太赫兹场诱导的FePS₃近临界点的亚稳态磁化 学术背景 近年来，利用光控制量子材料的功能性质已成为凝聚态物理的前沿领域，研究者们发现了多种光诱导的物质相，如超导性、铁电性、磁性和电荷密度波等。然而，大多数情况下，光诱导的相在光关闭后会在超快时间尺度内恢复到平衡态，这限制了它们的实际应用。因此，寻找能够稳定非平衡态的策略成为了一个复杂且持续的任务。太赫兹（THz）脉冲由于其低光子能量，能够选择性地激发集体模式，同时保持轨道和电子自由度处于基态，因此近年来备受关注。 本文的研究团队通过使用强太赫兹脉冲，在范德华反铁磁体FePS₃中诱导出了一种亚稳态磁化，其寿命超过2.5毫秒。这一发现展示了通过太赫兹光在层状磁体中通过非热途径有效操控磁性基态的可能性，并确立了在临界点附近具有增强序参量涨落的区域作...
空间转录组时钟揭示脑衰老中的细胞邻近效应 学术背景 随着年龄的增长，认知功能下降和神经退行性疾病的风险显著增加。脑衰老是一个复杂的过程，伴随着许多细胞层面的变化。然而，衰老细胞如何影响邻近细胞以及这种影响如何导致组织功能衰退，目前尚不清楚。此外，现有的工具尚未能系统地解决衰老组织中的这一问题。为此，研究人员开发了一种空间分辨的单细胞转录组图谱，结合机器学习模型，揭示了衰老、再生和疾病中的空间和细胞类型特异性转录组特征。 论文来源 这篇论文由Eric D. Sun、Olivia Y. Zhou、Max Hauptschein、Nimrod Rappoport、Lucy Xu、Paloma Navarro Negredo、Ling Liu、Thomas A. Rando、James Zou和An...
学术背景 RNA（核糖核酸）是生命体中至关重要的分子，参与了基因表达、调控和催化等多种生物过程。尽管人类基因组的大部分被转录为RNA，但RNA分子的结构研究仍然面临巨大挑战。RNA分子通常具有高度的构象异质性和灵活性，这是其功能的前提，但也限制了传统结构解析方法（如核磁共振（NMR）、X射线晶体学和冷冻电镜（cryo-EM））的应用。特别是对于大分子RNA，由于其构象多样性和缺乏大规模RNA结构数据库，现有的蛋白质结构预测方法（如AlphaFold）无法直接应用于RNA。因此，如何准确解析大分子RNA的三维结构，尤其是其构象异质性，成为RNA结构生物学中的一个重要难题。 论文来源 这篇论文由Maximilia F. S. Degenhardt、Hermann F. Degenhardt、Yu...
大气河流对暖冬和极端高温事件的影响 学术背景 大气河流（Atmospheric Rivers, ARs）是地球大气中水汽输送的狭窄区域，通常从亚热带向中高纬度和极地地区输送大量水汽。这些瞬态现象在全球水汽输送中占据主导地位，并对许多地区的降水和水资源产生重要影响。除了水汽输送，ARs还输送热量，但其对全球近地表气温的影响尚未得到充分研究。随着全球气候变化的加剧，极端天气事件的频率和强度不断增加，理解ARs对气温的影响对于预测和应对极端天气事件具有重要意义。 本文由Yale University地球与行星科学系的Serena R. Scholz和Juan M. Lora撰写，于2024年12月19日至26日发表在《Nature》期刊上。研究旨在揭示ARs对全球近地表气温的影响，特别是其对暖冬和...
学术背景与问题提出 在癌症研究中，基因扩增（gene amplification）是一种常见的突变形式，尤其是在癌基因（oncogene）的激活中起着关键作用。然而，尽管基因扩增在癌症中的重要性已被广泛认可，但如何在原代细胞和模式生物中精确模拟这些扩增仍然是一个挑战。特别是，染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）介导的基因扩增在癌症中尤为常见，但其在肿瘤发生和进展中的具体作用尚未完全阐明。ecDNA是一类不依赖于染色体的环状DNA分子，通常携带多个癌基因拷贝，能够通过随机分离在细胞分裂中快速积累，从而促进肿瘤的异质性和进化。 为了深入理解ecDNA在肿瘤发生中的作用，研究人员需要一种能够在细胞和动物模型中精确诱导和追踪ecDNA形成的方法。然而，现有的技术手...
脊椎动物躯干发育的体外模型研究 学术背景 脊椎动物的躯干发育是一个高度协调的过程，涉及多个细胞类型的生成和组织。这一过程的核心是位于胚胎后部的祖细胞群，它们通过复杂的信号网络调控，逐步分化为神经管、体节和脊索等组织。脊索（notochord）是脊索动物的标志性结构，不仅在胚胎发育中提供机械支持，还通过分泌信号分子调控周围组织的发育。然而，现有的体外模型，如多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）分化模型，虽然能够模拟部分躯干发育过程，但往往缺乏脊索及其依赖的组织，如神经管的底板（floor plate）。这限制了这些模型在研究脊椎动物躯干发育机制中的应用。 为了填补这一空白，来自The Francis Crick Institute的研究团队通过单细胞转录组分析...
学术背景与问题提出 近年来，免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）在癌症治疗中取得了显著进展，尤其是抗PD-1和抗PD-L1抗体，已成为多种癌症的一线治疗标准。然而，尽管这些疗法在某些患者中表现出显著的临床活性，整体响应率仍然有限，许多患者最终会出现肿瘤进展或复发。研究表明，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中的可溶性因子和细胞结合因子对癌症免疫反应产生了负面影响。其中，生长分化因子15（Growth Differentiation Factor 15, GDF-15）作为一种在许多癌症类型中大量产生的细胞因子，被发现能够干扰抗肿瘤免疫反应。GDF-15的阻断在临床前模型中显示出与抗PD-1治疗的协同作用，提...
学术背景 蛋白质自组装是生物系统中普遍存在的现象，其功能多样，从结构支持到生化反应调控。尽管近年来在蛋白质设计领域取得了显著进展，但现有的自组装蛋白质结构通常依赖于严格的对称性，这限制了其尺寸和复杂性的进一步提升。为了突破这一限制，研究人员从细菌微室和病毒衣壳中的伪对称性（pseudosymmetry）中获得灵感，开发了一种层次化的计算方法，用于设计大型伪对称自组装蛋白质纳米材料。这一研究旨在通过打破严格对称性的限制，设计出更大、更复杂的蛋白质纳米笼（nanocages），从而扩展自组装蛋白质结构的多样性。 论文来源 该研究由来自University of Washington的Quinton M. Dowling、Young-Jun Park、Chelsea N. Fries等研究人员共同...
海马神经元特征选择性的突触基础研究 学术背景 在神经科学中，一个核心问题是突触可塑性如何塑造行为动物中神经元的特征选择性。海马CA1锥体神经元（CA1 pyramidal neurons, CA1PNs）通过形成空间和情境选择性的感受野（place fields, PFs），展示了最显著的特征选择性之一。PFs是研究学习和记忆突触基础的模型。尽管已有多种形式的突触可塑性被提出作为PFs形成的细胞基础，但由于缺乏工具和技术挑战，我们对突触可塑性如何支持PFs形成和记忆编码的理解仍然有限。特别是，在清醒行为动物中，以单神经元分辨率可视化突触可塑性仍然是一个巨大的挑战。 为了解决这一问题，研究人员开发了一种全光学方法，用于在空间导航过程中监测单个CA1PNs在PFs诱导前后树突棘的时空调谐和突触权...
2023年南极海冰创纪录减少：海洋热量损失增加与风暴频率上升 学术背景 南极海冰的减少近年来引起了科学界的广泛关注，尤其是2023年南极海冰覆盖面积创下了历史新低。尽管已有研究对海冰减少的驱动因素进行了探讨，但其对海洋-大气相互作用的潜在影响仍存在不确定性。南极海冰的减少可能显著改变海洋表面的热量损失，进而影响海洋和大气的动态平衡。因此，理解海冰减少对海洋-大气相互作用的影响，对于预测全球气候系统的变化具有重要意义。 论文来源 该研究由Simon A. Josey、Andrew J. S. Meijers、Adam T. Blaker、Jeremy P. Grist、Jenny Mecking和Holly C. Ayres共同完成，分别来自英国国家海洋中心（National Oceanogr...