长久以来，低温保存生物组织的梦想始终受制于一个简单的物理现象：冰晶。当细胞被冷冻时，水结冰形成的锋利冰晶会像无数微型刀片，刺破细胞膜、切断神经元之间精细的连接，彻底摧毁组织的微观结构。
然而，一项发表于《美国国家科学院院刊》的突破性研究带来了新的希望。来自德国埃尔兰根-纽伦堡大学的研究团队选择了一条不同的技术路径：玻璃化。其核心思路不是对抗冰晶，而是根本不让冰晶形成。
他们的方案是用特定配比的冷冻保护剂逐步替换脑组织中的大部分水分，随后进行极快速冷却，使剩下的水分来不及排列成冰晶，而是瞬间转化为一种类似玻璃的非晶体固态。这个过程，仿佛按下了生物时间的暂停键。
研究人员首先在小鼠脑切片上测试他们的配方。在电子显微镜下，他们欣喜地看到，经历玻璃化与复温后，神经元细胞膜轮廓清晰，树突棘（接收信号的关键结构）的密度和长度与新鲜样本无异。这意味着大脑最精密的微观结构，在经历了零下196摄氏度的严寒后，依然被完整保存了下来。
冷冻后的脑组织和新鲜脑组织的形态没有很大变化（图片来源：参考文献）
结构完整固然重要，但功能是否幸存才是真正的试金石。大脑的功能核心在于神经元之间的信息传递，尤其是长期增强效应——这是学习与记忆在细胞层面的物质基础。
实验给出了鼓舞人心的结果。在复温后的脑切片中，基础的神经信号传递得以维持。 而最关键的长期增强效应，不仅依然能够被诱发，甚至在某一类神经连接中表现得比处理前更强。这明确表明，在低温暂停之后，存储记忆和形成新记忆的生理潜能被成功地保留了下来。这一进展也预示着未来在人工智能模型训练中，模拟或借鉴此类生物信息保存机制的可能性。
在脑切片实验成功后，团队向终极目标迈进：完整保存整个小鼠大脑。这一步的难度大幅增加，因为冷冻保护剂必须通过血管系统输送。团队最终通过脉冲式灌注结合补水的策略，部分解决了这一难题。
最终，在三分之一的成功案例中，对于复温后大脑的海马体齿状回区域的神经元，电生理活性得到了良好保存。虽然这只是完整大脑功能评估的一小步，但足以证明实验原理的可行性。
这项研究为器官移植领域带来了曙光。如果心脏、肾脏等器官能够通过玻璃化技术长期无损保存，将彻底解决移植医学中器官短缺与运输时限的紧迫难题。 此外，对于研究神经系统疾病的科学家而言，他们未来或许能建立大脑组织的低温“银行”，随时取用保存完好的活体样本进行研究。
当然，从一个小鼠大脑的初步成功，到安全应用于人类器官乃至更复杂的构想，中间仍有极其漫长的科学、技术与伦理之路需要探索。研究作者强调，这距离科幻中的“人体冷冻复活”或大型器官长期保存应用仍非常遥远。
这项前沿科学的突破，与云栈社区所关注的智能 & 数据 & 云技术领域不谋而合，都致力于探索生命与信息的极限边界。
分子级别的“纠结”：首个“半莫比乌斯”环诞生
在一项发表于《科学》的研究中，科学家合成了一种具有前所未有扭曲特性的碳基分子，称之为“半莫比乌斯”分子。 这种分子的特殊之处在于，构成环的原子链仅扭转了90度，而非莫比乌斯环的180度。
在化学中，一个普通的、由6个碳原子组成的苯环并不是莫比乌斯环，其内部的化学键没有正反面之分。然而在最新的研究中，来自美国IBM公司、曼彻斯特大学、瑞士苏黎世联邦理工学院等机构的研究团队创造了一个由13个碳原子组成的“半莫比乌斯”环。当一颗电子从正面出发并且绕行一圈时，它偏转90度来到侧面。也就是说，电子需要绕四圈才能回到出发位置。
化学家合成了第一个“半莫比乌斯”结构的碳基分子（图片来源：IBM研究院、曼彻斯特大学）
想要实现这种效果，科学家必须精确地修饰这13颗碳原子，对每一颗要进行特定的电击处理。而控制这些操作的算法，是用IBM公司的量子计算机处理并实现的。
“半莫比乌斯”分子不同寻常的几何结构可能会影响电子在内部的移动方式，从而导致“不同寻常的磁性和自旋依赖效应”。 这种分子有可能成为一种由大量粒子集体行为产生的准粒子系统。
“以毒攻毒”：用蚊子给蝙蝠打疫苗
蚊子是很多传染病的主力军，例如登革热和疟原虫都可以通过蚊子传播。与此同时，蝙蝠是自然界著名的病毒储存库，包括狂犬病毒和尼帕病毒在内的许多致命病原体，都能在蝙蝠体内栖息。
某些病毒可能会跨越物种屏障传播给人类，即所谓的溢出事件。然而，给野外成千上万、行踪不定的蝙蝠逐一接种疫苗，难度极高。面对这一难题，中国科学院武汉病毒研究所的团队想出了一个脑洞大开的方案：利用蝙蝠的自然天敌——蚊子，来充当疫苗的快递员。
他们设计了一种基于水疱性口炎病毒（VSV）的疫苗载体。科学家对这位快递员进行了改造，让它在蝙蝠体内生产出狂犬病毒或尼帕病毒的关键蛋白，以此训练蝙蝠的免疫系统识别并记住这些敌人，但绝不引起真正的疾病。 接着，他们让蚊子吸食含有这种疫苗病毒的血，将这些蚊子变成活体疫苗库。
在实验室的模拟环境中，研究人员让蝙蝠与这些携带疫苗的蚊子共同生活。当蚊子叮咬蝙蝠时，疫苗便悄然注入。结果令人振奋：在暴露于疫苗蚊子的六只蝙蝠中，有四只产生了针对两种病毒的可检测抗体。
更有趣的是，研究团队还准备了一个B计划：盐水陷阱。他们发现，蝙蝠有主动寻找矿物质盐水的习性。于是，科学家在盐水中储存了疫苗，制成诱饵。舔食这些盐水的蝙蝠同样产生了强烈的免疫反应。
这项被称为生态疫苗接种的策略，其核心优势在于高效与非侵入性。它无需捕捉和直接处理野生动物。最重要的是，疫苗通过蚊子或盐水一次性递送，不会在蝙蝠之间相互传染。 这就像发射了一枚精确制导、完成任务后自动销毁的导弹，在取得群体免疫效果的同时，最大程度地控制了未知风险。
蝙蝠是自然界中大量病毒的宿主（图片来源：Wikispecies）
当然，将任何工程病毒释放到野生环境中，都可能产生难以预料的连锁反应。这项研究目前还处于概念验证阶段，距离实际应用还有很长的路要走。
宇宙“现场直播”：天文学家或观测到行星大碰撞
就在最近，天文学家们相信，他们实时捕捉到了一幕极为罕见的场景：在距离地球11000光年之外，两颗行星以毁灭性的力量迎头相撞。
这一切，始于一颗行为古怪的恒星。这颗编号为Gaia20ehk的恒星，从2016年开始，它的亮度出现了三次神秘下降。到了2021年，它的光线变得剧烈而不可预测。进一步分析揭示了更惊人的真相：发生变化的并非恒星本身，而是有巨量的岩石和尘埃组成的云团在环绕恒星运行，周期性地挡住了它射向地球的光线。
可见光的变化只是谜题的一半。当研究团队调取这颗恒星的红外观测数据时，一个更清晰的图景出现了：可见光暗淡的同时，红外光却急剧增强。这一关键线索表明，遮挡物本身是炽热的，热到能发出强烈的红外辐射。
什么事件能瞬间产生如此高温、如此巨量的碎片云呢？最合理的解释是一场剧烈的碰撞——两颗行星大小的天体以极高的速度相撞、粉碎、蒸发，将自身化为一片环绕恒星的、发光发热的碎石与尘埃环。 研究人员推测，早期观测到的三次小幅亮度下降，可能是两颗行星在最终毁灭前，发生了数次擦边碰撞。而2021年开始的剧烈变化，则标志着那场最终玉石俱焚的终极撞击。
本研究的科学家绘制的行星碰撞想象图（图片来源：Andy Tzanidakis）
这个发现最令人兴奋的一点，是它与我们太阳系历史的一次著名事件产生了共鸣。碰撞产生的碎片云，大致在距离恒星1个天文单位的位置运行——这恰好是地球到太阳的距离。 科学家推测，这片炽热的碎片云在未来漫长的岁月里，可能会逐渐冷却、聚集，最终凝结成全新的行星天体，甚至可能形成一个类似地球-月球的双星系统。
这简直就是一场发生在他处的、映照我们地球自身起源的现场直播。大约45亿年前，一颗被称为忒伊亚的原行星与原始地球相撞，抛射出的物质最终凝聚成了月球。
快速繁衍是良药：考拉种群重建遗传多样性
在动物保护领域，一直存在着一个令人担忧的遗传学难题：当一个物种的种群数量锐减后，幸存下来的少数个体会不可避免地面临近亲繁殖，遗传多样性会大幅丧失，最终使整个种群失去适应未来环境变化的能力，陷入“灭绝旋涡”。
然而，一项针对考拉的最新基因组学研究，却带来了出乎意料的希望。研究发现，即便经历了灾难性的种群崩溃，只要后续的种群数量能够实现快速反弹，物种就有可能通过自然机制，一定程度上修复受损的遗传基因库，重获进化的潜力。
历史上，由于栖息地丧失、疾病等多种因素，考拉的种群数量曾急剧下降，经历了一次严重的遗传瓶颈。幸存下来的考拉个体所携带的遗传变异变得非常有限。传统观点认为，这种遗传损伤往往是永久性的。
但这项新研究通过对澳大利亚27个种群共计418只考拉的全基因组数据进行分析，揭示了另一番景象。在那些数量恢复较快的考拉种群中，研究人员观察到了遗传多样性开始重建的迹象。
其关键机制在于“遗传重组”。这是生物在有性生殖过程中，来自父母的染色体片段发生交换，从而产生全新基因组合的自然过程。当种群数量极少时，交配选择有限，这种“洗牌”的效果也很有限。然而，一旦种群开始快速扩张，个体数量增多，交配组合呈指数级增长，遗传重组就有了广阔的操作空间。
这就好比在幸存者们有限的工具之间，开始了频繁的互换与组装，虽然不能无中生有变出新工具，但却能将这些旧工具以各种前所未有的新方式组合起来，从而形成新的功能搭配。这种由快速增长的种群规模驱动的遗传重组，正在帮助考拉将仅存的遗传变异重新混合，重建功能性的遗传多样性。
曾经失去大部分遗传多样性的考拉，如今随着种群数量的回升，可能正在重建其遗传多样性（图片来源：veer图库）
这项研究揭示了遗传瓶颈后一个充满活力的动态恢复过程。它表明，严重的遗传损伤并非总是物种的终极判决。只要能够为物种创造机会，让它们的种群数量得以快速、持续地增长，自然界本身就可能启动一套修复程序。更多此类跨学科的发现与讨论，也常在开发者广场引发热议。
发表于 3 小时前
|
查看: 3|
回复: 0
