学吕京涛研究员合作,率先测定了氢键的量子成分,揭示了水的核量子效应,从全新的角度诠释了水的奥秘,研究成果发表于《科学》杂志。基于扫描隧道显微镜的“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术,突破了传统非弹性电子隧穿谱技术在信噪比和分辨率方面的限制,获得了单个水分子的高分辨振动谱和单个氢键的强度氢核的非简谐零点运动会弱化弱氢键,强化强氢键,该物理图像对于各种氢键体系具有相当的普适性,澄清了学术界长期争论的氢键的量子本质。
  
缓解通信“黑障”新方法
  西安电子科技大学空间科学与技术学院教授李小平研究团队,提出一种与重返大气层的飞船保持连续通信的新方法,并且在地面原理性实验中得到验证,研究成果发表于《应用物理学杂志》。飞船重返地球大气层时,因剧烈摩擦被数千摄氏度高温气体所环绕,这样的高温足以使空气电离而变得具有导电性,这层包裹于飞船表面的电离气体被称作“等离子鞘”,绝大多数情况下会屏蔽电磁波信号,切断飞行器与外部的联系,这就是所谓的“黑障”现象。利用驻波检测和自适应码率穿透等离子鞘套的再入通信方法,不需要携带任何额外的附加设施,甚至可以与现有的测控系统保持兼容。
  
多粒度时间序列预测
  中科院重庆绿色智能技术研究院大数据挖掘及应用中心研究团队在时间序列的多粒度预测模型的研究方面取得进展,相关研究成果发表在《化学计量与智能实验系统》和《神经计算》杂志。通过分析不同领域的时间序列数据的共同基本特征,以粒计算理论为基础,分别建立了基于水平粒化(属性粒化)和垂直粒化(样本值粒化)的多粒度知识空间,然后结合模糊时间序列预测、时间序列近似周期和粒子群优化算法等,提出了两种时间序列的多粒度预测模型。在三峡库区长江干流的水质预测模拟试验中表明,该模型可以适应三峡库区复杂的时间序列水质预测,为库区的水质预测预警提供依据。
  
新型过氧化爆炸物检测技术
  中科院大连化物所快速分离与检测李海洋研究团队采用试剂分子辅助光电离正离子迁移谱,结合时间分辨热解析进样技术,实现了TATP和HMTD在复杂基质中的二维分离检测,检测时间低于10s,灵敏度达到纳克量级,相关结果发表于《分析化学》杂志。通过试剂分子辅助光电离正离子迁移谱,结合时间分辨热解析进样技术,通过利用TATP/HMTD和基质干扰物挥发性的不同,实现了它们在复杂基质中的二维分离检测。新型的离子迁移谱检测方法拓宽了爆炸物的检测种类,降低了爆炸物的漏检率,在机场、地铁等公共场所的安检中具有广阔的应用前景。
  
囚禁离子系统中的声子算术实验
  清华大学交叉信息院量子信息中心金奇奂副教授带领的离子量子计算研究小组新近在囚禁离子系统中成功实现声子算术操作,该结果发表在《自然-通讯》杂志。量子粒子中确定性算术操作(即加法和减法)虽然看似简单,但由于其量子理论是建立在数学结构之上,并且与传统算术操作完全不同,因此在量子设备中实现起来要复杂、困难。研究采用绝热量子操控技术将声子耦合到一个辅助的二能级系统,这个系统被称为离散与连续变量混合模式。在实验中,实验组在声子数态的叠加态、相干态等不同量子初始态上演绎算术操作,观察得到末态魏格纳函数上的亚泊松统计负值,从而证明了经典态在算术操作之后变成了非经典态。
  
受限空间内纳流体晶体生化传感方法
  北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室王玮副教授课题组提出纳流体晶体的新纳流体研究架构,通过在微加工制备的微结构内自组装纳米颗粒,利用颗粒间隙实现了纳流体器件,相关结果发表于《芯片实验室》。由于纳米颗粒制备简单,易于表面修饰,纳流体晶体技术非常适于纳流体传感。基于纳流体晶体,研制出一种具有较高读出一致性的受限空间内纳流体晶体生化传感的新方法,成功解决了自组装纳米颗粒晶体几何尺寸一致性差所导致的读出差别较大,从而需复杂自校准的问题。
  
蜜蜂语音报警信号被解码
  中国科学院西双版纳热带植物园化学生态研究组谭垦研究团队与美国加州大学James Nieh博士合作,利用胡蜂-蜜蜂这个系统对东方蜜蜂(Apis cerana)的负反馈机制进行了详尽的研究,研究结果发表于《Plos生物学》。与胡蜂同域生长的本土蜜蜂进化出了警告同伴有危险的语音报警信号,该信号由简单的脉冲振动组成,其中的频率代表危险程度;持续时间代表危险的类型。信号接收者会根据编码的危险程度及危险类型做出相应的反应:停止招募同伴去危险的地方或是留在安全的巢内。这个信号与蜜蜂精巧的舞蹈语言相匹配,构成了舞蹈的触发-表达-报警-停止的完整过程。
  
金黄色葡萄球菌WalKR双组份系统结构与信号分子
  中国科学院上海药物研究所蒋华良课题组、芝加哥大学何川研究组、西北大学、印第安纳大学等多个科研院所的研究人员合作,发现金黄色葡萄球菌中必需性双组分体系WalKR的外源信号感应机制,研究结果发表于《自然-通讯》。该研究表征了这个双组份体系的信号接受蛋白结构,从分子层面证实其具有经典的小分子受体(PAS domain)的三维结构,并且发现四个信号传导关键性残基。应用信号蛋白结构的计算机药物设计方法,发现了首个能够激活双组分体系的小分子(2, 4-dihydroxybenzophenone, DHBP),实验证实DHBP直接作用于WalKR双组份体系的膜外信号接受蛋白。
  
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2024年5月

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