数学水平能遗传吗？能，甚至还有“代数基因”和“几何基因”｜环球科学要闻

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唐氏综合征的自身免疫机制被揭示

唐氏综合征（21三体综合征）是最常见的遗传病，约1/700的新生儿罹患该病。患者多具有自身免疫疾病，症状包括脱发、皮肤病、肠胃炎、甲状腺疾病，其中机制仍未充分揭示。近日，一项发表在《自然》（Nature）的研究对此进行了突破。

研究者对患者的实验室血样标本进行分析，发现了与适应性免疫应答相关的细胞因子和B细胞亚型，这或许可对患者的自身免疫症状作出解释。此外，当同样处于急性感染时，重症监护室的唐氏综合征患者较普通患者表现出持续的炎症状态。研究者表示，这会打破免疫耐受性的平衡，导致自身免疫趋向。研究者认为，这项研究可能推动业界发展唐氏综合征自身免疫治疗方案。例如在检测出自身免疫倾向B细胞时，可用药物包括用以抗炎症的托珠单抗（tocilizumab）及一系列JAK抑制剂。他们计划推进对照试验，以找到最佳的用药方案。

人的数学能力具有一定程度的遗传性，但数学能力包括了多种不同类别的能力，属于非常复杂的性状。在最新发表于《基因、脑与行为》（Genes, Brain and Behavior）杂志上的一项研究中，中国科学家确定了几种可能与儿童数学能力相关的遗传变异。

研究人员对1146名中国小学生的11种类别的数学能力进行了全基因组关联分析（genome-wide association studies），并发现基因组中的七个单核苷酸变异与数学和推理能力密切相关。在随后的分析中，研究者发现三个基因分别与三个类别的数学能力显著关联。LINGO2基因中的变异与减法能力有关，OAS1基因的变异与空间感知能力相关，HECTD1基因变异与除法能力相关。这项研究表明，不同的数学能力可能具有不同的遗传基础。

· 动物学 ·

图片来源：K. SHAVIT

海洋中的许多生物都拥有透明的身体，用以逃脱捕食者的追捕。但它们眼睛中的感光物质色素体却会暴露它们的存在。对此，有一些透明生物演化出了一些巧妙的策略，例如减小眼睛和视网膜的尺寸和可见度。近日，一项发表在《科学》（Science）上的研究发现，甲壳类动物的幼体拥有另一种策略：通过在眼睛色素体上覆盖一种反射结构，从而使眼睛发出的光与环境颜色相一致来隐藏自己。

通过研究罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）以及从亚喀巴湾采集的真虾下目的幼体，研究人员利用低温扫描电子显微镜发现，这些甲壳类动物的每个小眼中存在一种由纳米颗粒（尺寸在250~400纳米左右）构成的高反射结构。这些纳米颗粒是由异黄蝶呤（isoxanthopterin）的单晶薄片组成的球状结构。他们发现，这些纳米球的排布会随着环境亮度的变化而动态改变，以便隐藏在环境中。另外，不同种类的真虾下目拥有不同尺寸的异黄蝶呤纳米球，因此它们的眼睛会显现出不同的颜色。通过模仿这些纳米球的结构，科学家或能开发出更好的仿生光学材料。

肺泡巨噬细胞，在肺部免疫应答中起到重要作用。呼吸道病毒感染，会让肺泡巨噬细胞的抗感染功能发生改变。但由病毒训练过的巨噬细胞，是否能在肺部抗肿瘤免疫当中发挥功能，科学家并不十分清楚。最近，一项发表在《自然·免疫学》（Nature Immunology）的研究在小鼠中发现，经流感病毒训练的肺泡巨噬细胞，可发挥持久的、具有组织特异性的抗肿瘤免疫力。

研究者在小鼠急性感染甲型流感病毒的30天后，将黑色素瘤细胞注射到小鼠肺部。结果发现，与注射肿瘤细胞前未曾感染甲型流感病毒的小鼠相比，感染组的小鼠肺部肿瘤负荷较低，存活时间也更长。这种抗肿瘤免疫增强的效果，甚至在甲流感染120天后仍然存在。科学家进一步观察小鼠的肺泡巨噬细胞后发现，感染甲流后的肺泡巨噬细胞在抗肿瘤免疫中有关键作用，且这种作用具有肺部组织特异性。研究还指出，人类肺癌组织中也存在接受过训练的肺泡巨噬细胞，在巨噬细胞中诱导出增强的免疫能力可能成为对抗癌症的一种新策略。

机器学习算法可以通过氨基酸序列来预测蛋白质的结构，并有助于人们了解蛋白质的功能。最近，在一项发表于《自然》（Nature）杂志的研究中，科学家开发了一种深度学习算法，它设计出的荧光素酶，经过实验证实能够识别特定的化学物质，并有效发光。

研究团队选择荧光素这类物质作为研究对象，希望AI针对它设计出相应的酶，对荧光素起作用。科学家开发的设计方法名叫“family-wide hallucination”（全家幻觉），它能够无限量地设计出具有科学家所需折叠的蛋白质。在AI创造的序列当中，科学家发现了一种有效的酶，称为LuxSit，它执行了研究人员所需的化学反应。在对这种酶进行优化之后，科学家又得到新的酶LuxSit-i，并借助它产生了足够的光，肉眼可见，比海洋中的发光生物海肾（Renilla reniformis）中提取的天然荧光素酶更有效。研究者说，这种方法能够在计算机上从头开始设计有效的酶，而不依赖自然界中发现的酶，这意味着它可能为任何化学反应定制所需的酶。科学家希望，新的酶可以使生物技术、医学、环境修复、制造业等行业受益。

封面图来源：Pixabay

撰文：栗子、黄雨佳、马东源

编辑：王昱