Nature：2022年度科学研究亮点公布！中南大学研究成果入选！

一月：耳朵解剖学追踪蝙蝠的家谱

蝙蝠以前被归入两个亚目之一--巨翅目和微翅目。但是2000年发表的一项研究利用DNA证据对这种归类提出了挑战，并将各科归入另外两个亚目--阴翅目和阳翅目。此前，没有已知的解剖学特征可以提供一种区分阴翅目和阳翅目的方法。美国芝加哥大学罗哲西等人提出证据，证明内耳中一个叫做罗森塔尔管的结构在阴翅目中是有壁的，在阳翅目中是无壁的。通过使用神经解剖学数据，作者为基于分子学的翼翅目和仰翅目的分类提供了有力支持，并为蝙蝠研究开辟了新的途径。这些途径包括了解蝙蝠如何使用回声定位的细节，以及调查蝙蝠群体的社区结构。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04335-z

二月 肺部微生物介导脊柱脊髓自身免疫

越来越多的证据表明，人类的自身免疫和正常免疫反应的发展都与在身体定居的数万亿微生物的群体有关。迄今为止，大多数研究都集中在生活在肠道的细菌上。有证据表明，微生物组和大脑之间的相互作用在一些大脑疾病和复杂行为（如社交能力）中发挥作用，尽管大多数此类研究都集中在动物模型的肠道-大脑轴。Hosang等人调查了肺部细菌群落在自身免疫的大鼠模型中的作用，包括一个多发性硬化症模型。作者确定了肺部微生物群对小胶质细胞（中枢神经系统的主要免疫细胞类型）的一种先前未知的影响。他们发现，特定的肺部驻留细菌物种和它们产生的一些分子改变了神经炎症和相关症状。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04427-4

三月：通过成像揭示COVID后的大脑变化

2020年，英国生物银行（一个大规模的生物医学数据库和研究资源）发起了一项COVID-19重复成像研究，在该研究中，在大流行之前已经完成医学成像的参与者返回进行相同的第二次扫描。Douaud等人探讨了这些数据，比较了大流行之前和之后的扫描。在两次扫描之间，SARS-CoV-2检测呈阳性的参与者表现出大脑皮层的变化，这通常与大脑健康的恶化有关。这些人还显示出与嗅觉和味觉有关的大脑区域的组织损伤标志物的增加。要从这个宝贵的数据集中提取所有有用的信息，还有很多工作要做。英国生物库的数据共享和Douaud及其同事发布的分析代码是对加入这一努力的公开邀请。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04569-5

四月： 掌握低温技术有助于发现物质的产生

天体物理学观测表明，宇宙几乎完全由物质组成，几乎没有反物质。然而，到目前为止，实验室和粒子对撞机实验已经观察到物质和反物质的产生相等。旨在解释宇宙物质不平衡的大爆炸理论预测，在称为无中微子双β衰变的超罕见核过程中，物质可以在“小爆炸”中在没有反物质的情况下产生。CUORE合作组织报告了迄今为止使用碲同位素对这种类型的衰变进行最敏感的搜索。没有观察到衰变，但工程壮举是非凡的 - 需要超过一吨的实验设备在接近10毫开尔文的低温下稳定运行数年。CUORE冰箱被非正式地称为已知宇宙中最冷的立方体。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04497-4

五月：编码蛋白质合成的可能途径

DNA和RNA主要由四个“经典”核苷酸组成，每个核苷酸都包含一个特定的碱基。然而，DNA和RNA通常也包括非经典核苷酸，它们是规范核苷酸的修改版本。Müller及其同事现在表明，含有非经典核苷酸的RNA分子可能在驱动益生元地球上逐步合成肽方面发挥作用。作者报告了氨基酸或肽加载到RNA分子末端核苷酸（供体链）的非规范碱基上的过程。在两个这样的核苷酸修饰的RNA分子之间形成双链体，使氨基酸或肽能够转移到双链中另一条RNA链（受体链）上的非经典碱基或连接到该碱基的新生肽。换句话说，该转移步骤要么在受体的非规范碱基上启动肽合成，要么在该碱基上延长新生肽。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04676-3

六月： 即使蛋白质保持不变，突变也很重要

尽管基因中的某些突变（称为非同义突变）会改变基因编码的蛋白质的氨基酸序列，但其他突变（同义突变）却不会。是否意味着同义突变不重要？密歇根大学张建之团队在21个酵母基因中创造了数千个同义和非同义突变。令人惊讶的是，平均而言，同义突变的危害仅略低于非同义突变。那么，为什么这两种类型的突变在群体中保留的频率存在差异呢？也许，作者提出，非同义变化根据环境而具有可变的影响，因此在一个物种遇到的至少一个环境中通常是有害的。相比之下，同义变化可能始终是坏的或中性的。这意味着从长远来看，非同义突变很少被保留，但始终是中性的同义变化可以持续存在。Shen及其同事的研究应该推动研究人员评估关于分子进化的长期假设。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04823-w

七月： 沉积物研究发现热带冰川的脉搏

Rodbell及其同事表明，在近70万年的时间内，热带安第斯山脉冰川变化的时间与高纬度地区的时间惊人地相似。在过去一个多世纪的时间里，为应对工业时代的变暖，全球高山冰川的退缩是持续气候变化的标志性证明。同样，冰川过去也曾敏感地监测过气候变化。为了获得热带冰川的长期记录，作者从位于秘鲁安第斯山脉的东西山脉之间胡宁湖（如图）中提取了一个令人印象深刻的95米长的沉积物岩心。这些数据表明，冰川衍生的沉积物进入了湖盆。从作者的创新记录中可以清楚地看出，任何解释驱动冰河时代气候周期的假设都必须考虑到热带安第斯山脉冰川期的近乎同时性，以及两极半球高纬度地区的冰川和气候变化。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04873-0

八月： 磁性柔软但机械坚韧的合金

软磁材料在施加弱磁场时容易磁化，当磁场被移除或稍微反转时容易退磁。这些材料的一个关键特性是矫顽力，它量化了完全退磁所需的反向磁场强度——矫顽力必须低，以减少应用中的能量损失。对于某些应用，软磁材料还必须坚固、延展和坚韧。然而，机械性能和软磁性能通常呈负相关，因此必须在低矫顽力和高机械强度之间达成折衷。中南大学李志明教授与德国马普所Dierk Raabe教授等研究人员合作，在国际顶尖学术期刊 《Nature》上发表了题为“A mechanically strong and ductile soft magnet with extremely low coercivity”的研究论文，报道了一种具有高机械强度、高拉伸延展性、低矫顽力、中等饱和磁化强度和高电阻率的多组元软磁合金，为解决金属材料机械性能与软磁性能之间的矛盾提供了重要思路。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04935-3

九月：在固体催化剂中观察到协同位点

全球生产的化学品中有80%以上是使用固体催化剂（在该领域称为非均相催化剂）制造的，这些催化剂很容易与流体状态下形成的产品分离。然而，一些重要的工业过程仍然使用可溶性（均相）催化剂，因为可用的最佳非均相催化剂不会促进形成具有足够高选择性的所需产品用于商业应用。Ro等人报告了一种固体催化剂，可能会改变广泛使用的工业过程的这种情况。催化剂涉及两种类型的活性位点，它们可以促进催化循环中的不同步骤，并共定位以形成称为对位点的孤立对。与具有非成对位点结构的催化剂相比，该催化剂提高了反应速率和产物选择性，这是活性位点协同协同工作的结果。由于这些配对位点的结构定义明确且相对简单，Ro等人 能够通过将实验动力学数据与计算建模相关联来推断催化机理。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05075-4

十月：尼安德特人家庭的第一幅基因组肖像

Skov等人对在北亚Chagyrskaya Cave（如图）发现的11名尼安德特人的骨骼以及附近Okladnikov洞穴的2个人的骨骼进行了DNA测序。这是一个重要的数据里程碑，证明了该研究小组带头的古代DNA提取和分离的持续改进。但这项工作特别引人注目的是，测序的个体并没有广泛分散在尼安德特人存在的广阔范围内，而是集中在特定的时间和空间点，从而提供了一个家庭群体的第一个快照。Chagyrskaya基因组包含近亲繁殖的特征，一个悬而未决的问题是，这种近亲繁殖水平是尼安德特人的共同困境，还是在地理极端隔离的种群的特定特征。Chagyrskaya洞穴和欧亚大陆的其他遗址还有更多的秘密可以产生。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05283-y

十一月：障碍不一定阻碍合作

从政治异议到晶体中的杂质，直觉告诉我们缺陷可以破坏秩序。陈等.报告如果人或粒子处于活动状态，则情况并非如此。在这种制度中，只要积极行动者在当地使其行为与邻国的行为保持一致，就可以保持合作。然而，有一个问题，即这些结果仅适用于密度非常高的系统。这意味着一群躲避树木的角马只有在个体足够紧密的情况下才能建立远程秩序，几乎到了被挤在一起的地步。这项研究最有趣的结果之一是，可以设计障碍，以实际加强合作。这些信息将为工程师提供设计使用活性剂在宏观尺度上可靠执行的材料的标准。

原文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.188004

十二月：疟疾寄生虫如何变成雄性

原生动物寄生虫恶性疟原虫是造成绝大多数人类疟疾病例和死亡的原因。其复杂的生命周期仅涉及两个发育决策点。首先是继续无性复制的循环，还是分化成有性形式，称为配子细胞，使人与蚊子之间的传播成为可能。第二个是配子细胞发育为雄性还是雌性形式（图中的中央粉红色细胞是雄性配子细胞）。Gomes等人揭示了一个长期存在的关于雄性性别如何确定的谜团。作者表明，几种类型的RNA是由md1基因组区域制成的。信使RNA的全长“感觉”版本的表达导致Md1蛋白的产生，并导致雄性性别决定。不产生蛋白质并从相反的DNA链转录而来的RNA的表达与发育为雌性特别相关。

原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05509-z

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文章原文链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-022-04429-2

来源：高分子科学前沿

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