科学家将木材废料转化为透明防雾涂料

科学家将木材废料转化为透明防雾涂料随着当前对循环经济和气候变化的重视，木质素（一种将木材中的细胞、纤维和容器结合在一起的有机物质）被认为是一种很有前途的可再生资源，可以取代化石材料。但目前，这种纸浆和造纸工业的副产品还未得到充分利用，其中约98%用于燃烧加热或发电。使用木质素的障碍之一是其分子结构复杂，难以分解。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员开发出了一种方法，可以将木质素转化为具有防雾和防反射特性的生物基透明涂层。木质素纳米颗粒（LNPs）具有亲水性，适合制造纹理，因此非常适合光学应用，尤其是需要防雾性能的应用。然而，实现这一用途的一个问题是克服颗粒的不透明性，这需要精确控制薄膜厚度。在目前的研究中，研究人员着眼于减小LNPs的尺寸，以克服不透明性问题，因为较小的颗粒不容易混浊，而且散射光更均匀。该研究的第一作者亚历山大-亨恩（AlexanderHenn）说："光学涂层需要透明，但到目前为止，即使相当薄的木质素颗粒薄膜也是可见的。我们知道，小颗粒看起来不那么浑浊，所以我想了解能否通过将颗粒尺寸减小到最小来制作隐形颗粒膜。"为了缩小颗粒尺寸，研究人员通过乙酰化对木质素进行了化学改性，乙酰化是一种酯化反应，将乙酰官能团引入有机化合物中。使用乙酸驱动反应--在140°F（60°C）的相对较低温度下仅需10分钟--该过程产生了高浓度的超小型LNP，具有意想不到的特性。Henn说："我用乙酰化木质素制成的木质素颗粒具有相当令人惊讶的特性，这使得这项研究的其他部分变得非常有趣。例如，制作光子薄膜的可能性就完全出乎意料。"颗粒的小尺寸使研究人员能够控制层的厚度和外观，从透明的亚单层到多层薄膜，这使他们能够控制不同波长光的颜色和吸收率。快速而简单的乙酰化方法可产生可用于不同用途的木质素图/Henn等人/阿尔托大学(CCBY4.0)他们发现超薄透明涂层可以减少水滴造成的光散射，并得出结论：乙酰化木质素适合用作透明表面的防雾涂层。此外，通过加厚涂层和使用多层薄膜，研究人员可以控制涂层的颜色，从而获得明亮的黄色、蓝色和紫色。这些较厚的涂层还具有光子特性，即它们能反射光线。研究人员说，乙酰化反应的速度和简易性及其高产率意味着它可以扩大到工业水平，木质素是碳汇的额外好处。该研究的通讯作者之一莫妮卡-厄斯特伯格（MonikaÖsterberg）说："基于木质素的产品可能具有商业价值，同时还能起到碳汇的作用，有助于缓解目前对化石燃料的依赖并减少二氧化碳排放。像这样的高价值应用对于推动木质素的价值化，使我们不再仅仅将木质素用作燃料非常重要"。该研究发表在《化学工程杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386587.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386587.htm

科学家用废木头制成不易用烂又容易生物降解的饮环保吸管

科学家用废木头制成不易用烂又容易生物降解的饮环保吸管虽然我们已经看到了其他实验性的环保吸管，但有些（如那些由纸制成的）在潮湿时就会分解，而其他（如那些由甘蔗制成的）则需要复杂的生产过程。非一次性的多用吸管当然是一种选择，尽管不是每个人在外出时都会随时带着这样的吸管。考虑到这些限制，韩国仁荷大学的科学家们将目光投向了木质素，这是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。它也是纸浆和造纸业的副产品，以前曾被提出用于更便宜的电池、废弃的碳纤维和更坚固的混凝土等应用。研究人员将木质素与马铃薯淀粉或植物衍生的聚乙烯醇（PVA）相结合，然后向该混合物中添加柠檬酸。然后他们将浆液铺成薄片，将该薄片卷成圆柱体并使其干燥，然后在真空中以180ºC（356ºF）的温度加热该圆柱体。一批木质素基吸管由此产生的生物塑料沿着缝隙自我密封，形成一个长长的、细细的管子，被切割成单独的柔性吸管。这些吸管在浸入液体时不会变湿，甚至比传统的聚丙烯吸管更坚固。传统吸管在被暴露在大自然中两个月后仍然没有变化，但木质素吸管已经明显地生物降解了。关于这项研究的论文由DickensAgumba、DucHoaPham和JaehwanKim领导撰写--最近发表在ACSOmega杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348075.htm

科学家利用CRISPR基因编辑技术培育更好的林木 以实现可持续纤维生产

科学家利用CRISPR基因编辑技术培育更好的林木以实现可持续纤维生产在北卡罗来纳州立大学CRISPR先驱RodolpheBarrangou和树木遗传学家JackWang的领导下，研究小组利用预测建模设定了降低杨树木质素水平、提高碳水化合物与木质素（C/L）比率以及增加两种重要木质素结构单元（丁香基和愈创木基（S/G））比率的目标。Barrangou和Wang说，这些综合化学特性代表了纤维生产的甜蜜点。北卡罗来纳州立大学食品、生物加工和营养科学ToddR.Klaenhammer特聘教授、该论文的共同通讯作者Barrangou说："我们正在利用CRISPR技术建造一个更具可持续性的森林。CRISPR系统提供了编辑单个基因或基因家族以外的更多基因的灵活性，使木材特性得到更大的改善。"CRISPR修饰的杨树（l）和野生杨树在北卡罗来纳州立大学的温室中生长。资料来源：北卡罗来纳州立大学杨振民研究小组利用机器学习模型预测并筛选了近7万种不同的基因编辑策略，这些策略针对21个与木质素生产相关的重要基因--有些策略一次改变多个基因。这一过程确定了347种策略；其中99%以上的策略至少针对三个基因。在此基础上，研究人员选出了七种最佳策略，这些策略的建模结果表明，这些策略将使树木达到化学甜点--木质素含量比野生或未经改造的树木低35%；C/L比比野生树木高200%以上；S/G比比野生树木也高200%以上；树木生长速度与野生树木相似。CRISPR修饰的木材（l）与野生型杨树木材（r）呈现红色根据这七种策略，研究人员利用CRISPR基因编辑技术培育出了174个杨树品系。在北卡罗来纳州立大学的温室中培育6个月后，对这些杨树的检测结果显示，一些品种的木质素含量降低了50%，而另一些品种的C-L比率则提高了228%。研究人员说，有趣的是，4至6个基因编辑的树木木质素减少更为显著，尽管3个基因编辑的树木木质素减少高达32%。单基因编辑根本无法大幅降低木质素含量，这表明利用CRISPR技术改变多基因可为纤维生产带来优势。该研究还包括复杂的纸浆生产厂模型，这些模型表明，降低树木中的木质素含量可提高纸浆产量并减少所谓的黑液（制浆的主要副产品）。这可帮助纸浆厂将可持续纤维的产量提高40%。如果在工业化生产中减少树木中的木质素并提高C/L和S/G比率，那么纤维生产中发现的效率可使纸浆生产中的温室气体排放量最多减少20%。林木是地球上最大的生物碳汇，对遏制气候变化至关重要。它们是我们生态系统和生物经济的支柱。在北卡罗来纳州，林业对当地经济的贡献超过350亿美元，并提供了约14万个工作岗位。北卡罗来纳州立大学助理教授兼森林生物技术组主任、该论文的共同通讯作者Wang说："当我们的自然资源日益受到气候变化的挑战并需要利用更少的土地生产更可持续的生物材料时，多重基因组编辑为提高森林的恢复力、生产力和利用率提供了一个绝佳的机会。"接下来的步骤包括继续进行温室测试，以观察基因编辑树木与野生树木相比的表现。随后，研究小组希望通过田间试验来衡量基因编辑树木是否能够承受受控温室环境之外的室外生活所带来的压力。迈向可持续发展的未来。研究人员强调了多学科合作的重要性，这项研究涵盖了北卡罗来纳州立大学的三个学院、多个系、北卡罗来纳州植物科学计划、北卡罗来纳州立大学分子教育、技术和研究创新中心（METRIC）以及合作大学。"结合遗传学、计算生物学、CRISPR工具和生物经济学的树木育种跨学科方法极大地扩展了我们对树木生长、发育和森林应用的认识，"论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后学者DanielSulis说。"这种强大的方法改变了我们的能力，使我们能够揭开树木遗传学的复杂性，并推导出综合解决方案，从而改善生态和经济上重要的木材性状，同时减少纤维生产的碳足迹。"在北卡罗来纳州立大学植物科学和林业领域长期创新传统的基础上，Barrangou和Wang创建了一家名为TreeCo的创业公司，以推动CRISPR技术在林木中的应用。这项由北卡罗来纳州立大学教师领导的合作努力旨在将树木遗传学的洞察力与基因组编辑的力量相结合，培育出更健康、更可持续的未来。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371397.htm

科学家揭开一种不寻常的三叶虫物种生存策略的秘密

科学家揭开一种不寻常的三叶虫物种生存策略的秘密它们的装甲身体分为三部分：头部、胸部或中间部分以及刚性的尾部。已知的三叶虫种类超过20000种，成熟后，大多数三叶虫的中部都有特定数量的节片。然而，在Aulacopleurakoninckii中，科学家发现了一些不寻常的东西。尽管每个早期生长阶段的大小和形状几乎没有变化，但成熟的Aulacopleura已发育出18至22个中段。“我和我的合作者认为这个物种很奇怪。我们无法理解为什么Aulacopleura的身体各不相同，而同时生活的其他动物的数量却是恒定的，”加州大学河滨分校的古生物学家、一项关于这种三叶虫的新研究的通讯作者奈杰尔·休斯(NigelHughes)说。休斯说：“看到三叶虫的胸部节段数量不同，就像看到人类出生时背部的椎骨数量不同一样。”研究人员对这种异常现象、它如何影响动物的自我保护能力以及为什么会以这种方式发展提出了疑问。这些问题在《英国皇家学会学报B：生物科学》上发表的一项新研究中得到了解答。就像现代常见的球鼠妇一样，三叶虫卷曲成球状，以保护自己免受大型乌贼类生物、鱼类和其他捕食者的侵害。当卷起来时，它们可以将尾巴整齐地塞在头下，因此软组织受到坚硬的外部骨骼的保护。就Aulacopleura而言，3D建模表明，卷起过程中的保护仅限于中间少于18个节段的较小、未成熟的形式。休斯说：“随着节段数量的增加，身体比例不允许它们将臀部整齐地塞在头下并仍然受到完全屏蔽。那么，为什么这个物种总是不断地增加身体节段，它又是如何在可恶的掠食者面前生存下来的呢？”根据他们的虚拟重建，当拥有大量中节的Aulacopleura感到受到威胁时，它们很可能会像它们的亲戚一样卷起来，只是让尾巴伸出头部，从而最大限度地减少暴露的间隙。休斯说：“其他可能的防御演习会在两侧留下缺口，暴露关键器官——这种可能性极小。”至于为什么这种三叶虫的中段数量不同的问题，研究人员转向了他们早期的工作。“这些部分下面是什么？腿充当鳃！节段越多，呼吸的表面积就越大。”增加额外的呼吸装置可能使这些动物能够忍受当地海底氧气水平的下降，从而排除了其他物种，例如那些捕食较大的Aulacopleura的物种。部分海底缺氧，迫使捕食者撤退到氧气充足的地方。但体型较大的Aulacopleura拥有额外的鳃，可以原地不动，免受捕食者的侵害。了解这个物种如何适应生物和物理压力可以让研究人员更好地了解生存策略是如何演变的。三叶虫的发育方式提供了现代节肢动物主要类群（包括昆虫和蜘蛛纲动物）的共同祖先最初如何进化的线索。“研究这些动物的原因之一是研究发育本身是如何进化的，”休斯说。“与其说温柔的人会继承地球，不如说灵活的人会继承地球。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376011.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376011.htm

考古学家发现世界上最古老的食物 有助于揭开我们最早的动物祖先之谜

考古学家发现世界上最古老的食物有助于揭开我们最早的动物祖先之谜科学家们分析了含有保存的植物甾醇分子的古代化石--在植物中发现的天然化学产品--这些分子来自于动物的最后一餐。通过检查这些动物所吃的东西的分子遗迹，研究人员能够确认这种被称为Kimberella的蛞蝓状生物有一个嘴和一个肠道，并以与现代动物相同的方式消化食物。研究人员说，它可能是Ediacarans中最先进的生物之一。澳大利亚国立大学的研究小组发现，另一种动物，其身长可达1.4米，身体上印有类似肋骨的设计，但没有那么复杂，没有眼睛、嘴巴或肠道。相反，这种被称为Dickinsonia的奇特生物在穿越海底时通过其身体吸收食物。"我们的发现表明，在现代动物生命的'寒武纪大爆发'之前生活在地球上的Ediacara生物群的动物是一个混合体，其中有彻头彻尾的奇怪物种，如Dickinsonia，也有像Kimberella这样更先进的动物，它们已经拥有与人类和其他现今动物相似的一些生理特性，"主要作者、来自德国GFZ-波茨坦的IlyaBobrovskiy博士说。Kimberella和Dickinsonia都是Ediacara生物群的一部分，它们在寒武纪大爆炸之前的大约2000万年生活在地球上，这一重大事件永远改变了地球上所有生命的进化过程。"Ediacara生物群确实是最古老的化石，大到可以用肉眼看到，它们是我们和今天所有动物的起源。"Bobrovskiy博士说："这些生物是我们最深的可见根源，"他完成了这项工作，作为他在澳大利亚国立大学的博士论文的一部分。研究报告的共同作者、澳大利亚国立大学地球科学研究学院的JochenBrocks教授说，藻类含有丰富的能量和营养物质，可能对Kimberella的生长起到了作用。"富含能量的食物可能解释了为什么Ediacara生物群的生物体是如此之大。"Brocks教授说："在Ediacara生物群之前出现的几乎所有化石都是单细胞的，尺寸也很微小。利用先进的化学分析技术，澳大利亚国立大学的科学家们能够提取和分析化石组织中包含的甾醇分子。胆固醇是动物的标志，因此，早在2018年，澳大利亚国立大学的团队就能够确认Ediacara生物群是我们已知最早的祖先之一。这些分子含有明显的特征，帮助研究人员破译这些动物在死亡前吃了什么。布洛克斯教授说，困难的部分是区分生物本身的脂肪分子、它们内脏中的藻类和细菌残骸以及来自海底的腐烂藻类分子的特征，它们都被埋在化石中。"科学家们已经知道Kimberella通过刮掉覆盖在海底的藻类留下了进食的痕迹，这表明该动物有一个肠道。但是只有在分析了金贝拉的肠道分子之后，我们才能够确定它到底在吃什么以及它是如何消化食物的，"Brocks教授说。Kimberella确切地知道哪些甾醇对它有好处，并有一个先进的微调肠道来过滤掉所有其他的东西。"这对我们来说是一个尤里卡时刻；通过使用化石中保存的化学物质，我们现在可以使动物的肠道内容可见，即使肠道后来早已腐烂。然后，我们将这种同样的技术用于像Dickinsonia这样更奇怪的化石，以弄清它是如何进食的，甚至发现Dickinsonia没有肠道。"Bobrovskiy博士于2018年从俄罗斯白海附近的陡峭悬崖上取回了Kimberella和Dickinsonia化石。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339547.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339547.htm

突破性的发现揭开了围绕寄生虫免疫和发育的谜团

突破性的发现揭开了围绕寄生虫免疫和发育的谜团该研究最近发表在《科学》杂志上，确定了抗蜱虫疫苗或治疗方法的潜在目标，以防止莱姆病等感染的传播。这些发现还为物种间生物分子相互依赖关系的进化提供了重要的新见解，并首次强调了免疫和动物发育的整合，以及所有植物和动物细胞用于感知和应对环境的古老细胞信号系统或途径的适应性。这项研究的资深作者、弗吉尼亚-马里兰大学帕克分校兽医学院教授UtpalPal说："一个保守的细胞信号通路的这种适应性灵活性令人惊讶。从海绵到人类都存在的这一途径是如此灵活，它可以适应接受来自另一个遥远物种的配体[结合分子]，这很了不起。这种每个人都有的工具正在以一种我们没有想象到的方式被使用。"右边是一个身体正常的对照组蜱虫。在左边的蛹中，触发JAK/STAT途径受体的蛋白质DOME-1被敲除，导致发育缺陷，如异常和肿胀的身体，半透明的腹部有未消化的血食，不等长或不成熟的腿，以及畸形的口器。这一发现表明，其他细胞信号通路可能已被调整为其他生物的新用途，并指出免疫学和分子生物学的一个新领域已经成熟，可供未来探索。帕尔和他的同事们在调查蜱虫免疫时做出了这一发现，这是蜱虫生物学中一个不为人知的领域。在他们最初的研究中，为了寻求了解蜱虫免疫系统如何识别鲍瑞氏菌，研究人员给蜱虫喂食了感染鲍瑞氏菌的老鼠或未感染的老鼠的血食。对比两组研究结果，他们发现受感染的血餐激活了蜱虫体内的一种蛋白质，这种蛋白质通常在细胞内产生能量。该蛋白与一种叫做JAK/STAT的简单信号通路有关，该通路存在于所有多细胞生物中。正如在所有的细胞信号通路中，一个特定的分子感觉到环境中的某些东西，然后与细胞壁外部的受体结合。这在细胞内引发了一连串的反应，使一个特定的基因打开或关闭，并对感受到的任何外部刺激产生反应。假设JAK/STAT是由受感染的小鼠血液中的鲍瑞氏菌触发的，研究人员分离了该细菌并将其直接注射到蜱虫体内，以观察哪些分子与JAK/STAT受体结合。令人惊讶的是，这些细菌并没有激活JAK/STAT。为了弄清楚是什么在起作用，研究人员从受感染小鼠的血液中清除了鲍瑞氏菌，并将"干净"的血液喂给蜱虫。JAK/STAT途径开始行动了。研究人员发现，蜱虫消化系统中的一种蛋白质充当了JAK/STAT受体，并且它已经进化为与细胞因子蛋白质干扰素结合，而干扰素是由感染了像鲍瑞氏菌这样的细菌的哺乳动物的免疫系统产生的。研究人员还发现，JAK/STAT受体和通路对蜱虫的正常发育很重要，即使该通路没有被感染的血激活。当Pal和他的同事敲除了产生JAK/STAT受体的表达基因时，蜱虫长出了畸形的腿、口器和消化系统，并且无法进食和完成发育周期以进一步成长。这些结果表明，在蜱虫中，JAK/STAT信号传导途径以及蛋白质受体已经进化到将免疫与发育结合起来。细菌会与蜱虫竞争受感染宿主血液中的营养物质，因此当蜱虫得到血被感染的信号时，快速生长是在细菌得到这些营养物质之前用掉这些营养物质的一种方式。实验室的实验证实，以感染鲍瑞氏菌的小鼠血液为食的蜱虫比以未感染的小鼠血液为食的蜱虫发育得更快。了解这一途径整合了免疫和发育，对预防蜱虫病传播的潜在战略有重要意义，如果设法删除该途径，具有畸形口器的蜱虫就不能进食或传播疾病。但真正让感到兴奋的是，这种预警系统，即蜱虫的免疫系统利用其宿主的免疫反应而不是病原体本身来间接检测病原体，加速自身的发育。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350513.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350513.htm