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自然科学

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LUCKY BIRD

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  在光合作用过程中,植物从阳光得到能量,首先将它转换成电能,继而转换成稳定的化学能。现在,以色列特拉维夫大学的科学家发现动物王国的成员亚洲大黄蜂,也有收集太阳能并将其转换成电能的能力;而长在它腰间的褐色和黄色的环就是它的太阳能“电池板”。

  昆虫学家先前就注意到,亚洲大黄蜂与蜜蜂和其他黄蜂品种习性有所不同,它们的活跃期不在早晨太阳升起时,而是在午后;而且越是阳光特别强烈的时 段,大黄蜂越显得异常活跃。它们的活动数据送到实验室,特拉维夫大学团队研究了天气条件,包括温度、湿度和太阳射线这些因素,如何影响大黄蜂的行为。结果 发现只有紫外线辐射与大黄蜂活动的变化有密切的关联。

  进一步研究揭示,大黄蜂腹部褐色和黄色的环状外骨骼有光伏发电的作用,能吸收太阳光发出电来,这在动物界是十分罕见的。

  科学家们确定,大黄蜂腹部外骨骼的褐色斑纹上有凹痕,引导光线进入,并将其散射成分立的细小光束,只有1%的光线能反射出去。而外骨骼的黄色斑纹是缀有微孔的凹槽,它包含一种叫做黄蝶呤的色素。凹痕、微孔凹槽和黄蝶呤共同作用,将光转换成电能。

  研究团队成员、物理和天文学院的戴维·伯格曼教授指出,“活的生物能够完成这样一件事,实在很有趣。大黄蜂的本领可能是我们尚不知晓的事物。”

  他们还发现了亚洲大黄蜂一些独特的能源处理方式。它的身体中有一个发育良好、类似空调和电冰箱里的热邦浦系统,使大黄蜂即使在阳光直晒下,也能 保持体温比外界温度略低。另外,亚洲大黄蜂还掌握着精心操练的声音信号,使蜂群在其巢穴内——这里是完全黑暗的——也能维持特别精准的秩序。伯格曼教授解 释,这些都是不容易做到的。

  在和该学院萨克勒医学院的雅格布·艾沙伊教授合作下,伯格曼和他的博士生普罗特金有一个真正跨学科的研究计划,来解释大黄蜂腹部“太阳能电池” 的生物学过程。团队曾尝试仿效大黄蜂的身体结构,复制亚洲大黄蜂收集太阳能的方法,但远远达不到同样的能源收集效率。未来的计划是优化模型,看这个“生物 模仿”能否提供线索,导致新奇的可再生能源解决方案。

  他们的研究最近发表在德国《自然科学》杂志中。(小云)


鸭嘴兽

  世界著名科学杂志《自然》首次发布鸭嘴兽基因组的详细分析数据,为揭示隐藏于基因密码背后的鸭嘴兽的秘密提供了启示。

  基因分析认为,鸭嘴兽基因组的构成揭示了其最本真的特征,即同时兼具爬行动物和哺乳动物的特征。比如,鸭嘴兽长有类似爬行动物的四肢;这一特征能够在相应基因片段上直接读出。又比如,在爬行动物的基因组中,有一串专门控制胎儿大小的基因,这些基因无论来自精子还是卵子,其活动能力都是一样的,而哺乳动物(除单孔目之外)的相应基因因其来源不同而具有不同的活动能力:如果来自于精子,基因就异常活跃;如果来自于卵子,基因活动能力就低下。研究表明,对鸭嘴兽来说,相应基因无论是来自精子还是卵子,其活动能力都是一样的。也就是说,在关系胎儿成长的基因方面,鸭嘴兽更加接近爬行动物,而不是哺乳动物。

  基因研究还表明,同其他哺乳动物一样,鸭嘴兽基因组中约2%(共计18527个)的基因是专门负责蛋白质生成的,其中一部分对应于蛋黄和乳汁的生成。我们知道,爬行动物以卵的蛋黄为发育中的胚胎提供发育所需全部营养,哺乳动物则不同:在胎儿出生前,通过胎盘为发育中的胎儿提供持续的滋养;在幼仔出生后,则通过母乳为其提供营养物质,这也是促使哺乳动物脑容量发展的重要因素。

  那么,早期的产卵的爬行动物是如何演变为具有胎盘且能够泌乳的哺乳动物的呢?鸭嘴兽基因研究成果为科学家提供了线索:这种转变的第一步必然是促成乳汁分泌,然后逐渐摆脱产卵生育。

  雌性鸭嘴兽每次产卵1至3枚,通常为2枚。从外形上看,鸭嘴兽的卵很像爬行动物的卵,皮质质感,个头不大,直径约几毫米,比鸟卵更接近圆形。一枚鸭嘴兽卵的生长周期包括在子宫内28天和在体外孵化10天;而一枚鸟蛋的生长周期则是蛋肠内1天和体外孵化21天。产卵完成后,雌性鸭嘴兽会蜷缩起身体进行孵化。孵化过程大致分为三个阶段:第一阶段,胚胎不会长出任何功能性器官,完全从卵黄中吸取营养;第二阶段,手指脚趾开始发育;第三阶段,卵齿出现。

  刚刚孵化出来的幼仔非常柔弱,眼睛还不能睁开,浑身无毛,完全依赖母乳喂养。鸭嘴兽有乳腺,但没有乳头。其腹部有个“袋子”,分泌的乳汁经由内侧皮肤上的小孔流出供幼仔舔食。母乳喂养持续3至4个月。之后,鸭嘴兽妈妈会短时间外出觅食。大约5周后,鸭嘴兽妈妈外出觅食的时间越来越长。再经过大约4个月时间,幼兽开始从洞口爬出。(马冬)


机器人是当今世界备受关注的前沿课题,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展,机器人技术也得到了飞速发展,特别是近年来智能机器人的研发已取得了长足的进展,智能机器人的功能与人更接近了。然而,目前最高级机器人的智力也只相当于小孩子的智力,与此同时,机器人的研发几乎没有统一的标准,大部分机器人学家也都让机器人用自己研发的方式来积累数据。这就让机器人很难共享人类已经创造的丰富知识。
据英国广播公司(BBC)2月9日报道,最近,欧洲科学家启动了RoboEarth(机器人地球)计划,试图让机器人共享信息并存储它们的发现。这意味着机器人很快将拥有自己的互联网和维基百科。届时,当机器人执行任务时,它们能下载数据,并寻求其他机器人的帮助,更快地在新环境下工作。执行该计划的研究人员希望,该研究能通过给机器人装备人类创造出来的、不断丰富的知识库,让机器人更快地为人类服务。
RoboEarth的研究人员之一、瑞士联邦理工学院的马克斯·魏贝尔表示,RoboEarth的指导思想是研发出方法,帮助机器人编码、交换信息、对知识进行再利用等。他说,现在,大多数机器人都用自己的方式来看待周围的世界,几乎没有统一的标准;而大部分机器人学家也都让机器人用自己研发的方式来积累数据。这就让机器人学家很难共享知识或在某个领域取得重大突破,因为每个机器人学家都在解决同样的问题。
相反,RoboEarth项目希望能够定义机器人积累的信息,以便让所有机器人能发现并使用这些信息。
魏贝尔介绍到,RoboEarth既是一个通讯系统,也是一个数据库。在这个数据库中,将会有机器人工作地点的地图信息、机器人遇到物体的描述以及如何完成不同的行为的指令。
魏贝尔将该数据库称为机器人的“维基百科”。他解释说,人们使用维基百科分享知识,对信息进行编辑,不断添加知识,并获得这些知识。机器人也需要一个这样的数据库。拥有这样一个数据库非常有意义,如果机器人进入一个以前从未曾到过的地方,咨询RoboEarth能获得这个地方、有关物体和任务的信息,随后,机器人能快速地进入工作状态。
尽管也有科学家正在着手进行其他项目,为机器人看待世界,编码信息的方式制订标准,进行RoboEarth项目的科学家希望能一马当先,让机器人更好地为人类服务。魏贝尔说:“其中的关键是让机器人分享知识。”
例如,当人们要求机器人摆好饭桌时,RoboEarth能帮助机器人理解这句话的具体含义,并了解为了完成任务需要用到哪些物体。
大约35名研究人员在为欧盟资助的这个项目工作,该项目为期4年。现在,初期工作已取得一些阶段性的成果,比如,科学家研发出了一种方式:让机器人可以下载要完成的任务并执行该任务;机器人也可以将修改后的位置地图上传到该数据库中供其他机器人分享。魏贝尔说,因为机器人对人类的重要性与日俱增,诸如RoboEarth这样的系统必不可少。
RoboEarth也有望成为日益庞大的服务型和家居型机器人的助手,未来10年内,服务型和家居型机器人可能“飞入寻常百姓家”。
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法国研究人员日前报告说,他们研制的一种新型艾滋病疫苗在雌性猕猴身上实验成功。实验结果表明,疫苗能够有效防止艾滋病通过性途径传播。
法国国家科研中心以及国家健康与医学研究所的研究人员在美国最新一期《免疫学》(Immunity)杂志上报告说,为了验证疫苗的有效性,研究人员对5只雌性猕猴进行了鼻部和肌肉注射。结果显示,在疫苗的保护下,雌性猕猴对阴道感染艾滋病产生了免疫,其血清化验始终呈现阴性。此外,进一步的实验表明,这种新型疫苗对预防普遍存在于欧美和印度的艾滋病B亚型和C亚型病毒效果明显。
法国国家科研中心的摩根·邦塞尔表示,这种疫苗目前仅在雌性猕猴身上实验成功,而且获得这一结果的前提是实验对象的阴道没有创伤,如果要进一步确认疫苗的有效性,还需要对雄性猕猴展开实验。(来源:新华网 李学梅)
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英国沃里克大学医学院一个研究小组说,长期睡眠不足会增加中风或心脏病风险。研究人员呼吁人们立即行动,“拆除”晚睡早起这个可能损害健康的“定时炸弹”。
睡睡平安
研究人员分析日本、美国、瑞典和英国等8个国家和地区47万多人的健康数据。这些数据时间跨度7年至25年。
他们分析后得出结论,如果经常每晚睡眠时间不足6小时且睡得不安稳,那么患心脏病或死于心脏病几率高48%,患中风或死于中风几率高15%。
研究小组成员弗朗切斯科·卡普乔说:“晚睡早起的习惯相当于给健康埋下一颗滴答作响的定时炸弹,你需要立即行动,降低患这些可致命疾病的风险。”
另一名小组成员米歇尔·米勒说,长期睡眠不足还会增加高血压、糖尿病和肥胖风险。
研究报告由《欧洲心脏病学杂志》(European Heart Journal)刊载。
睡多寿永
卡普乔说,现代社会不少人失去工作与生活之间平衡,牺牲宝贵的睡眠时间以完成工作,“这样一来,就会显著增加中风或患心血管疾病,如心脏病的风险”。
不过,卡普乔同时提醒公众,睡眠时间太长也不好。经常连续睡眠超过9小时可能是心血管疾病的征兆。
他认为每晚睡7小时左右最合适。
“保证每晚大约7小时睡眠,你就能保护未来的健康,同时降低患慢性病风险。(睡眠与健康)关联在我们的研究中表现得很明显:睡够觉才能保持身体健康,活得更长,”卡普乔说。
缺觉致病
英国心脏基金会高级护士埃伦·梅森赞扬卡普乔等人的研究进一步证明睡眠对健康至关重要,同时还提醒人们睡眠不足可能带来的危害。
“虽然缺觉与心脏和循环系统疾病有关,但人们对个中原因并不完全了解,”梅森说,“人们缺乏睡眠时,体内的激素水平和化学物质可能发生改变,一段时间后就会影响心脏和循环系统。”
梅森说,多种因素导致现代人睡眠不足,例如上网越来越容易、电视频道增加、忧心财务状况、工作时间变长等。
“但是对我们来说更重要的是把睡眠放在重要位置,每晚睡6到8个小时,这样才能恢复体力,”她说。(来源:新华网 欧飒)
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蓝莓、蔓越莓等水果富含抗氧化成分,有益健康,获称“超级水果”。美国巧克力生产商最近出台研究报告称,黑巧克力抗氧化作用更强,堪称“超级食物”。
抗氧化强
以巧克力为主打产品之一的美国好时食品公司健康与营养中心研究人员对比同样重量可可粉和水果的抗氧化性,结果发现可可粉的抗氧化性更强,而且含有更多黄烷醇。
研究人员还对比了黑巧克力、可可、巧克力热饮以及“超级水果”蓝莓、蔓越莓、石榴、巴西莓果汁的抗氧化成分比例。结果显示,与果汁相比,黑巧克力和可可抗氧化能力更强,所含黄烷醇和多酚更多。
黄烷醇和多酚不仅有助防止皮肤皱纹生成,还能减少罹患心脏病风险。
巧克力热饮“成绩”最差,几乎不含抗氧化成分,这可能因为加工过程破坏营养成分。
这项研究结果由最新一期《化学中央期刊》发表。
“超级食物”
报告主要作者德布拉·米勒博士对英国《每日邮报》记者说,在评估巧克力的营养价值时,人们不要只看到脂肪、蛋白质等常量营养素,“可可粉提供的营养价值超过那些常量营养素”。
米勒说,可可豆堪称“超级水果”,而由此提取的产品,譬如天然可可粉、黑巧克力等则是“超级食物”。
英国肥胖论坛成员塔姆·弗赖形容这项研究结果“有点儿意思”。“黑巧克力可能比一些极富盛名的水果含有更多抗氧化成分,”他说,“不过,任何东西都要适量。”
还有一些英国专家则认为,好时公司进行这项研究存在利益驱动。
适量均衡
不管好时公司动机如何,黑巧克力有益健康这一点已获得众多研究证明。
先前一项研究结果显示,每天食用6.7克黑巧克力能最为有效地促进心脏健康,最多可减少罹患心脏病几率三分之一。
美国研究人员去年8月在美国心脏病协会一份杂志上发表研究报告说,中老年女性每周食用一两次黑巧克力可降低心衰几率三成以上,不过,每日食用反而完全不会降低心衰风险。
西班牙科学家去年4月发表研究结果说,黑巧克力能有效缓解肝硬化患者的门静脉高压症,黑巧克力或可列入肝硬化患者的处方。
不过,正如弗赖所说,“任何东西都要适量”。巧克力富含脂肪和糖分,因此膳食专家建议将巧克力作为均衡饮食中的一部分,人们日常还需摄取一些并不那么诱人的食物,如糙米、豆类、水果和蔬菜。(来源:新华网 黄敏)
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英国沃里克大学医学院一个研究小组说,长期睡眠不足会增加中风或心脏病风险。研究人员呼吁人们立即行动,“拆除”晚睡早起这个可能损害健康的“定时炸弹”。
睡睡平安
研究人员分析日本、美国、瑞典和英国等8个国家和地区47万多人的健康数据。这些数据时间跨度7年至25年。
他们分析后得出结论,如果经常每晚睡眠时间不足6小时且睡得不安稳,那么患心脏病或死于心脏病几率高48%,患中风或死于中风几率高15%。
研究小组成员弗朗切斯科·卡普乔说:“晚睡早起的习惯相当于给健康埋下一颗滴答作响的定时炸弹,你需要立即行动,降低患这些可致命疾病的风险。”
另一名小组成员米歇尔·米勒说,长期睡眠不足还会增加高血压、糖尿病和肥胖风险。
研究报告由《欧洲心脏病学杂志》(European Heart Journal)刊载。
睡多寿永
卡普乔说,现代社会不少人失去工作与生活之间平衡,牺牲宝贵的睡眠时间以完成工作,“这样一来,就会显著增加中风或患心血管疾病,如心脏病的风险”。
不过,卡普乔同时提醒公众,睡眠时间太长也不好。经常连续睡眠超过9小时可能是心血管疾病的征兆。
他认为每晚睡7小时左右最合适。
“保证每晚大约7小时睡眠,你就能保护未来的健康,同时降低患慢性病风险。(睡眠与健康)关联在我们的研究中表现得很明显:睡够觉才能保持身体健康,活得更长,”卡普乔说。
缺觉致病
英国心脏基金会高级护士埃伦·梅森赞扬卡普乔等人的研究进一步证明睡眠对健康至关重要,同时还提醒人们睡眠不足可能带来的危害。
“虽然缺觉与心脏和循环系统疾病有关,但人们对各种原因并不完全了解,”梅森说,“人们缺乏睡眠时,体内的激素水平和化学物质可能发生改变,一段时间后就会影响心脏和循环系统。”
梅森说,多种因素导致现代人睡眠不足,例如上网越来越容易、电视频道增加、忧心财务状况、工作时间变长等。
“但是对我们来说更重要的是把睡眠放在重要位置,每晚睡6到8个小时,这样才能恢复体力,”她说。
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法国研究人员日前报告说,他们研制的一种新型艾滋病疫苗在雌性猕猴身上实验成功。实验结果表明,疫苗能够有效防止艾滋病通过性途径传播。
法国国家科研中心以及国家健康与医学研究所的研究人员在美国最新一期《免疫学》(Immunity)杂志上报告说,为了验证疫苗的有效性,研究人员对5只雌性猕猴进行了鼻部和肌肉注射。结果显示,在疫苗的保护下,雌性猕猴对阴道感染艾滋病产生了免疫,其血清化验始终呈现阴性。此外,进一步的实验表明,这种新型疫苗对预防普遍存在于欧美和印度的艾滋病B亚型和C亚型病毒效果明显。
法国国家科研中心的摩根·邦塞尔表示,这种疫苗目前仅在雌性猕猴身上实验成功,而且获得这一结果的前提是实验对象的阴道没有创伤,如果要进一步确认疫苗的有效性,还需要对雄性猕猴展开实验。
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美国趣味科学网站2月7日报道,由于科学家首次直接在硅片上制造出纳米级激光器,人们向将激光器和电子设备整合的艰难目标迈进了一步。这些微小的激光器是用化合物半导体制造的。这些半导体能以远胜硅片的效率发光。
将光学处理过程同电子芯片结合为发展高速计算能力提供了条件。电子设备善于处理信息,因为电子相互之间有着很强的作用力。然而,当电子移动起来传递信息时,这种相互作用也会造成背景噪音并削弱信号。
相反,光子对彼此的影响很小,因此它们能以比电子更高的效率传递信息。这就是为什么光缆已经取代了高性能计算机电路板上的电线,以及穿越远距离的电缆的缘故。
然而,计算机在同光进行合作时面临着一种重要的限制:虽然硅能传递和探测光信号,它不能有效地产生光。需要诸如砷化镓和磷化铟等化合物半导体来形成优良的激光器。
因特尔公司和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校已经成功地将磷化铟激光器同硅紧密结合,从而使磷化铟层产生的光得以转移到硅光导。
然而,这种结合非常昂贵,不利于标准芯片制造,并且还不可能“种植”由硅片上的材料形成的激光器。
现在,加利福尼亚大学伯克利分校的一个科学家团队克服了硅和化合物砷化镓结晶体不匹配的问题。这种不匹配阻碍了激光器的植入。目前的进展使科学家能在硅片上植入逐渐变细的六角形砷化镓和砷化铟柱。这些柱体的基座直径仅有大约半微米。当外部激光器照射它们的顶端,这些纳米支柱就成了激光器:激光在柱体内跳动,从顶端到底部呈螺旋状前进。
在实际应用中,研究人员预计纳米激光器将能够自行制造激光,无需外部激光器的帮助。
该研究团队的一名成员说,这是整合光学和电子学道路上的重要一步,但是在达到这一目标之前还有很多问题要克服。
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 电子显微镜下的纳米微片
由英国、美国和韩国研究人员组成的一国际研究小组宣称,他们发明了一种新方法,可快速、高效地将石墨等特殊材料制成只有一个原子厚的纳米微片,该方法成本低廉,并可进行规模化工业生产,有可能导致一场新电子和储能技术革命。相关成果刊发在最近一期《科学》杂志上。
石墨烯是近些年来材料研究的热点,因其与众不同的电学性质而备受关注,物理学家们希望有一天它在电子元器件中的应用上能够和传统的硅材料一较长短。但事实上,还有上百种类似的特殊层状材料,如一氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等,同样能够用于新技术的创新。几十年来,研究人员一直在尽力将这些材料制成纳米微片,以便利用它们不寻常的电子和热电性质。然而,几乎所有方法都非常费时费力,制造出的材料也十分脆弱,大多不能实际应用。
由英、美、韩组成的国际研究小组经过潜心研究,找到了一种制备纳米微片的新方法,他们利用超声波脉冲,可在几个小时之内,将多种一毫克的特殊层状材料制成数十亿个只有一个原子厚的石墨烯样纳米微片。研究人员称,该方法成本低廉,但十分高效,用这种方法制成的纳米微片,可喷涂到硅等其他材料表面,制成一种混合薄膜,这种薄膜将材料特性与传统技术有效结合,可应用于新型计算机元件、传感器或电池等的制造。
该研究项目领导人之一、爱尔兰都柏林三一学院的乔纳森·科尔曼教授指出,这些新型材料所具有的化学和电学特性使其在新的电子设备、超强复合材料以及能源产生和储存等方面具有广泛用途,而该项研究则可称得上是高效温差电材料研究的一个重要进步。(来源:科技日报 刘霞/朴淑瑜)
第 422 页,共 510 页