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科学
wanwan(42055)
发表于2021年08月25日 17时44分 星期三
来自失忆者
作为入侵物种的典型代表,原产于南美洲的甘蔗蟾蜍被多国引入生态系统,本希望它能消灭农业害虫。但恰恰相反,由于缺少天敌,这种蟾蜍在澳大利亚已经成为新的灾害。甘蔗蟾蜍天生的毒腺使其在澳大利亚的土地上既没有天敌也没有寄生之忧,反而毒死了想换换口味的本地猎手。但甘蔗蟾蜍也有自己的生长风险——研究人员观察到,澳大利亚的甘蔗蟾蜍开始以同类的后代蝌蚪为食。这种自相残杀似乎是种对缺乏物种竞争做出的进化反应。研究报告发表在 PNAS 期刊上。

从进化的角度来看,同类相食也算是种限制同物种内其他成员发起竞争的方式。但悉尼大学跟踪甘蔗蟾蜍同类相食行为的研究小组表明,澳大利亚本地简单的生态结构加剧了这种进化压力,而且同样的情况很可能发生在其他入侵性捕食者身上。所谓入侵物种,一大特征就是在新的活动范围内缺少天敌、快速繁衍,这会迫使族群对有限资源展开争夺。同类相食不仅限制了这种竞争,也给幸存者提供新的营养来源。

由于甘蔗蟾蜍在澳大利亚这片土地上的生存密度已经达到故乡的十倍左右,因此同物种间的竞争烈度不断升级。在蟾蜍发育的早期,就已经出现了这种直接对抗。刚孵化的蟾蜍需要几天时间发育成蝌蚪,而较小的幼体往往被年龄较大、较成熟的同类吃掉。在某些密度极大的水域中,一窝蟾蜍卵很可能在孵化期完成之前就被蚕食殆尽。南美洲同样存在这类状况,但这种残酷竞争在澳大利亚的发生频率明显更高。
数学
wanwan(42055)
发表于2021年08月25日 16时46分 星期三
来自2001太空漫游
研究人员开发出一个数学模型,能预测肌肉锻炼的最佳方式。剑桥大学的研究人员使用理论生物物理学方法构建起这套模型,可用于判断特定运动量对肌肉生长的贡献与具体锻炼时长。以这套模型为基础开发出的软件产品,能随时接纳用户输入的个人生理细节,进而提供锻炼优化建议。发表在《Biophysical Journal》期刊上的论文表明,不同个人、不同肌肉生长目标都有着最优的抗阻训练量。肌肉只能在极短时间内接近其最大负荷,而随着时间推移施加组合负荷则能激活细胞信号通路、促使人体合成新的肌肉蛋白。但一旦低于某个值,负荷将不足以产生大量信号,这时候必须将锻炼时间成倍延长才能达到相同的增肌效果。而这个临界负荷的值,往往取决于不同个体的特定生理机能。

2018 年,剑桥大学研究人员启动了一个关于肌肉纤维中蛋白质如何在力作用下发生变化的项目。他们发现,作为肌肉主要成分的肌动蛋白与肌球蛋白之间往往缺乏信号分子的结合位点,因此必须由含量排名第三的肌联蛋白负责发出力施加变化信号。每当分子中的一部分在收张状态下保持足够长的时间,肌肉就会转换为不同的状态,让先前隐藏的区域被暴露出来。如果该区域随后能够同参与细胞信号传导的小分子结合,即会激活该分子并产生化学信号链。肌联蛋白是一种巨大的蛋白质,肌肉在拉伸过程中大部分肌联蛋白会处于伸展状态,但在肌肉收缩时,少部分肌联蛋白分子也同时处于紧张状态。这部分肌联蛋白即包含所谓肌联蛋白激酶域,也正是产生影响肌肉生长的化学信号的关键域。如果肌联蛋白分子能承受更大的力、或者在相同的力下保持更长时间,即有可能打开。这两种情况都会增加信号分子的激活数量,而后诱导更多信使RNA的合成,产生新的肌肉蛋白质并促使肌肉细胞的横截面增加。

这一研究成果,也让目前的工作成为现实。研究人员着手构建起一套数学模型,可用于对肌肉生长进行定量预测。他们从简单模型入手,首先跟踪受力情况下打开的肌联蛋白分子并启动信号级联。他们使用显微镜数据来确定肌联蛋白激酶单元在不同受力条件下打开或关闭并激活信号分子的依赖性概率。之后他们再纳入其他影响因素,例如代谢能量交换、重复时长与恢复时间等,进一步充实这套模型。最后他们使用这套模型,对过往长期以来的肌肥大研究进行了验证。论文的一位作者表示,“我们的模型为肌肉生长主要发生在最大负荷的70%的猜测提供了生理依据,这也是目前抗阻训练的基本思路。负荷低于这个水平,肌联蛋白激酶的开放率会急剧下降并阻止敏感信号的出现。而在此之后,肌肉会快速力竭、导致我们的模型无法得到良好的定量测试结果。”这套模型还解决了长期卧床休息的病人、或者身处微重力环境下的宇航员出现肌肉萎缩的问题,能够帮助他们在肌肉状况发生恶化之前保持最低限度的活动时间、并提供最佳恢复方式建议。
太空
wanwan(42055)
发表于2021年08月25日 16时25分 星期三
来自机械人生
引力就像是将宇宙各元素粘接起来的神秘胶水,但它的极限绝不止于此。我们还可以利用引力造成的时空扭曲效应观察遥远物体。这种引力透镜效应来自爱因斯坦的预测,而由此引发的环状结构也在哈勃太空望远镜的最新发现中得到证明。图像中心是一个闪亮、近乎完美的环,上面似乎有四个亮点,共同环绕另外两个带有金色光芒的点。这个结构被称为爱因斯坦环,其中的亮点并非六个星系,而只有三个:环中间是两个,外围是一个类星系,它的光线在穿过两个前景星系的引力场时被扭曲和放大。由于这两个前景星系的质量极大,最终对周边时空产生的引力曲率影响。任何穿过这部分时空的光线都将沿曲率前行并最终进入我们的望远镜——涂抹、扭曲并被放大。

事实证明,引力透镜在宇宙探测当中是一种非常重要的远、近方判断工具。任何具备足够质量的物体都可以充当引力透镜,包括我们在这里看到的一、两个星系,也可以是更为巨大的星系团——它们会让位于后方的星体化作一团美妙的光斑。凝视深空的天文学家能够重构出这些透镜效应之下的图像,更精细地观察遥远星系的种种细节。但这还不是引力透镜的全部,其强度取决于引力场产生的曲率,而引力场曲率又与其周边扭曲的质量直接相关。因此引力透镜还可用于对星系及星系团“称重”,进而帮助我们找到并绘制出暗物质——一种神秘的、不可见的质量源。即使无法直接观测,暗物质也必然产生额外的引力,引发我们无法解释的现实偏差。
科学
wanwan(42055)
发表于2021年08月25日 16时02分 星期三
来自引路人
参观 Canary 群岛 La Gomera 和 El Hierro 的游客,经常会听到当地人通过口哨进行长距离交流——注意,这里的哨音不是曲调,而是西班牙语。居住在岛上的独立民族音乐学家、口哨语言研究员兼教师 David Diaz Reyes 表示,“熟练的口哨使用者能理解其中的所有信息。他们完全能够纯用口哨就表达“现在我正与一个加拿大人交流”这样复杂的信息。”当地人还使用锡尔博哨声进行交流,这也是当地最后的哨声语言残留之一。目前全世界至少有 80 种文化在必要情况下开发出符合自身语言特点的哨声表达。这种改编绝不只是为了猎奇:通过研究哨声语言的意义,我们也许能够体会人类大脑如何从复杂的语音模式中提取意义。哨声甚至能帮助我们瞥见人类进化过程中最引人注目的一大飞跃:语言的起源。

哨声语言大多诞生于崎岖多山、或者茂密林区中的传统文化。法国国家研究中心 CNRS 语言学家兼生物声学家 Julien Meyer 在 2021 年语言学年度评审中就探讨了哨声语言的话题,他认为这是因为哨声语言比普通的讲话或喊叫声传播得更远。熟练的使用者能够将哨声催上 120 分贝,比汽车喇叭还要响亮;而且能把哨声的频率控制在 1 kHz 到 4 kHz 区间之内,高于大多数环境噪音的音调。因此,Mayer 和其他研究者发现,哨声语言的有效距离能达到普通喊叫的 10 倍,让人们即使在无法快速接近的时候仍能完成交流。例如在 La Gomera,一些传统牧羊人会在山谷两头用口哨交流,节约下长达数小时的翻越时间。