“企鵝為何不會飛？”等10則

科學(xué)家在西伯利亞挖掘出一頭猛犸象幼崽標(biāo)本

企鵝為何不會飛？

如果企鵝能夠飛翔，那么它們就不必經(jīng)過長途跋涉回歸大海，還能輕而易舉地躲避海豹的捕殺?？墒?，企鵝為何沒有進(jìn)化出飛行能力呢？加拿大研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)匾环N海鷗與企鵝祖先最為相似，它們會飛行也會游泳，但它們游泳時(shí)消耗的能量要少于其他大部分鳥類，而飛行消耗的能量卻是已知的飛鳥中最多的。他們推測，企鵝飛行能力的喪失可能是一個(gè)折衷的選擇：隨著企鵝的進(jìn)化，它們的翅膀變得越來越適應(yīng)在海洋中捕食和潛水，在水中的能量消耗也越來越少；而翅膀飛行時(shí)需要消耗的能量則變得越來越多。一旦無法維持飛行消耗的高能量，企鵝就飛不了了。

猛犸滅絕疑是隕星所致

此前人們一直以為猛犸滅絕是由于人類過度捕殺所致，但科學(xué)家的最新研究指出，1.28萬年前一顆巨大的隕星劃過地球大氣層時(shí)分解成數(shù)千萬噸燃燒的碎片，散落在4個(gè)大洲上。這些隕星殘骸釋放出的有毒氣體污染了空氣并阻擋了陽光，致使溫度驟然下降，大量植物死亡。早期人類和一些動物通過遷徙或者改變生活方式來逐漸適應(yīng)環(huán)境的變化，但是猛犸并未很好地適應(yīng)環(huán)境，幾十年時(shí)間便滅絕了。研究人員在4個(gè)大洲都發(fā)現(xiàn)了燃燒后的碳小球體，它們的歷史可追溯至1.28萬年前。這一時(shí)間與猛犸最后在地球上生存的時(shí)期一致。

“中東呼吸綜合征”

世界衛(wèi)生組織將不久前爆發(fā)的新型冠狀病毒感染命名為“中東呼吸綜合征”（簡稱MERS），因?yàn)楦腥静《镜拇_診病例主要集中在中東和歐洲，且所有病例都與中東地區(qū)發(fā)生過直接或間接聯(lián)系。根據(jù)基因組測序，與新型冠狀病毒最接近的是數(shù)年前在荷蘭發(fā)現(xiàn)的一種蝙蝠冠狀病毒，而不是同屬冠狀病毒，即曾引起軒然大波的SARS病毒。據(jù)稱，最早在沙特阿拉伯發(fā)現(xiàn)的幾名患者都曾接觸過患病的山羊或駱駝，但其余大部分患者沒有這種接觸史。新型冠狀病毒侵入人體的機(jī)制大致是這樣的，在人體呼吸道某些細(xì)胞的表面有一種名為“二肽基肽酶-4”的蛋白質(zhì)，病毒會以這種蛋白質(zhì)為“登陸點(diǎn)”，附著到呼吸道細(xì)胞上，進(jìn)而侵入細(xì)胞、引發(fā)感染。

龍卷風(fēng)為何偏愛美國？

美國是世界上遭受龍卷風(fēng)侵襲次數(shù)最多的國家，全世界有一半的龍卷風(fēng)發(fā)生在美國，美國“龍卷風(fēng)之鄉(xiāng)”由此得名，其中又以中西部和南部廣闊區(qū)域的“龍卷風(fēng)走廊”最為著名。研究人員指出，這是因?yàn)槊绹?dú)特的地理位置、地形、氣候有利于龍卷風(fēng)生成。由于三面臨海，使得大量水汽不斷從東、南、西面流向大陸。每年春夏季，暖濕空氣與冷空氣交匯成雷暴，在大氣中形成強(qiáng)烈的漩渦，產(chǎn)生常伴有暴雨、冰雹的龍卷風(fēng)。還有部分科學(xué)家認(rèn)為，氣候變暖和美國公路干線上運(yùn)行的小汽車太多也可能是導(dǎo)致美國龍卷風(fēng)多發(fā)的原因。

宇宙第一滴物質(zhì)

美國物理學(xué)家利用大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）創(chuàng)造出了138.2億年前宇宙大爆炸后瞬間的原始物質(zhì)形態(tài)——世界上最小的一滴物質(zhì)。在分析質(zhì)子與鉛離子在粒子加速探測器中對撞的結(jié)果并篩選大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)一滴39jE6/TJ3InKjjYeOZeslA==極小的原始物質(zhì)被創(chuàng)造出來。該滴物質(zhì)只有3～5個(gè)質(zhì)子寬——確切的說就是氫原子大小的10萬分之一 。宇宙大爆炸后的瞬間，所有物質(zhì)就像是高能量、高溫度的一盆“原始湯”。所有的物質(zhì)和力量都被混在一起難以分辨。隨著宇宙迅速冷

卻和擴(kuò)張，物質(zhì)開始從基本的自然力量中分離。通過在極高39jE6/TJ3InKjjYeOZeslA==的能量下對撞離子，宇宙大爆炸時(shí)的情境可以極其短暫的再現(xiàn)，給了我們一瞥138.2億年前的原始物質(zhì)狀態(tài)的機(jī)會。

壓力導(dǎo)致抑郁癥原因被發(fā)現(xiàn)

長期飽受壓力，很可能會導(dǎo)致抑郁癥，這一關(guān)聯(lián)背后的詳細(xì)機(jī)制卻不為科學(xué)家所全面理解。英國研究人員通過對大腦海馬體干細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，一種名為SGK1的蛋白對于調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)醇（一種應(yīng)激激素）對神經(jīng)形成的影響以及糖皮質(zhì)激素受體行為具有重要作用。該蛋白水平增加，會增強(qiáng)皮質(zhì)醇的負(fù)面效應(yīng)，使得糖皮質(zhì)激素受體長期保持活躍狀態(tài)，進(jìn)而大大降低了大腦的神經(jīng)形成能力。通過實(shí)驗(yàn)，研究人員使用抑制SGK1蛋白的化合物，成功阻斷了應(yīng)激激素的負(fù)面效應(yīng)，最終使新生腦細(xì)胞的數(shù)量得以增加。這一研究發(fā)現(xiàn)為抑郁癥治療藥物的研發(fā)開辟了一條新途徑。

空氣污染或可引發(fā)心臟病

一直以來，研究者都認(rèn)為空氣污染與心血管疾病有聯(lián)系，而對于這種聯(lián)系的原因，研究者最近似乎有了更進(jìn)一步的理解：空氣污染可加重動脈粥狀硬化，導(dǎo)致動脈變得僵硬，而這是引發(fā)心肌梗死和腦卒中的已知風(fēng)險(xiǎn)因素。研究人員在6座大城市中對超過45歲的5000多名成年人進(jìn)行了超聲波檢查，測量其右頸總動脈的厚度，這是人體兩條將攜氧血液輸送到頭頸的大動脈中的一條。研究人員隨后對這些受訪者進(jìn)行了平均兩年半的隨訪，將他們的動脈厚度跟以可吸入顆粒物濃度為指標(biāo)的大氣污染水平相比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空氣污染越嚴(yán)重，頸動脈加厚的程度就越顯著。在調(diào)整了種族、教育、吸煙和其他健康及社會經(jīng)濟(jì)學(xué)因素后，這種關(guān)聯(lián)依然存在。

干細(xì)胞療法讓患者復(fù)明

美國先進(jìn)細(xì)胞科技公司的研究人員目前正在進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，測試?yán)萌祟惻咛ジ杉?xì)胞是否能安全治療常見的兩大原因所導(dǎo)致的失明。這兩大原因是干性老年黃斑變性和少年型黃斑營養(yǎng)不良。在最新實(shí)驗(yàn)中，一名幾乎失明的男性成年患者（裸眼視力0.05，相當(dāng)于走動的人在其眼前只是一個(gè)晃動的黑影）的視力被提高到了0.5，接近可以駕車的水平。這種療法首先將人類胚胎干細(xì)胞變成新鮮的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，隨后再移植到患者一只眼睛的視網(wǎng)膜下，以觀察最終結(jié)果并測試試驗(yàn)的安全性。

太空生物之死

俄羅斯航天部門發(fā)射的“Bion M1”生物試驗(yàn)衛(wèi)星返回地球后，搭乘衛(wèi)星的大部分“乘客”未承受住長達(dá)1個(gè)月的太空飛行，其中8只蒙古沙鼠全部死亡，45只小鼠中的39只死亡，慈鯛魚死亡，生存下來的生物包括壁虎和蝸牛。這些生物中特別值得一提的是45只“基因純凈”的實(shí)驗(yàn)鼠，它們每一只都有自己的基因標(biāo)識，以便科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基因上的變化。本次實(shí)驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)生物體對長期太空飛行的承受能力，為載人登陸火星提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些動物的死亡原因可能是由于設(shè)備故障或太空中嚴(yán)酷的環(huán)境所致，目前科學(xué)家正展開調(diào)查。

青少年慎做CT掃描

澳大利亞和英國研究人員對近1100萬20歲以下青少年的病例資料展開了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在其中約6萬癌癥病例中，3150名患者曾在10年內(nèi)接受過至少一次CT掃描。從平均患癌率來看，10年里，每1萬名青少年中大約會出現(xiàn)39名癌癥患者，但如果這1萬名青少年全部接受過一次CT掃描，則患癌人數(shù)可能會增加。研究人員認(rèn)為，盡管CT掃描對于臨床診斷大有益處，但醫(yī)生應(yīng)謹(jǐn)慎使用這一技術(shù)，保證只在必要時(shí)使用，并將輻射量控制到最低。

2003年2月10日，《科技日報(bào)》在顯著位置刊登了一則題為“揭示地球最初5億年的奧秘，我率先測出43億歲帶殼鋯石”的消息。報(bào)道說：我國大型科學(xué)儀器共建中心暨北京離子探針中心與美國學(xué)者合作，利用自身擁有的世界先進(jìn)儀器——高靈敏高分辨二次離子探針質(zhì)譜計(jì)，測出世界上迄今發(fā)現(xiàn)的第三粒、也是地球上發(fā)現(xiàn)的唯一一粒保存了增生殼（地殼增生是指幔源巖漿等通過地質(zhì)過程添加到地殼中，導(dǎo)致地殼體積和面積增加。增加的部分即為增生殼）的老于43億年的鋯石，為揭示地球形成后的最初5億年的奧秘找到了一把金鑰匙。

眾所周知，地質(zhì)年代的確定是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的研究任務(wù)。準(zhǔn)確標(biāo)定某一地質(zhì)體的年代是區(qū)域地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、礦床學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)研究中不可缺少的內(nèi)容，對于一個(gè)區(qū)域的地球歷史演化規(guī)律的研究和找礦方向的確定，都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前，地質(zhì)體的定年主要采用鉀-氬（K-Ar）法、氬同位素法、鈾-鉛（U- Pb）法、銣-鍶（Rb- Sr）法、釤-釹（Sm- Nd）法等。每種方法都有各自的適用性和局限性，并不是萬能的。

鋯石定年是同位素地質(zhì)年代學(xué)中最重要、應(yīng)用最廣泛的方法，它為地質(zhì)演化提供了時(shí)間坐標(biāo)。鋯石以及它所帶來的鈾-鉛測年法是絕對地質(zhì)年代定年工作的標(biāo)志性代表。所謂絕對地質(zhì)年代，是根據(jù)放射性同位素定年的方法，直接計(jì)算出地層——主要是火成巖形成的年齡，再比對化石地層，將地質(zhì)年代表標(biāo)上絕對的時(shí)間。它是一顆如此耀眼的新星，以至于盡管同位素地質(zhì)年代學(xué)發(fā)展至今時(shí)日尚淺，“鋯石鈾鉛”這幾個(gè)字卻幾乎成了每一位現(xiàn)代地質(zhì)人逢說必提的話題。

鋯石究竟是種什么物質(zhì)？利用鋯石為何可以測定地球的準(zhǔn)確年齡？我們又是如何了解它保存的地球歷史的信息呢？下面就讓我們一起來認(rèn)識這顆耀眼的新星——

鋯石檔案

鋯石，又名鋯石英，在日本被稱為“風(fēng)信子石”，它是12月的生辰石之一（該月的生辰石還有綠松石、青金石），象征成功。它的英文名字“Zicon”，其來源一說可能是來源于阿拉伯文“Zarkun”，原意是“辰砂及銀朱”；另一說認(rèn)為是來源于古波斯語“Zargun”，意即“金黃色”。

第一次正式使用“Zicon”是在1783年，用以形容來自于斯里蘭卡的綠色鋯石晶體。

早在希臘時(shí)，這種美麗的寶石就已被人們所鐘情。相傳，猶太教主教胸前佩戴的12種寶石中就有鋯石，它當(dāng)時(shí)被稱為“夏信斯”。據(jù)說，鋯石的別名“風(fēng)信子石”就是由“夏信斯”轉(zhuǎn)言而來。需要說明的是，“鋯石”指的是天然鋯石，而不是合成立方氧化鋯。所謂合成立方氧化鋯，亦稱“CZ鉆”或“CZ”，最早是由蘇聯(lián)人合成并在20世紀(jì)70年代作為鉆石的仿冒品成功推向市場的，因而也被稱為“蘇聯(lián)鉆”。由于其中添加了多種致色元素而呈現(xiàn)出各種顏色。此名稱目前已被廢止。

真正的鋯石（Zircon）是鋯的硅酸鹽化合物，礦物符號Zc，化學(xué)成分Zr〔SiO4〕。根據(jù)結(jié)晶程度可分為高、中、低三類，其中，中型、高型為結(jié)晶態(tài)，低型接近于非晶態(tài)。鋯石顏色多樣，無解理，一般破損或破裂的地方可見貝殼狀斷口。其摩氏硬度7.5～8，比重大，可達(dá)4.4～4.8，具有玻璃至金剛光澤，透明至半透明，能耐高溫，1450℃的高溫可使一些中型鋯石恢復(fù)為高型鋯石。鋯石耐酸，除鋯石粉末外，不與酸作用，也不與其他化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)。

鋯石為何可以定年

同位素定年的基礎(chǔ)是放射性衰變定律，通過測定母體及其衰變產(chǎn)生的子體同位素含量，就可以利用衰變定律算出標(biāo)本形成以來的時(shí)間。放射性元素只有穩(wěn)定地賦存于巖石系統(tǒng)中才可以成為定年的材料。鋯石恰恰具有非常穩(wěn)定的性質(zhì)，可以長期穩(wěn)定存在于巖石系統(tǒng)中。

亮點(diǎn)1 鋯石的理化性質(zhì)穩(wěn)定。

鋯石的主要成分是化學(xué)分子式為Zr[SiO4]的硅酸鋯。得益于四價(jià)鋯離子（Zr4+）不活潑的化學(xué)性質(zhì)以及鋯石本身牢固穩(wěn)定的網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)，鋯石的性質(zhì)非常穩(wěn)定。

“存在即勝利”。鋯石的摩氏硬度為7.5～8，在地殼運(yùn)動中，在與其他礦物質(zhì)的一次次硬碰硬后基本完勝所有常見礦物，連摩氏硬度為7、因很堅(jiān)挺而贏得了最大分布量的石英，在鋯石面前都甘拜下風(fēng)。因此鋯石能相對完整地保存于地殼中。

此外，鋯石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，較難與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以自身晶格結(jié)構(gòu)的完整得以保留，最終成為了脆弱的鈾-鉛（U-Pb）衰變體系成功的守護(hù)者，使之在時(shí)光的變遷中長時(shí)間留存下來，從而成為跨越百萬紀(jì)年的“石時(shí)計(jì)”。

亮點(diǎn)2 鋯石富含鈾（U）、釷（Th）而初始鉛（Pb）含量極低。

鋯石晶格中的四價(jià)鋯離子?？杀凰膬r(jià)鈾離子、四價(jià)釷離子進(jìn)行類質(zhì)同象置換。所謂類質(zhì)同象置換，是指物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)中本應(yīng)由某種離子或原子占據(jù)的位置，有一部分被性質(zhì)相似的其他離子或原子所取代，雙方共同結(jié)晶成均勻的混合晶體，簡稱混晶。但這種替代并不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變。例如，鎂橄欖石Mg2〔SiO4〕晶格中，一部分二價(jià)鎂離子可被介質(zhì)中的二價(jià)鐵離子所取代，從而結(jié)晶成橄欖石（Mg，F(xiàn)e）2〔SiO4〕2。

回過頭來我們再看鋯石晶體。地殼中的鈾非常稀有，因其半徑特大、化合價(jià)較高，所以并不被大多數(shù)晶體體系所待見。四價(jià)鋯離子卻和它鍵性相同、價(jià)位相同，離子半徑差別不大，故而鋯石晶格中的四價(jià)鋯離子常可被四價(jià)鈾離子替換。此外，鈾的放射子體鉛由于價(jià)位不同于鋯離子，基本無法在晶格最初形成時(shí)就進(jìn)入到鋯石晶體內(nèi)。因而鋯石晶體內(nèi)保存的鉛離子都是在鈾進(jìn)入鋯石晶體后通過放射作用所形成的。這使得鋯石富含鈾（U）、釷（Th）而初始鉛（Pb）含量極低，有利于人們依據(jù)元素衰變情況準(zhǔn)確定年。

亮點(diǎn)3 相當(dāng)大范圍內(nèi)的普適性。

巖石圈分為火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類。所有遺留在巖石圈里的地球活動事件信息都保留在這三大巖石種類中。

從成因礦物學(xué)上來看，鋯石形成于火成巖如花崗巖中，有時(shí)候，手掌大小的花崗巖標(biāo)本里就可以挑出幾千顆鋯石來。根據(jù)巖石演化的一般規(guī)律，火成巖生成后，經(jīng)歷風(fēng)化搬運(yùn)堆積成為沉積巖。由于鋯石性質(zhì)穩(wěn)定，這使得它在

火成巖母巖遭受風(fēng)化磨蝕后，能夠繼續(xù)完好保存于沉積物中，從而順利地被陸緣碎屑沉積巖所繼承。

經(jīng)過“次生加大作用”，又被稱為再生生長，是在石英、長石、方解石、鋯石及生物碎片等礦物碎屑周圍沉淀生長同一種礦物晶體的現(xiàn)象，利用性質(zhì)穩(wěn)定的鋯石獲得沉積巖的年齡，也不是大問題。

隨后，沉積埋藏的巖石進(jìn)入變質(zhì)作用階段。鋯石穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使其即使到了高溫高壓的變質(zhì)帶，依然不會完全屈服于環(huán)境；相反，還能在廣泛存在的流體中趁機(jī)接收變質(zhì)熱液來完成自身的次生加大。因此，利用鋯石確定變質(zhì)巖的年齡，也基本上沒有問題。

地球上的地質(zhì)信息絕大多數(shù)最終都將以具體的巖石作為物質(zhì)依托來存儲，這樣一來，如果我們知道了跟某個(gè)地質(zhì)事件相關(guān)的巖石中鋯石的年齡，我們就能對很多地質(zhì)事件做出準(zhǔn)確的限定性解釋了。

鋯石定年方法

鋯石鈾-鉛定年方法包括高靈敏度高分辨率離子探針質(zhì)譜計(jì)法（SHRIMP），激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜計(jì)法（LA-ICP-MS），同位素稀釋熱電離質(zhì)譜儀法（ID TIMS），也稱溶液法或稀釋法和熱離子質(zhì)譜計(jì)逐級蒸發(fā)-沉積測定法。

SHRIMP法

SHRIMP是高靈敏高分辨率離子探針，SHRIMP法的最大技術(shù)優(yōu)勢是鋯石、獨(dú)居石、榍石、磷釔礦和磷灰石等礦物的微區(qū)原位定年。微區(qū)原位定年不需對礦物標(biāo)本進(jìn)行化學(xué)處理，可對一個(gè)礦物的不同部位直接定年。這種方法常用來測定形成時(shí)間小于200萬年的鋯石年齡。此外，SHRIMP法還可以進(jìn)行固體物質(zhì)微區(qū)的硫、鉛、鈦、鉿和鎂同位素，以及稀土元素含量的測定。

第一臺SHRIMP于1980年在澳大利亞國立大學(xué)研制建成，并對澳大利亞一處方鉛礦進(jìn)行了硫、鉛同位素分析，獲得了精確的結(jié)果，這標(biāo)志著SHRIMP新技術(shù)的誕生。第一代SHRIMP主要應(yīng)用于20世紀(jì)80年代，揭示了地球最古老的地殼物質(zhì)形成于4.1億～4.2億年，早于以前人們認(rèn)為的3.8億年。這一年齡在2001年又被提前到了4.4億年?？梢哉f，SHRIMP法的成功極大地推動了地球科學(xué)的發(fā)展。

LA-ICP-MS法

LA-ICP-MS法是一種新發(fā)展和建立起來的定年方法， 它是利用等離子體質(zhì)譜計(jì)（ICPMS）進(jìn)行鈾-釷-鉛（U-Th-Pb）同位素分析，最終定年的方法。

LA-ICP-MS法具有原位、廉價(jià)、準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點(diǎn)，在五六分鐘內(nèi)即可確定大多數(shù)礦物標(biāo)本的地質(zhì)年齡；但其數(shù)據(jù)精度相對較低。更重要的是，它無法準(zhǔn)確測定鉛，這就無法按傳統(tǒng)方法對測得的鉛同位素進(jìn)行校正。用LA-ICP-MS法測定第三紀(jì)（距今6500萬～距今180萬年）鋯石的年齡，其總體精度可與SHRIMP法相媲美。

ID TIMS法

ID TIMS法分析精度高，但需要高標(biāo)準(zhǔn)的超凈實(shí)驗(yàn)室和繁瑣的化學(xué)處理過程。這種方法無法進(jìn)行礦物標(biāo)本的微區(qū)分析，存在不同地質(zhì)時(shí)期鋯石混合的危險(xiǎn)，而且定年所需時(shí)間長，價(jià)錢高。

結(jié)語

放眼望去，放射性同位素衰變的歷史與地球事件歷史的擁抱催生的是一部宏大的紀(jì)元編年史。于是，在一批批地質(zhì)學(xué)子們閱讀地質(zhì)年表的朗朗聲音中，我們仿佛可以聽到同位素之鐘正在滴答滴答地敲響，射線仿佛指針般劃過每一顆鋯石晶面，在今日為我們留下億萬年時(shí)光早已凝固的輝煌余韻。

寒武紀(jì)，約起始于距今5.42億年，結(jié)束于距今4.98億年；

奧陶紀(jì)，約起始于距今5億年，結(jié)束于距今4.4億年；

志留紀(jì)，約起始于距今4.38億年，結(jié)束于距今4.13億年……