量子糾纏新進展；女性更難獲得加拿大聯邦科研經費 | 一週科技速覽_風聞

**編輯 |**楊凌、董唯元、韓若冰、周立新、陳航

目  錄

1. 量子糾纏網呈現新型非定域關聯

2. “自私”基因影響小鼠後代性別

3. 女性更難獲得加拿大聯邦科研經費

4. 一半常用藥物會嚴重影響腸道菌羣

5. 3D打印用生物墨水製造可移植的仿生血管

量子糾纏網呈現新型非定域關聯

如果系統的量子態 

 不能分離為直積形式

的話，A和B就處於糾纏態。即使A和B相隔萬里，其中一個態發生塌縮時另一個也立即塌縮，而且A和B並不是像事先裝進兩黑盒子的一副手套那種的“預先確定狀態”，而是在塌縮之前一直保持各種可能性的“疊加態”。

愛因斯坦曾嗤之為“幽靈般的超距作用”，然而現代研究不僅證實了這種非定域強關聯關係的存在，而且更加明確的認識到糾纏關係是極為普遍的存在。現實中幾乎不可能製備出獨立於任何糾纏關係的純態，可以毫不誇張的説，我們就是時刻身處在複雜的量子糾纏網絡之中。

不久前，日內瓦大學的Marc-Olivier Renou及其同事們，巧妙的設計構建了由三對糾纏關係形成的三節點糾纏網絡，並在其中發現了相當有啓發性的新型非定域關聯關係**[1****]**。這個系統中，每個節點與另外兩個節點間的關聯關係頗為微妙，其關聯強度既不是黑盒藏手套那樣經典範疇的關聯，也不是一般量子糾纏態研究者所熟悉的狀如Bell態 

這類的關聯。Renou團隊的發現預示着，我們所身處的這個宇宙內，非定域關聯關係可能比我們原本預想的要更加複雜多樣。

該項研究中另一個有趣的成果，同時也是這項研究的主要目標，就是以一種新的方式展現量子非定域行為。傳統檢視非定域關聯的手段，是1964年Bell提出的方法。研究者需要收集糾纏關係中各方的塌縮結果，然後將統計數據代入Bell不等式或CHSH不等式這類經典關聯條件，通過否定不等式關係來顯示非定域的關聯關係。

這種傳統手段弊病頗多，統計數據需要以經典方式傳遞，受光速上限限制，存在不可迴避的滯後，且存在被幹擾或篡改的風險。即使忽略這些工程因素，理論上這些不等式也只是進行概率驗證，必須進行非常大樣本量的檢查，並保證初始條件足夠隨機，才能獲得較為可靠的結論。

Renou團隊的工作，開創性的實現了只依靠本地局部數據就可進行糾纏狀態的展現。在他們所構建的糾纏網絡中，每個節點甚至無需從其他節點獲得輸入，便能夠檢視整體糾纏狀態。這無疑比傳統的各種概率統計驗證法更具優勢。這一成果改善了已延續半個多世紀的實驗方法，在未來的量子計算、量子通信等領域具有巨大的潛在應用價值。

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

“自私”基因影響小鼠後代性別

根據英國和法國多個大學合作的一項新研究**[1****]**，小鼠體內基因的分子功能對其後代的性別具有重大影響。

正常情況下，遺傳法則確保攜帶X或Y染色體的精子與卵子結合的機會均等，因此父母生育女兒或兒子的機會均等。然而，Y染色體部分缺失的雄性小鼠（稱為“Yqdel雄性”）違反了這一鐵律，後代中的雌性比例遠高於雌性。新研究揭示了該現象發生的原因，其關鍵在於精子的形狀及遊動能力。

首先，研究小組表明Yqdel雄性後代的性別比例異變可以通過體外受精來逆轉，這證明了Yqdel雄性產生的攜帶X和Y染色體的精子數量相同，並且與卵子結合之後兩種類型的精子產生後代的能力一致。

接下來，研究小組使用高分辨率顯微鏡和先進的計算機圖像分析方法，證明來自Yqdel雄性的精子與正常精子相比發生了縮小和扭曲。重要的是，攜帶Y染色體的精子比攜帶X染色體的精子受到的影響更大，功能受到損害。利用DNA染色技術，研究人員證明了攜帶X和Y染色體精子之間的形狀差異是由基因表達差異引起的，而不僅僅是由DNA的丟失引起的。

最後，研究人員對Yqdel雄性的精子開展“競賽”，分離出遊動最快的精子，並通過染色技術證實了這些主要是攜帶X染色體的精子，從而解釋了Yqdel後代中雌性的比例優勢。

領導這項研究的Peter Ellis博士説：“當Y染色體上出現基因缺失，X染色體上的基因會破壞精子頭部發育，使攜帶Y染色體的精子游動得更慢，並確保了攜帶X染色體的精子在爭奪卵子的競賽中保有‘自私’優勢。”

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

女性更難獲得加拿大聯邦科研經費

加拿大多倫多大學的Karen Burns及其同事在最新一期PLOS醫學週刊上發表文章指出**[1****]，相比於男性，女性從加拿大衞生研究機構（CIHR）獲得撥款和科研獎項[2****]**的幾率要小得多。

之前已有研究發現，無論在哪個學術職業生涯階段，與男性相比較，有更多的女性離開了所在的學術機構，同時這項研究也暗示了女性獲得的資助要少於男性。在最新一項研究中，研究人員追溯了CIHR從2000年到2015年之間的55700名撥款申請和4087名科研獎項申請者，其中的女性申請者佔比是31.1%和44.7% 。通過對CIHR下屬的全部13個機構的研究，女性申請者獲批的可能性明顯要小。

在癌症、循環與呼吸、健康服務與政策研究、肌肉骨骼與關節健康這四個領域，女性直接申請獲批的幾率要明顯小於男性。但女性直接申請土著人羣健康研究的獲批幾率則高於男性。需要説明的是，這項研究使用的數據沒有深入到申請人的其他參數，比如地域或者年齡等。

[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科研獎項。

一半常用藥物會嚴重影響腸道菌羣

根據2019年歐洲聯合胃腸病學周（UEG Week）上發佈的一項新研究**[1****]**，18種常用藥物類別對於腸道微生物羣的分類結構和代謝潛能存在廣泛影響，還有8種不同類別的藥物會增強腸道微生物羣抗生素耐藥機制。

腸道菌羣是生活在腸道中的微生物羣，包含數十萬億計的微生物，其中包括至少1000種不同的已知細菌。人體腸道菌羣的數量受到包括藥物在內的許多不同因素影響。在過去的15年中，許多研究報告了腸道菌羣在肥胖症、糖尿病、肝病以及癌症和神經退行性疾病期間的變化。

格羅寧根大學和馬斯特裏赫特大學兩家醫學中心的研究人員研究了41種常用藥物類別，並評估了來自炎症性腸病（IBD）患者、腸易激綜合徵（IBS）患者與健康對照人羣的1883個糞便樣本。研究發現對微生物羣影響最大的藥物類別包括：

• 質子泵抑制劑（PPI）：治療消化不良、消化性潰瘍、幽門螺桿菌感染、胃反流和Barrett食管**[2****]**• 二甲雙胍：治療2型糖尿病• 抗生素：治療細菌感染，每年34％的歐洲人口服用抗生素• 瀉藥：治療和預防便秘

PPI服用者顯示出上消化道細菌數量增加和脂肪酸產量增加，而二甲雙胍服用者的潛在有害大腸桿菌水平更高。

研究還發現了另外7類藥物與腸道細菌種羣的顯著變化有關。IBS患者服用某些抗抑鬱藥的行為與大量潛在有害的細枝真桿菌有關。口服類固醇與高水平的產甲烷菌有關，而產甲烷菌與肥胖與身體質量指數（BMI）升高有關。

領導研究的Arnau Vich Vila説：“瞭解藥物使用對腸道微生物羣的後果至關重要。我們的研究強調了在設計治療方案時應考慮腸道微生物羣作用的重要性，並提出了可以解釋與藥物使用相關的某些副作用的新假設。”

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

[2] 注：一種疾病。英國人Barrett首先報道，因此被稱為Barrett 食管 ，中文譯為巴雷特食管。

3D打印用生物墨水製造可移植的仿生血管

通過一種改良的3D細胞打印技術和生物墨水，可以製造一種仿生血管，包括人類主動脈的平滑肌細胞和臍靜脈的內皮細胞。這是一種優於現有工程組織的雙層全功能血管，在3D打印血管臨牀應用方面取得了關鍵性的進展。目前，該研究已發表在美國應用物理學會期刊《應用物理評論》上**[1****]**。

科學家將這種人造血管作為腹主動脈移入6只大鼠體內，在接下來的幾周時間裏，觀察到老鼠的成纖維細胞在移植體表面形成了一層結締組織，使得植入的人造血管成為現存活體組織的一部分。科學家還披露了所提出的三同軸3D打印技術細節，以及對工程組織獨特的結構、物理強度和生物活性的分析等**[1****]**。

使用三同軸細胞打印技術構建的仿生組織工程血管，由平滑肌層包圍的內皮層構成 | 圖片來源[1]

該研究的第一作者Gao Ge表示：“人造血管是拯救心血管疾病患者的重要工具”。“臨牀使用中常常有聚合物製成同類產品，但它們沒有活細胞，並不具備血管功能。我們的目標是製造一種活的、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複雜性，加速血管功能組織的生長，增強血管強度，提高血管的抗血栓功能。人造血管的3D打印技術在實驗室中也逐漸得到完善，血管的生物和物理特性得以調整，可以製備出完全仿製自然血管功能，具備精確壁厚尺寸、細胞排列、噴出壓強、抗拉強度及收縮能力的人造血管。

Gao Ge表示，他們將繼續研製增加血管強度的製備過程，讓人造血管的強度接近人類的冠狀動脈。他們還進一步計劃對血管移植物進行長期評估，觀察在植入環境中的繼續發育，以及成為真正的組織後的表現。

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

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