一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘

一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，故事的结局是我们将永远不会存在。但是一定有一个不平衡--一些剩余的质子、中子和电子--形成了原子、分子、恒星、行星、星系，并最终形成了人。电子是由负电荷组成的，JILA的科学家们一直试图测量这种电荷在电子的南北两极之间的分布是否均匀。任何不均匀都表明电子不是完美的圆形，而这将是早期宇宙中导致物质存在的不对称的证据。JILA的康奈尔小组研究了分子中的电子在调整其周围的磁场时的表现，以寻找电子的任何位移"如果宇宙是完全对称的，那么除了光以外就什么都没有了。这是历史上一个极为重要的时刻。突然间，宇宙中出现了一些东西，而问题是，为什么？"NIST/JILA研究员EricCornell说。"为什么我们会有这种不对称性？"解释我们宇宙的数学理论和方程式要求对称性。粒子理论家已经改进了这些理论，以解决不对称性的存在。但如果没有证据，这些理论只是数学，康奈尔解释说，所以包括他在JILA的小组在内的实验物理学家一直在寻找基本粒子，如电子的不对称迹象。现在，JILA小组对电子进行了破纪录的测量，缩小了对这种不对称性来源的搜索范围。其研究结果已发表在《科学》上。JILA由美国国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校共同运营。寻找不对称性证据的一个地方是电子的电偶极矩（eEDM）。电子是由负电荷组成的，而eEDM表明该电荷在电子的南北两极之间分布的均匀程度。任何高于零的eEDM测量值都将证实存在不对称性；电子将更像蛋形而不是圆形。但是没有人知道这种偏差可能有多小。"我们需要修正我们的数学，使之更接近现实，"康奈尔在JILA的研究小组的一名研究生谭雅·鲁西说。"我们正在寻找这种不对称性可能存在的地方，这样我们就可以了解它来自哪里。电子是基本粒子，它们的对称性告诉我们关于宇宙的对称性。"康奈尔、鲁西和他们在NIST和JILA的团队最近创造了精确测量eEDM的记录，比以前的测量结果提高了2.4倍。这有多精确呢？鲁西解释说，如果一个电子有地球那么大，他们的研究发现，任何存在的不对称性都会小于原子的半径。她补充说，进行如此精确的测量是非常困难的，所以该小组需要聪明一点。研究人员研究了氟化铪的分子。如果他们在分子上施加一个强电场，非圆形的电子就会想与电场对齐，在分子内移动。如果它们是圆的，那么电子就不会移动。使用紫外激光，他们将电子从分子上剥离，形成一组带正电的离子，并将它们困住。交替使用诱捕器周围的电磁场，分子被迫与电磁场对齐或不对齐。然后，研究人员使用激光来测量两组的能量水平。如果它们之间的能级不同，这将表明电子是不对称的。他们的实验允许他们比过去的尝试有更长的测量时间，这给了他们更大的敏感性。然而，该小组的测量结果显示，电子没有移动能级，表明就我们目前所能测量到的情况而言，电子是圆形的。康奈尔指出，不能保证任何人都能找到eEDM的非零测量值，但是这种来自桌面实验的精确程度是一项成就。它表明，昂贵的粒子加速器并不是探索关于宇宙的这些基本问题的唯一手段，有很多途径可以尝试。虽然该小组没有发现不对称性，但其结果将有助于该领域继续寻找早期宇宙不对称性的答案。"我们发现到我们的测量为止，电子是对称的。如果我们会发现非零，这将是一个大问题，"鲁西补充说。"最好的赌注是让世界各地的科学家团队来研究不同的选项。只要我们都不断地测量真相，最终，有人会发现它。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369605.htm

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞艺术家们利用显微镜图像和图形渲染，展示了一个能够感知定向化学线索并自我组织响应的最小合成细胞。图片来源：约翰-霍普金斯大学医学院井上实验室，由ShivaRazavi和TurhanPathan创作，经编辑了解对称性破坏细胞运动之前的一个步骤是打破对称，当细胞分子最初对称排列时，通常在受到刺激后重组为不对称的模式或形状。这类似于迁徙的鸟类在对阳光或地标等环境指南针做出反应时转变为新的队形，从而打破对称。在微观层面上，免疫细胞会感知集中在感染部位的化学信号，并打破对称，穿过血管壁到达受感染的组织。当细胞打破对称性时，它们会转变为极化和不对称结构，为向目标移动做好准备。"对称性破缺的概念对生命至关重要，影响着生物学、物理学和宇宙学等多个领域，"在约翰-霍普金斯大学攻读研究生时领导这项研究的希瓦-拉扎维（ShivaRazavi）博士说，他在约翰霍普金斯大学攻读研究生时领导了这项研究，现在是麻省理工学院的博士后研究员。"了解对称性破缺是解开生物学基本原理和发现如何利用这些信息来设计治疗方法的关键。"长期以来，人们一直认为找到在合成细胞中模仿和控制对称性破坏的方法对于了解细胞如何检测其化学环境并重新排列其化学轮廓和形状至关重要。在这项研究中，科学家们创造了一个带有双层膜的巨大囊泡--一个由磷脂、纯化蛋白质、盐和提供能量的ATP组成的裸体简化合成细胞或原细胞。原细胞呈球形，因此被昵称为"泡泡"。在实验中，科学家们成功地设计出了具有化学感应能力的原细胞，它能促使细胞打破对称性，从一个近乎完美的球体变成一个凹凸不平的形状。研究人员说，该系统专门设计用于模仿免疫反应的第一步，能够根据中性粒细胞感知到的周围蛋白质发出攻击病菌的信号。拉扎维说："我们的研究展示了类细胞实体如何能够感知外部化学线索的方向，模拟生物体内的条件。通过从零开始构建类细胞结构，我们可以更好地识别和理解细胞以最简化的形式打破对称性所需的基本组成部分。"给药领域的未来应用科学家们说，有朝一日，化学传感可用于体内靶向给药。约翰-霍普金斯大学医学院细胞生物学教授、细胞动力学中心主任、资深作者井上隆成（TakanariInoue）博士说："我们的想法是，可以把任何你想要的东西--蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子--打包到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞该去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，这样药物就能被释放出来。"为了激活囊泡的化学感应能力，研究人员在合成细胞中植入了两种作为分子开关的蛋白质--FKBP和FRB。蛋白质FKBP被置于细胞中心，而FRB则被置于细胞膜上。当科学家们在气泡细胞外引入一种化学物质--雷帕霉素时，FKBP就会移动到细胞膜上与FRB结合，从而引发一种叫做肌动蛋白聚合的过程，也就是合成细胞骨架的重组。在原细胞内部，化学反应产生了由肌动蛋白组成的杆状结构，对细胞膜施加压力，使其弯曲。研究人员使用了一种名为共聚焦显微镜的专门快速三维成像技术来记录原细胞的化学感应能力；他们必须以每15到30秒一帧的速度快速记录图像，因为原细胞会对化学信号做出快速反应。下一步，研究人员的目标是让这些合成细胞具备向所需目标移动的能力。最终，研究人员希望设计出的合成细胞能在靶向药物输送、环境传感以及其他需要精确移动和对刺激做出反应的领域中发挥重要的潜在应用。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434518.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434518.htm

海星没有头？不对，Nature新研究发现海星只有头

海星没有头？不对，Nature新研究发现海星只有头然而，斯坦福大学和加州大学伯克利分校的研究人员近日发表了一项研究，发现事实可能完全相反。简单地说，研究小组在幼年海星的几乎所有部位都检测到与头部发育相关的基因特征，但编码动物躯干和尾部的各个基因的表达却基本缺失。这篇题为“Molecularevidenceofanteroposteriorpatterninginadultechinoderms”的论文于11月1日发表在《Nature》杂志上。它表明，海星不是没有头，而是在进化过程中失去了身体，只剩下头。第一作者、斯坦福大学生物系的LaurentFormery博士称：“这就像海星完全没有了躯干，只有一个头在海底爬行。这与科学家对这些动物的假设完全不同。”星形的拼图几乎所有动物，包括人类，都是两侧对称的，这意味着它们可以沿着从头到尾的一条轴线分成镜像的两半。1995年，三位科学家获得了诺贝尔生理学或医学奖，他们用果蝇证明了大多数动物从头到尾的两侧身体结构是在一系列分子开关的作用下产生的，这些开关由多个基因编码，在特定的头部和躯干部表达。此后，研究人员证实，绝大多数动物都采用相同的遗传程序，包括人类和鱼类等脊椎动物以及昆虫和蠕虫等无脊椎动物。但长期以来，海星的身体结构一直困扰着科学家们对动物进化的理解。成年海星（以及海胆和海参等棘皮动物）并不表现为两侧对称，它们没有清晰的头部和尾部，而是具有五重对称轴。没有人能够确定遗传程序如何驱动这种不寻常的五重对称性。一些科学家认为，海星的从头到尾的轴线可能从动物的背部延伸到其下腹，下腹被所谓的管足覆盖。另一些人则认为，海星的五条臂分别对应着传统的头尾轴。然而，证实这些假设的工作却面临着挑战，主要是因为在小鼠和果蝇等模式生物中开发的检测基因表达的方法在幼年海星中效果不佳。多年来，斯坦福大学的发育生物学家ChristopherLowe及其同事一直渴望绘制发育中的海星的基因组图谱。不过，与经典的模式生物不同，海星缺乏相关的遗传资源，需要从零开始绘制基因组图谱。改变规则的技术于是，研究人员转向PacBio测序技术。传统的测序方法需要将遗传物质打断以确保准确性，而PacBio的方法则不同，这种HiFi测序方法可从完整的DNA链中提取高度精确的数据，使得这一过程更快速、更高效。这正是Lowe及其团队从头开始建立海星的研究流程所必需的。这项研究的资深作者之一、前PacBio科学研究员DavidRank称：“以往需要几个月才能完成的测序工作现在可以在几个小时内完成，而且比五年前便宜了数百倍。这些进步意味着我们可以从零开始，在一个以往未研究过的生物体上开展研究。”研究人员利用HiFi测序技术对海星的基因组进行测序，并采用了一种称为空间转录组学的方法进行分析。通过这种方法，他们可以确定在生物体的不同位置上哪些海星基因是活跃的。为了寻找从头到尾的轴线，他们检查了三个不同方向的基因表达差异：从海星的中心到手臂的尖端，从顶部到下腹，从手臂的一侧到另一侧。然后，为了更仔细观察某些关键基因的行为，他们用荧光染料逐一标记这些基因，绘制出它们在海星体内的详细分布图。研究人员发现，之前的两种主要假设都不正确。相反他们发现，与人类及其他两侧对称动物的前脑相对应的基因在海星臂的中线处表达，与人类中脑相对应的基因在海星臂的外缘处表达。人类头部不同亚区的基因在海星各处都有表达，而通常与动物躯干相关的基因只有一个在海星臂的最外缘表达。“这些结果表明，棘皮动物（特别是海星）是我们目前所知的头部与躯干部分离的典型例子，”Formery博士谈道，并补充说，化石中一些长相奇怪的海星祖先似乎确实存在躯干。“它带来了大量新问题，等待我们去探索。”通往新发现的大门研究小组下一步想要解决的问题是，在海星身上看到的遗传模式是否出现在海胆和海参身上。对于Formery博士来说，他还想研究一下海星是否能够帮助他们了解神经系统的进化。他说，目前还没有人完全了解棘皮动物的神经系统。研究人员表示，更多地了解海星及其近亲不仅有助于解开动物进化的关键谜团，还能激发医学创新。海星通过数千条管足在水中行走，并将胃挤出体外来消化猎物。毫无疑问，这些不寻常的生物进化出了意想不到的策略来保持健康。如果我们花时间去了解，也许可以帮助我们对抗人类疾病。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394237.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394237.htm

中科院研究团队发现4.38亿年前西域鱼踪迹

中科院研究团队发现4.38亿年前西域鱼踪迹此次发现的澧溪西域鱼化石，距今约4.38亿年，是该地区继俊卿清水鱼、刺猬安吉鱼、九江江夏鱼之后，发现的第四个盔甲鱼类新属种。研究团队发现，澧溪西域鱼的典型特征为部分头甲侧缘呈锯齿状、头甲纹饰为极为粗大的瘤突，与新疆柯坪地区发现的张氏西域鱼有着明显区别。系统古生物学研究在一定程度上也是一个为已灭绝生物的寻亲之旅，特别是找到了同一个属的几个不同物种的时候，堪称找到了该物种的兄弟姐妹，具有非常重要的生物地层意义，表明两个物种形成地理隔离不久，刚刚分化成两个新物种。澧溪西域鱼在江西地区的发现，将西域鱼属的古地理分布从志留纪时期的塔里木板块扩大至华南板块，而且为两大板块之间志留系特列奇阶下部海相红层的对比提供了种一级化石证据，同时也帮助完善了华南志留系下部鱼类生物地层对比的标准。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403875.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403875.htm

中国出土超罕见6600万年前恐龙胚胎化石 姿势前所未见

中国出土超罕见6600万年前恐龙胚胎化石姿势前所未见中国南部的赣州市发现6600万年前且保存完好的“恐龙胚胎”化石，该胚胎正准备像鸡一样从蛋中孵化，相当罕见。据《卫报》和香港01报道，这块化石是在中国南部的赣州市发现的，该恐龙属于一种无牙的兽脚亚目、或称偷蛋龙。伯明翰大学研究员在《iScience》杂志上写道“这是有史以来发现的最好的恐龙胚胎之一。”这只恐龙胚胎的头位于身体下方、脚置于两侧且背部卷曲，这种姿势以往并未在恐龙中见过，但与现代鸟类相似。研究员指出：“未能折叠的胚胎因孵化失败而死亡的机率更高，这表明现代鸟类首先进化并起源于恐龙祖先。”恐龙胚胎折叠身体的方法可能更接近现代的鳄鱼的情况，而是采取坐姿、头部弯曲在胸部直到孵化。研究人员认为，该胚胎约处于7200万到6600万年前之间，很可能是一场突如其来的泥石流掩埋了蛋，保护它免受侵害。研究小组成员也在声明中赞叹：“这个蛋内的恐龙胚胎是我见过的最美丽的化石之一。”该团队希望使用先进的扫描技术对其进行更详细研究，包括对其包括头骨在内的完整骨骼进行成像。发布：2021年12月22日8:24PM

科研人员在西藏墨脱发现兰科植物新物种

科研人员在西藏墨脱发现兰科植物新物种图为墨脱旗唇兰的生境。（中国科学院植物研究所供图）据介绍，兰科是被子植物中种类最丰富的科之一，也是生物多样性保护中的“旗舰”类群之一。旗唇兰属（Kuhlhasseltia）为兰科盔唇兰族植物（Orchidaceae,Cranichideae），全球旗唇兰属约11种，其中中国记录有2个物种。图为墨脱旗唇兰的花部结构。（中国科学院植物研究所供图）墨脱旗唇兰与旗唇兰属其他物种的区别比较明显，墨脱旗唇兰的唇瓣中部呈黄色，两侧外缘各有两排齿状突起，前唇小裂片近圆形，两裂片间有一绿色斑点。西藏兰科调查队负责人、中国科学院植物研究所研究员金效华介绍，截至目前，墨脱旗唇兰仅发现一个野生居群，约25株。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401109.htm