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移植到成年大鼠体内后，人脑类器官对视觉刺激有反应
已有研究显示，人类大脑类器官可以与发育中的啮齿动物大脑结合。然而，这些类器官移植物能否在功能上与受损成年大脑的视觉系统相结合还有待探索。近日，发表于《细胞·干细胞》（Cell Stem Cell）的一项研究表明，实验室培养的神经元团块（大脑类器官）可以与大鼠的脑结合，并对视觉刺激作出反应。研究者在实验室培养了大约80天的人类干细胞来源的神经元，然后将它们移植到视觉皮层受损的成年大鼠的大脑中。在3个月内，移植的类器官已经与宿主的大脑融为一体：生成血管、神经元的大小和数量都在增长、发出神经元投射，并与宿主的神经元形成突触。研究小组利用荧光标记的病毒沿着突触跳跃，从一个神经元到另一个神经元，来检测和追踪类器官和宿主大鼠的脑细胞之间的物理连接。研究者发现，当动物暴露在闪烁的灯光和交替的白黑条带中时，类器官内的大量神经元对特定的光线方向做出了反应，这说明这些类器官神经元不仅能够与视觉系统整合，而且能够接受视觉皮层的特定功能。
· 动物行为学 ·
5个小时里观测到一个蚁群中所有的蚂蚁轨迹（图片来源：原论文）
过去科学家一直认为，蚂蚁在寻找未知位置的目标时，纯粹是随机行走。但近期发表在《交叉科学》（iScience）上的一项研究发现，有一种岩蚁并不是随机行走的，相反，它们的觅食行为是系统性搜索和随机寻找的结合。研究人员发现一种岩蚁Temnothorax rugatulus在探索巢穴周围区域时，表现出一种引人注目的、有规律的蜿蜒模式。他们将整个蚁群搬到了实验室，在那里他们可以很容易地在恒定的条件下自动跟踪所有蚂蚁。通过对比蚂蚁的轨迹与计算机模拟的随机行走模式，他们发现78%的蚂蚁在10毫米左右（约蚂蚁的3个体长）表现出显著的负自相关性。这意味着蚂蚁在一个方向上转弯之后，通常会在大约恒定的距离后，在相反方向上转弯。这种类似分形的结构可能使蚂蚁的搜索更有效率，因为昆虫既可以待在巢穴附近，又不用重复搜索相同的区域。研究人员表示，这项新研究首次在自由觅食的动物身上发现了通过有规律的漫步来有效搜索的证据，揭示了蚂蚁的一种复杂行为。蚂蚁在进化过程中解决了集体搜索的问题，这很可能有助于设计自动搜索机器人或无人机，用于搜索灾区或未开发的地区。
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用不锈钢球研磨普通的结晶冰会破坏其晶体结构，形成密度更大的新型冰。（图片来源：Alexander Rosu-Finsen、Christoph Salzmann）
水在结冰时，水分子会形成高度有序排列的晶体结构，这是地球上最常见的冰的形式。但在太空中，最常见的是无定形冰，即分子处于类似液体的无序排列结构。此前发现过两种无定形冰，低密度与高密度无定型冰，水的密度刚好处于二者之间。近日，发表在《科学》（Science）上的一项研究中，科学家通过球磨技术，制备出了与液态水密度相近的中密度无定形冰（MDA），颠覆了过往不存在中等密度无定形冰的认知。水蒸气在低于-150℃的超低温表面会形成低密度无定形冰，相似温度下高压压缩普通冰则会形成高密度无定形冰。与二者不同的是，中密度无定形冰是在-200℃的球磨机中，通过厘米级大小的不锈钢球以每秒摇晃约20次的频率研磨普通冰形成的。球磨机中的金属球会对冰施加剪切力，导致其分解成白色颗粒状粉末。通过X射线衍射，研究人员发现这种冰的结晶度被破坏，导致水分子呈无序排列，且密度与液态水相近。新型冰的发现不仅挑战了临界点处的水由高低两种密度的水构成的模型，也会影响我们对其他星球上水的理解。比如木卫二欧罗巴和土卫二的表面冰层如果收到潮汐力，就可能会通过相似的剪切过程形成中密度无定形冰。
昆虫在几乎所有生态系统中都扮演着至关重要的角色：它们为80%以上的植物授粉，是数千种脊椎动物的主要食物来源。目前，全球昆虫种群正在减少，而且往往被保护工作所忽视。例如，保护区可以保护许多脊椎动物免受主要的人为威胁，但对昆虫来说，其保护效果仍然未知。近日，发表于One Earth的一项研究发现，76%的昆虫物种没有被保护区充分覆盖。研究者叠加了全球生物多样性信息机构的物种分布数据与全球保护区地图，发现全球76%的昆虫物种未能获得保护区的有效保护，包括几种极度濒危的昆虫，如深红色夏威夷豆娘和脊甲虎蛾。此外，225个科内1876种昆虫的全球分布与保护区完全不重叠。研究者表示，即使生活在保护区内，也可能无法从这种“保护”中获益，需要采取更有效的措施来保护昆虫。
地杆菌响应电场产生的纳米线示意图。这些纳米线由细胞色素OmcZ构成，与OmcS构成的纳米线相比，导电率高出1000倍，刚度高3倍，这使细菌能传输超过其体积100倍的电子。（图片来源：Sibel Ebru Yalcin; Ella Maru Studio）过去的研究曾发现地杆菌（Geobacter）可以产生能高效导电的蛋白质纳米线结构，这使它们能够在无氧环境中传导电子，通过氧化还原反应获得能量。但是，细菌如何合成纳米线及其导电原理尚不清楚。近日，一项《自然·微生物学》（Nature Microbiology）上的研究解开了谜团。这些纳米线主要由细胞色素蛋白OmcZ组成。科学家通过高分辨率冷冻电镜，观察到纳米线的原子紧密堆积在一起，这使电子能够以极高的速度和稳定性流动。此外，海底噬甲烷细菌中也存在类似的结构。科学家还成功合成了纳米线，解释了细菌根据需要合成并组装纳米线的过程。这使对其导电性的进一步利用和研究成为可能。
基因表达的生物节律存在性别和年龄差异
生物钟在调控人体生理过程中扮演非常重要的角色。然而，人类基因表达层面的昼夜节律仍不明确。近日，一项发表在《科学》（Science）的研究表明，基因表达的昼夜节律在不同性别和年龄间差距很大。
研究者通过GTEx数据库，调查了900余人的转录组数据，分析了性别和年龄对昼夜节律的影响。首先，研究者对914名志愿者的基因进行RNA测序，并用时间性标志物标记不同组织，监测每位志愿者24小时内的转录组学特征，从而归纳了46种组织的基因表达节律。他们发现，24小时周期的昼夜节律在所有身体组织的基因表达中均存在，其中代谢性组织的节律最为明显，脑组织则最不明显。昼夜节律在不同个体中也有差异，如女性的节律性基因约为男性的两倍，肾上腺和肝组织的差异尤大；老年人的节律性基因更少，这或许与冠心病等心血管疾病相关。
撰文：韩佳桐、马一瑗、不周
编辑：不周、二七
图片来源：Unsplash
