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· 細胞生物學·
科學家首次見證活植物細胞產生纖維素並形成細胞壁
延時影片顯示擬南芥細胞產生由纖維素構成的纖維。影片來源：Lee Lab/Rutgers University
纖維素是世界上最豐富的多糖，主要存在於植物細胞的細胞壁。然而，對於新合成的纖維素如何在細胞表面組裝成複雜的纖維網路，目前尚不清楚。而最近，在發表於《科學·進展》（Science Advances）上的一項新研究中，研究人員首次觀察到了活體植物細胞構建細胞壁的微觀過程。
傳統的實驗室顯微鏡最多隻能提供細胞壁構建過程的模糊影像。而在這項新研究中，研究小組轉而使用全內反射熒光顯微術（total internal reflection fluorescence microscopy）。這種方法只捕捉細胞底面的影像，靈敏度高，可以連續拍攝24小時而不會漂白或破壞細胞。使用該種技術，研究團隊捕捉到了活體植物細胞在24小時內連續構建細胞壁的微觀過程的影像。他們觀察到擬南芥的原生質體（沒有細胞壁的細胞成分）萌發出由纖維素構成的纖維絲，這些纖維素絲在細胞外表面逐漸自我組裝成複雜的網路。這項研究首次直接展示了纖維素如何在植物細胞表面合成並自我組裝成緻密的纖維網路。該研究有望為植物細胞壁形成過程提供新見解，可能為從植物中提取的日常產品提供實際應用，包括增強紡織品、生物燃料、生物可降解塑膠和新型醫療產品等。（RUTGERS UNIVERSITY）
· 醫學 ·
具有保護殼和細胞般敏捷性的微小水球技術
影片來源：原論文
用人造機器模擬生物的形態和功能具有挑戰性： 細胞生物的流動性和適應性表現在它們能夠變形、分裂、合併和吞噬，而傳統的剛性機器人結構很難再現這種流動性和適應性。解決這一問題的一個可行途徑是利用液體的超強變形能力，同時為其提供穩定而靈活的外殼。最近發表於《科學·進展》（Science Advances）上的新研究中展示了一種新技術，可以製造出具有保護殼和細胞般靈活性的微小水球。
這是一種高度堅固的液體-顆粒複合材料，名為“顆粒裝甲液體機器人”（Particle-armored liquid roBot, PB），其特點是在液體球體上塗覆了豐富的超疏水（superhydrophobic）顆粒。這些毫米級PB具有超強的變形能力和結構穩定性，可實現一系列多功能機器人功能，如在複雜環境中導航、吞噬和運輸貨物、合併以及適應各種環境。研究者透過模擬任務測試了PB的能力，發現其能以類似吞噬細胞（吞噬和處理病原體的白細胞）的方式擠過狹窄的環境並吸收物體。對於開發體內診斷和治療疾病相關的微小技術的研究人員來說，這種技術可能是軟機器人的替代品。（THE ALAN TURING INSTITUTE）
· 神經科學·
鳥類大腦揭示言語的秘密
虎皮鸚鵡是一種高度社會化的物種，它們使用靈活的聲音來相互交流。圖片來源：Christopher Auger-Dominguez
人類言語是一種複雜的交流形式，需要精準控制發聲器官來產詞彙。人類不是唯一能夠發聲的生物，虎皮鸚鵡能夠發出許多種聲音，包括模仿人類說話，讓研究人員懷疑這些鳥類與人類發聲背後的神經過程可能是類似的。近日，一篇發表在《自然》（Nature）的論文發現鸚鵡和人類產生複雜聲音的大腦機制相似。
研究人員比較了鸚鵡和鳴禽（斑胸草雀，與虎皮鸚鵡相比發聲學習能力有限）的神經記錄，對比了它們的大腦如何編碼發聲。研究人員發現，這兩種鳥用不同的腦區控制發聲。虎皮鸚鵡用前弓狀皮質的中央核，它經腦幹連線鳥的鳴管（鳥的發聲器官），從而產生多種不同發聲。這與人類控制語言相關的運動皮層具有前所未有的相似性。因此研究人員推測，鸚鵡可能會是研究言語和開發言語治療的良好模型。
· 人工智慧·
全新 AI 天氣預報方法誕生，速度提升數十倍，桌上型電腦即可執行
自 20 世紀 50 年代以來，天氣預報一直依賴於物理學模型，透過衛星、氣球和氣象站的觀測資料進行數值天氣預報（NWP）推算。這種方法極其複雜，需要依賴龐大、昂貴且耗能巨大的超級計算機。近些年，學界開始嘗試使用人工智慧（AI）來簡化這一流程。在一篇近日發表於《自然》（Nature）的論文中，研究人員開發了一個名為“土豚天氣”（Aardvark Weather）的 AI 天氣預報系統，該系統可在臺式機上執行，僅需幾分鐘即可生成天氣預報。
與此前華為、谷歌和微軟等用 AI 替代天氣預報部分流程（即用於計算天氣隨時間的變化的數值解法器）不同，土豚天氣使用一個簡單的機器學習模型取代了整個天氣預報流程，直接從衛星、氣象站等獲取的資料輸出全球和區域性地區的天氣預報。相比於目前其他基於 AI 和物理學的天氣預報系統，該系統不僅計算資源消耗降低了數千倍，而且精準預報的速度也提升了數十倍。研究結果顯示，即使僅使用現有系統10%的輸入資料，土豚天氣在許多變數上已優於美國氣象局執行的全球預報系統（GFS），並與美國氣象局採用數十個氣象模型輸入和專家預報員的分析結果相當。研究人員表示，該方法還可應用於颶風、野火等極端天氣預測，甚至擴充套件到空氣質量、海洋動力學等領域。此外，土豚天氣僅用 18 個月就構建了能與傳統系統競爭的能在臺式機上運算的產品，這有望改變發展中國家的天氣預報現狀。研究團隊計劃下一步在南半球部署該技術，以及開發高精度天氣、海洋和海冰環境預測手段。（劍橋大學，環球科學科研圈）
· 生態學·
交通噪音會讓鳥類患上“路怒症”
近日一項發表於《動物行為》（Animal Behavior）的研究發現，長期暴露在車輛噪音中的鳥類攻擊性會顯著增強，甚至展現出類似“路怒症”的特徵。本次研究涉及的鳥類是加拉帕戈斯群島上的加拉帕戈斯黃鶯，研究人員在38個觀測點模擬入侵者鳴叫。其中20個觀測點距離公路不到50米，18個超過100米。
結果顯示，距離道路50米內的黃鶯在噪音環境中攻擊行為（如近距離逼近揚聲器、反覆飛越）增加，而遠離道路的個體攻擊性反而降低。此外，在噪音環境中，所有鳥類都提高了鳴叫的音調，避免和低頻交通噪音重疊；一些鳥類甚至延長了鳴唱時間。值得注意的是，在實驗觀測地弗洛雷阿島上僅有約10輛車，但路邊黃鶯仍表現出攻擊性變化，暗示極低強度的噪音就能增加鳥類的攻擊性。（ANGLIA RUSKIN UNIVERSITY）
封面來源：Ehsan Faridi/ Inmywork Studio/ Chundawat, Lee and Lam Labs
撰寫/編輯：王昱、冬鳶