2021年1月20日环球科学要闻

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                                2021年1月20日环球科学要闻
                               
                                充电10分钟，续航400公里的新型汽车电池诞生；躯体感觉皮层中存在空间定位系统；用蛋黄模拟脑震荡；科学家首次绘制恐龙泄殖腔细节图……
                               
                               
· 化学 ·
充电10分钟，续航400公里的新型汽车电池诞生


图片来源：Chao-Yang Wang's lab, Penn State

据一项发表于《自然·能源》的研究，科学家开发了一款磷酸铁锂电池，它充电10分钟后，续航里程可达约402公里，总行驶里程可达近322万公里。这款电池为自发热电池，能快速加热到华氏140度（60℃）进行充电和放电。当阴极（磷酸铁锂）一端使用薄镍箔并连接到负极，另一端延伸到电池外形成第三个端子。当电子流动时，电阻加热（resistance heating）会迅速加热镍箔，并加热电池内部。当电池内部温度达到60℃，开关就会打开，电池就可以进行快速充电或放电。此外，电池在加热时提供40千瓦时和300千瓦的电力，使电动汽车在3秒内从0加速到95公里每小时。


· 神经科学 ·
躯体感觉皮层中存在空间定位系统


躯体感觉皮层中的位置细胞，其放电模式与海马体中的位置细胞极其相似。图片来源：龙晓阳、张生家

目前学界广泛认为，躯体感觉皮层（somatosensory cortex）主要负责感受躯体、四肢和头面部的痛觉、温觉和触觉。在一项发表于《细胞研究》的文章中，研究人员对觅食小鼠的主要躯体感觉皮层进行了研究，首次发现了在躯体感觉皮层中存在各种表征空间信息的导航系统（navigation system）。研究发现，小鼠的躯体感觉皮层神经活动类似于感知躯体空间位置的海马体-内嗅皮层网络。其中的位置细胞（place cell），头方向性细胞（head-direction cell），边界/边界向量细胞（boundary/boundary vector cell），网格细胞（grid cell）和联合细胞（conjunctive cell）等，都与海马体-内嗅皮层网络中表征空间信息的经典空间定位细胞相似。鉴于海马体-内嗅皮层和躯体感觉皮层之间的直接连接较少，这两种空间定位系统的关系还有待进一步研究 。


· 流体力学 ·
用蛋黄模拟脑震荡


A为平移冲击，B为加速旋转冲击，C为减速旋转冲击。图片来源于论文

摇蛋器无需破坏鸡蛋外壳就能破坏蛋黄的完整性，而在大多数脑震荡中，颅骨同样没有遭到破坏。科学家从中获得灵感，并在发表于《流体物理学》杂志上的一项研究中，用鸡蛋模拟脑震荡。他们将蛋黄和蛋清放到一个坚硬的透明容器中，并从1米高度下放下1.7千克的重锤来研究平移冲击，并用最高每秒64转的电机研究旋转冲击。结果表明，旋转冲击对蛋黄造成的影响明显大于平移冲击。他们后续计划将实验数据和脑震荡患者数据进行比较，这有助于对脑震荡机制的研究，并对其做出更有效的防护。


· 古生物学 ·
科学家首次绘制恐龙泄殖腔细节图


图片来源：Vinther et al., Current Biology, 2020

近期，在一篇发表于《当代生物学》的研究中，布里斯托大学的团队首次详细绘制了恐龙的泄殖腔，与大多数脊椎动物相同，这一腔道主要用于排泄和繁殖。该团队在德国森肯堡博物馆展出的一块恐龙化石中获取了泄殖腔的皮肤和颜色信息，这一化石保存了一种小型恐龙鹦鹉嘴龙（Psittacosaurus） 的泄殖腔信息，鹦鹉嘴龙体型与拉布拉多犬相仿。通过与现代陆生脊椎动物的泄殖腔对比，他们发现这种恐龙的泄殖腔外缘有大量黑色素沉着，色素主要用于展示和传递泄殖腔的信息，这有点类似于狒狒的泄殖腔。他们推测，恐龙泄殖腔两侧也可能藏有气味腺，这表明恐龙之间会通过泄殖腔给其他对象传递信号，这一过程或与求偶过程和恐龙的交配行为相关。


· 地质学 ·
俯冲或源于矿物颗粒间的挤压


图片来源：Mulyukova & Bercovici, PNAS

俯冲（subduction）通常指一块地质板块隐没于另一板块的下方，进而沉入地幔。俯冲是板块漂移学说中不可或缺的一部分，然而科学家一直未阐明其成因。一篇发表于《美国国家科学院院刊》的新研究表示，大洋板块边界上的矿物颗粒之间会因板块压力而挤压，混合并下沉。在亿年尺度上，这个过程会弱化大洋板块的边界，使其更易受垂直剪力和弯曲的影响，因而在与大陆板块碰撞时，更容易发生俯冲。这也就意味着，板块俯冲的根本起因或许是矿物颗粒之间的挤压。


· 微生物学 ·
艰难梭菌利用炎症获得生存优势

生长在肠道的艰难梭菌（C. difficile）会产生TcdA和TcdB两种毒素，从而导致宿主肠道发生炎症和损伤。据新发表于《自然·通讯》的一项研究，科学家在体外和小鼠试验中，对比了普通的和经过基因编辑后无法产生毒素的艰难梭菌的生长，发现相比之下，正常产生毒素的艰难梭菌造成的宿主炎症较为严重。基因分析表明，艰难梭菌在炎症环境中能更多地表达与碳水化合物及氨基酸代谢相关的基因，进一步加剧炎症，形成恶性循环。并且，体外试验表明，艰难梭菌的毒素会损害肠道细胞，并将细胞中的胶原蛋白分解为氨基酸，促进其自身生长。这种炎症反应还能抑制其他肠道菌的生长，使得艰难梭菌的竞争对手进一步减少。


· 古生物学 ·
白垩纪的发光甲虫


新发现的白垩光萤科琥珀化石。图片来源：蔡晨阳

在一项刊登于《英国皇家学会会刊B辑》的研究中，科学家在缅甸北部的一块琥珀中发现了一种叩甲总科（Elateroidea）甲虫的雄性成虫。大部分叩甲总科的物种都属于萤类（lampyroid），而该类昆虫的腹部较柔软，很难保存为化石。本次发现的甲虫开创了一个新的叩甲总科下属科：白垩光萤科（Cretophengodidae）。该白垩光萤科甲虫腹部的发光器官表明，它们在约一亿年前（白垩纪中期）就演化出了发光功能。鉴于蚂蚁、青蛙、早期鸟类等叩甲科昆虫的潜在猎食者都发生了辐射演化，科学家认为，叩甲科昆虫的发光能力最初的演化是为了自我保护。


· 新冠疫情 ·

截至北京时间1月20日9时，据约翰·霍普金斯大学最新统计，全球累计新冠确诊病例96120244例，死亡病例2054270例。新增确诊病例602657例，新增死亡病例15214例。

1月19日0时至24时，北京新增7例本地确诊病例，无新增疑似病例和无症状感染者；无新增境外输入确诊病例、疑似病例和无症状感染者；治愈出院2例。

1月19日0-24时，吉林省新增本地确诊病例46例（长春市10例，通化市36例），其中34例系由此前通报的无症状感染者转为确诊病例。截至目前，本次输入性疫情全省累计报告确诊病例129例（长春市35例，通化市94例），其中危重型3例，重型11例，普通型85例，轻型30例。截至1月19日24时，全省累计报告本地确诊病例267例，累计治愈出院136例，在院隔离治疗129例，病亡2例。

1月19日0—24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例103例，其中境外输入病例15例（上海4例，广东3例，浙江2例，四川2例，陕西2例，天津1例，福建1例），本土病例88例（吉林46例，河北19例，黑龙江16例，北京7例）；无新增死亡病例；无新增疑似病例。新增无症状感染者58例（境外输入15例）；当日转为确诊病例39例（无境外输入）；当日解除医学观察11例（境外输入8例）；尚在医学观察无症状感染者819例（境外输入266例）。

文：王昱、罗丁豪、石云雷、马一瑗、周郅璨、谢汝雨
编辑：罗丁豪、杨心舟