环球科学：人类首次见证细胞壁的形成过程；鸟类也有“...

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　　· 细胞生物学 ·

　　科学家首次见证活植物细胞产生纤维素并形成细胞壁

　　延时视频显示拟南芥细胞产生由纤维素构成的纤维。视频来源：Lee Lab/Rutgers University

　　纤维素是世界上最丰富的多糖，主要存在于植物细胞的细胞壁。然而，对于新合成的纤维素如何在细胞表面组装成复杂的纤维网络，目前尚不清楚。而最近，在发表于《科学·进展》（Science Advances）上的一项新研究中，研究人员首次观察到了活体植物细胞构建细胞壁的微观过程。

　　传统的实验室显微镜最多只能提供细胞壁构建过程的模糊图像。而在这项新研究中，研究小组转而使用全内反射荧光显微术（total internal reflection fluorescence microscopy）。这种方法只捕捉细胞底面的图像，灵敏度高，可以连续拍摄24小时而不会漂白或破坏细胞。使用该种技术，研究团队捕捉到了活体植物细胞在24小时内连续构建细胞壁的微观过程的图像。他们观察到拟南芥的原生质体（没有细胞壁的细胞成分）萌发出由纤维素构成的纤维丝，这些纤维素丝在细胞外表面逐渐自我组装成复杂的网络。这项研究首次直接展示了纤维素如何在植物细胞表面合成并自我组装成致密的纤维网络。该研究有望为植物细胞壁形成过程提供新见解，可能为从植物中提取的日常产品提供实际应用，包括增强纺织品、生物燃料、生物可降解塑料和新型医疗产品等。（RUTGERS UNIVERSITY）

　　· 医学 ·

　　具有保护壳和细胞般敏捷性的微小水球技术

　　视频来源：原论文

　　用人造机器模拟生物的形态和功能具有挑战性： 细胞生物的流动性和适应性表现在它们能够变形、分裂、合并和吞噬，而传统的刚性机器人结构很难再现这种流动性和适应性。解决这一问题的一个可行途径是利用液体的超强变形能力，同时为其提供稳定而灵活的外壳。最近发表于《科学·进展》（Science Advances）上的新研究中展示了一种新技术，可以制造出具有保护壳和细胞般灵活性的微小水球。

　　这是一种高度坚固的液体-颗粒复合材料，名为“颗粒装甲液体机器人”（Particle-armored liquid roBot, PB），其特点是在液体球体上涂覆了丰富的超疏水（superhydrophobic）颗粒。这些毫米级PB具有超强的变形能力和结构稳定性，可实现一系列多功能机器人功能，如在复杂环境中导航、吞噬和运输货物、合并以及适应各种环境。研究者通过模拟任务测试了PB的能力，发现其能以类似吞噬细胞（吞噬和处理病原体的白细胞）的方式挤过狭窄的环境并吸收物体。对于开发体内诊断和治疗疾病相关的微小技术的研究人员来说，这种技术可能是软机器人的替代品。（THE ALAN TURING INSTITUTE）

　　· 神经科学 ·

　　鸟类大脑揭示言语的秘密

　　虎皮鹦鹉是一种高度社会化的物种，它们使用灵活的声音来相互交流。图片来源：Christopher Auger-Dominguez

　　人类言语是一种复杂的交流形式，需要精准控制发声器官来产词汇。人类不是唯一能够发声的生物，虎皮鹦鹉能够发出许多种声音，包括模仿人类说话，让研究人员怀疑这些鸟类与人类发声背后的神经过程可能是类似的。近日，一篇发表在《自然》（Nature）的论文发现鹦鹉和人类产生复杂声音的大脑机制相似。

　　研究人员比较了鹦鹉和鸣禽（斑胸草雀，与虎皮鹦鹉相比发声学习能力有限）的神经记录，对比了它们的大脑如何编码发声。研究人员发现，这两种鸟用不同的脑区控制发声。虎皮鹦鹉用前弓状皮质的中央核，它经脑干连接鸟的鸣管（鸟的发声器官），从而产生多种不同发声。这与人类控制语言相关的运动皮层具有前所未有的相似性。因此研究人员推测，鹦鹉可能会是研究言语和开发言语治疗的良好模型。

　　· 人工智能 ·

　　全新 AI 天气预报方法诞生，速度提升数十倍，台式机即可运行

　　自 20 世纪 50 年代以来，天气预报一直依赖于物理学模型，通过卫星、气球和气象站的观测数据进行数值天气预报（NWP）推算。这种方法极其复杂，需要依赖庞大、昂贵且耗能巨大的超级计算机。近些年，学界开始尝试使用人工智能（AI）来简化这一流程。在一篇近日发表于《自然》（Nature）的论文中，研究人员开发了一个名为“土豚天气”（Aardvark Weather）的 AI 天气预报系统，该系统可在台式机上运行，仅需几分钟即可生成天气预报。

　　与此前华为、谷歌和微软等用 AI 替代天气预报部分流程（即用于计算天气随时间的变化的数值解法器）不同，土豚天气使用一个简单的机器学习模型取代了整个天气预报流程，直接从卫星、气象站等获取的数据输出全球和局部地区的天气预报。相比于目前其他基于 AI 和物理学的天气预报系统，该系统不仅计算资源消耗降低了数千倍，而且精准预报的速度也提升了数十倍。研究结果显示，即使仅使用现有系统10%的输入数据，土豚天气在许多变量上已优于美国气象局运行的全球预报系统（GFS），并与美国气象局采用数十个气象模型输入和专家预报员的分析结果相当。研究人员表示，该方法还可应用于飓风、野火等极端天气预测，甚至扩展到空气质量、海洋动力学等领域。此外，土豚天气仅用 18 个月就构建了能与传统系统竞争的能在台式机上运算的产品，这有望改变发展中国家的天气预报现状。研究团队计划下一步在南半球部署该技术，以及开发高精度天气、海洋和海冰环境预测手段。（剑桥大学，环球科学科研圈）

　　· 生态学 ·

　　交通噪音会让鸟类患上“路怒症”

　　近日一项发表于《动物行为》（Animal Behavior）的研究发现，长期暴露在车辆噪音中的鸟类攻击性会显著增强，甚至展现出类似“路怒症”的特征。本次研究涉及的鸟类是加拉帕戈斯群岛上的加拉帕戈斯黄莺，研究人员在38个观测点模拟入侵者鸣叫。其中20个观测点距离公路不到50米，18个超过100米。

　　结果显示，距离道路50米内的黄莺在噪音环境中攻击行为（如近距离逼近扬声器、反复飞越）增加，而远离道路的个体攻击性反而降低。此外，在噪音环境中，所有鸟类都提高了鸣叫的音调，避免和低频交通噪音重叠；一些鸟类甚至延长了鸣唱时间。值得注意的是，在实验观测地弗洛雷阿岛上仅有约10辆车，但路边黄莺仍表现出攻击性变化，暗示极低强度的噪音就能增加鸟类的攻击性。（ANGLIA RUSKIN UNIVERSITY）

　　撰写/编辑：王昱、冬鸢