肉毒杆菌在实验室突变后，大量产生毒素，因而被用于医疗；13年前，墨西哥湾500万桶原油泄漏，受影响物种的数量仍在下降 | 环球科学要闻
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肉毒杆菌在实验室突变后，大量产生毒素，因而被用于医疗
产生芽孢的肉毒杆菌 图片来源：CDC/ Courtesy of Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory
肉毒梭菌（Clostridium botulinum）产生的肉毒神经毒素（BoNT）可阻断神经与肌肉通信，导致肌肉麻痹甚至窒息，但极低剂量的纯化毒素也能用于治疗斜视、眼睑痉挛和减少皱纹；这种细菌如何成为药物来源，此前缺少遗传证据。据《科学》新闻（Science news）消息，近日，发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的一项研究分析了逾1000个细菌基因组，发现科学家长期培养Hall A菌株时无意中推动其演化，使其失去形成芽孢的能力，可以从中提出大量神经毒素，用于实验、医疗和商业生产。
1919年美国的罐装橄榄肉毒中毒事件引发了相关的微生物学研究。一位细菌学家收集了大量的肉毒梭菌分离株，其中就包括Hall A菌株。随后该菌株成为了实验室常用菌株，并于20世纪40年代被美军用于生物武器和肉毒毒素疫苗研究。随着菌株在实验室之间分享，其后代进入医学研究，产生的毒素于1989年获美国食品和药品管理局（FDA）批准治疗斜视和眼睑痉挛，之后发展为肉毒杆菌毒素产品。在这项新研究中，来自北亚利桑那大学的微生物学家利用公开和自行测序的基因组，构建了肉毒梭菌家族树，发现美军使用的Hall A菌株及商业后代位于一个异常长的演化分支上，且突变积累的速度更快。进一步分析发现，这些菌株的mutS基因存在突变，该突变可能在早期实验室培养中出现，能阻止肉毒梭菌耗费能量制造芽孢，因而生长良好并产生更多毒素，并在实验中被持续选择和繁殖。此外，研究还显示由于生物治疗产品源自仍会演化的活体生物，生物的持续演化可能影响制造、产品一致性和药物开发。（《科学》新闻）
· 物理学 ·
用超声波引导物质在空气中运动
由256个扬声器发出的超声波控制水流。图片来源：Veikko Somerpuro
输送腐蚀性或粘性物质，很容易破坏普通管道。最近，一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的新研究展示了一套实验装置，它可以用频率约为40千赫兹的超声波构建输送液体的管道。由于没有固体管壁，这种超声波管道可以消除污染风险，也极其适用于输送易损、对污染敏感的物质。
研究团队搭建的原型机只有8厘米长，功率大约与老式白炽灯相当。这台设备的核心部件发出的超声波强度，相当于在你耳边持续不断的枪声。但这种声音音调太高，人耳并不能听到。通过控制环绕液体的256个小型扬声器发出的超声波，研究人员可以随时改变管道流动方向，并根据需要重新塑造并旋转管道，甚至还能引导电流沿所需路径放电。（University of Helsinki）
· 环境生态学 ·
13年前，500万桶石油在墨西哥湾泄漏，泄漏区域的物种数量仍在下降
图片来源：维基百科
2010年， “深水地平线”（Deepwater Horizon）钻井平台出现事故，向墨西哥湾释放约500万桶石油，应急人员首次在约1500米深的井口注入化学分散剂，将原油打散成微小液滴。这一措施希望减少对海面生物的危害，但却引发对深海生物影响的担忧。据《科学》新闻（Science news）消息，一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的研究显示，事故后墨西哥湾深水区的鱼类、甲壳类和头足类数量大幅下降，且截至2023年仍未恢复。
新东南大学的一个团队在事故发生约10个月后启动调查，从2011年2月起利用配备有声呐的研究船估算鱼群和甲壳类的丰度，并在墨西哥湾46个地点、不同深度进行拖网取样，并统计约900个物种。4年后，研究人员重返调查区时，发现三大类（鱼类、甲壳类和头足类）的海洋动物数量均远低于2011年，此后多次调查也未见明显恢复。2023年的统计显示，这些生物的数量仍然较低，且鱼类数量较2011年降幅最大，下降64%。研究人员认为，漏油是最可能原因，并推测污染物可能经食物网产生长期影响。事故发生数年后，他们仍在深海鱼卵和组织中检出来自石油的毒性极强的多环芳烃。考虑到研究没有测量生态系统残留油量，这些物种的实际降幅可能更大。研究提示，深海生态系统可能比预想更脆弱，今后评估漏油分散剂和海底采矿等活动时，应覆盖从海面到海底的生物影响。
· 化学 ·
能捕获并摧毁PFAS的涂层膜
从家具、化妆品、半导体、防水织物到人体内，全氟和多氟烷基物质（PFAS）无处不在。PFAS极其顽固，很难用常规方法分解，因此也被称为“永久性化学物质”。最近，在一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的研究中，一个国际合作团队开发了一种直接破坏PFAS的技术。
PFAS的顽固性源于有机化学中最强的碳氟键，传统生物和化学过程很难找到分解分子的切入点。不过氢气可以提供破坏碳氟键所需的能量，但必须先将其活化。于是研究人员使用钯纳米颗粒作为催化剂，将氢气转化为一种高活性形式，这种形式能够从PFAS分子中剥离氟原子。而为了高效地输送氢气，研究人员将钯纳米颗粒涂覆在微小的膜纤维上，然后通入氢气。研究团队用这种膜技术对六种受监管关注的PFAS进行了为期58天的测试，发现这种机制可以去除每种化合物90%以上，并去除约83%的氟。不过，要将这项技术转化为实际的水处理应用，还需要进一步的工程设计。由于钯金成本高昂，研究人员计划下一步要尝试减少钯用量。这项技术有望与现有的PFAS过滤系统形成互补，同样的膜平台或许还有更广泛的分解污染物的用途。（Arizona State University）
· 土壤科学 ·
新研究提示：警惕我们脚下的“氮时间炸弹”
该系统的想象图。图片来源：Emma Kun / HUN-REN Konkoly Observatory / 在AI支持下创作
此前，土壤氮循环研究主要关注地表以下约1米、植物根系活跃的区域，更深处往往被视为“沉默的仓库”。据中国科学报消息，中国科学院南京土壤研究所张甘霖团队在《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）发表论文指出，从根区底部一直延伸到基岩的“深层关键带”，实际上可能是一个持续储存、搬运和转化氮的动态反应器。现有估算显示，全球2米以下的深层土壤中可能储存约100亿吨量级的硝态氮，是一个巨大的“氮库”。但由于深层观测点极少，这一数字只是初步估算结果。
研究发现，不同环境中的氮会以不同方式长期滞留：干旱区的硝态氮可能保存上万年，部分红壤会吸附并截留硝酸盐，而农业区中过量施用的氮肥则可能随降雨和灌溉不断向地下迁移。因此，今天地下水中的部分硝酸盐污染，可能来自几十年前施入的肥料；即使现在减少施肥，污染也可能在多年后才缓解，这就是“氮时间炸弹”。研究人员表示，深层关键带同时发生着水文输送、地球化学作用和微生物转化三类过程，三者互相纠缠、互相反馈。因此，未来评估氮污染不能只看表层土壤，还需要把从地表到基岩的整个地下系统纳入观测和模型。（中国科学报）
撰文：不周、clefable
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