三模态热能存储材料在可再生能源应用中的突破性研究 学术背景 随着全球对化石燃料依赖的减少，可再生能源的广泛应用成为未来能源发展的关键。然而，可再生能源的间歇性和不稳定性使得高效、低成本且可持续的能源存储技术成为迫切需求。热能存储材料（Thermal Energy Storage Materials, TESMs）与卡诺电池（Carnot Battery）的结合被认为能够彻底改变能源存储领域。然而，目前缺乏稳定、低成本且能量密度高的热能存储材料，阻碍了这一技术的进一步发展。 热能存储材料主要通过三种模式存储能量：显热存储（Sensible Heat Storage）、潜热存储（Latent Heat Storage）和热化学存储（Thermochemical Storage）。显热存储依赖于材...
基于229ThF4薄膜的固态核钟研究 学术背景 核钟（nuclear clock）是一种基于原子核跃迁的频率标准，具有极高的精度和稳定性。近年来，基于钍-229（229Th）核异构体跃迁的核钟引起了广泛关注。229Th核异构体跃迁的能量约为8.4电子伏特（eV），处于真空紫外（VUV）波段，这一特性使得其可以通过激光光谱技术进行精确测量。与现有的光学原子钟相比，基于229Th的核钟具有更高的鲁棒性和潜在的性能优势，并且能够用于测试标准模型之外的新物理现象。 然而，229Th的稀缺性和放射性使得其在高浓度掺杂晶体中的生长和处理变得极为困难。此前的研究中，229Th掺杂晶体的生长需要消耗大量的229Th材料，且其放射性水平较高，限制了核钟的广泛应用。因此，寻找一种可扩展的解决方案，减少229Th...
硅藻光敏色素整合水下光谱感知深度的研究 学术背景 海洋生态系统中的光照分布对水生生物的生活有着深远的影响。光照不仅随着深度逐渐减弱，其光谱组成也会发生显著变化。然而，关于浮游植物如何通过光感受器感知这些光变化的研究仍然不足。硅藻作为海洋中重要的浮游植物，其光感受机制的研究对于理解海洋生态系统的光适应策略具有重要意义。光敏色素（phytochromes）是一类主要感知红光（R）和远红光（FR）的蛋白质，广泛存在于光合和非光合生物中。然而，海洋环境中的红光和远红光被水强烈吸收，因此硅藻光敏色素（Diatom Phytochromes, DPh）如何在这种环境中发挥作用仍是一个未解之谜。 本研究旨在通过整合硅藻光敏色素的功能研究和环境调查，揭示其在海洋环境中的光感知机制，特别是如何通过光敏色素感知...
RNA构象空间的研究：RNase P RNA在溶液中的动态结构 学术背景 RNA的构象多样性在生物学中具有重要作用，尤其是在RNA剪接、包装、细胞转录激活以及环境刺激响应等过程中。然而，传统的生物物理技术无法直接可视化RNA在溶液中的完整构象空间。RNase P RNA是一种存在于所有生命体中的RNA酶，负责编辑前体tRNA（pre-tRNA）的5’端。由于其底物特异性广泛，RNase P RNA被认为具有高度的构象灵活性，这种灵活性与其酶活性所需的刚性结构之间存在着复杂的平衡关系。理解这种构象灵活性与结构刚性之间的关系，对于揭示RNA的功能和生物学意义至关重要。 论文来源 本论文由Yun-Tzai Lee、Maximilia F. S. Degenhardt、Ilias Skeparnia...
太赫兹场诱导的FePS₃近临界点的亚稳态磁化 学术背景 近年来，利用光控制量子材料的功能性质已成为凝聚态物理的前沿领域，研究者们发现了多种光诱导的物质相，如超导性、铁电性、磁性和电荷密度波等。然而，大多数情况下，光诱导的相在光关闭后会在超快时间尺度内恢复到平衡态，这限制了它们的实际应用。因此，寻找能够稳定非平衡态的策略成为了一个复杂且持续的任务。太赫兹（THz）脉冲由于其低光子能量，能够选择性地激发集体模式，同时保持轨道和电子自由度处于基态，因此近年来备受关注。 本文的研究团队通过使用强太赫兹脉冲，在范德华反铁磁体FePS₃中诱导出了一种亚稳态磁化，其寿命超过2.5毫秒。这一发现展示了通过太赫兹光在层状磁体中通过非热途径有效操控磁性基态的可能性，并确立了在临界点附近具有增强序参量涨落的区域作...
空间转录组时钟揭示脑衰老中的细胞邻近效应 学术背景 随着年龄的增长，认知功能下降和神经退行性疾病的风险显著增加。脑衰老是一个复杂的过程，伴随着许多细胞层面的变化。然而，衰老细胞如何影响邻近细胞以及这种影响如何导致组织功能衰退，目前尚不清楚。此外，现有的工具尚未能系统地解决衰老组织中的这一问题。为此，研究人员开发了一种空间分辨的单细胞转录组图谱，结合机器学习模型，揭示了衰老、再生和疾病中的空间和细胞类型特异性转录组特征。 论文来源 这篇论文由Eric D. Sun、Olivia Y. Zhou、Max Hauptschein、Nimrod Rappoport、Lucy Xu、Paloma Navarro Negredo、Ling Liu、Thomas A. Rando、James Zou和An...
学术背景 RNA（核糖核酸）是生命体中至关重要的分子，参与了基因表达、调控和催化等多种生物过程。尽管人类基因组的大部分被转录为RNA，但RNA分子的结构研究仍然面临巨大挑战。RNA分子通常具有高度的构象异质性和灵活性，这是其功能的前提，但也限制了传统结构解析方法（如核磁共振（NMR）、X射线晶体学和冷冻电镜（cryo-EM））的应用。特别是对于大分子RNA，由于其构象多样性和缺乏大规模RNA结构数据库，现有的蛋白质结构预测方法（如AlphaFold）无法直接应用于RNA。因此，如何准确解析大分子RNA的三维结构，尤其是其构象异质性，成为RNA结构生物学中的一个重要难题。 论文来源 这篇论文由Maximilia F. S. Degenhardt、Hermann F. Degenhardt、Yu...
大气河流对暖冬和极端高温事件的影响 学术背景 大气河流（Atmospheric Rivers, ARs）是地球大气中水汽输送的狭窄区域，通常从亚热带向中高纬度和极地地区输送大量水汽。这些瞬态现象在全球水汽输送中占据主导地位，并对许多地区的降水和水资源产生重要影响。除了水汽输送，ARs还输送热量，但其对全球近地表气温的影响尚未得到充分研究。随着全球气候变化的加剧，极端天气事件的频率和强度不断增加，理解ARs对气温的影响对于预测和应对极端天气事件具有重要意义。 本文由Yale University地球与行星科学系的Serena R. Scholz和Juan M. Lora撰写，于2024年12月19日至26日发表在《Nature》期刊上。研究旨在揭示ARs对全球近地表气温的影响，特别是其对暖冬和...
学术背景与问题提出 在癌症研究中，基因扩增（gene amplification）是一种常见的突变形式，尤其是在癌基因（oncogene）的激活中起着关键作用。然而，尽管基因扩增在癌症中的重要性已被广泛认可，但如何在原代细胞和模式生物中精确模拟这些扩增仍然是一个挑战。特别是，染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）介导的基因扩增在癌症中尤为常见，但其在肿瘤发生和进展中的具体作用尚未完全阐明。ecDNA是一类不依赖于染色体的环状DNA分子，通常携带多个癌基因拷贝，能够通过随机分离在细胞分裂中快速积累，从而促进肿瘤的异质性和进化。 为了深入理解ecDNA在肿瘤发生中的作用，研究人员需要一种能够在细胞和动物模型中精确诱导和追踪ecDNA形成的方法。然而，现有的技术手...
脊椎动物躯干发育的体外模型研究 学术背景 脊椎动物的躯干发育是一个高度协调的过程，涉及多个细胞类型的生成和组织。这一过程的核心是位于胚胎后部的祖细胞群，它们通过复杂的信号网络调控，逐步分化为神经管、体节和脊索等组织。脊索（notochord）是脊索动物的标志性结构，不仅在胚胎发育中提供机械支持，还通过分泌信号分子调控周围组织的发育。然而，现有的体外模型，如多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）分化模型，虽然能够模拟部分躯干发育过程，但往往缺乏脊索及其依赖的组织，如神经管的底板（floor plate）。这限制了这些模型在研究脊椎动物躯干发育机制中的应用。 为了填补这一空白，来自The Francis Crick Institute的研究团队通过单细胞转录组分析...