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· 量子通訊·
創紀錄！我國成功實現跨12900公里的量子加密影像傳輸
近日，由中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等人組成的研究團隊，聯合濟南量子技術研究院、中國科學院上海技術物理研究所及微小衛星創新研究院等多個單位，利用“濟南一號”微納衛星成功創造了12 900公里的量子通訊距離新紀錄。“濟南一號”衛星從北京的一個屋頂向遠在南非的斯坦陵布什大學傳送了處於量子態的雷射脈衝，形成了用於圖片加密的量子金鑰。研究團隊成功在單次衛星透過期間共享了多達100萬位元的安全金鑰並完成了兩張圖片（一張是中國長城，另一張是斯坦陵布什大學校園的部分景象）的加密傳輸。
相較於2016年發射的前代衛星“墨子號”，“濟南一號”的重量減輕至原來的十分之一，成本降低了45倍，而光源頻率則提升了約6倍。此外，研究團隊還將地面站接收器的重量從原先的13 000公斤大幅減少到行動式的100公斤，標誌著從理論驗證到實際應用的重要進展。團隊計劃於2026年再發射四顆微納衛星用於商業應用。該研究成果為構建大規模實用化的量子通訊網路提供了關鍵技術支援。相關論文於3月19日在《自然》（Nature）發表。（中國科學技術大學、公眾號“科研圈”）
· 生物學 ·
嚴重缺乏睡眠的果蠅突變體，記憶力卻增強
圖片來源：Huang S, et al., 2025,PLOS Biology, CC-BY 4.0
睡眠對於不同物種的認知功能和壽命都至關重要。雖然睡眠穩態和認知過程透過細胞和神經突觸可塑性相互關聯，但研究者始終不清楚連線它們的訊號通路。在最近一篇發表於PLOS Biology的論文中，研究人員利用失眠果蠅（Drosophila insomniac，inc）的短睡眠突變體揭示了平衡睡眠與記憶功能的分子機制，為果蠅inc突變體的睡眠表型提供了合理解釋：由於記憶功能亢進，引起了睡眠缺陷。
果蠅inc突變體存在嚴重的睡眠缺陷，卻展現出超常的嗅覺學習和記憶能力。透過基因篩選果蠅的長睡眠和短睡眠突變體，研究人員發現在果蠅inc突變體大腦中，參與記憶和睡眠調節的“蘑菇體”中的蛋白激酶（PKA）訊號會增強，這會抑制其睡眠，進而導致預期壽命縮短，也會限制過度記憶，但果蠅突變體嗅覺學習和記憶能力仍會更高。一旦略微降低inc突變體的PKA訊號，會導致突變體的記憶能力與蘑菇體的生長進一步出現異常。這項發現揭示了PKA在平衡睡眠和記憶功能上發揮的關鍵作用，它能抑制過度記憶功能以保護大腦，卻也因持續啟用造成了睡眠缺陷和壽命縮短。由於，行為機能亢進、睡眠不足與認知失衡是自閉症等神經發育障礙的標誌性特徵。這些新發現可能提供了神經發育機能亢進與自閉症起源之間的潛在機制聯絡。（PLOS）
· 遺傳學·
科學家觀察到DNA解螺旋的第一步
DNA複製是生命活動的基礎，可以確保遺傳物質的準確傳遞。在此過程中，解旋酶透過將雙鏈DNA解開成單鏈來啟動複製。然而，解旋酶如何精準執行這一功能仍然存在許多未解之謎。3月19日，一項發表於《自然》（Nature）的研究首次在原子尺度上揭示了DNA解旋的第一步。
研究人員利用冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結合深度學習技術，觀察猿猴空泡病毒40的LTag解旋酶和DNA雙鏈的相互作用，並重建了15種不同的結構狀態，解析了ATP水解如何驅動解旋酶沿DNA移動，並解開雙鏈。研究發現，LTag解旋酶會在複製起點形成兩個六聚體，在兩個對稱位點同時開始“融化”DNA，在DNA上建立雙向複製叉。在此期間，ATP並非直接為DNA的運動提供動力，而是作為“熵開關”增加整個系統的無序性，進而解除結構限制，使解旋酶得以沿著DNA前進。解旋酶透過其中央通道拉動一條DNA鏈，同時引導另一條鏈向外移動，從而逐步解開雙螺旋結構。這項發現揭示瞭解旋酶如何以高效且低能耗的方式完成DNA解旋，加深了對DNA複製的理解。（阿卜杜拉國王科技大學）
· 神經科學·
雄性線蟲很難從教訓中學習，更容易因此死亡
秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis elegans）是一種微小的線蟲，它是研究兩性之間基本遺傳差異的完美模型，目前科學家已經繪製出了這種線蟲身體內所有的神經連線。這種線蟲的性別僅由基因決定，分別為雄性和雌性，其中雌性實際上是雌雄同體，可以產生雄性性細胞，進行自我受精，也可以與雄性交配。近期，在一項發表於《自然·通訊》（Nature Communications）的研究中，以色列魏茨曼科學研究所的科學家發現，雄性線蟲從經驗中學習的能力較差，並且很難避免冒險，因而時常會因此死亡。
在實驗中，他們用一種致病細菌對線蟲進行了訓練。線蟲會透過細菌中獲取營養，這種致病細菌會釋放它們特別喜歡的氣味，但如果它們食用這種細菌，就會受到傷害。他們發現雌性線蟲會從訓練中學習，在此後會避免食用這些致病菌，而是食用吸引力較低但食用後沒有危害的細菌。相比之下，大多數雄蟲線蟲沒有學會，繼續食用有害細菌，它們學會的情況一般是遭受了更嚴重的感染，而很多雄性線蟲會在這個過程中死亡。研究人員發現只有在雌性線蟲中，負責感知產生排斥感的神經元才會啟用。不過當研究人員利用基因工程，創造了具有雄性神經系統和消化系統的雌性蠕蟲時，發現它們的學習能力急劇下降。研究人員進一步發現，一些雄性線蟲倖存和它們大腦中npr-5受體的表達下降有關，而增加這種受體表達，它們的學習能力會進一步受到抑制。研究人員發現在哺乳動物（包括人類）中，也有該受體的對應物。在哺乳動物中，類似的受體由一種名為NPY的神經肽啟用，此前的研究表明，這種神經肽與壓力感、飲食控制和許多其他過程有關。（魏茨曼科學研究所）
· 生態學·
我國市政汙水處理政策大大降低了汞汙染對健康的威脅
水產品的汞汙染問題受到消費者的廣泛關注，然而學界普遍關注大氣汞汙染的影響，關於水體汞汙染對食品安全的影響始終存在研究空白。近日，北京大學王學軍、劉茂甸團隊透過追蹤汞汙染物“從排放到餐桌”的全鏈條遷移過程，首次解析中國市政汙水處理政策對汞汙染相關健康風險的抑制作用。這項研究發表於國際權威學術期刊《自然·食物》（Nature Food）。
研究成果表明，我國市政汙水處理政策大幅降低了水產品中的汞含量，四十年來，累計避免近萬例因甲基汞暴露引發的心臟病病例，使20%原本可能超標的淡水產品符合國家食品安全標準。研究證實，提升汙水處理能力是快速降低汞汙染健康風險的關鍵舉措，中國經驗為水體汞汙染嚴重的國家提供了可複製的治理正規化。科研人員特別指出，這項研究為評估中國履行《水俁公約》成效提供了關鍵科學證據。（北京大學）
撰寫：劉雨彤、不周、clefable
編輯：clefable