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2017新發現顛覆你的認知:SARS病毒“真兇”終現身
2017-12-21 09:49:26 來源: 科技日報
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  這一年,新發現顛覆你的認知

  科學有啥用?它可以嚇人一跳,讓人口眼歪斜,神遊天外。待到靈魂回殼,頓覺周身舒泰。

  你知道非典病毒從哪裏來嗎?你知道人類十三萬年前到了美國嗎?你知道吃什麼能夠返老還童嗎?你知道有比你還高的企鵝嗎?你知道有負質量的物質嗎?

  2017年,科學家繼續挑戰常識,叫人類驚嘆:宇宙啊宇宙,你咋就猜不透?科學啊科學,你玩得真叫絕!

  基因 測序

  SARS病毒“真兇”蝙蝠終于現身

  2003年肆虐中國的非典病毒,哪兒來的?雲南一個黑暗山洞。

  非典之初,果子狸背了黑鍋,不光被人吃,還要被人罵。但科學家後來猜測,它不是疫源,源頭是蝙蝠。今年12月發表的一項報告蓋棺定論:雲南省一處洞穴裏發現的菊頭蝠種群,經過5年病毒監測,找到了當年逞兇的SARS病毒的全部基因組組分。

  2005年以來,在中國和歐洲的多種菊頭蝠中發現了SARS樣冠狀病毒。然而,這些病毒和人類版的病毒很不同,不是造成疫情的SARS冠狀病毒的直接祖先。

  2011年起,有科學家開始監測雲南省一處洞穴的菊頭蝠種群,他們一方面撿拾蝙蝠的糞便,一方面給蝙蝠擦屁股取樣(科學工作多麼不容易啊),發現SARS病毒的全部基因組組分都可以在蝙蝠的糞便裏找到,且SARS樣冠狀病毒基因內部多個位點頻繁重組。由此推測,非典可能就來源于病毒祖先株之間一係列的重組變異。

  順便一説,蝙蝠是很多病毒的宿主,它自己倒是依靠獨特的代謝和免疫係統毫發無傷,損人不損己啊。雲南的“SARS洞”外一公裏就有村子,讓人擔心。

  基因檢測還揭示了艾滋病什麼時候來到美國。1987年出了一本講艾滋病的暢銷書,這本書將“零號病人”加拿大飛機乘務員杜卡斯指作源頭,他將艾滋病傳染給了許多美國性伴侶。今年一項研究認為“零號病人”被冤枉了。

  有人檢驗1979年美國的幾千份血樣,發現那時HIV病毒遺傳信息就很多樣了,並推算出HIV病毒在1970年代初就傳入美國。30多年前的血清裏的RNA都斷裂成碎片了,用了一種特殊的修復技術才成功讀取。

  狗馴化于東亞還是歐洲仍是眾説紛紜,野貓如何變成家貓就沒太大爭議。今年發表的一項研究,測了古今各國的貓基因(最早一個標本來自9500年前,還有埃及的木乃伊貓),推斷出現代貓有兩個起源:一是在公元前4400年從亞洲西南部擴散;一個起源于埃及,公元前1000年擴散。

  兩波貓族移民潮都好解釋:一是隨最早的農民搬家,哪裏有谷物和老鼠,哪裏就需要貓;二是埃及的商船用貓克耗子,帶它們到地中海各港口,後來維京海盜的貓也是埃及貓。有學者看了報告驚嘆:我都不知道維京人還養貓!

  醫學健康

  人造子宮+人造卵巢,不是不可能!

  人造子宮今年有了重大突破!美國費城兒童醫院制造了一個外部人造子宮,維持超早産羔羊的生存。試驗中的羔羊在子宮內生活了4周,打破了子宮外裝置維持胎兒穩定機能的時間紀錄。

  超早産兒的死亡率很高,延長妊娠的體外係統沒有成功的先例。這一次,科學家制造了一個聚乙烯薄膜袋,充滿了人造羊水,通過臍帶接口連接氧氣,形成一個封閉的流體人造環境。他們用超早産羔羊(相當于妊娠23-24周的人類早産兒)來測試。

  結果是,在人造子宮內生長的8只小羊,多項生理指標與正常小羊沒有明顯區別。這一研究成果為拯救極早産兒帶來希望。

  同樣來自美國的研究,人類首次使用3D打印技術造出一個功能正常的小鼠卵巢。這是一個水凝膠材料的微孔支架,支持小鼠卵泡細胞發育,可用于恢復手術絕育小鼠的卵巢功能。

  科學家將兩種卵巢細胞封裝進一個3D卵巢構造,然後植入大鼠體內。移植後,卵巢裏的細胞工作正常,能在90天的實驗中穩定産生雌激素和黃體酮。實驗表明這些構造能減輕激素缺乏和卵巢缺失引起的骨質疏松、體重變化和子宮不健康。

  之前實驗,人工卵巢讓已經喪失生育能力的大鼠産下了孩子。人的卵泡比老鼠大得多,微孔支架也要相應調整,能否成功用于人還得實驗。

  另一個與懷孕相關的有趣信息是,懷孕會改變新媽媽的大腦結構。荷蘭科學家研究了25位初次生育的女性的大腦,發現懷孕會導致大腦在至少兩年內的結構性改變。這些改變發生在與社交認知有關的區域,以及母親對其嬰兒的圖像做出反應的區域。改變的程度還能預測母親對孩子的依戀程度。

  今年健康科學向公眾輿論拋出一個炸彈,是《柳葉刀》刊載的一篇營養學論文。科學家跟蹤18個國家的13.5萬名受訪者的飲食健康狀況,共7.4年,得出結論:多吃脂肪,死亡率低;多吃碳水化合物,增加死亡風險;多吃飽和脂肪,中風的可能降低。

  如此權威的報告,一發出來就熱鬧了。網上迅速傳播《精米白面是毒藥》《多吃主食死得快》《多吃脂肪少得心臟病》之類的熱文,也有專家出來質疑論文。

  最客觀的説法是,樣本的18個國家側重于亞非拉發展中國家,包括中國,被訪人群81%是小學和中學文化,82%是中等和重體力勞動者。不難想象,肉食不足的勞動者,多吃大魚大肉有助健康;精加工的淀粉主食有損健康,也不是太稀奇的結論。

  東西好吃是因為人體需要,但食欲往往貪婪無度,遠古的基因讓身體傾向于備災備荒。想要健康,吃少一點,吃雜一點,警惕現代生活才有的過度加工的食物,比如精糖、重鹽,還要記住我們祖先是運動覓食的,我們也別太懶了。還沒有哪一篇營養學論文與以上原則相悖。

  返老還童也有進展:有一種化學物質讓老細胞煥發青春,重新擁有分裂能力。科學家今年報告,將紅酒、黑巧克力、紅葡萄和藍莓中天然提取的白藜蘆醇類似物,加入衰老細胞後僅幾個小時,這些細胞外觀和行為方式年輕化了,再次分裂,端粒開始變長(端粒長表示細胞還能復制多次)。你多了一個理由將紅酒和巧克力扔進購物車,送健康不一定要送腦白金。

  生命起源

  找到40億年前最古老生命遺跡

  今年一大奇事,是發現了迄今最古老的生物證據。先是澳大利亞學者在格陵蘭島的變質岩中,發現了1-4厘米厚的化石疊層石——37.7億年前微生物層層生長的遺跡,並認為其中的石墨顆粒可能是來自于生物。後來,日本科學家又在加拿大拉布拉多島的39.5億年前的變質碎屑岩中發現了生物來源的石墨。

  之前,科學界曾根據基因分化程度猜想生命起源于40億年前;但發現這麼古老的化石還是令人始料未及(事實上這個歲數的石頭就很罕見)。科學家表示這應該是深海熱泉周邊微生物的證據,也是地球上最早期的一些生命形式。

  另外,陜西的一項化石新發現,還揭示了寒武紀最早期的微型後口動物。它們居住在海裏、長著大嘴、像個醜陋的土豆。

  同樣有趣的,是中國地質大學和中科院等單位的報告:在琥珀內發現一條9900萬年前的小恐龍的尾巴,拇指長,包括骨頭、軟組織和羽毛,毛色還能看清。此前大家還從未想過目睹“活生生”的恐龍肢體。

  不僅如此,在琥珀中發現了一只蜱蟲抓著恐龍羽毛;另一塊琥珀裏,蜱體內充滿了血;另一塊裏,有兩只蜱蟲則纏著恐龍築巢的材料。説明還沒有狗的時候,蜱蟲就已經過上今天的滋潤生活啦。

  恐龍研究領域,今年一件大事是出了個新假説,挑戰了130年來學界的常識,讓霸王龍跟三角龍、劍龍攀上了親戚。

  恐龍一直被分為兩大支:骨盆像鳥類的鳥臀目、骨盆像爬行動物的蜥臀目。前者包括禽龍等鳥腳亞目以及三角龍和劍龍等有甲恐龍;後者包括獸腳亞目(比如霸王龍)和蜥腳下目。

  而劍橋大學一幫科學家研究了74個分類群的早期恐龍,分析了457種特徵後,將鳥臀目和獸腳亞目歸在一支,將蜥腳下目與一種被稱為艾雷拉龍的早期肉食恐龍分在另一支。

  鳥臀類恐龍有個像鳥一樣恥骨後指的腰帶,跟向鳥類演化的獸腳類恐龍相似;而且近年在大部分獸腳類恐龍和幾個鳥臀類恐龍支係中,都發現了類似鳥類羽毛的結構,蜥腳類恐龍還未發現這類結構。許多學者認為,羽毛出現于鳥臀恐龍和獸腳恐龍這一支,而非蜥腳恐龍,的確是合理的。

  説到鳥,古代有一種神秘大鳥。今年一項報告稱,新西蘭發現生活在6000萬年前的企鵝化石,估計本尊長1.77米,體重100公斤,比今天最大的帝企鵝都大得多。我們建議,它應該叫Tencent。

  人類祖先

  13萬年前就有人去美國?

  科學家今年在非洲西北角,摩洛哥的傑貝爾依羅,分析了至少五具可追溯至28-35萬年前的人類遺骸化石,認為是已知最早的智人化石。

  摩洛哥的古代遺址開掘于1961年。當年出土一些人類頭骨的時候,就有科學家覺得奇特,認為既不像現代人,也不像尼安德特人(生活在遠古歐洲的現代智人的遠親)。2000年後又出土了一些骨頭。重建的人頭骨,前後徑比現代頭骨明顯長,面相與現代人沒有明顯不同。新的研究認為,發掘的5個頭骨屬于一個未被發現過的人類支係。

  通過同時期石器的測年,確定這些頭骨有30-35萬年歷史,而之前發現最早的智人化石來自19.6萬年前,發掘于埃塞俄比亞。摩洛哥曾經是人類演化史上一個無足輕重的角落,現在它成了中心。現代人的發源地,看來不局限于東非。

  十年前科學界主流還認為,世界各地的人類都繁衍自20萬年前東非的一個小部落,同期其他人種都滅絕了。但隨著近些年基因技術進步,考古材料的豐富,這個觀念已經過時。我們激動地發現,其實是幾十萬年前的各種血統,雜糅出了我們。善于遷徙的成功繁衍的種族,也不光是20萬年前的那個小部落。

  今年,瑞典科學家在南非基因測序了一個2000年前的小男孩,確定他是現代人26萬年前的旁係親戚。也就是説,至少2000年前,與現代人血脈極不相同的另一支係還活在南非。現在,世界民族樹上最偏離其他姊妹民族的古老的桑人,就活在南非,不排除有一天,會在某個南非現代人中發現更古老的血緣。

  另一個驚愕級的消息,來自美國的研究團隊在《自然》發表論文:加利福尼亞州一具13萬年前的乳齒象遺骨上有被人類石器砸過的痕跡,還發現了很像石器的石塊。之前大家普遍認為,率先到達美洲的是印第安人,來了不超過2萬年。而這項研究表明,13萬年前,北美就有人了。或許他們是智人的遠親——丹尼索瓦人或者尼安德特人,之前沒想過這些古人種能走到新大陸。或許,分布在北美的幾萬年前的疑似人類遺跡,以及南美原住民基因中未知來源的組分,與這種古人類相關。

  北京也出土了神秘古人類。在房山田園洞的一塊4萬年前的骨頭上,驗出了一種之前未發現的新基因(也是東亞發現的最古老基因),他帶東亞特徵,但不是現代東亞人的祖先,倒跟一塊3.5萬年前的比利時骨頭親緣較近。

  今年考古領域有一件事,吸引了很多人的好奇心:法國與日本的科學家團隊,用宇宙線成像技術,去偵測最大的金字塔——胡夫金字塔,居然發現裏面有一個隱藏的空洞。這還是現代粒子物理學首先用于揭示古代構築物的內部。這個空洞在墓道的上方,從未被發現。

  宇宙線包含的μ子,穿過石頭和空氣的軌跡是不一樣的。研究者用了三種不同的μ子,發現了中空結構大概長30米,橫截面跟下面的過道差不多。這結構是幹嘛用的,有沒有裝東西,仍然是個謎。

  物理發現

  時間晶體,永遠的運動係統?

  今年,中國人在尋找一種叫做“天使”的神秘粒子中立下大功。1937年,意大利的馬約拉納預言,自然界中存在一類粒子,其反粒子就是它們自身,預言中的粒子被稱為馬約拉納費米子(馬約拉納其人後來失蹤了,跟他預言的粒子一樣找不到)。

  中國和美國科學家今年找到了馬約拉納費米子。2009年,一個團隊在探索低功率電子芯片時,研究了大量拓撲絕緣體薄膜,逐漸發現了一種叫做“量子霍爾反常”的效應。2013年有新理論認為馬約拉納費米子可以出現在量子霍爾反常薄膜和超導薄膜之間。今年終于實驗成功。

  也有人撇嘴説,新發現的“粒子”不算是真正的粒子。不論如何,發現“天使粒子”讓微軟公司很高興。因為他們前幾年獨辟蹊徑,試圖用馬約拉納費米子成為量子計算機的單元,找到天使粒子讓他們堅信前途光明。

  物理學家今年另一項奇怪的發明,是一種有負質量的超流體,推它,它不前進,而是向後走。物質有質量,也有負質量。人們熟知,當一個小球撞另一個小球,兩小球應該遠離彼此。但如果其中一個小球有負質量,相撞後就會朝相同方向加速。

  科學家用冷卻銣原子創造了負質量流體。他們將銣原子溫度降到接近絕對零度,形成玻色—愛因斯坦凝聚態,它就像光波一樣遵循量子力學原理緩慢移動,凝聚態粒子最後變成步調一致的超流體。

  科學家使用激光讓銣原子蒸發逃逸,它們運動越來越慢,就像被放入冰箱。銣原子慢慢局限在一個直徑不到100微米的碗狀區域。另一組激光抽打它們,使其改變自旋方向。再撤掉束縛,衝出小碗的銣原子就表現出負質量。負質量的模擬研究早就有了,但新技術首次實現精確調控負質量物質。這一成果為探秘中子星、黑洞與暗物質等宇宙現象,或可提供全新實驗工具。

  同樣聞所未聞的發明是時間晶體。它打破了時間對稱性。2012年提出的這個概念,不違背物理學理論,但卻引起了巨大爭論。現在居然制造出來了。

  一般來説,處于勢能最低狀態,意味著一件東西是靜止的,然而新制造出的時間晶體處于勢能最低狀態,卻仍然是“運動”的,類似于一個不用上發條的永遠旋轉的鐘表(是不是想起了永動機?)。這種運動不意味著它能做功,而是你在不同時間觀測它,它呈現出不同的樣子。

  今年,兩支美國團隊分頭模擬出了時間晶體,一條路徑是使用激光幹涉金屬鐿離子鏈,另一條是用摻雜的鑽石。我們熟悉的世界,是平衡態物質的,而時間晶體是一種非平衡態的物質。超導體永恒導電,時間晶體永恒運動,物理世界比我們想的更奇怪。(本報記者 高 博)

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【糾錯】 責任編輯: 馮文雅
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