这些科学家真的造出了“蛛网发射器”：可射出黏性纤维，提起物体｜环球科学要闻

环球科学 · 公众号 · 科学 · 2024-10-10 11:59

主要观点总结

本文报道了关于环球科学、遗传学、材料学、健康、气候变化和量子计算等领域的最新进展。包括绘制海马体和前额叶皮层DNA修饰图谱、制作蛛网发射器、研究饮食对小鼠健康和寿命的影响、评估气候过冲的风险以及探索量子计算复杂性等。

关键观点总结

关键观点1: 遗传学：首次绘制海马体和前额叶皮层DNA修饰图谱

研究人员使用先进测序技术公布了针对海马体和前额叶皮层DNA修饰的首张图谱。这两个大脑区域对学习、记忆和情绪调节至关重要，并与自闭症和精神分裂症等疾病有关。

关键观点2: 材料学：蛛网发射器的制作成功

研究者使用黏性纤维流体制作出了蛛网发射器，能够射出并固化成具有黏性的纤维，使用的材料来自蚕蛾的茧。

关键观点3: 健康：研究饮食对小鼠健康和寿命的影响

一项研究发现，限制饮食能改善小鼠代谢并延长寿命。遗传因素对寿命的决定作用可能大于饮食干预，且在限制饮食条件下，体重下降较少的小鼠寿命最长。

关键观点4: 气候变化：对气候过冲风险的评估

研究团队模拟了气候过冲的路径和长期气候稳定性，发现过冲会改变全球和区域气候变化的风险，且过冲后的地球系统可能无法恢复到过冲前的状态。

关键观点5: 量子计算：探索量子计算复杂性

研究人员使用随机线路取样方法评估了量子处理器的性能，展示了量子计算机在计算复杂性上超越经典超级计算机的能力。

正文

将环球科学 设为星标

周一至周五

第一时间掌握

最新鲜的全球科技资讯

· 遗传学 ·

首张人脑海马体和前额叶皮层的DNA修饰图谱公布

处于发育中的海马体的荧光图像图片来源：Oier Pastor-Alonso/UCSF

近日，在一项发表于《自然》（ Nature ）的研究中，加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构的研究人员分析了来自捐赠者从妊娠中期到成年期的超过5.3万个脑细胞，绘制了海马体和前额叶皮层 DNA 修饰的第一张图谱，这两个大脑区域对学习、记忆和情绪调节至关重要，也经常与自闭症和精神分裂症等疾病有关。

为了绘制该图谱，研究人员使用了一种先进的测序方法，名为单核甲基化和染色体构象捕获测序技术（sn-m3C-seq），进而以单细胞为基础，分析控制基因表达的两种表观遗传机制：DNA甲基化和染色质构象（染色质较为松散的区域的基因表达或会增加）。研究人员通过重建在人脑发育的关键时间点发生的细胞发育和分化的调控程序，揭示和精神分裂症有关的变异或会显著影响一些脑细胞中特异性基因表达。他们发现，基因调控最活跃的时期之一是孕中期。此时，在已经产生了数十亿个神经元的神经干细胞会停止产生神经元，转而开始产生支持和保护神经元的神经胶质细胞。而与此同时，新形成的神经元逐渐成熟，获得履行特定功能所需的特性，并形成能进行交流的突触连接。不过，此前由于这一时期的脑组织有限，之前的研究中忽视了这一发育阶段。考虑到很多成年时期出现的神经精神疾病，通常由一些影响大脑早期发育的遗传因素引起，这一图谱或为研究脑功能和疾病提供基础框架。（University of California，Los Angeles）

· 材料学 ·

科学家制作出了真的蛛网发射器

视频来源：Marco Lo Presti, Tufts University

蜘蛛侠可以从手腕的蛛网发射器上射出蛛丝，用来粘附不同的物体。最近，在一项发表于《先进功能材料》（ Advanced Functional Material ）的研究中，研究者真的制造出了“蛛网发射器”。他们使用了一种黏性纤维流体，用针头射出这种材料后，流体就会固化成成具有黏性的纤维。

研究团队使用的材料来自蚕蛾的茧，煮沸后这些茧会分解为丝心蛋白（fibroin）。在之前的研究中，研究者恰好发现，丝心蛋白溶液暴露于乙醇或丙酮等有机溶剂时可以缓慢形成凝胶。如果再加入如果再加入常用于制作黏合剂的多巴胺或其聚合物，丝心蛋白溶液则可以加速凝固成具有强拉伸性和黏性的纤维。研究者根据这一发现，设计了一款“蛛网发射器”，并用壳聚糖和硼酸盐缓冲剂增强了纤维的拉伸强度和黏性。结果显示， “发射”出的纤维可以黏住并拾取超过自身重量80倍的物体，包括一个钢制螺丝、一把手术刀和一块木头等。（Tufts University）

· 健康 ·

限制饮食会如何影响小鼠健康和寿命

过去的许多研究发现，限制饮食能延长动物的寿命，但科学家始终没有理解背后的原理。近期，一项发表于《自然》（ Nature ）的研究记录了近1000只小鼠在不同饮食下的健康状况，结果指出，遗传因素对寿命长短的决定作用可能比饮食干预更大。而且在限制饮食的条件下，体重下降较少的小鼠寿命最长。

研究人员给雌性小鼠分配了5种不同的饮食：一组无饮食限制，两组分别只摄入60%或80%基线卡路里的食物，剩余两组则是间歇性禁食（每周一天或两天）。他们发现，两种饮食限制方式都能改善小鼠的代谢，并延长小鼠寿命，且限制程度越强，效果越好。但代谢改善与寿命延长不直接相关。同时，只有控制摄入卡路里的小鼠显著减慢了衰老速度。而那些在压力或限制饮食期间能够保持体重、体脂率且免疫细胞健康的小鼠，以及晚年没有失去体脂的小鼠，寿命最长。研究指出，对小鼠来说，限制饮食带来的代谢收益不一定会转化为长寿，今后仍需进一步研究探索间歇性禁食和热量限制是否能够，以及会如何延长人类寿命。（Jackson Laboratory， Nature ）

· 气候变化 ·

评估气候过冲的风险

巴黎协定对全球升温的乐观限制为比工业化前气温高1.5 °C。有人提出，暂时性超过这一目标——这被称为“过冲”（overshoot）——再通过减少大气二氧化碳让之后的升温回到1.5 °C以下或许是可能的。但近日发表于《自然》（ Nature ）的一项研究对气候过冲的风险表达了担忧。

研究团队模拟了过冲路径和长期气候稳定性。他们发现，发生过冲会改变全球和区域气候变化的风险。作者认为，过冲后的气温下降可能无法实现，因为较强的地球系统反馈产生的变暖放大效应可能会造成长期升温。模拟结果显示，在过冲后，地球系统的许多方面——如物种丰度、碳储量和陆地生物多样性——可能无法回到过冲前的水平。他们还强调，即使过冲后气温下降，海平面也会持续升高。作者指出，降低全球气温比尝试在过冲后让全球升温稳定下来更容易避免气候风险。