量子纠缠新进展；女性更难获得加拿大联邦科研经费 | 一周科技速览_风闻

**编辑 |**杨凌、董唯元、韩若冰、周立新、陈航

目  录

1. 量子纠缠网呈现新型非定域关联

2. “自私”基因影响小鼠后代性别

3. 女性更难获得加拿大联邦科研经费

4. 一半常用药物会严重影响肠道菌群

5. 3D打印用生物墨水制造可移植的仿生血管

量子纠缠网呈现新型非定域关联

如果系统的量子态 

 不能分离为直积形式

的话，A和B就处于纠缠态。即使A和B相隔万里，其中一个态发生塌缩时另一个也立即塌缩，而且A和B并不是像事先装进两黑盒子的一副手套那种的“预先确定状态”，而是在塌缩之前一直保持各种可能性的“叠加态”。

爱因斯坦曾嗤之为“幽灵般的超距作用”，然而现代研究不仅证实了这种非定域强关联关系的存在，而且更加明确的认识到纠缠关系是极为普遍的存在。现实中几乎不可能制备出独立于任何纠缠关系的纯态，可以毫不夸张的说，我们就是时刻身处在复杂的量子纠缠网络之中。

不久前，日内瓦大学的Marc-Olivier Renou及其同事们，巧妙的设计构建了由三对纠缠关系形成的三节点纠缠网络，并在其中发现了相当有启发性的新型非定域关联关系**[1****]**。这个系统中，每个节点与另外两个节点间的关联关系颇为微妙，其关联强度既不是黑盒藏手套那样经典范畴的关联，也不是一般量子纠缠态研究者所熟悉的状如Bell态 

这类的关联。Renou团队的发现预示着，我们所身处的这个宇宙内，非定域关联关系可能比我们原本预想的要更加复杂多样。

该项研究中另一个有趣的成果，同时也是这项研究的主要目标，就是以一种新的方式展现量子非定域行为。传统检视非定域关联的手段，是1964年Bell提出的方法。研究者需要收集纠缠关系中各方的塌缩结果，然后将统计数据代入Bell不等式或CHSH不等式这类经典关联条件，通过否定不等式关系来显示非定域的关联关系。

这种传统手段弊病颇多，统计数据需要以经典方式传递，受光速上限限制，存在不可回避的滞后，且存在被干扰或篡改的风险。即使忽略这些工程因素，理论上这些不等式也只是进行概率验证，必须进行非常大样本量的检查，并保证初始条件足够随机，才能获得较为可靠的结论。

Renou团队的工作，开创性的实现了只依靠本地局部数据就可进行纠缠状态的展现。在他们所构建的纠缠网络中，每个节点甚至无需从其他节点获得输入，便能够检视整体纠缠状态。这无疑比传统的各种概率统计验证法更具优势。这一成果改善了已延续半个多世纪的实验方法，在未来的量子计算、量子通信等领域具有巨大的潜在应用价值。

[1] Genuine Quantum Nonlocality in the Triangle Network. Marc-Olivier Renou et al, 2019.

“自私”基因影响小鼠后代性别

根据英国和法国多个大学合作的一项新研究**[1****]**，小鼠体内基因的分子功能对其后代的性别具有重大影响。

正常情况下，遗传法则确保携带X或Y染色体的精子与卵子结合的机会均等，因此父母生育女儿或儿子的机会均等。然而，Y染色体部分缺失的雄性小鼠（称为“Yqdel雄性”）违反了这一铁律，后代中的雌性比例远高于雌性。新研究揭示了该现象发生的原因，其关键在于精子的形状及游动能力。

首先，研究小组表明Yqdel雄性后代的性别比例异变可以通过体外受精来逆转，这证明了Yqdel雄性产生的携带X和Y染色体的精子数量相同，并且与卵子结合之后两种类型的精子产生后代的能力一致。

接下来，研究小组使用高分辨率显微镜和先进的计算机图像分析方法，证明来自Yqdel雄性的精子与正常精子相比发生了缩小和扭曲。重要的是，携带Y染色体的精子比携带X染色体的精子受到的影响更大，功能受到损害。利用DNA染色技术，研究人员证明了携带X和Y染色体精子之间的形状差异是由基因表达差异引起的，而不仅仅是由DNA的丢失引起的。

最后，研究人员对Yqdel雄性的精子开展“竞赛”，分离出游动最快的精子，并通过染色技术证实了这些主要是携带X染色体的精子，从而解释了Yqdel后代中雌性的比例优势。

领导这项研究的Peter Ellis博士说：“当Y染色体上出现基因缺失，X染色体上的基因会破坏精子头部发育，使携带Y染色体的精子游动得更慢，并确保了携带X染色体的精子在争夺卵子的竞赛中保有‘自私’优势。”

[1] Differential Sperm Motility Mediates the Sex Ratio Drive Shaping Mouse Sex Chromosome Evolution. Claudia Cattoni Rathje et al, 2019.

女性更难获得加拿大联邦科研经费

加拿大多伦多大学的Karen Burns及其同事在最新一期PLOS医学周刊上发表文章指出**[1****]，相比于男性，女性从加拿大卫生研究机构（CIHR）获得拨款和科研奖项[2****]**的几率要小得多。

之前已有研究发现，无论在哪个学术职业生涯阶段，与男性相比较，有更多的女性离开了所在的学术机构，同时这项研究也暗示了女性获得的资助要少于男性。在最新一项研究中，研究人员追溯了CIHR从2000年到2015年之间的55700名拨款申请和4087名科研奖项申请者，其中的女性申请者占比是31.1%和44.7% 。通过对CIHR下属的全部13个机构的研究，女性申请者获批的可能性明显要小。

在癌症、循环与呼吸、健康服务与政策研究、肌肉骨骼与关节健康这四个领域，女性直接申请获批的几率要明显小于男性。但女性直接申请土著人群健康研究的获批几率则高于男性。需要说明的是，这项研究使用的数据没有深入到申请人的其他参数，比如地域或者年龄等。

[1] Gender differences in grant and personnel award funding rates at the Canadian Institutes of Health Research based on research content area: A retrospective analysis.

Karen E. A. Burns et al, 2019.

[2] 如加拿大政府提供的New Investigator Personal Award科研奖项。

一半常用药物会严重影响肠道菌群

根据2019年欧洲联合胃肠病学周（UEG Week）上发布的一项新研究**[1****]**，18种常用药物类别对于肠道微生物群的分类结构和代谢潜能存在广泛影响，还有8种不同类别的药物会增强肠道微生物群抗生素耐药机制。

肠道菌群是生活在肠道中的微生物群，包含数十万亿计的微生物，其中包括至少1000种不同的已知细菌。人体肠道菌群的数量受到包括药物在内的许多不同因素影响。在过去的15年中，许多研究报告了肠道菌群在肥胖症、糖尿病、肝病以及癌症和神经退行性疾病期间的变化。

格罗宁根大学和马斯特里赫特大学两家医学中心的研究人员研究了41种常用药物类别，并评估了来自炎症性肠病（IBD）患者、肠易激综合征（IBS）患者与健康对照人群的1883个粪便样本。研究发现对微生物群影响最大的药物类别包括：

• 质子泵抑制剂（PPI）：治疗消化不良、消化性溃疡、幽门螺杆菌感染、胃反流和Barrett食管**[2****]**• 二甲双胍：治疗2型糖尿病• 抗生素：治疗细菌感染，每年34％的欧洲人口服用抗生素• 泻药：治疗和预防便秘

PPI服用者显示出上消化道细菌数量增加和脂肪酸产量增加，而二甲双胍服用者的潜在有害大肠杆菌水平更高。

研究还发现了另外7类药物与肠道细菌种群的显著变化有关。IBS患者服用某些抗抑郁药的行为与大量潜在有害的细枝真杆菌有关。口服类固醇与高水平的产甲烷菌有关，而产甲烷菌与肥胖与身体质量指数（BMI）升高有关。

领导研究的Arnau Vich Vila说：“了解药物使用对肠道微生物群的后果至关重要。我们的研究强调了在设计治疗方案时应考虑肠道微生物群作用的重要性，并提出了可以解释与药物使用相关的某些副作用的新假设。”

[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/sh-hoa101519.php

[2] 注：一种疾病。英国人Barrett首先报道，因此被称为Barrett 食管 ，中文译为巴雷特食管。

3D打印用生物墨水制造可移植的仿生血管

通过一种改良的3D细胞打印技术和生物墨水，可以制造一种仿生血管，包括人类主动脉的平滑肌细胞和脐静脉的内皮细胞。这是一种优于现有工程组织的双层全功能血管，在3D打印血管临床应用方面取得了关键性的进展。目前，该研究已发表在美国应用物理学会期刊《应用物理评论》上**[1****]**。

科学家将这种人造血管作为腹主动脉移入6只大鼠体内，在接下来的几周时间里，观察到老鼠的成纤维细胞在移植体表面形成了一层结缔组织，使得植入的人造血管成为现存活体组织的一部分。科学家还披露了所提出的三同轴3D打印技术细节，以及对工程组织独特的结构、物理强度和生物活性的分析等**[1****]**。

使用三同轴细胞打印技术构建的仿生组织工程血管，由平滑肌层包围的内皮层构成 | 图片来源[1]

该研究的第一作者Gao Ge表示：“人造血管是拯救心血管疾病患者的重要工具”。“临床使用中常常有聚合物制成同类产品，但它们没有活细胞，并不具备血管功能。我们的目标是制造一种活的、有功能的血管移植物。”使用天然材料基生物墨水打印出的人造血管可以保持血管的自然复杂性，加速血管功能组织的生长，增强血管强度，提高血管的抗血栓功能。人造血管的3D打印技术在实验室中也逐渐得到完善，血管的生物和物理特性得以调整，可以制备出完全仿制自然血管功能，具备精确壁厚尺寸、细胞排列、喷出压强、抗拉强度及收缩能力的人造血管。

Gao Ge表示，他们将继续研制增加血管强度的制备过程，让人造血管的强度接近人类的冠状动脉。他们还进一步计划对血管移植物进行长期评估，观察在植入环境中的继续发育，以及成为真正的组织后的表现。

[1] http://dx.doi.org/10.1063/1.5099306

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