环球科学：成本10元！注射荧光颗粒，10分钟即可制造“夜...

lameihua

　　· 神经科学 ·

　　把小鼠头皮透明化，观测小鼠大脑发育过程

　　处理前后，小鼠皮质中双光子激发YFP-H荧光3D重建结果差异。 图片来源：The Hong Lab

　　在童年和青春期，我们的大脑会经历许多变化。但研究幼鼠的这些变化却极具挑战性，因为科学家无法在同一只动物成长过程中反复成像其神经通路。而发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上的新研究中，研究人员只需将溶液涂抹在幼鼠头皮上，就能使皮肤对所有可见光透明，从而能够对活体小鼠大脑中正在发育的连接进行成像。

　　在皮下，当光遇到组织内的脂质、蛋白质和分子时，会发生散射。使皮肤透明的关键在于使水和生物材料的光学特性更加相似。这可以通过提高水的折射率（即水对光线的弯曲程度）来实现，使其与体内其他生物材料的折射率相匹配。研究人员发现，将一种名为4-氨基安替吡啉（ampyrone）的化合物混入水中，然后涂抹在小鼠皮肤上，可以提高小鼠皮肤中水的折射率，使其变得透明。而且由于4-氨基安替吡啉几乎只吸收紫外线，因此可以通过整个可见光谱看到小鼠体内的情况。这项研究为研究发育中的大脑创造了新的机遇，有望加深我们对神经发育障碍的理解，并带来新的干预措施。

　　· 古生物学 ·

　　人类直立行走的两小步

　　人类骨盆在时间和空间尺度上的演化。轴线表示生长板方向的角向（异位）变化以及骨形成的时间（异时）变化，这些变化对人类骨盆形态至关重要。图片来源：Behnoush Hajian

　　髂骨是骨盆中较大、呈扇形的部位，固定着人类直立行走所用的重要臀部肌肉。人类和其他猿类髂骨的差异是一个关键演化特征。但导致人类髂骨形状的发育过程仍不明确。《自然》（Nature）的一篇论文发现，人类骨盆的上部结构，即髂骨，在演化中经历了两次重大的结构更新，从而使人类能够双足行走。

　　研究团队通过组织学、解剖学和功能基因组方法，揭示了这一结构如何产生其独特形状。一个关键变化涉及软骨形成。软骨生长板的方向发生改变，使髂骨能够垂直于其他灵长类髂骨的方向。第二个关键变化涉及骨骼形成。作者确定了和其他非人灵长类髂骨和人类长骨相比，人类的髂骨骨细胞在软骨上沉积的时序和空间分布的差异。这两项创新在组织和分子水平上互相关联。研究者发现了人类髂骨发育中活跃的数百个调控序列。这些序列显示出人类演化变化的证据，表明关键的复杂相互作用序列经过长期选择，赋予了人类骨盆独特的形状。（Nature）

　　· 植物学 ·

　　人造夜光多肉植物

　　来源：Liu et al., Matter

　　自然界中有不少荧光植物，而科学家们也在通过基因工程等手段开发多种室内发光植物，用于室内照明、装饰等。但是，受限于自然的荧光基因，基因改造的植物发光单调且亮度不高。近日，一项《物质》（Matter）上的研究另辟蹊径，将荧光纳米颗粒注入多肉植物，使其能在夜里发出亮度较高的彩色光。

　　华南农业大学的科学家将余辉荧光颗粒注入多种植物中，发现由于多肉植物的叶片结构致密、细胞间隙较小，颗粒能在叶片中均匀扩散，而非像在其他植物叶片中那样聚集和堵塞。他们进一步筛选出最佳尺寸的颗粒（7微米），优化注射压力和注射量，使颗粒能在几秒钟内扩散到整个叶片。同时，他们还用磷酸盐涂层保护颗粒不被水解。最终得到的发光多肉植物在接受光照几分钟后，即可稳定发光2小时，亮度可供阅读书籍，且可发多种彩色光。该方法制作简单、成本低，单株多肉仅需10分钟，成本略高于10元人民币，具有极大的应用潜力。（CELL PRESS）

　　· 古生物学 ·

　　已知最古老的甲龙类拥有夸张装甲

　　Spicomellus afer艺术复原图。作者 Matthew Dempsey

　　甲龙是一类有装甲的恐龙，主要生活在白垩纪（1.43亿-6600万年前）的北美和亚洲。此前摩洛哥发现的中侏罗世化石被认为是已知最古老的甲龙类，命名为Spicomellus afer，但这一标本仅有部分肋骨，难以确定早期甲龙类的身体结构。《自然》（Nature）的一项研究显示，已知最古老的甲龙类（ankylosaur）有着独特复杂的身体装甲，包括尾部有尖刺的装饰结构。这些夸张的甲板特征与其他脊椎动物（包括演化史上后来的其他甲龙）都不一样。

　　研究者描述了一个新的Spicomellus部分骨架，与此前发现的标本位于摩洛哥阿特拉斯山同一岩层。这一新标本证实属于甲龙类，并显示出复杂的皮皮肤装甲。这一骨架包含6根顶部有尖刺的肋骨、带有板状结构的骨质颈环及两对尖刺（一根近乎完好的尖刺长达87厘米），以及带有长短尖刺的盆骨盾甲。尾端独特的骨骼暗示尾部武器的存在。研究者认为，Spicomellus的这些特征可能兼具展示与防御功能。作者提出，后来的甲龙类有着较为简单、不那么华丽的身体装甲，可能表明功能转向了防御为主。该标本尾部武器的证据表明，尾部武器的适应性演化比此前认为的早约3000万年。（Nature）

　　· 量子计算 ·

　　融合代数、几何与拓扑方法的量子纠错理论研究获进展

　　环面上任意子的类分形子移动行为，以及通过牛顿多面体（红色与绿色三角形）的混合体积（紫色平行四边形）计算任意子种数的代数几何方法，其中牛顿多面体由相互作用量子比特的相对位置确定。图片来源：理论物理研究所

　　量子纠错是在有噪声硬件上实现可靠量子计算机的基石。基于拓扑码的传统方法已取得了实验进展，但由于编码率低，通常需要数百万个物理量子比特才能够支撑实际应用。为突破这一瓶颈，学界转向对量子低密度奇偶校验码的研究，这类编码在理论上可降低量子纠错所需的资源开销。其中，双变量双循环量子纠错码尤为引人关注。它在近期可实现的量子硬件条件下，有望将资源需求减少一个数量级。

　　近日，中国科学院理论物理研究所研究团队与中国科学技术大学、北京大学的科研人员，在此类量子纠错码的理论研究方面取得进展。该研究融合代数、几何与拓扑方法，建立了研究BB码的拓扑理论框架。研究团队注意到BB码与分形子物理在研究方法上的共通性，借鉴分形子领域发展出的代数工具，实现了对任意给定BB码拓扑性质的高效表征。上述研究揭示了量子纠错、任意子激发、对称性与拓扑物态之间的内在联系，为发展新型高性能量子纠错码提供了理论支撑。相关研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。（理论物理研究所）

　　撰文：王昱、冬鸢、马一瑗