本周Nature论文推荐|18年12月13日刊

来源: | 发布时间:2020-08-16 04:57

封面图片:Murali Krishna/IQOQI

封面故事:基于量子纠缠的波分复用量子通信网络

使用量子密钥为通信加密的技术已经足够成熟,可在现实世界中应用。但迄今为止,这种量子密钥分发仅限于两方之间的通信。在本期《自然》中,Sören Wengerowsky及同事描述了一种全通型量子网络架构,其一个纠缠光子源可向四个不同用户分发量子态,且每个用户都能生成一个保证安全通信的量子密钥。研究人员表示该网络可轻松扩展至容纳更大数量的用户,因为添加用户无需纠缠源适应。此外,该网络可在通信频段上运行,无需主动开关元素,这意味着该网络能够以较高的量子通信速度运行。

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论文An entanglement-based wavelength-multiplexed quantum communication network

全球变暖可导致太平洋东部厄尔尼诺现象变化更剧烈

根据本周《自然》发表的一篇论文,全球变暖将会让太平洋东部厄尔尼诺现象的变化更剧烈。这或将导致未来的极端天气事件变得更加频繁。

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是地球上影响力最大的气候变化;东太平洋厄尔尼诺与太平洋东部地区的洪水和太平洋西部地区的干旱有关。太平洋东部海面温度是判断该地区厄尔尼诺的一个关键指标,但是各种关于海面温度对于全球变暖的响应的模型无法达成统一,这也就意味着全球变暖对于ENSO的影响依然不甚明确。此外,过去的大部分研究评估的是特定地理区域的变化,因此所得结论不够全面。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)海洋大气研究所的蔡文炬及同事研究了国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中的17个气候模型,以评估在未来全球变暖的场景下,太平洋东部厄尔尼诺现象的变化。通过追踪每一个模型的异常中心(温度变化最极端的位置),作者发现几乎所有模型(88%)都预测各自异常中心的海面温度的波动幅度将变大。这对应的是在目前阶段(1900年-1999年)和未来预测期(2000年-2099年)之间,太平洋东部厄尔尼诺海面温度的变化幅度整体平均上升15%。

这一增幅意味着太平洋东部“强”厄尔尼诺事件(指海面温度明显异常)的数量将增加。作者总结表示,有鉴于此,我们应该预期未来将有更多极端天气事件发生。

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论文:Increased variability of eastern Pacific El Niño under greenhouse warming

新闻与观点:El Niño events will intensify under global warming

婆罗洲洞穴发现迄今最古老具象画

《自然》在线发表的一篇论文描述了一幅迄今已知最早的具象绘画。婆罗洲发现的这幅洞穴画描绘了一只并不清晰的动物图案,可以追溯到至少4万年前。

婆罗洲东加里曼丹省的石灰岩洞穴内含有数千幅岩石画,主要分为三个阶段:早期为红橙色的动物(主要为野牛)画像和手印画;中期为深紫红色的手印画和复杂图案,旁边还有一些人物描绘;晚期为黑色颜料画的人物、船只和几何图案。不过,这些作品的具体创作时间一直尚待考证。

澳大利亚格里菲斯大学的Maxime Aubert及同事对Lubang Jeriji Saléh洞穴中发现的一副红橙色大型绘画进行了研究。画中描绘了一只无法确定的动物。通过铀系法,作者对画上覆盖的石灰岩风化壳进行了测年。经测定,这幅被覆盖的画作最少可追溯到4万年前,使其成为迄今已知的最古老具象画。 

据称,同一洞穴发现的另外两幅红橙色手印画至少有3.72万年的历史,第三幅画的历史最长可达5.18万年。根据这些年代测定,作者认为婆罗洲当地岩石艺术的创作时间约为5.2-4万年前,与欧洲发现的由现代人创作的最早艺术作品约同一时间出现。此外,作者还对几幅深紫红色艺术阶段的作品进行了测年,推断其可以追溯至2.1-2万年前。这一较后期的阶段证明了艺术作品从对大型动物的描绘到对人类世界大量呈现的文化转变。

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论文:Palaeolithic cave art in Borneo

建立功能性胎盘类器官

《自然》在线发表的一篇论文对建立稳定长期的人体胎盘类器官进行了描述。这些类器官模型代表了人体胎盘发育研究的一项重大创新。

许多妊娠疾病如子痫前期、胎儿生长受限、死产,都会在妊娠早期出现胎盘发育异常。但是,由于缺少进行实验的功能性模型,对人体胎盘的认识一直受限。一个解决策略是通过实验室体外培养,开发出器官的小型简化模型——类器官。

英国剑桥大学的Ashley Moffett及同事描述了如何从妊娠早期人体胎盘(妊娠6-9周)中获得的特定滋养层细胞,建立长期、遗传稳定的类器官培养物。培养物生长迅速,10-14天后就发育成三维类器官结构。一年后,三个随机选择的培养物仍在健康发育。

类器官与生理发育正常的妊娠早期胎盘非常相似,具有典型的胎盘功能特征,如分化成特定类型的滋养层细胞、发育成绒毛(指状)结构、分泌胎盘特异性激素,包括人绒毛膜促性腺(hCG)激素,hCG是胚胎植入子宫壁后,胎盘产生的激素。这些“孕期”激素分泌物可以通过非处方妊娠试验检测出。这些类器官可用于研究妊娠期间发生的生理、代谢和激素变化。

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论文:Trophoblast organoids as a model for maternal–fetal interactions during human placentation

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