环球科学：碳-碳键只有一个电子？首次发现，或改写教科...

lameihua

　　· 化学 ·

　　碳-碳键只有一个电子？首次发现，或改写教科书

　　首次制出单电子碳-碳键。图片来源：Takuya Shimajiri, et al. Nature. September 25, 2024

　　来自日本东京大学的研究人员多年来一直在测试化学键的极限，最近他们成功创造出一种仅共用一个电子的碳-碳键（共价键）。相关研究发表于《自然》（Nature）。

　　共价键是指成键的原子间通过共用1对或几对电子而形成的化学键，但化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）于1931年指出，两个原子也可以共享一个电子来形成共价键。此前通常认为，只有一个电子的共价键非常不稳定，很容易断键。为了观察这种变化无常的键，化学家必须找到一种含有单电子碳-碳键的稳定化合物。为此，研究团队仔细设计了一种外壳为稠合碳环的大分子，其中位于中心的碳-碳键的键长较长，很容易在氧化反应中失去一个电子，从而形成单电子键。为了继续稳定含单电子碳-碳键的分子，研究人员使分子结晶，然后用X射线衍射等分析技术表征了分子和单电子键，结果表明单电子碳-碳键很稳定。这项研究能够帮助化学家更好地理解化学键的基本性质，并且可以让化学家研究这样的单电子共价键如何改变化学反应。（Nature News，New Scientist）

　　· 人工智能 ·

　　谷歌推出芯片设计模型AlphaChip

　　当地时间9月26日，谷歌DeepMind在《自然》（Nature）杂志上发布了一份“附录”，详细描述了他们用于设计芯片布局的新颖强化学习方法及其对芯片设计领域的影响。他们还发布了一个预训练检查点（pre-trained checkpoint），共享模型权重并宣布该模型名称为AlphaChip。

　　AlphaChip是一个利用强化学习来设计芯片布局的AI系统。AlphaChip的突破性人工智能方法彻底改变了芯片设计的关键阶段。它可以在数小时内生成芯片布局，比如AlphaChip已经为每一代谷歌TPU（Tensor Processing Unit，张量处理单元）生成了超人类水平的芯片布局，而不用花费数周或数月的人力。而且AlphaChip的影响力不仅体现在谷歌内部，AlphaChip生成的布局已被用于世界各地的各种芯片中，并且引发了一系列关于强化学习在芯片设计中的研究与工程工作，并已扩展到芯片设计的其他关键阶段，如逻辑综合。（Google DeepMind）

　　· 天文学 ·

　　“中国天眼”再升级：FAST核心阵试验样机建设启动，增加24台“小天眼”

　　据新华社消息，9月25日，在世界最大单口径球面射电望远镜FAST建成8周年之际，“中国天眼”FAST核心阵试验样机建设正式启动，将有望进一步大幅提高FAST望远镜的天文观测能力。当天早上10点30分，在距离“中国天眼”不到3公里的一处山头上，一台40米级的射电望远镜开始吊装，“中国天眼”核心阵试验样机正式开工建设。据悉，“中国天眼”核心阵是FAST工程二期规划的重要组成。中国科学院国家天文台副台长姜鹏介绍，计划利用“中国天眼”周围5公里内优异的电磁波环境，建设24台40米口径射电望远镜与FAST组成核心阵。由中国电科网络通信研究院承担FAST核心阵试验样机研制任务。

　　中国科学院院士陈仙辉表示，“中国天眼”核心阵规划正是对抢占科技制高点的响应，可以有效补充FAST在分辨率和成像方面的短板，在国际大型射电阵列建成之前，提前挖掘时域天文等基础研究领域的科学潜力。“FAST核心阵建成后，将大幅提升‘中国天眼’的‘视力’，使其不仅能看得远，还能看得清。”姜鹏表示，“单靠‘中国天眼’观测宇宙，就像是用‘粗头铅笔’给天体画像，而FAST核心阵相当于用高分辨率的‘数码相机’拍摄遥远的星空。”（新华社）

　　· 细胞发育 ·

　　科学家发现人类发育中的“暂停键”

　　一些哺乳动物演化出一种能够短暂减缓胚胎发育的机制，从而提高胚胎和母体的存活率。这一机制被称为“胚胎滞育”（embryonic diapaus），通常发生在囊胚期，即卵子刚刚受精但尚未种植到子宫的阶段。胚胎在滞育状态下会保持休眠，直到环境条件变得有利于继续发育。在小鼠体内，这种休眠状态是通过降低调节生长的 mTOR 信号通路的活性来实现的。然而，这种能力是否在人类中存在，目前尚不清楚。9月26日，一项发表在《细胞》（Cell）上的研究揭示，控制胚胎滞育的分子机制也会在人类细胞中发挥作用。

　　研究人员利用mTOR抑制剂处理基于人类多功能干细胞和基于干细胞的囊胚（blastoids）模型，观察到这些细胞分裂和发育速度减缓，同时附着能力降低。不过胚胎这种进入休眠的能力，似乎仅限于囊胚阶段。当mTOR通路被重新激活后，囊胚恢复正常发育。该研究表明，尽管人类细胞在自然情况下不会进入滞育状态，但人类和其他哺乳动物一样，可能拥有一种固有的分子机制暂时减缓发育进程。这项研究为人类早期发育过程提供了新的见解，并可能对生殖医学产生重大影响，例如提高发育速度以提高体外受精的成功率，或触发休眠状态为评估胚胎健康状况提供更充裕的时间窗口。（奥地利科学院分子生物技术研究所）

　　· 公共卫生 ·

　　一种不寻常的鱼腿上长着味蕾

　　鲂鱼（Sea robins）是一种不寻常的动物，它有着鱼的身体、鸟的翅膀和螃蟹的腿。9月26日，在两篇刊登于《当代生物学》（Current Biology）的论文中，研究人员发现，鲂鱼的腿不仅仅是用来走路的，还是一种感觉器官，能在挖掘时发现被埋的猎物。

　　研究人员对鲂鱼埋藏猎物的技能很感兴趣，于是，他们将一些鲂鱼带回实验室以了解更多信息。在其中一项研究中，研究人员发现鲂鱼的腿上覆盖着感觉乳头，每个乳头都受触觉敏感神经元密集的神经支配。乳头也有味觉感受器，并表现出化学敏感性，这促使鲂鱼去目标位置挖掘。通过进一步的发育研究，研究人员证实，这些感觉乳头代表了一种关键的进化创新，它使鲂鱼能够以其他鱼类无法做到的方式在海底取得成功。他们证实，鲂鱼确实可以探测和发现磨碎的贻贝，甚至是单一的氨基酸。

　　在第二项研究中，研究人员更深入地研究了这种鱼腿的独特遗传基础。他们使用基因组测序、转录谱分析和杂交物种研究来了解腿形成的分子和发育基础。他们发现了一种古老而保守的转录因子tbx3a，它是鲂鱼腿发育的主要决定因素。基因组编辑证实，这种基因调节了鲂鱼腿的发育，并在其感觉乳头的形成和挖掘觅食行为中也起着关键作用。研究人员表示，这些发现表明，我们有可能扩大对野生生物复杂特征及其进化的详细了解，并且不仅仅局限在成熟的模式生物中。此外，研究人员希望更多地了解导致鲂鱼进化的具体基因和基因组变化。（细胞出版社）

　　撰写：刘雨彤、王怡博、clefable