盘点
11/29-12/5 改变未来的前沿科技
全文共2464字，阅读约5分钟
1
全球首个可繁殖活体机器人问世
👀
所有生命系统都通过体内或体外生长，然后分裂、萌芽或出生来完成繁衍。日前，PNAS 上发表的一项研究展示出一种全新的繁殖方式：美国佛蒙特大学和塔弗茨大学开发出一种由非洲爪蟾多能干细胞组成的活体机器人Xenobot，能在几天内通过自发运动进行自我复制，无需上千年的演化或基因工程。研究人员发现，Xenobot会在培养皿中螺旋游动，推动四周的干细胞并将其聚拢堆积在一起。5天内，这些堆积物形成了一种和“母体”Xenobots外观和动作如出一辙的“副本”Xenobots，完成复制繁殖。这种复制机制在生物分子中常见，但此次是首次在细胞或有机体中实现。不过，常规球形结构的Xenobot持续繁殖的能力较差，最多只能复制2代。为了提升复制能力，研究人员利用AI技术测试了数十亿种体型（包括三角形、正方形、金字塔形、海星形等），结果意外地发现，一种类似吃豆人的C形状表现最为优秀（下图红色），平均能延续3代，而且“后代”直径也比球形Xenobot的后代大50%左右。
这项研究不仅刷新了人们对于“繁殖”的认知，还可以启发我们更深入地理解和控制细胞的群体行为，帮助对抗创伤、出生缺陷、癌症、衰老等问题，并促进再生医学的发展。
论文 👉
https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118
2
近乎完美的人类囊胚模型诞生
助力女性掌握生育权
👩
囊胚是受精卵卵裂过程中形成的球形幼胚，对于研究早期胚胎发育十分重要。不过，使用真实人类胚胎会出现伦理问题，因此科学家们一直在尝试人工构建出更完美的囊胚模型。12月2日，Nature 上发表的一篇论文称，奥地利科学院团队利用人类多能干细胞构建了一个几乎可与真实人类囊胚媲美的囊胚模型，并且通过该模型找到了人类早期胚胎着床和囊胚形成的关键因素，为研发新型非激素、女性友好型避孕药物，以及提高体外受精成功率奠定了基础。团队通过研究发现如果抑制3个信号通路，人体多能干细胞将“完美地”模拟正常人类囊胚的发育过程，成功率超过70%，并且与真实人类囊胚内细胞的相似度超过97%。在使用这些人类囊胚模型进行研究的过程中，团队发现SC144分子可以有效抑制囊胚着床，有助于开发非激素类的新型避孕药。这类避孕药只需必要时服用，而无需每天服药，同时也避免了激素类药物的不良反应，将让女性避孕更方便安全。此外，团队还发现人体内一种天然存在的小分子LPA，可以有效促进体外受精过程天然胚胎的形成，提高体外受精的成功率，这对于试管婴儿技术来说具有重要意义。无论是避孕还是增加生育机会，研究的目的都在于帮助女性更好地控制生育能力，从而赋予女性权力。
论文 👉
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04267-8
3
电子烟或增加男性勃起功能障碍
😳
此前研究已证明吸烟与勃起功能障碍（ED）和心血管疾病（CVD）相关，但电子烟是否如此还缺乏更多研究。11月30日，American Journal of Preventive Medicine 上发表的一篇论文称，纽约大学和约翰·霍普金斯大学的研究人员通过分析1万余名20~65岁、没有心血管疾病史的美国男性数据，发现每天吸电子烟的男性，出现勃起功能障碍的可能性是从不吸电子烟男性的2.4倍。研究人员推测，电子烟液中的高含量尼古丁会阻碍血管扩张，从而减少流向阴茎的血流量。即使是不含尼古丁的电子烟，也含有可能减少体内循环睾酮量的化学物质。不过，通过增加每周的锻炼频率能改善这种情况。至于吸电子烟患ED的风险是否高于或低于传统吸烟者，这项研究并未涉及。
论文 👉
https://www.ajpmonline.org/article/S0749-3797(21)00429-3/fulltext
4
吃夜宵会增加糖尿病风险
😓
已有研究发现，常上夜班会损害葡萄糖耐量，增加患糖尿病的风险，这可能是与昼夜节律紊乱影响代谢健康有关。怎么减轻这种不良影响？12月3日，Science Advances 上发表的一篇论文称，美国哈佛医学院布莱根妇女医院领导的团队发现，夜间工作时进食会增加患糖尿病的风险，不过，如果改为只在白天进食，可以改善这种不良影响。研究纳入19名平均26.5岁的健康参与者，分为两组完成14天模拟夜间工作条件和进食计划：一组在夜间进食，而另一组则在白天进食。结果显示，夜间进食会导致中枢和外周（葡萄糖）内源性昼夜节律失调和糖耐量受损，而将进食限制在白天则阻止了这种情况。在模拟夜间工作期间，夜间进食组的参与者平均葡萄糖水平上升了6.4%，而白天进食组却没有明显上升。这项研究表明，行为干预可以减轻因人类睡眠-觉醒时间不当所引起的不良葡萄糖调节反应。为了将这些发现转化为实用和有效的进餐时间干预策略，未来还需要在真实环境中进行更多研究。
论文 👉
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg9910
5
50年来首次实现量子自旋液体状态
👏
诺奖得主、物理学家菲利普·安德森曾于1973年预言量子自旋液体的存在，它并非水这样的液体状态，而是一种奇异的新物质状态。在普通磁铁中，当温度降到足够低时，电子会稳定下来，自旋方向沿特定方向排列，而量子自旋液体中电子的自旋却由于量子纠缠效应不会固定下来，不断变化和波动，像液体一样。然而50年来，科学家从未实现过量子自旋液体。12月2日，Science 上发表了一项突破性研究，哈佛大学和MIT的研究团队利用自研的可编程量子模拟器，首次在实验中直接观察到量子自旋液体及其关键特征。该模拟器是一种特殊的量子计算机，能让研究人员创建可编程的形状（如正方形、蜂窝或三角形晶格等），来设计超冷原子之间的不同相互作用和纠缠，从而实现物质的量子自旋液态。研究者还证明可以通过使用模拟器将量子自旋液体放入特殊的几何阵列中来创建强大的量子位，这将意味着我们向实现可靠的量子计算机迈出了重要一步。
论文 👉
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8794
6
2060年北极下雨可能比下雪多
🌂
随着全球气候变暖，海冰融化，空气中的水分增加，北极的降雨正在逐步取代降雪——今年8月格陵兰岛冰盖顶部就已首次出现降雨。此前的研究模型预计，北极中心将于2090年转变为以降雨为主。然而，11月30日 Nature Communications 上发表的一项最新研究指出，北极降水的增加速度比之前预测的更快、幅度更大，在2060或2070年左右，北极的降雨量或将反超降雪量。加拿大曼尼托巴大学的研究团队利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的数据，对本世纪结束前的北极水循环进行了评估预测。根据新的气候模型，到2100 年，北极变暖和海冰损失将比之前的预测更快。假如全球升温1.5 °C，到本世纪末，北极大部分地区仍将以降雪为主，少数地区（如格陵兰岛）降雨可能反超降雪；但假如升温3°C，北极大部分地区将以降雨为主。这种变化可能会导致地表积冰增加，影响野生动物觅食，对生态系统和社会经济产生深远影响。
论文 👉
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27031-y
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关键词
多能干细胞
囊胚模型
论文
人类囊胚
研究人员