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青少年数学之旅

科学是人类进步的阶梯！在当今社会，科学技术的发展进步将为人类社会带来巨大的效益，毫不夸张的说，科学指引并推着着人类文明的进程。

基础科学作为科学技术的理论基石，其重要性也不言而喻，随着经济全球化的发展，世界各国越来越重视基础科学，并不断加大对基础科研投入，与之相对，无数奋斗在最前线的科研工作者，艰苦卓绝，刻苦努力，创造出一个又一个辉煌的研究成果。

Nature作为国际顶尖的科学期刊，每年都会推选出十篇年度最具科学意义的论文。

近日，Nature发布了2019年度十佳论文，其中8篇来自Nature，1篇来自PNAS、一篇来自Science Robotics。

特别值得一提的是，在这10佳论文中，中国学者表现亮眼，复旦大学和中科院上海有机所各贡献一篇，广西妇幼保健院参与一篇。

这十佳论文中，生命科学领域占据半数，这恰恰体现了生命科学领域与人类息息相关，在社会、经济、医疗和生活等领域，都能看到生命科学的影子，它无处不在，关乎着人类命运！

“超越CRISPR”：刘如谦开发新型编辑器，实现碱基自由转换

2019年10月21日，单碱基编辑技术开创者，Broad研究所刘如谦（David R. Liu）教授在Nature杂志发表题为：Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA 的研究论文。

该研究开发了一种全新的精准基因编辑工具——先导编辑（Prime Editor），无需依赖DNA模板便可有效实现所有12种单碱基的自由转换，而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除（最多插入44个碱基，或删除80个碱基）。

Nature 杂志评论这一技术是“超精确的新型基因编辑工具”， Science 杂志评论它是“超越CRISPR”的重大突破，哈佛大学教授，CRISPR先驱乔治·丘奇（George Church）盛赞这一成果：“朝着正确方向迈出的一大步”。

先导编辑（Prime Editor），将Cas9酶（蓝色）和逆转录酶（红色）结合成复合物，在gRNA（绿色）的引导下，将该复合物带到DNA双螺旋（黄色和紫色）的特定位置，并保留在该位置插入新DNA序列。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

复旦大学开发亨廷顿舞蹈症潜在新药

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1722-1

这是一篇有关神经退行性疾病的文章，该论文以：Allele-selective lowering of mutant HTT protein by HTT–LC3 linker compounds 为题，于2019年10月30日发表于Nature，文章通讯作者为复旦大学生命科学学院鲁伯埙、丁澦，复旦大学信息科学与工程学院费义艳。

亨廷顿症是由亨廷顿蛋白(HTT)中一段异常长的谷氨酰胺氨基酸残基引起的。细胞通过自噬降解突变体亨廷顿蛋白(MHTT)，这是一种由自噬体介导的蛋白吞噬清除机制。研究团队假设存在一种化合物，它既可以与突变的多聚谷氨酰胺束结合，又能与存在于自噬体中的LC3B蛋白相互作用，介导两者相互作用，并最终导致MHTT被自噬体吞噬，增强细胞对MHTT的清除能力。

研究者通过小分子筛选寻找这种化合物，并利用野生型HTT进行反向筛选，从而获得只与MHTT特异性结合（与正常HTT无相互作用）的化合物。最终，他们发现了并证明四种化合物可以有效改善三种亨廷顿氏舞蹈症动物模型的患病症状。此外，研究者还表明这种治疗策略也可能对其他涉及多聚谷氨酰胺束的疾病有疗效。

总的来说，该研究开创性地提出基于自噬小体绑定化合物（ATTEC）的药物研发原创概念，并巧妙地通过基于化合物芯片和前沿光学方法的筛选，发现了特异性降低亨廷顿病致病蛋白的小分子化合物，有望为亨廷顿病的临床治疗带来新曙光。

改写教科书！父亲线粒体DNA也能够传递给子女

论文链接：https://www.pnas.org/content/115/51/13039

美国辛辛那提儿童医学中心、台大医院、中国广西妇幼保健院、贝勒医学院和梅奥诊所的研究人员在PNAS上发表了题为：Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans 的论文，发现在极少数情况下，人类线粒体DNA可以遗传自父亲，而不仅仅是母亲。

真核生物(如动物、植物和真菌)的DNA存在在细胞中两个地方：细胞核和线粒体。正常个体中，线粒体DNA（mtDNA）分子在序列上是相同的，然而，在患有mtDNA突变并导致疾病的人群中，正常和突变的mtDNA分子通常在一个细胞中共存，这种情况称为异质性。

线粒体DNA一直被认为完全来自母亲的卵细胞，没有父源的贡献，但是Luo等人挑战了这一教条，他们发现有三个家族的线粒体异质性正是由双亲线粒体遗传引起的。

先前的研究发现，线粒体自噬，一种细胞吞噬消化自身线粒体的现象，在选择性消除父系线粒体中起重要作用。因此，该论文通过研究指出这些罕见的父系mtDNA传递可能是由于线粒体更替缺陷所导致。

菲律宾发现全新古人类物种“吕宋人”

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1067-9

科学家2007年至2015年在吕宋岛北部一个洞穴先后发现“先前不知道的人种”的7颗牙齿化石以及6块足骨、手骨和腿骨化石。它们属于至少三个个体。对这些化石的分析显示,它们距今至少5万年至6.7万年。科学家把这个人种命名为“吕宋人”，推测他们吃肉，使用石制工具，体型较小。

Détroit等报道一种新的未知的人类亲属的非凡发现，这无疑会引发大量的科学辩论。这个新发现的物种在菲律宾被发现并命名为Homo luzonensis，亚洲有关人类进化的认知在迅速变化，迫使人们重新审视关于早期人类从非洲扩散欧亚大陆的想法。Homo luzonensis的发现提供了更多的证据表明，直立人可能不是唯一的全球早期人类。

在Homo luzonensis中观察到的有趣的混合性特征引发了有关该物种的祖先及其与其他人类亲属的关系的问题。这项研究报道十分具有意义，使得我们在亚洲人进化的研究变得更加混乱，更复杂且更为有趣。

吃“鱼”解决微量营养素缺乏问题

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1592-6

据估计，微量营养素缺乏每年导致100万人过早死亡，对某些国家来说，这可能会降低其国内生产总值高达11%，更加凸显粮食政策的重点是改善营养，而不是简单地增加粮食产量。人们从各种各样的食物中获得营养，但鱼类可为人类提供丰富的微量营养素却常常被忽视。本文利用超过350种海洋鱼类中7种营养物质（钙、铁、硒、锌、维生素A、ω-3脂肪酸和蛋白质）的浓度，环境和生态特征来预测海洋鳍类鱼类的营养含量，结果如下：

文章研究结果确定了目前世界范围内渔业渔获物中营养物质的分布情况，部分高捕获量地区即使降低捕获量也不会影响当地营养状况。多数地区，作为食物来源，鱼类来得更加实惠，且对环境影响较小，渔业营养与其他动物性营养供应是相当的，渔业应成为粮食和营养的核心组成部分。

天文学

马头鱼尾怪：海王星最小的新卫星

旅行者2号航天器在1989年飞掠海王星时发现有六颗内卫星绕其运行。据信，这些内卫星都比海王星年轻，形成于海王星捕获其最大的卫星崔顿（Triton，海卫一）后不久。每颗内卫星都可能曾受到彗星撞击而受损。

美国SETI（地外智慧生物搜寻）协会的Mark Showalter及其同事使用哈勃太空望远镜研究海王星的内卫星和环，发现了旅行者2号飞掠海王星时未观测到的第七颗内卫星。这意味着海王星总共有14颗卫星。这一发现是通过特殊的图像处理技术实现的，该技术使得作者能够不受海王星内卫星高速运行的影响进行重点观测。

2004-2016年探测到的“马头鱼尾怪”

这颗新卫星被命名为“马头鱼尾怪”——希腊神话中的一种海怪。它是海王星最小的卫星，平均直径约34千米。“马头鱼尾怪”的轨道靠近普罗透斯（Proteus，海卫八）——最大最外层的内卫星。作者认为“马头鱼尾怪”可能是由普罗透斯被一颗大型彗星撞击后喷射的碎片形成的。作者总结表示，这些发现进一步印证了这样一种观点：海王星内卫星的形成受到了无数次撞击的影响。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0909-9

参考资料：Nature自然科研

物理

科学家可能找到了接近室温的超导体材料

超导可以以100％的效率传输电能，在各个领域具有广泛用途。然而，超导状态仅存在于远低于室温（295开尔文）的温度下，导致这些应用受到了阻碍。一个世纪以来，全球科研人员一直在寻求能够实现室温超导的材料，以在没有损失的情况下输送电流。德国马普化学所Drozdov团队报道了当压力压缩到地球大气压超过一百万倍时，氢化镧化合物在250 K时就变成超导体，这是目前已知的最接近室温的超导体。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1201-8

参考资料：纳米人

环境科学

全球变暖“脚步”加快？科学家发现格陵兰岛冰川下或有甲烷逃离

格陵兰冰盖是世界第二大冰盖，面积1,833,900平方公里。由于全球气候变暖，格陵兰冰盖正处于融化过程中。2016年，一项研究显示从2003年到2013年，该地区的冰融化了将近2.7万亿吨。该论文作者指出，格陵兰岛每年融化的冰比原先估计的多180亿吨，相当于5万座帝国大厦的重量。2018年，英国《每日邮报》报道称，格陵兰岛的冰盖正在以前所未有的速度融化，仅20世纪以来，融水就增加了30%。研究人员称，格陵兰岛冰盖的融化速度已经达到了极速，且其冰流失是导致海平面上升的主要因素之一。

英国一项研究发现，格陵兰岛一600平方公里的区域在融化期至少释放了6吨甲烷。众所周知甲烷和二氧化碳都是造成温室效应的罪魁祸首。据分析显示，同等质量的两者，甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍。如果全球温度持续升高，南北极冰山将大幅度融化，海平面将大大上升，一些岛屿和沿海城市可能将被淹没。因此，格陵兰冰盖融化现象应该再次引起我们高度关注。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0800-0

参考资料：中国绿发会

机器人

用AI教会四足机器人ANYmal快速爬起

苏黎世联邦理工学院在《Science Robotics》上面发表了一篇关于训练四足机器人ANYmal的文章，详细阐述了用深度学习训练ANYmal的结果。研究人员称，他们应用了强化学习的相对较新的方法，先为系统设定目标，然后为其提供一种测试实现这些目标的方法，在达到基准时不断改进。测试一遍又一遍地进行，有时数千次，直到它正确为止。

在反复训练之下，ANYmal不仅自身平衡能力更稳定。在被暴力踹倒之后，还能能立刻翻转并站立起来，动作也像极了真实小狗的动作。

另外，由于真实实验太过浪费时间，研究人员还开发了一种仿真模式。他们在电脑里仿真出ANYmal的虚拟版本，由于虚拟版本可以同时训练多只ANYmal，研究人员称，这种虚拟的学习速度是现实学习速度的1000倍。他们先让虚拟狗自己训练11个小时，再将结果下载到屋里机器人身上，效果可以说非常显著。

论文链接：

https://doi.org/10.1126/scirobotics.aau5872

参考资料：机器人大讲堂

化学

源于“意外”的点击化学新突破

中国科学院上海有机化学研究所有机氟化学重点实验室董佳家研究员课题组在寻找新的SuFEx反应砌块的过程中，意外发现一种安全，高效合成罕见的硫（VI）氟类无机化合物FSO2N3（氟磺酰基叠氮）的方法，他们同时发现该化合物对于一级胺类化合物有极高的重氮转移反应活性和选择性。

该成果以：Modular click chemistry libraries for functional screens using a diazotizing reagent 为题发表于Nature杂志。董佳家研究员与K. Barry Sharpless教授为文章的共同通讯作者，上海有机所为本论文的唯一通讯单位。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1589-1

结语

生命科学领域涵盖范围极广，并且与人类的社会、经济、文化和生活密切相关。近年来，世界各国对生命科学及医疗领域的研究投入持续增多，奋斗在科研领域最前线的生命科学及医学研究者也不负众望，发表了一篇又一篇顶尖论文，创造出一项又一项杰出的研究成果，为解决疾病、饥荒、生态破坏甚至于人类起源等问题提供重要的理论基础。

生命科学研究与人类命运休戚相关，我们也坚信，在生命科学领域必将有更多更卓越的成就！

参考链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-019-03834-4

转载来源：BioWorld

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