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  中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室研究员韩克利团队在激发态质子转移机理方面的研究工作受到了国际同行的广泛关注。近日,该团队受邀在AccountsofChemicalResearch上发表了题为UnravelingtheDetailedMechanismofExcited-StateProtonTransfer的专论文章。该文总结了该研究团队自2009年开始在激发态质子转移机理理论研究方面的系列工作,对研究工作中所使用的理论计算方法进行了点评,并对该领域未来的发展和机遇进行了展望。这是该团队继2012年(Acct.Chem.Res.)和2015年(Acct.Chem.Res.)之后,第三次在AccountsofChemicalResearch上发表专论文章。   激发态质子转移是生物体中最基本也是最重要的过程之一,基于该过程设计的荧光探针具有广阔的应用前景。因此,在原子分子水平上研究激发态质子转移的机理不仅具有重要的生物学意义,而且还可以为人们设计和合成新的荧光探针分子提供理论指导。2009年,韩克利团队首次在国际上利用含时密度泛函方法对2-氨基吡啶和乙酸之间的激发态双质子转移进行了研究,证实了该体系的激发态双质子转移是分步进行的(Phys.Chem.Chem.Phys.)。此后,该团队通过理论计算研究了一系列基于激发态质子转移而设计的荧光探针的探测机制(WIREsComput.Mol.Sci.),并对分子间氢键对激发态分子内质子转移的影响,扭转过程与激发态质子转移的竞争机制,以及溶剂辅助的激发态质子转移机理进行了系统而详尽的研究。该团队的研究成果不仅对实验研究所提出的激发态质子转移机理进行了验证和修正,还提出了一些全新的机理(J.Phys.Chem.B),并很快被实验研究(J.Phys.Chem.Lett.)证实。   该工作得到了国家自然科学基金重点基金、面上基金和国家基础科学研究计划(挑战计划)的资助。   大连化物所发表激发态质子转移机理研究专论文章

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  6月18日,CurrentBiology期刊发表了题为《猕猴生成超正则空间序列》的研究论文,该论文由中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组完成。该研究通过训练猕猴执行延时序列生成任务(delayed-sequencereproductiontask),首次证明了猕猴也具有处理包含中央对称嵌套结构序列的能力;通过与学龄前儿童执行相同任务时的行为学表现对比,发现人与猕猴在加工处理该类型序列时的异同之处。该研究填补了语言进化和起源领域内的空白,并对“嵌套结构为人类所独有”这一领域内的主流假说提出挑战。   长久以来,学术界认为,人类可以具有序列学习、工具使用、音乐和数学知识理解等行为,正是由于人类具备理解并生成具有嵌套结构的序列的能力。人类之外的动物则缺乏该种能力,这可能是人类所独有的高级认知功能。尽管最近一些研究者的结果暗示了鸣禽和狒狒能够编码中央对称嵌套结构,但是这些结果尚存在较大争议:一方面,这些研究没有引入足够充分的抽象泛化刺激来证明动物的规则泛化能力;另一方面,这些行为学结果也能用转换概率和配对关系等简单的非递归编码方式来解释。   王立平2015年发表在CurrentBiology上的研究论文表明,从功能磁成像(fMRI)的结果上看,未经训练的非人灵长类动物大脑也能编码抽象的数字概念及代数规则,但是人和动物的大脑对于这种抽象规则的编码方式不同,并推测人类大脑的语言相关脑区拥有一种更高级的能力,能够将抽象的序列信息组合成统一格式的语言表达方式,而猕猴或许只能分别理解序列中的数字与属性。   为了进一步检测动物对嵌套结构的理解能力,团队成员设计了一个新的实验范式——延时序列生成任务,被试(猕猴及学龄前儿童)需要根据指定的规则完成特定空间坐标下的序列操作(图1)。研究者着重研究了被试在学习符合镜像(mirror)规则这一具有中央对称嵌套结构的序列时——如ABC|CBA——的行为学表现,同时也对比了学习重复(repeat)规则下的反应,如ABC|ABC序列。形式语言理论(图2)认为,完成这两种规则的操作需要使用到超正则语法(supra-regulargrammar),而迄今为止尚没有证据表明人类之外的动物能够理解超正则语法。   借助于延时序列生成任务,研究组首次证明猕猴可以生成超正则语法构成的序列。关键的是,猕猴可以将习得的镜像语法规则泛化到不同的形状(如学会六角坐标系下的规则,并可运用到金字塔型或直线型下等)以及不同长度的序列中(从长度为2或3泛化到长度为4或5)。此外,猕猴还可以将两种不同的规则组合在一起,处理具有两层等级结构的复杂序列。   尽管大鼠、鸟类和少数非人灵长类动物可以识别模式声音串中的统计关系和代数规则,但它们的自发生成能力(例如发声或身体运动)并没有表现出相同的抽象规律。研究人员使用这种新颖的空间序列生成范式,第一次证明猕猴拥有生成复杂语法结构的能力。该研究结果质疑了乔姆斯基层级结构中人类和非人类动物对于正则和超正则(上下文无关)语法之间理解能力不同的观点。人类与非人类动物之间在规则学习能力上的界限需要更加严谨的思考,并不像目前假设的那样清晰。   与猕猴相比,学龄前儿童在一些测试中很快就习得了相同的语法。这一发现与其他研究团队的神经网络模拟实验相似:传统神经网络虽然在序列学习中最终可以习得递归语法,但这个过程需要庞大而复杂的训练集;而采用嵌套树状结构的神经网络却能很快地习得复杂的语法。即使在经过大量的强化训练后,猕猴在操作长度为4的序列时仍然依赖于简单的有序记忆进行编码,而学龄前儿童则会自发地利用组块策略和几何结构特征来压缩信息。这些结果表明,人类大脑中可能拥有动物不具备的计算系统,该系统能让人类在归纳学习中通过压缩信息而高效地进行序列表征。   综上,基于现有的实验数据,研究组提出了新的语言演化假说:猕猴的大脑可能并不存在阻碍其学习超正则语法结构的先天结构缺陷,甚至可能不存在影响其掌握包括语言在内的高级认知能力的缺陷,习得超正则结构的能力上并非人类所独有。换言之,人类在学习此类结构时的快速性,以及在结构操作过程中使用到的某些特有的结构敏感算法,则更有可能是人类之所以为人的独到而关键之处。   同期杂志还邀请了著名的进化生物学家、认知学家、维也纳大学教授W.TecumsehFitch为该研究撰写了题为《生物语言学:猴类打破了语法壁垒》的评述文章。文章高度评价了王立平研究组的该项工作,认为“……在超过十余年的努力探寻之后,研究者终于发现了能使得非人类物种打破‘语法壁垒’的范式。尽管完全的人类语言还需要更多的工作机制共同参与(包括复杂的语义及说话所必须的神经操控机制),但现如今已经可以(借助该范式)对语法上的核心成分之一开展神经活动层面的探究。让我们拭目以待!”   该项工作主要由中科院神经所博士生龙腾海和华东师范大学心理与认知科学学院博士生姜新剑在王立平指导下共同完成,研究组李俊汝、曹魏聪等人员积极参与,并得到了远东宏信教育集团总校长任国芳、中科院神经所动物房及研究组其它成员的大力协助。研究工作得到了中科院百人计划、中科院前沿科学重点研究项目及上海市重点基础研究项目的支持。   图1:(A)延时序列生成任务(delayed-sequencereproductiontask)流程示意图,包含对重复(右上)和镜像(右下)两种规则的测试。(B)猕猴执行任务时的示意图。     图2:语言可以依据不同的复杂程度进行分级,并可大致分为正则下(左向箭头)和超正则(右向箭头)两种系统。 

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  铁电体是一类重要的极性光电功能材料,表现出丰富的非线性光学、压电、热释电、铁电和光伏等性能,其本质特征是自发极化在外电场作用下发生反转。近年来,铁电分子化合物受到了人们的广泛关注,逐渐发展为传统无机铁电陶瓷的一类重要补充材料。然而,如何实现自发极化的快速反转是当前分子铁电材料研究所需要解决的一个重要问题。   中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”研究员罗军华团队在国家杰出青年基金、中科院战略性先导专项和海西研究院“团队百人”研究员孙志华主持的国家自然科学基金委优秀青年基金、福建省杰出青年基金等项目资助下,设计合成了一例离子型铁电化合物并实现了自发极化效应的快速反转。研究发现:化合物中N-甲基吗啉阳离子与三硝基苯酚阴离子之间通过强烈的N-H...O氢键相连接,这两种结构基元在温度为315K附近均发生有序-无序的变化,协同诱导该化合物产生自发极化效应;进一步地,通过二阶非线性光学效应、热释电、电滞回线和变温固体核磁谱等测试手段证实了该化合物的铁电相变过程。此外,外加电场作用下该材料的自发极化非常容易发生反转,翻转频率高达创记录的263KHz。这项工作不仅实现了铁电分子化合物的设计构筑,同时为后续进一步拓展该类材料应用提供了潜在的可能;相关的研究结果最近以通讯形式发表在《德国应用化学》(Angew.Chem.,Int.Ed.,2018,doi:org/10.1002/ange.201805776)上。由于该工作的原创性、新颖性和重要性,该论文受到了审稿人的高度评价,被评选为该杂志的VIP(VeryImportantPaper)文章,孙志华是该论文的第一作者。   最近,团队在铁电晶体材料的设计合成和相关材料的光电性能研究方面取得一系列进展(J.Am.Chem.Soc.,2018,140,6806–6809;Angew.Chem.,Int.Ed.,2018,doi:org/10.1002/ange.201805776;Angew.Chem.,Int.Ed.,2018,doi:org/10.1002/ange.201803716;Adv.Funct.Mater.,2018,28,1705467;LaserPhotonicsRev.,2018,doi.10.1002/lpor.201800060)。    极化快速翻转的铁电晶体材料

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 6月5日,国际学术期刊CellResearch在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌组的最新研究进展Embryonicsenescentcellsre-entercellcycleandcontributetotissuesafterbirth。此研究揭示了小鼠胚胎发育过程中衰老细胞(senescentcell)的命运,衰老细胞不会被全部清除,其中一部分可以保留到出生后,并且部分细胞会重新进入细胞周期,进行增殖。该研究拓宽了人们对细胞衰老的认识,暗示了胚胎发育过程中,细胞衰老可能是一个暂时的细胞状态,并且具有可逆性。   细胞衰老是指随着时间的推移或面临外界应激压力时,细胞增殖能力减弱,脱离细胞周期,该过程与机体衰老(aging)、多种疾病(如肿瘤,动脉粥样硬化等)以及组织的损伤后修复等过程具有重要的联系。近期研究发现,小鼠正常胚胎发育过程中中肾管、内耳淋巴囊、神经管和四肢顶外胚层嵴等处有细胞衰老的出现,并且揭示了胚胎发育过程中细胞衰老对组织器官的结构形成起到一定作用。而且研究中指出,在胚胎发育后期,衰老的细胞都会被清除。然而这些研究都是基于P21的表达和SAβ-Gal的染色,并不能说明衰老细胞的真实命运。   该研究中,研究人员首先通过P21和SAβ-Gal的染色确认它们在四肢顶外胚层嵴处从E15.5天开始消失。为了揭示胚胎期衰老细胞的命运,研究人员在周斌的指导下,利用胚胎时期细胞衰老的分子标志P21,构建了P21-CreER及P21-tdTomato小鼠,发现标记的细胞在E11.5和E12.5天不会增殖,而且会表达衰老细胞的marker,P21、CD44和HP1γ。另外,通过FACS分选E12.5天被标记的细胞,发现这些细胞都会呈现SAβ-Gal的活性。证明了工具小鼠可以在体内标记胚胎时期的衰老细胞,并且可运用P21-CreER小鼠研究衰老细胞的命运。随后,研究人员利用P21-CreER;R26-tdTomato小鼠对胚胎时期的衰老细胞进行谱系示踪研究,发现四肢顶外胚层嵴处的衰老细胞在E15.5和E16.5天并不会完全被清除,而是一直能存活到出生后,只是不再表达P21,也没有了SAβ-Gal的活性。通过EdU和Ki67染色发现,示踪的衰老细胞在胚胎发育后期会进入细胞周期,重新增殖。其他衰老的组织器官处的衰老细胞也存在同样的现象。这一发现首次在体内揭示了衰老细胞的命运,并且暗示了胚胎发育过程中,细胞衰老是一个暂时的细胞状态,而且具有可逆性,也为治疗细胞衰老引起的疾病提供了一个新的思路。   该研究工作得到暨南大学教授鞠振宇、香港中文大学教授KathyLui等的大力支持,得到中科院、国家基金委、国家科技部及上海市科委资助。   小鼠胚胎期衰老细胞在胚胎发育后期重新进入细胞周期并贡献至出生后的组织

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  由于阿尔茨海默氏症进展缓慢,以及收集脑组织样本存在困难,人们对其病因了解仍不透彻。但近日发表在《神经元》杂志上的一项大规模研究报告称,美国西奈山伊坎医学院的研究人员分析了3个不同的大脑数据库,发现人类疱疹病毒在阿尔茨海默氏症患者的大脑中更丰富,可能影响遗传网络协调,这些网络被认为与该疾病有关。这项研究支持了一种有争议的假设,即疱疹病毒与阿尔茨海默氏症有关,并为相关治疗提供了潜在新途径。  研究人员分析了美国国立卫生研究院加速药物伙伴关系—阿尔茨海默氏症(AMP-AD)联盟提供的数据,从而可以在不同的人群中查看大量阿尔茨海默氏症患者的基因组数据。他们构建、绘制和比较了已知在多个层面上影响阿尔茨海默氏症的大脑区域的调控基因网络,并观察了DNA、RNA和蛋白质。  结果显示,人类疱疹病毒的DNA和RNA在被诊断出患有阿尔茨海默氏症的人的大脑中更丰富,而且丰度与临床症状有关。他们发现HHV-6A和HHV-7这两种病毒与阿尔茨海默氏症最密切相关,在其他神经退行性疾病患者的大脑中并不多。研究者构建了模拟病毒基因和人类基因相互作用的网络,结果发现病毒基因是由人类基因调控的。  “我认为我们无法回答疱疹病毒是否是阿尔茨海默氏症的主要病因。但有一点很清楚,那就是它们扰乱了遗传网络,并参与了直接加速大脑走向痴呆的进程。”参与该研究的ASU-Banner神经退行性疾病研究中心遗传学家JoelDudley说。  研究人员认为,该发现与阿尔茨海默氏症领域目前的其他研究一致,即先天免疫在疾病中的作用。新研究发现疱疹病毒与调节淀粉样前体蛋白的网络有关。但他们也认为,人们无需对该结果产生担忧。HHV-6A和HHV-7非常普遍,而且经常潜伏在人体中,并且不会产生症状。科学家表示,仍有很多问题需要解答。

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  研究人员在6月22日出版的美国《科学》杂志上报道说,在一个中国古墓中发现的古猿头骨可能属于一种以前不为人知的长臂猿,然而在过去的2000年里,这种灵长类动物已经灭绝了。尽管在这段时间里,其他几种灵长类动物也相继消失,但这种长臂猿将成为自上个冰河时代在距今12000年前结束后消失的第一种猿类。  2004年,考古学家在陕西省西安市附近发现了一座大型墓葬,其历史可追溯至距今2300年前至2200年前。该墓葬据考证属于秦始皇祖母夏太后,而秦始皇墓及兵马俑则位于该墓葬东北约50公里处。  在这一西安的墓葬中,有一处古老“动物园”的遗迹,里面有豹子、熊和鹤的骨架,以及长臂猿的头骨和下颚。在中国发现古代长臂猿的骨头是很不寻常的,由英国伦敦动物学会保护生物学家Samuel Turvey和伦敦大学学院进化生物学家Helen Chatterjee领导的一个由伦敦动物学会、美国亚利桑那州立大学和中国陕西省考古研究院等机构组成的研究小组,对这些骨骼进行了研究,试图搞清它们到底属于哪一种长臂猿。  对该长臂猿颅骨形状进行的仔细研究表明,其前额更陡峭、颧骨更窄、眉骨更细,比长臂猿的4种活属的任何一种都要窄。同时,古代长臂猿的臼齿也很独特,其磨面比大多数长臂猿的都要大。研究人员尚无法确认这种长臂猿是当地物种还是从其他地方进贡而来。  Chatterjee说,这些差异“足够重要,我们认为,这足以保证这是一个新的长臂猿物种”。她的团队将这种长臂猿命名为富有象征意义的“君子属帝国种长臂猿”,这参考了长臂猿在中国传统上的崇高地位。  研究人员指出,当时长臂猿被认为是高贵的动物,地位高的人将其当作宠物。与现存和已灭绝的长臂猿的对比显示,陵墓中发现的长臂猿应当属于一个未曾描述过、现已灭绝的新种类。  在“君子属帝国种长臂猿”生活的时期,气候相对稳定。研究人员因此推测,森林砍伐和捕猎在这种长臂猿的灭绝过程中发挥了很大作用,它也可能是第一个在人类活动的直接影响下灭绝的猿类物种。  该团队对“君子属帝国种长臂猿”的其他方面几乎没有什么可说的:没有任何线索可以解释它在长臂猿进化树上的位置,甚至是它生活的地方,或者存在了多长时间。Chatterjee说,如果“君子属帝国种长臂猿”原产于中国,它的灭绝可能与人类造成的环境压力有关,因为在过去的2000年里,中国的人口曾迅速增长。  Chatterjee表示,中国的城市化进程迅速加快,过去几百年的历史资料表明,长臂猿经历了活动范围的急剧收缩。“君子属帝国种长臂猿”可能是这种收缩的牺牲品。  然而,其他研究人员还不能确定这些遗骸应该被放入一个新的属中。美国南伊利诺伊大学卡本代尔分校人类学家Ulrich Reichard说,长臂猿的化石记录很少。这就意味着很难知道现有的4种长臂猿(Hoolock、Hylobates、Nomascus和Symphalangus)是如何在几千年的时间里进化而来的。  长臂猿是灵长目一科动物的通称,有4属16种,因臂特别长而得名。长臂猿栖息于热带雨林和亚热带季雨林,树栖,白天活动,善于利用双臂交替摆动,手指弯曲呈钩,轻握树枝将身体抛出,腾空悠荡前进,一跃可达10余米,速度极快,能在空中只手抓住飞鸟。在地面或藤蔓上行走时,双臂上举以保持平衡。

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