今天是2017年9月21日 星期四

8月19日《科学》杂志精选

用自然配方制造珍珠母

研究人员成功创制出了合成的珍珠质,它与被称作珍珠母的天然物质十分相似。珍珠质是一种发亮的物质,它存在于珍珠的覆盖层中以及某些贝壳的内面。它具有可观的强度和韧性,使得它成为有吸引力的进行合成的材料,然而,它的结构多面且复杂。目前所用的合成它的方法包括错综复杂的分层和步骤,以及需动用高温,后者限制了可用的材料类型。在自然界,珍珠质的生成要用一种充当支架的有机基质。在该基质上,文石板会以一种砖墙加灰泥的方式通过矿化过程而逐层生长。Li-Bo Mao和同事在此设计了一种类似的基质,并让其进入一个稳定输送矿物质和添加剂至该基质的体系中。在这个系统中,碳酸钙从一个碳酸钙池中逐步沉积到整个基质中,而非以大量方式施加碳酸钙。因此,矿物质的缓慢沉积会产生一个更为均匀且自然的珍珠质构造。对该合成终产物的分析揭示,它比真的珍珠质的致密性略低。同样地,这种文石晶片略大,让它们会部分地弹出,使得合成珍珠质的抗断裂性较差。无论如何,该合成材料保持了与其天然对等物类似的力学性能。作者们预期,这种人工矿化法可被延用于生产其他独特性能的材料。

用“搜索与替换”基因改变活体基因组

包括George Church在内的研究人员在完全重新书写活体细菌基因组的道路上取得了新的进展。一旦能得到这样一种重新编码的有机体,通过结合非标准但却有用的氨基酸,该有机体能表现出自然界中看不到的特征。它还能让制药业和其他产业中培养的细菌对病毒具免疫力,从而省下因病毒污染造成的数十亿美元的损失。最后,研究人员指出,由于实验室外的编码限制,这种微生物中的改动遗传信息无法污染自然细胞,因此对其的创制可终止实验室设计的生物体污染野生型生物体的基因。在活体生物的DNA中,相同的氨基酸可由多种密码子编码;密码子是由3个核苷酸字母组成的DNA“词汇”。过去的研究证明,有可能用大肠杆菌中等同于“搜索与替换”的基因将单一密码子代之以另类密码子;现在,Nili OstrovChurch和同事对取代整个基因组中多个密码子的可行性进行了探索。通过探索如何根除6万多例7种不同密码子,研究人员尝试将大肠杆菌编码中的密码子数量从64个减少至57个。他们系统性地用另类密码子替换了所有62214例的这些7种密码子。研究人员说,在研究人员组装并测试的再编码大肠杆菌片段中,所有7种密码子的情况都被替代,而受到基础氨基酸改变冲击的大多数基因能够正常表达。作者们写道,尽管他们无法制造一个能充分运行的57-密码子大肠杆菌,但“如此规模的功能改变的基因组还没有被探索过”。他们的结果对下一步在基因重写竞技场(即创制一种全部重新编码的生物体)中该怎么做提供了关键的线索。

卫星以精确细节预测贫困

通过将卫星数据与流畅的机器学习相结合,研究人员研发出了一种方法,这种方法能准确地估计家庭的消费与收入。这样的数据在贫穷国家非常稀缺而且也非常难以获得,但对于向研究和政策提供信息而言,这样的数据又十分重要。例如,世界银行在20002010年的数据显示,在非洲59个国家中,有39个国家开展的调查不到两起,而且它们不足以对贫困程度进行检测,这些国家中有14个完全没有做过调查。进行调查的成本高、不频繁而且并非总能深入到这些国家或国家中的某些地区,例如武装冲突就是其中的一个原因。近来一些研究显示,检测夜间灯光的卫星数据可被用来预测某特定地区的富裕程度;然而,单用夜间灯光数据不能有效地区别收入垫底的不同地区,因为在这些地区,卫星图像似乎呈均一黑暗。为了规避这一问题,Neal Jean等将注意力转到白昼时的图片,后者有更高的清晰度,并能捕捉到诸如道路铺设和金属屋顶等特征,它们皆为有助区分贫困和超贫困地区的标记。研究人员接着研发出了一种复杂的学习算法,它能对这些特征进行分类。几种不同的验证方法显示,它具有高度的准确性。在对贫困线以下地区进行预测时,该新预测模型比夜间灯光模型的准确率提高了81%,比两次低于贫困线地区的预测准确性高99%。重要的是,新的方法使用的是可公开获得的日间卫星数据,它能比调查更频繁地得到重复,且成本较低。此外,初始的证据表明,在某个国家中“被培训的”模型也可用于另一国家。