Nature一周论文导读｜2024年10月3日

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

（导读 领研网）肺鱼是现代四足动物的祖先，其基因组在演化过程中经历了巨大的变化。本研究现，肺鱼基因组的这种巨大扩张主要归因于自主转座子的活动。这些 DNA 序列能够在基因组中复制并改变位置，从而导致基因组增长。南美肺鱼的基因组扩张速度尤为惊人，每 1000 万年的增长相当于整个人类基因组的大小。该结果为我们理解脊椎动物登陆的演化过程提供了重要证据。[相关报道：人类基因组的 30 倍！科学家解码世界最大的动物基因组]

（导读 领研网）唐氏综合症患者容易罹患白血病。本研究为了解唐氏综合征中的异常造血，将超过 110 万个细胞的单细胞转录组数据与人类胎儿肝脏和骨髓样本中的染色质可及性和空间转录组数据进行了整合，发现唐氏综合征患者的基因表达差异既取决于细胞类型，也取决于环境因素，而且唐氏综合征患者的造血干细胞处于“准备分化”的状态。该单细胞多组学研究为唐氏综合征胎儿造血提供了高分辨率分子图谱，并表明唐氏综合征患者细胞基因组中存在显著的调节重构，从而导致他们易患白血病等血液学疾病。[论文详细信息]

（导读 领研网）神经元之间的连接可以通过获得并分析电子显微脑影像进行映射。本研究报告首次绘制的果蝇完整连接组，其中包含了 14 万个神经元以及超过 5000 万个突触。另外还包含了细胞分类和类型、神经、半谱系和神经递质身份预测等注释。研究人员从连接组中衍生出一套映射组：不同脑区之间的映射图谱，报告对突触通路的跟踪结果和信息流从输入到穿越半脑以及中央脑区和视叶之间输出过程的分析。该结果为其他物种未来同样大规模连接组映射图的制作提供新基础。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）果蝇是神经科学常用的经典模型动物。本研究为果蝇大脑内神经元类别、细胞类型和功能组提供了注释。研究人员为每个神经元分配了一组与其形态和发育起源相关的标签，重点是将每个神经元归类至一个“细胞类型”，也就是一组具有相似形态和连接的神经元，代表神经处理的功能单元。由此，这项研究鉴定了超过 8400 种细胞类型，其中 4581 种是全新的细胞类型，它们主要来自先前研究的半脑以外的大脑区域。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究对连接组进行了统计分析，从而识别具有连接性的神经元，发现果蝇大脑中具有大量高度连接的神经元，占连接组的 30%，并确定了可能作为信号“整合器”或“广播器”的神经元亚群，其中“整合器”接收大量信号输入，表明其整合了不同类型的信息；“广播器”的大量输出表明它们可能广泛传输信号，以协调不同回路的活动。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究通过分析果蝇连接组，旨在完成视叶固有细胞类型的列表，以及明确控制其连接的规则，发现大多数新细胞类型包含 10 到 100 个细胞，并在视野中整合中等距离的信息。另外还揭示了三种跨神经网类型家族，并利用连接性来推测细胞类型在运动、物体和颜色视觉中的功能作用。这些结果展示了连接组细胞分类的优势。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究使用电子显微镜数据重建了前视路中的所有神经元。前视路由 4 个神经纤维网组成，其通过 3 类主要的神经元依次连接。这项研究对其中部分神经元进行了进一步的亚型归类，并推断出潜在的视觉特征。这些信息为理解果蝇的导航系统如何编码、整合视觉信息奠定了基础。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究使用连接组来识别导致果蝇停止行走的神经回路，解释了果蝇停止行走的两种基本机制。第一种机制（“walk-OFF”）依赖于抑制特定下降行走命令的 GABA 能神经元，而第二种机制（“brake”）依赖于兴奋性胆碱能神经元，它们可以导致果蝇主动停止步行。在两种行为环境中，果蝇以互斥的方式使用不同的停止机制：在进食期间使用“walk-OFF”机制来停止，而“brake”机制用于在梳理期间停止和保持稳定。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究为了获得果蝇神经系统的因果模型，提出了一种用于果蝇大脑线性动力学模型的估计器，该模型使用随机光遗传学扰动数据来估计因果效应，并使用连接组来提高估计效率。利用该工具，研究发现主导回路仅涉及较少的神经元群体，其全脑动态是由大量彼此独立运作的小回路产生的，这意味着在果蝇中获得大脑的因果模型是可行的。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 领研网）本研究使用连接组创建了一个计算模型，来模拟全脑范围内进食和梳理行为的神经回路特性。研究人员重点研究了味觉处理的途径，并通过实验检验了该模型的 164 个预测，发现其准确率超过 90%，表明基于连接组的模拟可以洞察大脑功能。[相关报道：探索大脑的新里程碑！《自然》封面专题：9 篇论文首次绘制果蝇的完整大脑图谱]

（导读 阿金）受精过程将父系遗传信息引导入合子中，启动胚胎生成。本研究表明 TREE1 及其同源 DAZ3 在拟南芥精子中过表达，导致胚胎根系干细胞生境异常分化。TREE1 和 DAZ3 通过抑制母系 RKD2 转录发挥作用，缓解了来自母系的 RKD2 对根系干细胞生境的有害影响。结果描述了精子中的遗传缺陷可对植物器官的特定分化产生持续的父系影响，以及父系来源的基因互作过程以保证正常的胚胎生成。[论文详细信息]

（导读 领研网）对养殖动物中病毒传播的研究一般更关注猪这类传统牲畜，但为毛皮需求而养殖的动物也是新发病原体的潜在储存库。本研究对中国的 461 种毛皮动物的组织开展了宏基因组测序，表征出了 125 种病毒，其中 36 种为新型病毒，39 种有很高的跨物种传播风险。宿主跳跃频繁的病毒包括 11 种人兽共患病毒和 15 种跨目病毒。其中，貉被证明携带了最多的潜在高风险病毒物种，豚鼠、兔和北极狐也被认为是有潜在风险的宿主。[相关报道：毛皮动物可能是新发传染病的储存库和重要传播中心]

（导读 才生）细菌通过重编程的可逆机制改变种群内的基因表达水平，生成异质性。本研究描述了一套计算工具 PhaVa，使用长度数据集识别 DNA 翻转，在病毒和古菌分离株基因组的基因中识别出 372 个基因内倒位子，使得基因通过在编码区内翻转一个 DNA 序列以编码里两到更多的蛋白质翻转，从而在不扩大基因组尺寸的情况下增强编码能力。研究人员还在肠道共生菌多形拟杆菌中验证了十种因内倒位子的存在。[论文详细信息]

（导读 领研网）肥胖已经成为一种现代流行病，了解肥胖的生物学基础对于开发出有效的肥胖治疗方法至关重要。本研究发现由交感神经产生的外周神经肽 Y（外周 NPY），对体重的影响与大脑中的中枢神经肽 Y（中枢 NPY）相反。外周 NPY 通过维持产热脂肪组织，将能量转化为热量，而不是储存下来，从而在不影响食物摄入的情况下发挥抗肥胖作用。该结果表明能量消耗可能比食欲在维持体重发挥更重要的作用，靶向调控能量消耗的特定机制可能成为治疗肥胖的关键。[相关报道：博士生一作 Nature，无需少吃也能减肥！交感神经肽 Y 通过促进脂肪燃烧对抗肥胖]

（导读 小天）雷云可以产生强烈的伽马射线爆发（TGF），这是最具能量的光形式。本研究报告观测到一类独特的伽马射线发射现象：闪烁的伽马射线闪光（FGFs），类似于普通的多脉冲 TGF，但脉冲更多，每一个脉冲持续时间更长，从 20 ms 至 250 ms，但不同于 TGF，在无线电与光学方面都无法检测到 FGF。结果表明 FGF 补充了伽马射线辉光与传统 TGF 之间缺失的连接，有助于进一步解开大气电力现象。[论文详细信息]

（导读 小天）雷暴产生伽马射线辉光，偶尔被飞行器、探测气球以及地面观测到。本研究表明海洋或者沿岸地区上方的热带雷雨云放射出长达数小时的伽马射线，覆盖面积达到数千平方千米。该伽马射线发射与深层对流核心相关，并非连续统一，但表现出 1 至 10 秒的特别时间尺度，甚至某些个别辉光只持续了不到 1 秒。这一动态伽马辉光雷雨云与经典辉光的准静态图景完全相反，反而在模式与行为方面类似于巨大的伽马辉光“沸腾锅”。[论文详细信息]

（导读 阿金）对莫尔系统的研究有助于解释超晶格对其特性的调控作用，并展示新的相关相态。本研究使用自组装扭转的多层 WS2 螺旋超晶格来研究三维扭转效应。发现由结构手性和相干长度驱动的光扭转霍尔效应，受到自旋超晶格莫尔电势的调谐。研究人员还观察到光-物质相互作用的增强，以及霍尔系数对光子动量依赖性的变化。该结果为设计基于量子材料大型非线性光电晶格提供新思路。[论文详细信息]

（导读 菜菜）超导量子比特技术的发展有潜力推进实用量子计算机的构建。本研究报告使用工业制造方法在 300 mm 互补金属氧化物半导体（CMOS）试验线上制造超导传输量子比特，弛豫和相干时间超过 100 μs，而且还可通过三维集成技术以及更多的加工优化进一步扩大规模。该成果标志着新型大规模 CMOS 兼容制造方法的进展以实现超导量子计算处理器的制造。[论文详细信息]

（导读 领研网）虽然化学气相沉积被广泛用于制备石墨烯及其衍生材料，但高温条件不利于异质原子在碳原子网络中的稳定掺杂。而液相聚合方法在高分子化学合成中被广泛采用。本研究开创一种全新的液相限域聚会方法：通过层状模板的限域作用，抑制分子聚合过程中的三维旋转和缠绕，使分子在二维平面内发生聚合，构成平面网络结构，最终形成五、六、七元环共存的二维非晶结构。该材料具有 p 型半导体特性，为深入探索原子掺杂对二维非晶碳材料电子局域化现象的影响提供新平台。[论文详细信息]

（导读 小天）行星与恒星风之间的相互作用可能导致大气损失，对于行星大气的演变非常重要。本研究表明当太阳风速度和太阳风磁场之间的角度，即锥角在火星上很小时，火星感应磁场可能会退化。在白昼的一面没有激波，只有微弱的侧翼激波。而且出现横向羽流，双极场驱动行星离子向上游流动。然而，感应磁场的退化情况复杂，还需要探索通过离子逃逸产生诸如大气损失这样过程的次要影响因素。[论文详细信息]

（导读 小天）太空辐射对人类长期太空飞行危害显著。本研究报告了来自无人 Artemis I 月球航天任务过程中严密防护的猎户座太空飞船的辐射测量结果，在飞船内不同的防护位置，观测到质子带穿越事件过程中剂量率存在四倍的差异，飞船内行星际宇宙射线剂量当量率比以往观测到的数值低了 60%，而且质子带穿越期间太空飞船改变方向的话，辐射剂量率还会减少约 50%。结果证明了未来载人太空探索任务的可行性，也为人类太空飞行任务设计提供新信息。[论文详细信息]

（导读 领研网）基于大语言模型的通用型人工智能（AI）系统已广泛应用于教育、医疗、科学和管理领域。然而，这些模型常常出错，所以需要在用户的监督下使用。本研究为了分析 AI 模型在变大过程中如何变化，分析了 3 种大语言模型，通过各种题目测试，发现随着 AI 模型变大，回答也变得越来越精确，但同时可靠性也变低，在一些改良模型中错误答案的比率甚至超过了 60%，而人们常常难以发现这些错误。结果表明未来或许可以设定一个阈值，让聊天机器人在问题难度过大时拒绝回答。[相关报道：AI 模型越大，越容易“胡说八道”]