科教大事

nature

競爭性拮抗多肽對氣孔模式的調整

Keiko Torii及同事通過研究氣孔發育和模式形成的分子機制，發現了一個出乎意料的信號傳導機制。他們發現，兩種信號傳導肽，即Stomagen (氣孔發育的一個正調控因子)和EPF2 (這一過程的一個負調控因子)，利用同一受體激酶ERECTA來微調氣孔發育。有趣的是，這兩種肽都以相似的親和性與ERECTA及其共受體TM21M結合，所以它們為了和受體結合而相互競爭。似乎決定被激活的ERECTA是傳遞一個刺激信號還是傳遞一個抑制信號的是下游的信號作用：活體數據顯示，觸發下游信號作用成分的磷酸化的是EPF2而不是Stomagen。

新突觸組織分子的時空控制

在胚胎發育過程中，重要的是神經突觸要在正確的時間和正確的地點形成。線蟲的DD和VD運動神經元就說明了這一點：DD神經元在第一個幼蟲階段發生背-腹重新連線，而VD運動神經元則保持一個不變的神經支配模式，與DD運動神經元的神經支配模式不同。在這篇論文中，Oliver Hobert及同事發現，三個基因調控因子(UNC-30、LIN-14和UNC-55 DNA-結合蛋白)和它們的目標(OIG-1,一種以前不知道的細胞外“突觸組織器”蛋白)控制DD和VD神經元的正確的連線和重新連線。這項工作顯示了一個“交叉”策略，利用該策略，UNC-30在DD神經元中與通過時間(不是通過空間)控制的LIN-14相互作用，在VD神經元中與通過空間(不是通過時間)控制的UNC-55相互作用。

Glypican-1對癌癥外來體和早期胰腺癌的識別

大多數細胞都會脫落由封裹在磷脂雙層中的蛋白和核酸組成的、被稱為細胞外囊泡或外來體的東西。來自癌細胞的外來體可以從癌癥患者的血液循環中被分離出來，并攜帶來自腫瘤的物質。現在，Raghu Kalluri及同事在胰腺癌患者中和在這種疾病的小鼠模型中發現含“glypican-1”的外來體是早期胰腺癌的一個生物標記。這些發現也許能使用于胰腺癌早期檢測的無創傷測試得以實現。

納米管調節果蠅雄性生殖干細胞通信

干細胞龕會發出只有干細胞而不是它們的分化后代才會對其做出反應的短距離信號。目前仍不清楚這種特異性是如何做到的。Yukiko Yamashita及同事報告說，果蠅的雄性生殖干細胞能形成以前沒有被識別出的結構，即基于微管的納米管，后者會延伸到hub(干細胞龕的一個主要組成部分)內，介導干細胞龕的信號傳導。這些納米管攜帶干細胞龕發出的信號的受體，是這種自我更新的信號向生殖干細胞的傳播所需的。

Science

通過光纖更平穩地發送信號

在正常情況下，通過某光纖傳播的信息受制于非線性扭曲，它會隨著時間的推移而降低品質。Eduardo Temprana和同事發現了一種方法來抑制光在通過光纖傳輸時的非線性耗散效應，從而消除了持續需要的（且代價高昂的）信號再生。研究人員用數碼反向傳輸法來研究超過1000米長的光纖傳輸時不同的激光脈沖頻率。他們的觀測揭示，令光纖通訊放緩的光誘導非線性相互作用可被逆轉，而激光脈沖中的相干性是該逆轉的關鍵。

生物合成的玫瑰花香味化合物

玫瑰花的研究者找到了一種尋覓已久的酶(被稱作RhNUDX1)，它在該花產生的甜美芬芳中起著關鍵作用。Jean-Louis Magnard和同事對兩種玫瑰栽培品種的基因進行了研究，他們將Papa Meilland品種玫瑰的轉錄組與Rogue Meilland品種的轉錄組進行了比較(前者氣味濃烈，而后者則沒有什么氣味)，以了解它們間具體的基因差異。發現玫瑰的芬芳是由一個完全出乎意料的酶族催化的，RhNUDX1酶會產生芬芳的香葉醇。將來，植物學家或許能利用RhNUDX1基因來重新培育出這些具有宜人芬芳氣味的標志性花卉。

氣候變化縮小了大黃蜂的家園

Jeremy Kerr和同事對67種歐洲和北美大黃蜂從1901年至2010年的地理標記，建立了一個觀察數據庫。他們將近幾十年中每個大黃蜂品種向北移動的變化與氣候較冷的1901年至1974年時的基線大黃蜂活動做了比較。意外發現，在最近較暖和的幾十年內，大黃蜂的活動范圍并沒有向北轉移。它們的活動范圍縮小了--它們在北美和歐洲的活動范圍都縮小了至多300公里。與此同時，它們的種群從其活動范圍的最南端和最熱區域中消失了。

人工智能

封面上是一個連接著電腦的磁共振擴散成像系統展示的可視化人類大腦。人工智能(AI)研究人員現在可以設計幾乎與人類感知圖像、語言交流、學習這幾方面能力一樣的算法，人工智能研究領域產生了能與人博弈、在股市與人對抗、并能在診所中協助人的的機器，但研究人員的終極目標是創建一個才藝全面的、像人一樣的計算機程式，這一志向引起了許多爭論并構成了一系列的挑戰。

信息科學

基于量子糾纏的機器學習

中國科學技術大學教授潘建偉團隊發展了世界領先的光量子計算物理實現研究平臺，在國際上率先實驗實現了基于量子比特的機器學習算法演示。該算法以高維量子態編碼經典數據，通過量子邏輯運算制備高維量子態和輔助量子比特之間的糾纏，通過量子糾纏特性帶來的并行計算優勢，快速提取出向量之間的距離等重要信息。《PHYSICAL REVIEW LETTERS》

使用宏基因組代碼識別人體微生物特征

研究者開發出一種電腦算法，為美國“人類微生物組計劃”招募的120人建立糞便、唾液和皮膚等樣本的微生物個人識別碼，即所謂微生物“指紋”，并將其與跟蹤隨訪中獲得的樣本及另外一組志愿者的樣本進行比較。結果發現，每個人都擁有獨特的微生物“指紋”，而且大部分人的微生物“指紋”在為期一年的調查期間保持穩定--仍能正確識別約80%的志愿者。但皮膚樣本則較不可靠，時隔一年后只能正確識別約三分之一人的身份。《PNAS》

腦--文本：對大腦語音表征的解碼

研究人員對7名癲癇病患者的腦電進行記錄，這些患者的大腦皮層表面因治療需要放有電極陣列（ECoG），當患者朗讀例文時，研究人員以高分辨率記錄下ECoG信號。研究者把腦皮層信息和語言知識、機器學習算法結合在一起，選出最可能的單詞順序，根據這些腦波，不但能重新構建持續講話中的基本單位——單詞和完整的句子，還能生成相應的文本。這是第一次能根據腦活動模式解碼持續的語音，并將其轉換為文本形式。《Frontiers in Neuroscience》

基于拉格光纖光柵結構的慢速光孤子全光二極管

在光通信領域，實現光場在集成光路中單向導通是極其困難。來自華南農業大學的研究人員利用兩個具有不同啁啾系數的線性啁啾布拉格光纖光柵以及一段均勻的光纖光柵，設計出一種具有三明治結構的非互易性光纖光柵，并利用脈沖誘導的非線性，使一個帶邊入射的皮秒脈沖形成布拉格孤子，實現了一個皮秒光脈沖在不同光功率下分別完成單向導通以及反向擊穿的功能。不僅如此，由于帶邊色散效應，這個光脈沖具有非常慢的群速度，僅有光速3%（約為9千公里/秒），因此該器件也可以用作光子緩存。《Optics Letters》

具有螺旋彎曲能力的微型機器人觸手

來自美國的研究者可以制造出微小的機器人觸手。該觸手可操作微小且精巧的任務，能夠在不破壞微小物體的情況下抓住物體，比如抓住毛鱗魚的魚卵，而如果采用硬質鑷子，就很容易導致卵變形或者破裂。研究人員還用該觸手抓起并握住螞蟻（整個腰部直徑僅有400微米）而不破壞軀干，這種技術或許是生物醫學應用領域以及一些需要確保精確組織的手術的理想工具。《Scientific Reports》

壓印技術下的全彩可調諧的液晶顯示屏

來自美國的研究者使用一種簡單且便宜的納米壓印技術，制造出一種能吸收某些波長的光波并反射它們的金屬納米結構。這種金屬納米結構被一塊超薄的液晶層像三明治一樣夾在中間，其反射的光的顏色通過施加于液晶層的電壓來控制，液晶分子和納米結構金屬表面上的等離子波相互作用，成就了這種全彩可調諧的液晶顯示屏（LCD），與之前只能制造出單色調色板的LCD相比較，這項研究是一個巨大的飛躍。《NATURE COMMUNICATIONS》

CdSe/ Bi2Se3核殼結構量子點的光熱轉換

中科院半導體所超晶格國家重點實驗室博士后賈國治和常凱研究員等人巧妙地通過超聲波輔助陽離子交換反應合成CdSe/ Bi2Se3核殼結構量子點，實現了量子點形貌和尺寸的控制。陽離子交換反應是一種快捷的、容易制備納米材料的方法，通過該方法可以得到所需結構和尺寸的納米顆粒。他們結合現在量子點成熟的制備技術，制備出了高質量不同層厚的、以Bi2Se3為殼層的復合結構量子點，并系統研究了其光熱轉換：轉換效率達到目前最好水平（近30%），具有很好的光熱穩定性，并解釋了其光熱轉換的微觀機制。《Nano Research》

可注射電路

中美合作的研究團隊設計了可以通過直徑小至0.1毫米的針注入到合成空腔或活體組織的柔性電路，電路被注射進去后，原來“卷起”的電路會展開到接近原始配置的80%，并且不會功能損失。研究人員將電路注入到活小鼠大腦兩個不同的區域，這些由網狀電極構成的電子元件不到一小時就可以展開到原來的形狀，并能用來監測小鼠的大腦活動；電子元件在5周內并未產生排異反應，并能和健康的神經元連接。當微型電路被注入到小鼠的海馬體時，研究人員發現，微型電路能監測大腦活動，而且對周圍大腦組織的損傷極為有限。《Nature Nanotechnology》