环球科学：“死灵打印”新技术：把蚊子口器变成高分辨...

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　　· 演化 ·

　　古DNA揭示家猫的起源与扩散

　　来源：北京大学罗述金

　　现代家猫（Felis catus）起源于近东的非洲野猫，经过驯化后传播至全球。在中国，最早的猫科动物考古记录来自距今五千多年的陕西泉护村遗址，一具猫类遗骸显示其与人类关系密切，曾被认为可能是家猫，但后被确认为体型与家猫相近的本土猫科动物豹猫。因此，家猫何时以及如何传入中国的问题一直悬而未解。

　　最近，一项发表于《细胞·基因组学》（Cell Genomics）的研究采集和分析了来自人居环境、时间跨度超过五千年的22份小型猫科动物骨骼样本，涵盖了中国已知大部分的古代猫类遗存。结果显示，中国迄今最早的家猫遗骸出土于陕西靖边唐朝统万城遗址，碳-14测年为公元706至883年，距今约1200年。基因组表型复原显示，该猫为雄性，毛色可能为纯白或白斑狸花，短毛、长尾，且不携带现代家猫常见的遗传缺陷。而在那之前，考古遗迹中出土的猫类遗骸均为豹猫（Prionailurus bengalensis）。中国唐代家猫与哈萨克斯坦占肯特遗址出土的同时期家猫，以及近东黎凡特地区的非洲野猫和家猫遗传关系紧密。这三地恰位于陆上丝绸之路的重要枢纽，表明家猫很可能随商旅往来，经由丝绸之路自地中海东岸途经中亚传入中国。

　　同日，《科学》（Science）发表的一项研究分析了来自欧洲、北非及安那托利亚地区的猫科动物基因组数据。此前，在塞浦路斯一处约公元前7500年的人猫合葬遗址暗示，欧亚大陆家猫的驯化可能最早发生在黎凡特地区。但与先前的研究结论不同，这项研究发现家猫最可能源自北非的野猫，且真正意义上的家猫直到新石器时代数千年后才出现在欧洲与西南亚。欧洲及土耳其早期猫群基因显示为欧洲野猫，反映的是古代杂交而非早期驯化现象。而北非家猫在被引入后迅速沿罗马军事路线扩散，至公元1世纪已遍布不列颠地区。（北大清华生命科学联合中心，AAAS）

　　· 新技术 ·

　　“死灵打印”：把蚊子口器变成高分辨率3D打印喷嘴

　　研究团队用树脂将雌蚊口器安装在了3D DIW打印机的30g点胶针头上，下图展示了雌蚊口器点胶针头挤出3D打印生物墨水的过程。（图片来源：原论文）

　　口器（Proboscis）是昆虫头部用于取食的管状构造。雌性蚊子的口器经过演化，变得非常细长且坚韧，能够刺穿皮肤吸血，其微小的内径和稳定的结构，让其成为高分辨率打印的理想选择。据科技媒体Tom's Hardware消息，加拿大麦吉尔大学的研究团队开创了一项名为“死灵打印”（necroprinting）的新技术，成功将死亡雌性蚊子的口器用作高分辨率3D打印喷嘴。这项研究已在线发表于《科学·进展》（Science Advances）。

　　这项新技术并非简单的“仿生”，而是直接利用死亡昆虫的身体部件，研究人员将其形容为一种“生物掠夺”（bio-looting）。研究团队认为，雌性蚊子的口器展现出多项适用于高精度3D打印的优异特性。首先，其内径仅有20微米，研究人员称这比当前最顶尖的人造喷嘴还要精细约100%。其次，这种天然喷嘴形态笔直、结构稳定，并且可承受高达60千帕的内部压力。同时，它还具备完全可生物降解的环保优势。这些特性使其成为实现超精细打印的理想工具。尽管蚊子口器性能优越，但其机械强度较低，直接使用时容易损坏。研究团队为了解决这个问题，利用3D打印技术为其制造了一个定制的生物支架。这个支架能够有效固定并增强口器的结构稳定性，让其足以应对打印过程中的物理压力。通过这种方式，研究人员成功结合了天然材料的精细度与人造结构的强度。利用这种喷嘴可以制造出表面极其光滑的微观物体，为航空航天、牙科和生物医学研究等精密制造领域开辟了新的可能性。（IT之家，Tom's Hardware）

　　· 物理学 ·

　　新原理能解释物体破碎时遵循的简单规律

　　固体破碎或液滴崩解的过程，看上去完全无序，极难预测结果。但对于该过程产生的碎片，无论是岩石颗粒、破裂气泡的液滴，还是玻璃碎片，其尺寸分布都遵循简单得出人意料的幂律。这种规律在截然不同的材料和能量尺度上反复出现，暗示了碎片化过程存在某种潜在的组织原理。最近，一项发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的研究提出了一种与最大随机性原理相结合的新守恒律，无需任何特定的微观机制，即可提供新的、统一的预测。这一原理能帮助科学家确定不同的物理过程如何影响工业、地球物理和天体物理环境中的碎片大小分布。

　　为了解释碎片化过程中观察到的幂律尺寸分布，科学家提出过很多物理模型，其中一部分基于微观机制，一部分引入了周期性应力模式或分级断裂，还有一部分将碎片化视为一种相变。这些模型能成功描述异质脆性材料，但不具有普适性，且依赖裂纹动力学细节。这项研究的作者采用了截然不同的方法，他没有探究碎片如何形成，而是探究在最小物理约束条件下，哪些结果在统计学上最有可能出现。他假设破碎过程在最大随机性下发生，在所有可能的物体破碎方式中，实际发生的破碎方式是最有可能发生的，也就是以熵最大化的方式发生。但这种随机性并非不受约束，该过程必须遵循过去十年碎片化研究中发现的一条全局守恒定律，即碎片尺寸对数的平均值在碎片化过程中守恒。基于全局守恒律的最大熵条件，作者发现人们熟知的幂律尺寸分布会自然出现，其幂律指数取决于破碎物体的维度，比如一维棒状物、二维板状物或三维固体/液滴。这种理论相当简洁且有效，为碎片化研究提供了统一的统计物理基础，表明碎片化过程的统计特征可能并非由裂纹或不稳定性等微观细节决定，而是由随机性如何受到全局运动学的约束所决定。

　　· 微生物学 ·

　　致命真菌会让患病青蛙跳得更远，便于自身传播

　　壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis，Bd）是一种致命的病原体，正在全球范围内肆虐两栖动物，并可能导致整个种群灭绝。蛙类感染壶菌可导致多种生理变化，从轻微的皮肤脱落增多和嗜睡，到更严重的渗透调节和耐热性紊乱。不过，最近一项发表于《动物保护》（Animal Conservation）的研究发现，壶菌感染令澳大利亚的一种濒危蛙类高山树蛙（Litoria verreauxii alpina）拥有更强的跳跃能力，可以比未感染的同类多跳约1/4的距离。

　　研究团队本来正研究壶菌感染如何影响高山树蛙的健康，并以它们的运动表现作为评估其生理状况的指标。他们将60只高山树蛙分为未感染组和感染Bd组，并分别测试高山树蛙对极端温度的反应，以及它们在受到轻推时能跳多远。令人惊讶的是，感染后第六周，受感染的高山树蛙比未感染的树蛙跳跃距离增加了近24%。在大多数其他两栖动物中，免疫系统集中精力对抗真菌会消耗动物的能量。但高山树蛙似乎对壶菌没有强烈的免疫反应，以减缓其活动，这种相对的活力增强可能是一种适应性演化，以便在感染恶化之前尽快找到配偶，进行最后一次繁殖机会。此前研究表明，其他蛙类在感染壶菌后会增加鸣叫频率以吸引配偶。研究人员表示，短暂的跳跃能力提升或许对壶菌也有好处，这样它能获得更高的传播效率，并在宿主体内存活更长时间。（New Scientist）

　　· 考古学 ·

　　中国史前城市的新线索

　　石峁城石雕（图片来源：陕西省考古研究院）

　　石峁城位于中国西北的陕西省，是一处可追溯至公元前2300年至公元前1800年的新石器时代防御性聚落，历史比长城更悠久，也是中国发现的最大史前遗迹之一。这处石墙遗址约4平方千米，划分为不同区域，有证据表明其中存在社会组织和人祭活动。《自然》（Nature）本周发表的一项研究，揭示了中国北方4000年历史的城墙都市石峁遗址中，居民的起源、社会结构和文化习俗。

　　研究团队测序了来自石峁、其卫星遗址和周边更早期遗址的169名个体的古代基因组，其年代可追溯至4800~3600年前。他们将这些遗传学数据与之前发表的中国其他人群古DNA数据进行比较，发现石峁人群主要源自约1000年前定居当地的族群。作者发现，石峁人群在文化上和遗传上与黄河流域黄土高原的仰韶族群有关，表明了石峁人的一个可能起源。

　　这项研究取样的个体来自包含四代石峁人的墓葬，主要通过父系传承，表明墓主之间的家族联系。这些发现表明当时存在父系社会结构，其中社会地位通过男性世系传承。此前已发现石峁存在人祭迹象，在东门遗址下埋藏着80余个人类头骨。过往研究认为这些人祭个体多为女性，但研究团队发现东门下埋葬的10个个体中有9个是男性。但在多个石峁遗址中仍发现不同的性别差异祭祀模式。与东门遗址不同，如皇城台、韩家圪旦等高等级贵族墓地，人祭主要为女性。这些发现共同对这一古代人群的亲缘关系、社会结构和文化习俗提供了新的细节。（Nature）

　　撰文：不周、二七