有这样一种奇妙生物，既不属于动物也不属于植物，广泛存在于海洋中，身材“迷你”却与热带雨林固碳量相当。中外生物学家一起研究它的基因，发现了很多秘密；你淘汰掉不用的旧电脑和旧手机，正在被科学家用来“炼金”，电子垃圾为何是一座取之不竭的“矿山”？量子纠缠一直是个时髦语汇，有人戏称“遇事不决，量子力学”，把它等同于“薛定谔的猫”的不可知状态。当下，量子纠缠的神秘面纱正逐步被物理学家揭开……
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第三十九期。
1《mSystems》丨小到可以忽略不计却与热带雨林固碳量相当，千千万万个“小可爱”是怎么做到的？
甲壳素代谢相关基因在全球大洋的分布与丰度
硅藻是一类具有色素体的单细胞藻类，既不属于动物也不属于植物，而是属于不等鞭毛生物的一支。作为全世界范围内海洋里最常见的一种浮游生物，硅藻小的仅有几微米，大的也不会超过1-2毫米。你家的鱼缸里如果长时间不换水，就能看到大片硅藻像泥一样黏在上面。
硅藻小身材却有大能量。海洋吸收的二氧化碳约40%由硅藻固定，与热带雨林固碳量相当。硅藻重要的碳积累产物——甲壳素（又称几丁质）是海洋环境中最重要的碳、氮来源，对全球碳氮循环更是有着重要的生态学意义。近日，国内外团队合作，从基因角度入手，深入研究了硅藻甲壳素的代谢机理，解释了中心纲硅藻甲壳素及其衍生物高合成能力的潜在原因，也为壳聚糖、壳寡糖的绿色工业制备提供了新的思路。研究团队还依据全球采样大数据，挖掘出4939条与甲壳素代谢相关联的基因序列。
2《National Science Review》丨拆开“死死抱团”的氮气分子，固氮有了新的“打开方式”
我们赖以生存的大气中，氮气（N2）是含量最多的气体，占大气总体积的78.09%。氮元素也是组成人类、动植物等有机生命体蛋白质、遗传物质DNA的一大关键性元素。
虽然氮气看起来唾手可得，但固氮（将空气中游离的氮气转化为化合态氮）并非易事。这是由于氮气本身的“怪脾气”所致——分子氮中存在的氮氮三键是最强的化学键之一，这就意味着，想将“死死抱团”的氮分子转化为其他含氮化合物并非易事。由于很难发生化学反应，因此氮气也被称为惰性气体。
氮气的高效活化与转化也就成了化学学科中极具挑战的科学难题。通过氮气工业合成氨是一个固定途径，但此过程称不上高效，还极其耗能——须在严苛的高温高压（350-500℃，50-200个大气压）条件下才能实现。合成氨工业每年要消耗全球能源供应总量的1％-2％。
近日，北京大学和中国科学院研究团队共同发表的论文中，阐述了用氮气制备多种重要含氮有机化合物的新路径。研究人员首先利用氢化物还原固氮的特点，将氢化锂（LiH）与氮气分子和膨胀石墨C反应，通过多相化学合成方法制备了高活性氮物种——Li2CN2；再以Li2CN2为合成子，通过均相合成方法与合适的有机底物进一步反应，先后构建了碳二亚胺、嘧啶碱、双取代的氰胺、芳基取代的氰胺以及三唑等重要含氮有机化合物，展示了多相化学与均相化学交叉融合研究范式的高效性和发展前景。
3随机量子是怎么纠缠的？无纠缠相、最大纠缠相、纠缠饱和相……一个实验统统get到
纠缠负度谱的分布
量子纠缠一直是个时髦语汇，它指的是这样一种现象：多个粒子彼此相互作用时，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质。
2022年诺贝尔物理学奖颁给了阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽、安东·塞林格三人。三位物理学家证明量子力学理论的正确性并将之推向实际应用领域，挖掘出纠缠的量子态存储、传输和处理信息的潜力。
随机性很强的量子状态复杂而迷人，因此也有人戏称“遇事不决，量子力学”，把它等同于“薛定谔的猫”的神秘状态。其实，近年来关于随机量子态的相关理论建树颇多，逐步在揭开其神秘面纱。其中一种理论预测，将随机态划分为系统和环境两部分后，改变环境和系统的相对大小，系统内会出现纠缠相变。近日，我国与外国研究者通力合作，就针对上述这种理论进行了相关实验并成功观测。
研究团队通过基于全连通芯片上特有的全局纠缠逻辑门，以及随机单比特逻辑门所构建的伪随机线路来实现随机量子态的制备，由于这种全局纠缠门具有很强的纠缠能力，实验上通过较浅的伪随机线路就可以制备出包含最多15个比特的随机态，通过6比特的量子态层析获得其密度矩阵，实验上就得到了待研究系统不同组分间的纠缠负度谱和对数负度。
实验数据表明，纠缠负度谱的分布会随着环境和系统的大小而变化，实现了从无纠缠相，到最大纠缠相和纠缠饱和相三种不同的纠缠特征，从而实现了纠缠相变的观测。
4《Science Advances》丨你淘汰废弃的旧电脑和旧手机，是如何被用来“炼金”的？
都说垃圾是放错了地方的资源，那么在科学家和环保人士眼中，电子垃圾更是一座取之不竭的“矿山”。
城市采矿是个颇有前景的新兴行业，它指的是从手机、电脑等电子废物流、矸石山中回收金、银、铜等金属或矿产品。通过城市采矿，人类不仅能获取到可观的资源，还能让绿色低碳跑出“加速度”。
近日，科学家设计、合成了一种高度多孔的金属有机框架（MOF）-聚合物复合材料——BUT-33-聚对苯二胺（PpPD）。这种材料可用于河水、海水和cpu浸出液等几种基质中快速、选择性地提取金。
据介绍，这种材料对金离子（Au3+）具有强吸附能力（1600mg/g）和高选择性，在短短45秒内即可提取超99%的金离子。此外，它还具备长期稳定性和可重复使用性等特点。之所以说这种材料具备优异性能，是因为它的高孔隙率和氧化还原吸附机制。氧化还原吸附能力具体来看是让回收后的金离子可原位还原形成金纳米颗粒，进而，复合材料可直接被用作下一步催化反应的多相催化剂。
循环经济是落实碳达峰目标、发展新经济的重要增长极。未来城市采矿相关前沿技术有望对全球的废物处理和采矿活动产生更多积极的影响。
5《Cell Host & Microbe》丨生物学家开启肠道“暗物质”的发现之旅
人体肠道中小基因组噬菌体的发现与表征
随着天文学观测进入高精度时代，科学家通过微波背景辐射确定，宇宙总物质85%以上由暗物质贡献，而构成天体和星际气体的常规物质只占15%。探索未知暗物质，就成了天文学家的使命。
《道德经》里有这样一句话：“人法地，地法天，天法道，道法自然。”混沌宇宙，就这样与人体相互映射和连接。而近期的一项生物学科学研究也颇有这样的哲学意味，生物学家将目光投向人体肠道内的“暗物质”，它们都是什么？如何在人体这个“小宇宙”中发挥作用？不如通过实验去一探究竟。
研究显示，噬菌体是人体微生态系统中最多样化却仍未被准确识别的成分。对此，这项研究首次实现了大规模肠道主要共生细菌噬菌体培养组技术，科研团队针对肠道常见共生细菌开发了一系列噬菌体分离培养技术，成功获得了可以分别侵染其中42种细菌的209株非冗余噬菌体。
更值得注意的是，这些噬菌体里面，包含一类拥有极小基因组的有尾噬菌体，在分类上形成了一个独立的分支，科研团队将这些噬菌体归类为一个新的噬菌体科，暂命名为Paboviridae。
科研团队利用上述噬菌体培养物解析了肠道细菌和噬菌体长期共存的机制，并展示了这些噬菌体在肠道菌群调控中的应用潜力。利用这一资源，拟开展肠道噬菌体和细菌的互作研究。相信随着生物学家对肠道微生物组的多样性、功能和作用更深入的了解，会为预防和治疗相关肠道疾病开启新的思路。（专栏作者 李潇潇）
/2 
eetop公众号
创芯大讲堂
创芯人才网
发表于 2024-3-18 10:55:55
