科学技术这一仗，一定要打，而且必须打好。
——毛泽东
第288期
一
哺乳动物“共同祖先”基因组重建完成
对理解进化和保护工作具重要意义
从鸭嘴兽到蓝鲸，每一种现代哺乳动物都是生活在大约1.8亿年前“共同祖先”的后裔。先前人们对“共同祖先”知之甚少，现在，一个国际研究小组通过计算重建了其基因组。该成果将在《美国国家科学院院刊》发表，对理解哺乳动物的进化和保护工作具有重要意义。
研究人员利用了来自32个活物种的高质量基因组序列，这些物种代表了26种已知哺乳动物目中的23种，包括人类和黑猩猩、袋熊和兔子、海牛、家牛、犀牛、蝙蝠和穿山甲等。该分析还将鸡和中国短吻鳄基因组作为比较组，其中一些正在作为地球生物基因组项目和其他大规模生物多样性基因组测序工作的一部分。
据悉，哺乳动物祖先有19条常染色体，这些染色体控制着生物体特征的遗传，这些特征超出了由性别连锁染色体控制的染色体（这些染色体在大多数细胞中配对，总共38条），加上两条性染色体。团队确定了1215个基因块，它们在所有32个基因组中始终以相同的顺序出现在同一条染色体上，所有哺乳动物基因组的这些构建块都包含对发育正常胚胎至关重要的基因。
研究人员还在哺乳动物祖先中发现了9条整条染色体或染色体片段，其基因顺序在现代鸟类的染色体中是相同的。
地球生物基因组项目工作组主席、美国加州大学-戴维斯分校-进化与生态学杰出教授哈里斯·勒温说，这一非凡的发现显示了在超过3.2亿年的漫长进化时间范围内，染色体上基因顺序和方向的进化稳定性。
相比之下，这些保守块之间的区域包含更多的重复序列，并且更容易发生断裂、重排和序列重复——这是基因组进化的主要驱动因素。
凭借本研究，科学家还能及时跟踪祖先染色体。他们发现，哺乳动物谱系之间的染色体重排速率不同。例如，在反刍动物谱系（现代牛、羊和鹿的祖先）中，6600万年前当小行星撞击杀死恐龙并导致哺乳动物崛起时，重排出现加速。
这些结果有助于理解适应背后的遗传学，正是这种适应，使哺乳动物在过去1.8亿年中在不断变化的星球上繁衍生息。
作者：张梦然 来源：科技日报
二
模仿植物生长合成材料
新方法让软体机器人行动更灵活
近日，美国科学家受植物生长的启发，开发出一种通过挤压工艺使材料生长合成的方法，有望制造出更好的软体机器人，进入那些地形复杂、人类难以到达的地方，甚至在人体内导航等。相关研究论文已发表于《美国国家科学院院刊》。
目前的软成长机器人身后拖曳着一条由固体材料制成的“尾巴”，并能在热量或压力的帮助下，使“尾巴”转化为更永久的结构，但这条“尾巴”很难绕过弯道和转弯处，这就使软体机器人很难在有障碍物或弯曲的地形中行动。
此次，研究小组开发出一种新的挤压工艺解决了这个问题。利用这种新工艺，机器人可以用液体而非固体来制造合成材料，材料通过一个开口形成某种特定的形状。
论文第一作者、明尼苏达大学-双城分校-化学工程与材料科学系博士生马修·豪斯莱登说：“我们受到了植物和真菌生长的启发——植物和真菌会在其身体末端增加物质，将其转化为工程系统。”
豪斯莱登解释说，植物利用水来运输营养成分，当植物向下生长时，这些成分会转化为坚实的根系。他们利用光聚合（利用光将液态单体转化为固体材料）技术，用合成材料模拟了这一过程。使用这项技术，软体机器人可以更轻松地穿越障碍物和蜿蜒的道路。而且，由于该技术只使用液体和光，因此可能不需要加热和昂贵的机械就能制造材料并让其成型。
论文主要作者、化学工程与材料科学系教授克里斯·埃里森说：“这是科学家首次从根本上证明这些概念，机器人越来越多地用于危险、偏远的环境中，我们的研究有望在这一领域产生重要影响。”
作者：刘霞 来源：科技日报
三
新证据表明火星南极冰盖下有液态水
据发表在近期《自然·天文学》杂志上的论文，由英国剑桥大学领导的国际研究小组，利用雷达以外的数据提供了首个独立的证据，证明火星南极冰盖下存在液态水。
团队使用航天器激光高度计测量冰盖的表面形状，表明这些地形模式与计算机模型对冰盖下水体如何影响表面的预测相符。
研究结果与早期的穿冰雷达测量结果一致，这些测量最初被认为是冰下潜在的液态水区域的证据。但仅从雷达数据来对液态水进行解释一直存在争议，此次研究提供了火星南极冰盖下可能存在液态水的新证据。
剑桥大学斯科特极地研究所的尼尔·阿诺德教授说：“新的地形证据、我们的计算机模型结果和雷达数据综合表明，今天火星上至少有一个冰川下的液态水区域存在的可能性大大增加，而且火星必须仍然是地热活跃的，以保持冰盖下的水是液体。”
和地球一样，火星两极都有厚厚的冰盖。然而，与地球的冰盖不同，火星的冰盖下有充满水的通道，甚至有大型冰川下的湖泊，而火星上的极地冰盖直到最近还被认为一直是冻结的，由于火星的寒冷气候，冰床也被认为是如此。
此次，研究人员使用了一系列技术来检查来自NASA“火星全球勘测者”号探测器的数据，该数据显示了火星南极冰盖识别雷达信号的部分表面地形。
分析揭示了一个10-15公里长的起伏表面，包括一个凹陷和一个相应的隆起区域，这两个区域都与周围的冰面偏离了几米，在规模上类似于地球上冰下湖泊的起伏。然后，对观察到的冰表面波动进行测试，分析是否可用液态水来解释。实验中，模拟的冰面上产生了与研究小组在真实冰盖表面上观察到的大小和形状相似的起伏。
模型产生的地形起伏与实际航天器观测结果之间的相似之处，以及早先的冰层穿透雷达证据表明，火星南极冰盖下有积聚的液态水，火星地下的岩浆活动相对较近，以使水保持液态。
作者：张佳欣 来源：科技日报
四
机器人与AI系统珠联璧合
锂离子电池“最佳配方”研发有望加速
近日，英国《自然·通讯》杂志发表一项最新技术成果，美国科学家团队描述了一种机器人学与人工智能（AI）相结合的技术，能筛选出锂离子电池非水液体电解质溶液的“最佳配方”。该研究或有助于加快研发出功能更好的充电电池，比如充电速度更快、使用寿命更长。
开发高性能电池技术对于推动运输和航空业的电气化格外重要。开发锂离子电池成分的传统技术需要对可能的材质选择进行实验，非常耗时，有时候研发过程需要好几年。尤其在研发非水液体电解质溶液的情况下，需要选择出多种溶剂、盐及特定比例，许许多多的设计变量，都使得电解质优化既费时又费力。曾有人提出了一种加快这一进程的方法——利用AI与机器人相结合的技术，发现最优的电池成分。
美国卡内基·梅隆大学研究人员温卡特·韦斯万纳森、杰·怀塔克利及他们的同事，此次设计了一个名为“Clio”的定制自动化机器人平台，并与一个名为“蜻蜓”（Dragonfly）的基于贝叶斯优化的AI相结合。利用这些工具，他们证明了该系统能在两个工作日里的42次实验中，自主筛选并确定出6种高导电非水锂离子电池的电解质配方。
研究人员指出，他们的方法发现电解质的速度是随机筛选速度的6倍。团队在商用锂离子软包电池中测试了该电解质溶液，并以传统的电解质组分作为基线实验，演示了其快速充电的性能。
该项研究有助于高性能充电电池的研发，对于更大范围的能源应用和材料科学具有重要意义。
作者：张梦然 来源：科技日报
五
首款网格结构纳米电子皮肤面世
超薄透气、可长时间测量和处理生物信号
韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）研究团队，近日成功开发出了世界上第一个纳米结构电子皮肤设备（有机场效应晶体管）。这种电子皮肤设备包含一个纳米网状结构，可长时间测量和处理生物信号，且不会让佩戴者感觉不适。这一成果标志着科学家们向电子皮肤设备集成系统迈进了一大步，相关研究刊发于近期《高级功能材料》杂志。
电子皮肤是指贴在皮肤上的电子可穿戴设备，用于收集温度、心率、肌电图和血压等生物信号，并传输数据。为了使用实时医疗系统准确测量生理信号，需要一种能够连接到光滑且不断移动的皮肤表面的软性传感器。因此，目前大多数用于皮肤表面的电子设备都使用塑料和橡胶等表面平坦的基材制造而成。
但这种基质材料虽然表面平坦，却透水透气性都较差，长期附着在皮肤上可能导致意外疾病，如过敏、代谢紊乱等。因此，与生物组织接触的电子设备必须拥有高渗透性，才能确保长期使用。鉴于此，以聚合物纳米纤维为基础的、拥有良好透气性的纳米网格器件的相关研究一直备受关注。然而，由于表面粗糙、缺乏机械稳定性、热稳定性和化学稳定性，科学家们很难制造出纳米网格晶体管。
在本研究中，DGIST团队使用聚氯代对二甲苯作为生物相容性涂层，解决了这些问题，成功开发出了全球首款可应用于电子皮肤设备的超薄透气纳米有机场效应晶体管（OFET）。
这种超薄纳米网格OFET几乎不会给用户带来任何不适，并且可以与各种传感器相结合。而且，即使折叠或弯曲、或在高湿度等恶劣环境下，都不会导致性能受损。
研究人员表示，他们首次成功开发出纳米网格有机场效应晶体管，晶体管的开发对于构建复杂电路至关重要，它可以长期实时测量并处理生理数据。
作者：刘霞 来源：科技日报
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新闻撷取：科学网
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