《自然》：甲虫扑翅之谜有答案了；5篇论文解密“孪大星”双小行星；改造弓形虫递送治疗性蛋白质 | 一周论文新鲜读

8.5

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 改造寄生虫可递送治疗性蛋白质

2. 如何最好应地对海洋变暖造成的珊瑚损失

3. 甲虫翅膀机制启发机器人设计

4. 分析孪大星和孪小星的特征

生物技术 | 改造寄生虫可递送治疗性蛋白质

Engineering Toxoplasma gondii secretion systems for intracellular delivery of multiple large therapeutic proteins to neurons

Nature Microbiology

《自然-微生物学》报告了一个在小鼠模型中改造寄生虫弓形虫（Toxoplasma gondii ）的方法，来穿过血脑屏障，向寄主神经元递送治疗性的蛋白质。这些发现有助于开发治疗性蛋白质递送的替代方法。

蛋白质可以用于治疗或作为研究生物过程的工具。但由于其体积大、与宿主免疫系统的相互作用以及需要穿透不同屏障（如血脑屏障），将之递送给目标细胞和组织十分复杂。弓形虫是一种能够从人体肠道自然进入中央神经系统的寄生虫。过去的研究已经表明，它能够递送蛋白质到宿主细胞，但还不清楚这种寄生虫能否经过改造来递送多种大型治疗性蛋白质。

美国麻省理工学院的Shahar Bracha和同事开发了一个策略，用弓形虫的两种分泌细胞器（细胞内执行功能的特化结构）——棒状体（rhoptry）和致密颗粒（dense granule）——来向寄主细胞递送蛋白质。他们选择了位于寄生虫细胞器内的蛋白质，将之与已知可治疗人类神经疾病的不同蛋白质融合。作者通过实验室实验成功表明，蛋白质能同时从这两种细胞器递送到神经元。

作为概念验证，作者展示了一种治疗性蛋白质MeCP2（用于治疗雷特综合征，一种影响脑发育的罕见神经障碍）能被递送到神经元，结合目标DNA，改变细胞、神经元和大脑类器官内的宿主基因表达。Bracha和同事还表明，改造后的弓形虫能在小鼠中递送MeCP2到神经元，而且在目标递送位置外检测到的寄生虫很少，递送后也没有发生明显炎症。

作者总结说，尽管这些发现可以为治疗性蛋白质递送提供新方法，但仍需进一步研究来理解潜在的局限性，包括有效性和安全性。

气候变化 | 如何最好应地对海洋变暖造成的珊瑚损失

• Reconsidering and rescaling climate change predictions for coral reefs

• Ecological replacement for reef-building corals

• Coral reefs deserve evidence-based management not heroic interference

Nature Climate Change

在《自然-气候变化》发表的一篇评论文章中，美国野生生物保护协会的Timothy McClanahan指出，“对珊瑚礁的气候预测需要改进、多样化，并接受新兴的理论、经验主义、实验、预测工具及后续的治理影响。”期刊发表了三篇文章，探寻如何保障珊瑚礁未来安全的不同方法，这篇评论文章是其中之一。

Timothy McClanahan写道，珊瑚礁正因持续的气候变化岌岌可危。但他强调，还需要做更多的工作，以超越对全球损失的笼统叙述。他提到，不承认异质性、注意事项和不确定性既会阻碍管理战略的实施，也会影响与公众的沟通。他认为，“我们需要超越当前笼统的消失叙事，更好地量化和宣传生态结果的空间复杂性和不确定性。”

在另一篇评论文章中，美国纽约大学的Michael Webster和Daniel Schindler探讨了执行生态替代（ecological replacement）的好处和风险，即用其他能提供相似生态功能的物种来弥补损失的珊瑚。他们写道，生态替代虽然有不少风险，包括未知风险，但也必须考虑不作干预的风险。他们认为，“人们在不断变化的世界中评估保留此类生态系统功能的替代选择的风险和收益时，应将生态替代纳入考虑。”

在最后一篇评论文章中，澳大利亚墨尔本大学的Robert Streit和同事对生物工程和地球工程等科学干预措施提出了广泛反对，担心这些技术会转移对减排的关注，破坏重要的研究，并对当前科技能力过于乐观。他们质疑目前的方法是否主要受到人们积极干预的渴望驱动，而非由成功的科学证据驱动。但他们提出，“这并非呼吁不采取行动。我们必须共同行动起来——要快。”

生物力学 | 甲虫翅膀机制启发机器人设计

Passive wing deployment and retraction in beetles and flapping microrobots

Nature

《自然》本周发表了一项研究，分析了犀金龟如何展开和缩回后翅，表明这是一个被动过程，无需肌肉活动。这些发现或有助于改进飞行微型机器的设计。

在所有飞行昆虫中，甲虫的翅膀机制最为复杂，包括两组翅膀：一对硬化的前翅，称为鞘翅，以及一组精细的膜质后翅。虽然对甲虫翅膀折纸式的翅膀折叠已经有大量研究，人们仍不甚了解它们如何展开和缩回后翅。过往研究理论认为胸部肌肉驱动了甲虫的后翅基部运动，但缺乏支持这一理论的实验证据。

瑞士洛桑联邦理工学院的Hoang-Vu Phan和同事结合高速摄像机和动态相似的飞行机器人，来探索这一研究空白。作者观察到，犀金龟在展开和缩回翅膀时使用了被动机制，包括其鞘翅。展开是一个二阶段过程，在这一过程中，甲虫的后翅会以类似弹簧的方式部分弹出，然后拍打的动作会将后翅上升至飞行位置。他们还发现，甲虫会用鞘翅来被动地降低后翅至静止位置。

受到这些观察结果的启发，作者制作了一个模仿甲虫翅膀被动展开与缩回的微型机器人。他们发现，机器人成功地起飞并维持了飞行。研究结果表明，将甲虫后翅的被动过程转化到机器人的扑翼设计，有助于改进需在有限或杂乱空间中运作的小型机器人的能力。

天文学 | 分析孪大星和孪小星的特征

• The geology and evolution of the Near-Earth binary asteroid system (65803) Didymos

• The bearing capacity of asteroid (65803) Didymos estimated from boulder tracks

• Evidence for multi-fragmentation and mass shedding of boulders on rubble-pile binary asteroid system (65803) Didymos

• Fast boulder fracturing by thermal fatigue detected on stony asteroids

• Mechanical properties of rubble pile asteroids (Dimorphos, Itokawa, Ryugu, and Bennu) through surface boulder morphological analysis

Nature Communications

《自然-通讯》发表的五篇论文报道了对“孪大星”（Didymos）双小行星系统的新发现，这些发现基于NASA“双小行星重定向测试”（DART）任务的观测数据。研究结果让我们进一步了解这些天体的物理和地质特征以及它们的形成，对未来探测任务和行星防御策略有潜在影响。

双小行星系统（由一个主星和一个环绕卫星组成）尤其受到关注，因为它们能提供对系统组成的精确物理表征，而且能揭示小型天体系统的形成和演化过程。孪大星及其超小卫星孪小星（Dimorphos）离地球较近，并且是近地空间的常见小行星类型，因此是难能可贵的研究对象，提供了近距离观测的独特机会。利用NASA的DART任务采集的数据，五个团队调查了孪大星双小行星系统的不同物理特征。

美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理学实验室的Olivier Barnouin和同事利用NASA的DART任务数据以及意大利航天局的“意大利小行星成像立方星”（LICIACube）任务的影像，分析了孪大星和孪小星的地质特征和物理特性。他们发现，孪大星的高海拔表面崎岖不平，有大型石块（10-160米长）和陨击坑；低海拔表面则较平坦，大石块和陨击坑都较少。相比之下，孪小星上有各种大小的石块，多个裂缝或断层，还有一些陨击坑。作者指出，孪小星可能由孪大星脱落的物质（在引力作用下聚集）形成而来，两个行星的表面粘聚力特性较低，加上观测到的陨击坑，显示孪大星的表面年龄是孪小星的40-130倍。他们估计孪大星和孪小星的年龄分别在1250万年左右和不到30万年。

法国图卢兹大学的Naomi Murdoch和同事分析了小行星表面的石块裂缝，确认了孪大星表面的承载力（表面支撑重力载荷的能力）比地球上干旱沙地或月壤的承载力要低很多。

在另一篇论文中，意大利INAF-帕多瓦天文台的Maurizio Pajola和共同作者分析了石块大小、形状以及在这两个小行星表面的分布模式。他们发现，孪小星上的石块大小分布模式显示，它们是分阶段而不是一起形成的，而且直接来自孪大星。这进一步支持了双小行星系统能从主星物质脱落中形成的假说。

意大利INAF-帕多瓦天文台的Alice Lucchetti和同事发现，热疲劳能使孪小星表面的石块快速破裂，或是热疲劳在这类小行星（S型小行星）上引起这种快速（约10万年）石块破裂的首个观测结果。

最后，法国图卢兹大学的Colas Robin和共同作者将孪小星表面34个石块（大小从1.67米到6.64米）的形态特征与其他多个砾石堆小行星（包括丝川、龙宫、贝努）的表面石块进行了对比。根据石块形态特征的相似性，以及与实验室实验的对比，他们的发现显示这类小行星有一个共同的形成和演化机制。

综合来看，这些发现提供了孪大星系统在DART任务撞击孪小星前的全面情况。研究结果为欧洲空间局的“赫拉”（Hera）任务奠定了基础——“赫拉”将提供更高分辨率的数据，并对该系统以及DART撞击的后果提供更全面的分析。

孪大星的质量脱落。这部影片展示了当使用Barnouin et.al (2024)中描述的内部和表面特性时，孪大星的自旋如何导致孪小星的形成。影片显示，局部表面脱落可能最终导致孪小星的形成，而不会显著改变孪大星海拔较高处的一些地质情况，同时也会在孪大星赤道处形成类似三角形的脊。视频来自Yun Zhang

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