科学

烟花是庆祝的代名词，但当色彩消褪、烟雾散尽之后，它们留下的化学遗产在环境中的持久性远超烟花表演本身。美国化学会在美国独立日之际发布的三项研究，量化了烟花在三种不同环境介质：水、大气和大气化学：中隐藏的污染，揭示了远超表演当晚的影响。 “烟花燃尽后，留下的不仅仅是灰烬，”第一项研究的作者指出。”用过的爆竹散落的残留物中含有部分燃烧的燃料、金属盐、添加剂和烧焦的包装碎片。” 爆竹碎片改变水化学性质 第一项研究发表在《环境科学与技术》期刊上，研究了用过的爆竹残留物进入水道后的情况。研究人员将爆竹碎片放入湖水和河水中，并追踪化学变化。 残留物释放出金属离子：包括钾和锰：以及溶解性有机物，包括简单的酚类和含硫化合物。碎片还吸收了水中已经存在的一些更大、更复杂的有机化合物，改变了溶解性有机物库的整体分子组成。 这些化学变化可能产生生态影响。溶解性有机物组成的变化会改变微生物群落的结构和功能，而金属浓度升高可能对水生生物产生毒性。这种影响在大型节庆活动后最为显著，因为此时碎片集中在特定区域，随后在降雨时被冲入水道。 作者强调了对用过的烟花碎片进行妥善收集和处理的重要性：这是一项能够大幅减少这些水质影响的简单干预措施。 多日活动空气污染超过世卫组织限值 第二项研究发表在《ACS ES&T Air》上，监测了英国一项多日体育赛事期间的空气质量。研究人员检测到粗颗粒物和细颗粒物的急剧短期增加，来源包括多个方面：食品摊位的烹饪排放、车辆和人群扬起的灰尘，以及开闭幕式期间的两次明显的颗粒物峰值。 每次仪式期间的第一个峰值来自人群和灰尘。第二个略小的峰值直接归因于烟花。累积效应显著：每天参加活动的人所接触的细颗粒物水平超过了世界卫生组织的建议限值。 虽然单次烟花表演对大多数人来说不会构成健康风险，但该研究强调了在多日活动中反复接触如何累积，将脆弱人群：儿童、老年人和呼吸系统疾病患者：推向危险境地。 隐藏的胺类物质导致雾霾 第三项研究发表在《Environmental Science & Technology Letters》上，调查了烟花污染中一个此前被忽视的成分：胺类物质。这些含氮有机化合物在大气中反应形成二次有机气溶胶：这是雾霾的主要成分。 在中国郊区的农历新年庆祝活动期间，研究人员检测到烟花燃放期间气态和颗粒态胺类物质均大幅增加。他们还发现，与非庆祝时期相比，细颗粒物、硫酸根离子和钾离子水平均有升高。 这一发现表明，烟花对大型庆祝活动后常常持续存在的雾霾的贡献不仅限于可见烟雾。已知胺类物质会促进新颗粒的形成和生长，可能导致在可见烟羽消散后空气质量仍持续恶化。 综合图景 综合来看，这三项研究描绘了烟花污染的全面图景，其影响远超即时的视觉和听觉体验。烟花通过碎片浸出影响水化学，通过可在多日活动中累积的颗粒物排放影响空气质量，并通过释放导致雾霾形成的活性化合物影响大气化学。 这三项研究都提供了实际意义。妥善处理碎片可以减少对水的影响。对多日活动期间累积暴露的认识可以为公共卫生指南提供参考。而对胺类物质排放的认识则表明，烟花对大气化学的影响可能比此前理解的更为复杂。 来源： Chen G-L, Du M, Qian C, Yu H-Q. Molecular-Level Perturbations of Dissolved Organic Matter Driven by Episodic Firecracker Residue Leaching. Environmental Science & Technology (2026). DOI：10.1021/acs.est.6c01478 Acton WJF, Lalchandani V, […]

合成生物学中的重大挑战之一是构建自然界不存在的酶，并让它们在活细胞中工作。人工酶通过将合成催化辅因子嵌入蛋白质支架中构建，已在试管中发展多年。但活细胞拥挤、化学环境复杂的细胞质一直是一个难以逾越的障碍。扩散受限，活性副产物大量存在，条件远非体外反应中精心控制的缓冲液可比。 由江南大学和厦门大学的研究人员领导的团队现已突破了这一障碍。在7月2日发表在《自然·通讯》上的一项研究中，他们报告了首个在活细胞内直接组装人工酶的有效策略，这些酶以优异的立体化学控制催化不对称碳-碳键形成反应。 “复杂的细胞环境对人工酶设计提出了诸多挑战，”江南大学生命科学与健康工程学院的通讯作者周志说。”我们的方法模仿了天然酶的成熟方式：细胞表达一个蛋白质支架，然后我们将其与能够自行锚定的合成辅因子一起孵育。” 工作原理 该策略简约而优雅。研究人员改造了细菌细胞，使其表达含有策略性放置的半胱氨酸氨基酸的靶蛋白。然后他们向细胞培养物中添加了合成催化辅因子，这是一种旨在执行特定化学转化的小分子。辅因子扩散穿过细胞膜，与半胱氨酸残基形成位点特异性二硫键，将辅因子锁定在蛋白质支架中。 结果是在细胞质内完全组装了一个功能性人工酶，执行不对称曼尼希反应，这是有机化学中一种基础性的碳-碳键形成转化，用于构建具有确定三维结构的复杂分子。 该反应实现了优异的对映选择性，意味着该酶持续产生一种镜像产物而非另一种。对于药物化学而言，分子的两种镜像形式可能具有完全不同的生物效应，对映选择性就是药物与毒物之间的区别。 晶体学分析和计算研究（包括密度泛函理论和量子力学/分子力学模拟）揭示了立体选择性的结构基础。蛋白质支架将辅因子定位在精确的方向上，创造了有利于一种反应路径而非其镜像替代路径的手性环境。 通用化平台 该研究的关键主张是该方法具有通用性。由于辅因子通过简单的二硫键（一种被充分理解且广泛使用的生化连接方式）锚定，相同的策略可以应用于不同的蛋白质支架和不同的合成辅因子。研究人员用特定的曼尼希反应催化剂测试了他们的系统，但其基本原理，表达支架、添加辅因子、让其自组装，是模块化的。 “该方法不需要任何特殊试剂或基因工程，只需在支架的正确位置放置一个半胱氨酸即可，”厦门大学的通讯作者王斌举说。”这意味着只需更换辅因子或蛋白质，就可以适应许多不同的反应。” 这种模块化为在细胞内构建人工酶库打开了大门，每种酶催化不同的反应，无需纯化、重构或递送预组装的酶复合物。对于代谢工程和生物合成等需要在单个细胞内顺序完成多个酶步骤的应用而言，按需安装人工酶的能力是一项重大进展。 不对称曼尼希反应为何重要 曼尼希反应是有机化学中最重要的碳-碳键形成反应之一。它产生β-氨基羰基化合物，这些化合物是大量天然产物和药物的构建模块。不对称版本（仅产生一种对映体）尤其有价值，因为生物系统通过三维形状识别分子。 一种能在活细胞内以天然酶的立体化学精度执行此反应的人工酶，为直接在生物合成途径中生产手性中间体提供了工具。与其在化工厂合成手性分子然后喂给工程微生物，微生物可以自己生产手性中心。 局限性与后续步骤 当前系统存在局限性。锚定辅因子的二硫键在细胞质中易被还原，这可能会限制酶的寿命并需要持续补充辅因子。反应范围虽有前景，但仅在特定底物类别上得到证实。研究人员指出，将该方法扩展到其他反应类型（氧化、还原、环化）将需要具有不同催化特性的辅因子。 不过，人工酶可以在细胞内组装这一演示代表了细胞内生物催化领域的阶跃性变化。它将该领域从”我们能构建人工酶吗？”推进到”我们能在哪里部署它？”。 来源： Zhu Z， Hu Q， Wu Y， Wang B， Zhou Z. Intracellular assembly of artificial enzymes for cytoplasmic enantioselective Mannich reactions. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75059-9 本文由Babel翻译流水线翻译和改编。

越来越多的美国人正在给自己注射被称为肽的氨基酸短链，这些天然存在分子的合成或衍生版本，从在线供应商、健康诊所和配药房购买。这些产品被推广用于从组织愈合和肌肉恢复到抗衰老和减肥等各个方面。但对于大多数这类物质而言，临床证据薄弱，纯度不确定，监管状态则是禁令、漏洞和待定政策决策的拼凑。 7月4日发表在《科学美国人》上、由Live Science转载的一项调查，追踪了肽类热潮从健美文化根源到当前临界点的发展过程。在这个临界点上，社交媒体 influencers、”让美国再次健康”运动和硅谷生物黑客已将曾经的小众亚文化推向主流。 “药物这个词带有一定的污名或负面含义，”林肯大学研究肽类使用的犯罪学家卢克·特诺克说。”因为它’天然’，所以被认为更好或不同，即便它们只是药物而已。” 什么是肽类，谁在使用它们？ 肽是两个或更多氨基酸的链，是蛋白质的构成单元。人体自然产生许多肽，包括胰岛素、人类生长激素以及司美格鲁肽（奥泽匹克、威戈维）等药物模仿的GLP-1分子。目前流通的灰色市场肽类，包括BPC-157、GHK-Cu、TB-500、KPV和伊帕莫瑞林，是合成版本，被推广用于从未经过临床测试的目的。 BPC-157来源于胃酸中发现的一种蛋白质，是最受欢迎的。它被推广用于组织愈合、血管形成、肌肉修复和减轻炎症。然而，几乎所有关于它的研究都来自啮齿动物实验。仅有三项小型人体初步试验进行过。TB-500经常与BPC-157搭配成所谓的”金刚狼组合”，人体数据更少。GHK-Cu作为FDA批准的局部抗衰老化妆品存在，但由于杂质引发免疫反应的安全担忧而被禁止注射使用。 用户人群已远远超出了健美运动员。r/peptides子版块现在每周吸引超过7万访客。r/biohackers社区拥有超过60万成员。展示多种注射肽组合（称为”组合”）的TikTok视频获得了数百万次观看。根据调查，催化剂是2022年GLP-1药物的流行激增，它使自我注射正常化，并为更广泛的家庭肽使用文化打开了大门。 “GLP-1使用的急剧增长降低了人们考虑其他注射肽的门槛，”犹他大学的运动医学研究员弗林·麦圭尔指出。 监管打地鼠 2023年，FDA以”重大安全风险”为由，禁止配药房使用包括BPC-157、GHK-Cu、KPV和伊帕莫瑞林在内的几种肽。配药房存在于监管灰色地带：它们被法律允许为有特殊需求的个别患者制造非FDA批准的药物，但FDA在不正式批准或审查最终产品的情况下监控其活性成分。 禁令并没有阻止市场。用户转向在线供应商，许多人从海外制造商（主要在中国）采购。产品被标注为”仅用于研究”，这一标识意味着纯度、剂量一致性和无菌性不受任何监管监督。一些配药房继续通过法律灰色地带提供被禁止的肽类。 2026年2月，HHS部长小罗伯特·F·肯尼迪提议将14种肽的配药合法化。FDA已宣布2026年7月与独立顾问举行会议，审查是否允许药房制造某些肽类，包括BPC-157、TB-500和KPV。 “美国人应该了解他们购买产品的质量，”一位HHS发言人对调查表示。”他们应该得到已被证明安全有效的药物。” 这一区别很重要。配药并不意味着FDA批准。它意味着活性成分的质量受到监控，但这些产品仍然缺乏正式药物批准所需的临床试验证据。提议的政策转变将扩大获取那些对于其所宣传治疗的病症尚未被证明安全或有效的物质的途径。 证据实际显示什么 营销声明与临床数据之间的差距很大。调查对研究格局的综述发现： BPC-157：三项小型人体初步试验；所有其他证据来自啮齿动物研究 TB-500：人体数据甚至比BPC-157还少 GHK-Cu（注射剂）：安全问题导致FDA禁令；仅外用制剂获得FDA批准 KPV：人体数据极少；用于”焕肤组合” 伊帕莫瑞林和CJC-1295（生长激素释放剂）：几乎没有临床证据；有时与GLP-1搭配使用，但这种组合从未被研究过 没有临床试验测试过用户常用多肽”组合”的安全性或有效性。健康用户使用这些肽类中的任何一种的长期影响数据均不存在。 “关于药物的有效性信息不多，关于其安全性的信息就更少了，”调查指出。 医学界的回应 太平洋海岸运动医学中心的骨科外科医生奥马尔·拉赫曼博士告诉调查，来源的可变性是最大的担忧：”患者通过在线供应商、健康诊所和配药房获取肽类。” 犹他大学的运动医学专家丹·库什曼博士警告说，无论证据如何，”人们还是会开始尝试它们。” FDA的7月咨询委员会会议可能会提供更清晰的监管指导。目前，数百万美国人正在注射纯度未知、有效性未经证明的物质，这是一场监管者和临床医生都难以遏制的自我药疗自然实验。 来源： Brookshire B. The US is hooked on unregulated peptides. But are they effective， or even safe? Live Science / Scientific American (2026). https://www.livescience.com/health/medicine-drugs/the-us-is-hooked-on-unregulated-peptides-but-are-they-effective-or-even-safe 婷 翻译

为什么人们在面对相同选择时会做出不同的决定？标准的决策模型将这种变异性解释为噪声证据积累或注意力转移。但7月4日发表在《自然·通讯》上的一项研究揭示了更深层的变异性来源：在我们看到选择之前就已经发生的、自发的亚秒级神经活动波动。 研究人员利用闭环颅内脑机接口，在格勒诺布尔神经科学研究所和巴黎脑研究所证明了前岛叶中的高频活动瞬时爆发（前岛叶是一个长期被认为与情绪意识和内感受相关的区域）会直接影响一个人接受或拒绝复杂提议的倾向。这种效应发生在毫秒级别，远快于有意识思考。 “我们开发了一种闭环BCI，可以检测宽带伽马活动的自发波动，并用它们来触发刺激呈现，”通讯作者、格勒诺布尔神经科学研究所的朱利安·巴斯汀说。”这使我们能够探究提议出现时的脑状态是否会影响决策，而参与者对时间控制毫不知情。” 实验如何运作 研究团队在正在接受癫痫监测的患者体内植入颅内电极，使他们能够以毫秒级精度直接从前岛叶记录局部场电位。他们设计了一个闭环系统，实时监测宽带伽马活动（70-150赫兹）。当活动超过预设阈值（高或低）时，系统会呈现一个结合了愉悦和不愉悦成分的多属性提议。参与者随后决定接受或拒绝这个假设性提议。 关键变量是提议是在前岛叶高活动还是低活动时刻出现的。参与者本身对时间操控毫无察觉。 结果令人瞩目。前岛叶高宽带伽马活动之后的提议被接受的可能性显著更高，即使提议中包含参与者通常会拒绝的不愉快成分。高活动之后，同一信号在提议出现后出现了短暂抑制，表明岛叶对提议的反应受到其前一时刻状态的调节。 “这对当前将每次决策视为大脑从中性基线开始的神经计算模型提出了挑战，”第一作者克拉丽莎·巴拉廷说。”我们证明，内在的脑状态（亚秒级自发波动）直接塑造选择行为。” 为什么是前岛叶 前岛叶是一个整合身体信号（心跳、呼吸、内脏感觉）与情绪和认知信息的皮层区域。它一直被证实参与内感受意识（对身体内部状态的感知）以及处理厌恶、疼痛和不公平等负面情绪。但它在基于价值的决策中的作用一直存在争议：它是在计算选项的价值，还是在发出预期信号，或是调解身体状态对选择的影响？ 新结果支持一个特定角色：前岛叶的自发活动水平设定了一个”增益”或”偏向”，影响后续选择信息的处理方式。高活动使大脑更容易接受混合了愉悦和不愉快元素的提议（也许是因为岛叶的内感受信号瞬间改变了趋近与回避之间的平衡）。 “这与计算选项的价值是非常不同的角色，”巴黎脑研究所的合著者、决策神经科学专家马蒂亚斯·佩西廖内说。”岛叶可能不是在告诉大脑某物有多好或多坏。它可能正在根据持续的内部状态改变接受或拒绝的整体倾向。” 对决策神经科学的影响 这些发现进一步证实了一个日益增长的认识：长期在基于任务的fMRI和电生理学研究中被视为噪声的自发神经活动携带有意义的信息并对行为产生因果影响。对于决策模型而言，这构成了一个根本性挑战。漂移扩散模型等标准框架假设决策从中性状态开始并随时间积累证据。但如果起始状态根据十几个大脑区域的亚秒级波动在每次试验中变化，那么模型需要考虑绝非中性的初始条件。 闭环BCI方法本身也值得关注。该系统不是被动记录并将脑活动与行为事后关联，而是主动探测因果关系：它利用脑活动来门控刺激呈现，将相关观察转化为因果操作。这种方法可以扩展到其他脑区和认知领域，绘制持续神经动态对感知、记忆和运动控制的因果影响。 注意事项与局限性 该研究是在为临床监测而植入电极的癫痫患者中进行的，这引发了对普适性的疑问（尽管前岛叶的记录来自未参与癫痫发作的健康组织）。任务涉及假设性的多属性选择，而非真实的奖励或惩罚，效应量虽统计显著但较为温和。闭环系统仅检测了前岛叶活动，未解答与其他区域（前额叶皮层、纹状体、杏仁核）的相互作用如何塑造完整决策过程的问题。 尽管如此，一个脑区中的亚秒级波动可以可测量地改变决策这一发现，对将大脑视为每次试验从头开始的决策机器的模型构成了明确挑战。 来源： Baratin C, Pessiglione M, Kahane P, Robin A, Minotti L, Becq GJPC, Bastin J. Closed-loop readout of anterior insula high-gamma activity steers value-based decisions. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75265-5 婷 翻译

中国和法国的一个研究团队开发出了一种紧凑型光学传感器，能够检测低至168万亿分之一（ppt）浓度的二氧化碳，其灵敏度约为大气CO₂水平的2500倍。该装置于7月4日在《自然·通讯》杂志上进行了描述，使用了回音壁模式微腔,,一种将光束缚在循环路径中的微型玻璃谐振器,,并利用了一种在痕量气体检测中基本被忽视的传感机制。 “这是在非功能化WGM微腔中首次实现用于痕量气体检测的耗散传感演示，”通讯作者、江南师范大学的蔡廷栋说。”我们不追踪共振频率的偏移，而是测量气体吸收光时共振深度的变化。” 两种传感方式 大多数基于回音壁模式微腔的光学传感器通过测量共振频率的偏移来工作，这一原理称为色散传感。当气体分子结合到微腔表面或从其附近经过时，它们会改变局部折射率，导致共振波长漂移。问题是，微小气体浓度产生的折射率变化微乎其微，从而限制了灵敏度。 由阮淑静、高光珍和张建宁领导的团队采用了不同的方法。他们的传感器测量耗散变化，具体来说，就是由于CO₂分子的光学吸收而从腔体中损失的光量。当CO₂吸收循环光时，会引起局部加热，从而改变共振深度（共振与非共振透射之间的对比度）。这种效应与气体浓度成正比，而且关键的是，不需要任何化学涂层或腔体表面功能化。 最终得到的传感器兼具极高的灵敏度和显著的简洁性。在1.5至400ppm的浓度范围内，该传感器显示出超过0.99的相关系数，实现了近乎完美的线性。在400秒积分时间下，检测限达到了168ppt。精度约为0.4%。 为何重要 二氧化碳传感在从气候监测、工业安全到室内空气质量和医疗诊断的广泛应用中至关重要。当前的高精度CO₂传感器,,非色散红外（NDIR）分析仪和腔衰荡光谱仪,,灵敏度高，但体积庞大、价格昂贵且功耗高。一种紧凑、低成本的替代方案可以为环境监测、智能建筑通风系统和便携式安全设备实现密集传感器网络。 传感器核心的回音壁模式微腔是一种直径仅数十微米的玻璃结构，小到可以集成在芯片上。它不需要移动部件、气体池或特殊涂层。传感是全光学的：近红外激光通过锥形光纤耦合到微腔中，并对透射光进行共振深度变化分析。 “由于腔体不需要用任何化学涂层进行功能化，传感器本质上是稳定且长寿命的，”合著者沈德元说。”没有涂层会降解，也没有表面化学变化引起的漂移。” 实际条件下的性能 研究人员展示了在环境条件下的连续监测，表明传感器无需温度或湿度控制即可保持稳定运行，这是现场部署的关键要求。168ppt的检测限远低于环境CO₂浓度（约420ppm），这意味着传感器可以轻松区分室内或室外CO₂水平的微小变化。 由腔体热动力学决定的传感器响应时间在几秒的量级，足以满足实时监测的要求，但比某些电子传感器的微秒级响应要慢。对于环境监测应用，变化发生在数分钟到数小时的时间尺度上，这已经绰绰有余。 更广泛的意义 耗散传感机制并不仅限于CO₂。任何在近红外区域具有吸收线的气体,,甲烷、水蒸气、氨气和许多挥发性有机化合物,,原则上都可以通过同样的方法进行检测，只需将激光波长调到与气体的吸收特征相匹配即可。 “这一原理具有普遍性，”作者指出。”非功能化WGM微腔可以作为痕量气体检测的通用平台，其特异性来自激光波长而非表面化学。” 在极端灵敏度通常伴随极端复杂性的领域中，亚ppb级检测、芯片级尺寸和无功能化要求的结合，代表着向实用、可部署的光学气体传感器迈出了有意义的一步。 婷 翻译

神经重放，大脑以与先前经历相同的顺序短暂重新激活神经活动模式的机制，长久以来一直被认为是海马体的标志，与空间导航和记忆巩固密切相关。韩国大田基础科学研究所（IBS）和韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发的一项新技术表明，重放远比此前认为的更为广泛，甚至可以在与海马体截然不同的脑区（如视觉皮层）中检测到，即使在被动观看电影时也是如此。 该研究于7月4日发表在《自然·通讯》杂志上，该方法克服了现有重放检测方法的根本局限性。传统方法依赖于所谓的”位置细胞”，即动物处于特定位置时放电的海马神经元，来构建空间模板，用于与后续神经活动进行比较。如果相同的位置细胞序列在休息时像在跑步时一样放电，则推断存在重放。但这种方法排除了所有非位置细胞以及海马体以外发生的一切。 “我们的方法根据活跃行为期间观察到的成对放电顺序概率来估计尖峰序列的似然，无论这些细胞编码什么，”资深作者、KAIST教授兼IBS突触脑功能障碍中心副主任Min Whan Jung说。”它适用于任何细胞类型和任何脑区。” 工作原理 核心创新在于统计学。在行为期间，例如大鼠在跑道上奔跑，该方法计算每对记录神经元中神经元A在神经元B之前放电的概率。这创建了一个成对放电顺序概率矩阵。在后续时期，休息、睡眠或被动观看，执行相同的计算。如果行为后的成对概率与行为期间的概率匹配的频率高于偶然水平，则表明正在发生重放。 这种方法与模板匹配方法有根本不同，后者要求实验者预先定义什么是”重放事件”并相应设置参数。基于似然的方法不做此类假设。它在参数上是自由的，因为它不对模式本身施加预定义的检测阈值，它只是询问观察到的尖峰顺序统计是否与行为模板的一致性高于偶然水平。 研究人员使用三种独立的数据类型验证了该方法：具有已知重放真实情况的模拟尖峰序列、在直线跑道上奔跑的大鼠的单单元记录以及小鼠的钙成像数据。在所有三种情况下，该方法与传统重放检测指标表现出高度一致性，同时将检测扩展到以前方法无法达到的细胞类型和脑区。 超越海马体 最引人注目的验证来自一项传统方法不可能完成的应用。研究团队记录了头部固定小鼠在被动观看自然电影片段时海马体和初级视觉皮层的神经活动，这种刺激没有空间成分，因此没有位置细胞可进行模板匹配。 该方法在电影观看后的休息期间检测到海马体和视觉皮层中均有显著的重放。海马体在非空间任务期间的重放此前已有记载，但仅使用专门的分析方法。相比之下，视觉皮层中的重放是一项挑战传统观点的发现，传统观点认为重放主要是海马体的现象，专门用于空间记忆巩固。 “这表明结构化重放是神经回路的一般特性，而不是海马体的特化功能，”第一作者、IBS博士后研究员Namjung Huh说。”视觉皮层正在重放电影观看期间建立的活动模式。这意味着重放可能是巩固任何顺序结构化的经历（而不仅仅是空间经历）的基本机制。” 什么是重放以及为什么它很重要 神经重放于20世纪90年代在海马体中被首次发现，当时研究人员观察到，大鼠在跑道上奔跑时活跃的位置细胞会在随后的睡眠或安静休息期间以相同的时间顺序重新激活，但时间上被压缩，这种现象有时被描述为大脑在”排练”最近的经历。数十年的研究表明，破坏重放会损害记忆巩固，并且重放强度与学习相关。 重放不仅限于海马体，也不仅限于空间任务的发现具有广泛的意义。这表明感觉皮层，处理我们所见、所闻和所感的脑区，可能通过重放独立于海马体巩固自己的经历。这可能意味着记忆巩固是一个比主流的海马体中心模型所暗示的更加分布的过程。 它还开启了新的实验可能性。由于该方法适用于任何细胞类型和任何脑区，研究人员现在可以探究在学习新技能后运动皮层中是否发生重放，在听到旋律后听觉皮层中是否发生重放，或者在决策任务后前额叶皮层中是否发生重放。这些问题的每一个先前都难以或无法用现有工具解决。 注意事项和局限性 该方法检测重放模式，但本身并不能确定这些模式对记忆巩固是否具有功能重要性。它是一个检测工具，而非因果干预手段。需要破坏性实验，即选择性沉默已识别的重放事件，来将视觉皮层重放与视觉记忆联系起来。作者还指出，该方法需要足够大的尖峰计数来构建可靠的成对概率矩阵，对于非常稀疏的神经群体可能灵敏度较低。 尽管如此，对于一个被海马体位置细胞束缚了三十年的领域来说，能够在无需空间地图、无需细胞类型限制、也无需预定义模式模板的情况下检测大脑任何区域的重放，代表了方法论上的重大变革。 婷 翻译 Source: Huh N, Yun I, Lee JW, Jung MW. A likelihood-based method for identifying replay from spike sequences. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74822-2

一项对近千名儿童的研究发现了一种特定的分子信号，该信号与支撑数学和阅读能力的脑结构组织持续相关。这一发现于7月4日发表在《Nature Communications》上，弥合了分子神经化学与支持学业学习的大规模脑结构之间的鸿沟，并为针对计算障碍和阅读障碍等学习障碍的干预措施指明了潜在靶点。 由斯坦福大学的通讯作者、精神病学和行为科学教授Vinod Menon领导的研究人员分析了两个独立的儿童队列，共计991名参与者。该团队没有仅关注脑活动或结构，而是将与学业表现相关的全脑结构表型映射到一个包含19种神经递质受体和转运蛋白的全面PET图谱上，这些受体和转运蛋白是允许神经元通信的分子机制。 结果明确无误。在测试的两个领域（数学和阅读）以及两个独立队列中，NMDA型谷氨酸受体的分布显示出与学业能力相关的脑结构之间最一致、最可重复的关联。 重复统计数据说明了问题。对于数学能力，贝叶斯重复因子超过了9 x 10⁴，这是极强的证据。对于阅读能力，贝叶斯因子大于4，表明中等至强的重复性。没有其他神经递质系统能与之接近。多巴胺能、胆碱能、血清素能和GABA能系统都表现出较弱且不可重复的关联。 “正是谷氨酸能系统始终映射到支持这些认知技能的脑结构上，”第一作者、Menon在吴蔡神经科学研究所实验室的博士后研究员Yuan Zhang说。”在这项研究之前，这一点并不明显。” 共享机制和领域特异性机制 研究人员发现，NMDA受体密度对应于数学能力的多个功能网络，这是一种广泛分布的模式。对于阅读，关联在空间上更加集中，集中在视觉网络内。这表明，虽然谷氨酸信号是这两种技能的共同分子基础，但大脑通过不同的大规模网络配置来实现每一种技能。 “数学似乎通过谷氨酸能信号调动了更广泛的网络集，而阅读则与视觉网络组织的联系更紧密，”同样来自斯坦福大学的合著者Hyesang Chang说。”这很直观，阅读从根本上说是视觉到语言的转换，但分子特异性是新的。” NMDA受体是一种谷氨酸门控离子通道，对突触可塑性和学习至关重要。长期以来，它一直在长时程增强（记忆形成的细胞机制）的背景下被研究。但将其区域分布直接与儿童在全脑尺度上的学业表现联系起来，这在以前是从未有过的。 对学习障碍的意义 这项研究最直接的意义在于对有学习障碍的儿童。计算障碍（数字困难）和阅读障碍（阅读困难）影响了全球约5-10%的儿童。目前的干预措施主要是行为和教育方面的，如强化辅导、语音教学、多感官学习方法。虽然这些方法可能有效，但它们是在行为和教学层面起作用，而不是在脑化学层面。 如果谷氨酸能信号是连接脑结构与这些技能的分子关键，那就提出了靶向药理或神经调节干预的可能性。作者们谨慎地不过分强调这一点，因为该研究是相关性的，建立了受体分布与能力之间的联系，而非因果关系。但两个独立队列的重复性，结合贝叶斯分析方法，使其成为教育神经科学文献中报道的最强的分子水平关联之一。 这项研究也有值得注意的阴性结果。长期以来被认为在学习与动机中起作用的多巴胺，在两个领域中都没有显示出与脑结构的可重复关联。血清素、乙酰胆碱和GABA也是如此。这并不意味着这些系统与学习无关，它们可能通过不同的机制起作用，例如调节注意力或动机而非塑造结构组织，但这缩小了分子靶点的搜索空间。 研究方法 该团队使用了多步骤分析流程。首先，他们量化了已知支持学业技能的脑区域的脑结构表型，包括皮层厚度、表面积和灰质体积。然后，他们将这些结构测量值与标准化的数学和阅读分数进行相关分析。最后，他们叠加了PET衍生的受体和转运蛋白分布图谱，以探究：哪种神经递质系统最能解释脑结构与学业能力之间的关系？ 这两个队列允许内置重复验证。第一个队列作为发现样本；第二个队列用于测试这些关联是否成立。使用贝叶斯分析而非频率论零假设检验，使研究人员能够量化零假设和备择假设的证据，这对于复杂的脑-行为关系是一种更具信息量的方法。 局限性与后续步骤 研究中使用的NMDA受体图谱来自成人PET成像数据。儿童大脑中谷氨酸受体的分布是否与成人图谱相匹配尚不清楚，尽管跨物种和发育研究表明，受体分布在幼儿期后基本保持不变。该研究也无法区分谷氨酸能关联是反映遗传倾向、经验依赖性可塑性，还是两者兼有，这有待未来的纵向研究来解答。 然而，这些发现确实为干预研究开辟了一条具体的分子途径。调节NMDA受体功能的药物已经存在，包括美金刚（用于阿尔茨海默病）和D-环丝氨酸（在焦虑症中研究）。现有的或新的化合物能否安全且选择性地支持学习障碍儿童数学和阅读背后的脑结构组织，是该领域现在可以开始更精确地提出的问题。 来源： Zhang Y, Chang H, El-Said D, et al. Glutamatergic signaling underlies brain structural organization for mathematical and reading abilities in children. Nature Communications (2026). DOI：10.1038/s41467-026-75102-9 婷 翻译

对于ATM激酶缺陷驱动的癌症患者，包括部分乳腺癌、肺癌和血液恶性肿瘤，治疗领域一直存在一个令人沮丧的悖论。ATM缺陷肿瘤对某些类型的化疗和靶向药物（包括拓扑异构酶I抑制剂和PARP抑制剂）具有固有的敏感性。然而，这些肿瘤的一个亚群最终会产生耐药性，且缺乏明确的分子解释。 7月4日发表在《Nature Communications》上的一项由宾夕法尼亚大学和华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员进行的研究，确定了这一悖论背后的机制，并在此过程中揭示了一个决定ATM缺陷癌症对治疗是生是死的分子开关。 罪魁祸首是BRCA1-A复合体，这是一个与著名的肿瘤抑制因子BRCA1相互作用的多蛋白组装体。研究表明，在ATM缺陷细胞中，BRCA1-A在受损的复制叉（细胞分裂过程中DNA复制的Y形结构）处强制执行一种限制性染色质状态。这种限制性状态阻止了复制机器执行称为复制叉逆转的过程，而这是一种通常允许细胞修复受损DNA并存活的保护性操作。 “我们发现BRCA1-A在受损的复制叉处充当看门人，”资深作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院癌症生物学教授Roger A. Greenberg说。”当ATM缺失或受到抑制时，BRCA1-A将复制叉锁定在易受攻击的构型中。移除BRCA1-A后，复制叉可以逆转，修复损伤，细胞存活。” 详细机制 这一发现建立在一系列分子事件的基础上。当ATM受到抑制时，无论是由于基因突变还是药物阻断其活性，细胞会触发SUMO（小泛素样修饰因子）和泛素的联合信号级联反应。这些修饰将BRCA1-A复合体招募到复制叉损伤位点。 一旦到达复制叉，BRCA1-A就会限制核酸酶和解旋酶进入DNA的能力。这创造了Greenberg所描述的”限制性染色质状态”，致密、耐核酸酶且无法进行复制叉逆转所需的结构重塑。 没有复制叉逆转，复制叉就会不可逆地停滞。复制叉上的单链DNA成为伊立替康和拓扑替康等拓扑异构酶I抑制剂的底物，而塌陷的复制叉则产生PARP抑制剂所利用的那种DNA损伤。细胞对这些药物变得极其敏感。 但如果BRCA1-A复合体因突变、缺失或表观遗传沉默而缺失或功能失调，受损复制叉处的染色质仍保持可及性。核酸酶可以进入，发生切除，复制叉逆转正常进行。细胞修复损伤并产生耐药性。 研究人员使用电子显微镜直接证明了这一点。在BRCA1-A完整的ATM抑制细胞中，复制叉绝大多数处于停滞、非逆转构型。在BRCA1-A被敲除的细胞中，相同的ATM抑制背景下显示出丰富的复制叉逆转，保护机制已恢复。 临床意义 这一发现具有直接的转化相关性。ATM是癌症中最常突变的DNA损伤应答基因之一，功能丧失突变见于高达10%的乳腺癌、15%的肺腺癌以及相当一部分T细胞幼淋巴细胞白血病。这些肿瘤通常使用DNA损伤剂治疗，但反应各异。 研究表明，BRCA1-A的状态，复合体是完整的还是被破坏的，可以预测哪些ATM缺陷肿瘤会对拓扑异构酶I抑制剂和PARP抑制剂产生反应，哪些会产生耐药性。 “这给了我们一个可以测试的生物标志物假说，”第一作者、Greenberg实验室的博士后研究员Arindam Datta说。”如果肿瘤是ATM缺陷但同时BRCA1-A复合体也被破坏，我们预测它会对这些药物耐药。复制叉逆转机制是完整的。但如果BRCA1-A功能正常，肿瘤应该是敏感的。” 耐药通路本身，BRCA1-A缺失与XRCC4/连接酶4介导的替代末端连接相结合，表明将PARP或Topo I抑制剂与阻断非同源末端连接的药物联合使用可能克服耐药性。作者证明，BRCA1-A或XRCC4/连接酶4的缺失足以在ATM缺陷细胞中赋予耐药性，指出了潜在的联合策略。 更广泛的原则 除了临床意义之外，这项研究还揭示了一个更广泛的原则，即细胞如何在复制叉处平衡DNA修复通路的选择。复制叉逆转和复制叉切除是相互竞争的结果，细胞必须选择走哪条路径。BRCA1-A成为这一选择的关键决定因素，将平衡倾向于一个限制性的、非逆转状态，使复制叉容易受到某些类型化疗的影响。 这一选择受染色质可及性调控，而不仅仅取决于修复酶的存在与否，这一事实增加了越来越多的证据，表明损伤位点DNA的物理状态与修复蛋白本身同样重要。 “我们认为DNA修复是哪些酶存在的问题，但这表明酶是否能到达DNA同样关键，”Greenberg说。”BRCA1-A控制着通路。当它存在时，复制叉被锁定。当它消失时，复制叉就开放了。” 婷 翻译 Source: Datta A, Jackson J, Morozov YI, Qiu J, Vindigni A, Greenberg RA. The BRCA1-A complex restricts replication fork reversal-dependent DNA repair in ATM deficient cells. Nature Communications (2026). […]

在剑桥郡的威康桑格研究所入口附近，一位名叫维托尔德·莫雷克的博士后研究员跪在砖石墙边，将地衣刮入信封。在这些地衣中，肉眼看不见的是水熊虫,,一种微小的动物，有时被称为水熊，以其在太空真空、沸腾高温、极端寒冷以及足以粉碎人类DNA的辐射中生存的能力而闻名。 莫雷克正在为”生命之树”项目收集标本，这是由马克·布拉克斯教授领导的一项雄心勃勃的计划，旨在对7万个物种的基因组进行测序。该项目是全球”地球生物基因组计划”的一部分，每周已可对48个基因组进行测序，与布拉克斯在其整个25年职业生涯初期测序的18个基因组相比，这是一个惊人的加速。 “我们知道的越多，提出的问题就越多。这是一个永无止境的故事，”莫雷克告诉《卫报》。 为什么是水熊虫 水熊虫赢得了《卫报》举办的2025年度”年度无脊椎动物”比赛，布拉克斯的团队提出作为公众参与项目为获胜者的基因组进行测序。但水熊虫不仅仅是一个噱头：其基因组大约是人类基因组的30分之一，包含了其非凡生存能力的遗传指令。 “我们认为，所有这些微小生物基因组中隐藏着生物技术应用，在我们向后石油经济过渡时，这些应用将变得非常有价值，”布拉克斯说。 了解水熊虫的遗传学可能导致无需冷藏的疫苗、抗旱作物或宇航员的辐射屏蔽。水熊虫可以进入一种称为隐生状态的状态，干燥成脆硬的桶状，并在25分钟内重新水化恢复生命。一些水熊虫物种之间相隔5.5亿年的进化,,比人类和鱼类之间的差距还要长。 测序的挑战 单个水熊虫仅含有200到500皮克的DNA。旧方法需要汇集1000个个体才能获得足够的遗传物质，这对于稀有物种来说是不可能的。”生命之树”团队开发了一种名为皮克级输入多模态测序的新方案，手动分解200微米的水熊虫，并使用PCR从单个标本中扩增DNA片段。 四个高质量的水熊虫基因组已存入公共数据库。莫雷克正在研究另外14个，冷冻室中还有约50种水熊虫物种等待测序。到目前为止，他已收集了英国名录中约50种水熊虫中的大约20种。 动物生命的95% 无脊椎动物约占地球上动物物种的95%，大约有130万个已描述物种。于2018年启动的”地球生物基因组计划”旨在约10年内对所有180万个已命名的真核物种进行测序，估计成本为47亿美元。 “由于这个星球上的大多数生命都很小，就像水熊虫一样，这种基因组测序的新方法有望打开对所有生命进行测序的大门，”布拉克斯说。 紧迫性源于生物多样性危机：到2050年，多达50%的物种可能会灭绝。测序创建了一个生命的数字图书馆，保存了可能无法存活到本世纪末的物种的遗传信息。 2026年度”年度无脊椎动物”比赛的获胜者将于8月17日公布。无论谁获胜，布拉克斯的团队都将准备好对其进行测序。 婷 翻译

当温度升高时，植物会表现出一系列形态变化,,茎伸长、叶片抬起变薄、开花加速。这一过程被称为温度形态建成，对于在变暖条件下的生存至关重要，但如果失控则会带来危害：过度茎伸长会浪费资源并增加作物倒伏的风险。 7月4日发表在《自然·通讯》上的一项由北京大学研究人员开展的研究揭示了植物如何精确校准这一反应。由秦跟基领导的团队发现了一个分子放大电路，确保生长反应与温度信号成比例，既不会反应不足，也不会反应过度。 反馈模块 温度形态建成的核心通路多年来已为人所知。高温导致转录因子BZR1在细胞核中积累，激活主生长调控因子PIF4，进而促进生长素生物合成和细胞伸长。生长素和油菜素内酯进一步上调BZR1，形成一个正前馈环路。 正前馈环路的问题在于它们倾向于失控,,一旦触发，信号会无限放大。植物中存在这样的环路一直困扰着研究人员，因为植物在温暖温度下显然不会不受控制地生长。 北京大学团队现在提供了缺失的一块拼图：一个名为BLH1（BEL1-LIKE HOMEODOMAIN转录因子）的负反馈元件，它像一个精密调节的制动器。 在高温下，BZR1直接抑制BLH1的转录，解除制动并允许生长。但BLH1具有双重作用：它结合PIF4启动子以抑制其转录，并与PIF4蛋白物理相互作用以抑制其活性。这创建了一个双层制动机制，防止正前馈环路过度反应。 结果就是作者所称的”分子放大器”,,一个温度信号被放大为生长反应的系统，但放大因子由BLH1反馈回路调节，使系统不会过度。 来自突变体的证据 过表达BLH1的植物对热不敏感，即使在高温下也表现出短下胚轴。缺乏多个BLH同源物的高阶突变体则过度敏感，茎伸长过度。关键的是，BLH1过表达挽救了BZR1过度活跃和PIF4过表达植物的伸长下胚轴表型，证实BLH1作用于BZR1下游和PIF4上游。 农业意义 全球变暖正在增加高温事件的频率和强度，威胁着全世界的作物产量。理解温度形态建成的分子机制对于开发气候适应性作物至关重要。 BZR1-BLH1-PIF4模块为育种家和生物技术专家提供了精确的靶点：通过修饰BLH1的表达，可能可以调节温度形态建成反应，使作物在变暖条件下维持最佳生长，而不会出现过度茎伸长、资源浪费或产量损失。 婷 翻译