世界一流科技期刊文章精選

2021-10-12 07:05
科學中國人·上半月 2021年5期
關鍵詞:測序基因組人臉識別

達到原子分辨率的冷凍電鏡技術

Nature封面:脫鐵鐵蛋白。Nature雜志第7832期封面文章報道了科學家利用單顆粒冷凍電鏡技術在原子分辨率上對蛋白質進行結構分析。第一篇文章里,Sjors Scheres、Radu Aricescu和同事利用新的電子源、能量過濾器和相機,報道了脫鐵鐵蛋白和GABA-A受體的結構——分辨率分別約為1.22埃和1.7埃。第二篇論文中,Holger Stark和同事利用一種新開發的冷凍電鏡技術,得到了分辨率約為1.24埃的脫鐵鐵蛋白結構。這兩種方法有望為冷凍電鏡技術將來更廣泛地應用在基于結構的藥物設計中鋪平道路。

演化模式

Nature封面:使用非寫實的數學圖形突出所使用的軟件,并創造出了該期論文所述部分測序物種的圖譜。Nature雜志第7833期封面文章報道了基因組測序研究進展。萬種鳥類基因組項目(Bird 10,000 Genomes Project)的張國捷等人比較了363個基因組(代表了逾90%的科級別鳥類),包括267個新測序的種。動物法則項目(Zoonomia Project)的Elinor Karlsson等人描述了他們對240個基因組的分析(代表了逾80%的科級別胎盤哺乳動物),包括122個新測序的種。為了分析這樣大規模的數據集,兩支團隊均使用了名為“Progressive Cactus”的新軟件。

人臉識別的真相

Nature封面:面對真相。Nature雜志第7834期特刊文章報道了人臉識別技術的能力和陷阱。長期以來,機場、邊境、智能手機等一直在使用人臉識別系統,但是這些系統觸及的公共和私人空間正在不斷擴大。該期特刊的第一篇“新聞特寫”考察了當前系統的不準確性和偏差。第二篇特寫對“智慧城市”一探究竟,關注了缺乏管理和監督會如何侵蝕公民自由。第三篇文章探討了對人臉識別研究日益增加的倫理擔憂。鑒于政府和機構都想利用這一急速發展的技術,該領域必須采取行動防止技術被濫用。

關于太陽碳氮氧循環產生中微子的實驗證據

Nature封面:意大利國家核物理研究所(INFN)格蘭薩索國家實驗室的博瑞西諾檢測器。Nature雜志第7835期封面文章報道了博瑞西諾合作組織(Borexino Collaboration)展示了關于太陽發生碳氮氧循環的首個直接實驗證據。太陽產生能量的主要方式是通過質子-質子鏈反應(proton–proton chain)將氫轉換成氦,但是有一小部分太陽能量被認為來自碳氮氧循環(CNO cycle)催化的次級聚變過程。新研究檢測到了因碳氮氧循環而發射出的中微子,據此證實了碳氮氧循環貢獻了大約1%的太陽能量,這有望為探索日核的元素構成帶來新方法。

全球變暖中的降溫

Science封面:一排建筑上懸掛的空調設備。Science雜志第6518期封面文章報道了隨著全球變暖,在不增加溫室氣體排放的情況下為了保持涼爽,新材料和新技術的研發正在路上。人們正在設計越來越多的材料和方法來改進技術,滿足數據中心和其他設施的溫度需求,并減少有害排放。蒸汽壓縮系統提供了大部分住宅和工業冷卻基礎設施。尋找替代品是當務之急,但需要在毒性、易燃性和低效率之間進行權衡。另一種方法是使用熱量物質。還有一種完全不同的冷卻策略是使用以紅外輻射形式調節熱量的材料。

控制單個分子在表面上遠距離運動

Science封面:當單個二溴三芴分子沿著銀表面按特定方向排列時,表現出了高度可移動性,并可以受控地在兩個尖銳的探針之間轉移。Science雜志第6519期封面文章報道了科學家利用掃描隧道顯微鏡實現了單個分子在表面上的長距離移動。單個DBTF分子在銀(111)表面以0.1埃的極高空間精度移動了150納米的距離。靜電效應的性質可以有選擇性地應用排斥力和引力來發送或接收單個分子。高控制允許我們精確地移動單個和特定的分子實體之間的兩個單獨的探針,為速度測量,從而在擴散和碰撞過程中實時研究單個分子的能量耗散。

個體雜合性研究與預測

Science封面:莫哈韋沙漠龜(Gopherus agassizii)。Science雜志第6520期封面文章報道了個體雜合性是這些烏龜易位成功的關鍵預測因子。為了最大限度地提高生存概率,標準做法是將動物從可能最接近的種群中移走,這些種群中可能包含可能有親緣關系的個體。文章研究分析了166只易位沙漠龜的基因組數據集,這些龜在20年的時間里要么存活下來,要么死亡。利用基因組數據來推斷易位龜的地理起源,發現個體雜合性可以預測龜的生存,而易位距離或地理起源單位則不能。因此,易位個體的生存可能性即雜合性。

解釋控制植物根系生長規則的模型

Science封面:兩種不同植物的根系,用紅色和藍色染料染成鮮切花。Science雜志第6521期封面文章報道了根染為植物對競爭反應的理論預測提供了實驗驗證,相鄰的植物在土壤空間中隔離它們的根系,但當有競爭者靠近時,它們會比單獨生長時生長出更多的根系。Ciro Cabal等人開發了一個基于博弈論的消費者-資源模型(consumer-resource model),以解釋控制根系生長的規則。植物根據相鄰植物和競爭植物的距離來調整它們根的生長方式和位置。說明了在靠近鄰近植物生長的情況下與在沒有競爭的情況下生長的根之間的差異。

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