Nature年度十大傑出論文公布：機器狗演算法、近室溫超導等入選，復旦中科院上榜
- 2019 年 12 月 19 日
- 筆記
2019年即將過去，回顧這一年，由哪些科學研究進展令大眾印象深刻，或者是令學界為之振奮？
最近，Nature雜誌公布了去年發表的十篇傑出論文，其中每一條都與我們息息相關，涵蓋了天文、環境、物理、化學、醫學等各個領域的突破性進展。
其中為我們所熟知的研究有：機器狗學習演算法、接近室溫超導體的發現、精確編輯基因、人類近親等等。下面就讓我們來看看這十項重要的研究。
吃不到魚，營養不良
魚類體內，盛產人體需要的微量元素，這些養分有助於預防營養缺乏症。
科學家們為43個國家和地區，畫出了367種漁獲物當中的養分和這類疾病流行情況之間的關係圖。
結果發現，有些發展中國家的漁獲量，應該能夠滿足人口的需求，但在許多熱帶的發展中國家，很大一部分的漁獲物是被出口，或是被加工當做魚飼料了。
當地漁業中，有許多原本為區域市場提供產品的，現在改成生產魚飼料，為養殖魚供貨了。
雖然，一般都認為養殖魚不會像捕魚那樣讓魚遭受太大的痛苦。但是魚飼料還是捕來的魚，比如沙丁魚。而且養殖魚很多都是銷往高收入的國家和地區，當地的低收入人群能吃到的魚就更少了。
所以，在考慮「我們應該吃什麼樣的魚」的時候，也該對「我們」這個概念有個更廣闊的認識了。Hicks團隊指出了一個方向，就是應該關注人們到底能不能吃到魚，這樣來預防微量元素缺乏的情況。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1592-6
亨廷頓舞蹈病有了新療法
亨廷頓舞蹈病，是亨廷頓蛋白 (HTT) 當中，谷氨醯胺氨基酸的殘基 (Residues) 異常拉伸引起的。
來自復旦大學的科學家們關注到一種可以利用的機制：細胞通過自噬過程來降解突變後的亨廷頓蛋白(mHTT) 引起的，這是一種清理機制，它依靠一種叫做自噬小體的囊泡，來吞噬蛋白質。
於是提出了一種假設：如果一種化合物，既和突變型多聚谷氨醯胺束 (Polyglutamine Tract) 結合，也和LC3B蛋白質結合，它就可以令突變的亨廷頓蛋白被吞噬，增強清理效果。
科學家們做了小分子篩選，來找出這樣的化合物；然後用了野生型HTT做了反篩選，淘汰那些和正常蛋白也綁定的化合物。
最終，團隊找到了4種化合物，能夠改善亨廷頓舞蹈病患者的病情。
而除了亨廷頓舞蹈病，其他涉及多聚谷氨醯胺擴展的疾病，也可能用這種方法打開突破口。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1722-1
海王星又有一顆衛星被發現
△海王星
1989年，NASA旅行者2號，發現了海王星的6顆衛星。它們都在海王星最大的那顆衛星的軌道之內，屬於內衛星
如今，Showalter團隊又正式發現了第七顆內衛星，命名為Hippocamp。
一開始是叫做S/2004 N 1，以及海王星14，這顆衛星其實在2004-2005年之間以及2009那年都被NASA的哈勃望遠鏡拍下來過。
Showalter如今測算了它的大小和軌道。這顆衛星的寬度只有34千米，和兄弟姐妹比起來顯得很小，它是在海王星第二大的衛星Proteus內部運轉的。
因為它和Proteus的關係，也因為它們兩個在海王星內部系統里的角色，這一次發現非常讓人著迷。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1722-1
接近室溫的超導
超導體，就是傳遞電能的效率達到100%的材料。應用廣泛，比如醫院裡的核磁共振。
可超導存在的溫度遠遠低於室溫，所以應用條件受到了嚴格限制。
Drozdov團隊報告了幾個關鍵結果，證實當壓強達到100萬個地球大氣壓強的時候，各種富含氫的氫化鑭們能在250 K，也就是零下20度左右時變成超導體。
離室溫的295K已經沒有那麼遙遠了。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1201-8
CRISPR精確編輯基因
過去的在基因編輯工具受到複雜細胞過程的影響，其效率和精度似乎都受到了根本的限制。
來自哈佛大學的研究發現，CRISPR這個「搜索和替換」工具，已經可以精確地編輯基因。
在這個過程中，RNA嚮導的「搜索」部分將Cas9蛋白導向DNA靶標中的特定序列，切割兩條DNA鏈中的一條。
然後，逆轉錄酶會產生與引導被替換部分DNA序列的互補工作，並將其安裝在切割末端處，以取代原始DNA序列。
DNA修復後可以產生完全編輯的雙鏈體，幾乎完全避免了之前不完美的編輯。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4
冰蓋下的甲烷釋放
冰川和冰蓋下的沉積物蘊藏著碳化合物，在某些條件下可轉化為甲烷這種溫室氣體。
來自英國布里斯託大學的研究者，直接測量了夏季從格陵蘭冰原的陸地冰川中排出的甲烷。釋放到大氣中的甲烷數量與其他陸地河流相當。因此，冰下沉積物可以作為甲烷的局部來源，從而證實了其他研究的結果。
這項研究說明。我們的行星冰冷地帶是如何以意想不到且可能重要的方式，與周圍的地球系統相互作用。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-018-0800-0
父系線粒體DNA也能遺傳
關於父系線粒體DNA（mtDNA）的傳播是否可以與母系mtDNA的傳播共存存在很多爭議，通常的觀點認為，線粒體和mtDNA僅從母親處遺傳。
真核生物（例如動物，植物和真菌）的DNA存儲在兩個細胞區室：細胞核和線粒體細胞器中。健康人的線粒體DNA（mtDNA）分子基本相同。但是，在患有由mtDNA突變引起的疾病的人中，正常的和突變的mtDNA分子通常共存於單個細胞中，這種情況稱為異質性。
線粒體DNA被認為僅來源於母親的卵細胞，沒有父親貢獻，但是Luo等人顛覆了這一認知，確定由雙親線粒體遺傳引起的mtDNA異質性的三種情況。先前的研究表明，線粒體吞噬是細胞「吃掉」自身線粒體的過程，在選擇性消除父體線粒體中起一定作用。因此，父系mtDNA傳播的這些罕見情況可能歸因於線粒體更新不足。
論文地址： https://doi.org/10.1073/pnas.1810946115
奔跑的機器狗
眾所周知，機器人的步態運動和手動靈活性差。即使是在模擬中表現出色的機器人，經過看似很小的物理障礙時，也會被絆倒。
Hwangbo等人在Science Robotics發表的論文指出，用數據驅動的方法設計機器人軟體，可以提高機器人的運動技能。
他們使用ANYmal機器狗演示了他們的方法：這隻四足機器人能夠精確且節能地遵循身體動作命令，並且比以前更快地運行。
論文地址： https://robotics.sciencemag.org/content/4/26/eaau5872
「雙擊」化學反應
銅催化的反應，又叫做CuAAC，是點擊化學的典型代表。
如果反應又操作簡單，又高產，又可以應用於許多化合物，但選擇性極高 (Exceptionally Selective) ，就是說發生反應的基團只能在彼此之間反應——這樣的反應就叫做點擊化學。
CuAAC反應應用很廣泛，但如果能夠應用在疊氮化物 (有N3基團) 上就更好了，應用範圍就會更廣。
如今，中科院Meng團隊發現，FSO2N幾乎可以與任何一級胺 (帶有NH2基團) 反應，並且產率接近100%。
於是，團隊造出了一個擁有1224個疊氮化物的庫。庫裡面的化學反應，速度、廣泛程度以及效率都達到了點擊化學的標準。此外，製備出的溶液可以直接用來做CuAAC反應。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1589-1
亞洲發現了人類近親物種
這一篇是讀者評選的結果。
Détroit團隊，在菲律賓發現了人類的近親物種，並命名為Homo luzonensis (呂宋人) 。
關於亞洲人類進化的知識日新月異，這就迫使學界重新審視「亞洲人是從非洲遷移到亞洲大陸」的舊觀念。這次發現，將引發科學界的大量辯論。
因為，這次發現的證據表示，直立人可能不是唯一踏遍地球的早期人類。
人類的基因進化路線，可能比我們原本想像得更加複雜，更加有趣。
論文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-019-1067-9
