环球科学：无肺存活48小时，一患者依靠人工肺在肺移植前...

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　　· 生态学 ·

　　海冰减少，这里的北极熊却长胖了

　　三只幼崽围在镇静的母亲身边。这只母熊产下三只幼崽——属于罕见的超大胎次——其中最小的幼崽体重仅五千克。（图片来源：Jon Aars/挪威极地研究所）

　　此前的研究显示，从1980年至今，斯瓦尔巴群岛周围巴伦支海地区的气温每十年上升最高2摄氏度。但2004年的普查显示，巴伦支海北极熊（Ursus maritimus）种群数量约为2650只，且近来规模似乎并未缩小。最近，一项发表于《科学报告》（Scientific Reports）的研究进一步指出，在海冰流失的情况下，斯瓦尔巴群岛附近的北极熊种群的身体状况反而有所改善。

　　研究团队利用1992至2019年对斯瓦尔巴770只成年北极熊的1188份身体测量记录，分析了导致斯瓦尔巴种群稳定的可能原因。他们将这27年内的北极熊身体成分指数（BCI，衡量脂肪储备与身体状况的指标）变化与巴伦支海地区无冰日天数进行了比较。作者发现，尽管无冰日天数在此期间增加了约100天——速度约等于每年增加4天——但采样成年北极熊的平均BCI自2000年后一直在增加。这说明脂肪储备随海冰水平下降反而在上升。

　　作者认为，斯瓦尔巴北极熊身体状况改善或可归因于之前被人类过度利用的陆栖猎物资源种群的恢复，如驯鹿（Rangifer tarandus）和海象（Odobenus rosmarus）。他们还指出，海冰流失或导致环斑海豹（Pusa hispida）这类猎物集中在更小的海冰区域，而这可能提升了北极熊的捕猎效率。作者推断，海冰的进一步减少或增加了斯瓦尔巴种群到捕猎场的移动距离，从而对该种群带来负面影响，而这已经在其他北极熊种群中可以看到。未来仍需开展进一步研究理解不同北极熊种群今后将如何适应北极变暖。（Nature）

　　· 医学 ·

　　一患者无肺存活48小时，靠人工肺在肺移植前维持生命

　　来源：Unsplash+

　　人类没有肺就无法生存。但近日一项发表于《医学》（Med）的研究报告，美国西北大学的外科医生利用定制的人工肺系统，使得一名患者在无肺状态下存活48小时，并最终成功完成双肺移植。

　　该患者为一名33岁男性，曾经很健康，但因乙型流感并发铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）严重感染，引发急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。这是一种危及生命的疾病，炎症和感染会侵袭肺部。最终，他的肺、心脏和肾脏开始衰竭。双肺移植成为他唯一的生存机会。但患者的身体状况过于虚弱，无法接受新肺移植，仍需要时间来恢复。

　　为解决这一问题，研究团队设计了一套人工肺系统，临时替代肺部的功能，能在患者的肺部完全切除的情况下，为其血液供氧、排出二氧化碳，并帮助维持心脏和全身稳定的血流。结果显示，连接该系统后，患者病情迅速得到改善，患者的脓毒症休克开始缓解，维持血压的药物在12小时后停止使用。在无肺状态下维持48小时后，患者的身体不再受到脓毒症的折磨，供体肺源也到位，外科医生便为他进行了双肺移植手术。两年多后，该患者已回归日常生活，肺功能良好。该技术目前仍处于初步阶段，但这一案例为未来治疗严重肺部感染患者提供了新的希望。（Cell Press，Ars Technica）

　　· 新技术 ·

　　新型3D打印技术，可以廉价打印出具有不同硬度、透明度的物体

　　利用新型3D打印技术，研究者从单一原料中创建了一个人手模型。（图片来源：University of Texas at Austin）

　　传统的3D打印机难以打印具有不同硬度、透明度等属性的复杂结构物体（例如包含软组织和硬骨骼的人体模型），需要依赖昂贵的多材料打印机，且难以控制精度，容易在材料结合处出现缺陷。不过，近日据一项《科学》（Science）上的研究，研究团队开发了一种名为CRAFT的新型3D打印技术。该技术使用广泛可用的材料和廉价的商业3D打印机，能够逐像素地打印出具有不同硬度和透明度等属性的复杂结构物体，包括结构非常复杂和精细的人手。

　　研究者以半结晶聚烯烃热塑性塑料——聚环辛烯作为打印原料，当结晶度不同时，材料呈现不同的软硬性质。接着，他们建立所需模型的灰度图像，将其投射到打印平台上，利用紫外光精确控制打印过程中材料的固化和结晶。这使得他们能够控制连续材料在立体空间中的结晶度，实现由软到硬的渐变。新方法仅用低成本的商业光固化打印机即可实现，可用于打印逼真的人体模型、个人防护装备等，具有极大的应用潜力。（University of Texas at Austin）

　　· 演化 ·

　　白蚁通过丢失基因构造复杂社会关系

　　蚁后（左上）正在接受工蚁的照料（图片来源：Jan Sobotink）

　　白蚁堪称地球上最成功的动物之一，它们数量众多，并且构建了庞大的社会体系。然而白蚁的祖先是一群形似现代蟑螂的独居动物。最近，一项发表于《科学》（Science）的研究发现，白蚁并非通过获得新基因，而是通过丢失基因实现了社会复杂度提升。

　　研究团队对常见的蟑螂，一种木食性蟑螂（以小家族为单位群聚），以及具有不同社会复杂程度的白蚁进行了高质量基因组测序和比较。结果显示，白蚁的基因组明显比蟑螂更小，似乎随着白蚁逐渐依赖群体合作与食物共享，它们与新陈代谢、消化和繁殖相关的基因就逐渐退化了。一个案例是白蚁与制造精子鞭毛有关的基因缺失，这导致白蚁的精子没有“尾巴”，并且无法游动。研究者推测，由于白蚁祖先转变为严格的一夫一妻制，就不再需要维持与精子活力相关的基因。通过比较研究木蟑螂与白蚁，研究者揭示了社会性演化的驱动因素，绘制了从杂食性独居蟑螂到具有不同社会性程度的白蚁的基因演化图谱，为深入理解昆虫适应性性状的创新提供了重要见解。（University of Sydney）

　　· 量子计算 ·

　　我国科学家成功调控量子系统预热化节奏

　　近日，北京量子信息科学研究院智能量子计算与模拟团队联合中国科学院物理所、北京大学等高校和科研机构，在随机多极驱动（Random Multipolar Driving, RMD）下的预热化（prethermalization）研究中取得突破性进展。研究团队基于自主研发的78比特超导量子处理器“庄子2.0”，发现并主动调控了量子系统走向混乱前的关键“缓冲期”——预热化，包括预热化的各向异性、预热化平台的存在及其寿命幂律行为、驱动下的系统热化性质等。

　　研究者还利用张量网络等经典算法，对实验任务进行了标定，确认其难度超出经典算法有效范围，明确展示了量子模拟对经典数值算法的超越。这项于1月28日发表在《自然》（Nature）上的研究，为未来实现更稳定、更可控的量子计算与模拟奠定了关键基础。（北京量子信息科学研究院，科技日报）

　　撰文：马一瑗、王怡博、二七