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爱因斯坦又双叒对了:中国“拉索”给出量子引力理论最强限制 | 环球科学要闻

环球科学  · 公众号  · 科学  · 2024-08-21 11:51

主要观点总结

文章涵盖了多个科学领域,包括物理学的量子引力研究、医学中的药物研发、动物学的座头鲸行为研究、分子生物学的CRISPR-Cas系统研究以及环境科学中的加拿大野火季驱动因素分析等。这些研究都取得了重要进展和突破。

关键观点总结

关键观点1: 中国科学家在量子引力研究中给出了洛伦兹不变性破缺的严格限制。

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)探测到了迄今最亮的伽马暴,并分析了其能谱时延,未发现时间延迟现象,为量子引力能标限制提供了新数据。这一发现对于理解量子引力模型以及检验洛伦兹不变性破缺具有重要意义。

关键观点2: 致命海螺毒素可能为制造更好药物提供关键思路。

研究人员在地纹芋螺的毒液中发现了一种类似人体生长抑素的化学成分Consomatin,它具有更高的稳定性和特异性。这一发现为糖尿病等激素紊乱症的治疗方法提供了新的思路,有助于研发更有效的药物。

关键观点3: 座头鲸制造和使用工具的能力被新研究确认。

研究发现座头鲸通过制造“气泡网”来捕食,并可通过操控和调整这一工具来最大限度地摄取食物。这一发现表明座头鲸是少数能制造和使用工具的动物之一,具有重要的生态学意义。

关键观点4: 新型CRISPR-Cas系统的分子机制被阐明。

中国科研团队首次表征了VII型CRISPR-Cas系统的功能,揭示了其切割底物RNA的分子机制。这一研究有助于进一步探讨CRISPR-Cas系统在基因编辑中的应用潜力,为未来的基因编辑技术提供新的工具和方法。

关键观点5: 加拿大2023年野火季的驱动因素被揭示。

研究表明,提早融雪、早期季节干旱条件以及酷热等因素共同促成了加拿大2023年的极端野火季。这一发现揭示了气候变化对野火的影响,强调了持续开展野火防备的重要性。


正文

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· 物理 ·
中国科学家给出量子引力最强限制

量子化时空破坏洛伦兹不变性,导致不同能量光子的真空传播速度有微弱差异。图片来源:紫金山天文台


洛伦兹不变性是狭义相对论的基础假设,它表明在不同惯性系中的物理规律,可以通过洛伦兹变换保持一致。为了统一量子力学和广义相对论,物理学家提出了多种量子引力模型。其中一些认为,在微观尺度下的时空不再是连续的,而是呈现离散的量子化“泡沫”结构。这种泡沫化的量子时空在局域上破坏严格的洛伦兹不变性,导致光子在真空中的传播速度不再是常数c,而是与光子的能量相关。洛伦兹不变性破缺所产生的这种真空色散效应非常微弱,但通过遥远距离传播的积累,高低能光子的细微速度差可能表现为可探测的到达时间差。因此,发生在宇宙学距离的高能爆发现象——伽马暴被认为是检验洛伦兹不变性破缺的重要平台。


2022年10月9日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO,“拉索”)探测到来自迄今最亮伽马暴GRB 221009A的约65 000个能量范围在几百GeV到十几TeV的高能光子,首次精确测量了伽马暴甚高能余辉辐射的全过程。LHAASO合作组通过分析这些甚高能观测数据的能谱时延, 发现不同能量光子之间不存在到达时间延迟现象,从而给出了洛伦兹不变性破缺的严格限制 。对于一阶洛伦兹不变性破缺情形,LHAASO得到了与之前最好结果相当的量子引力能标限制;对于二阶洛伦兹不变性破缺情形,LHAASO则将量子引力能标的下限提高了5~7倍。相关论文发表在 《物理评论快报》 PRL )上。(紫金山天文台)


· 医学 ·

海螺的致命毒素,可能是制造更好药物的关键


刚采集的地纹芋螺。图片来源:A freshly-collected batch of venomous cone snails


多年来,科学家一直在寻找糖尿病等激素紊乱症的治疗方法,却始终没有研发出很好的药物。近日,美国犹他大学(University of Utah)的研究人员在一种致命海螺——地纹芋螺( Conus geographus )——的毒液里发现了类似人体生长抑素(somatostatin)的化学成分。 它通过降低血糖来杀死猎物,这为科学家提供了制造糖尿病药物的新思路 。研究结果于8月20日发表在 《自然·通讯》 Nature Communications )杂志上。


人体的生长抑素负责将血糖、激素和其他分子的血液水平维持在稳定范围内。而研究人员发现的这种地纹芋螺毒素——“Consomatin”——与它的作用机制极为相似,只不过具有更高的稳定性和特异性。作为一种毒素,它与毒液里的一种类似胰岛素的毒素共同作用,抑制猎物体内的血糖水平,从而杀死猎物。


实验发现,人体的生长素抑素靶向多个蛋白,而Consomatin只靶向其中一个,因此在调节激素和血糖水平的时候不会影响到血液里其他分子的水平。同时,Consomatin拥有一种罕见氨基酸,使之能够在人体里停留地更久。这种高度特异性和持久性为更好的药物设计提供了希望。



· 动物学 ·
座头鲸可以制造和使用工具

座头鲸捕食时制造的“气泡网”。图片来源:Marine Mammal Research Program, UHM/ SOEST


许多动物都会使用工具来帮助自己寻找食物,但仅有极少数的动物会制造和改进工具。最新发表于 《皇家学会开放科学》 Royal Society Open Science )的研究发现, 座头鲸也可以制造和使用工具


研究团队在座头鲸身上安装了非侵入性的吸盘标签,并结合无人机搜集单独活动的座头鲸在水下的运动数据。研究者发现,座头鲸会通过在海里制造“气泡网”来捕食,而且它们还会通过多种方式操控和调整这种“气泡网”来最大限度地摄取食物。它们会熟练地吹出气泡,形成带有内环的网,并主动控制细节,如环的数量、网的大小和深度以及气泡之间的间距。这种方法可以让座头鲸在一次潜水进食中,相比于不使用“气泡网”捕获多达七倍的猎物,且无需耗费额外的能量。这一发现让座头鲸跻身于为数不多的能制造和使用工具的动物之列。(UNIVERSITY OF HAWAII AT MANOA)


· 分子生物学 ·

新型CRISPR-Cas系统的分子机制


VII型CRISPR-Cas系统的工作机理。图片来源:武汉病毒研究所


CRISPR-Cas是广泛存在于细菌和古菌中的抵抗病毒入侵的适应性免疫系统。目前,关于I-VI型CRISPR-Cas系统的功能和机制研究比较深入,而近期发现的VII型CRISPR-Cas系统的生物学功能和分子机理尚不清楚。


为阐明VII型系统切割底物RNA的分子机制并进一步探讨其应用于基因编辑的可能性,需要对VII型系统复合体进行生化表征及结构解析。而近日中国科研团队在 《自然》







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