环球科学：全球首例！冷冻超30年的胚胎成功发育成健康婴...

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　　· 量子力学 ·

　　麻省理工学院用原子做双缝干涉实验，证实爱因斯坦的一个观点错了

　　两个悬浮在真空室中的单原子被激光束照射，并充当两个狭缝。散射光的干涉被一个高灵敏度的相机（屏幕）记录下来。非相干光作为背景出现，暗示光子充当了仅穿过一个狭缝的粒子。图片来源：麻省理工学院

　　双缝干涉实验揭示了光的波粒二象性，但奇怪的是，光的波动性和粒子性无法同时被观测到。为了解释这种现象，1927年，爱因斯坦提出，光子应该只穿过了两条狭缝中的一条，并对这条狭缝产生了一个轻微的力，人们可以在探测到这种力的同时观察干涉图样，从而同时捕捉光的粒子性和波动性。而玻尔则利用量子力学的不确定性原理，证明了探测光子路径会抵消干涉图样。此后科学家进行了多个版本的双缝实验，在不同程度上证实了玻尔理论的有效性。最近，美国麻省理工学院的团队使用单个光子作为狭缝，进行了迄今最“理想”的双缝实验，并证实了量子理论的预测，即获取有关光的路径信息越多，干涉图样的可见度就越低。这项研究最近发表在了《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

　　研究团队最初的目标是研究光散射如何揭示由超冷原子构成的材料特性，很快他们意识到可以量化散射过程像粒子或波的程度，以非常理想化的方式实现双缝实验。研究团队将一万多个原子冷却至微开尔文的低温，并使用激光束阵列将冷原子排列成均匀的晶格结构，原子间距离足够远， 使每个原子都可以等效为一个独立、相同的原子。通过这种结构，研究人员推测，如果用一束弱光穿过原子，或许能观察到单个光子如何被两个相邻的原子散射，形成波或粒子，而这些单个原子就像一条条最小的狭缝一样。通过超灵敏探测器探测光的强度，研究人员可以直接推断光的行为是粒子还是波。而通过调整激光束强度，可以调整原子位置的模糊性。结果发现，原子位置越模糊，光子表现出粒子行为的概率也就越高，与量子理论描述完全一致。研究团队还通过关闭固定原子的类似弹簧的激光器测试了爱因斯坦的猜想，其中“弹簧”应该会因光子穿过狭缝而振动，但去掉“弹簧”对于结果完全没有影响，光的波动性和粒子性依然无法被同时观测到。这也证明了“弹簧”并不重要，重要的只有原子的模糊性。（麻省理工学院）

　　· 生殖学 ·

　　全球首例！冷冻超30年的胚胎成功发育成健康婴儿

　　据麻省理工科技评论（MIT Technology Review）消息，7月26日出生在美国俄亥俄州的撒迪厄斯·丹尼尔·皮尔斯（Thaddeus Daniel Pierce）由一颗冷冻储存长达30年零6个月的胚胎发育而成，其创下了“最古老婴儿”的新纪录。该胚胎和另外两枚胚胎最初于1994年被冷冻保存，它们均由现年62岁的琳达·阿切尔德（Linda Archerd）捐赠。这3枚胚胎有2枚（剩下一枚提前停止了发育）在2024年11 月14日被植入了35岁的Lindsey Pierce的子宫中，有一个胚胎成功发育成了胎儿，即皮尔斯。

　　据悉31年前，负责整个过程的医生团队获取了阿切尔德的卵子和其丈夫的精子，并在1994年5月通过体外受精成功培育出4个胚胎。其中一枚胚胎被阿切尔德使用，孕育出了一名健康的女婴（如今已成30岁的女性，并育有一名10岁女儿）。剩余的3枚胚胎被冷冻保存，阿切尔德需要每年花费至多一千美元来保管它们。2022 年，这些胚胎正式进入了匹配库，并最终被Lindsey和其丈夫获得。这3枚胚胎均采用了早期的缓慢冷冻技术来保存，该方法需逐步降低胚胎温度，然后将胚胎储存在塑料小瓶中。相比于当前使用玻璃化冷冻技术，处理慢速冷冻胚胎的解冻过程更为复杂，具体解冻方案需根据胚胎保存方式及存储容器进行调整。虽然解冻过程相当繁琐，但最终三个胚胎都成功存活下来。此外，该医生团队此前保持着为夫妇成功使用储存时间最长的冷冻胚胎纪录——2022年10月，美国俄勒冈州的Rachel和Philip Ridgeway夫妇使用保存近30年的胚胎诞下双胞胎。（麻省理工科技评论）

　　· 天体物理学 ·

　　JWST在早期宇宙中观测到的小红点可能是全新类型的天体“黑洞星”

　　来源：NASA; ESA; CSA; STScI; Dale Kocevski/Colby College

　　自2022年美国航空航天局（NASA）的韦布空间望远镜（JWST）开始观测早期宇宙，已发现了数百个“小红点”，它们在138亿前宇宙诞生后的最初十亿年闪耀着。这些小红点的亮度和尺寸表明，它们可能是无数恒星极其紧凑地聚在一起，但这引发了新的谜团；或者它可能是一个个超大质量黑洞，这可以解释小红点紧凑的尺寸，但黑洞通常会辐射紫外线和X射线，而小红点发出的紫外线很微弱，且完全没有X射线。尽管尘埃层理论或许能解释后者的紫外线和X射线异常。但今年五月的一项研究利用JWST的中红外仪器和阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）观测了60个小红点，最终一无所获。而今年三月，两个团队各自独立地分析了某个小红点发出的光谱（论文1，论文2），并提出了一个大胆的新图景：小红点其实是与恒星大气层类似的厚厚的气茧，其中心是一个活跃的黑洞。黑洞的辐射加热并支撑了气体壳层，而密度极高的气体壳层又吸收了能量最高的紫外线和X射线，表现出像恒星一样的辐射。

　　最近，美国科罗拉多大学博尔德分校的理论天体物理学家米奇·贝格尔曼（Mitch Begelman）和同事在预印本文库arXiv上发表了一篇预印本论文，重新阐述了他和其他人在20年前提出的“准恒星”的形成场景。他们计算出，第一代恒星在早期宇宙中的尺寸可能非常巨大，且以氢为燃料，但巨星耗尽燃料时，其核心会坍缩成黑洞，但外层氢原子极高的密度使其得以在爆炸中幸存，并将新生黑洞包裹起来。当黑洞吞噬外层气体时，整个系统就会像一颗比太阳系还要大的“准恒星”一样闪耀。由于小红点在早期宇宙很常见，科学家怀疑这种“准恒星“可能是黑洞生长、星系演化的重要阶段。最近清华大学的一个研究团队在arXiv上发表了另一份报告称，他们在调查斯隆数字巡天的早期观测数据时，发现了几个距离地球仅25亿光年、看起来像小红点的天体。他们未来将用哈勃空间望远镜进行更多的近距离观察，看是否存在能揭示黑洞恒星的迹象。（Science news）

　　· 蛋白组学 ·

　　30岁衰老分水岭，50岁时器官衰老加快

　　此前的研究显示，人体内不同器官的衰老速度可能并不相同。7月25日，中国科学院动物研究所刘光辉团队联合国家生物信息中心等多所机构的研究人员在《细胞》（Cell）杂志发表一篇论文，揭示了人类50年生命周期中器官水平的蛋白质动态和衰老相关的生物标志物，以及人类衰老的纵向蛋白质组学图谱。他们收集了76名因意外脑损伤而死亡的人（年龄为14岁至68岁）的组织样本，并进行了详细的蛋白质组学分析。这些样本来自人体八个系统的器官，包括心血管系统、免疫系统和消化系统，涵盖516个组织样本和血浆中超过12 700种蛋白质。研究发现，48种与疾病相关的蛋白质的表达会随年龄增长而增加。

　　所有组织均观察到与年龄相关的mRNA-蛋白质相关性丧失，尤其是在脾脏、淋巴结和肌肉中。随着年龄增长，淀粉样蛋白（例如 SAA1 和 SAA2）与免疫球蛋白和补体因子会一起积累，形成了衰老组织中的淀粉样蛋白-免疫球蛋白-补体轴，最终导致细胞组织的紊乱和崩溃。与蛋白质合成 、折叠和降解（例如分子伴侣）的蛋白质也出现了平行下降。他们发现30岁左右，负责分泌各种激素的肾上腺出现了早期变化，是衰老轨迹的初始分界点。此外，45岁到55岁是人体的一个转折点：蛋白质水平会发生巨大变化，其中最显著的变化出现在主动脉。包括血清淀粉样蛋白P成分 （SAP） 在内的一组 29 种蛋白质在至少6种组织中持续升高，SAP引发了人类主动脉内皮细胞的衰老和炎症；启动因子GAS6在血浆和主动脉中也会随年龄增长而增加。在人类内皮细胞和平滑肌细胞中，GAS6 诱导衰老标志物，升高IL-6，削弱血管生成能力，并促进免疫细胞粘附。在中年小鼠中，静脉注射GAS6可引发血管功能障碍、组织炎症和体力衰退。研究人员检测了人类内皮细胞中七种上调的血浆蛋白，分别是GPNMB、COMP、HTRA1、SLPI、IGFBP7、NEGR1 和 NOTCH3，它们均诱导了衰老特征、炎症信号传导、迁移受损和血管生成缺陷。这显示血管组织既是衰老信号的早期传感器，也是衰老信号的传递器。衰老血管分泌的蛋白质可能会增强全身的衰老活动。研究人员推测血管就像一个管道，将促进衰老的分子输送到全身各个角落。（Phys.org、《细胞》）

　　·人工智能 ·

　　华中科大团队破解机器嗅觉新密码：用“电子鼻”精准捕捉甲醛

　　利用气体传感器实现灵敏、可靠、定量的快速气体检测和原位实时监测是智能传感器领域的研究前沿。甲醛检测技术在流程工业、环境保护和智能家居领域应用需求广泛。据华中科技大学集成电路学院的消息，该院刘欢教授牵头的“量子人工嗅觉”学术前沿青年团队在《交叉学科材料》（Interdisciplinary Materials）上发表了一项研究，提出了基于传感器动力学特征工程的“材料-算法协同优化”（Materials-Algorithm Co-Optimization, MACO）策略，设计制备出对甲醛具有选择性识别和定量检测能力的电子鼻机器嗅觉系统。

　　该策略基于半导体气敏材料和机器学习算法的协同设计，通过对氧化物半导体表面活性和电子结构的调控，结合传感器阵列化进行动力学特征组合编码，采用线性判别分析（Linear discriminant analysis, LDA）算法进行解码，提高了甲醛检测的选择性。以此为基础进行降维拟合，建立起定量检测的数学模型并揭示出气味编码机制遵循质量作用定律，同时验证了二元混合物分析的适应性。基于MACO的机器嗅觉感知模型可解释性强，可根据实际应用场景的特点进行迭代设计和性能优化，提高电子鼻机器嗅觉系统的环境适应性。（华中科技大学集成电路学院）

　　封面来源：unsplash

　　撰写/整理：不周、clefable