能从体内只取走一个癌细胞的“镊子”，你见过吗？

01

用光在你体内“抓”走一个细胞

生活中，我们经常需要用镊子夹取很小的物件。可是如果物体小到肉眼看不见，甚至一碰就容易碎呢？

这时候，科学家就要依赖光镊技术。它就像一双无形的激光镊子，依靠聚焦光束产生的梯度力，能隔空、无损地操控微米级的微小物体。这项奠定了微观操控基础的发明，也让其发明人获得了2018年诺贝尔物理学奖。

光镊概念图（图片来源：Toptica Eagleyard）

但这一技术却始终有个致命短板：力气太小。它的作用力只有皮牛级，相当于百亿分之一克，只能夹起透明、形状规则、重量极轻的物件，碰到稍重的东西，就像用棉花糖做的镊子夹石头，根本使不上劲。

近日，安徽大学吴东团队在《自然》发表了封面文章，给这双激光镊子装上了迷你“金刚爪”。这个名为光纤光镊的微型器件，尺寸仅38×38×61微米，比人类头发丝还细，是靠双光子聚合3D打印技术直接在商用光纤顶端加工出来的。

它的设计充满仿生巧思，各个组成部分能够和人体结构对应：内部的光纤是传输光信号的“神经”，掺杂银纳米粒子的水凝胶是遇热收缩的“肌肉”，外部的刚性聚合物爪子则是支撑的“骨架”。

最新发明的光纤光镊具有类似人体结构的组成部分（图片来源：参考文献）

当近红外激光沿着光纤射入，水凝胶受热收缩带动爪子张开；关闭激光后，爪子自动闭合，整个过程仅需77毫秒，比人类眨眼速度快4倍，每秒还能稳定开合5次。

更关键的是，它的力气远超同类设备。传统光纤光镊的作用力仅为皮牛级，而这个新器件能提供的抓力能达到微牛级，强度提升了10倍以上。实验里，它不仅能轻松夹起氧化铝球、碳化硅碎片，还能稳稳操控20厘米长的细铜丝，甚至能无损抓取、运输、释放单个人类癌细胞。

最惊艳的是微组装演示：它靠着微米级精度，成功拼起了微型轴承、齿轮箱这类复杂结构，完全不需要依赖昂贵的超净间设备。

由于体型极小，这个迷你抓手能钻进宽度不足300微米的狭窄通道，甚至深入离体动物组织内部。未来，它有望在单细胞生物学研究中精准操作单个细胞，在微创手术里完成体内微操作，还能为微型机器人的批量组装提供低成本方案。

光镊用激光控制张开闭合（图片来源：参考文献）

课代表总结：“大吊车，真厉害，那0.000000001斤的货物啊，它轻轻的一抓就起来”

参考文献：

Pan, D., Liang, K., Xin, C. et al. Optical fibre gripper for high-performance 3D micromanipulation. Nature 655, 93–101 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10673-7

02

一个氨基酸的差异，让我们能看到五彩缤纷的世界

生物课本上说，人类可以看到红绿蓝三种颜色，是因为视网膜上有多种视锥细胞，它们含有不同的感光蛋白，能够分别对长波长的光（红光）、中等波长的光（绿光）以及短波长的光（蓝光）产生感光效应。

然而一直以来令人疑惑的是，这三种感光蛋白使用的是同一种叫做 11-顺式视黄醛的小分子作为感光结构。而且红绿蓝三种视蛋白的序列差别非常小，其中红和绿之间甚至仅有几个氨基酸不同，但是它们的感光峰值却有明显差异，恰好覆盖了从红到绿的光谱范围，这也是人眼能分辨出万千种颜色的原因。

蛋白质的微小差异到底为什么能决定看到不同的颜色？人类能够看清颜色的秘密到底是什么？最新一期《科学》杂志用 3 篇论文揭开了背后原理。论文作者分别来自南昌大学与德国柏林夏里特医学院、瑞士苏黎世联邦理工学院以及日本名古屋工业大学。

在3篇论文中，研究人员看清了3种感光蛋白的立体结构，发现红绿感光的差异主要来自一个氨基酸的替换。在红色视蛋白里，一个位置上恰好放着苏氨酸，这个氨基酸带来了一个-OH基团，基团上的电荷能够影响11-顺式视黄醛的感光功能，让它的感光波长偏长一点，就能感受红光了。

蓝色视蛋白走的是另一条路线。它的发色团周围拥有一圈丝氨酸，会形成一个极性环境，不仅稳定了发色团，也让光谱发生了蓝移。蓝色视蛋白还拥有一个额外的二硫键，它连接着第二和第七个跨膜螺旋。这个额外的化学键让它的结构更加结实，也让其和红绿视蛋白区分开来。

冷冻电镜下的蛋白质结构还揭示了一个之前没被人们注意到的特征：视蛋白的膜内侧有一个侧向开口，论文作者认为这个开口是视黄醛快速进出的通道，使得蛋白可以在强光下快速地更新感光结构，从而保持持续的感光能力。

此次研究最大的突破之一是更加深入揭示了色觉缺陷的分子基础。红绿色盲在人群中占比很高，绝大多数是因为红绿视蛋白的基因重组导致功能异常，相关研究将为相关症状的治疗方法带来新思路。

《科学》杂志封面图（图片来源：science.org）

课代表总结：如果光有形状，那一定是G蛋白偶联激发态光受体的形状。

参考文献：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz3996

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz8141

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz3624

03

细菌的“战时互助”：用囊泡给队友输送生存物资

当我们用抗生素治疗感染时，总有一些顽固的幸存者潜伏下来，成为日后复发感染的祸根。长久以来，科学家认为这些幸存者是靠基因突变获得了耐药性，或者单纯靠运气熬过了药力。

但最新发表在《科学》杂志的一项研究揭示了一个更令人惊讶的真相：细菌在生死关头，竟然会搞“战时互助同盟”，通过一种名为膜囊泡的微型快递包裹，互相输送救命蛋白，帮助队友进入休眠状态以渡过难关。

研究人员设计了一套极其精巧的检测系统。他们将大肠杆菌分成两组，一组作为捐赠者，被改造后能生产一种特殊的Cre酶；另一组作为接收者，体内装有一个只有在接收到Cre酶才会被激活的遗传开关。这就像给一组士兵配发了发令枪，另一组士兵手里拿着只有听到枪响才会爆炸的炸弹。当两组细菌共处一室时，如果炸弹爆炸了，就证明蛋白快递成功送达。

实验结果令人震惊。在正常环境下，蛋白传递很少发生。然而，一旦环境中出现低剂量、不足以杀死细菌的抗生素，这种蛋白传输的频率瞬间暴增几千倍。这就像是哨兵发出了敌袭警报，整个菌群立刻进入了紧急支援状态。进一步的追踪实验排除了细菌之间直接接触的可能性，因为即便把捐赠者细菌移除，只留下它们培养过的液体，接收者依然能被激活。秘密就藏在这些液体里。

研究人员发现，捐赠者细菌在感受到抗生素压力后，会疯狂地向周围环境释放大量的膜囊泡。这些囊泡是细菌细胞膜向外凸起、起泡并脱落形成的纳米级小泡泡，就像细菌吐出来的无数个微型救生艇。这些救生艇里装载着各种蛋白质，漂浮在体液或血液中，随时准备被需要的同伴吞入。

谁最需要这些救援物资呢？答案是进入休眠状态的细菌。这些细菌感知到危险后，会主动关闭大部分新陈代谢，包括自身的蛋白质合成工厂，进入一种类似冬眠的静止状态。这种状态虽然能让它们避开抗生素的打击，但也让它们失去了自主修复和维持生存的能力。

此时，外界运来的囊泡蛋白就成了救命稻草。研究发现，接收者细胞内一个名为HipA的关键蛋白活性越高，它们吞食囊泡的意愿就越强，生存率也越高。一旦敲除HipA，这种救援效果就大打折扣。

想象这样一个“战时互助”场景：当抗生素来袭，菌群迅速分化成两类。一类是活跃的捐赠者，它们承受压力，大量生产并打包救援蛋白，装入膜囊泡抛入环境；另一类是休眠的接收者，它们停止一切活动以减少暴露，同时张开大嘴吞食同胞送来的物资，依靠这些外援维持最基本的生命活动，熬到抗生素撤退。

这项研究解释了为什么生物膜内的顽固感染如此难以根除，因为这些结构可能极大地促进了这种蛋白共享。更重要的是，它为我们指明了新的抗感染思路。如果我们能想办法阻断这些膜囊泡的运输，或者干扰休眠细菌对它们的摄取，或许就能打破细菌的“战时互助网络”，让那些潜伏的休眠菌在抗生素面前无所遁形。毕竟，瓦解了敌人的后勤补给线，战局的天平自然就会倾斜。

大肠杆菌在抗生素压力下分化成支援组河休眠组（图片来源：参考文献）

课代表总结：“我知道你会做我的掩护，当我是个逃兵”——苏打绿

参考文献：

Alice X. Wen et al. ,Antibiotics stimulate protein transfer to persister cells.Science392,eadx3972(2026).DOI:10.1126/science.adx3972

04

小行星撞击可能是地球的生命孵化器

提到小行星撞地球，多数人首先想到6500万年前灭绝恐龙的那场灾难。但美国西南研究院的最新研究却翻转了这一认知：地球诞生初期的密集小行星轰炸，非但不是纯粹的毁灭事件，反而可能是打造宜居环境、催生生命的关键推手。

地球形成于45亿年前，随后便迎来了一段持续上亿年的小行星密集撞击期。过去科学家多关注撞击对地表的重塑，这次团队用专业的冲击物理代码建模，首次系统量化了撞击对地壳深层的改造效果。

高速飞来的小行星像无数台宇宙级打孔机，把地壳砸出密密麻麻的裂缝，让地表水能渗透到地壳浅层，和地下的天然热能混合，形成规模惊人的热液系统。

这种环境和如今黄石公园的热泉群原理一致，但规模远超想象。

单次大型撞击催生的热液活动，能达到当下黄石区域的100倍。更关键的是，团队结合早期小行星撞击的频率数据推算，在43亿年前，地球地壳最上层的8公里几乎全是高渗透的多孔结构，这种状态一直维持到35亿年前，可能为地球生命的起源提供了温床。

此前科学家一直猜测，热液系统是前生命化学反应的理想场所：稳定的热量供给能驱动有机分子合成，循环的流体能把分散的原料汇集到一起，多孔的岩石还能为脆弱的分子提供庇护。但一直没有证据说明早期地球有足够多的这类环境，这次研究正好补上了这块拼图。

这项发现打破了我们对小行星撞击的刻板印象——事实证明，它既是毁灭者，也是建设者。早期的大轰炸为地球铺就了一张遍布热液的地下网络，相当于给生命的诞生准备了无数个天然孵化器。未来我们在火星、冰卫星上寻找地外生命时，或许也可以把撞击留下的热液痕迹作为判断生命存在几率的重要指标。

小行星撞击激活了地球表面，让生命在反应中诞生 （图片来源：西南研究院）

课代表总结：过于安静的环境是难以孕育生命的。

参考文献：

A. M. Alexander, S. Marchi, B. C. Johnson. Widespread Impact‐Induced Crustal Permeability on the Early Earth. AGU Advances, 2026; 7 (3) DOI: 10.1029/2025AV002097

作者简介

牧心，科普作者。