环球科学要闻

来源: 环球科学

发布日期: 2021-09-23

近日,《自然》杂志发表多篇论文,涉及宇宙星系演化、新型计算机技术、动物无性繁殖、微型飞行器、病毒检测技术及细胞生物学等多个领域的前沿研究。这些研究揭示了宇宙早期星系的演化状态、新型光学晶体管的潜力、首次发现长期无性繁殖的动物、最小的人造飞行器、新型病毒传感器以及细胞内蛋白质结构的形成机制。

宇宙30亿岁时,大量星系已经“死”了。此照片由哈勃空间望远镜和ALMA的数据合成,右上角的星系图像在被强引力透镜放大的同时,也受到了强力的扭曲。根据现有理论,大爆炸后大约30亿年,宇宙正处于恒星形成的峰值时期,大质量星系不断用冷氢气制造大量恒星。但近日发表在《自然》杂志上的一篇论文表明,在宇宙30亿岁时,过半大质量星系已经停止了恒星形成活动,成为了“死亡”星系。宇宙早期的星系距离我们十分遥远。

而大质量前景星系团产生的强引力透镜,放大了这些早期星系的图像,让哈勃空间望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵可以观测到早期星系中的细节。这也是ALMA首次对临近宇宙外的宇宙(即10亿光年外的宇宙)进行观测。研究团队由此发现了6个早期大质量星系耗尽了其内部的冷氢气,不再产生恒星。这与传统的星系演化理论不符,天文学家正在寻找大量宇宙早期的大质量星系停止恒星形成的原因。

“晶体管”或能让计算机速度提升1000倍。晶体管常在数字电路中用作电子开关。传统的晶体管基于电子,耗能高且需要冷却设备。在一篇新发表于《自然》的论文中,一个国际研究小组发明了基于光子的光学开关元件,实现了类似传统晶体管的功能。这种元件在具备高性能的同时非常节能,且不需要冷却,有望在新一代计算机中取代传统晶体管。

这种光学开关使用两束激光控制,其中一束激光较弱,用于控制另一束更强的激光,后者能在元件的微腔中产生特殊状态的准粒子,不同数量的准粒子分别对应“开”或“关”状态。在实验中,该光学元件在室温下,仅用一个光子就能进行开关状态切换,耗能仅为现代大多数电子晶体管的几十分之一。该光学“晶体管”每秒能完成1万亿次运算,比现今顶尖的晶体管快100~1000倍。

除了作为开关,它还能作为连接组件,以光信号的形式在设备间传输数据,或是作为放大器,将入射激光束的强度提高23000倍。不过研究人员表示,目前的研究只完成了原理上的验证,若要构建全光学元件的处理器仍有待更充分的后续研究。

首次发现能长期进行无性繁殖的动物。过去,学界普遍认为动物几乎不能长期缺失有性繁殖行为,这是因为有性繁殖可以大大提高后代的遗传多样性,从而使其在演化中获得优势。

然而,在近期一项发表于《美国科学院院刊》的研究中,研究者发现一种名为Oppiella nova的甲螨可能仅进行无性繁殖。与有性繁殖不同,无性繁殖的过程中缺乏父母双方基因的重组。因此在长期无性繁殖的物种中,不同个体的基因组会发生相互独立的突变积累,这一特征被称为梅塞尔森效应,是某一物种经历长期无性繁殖的有力证据。

在本研究中,科学家首次在动物身上发现了这一效应,目前研究团队正在寻找这种甲螨能够长期维持无性繁殖的原因。

有史以来最小的人造飞行器。在今天发表于《自然》的一项研究中,美国西北大学的工程师给电子微芯片增加了一项新的功能:飞行。这种会飞的微芯片只有沙粒大小,是有史以来最小的人造飞行结构。它没有发动机,而是模仿植物的种子,借助风力传播。

研究人员受到三星果种子结构的启发,为微芯片添加了翅膀,制成一系列飞行器,并利用风洞实验,研究了改变设计参数如飞行器直径、结构和翼型,产生的空气动力学影响。最终制造出的飞行器,比相同结构的植物种子拥有更稳定的轨迹和更慢的落地速度。研究人员表示,这种会飞的微芯片可以以高空间密度分布在大面积区域收集数据,例如从飞机或建筑物上掉落并广泛分散,以跟踪不同高度的空气污染水平。

能迅速判断病毒是否有传染性的新型传感器。标准的病毒检测方法PCR技术能够检测出病毒的遗传物质,但不能分辨病毒是否具有传染性,因而不能有效地追踪和预防潜在的病毒感染暴发。近日在一项发表于《科学·进展》的研究中,研究者开发出了一种可用于检测病毒传染性的新型传感器。这种新的传感器结合了特定的DNA片段和高敏感性的纳米孔传感技术。

研究者发现,当其用于检测人类腺病毒和新冠病毒时,无须进行测试样本的前处理,就可以在30分钟内得到检测结果。这种传感器不仅可以辨认病毒的类型,还可以分辨病毒是否具有传染性。这有利于快速诊断出前期感染病例,以及评估现有的治疗手段是否能防止再次感染。通过改变针对不同病原体的DNA片段,该检测技术或可以用于其他类型病毒的检测。

细胞内的结构是如何产生的。

细胞依靠其内部的蛋白质进行各项生命活动,这些蛋白质所处的位置对细胞功能的实现极其重要。一直以来,科学家十分好奇在复杂的细胞内,蛋白如何有序地形成液体结构,最终组装成蛋白质液滴来发挥作用。在一项发表于《自然》的新研究中,普林斯顿大学的研究人员发现在细胞内,蛋白质的成核过程(即生成晶核的过程)类似于无机的气泡形成过程。

由于细胞内环境处于高度动态和变化过程中,研究人员通过调整经典的成核理论中的2个重要参数,并结合先进的蛋白质工具对细胞内部的过程进行模拟,实现了对蛋白质成核位置的精准预测。该研究有望帮助科学家在分子水平上,实现对生物过程的量化和模拟。

截至北京时间9月23日10时,据约翰·霍普金斯大学最新统计,全球累计新冠确诊病例230033785例,死亡病例4717918例。

根据国家卫生健康委员会官方网站的消息,9月22日0—24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例43例。其中境外输入病例15例(云南5例,天津3例,上海2例,湖北2例,广东2例,辽宁1例);本土病例28例(福建20例,其中厦门市17例、莆田市3例;黑龙江8例,均在哈尔滨市)。无新增死亡病例。新增疑似病例2例,均为境外输入病例(均在上海)。

31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者14例(均为境外输入);当日无转为确诊病例;当日解除医学观察8例(境外输入7例);尚在医学观察的无症状感染者348例(境外输入340例)。截至2021年9月21日,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团累计报告接种新冠病毒疫苗218260.4万剂次。

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