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迄今最大噬菌體“現身”

病毒是生命嗎？目前主流觀點認為，病毒不是生命。但美國科學家近日在《自然》雜志撰文稱，他們最近發現了一些巨型噬菌體，可能會打破主流觀點的認識。

噬菌體是專門感染細菌的病毒。噬菌體和其他病毒不被視為活有機體，但這并不意味著它們無害。噬菌體是生態系統變化的主要驅動力，因為它們捕食細菌種群，改變細菌的新陳代謝，傳播抗生素抗性并攜帶導致動物和人類疾病的化合物。

為進一步了解噬菌體，研究人員檢索了一個噬菌體DNA數據庫，其中的噬菌體樣本來源于全球30個不同環境。一般噬菌體擁有5萬個堿基對，但他們發現了351種噬菌體擁有20萬個堿基對，是普通噬菌體的4倍，其中一種噬菌體擁有73.5萬個堿基對。

資深研究者、加州大學伯克利分校地球與行星科學教授吉爾·班菲爾德表示，這些“巨型噬菌體”的基因組比許多細菌的基因組大得多，是“傳統病毒和傳統生物有機體之間的雜交體”。

研究人員還發現，這些噬菌體擁有許多特殊的基因，其中一些基因是細菌用來抵抗病毒的CRISPR-Cas9系統的一部分。另外，某些噬菌體擁有編碼核糖體功能必需蛋白的基因。核糖體是一種將遺傳物質轉化為蛋白的細胞機器。病毒體內通常沒有這些蛋白，而細菌和古細菌體內經常能發現這些蛋白。研究人員認為，其中一些巨型噬菌體也可能利用細菌宿主中的核糖體來復制自身蛋白。

論文聯合作者、加州大學副教授羅漢·薩赫德瓦表示：“是否擁有核糖體和蛋白翻譯功能是區分病毒和細菌、生命與非生命的主要特征之一。新發現的一些巨型噬菌體擁有這種翻譯機制，因此，它們模糊了生命與非生命的界限?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/03/29/qkimageskezxkezx202002kezx20200201-1-l.jpg"/>

我國在量子中繼與網絡技術上實現新突破

2月12日，中國科研團隊在《自然》雜志發表新論文介紹，他們成功在兩個由50公里長光纖連接的量子存儲器間實現量子糾纏，為構建基于量子中繼的量子網絡奠定了基礎。

學術界廣泛采用的量子通信網絡發展路線是通過基于衛星的自由空間信道實現廣域覆蓋，同時利用光纖網絡實現城域及城際地面覆蓋。然而光子在光纖上的節點間傳輸時，受限于光纖的固有衰減，目前最遠的點對點地面安全通信距離僅為百公里量級。

研究負責人之一、中國科學技術大學的潘建偉教授介紹：“要拓展量子通信的距離，一個方法是將點對點傳輸改為分段傳輸，并采用量子中繼技術進行級聯，即將整個通信線路分幾段，每段損耗都較小，再通過量子中繼器將這幾段連接起來，這使得構建全量子網絡成為可能?！?/p>

然而，受限于光與原子糾纏亮度低等技術瓶頸，此前最遠光纖量子中繼僅為公里量級。為實現遠距離量子存儲器間的連接，團隊克服了多項技術挑戰。例如，他們自主研發了周期極化鈮酸鋰波導，通過非線性差頻過程，將存儲器的光波長由近紅外轉換至通信波段，經過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個數量級。

實驗中，研究團隊結合多項新技術，成功在兩個由50公里長光纖連接的量子存儲器間實現雙節點的量子糾纏。這一距離足以用于連接兩座城市。潘建偉說：“作為原理性驗證，這個實驗中的兩個量子存儲器是在同一實驗室內，通過50公里長的光纖盤連接；下一步要在空間真正分離的系統中開展研究，推動這項技術的實際應用?！?/p>

科學家首次實現繆子電離冷卻

2月5日，據美國費米實驗室網站報道，科學家首次觀察到繆子（muon）電離冷卻，向成功建造繆子對撞機邁出關鍵一步。即使與升級后的大型強子對撞機（LHC）相比，未來繆子對撞機帶來新發現的能力也有望高出10倍。研究發表于5日出版的《自然》雜志上。

自20世紀30年代以來，科學家利用加速器制造出了質子、電子和離子束，這些粒子束的能量不斷增強，幾乎應用于各科學領域。但“國際繆子電離冷卻實驗”（MICE）合作組希望制造出一種全新的繆子加速器，繼承LHC的“宏愿”，產生能量高10倍的新粒子。實現這一目標面臨一個難題：能否充分“擠壓”繆子束以達到研究新物理所需的標準。MICE合作組的最新實驗清楚表明，電離冷卻方法可行，繆子也能被注入很小體積內。

繆子質量為電子的200倍，壽命相對較短。利用強流質子射擊高密度靶標可大量產生繆子。然而，這些繆子主要通過質子打靶得到的次級粒子衰變產生，運動方向四面八方，就像一團彌散的云團。科學家要先將此過程的其他碎片粒子分離出去，然后用一系列磁透鏡引導繆子團。當兩個這樣的彌散束流交叉時，發生碰撞的概率很小。

為減少繆子團彌散，科學家采用了束流冷卻過程，繆子的靜止壽命約為2.2微秒，但以前的束流冷卻方法要花費數小時才能達到效果。但MICE合作組另辟蹊徑，實現了冷卻目標：他們讓繆子穿過用氫化鋰或液態氫等材料特殊設計的能量吸收器，達到冷卻效果，整個過程一直用強大的超導磁透鏡聚焦繆子束。

研究人員稱，電離冷卻得到的繆子束流可應用于多個方面。比如，將繆子加速到高能狀態，然后注入粒子存儲環內，并與反向運動的反繆子束發生碰撞；另外，科學家們也可以降低冷繆子的速度，研究其衰變產物；還可以將單束繆子存儲在環形跑道中并使其衰變，產生獨特而強大的中微子束，為未來的中微子實驗提供新發現的機會。

此外，繆子還可用于研究材料的原子結構、用作核聚變催化劑、透視X射線無法穿透的致密材料等。MICE團隊希望他們的新冷卻技術也能在這些領域“大顯身手”。

中國9家研究機構進世界百強

自然指數（Nature Index）網站近日公布了最新一期“自然指數”，統計時間段為2018年12月1日至2019年11月30日。

其中，生命科學領域全球前100名研究機構中，美國獨占鰲頭，共有52家研究機構上榜，中國有9家研究機構上榜。

排名前五的分別是哈佛大學、美國國立衛生研究院、斯坦福大學、德國馬普協會、中國科學院。中國的9家研究機構分別是中國科學院、北京大學、浙江大學、清華大學、中國科學院大學、復旦大學、上海交通大學、解放軍院校（PLA）和中山大學。

自然指數由施普林格·自然（Springer Nature）旗下自然科研（Nature Research）編制，于2014年11月首次發布，通過追蹤高質量自然科學期刊所發表的科研論文的作者信息，為科研共同體提供有關全球科研狀況和出版趨勢的信息。

抗腫瘤超聲動力敏化劑研究取得進展

我國科研人員發現一種材料，可作為超聲動力敏化劑來源，有助于臨床用超聲動力療法清除腫瘤細胞。這一在抗腫瘤超聲動力敏化劑領域取得進展的研究成果近日發表在《物理化學快報》上。

惡性腫瘤嚴重威脅人類健康甚至生命，其臨床治療目前最主要有外科手術、化療和放療這三種方法，但常伴有腫瘤易復發、病灶易轉移等缺點。

近期，超聲動力治療由于其安全高效的特性引起了廣泛的研究興趣。超聲動力療法通過敏化劑在激發能的激活下所產生的活性氧物質來清除腫瘤細胞。

據介紹，超聲是超聲動力療法的激發能，具有安全、組織穿透力較深等優勢，已獲得了廣泛臨床使用。但因超聲動力敏化劑稀少，嚴重限制了超聲動力療法的發展。發展超聲動力敏化劑是發展超聲動力療法亟須克服的瓶頸問題。針對這一問題，我國科學家開展了持續研究，發現壓電材料可作為超聲動力敏化劑來源，并得到了實驗結果的證實。

該工作以黑磷納米片為模型壓電材料，證明了具有合適能級結構的壓電材料在超聲條件下能夠產生活性氧物質，從而對腫瘤細胞實現響應性清除。研究人員首先證實了黑磷納米片的壓電性能，進而揭示了黑磷納米片能在外加超聲條件下產生活性氧物質、是一種超聲動力敏化劑，然后分別從體外細胞實驗和荷瘤實驗小鼠模型兩個層面，展示了黑磷納米片在超聲刺激下能響應性地清除腫瘤細胞、實現抗腫瘤的療效。

這些實驗結果表明，這種壓電材料可作為超聲動力敏化劑，并展示了這樣一種新型的超聲動力敏化機制在生物醫學領域中的研究價值。