巴豆研究

香港巴豆，拉丁名为Croton hancei，属于被子植物门、双子叶植物纲、金虎尾目、大戟科、巴豆亚科、巴豆族的一种植物。其成长于山地林中，6月开花，由于其花果较为细小，因此不容易被发觉到，渔农自然护理署自然护理主任叶国梁指，“香港巴豆的果实只有手指头大小，属于有毒性植物，绝对不能吃～”香港巴豆是香港本地独有的物种，现时仅见于香港青衣岛，属于灌木或小乔木；嫩枝和花序均被贴伏的星状毛～花瓣狭小；雄蕊约16枚，雌花通常1朵生于花序基部；萼片长圆形，长4至5毫米；子房近球形～香港巴豆一般高约两米～灌木或小乔木；嫩枝和花序均被贴伏的星状鳞毛；枝条无毛～叶密生于小枝顶端，纸质，长圆状披针形，长8-12 厘米，宽2-4 厘米，顶端渐尖，基部渐狭，基端钝，全缘或边缘有细锯齿，两面无毛，基部中脉两侧通常各有1枚具柄的杯状腺体；叶柄短，长2-5毫米，被毛～总状花序，顶生，长约3厘米，苞片细小；雄花多朵，密生，花梗短，花蕾时球形，直径约2毫米；萼片卵形；花瓣狭小；雄蕊约16枚，花丝被绵毛；雌花通常1朵生于花序基部；萼片长圆形，长4-5毫米；子房近球形，密被毛，花柱3枚，中部以下合生，上部2裂～香港巴豆生于山地密林中；少见。其可放置于园林当摆饰品：盆栽观赏或地被植物或地被植物。在1850年代，汉斯于香港岛发现香港巴豆，经鉴定为香港首次发现的物种。之后植物学家乔治·班逊姆于1861年在他的《香港植物志》记下了这个新的物种，但此后再无纵影。1997年2月21日，香港渔农自然护理署植物标本室的职员在三支香的最高峰，南边的山坡附近，一个林地找到一种在香港从未见过的大戟科灌木，是一种巴豆属的植物。最后经华南植物研究所的专家鉴定证实，确认它是百多年来未再有发现的香港巴豆。现在香港巴豆的发现地点，即那一个1.05公顷的山坡，划为香港具特殊科学价值地点，可以保护这个罕有的物种。渔农自然护理署自然护理署亦在尝试为香港巴豆进行就地保育、迁地保育及试验人工繁植。文中图片均为网络图片，如有侵权，请联系作者。

责编 | 兮细胞代谢不仅仅提供细胞生长所需的能量和物质，还产生许多代谢中间产物来修饰组蛋白，从而影响细胞的表观遗传和基因表达【1,2】。因此，细胞的代谢状态和细胞的功能及命运息息相关。研究特定生物过程中代谢的变化及其作用机理因而能为我们提供干预这一过程的分子机理。在胚胎发育过程中，胚胎干细胞先分化为内、中、外三个胚层，然后这三个胚层再发育为全身各个器官和组织。代谢上，胚胎干细胞和外胚层依赖于糖酵解，而中内胚层则转而依赖于氧化磷酸化【3】。糖酵解产生的乙酰辅酶A已知能提高H3K27ac 和H3K9ac 水平，从而促进维持干细胞多能性（pluripotency）的基因表达【4】。然而氧化磷酸化对中内胚层的分化有没有直接的影响目前并不清楚。组蛋白巴豆酰化（crotonylation,Kcr）是近年来由质谱发现的一种新的组蛋白修饰。和组蛋白乙酰化（Kac）一样，Kcr也促进基因表达，然而它在体内到底有什么生理功能一直未知 【5-8】。巴豆酰辅酶A是组蛋白巴豆酰化的底物。它可以由短链脂肪酸中的巴豆酸加辅酶A 而来，也可以由赖氨酸，色氨酸的分解产物和丁酸（一种4碳的脂肪酸）氧化降解产生（图1）。图1 巴豆酰辅酶A的代谢生成途径2021年1月14日，美国国立卫生研究院（NIH）环境健康科学研究所（NIEHS）李小玲（Xiaoling Li）研究组，联合该所生物信息学组的徐肖江（Xiaojiang Xu）和李建良（Jian-Liang Li）博士， 以及芝加哥大学的赵英明（Yingming Zhao）和Temple University的Nathaniel Snyder教授等，在Cell Stem Cell杂志上在线发表题为Histone crotonylation promotes mesoendodermal commitment of human embryonic stem cells的研究论文。该文通过一系列高通量测序分析，定量蛋白质组学分析，单细胞测序分析，以及分子、细胞和小鼠实验，揭示了短链脂肪酸代谢所产生的中间产物巴豆酰辅酶A能够修饰组蛋白，进而促进胚胎干细胞向中内胚层分化。该研究为代谢调节细胞分化提供了新的分子机制。在诱导人类胚胎干细胞分化成三个胚层的过程中，研究人员发现了三个产生巴豆酰辅酶A的酶在分化的中内胚层细胞中表达增加。这三个酶中，ACSS2催化给巴豆酸加上辅酶A，而ACADS和ACOX3则分别是在线粒体和过氧化物酶体中催化脂肪酸氧化降解的酶。以诱导干细胞分化为内胚层细胞为例，研究人员进一步通过ChIP-seq分析发现组蛋白Kcr在内胚层基因的启动子和/或增强子上显著富集，且其富集程度和基因表达正相关。而分别敲除这三个酶降低了组蛋白Kcr的水平，且抑制内胚层细胞的分化但同时促进了外胚层的分化。更重要的是，给细胞孵育巴豆酸不仅能促进野生型干细胞分化成内胚层细胞，而且能够完全补救因ACADS/ACOX3敲除而引起的Kcr水平的降低及向内胚层分化的缺陷，证明脂肪酸代谢产生的巴豆酰辅酶A是内胚层细胞分化必须的。在进一步采用在细胞培养中通过氨基酸进行稳定同位素标记(SILAC)的定量蛋白质组学分析中，研究人员发现了两个只在分化的内胚层细胞才有的组蛋白巴豆酰化的位点，而把这两个位点分别突变则抑制了内胚层细胞的分化，有力地证明了组蛋白巴豆酰化是内胚层分化所必须的。图2 组蛋白的巴豆酰化促进胚胎干细胞的中内胚层分化此项由NIH领导的研究首次揭示了脂肪酸代谢可以通过产生的代谢中间产物来修饰组蛋白，从而调节基因表达及决定细胞命运，同时也首次揭示了组蛋白巴豆酰化在体内的生理意义（图2）。该研究同时发现了巴豆酸可以作为营养添加剂来促进体外中内胚层细胞的分化，从而优化了中内胚层细胞体外分化的条件。这将有力地推动有关中内胚层细胞分化的研究及其在干细胞疗法中的应用。该项研究是由美国国立卫生研究院环境健康科学研究所，芝加哥大学， Temple University等机构合作完成。美国国立卫生研究院环境健康科学研究所的代谢基因环境研究组的李小玲资深研究员为高级作者和主通讯作者，该组的research fellow方祎（Yi Fang）是第一作者和共同通讯作者。原文链接https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.12.009参考文献1. Folmes,C.D., et al., Somatic oxidativebioenergetics transitions into pluripotency-dependent glycolysis to facilitatenuclear reprogramming. Cell Metab, 2011. 14(2): p. 264-71.2. Carey, B.W., et al., Intracellular alpha-ketoglutarate maintainsthe pluripotency of embryonic stem cells. Nature, 2015. 518(7539): p. 413-6.3. Cliff, T.S., et al., MYC Controls Human Pluripotent Stem CellFate Decisions through Regulation of Metabolic Flux. Cell Stem Cell, 2017. 21(4): p. 502-516 e9.4. Moussaieff, A., et al., Glycolysis-mediated changes in acetyl-CoAand histone acetylation control the early differentiation of embryonic stemcells. Cell Metab, 2015. 21(3):p. 392-402.5. Tan, M., et al., Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation asa new type of histone modification. Cell, 2011. 146(6): p. 1016-28.6. Sabari, B.R., et al., Intracellular crotonyl-CoA stimulatestranscription through p300-catalyzed histone crotonylation. Mol Cell, 2015.58(2): p. 203-15.7. Rousseaux, S. and S. Khochbin, Histone Acylation beyond Acetylation: TerraIncognita in Chromatin Biology. CellJ, 2015. 17(1): p. 1-6.8. Sabari, B.R., et al., Metabolic regulation of gene expressionthrough histone acylations. Nat Rev Mol Cell Biol, 2017. 18(2): p. 90-101.

本文参加 #科学了不起# 系列征文赛。趣味探索讯 2019年12月24日，我国科学家在《细胞报告》杂志上发表了一项突破性研究，该研究称成功将小鼠的颗粒细胞转化为卵母细胞，并顺利培育出健康后代，再创下一项新纪录。在科学中，卵巢卵泡是卵巢基本功能单位，由未成熟卵母细胞组成，而颗粒细胞则包围着卵母细胞，对卵泡发育起到至关重要作用。不过现在一项新研究认为，颗粒细胞具有很强可塑性，表现出干细胞样特性。在体外受精过程中，当卵母被取出后，卵巢卵泡成为了废物，卵泡中成千上万个颗粒细胞将一起被丢弃。来自我国南开大学的资深科学家林柳觉得十分可惜，如何利用颗粒细胞做些什么，成为了他近年来的研究目标。一旦从卵泡中去除，颗粒细胞往往很快死亡和分化，为了解决这个问题，林柳和研究团队开发了一种由岩石抑制剂和巴豆酸混合的化合物，美名为“鸡尾酒”。据了解，岩石抑制剂以防止细胞死亡并促进增殖，而巴豆酸有助于将颗粒细胞诱导为具有生殖能力的多能干细胞，该多能干细胞表现出与胚胎干细胞非常相似的多能性。一般来说，多能干细胞的能力通常低于胚胎干细胞，而这种能力会被遗传信息传送到下一代，然而在岩石抑制剂和巴豆酸共同作用下，多能干细胞不仅效率更高，而且遗传质量也得到提高。另外，研究人员还将另一种岩石抑制剂和维生素C混合物加入到具有生殖能力的多能干细胞中，以改善卵泡发育并诱导减数分裂。减数分裂过程是单个细胞变成性细胞（卵）的过程，从颗粒细胞再生的生殖细胞和卵母细胞显示出高基因组稳定性，并成功产生了具有正常生育力的后代。与传统干细胞诱导方法（如转染）相比，化学处理通过将转录因子引入体细胞来对细胞进行重新编程，从而实现了更高可控性，并且这些小化学药品的浓度和处理时间可以被改变。虽然这项研究已经在老鼠身上取得了成功，但是要得到真正应用仍有很长路要走。林柳认为，该技术对治疗不育症和保留生育力医学方面有重大帮助，未来前景很大。

1911年，荷兰科学家发现了超导体，汞在极低的温度下，其电阻消失，呈超导状态。随后科学家制造了超导体进行研究，再物理电学产生了巨大影响图为超导体实验时候的场景，电流迅猛1889年，马克·吐温和尼古拉·特斯拉在玩真正的电子游戏，通过电子触碰来制造光1925年，美国核试验场的工作人员，连马都要佩戴上面罩1925年，美国开始试验核弹在水下爆炸的威力，方圆百里动物都出现了不同寻常的变异。

科技日报 陈曦 通讯员 吴军辉南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室刘林教授团队通过完全化学小分子的方法，成功将卵巢颗粒细胞重编程为具有生殖系转移能力的诱导性多能干细胞，进而分化为卵子，并通过正常受精获得健康小鼠。该突破属世界首次，为保持生育能力、调节机体内分泌等研究开辟了新思路。这种化学重编程的方法能够有效避免伦理问题，降低安全风险。日前，介绍该成果的论文发表于国际学术刊物《细胞报告》（Cell Reports）上，国际顶级刊物《细胞》（Cell）将此发现作为头条文章推荐。对于女性而言，卵巢衰老除了导致不孕不育，还会引发冠心病、骨质疏松、内分泌紊乱等相关的慢性疾病。卵子是孕育生命的关键，如果能够从体外获得足够量的卵子补充到卵巢中，将会对恢复生殖能力并在临床上治疗生殖衰老等疾病具有重要价值。这也是世界各国生物学家竞相攻关的科学难题。刘林教授团队利用完全化学小分子的重编程方法解决了这一问题。通过化学重编程方法将卵巢颗粒细胞重编程为诱导性多能干细胞，进一分化形成卵子，获得健康小鼠。（示意图）“卵巢颗粒细胞是卵泡中与卵母细胞相互作用并促进卵子发生的一类体细胞，若能将其诱导为多能细胞并转换为卵母细胞，岂不是有效地解决了卵子数量匮乏的问题。”刘林说。如何从卵巢颗粒细胞转变生成卵子？刘林团队的成员首先想到的是利用重编程技术获得诱导性多能干细胞，该类细胞具有与胚胎干细胞相似的发育潜能，并已经被证实可以分化形成生殖细胞。“诱导性多能干细胞的产生通常会通过转基因的方式来完成。然而，至今为止，转基因技术在各个领域的应用还具有诸多的争议，因此很难应用于临床。”刘林团队博士生、论文第一作者田成磊说，如果能够配制一种由配方明确的化学小分子物质组成的“饮料”让细胞喝下，并能让这些细胞转变为诱导性多能干细胞，将会规避转基因方法带来的风险。带着这一设想，刘林团队反复试验，最终调制了一种含有巴豆酸钠等化学物质的小分子培养液处理细胞。这种方法能够将卵巢颗粒细胞高效地转变为诱导性多能干细胞，并且这些细胞被证明具有稳定的基因组、逐渐延长的端粒和较高的质量。刘林强调，人类颗粒细胞的性质、诱导性多能干细胞的产生以及生殖细胞的发育模式均与小鼠存在一定的区别。但是，最近的研究已经能够利用人的胚胎干细胞分化形成卵子的前身：卵原细胞，这为体外形成卵子提供了很好的基础。“这是我们首次将颗粒细胞转化为卵母细胞，是一项在发育和生殖生物学领域的重大而有趣的成果，但这一研究要从应用于小鼠到应用于人类，仍旧有很长的路要走。在我看来，与治疗不孕不育相比，这项技术在保持生育能力和内分泌功能方面有更广阔的前景。”刘林说。来源：科技日报 文中图片均由本文作者提供编辑：李俊霞审核：管晶晶

日前，南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室刘林教授团队成功将卵巢颗粒细胞重编程为具有生殖系转移能力的诱导性多能干细胞，进而分化为卵子，并通过正常受精获得了健康小鼠。该突破属世界首次，为保持生育能力、调节机体内分泌等研究开辟了新思路。卵子是孕育生命的关键，卵巢衰老最主要的表征为卵子数量和质量的急剧下降。女婴出生时，储存在体内的卵子数量就已确定。随着年龄增长，周期性排卵、卵泡闭锁及外界环境的危害均会导致体内卵子数量逐渐减少，直至枯竭。如果能够从体外获得足够量的卵子补充到体内的卵巢中，将对恢复生殖能力并在临床上治疗生殖衰老等疾病具有重要价值。卵巢颗粒细胞是卵泡中与卵母细胞相互作用并促进卵子发生的一类体细胞，从卵子产生开始，颗粒细胞就一直陪伴在卵子左右，支持卵子的生长和发育。临床上，卵巢颗粒细胞一般作为体外受精的副产物而被丢弃。“每个卵子周围都有数千个颗粒细胞，若能将其诱导为多能细胞并转换为卵母细胞，就解决了卵子数量匮乏的问题。”刘林说。带着这一设想，刘林团队反复试验，最终调制了一种含有巴豆酸钠等化学物质的小分子培养液处理细胞。这种方法能够将卵巢颗粒细胞高效地转变为诱导性多能干细胞，并且这些细胞被证明具有稳定的基因组、逐渐延长的端粒和较高的质量。此外，通过另一种含有维生素C等化学物质的小分子培养液支持卵泡的组装和卵子的发育，能够使得颗粒细胞来源的多能干细胞成功进入减数分裂，并分化形成卵子。这些卵子也具有稳定的基因组，并能够进一步形成健康的小鼠后代。刘林强调，人类颗粒细胞的性质、诱导性多能干细胞的产生以及生殖细胞的发育模式均与小鼠存在一定的区别，但最近的研究已经能够利用人的胚胎干细胞分化形成卵子的前身——卵原细胞，这为体外形成卵子提供了很好的基础。日前，相关论文发表于国际学术刊物《细胞报告》（Cell Reports）上，国际顶级刊物《细胞》（Cell）将其作为头条文章推荐。来源 中国青年报编辑 胡妍编审 杨韬

告诉家乡人，若山中遇见此物，要注意，它含有剧毒，但有大作用壹俗话说：“水可载舟，亦可覆舟”。大名鼎鼎的巴豆就是典型的例子。植物界，很多有药用价值的植物都有毒，巴豆是其中之一，它本是剧毒的泻药，却也能作止泻之用，大多带有剧毒的植物都是药中猛将，偏性较大，用之得当，能攻城拔寨，以一敌百，用之不当，轻者会留下后遗症，重者要人命。这说明药材没有好坏之分，正确对待药性，毒药也能成为良药，反之，良药也会变成毒药。巴豆树的照片之前看过不少，却一直没有见过其真面目，原以为我们这不产，不久前跟草药师父进山采药，走到一棵树下停了下来，这树的叶子看着有点像柿子叶，他在这树上取了一小片树皮，对我说：“尝一尝这药，是非常好的药”，我嚼了一下，咽了一点汁液，味初有点甘甜，慢慢的喉咙开始发麻发辣，甚至吞口水都痛，问是什么药？药性这么猛，他告诉我说这是“巴豆”。如果误服巴豆中毒，可用二豆饮解：黑豆、绿豆各半，捣碎后，滚开水冲化，频频饮尽，即可。我虽然只嚼了一点树皮，就已经出现了明显的中毒现象，为了观察一下它的毒性，没服解药，结果足两天时间，喉咙又痒又痛，比吃了生芋头还难受，期间吞咽困难，吃什么都尝不到味道，两天后才慢慢化解掉。不认识的药千万不要轻易去尝。贰巴豆，别称双眼龙、江子、猛子树、八百力、芒子等，为大戟科巴豆属常绿乔木，主要分布于我国南方各省区，常生长在村道路旁或山地疏林中。巴豆入药始载于《神农本草经》：味辛，温。主伤寒，温疟，寒热，破癥瘕结聚，坚积，留饮，痰癖，大腹水胀，荡涤五脏六腑，开通闭塞，利水谷道，去恶肉，除鬼毒蛊疰（zhù）邪物，杀虫鱼。因其“出自巴蜀，形如菽豆”，故名巴豆。巴豆有大毒，而治病往往就是利用它们的偏性，所谓以毒攻毒，中医里以果实入药，性热，味辛，功能破积、逐水、涌吐痰涎，有助于治寒结便秘、腹水肿胀、寒邪食积所致的胸腹胀满急痛、大便不通、泄泻痢疾、水肿腹大、痰饮喘满、喉风喉痹、痈疽、恶疮疥癣等，民间一般只外用，用于跌打或者治疗皮肤病。现代医学研究表明，巴豆属于热性泻药，对于正常人群来说肯定受不了，严禁服用，但对于便秘人群来说，适当按医嘱服用可有效缓解症状，另外，巴豆树的根和叶也可入药，多用于治疗风湿骨痛、皮肤病等。虽说它也有园林价值，可在城市中应用还不多见，相对于它的毒性和药性，的确很少人关注它，因为它也的确没啥颜值，只是认识一下还是有必要的，免得把它当成野果摘去吃。叁关于巴豆药用的故事，民间流传最多的是李时珍跟它的渊源。有一位六十多岁的老人，常年患腹痛溏泻之病，后来，有人建议去请李时珍治疗。李时珍把脉发现脉象沉滑，断定是“脾胃久伤，冷积凝滞”之症。腹泻仅仅是病症的外在表现，只有去除冷积，才能从根本上根治。令人目瞪口呆的是李时珍开出的药方居然是让病人服用巴豆丸。在人们的观念中，巴豆是一味辛热而且有毒的泻药，历代本草书都说要慎用。药方一出，许多老医生立马提出质疑并强烈反对，众人纷纷搬出医书理论来责问李时珍。但李时珍认为，巴豆虽然是一味具有强烈泻下作用的药物，但行医实践却发现它“峻用则有戡乱劫病之功，微用亦有抚缓凋中之妙”，关键在于“配合得宜”把握用量。在李时珍叙述自己经过反复试验，甚至有时自己亲自试吃巴豆，已经掌握了用药的度，因此他对自己的药方充满信心，老人胆战心惊地服用了这味有争议的药。没想到服药后，病人连续两天没有腹泻，气色也一天好过一天，慢慢的油腻和瓜果蔬菜也可以自由食用了，最后奇迹般地痊愈了。关于巴豆就介绍到这了，你认识了吗？这植物含有剧毒，却是治病良药，若山中遇见，别当野果摘去吃。“如果你喜欢这篇文章，你的点赞、留言与转发，才是对我最大的鼓励！”

图片来源：quanta magazine我们所处的空间与时间，或许不是连续的？一个名为“圈量子引力”的量子理论，就提出了离散时空的概念。现在，一项由多位华人科学家主导的研究，让该理论进入全新的阶段——在实验室中模拟圈量子引力中的时空量子态。撰文 | 张华编辑 | 吴非20世纪上半叶，量子理论的出现让物理学进入全新的阶段。这时，离散化成为物理学的新潮流。比如，玻尔通过对应原理计算出氢原子的电子能量是离散的，从而得出氢的光谱线；银原子与不均匀磁场相互作用后，自旋角动量的方向也是离散的，这给出了斯特恩-盖拉赫实验中两股银原子飞行轨迹。根据这个思路，一个很容易想到的问题是：既然能量与角动量都是量子化，也就是离散化的，那么时间与空间是不是离散的呢？圈量子引力的诞生一个诞生于1987年的全新理论，就提出了时空是离散的观点。这种物理学思想，就是圈量子引力（loop quantum gravity）理论。在圈量子引力出现之前，最流行的量子引力理论是惠勒-德威特方程。这个方程类似于量子力学的薛定谔方程：在惠勒-德威特方程中，整个宇宙空间可以看成波函数，这个波函数的演化满足薛定谔方程。但是，惠勒-德威特方程存在很多问题，因此后来被淘汰了。20世纪80年代中期，卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）和阿比耶·阿什特卡尔（Abhay Ashtekar）、李·斯莫林（Lee Smolin）开始重新考虑这个问题。他们在惠勒-德威特方程的基础上，创建了圈量子引力理论。罗韦利在接受采访时，介绍了圈量子引力的诞生经历：“1987年夏天，我还是一个对量子引力问题感兴趣的年轻博士后，到处拜访这个领域的科学家。当我去耶鲁大学拜访斯莫林时，他告诉我，他发现了惠勒-德威特方程的一些奇怪的解——在那里，空间中每个圈都有一个可能的解。于是，我开始和斯莫林合作。我们意识到，他的解可以成为量子引力的新基础。”随后，罗韦利和斯莫林去了美国锡拉丘兹大学，和当时在该校任职的阿什特卡尔合作，三人共同发展了圈量子引力理论。这个理论涉及到一个积分，这个积分是沿着时空中的一些小圈而进行的，所以这个理论叫做“圈”量子引力，它没有像惠勒-德威特方程那样采用薛定谔方程，而是采取了海森堡方程的模式（需要找到一对正则变量来进行量子化）。该理论认为，时间和空间由离散的块组成。物理学家定义了圈量子引力中基本单元的体积算符与面积算符，这些算符都有离散的本征值。这些最小的面积、体积不是连续变化的，因此该理论实现了时空的量子化。圈量子引力概念图量子自旋网络前面说到，在圈量子引力中，空间是离散的。因此，三维空间可以被分成无数个基本的量子四面体。那么，物理学家如何刻画这些量子四面体呢？这与1971年物理学家罗杰·彭罗斯提出的量子自旋网络有关。量子自旋网络的构造用到了对偶的思想。如果存在一个多面体的空间量子，在量子自旋网络中，可以用多面体的中心点表示这个多面体的体积，而用穿过各个表面的线条来表示其面积。以下图为例，a图是一个正方体，假设这个正方体的边长是2普朗克长度，那么每个面的面积是4个普朗克面积，这个正方体的体积是8个普朗克体积。因此，如果用量子自旋网络来表示，那么就是b图。图上的这些数字，均与各个面对应的自旋有关。在圈量子力学的模型中，最基本的空间量子是一些量子四面体。这些量子四面体对应的量子自旋网络如下图所示。当然，这种量子四面体是在普朗克尺度下才出现的。对于量子四面体来说，其四个面的面积可以存在量子波动。论文共同第一作者，美国佛罗里达大西洋大学的物理系教授韩慕辛提到：“虽然空间的基本量子不一定是正四面体，而是各种形状的四面体，但无论四面体形状存在什么样的量子涨落，其涨落的规律还是满足海森堡不确定原理的。”四面体每个面的面积都是量子化的，其面积算符可以用表示自旋的角动量算符J来刻画。（角动量算符J标记了每个面的有向面积）如同电子具有波函数，作为一个量子对象，量子四面体的波函数状态可以用量子态来刻画。从几何意义上来说，因为四面体是封闭的，所以这个量子态必须满足一定的条件，那就是四个角动量算子求和以后，作用到这个量子态必须等于零。即：（J1、J2、J3、J4分别为4个面的角动量算符）将量子四面体中各个面的面积固定后，四面体的形状还可以改变，因为面与面之间的二面角没有确定。而量子空间的演化信息，就包含在二面角里。论文通讯作者之一、复旦大学物理系教授万义顿说：“量子四面体基本单元之间的相互作用，造成量子空间的演化，从而形成四维的量子时空。其中最基本的相互作用是5个量子四面体之间的5点相互作用，这可以类比于粒子物理中的相互作用。”核磁共振模拟圈量子引力在这项发表于《物理学通讯》的最新研究中，万义顿、鲁大为、曾蓓三位通讯作者组织的研究团队用量子计算机模拟圈量子引力，也就是通过量子计算机构造量子四面体，然后模拟量子态以及它的演化。无论什么类型的量子计算机，都要先有一个量子系统。核磁共振系统作为发展较早的量子计算平台，由于可控性较高，被广泛运用在数字量子模拟当中。在这项模拟工作中，物理学家使用核磁共振量子系统制备了量子四面体对应的量子态。这一实验是在加拿大滑铁卢的量子计算研究所完成的。研究团队使用了用碳13标记的巴豆酸分子。这种分子的分子式为C4H6O2，包含4个碳原子，其退相干时间很长，适合做量子计算。在室温下使用700兆赫兹的布鲁克核磁共振谱仪，对量子比特进行操控和测量。通过这个4量子比特系统，他们构造出一个可以模拟量子四面体的空间。巴豆酸分子的结构 “在碳13同位素标记后，由于巴豆酸分子中碳原子核的个数是奇数，即核自旋是1/2，核自旋为1/2的碳原子在磁场中发生能级分裂，形成2能级系统。这就是一个量子比特的来源。”深圳鹏城实验室的助理研究员李可仁解释道。作为论文共同第一作者，他参与了整个模拟实验。在实验中，他们用巴豆酸分子制备量子四面体对应的量子态，并通过测量面与面之间的夹角以及各个面的面积，来验证量子四面体的性质。依据这些输出数据，可以检验实验制备量子四面体的角动量是否满足这个关键方程：通过对10个上述量子四面体的研究，研究团队验证了所制备的量子态与圈量子引力中的量子四面体的对应关系。他们的工作说明，通过量子计算机，可以实现对量子时空的模拟。这是华人科学家为主的研究团队首先用量子计算机模拟量子引力，他们所取得的这些进展，在一定程度上把量子引力拖入到一个可用实验室实验进行检验的新阶段。原始论文本文由微信公众号“环球科学”（ID：huanqiukexue）授权转载转载请先联系newmedia@huanqiukexue.com编辑：赤色彗星

本报讯（中青报·中青网记者 胡春艳 通讯员 吴军辉）日前，南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室刘林教授团队成功将卵巢颗粒细胞重编程为具有生殖系转移能力的诱导性多能干细胞，进而分化为卵子，并通过正常受精获得了健康小鼠。该突破属世界首次，为保持生育能力、调节机体内分泌等研究开辟了新思路。卵子是孕育生命的关键，卵巢衰老最主要的表征为卵子数量和质量的急剧下降。女婴出生时，储存在体内的卵子数量就已确定。随着年龄增长，周期性排卵、卵泡闭锁及外界环境的危害均会导致体内卵子数量逐渐减少，直至枯竭。如果能够从体外获得足够量的卵子补充到体内的卵巢中，将对恢复生殖能力并在临床上治疗生殖衰老等疾病具有重要价值。卵巢颗粒细胞是卵泡中与卵母细胞相互作用并促进卵子发生的一类体细胞，从卵子产生开始，颗粒细胞就一直陪伴在卵子左右，支持卵子的生长和发育。临床上，卵巢颗粒细胞一般作为体外受精的副产物而被丢弃。“每个卵子周围都有数千个颗粒细胞，若能将其诱导为多能细胞并转换为卵母细胞，就解决了卵子数量匮乏的问题。”刘林说。带着这一设想，刘林团队反复试验，最终调制了一种含有巴豆酸钠等化学物质的小分子培养液处理细胞。这种方法能够将卵巢颗粒细胞高效地转变为诱导性多能干细胞，并且这些细胞被证明具有稳定的基因组、逐渐延长的端粒和较高的质量。此外，通过另一种含有维生素C等化学物质的小分子培养液支持卵泡的组装和卵子的发育，能够使得颗粒细胞来源的多能干细胞成功进入减数分裂，并分化形成卵子。这些卵子也具有稳定的基因组，并能够进一步形成健康的小鼠后代。刘林强调，人类颗粒细胞的性质、诱导性多能干细胞的产生以及生殖细胞的发育模式均与小鼠存在一定的区别，但最近的研究已经能够利用人的胚胎干细胞分化形成卵子的前身——卵原细胞，这为体外形成卵子提供了很好的基础。日前，相关论文发表于国际学术刊物《细胞报告》（Cell Reports）上，国际顶级刊物《细胞》（Cell）将其作为头条文章推荐。（来源：中国青年报）