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动图欣赏:耐药细菌的诞生

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这张动图展示了一些显微镜下的大肠杆菌,延时拍摄对应的实际时间为135分钟。

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在这个过程中,除了视野内细菌数量的增加之外,我们还可以观察到细菌颜色的变化:一些原本呈现绿色的细菌随着时间推移产生了红色。

事实上,这是科学家们在利用荧光标记直观地观察耐药基因如何在细菌之间传播。那些由绿变红的细菌,就是从其他邻近的细菌那里获得了含有耐药基因(同时也被研究者加进了红色荧光蛋白基因)的DNA分子。

细菌的DNA不仅能够传递给自己的后代,还可以在个体之间进行横向传播。这种基因横向传播的过程被称为“细菌接合”:细菌个体会通过性菌毛把自己和另外一个细菌连起来,并向对方传递质粒DNA分子(如下图)。这种机制导致耐药基因更容易快速地在细菌之间蔓延。

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(细菌接合的示意图,黄色的圆圈就代表质粒)

这个动图来自最近的一项研究,研究者们用荧光标记实时观察了细菌耐药基因的散播过程。他们分别给供体的耐药基因和受体细菌加入了不同颜色的荧光标记,这样就能在显微镜下清楚地区分耐药基因的供体,已经接受了耐药基因的受体,以及还没有接受耐药基因的受体细菌,方便验证不同条件下耐药性传播的情况。

以图中的实验为例就是,原本就耐药的基因供体是红色的,没获得耐药基因的细菌是绿色的,在实验中获得耐药基因的受体细菌可以同时检测到红色和绿色的荧光。实验中涉及的耐药基因是一个针对四环素的基因,产生的蛋白质负责把药物排出细菌体外。

这里只是简单说了一下实验的观察方法,其实这个研究还有更多结论的,详情可以看原论文:Role ofAcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistanceacquisition byplasmid transfer

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尼斯湖水怪可能真的存在?科学家:我不是,我没说

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尼斯湖水怪又成热门了。有报道说它“可能真的存在”,而且还有“科学研究”,这是怎么回事?

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照例,还是先把结论给大家:

– 是不是有科学家在研究“尼斯湖水怪”?

– 对,是有。

– 他说尼斯湖水怪是真的?

– 不,他没说。

科学家做了啥?

确实有一个研究团队在试图验证“尼斯湖水怪”到底是否存在,以及如果存在的话会是什么。这个团队的领导者名叫Neil Gemmell,他是新西兰奥塔哥大学的一位遗传学家。

科学家们要怎么研究一种连目击都很困难的传说中的东西?他们选择的思路是从尼斯湖中取湖水样本,分析其中散落的“环境DNA”。他们把环境中的这些DNA都收集起来进行测序,并与各种已知生物的基因进行比较,用这种方法来确定湖中都生活着哪些物种。环境DNA分析是生态学常用的一种正规研究方法。

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研究团队采集湖水样本。图片:Kieran Hennigan

需要澄清的一点是,报道中提到分析来自“生物皮肤、鳞片、羽毛”等的DNA,但这并不是说研究者真的收集到了疑似尼斯湖水怪的皮肤或者鳞片。这只是研究者在提到“环境DNA”时说的一般性解释,是说散落在环境中的生物DNA有可能有以上这些来源,所以分析这些DNA就能推测当地有哪些生物存在。

这个研究项目的样本是2018年采集的,原本计划2019年1月公布结果。但据Neil Gemmell的说法,分析结果花了比预想更长的时间,所以目前研究仍处在结果尚未公布的阶段,估计要等到2019年9月才会公布。

科学家没说水怪是真的

具体的研究结果还没有公布,我们也很难对它作出评价。不过可以肯定的一点是,研究者Neil Gemmell本人并不认可“尼斯湖水怪可能是真的”这种报道方法。事实上,他对报道的曲解也相当不满,在社交账号上连发了好几条抱怨。

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研究者:报道标题不是我说的意思。图片:Neil Gemmell / Twitter

根据Neil Gemmell本人的说法,研究团队想表达的意思是:我们对各种解释“尼斯湖水怪”现象的假设进行了验证,发现其中有三种大概是错的,有一种不能排除,它有可能是对的。研究者强调,“有一种解释尼斯湖水怪的理论可能是对的”和“尼斯湖水怪可能是真的”这两句话意思完全不一样。

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研究团队另一位成员Michael Knapp的推文强调了这两种说法的差异。图片:Michael Knapp / Twitter

有多不一样?我举个“雪人”(Yeti)的例子。

和尼斯湖水怪差不多,“雪人”也是一种传说中的神秘生物,有不少人声称自己见过它,甚至还收集到了它的骨骼、毛发样本。解释“雪人”真面目的理论有很多种,有人说它是某种未知的动物,也有人说它其实就是人们已经知道的动物——比如熊。这方面也有科学家对号称是“雪人”的样本进行过DNA分析,结果显示“雪人其实是熊”这个理论应该是对的。

这种情况下,能说科学家证明了“雪人”是真的吗?当然不能。他们证实了关于“雪人”的一种假设,但这种假设恰恰说明人们心目中那个“神秘未知的雪人”是假的。

至于Neil Gemmell的“水怪研究”到底说明了什么,就要等到研究结果正式公布时才知道了。

深海鱼眼中的世界,也可以五彩缤纷?

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对于深海鱼类,很多人大概都会有“随便长长就好了”“反正黑咕隆咚看不见”的刻板印象。但最近发表在《科学》杂志上的一篇论文指出,一些深海鱼类不仅能看见,而且很可能有分辨颜色的能力;更出人意料的是,它们这种色觉的实现机制和我们的还不太一样[1]。

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

脊椎动物的“数码相机”

生理学知识告诉我们,脊椎动物拥有着地球上最为先进的视觉系统之一,鱼类也不例外。我们的眼睛差不多是一台高清晰度的数码相机:在眼球的前方,角膜保护下的晶状体就是一个凸透镜镜头,把进入瞳孔的光线折射到眼球后方;随后,这束描绘了我们视野中所有事物的光线,在眼球后壁的视网膜上从光信号变成了神经电信号,传入我们的大脑进行进一步的加工。

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

在数码相机中,从光信号到电信号的转换靠的是电容或者半导体感光阵列;而在脊椎动物的视网膜上,数千万个长长的感光细胞是完成这步转换的关键。在每个感光细胞的“头部”,有层层叠叠的膜结构,其中就嵌着视蛋白。闯进这片“丛林”的光子击打到视蛋白内部的小分子视黄醛,使其分子结构发生改变,随之引发一系列生化反应,最终关闭了细胞膜上的离子通道。被“堵”在细胞外、带正电荷的钠离子不断积累,让感光细胞内外的电压差越来越大,激发了像多米诺骨牌一样沿着细胞膜向前推进的“离子人潮”,也就是神经电信号,由感光细胞向后续的神经元依次传递,奔向视神经的深处。

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

这套“光电元件”的核心就是视蛋白。不同的视蛋白在基因组中由不同的基因序列来编码,对不同波长(也就是“颜色”)光线的敏感度也不一样。在脊椎动物的视网膜上,有两类主要的感光细胞:视杆细胞的头部是个长长的圆柱体,所含的视蛋白是视紫红质(rhodopsin),对蓝绿光最为敏感。视锥细胞的头部则是锥形,每个视锥细胞含有一种对蓝光、绿光或者红光敏感的视蛋白。

 荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

显而易见,两类感光细胞在视觉形成上有着不同的分工:对于有色觉的脊椎动物来说,视锥细胞就是多彩世界的来源——不同的视锥细胞分别采集红、绿、蓝等光线,合成出各种我们感知到的色彩。但是,视锥细胞对光线的敏感性比较差;而我们眼睛里大部分的感光细胞其实是视杆细胞——它们对光子的探测十分灵敏。在夜间或者昏暗环境下,我们看到的没有色彩的图像基本都是视杆细胞的贡献。

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

所以,视杆细胞只有一类,主要负责感光,跟分辨颜色没关系;而视锥细胞提供彩色视觉。视锥细胞种类少的物种,能辨别的颜色就少,比如鸟类有四种视锥细胞,而大部分哺乳类只有两种。

至少,教科书上是这么写的。

是升级改造,还是放弃治疗?

这么精巧的视觉系统,对于很多动物来说是捕食逃命、趋利避害的必需品,在适应性演化的过程中也无疑受到了“特别关照”。比方说,生活在东南亚的眼镜猴,就有着和自己大脑重量相当的大眼睛,视网膜的面积和视杆细胞的密度都十分惊人,以便在夜间的雨林里捕捉昆虫。相反,恰恰也是因为精巧而耗费发育能量,视觉系统一旦弃之不用又很容易退化消失,例如生活在地下的裸鼹鼠、钩盲蛇和生活在洞穴里的鱼类。

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

深海同样是个“暗无天日”的世界。在海面二百米以下的微光层(twilight zone),从水面照射下来的光线已经所剩无几,更不可能支撑植物的光合作用。然而,这里仍是生命的乐园——从上层海水中随机掉落的生物残骸,能在微光层得到有效的“回收利用”。

很多浮游生物还有着奇特的垂直迁徙行为,白天下潜到微光层躲避捕食者,晚上则到上层海水中“上夜班”填饱肚子。为了适应微光层的黑暗世界,很多浮游生物演化出了生物荧光,用于吸引猎物、识别同类和谈恋爱。

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

那么,生活在黑暗大洋中的鱼类,它们的视觉系统又有着怎样的适应呢?是经过了“魔改”还是干脆放弃呢?为了弄明白这个问题,来自欧洲和澳大利亚的研究者收集了一百多种鱼的基因组序列数据,其中包括几个生活在深海的物种,想看看这些深海居民的视蛋白基因有没有什么特殊之处。

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

“对不起,基因多就是可以为所欲为”

人比人气死人,鱼比鱼发论文。大部分鱼类和其它脊椎动物一样,只有一种视杆细胞,用一个RH1基因来编码唯一一种视紫红质蛋白。但是,有四种深海鱼类让科研人员吃了一惊:冰底灯鱼(Benthosema glaciale)有五个不同的RH1基因,鞭尾鱼(Stylephorus chordatus)有六个,而两个银眼鲷科的物种——短鳍拟银眼鲷(Diretmoides pauciradiatus)和银眼鲷(Diretmus argenteus),则分别有18个和38个RH1基因的拷贝!

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

这种多拷贝现象要归结于一种名为基因复制(gene duplication)的一种变异事件。此类事件在基因组中倒是并不罕见,但是在演化历史中,大部分复制产生的基因序列都会逐渐“退化”,丧失合成蛋白质的功能。所以,这么多RH1基因拷贝,也不见得都能正常合成出堪用的视紫红质蛋白。于是,研究者们又解剖得到了这些鱼类的视网膜,从中提取了基因序列合成蛋白质的中间环节——RNA分子进行测序分析。结果表明,对冰底灯鱼和近亲瓦式角灯鱼来说,有三种不同的视紫红质在视网膜中得到了合成,鞭尾鱼有五种,而对于成年的银眼鲷个体来说,这个数字则有14种之多。

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

所谓“不同的视紫红质”,说的是这些蛋白“变种”的氨基酸序列发生了变化,而作为一个视蛋白,序列变化很可能会导致“敏感区”不同。果不其然,通过在体外合成银眼鲷的视紫红质,研究者发现这些不同的变种分别对不同波长的光线敏感,范围一直从447纳米的蓝光到513纳米的黄绿光——这意味着,银眼鲷视杆细胞里的这些视紫红质变种,可能像其它脊椎动物视锥细胞中的各种视蛋白一样,能够区分颜色。

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

当然,研究做到这里,我们仍不能确定地说“银眼鲷的视杆细胞能形成彩色视觉”,这需要行为学的实验来进一步验证。不过,银眼鲷的视杆细胞所跨越的447-513纳米这个色彩区间,恰好是在微光区最常见的、偶尔穿越上层海水的光线波长,因此拥有对蓝绿光敏感的视紫红质对于这些深海鱼类来说很可能是有利的;而这个区间也是各种浮游生物的荧光波长所在,这么看来能够区分不同的蓝和绿就更有意义了。

另外,分子序列演化模型也表明,银眼鲷的这三十多个RH1基因,经历了百万年之久的“正向选择”——也就是说,这些视紫红质变种的出现,很可能帮助银眼鲷完成了对微光层环境的适应,在黑暗中看到了五彩斑斓。

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

2004年,有研究指出一种沙漠守宫没有视杆细胞,但却能在月光下用视锥细胞分辨颜色[2];2017年,研究者发现蛙类的两种视杆细胞能在极微弱的光线下分辨蓝色和绿色[3]。充满了随机性的演化永远是“将计就计”“见招拆招”,造就了适应环境而又千奇百怪的亿万物种。

2019年的“世界生物多样性日”刚刚过去。正如大学老师曾告诉我们的那样——生物学科的最重要规律,恐怕就是“所有生物学规律都有例外”。这些例外不仅丰富着我们的生物课本,也可能意味着新的生物医学突破,新的生态治理办法等等。这是生物多样性的体现,是生命在三十八亿年中从不停歇的脚步回响。 (编辑:Yuki)

参考文献

  1. Musilova, Zuzana, et al. Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science 364.6440 (2019): 588-592.
  2. Roth, Lina SV, and Almut Kelber. Nocturnal colour vision in geckos. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 271.suppl_6 (2004): S485-S487.
  3. Kojima, Keiichi, et al. Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114.21 (2017): 5437-5442.

为什么我们费那么大劲,去观察火星上的地震?

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每当音乐厅里的演奏者拨动琴弦时,空气中的质点便会随之振动,并在同一时刻,把这份运动形式继续传递给相邻的质点,以此类推,让振动层层推进,形成声音的涟漪。乐谱的旋律,就这样通过大气,传至你我身旁;把演奏者刻画在琴弦上的心思,留响在你我耳边。

而当这旋律飘入物理的殿堂之时,学者们会说,它的本质,叫做机械波。

机械波是物质内部质点振动行为的传播。不仅大气会振动,万事万物,无论固体、气体、液体,都会产生振动。

这些振动中的大部分,都超出了我们耳膜可以收听到的范围,但与声波并无二致的是,它们同样能够携带信息:无论是发振物质自身的特征属性、还是传播路径中的“崎岖坎坷”,在最终接收到的机械波里,都会留下如实反映的信号。正是由于机械波这种可以穿过(光线无法透过的)物质的特性,使我们得以认识那些无法用双眼直接观察到的世界。它是能够穿透层层障壁的另一套“视线”,帮助我们揭开纵使有千里眼也无法参透的重重谜团。

而这一次,发生振动的,并不是音乐厅里的琴弦,而是宇宙中的一颗天体。

我们的邻居,火星。

来自洞察号的信息

今年4月6号那一天,火星地震了。

这事儿是“洞察号”刚刚告诉我们的。在火星勘探史上,洞察号勘探器(InSight)是一个不折不扣的新兵,上岗至今也就半年左右吧。半年前,人们可是为它好生庆祝了一番——庆祝它成功发射,庆祝它成功入轨,庆祝它成功落在火星表面,庆祝它成功走向今后的工作岗位。

可NASA斥资几亿美元,并不是为了表现人类有本事把一个东西成功送上火星的——这对现今的人类来说已经不是难题啦。人类派它上去,是为了让它踏踏实实在那边干活。

干什么活呢?收听火星大地的振动。

音乐厅的振动里有乐曲的信息,大地的震动里就有大地的信息。洞察号的首要职责就是,当火星地壳发生地震时,接收并确认这些信息,把它如实报告回来,让人类有机会去破译一颗行星的内部结构。

洞察号延伸机械臂,在火星表面放下地震仪丨NASA

洞察号延伸机械臂,在火星表面放下地震仪丨NASA

惊喜来得太快

说实话,人们一开始并没指望它这么快就能收听到一次火星的地震。

在人们的认知里,火星已经不太会震了。它的内部无法进行活跃的地质活动,就像一滩死水,不会频繁掀起机械波的“涟漪”。甚至洞察号的设计者一开始设计这个方案的时候,也并非抱定了确凿的信念、认为就一定能监测到火星上原发地震的产生。因为火星的震动很可能“如此微小,差不多是原子的尺度” ,所以洞察号的地震仪被设计得极度灵敏,甚至能感觉到风与沙尘暴造成的地震波。毕竟和地球不同,火星没有地壳板块运动,没有频繁而剧烈的地震,“火震”更可能来自火星冷却造成的行星表面收缩,或者行星内部深处的岩浆运动。科学家们甚至把期望的筹码押在了外来的小行星身上,指望着兴许哪天会有一颗愣头青般的小行星一头栽到火星表面,靠外来的冲击,激起火星表壳的震荡,然后借助这些外界诱发的震波来探测火星内部结构。

可这才时隔不到半年,洞察号就真的监测到了一次疑似火星地震的信号,而且震源像是来自内部。这次震动不大,相当于一次2~2.5级的地震 。目前数据已经发回地球。NASA的工作人员眼下正在紧密锣鼓地破译这些数据。

正在火星上捕获射线的洞察号丨NASA

正在火星上捕获射线的洞察号丨NASA

地震波在火星内部会进行传播和反弹,从而反应出火星内部的立体构造,原理基本类似于用超声波检查人体内部。有了这些信号,人类就可以“看”到火星地壳内部的结构了:它有多厚的地壳和地幔?它的地壳和地幔分别是什么成分?地壳和地幔内部是否还有更复杂的结构?等等。

回答这些问题,本身就可谓人类太空探测史上的一份壮举。可这些成就就算达成,也不过仅仅触到了科学家们真正意图的冰山一角。

音乐厅里的声波为我们传达的最直观信息,是这首乐曲的结构与组成——旋律的起伏、节奏的快慢、声部的交错……但这些信号,却并不是这部乐章要传达给你的最终目的。它们本身同样是一种媒介,一种传达音乐家心中图景与观念的媒介。换句话说,信息本身承载着更深层的信息。故事本身蕴藏着更扑朔迷离的故事。而科学家真正的野心,便是想弄清这信息背后的信息、故事背后的故事。比如通过火星的内部结构,进一步推测太阳系早期的演化历史。

凝固的叙事篇章

火星已死。

这在目前基本算是一个科学共识了——它的内部热量不足以驱动它进行复杂的内动力地质活动。今日的火星上,没有火山喷发,没有沧海桑田的变换,没有高山的隆起和盆地的断陷。我们在地球上熟知的一切地壳演化与变迁….在邻居火星那里,都几乎找不到存在的痕迹。

毫无生气的火星表面丨JPL - NASA

毫无生气的火星表面丨JPL – NASA

这事儿说穿了,还是因为我们地球自身的环境太过独特,以至于我们把自己家园的这份放到宇宙里可谓独一无二的环境,当成了生活里的稀松平常。事实是,地球处在一个恰好的体积、恰好的距离、恰好的大气含量、恰好的内部结构上。这些作用的共同使然,才让今日的地球内部和表层有着活跃的地质活动,并维持一套能够支撑生命存在的内外圈层循环系统(比如岩石圈和地表圈层之间的碳质循环)。随便换一个星球,上述条件可能就千差万别,我们在地球上见怪不怪的一切环境要素——加上我们生物圈自身——可能都属奢侈。

比如火星。

它体积太小,早早地冷却,早早地关掉了自身内动力地质活动的开关,因此,它整个地壳的结构特征,就随之凝固在了几十亿年前那个逐渐冷却的时代。后续再也没有任何翻天覆地的动荡,覆盖掉那份原初的信息。不像地球,活跃的地壳板块已经抹去了所有早期历史的遗迹。火星这份亿万年后也依旧保存完好的古老岩石圈结构,可以说是太阳系早期岩质行星演化的完好记录。

图丨NASA

图丨NASA

我们应该感谢洞察号,如果没有它,人类至今仍然无法收听到来自火星的地震。听不到火星的地震,我们就失去了一个洞察火星内部结构的重要窗口。没有这份重要的窗口,我们对太阳系早期演化史的认识,不知要在推测层面再停留多少年。真心希望洞察号收获的这批数据里,能够为人类带来一些突破性的知识。

比如一旦发现火星的岩石圈具有水平方向的非均质性,可能就会是板块构造的结果,说明火星早期也和地球一样,大陆频繁挪移,山脉起伏绵延。

比如一旦发现岩石圈具有广泛的水成沉积层,说明火星或曾拥有蓝色的大洋,洋面波光粼粼,海涛乘风万丈。

以及长英质的岩石、热液的矿脉、凝固的岩浆房、巧妙排列的断裂体系…我们在地球岩石圈中见到过的一切丰富的结构与构造,背后都指向一部部独特的环境特征。而如果火星也曾拥有这一切,说明它早期的演化,可能和地球一样复杂、和地球一样活跃,和地球一样生机勃勃。毕竟,咱们自己星球上的太初生命,就诞生在那个翻天覆地的时代。

这一切会不会得到确认呢?目前还暂时无法回答。但至少,火星的地震会忠实记录它内部的一切,岩石圈的振动就如同一部广播,把埋藏在一颗星球深处的言语,播送到它的表层,直面浩瀚的宇宙。倘若确认了今日的火星能够发震,那么可想而知,自它诞生起这46亿年来,从活跃的时代,到冷却的时代,一直至今日,可能有无数次的广播曾经在这颗星球的表面回响过。它一次次诚恳地表述着自己的身世,自己的面貌,表述着自己那横穿悠久时光、却独一无二的故事。

只不过在没有聆听者的时代,这些携带着丰富信息的星之波动,永远只能迎来唯一的结局:振动的能量逐渐耗尽,一点点消散在宇宙那冰冷广袤的寂静中。

这颗星球大概想不到,几十亿年后,自己迎来了第一位聆听者。

它来自另一颗行星,想听到这儿原初的啼鸣。

(编辑:游识猷,李小葵)

参考文献

[1]NASA’s InSight Detects First Likely “Quake” on Mars. (2019, April 23). https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7383

漫画 | 就算这是别人挖过的坑,我也能挖出宝来!

封面

标题头

最近网上流传着这样一种说法:粒子物理学已经发展到头了,能挖的宝都已经被人挖光了。事实真的是这样吗?

今天,我们就来讲一个中国科学家在粒子物理学领域抢先挖到宝的故事。要想把故事讲清楚,咱们还得从万物的组成说起。

大亚湾中微子振荡 (0)

世间万物由什么组成?原子!

大亚湾中微子振荡 (1)

 

原子由什么组成?原子核和电子

大亚湾中微子振荡 (2)

 

原子核由什么组成?中子和质子。

大亚湾中微子振荡 (3)

 

质子和中子又由什么组成?夸克!

大亚湾中微子振荡 (4)

 

到了这一步以后,
粒子就不能再往下分了。
所以,
电子夸克都属于人类已知的,
组成物质的“最小单元”。

大亚湾中微子振荡 (5)

 

当然,
这样的“最小单元”还有很多,

如果把它们都画出来,
足足能排满一块黑板。

 

大亚湾中微子振荡 (6)

大亚湾中微子振荡 (7)

 

在这张图上,
每个小球就代表一种,
组成这个世界的基本粒子

 

大亚湾中微子振荡 (8)

大亚湾中微子振荡 (9)

 

都听过吧,
天天念叨它们,
所以没啥新鲜的。
不过,
有些个小子不太常见,
比如说,

 

大亚湾中微子振荡 (10)

 

它们是这群粒子中,
最不爱凑热闹的几个,
几乎不跟其它粒子发生反应。
并且,

在标准模型里,
中微子没有质量。

 

大亚湾中微子振荡 (11)

 

自 70 年代开始,
标准模型通过了全世界
无数次物理实验的严苛考验,
它简直说啥是啥,指哪打哪,
从未失手。

然而,
历史的经验告诉人们,
再 NB 的模型,也不是万能的,
理论总有适用范围。
就像曾经辉煌的牛顿时空观,
最终被光速不变的实验结果打脸一样,
标准模型终于也有露出破绽的内天。

 

大亚湾中微子振荡 (12)

 

1998 年,
由日本物理学家小柴昌俊带队的
超级神冈探测器,
一不留神发现了一个奇怪的现象,
中微子振荡
这个振荡究竟是个啥操作,
我们暂且不唠,
但它碰巧证明了一件事:

中微子有质量!

 

大亚湾中微子振荡 (13)

大亚湾中微子振荡 (14)

 

不管标准模型的预言应验了多少回,
但那是好汉当年勇,咱都不提了,
只要说错一次,
甭管您是谁,麻烦您靠边让出 C 位。

 

大亚湾中微子振荡 (15)

 

于是,
闪耀了 20 年的无敌光环被打破,
标准模型走下了“神坛”。

理论出了毛病,按说是个闹心事吧,
但科学家可不这么想,
物理世界有个神奇的现象,
越是 NB 理论出事,
物理学家心里反而越美。

 

大亚湾中微子振荡 (16)

 

认知出现盲区,
说明真相有待探索,
骨灰级理论穿帮,
往往能催生一场物理革命。
换句话说,
中微子出轨这事,
说明我们脚下有金矿!

 

大亚湾中微子振荡 (17)

 

谁先挖着算谁的,
保不齐就换个诺贝尔奖啥的。

 

大亚湾中微子振荡 (18)

 

有金子谁不惦记?
你以为就你一人财迷?
别人都跟那傻愣着?想的美!

这不,一听说有金子,
三支专业挖宝队迅速赶到现场,
他们是:

 

大亚湾中微子振荡 (19)

大亚湾中微子振荡 (20)

大亚湾中微子振荡 (21)

 

全都是老油条,
经验丰富,
装备精良,
一个个虎视眈眈。

说起来,这件事中国队真不好弄,
就连带队的科学家也直犯嘀咕。

因为关于中微子的探测,
咱压根就没干过,
一没经验,二没装备,第三还差钱。

差多少?
2003 年的 1.7 个亿!
这咋跟人家 PK ?

 

大亚湾中微子振荡 (22)

 

而且挖宝这事,
往少了说几年,
往多了说几十年,
大把大把烧钱还搭工夫,
我们队实力不挤,
傻呵呵的冲上去不是
给人打了酱油么……

 

大亚湾中微子振荡 (23)

 

但是啥话都得两说,
明知道宝藏就在脚下,
眼睁睁看着别人挖走,
自己跟边上愣着啥也没干,
那也太憋屈了吧。

 

大亚湾中微子振荡 (24)

 

你要知道,
当年超级神冈探测器还没建造之前,
小柴是先找过咱们的,
他想跟咱搭伙,
看能不能一块整?

可那会,
我们就因为怕这怕那没敢干,
结果小柴桑没招只好一人上了,
结果他们接连测出各种中微子现象,
兜里连揣了俩诺贝尔奖。

 

大亚湾中微子振荡 (25)

 

这就跟电影里说的一样一样的:

 

 

大亚湾中微子振荡 (26)

(图片来自网络)

 

人生的遗憾莫过于此啊!
今这事明摆着是个大好机会,
难道咱又要主动放弃不成?

 

大亚湾中微子振荡 (27)

 

中国队队长一拍大腿,
老外 NB 归 NB ,
咱认怂可不行!

 

大亚湾中微子振荡 (28)

 

于是,
2006 年,
中科院批准了5千万元前期资金,
大亚湾核反应堆中微子探测项目终于启动了。

 

大亚湾中微子振荡 (29)

 

我们的目标是,
抢在别家挖宝队之前,
率先测出中微子振荡的第三个参数。

这个实验的原理是这样的:

 

大亚湾中微子振荡 (30)

 

整个过程中,
为了防止宇宙射线的干扰,
试验要在深山中进行。

 

大亚湾中微子振荡 (31)

 

原理说起来挺容易,
干起来那真是:

 

大亚湾中微子振荡 (32)

(图片来自网络)

 

 

首先,
闪光液里又得加东西,
又得倍儿干净,
不干净就看不清哪里有闪光。

大亚湾中微子振荡 (33)

 

就这一件事,
中科院高能所的科学家折腾了老长时间,
试过 N 种办法才最终搞定。

 

大亚湾中微子振荡 (34)

 

其次,P 管这东西,
当时只有日本能生产,
但问题是太贵!
所以没招,
我们只好硬着头皮让合作者出钱买。

 

大亚湾中微子振荡 (35)

 

老这么花钱给别人赚也不是办法啊!
买完以后又过了几年,
高能所和国内企业最终搞定了这个难题,
2015 以后的实验全都用国产P管,
再也不用进口啦!

在挖宝竞赛过程中,
本来日本队实力最强,
但谁知道半路不幸遭遇地震,
把设备给震坏了,
进度落后了一整圈,
这可以说是中国队的运气。

 

大亚湾中微子振荡 (36)

 

在最后冲刺阶段,
为了节省时间,
中国队做出了一个贼大胆的战术调整:
8个探测器差俩没装好,
那俩不要了,6个先整!

 

大亚湾中微子振荡 (37)

 

2012 年 3 月,
经过 6 年的艰苦奋斗,
中国队最终赶在其他队伍之前,
率先公布实验结果。

当时,
所有人都傻眼了,
谁能想到,
一帮老油条让一新手给虐了!

 

大亚湾中微子振荡 (38)

 

无疑,
这是一个比肩超级神冈的成就。
中国挖宝队一战成名,
昨天还是新手,
今天就已经跻身粒子物理世界一线明星梦之队。

2016年,
大亚湾中微子探测项目
获得国家自然科学一等奖。

中微子一振荡,
标准模型瞬间成了过气网红。
然而,
目前还没有其他模型能够占领C位,
顶替它的位置。也就是说,
我们脚下(至少在中微子问题上)
必定还埋着人类还没挖到的知识宝藏

未来,
我们祝愿中国挖宝队能够再次大显身手,
揭开微观世界基础物理的全新篇章!

 

大亚湾中微子振荡 (39)

结尾

二维码

原文:矩阵良
改编:武子
编辑:Sheldon
策划:吴欧
绘制:Mirror

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注1:我们说的中国队是指由中国大陆科学家主导的实验团队,其中还有来自中国台湾、美国、捷克的科学家。

注2:关于上世纪70年代中日之间可能开展的中微子实验合作,科学家指出,大家不用太往心里去。因为就算那个时候利用中国大山多的优势,把实验地点放在中国国内,其中的主要科学实验也不一定能够由当时的中国科学家完全主导。我们当时的底子确实太薄弱了。

注3:2006年测算出的大亚湾反应堆中微子实验的总经费大约是2.4亿元人民币。

复活猪脑,重新定义死亡?别急,还差得远呢

本文经授权转载自微信公众号“果壳”,未经许可不得进行商业转载

幽幽的屠宰场旁,数十颗血淋淋的死猪头被一群科学家装车带走运到实验室,随后它们的颅骨被切开,大脑被科学家们小心翼翼地取出来,放进一个复杂的装置中。一通眼花缭乱的操作后,在场所有人都对着屏幕上显示出的信号露出了意味深长的笑容……

这可不是某段B级恐怖片的内容,而是前不久真真切切发生的事情。这帮科学家来自美国耶鲁大学医学院,他们搞这一出其实也就是想看看——这堆猪脑子是不是还可以再救一下(咦?我眼前为何浮现起了小学数学老师的音容笑貌?)

没有好装备,不当圣骑士

其实吧,生命科学界一直相当好奇一个问题——动物到底死成啥样才算“死”?当年拉瓦锡脑袋都被断头台剁了,还不忘用自己做一次相关实验(这个应该是谣传)。而这一回,科学家的关注点在于,如果一个动物已经死掉几个小时了,它的脑功能还能恢复吗?这项研究最近发表在了顶级学术期刊《自然》上。

没有好装备,不当圣骑士。这群科学家敢这么玩,当然是因为他们有自己的独门神器,就是开头提到的那台复杂仪器。

BrainEx灌注系统。是不是觉得这套仪器很复杂呀? | 图片来源:参考资料[1]

BrainEx灌注系统。是不是觉得这套仪器很复杂呀? | 图片来源:参考资料[1]

科学家还发明了一种非常高端的含氧营养液,相当于人造血液,“富含各种氮磷钾,一袋能抵两袋撒”。从屠宰场带回来的32个猪脑一经放入仪器,其血管就立即被接入一个特殊的灌流系统中,不断循环这种营养液。

经过几个小时的养分输送,科学家们发现,这些猪脑的“气色”慢慢好了起来,营养液流过了大部分脑血管 ,大脑开始消耗氧气放出二氧化碳,能产生一些免疫反应,某些区域甚至出现了一些神经突触的活动。事后的生理分析也表明,一部分神经细胞的凋亡或坏死也得到了逆转。 灌注6小时后的猪脑,比刚死一小时但没接受灌注的猪脑状况更好。

灌注 | 图片来源:参考资料[1]

灌注 | 图片来源:参考资料[1]

复活猪脑?还差得远

咦?猪脑子复活了?是不是说以后脑死亡的尸体不要扔,放到仪器里,灌入营养液,努力一把还能救回来?

并不。

猪死不能复生,就算有了这么高端的技术也不可能逆转无限。

脑子之所以是脑子,在于其中无数神经元彼此连接,交互无数复杂的电信号。就目前的研究结果而言,这通神仙操作也只能恢复其中微乎其微的一丁点电信号,让一部分神经细胞稍微显得不那么死透透而已。何况整个过程里,没有监测到任何有组织的全脑脑电活动,也没有任何“意识”存在的迹象。

反正距离“奶回来”这种程度还挺远 | 图片来源:火影忍者

反正距离“奶回来”这种程度还挺远 | 图片来源:火影忍者

如果把人脑比作一台电脑,那么死亡的过程,就像是这台电脑因为不可抗的力量而迅速崩坏。现在,我们发明了一个技术,可以让一个已经崩坏到开不了机的电脑的一部分电子元件恢复一部分功能,比如说让几个指示灯重新放出一点点光,让音响放出了一些声音。但如果为你修电脑的工程师拿着这点成绩跟你说电脑已经修好了,你恐怕不会认同,更不会付钱吧。

所以,虽然论文作者本人也暗示这可能意味着以后要重新审视脑死亡的标准,许多媒体也纷纷打出了“复活猪脑”云云的震惊体标题,但是凭良心说,这种级别的“恢复”到底还是和“复活”差了几条街的。更何况,即便是这种程度的“复活”也就能维持几个小时,随后猪脑还是会陷入崩溃。大脑缺氧时间一长,神经元就会发生扩散式去极化(spreading depolarization),这是一种不可逆的电化学能量散失。结果是大脑里仿佛发生了一场“大脑海啸”(brain tsunami),海啸所过之处,大脑崩毁。这是目前的技术还无法逆转的。 正因如此,“脑死亡”才意味着“意识”和“人格”的彻底消失。

猪死不能复生 | 图片来源:Michael Staudt/VISUM/eyevine

猪死不能复生 | 图片来源:Michael Staudt/VISUM/eyevine

不过,类似这样的研究到底还是推动我们对“死亡”的理解向前迈进了几步,自古以来,我们都朴素地相信死亡不可逆转。也许这就是一条生命的金科玉律,也许任凭未来科技如何发展,我们也无法起死回生。不过所谓科学,不就是多问了几个为什么吗?

如果真的可以洞悉死亡,那么人类也算是有史以来第一种,死得明明白白的生物了吧。

参考文献

Zvonimir Vrselja, Stefano G. Daniele, John Silbereis, Francesca Talpo, Yury M. Morozov, André M. M. Sousa, Brian S. Tanaka, Mario Skarica, Mihovil Pletikos, Navjot Kaur, Zhen W. Zhuang, Zhao Liu, Rafeed Alkawadri, Albert J. Sinusas, Stephen R. Latham, Stephen G. Waxman, Nenad Sestan. Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature, 2019; 568 (7752): 336 DOI: 10.1038/s41586-019-1099-1

那个春天的虫子,不相信眼泪,相信真实

本文来自微信号“科学艺术研究中心”(Art_And_Science),未经允许,不得商业转载。

这阵子,正当烂尾的《权力的游戏》被海内外观众集体吐槽之际,HBO的另一部迷你剧集来给他们挽尊了——和英国天空电视台合拍的《切尔诺贝利》,已经放出的三集可谓口碑好到无敌,豆瓣评分从9.5升到了9.7,imdb评分也高达9.7。

小庄-切尔诺贝利-1

小庄-切尔诺贝利-2

这部取材于1986年4月23日前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏灾难之后所发生事件的片子,被誉为“比恐怖片还恐怖”。我一个看任何惊悚片都不眨眼的人,都根本没勇气看下去,没过几分钟就要把暂停键按一下,为了保住呼吸。因为我知道,它再现的一幕幕惨状不是源于文学幻想,而是一些曾经在这个世界上活过的人所真实经历过的:

1700吨用于吸收中子的石墨爆炸燃烧,释放出了相当于广岛原子弹所释放剂量400多倍的放射性物质,在比正常值高出上亿倍的核辐射下,工作人员身上瞬间便开始渗血、溃烂;前来抢救的消防队员因为拾取了被炸出来的石墨碎片,转眼间整只手就起泡腐烂,他们回去以后也会很快躺到病榻上,在皮肤和头发不停脱落中死去;救援队中的直升机驾驶员飞到了反应炉上方的辐射中心,因失去意识而撞在吊塔上当场死亡;附近普里皮亚市的居民们呼吸着漫天尘埃,这些人当中很多在今后会罹患恶性肿瘤,生出的新生儿也各种畸变。

参加这场救援的人数最终达到了50万名,包括10万名军人和40万名平民,其中2万名曝露最严重的没多久就死去了,还有20万人变成残障人士。他们被迫承受的灭顶之灾因为爆炸,更因为当局的隐瞒。不仅如此,这些人的后代也将继续遭受核辐射的诅咒——在白俄罗斯、乌克兰等地有数十万的儿童癌症和畸形与此有关。

切尔诺贝利的这场人为悲剧引发了许多艺术家和文学家的创作,法国著名漫画家艾玛纽埃尔·勒巴热少年时代在电视上目睹了这场悲剧,成名后他前往那边无人居住之地,驻场两周画出《切尔诺贝利之花》(Un printemps à Tchernobyl),2015年诺贝尔文学奖得主阿列克谢耶维奇身为白俄罗斯人,更是历时三年采访受害者,写下了《切尔诺贝利的回忆:核灾难口述史》。

它还引发了许多与此相关的影视纪录片作品,像是《抢救切尔诺贝利》、《切尔诺贝利之春》,等等。此外,像是《辐射》这样的游戏设定也很大程度上从中吸取了灵感。

人类用这些方式去缅怀死难者,也质疑当时甚至之后的一些非理性做法。

英国抽象数字画家Michael Pettet的系列画作“切尔诺贝利日记”

英国抽象数字画家Michael Pettet的系列画作“切尔诺贝利日记”

 

摄影师Lucy Shires拍摄下切尔诺贝利地区被废弃已久的房屋

摄影师Lucy Shires拍摄下切尔诺贝利地区被废弃已久的房屋

变异的昆虫既美丽又恐怖

在所有与切尔诺贝利有关的艺术作品中,来自瑞士插画师 Cornelia Hesse-Honegger的可以说最特别的,她用了一个既科学又极具悲剧美感的方式,来记录它所带来的破坏和影响。

Cornelia很年轻的时候就在苏黎世大学工作,1967年,该校动物研究所的遗传学家Hans Burla教授给她布置了一项任务——用手绘线条画记录下实验室里那些变异的果蝇,它们是通过研究人员有意而为地在食物中添加毒物得来的实验样本。

Cornelia Hesse-Honegger

Cornelia Hesse-Honegger

出于她自己的兴趣,Cornelia 还给这些变异的果蝇上了色,把它们叫做卡西莫多。这项工作促发她去训练自己辨识、检测昆虫形态紊乱的能力,1969年她就开始了自己的系统研究。

1985年,她还画了一只在实验室里因为X射线照射而变异的家蝇,就是下图这只。

受到X射线辐射的家蝇,腿的一部分从触角长出来,翅膀和眼睛的颜色也发生了变异,水彩画,苏黎世,1985-1986

受到X射线辐射的家蝇,腿的一部分从触角长出来,翅膀和眼睛的颜色也发生了变异,水彩画,苏黎世,1985-1986

1987年夏天,也就是发生切尔诺贝利灾难的一年后,Cornelia去了瑞典和瑞士南部城市提契诺旅行,这些地区受到了核泄漏物的严重污染。她一路研究了那些生活在此的半翅目昆虫,发现这些虫子生长受核辐射干扰的景象极其让人震惊,且代代相传,而不是一些人所认为的爆炸过去一段时间了就无足轻重。

在提契诺,她收集了三对果蝇,带回自己家中的厨房里用实验室的方法来饲养,一共培育了三代(每一代需要三周时间),然后拍下它们的变异状况,1988年,她把这些数据和图发表在了拥有众多读者的瑞士《每日导报》(Tages-Anzeiger)上。

从提契诺采集回来的黑腹果蝇第一代,头部和腹部存在变异,彩色素描,苏黎世,1987

从提契诺采集回来的黑腹果蝇第一代,头部和腹部存在变异,彩色素描,苏黎世,1987

从提契诺采集回来的黑腹果蝇第三代,左翼缺失,只有一个小团在那儿,彩色素描,苏黎世,1987

从提契诺采集回来的黑腹果蝇第三代,左翼缺失,只有一个小团在那儿,彩色素描,苏黎世,1987

来自瑞典奥斯特法尔内博的软虫幼虫,左翼是裂开的,彩色素描,于辛厄,1987

来自瑞典奥斯特法尔内博的软虫幼虫,左翼是裂开的,彩色素描,于辛厄,1987

但是,她的发现公之于众后一开始却并未受到科学界的重视,因为一直以来,西欧的生物学家们都认为空气中的辐射水平很低,抱着没有必要研究放射性沉降物是否对大自然或人类存在影响的态度。

三年后,她终于找到了一个机会前往切尔诺贝利去收集虫子,亲眼看看那里发生了什么。在隔离区以南30公里的港口,Cornelia收集了萤火虫和红斑潜蝇,而在污染最严重的普里普加特,尽管只被允许停留10分钟,她还是努力找到了几只能揭开真相的小动物。

来自乌克兰普里普加特的软虫,右腿中间短,没有脚,缺爪子,水彩画,基辅和苏黎世,1990

来自乌克兰普里普加特的软虫,右腿中间短,没有脚,缺爪子,水彩画,基辅和苏黎世,1990

乌克兰斯拉沃蒂奇的树虫,右触角不正常,水彩,苏黎世,1991

乌克兰斯拉沃蒂奇的树虫,右触角不正常,水彩,苏黎世,1991

性格坚韧的Cornelia相信这些变异应该都是由于核辐射引起的,为了找到更多证据,她继续走访了一些正常的核设施,如瑞士郊区的核工厂,英国、法国的核后处理工厂,德国的核能设施。此外她也想方设法造访了诸如美国三里岛和内华达原子弹测试区这样一些常人无法接近的核事故工厂或核基地,进一步证实了自己的推断。

椿虫是她非常关注的研究对象。生长中的椿虫幼虫至少要蜕皮5次,根本不能飞,而成年后也很少飞行,所以几代虫子都会呆在同一块土地上,接受长时间稳定的辐射影响。

它们以吸取树液为生,如果赖以为生的植物受到辐射,这些辐射也会传到它们的身体里。在那些受到核污染的地区Cornelia找到了腹部产生畸变的螳蝽、左翼产生畸变的真椿、右触角缺失一节的真椿、左翼产生变异的姬缘蝽……并一一把它们画下来,见下列四张图。

小庄-切尔诺贝利-13

小庄-切尔诺贝利-14

小庄-切尔诺贝利-15

小庄-切尔诺贝利-16

1998年,Cornelia 出版了一本书,名为《半翅目:美丽和其他,或变异世界的图像》(Heteroptera: The Beautiful and the Other, orImages of a Mutating World),把更多的变异虫子带到世人面前。

到2012年底,她已经参观了超过25个和核设施有关的地方,从切尔诺贝利到三里岛再到海牙角,收集了近16500只昆虫,画出了250只昆虫或身体部位。日本福岛发生了和切尔诺贝利划为同级的泄露事故之后,她也赶去了那边。

她一系列的发现证实,在核电站周围,即使是那些没有发生任何事故的核电站,昆虫变异率也比正常要高,而风向和变化频率是变异的重要预测因子,有时甚至比距离核设施远近更重要。这份坚持不懈慢慢带来了改变,近年来,一些生物学家开始正视她提出的那些问题,并投入了更多的专业研究。

Cornelia认为“艺术有自己的发现之路,有自己的方法让未知变得可见”,与她而言,绘画是一种独特的发现方法,让人眼去认识自然的另一面,这是阅读或拍照也不能取代的,她用Wissenskunst来形容自己的工作,德语Wissenschaft是科学的意思,而Kunst是艺术的意思,而加在一起就是“科学艺术”。

第一届真菌奥林匹克大会胜利闭幕!等等,那是啥玩意儿?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

今年四月末,一场全新的国际体育赛事(的正式比赛部分)刚刚落下帷幕。这是第一届真菌奥林匹克大会(Fungus Olympics),共有29支代表队参与比赛,展开了(并不怎么)激烈的角逐。

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(Fungus Olympics官网截图)

真菌奥利匹克是什么鬼?看到这个词组时,我和各位一样茫然。真菌难道还能成为运动健将吗?这比赛到底比个啥?

于是,我读了读参赛者Bryan Coad写的介绍文章,参观了Fungus Olympics的官网、推特账号,还找到了一期介绍这项比赛的podcast节目(基本这也就是全部了_(:з」∠)_)。一番了解之后,我感觉这活动虽然还没有火出圈(推特关注者:116……),但确实还挺有意思的,所以下面来给大家介绍一下。

真菌比什么

正如名字所说,这项赛事真正上场参赛的并不是人,而是在实验室里培养的真菌。那真菌能进行什么比赛项目呢?答案是:走迷宫。

普通的培养基上一马平川,但报名参与真菌奥林匹克大赛的人将会收到一种特质的“真菌迷宫”——带有各种狭窄崎岖管道的微流控装置。参赛者可以选择自己喜欢的真菌物种来参赛,他们要在这些装置上培养真菌,并让生长的真菌从狭窄的迷宫障碍中穿过。

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(阿德莱德大学的参赛者Bryan Coad收到的赛道长这样)

即使是嫌出门很麻烦的人也可以轻松参加比赛:你不必动身前往赛场,“赛道”会主动过来找你。具体说来就是,确认报名的参赛队伍会收到主办方寄送的“真菌迷宫”。到了正式比赛的时候,它们还会把记录比赛过程的设备也寄来:这是一台小巧的便携式显微镜,可以固定以十分钟一帧的频率拍摄延时影像,并把拍摄结果自动上传到云账户上,这样主办方就能了解各队真菌的表现。参赛队可以持有显微镜5天,并进行多次尝试, 但时间一到就必须把显微镜退还。

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(真菌菌丝在“迷宫”中生长。录制者:Bryan Coad)

怎么算赢

全部参赛队都完成比赛之后,主办方会根据视频进行结果评判,目前计划是8月会在美国真菌学会(MSA)的会议上宣布结果。那什么样的算是赢呢?根据主办者之一Daniel Irimia的说法,其实衡量标准并不是唯一的。最快从一头长到另一头的真菌算是赢家,选择了最短路径的算是赢家,钻过狭窄路段时最快的也可以算赢家。总之,大家快乐参与,输赢并不重要,大家都是赢家也没问题。

谁在参与

这次“真菌奥林匹克”的主办者是几位真菌研究者,而目前第一届比赛的参与者也都是世界各地研究真菌的科学家。

主办者之一Daniel Irimia介绍说,想到这个比赛的点子是因为他们本身就在用微流控装置研究免疫细胞与真菌(例如某些可以感染人类的曲霉)的相互作用。这项比赛一方面能提升大家对相关研究的兴趣,另一方面也可以收集到一些观察数据,说不定还能有新发现。终极目标是推动真菌研究,设计更好的实验装置,并且为临床控制真菌感染提供参考。

虽然目前参与的人还都是圈内人,但主办者也希望能有更多对真菌感兴趣的人将来也能一起参与,比如说教师、学生以及与真菌打交道的工业界人士。

不知道接下来还会不会继续举办第二届呢~

信源:

http://www.fungusolympics.com/MainPage.aspx

https://theconversation.com/australias-in-the-fungus-olympics-the-race-to-find-new-ways-to-tackle-disease-115380

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别动不动就哭了,有些“魔鬼”就喜欢吸小朋友的眼泪

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

不久前,果壳介绍过一件奇葩事儿,说是一名女子去扫墓,结果有四只蜂飞入了她的眼睛。幸运的是,治疗之后,何女士的视力还是可以恢复的。

眼睛里飞进隧蜂之后,何女士在医院接受治疗 | 中天新闻

眼睛里飞进隧蜂之后,何女士在医院接受治疗 | 中天新闻

钻进何女士眼睛的四只蜂,属于隧蜂科(Halictidae),英文俗名“sweat bee(汗蜂)”说明了它们的独特喜好。隧蜂最爱爬到人或其他哺乳动物身上,舔食汗水和泪水。除了隧蜂以外,喜欢眼泪的昆虫还包括蜜蜂、蛾、蝶、苍蝇、果蝇。一种学名Augochlora pura的隧蜂,甚至会散发外激素,吸引数以百计的同类前来,像人类吸猫一样聚众“吸人”。

隧蜂科的 Augochlora pura,这种蜂喜爱汗水和泪水里的盐分 | Judy Gallagher / Wikimedia Commons

隧蜂科的 Augochlora pura,这种蜂喜爱汗水和泪水里的盐分 | Judy Gallagher / Wikimedia Commons

给你一个“辣眼睛”的吻

人类的“秋波”为何对昆虫有如此大的魅力呢?

蝴蝶在乌龟眼睛上吸吮眼泪 | amalavida.tv / Wikimedia Commons

蝴蝶在乌龟眼睛上吸吮眼泪 | amalavida.tv / Wikimedia Commons

眼泪里的成分,主要是水和盐(氯化钠)。对许多蝴蝶和蛾子来说,钠是雌虫产卵必不可少的营养。雄虫会在体内储备钠,在交配时传递给雌虫。能提供足够的钠作为礼物,直接决定了雄虫能不能成功“脱单”。所以,有些雄虫追求钠的手段,可称得上丧心病狂。一种舟蛾科的蛾,学名Gluphisia septentrionis,雄蛾为了获取钠,会趴在水坑边上,狂饮泥水,吸收其中的钠,再把水排出体外。在三个半小时内,它可以喝下(和尿出)超过体重600倍的水。

眼泪的钠含量比泥水更高,所以毫不奇怪。人眼睛、牛眼睛,甚至乌龟的眼睛,都是蝴蝶和蛾子趋之若鹜的“网红饮品”。在马达加斯加,有一种学名Hemiceratoides bieroglyphica的蛾,偏爱睡着的鸟的眼泪。它的长喙上长着倒钩和小刺,可以挂在鸟的眼皮上,然后再一点点伸入眼皮缝里,够到宝贵的盐分。

学名 Hemiceratoides hieroglyphica 的蛾子吸食鸟的眼泪 | Roland Hilgartner et al.

学名 Hemiceratoides hieroglyphica 的蛾子吸食鸟的眼泪 | Roland Hilgartner et al.

营养不够,眼泪来凑

蜜蜂科无刺蜂族的一些蜂,是另一类钟情眼泪的昆虫。清迈大学的昆虫学专家汉斯·本齐戈(Hans Bänziger)和他的同事在泰国研究蜂类时,发现Lisotrigona属的无刺蜂,对“吸人”非常执着,能追着人飞出200米,但它们很“挑食”,几乎只吸眼泪,对汗水兴趣缺缺。

如果“吸人”是为了补充钠,眼泪和汗水都一样含盐。为什么无刺蜂不吸汗水呢?显然它们另有所求。100毫升眼泪含有0.67克的蛋白质,是汗水的200多倍,本齐戈猜想,无刺蜂想要的不是钠,而是眼泪里的蛋白质。

为了收集证据,证明他的猜想,本齐戈做出了一个艰难的决定——“以身饲虎”,主动吸引蜂来吸。科研人员站在野外,无刺蜂纷纷飞落在他们的睫毛上,口器伸到眼睛上吸眼泪,而他们趁机活捉一些蜂,用于观察。实验有时会持续几小时。有一次,科研人员正在舍身喂蜂,实验场地忽然出现了一条狗,几只蜂被狗眼吸引,但狗毫不客气地把它们赶走。可怜“科研狗”只能一动不动,任凭蜂来吸。

大多数蜜蜂科的蜂,在需要蛋白质的时候,会食用富含蛋白质的花粉。它们还会把花粉收集起来带回蜂巢,就像买菜一样。但钟情眼泪的无刺蜂,似乎特别不擅长采集花粉。研究人员活捉了262只Lisotrigona属的蜂,发现只有24只蜂身上携带了少量花粉。另外,许多蜜蜂科的蜂,后腿上有类似“篮子”的结构来携带花粉。Lisotrigona属的无刺蜂也有“篮子”,但腿上的毛发数量较少,这会削弱它们搬运花粉的能力。换句话说,爱喝眼泪的蜂不太会“买菜”。

采集花粉的蜜蜂。后腿上携带花粉(白圈中的橘黄色小块)| pixabay

采集花粉的蜜蜂。后腿上携带花粉(白圈中的橘黄色小块)| pixabay

另一方面,喝眼泪的蜂,收集眼泪的能力却特别出众。蜂类的腹部有一个用来储存食物的“袋子”,叫做嗉(sù)囊。Lisotrigona属的无刺蜂嗉囊很有弹性,吸饱眼泪之后,腹部会膨胀到原来的两倍大,表面几乎透明。有趣的是,喝饱之后,这些蜂很快还会空着肚子回来,有的蜂一天会反复出现100多次。显然,一只蜂消化不了这么多眼泪,无刺蜂不光要喝眼泪,还要外带,它把嗉囊当成饮水桶,将眼泪运回蜂巢给同伴分享。

“吸人”有害吗?

讲到这里,怕虫人士肯定会担心,虫子喝我的眼泪,会不会对我有害呢?像何女士这样的案例,在世界范围内都属罕见,所以一般来说,我们不用担心隧蜂会钻进眼睛里。

一只隧蜂,属于 Agapostemon 属 | insects unlocked / Flickr

一只隧蜂,属于 Agapostemon 属 | insects unlocked / Flickr

“献身”给无刺蜂的本齐戈表示,被无刺蜂“吸”过几个小时以后,研究人员的眼睛会发红,还有点刺痛,可能是蜂的分泌物刺激了眼睛,但一天半之后就痊愈了。无刺蜂不接近人,它们的分泌物又有杀菌作用,所以不太可能携带人类的病原体。但是,本齐戈提醒我们,有些喜欢吸眼泪的昆虫,可能会传染疾病。

一些喜欢眼泪的果蝇,比如冈田绕眼果蝇(Amiota okadai),会携带结膜吸吮线虫(Thelazia callipaeda)的幼体。在果蝇吸食眼泪的时候,线虫就进到人(或其他哺乳动物)的眼睛里,这种线虫可能导致严重的视力障碍。总的来说,对于“吸人”的昆虫,我们不必要过分恐惧,但还是保持谨慎比较好。

开车前真的不能吃榴莲荔枝吗?其实并不是

吃榴莲会导致酒驾?这两天的一则新闻引起了巨大关注。

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这是一条颇有标题党特色的新闻。事实是:该男子只是“吹气检测酒精含量超标”,而不是“被查出酒驾”。交警没有处罚是理所应当的,无从谈起“竟没处罚”。

为什么吃榴莲会导致“吹气超标”

在交警检查酒驾的时候,是通过“吹气检测”的方式来判断。这种检测手段的原理是:喝酒之后,酒精进入血液,呼出的气体中含有酒精,根据其中的酒精含量,可以推断出血液中的酒精含量。

如果喝了酒,那么这种方法的检测是相当准确的。但倒过来并不成立——换句话说,吹出的气中含有酒精,并不意味着血液中一定有酒精。举个极端的例子,你用酒精漱一下口再去吹,必然含有酒精,但酒精并没有进入血液。

榴莲是一种含糖量很高的水果。如果存放的时间很长,其中的糖会被发酵或者自身通过“无氧呼吸”产生一定量的酒精。吃了这样的榴莲,口腔里就会残存一定量的酒精。这时候去吹气,气中酒精量含量就可能比较高,从而“超标”。而榴莲中的酒精很少,进入血液的也极少,所以血液检测就不会有问题。

酒驾的标准是基于血液中的酒精含量,而不是吹出来的数字

“禁止酒驾”的原因是喝酒之后,酒精会影响人们的判断力和协调能力,从而大大增加安全风险。这种影响,是酒精吸收代谢的一部分。如果血液里的酒精含量很低,就不会有这样的影响。

在执法中,之所以通过“呼气检测”的结果就可以判定酒驾进行处罚,是因为对于喝过酒的人,吹气检测的结果能够代表血液检测结果。司机不会有异议,也就可以处罚了。但如果当事人有异议,那么吹气检测的结果是不能作为执法依据的。在有异议的情况下,就需要进行血液检测,然后根据血液检测的结果来进行判罚。在这个新闻案例中,当事人的血液检测结果显示不含酒精,当然也就不应该被处罚。

换言之,吹气检测只是一种“快速筛查”手段。如果当事人真的喝过酒,就不会对吹气结果有异议,从而节省了血液检测时间和费用。

除了榴莲,还有很多其他食物也能导致“吹气超标”

除了榴莲,荔枝也是很容易导致“吹气超标”的水果。荔枝的含糖量也很高,自身呼吸也很旺盛,存放中也容易被环境中的酵母转化出酒精。在新闻中,也有过很多起吃荔枝被“酒驾”的新闻。此外,还有一些食物,比如蛋黄派、面包、酒心巧克力、腐乳、酒酿、醉虾醉鸡等等,也含有一定量的酒精。它们的酒精不会导致血液中的酒精超标,但残留在口腔里的量却可能让“吹气超标”。

另外,还有一些药物,比如藿香正气水、止咳糖浆,以及漱口水等等,也含有酒精。使用之后去吹气,也可能出现“超标”。

这些“假超标”只是增加一点麻烦,并不会被处罚

吃了这些食品会导致“吹气超标”,是不是就意味着开车前不能吃这些食物了呢?

当然不是。

吃过这些食物之后的“吹气超标”只是一种“假阳性”。既然是假的,那么当然不会被处罚。只不过,如果被吹出了“超标”,交警会默认是“喝了酒”。而你需要“证实清白”,才能免于处罚。

去抽血检验自然是最准确可靠的证明方式,但所需要的时间和精力未免有点多。在大多数情况下,向交警说明情况,漱漱口或者等一会儿再测(通常几分钟或者十几分钟也就差不多了),也就能够恢复到正常。而如果真的喝了酒,则需要一二十个小时呼出的气体才能合格。

所以,“吃某些食物可能导致吹气酒精超标”这个事情不是谣言,但这只是“吹气超标”,而不是“酒驾”。所以,只要谨守“开车不喝酒,喝酒不开车”的原则,其他的食物完全不必战战兢兢,可以放心大胆地吃。如果没有遇到酒驾检测,自然毫无问题;如果遇到酒驾检测,被吹出“超标”,说明情况并且等一会儿再测,也就能够通过了。实在不行,还可以去抽血检验,只要自己是清白的,总是不难证明的。

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