[巫山烤鱼]2019年,解科学之谜我们离本相更近一步

时间:2020-01-07 21:46:49 作者:河北省爱分享网络技术有限公司 热度:99℃
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  漫衍在喜马拉雅山脉卢普康湖岸边的年夜量人骨。图片来历:《天然》官网

  经由过程表不雅遗传研究绘制的丹尼索瓦人女孩画像。图片来历:《科学》官网

  中外科学家提出的新模子,对5亿年前地球氧气猛增给出了新的注释。图片来历:中国科学院南京地质古生物研究所

  固然科学的脚步天天都在飞速前行,为我们揭开了一个又一个本相,但在我们糊口的这个年夜千世界里,依然有太多的“暗中”需要科学之光来照亮。

  2019年,我们探讨了意识的发生和年夜脑遗忘的奥秘;注释了地球磁极逆转和青躲高原“人骨湖”形成的各种可能;“彻查”了5亿年前地球氧气猛增和先有鸡仍是先有蛋的科学本相……这一年,固然仍有很多谜团未能终极解开,但科学家们的探寻却从未止步。

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  水到底是一种液体仍是两种液体

  水很平常,我们洗衣、做饭、饮用都离不开它。我们似乎对水最领会不外了,可是,这看似通俗的水却仍然有良多待解的谜题,科学家甚至连它是一种液体仍是两种液体都还在争论呢。

  假如压强或温度改变,水的状况就可能发生转变。水在两种形态彼此转化的过程中,总有一个过渡点,好比在液态和气态彼此转化的过渡点上,水既会表示出液态水的性质,又会表示出气态水的性质。这个点被称为“临界点”。

  凡是环境下,水温越低,分子越不活跃,密度升沉应该越小。然而,研究职员却发现了一个变态的现象:低温下水的密度会发生升沉,温度越低,密度升沉越年夜。对于这种密度的转变,他们给出的注释是,水有第二临界点。在第二临界点之上,水会在两种状况之间快速改变。在这个临界点处,水由两种密度分歧的“水”构成。这意味着水不是一种液体,而是两种液体。

  然而,对于水是两种液体,也有不少人持思疑立场,甚至有科学家攻讦这个成果是伪造的。年夜大都研究者以为水的性质可以用常规的理论来注释。此中一种不雅点以为,在很是低的温度下,过冷的水会改酿成一种无序的固体,亦或是这是水在凝固时的一种非凡现象。

  在中科院物理研究所研究员孟胜看来,固然一向都有人以为水是两种分歧性质的液体的夹杂,但此刻还没有确凿的证据,并没有被完全证实,这种不雅点还处在假说的阶段。

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  事实是先有鸡仍是先有蛋

  事实是先有鸡仍是先有蛋,始终是一个布满争议和趣味的话题。本年12月,来自中国科学院南京地质古生物研究所等单元的研究职员,在我国贵州瓮安生物群——一个距今6.1亿年的特异埋躲化石库中找到了一类名叫“笼脊球”的化石。

  经由过程对这种生物形态的研究不雅察,他们还原了原始“胚胎发育”的过程。假如把动物比作一只鸡,那么这类化石就相当于记实了“蛋生鸡”的过程。笼脊球化石为回覆先有鸡仍是先有蛋的题目供给了主要线索。

  经由过程10多年的收集和研究,南京地质古生物研究所副研究员殷宗军地点团队在贵州瓮安生物群,陆续发现了233块笼脊球化石标本。

  它们呈现了单细胞动物向多细胞动物过渡的各个形态,按照年夜数据集的阐发,科学家找到了演变纪律。从扫描结果图上,记者看到这类化石从内部呈现空心“笼”体,演变为“实心球”的各阶段“胚胎发育”过程。

  殷宗军以为,假如将动物比方成一只鸡的话,复杂的胚胎发育过程就是孵化出小鸡的蛋,它桥接了动物的单细胞祖先和动物多细胞祖先之间的鸿沟。而笼脊球化石的发现恰好就注解,孵化出动物这只“小鸡”的“蛋”在6.1亿年前就已经呈现了。

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  几十吨的恐龙若何飞上天

  在学界,关于鸟类发源于恐龙有多种假说,此中由英国粹者托马斯·赫胥黎于1868年正式提出的鸟类兽脚类恐龙发源说在上个世纪70年月最先逐渐成为了学界的主流假说。

  从体型重年夜的陆地震物到体型小巧的天之宠儿,这需要在形态和心理上发生很多庞年夜转变,如许一个过程确实不可思议。然而,很多化石证据显示,这一过程确实发生了。

  2014年,澳年夜利亚等国的研究职员按照120种恐龙的1500多个剖解特征,构建复杂数学模子阐发了恐龙在进化过程中的体型转变。阐发成果显示,兽脚类恐龙傍边的一支,它们的体型一代一代地缩小,在如斯“瘦身”5000万年后终于进化成了鸟类——2.1亿年前其均匀体重为163千克,当进化到鼻祖鸟时已经降至0.8千克。

  恐龙想酿成鸟除了要变小之外,还要会飞,鸟类翱翔靠的是同党。此前,古生物学家在我国辽宁建昌发现了约1.6亿年前的近鸟龙化石。中科院古脊椎所研究员徐星先容,近鸟龙长而粗壮的前肢上长着飞羽,摆列体例近似鸟类飞羽,这申明同党的雏形在至少1.6亿年前就在恐龙身上呈现了。除了近鸟龙,还有其他几种兽脚类恐龙,像小盗龙和似尾羽龙,都有着近似羽毛同党的布局。

  综合这些化石证据,恐龙酿成鸟类可能履历了如许一个阶段,一些恐龙的身体逐渐变小,长得也越来越像鸟类:骨骼中空,身体轻巧;脑颅膨年夜,步履灵敏;前肢越来越长,能像鸟翼一样拍打;它们的体表长出了漂亮的羽毛,不再披着鳞片或鳞甲。

  固然恐龙是若何演化成鸟的,今朝还没有一个特殊切当的谜底,但不管如何,原本不会飞的恐龙终极酿成了天之宠儿,它们飞向蓝天,从此斥地了一个极新的糊口六合。

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  是什么让地球氧气在5亿年前猛增

  氧气是人类和动物赖以保存的根本。可是,远古期间的地球曾极端缺氧,是一片不折不扣的生命禁区。然而,到了距今5.8亿—5.2亿年摆布,地球氧气却猛地增添了。

  似乎有一种神秘气力在摆布着地球氧气含量的均衡点。多年来,科学家一向在寻找那股神秘气力。它事实是什么?又是若何阐扬感化的?

  此前,风行的假说是“生物与情况协同演化模子”。这个模子提出的正反馈机制表示为氧气增添的线性加快,这与距今5.8亿—5.2亿年摆布年夜气和海洋氧气含量多次年夜规模波动、生物发生阶段性辐射演化的现实环境倒是纷歧致的。

  中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎率领的中英合作团队耗时数年,对距今5.8亿到5.2亿年前后的地质层和生命演化做了进一步的不雅察和研究,对地层中的碳同位素进行对比阐发,提出了一个新的地球系统模子,对这一期间地球氧气敏捷增添的原因给出了新的看法。

  他们以为距今5.7亿年前后,地球上的首要年夜陆经由过程拼合形成了一个冈瓦纳超年夜陆和位于超年夜陆内部的超等**造山带,将8亿年前后年夜量沉积的蒸发岩矿物风化剥蚀输进海洋。蒸发岩作为一种氧化剂,使得年夜气和海洋中的氧气快速增添,为年夜型复杂多细胞生物的快速演化供给了根本。

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  地球磁极逆转原因还不决论

  本年1月,《天然》网站报道,受到地核内液态铁的活动影响,地磁北极正不竭从加拿年夜向西伯利亚偏移,并且移动速度很是快。地磁北极的快速移动迫使科学家不得不告急更新世界地磁场模子。

  有人说,地球焦点磁场似乎在削弱,这可能是地球磁场即将逆转的一个旌旗暗号。也有国际研究小组暗示,地磁场转变的现象被强调了太多,此刻说磁极逆转为时尚早。

  20世纪40年月成长起来的“发电机理论”以为,地磁北极快速迁徙的原因是“位于加拿年夜地域下面的高速液铁射流”。这股喷射出来的液态铁流体,让加拿年夜四周的磁场变弱,从而使得地磁北极向着磁场更强的俄罗斯西伯利亚地域移动。科学家以为,地磁北极的位置,可能是由北极四周两块年夜的磁场的彼此强弱决议的。

  在地球漫长的汗青中曾呈现多次磁极逆转的现象。关于磁极逆转的原因,到此刻也还无定论,占主流的有以下3种假说:第一种,以为磁极倒转是由于地球处在银河系这个年夜磁场中,地球磁极的逆转是按照银河的磁极逆转改变的;第二种,以为地球内部的物质不竭发生碰撞,碰撞的成果使地球内部的磁场不竭地调整、转变;第三种,以为陨石撞击地球致使磁场发生了改变。不外无论什么说法此刻都是猜想,人类对地球、对宇宙的摸索还将继续。

   6

  谁来揭开丹尼索瓦人的面纱

  本年10月,以色列和西班牙科学家在《细胞》杂志上陈述说,他们按照丹尼索瓦人的表不雅遗传信息重建了其容貌,这是对丹尼索瓦人骨骼剖解学特征的初次回复中兴。

  丹尼索瓦人是糊口在上一个冰河时代的人类种群,因发现于西伯利亚的丹尼索瓦洞而得名。因为迄今发现的丹尼索瓦人化石少之又少,这支前人类一向带着神秘色彩。

  中科院青躲高原研究所所长陈发虎院士暗示,今朝丹尼索瓦人的化石证据和相关研究还很是有限,还不足以会商其发源地题目。从已知的丹尼索瓦人化石形成时候来看,夏河丹尼索瓦人化石最小春秋是距今16万年,丹尼索瓦洞最老的丹尼索瓦人化石春秋可能距今19.5万年,两个地址化石年月上不同不年夜,很难说哪个必然呈现更早。

  而就今朝发现丹尼索瓦化石的两处地址,还不克不及猜测出具体的迁徙路线。按照两个地址的天然情况、丹尼索瓦人和现代躲族人群的遗传学研究成果,及其高冷缺氧情况基因EPAS1携带环境猜测,丹尼索瓦人有可能存在一个年夜致的由南向北的扩散路线,但今朝并没有直接的证据可以证实这一点。

  在陈发虎看来,今朝丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人基因组研究可以反映出他们可能曾经在东亚普遍分布,将来东亚地域一些新发现该当会鞭策我们对这一古白叟群的熟悉,包罗发源、迁移路径等。

   7

  确定“人骨湖”成因还需更多证据

  本年9月,美国科学家颁发了一项关于喜马拉雅山脉“人骨湖”的研究功效。“人骨湖”本名叫“卢普康”,位于喜马拉雅山脉西南侧,因二战时代被发现时的可骇画面而改名:成百上千根人类年夜腿骨、肋条、手指节飘零在湖水中,还有很多碎骨躺在湖畔的石滩上。

  这一发现旋即吸引了全世界的目光,几十年来,浩繁汗青学家、科学家和考古学家纷纷试图解答这几百人是什么身份?为什么会合中死在这?

  美国哈佛医学院的研究职员对来自“人骨湖”的38具骸骨做了DNA阐发和放射碳测年。测年成果显示,这些骸骨来自公元800年—1800年,男女比例根基对半分,此中14名个别可追溯大公元1800年摆布。时候相隔约1000年,申明这些骸骨是因多次事务而聚积在此,并不是在统一时候内集体灭亡的。这就推翻了之前战争说和瘟疫说。

  今朝比力靠谱的是宗教说。“人骨湖”不远处就是全印度第二岑岭楠达德维峰,闻名的冈仁波齐就在楠达德维再往北一点。楠达德维也是本地宗教文化中的“圣山”,“人骨湖”正好地处朝拜“圣山”的路线上。很有可能,那些信徒执政拜过程中不幸遇难,终极汇集到了地势低凹地带的湖区。研究团队以为,宗教说至少可以注释部门尸身的来历,但有待更多证据来证实。

   8

  人类意识从何而生

  报酬什么会有意识至今是个谜。

  科学家发现,人们在醒觉并专注于某件事时,常可见一种频率较β波更高的γ波,其频率为30Hz—80Hz,波幅规模不定。有假说以为,γ波也许与成立同一的清楚认知有关——源自丘脑、年夜脑的神经元电路,每秒40次扫描(40Hz,γ波特征)吸引分歧的神经元电路的同步,进而加强意识、发生留意力。这一假说受丘脑受损的现象撑持——丘脑受损后,40Hz脑电波难以形成,意识则无法叫醒,病人也陷进深度的昏倒。是以γ波被视为人脑意识勾当的标记,但两者之间的关系仍没有定论。

  2014年,有报道注解,研究职员初次经由过程高频电脉冲刺激年夜脑屏状体区域封闭人的意识,发现暗示屏状体可能是将分歧的年夜脑勾当汇集成思维、感受和情感的单一组织。但其他科学家对此谨严地指出,今朝只在一小我身上测试了意识封闭,并且尝试对象是一名癫痫症患者,海马区受损的她不克不及代表通俗人。

  这个研究跟着影像科学的成长似乎有所起色。2017年3月,《天然》杂志报道了一项新的数字重建手艺和利用该手艺带来的新发现——在小鼠脑内发现了3个伸展至全脑的庞年夜神经元。它之所以引起颤动,是由于人类从未见过在脑内伸展规模如斯之广的神经元,这些神经元来自屏状核。

  对此,复旦年夜学医学神经生物学国度重点尝试室研究员黄志力说,今朝的发现也并不克不及证实这是意识呈现的独一路径,很可能是多系统的配合感化。

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  我们的年夜脑是如何遗忘的

  一向以来,科学家们把遗忘看作是记忆的一个小故障。然而,曩昔10年里,越来越多的证据注解,记忆的损掉并不是被动的过程,而更像是一种自动的过程,我们的年夜脑在不断田自动遗忘。

  那么,假如遗忘机制是自动发生的,那么它在什么环境下会启动,遗忘机制为何会出题目等,这些今朝还都有待科学研究给出谜底。

  经由过程对人类在睡眠中的监测,有一些不雅点可以证实,人在睡眠中会“自动遗忘”。今朝关于在睡眠中遗忘机制的启动首要有两种不雅点,一种是可能与下丘脑玄色素堆积激素神经元有关,日本学者发现一种仅在REM期(快速眼动期)激活的一类神经元可以排泄一种“玄色素堆积激素”的物质,玄色素堆积激素神经元的激活在促进REM期睡眠的同时,明显按捺海马神经元活性,导致遗忘,动物尝试也证实了该说法的可托性。

  另一种不雅点可能与突触重整来达到突触稳态有关。研究发现,醒觉持续必然时候后,与进修记忆有关的通路会呈现突触数目增多、体积增年夜、膜上受体过多等表示,这些转变会导致进一步占有有限空间,耗损能量,使突触传递效率下降。睡眠可移除醒觉期细胞膜上增添的受体,减小一部门并不主要的新突触,与此同时它还会巧妙地增强和保留一小部门比力主要的突触,恢复突触权重,包管突触稳态,从而进步突触传递效率。

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  中子短暂的平生仍令人利诱

  自由的中子能活多久?不到15分钟。它短暂的平生令人利诱。用分歧方式丈量,中子寿命有较着不同,这事我们还注释不了。科学家们相信,搞大白中子寿命的差别之谜,将通向新的理论,甚至冲破粒子物理的尺度模子。

  中子原本可以永生不老——跟质子连系,构成原子核的中子很是不变。但当它不幸被甩出原子核(好比核裂变中离开了铀原子核),生命倒数就最先了,它很轻易衰酿成其他粒子。丈量中子寿命的测验测验已有70年,但科学家仍无法告竣一致。

  因为中子衰酿成的质子是带电荷的,不难用一个电磁陷阱来诱导和围捕质子流,而且数数它们有几多。很长的一段时候里,物理学家一向用这种方式迫近中子寿命的切确谜底。美国马里兰州盖瑟斯堡国度尺度与手艺研究所的团队已经为此奋斗了30年。2013年他们报道了最高精度成果:887.7秒,正负3.1秒。

  与此同时,一群科学家另辟门路:用保温瓶储存超冷中子,过一段时候后统计中子数目。2008年法国和***科学家的结合尝试成果是:878.5秒,正负1秒。

  今朝为止,用“数质子”方式测到的中子寿命均匀在885.4秒摆布;而“数中子”方式获得的成果是878.5秒摆布。可是困难来了:近8秒的差距,无法用丈量误差来注释。

  而本年《天然》网站颁发的文章,聚焦位于美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的超冷中子实验,它或许能更准确地测量中子寿命。(记者陆成宽)

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