應(yīng)用研究結(jié)奇葩

關(guān) 毅（本刊特約記者）

新年伊始，萬象更新。正如悄然來臨的2012年一樣，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的交融也在不經(jīng)意間為我們展現(xiàn)了一朵朵科學(xué)奇葩。就在年初，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線，為量子計(jì)算機(jī)的研制又添了一把柴；可捕獲損失能量的新型太陽能電池的問世，為新一代更高效太陽能電池的開發(fā)鋪平了道路；因?yàn)榘l(fā)明了世界上最小的“耳朵”，將開啟“聲學(xué)顯微術(shù)”這一全新領(lǐng)域；而科學(xué)家合成抗瘧藥物青蒿素的新方法，將使全球成千上萬的瘧疾患者掙脫死神的懷抱。基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究就如同水和魚的關(guān)系。沒有水也就談不上魚，但哪個(gè)漁夫不想多打幾條魚呢？愿水更深、魚更肥。

科學(xué)家設(shè)計(jì)出世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線

澳大利亞和美國科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)2012年1月6日在美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，他們成功設(shè)計(jì)出迄今世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線，厚度僅為人類頭發(fā)的萬分之一，但導(dǎo)電能力可與傳統(tǒng)銅導(dǎo)線相媲美。這項(xiàng)技術(shù)有望應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)研制領(lǐng)域。

過去40多年來，工業(yè)界不斷研發(fā)制造更小尺度的晶體管、導(dǎo)線等元件，以開發(fā)更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)。然而，元件達(dá)到原子尺度后問題顯而易見：隨著電路變得越來越小，電阻相對(duì)于電荷而言常常過大，使得電荷難以流動(dòng)形成電流。也就是說，量子效應(yīng)會(huì)在接近納米尺度時(shí)限制電子設(shè)備的按比例縮減。

為解決這一問題，澳大利亞新南威爾士大學(xué)、墨爾本大學(xué)以及美國珀杜大學(xué)的科學(xué)家利用精心設(shè)計(jì)的原子精度掃描隧道顯微鏡，在硅表面以1 nm間隔只安放1個(gè)磷原子的方式制備了納米導(dǎo)線，其寬度相當(dāng)于4個(gè)硅原子，高度相當(dāng)于1個(gè)硅原子。通過這種方式設(shè)計(jì)的納米導(dǎo)線可以使電子自由流動(dòng)，有效解決了電阻問題。

“我們的技術(shù)表明，（計(jì)算機(jī)）元件可以降低到原子尺度，”領(lǐng)導(dǎo)研究的新南威爾士大學(xué)博士生本特·韋伯表示，“感覺好極了，這是個(gè)巨大突破，我們都非常激動(dòng)?！?/p>

韋伯的導(dǎo)師米切爾·斯蒙斯表示，量子計(jì)算機(jī)可能還需要10多年才能問世，不過，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)定了目標(biāo)：將磷原子作為最小信息單位——就像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的比特一樣，研制出磷基量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)是建立在量子力學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)，它與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要區(qū)別是，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)使用多個(gè)不同的量子態(tài)，因此具有更大的信息存儲(chǔ)和處理能力，被認(rèn)為是未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向。

中國陡山沱化石并非硫珠菌，可能代表了迄今發(fā)現(xiàn)的最古老動(dòng)物

5.7億年前，一些生物體在今天的中國南方神秘地死去。隨著它們的死亡，這些細(xì)胞腐爛并通過一個(gè)被稱為磷酸化的過程形成了自己的鹽副本。當(dāng)這些所謂的陡山沱化石在1997年被發(fā)掘出土后，它們的發(fā)現(xiàn)者相信，這些死亡的細(xì)胞是早期的動(dòng)物胚胎，這將使它們成為迄今發(fā)現(xiàn)的最古老動(dòng)物。有些科學(xué)家則認(rèn)為，它們并不是動(dòng)物，而只是一些被稱為硫珠菌（Thiomargarita）的大型硫代謝細(xì)菌。沒有人知道這些化石到底是什么，但是一個(gè)研究小組如今提出，如果你看一下死亡的硫珠菌細(xì)胞，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們與陡山沱化石一點(diǎn)都不像，表明這些遺跡并不是細(xì)菌。

因此英國布里斯托大學(xué)的古生物學(xué)家Philip Donoghue和同事決定研究死亡的硫珠菌和死亡的胚胎是如何“散架”的。Donoghue表示，在一種受控的方式下這樣做是很困難的?！昂芏嗳俗鲞@種實(shí)驗(yàn)會(huì)把樣品黏在一個(gè)桶里，并觀察它的腐爛?！睂?shí)際過程非常復(fù)雜，包括存在于環(huán)境中的細(xì)菌、真菌和某些礦物質(zhì)。他說，當(dāng)研究小組試圖用硫珠菌完成他們的試驗(yàn)時(shí)，“我們?cè)囍煤芏嗍侄蝸須⑺肋@種細(xì)菌”。盡管研究人員采用了有毒化合物、藥物以及極端條件，例如高溫，但“它耐受住了我們所有的努力”。最終，研究人員放棄了，轉(zhuǎn)而尋找之前死亡的硫珠菌，在沉積物樣本中發(fā)現(xiàn)不同死亡階段和腐爛細(xì)菌的例證。

利用來自一部同步加速器的X射線，研究人員獲得了死亡硫珠菌、死亡海膽胚胎，以及一些原始陡山沱化石的三維圖像。他們?cè)?011年12月6日的英國《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B卷》上報(bào)告說，部分死亡和完全死亡的細(xì)菌圖像看起來與著名的化石一點(diǎn)也不一樣。首先，硫珠菌細(xì)胞在腐爛后變成了空球體，而陡山沱化石表現(xiàn)出了大量內(nèi)部結(jié)構(gòu)的證據(jù)。

Donoghue認(rèn)為，陡山沱化石很可能是通過模板保存的——這一過程是指生活在海洋中的細(xì)菌通過一層生物膜包裹在大型死亡生物體的表面。當(dāng)生物膜中的細(xì)菌死亡后，它們的細(xì)胞會(huì)成為磷酸鹽，并呈現(xiàn)出大型生物體的形狀。因此當(dāng)研究人員發(fā)現(xiàn)這些化石時(shí)，它們實(shí)際上看到的是生物膜外衣的殘留物，而非最初的生物體。

研究人員嘗試著復(fù)制這一過程，其在海膽胚胎中很成功，但當(dāng)Donoghue的研究小組試圖在硫珠菌上形成一個(gè)生物膜時(shí)，這一過程并不是很有效。硫珠菌細(xì)胞并沒有留下自己的模板，而是“崩潰”了。因此作者斷定，陡山沱化石不可能是硫珠菌。

南非發(fā)現(xiàn)7.7萬年前的床

一個(gè)研究小組宣布，他們?cè)谀戏前l(fā)現(xiàn)了已知最早的床鋪——它們是由植物材料制成的，距今約7.7萬年，這比之前的人類寢具證據(jù)提前了5萬年。這些早期的床鋪顯然是為了抵抗蚊子和其他昆蟲而特別準(zhǔn)備的。

人類的早期成員智人可謂是游牧民族，以打獵和采集果實(shí)為生。當(dāng)然他們也會(huì)建立一些臨時(shí)性的營地，用來烹煮食物和過夜。在這些營地中，最有名的要數(shù)位于南非德班以北40km的Sibudu山洞了，這是位于懸崖下的一處巖石庇護(hù)所。這里最早在7.7萬年前便有人類居住，并在接下來的4萬年里一直“香火不斷”。1998年，由約翰內(nèi)斯堡市威特沃特斯蘭德大學(xué)的古人類學(xué)家Lyn Wadley率領(lǐng)的一個(gè)研究小組開始對(duì)Sibudu山洞進(jìn)行發(fā)掘工作，并找到了大量人類復(fù)雜行為的證據(jù)，包括已知最早的弓和箭。

在過去的幾年里，研究小組發(fā)現(xiàn)許多條狀考古層具有約1 cm厚的植物遺存，其中包括莖和葉的殘骸。大多數(shù)的考古層都至少覆蓋了約3 m2的面積。研究小組懷疑，它們可能是床鋪的遺跡。之前最早的寢具證據(jù)發(fā)現(xiàn)于西班牙、南非和以色列，僅有2萬到3萬年的歷史，在這些遺址中也都無一例外地發(fā)現(xiàn)了植物的殘骸。

為了找到問題的答案，研究人員將這些遺跡放到了顯微鏡底下。在最近出版的美國Science雜志上，Wadley和她的同事報(bào)告說，研究人員使用了兩種復(fù)雜的考古學(xué)技術(shù)：植物化石分析，旨在鑒別植物的種類；以及微觀形態(tài)學(xué)分析，目的是對(duì)考古學(xué)遺跡進(jìn)行高分辨率分析。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這些距今5.8萬到7.7萬年的考古層是由莎草、燈心草和草構(gòu)成的。這些植物并非干燥的巖石庇護(hù)所能夠生長的，因此研究人員推斷，必定是古人類將它們有選擇地帶到洞里來。在顯微鏡下，這些植物殘骸表現(xiàn)出了被擠壓和反復(fù)踩踏的痕跡。在距今7.7萬年的考古層中，研究小組還找到了角桂樹的葉子——作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的一部分，它們被使用至今。這些葉片包含有多種化學(xué)物質(zhì)，能夠殺死昆蟲，因此研究人員推測(cè)，早期人類可能用這些葉子保護(hù)自己免遭攜帶瘧原蟲的蚊子和其他害蟲的侵襲。

新型太陽能電池可捕獲損失能量，為研制新一代高效太陽能電池奠定基礎(chǔ)

研究人員日前研制出一種新型太陽能電池，能夠捕捉到陽光中通常以熱量損失掉的額外能量。迄今為止，這種新型太陽能電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能的效率依然低于商用太陽能電池。然而如果這一過程得到改進(jìn)，將為研制新一代更高效的太陽能電池鋪平道路。

對(duì)大多數(shù)材料而言，陽光的光子向電能的轉(zhuǎn)化已被充分搞清。不同顏色的光子具有不同的能量。在可見光區(qū)，紅色與橙色光子具有較少的能量，然而藍(lán)色、紫色和紫外光子攜帶了較多的能量。當(dāng)高能光子接觸到太陽能電池中的半導(dǎo)體材料時(shí)，它們便會(huì)把這種能量轉(zhuǎn)移給半導(dǎo)體電子，從而將其從靜止?fàn)顟B(tài)激發(fā)，并形成電流。在許多情況下，紫光和紫外線的高能光子攜帶的能量要多于形成電流所需的能量。但是這些額外的能量都以熱量的形式損失了。

幾年前，來自多個(gè)研究小組的科學(xué)家報(bào)告說，陽光中的高能光子實(shí)際上能夠激發(fā)不止一個(gè)電子，前提是它們所碰到的半導(dǎo)體由一種名為量子點(diǎn)的納米級(jí)微粒構(gòu)成。這一過程——被稱為多重激子發(fā)生（MEG）——為研究人員通過收集這些額外的電荷從而改進(jìn)太陽能電池的效率帶來了希望。然而制造能夠工作的MEG太陽能電池不是一件容易事。

2010年，由美國拉勒米市懷俄明州立大學(xué)的化學(xué)家Bruce Parkinson領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在美國Science雜志上報(bào)告說，他們開發(fā)出一種裝置，即在一種半導(dǎo)體上覆蓋了一層硫化鉛量子點(diǎn)，能夠激發(fā)出比它所接收到的光子數(shù)量更多的電子，從而產(chǎn)生了更大的電流，而這正是MEG的特征。然而與一枚能夠?qū)嶋H應(yīng)用的太陽能電池相比，這種裝置更多的是對(duì)概念的證明，原因是它的轉(zhuǎn)化效率過低。

如今，由科羅拉多州國家再生能源實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家Arthur Nozik領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告說，他們研制出第一枚能夠工作的MEG太陽能電池。Nozik表示，制造這種裝置的關(guān)鍵就是想出一個(gè)化學(xué)合成的方法，隨后再對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行處理。在合成時(shí)，這些量子點(diǎn)——由直徑約5 nm的鉛和硒微粒構(gòu)成——與長有機(jī)分子結(jié)合在一起。然而之前的研究表明，這些長有機(jī)鏈就像是包裹在電線周圍的塑料絕緣體。

因此Nozik的研究小組用兩種無色液 體——聯(lián) 氨 和1，2－ 乙二硫醇——處理了他們的量子點(diǎn)，從而使其被短鏈有機(jī)物所包圍。這樣使得電荷更容易移動(dòng)，并最終使太陽能電池將光變?yōu)殡姷目傂蔬_(dá)到5%。研究小組在最近出版的美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。盡管這一效率依然低于傳統(tǒng)的硅太陽能電池——約為20%，但重要的是，這種裝置采集的電荷數(shù)比擊打量子點(diǎn)的光子數(shù)多了30%，從而使其成為真正意義上的MEG太陽能電池。

Parkinson表示：“他們將它變成了一種真正的裝置，并證明其能夠采集真正的能量……從而為下一代太陽能電池的設(shè)計(jì)帶來了希望?！?/p>

靜海石并非月球獨(dú)有，罕見月巖礦物現(xiàn)身地球

一種之前認(rèn)為僅僅存在于月球巖石和隕石中的礦物如今出現(xiàn)在地球上。研究人員在西澳大利亞的6個(gè)地方發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)——在阿波羅11號(hào)的宇航員于1969年7月在月球的“靜?！敝懞?，它也隨之被稱為靜海石。這種礦物僅僅以痕量出現(xiàn)因此并不具備任何經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但科學(xué)家表示，它可以用于測(cè)定這些巖石形成的時(shí)間。

在第一撥阿波羅宇航員返回地球后不久，科學(xué)家便分析了他們采集的火成巖——被稱為玄武巖——樣本。這些巖石含有3種之前未知的礦物，其中的兩種——鎂鐵鈦礦和三斜鐵輝石——此后10年內(nèi)陸續(xù)在地球上被發(fā)現(xiàn)。然而在過去的40年中，第三種礦物——靜海石——除了在月球巖石以及被巨大的撞擊從月球表面激濺而出的隕石之外，別處再無發(fā)現(xiàn)。這種紅褐色的礦物主要由鐵、硅、鋯和鈦組成，但同時(shí)也含有痕量的稀土元素，例如釔。地質(zhì)學(xué)家一直在地球巖石中尋找靜海石，部分緣于對(duì)月球樣本的研究表明，精確測(cè)量礦物中的放射性同位素比例能夠被用來確定巖石的年代。

如今，在1月份出版的《地質(zhì)學(xué)》雜志上，澳大利亞賓利市科廷大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家Birger Rasmussen及其同事報(bào)告說，他們終于在我們的星球上找到了靜海石。

研究人員對(duì)西澳大利亞的火成巖進(jìn)行了研究，特別是針對(duì)那些并未表現(xiàn)出經(jīng)歷了大規(guī)模質(zhì)變跡象的巖石。這是因?yàn)楫?dāng)靜海石暴露在極度的熱量和壓力下，它很容易轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌V物。研究小組通過由小的巖石樣本激發(fā)的高速電子證實(shí)了這種礦物的存在。他們指出，微量靜海石以一種非常特有的模式散射電子，與月球礦物樣本產(chǎn)生的結(jié)果相匹配。

Rasmussen指出：“靜海石的全部化學(xué)性質(zhì)并沒有那么獨(dú)特，因此之前在地球上一直沒有找到它真得很奇怪?！钡撬J(rèn)為，這種礦物之所以難以被發(fā)現(xiàn)可能有幾個(gè)原因。首先，靜海石通常很小，大約只有150μm長，甚至還不及人類毛發(fā)的直徑；其次，月球上的巖石比地球上的巖石更為原始，后者可能經(jīng)歷了一些化學(xué)變化，例如被熱流溶解，或被板塊運(yùn)動(dòng)帶入地下、歷經(jīng)高熱與高壓；最后，靜海石很容易被錯(cuò)認(rèn)為金紅石——一種在火成巖中常見的顏色類似的礦物。

愛爾蘭數(shù)學(xué)家破解數(shù)獨(dú)之謎，至少17個(gè)提示才能玩，相關(guān)算法可用于諸多領(lǐng)域

如今，一位愛爾蘭數(shù)學(xué)家利用一套極為復(fù)雜的運(yùn)算法則以及數(shù)億小時(shí)的“超級(jí)計(jì)算”，解決了數(shù)獨(dú)（Sudoku，又稱九宮格游戲）運(yùn)算中的一個(gè)重要的開放問題。數(shù)獨(dú)是在日本乃至全球非常流行的一種游戲，玩法是按照一定規(guī)則在一個(gè)9×9的方格內(nèi)填寫數(shù)字1到9。

都柏林大學(xué)學(xué)院的Gary McGuire于2012年1月1日在互聯(lián)網(wǎng)上貼出了自己的證明——完成一次數(shù)獨(dú)所需的最小提示數(shù)（或起始數(shù)）是17；而16個(gè)或更少的線索無法得到唯一解。大多數(shù)報(bào)紙上的數(shù)獨(dú)都有25個(gè)線索，而隨著提示的減少，游戲的難度也不斷增加。

在1月7日于美國波士頓市召開的一次會(huì)議上，數(shù)學(xué)家們就此達(dá)成了共識(shí)，McGuire的證明很可能是有效的，并且是發(fā)展中的數(shù)獨(dú)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展。

弗吉尼亞州哈里森堡詹姆斯·麥迪遜大學(xué)的數(shù)學(xué)家Jason Rosenhouse是一本即將出版的數(shù)獨(dú)算法書籍《嚴(yán)肅看待數(shù)獨(dú)：全球最流行的鉛筆游戲背后的數(shù)學(xué)》的作者之一，他認(rèn)為：“這一方法是合理的，并且似乎是可靠的。對(duì)此我持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度?！?/p>

數(shù)獨(dú)的規(guī)則要求游戲者用1到9填滿9×9的方格，同時(shí)每個(gè)數(shù)字在同一行、列以及3×3的小方格中不能重復(fù)，而所謂的線索或提示則是事先填充在其中的數(shù)字。數(shù)獨(dú)愛好者經(jīng)過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，盡管會(huì)有17個(gè)提示的數(shù)獨(dú)出現(xiàn)，但沒有人能夠提出一個(gè)僅有16個(gè)提示的有效數(shù)獨(dú)。這導(dǎo)致了一種推測(cè)，即具有16個(gè)提示且有唯一解的數(shù)獨(dú)根本不存在。要想證明這一點(diǎn)的一個(gè)潛在方法便是核對(duì)所有可能的16個(gè)線索的數(shù)獨(dú)，但這需要太多的運(yùn)算時(shí)間。因此McGuire通過設(shè)計(jì)一個(gè)“打集合算法”簡化了這一問題。

McGuire和他的研究小組花了兩年時(shí)間來測(cè)試這一算法——他們?cè)诙及亓值膼蹱柼m高端計(jì)算中心耗費(fèi)了約7億個(gè)CPU小時(shí)，利用“打集合算法”來尋找可能的方格。同樣利用不同算法證明17個(gè)線索的數(shù)獨(dú)的佩斯市西澳大利亞大學(xué)的數(shù)學(xué)家Gordon Royle表示：“做到這一點(diǎn)的唯一現(xiàn)實(shí)辦法就是這種強(qiáng)力的方法……這是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題，它可以激發(fā)人們將計(jì)算與數(shù)學(xué)方法推向極限，就像在攀登最高的山峰?！?/p>

McGuire表示，他的方法還可能在其他領(lǐng)域產(chǎn)生作用。這種“打集合算法”已經(jīng)被用于基因測(cè)序分析和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的論文中，McGuire期待它能夠被更多的研究人員所利用。他說：“希望這種算法能夠激發(fā)更多的興趣?！?/p>

迄今最大暗物質(zhì)地圖繪就，證實(shí)了目前關(guān)于宇宙物理特性、構(gòu)成及進(jìn)化的普適理論

天文學(xué)家日前繪制出迄今為止最大的宇宙暗物質(zhì)地圖。這種看不見的物質(zhì)并不發(fā)光，但它會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境施加引力。暗物質(zhì)可能由未知的基本粒子構(gòu)成，并且比構(gòu)成恒星、行星和人類的普通物質(zhì)更為普遍。

就像計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)的那樣，新的地圖顯示，暗物質(zhì)被集中在一些巨大的團(tuán)塊以及絲狀體中，其間布滿了巨大的空曠區(qū)域。加拿大溫哥華市不列顛哥倫比亞大學(xué)的天體物理學(xué)家Ludovic van Waerbeke表示：“我們很高興看到最終的結(jié)果與我們的預(yù)測(cè)相類似?！?/p>

為無形的東西繪圖可能聽起來不靠譜，但實(shí)際上相當(dāng)簡單。就像一個(gè)隱形人在你的床上睡覺會(huì)在床單上留下皺褶一樣，看不見的暗物質(zhì)所產(chǎn)生的引力會(huì)使觀測(cè)到的背景星系的形狀產(chǎn)生微小的扭曲。van Waerbeke的合作者、英國愛丁堡大學(xué)的Catherine Hey－mans表示，利用這種“弱引力透鏡”效應(yīng)繪制暗物質(zhì)是“了解黑暗宇宙的重要的第一步”。

在5年的時(shí)間里，研究小組利用安裝在美國夏威夷莫納克亞山上的加拿大—法國—夏威夷望遠(yuǎn)鏡（CFHT）上的340兆像素MegaCam照相機(jī)，對(duì)距離約60億光年的1000萬個(gè)星系進(jìn)行了成像。van Waerbeke說：“我們的地圖比迄今為止最大的暗物質(zhì)地圖大了100倍。”對(duì)這些星系的形狀進(jìn)行的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析揭示了介于其間的暗物質(zhì)的空間分布情況。

天文學(xué)家在日前于得克薩斯州奧斯丁市召開的第219屆美國天文學(xué)會(huì)大會(huì)上公布了這一研究成果。它看起來非常接近超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)宇宙進(jìn)化進(jìn)行的模擬分析，即暗物質(zhì)成群分布在由絲和結(jié)構(gòu)成的“宇宙網(wǎng)”中。就像宇宙論指出的那樣，這些塊狀疙瘩——大部分的暗物質(zhì)便聚集于此——整齊地與巨大的星系團(tuán)契合在一起。

普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家Rachel Mandelbaum指出，實(shí)際上，“像CFHT透鏡巡天這樣的項(xiàng)目能夠用來驗(yàn)證暗物質(zhì)理論和廣義相對(duì)論”。van Waerbeke說，迄今為止，“一切看來都正常。這些地圖所展現(xiàn)的恰好是我們所預(yù)測(cè)的”。換句話說，這些結(jié)果證實(shí)了目前關(guān)于宇宙物理特性、構(gòu)成以及進(jìn)化的普適理論。

“開普勒”發(fā)現(xiàn)最小系外行星，預(yù)示宇宙中可能存在大量宜居小行星球

美國宇航局（NASA）的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡如今發(fā)現(xiàn)了最小的太陽系外行星。這3個(gè)巖石世界比地球還小；最小的一顆僅比火星略大。它們一道構(gòu)成了迄今為止最緊密的行星系統(tǒng)——其寬度不及500萬km。此外，它們的被稱為KOI－961的母星是一顆微不足道的紅矮星，僅僅比巨行星木星大70%。美國帕薩迪納市加利福尼亞理工學(xué)院的天文學(xué)家John Johnson表示，實(shí)際上，同一顆與太陽類似的恒星及環(huán)繞的行星相比，KOI－961系統(tǒng)更類似于木星及其衛(wèi)星。

當(dāng)行星從恒星前掠過時(shí)會(huì)阻擋后者的一部分光線，從而造成恒星的暗淡，而開普勒空間望遠(yuǎn)鏡也正是通過這一點(diǎn)來發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的行星。開普勒空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了紅矮星昏暗光線出現(xiàn)的周期性亮度減弱，但天文學(xué)家仍未能排除其他可能的解釋。他們同時(shí)也不能確定這顆恒星的確切大小，而這恰好是在用行星遮擋的星光計(jì)算這些穿越行星大小之前所必須知道的。

根據(jù)Johnson于2012年1月11日在于奧斯丁市召開的第219屆美國天文學(xué)會(huì)大會(huì)上的介紹，所有的改變都緣于英國業(yè)余天文愛好者Kevin Apps——其與開普勒科研團(tuán)隊(duì)有著密切的合作關(guān)系。Apps指出，KOI－961距離地球約120光年，它的精確顏色非常接近于那些更近的褐矮星，例如巴納德星。這意味著它必定與巴納德星一樣大小，而對(duì)后者直徑的測(cè)量已相當(dāng)精確。

利用來自夏威夷莫納克亞山上的10m凱克望遠(yuǎn)鏡，以及加利福尼亞州帕洛瑪山上的5 m海爾望遠(yuǎn)鏡的額外觀測(cè)，Johnson和他的研究小組還證實(shí)了觀察到的亮度減弱實(shí)際上緣于行星。一篇描述這一新發(fā)現(xiàn)的論文已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志》接受并準(zhǔn)備發(fā)表。

蛙類成全球最小脊椎動(dòng)物

你不小心掉落在新幾內(nèi)亞東部雨林中的一枚一角硬幣，有可能壓死一只新發(fā)現(xiàn)的蛙類。

Paedophryne amauensis如今穩(wěn)坐全世界最小脊椎動(dòng)物的頭把交椅——其平均成年個(gè)體體長為7.7 mm，甚至不足美元一角硬幣的半徑。

這種蛙類一舉擊敗了之前的紀(jì)錄保持者，一種來自鯉魚家族的印度尼西亞小魚，其雌性個(gè)體體長約7.9 mm。

美國巴吞魯日市路易斯安那大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家Eric N.Rittmeyer和同事在2012年1月11日的《科學(xué)公共圖書館—綜合》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說，這種新發(fā)現(xiàn)的蛙類棲息在雨林的落葉層中，可能以跳蟲、螨蟲和蜱為食。

他們還在新幾內(nèi)亞發(fā)現(xiàn)了全球第二小的蛙類品種Paedophryne swiftorum，其體長在8.3 mm至8.9 mm之間。

微型化對(duì)于蛙類而言并不是什么新鮮事。已知29個(gè)最小物種的體長都不足13 mm。

研究人員推測(cè)，蛙類極端小的體形的反復(fù)進(jìn)化，加上它們獨(dú)有的潮濕環(huán)境，使得這些生物能夠探尋雨林地面植被的角落和縫隙。

科學(xué)家發(fā)明最小的“耳朵”

你有沒有想過一個(gè)病毒聽起來像什么，或者一個(gè)細(xì)菌在宿主之間游走會(huì)發(fā)出什么噪音？如果答案是肯定的，那么由于世界上最小耳朵的發(fā)明，你或許很快就有機(jī)會(huì)搞清這一切。“納米耳”——被一道激光束俘獲的金微粒——能夠探測(cè)到僅為人類聽覺閾值一百萬分之一的聲音。研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)研究將開啟“聲學(xué)顯微術(shù)”的一個(gè)全新領(lǐng)域，后者是利用生物體釋放的聲音對(duì)其進(jìn)行研究的一門科學(xué)。

納米耳的概念起源于1986年被稱為光鑷子的一項(xiàng)發(fā)明。這種鑷子利用一個(gè)透鏡將一道激光束聚焦到一點(diǎn)，從而能夠抓住微粒并移動(dòng)它們。光鑷子已經(jīng)成為分子生物學(xué)和納米技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)工具，幫助研究人員向細(xì)胞內(nèi)注入脫氧核糖核酸（DNA），甚至在DNA注入后對(duì)其進(jìn)行操作。光鑷子還能夠用來測(cè)量作用于微觀粒子上的極小的力；一旦你用激光束控制住你的粒子——而不是由你來讓其移動(dòng)，你便只須用一臺(tái)顯微鏡或其他合適的觀測(cè)設(shè)備觀察它是否在自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。這也正是納米耳遵循的道路。

聲波隨著它們經(jīng)過的介質(zhì)粒子的前后移動(dòng)來傳播。因此為了探測(cè)聲音，你需要對(duì)這種前后運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。德國慕尼黑大學(xué)光子學(xué)與光電學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的光物理學(xué)家Jochen Feldmann和同事將一個(gè)直徑60nm的金微粒浸入水中，并用光鑷子夾住了它。

Feldmann的研究團(tuán)隊(duì)記錄并分析了該粒子響應(yīng)聲振動(dòng)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)——這種聲振動(dòng)由在附近水中的其他金納米粒子的激光感應(yīng)加熱所導(dǎo)致。除了具有前所未有的敏感性外，他們的納米耳還能夠計(jì)算聲音來自于哪個(gè)方向。研究人員提出，使納米耳的三維陣列一道工作將能夠用來監(jiān)聽細(xì)胞或微生物，例如細(xì)菌和病毒，隨著運(yùn)動(dòng)和呼吸，它們都能夠釋放出非常微弱的聲振動(dòng)。Feldmann表示：“這里顯然存在著醫(yī)學(xué)上的可能性，我們可以用其來研究適當(dāng)?shù)娜巳海覀兪紫缺仨毟闱逅侨绾喂ぷ鞯??！?/p>

研究人員在最近出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上報(bào)告了這一研究成果。

科學(xué)家發(fā)明合成抗瘧藥物青蒿素，新法成本低、產(chǎn)量高，有望解決供應(yīng)鏈瓶頸問題

作為全球治療瘧疾的一種決定性藥物，青蒿素或許很快就能夠更廉價(jià)、更簡單地生產(chǎn)，而這多虧研究人員發(fā)現(xiàn)了一條合成這種化合物的更佳途徑。并未參與此項(xiàng)研究的美國加利福尼亞州艾莫利維爾市埃米瑞斯生物技術(shù)公司的工業(yè)化學(xué)家Jack Newman表示：“這項(xiàng)成果的影響是難以估量的?！盢ewman說，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）提供的數(shù)據(jù)，2010年有65.5萬人死于瘧疾，“然而盡管青蒿素能夠治療這種傳染病，它的供應(yīng)鏈卻是一個(gè)大問題”。

2001年，WHO推薦在全世界用所謂的以青蒿素為基礎(chǔ)的聯(lián)合療法（ACTs）替代那些陳舊的、效果不明顯的藥物，并由此使其成為瘧疾防控的基石。

迄今為止，合成青蒿素價(jià)格昂貴且工序復(fù)雜，并且植物所含青蒿素只占很小的比例——介于0.001%到0.8%之間。結(jié)果導(dǎo)致ACTs每個(gè)療程的費(fèi)用仍然在1美元到2美元之間，這樣也就產(chǎn)生了一個(gè)問題：那些貧窮的病人往往都會(huì)選擇價(jià)錢便宜但療效甚微的藥物。同時(shí)由于全球僅有中國、越南等少數(shù)國家種植青蒿，這種一年生草本植物產(chǎn)量又不固定，藥品青蒿素的價(jià)格波動(dòng)較為明顯。

然而青蒿還能夠產(chǎn)生青蒿酸——提取1 kg青蒿素會(huì)產(chǎn)生10kg青蒿酸。目前由于將其轉(zhuǎn)化為青蒿素成本過高，因此這些青蒿酸往往都被處理掉了。如今，德國波茨坦市馬普學(xué)會(huì)膠體與界面研究所的化學(xué)家Peter Seeberger及其博士后Francois Lévesque表示，他們已經(jīng)攻克了這一難題。

Seeberger和Lévesque使用一種所謂的流動(dòng)化學(xué)——即在化合物流經(jīng)一根細(xì)管時(shí)發(fā)生反應(yīng)——來解決這一問題。通過用光源包裹這根管道，他們戲劇性地增加了活性氧的產(chǎn)量。首先，青蒿酸被還原為左旋二氫青蒿酸。隨后這種產(chǎn)物與氧一道被泵入管道，并在那里混合；光照會(huì)活化其中的氧，進(jìn)而產(chǎn)生青蒿酸前體。最后，研究人員向化合物中添加三氟乙酸，并最終產(chǎn)生青蒿素。經(jīng)提純后，其產(chǎn)量可達(dá)40%。研究人員在本周的《應(yīng)用化學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。