原标题：生物学科技信息中国科学十大进展·野生动物病毒·睡眠减肥·基因改造·人工神经元·蛋白外壳·吃肉与癌症·最大细菌

　　摘自人民网2月28日报道，科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）发布2021年度中国科学十大进展，火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星等10项重大科学进展入选。

　　摘自中国新闻网2月18日报道， Science 杂志公布研究显示，美国国鸟白头海雕的处境比人们之前认为的更糟糕。调查中近半数白头海雕患有慢性铅中毒。

　　报道称，研究人员对全美38州1210只鹰的骨骼、羽毛、肝脏和血液中的铅含量，进行了测试。研究结果发现，其中46%的白头海雕患有慢性铅中毒。据介绍，铅是一种神经毒素，即使低剂量也会损害鹰的平衡和耐力，降低其飞行、狩猎和繁殖的能力；高剂量的铅则会导致呼吸困难和死亡等。

　　白头海雕是美国国鸟。根据美国法律，任何人杀死或占有白头海雕，即便占有一根羽毛生物科技资讯，也会受到法律惩罚。

　　摘自2月18日《中国科学报》报道，北京时间2月16日， Cell 在线发表了南京农业大学动物医学院/前沿交叉研究院联合中山大学医学院等国内外单位完成的研究论文。该研究发现13个病毒科中的102种病毒可以感染哺乳动物，其中65种病毒首次被发现存在于哺乳动物中。该成果极大拓展了对多种野生动物携带病毒多样性的认识，为人类和家畜疫病预警和防控提供了重要科学依据。

　　论文共同通讯作者、南京农业大学教授粟硕介绍，据统计，70%以上的人类传染病病原来自动物。“研究与人类或者家畜可能密切接触的野生动物的病毒携带情况及其多样性，对人类和家畜新发传染病的防控至关重要。”该联合团队对来自中国20个省份的18个物种共1941只哺乳动物的样本展开了系统的病毒转录组研究。结果发现，13个病毒科中的102种病毒可以感染哺乳动物，其中65种病毒首次被发现存在于哺乳动物中，例如海狸鼠轮状病毒、穿山甲瘟病毒、竹鼠札幌病毒等。研究还发现了21种对人类和家畜具有潜在高传播风险的病毒，如豪猪丁型冠状病毒、牛副流感病毒3型、哺乳动物正腮腺炎病毒5型、H9N2亚型流感病毒等。

　　他们还发现，貉、果子狸、竹鼠、豪猪、刺猬等多种野生动物可携带冠状病毒，其中腹泻的貉样本中携带的4株新型犬冠状病毒（CCoV）与最新报道的可导致人类疾病的重组CCoV毒株CCoV-HuPn-2018的基因同源性达93.65%~94.27%。分析发现，这4株新的貉CCoV形成了一个单独的谱系。因此，这种冠状病毒的跨物种传播风险值得关注。

　　该研究结果还表明，一些看似健康的动物身上也可以携带和人类致病密切相关的病毒，并且在不同物种之间持续传播。“这再次凸显了交易、食用以及密切接触野生动物的风险，揭示野生动物作为疾病出现的潜在驱动因素的重要性。”粟硕说，研究结果可为新发传染病防控关口前移等重大疫病防控政策制定提供新思路。

　　摘自科学网2月21日报道，只要每天多睡会觉，就能减肥。这个可能让巨大的减肥行业抓狂的结论，来自一项最新的临床研究。具体来说，科学家们首次证明，在日常的生活场景下，延长睡眠时间能够有效减少热量摄入，并减轻体重。参与者每天只多睡了1.2小时，热量摄入就减少了270千卡；在2周的干预期间，参与者平均减重近1斤。这项研究近期发表在 JAMA Internal Medicine。

　　能吃能睡的人，更容易长胖。这似乎是公众的普遍认知。然而，这个认知是错的。此前有很多流行病学研究都发现，睡眠不足是体重增加的重要风险因素；也有短期的实验室研究量化了这种风险：限制健康个体的睡眠时间，会导致每天平均摄入热量增加250-350千卡。但这些结论并不适用于现实生活。因为它们大多仅持续几天，且实验条件很苛刻，让参与者食用配比好的食物以计算热量摄入。而现实情况则要复杂得多。更重要的一点是，这篇论文的通讯作者、芝加哥大学医学院睡眠研究中心副教授Esra Tasali想到，这些研究都聚焦于睡眠不足的情况，那么，如果延长睡眠时间，会发生什么？

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　　于是，为了在现实生活环境中客观评估睡眠增加对热量摄入及体重增加的影响，Tasali及其团队展开了这项随机临床对照实验（RCT）。研究者招募了80位参与者，年龄在21～40岁之间，BMI指数为25-29.9，处于超重区间，平均每日睡眠时长不到6.5小时。参与者被随机分为实验组（40人）和对照组（40人）。他们先在家维持了2周平时的作息，获得基准数据，然后前者接受了专门的睡眠咨询和个性化建议，把睡眠目标提升到每天8.5小时。

　　结果显示欧宝app，接受睡眠延长干预的实验组，在后两周内的睡眠时间有明显增加，且对应的热量摄入也有显著减少。数据上看，每天睡眠时间增加约1.2小时，热量摄入减少约270千卡。睡觉是如此重要！从今夜起，好好睡觉。

　　摘自2月24日《中国科学报》报道，瑞典林雪平大学的Simone Fabiano和合作者在一项研究中发现，一种人工神经元可以与捕蝇草的生物细胞成功连通，还能让捕蝇草关闭叶子。研究结果或对将来脑机接口和软体机器人的开发具有重要意义。相关研究2月23日发表于 Nature Communications 。

　　用高输入电流（10μA）调适捕蝇草中完全打印的人工神经元欧宝app，因为刺激频率较高，捕蝇草在两个尖峰刺激下关闭了。

　　神经形态仿生电子装置能模仿人脑的运作方式。脑机接口、假肢、智能软体机器人的未来开发都需要实现人工神经装置与生物系统的有机结合。然而，当前的人工装置生物相容性差，能源效率低，环路较为复杂。Fabiano和同事开发了一种人工神经突触系统，探索它是否能与某个生物系统相连。他们让3D打印出的人工神经元与突触，充分模仿生物系统的信号转导特征——生物系统会利用离子迁移介导的放电进行交流。作者随后将这些人工神经元与一种捕蝇草的生物系统成功相连。他们演示了这些人工神经元在电刺激下能诱导捕蝇草关闭叶子。

　　Fabiano和共同作者指出，他们的研究结果或能推动未来可植入装置和脑机接口的开发，以及人工神经系统与生物实体的潜在整合。

　　摘自2月28日《科技日报》报道，美国西北大学和郎泽科技公司研究人员在最新一期 Nature Biotechnology 发表论文称，他们在一项新的试点研究中，将一种梭菌进行遗传工程改造，用于合成此前它们无法产生的化合物，这种选择、设计和优化细菌菌株的过程，成功地证明了其将CO2转化为丙酮和异丙醇的能力。这种新的气体发酵过程不仅可从大气中去除温室气体，还可避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生成丙酮和异丙醇所必需的。在进行生命周期分析后，研究团队发现，如果广泛采用，与传统工艺相比，该负碳平台可减少160%的温室气体排放。

　　西北大学工程学院化学和生物工程教授兼合成生物学中心主任迈克尔·杰维特表示，气候危机加速，加上人口快速增长，对人类构成了一些最紧迫的挑战，所有这些都与整个生物圈中CO2的不断释放和积累有关。丙酮是许多塑料和合成纤维、稀释聚酯树脂、清洁工具和指甲油去除剂的溶剂；异丙醇广泛用作消毒剂和防腐剂，是世界卫生组织推荐的两种消毒剂配方之一的基础，可高效杀死新冠病毒，这两种化合物的全球市场超过100亿美元。虽然非常有用，但它们是由化石资源产生的，会导致引起气候变暖的CO2排放。为了更可持续地制造这些化学品，研究人员开发了一种新的气体发酵工艺。他们从自产乙醇梭菌开始，然后使用合成生物学工具对细菌进行重新编程，以发酵CO2来制造丙酮和异丙醇。

　　杰维特称，这些创新由无细胞策略引领，设计和路径优化将生产时间缩短了一年多。研究团队相信，其开发的菌株和发酵过程可转化为工业规模，还可用于简化其他有价值化学品的生产流程。

　　摘自3月1日《中国科学报》报道，艰难梭状芽胞杆菌（以下简称艰难梭菌）是一种有着令人难以置信的抗生素耐药性的超级细菌。2月25日，一项发表于 Nature Communications 的研究指出，艰难梭菌的耐药性可能得益于其类似锁子甲的蛋白质外壳。这种外壳可以保护细菌免受药物和免疫系统的攻击。

　　“这层外壳由有序且可调节的晶格中的蛋白质组成，像锁子甲一样坚固且灵活。”论文通讯作者、英国纽卡斯尔大学的Paula Salgado说，“这种蛋白质外壳包裹得非常紧密，开口非常窄，可以防止抗生素和免疫系统分子进入。”事实上，健康人体内艰难梭菌的数量较少。但一些住院患者接受的抗生素治疗，会破坏其肠道菌群平衡，使具有抗生素耐药性的细菌过度繁殖。这些细菌释放的毒素会引发破坏性肠道炎症，导致腹泻，而这可能是致命的。针对此类感染的治疗方法通常是停止使用最初的抗生素，转而使用对该细菌有效的抗生素。但细菌的不断进化使其能够抵抗抗生素，因此需要寻找新的治疗方法。目前为止，由于对艰难梭菌保护层——S层缺乏了解，新疗法的探索一直受到限制。Salgado和同事在原子水平上拍摄了S层结构的高分辨率图像。他们发现，细菌的外壳由两种蛋白质组成，它们聚集在一起形成紧密的晶格，从而包裹住细菌细胞并锚定在细胞壁上。蛋白质“锁子甲”的孔隙很小，大分子（包括抗菌酶和抗生素等）均无法通过，但小分子和离子却可以。“考虑到营养物质必须进入细菌细胞内部，而毒素必须被排出细胞外，如此狭窄的孔隙如何做到上述这一切令人费解。”Salgado说。

　　研究人员认为，S层的特定区域可以提供对抗艰难梭菌的新方法。“艰难梭菌感染与标准抗生素治疗后疾病高复发率有关。”利兹大学的Anthony Buckley说，“这项研究强调了S层是艰难梭菌特异性药物的新的潜在靶点。”（徐锐）

　　摘自3月1日《科技日报》报道，根据近日发表在开放获取期刊 BMC Medicine 的一项研究，每周吃5次或更少的肉与较低的总体癌症风险相关。

　　研究人员发现，与每周吃肉5次以上的人相比，总体癌症风险在那些每周吃肉5次或以下的人中降低了2%，在那些吃鱼但不吃肉的人中降低10%，而在普通素食者和严格素食者中降低了14%。把特定癌症的发病率与参与者的饮食习惯相比较后，团队发现，每周吃肉5次或以下的人罹患结直肠癌的风险比每周吃肉5次以上的人降低了9%。他们还发现，与每周吃肉5次以上的男性相比，前列腺癌的风险在只吃鱼不吃肉的男性中降低了20%，在普通素食男性中降低了31%。遵循普通素食习惯的绝经后女性死于乳腺癌的风险比每周吃肉5次以上的女性低18%。但是研究结果表明，这是由于普通素食女性的身体质量指数（BMI）往往比吃肉女性低。

　　研究人员提醒，由于这项研究的观察性质，并不能为饮食和癌症风险之间找到因果关系的结论。另外，英国生物样本库的饮食数据是在一个单一的时间点上收集的，而非一个连续的时间段内收集，因此可能无法代表参与者终生的饮食模式。

　　摘自3月1日《科技日报》报道，一颗几乎杀死了所有恐龙的小行星是在春天撞击地球的——这一结论是一个国际研究小组在检查了小行星撞击后不到60分钟死亡的鱼类骨骼的薄片、高分辨率同步辐射X射线扫描和碳同位素记录后得出的。近日的 Nature 杂志发表了相关论文。研究主要作者、瑞典乌普萨拉大学的博士生梅兰妮说，这可能使本已是灾难性的事件更“雪上加霜”。

　　研究人员在美国北达科他州独特的塔尼斯地区，寻找在所谓的希克苏鲁布陨石撞击（也标志着“恐龙的最后一天”）中直接伤亡的白鳍鱼和鲟鱼化石。此次撞击震动了大陆板块，产生了巨浪。巨浪掀起了大量沉淀物，吞没了鱼类并将它们活埋，而撞击后不到一小时，湖里所有的东西被浪潮裹挟着上天落地。

　　塔尼斯化石群中的鱼类化石保存完好，它们的骨骼几乎没有显示出地质化学变化的迹象。同步辐射X射线数据证实，过滤掉的撞击物仍然卡在它们的鳃里，甚至连软组织都保存下来了。骨细胞的分布、形状和大小提供了另一条证据，众所周知，骨细胞也会随着季节的变化而波动。在所有被研究的鱼类中，骨细胞密度和体积都可以追溯到多年前。研究人员对鱼骨进行了研究，以重建白垩纪末期的季节性。研究人员表示，鱼骨的生长轮如同树木的年轮，不仅记录了鱼类的生活史，还记录了最新的白垩纪季节变化，也显示出灭绝发生的季节。

　　研究人员对其中一种白鳍鱼进行了稳定碳同位素分析，以揭示其每年的摄食模式。它的食物——浮游动物的可获得性是季节性的，在春季和夏季之间达到顶峰。研究人员解释说，相对于较轻的12C，摄入量的暂时增加会使捕食者骨骼富含较重的13C同位素。研究人员推断，这种白鳍鱼的生长记录中的碳同位素信号证实，其尚未达到摄食季节高峰期，因其在春天就死亡了。

　　研究人员表示，白垩纪末期的大灭绝是生物史上最具选择性的灭绝之一，所有非鸟类恐龙、翼龙、菊石和大多数海洋爬行动物都灭绝了，而哺乳动物、鸟类、鳄鱼和海龟幸存了下来。物种灭绝一定是在北半球春季突然开始的，这一事件发生在白垩纪最新生物特别敏感的生命阶段，包括繁殖周期的开始。由于南半球的秋天与北半球的春天重合，为冬天做的准备可能正好保护了南半球的生物。

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　　这一重要发现有助于解释为什么大多数恐龙灭绝，而鸟类和早期哺乳动物可以“逃出生天”。

　　摘自3月2日《中国科学报》报道，微生物顾名思义，十分微小，用显微镜才能看到。但近日，一项发表于预印本网站 bioRxiv 的研究，报道了一种生活在加勒比海红树林中的新细菌，它们是微生物中的“异类”，其线厘米长，大小是其他微生物的5000倍。人们用肉眼即可观察到它。更重要的是，这个微生物中的“巨人”拥有一个庞大的基因组。该基因组并非像其他的细菌基因组那样自由漂浮在细胞内，而是被包裹在一层膜中，这是复杂细胞才有的特征。

　　日本九州工业大学计算生物学家Kazuhiro Takemoto指出，除了颠覆人们对微生物可以有多大、多复杂的认知外，这种细菌“可能是复杂细胞进化中缺失的一环”。据 Science 报道，长期以来，研究人员将生命分为原核生物（细菌等）和真核生物（酵母、人类等）两大类。前者的DNA自由漂浮在细胞内，而后者的DNA包裹在细胞核中。真核生物具有各种功能的细胞器，能通过囊泡将分子从一个细胞器传送到另一个细胞器，而原核生物做不到。但新发现的细菌模糊了原核生物和真核生物之间的界限。

　　大约10年前，法国海洋生物学家Olivier Gros在沼泽中发现了一种奇怪的生物，它生长在受损的红树林叶片表面，呈细丝状。5年后，Gros和同事才意识到这实际上是细菌。直到最近，Gros的研究生Jean-Marie Volland试图描述该微生物特征后，他们才发现这种细菌有多么特别。种细菌细胞中包括两个膜囊，其中一个包含了细胞的所有DNA，另一个充满水，这个“水囊”大概占细菌总体积的73%。这种“水囊”可能是细菌长得如此大的原因。这种现象也出现在此前科学家发现的巨大细菌中，比如嗜硫珠菌。基于这种相似性以及相关基因分析，研究团队将新发现的细菌与大多数其他巨型微生物归于同一个属，并提议将其命名为Thiomargarita magnifica。该菌除了体形是现今细菌之最外，其基因组也十分庞大。研究人员通过对其膜囊中的DNA测序发现了1100万个碱基，组成约11000个清晰可辨的基因。而通常情况下，细菌基因组平均约有400万个碱基和约3900个基因。

　　“细菌通常被认为是小型、简单、未进化的生命形式。”澳大利亚蒙纳士大学微生物学家Chris Greening说，这一巨型细菌的发现表明，事实或许与人们所想的相去甚远。