科学

基因驱动是基因工程中最雄心勃勃的工具之一：自我延续的DNA构建体，能够偏倚自身的遗传，将修改后的性状传播到整个野生种群。一个设计良好的基因驱动可以让携带疟疾的蚊子无法传播寄生虫，或者抑制破坏岛屿生态系统的入侵啮齿动物。但即使是最优雅的设计也取决于一个看似简单的问题：多少Cas9才足够，多少又算太多？ 这个问题没有通用答案。Cas9酶是基于CRISPR的归巢基因驱动的分子主力，负责在精确位置切割目标基因组，以便驱动盒在DNA修复过程中被复制进入。如果在关键细胞，即产生卵子和精子的生殖细胞，中产生的Cas9太少，驱动就无法将足够的野生型染色体转化为驱动拷贝，构建体便无法传播。如果雌性生殖系中积累过多Cas9，这种酶会触发一种称为胚胎抗性等位基因形成的破坏性副作用，破坏驱动并使其失效。 多年来，研究人员通过反复试错来应对这一权衡，测试一个又一个启动子，希望能找到合适的表达水平。7月25日发表在《自然·通讯》上的一项研究现在提供了一种更系统的方法。由北京大学和清华大学的研究人员领导，该研究评估了果蝇Drosophila melanogaster中35种不同的Cas9启动子构建体，并首次将其性能与单细胞RNA转录组数据相关联。其结果是一个数据驱动的框架，可能极大地加速用于病媒控制及其他领域的基因驱动开发。 金发姑娘窗口 该研究由吴英科和资深作者Jackson Champer领导，核心见解是Cas9表达必须落在一个惊人的狭窄定量和时空窗口内。作者将其描述为”完美启动子”问题：理想的构建体将Cas9活动限制在生殖细胞中，产生足够酶以实现高转化率，但又不至于触发发育中胚胎的抗性。 为了绘制这一窗口，团队测试了35个驱动果蝇中Cas9表达的启动子，并测量了两个关键结果：驱动转化率（驱动将自身复制到野生型染色体中的效率）和胚胎抗性等位基因形成（驱动被破坏的频率）。然后，他们将这些经验测量结果与单细胞转录组数据进行比较，这些数据显示每个启动子相关基因在不同细胞类型和发育阶段自然表达的位置和时间。 相关性揭示了重要信息。更高的驱动转化率与生殖细胞，特别是雄性和雌性生殖系，中启动子相关基因的表达升高持续相关。这符合直觉：驱动需要Cas9在染色体切割和修复发生的细胞中活跃。但数据也揭示了性别之间的关键不对称性。对于雄性，表达的时间至关重要。具有早期生殖系表达的启动子在雄性果蝇中产生了优越的转化性能，表明Cas9必须在精子发生的最早阶段存在才能实现高效的归巢。 雌性生殖系则讲述了不同的故事。虽然一定水平的表达对于雌性中的驱动转化是必要的，但过度的雌性生殖系表达与胚胎抗性等位基因形成强烈相关。其机制似乎是一个时间问题：当Cas9在雌性生殖系中持续高表达时，它可以在驱动盒有机会作为修复模板之前切割新受精的胚胎，产生断裂的染色体，这些染色体在修复过程中不会复制驱动。 原位优势 除了表达水平，该研究还比较了两种根本不同的Cas9递送方式。在标准的外源方法中，从一个基因中选择一个启动子并融合到Cas9序列上，创建一个合成构建体，其表达模式接近但永远无法完美匹配原始基因的调控。该研究还测试了一种原位设计，将Cas9编码序列直接插入天然基因位点，利用该基因现有的调控架构，包括其内源启动子、增强子和内含子调控元件。 原位构建体在一个关键指标上始终优于其外源对应物：体细胞表达。体细胞（非生殖体细胞）中的Cas9活性对驱动目的无害，但从安全角度来看可能存在问题。体细胞切割可能引发意外突变或免疫反应，高体细胞表达已被标记为基因驱动现场应用的一个关切。通过将Cas9表达与本身被限制在生殖系的基因的自然调控联系起来，原位设计显著降低了体细胞Cas9活性，同时又不损害生殖系性能。 这一发现提供了一个实用的设计原则：尽可能将Cas9嵌入其表达模式已经接近所需窗口的基因调控区域内，而不是拼凑合成启动子构建体。 从经验法则到预测框架 也许这项研究最重要的贡献是它为启动子选择提供的框架。与其合成和测试针对每个候选启动子的数十种构建体（一个每次迭代可能需要数月时间的费力过程），作者们表明，单细胞转录组数据库（越来越多地可用于各种生物体）可以在注射任何果蝇之前用于预测启动子性能。 提出的标准很直接：优先选择其相关基因在生殖细胞中显示高表达（尤其是早期雄性生殖系）的启动子；避免雌性生殖系表达过高的启动子；当调控架构支持时考虑原位构建体。对于任何候选物种，无论是用于疟疾控制的冈比亚按蚊、用于登革热抑制的埃及伊蚊，还是斑翅果蝇等农业害虫，研究人员可以在进行实证测试之前查询现有的单细胞图谱来筛选启动子候选。 这种预测能力对于非模式生物尤其有价值，在这些生物中，产生转基因品系比果蝇要昂贵和耗时得多。该研究的框架有效地将全基因组单细胞图谱转化为启动子设计的虚拟试验台。 对基因驱动开发的影响 这项工作恰逢基因驱动领域从概念验证向实际应用过渡之际。用于疟疾控制的基因驱动蚊子的现场试验正在布基纳法索、马里和其他流行国家积极考虑中，监管机构在批准受控现场试验之前越来越要求详细的分子表征。 数据驱动、合理的启动子选择方法解决了这些风险评估中的关键不确定性之一。如果研究人员能够证明驱动器的Cas9表达被限制在金发姑娘窗口内，足以实现高效转化，不足以产生抗性，限制在生殖系中，他们就能向监管机构和公众提供更清晰的构建体行为图景。 这项研究也显示了该领域已经成熟了多少。十五年前，选择最强可用的启动子并期望最好的结果是标准方法。十年前，这意味着测试少数候选。Wu等人的研究整合了单细胞转录组学、定量遗传学和35种构建体的驱动性能数据，代表了由基因组自身调控逻辑的高分辨率地图引导的基因表达精密工程。 未来之路 重要问题仍然存在。该研究完全在Drosophila melanogaster中进行，它长期以来一直是基因驱动研究的主力，但在生殖生物学上与目标媒介物种存在实质性差异。原位设计方法虽然前景广阔，但需要针对每个新的基因组环境进行调整。该框架的预测虽然跨35种构建体保持一致性，但尚未在前瞻性试验中得到验证，即使用这些标准为新的物种选择启动子并测试其是否按预测表现。 但前进的方向是明确的。基因驱动领域早就知道启动子选择很重要。现在，它首次拥有一个定量的、数据支持的答案，可以解释为什么一些启动子有效而另一些失败。答案恰如其分地落在中间：不是最高的表达，不是最低的表达，而是在完全正确的细胞中有完全正确的量。 这不是经验法则。这是一个设计标准。 参考文献：Wu， Y.， Xia， Y.， Yao， Z.， Chen， W.， Jia， X.， Liang， N.， & Champer， J. (2026). Finding the perfect promoter for Cas9 in homing gene drives using single […]

几十年来，营养科学的核心争论一直围绕一个问题：我们应该吃多少？热量摄入、热量消耗。宏量营养素比例。份量控制。这个很少受到质疑的假设是，食物的内容和数量是健康结果的主要杠杆。2026年7月26日在马里兰州国家港湾举行的美国营养学会年会NUTRITION 2026上公布的一项新试点研究，为一个日益增长的相反趋势增添了分量：你何时吃可能和吃多少一样重要。 这项试验由罗格斯大学及罗格斯-罗伯特·伍德·约翰逊医学院教授Sue Shapses领导，追踪了47名年龄在50至79岁之间、超重或肥胖的女性。所有参与者都接受了旨在将每日热量摄入减少约500千卡的标准饮食咨询。两组之间唯一不同的变量是摄入这些热量的时间窗口。 其中26名女性被分配到限时饮食方案，将每日进食时间限制在9小时以内。她们平均在8.2小时的窗口内进食，通常从上午10点到下午6点左右。其余21名女性保持约12小时的传统进食时间表，从清晨一直延续到傍晚。 六个月后，一个显著的规律出现了。两组减重幅度大致相同，约6.8公斤。无论进食时机如何，热量限制都导致了体重下降。但当研究人员使用一种名为CANTAB的计算机化认知测试系统（旨在检测脑功能的微妙变化）进行评估时，限时饮食组表现出传统饮食组所没有的优势。 温和但有意义的认知提升 限时饮食者在空间规划和问题解决任务中表现出温和的改善。他们在记忆和新学习测试中犯的错误也更少。这些益处并非在所有认知领域都均匀分布：在多任务处理能力或反应时间方面没有可测量的改善。这些效应针对的是在衰老过程中最早下降的那类高级认知功能。 重要的是，认知改善与进食窗口的紧缩程度相关。将每日进食压缩到更短窗口的女性，其改善幅度大于窗口接近组平均水平的女性。这种剂量反应模式，限制越多，收益越大，正是研究人员在区分真正生物学效应与统计噪声时所寻找的信号。 这项研究规模较小。一个47人的试点研究，在会议上发表但尚未在同行评审期刊上发表，无法支持广泛推荐。Shapses和她的同事谨慎地强调，这些发现是初步的，在任何人仅凭此改变饮食习惯之前，还需要更大规模、更确定的试验。这些结果足以引发更深入研究的兴趣，但尚不足以作为处方依据。 时间作为独立变量的论据 这项试验值得关注的原因不在于认知信号本身，小样本中的温和效应很可能在大规模研究中消失，而在于其设计对饮食干预本质的启示。由于两组减重幅度相同，限时饮食组的认知优势不能简单地归因于减重更多。它必然源于其他因素：进食时间本身。 这与大多数营养研究存在根本性差异，后者往往将饮食质量与热量数量混为一谈。如果你将每日进食限制在8到9小时的时间窗口内，你未必在吃更健康的食物或更少的热量，尽管有些人确实同时做到了这两点。这项试验的设计有意将两个变量解耦，创造了独立于数量的时间测试。 时间效应的生物学原理建立在一个日益增长的研究领域，昼夜节律与代谢调节，之上。哺乳动物在食物并非全天可获得的条件下进化而来。在白天活动期进食，在休息期禁食是祖先模式，身体中几乎每个细胞都携带着预测这一节律的分子时钟。限时饮食将营养摄入的时间与这些内源性昼夜周期对齐，可能影响感知营养可用性并调节包括自噬在内的细胞维护过程的通路，如mTOR和AMPK。 动物研究提供了最令人信服的一些证据。在衰老的小鼠模型中，限时喂养已被证明可以改善认知表现并减少神经炎症标志物。从小鼠到人类、从炎症标志物到认知测试分数的转化步骤仍然很大，但人类试点数据现在为动物研究结果提供了一些初步支持。 对营养科学更广泛的影响 如果在更大规模的试验中得到证实，其含义将是营养指南一直忽视了饮食干预的一个完整维度。当前的饮食建议指定了数量，多少克蛋白质、多少份蔬菜、最大热量摄入，但它们对于食物摄入的时间分布几乎只字未提。限时饮食不会取代这些建议，而是为它们增加一层精确性。 这种思维转变已经在代谢健康研究中展开，间歇性禁食和限时饮食方案对胰岛素敏感性、血压和身体成分的影响已被广泛研究。将其扩展到大脑健康是较新的方向，基于的证据也较不充分，但逻辑是一致的。代谢健康与大脑健康密切相关。胰岛素抵抗和慢性低度炎症等状况是认知功能下降的风险因素，改善代谢参数的干预措施也有可能使大脑受益。 罗格斯大学的试验没有回答机制性问题。它没有证明限时饮食能减少人类神经炎症，或改变衰老大脑中的营养感知通路。它所做的是建立了一个值得解释的表型。下一步，与认知结果并行测量炎症、自噬和昼夜节律基因表达的生物标志物的机制研究，将开始弥合相关性与因果关系之间的鸿沟。 谨慎乐观 就目前而言，结论并非老年人应立即采用限时饮食来保护记忆。除了样本量小之外，还有几个局限性值得注意。该试验仅招募了女性，因此结果可能不适用于男性。这是一项没有长期随访的试点研究。而且，认知提升虽然存在，但温和且局限于特定领域。 这项研究提供的是一个清晰的实验证明：进食时间可以独立于食物摄入量影响大脑功能。它提醒我们，营养不仅仅关乎盘子里有什么，还关乎盘子何时放下。 这个提醒是否会转化为晚年保护认知功能的真正治疗策略，取决于未来的工作。已经需要进行更大规模、包含两性、测量机制性生物标志物并长期跟踪参与者的试验。对于一个花费数十年计算热量的领域而言，墙上的时钟可能与浴室里的秤同样重要的想法，代表了实验格局的一次有意义的扩展。 婷 翻译

幽蚊幼虫 Chaoborus edulis 的外表看起来一点也不像深海探险家。这种昆虫身体半透明，体长不足1厘米，幼虫期在马拉维湖阳光照射的浅水区漂荡。但每天两次，这种看似脆弱的生物会做出科学家数十年来一直认为不可能的事情：潜入超过200米的深水，承受大约20倍大气压的压力，这种环境足以压垮地球上任何其他昆虫的呼吸系统。 C. edulis 是如何做到这一点的？2026年7月23日出版的《科学》杂志上，不列颠哥伦比亚大学的 Evan K. G. McKenzie 和资深作者 Philip Matthews 与马拉维的合作者共同报告了这一发现。这并非关于某种神奇新器官的故事，而是一个关于进化”巧手改造”的故事：利用已经存在的结构，剥离其原有功能，并将其重新设计用于大自然从未设想过的新用途。 昆虫被认为无法解决的物理难题 对于昆虫学家而言，昆虫能否在深水中生存的问题早在几十年前就已盖棺定论，答案是明确的”不能”。昆虫通过称为气管的气体填充管道网络呼吸，这本质上是一套将氧气直接输送到组织的内部管道系统。与拥有可压缩肺部的脊椎动物不同，昆虫的气管是坚硬的充气空间。在深水中，水压会像真空室中的吸管一样将这些管道压扁。所有教科书都假定，昆虫的身体构造根本不可能承受哪怕中等程度的水下压力而不发生灾难性内爆。 马拉维湖是非洲最深的湖泊之一，最大深度约700米，为检验这一假设提供了天然的实验室。此前已观察到 C. edulis 幼虫进行戏剧性的每日垂直迁徙：白天潜入深水以躲避鱼类等视觉捕食者，夜间返回水面摄食浮游生物。这种行为本身已有详细记录，但尚不清楚的是幼虫如何在下降过程中存活。 四个香蕉形气囊 McKenzie 和 Matthews 从湖中采集幼虫，在压力舱中回收，并在实验室中进行可控压缩实验后发现，C. edulis 拥有其他昆虫幼虫从未需要过的东西：沿身体排列的四个香蕉形气囊。 这些并非呼吸器官。在大多数昆虫中，气囊充当帮助气管系统通气的风箱，吸入氧气并排出二氧化碳。而在 C. edulis 中，这种呼吸功能几乎完全消失。这些气囊已被重新利用为浮力控制装置，某种意义上的鳔，但所用材料是任何鱼鳔都不曾使用的。 气囊由交替排列的角质层条带（昆虫外骨骼的坚硬结构材料）和节肢弹性蛋白（resilin）构建而成。Matthews 在 2019 年和 2022 年发表在《当代生物学》上的早期研究中将这种蛋白质描述为近乎完美的生物橡胶。节肢弹性蛋白可以拉伸并在几乎没有任何能量损失的情况下弹回原状，是自然界已知最具弹性的材料之一。整个结构被一层保护性活体组织包裹。 幼虫通过调节周围组织壁的 pH 值来主动控制这些气囊。酸度的变化导致节肢弹性蛋白带像手风琴一样伸缩，改变气囊体积，从而改变幼虫的整体浮力。当幼虫需要下沉时，气囊压缩；当需要上升时，气囊膨胀。在深水中，结构在环境压力增加下变硬，抵抗足以摧毁普通气球的挤压力量。 压力舱中的证明 实验室结果明确无误。当 McKenzie 和他的团队将 C. edulis 幼虫置于压力舱中并逐渐增加压力时，这些动物承受了相当于水深 500 米的条件，这是在野外观察到的最深潜水的两倍以上。马拉维湖的声纳追踪数据证实，幼虫日常平均水深达到 213 米，观测到的最大潜水深度为 258 米。 作为对比，团队测试了两种相关物种。生活在东非较浅湖泊中的 […]

数百万人每天打开卡路里跟踪应用程序，拍摄午餐照片，并相信屏幕上显示的数字来指导他们的体重管理决策。它感觉很科学：一张照片、一种算法、精确的卡路里计数。但 2026 年营养大会上提出的新研究表明，这种信心可能是错误的。美国国立卫生研究院研究人员的一项研究发现，四种流行的人工智能卡路里追踪应用程序始终低估标准化膳食的卡路里含量约三分之一，平均每餐误差达到 250 至 345 卡路里。 美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所 (NIDDK) 博士后访问研究员 Aaron Hengist 和 NIDDK 学士后研究员 Olivia Charles 于 7 月 26 日在美国营养学会年会上公布了这一研究结果，提出了关于面向消费者的健康人工智能快速扩张领域的令人不安的问题。这些工具几乎完全在医疗设备监管之外运行，其内部工作原理是专有秘密，正如数据显示的那样，它们的错误不是随机噪音，而是系统性扭曲，可能会悄悄破坏依赖它们的人的目标。 该研究是在美国国立卫生研究院临床中心一项更大规模的营养试验中进行的，该试验将低碳水化合物（生酮）饮食与标准饮食模式进行比较。这种设置给了研究人员一个罕见的优势：完全控制盘子上的食物。餐食是在代谢厨房中准备的，这是一个研究级的食品制备设施，每种成分的重量都在 0.1 克以内。每餐的真实热量和常量营养素含量均通过实验室精确了解。随后，102 份此类膳食的照片被提交给四个领先的应用程序：MyFitnessPal、LoseIt!、CalAI 和 Appediet。第二阶段向数据集中添加了 200 多种额外餐食。 所有四个平台的结果都是惊人的。平均而言，这些应用程序低估了膳食的热量含量 250 至 345 卡路里。鉴于研究中的膳食量从中等到大，这代表着比真实值低约 30% 的误差。每餐的脂肪含量被低估了大约 30 克，差距很大。相比之下，碳水化合物的估计值明显更符合地面实况值。 不同应用程序或膳食类型的错误模式并不统一，这种不均匀性说明了自己的情况。高脂肪膳食，包括母体 NIH 试验的核心生酮膳食，产生了最大的差异。这些应用程序始终低估了这些膳食的脂肪含量，从而低估了总热量。这不是一个微不足道的极端案例。生酮和其他高脂肪饮食模式越来越受欢迎，许多追随它们的人恰恰是最依赖跟踪工具来保持宏量营养素目标的用户。 应用程序之间也存在有意义的差异。 MyFitnessPal 和 LoseIt！对高热量膳食表现出更好的准确性，这表明某些算法可能在某些范围内表现良好，而在其他范围内则显着降低。与此同时，CalAI 和 Appediet 更一致地全面低估了卡路里计数，无论膳食量或成分如何。 研究人员指出，回想起来，这一切都不足为奇，但事实确实如此。这些应用程序向用户展示自己为测量仪器，而测量仪器应该是准确的。但与浴室秤或血糖监测仪不同，这些工具不作为医疗设备受到美国食品和药物管理局的监管。它们是消费软件产品，不受准确性标准的约束，它们的算法是黑匣子，其训练数据和故障模式不为公众所知，而且通常也不为科学界所知。 这就是消费者人工智能健康工具的黑匣子问题。当用户拍摄一盘鸡蛋、鳄梨和培根的照片时，该应用程序不会像人类营养师那样识别食物。它将视觉特征与标记图像的训练数据集进行匹配，通过摄影测量或启发式估计部分大小，然后将这些估计与营养数据库交叉引用。该管道中的每个步骤都会引入错误。视觉识别可能会混淆外观相似的食物。照片的角度或碗的深度可能会影响份量的估计。营养数据库条目可能对应于食物的通用版本，与盘子上的实际食物几乎没有相似之处。由于这些系统的训练数据是专有的，因此外部研究人员无法审计管道发生故障的位置。 NIH 的调查结果尤其令人担忧的是该错误的系统性。如果应用程序高估卡路里的次数与低估卡路里的次数一样多，那么用户在一周内跟踪自己的摄入量可能会通过平均来接近真相。但持续低估大约 30% 的工具不仅仅是不精确。这是有偏见的。一个人依靠这样的应用程序来维持每天 […]

当美国国家海洋和大气管理局在七月下旬宣布，正在发展的厄尔尼诺现象在2026年底前有80%的几率成为一次非常强烈的事件时，这个数字是科学精确性的典范。但在许多听到该消息的人眼中，这也是一种保证。 气候科学家如何传达风险与公众如何吸收这种风险之间的差距从未如此重要。2026年6月出现的厄尔尼诺现象正以令预报员惊讶的速度增强。到它达到峰值时，预计在2026年底或2027年初，它可能会以足以重新定义强厄尔尼诺含义的幅度，打破现代观测记录中的每一项纪录。 模型所见 伯克利地球研究所的气候科学家泽克·豪斯法瑟在七月第三周比较了14个独立气候模型的预测。所有模型的预估中值显示，赤道太平洋的海表温度峰值比之前的记录保持者，2015-16年厄尔尼诺，高出约0.8摄氏度（1.4华氏度）。高于先前记录0.8摄氏度的幅度并非增量式的。这相当于弱厄尔尼诺与非常强厄尔尼诺之间的全部差异。 NOAA地球物理流体动力学实验室的SPEAR模型描绘了一幅更为严峻的图景。全部30个集合成员（每个成员都是初始条件略有不同的独立模拟）都产生了与过去一个世纪最强厄尔尼诺事件相匹敌的峰值强度。不是大多数。是全部。当全部可能性的范围都落在同一区域时，信号是明确的。 NOAA气候预测中心的气象学家米歇尔·勒厄用同样统一的措辞描述了该机构的预报。除了2026年底前发生非常强烈事件的80%概率外，NOAA还评估认为厄尔尼诺条件至少将持续到2027年4月，这几乎是确定的。这一持续时长将把该事件推入一个不同的类别。大多数强厄尔尼诺在达到峰值后会减弱；这种强度的长期事件将在整整两年内加剧对海洋生态系统和环流模式的压力。 概率语言，确定性接收 80%这个数字是教科书式的概率预报，是气候科学家数十年来为传达不确定性同时表达高度信心而精心打磨的语言。80%的概率意味着在10个类似情景中有8个情景预测的结果会实现。这也意味着在10个情景中有2个不会实现。 但公众、媒体和政策制定者并不会自然地以这种方式处理概率。风险沟通研究一致表明，人们倾向于将高概率理解为近乎确定，尤其是在利害攸关的情况下。科学出版物中存活的细微差别，到了头条新闻、规划文件和保险评估中往往会蒸发殆尽。 这不仅仅是语义问题。灾害准备、人道主义预算编制和经济预测都依赖于概率输入。当这些概率被压缩为确定性预期时，反应会在两种同样代价高昂的错误之间摇摆。过度准备浪费资源并侵蚀信任。准备不足则放大损害。2026年的预报以其异常高的模型一致性和潜在的历史性影响，使得这种紧张关系无法被忽视。 经济核算 达特茅斯学院的气候研究者贾斯汀·曼金试图量化创纪录的厄尔尼诺将付出什么代价。基于与合著者克里斯托弗·卡拉汉于2023年发表在《科学》杂志上的先前研究（该研究表明1997-98年的厄尔尼诺使全球经济产出缩减约5.7万亿美元），曼金估计2026年的事件到2032年可能产生累计损失达10万亿美元。 这个数字包括极端天气造成的直接损失：南美太平洋沿岸的洪水、东南亚的干旱和野火，以及热带地区农业季节的混乱。它还包括较慢效应：高温暴露地区的劳动生产率下降、通过大宗商品市场产生涟漪效应的减产，以及多个地区同时遭受冲击时对增长产生的复合拖累。1997-98年的事件展示了这种模式。印度尼西亚和泰国的作物歉收导致全球大宗商品价格飙升。亚马逊经历了严重的火灾季节。太平洋各地的珊瑚礁遭受了白化，其中许多至今未能恢复。经济损失在海洋温度恢复正常后多年仍然可测量。 气候背景 当前的厄尔尼诺现象发生在一个比工业化前水平高出约1.3摄氏度（2.3华氏度）的星球上，这一基线在以往任何事件中都不存在。这种背景变暖之所以重要，是因为厄尔尼诺并非孤立运作。它与长期趋势相互作用，而这种相互作用似乎正在放大信号。 Abram及其同事于2020年在《自然》杂志上发表的研究表明，在人为变暖的影响下，热带太平洋厄尔尼诺和拉尼娜状态的差距已经扩大，厄尔尼诺事件期间海表温度异常上升的速度超过了模型的预测。Coquereau及其同事于2025年在《地球物理研究快报》上发表的研究强化了这一发现，表明随着气候变暖，极端厄尔尼诺事件可能变得更加频繁，这是由于太平洋平均状态的变化使得耦合反馈更容易放大。 2026年的事件符合这一模式。预报模型表明，标准基准尼诺3.4区域的海表温度异常峰值可能超过3.0摄氏度（5.4华氏度）。作为参考，2015-16年厄尔尼诺峰值约为2.6摄氏度（4.7华氏度）。1997-98年事件峰值接近2.4摄氏度（4.3华氏度）。3.0摄氏度的异常将使2026年事件处于观测记录（可追溯到1950年）从未记录过的类别。 接下来会发生什么 如果模型是正确的，而14个独立建模系统的收敛加上SPEAR集合的一致性有力地证明了这一点，其后果将超越直接的天气影响。2027年的全球平均气温可能上升到比工业化前水平高出约1.7摄氏度（3.1华氏度），受热带太平洋热脉冲的推动而上升。这将使世界危险地逼近《巴黎协定》所确立的1.5摄氏度阈值。 根据多个监测机构的报告，即使在厄尔尼诺完全成熟之前的2026年本身，也有望成为仪器记录中最热的一年。长期变暖和发展中的厄尔尼诺的结合已将全球气温推入科学家们本不期望在本十年看到的领域。 海洋和陆地生态系统的碳吸收预计也将下降。在以往的强烈事件中，净碳汇明显下降，因为干旱胁迫下的植被和较暖的海洋表层水降低了光合作用和气体交换的效率。在创纪录强度的厄尔尼诺期间出现的下降将意味着更多人类排放的二氧化碳滞留在大气中，从而加速该事件本身所体现的变暖。 确定性陷阱 2026年的厄尔尼诺预报，在某种意义上，是气候科学的一次胜利。由不同大洲的不同研究团队建立的14个模型得出了相同的结论：前所未有的事情正在发生。NOAA的80%概率、GFDL的30成员集合以及伯克利地球研究所的跨模型中位数都指向同一个方向。 陷阱在于，这种收敛可能造成一种危险的可预测性错觉。气候模型不是水晶球。它们是界定风险的工具，而非确定性地预测未来的工具。2026年的厄尔尼诺几乎肯定会非常强烈，可能是历史上最强的一次。但它不会完全按照任何一个单独模型运行的方式展开。其影响将取决于时间、大气的背景状态以及与更广泛的热带环流相互作用的天气系统。 2026年预报的真正教训不在于记录将被打破。而在于气候系统正在发出科学家如今能够以显著清晰度读取的信号，并且科学所说的话与世界所听到的内容之间的差距从未如此之大、如此之重要。弥合这一鸿沟需要的不仅仅是更好的模型。当利害攸关以万亿美元衡量，并且地球唯一的气候的稳定性面临威胁时，需要对概率的含义达成共同理解。 模型已经收敛。现在的挑战是确保这种收敛转化为行动，而不仅仅是头条新闻。 婷 翻译

在一年中最热的日子里，分体式空调上演了一个残酷的把戏：它将室内的热量直接排放到室外的街道上。机器更加努力地工作，城市变得更加炎热，循环不断加速。这种反馈循环是建筑制冷已消耗全球近10%电力的原因之一，而这一比例的增长速度超过任何其他终端用途。到2050年，制冷所需的电力预计将比2024年水平增加210%，相关的温室气体排放在同一时期可能翻三倍。 这一轨迹既不可持续，也极度不平等。一小部分人类享受空调的益处，而其余人则忍受着由那些机器产生的排放所加剧的极端高温。2021年发表在《自然·通讯》上的一项由Pavanello及其同事进行的研究预测，到2040年，印度、墨西哥、印度尼西亚和巴西多达1亿个家庭即使有电力供应，仍然无法负担空调。最需要制冷的人、对导致全球变暖的排放贡献最少的人，恰恰是最无力购买解决方案的人。 这不是技术差距。这是公平差距。而且越来越多的研究表明，最有希望的答案可能并非来自更高效的空调，而是来自无需接入电网就能保持凉爽的建筑。 大气窗口 被动冷却研究中最为激动人心的进展集中在一种被称为”大气窗口”的物理特性上。地球的大气层对红外辐射几乎不透明，但它允许8至13微米之间的波长几乎不受阻碍地穿过，直接逸散到外太空的寒冷中。地面上的物体会自然地在这一波段辐射热量。但它们也会吸收太阳辐射，并将大部分热量重新辐射到低层大气中，在那里被温室气体捕获。 被动辐射冷却材料的设计则是为了实现不同的效果：它们反射几乎所有入射的 sunlight，同时在大气最为透明的8至13微米波段发射红外辐射。最终效果：表面可以冷却到低于环境空气温度，而不消耗一瓦电力。 Santamouris和Vasilakopoulou今年早些时候在《自然综述·清洁技术》上发表了一篇全面综述（DOI 10.1038/s44359-026-00177-y），详细记录了这些技术及相关被动策略的快速进展。该论文考察了智能太阳能控制、自然通风和机械通风、辐射表面、蒸发散热以及混合系统方面的进展。 其中，辐射冷却吸引了材料科学家最多的关注，因为它承诺了一种几乎像魔法一样的东西：一个通过仰望天空就能使自己变得更冷的表面。 战胜酷热的涂料 最实际的进展来自于适用于现有建筑的涂层和涂料。研究人员开发了多层材料，能够捕获微小的空气囊，形成散射 sunlight 同时最大化热辐射的结构。2022年Hu等人在《复合材料A部分》上发表的一项研究报告了一种具有这种结构的涂层，可将表面温度降低5.26°C，并反射97%的入射太阳能。 2023年Zhao等人在《科学》杂志上描述了一种不同的方法，使用负载有氧化硅和氧化铝微球和纳米球的涂料。两种尺寸的颗粒协同工作：较大的微球散射可见光和紫外线，而较小的纳米球增强了关键的8至13微米波段的辐射。结果是一种可规模化制造、使用普通设备即可施工、无需维护的涂料。 其他研究团队则通过特种玻璃、透明凝胶和可加装在现有窗户上的柔性薄膜来追求辐射冷却。这些材料的共同点是它们不需要持续的能源输入，也没有运动部件。一旦安装完毕，它们就静静地存在于建筑围护结构上，在烈日下持续向太空辐射热量。 超越辐射冷却 辐射表面是最引人注目的创新，但它们远非唯一的被动策略。Santamouris和Vasilakopoulou的综述还强调了自动化遮阳系统的进展，例如追踪太阳位置的百叶窗和窗板，这在较富裕国家的商业建筑中已经司空见惯。引导气流穿过建筑物的自然通风设计可以显著降低室内温度。利用水的潜热吸收热能的蒸发冷却在干燥地区仍然有效。而将少量电力辅助与主要被动元件相结合的混合系统，可能为某些环境提供最佳平衡。 2025年Kousis和Santamouris在《太阳能》杂志（第302卷，文章114038）上发表的一项研究考察了这些被动策略在预测的气候变化情景下的长期有效性。分析发现，设计良好的被动系统即使在气温升高时仍然有效，尽管其性能在超出历史标准的极端条件下会下降。这表明被动冷却并非在所有情况下都能永久替代机械系统，但它可以显著减少主动系统必须处理的负荷，从而降低能源需求和设备成本。 对公平性的影响是直接的。一个买不起分体式空调、更不用说支付电费的家庭，仍然可以从涂有辐射冷却涂层的屋顶或具有遮阳窗户和交叉通风设计的建筑中受益。这些干预措施不需要家庭拥有昂贵的设备或支付每月的水电费。它们是一次性的资本投入，而且对于许多材料来说，随着制造规模的扩大，成本正在迅速下降。 尽管如此，研究人员警告不要将被动冷却视为万能灵药。灰尘和污染会随着时间的推移降低辐射性能。湿度限制了蒸发冷却方法。密集的城市峡谷阻挡了辐射表面所需的天空视野。在最炎热、最潮湿的气候中，仅靠被动系统可能不够，尤其是对于老年人和有医疗状况的人群等弱势群体。 冷却作为气候正义 框架很重要。几十年来，能源政策中的主导假设一直是，应对日益增长的制冷需求的解决方案是更高效的空调：更严密的密封、更好的制冷剂、更智能的压缩机和升级电网以应对负荷。这些都是值得追求的目标，但它们假设问题在于技术差距：通过降低机器的成本和能源足迹来使制冷变得负担得起。 研究讲述了一个不同的故事。差距主要不在于技术。它是结构性的。最不可能拥有空调的家庭，也最有可能居住在隔热不良的建筑中、在几乎没有树木覆盖的热岛社区中、以及在电力网络不可靠的国家中。对于这些家庭来说，如果设备本身就买不起，更高效的空调就不是解决方案。 被动辐射冷却颠覆了这一逻辑。它针对的是建筑本身，而不是电器。它从源头上减少了对机械冷却的需求，降低了在需要空调时必须达到的标准。在许多情况下，它可能在一年的相当长时间里完全消除这种需求。2021年Feng等人在《纳米能源》上发表的一篇论文发现，辐射冷却材料可以将温暖气候地区的峰值冷却负荷降低两位数百分比，从而可能推迟或避免购买机械系统的需求。 根据国际能源署的预测，到2050年，世界将增加相当于4,000吉瓦的制冷能力，大约相当于美国目前的总发电能力。其中大部分增长将来自亚洲、非洲和拉丁美洲那些气温上升最快、收入最低的国家。这一需求是通过机器还是更智能的建筑来满足，不仅将决定排放轨迹，还将决定谁能享受凉爽。 被动冷却技术不会在所有地方取代空调。它们也不需要。它们提供的是一个不同的起点：一个冷却不是需要购买的商品，而是建筑环境的一种属性，是屋檐下任何人都可以获得的。 制冷领域的公平差距不是通过给每个人同样的机器来弥合的。它是通过确保最需要缓解酷热的人们拥有能帮助他们自己保持凉爽的建筑来弥合的。这不是一个技术问题。这是一个设计问题，一个政策问题，而且正日益成为一个可解决的问题。 婷 翻译

当尼古拉·福克斯博士回到萨里大学参加最近的毕业典礼时，她看到了三十年前她无法想象的事情。一排排戴着帽子、穿着长袍的妇女，正在获得物理和工程学位。这一幕让她停住了。她后来说，令人惊讶的是，看到有这么多女孩在她自己那个时代几乎完全是男性的领域毕业。 福克斯现在领导着美国宇航局的所有科学工作。作为科学任务理事会的副管理员，她负责监督大约 100 个探索从太阳到宇宙深处的一切任务。但她进入该办公室的道路是从一个报告厅开始的，在那里，她是 200 多名攻读远程信息处理和卫星工程硕士学位的学生中的四名女性之一。萨里大学 1991 年的学生在当时并不罕见。从统计学上来说，这是典型的。那个房间和她几十年后参观的毕业礼堂之间的距离是 STEM 领域女性故事的缩影：不可否认的进步，但仍远未完成。 福克斯在赫特福德郡希钦长大，距伦敦以北约一小时车程。她就读于圣弗朗西斯学院，这是莱奇沃斯的一所女子学校，她认为这种环境使她免受性别刻板印象的影响，而这些刻板印象可能使她远离科学。她从来没有听说过物理对于女孩来说是不寻常的，因为在圣弗朗西斯，女孩们学习了每一门学科。直到她进入大学并对自己选择的领域感到惊讶时，她才意识到其他人有不同的看法。她后来回忆道，她并没有真正意识到这很不寻常，因为从来没有人告诉过她这是不寻常的。 当她八个月大时，她的父亲在电视上向她展示了登月的场景，激发了她对太空的迷恋。福克斯说，她的母亲给了她决心。福克斯解释说，尽管她自己可能不想在月球上行走，但她的母亲决心确保她的女儿在她想要的情况下拥有一切机会。当福克斯想要放弃时，她的母亲予以反击：不是因为要成功的压力，而是允许尝试和失败。她会说，让我们试一试，如果失败了，我们就去做别的事情。 好奇心和毅力的结合使福克斯在帝国理工学院获得了物理学学士学位，在萨里大学获得了硕士学位，并回到了帝国理工学院获得了空间和大气物理学博士学位。她于 1998 年加入约翰·霍普金斯大学应用物理实验室，成为太阳物理学首席科学家和帕克太阳探测器（人类首次接触太阳的任务）的项目科学家。 2018 年，她调任 NASA 担任太阳物理学部主任，并于 2023 年被任命为整个科学任务理事会的副管理员。 她的职业生涯证​​明了当才华遇到机会时，一切皆有可能。但它也提出了一个任何单一传记都无法回答的问题。如果一名女性能够晋升到世界上最著名的航天机构的高层，这是否意味着这个系统已经发生了变化？或者这是否意味着系统可以在底层结构保持不变的情况下容纳异常？ 数据表明答案是两者兼而有之。 管道，测量 根据跟踪科学、技术、工程和数学参与情况的组织 STEM Women 的数据，在过去十年中，在 STEM 领域工作的女性人数逐渐增加。根据 WISE（科学、技术和工程领域性别平衡运动）2025 年的数据，在英国，女性目前约占核心 STEM 劳动力的 27%。这是历史最高水平，高于十年前的 17% 左右。担任核心 STEM 职位的女性绝对人数已超过 140 万，如果目前的趋势保持下去，预计到 2030 年将达到 170 万。 根据女工程师协会的数据，在美国，女性约占 STEM 劳动力的 29%。从全球来看，这一数字约为 28%。联合国教科文组织报告称，全球 35% 的 STEM 毕业生是女性。 这些都是实实在在的收获。轨迹是向上的。但按照目前的变化速度，平等仍然是一个遥远的愿景。 […]

果蝇的大脑只有罂粟种子大小，包含大约10万个神经元，比一个小型体育场的容纳人数还少。凭借如此微薄的生物硬件，果蝇必须寻找食物、躲避捕食者、在湍急的气流中导航，并在失去气味线索后记住自己要去哪里。神经科学界的主流观点一直认为，工作记忆和证据积累等复杂的认知操作需要哺乳动物大脑皮层精密的层次化回路。7月25日发表在《自然·通讯》上的一项研究从根本上挑战了这一假设。 纽约大学医学院的研究人员发现，果蝇大脑导航中枢中一个微小的神经元群体在气味引导飞行过程中同时执行工作记忆和证据整合功能。这一发现表明，这些基本的认知操作完全不依赖于皮层结构。它们可能是进化早期发现并在不同物种间精炼的导航问题的通用解决方案，是构建神经形态人工智能系统的工程师们值得研究的方案。 单个神经”凸起”中的工作记忆 由Nicholas D. Kathman、Aaron J. Lanz、Jacob D. Freed和Katherine I. Nagel领导的研究团队聚焦于扇形体内的局部神经元群。扇形体是果蝇中央复合体中的一个结构，充当导航中枢。他们使用名为VT062617-Gal4的遗传品系标记了这一小群神经元，然后在果蝇导航虚拟气味环境时进行了双光子钙成像。 在实验装置中，果蝇在一个气垫球上行走，同时摄像系统(FicTrac)追踪其旋转并将它们转化为虚拟世界中的运动。风向由果蝇自身以闭环方式控制，而气味脉冲则按固定时间表递送。这使得研究人员能够观察果蝇在经历相当于飞越自然气味羽流时的神经活动。 他们的发现令人瞩目。一个局限的神经活动”凸起”，跨越扇形体仅一或两个柱状结构，在果蝇遇到气味时被激活。气味停止后，这个凸起并没有立即消失，而是持续存在，有些情况下持续数秒，其他情况则仅短暂一瞬。持续时间遵循指数分布，特征时间常数为5.59秒。 这是最纯粹形式的工作记忆：在建立目标方向的感官线索消失后存储该方向。这个凸起编码了果蝇应相对于风向飞行的方向，这是一种分配心参考框架，意味着它代表外部世界中的一个固定目标，而非果蝇自身的朝向。当果蝇转向时，凸起的位置保持稳定。这只动物携带了一个指向目的地的内部指南针。 遗忘的行为后果 这种持续性活动的存在本身就值得注意，但研究团队更进一步将其与行为联系起来。当神经凸起持续存在时，果蝇保持更笔直的轨迹，偏离目标方向更少。航向标准差显著降低(p = 5.0 x 10^-6)。当凸起崩溃时，偏离目标方向的程度急剧增加(p = 0.0002)。果蝇实际上忘记了自己要去哪里，开始四处游荡。 这种行为相关性确立了持久的神经活动与动物保持航向能力之间的直接联系。这个凸起不是附带现象，而是记忆航向的神经基础。 同一回路中的证据积累 第二个重要发现是，同一神经元群体也执行随时间的证据整合功能。在自然界中，湍流空气中的气味羽流并非连续的气流，而是被干净空气间隙打断的间歇性、断断续续的气味丝线。依靠嗅觉导航的动物必须随时间整合遭遇来判断自己是否仍在正确轨道上。 研究人员通过向果蝇递送湍流羽流结构，同时对同一扇形体神经元进行成像，模拟了这种自然条件。神经活动并非随每次脉冲简单地开启和关闭，而是随着连续的气味遭遇逐渐增加。去相关分析显示，该系统作为一个气味过滤器，整合了过去约10秒的信息。 这是教科书式的证据积累，与脊椎动物中与顶叶和前额叶皮层回路相关并建模为漂移扩散模型的过程相同。而在果蝇中，它发生在仅几百个神经元内、一个不超过盐粒大小的脑区中。 因果证明与最优时机 为了确定这种持续活动是否因果性地参与维持逆风航向，研究团队使用了光遗传学沉默技术。他们在相同的VT062617群体中表达了GtACR1（一种光激活氯离子通道，可使神经元沉默）。当研究人员在气味消失后立即沉默这些细胞时，果蝇更早、更急剧地转向远离逆风方向。没有持续的神经活动，它们无法保持航向。 一项对照实验强化了这一发现的特异性。由品系52G12标记的不同扇形体神经元群体仅表现出与转向运动相关的短暂活动。这些神经元没有表现出持续性活动。工作记忆功能并非导航中枢的一般属性，而是特定属于VT062617群体。 研究团队还探讨了为什么持续时间为5.59秒的问题。他们与专门研究羽流物理学的John Crimaldi实验室合作，利用湍流边界层羽流的真实数据进行了计算模拟。模拟改变了记忆时间常数并测量了导航性能。约5.5秒的实际值接近导航自然结构化羽流的最佳点。更短的记忆会导致果蝇在气味信号的间隙中过早放弃，而更长的记忆则会导致其在羽流移动后仍坚持错误的航向。进化似乎根据环境的统计特性调整了该回路。 对智能的启示：自然与人工 这项工作的更广泛意义远远超出了果蝇本身。它表明工作记忆和证据积累并非大规模复杂神经网络的新兴属性，而是可以在非常小的回路中实现的解决方案，甚至可能在能够执行导航的最简单回路中实现。 这一认识对进化神经科学具有启示意义。如果昆虫和脊椎动物独立进化出工作记忆回路，趋同进化是一种解释。但另一种更具挑衅性的可能性是：生活在5亿多年前的两侧对称动物的共同祖先可能已经拥有能够进行这些计算的导航回路。在这种情况下，果蝇的大脑并非哺乳动物大脑的简化近似，而是一个经过五亿年检验的保守原型。 对于人工智能和神经形态计算而言，其意义同样重大。目前执行工作记忆和证据积累的AI系统通常需要具有数百万或数十亿参数的大型递归神经网络或Transformer架构。而果蝇证明，相同的计算可以以极高的效率实现。跨越神经形态芯片几个柱状结构的局部神经元群体原则上可以复制这一功能。 工作记忆和证据整合共存于同一神经元群体这一事实尤其引人注目。在脊椎动物大脑中，这些过程分布在不同区域和细胞类型中。果蝇将它们压缩成一个紧凑的模块。理解该模块在回路层面如何工作，可能会激发为需要在噪声大、间歇性感官数据的真实环境中导航的具身AI系统设计新架构。 这篇由NINDS脑计划、NIDCD和国家科学基金会支持的《自然·通讯》论文提醒我们，昆虫与哺乳动物认知之间的差距可能比看上去要小。果蝇不会以我们能识别的任何方式思考，但它记得自己去哪里，积累证据，做出导航决策，并且所有这些都发生在一个可以嵌入这句话末尾句号中的大脑中。也许问题不在于认知需要多大的大脑，而在于可以有多小。 婷 翻译 参考文献 Kathman， N.D.， Lanz， A.J.， Freed， J.D.， & Nagel， K.I. (2026). Neural dynamics for […]

农业生物技术有一套成熟的寻找除草剂抗性基因的方法。你撒下一张大网，对数千种土壤微生物、植物宏基因组或现有酶库进行诱变或筛选，然后针对一组化学物质测试每个候选者，直到找到有效的。这是蛮力法，而且一直相当有效。但它留下了一个挥之不去的问题：如果最佳解决方案隐藏在你永远不会想到去看的地方，那该怎么办？ 7月25日发表在《自然·通讯》上的一项由山东大学和青岛清原作物科学公司研究人员开展的研究，提供了一个颠覆这一方法的答案。该团队没有盲目筛选，而是利用根植于基础生物化学的结构洞察力，精确预测了哪类酶能够降解一个广泛使用的除草剂家族。结果不仅是获得了一种对多种生长素类除草剂具有抗性的转基因水稻品系，更证明了机制驱动的发现可以揭示随机筛选几乎肯定会错过的解决方案。 共享的分子握手 这个故事不是从除草剂开始的，而是从蛋白质如何抓住小分子的化学机制开始的。作者们注意到了已经存在于文献中多年的现象：2,4-D、MCPA和fluchloraminopyr等生长素类除草剂都通过末端羧基与其靶蛋白结合。无论是对接TIR1受体、RdpA酶还是拟南芥GH3.15蛋白，羧基都与保守的精氨酸残基形成盐桥，或与丝氨酸形成氢键。这是一个可预测的、特征明确的识别基序。 与此同时，一类称为CYP152过加氧酶的细菌细胞色素P450酶家族也利用末端羧基来锚定其底物。其活性位点中的一个保守精氨酸抓住羧基，将分子定位以进行氧化裂解。结构上的相似性惊人，但此前没有人将这些线索联系起来。 山东大学团队做到了。他们认为，如果除草剂和CYP152底物都依赖于相同的羧基锚定机制，那么CYP152酶可能会将生长素类除草剂识别为合法底物并将其降解。 从假设到降解 为了验证这一点，研究人员组装了三种CYP152过加氧酶，OleT_JE、来自枯草芽孢杆菌的P450 BSbeta和P450 SPalpha，并使用原位过氧化氢生成系统对七种生长素类除草剂进行了测试。三种酶中的两种，OleT_JE和P450 BSbeta，催化了多种除草剂中的C-O键裂解，将2,4-D、MCPA和fluchloraminopyr等化合物转化为非除草性的酚类。P450 SPalpha显示出可忽略的活性。 更令人惊讶的是接下来发生的事情。一个单一的P450 BSbeta酶在同一底物上进行了两个连续反应：首先裂解C-O键产生二氯苯酚，然后羟基化芳香环生成二氯邻苯二酚。在除草剂抗性的背景下，此前从未有单一酶进行两步连续降解的报道。 打开大门 事实证明，P450 BSbeta有一个问题。其活性位点被一个狭窄的底物进入通道所堵塞，该通道衬有五个庞大的苯丙氨酸残基，形成了一个限制活性的瓶颈。该团队将每个苯丙氨酸系统地替换为更小的氨基酸丙氨酸，每个突变体都显示出改善的性能。 最佳变体在第46位携带了一个单一位点替换。P450 BSbeta-F46A对fluchloraminopyr实现了86%的转化率，转换数为7,443，催化效率为12.3每毫摩尔每分钟。对于除草剂2,4-DB和MCPB，转化率接近100%，转换数超过8,700，催化效率超过80。这是已报道的任何生长素类除草剂降解酶中最广的底物范围。 追踪电子 为了准确理解反应机制，该团队求助于量子力学/分子力学计算。模拟揭示了一个精确的编排：除草剂的羧基与酶活性位点中的Arg242形成盐桥。过氧化氢进入并经历异裂O-O键断裂，形成反应性的Compound I中间体。Compound I从氧桥相邻的碳，α-碳，上提取一个氢原子，能量屏障约为21.1千卡每摩尔。一个羟基反弹到自由基中间体上，水介导的质子转移驱动自发的C-O键裂解。 使用氧-18的标记实验证实，释放的酚中的氧原子来自除草剂本身，而不是来自过氧化氢或水。使用氘代底物时3.0的动力学同位素效应表明，α-碳氢原子提取是限速步骤。精氨酸锚被证明是必不可少的：R242A突变体完全消除了活性。 从实验室到田间 该团队将密码子优化的F46A突变体导入水稻品种Jingeng 818，并将其与细菌细胞色素P450还原酶结构域（用于电子供应）、叶绿体定位信号和玉米泛素启动子融合。Western blot证实了蛋白质表达，GFP成像显示该酶成功靶向叶绿体。 在平板试验中，0.03微摩尔的前体除草剂fluchloraminopyr-methyl严重抑制了野生型水稻的根系生长。携带P450 BSbeta-F46A基因的转基因水稻显示出显著较小的损伤。在每公顷40和80克活性成分的喷雾试验中，转基因T1植株未显示出明显的生长缺陷，而野生型植株则受到强烈抑制。 超越性状 实际成果，一种对多种生长素类除草剂具有抗性的水稻品种，当然是有价值的。但这项研究的更深层意义在于研究人员是如何达到这一点的。他们并非通过英勇的宏基因组测序从深海热液喷口或高盐湖中发现了一个隐秘的基因。他们发现了一种常见的细菌酶正在做它在结构上注定要做的事情，而引导他们的只是关于蛋白质如何识别羧基的一个简单观察。 这种方法代表了农业生物技术战略的转变。随机筛选发现的是丰富的；机制驱动的设计发现的是匹配的。这两者并不相同，而它们之间的差距正是CYP152家族一直默默存在的地方，等待着有人注意到那个握手。 作者报告说，末端羧基对活性至关重要，缺乏它的类似物没有显示出转化。这不是一个局限性，而是一个设计原理。既然已经明确了这一点，同样的逻辑可以应用于寻找降解其他类农用化学品的酶，通过匹配结构识别模式而不是撒下更广的网。 山东大学的研究不是生物技术筛选的终结。但它标志着基于基础生物化学理解的理性设计开始迎头赶上的时刻。 婷 翻译 参考文献 Jiang, Y., Zhang, J., Li, Z. et al. Mechanism-driven discovery of a bacterial P450 peroxygenase conferring broad-spectrum […]

如今，新闻标题已可预见。7月24日，美国疾病控制与预防中心报告称，2026年迄今美国已确诊2318例麻疹病例，超过了2025年全年的2289例。而2025年本身已是三十多年来的最高总数。普通读者看到上升的曲线会认为：麻疹回来了，而且越来越严重。 但病例数是一个滞后指标。它是烟，而不是火。真正的新闻发生在皮疹出现之前很久，静悄悄地发生在儿科医生的诊室、学校入学记录和各州的免疫登记系统中。麻疹、腮腺炎和风疹（MMR）的疫苗接种率在全国范围内已降至95%以下。95%这个数字并非随意设定的目标。它是一个数学确定的阈值。低于此，被称为群体免疫的集体保护便开始瓦解。高于此，麻疹便无处可去。 数十年来，美国首次跌破了这条线。其后果正在实时上演。 集体保护的数学原理 群体免疫是公共卫生领域最优雅的概念之一。它并不要求每个人都接种疫苗。它要求有足够多的人具有免疫力，从而使病原体无法维持传播链。对于已知最具传染性的疾病之一麻疹而言，这一阈值大约为95%。病毒在感染者离开房间后可在空气中停留长达两小时。在未接种疫苗的人群中，单个病例可引发数十例继发感染。要阻断这一链条，具有免疫力的个体比例必须高到使每个感染者平均将病毒传播给不到一个人。 数学是无情的。在95%的覆盖率下，病毒难以传播。在93%时，它找到了立足点。在90%时，疫情爆发变得不可避免。 根据USAFacts截至7月2日的数据，今年已确诊2170例，住院率为6%，低于2025年的11%。2026年未报告死亡病例，而2025年有3例。但这些数字提供的安慰是苍白的。住院率可能因受影响人群的不同而波动，而2000多例病例中6%的住院率仍然意味着超过120人（其中许多是儿童）需要住院治疗一种美国在2000年就已宣布消除的疾病。 脆弱性的人口统计 年龄分布揭示了严峻的现实。71%的患者年龄在19岁或以下。尽管人们仍然认为麻疹是一种良性的儿童疾病，但它并非如此。并发症包括肺炎、脑炎以及一种罕见但致命的神经系统疾病——亚急性硬化性全脑炎（SSPE），这种病可能在初次感染数年后出现。在1963年疫苗引入之前，美国每年记录300万至400万病例和400至500人死亡，几乎全部是儿童。 据USAFacts称，31起独立疫情约占病例总数的93%。疫情被定义为三例或以上相关联的病例。这些聚集病例几乎完全集中在疫苗接种覆盖率已降至群体免疫阈值以下的社区。自2010年代中期麻疹被重新引入美国以来，这一模式一直持续。低覆盖率预示着疫情爆发；高覆盖率则能遏制疫情。 其机制很简单，但经常被误解。麻疹不会尊重县界或学区边界。一个未接种疫苗的孩子在一个社区接触到病毒，就可能将其带到另一个社区。这就是为什么群体免疫是一种集体利益，而不是个人利益。接种疫苗的孩子旁边未接种疫苗的同学并非面临风险的人。但那个同学面临风险，同样面临风险的还有太小无法接种疫苗的婴儿、正在化疗的癌症患者、服用免疫抑制剂的器官移植受者，以及每一个无法选择接种疫苗的人。 公共利益的侵蚀 疫苗接种覆盖率下降不是一个单一原因的问题。它反映了多种因素的汇合：2010年后开始加速的非医疗豁免的增加、大流行时期常规儿科护理的中断导致补种计划不完整，以及尽管有数十年的安全数据却仍侵蚀了疫苗信任的持续虚假信息运动。 结果是，美国放弃了一场来之不易的公共卫生胜利。麻疹在2000年被宣布消除，这意味着该疾病在美国已连续12个月没有持续传播。这一成就需要多年保持95%或以上的持续疫苗接种率。这不是一种自然状态，而是一种通过有意识的政策和集体行动来维持的构建状态。当前的激增代表的不是疫苗的失败，而是维持覆盖率的系统的失败。 一些州的下降幅度比其他州更大。豁免政策的拼凑、不同的入学要求以及不平等的公共卫生基础设施意味着全国平均水平掩盖了地方脆弱性。MMR疫苗接种率低于90%的县遍布全国各地，当麻疹被引入这些社区时，结果是可预测的。 对下一次疫情的考验 麻疹常被称为疫苗可预防疾病的煤矿中的金丝雀。由于它的传染性极强，当疫苗接种覆盖率下降时，它通常是第一个反弹的疾病。一个无法维持麻疹群体免疫的人群，几乎肯定也无法维持对百日咳、风疹或腮腺炎等传染性较弱的病原体的群体免疫。 因此，2026年的激增不仅仅是关于麻疹的故事。它是对美国社会能否维持使疾病变得罕见的集体免疫力的考验。病例数是覆盖率的函数。如果覆盖率继续下降，病例数将继续上升。这种关系并非推测。这是流行病学的算术。 回归之路很明确但要求很高。加强学校疫苗接种要求、堵住非医疗豁免的漏洞、投资公共卫生宣传、以及用一致且基于证据的沟通来对抗虚假信息，都是策略的一部分。近年来，几个州已收紧了豁免政策，早期数据表明这些措施可以减缓下降。但没有任何单一政策会足够，因为没有任何单一因素导致了下降。 数字遗漏了什么 USAFacts的数据提供了部分图景。确诊病例是实际病例的一小部分。轻症病例可能不会寻求检测。无症状传播虽然麻疹不像某些其他病毒那么常见，但确实存在。真实的疾病负担几乎肯定高于监测所捕获的数据。 同样，2026年没有报告死亡病例令人鼓舞，但也很脆弱。高收入国家的麻疹病死率很低，约为0.1%至0.2%，但并非为零。在足够大的疫情中，死亡在统计上不可避免。2025年的三例死亡是一个警告；2026年迄今没有死亡并不意味着年底前不会发生死亡。 住院数据也掩盖了严重程度。在年轻且主要为儿科的人群中，6%的住院率意味着大约每17例确诊病例中就有1例需要住院治疗。对于一种25年前实际上已从美国医院消失的疾病来说，这给家庭和医疗系统带来了巨大负担。 处于危险中的集体利益 群体免疫是一种特殊类型的公共产品。它无法个人购买。只能集体维持。一个接种疫苗的孩子不仅保护了自己，还保护了下一排免疫力低下的同学、候诊室里的婴儿、以及免疫反应减弱的年迈祖父母。接种疫苗的决定既是自我保护的行为，也是团结的行为。 2026年的麻疹激增提醒我们，消除并非一劳永逸。它是一种必须积极维持的状态。当疫苗接种率低于阈值时，疾病就会卷土重来。病例数只是衡量一个国家在阈值以下跌落了多少的标尺。 美国以前也曾经历过这种情况。麻疹在1963年之前猖獗流行。到2000年被消除。如今它重新扎根，问题是这个国家能否集结集体意志将覆盖率推回到线以上。答案不会仅仅来自病例数。它将来自学校入学数据、豁免率以及社区是否愿意将疫苗接种视为一种共同责任而非个人选择。 阈值是95%。其他一切都是结果。 婷 翻译 参考文献 Centers for Disease Control and Prevention.《Measles Cases and Outbreaks》2026年7月24日更新。https://www.cdc.gov/measles/cases-outbreaks.html Kekatos, M.《US measles cases in 2026 surpass all of 2025, CDC data shows》ABC News，2026年7月24日。 STAT […]