赛事动态 - 第 17 页 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM002——可捕获的二氧化碳来拯救我们的蜜蜂！

蜜蜂是不可或缺的传粉昆虫，每年为全球经济贡献80%的农作物授粉和1830亿美元的产值。然而，在美国，养蜂人每年损失40-50%的商业蜂箱。美国农业部表示，造成这种下降的最大原因是瓦螨。这些外寄生螨以蜜蜂的脂肪体为食，传播致命病毒，导致全球蜂群崩溃。目前用于控制瓦螨的杀虫剂，例如Apivar和Comaphous，虽然有效，但也存在蜂巢内污染、环境毒性、螨虫抗性、温度敏感性，甚至伤害蜜蜂的风险。去年，这项研究评估了30%二氧化碳作为一种无毒、廉价且有效的实验室瓦螨治疗替代方案。今年，研究人员进行了一项广泛的田间试验，在相同田间条件下，使用45个蜂箱（每个处理组15个）比较了二氧化碳、Apivar和Comaphous三种处理方法的有效性。采用糖摇试验监测蜂螨种群。每个蜂巢用糖摇晃3次，并在处理前、处理后3天、1周、2周、3周、4周、5周和6周记录瓦螨种群数量。开发了一个卷积神经网络，用于预测蜂农未来蜂巢内螨虫数量。数据通过方差分析、Kruskal-Wallis检验和事后检验进行统计分析。数据显示，二氧化碳可消除96.2%的瓦螨，其次是Apivar（95.7%）和Comaphous（87.3%）。总而言之，这些发现表明二氧化碳可以作为一种高效的瓦螨治疗方法。这种新颖的治疗方法具有商业应用潜力，并有望扭转全球蜜蜂数量的下降趋势。

Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM014 - 用于模拟血癌中 BCL-2 的海洋双壳贝类

据报道，抗凋亡B细胞白血病/淋巴瘤 (Bcl-2) 家族蛋白在约一半的人类癌症中过表达，这与肿瘤形成、化疗耐药性和不良预后相关。有效地模拟白血病中这种复杂的分子相互作用对于将其发展为治疗靶点至关重要，但现有模型的成本高昂且耗时长，限制了研究。播散性肿瘤 (DN) 是一种自然存在于双壳贝类血细胞中的可传播癌症，与人类白血病具有显著的分子相似性。\n\n为了确定人类和双壳贝类 Bcl-2 的功能相似性，M. mercenaria 分别暴露于浓度分别为 0.1 mg/kg、0.3 mg/kg 和 0.6 mg/kg 的广谱 Bcl-2 抑制剂 AT101。在剂量阈值以上的治疗组中，肿瘤细胞和正常细胞均受到了显著的细胞毒性，这表明 DN 的剂量反应与人类敏感性一致，细胞活力、肿瘤细胞分数和脂质积累的变化与 0.3 mg/kg 的人体研究反应相似。\n\n还研究了熊果酸（一种预测与 Bcl-2 蛋白具有高结合亲和力的物质）和生物增强剂胡椒碱的联合作用，作为一种新的化疗组合，结果显示肿瘤生长显著减缓（p<0.02），脂质滴产生减少（p<0.02），对正常细胞的细胞毒性最小。\n\n结果表明，熊果酸和胡椒碱可进一步作为选择性治疗组合进行探索，并强调双壳类动物作为有效体内癌症模型的能力，在高通量药物筛选、最大程度减少脊椎动物检测和降低新药候选筛选早期阶段每个样本成本 50 倍以上方面具有潜在应用。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM003 - 纬度塑造昼夜节律革命

昼夜节律是一个24小时的生物钟，它根据环境光信号调节生理和行为周期。先前关于果蝇昼夜节律的研究主要集中在北美果蝇品系，但人们对纬度对赤道和南半球果蝇种群昼夜节律特征的影响知之甚少。因此，本研究重点探讨不同纬度的果蝇品系是否表现出不同的昼夜节律特征。我比较了赤道和中高纬度果蝇品系在持续黑暗（DD）条件下的节律稳定性、周期长度和活动水平。结果表明，赤道果蝇品系在持续黑暗（DD）条件下保持稳定的昼夜节律，类似于它们在12:12光暗循环（LD 12:12）下的行为。相比之下，两个半球的中高纬度果蝇品系表现出紊乱的节律，与正常光照条件下的稳定模式不同。此外，还观察到不同品系在运动活动和节律强度方面存在差异。基因分析发现，关键昼夜节律基因per和tim的调控区域存在多个单核苷酸多态性（SNP），提示生物钟功能纬度依赖性变异可能存在遗传基础。这些发现为理解环境选择压力如何驱动生物钟的进化提供了新的见解，并提出了昼夜节律分化可能在生殖隔离和物种形成的早期阶段发挥作用的可能性。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM050T - BeeShield：创新型瓦螨防护

瓦螨是最危险的蜜蜂寄生虫，危害着全球养蜂业，导致产量下降超过40%，估计每年的经济损失高达数十亿美元。目前，尚无有效的防治方法。因此，化学处理仍然是主要的解决方案。这些传统方法通常涉及用有害化学物质熏蒸或喷洒蜂巢，产生的有毒残留物会对蜂群中的所有蜜蜂造成不利影响。我们的项目旨在利用蜂巢入口处的蜜蜂行为，开发一种创新的瓦螨防护隧道。观察显示，受螨虫感染的蜜蜂与健康蜜蜂相比，表现出不同的飞行模式、行走步态和卫生行为。这些模式被用于开发一种深度学习算法，作为区分健康和受感染蜜蜂的模型。为了找到一种合适的有机物质用于蜂巢入口处的除螨，我们发现75%的甲酸可以有效去除螨虫，而不会改变蜜蜂的梳理行为或导致死亡。随后，我们开发了“BeeShield”，这是一种自动化瓦螨防护隧道，旨在监测和治疗受螨虫侵染的蜜蜂，并优化甲酸施用。这种新颖的系统能够100%地防止螨虫侵染，有效防止蜂巢入侵。因此，蜜蜂的健康状况显著改善，死亡率降低了四倍。这反过来又使蜂蜜产量与对照组相比增加了三倍。至关重要的是，由于采用的是外部处理，蜂蜜的质量并未受到影响。这项创新为养蜂业面临的挑战提供了解决方案，并通过增强粮食安全促进了可持续农业的发展。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM010 - 生成红火蚁特异性 RNAi 杀虫剂

火蚁每年造成数十亿美元的经济损失，而常见的防治方法会杀死特定区域内的所有昆虫，即使是有益的昆虫也难逃一死。由于我所在的社区深受火蚁之害，因此我想设计一种能够解决这一问题的杀虫剂。我假设存在一些序列，可以靶向它们来生成一种RNAi杀虫剂，这种杀虫剂可以专门杀死火蚁，而不会杀死任何其他生物。我首先进行了文献综述，确定了大约20个在成年蚂蚁中被RNAi敲除后可能致命的基因，然后确定了这些基因中与其他物种相似性较低的区域。总共在四个不同的基因中确定了候选序列，并设计了针对这些基因的RNAi分子。我收集了火蚁和木蚁，用不同的RNAi分子处理，并记录了它们在接下来的七天内的存活率。我发现，针对这些必需基因的RNAi分子各自都能降低火蚁的存活率，但只有一种（针对RPPO基因的RNAi）对密切相关的木蚁的存活率没有影响。总而言之，我的研究结果支持了我的假设：存在一些序列可以被靶向，从而生成一种RNAi杀虫剂，这种杀虫剂可以专门杀死火蚁，而不会杀死其他生物。入侵物种是我们环境中的一个巨大问题，本项目创建的控制技术可能代表了一种可行的方法，可以在不伤害重要本地物种的情况下消灭入侵昆虫。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM021 - 生物创新海绵可减少螃蟹同类相食

本研究旨在提高蓝梭子蟹幼体在放归自然栖息地前的存活率，从而减少对环境的影响。蓝梭子蟹（Portunus pelagicus）在海洋生态系统中发挥着至关重要的作用，泰国对其进行人工养殖以增加其种群数量。然而，由于庇护所不足、食物匮乏以及不适宜的自然环境条件，导致同类相食，蓝梭子蟹的存活率仍然极低，仅为1%。海水温度上升进一步威胁着幼体的存活。我们研究了攻击性因素，重点关注自然环境条件和庇护所的可用性。研究考察了光的颜色（红、绿、蓝、白）和光强（<1,000、1,000、2,200、3,000 勒克斯），其中1,000 勒克斯红光下的存活率最高，为22%。一种生物创新海绵由研磨贻贝壳与聚乳酸混合而成，其孔隙结构的设计灵感源自黄管海绵、维纳斯花篮海绵和红海龟海绵。优化的生物材料混合物配比被挤压成功能性细丝。最合适的孔隙结构（红海龟海绵）和色素沉着（蓝色）显示出最高的成活率，为33%。当应用于蟹塘时，这些海绵在七天内将成活率提高到35.9%，比对照组高出1.5倍。研究人员使用深度学习YOLO算法，对3000多张图像分析了攻击性水平和成活率，准确率达到92%。研究结果证实，生物塑料海绵可以增加庇护所的可用性，减轻压力，提高成活率，使更多的远洋对虾（P. pelagicus pelagicus）被释放到自然栖息地。这项水产养殖创新支持远洋对虾种群恢复、可持续保护和长期海洋生态系统平衡。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM016 - 利用蚂蚁处理食物垃圾分解

蚂蚁能够帮助种子传播和清道夫，是我们生态系统中经常被忽视的基础部分。事实上，根据《动物生态学杂志》的报道，蚂蚁贡献了森林中超过 61% 的清道夫。由于蚂蚁具有出色的分解能力，本研究旨在利用蚂蚁来对抗食物垃圾和城市固体废物 (MSW) 填埋场的甲烷排放。在气候变化迅速改变全球气候的当今世界，这项研究至关重要。在这项研究中，一种由蚂蚁组成的新型好氧消化器成功地将食物垃圾分解成肥沃的堆肥，并利用产生的沼气发电。通过微量给药和测试不同属蚂蚁物种的代谢率，确定分解食物垃圾能力最强的物种是 C. castaneus 蚂蚁。研究人员利用C. castaneus蚂蚁开发了一个计算模型，结果表明，仅需每人43,000只C. castaneus蚂蚁参与消化系统中的食物垃圾分解，就能减少20%的甲烷排放，这为实现可持续的未来提供了一个可行的解决方案。随后，研究人员将这些蚂蚁应用于好氧消化器的设计中，以测试原型的效率。该消化器设计的平均效率高达83.333%。蚂蚁拥有通过改变全球食物垃圾管理方式，大幅减缓气候变化的力量。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM026 - 猛禽小队的静默飞行

猫头鹰的翅膀堪称机械奇迹，专为静音飞行而设计。每根羽毛的后缘都有后缘流苏，这对于减少空气涡流至关重要，从而显著降低飞行噪音。关于后缘流苏的研究主要集中在其工作原理上，而不是鸟类的后缘。本项目旨在回答以下问题：流苏的存在和长度是基于系统发育（与谁有亲缘关系）还是生态学（特别是狩猎行为）？为了解答这个问题，研究人员测量了各种猛禽的翅膀样本。他们在每个翅膀的几根羽毛上取五个点进行流苏测量，以确定流苏长度。数据显示，流苏长度与生态学的相关性高于与系统发育的相关性。例如，巴菲渔鸮。这种猫头鹰与大角鸮关系密切；然而，它们的流苏长度更接近鱼鹰（另一种捕食鱼类的鸟类）。因此，生态环境，尤其是狩猎习惯，而非系统发育，似乎是决定鸟类是否拥有流苏的最大因素。这项研究揭示了猛禽流苏存在和无声飞行背后更复杂的因素。进一步的研究将探索像巴菲渔鸮这样的猫头鹰失去流苏是否会对流苏的进化造成损害。无声飞行对工程学也具有深远的影响。了解如何使风车和飞机等我们的发明变得安静，有助于减少噪音污染及其对原生栖息地的影响。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM013T-巨型水虫增强

由于环境变化、杀虫剂使用和栖息地破坏，食用昆虫大田鳖（Lethocerus indicus）的数量正在下降。本研究旨在确定最佳饲养条件和喂养策略，以实现高效养殖，从而提高田鳖产量。实地调查显示，大田鳖是泰国最常见的物种，生命周期为 73-83 天。最佳养殖比例为 1 雌 1 雄，但面临的挑战包括存活率低、同类相食以及有利于雌性的性别比例不一致。我们构建了人工智能辅助形态学分析，以增强性别分化，最大限度地减少养殖效率低下。环境因素影响养殖成果。雨季（30-35◦C、70-80% 相对湿度、250-600 毫米降雨量）有利于更高的生长、产卵和存活率。在炎热季节，雄性后代更为普遍。为了解决虾苗和蝌蚪等天然饲料成本高、寿命短等问题，我们开发了一种含有鱼内脏残留物的饲料。我们将鱼内脏塞入猪肠内，并绑成约3厘米的大小，以模仿这种昆虫通过细长的口器吸食食物的自然捕食和进食习惯。在受控环境下，食用开发饲料的雄虫体内，其生长所需的必需氨基酸和脂质以及关键气味化合物的含量均高于市售昆虫。饲料配方被制成凝胶状，以延长保质期，并方便农民使用。这些创新可以促进商业化养殖，并鼓励生产高营养价值的文化食品。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM034 - 果蝇模型中的饮食和结直肠癌

目前，50 岁以下患者的早发性结直肠癌 (EOCRC) 占新诊断病例的 10%。虽然原因不明，但 EOCRC 的发病趋势可能与饮食有关。29% 的结直肠癌病例与饮食有关，饮食可影响癌症信号通路，包括 Wnt/Wingless 信号通路。本研究比较了高脂和高纤饮食对转基因 Apc1/Apc2-RasV12 果蝇结直肠癌模型中寿命、肿瘤负荷和 Wnt 信号通路的影响。预期高脂饮食的果蝇寿命较短、肿瘤较多、Wnt 信号通路增强，而高纤饮食的果蝇则会出现相反的结果。将荷瘤果蝇置于添加了 10% 椰子油或 10% 洋车前子壳的 Formula 4-24 标准培养基中。利用荧光显微镜对解剖的中肠中GFP标记的肿瘤克隆细胞进行测量，以测量肿瘤负荷。通过对Wnt靶基因转录的辅助因子Armadillo (Arm)进行免疫染色，评估Wnt信号活性。数据表明，与对照组相比，高脂和高纤饮食均与随时间推移的生存概率降低相关（p < 0.05）。高脂样本的肿瘤数量似乎比对照组多，而高纤样本的肿瘤数量似乎较少。观察到Arm免疫染色与GFP表达之间存在一定的共定位。这些结果支持饮食在上升的EOCRC发病率中的作用，并为CRC患者的饮食干预提供了证据。

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