整理 | 周舒義、望鄉
水熊蟲為何如此頑強？新研究揭示其耐受輻射機制
從宇宙空間到深海熱泉 ， 水熊蟲在極端環境中展現出極其驚人的生存能力 。在10月25日發表于Science的一項研究中，我國科學家揭示了水熊蟲耐受超強輻射的多組學特征與其背后的復雜分子機制，這一發現不僅豐富了我們對極端環境生物學的認知，也為未來生物技術與醫藥開發提供了新的視角 。
水熊蟲是緩步動物的俗稱，是一種水生無脊椎動物，軀體非常細小，大部分體長不超過1毫米 。其分布于包括北極、熱帶、深海、溫泉在內的世界各地 ， 可耐受超強輻射、高溫、高壓、低溫、干燥，甚至外太空真空環境等多種極端條件 。
新研究報道了一種新的高生屬水熊蟲物種——河南高生熊蟲（Hypsibius henanensis），其可耐受高達5000 Gy的γ射線輻射（人的輻射致死劑量約為5 Gy） 。研究人員建立其實驗室培養體系 ， 繪制了高質量基因組圖譜（112.6M，注釋得到14701個編碼蛋白的基因，均勻分布于6條染色體），在國際上首次整合轉錄組、蛋白質組響應超強輻射的動態變化 ， 結合分子進化和功能特征分析，揭示了河南高生熊蟲耐受超強輻射的分子機制 。
據介紹 ， 基于組學分析得到的2801個差異基因，研究人員將輻射耐受機制歸為三大類：一是從細菌、真菌、植物水平轉移到水熊蟲的外來基因，賦予其特殊的抗逆能力，如生成具有很強抗氧化活性的甜菜色素，從而減輕輻射損傷；本研究共鑒定到75個高可信的相關基因 ， 其中13個在輻照后發生顯著上調 。二是水熊蟲基因組中約30%的基因是緩步動物特異的 ， 緩步動物特異蛋白傾向于高度無序，通過相分離參與DNA損傷修復等過程 。三是與其他門類共有的古老蛋白（如線粒體呼吸鏈組裝蛋白）在水熊蟲中具有特殊的輻射響應模式 。
值得注意的是，研究發現這些在水熊蟲中起抗輻射作用的分子，轉入人源細胞后，可以顯著提升后者的抗輻射能力 。這提示它們具有重要潛在應用價值，為研制抵御超強輻射損害的“金鐘罩”找到了理論依據 。
空間輻射損傷是制約人類深空探測和長期在軌駐留的關鍵醫學問題之一 ， 此外，多種涉核作業環境均受到超強輻射的嚴重威脅 。中國科學院院士、醫學蛋白質組全國重點實驗室主任賀福初表示，針對水熊蟲這種極端生命體抗逆機制的研究，或將更新人類對生命系統基本構成原理和運行機制的認識，開啟全面認識輻射耐受機制的大門 。
利用表觀遺傳 ， 把照片存進DNA
大數據時代，數據洪流對存儲技術提出了嚴峻挑戰 。DNA分子具有超高的數據存儲密度和超長壽命 ， 已成為備受矚目的顛覆性存儲介質 。然而，傳統DNA存儲依賴“從頭合成”的信息寫入路線，在成本和速度上存在明顯缺陷 。10月23日發表于Nature的一項研究提出了一種無需從頭合成的DNA存儲策略，實現了高效、低成本的大規模DNA存儲，為未來實用型DNA存儲技術的發展提供了全新思路 。
研究人員開發的“表觀比特（epi-bit）”DNA存儲利用預制的DNA模板和分子活字塊，通過DNA自組裝介導的分子信息排版 ， 經選擇性酶促甲基修飾轉移 ， 實現了分子級“活字印刷”信息打印 。他們將中國漢代“白虎”瓦當和大熊貓“飛云”的高清圖片成功寫入DNA分子中，數據量超過27.5萬比特 ， 相比此前發表的其他非傳統DNA存儲技術，數據規模提升超300倍 。信息讀取使用便攜式納米孔測序儀 ， 實現了對DNA模板上復雜表觀比特信息的高通量讀?。⑼üゴ緯?40種不同修飾模式的并行解析 ， 無損還原了原始數據 。實驗結果驗證了該創新型分子存儲技術的可行性和準確性，還展示了表觀比特的穩定性 。

大規模表觀比特DNA存儲和讀取結果分析 。| PKUCQB
值得關注的是，新研究還展示了這項技術的分布式存儲應用潛力 。團隊邀請了60名不同背景的青年志愿者 ， 由他們在非專業環境下（普通教室），將私人數據親手寫入DNA，相關數據直到測序才能夠被解讀 。這種分布式DNA存儲方式，不僅能極大降低DNA存儲的使用門檻，且保障了數據隱私，有望推動DNA存儲的個人應用 。
“在DNA這張白紙上批量打印信息，相比于傳統‘從頭合成’路線的逐個添加分子比特信息，代表著DNA存儲的重要技術突破 。”論文作者、北京大學錢瓏研究員表示，“未來，任何人在任何地點都能實現簡單、準確、高效的DNA數據存儲 ， 而無需依賴大型實驗儀器 。同時，結合更多樣的堿基修飾、堿基類似物和更精確的測序技術，epi-bit DNA存儲的規模和可靠性都將進一步提升 ?！?br /> 他們在6000年前發明了第一個輪子
沒人知道是誰發明了輪子，也沒人知道第一個輪子在什么時候誕生 。許多歷史學家懷疑 ， 在世界的不同地方、不同歷史時期，輪子被一次又一次地獨立發明出來 。此前研究表明 ， 早在公元前3000年，輪子就已在全球各地被廣泛使用 。
一項10月23日發表于Royal Society Open Science的研究認為，輪子的發明和使用可能起源于東歐的一座銅礦 。大約6000年前，喀爾巴阡山脈銅礦的礦工利用最早的輪子，從礦井深處搬運礦石 。
考古學家在東歐喀爾巴阡山脈地區的遺址中發現了150多個四輪馬車形狀的陶制器皿 ， 據推測 ， 這些器皿是禮儀用途的飲水杯 。碳-14測年顯示，其制作時間不晚于公元前3600年 。研究認為，其靈感來源于礦溝通道中用于運送礦石的小型帶輪推車 。研究人員基于結構力學計算分析，利用拓撲優化，模擬重建了輪子可能的演進歷史 。他們提出了輪子可能的四個演進階段：第一階段是自由滾動的圓柱狀滾筒（研究稱之為“free rollers”，自由滾筒），例如削掉枝杈的樹干 。人們發現滾筒滾動可以減少摩擦耗散 ， 幫助省力 。但這種方法需要不斷將用過的滾筒補充到前方，在狹窄的礦井中難以實現 。于是礦工們加以改進，輪子來到第二階段：在滾筒上增加凹槽，使得滾筒隨貨物一同前進 ， 形成“推車” 。


輪軸系統的演變 。| Royal Society Open Science
在第三階段，滾筒中段變細，成為輪軸雛形 。研究猜測這可能是為了增強通過性，更好越過障礙物 。在這個階段 ， 輪軸和輪子相對固定，是一個整體 。第四階段，輪子可以獨立于輪軸旋轉，這樣在轉向時就允許外側輪子的轉速快于內側輪子，提高轉向性能 。計算模擬表明，固定輪對的輪軸連接處會承受更大應力 ， 更易損壞 。研究認為，礦井通道可以人為修成直線，對轉向性能要求不高，在固定輪對發明約500年后，活動輪對才發明出來 。
戒不掉碳水？可能是祖傳基因“作祟”
如果你發現難以抵擋面食、米飯的誘惑 ， 那么可能是古老的DNA在作祟 。10月17日發表于Science的一項研究表明，唾液淀粉酶基因（AMY1）在人體內的最初復制可能早在80多萬年前就已經發生，遠遠早于農業的出現 。這讓早期人類能更高效地分解食物中的淀粉，為人類適應富含淀粉的食物提供優勢 。
長期以來，科學家已知大多數現代人攜帶多個AMY1拷貝，能幫助我們在咀嚼的時候初步分解淀粉 。人體的AMY1拷貝數越多，分泌淀粉酶的能力就越強，就能從淀粉類食物中獲得更多熱量 。但科學家一直難以確定該基因拷貝數是何時以及如何在人體內擴增的 。
為了追蹤AMY1的早期復制情況，研究人員利用光學基因組圖譜和長讀長測序（LRS）技術，對68個古人類基因組進行分析，包括來自西伯利亞的一個4.5萬年前的樣本 。研究發現，早在農耕時代之前的狩獵采集時期，每個正常的人體細胞（二倍體細胞）內已經擁有4至8個AMY1拷貝，表明早在人類馴化植物和大量食用淀粉之前，就已攜帶多個AMY1拷貝在亞歐大陸上活動 。
研究還發現，尼安德特人和丹尼索瓦人擁有多份AMY1拷貝，這表明AMY1可能在80多萬年前首次復制，早于現代人與尼安德特人分化，比之前認為的要早得多 。研究認為，AMY1的最初復制就像池塘中的“第一道漣漪” ， 為人類創造了一種演化契機，進而塑造了我們這個物種 。隨著人類遷移到不同地方，適應不同的生活方式，AMY1拷貝數量的變異為人類適應新的飲食，特別是富含淀粉的食物提供了優勢 。此外，在過去4000年中，歐洲農民平均攜帶的AMY1拷貝數大幅增長，這可能與富含淀粉的飲食使擁有更多AMY1拷貝數的個體獲得進化優勢有關 。
研究人員表示，AMY1拷貝數較多的個體消化淀粉的效率更高 ， 后代也往往更多 。對AMY1拷貝數變異的研究有助于探索其對代謝健康的影響 ， 并加深對淀粉消化和葡萄糖代謝等機制的理解 。
波音制造的衛星在太空解體
國際通信衛星公司（Intelsat）的衛星Intelsat 33e（簡稱IS-33e）日前在太空中解體，產生大量碎片 。該公司表示，正與衛星制造商美國波音公司及相關機構協調，分析衛星解體原因 。
據介紹 ， 該衛星由波音公司設計和制造，2016年8月發射，2017年1月投入使用 ， 主要為歐洲、非洲及亞太部分區域的用戶提供通信服務 。衛星的最初預計使用壽命為15年 。
國際通信衛星公司網站10月19日發布的公告說，IS-33e衛星出現異常狀況 ， 導致衛星服務中斷；21日更新的公告說，“完全失去”該衛星 。該公司正在與波音公司及美國政府相關機構協調，分析相關數據和觀測結果 。該公司表示，自衛星發生異常狀況以來 ， 一直在與受影響的客戶和合作伙伴進行溝通，中斷的服務被轉移到該公司運營的其他衛星或第三方運營的衛星上 。
有媒體報道，該衛星價值不菲，國際通信衛星公司曾因這顆衛星發生技術故障而要求7800萬美元的保險賠付 。但據報道 ， 衛星解體的時候沒有處于保險期 。
美國太空軍稱 ， 已確認IS-33e衛星于協調世界時19日4時30分（北京時間19日12時30分）在地球靜止軌道上解體 。太空軍正在跟蹤與衛星相關的大約20個碎片，目前尚未發現構成直接威脅的碎片 。
俄羅斯國家航天集團新聞處發布消息稱，俄專業人員記錄到這顆衛星的80多個碎片，它們可能威脅地球靜止軌道上的衛星；對碎片軌跡的分析表明，衛星解體是瞬間發生的 。另外也有媒體報道此事的用詞是“衛星爆炸” 。
此前 ， 同樣由波音公司制造的與IS-33e衛星同一系列的IS-29e衛星2019年在地球靜止軌道上報廢，只在軌服役3年 。（央視新聞）
論文“蹭熱點”？提及AI會使引用率上升
隨著人工智能（AI）的普及，越來越多科研人員開始使用AI工具 。近日發表于Nature Human Behaviour的一項研究發現，與未提及AI的科研論文相比，提及AI的科研論文引用率更高 。
研究人員分析了1960年至2019年發表的約7500萬篇論文，涵蓋19個學科 。結果發現，標題或摘要提及“機器學習”“深度神經網絡”等AI術語的論文，更有可能躋身其所在領域引用次數最多論文的前5%之列 ， 在其他領域也往往能獲得更多引用 。
研究還發現，過去20年里，研究涉及的19個學科都加強了對AI工具的使用，但增幅差異參差不齊，計算機科學、數學和工程學的使用率最高，歷史、藝術和政治學的使用率最低 ， 地質學、物理學、化學和生物學的使用率則介于兩者之間 。通過檢測分析某些AI相關的動賓短語（如“分析數據”或“生成圖像”）在文獻中的使用趨勢，研究人員評估了不同領域使用AI工具的收益 ， 發現了類似趨勢：計算機科學、數學和工程學使用AI的潛在收益最高 ， 而歷史、藝術和政治科學的潛在收益最低 。


研究涉及的領域里 ， 計算機科學的AI術語使用率一馬當先 。| Nature News
新研究對AI如何改變科研進行了量化分析，但也存在局限性 。論文作者承認，鑒于研究時間窗口截止到2019年，這項研究并未涵蓋AI的最新進展，例如ChatGPT的興起，這類基于大型語言模型的工具已經改變了一些科研人員的研究方式 。哈佛醫學院生物醫學信息學專家Marinka Zitnik表示，新研究并未深究為什么某個特定的動詞、名詞會出現在一篇論文中，僅僅是它們同時出現 ， 并不意味著AI就一定對該領域有用 。
研究結果也引發了部分學者的擔憂 。耶魯大學人類學副教授Lisa Messeri表示 ， 她擔心有些科研人員會為了單純增加論文引用率而濫用AI工具，忽視研究質量 。


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