科学家揭开大脑 "内部指南针"的秘密

科学家揭开大脑"内部指南针"的秘密麦吉尔大学精神病学副教授、道格拉斯研究中心研究员马克-布兰登说："神经科学研究在过去十年见证了一场技术革命，使我们能够提出和回答几年前只能梦想的问题。"他与扎基-阿贾比共同领导了这项研究，扎基-阿贾比曾是麦吉尔大学的学生，现在是哈佛大学的博士后研究员。为了了解视觉信息如何影响大脑的内部指南针，研究人员将小鼠暴露在一个迷失方向的虚拟世界，同时记录大脑的神经活动。研究小组利用神经元记录技术的最新进展，以前所未有的精度记录了大脑的内部指南针。这种精确解码动物内部头部方向的能力使研究人员能够探索构成大脑内部罗盘的头部方向细胞如何支持大脑在不断变化的环境中重新定位的能力。具体而言，研究小组发现了一种他们称之为"网络增益"的现象，它使大脑的内部指南针在小鼠迷失方向后重新定位。阿贾比说："就好像大脑有一种机制可以实施'重置按钮'，允许在混乱的情况下迅速重新确定其内部指南针的方向。"虽然这项研究中的动物被暴露在非自然的视觉体验中，但作者认为，这样的场景已经与现代人类的经验有关，特别是随着虚拟现实技术的迅速传播。这些发现"可能最终解释了虚拟现实系统如何能够轻易地控制我们的方向感。这些结果启发了研究团队开发新的模型，以更好地理解其基本机制。"这项工作是一个美丽的例子，说明实验和计算方法一起可以推进我们对驱动行为的大脑活动的理解，"共同作者魏学新说，他是计算神经科学家和德克萨斯大学奥斯汀分校的助理教授。这一发现对阿尔茨海默病也有重大影响。"阿尔茨海默氏症最初自我报告的认知症状之一是人们变得迷失方向和迷路，甚至在熟悉的环境中，"研究人员预计，对大脑内部指南针和导航系统如何工作的更好理解将导致对阿尔茨海默病的早期检测和更好的治疗评估。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362291.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362291.htm

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密无论是蚊香液、蚊香、驱蚊水，在夏天人类必然要面对的是蚊子的侵扰。那么这些蚊子是如何找到我们的呢？现在研究人员发现了背后的秘密。人类散发出一种由体味、热量和二氧化碳组成的独特气味，这种气味虽然因人而异，但是蚊子利用它追踪人类。虽然大多数动物都有一组特定的神经元来检测每种类型的气味，但蚊子可以通过几种不同的途径来接收气味。该研究发表在科学杂志《细胞》上。该研究的主要作者之一，来自波士顿大学生物学助理教授MegYounger说：“结果表明和目前已知的其他动物相比，蚊子对它们所遇到的气味进行编码的方式是不同的”。研究小组随后检查了蚊子触角中的气味受体，这些受体与漂浮在环境中的化学物质结合，并通过神经元向大脑发出信号。Younger表示：“我们假设蚊子会遵循嗅觉的中心教条，即每个神经元只表达一种类型的受体。但结果和预期相反，同一个神经元中不同受体可以对不同的气味做出反应”。这意味着失去一个或多个受体并不影响蚊子对人类气味的接收能力。研究人员说，这种备份系统可能已经进化为一种生存机制。Younger说：“埃及伊蚊专门叮咬人类，据说它们之所以进化成这样，是因为人类总是靠近淡水，因此蚊子在淡水中产卵。”研究人员说，最终，了解蚊子的大脑如何处理人类的气味可以用来干预叮咬行为，减少蚊子传播的疾病的传播，如疟疾、登革热和黄热病。Younger表示：“控制蚊子的一个主要策略是把它们吸引到诱捕器中，把它们从咬人的人群中清除出去。如果我们能够利用这些知识来了解人类的气味在蚊子的触角和大脑中是如何体现的，我们就可以开发出比人类更吸引蚊子的混合剂。我们还可以开发针对那些检测人类气味的受体和神经元的驱虫剂”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306477.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306477.htm

科学家揭开了多样化动物生命周期的秘密

科学家揭开了多样化动物生命周期的秘密伦敦大学玛丽皇后学院研究人员用于进行基因组测序的蠕虫然而，研究人员对幼体存在的原因以及它们如何起源的理解仍然是有限的。更重要的是，解决这一问题的大规模比较研究以前没有使用基于动物遗传信息--基因组--测序的现代技术，也没有发现生物体在生长过程中如何使用这些信息。直到现在。在由伦敦大学玛丽皇后学院（QMUL）的一个团队领导的一项研究中，研究人员首次发现了可能解释胚胎如何形成幼体或成年的缩影的机制，该研究发表在著名杂志《自然》上。在他们的论文中，他们证明了参与胚胎发育的基本基因的激活时间--受精卵转变为生物体与幼体阶段的存在或不存在有关，也与幼体是以周围环境为食还是依靠母亲沉积在卵中的养料有关。弗朗西斯科-M-马丁-萨莫拉，玛丽女王学院的博士生和该研究的第一作者之一，说。"观察到进化如何塑造了动物胚胎的"报时"方式，在发育的早期或后期激活重要的基因组令人印象深刻。假设一个幼体阶段对你的生存不再重要。在这种情况下，可能在进化上是有利的，例如，更早地激活形成躯干的基因，而直接发育成一个成年人"。这项新研究使用了最先进的方法来解码三种被称为环形动物的海洋无脊椎蠕虫的遗传信息、活动和调节。他们在一项涉及60多个物种的600多个数据集的大规模研究中，将这些数据集与其他物种的公共数据集结合起来，这些物种被5亿多年的进化所隔开。"伦敦大学学院该研究的主要合作者FerdinandMarlétaz博士说："只有通过结合实验室产生的实验数据集和系统的计算分析，我们才能揭开这种未被发现的生物学领域。"来自玛丽皇后学院的博士后研究员、该工作的共同第一作者YanLiang博士说。"虽然这些技术已经存在了一些年，但没有团队将它们用于这一目的。我们产生的数据集和我们开发的方法将成为其他研究人员的巨大的强大资源。"玛丽皇后学院有机体生物学高级讲师、这项研究的资深作者ChemaMartín-Durán博士说。"发育生物学在很大程度上侧重于小鼠、苍蝇和其他我们所知道的模型生物体的成熟物种。我们的研究表明，经常被忽视的非模型物种的迷人生物学对于理解动物发育如何工作以及如何进化至关重要。"参与形成躯干的基因--紧随头部并一直到尾部的身体区域，是最重要的。一些物种会形成几乎没有躯干的幼体，被称为"头部幼体"，而且可能早在所有有头有尾的动物的祖先中就已经存在。直接发育和直接从胚胎发育中形成小成体，在许多动物群体中，如我们和大多数脊椎动物，会在后来进化，因为形成躯干的基因在胚胎发育的早期被激活，而幼体的特征会逐渐丧失。德国耶拿弗里德里希-席勒大学教授、该团队的合作者AndreasHejnol博士说："我们希望该领域的其他研究人员将继续研究动物生命周期进化这一令人兴奋的课题，并为我们提出的假设提供进一步的证据。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346945.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346945.htm

揭开幽灵粒子的秘密：科学家借助超新星研究中微子的奇异特性

揭开幽灵粒子的秘密：科学家借助超新星研究中微子的奇异特性用超新星揭开中微子之谜现在，俄亥俄州立大学的研究人员在8月15日发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）杂志上的一项研究中，建立了一个新的框架，详细说明了超新星--预示着恒星坍缩死亡的大爆炸--如何被用作研究中微子自我相互作用如何导致宇宙发生巨大变化的有力工具。这项研究的第一作者、俄亥俄州立大学物理学研究生张宝文说："中微子与典型物质的相互作用率非常小，因此很难探测到它们，也很难测试它们的任何特性。这就是为什么我们必须利用天体物理学和宇宙学来发现它们的有趣现象。"中微子被认为对早期宇宙的形成非常重要，尽管科学家们已经了解到中微子的来源有很多，比如核反应堆或垂死恒星的内部，但中微子仍然让科学家们感到困惑。但是，通过计算中微子的自我相互作用将如何影响来自超新星1987A（现代观测到的最近的超新星）的中微子信号，研究人员发现，当中微子确实与自身相互作用时，它们会形成一种紧密耦合的流体，这种流体会在相对论流体力学下膨胀，相对论流体力学是物理学的一个分支，研究流体如何以两种不同的方式之一对固体物体产生影响。中微子外流理论在所谓的"爆裂外流"情况下，研究人员的理论是，就像在太空真空中打开一个高度加压的气球会向外推送能量一样，爆裂产生的中微子流体会向各个方向运动。第二种情况被描述为"风外流"，想象一个有许多喷嘴的高度增压气球，中微子以更恒定的流速逸出，类似于稳定风的喷射。虽然风外流理论更有可能发生在自然界中，但如果爆发的情况得以实现，科学家们就能看到从超新星发射出的新的可观测中微子特征，从而对中微子自相互作用产生前所未有的敏感性。了解这些机制如此重要的原因之一是，如果中微子是作为一种流体在行动，那就意味着它们是作为一个集体在一起行动。如果中微子作为一个集体的特性与单独个体不同，那么超新星的物理特性也会发生变化。但是，这些变化究竟是仅由爆发情况还是外流情况引起的，还有待观察。挑战与未来展望超新星的动力学是复杂的，但这一结果是有希望的，因为通过相对论流体力学，我们知道在理解超新星如何工作的道路上有一个岔路口。不过，科学家们还需要做进一步的研究，才能排除超新星内部也发生爆发的可能性。然而，尽管还存在不确定性，这项研究在回答中微子从超新星喷出时究竟如何散射这一存在了几十年之久的天体物理学问题上仍是一个巨大的里程碑，该研究的合著者、俄亥俄州立大学物理学和天文学教授约翰-比科姆（JohnBeacom）说。这项研究发现，在爆发的情况下，即使使用来自SN1987A的稀少中微子数据和保守的分析假设，也有可能对中微子自相互作用产生前所未有的敏感性。比科姆说："35年来，这个问题基本上一直没有得到解决。"因此，尽管我们无法彻底解决中微子如何影响超新星的问题，但我们感到兴奋的是，我们能够向前迈出实质性的一步。"接下来，研究小组希望他们的工作能成为进一步研究中微子自相互作用的垫脚石。然而，由于银河系每个世纪只发生两三次超新星，研究人员很可能要再等几十年才能收集到足够多的新中微子数据来证明他们的想法。张说："我们一直在祈祷另一颗银河系超新星能尽快在某个地方发生，但我们能做的最好的事情就是在它发生之前，尽可能地在我们已知的基础上再接再厉。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379015.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379015.htm

科学家设法提高超级计算机模拟准确性 揭开星系形成背后的秘密

科学家设法提高超级计算机模拟准确性揭开星系形成背后的秘密天文学家可以使用超级计算机来模拟星系从138亿年前宇宙大爆炸至今的形成过程。但是，这其中存在许多误差来源。由隆德研究人员领导的一个国际研究小组在八年时间里花费了一亿个计算机小时试图纠正这些错误。为了最大限度地减少误差来源，制作出更精确的模拟结果，由隆德大学的SantiRoca-Fàbrega、首尔国立大学的Ji-hoonKim和加利福尼亚大学的JoelR.Primack领导的来自60所高等院校的160名研究人员通力合作，现在公布有史以来最大规模的模拟对比结果。"要在星系形成理论方面取得进展，对不同模拟的结果和代码进行比较至关重要。"天体物理学研究员桑蒂-罗卡-法布雷加（SantiRoca-Fàbrega）说："我们现在已经做到了这一点，将世界上最好的星系模拟器背后相互竞争的代码组聚集在一起，进行了一种超级比较。"该合作项目的三篇论文（即CosmoRun模拟）现已发表在《天体物理学杂志》上。在这些论文中，研究人员分析了一个与银河系质量相同的星系的形成过程。模拟基于相同的天体物理学假设，包括宇宙中第一批恒星产生的紫外线背景辐射、气体冷却和加热以及恒星形成过程。模拟宇宙的一部分。资料来源：AGORA协作小组新成果让研究人员得出结论，像银河系这样的圆盘星系在宇宙历史上形成的时间非常早，这与詹姆斯-韦伯望远镜的观测结果是一致的。他们还找到了一种方法，使卫星星系--围绕较大星系运行的星系--的数量与观测结果相一致，最终解决了一个众所周知的问题，即"卫星缺失问题"。此外，研究小组还揭示了星系周围的气体是如何成为逼真模拟的关键，而不是恒星的数量和分布，因为恒星的数量和分布是以前的标准。SantiRoca-Fàbrega说："这项工作已经持续了八年，需要运行数百次模拟，使用一亿个小时的超级计算设施。"他们的旅程仍在继续，以进一步完善对星系形成的模拟。SantiRoca-Fàbrega和他的同事们希望通过每一项技术成果，为宇宙和星系的诞生与演化这一令人眼花缭乱的谜题增添新的内容。SantiRoca-Fàbrega说："这是对星系形成进行更可靠模拟的开始，这反过来将帮助我们更好地了解我们的银河系。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423070.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423070.htm

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色研究人员开发出一种观察液体中化学反应的新方法，揭示了涉及尿素等分子的反应，这些分子可能促成了地球生命的出现。这项技术涉及一种能产生细小液体射流的特殊仪器和X射线光谱学，使科学家们能够研究在短短飞秒内发生的反应。这一突破是在苏黎世联邦理工学院物理化学教授汉斯-雅各布-沃纳（HansJakobWörner）领导的同一研究小组先前研究的基础上取得的。这项工作针对在气体环境中发生的反应得出了类似的结果。为了将X射线光谱观测扩展到液体，研究人员必须设计一种仪器，能够在真空中产生直径小于一微米的液体射流。这一点至关重要，因为如果射流再宽一些，就会吸收部分用于测量的X射线。利用这种新方法，研究人员得以深入了解地球上生命出现的过程。许多科学家认为，尿素在其中发挥了关键作用。尿素是含有碳和氮的最简单分子之一。更重要的是，尿素极有可能在地球非常年轻的时候就已经存在，20世纪50年代的一项著名实验也表明了这一点：美国科学家斯坦利-米勒（StanleyMiller）调制了一种据信构成地球原始大气层的气体混合物，并将其暴露在雷暴条件下。这产生了一系列分子，其中之一就是尿素。根据目前的理论，尿素可能已经富集在当时没有生命的地球上的温暖水坑中--通常称为原始汤。随着汤中水分的蒸发，尿素的浓度也随之增加。在宇宙射线等电离辐射的作用下，这些浓缩的尿素有可能经过多个合成步骤产生丙二酸。反过来，这可能产生了RNA和DNA的组成元素。苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员利用他们的新方法，研究了这一长串化学反应的第一步，以找出浓缩尿素溶液在电离辐射下的表现。要知道，浓尿素溶液中的尿素分子会自行成对，即所谓的二聚体。研究人员现在已经能够证明，电离辐射会导致每个二聚体中的一个氢原子从一个尿素分子移动到另一个。这样，一个脲分子就变成了质子化的脲分子，而另一个脲分子则变成了脲自由基。后者具有很高的化学反应活性--事实上，它的反应活性非常高，很有可能与其他分子发生反应，从而形成丙二酸。研究人员还设法证明，氢原子的这种转移发生得非常快，大约只需要150飞秒，即150四十亿分之一秒。Wörner说："这个反应速度如此之快，以至于理论上可能发生的所有其他反应都会被这个反应所取代。这就解释了为什么浓缩尿素溶液会产生尿素自由基，而不是承载会产生其他分子的其他反应。"Wörner和他的同事们希望研究导致丙二酸形成的下一个步骤，希望这将有助于他们了解地球生命的起源。至于他们的新方法，一般也可用于研究液体中化学反应的精确顺序。"一系列重要的化学反应都发生在液体中，不仅包括人体中的所有生化过程，还包括与工业相关的大量化学合成，"沃纳说。"这就是为什么我们现在扩大了高时间分辨率X射线光谱的范围，将液体中的反应也包括在内，这一点非常重要"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382767.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382767.htm