新华社二月国外科技新动态汇总（七）

2018-2-19 青野云麓

 “再生能力”背后的遗传学基础揭示

英国《自然》杂志近日发表了两篇基因学论文，欧洲两组团队分别报告了美西螈和真涡虫的基因组，揭示了神秘“再生能力”背后的遗传学基础。其中美西螈的320亿个碱基对，是目前组装出的最大基因组。

　　美西螈全部肢体都可以再生，而真涡虫甚至可以在被切成碎块后，重新长出整个身体。研究人员一直都想彻底了解这其中的奥秘，弄清这种人类不具备的“再生能力”背后根本的遗传机制。

此次，奥地利分子病理学研究所的科学家团队测序了美西螈的基因组，它含有320亿个碱基对，是人类基因组的10倍，也是目前组装出的最大基因组。研究人员将那些在再生肢体细胞中表达较丰富的基因和miRNA序列标记为进一步研究的目标，并且发现，美西螈缺少Pax3基因——一种对许多其它动物的发育至关重要的基因。

　德国马普学会分子细胞生物学和遗传学研究所的团队则测序了真涡虫的基因组，它含有约8亿碱基对。真涡虫的基因组中缺少大约124种对人类和小鼠至关重要的基因，包括参与DNA修复的基因以及帮助染色体在细胞分裂期间正确分离的基因。

美西螈和真涡虫的基因组都包含高水平的重复DNA序列，因而很难进行对其分析。科学家采用了一种新的计算方法，并结合长读长测序手段，改进了基因组组装。现在已知其某些重复序列参与到了胚胎发育和干细胞活动当中，它们是否就是美西螈和真涡虫身上神奇能力的关键，正是研究人员下一步研究的重点。

迄今最薄镜子仅一个原子厚

据美国趣味科学网站近日报道，两个独立的科研团队分别研制出了迄今最纤薄的镜子——仅一个原子厚的硒化钼(MoSe2)薄片，这一工程学上的奇迹将物理世界的极限向前推进了一步。研究人员表示，这种纤薄的镜子可用于研制非常小的专用传感器，以及使用激光传输信息的计算机芯片。

美国哈佛大学和瑞士苏黎世量子电子学研究所的科学家在各自的实验中，都研制出了此类镜子。尽管这些镜子的厚度接近物体可能达到的最小厚度，但它们能反射的入射光很多——哈佛大学团队的镜子置于一个硅基座上，能反射85%的入射光;瑞士团队的镜子置于氧化硅基座上，能反射41%的入射光。两种镜子反射的光都为780纳米范围内深红色的光。

　科学家们解释称，猛烈撞击原子内的一个质子或光粒子，电子很可能从能级低的轨道跃迁到能级高的轨道，如此一来，电场内会形成一个电子—空穴对。当受到某些波长的光照射时，MoSe2周围的电子很有可能也会跃迁。电子带负电，而原子核内的质子带正电，因此，这些电子—空穴对会从质子那儿汲取正电荷，使空穴的“行为举止”有点像粒子。附近带负电的电子会吸引这些“虚假”粒子，并在某些情况下，与其配对形成名为激子的量子力学物体。这些激子本身会释放光，与入射光相互作用并按照其入射的方式将其送回。如此一来，这些MoSe2薄片就能像镜子一样工作。

　　研究人员表示，施加到MoSe2薄片上的电压不同，其反射能力也会随之波动，而且这种效应发生得非常快，因此有望应用于需要高速计算的领域。

最新研究发表于《物理评论快报》杂志。

线粒体疾病发病机理阐明

日本熊本大学魏范研准教授、东京大学铃木勉教授的研究小组最新研究发现，一种被称作牛磺酸的功能性氨基酸在线粒体内外蛋白质的生产和保质中具有重要作用，实验表明，通过特定的化学物质维持蛋白质质量，可以改善线粒体疾病的症状。

线粒体是真核细胞内的“能量制造工厂”，其中含有数千种蛋白质，维持着线粒体的各种功能。如果编码这些蛋白质的遗传基因发生变异，就会出现中枢神经或各种脏器异常的线粒体疾病。线粒体疾病目前没有有效治疗药物，发病频度为10万人中约9人至15人，幼儿发病较多。线粒体疾病有各种类型，以MELAS和MERRF线粒体脑肌病居多，症状表现为全身肌无力及心脏机能低下，大部分患者数年后死亡。

　迄今为止，MELAS和MERRF的发病机理不明，有报告指出牛磺酸参与其中。之前研究发现，MELAS和MERRF患者中牛磺酸与tRNA结合低下，但不了解牛磺酸功能下降为何会诱发严重疾病。

研究小组此次利用质量分析法和基因工程学等先进方法发现，牛磺酸在线粒体的蛋白质合成中不可或缺。使用牛磺酸功能低下的细胞和模型鼠进行的调查显示，线粒体中蛋白质的生产几乎停滞，线粒体功能和结构受到破坏。由此，细胞质生产并输送给线粒体的各种蛋白质失去方向，造成蛋白质的结构破坏，形成高毒性的凝聚体积蓄在细胞质。当让模型鼠服用抑制凝聚体积蓄、减轻牛磺酸功能低下的化合物之后，凝聚体毒性下降，线粒体病症状有所缓和。

非洲外发现最古老现代人化石

在非洲以外发现的最古老现代人类化石表明，智人在距今18万年前可能已经扩散到阿拉伯半岛——这比之前认为的年代要早得多。在以色列的一个洞穴中发现的上颌和牙齿化石比该地区发现的其他人类化石至少早了5万年。但科学家表示，目前尚不清楚这些现代人究竟只是短暂的进入，还是更持久的物种扩张。

　　研究人员最初认为，大约20万年前，智人出现在东非，然后迁移到世界其他地方。过去10年的发现让科学家认为，大约6万年前，一小群人离开了非洲。而更早期旅行的痕迹则包括20世纪二三十年代在以色列发现的12万至8万年前的头骨和其他遗骸，这些迁徙大多以失败告终。

21世纪初，以色列海法大学考古学家及特拉维夫大学古人类学家Mina Weinstein-Evron开始了一个研究项目，挖掘了一系列的以色列洞穴。“我们称之为‘寻找最早的现代人类起源’。这就是我们正在寻找的。”Weinstein-Evron说。

　研究团队在2002年于米斯利亚洞穴(最高的迦密山洞穴)发现了颌骨碎片。该洞穴距离斯胡尔洞穴只有几公里远，后者在20世纪二三十年代发现了12万至8万年前的遗迹。通过使用几种不同的方法，研究小组估计，上颌和牙齿化石的年龄为距今19.4万至17.7万年。此前在非洲以外发现的最早现代人化石年龄估计介于距今12万年至9万年之间，这块化石将人类首次走出非洲的时间推前了至少约5.5万年。

　　参与研究的美国宾厄姆顿大学人类学教授罗尔夫·夸姆说，这是一个令人激动的发现，“提供了迄今最清晰的证据，表明我们的祖先离开非洲的时间比我们以前认为的要早得多”。

研究显示，这块化石所带的牙齿属于现代人牙齿尺寸最大之列，这些牙齿清楚显示了现代人类的生存模式和特征。

　研究团队成员、西班牙布尔戈斯国家人类进化研究中心古人类学家Maria Martinon-Torres表示，这些遗骸无疑属于现代人。Martinon-Torres说，这块牙齿化石的形状与现代人类和古代人类的形状相匹配。并且它们也缺乏典型的尼安德特人的特征，后者当时生活在欧亚大陆。

　　Huw Groucutt是英国牛津大学的考古学家，他说，这一测年结果看起来很靠谱，这块化石属于智人。但他说在以色列发现这块化石并不让人感到惊讶。Groucutt和同事之前曾说过，在中东其他地区发现的17万年前的石器看起来就像东非地区的智人使用的石器。

考古学证据显示，米斯利亚洞穴的居民能够猎取大型野生动物，并能使用火以及与非洲最早现代人类相似的石制工具。

　Hershkowitz表示，上颌和牙齿化石表明，早期的智人曾长期占领近东地区。“那是一个中央火车站。人们从一个大陆到另一个大陆，而这里一直被占据着。”Hershkowitz说，一旦到达那里，现代人可能会遇到尼安德特人，并与其进行繁衍。他指出，一项2017年进行的古代脱氧核糖核酸(DNA)研究表明，这种杂交在20万年前就发生了。

历史上的潮湿时期可能会吸引人类进入近东地区，但漫长的干旱期意味着“该地区可能更多是一个稳定的‘梦碎大道’，而非早期人类的天堂”。英国伦敦自然历史博物馆古人类学家Chris Stringer和Julia Galway-Witham在一篇文章中写道。

　纽约石溪大学考古学家John Shea说，这一化石可能表明，以色列和阿拉伯半岛的其他地区是一个与现代人进化有关的更大区域的一部分。他说：“出于地缘政治的原因，我们倾向于认为以色列是亚洲的一部分，但它实际上是北非和西亚之间的过渡地带。”

　　“很多非洲—阿拉伯的动物都生活在那里，或直到最近才消失”，包括美洲豹和斑马。Shea说，“智人只是另一个非洲—阿拉伯物种而已。”

　　中东地区是更新世时期人类迁徙的主要走廊。最新发现意味着当地古人类被现代人替代或基因渗入发生的时间比以前想象的要早。事实上，这块化石所显示的人类走出非洲时间与遗传学研究提示的时间较为接近。