Nature作為國際頂尖的科學(xué)期刊，每年都會推選出十篇年度最具科學(xué)意義的論文。
近日，Nature發(fā)布了2019年度十佳論文，其中8篇來自Nature，1篇來自PNAS、一篇來自Science Robotics。
特別值得一提的是，Nature2019年度十佳中，華人學(xué)者表現(xiàn)十分亮眼，復(fù)旦大學(xué)、中科院上海有機(jī)所，Broad研究所劉如謙（David R. Liu）各貢獻(xiàn)一篇，臺大醫(yī)院、廣西婦幼保健院共同參與一篇，共計(jì)4篇！
一起來看看：
1、吃“魚”解決微量營養(yǎng)素缺乏問題
據(jù)估計(jì)，微量營養(yǎng)素缺乏每年導(dǎo)致100萬人過早死亡，對某些國家來說，這可能會降低其國內(nèi)生產(chǎn)總值高達(dá)11%，更加凸顯糧食政策的重點(diǎn)是改善營養(yǎng)，而不是簡單地增加糧食產(chǎn)量。人們從各種各樣的食物中獲得營養(yǎng)，但魚類可為人類提供豐富的微量營養(yǎng)素卻常常被忽視。本文利用超過350種海洋魚類中7種營養(yǎng)物質(zhì)（鈣、鐵、硒、鋅、維生素A、ω-3脂肪酸和蛋白質(zhì)）的濃度，環(huán)境和生態(tài)特征來預(yù)測海洋鰭類魚類的營養(yǎng)含量，結(jié)果如下：
文章研究結(jié)果確定了目前世界范圍內(nèi)漁業(yè)漁獲物中營養(yǎng)物質(zhì)的分布情況，部分高捕獲量地區(qū)即使降低捕獲量也不會影響當(dāng)?shù)貭I養(yǎng)狀況。多數(shù)地區(qū)，作為食物來源，魚類來得更加實(shí)惠，且對環(huán)境影響較小，漁業(yè)營養(yǎng)與其他動物性營養(yǎng)供應(yīng)是相當(dāng)?shù)模?/strong>漁業(yè)應(yīng)成為糧食和營養(yǎng)的核心組成部分。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1592-62、亨廷頓舞蹈癥潛在新藥獲重大突破！中國科學(xué)家發(fā)明神奇“小分子膠水”
復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魯伯塤與丁澦課題組和復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光科學(xué)與工程系費(fèi)義艷課題組等多學(xué)科團(tuán)隊(duì)通力合作，開創(chuàng)性地提出基于自噬小體綁定化合物（ATTEC）的藥物研發(fā)原創(chuàng)概念，并巧妙地通過基于化合物芯片和前沿光學(xué)方法的篩選，發(fā)現(xiàn)了特異性降低亨廷頓病致病蛋白的小分子化合物，有望為亨廷頓病的臨床治療帶來新曙光。
亨廷頓癥是由亨廷頓蛋白(HTT)中一段異常長的谷氨酰胺氨基酸殘基引起的。細(xì)胞通過自噬降解突變體亨廷頓蛋白(MHTT)，這是一種由自噬體介導(dǎo)的蛋白吞噬清除機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)存在一種化合物，它既可以與突變的多聚谷氨酰胺束結(jié)合，又能與存在于自噬體中的LC3B蛋白相互作用，介導(dǎo)兩者相互作用，并最終導(dǎo)致MHTT被自噬體吞噬，增強(qiáng)細(xì)胞對MHTT的清除能力。
研究者通過小分子篩選尋找這種化合物，并利用野生型HTT進(jìn)行反向篩選，從而獲得只與MHTT特異性結(jié)合（與正常HTT無相互作用）的化合物。最終，他們發(fā)現(xiàn)了并證明四種化合物可以有效改善三種亨廷頓氏舞蹈癥動物模型的患病癥狀。此外，研究者還表明這種治療策略也可能對其他涉及多聚谷氨酰胺束的疾病有療效。
總的來說，該研究開創(chuàng)性地提出基于自噬小體綁定化合物（ATTEC）的藥物研發(fā)原創(chuàng)概念，并巧妙地通過基于化合物芯片和前沿光學(xué)方法的篩選，發(fā)現(xiàn)了特異性降低亨廷頓病致病蛋白的小分子化合物，有望為亨廷頓病的臨床治療帶來新曙光。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1722-1
3、馬頭魚尾怪：海王星最小的新衛(wèi)星
旅行者2號航天器在1989年飛掠海王星時(shí)發(fā)現(xiàn)有六顆內(nèi)衛(wèi)星繞其運(yùn)行。據(jù)信，這些內(nèi)衛(wèi)星都比海王星年輕，形成于海王星捕獲其最大的衛(wèi)星崔頓（Triton，海衛(wèi)一）后不久。每顆內(nèi)衛(wèi)星都可能曾受到彗星撞擊而受損。
美國SETI（地外智慧生物搜尋）協(xié)會的Mark Showalter及其同事使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡研究海王星的內(nèi)衛(wèi)星和環(huán)，發(fā)現(xiàn)了旅行者2號飛掠海王星時(shí)未觀測到的第七顆內(nèi)衛(wèi)星。這意味著海王星總共有14顆衛(wèi)星。這一發(fā)現(xiàn)是通過特殊的圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)使得作者能夠不受海王星內(nèi)衛(wèi)星高速運(yùn)行的影響進(jìn)行重點(diǎn)觀測。
2004-2016年探測到的“馬頭魚尾怪”
這顆新衛(wèi)星被命名為“馬頭魚尾怪”——希臘神話中的一種海怪。它是海王星最小的衛(wèi)星，平均直徑約34千米！榜R頭魚尾怪”的軌道靠近普羅透斯（Proteus，海衛(wèi)八）——最大最外層的內(nèi)衛(wèi)星。作者認(rèn)為“馬頭魚尾怪”可能是由普羅透斯被一顆大型彗星撞擊后噴射的碎片形成的。作者總結(jié)表示，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步印證了這樣一種觀點(diǎn)：海王星內(nèi)衛(wèi)星的形成受到了無數(shù)次撞擊的影響。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-0909-9參考資料：Nature自然科研
4、科學(xué)家可能找到了接近室溫的超導(dǎo)體材料
超導(dǎo)可以以100％的效率傳輸電能，在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛用途。然而，超導(dǎo)狀態(tài)僅存在于遠(yuǎn)低于室溫（295開爾文）的溫度下，導(dǎo)致這些應(yīng)用受到了阻礙。一個(gè)世紀(jì)以來，全球科研人員一直在尋求能夠?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)的材料，以在沒有損失的情況下輸送電流。德國馬普化學(xué)所Drozdov團(tuán)隊(duì)報(bào)道了當(dāng)壓力壓縮到地球大氣壓超過一百萬倍時(shí)，氫化鑭化合物在250 K時(shí)就變成超導(dǎo)體，這是目前已知的最接近室溫的超導(dǎo)體。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1201-8參考資料：納米人
5、《自然》重磅：“超越CRISPR”，劉如謙開發(fā)新型編輯器，有望治療大部分遺傳。
作者將Cas9酶和逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合起來使用。所得的分子機(jī)器和工程向?qū)NA結(jié)合在一起后，既能搜索特定DNA位點(diǎn)，又能直接讓包含了預(yù)期編輯的新遺傳信息替換靶DNA序列。
與堿基編輯相比，Prime 編輯提供了效率和產(chǎn)品純度方面的優(yōu)勢；與堿基編輯相比，具有互補(bǔ)的優(yōu)勢和劣勢，并且在已知 Cas9 脫靶位點(diǎn)處的脫靶編輯比 Cas9 核酸酶低得多。Prime 編輯大大擴(kuò)展了基因組編輯的范圍和能力，并且原則上可以糾正約 89％的已知致病性人類遺傳變異。
Nature 雜志評論這一技術(shù)是“超精確的新型基因編輯工具”， Science 雜志評論它是“超越CRISPR”的重大突破，哈佛大學(xué)教授，CRISPR先驅(qū)喬治·丘奇（George Church）盛贊這一成果：“朝著正確方向邁出的一大步”。
6、全球變暖“腳步”加快？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)格陵蘭島冰川下或有甲烷逃離
格陵蘭冰蓋是世界第二大冰蓋，面積1,833,900平方公里。由于全球氣候變暖，格陵蘭冰蓋正處于融化過程中。2016年，一項(xiàng)研究顯示從2003年到2013年，該地區(qū)的冰融化了將近2.7萬億噸。該論文作者指出，格陵蘭島每年融化的冰比原先估計(jì)的多180億噸，相當(dāng)于5萬座帝國大廈的重量。2018年，英國《每日郵報(bào)》報(bào)道稱，格陵蘭島的冰蓋正在以前所未有的速度融化，僅20世紀(jì)以來，融水就增加了30%。研究人員稱，格陵蘭島冰蓋的融化速度已經(jīng)達(dá)到了極速，且其冰流失是導(dǎo)致海平面上升的主要因素之一。
英國一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，格陵蘭島一600平方公里的區(qū)域在融化期至少釋放了6噸甲烷。眾所周知甲烷和二氧化碳都是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)。?jù)分析顯示，同等質(zhì)量的兩者，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的25倍。如果全球溫度持續(xù)升高，南北極冰山將大幅度融化，海平面將大大上升，一些島嶼和沿海城市可能將被淹沒。因此，格陵蘭冰蓋融化現(xiàn)象應(yīng)該再次引起我們高度關(guān)注。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0800-0參考資料：中國綠發(fā)會
7、改寫教科書！父親線粒體DNA也能夠傳遞給子女
美國辛辛那提兒童醫(yī)學(xué)中心、臺大醫(yī)院、中國廣西婦幼保健院、貝勒醫(yī)學(xué)院和梅奧診所的研究人員在PNAS上發(fā)表了題為：Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans 的論文，發(fā)現(xiàn)在極少數(shù)情況下，人類線粒體DNA可以遺傳自父親，而不僅僅是母親。
真核生物(如動物、植物和真菌)的DNA存在在細(xì)胞中兩個(gè)地方：細(xì)胞核和線粒體。正常個(gè)體中，線粒體DNA（mtDNA）分子在序列上是相同的，然而，在患有mtDNA突變并導(dǎo)致疾病的人群中，正常和突變的mtDNA分子通常在一個(gè)細(xì)胞中共存，這種情況稱為異質(zhì)性。
線粒體DNA一直被認(rèn)為完全來自母親的卵細(xì)胞，沒有父源的貢獻(xiàn)，但是Luo等人挑戰(zhàn)了這一教條，他們發(fā)現(xiàn)有三個(gè)家族的線粒體異質(zhì)性正是由雙親線粒體遺傳引起的。
先前的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬，一種細(xì)胞吞噬消化自身線粒體的現(xiàn)象，在選擇性消除父系線粒體中起重要作用。因此，該論文通過研究指出這些罕見的父系mtDNA傳遞可能是由于線粒體更替缺陷所導(dǎo)致。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/115/51/13039
8、用AI教會四足機(jī)器人ANYmal快速爬起
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院在《Science Robotics》上面發(fā)表了一篇關(guān)于訓(xùn)練四足機(jī)器人ANYmal的文章，詳細(xì)闡述了用深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練ANYmal的結(jié)果。研究人員稱，他們應(yīng)用了強(qiáng)化學(xué)習(xí)的相對較新的方法，先為系統(tǒng)設(shè)定目標(biāo)，然后為其提供一種測試實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的方法，在達(dá)到基準(zhǔn)時(shí)不斷改進(jìn)。測試一遍又一遍地進(jìn)行，有時(shí)數(shù)千次，直到它正確為止。
在反復(fù)訓(xùn)練之下，ANYmal不僅自身平衡能力更穩(wěn)定。在被暴力踹倒之后，還能能立刻翻轉(zhuǎn)并站立起來，動作也像極了真實(shí)小狗的動作。
另外，由于真實(shí)實(shí)驗(yàn)太過浪費(fèi)時(shí)間，研究人員還開發(fā)了一種仿真模式。他們在電腦里仿真出ANYmal的虛擬版本，由于虛擬版本可以同時(shí)訓(xùn)練多只ANYmal，研究人員稱，這種虛擬的學(xué)習(xí)速度是現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)速度的1000倍。他們先讓虛擬狗自己訓(xùn)練11個(gè)小時(shí)，再將結(jié)果下載到屋里機(jī)器人身上，效果可以說非常顯著。
論文鏈接：https://doi.org/10.1126/scirobotics.aau5872參考資料：機(jī)器人大講堂
9、上海有機(jī)所董佳家《Nature》：源于“意外”的點(diǎn)擊化學(xué)新突破
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)氟化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董佳家研究員課題組在尋找新的SuFEx反應(yīng)砌塊的過程中，意外發(fā)現(xiàn)一種安全，高效合成罕見的硫（VI）氟類無機(jī)化合物FSO2N3（氟磺；B氮）的方法，他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)該化合物對于一級胺類化合物有極高的重氮轉(zhuǎn)移反應(yīng)活性和選擇性。該成果近日發(fā)表于《自然》。孟根屹，郭太杰，馬天成是該文章的共同第一作者，董佳家研究員與K. Barry Sharpless教授為文章的共同通訊作者，上海有機(jī)所為本論文的唯一通訊單位。
級胺無疑是有機(jī)化學(xué)中多樣性最大，砌塊可得性最高的官能團(tuán)。在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，他們從大量可得的一級胺官能團(tuán)分子砌塊出發(fā)，在96孔板內(nèi)直接合成了對應(yīng)的疊氮砌塊庫（1224個(gè)），該化合物庫不需分離純化可以和任意給定端炔化合物進(jìn)一步在96孔板內(nèi)進(jìn)行環(huán)加成反應(yīng)（單人操作），進(jìn)而直接進(jìn)行功能篩選。在實(shí)現(xiàn)了砌塊的極大多樣性和鏈接的高度可預(yù)測性的前提下，建立了高度可預(yù)測的高通量合成模式。（圖：模塊化的點(diǎn)擊化合物庫方法）他們將這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的，F(xiàn)SO2N3與一級胺類化合物的重氮轉(zhuǎn)移反應(yīng)稱為第三個(gè)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，把該過程命名為模塊化的點(diǎn)擊化合物庫方法。該方法除了能夠和已知組合化學(xué)方法例如DNA編碼化合物庫方法兼容之外，相比于之前的組合化合物庫方法，該模式有幾個(gè)突出特點(diǎn)：化合物庫不以混合物的形式展示，可以直接應(yīng)用于生物功能的表型篩選；由于點(diǎn)擊反應(yīng)的正交性和反應(yīng)條件的生物相容性，可改造的前體分子范圍極大；該過程對于不同結(jié)構(gòu)的底物反應(yīng)條件歸一化，不需要分離純化過程直接進(jìn)行功能分子的篩選；流程簡單，確證后的目標(biāo)分子可以在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行克級規(guī)模以上的放大，迅速推進(jìn)。這些特點(diǎn)使得該方法可進(jìn)行低成本的復(fù)制。
模塊化的點(diǎn)擊化合物庫方法
在上海有機(jī)所的大力支持下，目前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將一級胺砌塊的數(shù)量推進(jìn)至5000個(gè)以上。董佳家研究員認(rèn)為：“基于這種模塊化的合成方式，短時(shí)間內(nèi)對于給定藥物小分子或者大分子砌塊進(jìn)行萬次以上的改造是可行的，合成效率的提高對于藥物先導(dǎo)分子的發(fā)現(xiàn)將起到直接的作用。”論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1589-1
10、菲律賓發(fā)現(xiàn)全新古人類物種“呂宋人”
科學(xué)家2007年至2015年在呂宋島北部一個(gè)洞穴先后發(fā)現(xiàn)“先前不知道的人種”的7顆牙齒化石以及6塊足骨、手骨和腿骨化石。它們屬于至少三個(gè)個(gè)體。對這些化石的分析顯示,它們距今至少5萬年至6.7萬年。科學(xué)家把這個(gè)人種命名為“呂宋人”，推測他們吃肉，使用石制工具，體型較小。
Détroit等報(bào)道一種新的未知的人類親屬的非凡發(fā)現(xiàn)，這無疑會引發(fā)大量的科學(xué)辯論。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的物種在菲律賓被發(fā)現(xiàn)并命名為Homo luzonensis，亞洲有關(guān)人類進(jìn)化的認(rèn)知在迅速變化，迫使人們重新審視關(guān)于早期人類從非洲擴(kuò)散歐亞大陸的想法。Homo luzonensis的發(fā)現(xiàn)提供了更多的證據(jù)表明，直立人可能不是唯一的全球早期人類。
在Homo luzonensis中觀察到的有趣的混合性特征引發(fā)了有關(guān)該物種的祖先及其與其他人類親屬的關(guān)系的問題。這項(xiàng)研究報(bào)道十分具有意義，使得我們在亞洲人進(jìn)化的研究變得更加混亂，更復(fù)雜且更為有趣。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1067-9
參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03834-4
- Nature Communication: 流體動力元件研究進(jìn)展！浙大楊華勇院士/徐兵教授團(tuán)隊(duì)與大連理工孫希明教授團(tuán)隊(duì)，研發(fā)“電液動力芯片” 2025-02-12
- 清華大學(xué)唐軍旺教授團(tuán)隊(duì) Nature：聚合物分子內(nèi)結(jié)驅(qū)動光催化甲烷轉(zhuǎn)化 2025-01-21
- 哈工大何思斯/浙大范修林 Nature子刊：未來電池新方向 - 綠色環(huán)保的柔性全聚合物水系電池，讓能源“用得久”、設(shè)備“穿得起” 2024-12-16
- 華南理工聚合物太陽能電池入選2012年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展” 2013-03-13
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