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新華社二月國外科技新動態(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《自然》雜志近日發(fā)表了兩篇基因?qū)W論文，歐洲兩組團(tuán)隊分別報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320億個堿基對，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，重新長出整個身體。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)隊測序了美西螈的基因組，它含有320億個堿基對，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——一種對許多其它動物的發(fā)育至關(guān)重要的基因。
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德國馬普學(xué)會分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所的團(tuán)隊則測序了真渦蟲的基因組，它含有約8億堿基對。真渦蟲的基因組中缺少大約124種對人類和小鼠至關(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)行對其分析。科學(xué)家采用了一種新的計算方法，并結(jié)合長讀長測序手段，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。
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迄今最薄鏡子僅一個原子厚
據(jù)美國趣味科學(xué)網(wǎng)站近日報道，兩個獨立的科研團(tuán)隊分別研制出了迄今最纖薄的鏡子——僅一個原子厚的硒化鉬(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算機(jī)芯片。
美國哈佛大學(xué)和瑞士蘇黎世量子電子學(xué)研究所的科學(xué)家在各自的實驗中，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)隊的鏡子置于一個硅基座上，能反射85%的入射光;瑞士團(tuán)隊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)的一個質(zhì)子或光粒子，電子很可能從能級低的軌道躍遷到能級高的軌道，如此一來，電場內(nèi)會形成一個電子—空穴對。當(dāng)受到某些波長的光照射時，MoSe2周圍的電子很有可能也會躍遷。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—空穴對會從質(zhì)子那兒汲取正電荷，使空穴的“行為舉止”有點像粒子。附近帶負(fù)電的電子會吸引這些“虛假”粒子，并在某些情況下，與其配對形成名為激子的量子力學(xué)物體。這些激子本身會釋放光，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，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，其反射能力也會隨之波動，而且這種效應(yīng)發(fā)生得非?？?，因此有望應(yīng)用于需要高速計算的領(lǐng)域。
最新研究發(fā)表于《物理評論快報》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)，一種被稱作牛磺酸的功能性氨基酸在線粒體內(nèi)外蛋白質(zhì)的生產(chǎn)和保質(zhì)中具有重要作用，實驗表明，通過特定的化學(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T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)，?；撬嵩诰€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?；撬峁δ艿拖碌幕衔镏?，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20萬年前，智人出現(xiàn)在東非，然后遷移到世界其他地方。過去10年的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家認(rèn)為，大約6萬年前，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12萬至8萬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開始了一個研究項目，挖掘了一系列的以色列洞穴?！拔覀兎Q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。
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研究團(tuán)隊在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12萬至8萬年前的遺跡。通過使用幾種不同的方法，研究小組估計，上頜和牙齒化石的年齡為距今19.4萬至17.7萬年。此前在非洲以外發(fā)現(xiàn)的最早現(xiàn)代人化石年齡估計介于距今12萬年至9萬年之間，這塊化石將人類首次走出非洲的時間推前了至少約5.5萬年。
參與研究的美國賓厄姆頓大學(xué)人類學(xué)教授羅爾夫·夸姆說，這是一個令人激動的發(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)隊成員、西班牙布爾戈斯國家人類進(jìn)化研究中心古人類學(xué)家Maria Martinon-Torres表示，這些遺骸無疑屬于現(xiàn)代人。Martinon-Torres說，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)時生活在歐亞大陸。
Huw Groucutt是英國牛津大學(xué)的考古學(xué)家，他說，這一測年結(jié)果看起來很靠譜，這塊化石屬于智人。但他說在以色列發(fā)現(xiàn)這塊化石并不讓人感到驚訝。Groucutt和同事之前曾說過，在中東其他地區(qū)發(fā)現(xiàn)的17萬年前的石器看起來就像東非地區(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，早期的智人曾長期占領(lǐng)近東地區(qū)。“那是一個中央火車站。人們從一個大陸到另一個大陸，而這里一直被占據(jù)著。”Hershkowitz說，一旦到達(dá)那里，現(xiàn)代人可能會遇到尼安德特人，并與其進(jìn)行繁衍。他指出，一項2017年進(jìn)行的古代脫氧核糖核酸(DNA)研究表明，這種雜交在20萬年前就發(fā)生了。
歷史上的潮濕時期可能會吸引人類進(jìn)入近東地區(qū)，但漫長的干旱期意味著“該地區(qū)可能更多是一個穩(wěn)定的‘夢碎大道’，而非早期人類的天堂”。英國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，這一化石可能表明，以色列和阿拉伯半島的其他地區(qū)是一個與現(xiàn)代人進(jìn)化有關(guān)的更大區(qū)域的一部分。他說：“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，但它實際上是北非和西亞之間的過渡地帶。”
“很多非洲—阿拉伯的動物都生活在那里，或直到最近才消失”，包括美洲豹和斑馬。Shea說，“智人只是另一個非洲—阿拉伯物種而已?！?/span>
中東地區(qū)是更新世時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)生的時間比以前想象的要早。事實上，這塊化石所顯示的人類走出非洲時間與遺傳學(xué)研究提示的時間較為接近。
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