2022年七個偉大的科學發現

“永生水母”透過重生延緩衰老

年齡只是一個數字，但對於被稱為“長生不老水母”的深海物種來說，這個數字可以被重置無數次。

當成年永生水母 （

Turritopsis dohrnii

） 受到傷害或受到壓力時，它會將觸鬚吸收到身體中，變成一個自由漂浮的水滴，沉入海底。然後，這個團塊會演變成早期的水母生命階段：一種分枝的植物狀水螅體，然後將幼小的水母釋放到海洋中。實際上，成年水母變成了多個新生水母。雖然捕食者可以殺死這些生物，但水母不會屈服於老年。

為了找出這種微小的無脊椎動物是如何完成這種抗衰老壯舉的，一組科學家研究了它的基因組。在 8 月發表在

《美國國家科學院院刊》上的

一項研究中，西班牙奧維耶多大學的生物學家將該物種與其水母親戚之一進行了比較，揭示了所謂的不朽水母具有兩倍於其修復和修復的基因。保護DNA。有了這些基因，水母可以產生更多的恢復性蛋白質。

端粒或保護染色體的 DNA 片段通常會隨著年齡的增長而縮短。但是永生水母的基因突變可以減緩這種萎縮。

水母利用多種遺傳途徑來保持它們的長壽——這對研究人類衰老的研究人員來說可能是一個教訓。“如果我們想要延長健康壽命，我們不能只關注一種途徑。這還不夠，”分子生物學家兼索爾克研究所格倫衰老生物學研究中心主任簡·卡爾塞德 （Jan Karlseder） 在 8 月對《

華爾街日報

》的金傑·亞當斯·奧蒂斯 （Ginger Adams Otis） 和阿麗莎·盧克帕特 （Alyssa Lukpat） 說。“我們需要研究其中的許多因素以及它們如何協同作用。”

檢查這些水母的基因——包括那些與幹細胞再生和產生相關的基因，這些幹細胞可以長成體內任何型別的細胞——可能會激發新的技術來替換人類受損的細胞、器官或組織。奧維耶多大學的生物化學家和分子生物學家卡洛斯·洛佩斯-奧廷 （Carlos López-Otín） 在一份宣告中說，這項研究可以“找到更好的答案來解決當今困擾我們的許多與衰老相關的疾病” 。

跳蟲總是用腳著地

人類不太注意跳蟲。畢竟，這些生活在土壤、落葉層、樹皮和其他潮溼環境中的類昆蟲生物大多比一粒沙子還小。

但這些微小的動物確實很特別。為了躲避危險，它們會以每秒 280 倍體長的速度騰空而起。當它們飛行時，它們會進行快速的扭轉和翻轉——而且，就像體操運動員一樣，它們會堅持著陸。

科學家們曾經認為，跳蟲在飛行時無法控制自己的身體。它們飛快的跳躍，肉眼看去就像是在瘋狂逃竄。但是一組研究人員最近使用高科技相機觀察了一種半水生物種，在 11 月發表在

美國國家科學院院刊上的一項研究中記錄了這些六足跳躍者的精確程度。

這種小動物的技術來自兩個特殊的身體部位：一個稱為分叉的附肢，它拍打水將其發射到空中，以及一個稱為膠體的腹管，它容納一滴水以穩定其飛行並充當停泊在它的著陸點上。

受到彈尾魚控制跳躍的天然硬體的啟發，研究人員製造了帶有拖曳襟翼的微型機器人，可以幫助它們直立著陸。在試驗中，硬幣大小的機械跳線在大約 75% 的時間內正確著陸。

“對於跳躍機器人來說，控制它們在空中著陸和跳躍的方向一直是一個重大挑戰，”該研究的合著者、韓國亞洲大學機械工程師 Je-sung Koh 說。在一份宣告中幫助建造了機器人。“這項研究的發現可能會激發昆蟲規模的跳躍機器人的靈感，這些機器人能夠安全著陸並擴充套件機器人在新地形中的能力，例如我們星球湖泊和海洋的開闊水面。”

貓薄荷驅蚊

當您的貓用貓薄荷或一種被稱為銀藤的東亞替代品打滾時，玩耍時間可能不僅僅是為了好玩。

貓薄荷和銀藤葉含有一種叫做環烯醚萜的化學物質混合物，它會在貓玩耍時誘發“高”內啡肽。但環烯醚萜也能驅蚊。貓在植物上簡單地摩擦或打滾後，它的皮毛就會塗上這些化學物質，從而抵禦吸血昆蟲。然而，貓也會舔或咀嚼樹葉，這長期以來一直讓研究人員感到困惑。他們想知道破壞植物是否對貓有益。

在一項實驗中，日本巖手大學的一個團隊向貓展示了兩種不同的銀藤葉：一種是人工壓碎的，另一種是完整的。動物們花更多時間與受損的植物玩耍。

更仔細的分析表明，壓碎的葉子會釋放出更多的環烯醚萜類化合物，而那些受損葉子中的化學物質混合物更加多樣化，並且更均勻地分佈在五種不同的化學物質中。完整葉子中的化學混合物更多地由單一環烯醚萜組成。

更重要的是，這種複雜的雞尾酒雖然受到貓的喜愛，但對蚊子的吸引力較小。科學家們將一個淺盤放入裝滿昆蟲的透明盒子中。當將來自受損葉子的化學物質放入培養皿中時，蚊子散開的速度比科學家將來自完整葉子的混合物放入培養皿中的速度更快。

這些發現於 6 月發表在

iScience

上，也有助於保護人類免受蚊子侵害。研究中的物種與在人類中傳播登革熱和基孔肯雅熱等病毒的蚊子是同一種。結果表明，人們可能會考慮使用貓薄荷或環烯醚萜雞尾酒作為殺蟲劑——只要他們願意吸引一些貓科動物。

成群結隊的公牛精子運氣更好

從精子科學誕生之日起——複合顯微鏡發明者安東尼·範·列文虎克 （Antonie van Leeuwenhoek） 於 1677 年觀察了他自己的精液——科學家們一直在努力觀察精子在能夠捕捉其自然行為方式的環境中。精子夾在鏡頭下的兩塊玻璃之間，不會揭示它們在設計用於生存的地方（生殖道）的行為方式。

但在 9 月份發表在《細胞與發育生物學前沿》

雜誌上的一項公牛精子研究中，來自北卡羅來納州 A&T 州立大學和康奈爾大學的研究人員創造了一個充滿液體的環境，模擬了牛的子宮頸、子宮和輸卵管的狀況。他們的分析表明，成群遊動的公牛精子比單獨遊動的精子更能適應母牛的生殖系統。

聚集的精子本身不會遊得更快，但它們能夠在生殖道中沿著更直接的路徑移動。當研究人員在流體環境中加入水流時，類似於精子在牛體內所面對的水流，聚集在一起的精子能夠更好地定位自己以逆流遊動。成群的精子甚至可以承受最強的水流，使它們不太可能被下游沖走。

實際上，公牛精子使用了與賽車手或車隊中的騎腳踏車的人相同的起草技術。

這項研究為未來可以轉化為人類的發現鋪平了道路。公牛精子是人類精子的良好類似物——兩者具有相似的尺寸，並且遊過陰道和子宮頸到達子宮。

正因為如此，研究人員表示，成群結隊旅行也可能對人類精子有利。這種理解可以改善人類不孕症治療和懷孕預防措施。藉助研究人員為這項研究開發的生殖環境模擬器，科學家們可以診斷不孕症並提供更先進的受孕幫助。

蘇格蘭鄧迪大學的生育研究員克里斯托弗·巴拉特 （Christopher Barratt） 沒有參與這項研究，他在 10 月份對《科學新聞

》的詹姆斯·R·里奧登 （James R。 Riordon）說：“這種技術可以用於或改造以選擇質量更好的精子。” 。 “那將是一件大事。”

象鼻靈巧的秘訣在於它的面板

使用它的鼻子，大象可以聞到氣味、交流、儲存水、收集食物和進食。附肢可以強行撕下樹枝上的葉子或靈活地撿起一片草葉。根據 7 月份發表在

美國國家科學院院刊上的

研究，關鍵在於動物的皺紋面板。

在一項實驗中，研究人員鼓勵兩隻圈養的非洲大草原象將它們的鼻子伸向麩皮塊和蘋果。當大象操縱它們靈巧的鼻子時，科學家們用高速攝像機拍攝了它們。錄影顯示軀幹的所有部分都沒有均勻伸展：軀幹頂部摺疊的面板比起皺的底面伸展了 15% 。該團隊透過檢查一頭死去的大象的鼻子證實了他們的發現。

這種特殊的面板設定是“大象的創新”，佐治亞理工學院機械工程師大衛胡在一份宣告中說。但是人類工程師在開發軟體機器人時往往會忽略這個概念。

“為了進行這些複雜的運動，你需要外部的這些結構，”佐治亞理工學院的機械工程師、該研究的合著者安德魯舒爾茨在 7 月份告訴

新科學家

的克萊爾威爾遜。專家說，從事此類機器人工作的人應該對他們的技術所採用的材料進行試驗。透過這種方式，創新者可以創造出更準確地複製大象鼻子動態的機器。

黃腹土撥鼠在冬眠時停止衰老

如果你拿起一隻冬眠的黃腹土撥鼠，它會感覺“像一塊冰冷、毛茸茸的石頭”，加州大學洛杉磯分校的生物學家 Dan Blumstein 在 3 月份告訴

Inverse

的 Elana Spivack。隨著新陳代謝急劇減慢，松鼠的體溫降至接近冰點的 41 華氏度。

這些土撥鼠的壽命約為 15 年，但它們每年有九個月處於冬眠狀態。3 月份的一項研究表明，齧齒動物可以如此深入地陷入麻木狀態，以至於在這個過程中，它們的衰老可能會減慢直至停止。

土撥鼠的壽命比其他同體型哺乳動物的預期壽命長得多，這種動物強烈的冬眠習慣可能是一個解釋。當土撥鼠從睡夢中甦醒時，從生物學角度來說，它們的年齡與它們第一次蜷縮起來時的年齡相同。

研究人員測量了冬眠土撥鼠血液樣本中的表觀遺傳標記，或 DNA 隨著生物體年齡的自然變化，並將他們的發現發表在

《自然生態學與進化》雜誌上

。當土撥鼠在冬眠期間短暫醒來——例如，為了喚醒它們的免疫系統——這種轉變會啟動與衰老相關的細胞活動，包括氧化應激，或與阿爾茨海默氏症等疾病有關的某些含氧分子過量。但是透過在冬眠時抑制這種活動，土撥鼠可以延緩細胞的衰老。它們的表觀遺傳標記在冬眠過程中幾乎沒有變化，這表明土撥鼠的生物學年齡自始至終保持不變。

以土撥鼠和類似生物為藍圖，美國宇航局的科學家和歐洲航天局已經在關注誘導宇航員冬眠的策略。如果前往火星的人進入麻木狀態，這將大大降低任務成本。醫生也可以使用表觀遺傳標記來更好地儲存為移植而儲存的器官組織。

毛毛蟲的唾液可以分解塑膠

10 月份發表在《自然通訊》（ Nature Communications

） 上的一項研究表明，蠟蟲——蠟蛾的毛蟲幼蟲階段——可能會徹底改變我們對塑膠垃圾的反應。

分子生物學家和業餘養蜂人Federica Bertocchini正在照料她的蜂箱，從蜂巢中取出蠟蟲，這時她有了一個意想不到的發現。她放入塑膠袋中的毛毛蟲正在吞噬材料。仔細檢查後，她發現幼蟲不僅在咀嚼孔洞，而且它們的唾液實際上正在分解袋子的聚乙烯分子。

塑膠被設計成耐用的，但它的壽命成為環境中的一個問題。合成產品分解成稱為微塑膠的微小斑點，汙染水域、海鮮甚至人類血液。

隨著世界回收系統努力跟上塑膠垃圾的數量，也許“生物回收”可以幫助解決這個問題。研究人員說，蠟蟲唾液有一天可能會在大型廢物處理廠對抗塑膠，或者導致家庭回收工具包的發明。

“這提出了處理塑膠垃圾的替代方案，其中塑膠可以在受控條件下降解，從而限制或最終完全消除微塑膠的釋放，”該研究的合著者、西班牙國家研究委員會的生態學家和數學家克萊門特·費爾南德斯·阿里亞斯 （Clemente Fernández Arias） 10 月份告訴路透社，Will Dunham。

儘管如此，大量塑膠代謝蠟蟲在消化材料時仍會釋放大量二氧化碳。這就是為什麼在談到塑膠垃圾時，專家說最有效的解決方案就是簡單地減少生產的原因之一。