前沿

墨西哥灣究竟漏了多少油?

為了解墨西哥灣石油泄漏事件對環(huán)境與生態(tài)的全面影響，調(diào)查究竟有多少石油在為期84天的時間中噴射到了墨西哥灣的水中，來自Lamont—Doherty地球天文臺的Timothy Crone~Maya Tol—stoy對噴涌的石油柱的錄像記錄進(jìn)行了分析，并提出自2010年4月22日以來，大約已經(jīng)有440D萬桶的原油泄漏到了墨西哥灣。

他們對應(yīng)用一種叫做“光學(xué)石油柱測速”的技術(shù)進(jìn)行了描述。該技術(shù)應(yīng)用視頻畫面來測量流動液體的速度，研究人員分析了2段長度只有20—30秒但分辨率很高的石油柱視頻序列，對該視頻所拍攝的石油從油井噴射出來的平均流速進(jìn)行了估計。其中的一則視頻是在當(dāng)?shù)顾牧⒐苋匀贿€與油井的防噴器連接的時候拍攝的，另一段則是在該立管被移除之后拍攝的。他們所用的光學(xué)石油柱測速能夠?qū)τ途v出來的石油柱巨浪進(jìn)行測量，并將該二維畫面轉(zhuǎn)變成為一個測量流速的估計值。

根據(jù)他們的分析，在4月22日-6月3日期間，從該油井噴射出的石油平均的流速為每天56000桶，其表面不確定性為21%。在立管被移除之后，每天有68000桶的原油流入了海洋，其表面不確定性為1996，這種情況一直持續(xù)到7月15日該油井最終被封上之后。

他們強(qiáng)調(diào)說，這些估測僅僅是石油流速和容量的初步計算的平均值，未來的研究將幫助人們更好地對這些數(shù)字進(jìn)行限定并降低其不確定性。不過，研究表明，即使存在這些不確定性，此次石油泄漏事件還是要比ExxonValdez(?？松尽巴郀柕掀澨枴庇洼喡┯褪录?所泄漏出的高出大約一個數(shù)量級。

早期人類也聰明

考古學(xué)的證據(jù)提示，新幾內(nèi)亞高地的某些最早的人類在近s萬年前就已經(jīng)用砍伐樹木來空出土地以種植有用的植物了。這些發(fā)現(xiàn)可能代表了人類占據(jù)薩胡爾(sahul)的最早記錄。薩胡爾是曾經(jīng)連接澳大利亞和巴布亞新幾內(nèi)亞的大陸塊，該地塊被水所隔絕，是世界上被現(xiàn)代人類所拓殖的最后的主要土地之一。

Glenn Eeginald及其同僚描述了在新幾內(nèi)亞高地的一個考古遺址，在那里他們發(fā)現(xiàn)了被燒焦的露兜樹的堅果殼，該樹還會生出對古人類有用的葉子及菠蘿樣的果實。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了來自薯蕷的淀粉顆粒，人們可能是在海拔較低且較為溫暖的自然生長地采集到這些薯蕷的。

該遺址存在著一類被認(rèn)為是用來切割植被的石制的斧子，這表明該遺址的早期居民曾用其清理出成片的森林，使得陽光能夠透過來，并促使具備食用及其他用途植物的順利生長。該研究刊登于2010年10月1日的《科學(xué)》(Science)雜志。

最小的抗癌藥工廠

抗癌藥紫杉醇最初是從稀有的太平洋紫衫樹的樹皮中獲取的，如今，一項新的研究報告稱，該藥的關(guān)鍵性前體——紫杉二烯，可以通過發(fā)酵在大腸桿菌中大量地生產(chǎn)。這一工程學(xué)的壯舉最終可能使人們找到廉價有效的制造紫衫醇的方法。

在20世紀(jì)90年代初的時候，從100噸的太平洋紫衫樹的樹皮中只能提取286磅的這種救命的藥物，這需要砍伐超過500萬噸的長成的太平洋紫衫樹。而基于目前的技術(shù)，紫衫醇還可以從數(shù)量較多的歐洲紫衫樹或從培養(yǎng)的植物細(xì)胞中得到的一種有關(guān)的分子進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化而獲取。但這兩種基于植物的加工過程都非常困難而且費時，因此紫衫醇仍然很昂貴，了解及操縱紫衫醇的生物合成是對生物化學(xué)家和工程人員的一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。

如今，Parayil Kumaran Aji-kumar及其同事設(shè)計了在大腸桿菌中生產(chǎn)該化學(xué)產(chǎn)物紫杉二烯的紫衫醇生物合威通路中的兩個最先的步驟。該方法通過平衡數(shù)種細(xì)菌和植物的酶來利用大腸桿菌發(fā)酵。在另外一篇相關(guān)的文章中也討論了許多涉及紫衫醇設(shè)計過程中的因素以及開發(fā)產(chǎn)自植物的其他數(shù)種重要化學(xué)物質(zhì)發(fā)酵過程可能性的因素。

5000萬年前的美麗葵花

阿根廷國家科學(xué)博物館的Viviana Barreda博士及其同事對一個保存良好的花朵化石(該化石是一種雛菊和葵花的遠(yuǎn)古親緣植物)進(jìn)行了描繪，該化石顯示了數(shù)個菊科植物的特點，其中包括被稱作葉狀苞的圍繞著花朵的葉狀結(jié)構(gòu)，以及在花中間的一組被稱作“冠毛”的纖細(xì)的毛發(fā)樣突起。

該組植物可能起源于約5000萬年之前的南美洲，菊科植物還包括了菊花、萵苣和洋薊，其成員在除了南極之外的所有大陸都有發(fā)現(xiàn)。該科植物最早是在什么地方進(jìn)化的以及它是如何擴(kuò)散到其他地方的一直是一個懸而未決的問題，其部分原因是因為研究人員所發(fā)現(xiàn)的有關(guān)化石相對較少，該科植物大多數(shù)的已知化石都只是花粉顆粒。

這個精致的花朵化石是在沿著R I O Pichileufo(位于巴塔哥尼亞西北部的干燥多風(fēng)的大草原上)的巖石中被發(fā)現(xiàn)的，其年代距今大約有4750萬年之久。文章的作者提出，菊科植物的祖先可能起源于岡瓦納超大陸南部，然后才散布到南美洲、非洲、印度、澳大利亞和亞洲。該文章發(fā)表于最近一期的《科學(xué)》(Sci—ence)雜志上。

隨心所欲流口水

有關(guān)小鼠的唾液腺如何發(fā)育的新發(fā)現(xiàn)可能會為頭頸部接觸放射線的癌癥病人的腺體再生帶來新方法。神經(jīng)活動可以控制唾液腺功能，這一概念可回溯到巴甫洛夫的經(jīng)典實驗——巴甫洛夫通過條件反射將狗的唾液分泌與鈴聲聯(lián)系在了一起。如今，在一個世紀(jì)之后。由細(xì)胞與發(fā)展生物學(xué)實驗室(Laboratory of Cell

andDevelopmental Biology)的SarahKnox博士及其同事所開展的研究證明，神經(jīng)對唾液產(chǎn)生的影響要比人們預(yù)計的早得多，這種影響甚至在胚胎發(fā)育期就已經(jīng)存在。

像其他的器官一樣，唾液腺發(fā)育是通過一種在上皮細(xì)胞與周邊細(xì)胞之間的信號傳遞來精細(xì)調(diào)節(jié)新生腺體萌芽的生長過程而進(jìn)行的。腺體新萌芽出現(xiàn)的一天后，被稱作神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)組織就會致密地圍繞著這些萌芽。研究人員報告稱，這些神經(jīng)的信號傳導(dǎo)活動保護(hù)著一種上皮祖細(xì)胞種群，這些祖細(xì)胞可以產(chǎn)生出新的腺體細(xì)胞，而這種腺體細(xì)胞會在成人的腺體中得到維持，在發(fā)育的前列腺中也是以一種類似的系統(tǒng)運作的。

在另一篇相關(guān)信息的文章中，研究人員Jason Rock和BrigidHogan指出，對頭頸部腫瘤進(jìn)行放射療法的一個副作用是對唾液腺將造成無法挽救的損害，從而引起患者的口腔干燥癥。這是一種對病人生活品質(zhì)造成嚴(yán)重?fù)p害的情況，而目前這種疾病是無法治愈的。他們提出，研究人員可能會在將來某一天通過在局部施予可促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞信號傳導(dǎo)(類似Knox及其同事所描述的)的藥物或通過促進(jìn)激神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的生長來刺激唾液腺的再生。

預(yù)防心臟病的新方法

發(fā)表在《加拿大醫(yī)學(xué)會雜志》(CMAJ)上的一項研究發(fā)現(xiàn)，季節(jié)流感疫苗有可能減少19%的首次心臟病發(fā)作率，而且在秋季盡早注射疫苗能進(jìn)一步增加這一效果。當(dāng)冬季肺炎和流感流行的時候，心臟病發(fā)作便會顯著增加，這提示出呼吸道感染和心臟病之間可能存在著某種聯(lián)系。

由英國科學(xué)家進(jìn)行的這項研究觀察了來自英格蘭和威爾士的379個家庭診所的78706位40歲或40歲以上的患者，在所有這些患者中，16012位曾經(jīng)出現(xiàn)過心臟病發(fā)作，8472位患者曾經(jīng)接受過疫苗接種?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在過去一年中接受過流感疫苗接種與心臟病發(fā)作率顯著減小有關(guān)聯(lián)，但肺炎球菌疫苗并沒有顯示出額外的效果。盡早接種流感疫苗(在9月—11月中旬之間)與心臟病發(fā)作率降低更多(21%)有關(guān)，相比之下，晚注射流感疫苗與12%的減少有關(guān)。

“我們的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了當(dāng)前的讓目標(biāo)人群每年注射流感疫苗的建議。這有潛力加強(qiáng)預(yù)防那些沒有心血管疾病的人出現(xiàn)急性心肌梗死的效果，”英國林肯大學(xué)的Niroshan Siriwardena博士與共同合作者Stella Gwini和Carol Coup-land說道，“這種效果可能改善并不理想的接種率，特別是對于更年輕的患者?！?/p>

由于有心臟病發(fā)作風(fēng)險因素的比那些沒有發(fā)作風(fēng)險因素的人更可能接種，科學(xué)家們還調(diào)整了可能性的樣本偏差，他們得出結(jié)論說，如果其他研究也表明了同樣的效果，就有可能導(dǎo)致免疫接種的推薦指標(biāo)和接種時間改變。

雜交挽救美洲豹

1995年，佛羅里達(dá)美洲豹(Florida panthers)種群已經(jīng)縮減至20或25頭，它們不健康且近親繁殖，為此，自然資源保護(hù)者從德克薩斯州進(jìn)口了8頭美洲豹，希望以此挽救生活在佛羅里達(dá)州的美洲豹種系。多年后這項恢復(fù)計劃結(jié)果揭曉。研究人員WarrenJohnson及其同事對在1978—2009年期間采集的591頭佛羅里達(dá)美洲豹的基因數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后表示，這些佛羅里達(dá)—德克薩斯雜交種的美洲豹在南佛羅里這州的數(shù)目正在增加，近親繁殖的情況也減少很多，基因更具多元性。

這一研究說明了維持世界各地的體型巨大捕食動物的種群數(shù)量所遇到的挑戰(zhàn)，同時也為保護(hù)佛羅里達(dá)美洲豹提供了希望，盡管這些美洲豹現(xiàn)在仍然面臨著棲居地正在喪失的境況。

佛羅里達(dá)美洲豹有時也被稱為pumas、cougars、或moun—tain lions，它們是在北美東部最后生存著的美洲豹亞種。研究人員說，那些20世紀(jì)90年代近親繁殖的佛羅里達(dá)美洲豹種群一直受到多種問題的困擾，其中包括心臟缺陷、精子品質(zhì)低、睪酮水平低、生殖率低、屈曲的尾巴以及高寄生蟲負(fù)荷等。但是Johnson及其同事表示，現(xiàn)在經(jīng)過將那些美洲豹基因與德克薩斯雌性美洲豹的基因混合后，佛羅里達(dá)的這些新的雜交美洲豹種群數(shù)已經(jīng)增加了三倍，總體健康狀況及存活率也已經(jīng)得到了極大的改善。他們的這一研究還可為世界其他地區(qū)的動物保護(hù)努力提供借鑒。

電腦的超級存儲時代

關(guān)于下一代超高密度磁光存儲器件的研究正在完成中，這種器件可以在一個5英寸的碟片上存儲超過6000太比特(6拍比特)的數(shù)據(jù)，這比美國國會圖書館全部內(nèi)容的70倍還多，然而，這樣龐大的存儲量卻不得不受限于相對緩慢的數(shù)據(jù)寫入速度。

在《應(yīng)用物理雜志》上，中國中山大學(xué)的研究者們展示了利用激光輔助的超快磁化翻轉(zhuǎn)動力學(xué)而實現(xiàn)的一種在鐵磁薄膜記錄數(shù)據(jù)的方法。

該技術(shù)采用了所謂的時間分辨極性克爾光譜，并結(jié)合了一個強(qiáng)度足以使釓鐵鈷(GdFeCo)薄膜的磁化狀態(tài)重新初始化的交變磁場。中山大學(xué)的賴天樹教授與其同事揭示出磁化反轉(zhuǎn)可以發(fā)生在亞納秒的時間尺度內(nèi)，這意味著下一代光磁存儲器件不僅可以實現(xiàn)更高的記錄密度，也可實現(xiàn)高這1千兆赫的超快數(shù)據(jù)寫入速度，這樣的速度比目前的電腦硬盤至少快30倍。

激光輔助磁記錄是在亞皮秒時間尺度內(nèi)和在飽和外部磁場下實現(xiàn)的，“我們發(fā)現(xiàn)磁化反轉(zhuǎn)率是正比于外部磁場的，”賴教授說，“并且當(dāng)我們施加一個比記錄薄膜的矯頑場還小的磁場，純熱磁記錄就應(yīng)該發(fā)生在幾十到幾百皮秒之內(nèi)?！?/p>

微塵足以融雪

一項研究說，來自美國西南部人類活動的塵埃已經(jīng)導(dǎo)致了上科羅拉多河流域(UCRB)的徑流在春季提前3個星期達(dá)到峰值。來自加州大學(xué)洛杉磯分校的地理學(xué)教授Tom Painter及其同事使用氣象學(xué)觀測數(shù)據(jù)和一個水文模型估計了從19世紀(jì)中期起在美國西部沙漠定居的非原住美國人產(chǎn)生塵埃和沒產(chǎn)生塵埃的情況下上科羅拉多河流域從1916年、2003年的春季徑流。

每年春天，來自落基山的積雪融水為科羅拉多河供水，但農(nóng)業(yè)和采礦等活動擾亂了土壤，土壤被強(qiáng)風(fēng)吹散，可能讓積雪變暗，導(dǎo)致積雪吸收的太陽輻射增加，融化得更加迅速。從而讓春季的融雪時期提前了。研究人員指出，由于塵埃量增加到了原來的5倍，在亞利桑那州的Lees Ferry(上科羅拉多河流域與下科羅拉多河流域的分界線)的徑流峰值平均提前了3周。而且，由于無雪地面的水蒸發(fā)更容易，提早的融雪季節(jié)可以讓植物把本該流入科羅拉多河的融水蒸發(fā)大約5%。因而他們提出，應(yīng)該穩(wěn)定土壤從而讓塵埃釋放區(qū)域的干擾減到最小。該研究刊登于近期的《美國科學(xué)院學(xué)報》(PNAS)上。

人眼偏愛暗色調(diào)

一項研究稱，人類每天遇到的自然圖像含有的暗色調(diào)比亮色調(diào)更多。人類對亮色背景的暗點做出反應(yīng)的視網(wǎng)膜細(xì)胞(或稱為“關(guān)”細(xì)胞)比“開”細(xì)胞更小，但是聚集得更密集，這種聚集通過突觸(即一個神經(jīng)元與另一個神經(jīng)元之間相互接觸的部位)把更多的神經(jīng)處理過程分配給了暗區(qū)。

CharlesRatliff及其同事提出了一種假說，即這種結(jié)構(gòu)上的非對稱性進(jìn)化是為了與自然圖像明暗對照的比例符合。這組科學(xué)家通過測量自然圖像的空間對比度，并把亮與暗的統(tǒng)計分布量化從而檢驗了這一假說。

科學(xué)家在所有的空間尺度上發(fā)現(xiàn)自然圖像含有的暗對比比亮對比相對更多，然后他們構(gòu)造了符合自然圖像統(tǒng)計特征的人造圖像，并且計算了用于視覺處理的“關(guān)”和“開”細(xì)胞來鑲嵌最佳配置。他們得出結(jié)論稱。與在人類視網(wǎng)膜上的情況一樣，有更密集地聚集的“關(guān)”細(xì)胞的更小鑲嵌的信息輸出達(dá)到了峰值，這提示人類視覺進(jìn)化成了能有效地描繪自然界的視覺信息。該研究刊登于近期的《美國科學(xué)院學(xué)報》(PNAS)上。

攻堅敗血癥

醫(yī)學(xué)圖像分析博士Rasmuslarsen及其同事在一項新的報告中稱，一種叫做血色素的含鐵化合物會加重血液中的細(xì)菌感染，它實際上會刺激炎癥，促使細(xì)胞死亡，加重器官損害并增加患者的死亡風(fēng)險。研究人員發(fā)現(xiàn)，缺乏分解血紅蛋白酶的小鼠其循環(huán)血液中會比正常小鼠的血液中有更多的血色素，從而使它們更容易死于敗血癥。但是一種叫做血色素結(jié)合蛋白的清道夫蛋白可以清除游離的血色素并保護(hù)小鼠免受其有害的影響。這些發(fā)現(xiàn)可能給人們帶來監(jiān)控敗血癥患者的新方法。

敗血癥是一種血流中出現(xiàn)巨量的細(xì)菌并使機(jī)體免疫系統(tǒng)受到嚴(yán)重削弱的感染，它會導(dǎo)致血壓的突然下降以及主要器官的衰竭，敗血癥患者紅血球的紅細(xì)胞通常會受到損傷，當(dāng)紅血球裂解之后，血紅蛋白被釋放出來并會分解，從而將游離的血色素釋放到血流之中。檢測敗血癥患者體內(nèi)的血色素和血色素結(jié)合蛋白可幫助醫(yī)生預(yù)測哪些病人在一開始的時候就需要接受更為積極的治療。另外，高危病患可能在被施予血色素結(jié)合蛋白或其他可消滅血色素的物質(zhì)后而免于死亡。人們下一步需要做的是在人體內(nèi)測試血色素結(jié)合蛋白是否會有同樣的保護(hù)性功效。

追蹤電子的腳步

一項發(fā)表在《化學(xué)物理學(xué)報》上的研究不僅實時描繪了電子運動而且觀察到了電子質(zhì)子協(xié)同遷移，這種遷移與晶體模型硫酸銨中任何已知的相變都有顯著不同。通過把X射線粉末衍射延伸到飛秒領(lǐng)域，研究人員能夠描繪硫酸銨晶體內(nèi)光激發(fā)后電荷的位置移動。

“我們進(jìn)行的實驗產(chǎn)生了一個類似原子在行動的‘分子電影’，”德國馬克斯玻恩非線性光學(xué)和短時間光譜學(xué)研究所的Michael Woerner說道，“時空分辨率分別是在原子時間和大小的級別上?！?/p>

電子位置是通過觀察持續(xù)數(shù)十飛秒(千萬億分之一秒)的X射線脈沖衍射來測繪的，而質(zhì)子和其他核子的位置則是從高電子密度區(qū)域的位置推導(dǎo)而出。在晶體中，被激發(fā)的電子從硫酸基團(tuán)遷移到晶格中的一個狹窄通道，這個通道由于質(zhì)子也從相鄰的氨基團(tuán)進(jìn)入其中而達(dá)到穩(wěn)定。這種遷移機(jī)制以前沒有被觀察到或被建議過，研究者們原本預(yù)期會看到比此更小的位移。

據(jù)Woerner說，此項技術(shù)應(yīng)能適用于從生物分子到高溫超導(dǎo)體等各類材料的結(jié)構(gòu)研究。“我們預(yù)期該項技術(shù)將被應(yīng)用到很多有意思的材料系統(tǒng)，”他說，“原則上，飛秒X射線粉末衍射可用于物質(zhì)的任何結(jié)晶態(tài)。只有晶體的復(fù)雜性和重元素的存在，降低了X射線的穿透深度，才導(dǎo)致了一些限制。”