CRISPR技术将数据存储在活细胞DNA中

美国哥伦比亚大学研究团队使用CRISPR基因编辑技术，将编码二进制数据的特定DNA序列插入细菌细胞。通过将这些DNA序列的不同排列分配给不同英文字母，研究人员将文本消息“hello world！”成功编码进大肠杆菌细胞内的DNA中。研究人员将大肠杆菌及其携带的信息添加到正常土壤微生物的混合物中，通过对混合物测序，获取并解码了先前存储的内容。相关研究1月11日发表于《自然—化学生物学》。据悉，细胞复制过程中的突变可能会影响编码信息。虽然该成果距离替代当前数字存储设备还有很长的路要走，但这或是重要的一步。

科学家“剪出”人类灭绝近亲的迷你大脑

人类与尼安德特人和丹尼索瓦人的关系比现存任何灵长类动物都密切，尼安德特人40%的基因组至今仍然存在于人类身上，但因其软组织没有得到很好的保存，导致科学家研究这些古老人种大脑的手段受到限制。美国加州大学圣迭戈分校神经科学家Alysson Muotri团队利用基因编辑技术CRISPR-Cas9，创造了一种小型类脑器官，它含有灭绝的人类近亲——尼安德特人和丹尼索瓦人的基因变体。这些由人体干细胞培育的小型类脑器官虽不能真正代表这些灭绝人种的大脑，但能明显看出它们在大小、形状和纹理上与人类类器官都有所不同。为确定在这些类器官中表达哪种古老基因，研究人员将人类基因组序列与两个尼安德特人和一个丹尼索瓦人的几乎完整的基因组进行了比较。他们发现了61种基因的人类版本与古老版本不同。相关论文2月11日刊登于《科学》。据悉，该成果有助于科学家理解人类大脑进化的基因路径。

人造“泪腺”会哭泣为治疗眼病带来希望

荷兰乌得勒支大学医院发育生物学家Hans Clevers的研究团队开发了一种将泪腺细胞培养成类器官的方法，成功培养出第一个泪腺类器官（细胞的三维组合，类似微型器官）。这种产生眼泪的类器官可以用于研究并最终治疗引起干眼症的疾病，包括一种名为干燥综合征的自身免疫性疾病。Clevers的团队利用包含神经递质去甲肾上腺素在内的各种化学物质刺激类器官产生泪水。目前Clevers团队已经利用CRISPR基因编辑工具研究泪腺发育，并发现一种名为Pax6的基因在引导细胞具有泪腺特征方面发挥了重要作用。研究团队希望这些细胞可以用于研究泪腺，并筛选出影响泪腺发育的药物。相关论文3月16日发表于《细胞—干细胞》。据悉，用人类细胞进行人工培养类器官的技术，也可以在未来用于组织器官移植材料，Clevers团队及其合作者已经开发出唾液腺细胞器，于2021年夏天针对口腔干燥症开展临床试验，唾腺移植试验结果将成为日后进行泪腺移植的参考经验。

地震波揭示“火核”大小

3月22日召开的“月球和行星科学线上会议”上，美国宇航局的“洞察”号火星探测器通过倾听穿透火星内部的地震能量，揭示了火星核心的大小。结果表明，火核的半径为1810～1860公里，大约是地球地核半径的一半。这比之前估计的要大，意味着火核的密度比之前预测的要小。这一发现表明，除了铁和硫这两种主要元素外，其内核一定包含更轻的元素，比如氧。在此之前，科学家仅测量过地球和月球的地核。此次测量火星地核有助于让研究人员比较和对比太阳系的行星是如何进化的。

美国费米实验室宣布缪子反常磁矩实验重大发现

美国能源部下属费米实验室公布了关于缪子反常磁矩测量的第一批实验结果，显示基本粒子缪子的行为和标准模型理论预测不相符。费米实验室在一份公报中表示，这一结果也许意味着“令人兴奋的”新物理学的存在。缪子作为探索亚原子世界的一扇窗口，可以探测到未知的粒子或力的存在。据悉，费米实验室公布的最新结果与早些年前美国布鲁克黑文国家实验室进行的缪子反常磁矩测量实验结果一致。虽然粒子物理学用来判定一项发现的通用标准是5倍标准方差以上，但目前这一数值在证明新物理学的存在方面极具说服力。相关论文4月7日刊登于《物理评论快报》。

第二张黑洞照片发布

2019年，天文学家团队曾通过事件视界望远镜（EHT）第一次近距离捕捉到室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞，获得了历史上的第一张黑洞照片。2021年，EHT将目标对准半人马座A星系的另一个黑洞，首次对一个较小的超大质量黑洞发射的等离子体喷流进行了高分辨率射电观测。EHT的图像显示，喷流的中心是黑色的，边缘是两条明亮的平行条纹。研究人员表示，EHT获取的黑洞最新图像有助于了解这些星系中心如何将大量物质注入到强大光束中，并将它们发射到数千光年之外的太空中。这些图像也支持了基于广义相对论的预测，表明黑洞在很大的质量范围内行为相似。相关论文7月19日刊登于《自然—天文学》。

考古学家发现古人类血统

一项国际研究对华莱西亚地区（印度尼西亚西部和巴布亚新几内亚之间的岛屿区）一个洞穴中发现的古人类头骨进行基因组分析，发现了一个前所未闻的古人类血统。研究人员在印度尼西亚苏拉威西岛南半岛Leang Panninge洞穴中发现了埋葬于Toalean墓葬群的一名女性头骨。研究人员Selina Carlhoff从头骨中分离出了DNA。基因组分析表明，这名女性与大约5万年前从欧亚大陆前往大洋洲的第一批现代人有亲缘关系，其基因组含有丹尼索瓦人DNA的痕迹，丹尼索瓦人是一种已灭绝的古人类，主要在西伯利亚和西藏被发现。通过比较与这名女性同一时期生活在华莱西亚群岛西部狩猎采集者的基因组数据，科学家发现，狩猎采集者没有丹尼索瓦人DNA的痕迹。同时，研究发现，该DNA携带了很大一部分来自古代亚洲人的基因组。相关研究结果8月25日发表于《自然》。

科学家对中子寿命进行“史上最精确测量”

大多数存在于自然界中的中子都是非放射性原子核的一部分，此时它们基本是永恒的。但孤立中子——如核裂变产生的中子，是不稳定的，会衰变为质子。在衰变过程中，每一个中子会发射一个电子和一个反中微子。中子衰变所需的确切时间是随机的，但其衰变的平均时间约为15分钟。为得到一个更精确的数值，美国印第安纳大学伯明顿分校的研究人员通过一项利用磁场捕捉超冷中子的实验测得亚原子粒子衰变的平均时间为877.75秒。该计算结果的精度是同类测量结果精度的两倍，与理论计算结果一致。据介绍，该实验结果的精度可与基于标准模型的计算结果一较高低，且实验精度第一次开始接近理论精度，这意味着未来实验的改进可能会对标准模型本身提出挑战。为避免数据可能存在偏差，团队也在进行一些改进，以进一步提高测量精度。相关研究发表于10月13日的《物理评论快报》。

基因编辑使小鼠诞下全部单性后代

在科学研究和养殖业中，往往只需要雄性或雌性动物。例如，研究生殖的实验室只需要单一性别的动物。而在养殖业中，只需要雌性动物用于产蛋和产奶。这意味着一些不符合性别要求的动物出生后就会被杀死。而生产和杀死特定性别的动物无论从伦理还是经济上，都造成了很大的负担。为解决这一困境，英国弗朗西斯·克里克研究所和肯特大学的研究人员利用CRISPR基因编辑技术，以小鼠为模型，开发了一种合成致死的双组分CRISPR-Cas9策略，可以让小鼠百分百产生雄性或雌性后代。据悉，该技术还可能适用于其他脊椎动物物种，并为实验室研究和农业生产中面临的伦理和经济问题提供解决方案。相关论文12月3日发表于《自然—通讯》。

迄今最精确质子质量值出炉

美国佛罗里达州立大学原子物理学家Edmund Myers和David Fink将两个离子限制在一个电磁陷阱中，让它们连续转动数周，并以极高的精度比较它们的质量。随后，他们得出了迄今为止最精确的质子质量估值：1.007276466574±10-12amu（原子质量单位）。这串数字可能帮助科学家寻找到新的力。相关研究结果12月7日发表于《物理评论快报》。为确定轻原子核（如质子）质量，科学家运用物理学方法，将质子这样的带电粒子垂直射入磁场，磁场会将其推向一边，这样质子就会以显示粒子质量的频率旋转。在实践中，为了提高测量精度，物理学家通过比较两种不同粒子的频率以测量它们的质量比。据悉，虽然存在一些不确定性，但数据表明，他们估计的质子质量已经是迄今最精确的值。

（本版图片来源于相关机构网站）