国内外最新科技发现和创新技术成果荟萃

◎ 本刊综合报道

中国科学家造出生命“光开关”

光遗传学连续几年被认为是诺贝尔奖大热门，生理学或医学奖揭晓之前一直位列预测榜第一名。用一束光控制生命活动，不仅炫酷而且魔幻。如果光照后肿瘤就能消失，如果光“指哪”药物就“打哪”，如果有了光神经活动就被激发……这样的魔幻随着合成生物学的精进，正在成为现实。在体内提前“埋进”一个感光开关：660纳米（红光），打开，730纳米（远红光），关闭。2021年10月4日，国际顶刊《自然•生物技术》刊登我国科学家在光遗传学领域的研究成果，介绍这种全新的生命“光开关”的创造和验证过程。“在植物拟南芥中有一种光敏蛋白，不同纳米的波长可以让它与自己的‘伴侣’拥抱或远离。”论文通讯作者华东师范大学生命学院、上海市调控生物学重点实验室研究员叶海峰告记者，光能够改变这种蛋白的三维结构，因此可以利用它来设计感光“开关”，新型生命“光开关”被命名为REDMAP。

一种新装置或突破光伏电池能效极限

最近，日本京都大学一个研究小组开发出一种新装置，可将热量转化为光并利用光伏电池发电，从而提高能源转换效率。目前的硅光伏电池能源转换效率理论极限约为30%，而热光发电的转换效率理论上可以超过35%。热光发电作为一种有助于实现脱碳社会的新技术，计划10年后投入使用。研究小组将装置的光源与光伏电池之间的间隔缩小到140纳米，比光的波长还要短。采用了精确堆叠微细结构的技术，利用10微米的细梁支撑光源。由于光源与光伏电池靠得很近，形成了一体化，产生的光不会在光源内部反射，可以传输给光伏电池。在实验中，研究小组将光源加热到1000℃左右发现，利用铟、镓和砷制造的光伏电池可以获得更多的光。这一成果超越了所谓的黑体极限。经确认，光伏电池产生的电流约为以往热光发电装置的5～10倍。

首个小鼠大脑代谢物图谱发表

据最新一期《自然•通讯》杂志报道，美国加州大学戴维斯分校研究团队发表了首个小鼠大脑代谢物图谱。该数据集涵盖雄性和雌性小鼠从青春期、成年再到老年的10个大脑区域的1547种不同分子。论文的资深作者、加州大学戴维斯分校基因组中心奥利弗•费恩教授称，“这是全球最大的大脑代谢组分析。它涵盖了1547种已识别的代谢物，能够表达大脑中能量、神经递质或复杂脂质的许多化学转化。”研究结果表明，大脑代谢组在控制呼吸和血压等生命机能的脑干等大脑区及控制运动、言语和思维的大脑之间有明显不同。此外，特定切片显示出与特定受体相关的高浓度代谢物，如腺苷、神经酰胺和磷脂醚等。从对不同年龄段小鼠的研究中，可以获得更多关于大脑功能演变和大脑活动的线索，从而增进对人脑的理解。

“天问一号”环绕器进入遥感使命轨道

2021年11月8日，“天问一号”环绕器成功实施第五次近火制动，准确进入遥感使命轨道，开展火星全球遥感探测。

前期，“祝融号”火星车已圆满完成既定巡视探测任务目标，各项状态良好，继续开展探测任务。综合考虑环绕器全球遥感探测和火星车中继通信需求，工程研制团队优化了轨道设计，确定了近火点约265千米、远火点约1.07万千米、周期约7.08小时的遥感轨道方案，在保证开展环绕科学探测的同时，为火星车提供更多的中继通信支持，提升任务开展的效率。

在遥感轨道，环绕器中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪等7台科学载荷，将获取火星形貌与地质构造、表面物质成分与土壤类型分布、大气电离层、火星空间环境等科学数据，重点关注陨石坑、火山、峡谷、干涸河床等典型地貌和地质单元，实施高分辨率探测。

往复扭转梯度塑性变形技术可用于梯度结构材料构筑

日前从中国科学院金属研究所获悉，沈阳材料科学国家研究中心卢磊研究员团队与国外合作者在高熵合金综合性能与独特变形机制研究方面取得重要进展，相关研究结果近日在《科学》上在线发布。长期制约传统金属结构材料发展的“强度—塑性”倒置关系在高熵合金中普遍存在，原因是其塑性变形机制往往被认为与传统金属材料并无本质差别。因此，迫切需要借助新颖的微观结构构筑来揭示高熵合金是否具有独特变形机制，以丰富金属材料的有效强韧化策略。中科院金属所研究人员通过一种简单、高效的小角度往复扭转梯度塑性变形技术，保持Al0.1CoCrFeNi高熵合金棒材样品中的初始晶粒大小，但在晶粒内部成功引入百纳米尺度位错胞稳定结构，并实现了位错胞结构从样品表面至芯部的梯度序构分布和可控制备。拉伸结果表明，梯度位错胞结构不仅显著提高材料屈服强度，同时还使其保持良好的塑性和稳定的加工硬化。梯度位错结构高熵合金的强塑积—屈服强度匹配明显优于文献报道中相同成分的均匀或梯度结构材料。该研究表明简单、易行的往复扭转梯度塑性变形技术可广泛用于梯度结构材料的构筑与制备，具有重要的基础研究和应用价值。

我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成

中国农业科学院饲料研究所10月30日发布，我国在国际上首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，已经形成万吨级的工业生产能力，获得首个饲料和饲料添加剂新产品证书。该证书由农业农村部于2021年8月颁发，新饲证字（2021）01号。中国农科院饲料所所长戴小枫研究员表示，在人工条件下，利用天然存在的一氧化碳和氮源（氨）大规模生物合成蛋白质，长期以来被国际学术界认为是影响人类文明发展和对生命现象认知的革命性的前沿科学与技术。戴小枫说，蛋白质在自然界的天然合成一般要在植物或者植物体内具有固氮功能的特定微生物体内，在自然光合作用下形成碳水化合物的糖类，再经过多个环节复杂的生物转换。对此，北京首钢朗泽新能源科技有限公司通过6年多的研究攻关，突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度、原料物质和能量的转化效率，实现了工业化一步生物合成蛋白质收率最高85%的纪录，并与中国农科院饲料所合作开展乙醇梭菌蛋白效价评定，共同在国家重点研发计划——蓝色粮仓项目框架内推广该产品在饲料行业中的应用。