返朴 返朴1.“镜面”有利于精细化——超分辨率显微成像突破到单纳米精度2. 人喜欢吃糖不只因为甜3.人脑语言通路至少起源于2500万年前4. “吃”金属发电的机器人5.微纳粒子通过静电力自组装成多色晶体6. 北极不久将在夏季无冰7.孕酮受体的进化可能没有好处8. 聆听新冠病毒棘突蛋白演奏的乐章作者|韩若冰，，吉生，叶一初，顾，太格尔，天道1“镜面”有利于精细化——超分辨率显微成像突破到单纳米精度人们常说，见微知着。在生物学研究中，显微镜可以帮助科学家看到生物系统内的微观结构或过程，从而更好地理解生物学现象。然而，传统光学显微镜存在约250 nm的分辨率极限，无法捕捉更精细的差异。为此科学家开发了一系列工具，例如利用单分子荧光信号随机成像得到多张图像，再叠加重构。这一系列技术被称为超分辨率显微成像，可以达到20-30 nm精度，能够观察和追踪活细胞内单个分子的行为，相关科学家因此获颁2014年的诺贝尔化学奖。然而，现有技术尚无法精准观测分子间相互作用，后者的空间尺度一般仅有几个纳米。
传统荧光成像与超分辨率成像图像对比|来源:哈佛大学庄小炜实验室网站
近日，《科学进展》杂志报道了澳大利亚新南威尔士大学Katharina Gaus小组的最新成果。该研究组开发了反馈型单分子定位显微成像技术，将分辨率进一步突破至单纳米精度。该系统的核心原理是通过增加反馈环路系统，重新校正显微镜成像的误差，相当于在原有超分辨显微镜基础上又置入了一个显微镜。利用这一新系统，他们发现激活型T细胞中的T细胞受体蛋白和CD45蛋白在空间上有4-7 nm的距离，并非如现有模型所认为的那般靠在一起。可以预见，超分辨率显微成像精度的突破将为生物研究打开一扇新的大门，甚至可能改写现有的科学理论。 席鹏,孙育杰.超分辨率荧光显微技术——解析2014年诺贝尔化学奖.科技导报,2015,33:17-21.https://news room . UNSW . edu . au/news/science-tech/self-alignment-显微镜-smashes-limits-超分辨率-显微镜 https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaay82712人喜欢吃糖不只因为甜人体口腔中的甜味感受器可被一系列物质激活产生甜味感觉:各种糖类、人工甜味剂、甜味氨基酸和甜味蛋白质。人工甜味剂是一种低热量或无热量的有机化合物，很难被人体转化。它可以让糖尿病患者和其他不应该摄入大量糖的人也喜欢甜食。然而，甜味剂似乎对控制人们的糖摄入量没有什么作用。原因之一是人们似乎更喜欢真正糖的味道。近日发表在《自然》杂志上的一篇研究表明，人们不喜欢甜味剂也许并不是由于它的味道不行，而是肠道会通过一定的途径控制我们对甜味来源的选择，这个途径被称为“脑-肠轴”。研究人员把糖瓶和甜味剂瓶放在野生型老鼠的笼子里。老鼠起初对糖没有偏好，但48小时后，几乎所有的老鼠都产生了对糖的偏好，只吃糖瓶里的东西。然而，控制甜味受体的Trmp5基因被敲除后，即使尝不出甜味，小鼠仍然会选择糖来代替甜味剂，这表明一定还有另一种机制起着决定性的作用。葡萄糖转运蛋白SGLT1在肠上皮细胞中表达，它与肠内葡萄糖的吸收有关。当研究人员给予小鼠SGLT1抑制剂时，小鼠对糖的偏好显着减弱，这说明SGLT1也许正是肠道发出糖偏好信号的关键。洛杉矶的李和洛杉矶的欧文。糖、甜味受体和大脑反应。营养素9。 Tan, H.-E., Sisti, A. C., Jin, H., Vignovich, M., Villavicencio, M., Tsang, K. S., Goffer, Y., and Zuker, C. S. . The gut–brain axis mediates sugar preference. Nature.三人类大脑语言通路至少起源于2500万年前过去，科学家认为人脑的语言神经通路起源于500万年前人类和猿的共同祖先。然而，最近发表在《自然神经科学》上的一项研究发现，语言通路的起源至少需要向前推进2000万年。英国纽卡斯尔大学医学系的Chris Petkov教授说，这一研究结果的意义相当于找到了一个祖先的新化石，也许还有更古老的起源尚未被发现。与骨头不同，大脑不会变成化石。但是科学家可以通过比较猿和人类等灵长类动物的大脑图像来推断共同祖先的大脑可能是什么样子。在这项研究中，科学家通过分析人类、猿类和猴子的听觉区域及大脑通路，发现在非人类灵长类动物的听觉系统中，隐藏着一条与人脑语言通路类似的通路。这部分通路将听觉皮层与额叶区域相互连接，对处理语音和语言信息很重要。尽管讲话和语言是人类独有的能力，但在其他灵长类动物中所发现的听觉途径联系表明，人类语言通路是从非人类灵长类动物的听觉系统中进化而来。此外，这些研究还发现了人类的一个独特特征——左脑比右脑有更强的语言通路。这种差异可能与不同的进化原型有关，右脑通路可能涉及大脑的非听觉部分。 Fabien Balezeau, et al. Primate auditory prototype in the evolution of the arcuate fasciculus. Nature Neuroscience, 2020; DOI: 10.1038/s41593-020-0623-9https://www . ncl . AC . uk/press/articles/latest/2020/04/origins flanguage 2500万年/4“吃”金属发电的机器人设计微型机器人的一个难题是，芯片技术发展把能源技术远远抛在了身后，结果就是，微机器人的处理器十分先进，但微小的身体却只能存储极为有限的能量。而通过类似于太阳能电池这样的方法从外界获取能量速度太慢，换句话说，微机器人的“能量密度”和“功率密度”都可谓捉襟见肘。近日，美国宾夕法尼亚大学工程学院的研究人员开发了一种功能强大的新型“进食机器人”，学名为“金属-空气体清除剂”，它可以通过电化学腐蚀周围的金属来获取能量。这种依靠“吃”金属发电的机器人，比传统的收集能量快十倍，获得的能量比锂电池多13倍。金属-空气清道夫。| 来源：这台机器人的控制和机械单元没有什么特别之处，但亮点是它的电池设计。与传统的纽扣电池、干电池或锂电池等正负极材料都在机器人体内的设计不同，“美食家”机器人的能量来源于其背后拖着的水凝胶。这种薄的果冻状水凝胶的下表面与金属接触，上表面通过特殊的金属电极与空气体接触，从而形成简单但有效的金属-空气体电池。一般来说，这种水凝胶的作用是加速金属的腐蚀，并将这个过程中释放的电能收集并传递给机器人。因此，当机器人拖动水凝胶经过时，会留下一块厚度约100微米的金属锈。此外，为了保证水凝胶不干燥、不导电，小机器人还拥有灯芯状的装置，不断给水凝胶补水。“吃”金属能源金属小车设计示意图。黑色的薄片上是一层催化金属网，中间是水凝胶层，底部是“被吃掉”的金属。|来源:
这种吃金属供能技术有望给机器人的设计带来一场革命：或许有一天，我们可以像喂食宠物一样给机器人喂吃金属饼干，让它们吃饱了有力气干活。https://medium . com/Penn-engineering/Penn-engineerings-new-cleaver-technology-允许机器人吃金属换能源-bd12f3b83893 Wang et al. Powering Electronics by Scavenging Energy from External Metals, ACS Energy Letters, 2020, 5, 3, 758-765五微纳米颗粒通过静电力自组装为五彩晶体无论是波光粼粼的盐粒，还是五颜六色光泽的蛋白石，其实都是微小结构单元规则排列而成的晶体。最近，纽约大学的一个团队在《自然》杂志上发表了最新的研究成果，表明他们利用静电吸附，使带电的微纳粒子自组装成晶体。本文采用静电自组装方法获得了毫米级的微纳颗粒晶体。|来源:
自组装是自然界中的一种常见现象。其中一种表现形式，是微纳米颗粒通过某种方式识别彼此，互相连接，从而自发组装为特定的结构。其他生活中自组装的例子还包括肥皂泡、蛋白质、细胞膜、细菌、鸟群、无人机等。实现微纳米材料的自组装，对功能材料的可控、大批量制备尤其具有重要意义。在以前的文献中已经报道了许多微纳粒子的自组装方法。例如，一种方法是将DNA链包裹在粒子表面，利用不同粒子上DNA链的互补特性，实现它们之间的特定连接。但是这种方法门槛较高，需要消耗大量的DNA，因此价格昂贵，不利于大规模制备。而本文所提出的基于异种电荷互相吸引的方法，与互补的DNA有异曲同工之妙：带异种电荷的微纳米颗粒，就如同溶液中的正负离子一样，在合适的条件下，会自发组装为晶体结构的块状材料。此外，如果颗粒之间的间距与可见光波长接近，还会发生光的干涉，获得五彩斑斓的晶体。什么是合适的条件？这是这项工作的难点:如何在不形成混沌团簇的情况下，实现不同电荷的粒子有序排列成晶格结构？因此，本文采用了“聚合物调控库仑自组装”的方法。通过在带电粒子表面接枝聚合物，可以调节它们之间的引力和斥力，使作用力恰到好处。这项工作是受到自然界启发而生，却又青出于蓝，得到了一些自然界晶体所没有的优势。例如，可以通过选用大小和形状不同的微纳米颗粒，获得许许多多结构、性质不同的晶体结构。这也是胶体化学这一学科独特的魅力所在。Hueckel等.普通胶体中的离子固体，自然，2020，580，487–490 https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/nyu-rue041620.php六北极不久将在夏季无冰全球21家研究机构的一项新研究预测，北极海冰将在2050年前首次在夏季完全消失，这将对北极生态系统造成灾难性后果。夏季海冰消失的频率和持续时间取决于气候保护措施的有效性。目前北极全年都被海冰覆盖，夏天的覆盖面积减少，冬天再次增加。但是由于全球变暖，在过去的几十年中，北冰洋海冰覆盖的总面积迅速减少。海冰盖是北极熊和海豹的狩猎场和栖息地，并可通过反射阳光使北极保持较低温度。研究人员表示，在冰盖消失的过程中，北极海冰面积每年都有很大变化，这使得当地居民的生活和依赖冰的物种的生存越来越困难。这项发表在《地球物理研究快报》杂志的研究分析了由40种不同气候模型得到的最新结果。研究人员评估发现，在二氧化碳排放量高而气候保护措施少的情况下，夏季北极海冰覆盖的演变结果是会迅速消失。令人惊讶的是，他们还发现在某些CO2排放迅速减少的模型中，冰盖也会消失。研究表明，北极未来多久会失去海冰覆盖，很大程度上取决于未来的二氧化碳排放。如果排放量快速减少，无冰年只会偶尔发生；随着排放量的增加，北冰洋大部分年份都不会结冰。根据研究人员的说法，这告诉我们，人类仍然可以根据未来的二氧化碳排放水平来影响夏季北冰洋无冰的频率。 https://mcgill.ca/newsroom/channels/news/north-pole-will-be-ice-free-summer-321739https://agu pubs . online ibrary . Wiley . com/doi/ABS/10.1029/2019 GL 0867497孕酮受体的进化可能没有好处孕激素是由卵巢黄体分泌的一种天然激素, 它通过与孕激素受体结合调控下游的靶基因，以此调节女性受孕的各个方面，包括受精卵何时着床，生殖周期，以及足月妊娠的维持和终止等。孕激素受体存在于大多数脊椎动物中，并在哺乳类动物中具有较高同源性。过去的研究发现，人类孕激素受体基因经历了快速进化，一些科学家认为，这可能是进化过程中的一种正向选择，通过改善基因功能以更适应怀孕的过程。但美国布法罗大学的研究者近日在《PLOS遗传学》杂志上发表的研究则得出了不同的结论，并为了解孕激素受体基因的进化提供了新的视角。研究人员分析了115种哺乳动物的DNA，包括各种灵长类哺乳动物，如现代人、尼安德特人、猴子、狐猴和骆驼；以及非灵长类哺乳动物，如大象、大熊猫、豹子、河马、水豚、海马和海象。通过对比研究，他们发现，虽然孕酮受体基因在人类中进化迅速，但没有证据支持进化出的受体对人类更有益。相反，在进化过程中积累了许多有害的突变。此外，通过分析孕激素受体的祖先形式，研究者发现人类的该受体进化后在功能上也发生了变化，这表明人类进化后孕激素的调控作用很可能与其他哺乳动物不同。因此，当我们试图将动物模型中孕激素的生物功能研究应用于人类时需要非常的谨慎。http://www.buffalo.edu/news/releases/2020/04/028.html8听听新冠肺炎棘突蛋白演奏的音乐请点击播放 | 音频来源：你听到的音乐片段不是来自音乐家的灵感，而是来自众所周知的新型冠状病毒棘突蛋白。那么，蛋白质是如何成为音乐旋律的呢？这要得益于MIT的工程学教授Markus Buehler及其团队的蛋白质声音化技术。他们利用蛋白质氨基酸的正常模态振动，计算出20种天然氨基酸各自的音频表征，即将振动频率转化为人耳能够听到的声音，20种氨基酸对应的音符就构成了“氨基酸音阶”。随后再通过每个音持续的时长和音量来表示与每一个氨基酸相关的蛋白质二级结构信息，并使用数字形状采样和处理算法，引入音乐节奏。最后，研究人员用同样的方法将蛋白分子的正常模态频率也整合为声音信号。新型冠状病毒结构，表面有蓝色和绿色突起，代表棘突蛋白。|图片来源:融合动画
如此一来，棘突蛋白的氨基酸序列、二级结构和三维折叠都有了声音特征。研究人员精心挑选了日本筝演奏主要音符，并配以钟声和长笛，制作出的音乐节奏舒缓，旋律优美。Buehler评价道：“病毒以如此悦耳的方式欺骗我们的耳朵，就像它欺骗细胞一样。”Buehler希望这种新形式可以通过搜索与结合位点相对应的特定音乐序列，帮助科学家找到抗体或药物在蛋白质分子上可能的结合位点。同时，通过将这种音乐与数据库中大量其他蛋白质的声音形式进行比较，我们或许能够找到能够与棘突蛋白结合的蛋白质，从而找到防止病毒感染细胞的方法。 此处为节选，完整音乐：https://soundcloud.com/user-275864738/viral-counterpoint-of-the-coronavirus-spike-protein-2019-ncov马库斯·布勒。通过材料生物学方法对2019-nCoV冠状病毒刺突蛋白进行纳米机械超声处理。arXiv:2003.14258 http://news.mit.edu/2020/qa-markus-buehler-setting-coronavirus-and-ai-inspired-proteins-to-music-0402https://www . science mag . org/news/2020/04/科学家已经-转变-结构-冠状病毒-音乐#原标题：《喜欢吃糖不只因为甜；超分辨显微成像突破至单纳米精度；北极或将夏季无冰 | 一周科技速览》
