LIGO新发现最小黑洞?一孕傻三年不靠谱|一周科技速览

目 录

1. 引力波再发力:最大中子星or最小黑洞?

2. 突破配位化合物极限

3. 看得见的捕杀——捕蝇草中的生物力学机制

4. 人类专属的“聪明基因”在猴脑证实功效

5. 年龄越大,白血病相关突变越多

6. 仿断食饮食法助力乳腺癌化疗

7. “超级水果”猕猴桃:吃出来的健康

8. 一孕傻三年?谁说妈妈们的注意力差

1 引力波再发力:最大中子星or最小黑洞?

当恒星走到生命终点时,质量较大的恒星会在自身引力作用下塌缩形成黑洞;而质量稍小的恒星,则会以超新星形式爆炸,留下致密的恒星残骸——中子星。目前,已知最重的中子星不超过太阳质量的2.5倍,而已知最轻的黑洞约为太阳质量的5倍。数十年来,天文学家一直为中子星和黑洞之间的“质量间隙”感到困惑。那么,是否有处于这个质量间隙的天体呢?

中子星与黑洞之间的差异是什么?| 图片来源:LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)

近日,《天体物理期刊通讯》上刊登了一篇基于美国激光干涉引力波天文台LIGO和欧洲的Virgo探测器研究报告:科学家探测到一个2.6倍太阳质量的天体和一个23倍太阳质量的黑洞合并产生的引力波(GW190814事件),最终形成了约为25倍太阳质量的黑洞,新形成的黑洞距离地球约8亿光年。

研究人员认为,不论这个天体是已知最重的中子星,还是已知最轻的黑洞,它都将打破纪录,改变天文学家的认知。威斯康辛大学密尔沃基分校教授、LIGO合作发言人Patrick Brady表示,“质量间隙实际上可能根本不存在,是由于观测能力的限制所致。”

在两者合并之前,它们的质量比约为9:1,是已知引力波事件中的最极端质量比。美国西北大学Vicky Kalogera教授表示,形成如此大质量比的天体合并,且低质量伴子位于“质量间隙”中,对当前的理论模型是一项挑战。此次合并事件的引力波信号被探测后,数十个地面和空间天文望远镜立即进行了跟进观测,却没有发现与之相对应的电磁信号(目前为止,仅在双中子星合并事件(GW170817)观测到与引力波信号对应的光波信号)。

对于此次事件没有观测到相应的电磁信号,LIGO-Virgo的科学家提出了几个可能的原因。第一,这一事件的距离是GW170817合并事件的6倍,这使得仪器更难接收到相应的光信号。其次,如果碰撞的是两个黑洞,则可能不会发出光。第三,如果该天体是中子星,那么质量是它的9倍质量的黑洞伴子很可能将其吞没,这一过程可能也不会发出光。

研究人员认为,无论质量间隙中的天体是什么,引力波天文学再次展现了它革命性的潜力。

[1]https://phys.org/news/2020-06-heaviest-known-neutron-star-lightest-known-black.html

[2]https://www.caltech.edu/about/news/ligo-virgo-finds-mystery-object-mass-gap

[3]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f

2 突破配位化合物极限

配位化合物(配合物)是一类重要的分子,其中心原子或离子与配体分子或离子以配位键相结合。配合物广泛应用于日常生活、工业生产及生命科学中,它不仅与无机化合物、有机金属化合物相关联,并且与现今化学前沿的原子簇化学、配位催化及分子生物学都有很大的重叠。例如,负责在血液中运送氧气的血红素分子是以铁元素为中心的配合物;叶绿素则是含有镁的配合物;铂的配位化合物(例如“顺铂”) 能够与细胞内的DNA反应,影响DNA的转录和复制导致细胞凋亡,因此它成为一种经典的抗癌药。

许多重要的配合物是由一氧化碳分子(CO,也称为羰基)与过渡金属原子键合得到的。从19世纪末开始人们就已经认识到羰基配合物的重要性,然而,无论使用三十种已知过渡金属中的哪一种,含有超过六个羰基的配合物都只能在气相中观察到,迄今为止还无法在液相合成这些物质。

近日,弗莱堡大学的Krossing教授团队通过在一氧化碳内用银离子氧化六羰基铌盐和钽盐,成功合成了含有七个羰基配合物——

并且所合成的化合物在室温下能够以晶体形式稳定存在。这一开创性的成果发表于《自然-化学》。

本文合成的七羰基金属盐的结构示意图(右侧两个)| 图片来源:[4]

研究人员所合成的这种全新的过渡金属羰基配合物在许多方面已经超越了目前化合物的极限,但所涉及的合成方法和设备却十分常见,因此有望扩展用于合成含有其他过渡金属的高羰基化合物。这些新奇、罕见的化合物或许会改写我们的教科书,也许有朝一日会应用于功能材料中改变我们的生活。

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%85%8D%E5%90%88%E7%89%A9

[2] https://www.x-mol.com/ask/question/7440

[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/uof-btl062320.php

[4] https://www.nature.com/articles/s41557-020-0487-3

3 看得见的捕杀——捕蝇草中的生物力学机制

捕蝇草 | 图片来源:The Scienctist

捕蝇草(Dionaea muscipula)是一种典型的食肉植物,它的捕食对象主要是爬行昆虫。在捕食过程中,它的叶片结构犹如一个“捕捉器”,当叶片上的触毛在20-30秒内连续感受到两次触碰,“捕捉器”即启动关闭机制,叶片在0.5秒内迅速闭合,完成猎物捕杀过程。

尽管科学家对捕杀过程早已非常清晰,但是“捕捉器”,即叶片的精确变形过程依然是个谜。近日,德国弗莱堡大学的科学家基于生物力学理论,通过计算机模拟,给出了“捕捉器”的驱动机制——植物的叶片中存在预应力 (prestress),昆虫的触碰会引起预应力的释放,完成捕杀行动。该研究成果发表在《美国国家科学院院刊》。

包含各种应变力分布和不同层预应力的计算机模拟陷阱 | 图片来源:[2]

捕蝇草的叶片包含三层结构:内表层、中间层(叶肉)和外表层。借助计算机,科学家们采用有限元技术模拟了和叶片结构类似的三层结构的力学行为。研究认为,内表层收缩和外表层扩张是造成捕捉动作的直接原因。模拟结果显示,只有在施加了预应力的情况下,捕捉器才能做出类似的变形行为,完成捕捉。真实植物实验同样验证了这个现象。研究发现,通过充分水化能够增加细胞内的压力,即产生一定的预应力。捕蝇草的细胞受到刺激后释放水分,即释放预应力,从而实现由叶片构成的捕捉器快速关闭。

聪明如捕蝇草,自然能够机智区分猎物与雨滴,实现有效触发。不过,偶尔也有失手抓到落叶的情况,此时非活物不能持续触发预应力释放机制,叶子又将恢复原状。

[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/uof-vc062320.php

[2] https://www.pnas.org/content/early/2020/06/19/2002707117

4 人类专属的“聪明基因”在猴脑证实功效

与其它动物相比,我们人类虽然体质羸弱,却由于大脑新皮层的高度进化而在物种竞争中脱颖而出。新皮层在进化过程中出现得最晚,但却与知觉、空间推理、意识等许多高等功能有很大关系。与黑猩猩相比,人类新皮层的体积是它们的 3 倍,并且有更深的脑回和脑沟。

此前有研究证明,一种人类特有的ARHGAP11B基因会触发大脑形成更多的干细胞,并增加大脑皮层的体积。在该基因高水平表达的影响下,实验小鼠的胚胎产生了更多的神经前体细胞,甚至形成了新皮层褶皱。但该基因在灵长类进化过程中是否起到关键性作用依然未知。近日,德国马普研究所和日本庆应大学的研究人员在狨猴胚胎中证实了ARHGAP11B能够增加其新皮层的大小和褶皱,并增加相关神经元的数量。该研究发表于《科学》杂志。

研究人员在转基因狨猴处于发育期的新皮层中表达了ARHGAP11B基因,并采集101日龄(正常出生前50天)绒猴胎儿的大脑进行分析。他们发现与普通绒猴相比,转基因绒猴的大脑不仅新皮层增大、出现褶皱,并且其皮质板也更厚。与此同时,一些随着灵长类进化而增加的神经元数量也有明显增加。

转入 ARHGAP11B 基因之后,狨猴胚胎的大脑新皮层明显增大 | 图片来源:[1]

该研究第一次在非人类的灵长类动物中发现 ARHGAP11B 基因可以引起新皮层的扩张,表明该基因对于人类大脑的演化可能具有至关重要的作用。但大脑的发育是一个复杂的过程,需要许多基因、蛋白质以及小分子物质的共同参与,而不是由单个基因所能够决定的。因此想要进一步揭开人类“聪明”的秘密,我们仍然还有很长的路要走。

[1] https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401

5 年龄越大,白血病相关突变越多

人体的血液由骨髓中的造血干细胞持续产生。这些干细胞可以发育成很多种血细胞,如T淋巴细胞和B淋巴细胞。造血干细胞一旦产生突变,所衍生的后代血细胞都将带有它的突变。个别突变可能会改变细胞的关键功能,导致细胞恶性病变,最终演变成白血病。已有研究表明,血细胞突变会随着人年龄增长而积累。

血细胞DNA突变概率随年龄增加而增加 | 图片来源:RIKEN

近日,日本理研综合医学科学中心(RIKEN)研究人员在《自然》杂志发表论文,报道了日本和欧洲人群血细胞突变的差异,重点比较了T细胞和B细胞中的突变情况。他们发现,欧洲人的B淋巴细胞突变更多,患慢性淋巴细胞白血病(B细胞异常增多)概率更高,而日本人的T淋巴细胞突变更多,患T细胞白血病概率更高。这一差异背后的原因仍不清楚,遗传因素或环境因素都有可能参与。研究者也发现,血细胞突变概率与年龄增长显著相关。尽管年龄增长带来的致病突变似乎不可避免,但有这些突变并不代表一定会患上白血病。定期开展血液筛查,保持良好生活习惯,都可以降低患病风险。

[1] https://medicalxpress.com/news/2020-06-blood-cell-mutations-linked-leukemias.html

[2] https://www.nature.com/articles/s41586-020-2426-2

6 仿断食饮食法助力乳腺癌化疗

断食 (Fasting) 会让人体内各种激素和代谢物水平发生显著改变。过去研究发现,在断食中,人体内的正常细胞会接收到一些反馈信号,代谢速率下降,分裂速度减慢,化疗药物对其的伤害也相应减小。而肿瘤细胞一个显著的特点,就是不服从人体内的生长和分裂抑制信号,甚至代谢加速,因此断食在一定程度上可以提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。

仿断食饮食法(Fasting mimicking diet, FMD),是一种以低热量、低蛋白为原则,适量摄入碳水和脂肪的饮食法,旨在模仿完全断食和水断食所带来的代谢效果,但能缓解患者由于饥饿而产生的不适感。

近日,一项探究FMD与乳腺肿瘤治疗的II期随机化临床试验发表在《自然-通讯》上,129位HER2阴性Ⅱ或Ⅲ期乳腺癌患者被随机分为两组,一组在新辅助化疗前和化疗期间接受三天FMD,另一组正常饮食。影像学检查和临床观察对比表明,两组患者的化疗药毒性反应没有显著差异,但新辅助化疗的效果在FMD组中更为显著。

正常细胞和肿瘤细胞对化疗的敏感性受仿断食饮食法(FMD)的影响 | 图片来源:[1]

这是相关领域内第一项旨在评估FMD对化疗效果影响的随机对照研究,该项研究表明,作为乳腺癌化疗的辅助,FMD可以显著改善HER2阴性早期乳腺癌患者的化疗效果。如果FMD得以在临床中广泛应用,不仅乳腺癌患者的生存率可能会提升,化疗过程中的痛苦也会显著减轻。

[1] https://www.nature.com/articles/s41568-018-0061-0

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Valter_Longo

[3] https://www.nature.com/articles/s41467-020-16138-3#Sec8

7 “超级水果”猕猴桃:吃出来的健康

最近在线发表在《柳叶刀·胃肠病学和肝脏病学》上的一篇评论文章,简要探讨了猕猴桃这一“超级水果”的健康功效。

从营养方面看,绿色和黄色猕猴桃品种都富含可溶性及不可溶性纤维、维生素C和维生素E、叶酸以及其他生物活性成分。两只猕猴桃的纤维含量约为3.5克,且包含将近200毫克的维生素C,相当于两到三只橙子的营养水平。

图片来源:doctormurray.com

对于肠胃道来说,绿色猕猴桃则有助于小肠和上升结肠中的水份保留,增加结肠体积,软化粪便,促进蠕动。猕猴桃还可发挥益生元作用,有实验显示,便秘患者服用了4周的猕猴桃粉末补充剂后,体内柔嫩梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)丰度大大增加,这种菌类可产生具有抗炎症特性微生物。猕猴桃中还有一种名为猕猴桃素(actinidin)的蛋白水解酶,相关研究表明,actinidin有助于促进食物蛋白质的消化。

虽然少数临床实验显示,便秘患者每日吃两到三只猕猴桃后,排便情况有所改善,但这些实验规模小,且并不总是用到合适的安慰剂,所以评论作者认为对于该结论应持谨慎态度。

除肠胃道之外,猕猴桃可保护心脏,抑制血小板凝聚,降低血脂和血压。它们的高水平抗氧化成分可能防止内源性氧化损伤。另外,有限的证据显示,猕猴桃也许有助于减弱上呼吸道感染的严重程度和持续时间。当然,作者也提出,目前仍然需要更多高质量研究数据,进一步提供猕猴桃健康功效的科学证据。

简而言之,每天吃两三只猕猴桃能够给人们的肠胃道和心脏代谢健康带来潜在的益处。尤其是对于肠胃功能不太好的人,猕猴桃的可发酵碳水化合物含量低,吃了不会有腹胀或者不适感。因此对于有胃肠道不适或功能障碍的人群来说,猕猴桃是个不错的选择。

[1] https://www.thelancet.com/pdfs/journals/langas/PIIS2468-1253(20)30163-1.pdf

8 一孕傻三年?谁说妈妈们的注意力差

图片来源:Pexels

俗语说“一孕傻三年”,指的是女性做了妈妈更健忘、反应慢、注意力不集中。然而事实确实如此吗?先前的相关研究大多关注怀孕对于认知能力的影响,研究显示自我感知的认知缺陷和生育阶段有关系,但很少有研究专门评估孕产妇的注意力,而且往往针对的是产后早期的新妈妈。美国普渡大学的研究者评估了成为母亲对于女性注意力的长期影响,发现与从未生育过的女性相比,妈妈们的表现并不差,甚至在某些方面更好,这一结果已在线发表在Current Psychology杂志。

研究人员招募了60名至少产后一年的妈妈,以及70名未生育过的女性,对她们进行了改进版的注意力网络测试(Attention Network Test)。该计算机测试可以测量参与者对图像变化的响应时间,并评估三个主要的注意力网络:警报网络,帮助大脑为传入的刺激做好准备;定向网络,将大脑的注意力引向新事物;执行控制网络,有助于解决冲突的信息。在消除年龄因素的影响之后,研究人员发现,母亲与非母亲相比具有类似的警报和定向注意力,以及更好的执行控制注意力。

研究者称,新妈妈经历的激素变化和睡眠剥夺可能会影响注意力和记忆力,然而长期看来,妈妈们并不容易被无关的事情分散注意力,成为母亲意味着有更多的外界刺激需要应对,这样才能照顾好自身和孩子的安全。

[1] https://link.springer.com/article/10.1007/s12144-020-00826-w

[2] https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2020/Q2/does-mommy-brain-last-study-shows-motherhood-does-not-diminish-attention.html

撰文 | 刘航 太阁尔周立新 顾舒晨 继省 Tendo 小叶 韩若冰

编辑 | 刘辛味 韩若冰 Azul

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