水星白天炎热的天气可能有助于其在冰盖上自行制冰

已经很难相信水星上会结冰,白天的温度达到400摄氏度或750华氏度。现在一项即将进行的研究表明,火神在最靠近太阳的星球上的热量可能有助于制造一些冰。

科学共识认为,与地球一样,小行星提供了水星的大部分水。佐治亚理工学院的研究人员说,但是白天的极端高温可能与极地火山口角落的零下200摄氏度的寒冷相结合,这些火山口从未见过阳光充当巨大的制冰化学实验室。

化学反应不太复杂。但新的研究将其模拟为水星的复杂条件,包括太阳风使带电粒子撞击地球,其中许多质子是该化学反应的关键。该模型提供了一条可行的途径,使水在具有所有必需成分的行星流中以冰的形式出现并收集。

佐治亚理工学院化学与生物化学学院的研究员布兰特·琼斯说,“从左领域的想法出发,这并不奇怪。自1960年代末以来,在研究中已经观察到了数十种基本化学机理。” 。“但是那是在定义明确的表面上。将这种化学物质应用于像行星上这样的复杂表面上是开创性的研究。”

热,简单的化学反应

水星表层土壤中的矿物质含有所谓的羟基(OH),主要由质子产生。在该模型中,极高的热量有助于释放羟基,然后激发它们相互粉碎,生成水分子和氢,这些分子从表面升起并在行星周围漂移。

一些水分子被阳光分解或上升到远高于地球表面的位置,但其他分子则落在水星的两极附近,形成永久性的火山口阴影,将冰层与太阳隔离开来。汞没有大气层,因此也没有传导热量的空气,因此这些分子成为阴影中永久冰川冰的一部分。

佐治亚理工学院化学与生物化学学院教授,​​这项研究的主要研究员托马斯·奥兰多说:“这有点像加州旅馆的歌。水分子可以进入阴影,但是它们永远都不会离开。” 奥兰多与人共同创立了佐治亚州空间技术与研究技术中心。

琼斯说:“我们假设将变成冰的总量为1013千克(1000亿亿千克或11,023,110,000吨),大约三百万年。” “该过程很容易占到水星冰总量的10%。”

研究人员将于2020年3月16日星期一在《天体物理学杂志快报》上发表他们的研究结果。这项研究由NASA太阳系探索虚拟研究所(SSERVI)计划和NASA行星大气计划资助。

航天器确认结冰

2011年,NASA探测器开始围绕水星运行,并确认了两极附近典型的冰川冰的信号。MESSENGER(水银表面,太空环境,地球化学和测距)航天器发送回的图像和数据,证实了多年前地面雷达收集的冰的先前特征。

冰块暗淡无光,潜伏在水星两极陨石坑的永久阴影中,水坑像陨石和小行星的疤痕一样,就像地球的月球一样。实际上,两个球之间的相似性(包括它们的大小)导致了许多比较,包括两个球上都有水冰的可能性。

人类已经发现月球上可能有冰的微弱迹象,但是发现冰具有几乎绝对的确定性,并且在汞上的含量相对较高。这引发了一些令人头疼的事情:如果小行星,彗星和陨石用水将水星和月亮砸碎,是什么导致了冰的差异?水星会以某种在月球上不起作用的方式接收水吗?

琼斯说:“我们的模型中的过程在月球上的生产率不可能很高。其中之一是,没有足够的热量来显着激活化学反应。”

在一个单独的项目中,奥兰多的实验室正在设计一种基于相同化学成分的系统,以在月球上制造水,以供未来的宇航员驻扎在那里。

大磁龙卷风

在水星上,来自太阳风的质子比在地球上更丰富。在地球上,强大的磁场将包括质子在内的太阳风粒子鞭打回太空。水星的场强只有它的1%,它使质子涡旋到表面。

奥兰多说:“这些就像大的磁性龙卷风一样,随着时间的推移,它们会在水星的大部分表面上引起巨大的质子迁移。”

质子将自身植入整个地球深约10纳米的土壤中,从而在矿物中形成羟基(OH),该羟基扩散到表面,其余的热量在那里进行。

琼斯说:“我承认水星上的大量水是通过撞击小行星而输送的。” “但是还有一个问题,充满水的小行星从哪里得到水。像这样的过程可能有助于实现这一目标。”

奥兰多说:“彗星或小行星实际上并不需要携带水,因为仅与行星或月球的碰撞也可以产生水。” “水星和月亮总是受到小型流星体的撞击,因此这种情况一直在发生。”

生物学化学:核酸

核酸
生物学化学
介绍
原子理论
化学反应:离子键,共价键和极性共价键

有机化学
碳水化合物
血脂
蛋白质类
核酸
维生素和矿物质
核酸由核苷酸组成,是非常大且复杂的有机分子,包含该生物体的遗传密码。需要两种密切相关的类型来将遗传信息从亲本传递给后代:DNA和RNA。毫不奇怪,它们还具有结构相似性。

核苷酸
DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)都是单个核苷酸的聚合物。每个核苷酸具有三个成分:

五碳环糖(脱氧核糖或核糖)
磷酸盐组
氮碱
DNA和RNA都有四个可用于构建核苷酸的氮碱基。三个氮碱基相同。查看下表,了解DNA和RNA之间的异同。

氮碱
脱氧核糖核酸 核糖核酸
腺嘌呤 腺嘌呤
胸腺嘧啶 尿嘧啶
胞嘧啶 胞嘧啶
鸟嘌呤 鸟嘌呤
DNA和RNA都是通过脱水合成反应与主链结合的连续核苷酸的大分子。当一个核苷酸的磷酸酯与下一个核苷酸的氮碱基键合时,其他核苷酸会连接。

脱氧核糖核酸
生物笔记
在无性繁殖过程中,亲本DNA的精确副本被复制并提供给所有后代,因此亲本和后代都是相同的。

弗朗西斯·沃森(Francis Watson)和詹姆斯·克里克(James Crick)发现了DNA的结构,今天我们将其称为双螺旋。DNA双螺旋实际上是两条互相缠绕的互补链DNA,并通过两条链之间的氢键固定在适当的位置。最终的结构是一个螺旋形的几何分子,看起来像是扭曲的梯子,又称双螺旋。重要的是要记住,DNA分子是如此之大,以至于它们无法逃脱围绕细胞核的核膜。

每个DNA分子由许多基因组成。每个基因由以特定顺序排列的数百个或通常数千个核苷酸组成。与核苷酸相关的含氮碱基的独特测序决定了细胞将要产生的蛋白质的一级结构。您的染色体和所有生物的染色体都由长链DNA组成,这些DNA存储该生物的遗传信息或遗传密码。

核糖核酸
RNA(核糖核酸)与DNA相似,两者均由核苷酸的长链组成。但是,RNA是单链,因此比DNA小得多。尽管DNA包含决定所有细胞特征和功能的遗传信息,但RNA可以存储和转移DNA中包含的遗传密码。它的较小尺寸使RNA可以自由地穿过核膜移动,从而将遗传指令(通常传递至核糖体)进行蛋白质组装。

宇宙论:天生的概率

Schrödingers对原子的描述依赖于复杂而难以想象的波动函数。然而,它起作用了,原子的电子确实是一个波。原子的辐射不是因为其电子从一个轨道跳到另一个轨道,而是因为谐波跳动的连续过程。当原子同时“同时”发挥上下能量频率时,就会发出光。两个电子物质/波频率之间的差异,也相当于玻尔对原子的概念,即电子轨道能量的差异,恰好是所观察到的光的频率。

宇宙兽
在上一节中,到目前为止,我们已经介绍了一些关键科学家的量子思想和理论。它们的呈现方式使您可以看到每个或多或少如何展开或诞生下一个。在继续之前,最好对这一发展流如何发生有一个清晰的了解。因为从这里开始,其余理论将变得更加不寻常。因此,对当前的量子力学状态有一个清晰的了解是一个好主意。

最终,薛定ding关于音乐原子的音乐图画被一个新的代替,但是他的数学方程式仍然完好无损。纯波模型的问题在于它没有考虑电子的另一个特征,即粒子的特征。无论波浪如何摇动和跳舞,都必须在某处有粒子。另一位德国物理学家马克斯·伯恩(Max Born,1882-1970年)首次对这种颗粒间断性做出了解释。他意识到波不是电子。那是一波概率波。

现在,我们可以将概率的概念作为量子力学的另一个主要特征,以补充德布罗意对所有物质都表现出波/粒子对偶性的贡献。概率是作为宇宙的基本构成要素的奇怪特征。它似乎以某种方式反映了我们对量子世界运作方式的不完整理解。这正是爱因斯坦的感受,并反映在他著名的陈述中:“上帝不与宇宙玩骰子”。他从来没有完全接受量子力学的这种缺陷,并且总是觉得将来会发展出更完整的图景。但是,经过五十多年的实验,似乎至少在此时,必须以一种基本概率的方式描述物质。

任何形式的电磁波的困难在于,不可能在其中定位任何粒子(如电子)的位置。博恩意识到了这一点,并开发了一种确定其可能位置的方法。通过计算波的大小或强度,他发现在波较大的地方,发现电子的可能性更大。在强度较小的地方,发生的可能性较小。

通用常数
从体育比赛中掷硬币到在赌场下注,概率都是我们都熟悉的东西。它也是统计分析的基础,并且在该框架中使用时,具有非常精确的数学系统。它可以有效地用于预测某些结果,但也具有被操纵以反映某人想要的任何结果的能力。这完全取决于您要使用它的目的。作为量子力学的工具,这是唯一可以向我们充分展示微观宇宙的方法,以便在这一点上了解它。

概率导致不确定性
概率的作用成为量子力学的关键部分。而且因为它做到了,所以它成为了其他奇怪的,异乎寻常的方式定义了量子世界的其他核心理论和概念的源泉。物理学家对量子世界的研究越深入,从正常的日常经验中得出的解释就越多。似乎宇宙的基本结构同时以神秘而深刻的方式运转。在本节剩余的后续页面中,我们将研究其中的一些想法,以便您自己了解所有这些想法会变得多么奇怪。

宇宙兽
理查德·费曼(Richard Feynman)认为,双狭缝实验包含了量子力学的“中心奥秘”。他说,“用任何经典的方式解释这种现象都是不可能,绝对不可能的,而且它具有量子力学的核心。实际上,它只包含一个谜……所有量子行为的基本特性。”

科学家开始了解某物的唯一方法是对其进行描述,测量和命名。在对某物是什么做出假设之前,您无法开始测量某物。如果没有某种意义上的定义,那么就无法衡量参赛者的美感,而没有定义美感,成功,距离,动作,时间或智力,就无法衡量美感。测量本身与视觉和听觉一样,都是一种感知方式。现实以及我们衡量现实的方式始于我们自己。正如沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)所说:“我们必须记住,我们观察到的不是自然本身,而是暴露于我们质疑方法中的自然。”

这似乎是一个不寻常的想法,因为毕竟还有什么比测量更科学的呢?然而,正如我们即将看到的那样,我们衡量量子世界中发生的事情的能力是导致所有这些理论首先得到发展的原因。让我们从返回双缝实验开始。

回到“ 光的双重本质 ”中,我们看到了测量光束的行为是如何将其定义为波还是粒子。我们不能同时将其作为波和粒子来测量。如果我们将该思想扩展到包括位置和动量在内的另外两个测量值,我们将发现海森堡的不确定性原理,这是量子力学的另一基石。让我解释。位置是粒子的属性,而动量是波的属性。由于我们只能知道光束或任何形式的物质是粒子还是波,因此我们只能测量其位置或动量,而不能同时测量两者。

综上所述,海森堡不确定性原理可以表示为:

除非您不确定亚原子粒子的动量,否则您无法准确测量其位置。
除非您不确定其位置,否则您无法准确地测量亚原子粒子的动量。
此摘要还表明,一切都回到了进行观察的人身上。该原理不仅反映了您可以测量的不确定性,而且测量的行为也影响了实验的结果。无法将实验与实验者分开。简而言之,“观察就是打扰”。

宇宙多大了?它是什么做的?五项简单统计

作为多年来最重要的宇宙学发现之一,美国国家航空航天局(NASA)的科学家们捕捉到了最精确的宇宙图像,阐明了宇宙的起源,年龄,并为长期存在的大爆炸和通货膨胀理论提供了进一步的证据。2003年2月,美国宇航局和普林斯顿大学的联合卫星,威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)绘制了高分辨率的地图,捕获了宇宙中最古老的光。这种古老的光被称为宇宙微波背景,是被称为“大爆炸”的热爆炸的冷却后残留物。大卫·威尔金森(David Wilkinson)解释说:“宇宙微波光是化石,就像我们可以研究恐龙骨骼并重建其数百万年前的生命一样,我们可以探测这种古老的光并将宇宙重建为它是。

现已准确确定了宇宙的年龄,误差范围仅为1%,为137亿年(以前的估计值介于8到200亿年之间)。恒星的诞生被精确地确定到了大爆炸之后的2亿年,这令大多数科学家感到惊讶(预测在宇宙形成后的5亿到10亿年之间不等)。WMAP图像还揭示了宇宙的内容:只有4%由原子或我们所知的物理宇宙组成。其余部分则由人们不太了解的物质组成:暗能量(73%)和暗物质(23%)。这些发现与“大爆炸”和通货膨胀理论相一致,后者认为宇宙以“大爆炸”的形式出现,并立即开始冷却和膨胀。普林斯顿大学天体物理学家约翰·巴赫尔说:“我认为每个天文学家听到这些结果时都会记得他们在哪里。” “我当然会。这一宣布代表了宇宙学从推测到精密科学的通行仪式。”

宇宙多大了?它是什么做的?科学家们第一次有了明确性。

  • 137亿年:宇宙时代
  • 2亿年:大爆炸与第一颗星星的出现之间的间隔
  • 4%:宇宙普通物质的比例
  • 23%:暗物质比例
  • 73%:是暗能量的比例

地质学家通过研究裸露的地壳确定早期地球是一个“水世界”

海洋全景(股票图像)。 |  图片来源:©peangdao / stock.adobe.com

海洋全景(股票图像)。图片来源:©peangdao

地质学家说,在分析了32亿年前的地球之前,这是一个被淹没大陆的“水世界”,该数据是通过分析古老的地壳的氧同位素数据后得出的,该数据现在已暴露在澳大利亚的陆地上。

这可能会对生命起源产生重大影响。

地质学家本杰明·约翰逊(Benjamin Johnson)和博斯韦尔·永(Boswell Wing)在一份论文中写道:“没有新兴大陆的早期地球可能类似于’水世界’,这对地球生命的起源,演化以及在其他地方可能存在的生命提供了重要的环境约束。”由“ 自然地球科学 ”杂志在线出版。

约翰逊(Johnson)是爱荷华州立大学(Iowa State University)地质与大气科学的助理教授,并且是科罗拉多博尔德大学(University of Colorado Boulder)的最新博士后研究助理。荣是科罗拉多州地质科学副教授。美国国家科学基金会(National Science Foundation)的格兰特(Grants)支持他们的研究,美国哲学学会(American Philosophicalical Society)的刘易斯(Lewis)和克拉克(Clark)格兰特(Lewis and Clark Grant)支持约翰逊在澳大利亚的实地考察。

约翰逊说,他在该项目上的工作始于他与Wing在会议上进行的交谈,并从古埃及远古时代(距今40亿至25亿年前)了解到保存完好的32亿年前的洋壳。西澳大利亚州。先前的研究表明该站点已经有一个很大的地球化学数据库。

约翰逊加入了Wing的研究小组,亲自去看了洋壳-2018年的一次旅行,其中包括飞往珀斯的航班和向北向黑德兰港附近沿海地区驱车17小时的车程。

在获取了自己的岩石样本并挖掘了现有数据库之后,约翰逊创建了一个氧同位素和岩石中发现的温度值的横截面网格。

(同位素是化学元素的原子,原子核中具有相同数量的质子,但中子数量不同。在这种情况下,古老岩石保存的氧同位素的差异为数十亿年前的岩石与水的相互作用提供了线索)

有了基于整体岩石数据的二维网格后,约翰逊创建了一个逆模型,以估算古代海洋中的氧同位素。结果是:与今天的无冰海洋相比,古代海水中每千分之四的重同位素氧(具有8个质子和10个中子的氧气,写为18O)富集了大约4份。

如何解释随着时间的推移,重同位素的减少?

Johnson和Wing提出了两种可能的方法:穿过古代洋壳的水循环与当今的海水不同,其高温相互作用更多,可能会使大量的氧同位素丰富海洋。或者,大陆岩石的水循环可以减少海水中重同位素的百分比。

约翰逊说:“我们首选的假设-从某种程度上说是最简单的-是从32亿年前的某个时候开始,陆地从陆地上风化,开始吸收海洋中的重同位素。”

约翰逊说,这种想法认为水在海洋地壳中循环的方式不同于今天的方式,从而导致同位素组成的差异“不受岩石的支持”。“我们研究的拥有32亿年历史的洋壳部分看上去就像年轻得多的洋壳一样。”

约翰逊说,这项研究表明,地质学家可以建立模型并找到解决问题的新的定量方法,即使该问题涉及32亿年前的海水,他们也永远不会看到或取样。

约翰逊说,这些模型为我们提供了有关生命起源和进化的环境的信息:“没有大陆和海拔以上的陆地,最早的生态系统进化的唯一场所将是海洋。”

天文学家在我们银河系的巨大黑洞附近发现了一类奇怪的物体

银河系中心(股票图像)。 |  图片来源:©Sarote / stock.adobe.com

银河系中心(股票图像)。图片来源:©Sarot

加州大学洛杉矶分校的银河中心轨道计划的天文学家在我们银河系的中心发现了一种新奇特的物体,它离名为人马座A *的超大质量黑洞不远。他们今天在《自然》杂志上发表了他们的研究。

加州大学洛杉矶分校的劳伦·莱希特曼和阿瑟·莱文天体物理学教授,加州大学洛杉矶分校银河中心小组主任安德里亚·盖兹说:“这些物体看起来像气体,表现得像恒星。”

新物体大多数时候看起来很紧凑,当它们的轨道使它们最靠近黑洞时会伸展。加州大学洛杉矶分校(UCLA)博士后研究员安娜·西乌罗(Anna Ciurlo)说,它们的轨道范围大约为100至1000年。

盖茨(Ghez)的研究小组于2005年在我们银河系的中心发现了一个不寻常的物体,后来将其命名为G1。2012年,德国的天文学家在银河系中心发现了一个奇怪的名为G2的奇异物体,该物体于2014年对超大质量黑洞进行了接近。盖兹和她的研究小组认为,G2最有可能是两个恒星,曾连续绕黑洞运行,并融合成一颗巨大的恒星,其中隐藏着异常浓厚的气体和尘埃。

盖兹说:“在最接近的时候,G2的签名确实很奇怪。” “我们以前见过它,但是直到它靠近黑洞并变长,并且它的大部分气体被撕裂为止,它看起来并不太奇怪。当它离黑洞很远时,它就变成了一个无害的物体。一个黑洞,该黑洞实际上已经伸出并以最接近的方式变形,丢失了外壳,现在又变得越来越紧凑。”

共同作者马克·莫里斯(Mark Morris)表示:“让G对象兴奋的一件事是,当它们被中央黑洞扫过时,被潮汐力拉走的东西必然会掉入黑洞。” ,加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授。“发生这种情况时,它可能会产生令人印象深刻的烟花表演,因为被黑洞吞噬的物质会加热并发出大量的辐射,然后才消失在整个事件范围内。”

但是G2和G1离群值是它们还是更大对象类别的一部分?为了回答这个问题,盖茨的研究小组报告了另外四个被称为G3,G4,G5和G6的物体的存在。研究人员已经确定了他们的每个轨道。虽然G1和G2具有相似的轨道,但四个新物体具有非常不同的轨道。

盖茨认为,所有六个物体都是双星,即由两个彼此围绕的恒星组成的系统,由于超大质量黑洞的强大引力而合并。盖兹说,两颗恒星的合并需要超过一百万年的时间才能完成。

盖兹说:“恒星的合并在宇宙中的发生可能比我们想象的要多,而且可能很常见。” “黑洞可能正在推动双星合并。我们一直在观察并且尚未理解的许多恒星可能是现在平静下来的合并的最终产物。我们正在研究星系和黑洞如何演化。双星彼此之间以及黑洞之间的相互作用与单颗星与其他单星以及黑洞之间的相互作用有很大的不同。”

Ciurlo指出,尽管G2外壳的气体急剧膨胀,但气体中的尘埃却未拉伸太多。Ciurlo说:“必须使它保持紧凑并使其能够在遇到黑洞时幸存下来。” “这是G2内部存在恒星物体的证据。”

Ciurlo说:“ Ghez教授的小组在20多年来收集的独特数据集使我们得以进行这项发现。” “我们现在有大量的’G’对象,因此这不是解释像G2这样的’一次性事件’的问题。”

研究人员在夏威夷WM凯克天文台进行了观测,并使用了盖兹(Ghez)帮助开拓的一项强大技术,即自适应光学技术,该技术可实时纠正地球大气的扭曲效应。他们对UCLA银河中心轨道计划的数据进行了13年的新分析。

在2019年9月,Ghez的团队报告说黑洞越来越饿了,原因尚不清楚。加州大学洛杉矶分校(UCLA)研究科学家,银河中心集团副主任Tuan Do说,2014年G2的伸展似乎释放了可能最近被黑洞吞没的气体。恒星的合并可能会助长黑洞。

团队已经确定了一些其他候选对象,这些候选对象可能是此类新对象的一部分,并将继续对其进行分析。

盖茨指出,银河系的中心是一个极端的环境,这与我们不那么忙碌的宇宙转角不同。

盖兹说:“与星系中心相比,地球位于郊区,距星系中心约26,000光年。” “我们银河系中心的恒星密度比我们银河系部分高10亿倍。引力如此强。磁场更极端。星系中心是发生极端天体物理学的地方-天体物理学的X运动。”

盖茨说,这项研究将有助于我们了解大多数星系中正在发生的事情。

其他合著者包括夏威夷WM凯克天文台的天文学家兰德尔·坎贝尔(Randall Campbell);Aurelien Hees,前UCLA博士后学者,现为法国巴黎天文台研究员。加州大学洛杉矶分校物理学和天文学助理教授Smadar Naoz。

该研究由美国国家科学基金会,WM凯克基金会和凯克访问学者计划,戈登和贝蒂摩尔基金会,海辛·西蒙斯基金会,劳伦·莱希特曼和亚瑟·莱文,吉姆和洛里·基尔以及霍华德和阿斯特丽德·普雷斯顿共同资助。

2019年7月,盖茨的研究团队报告了对爱因斯坦黑洞附近标志性广义相对论的最全面测试。他们得出结论,爱因斯坦的理论通过了检验,并且是正确的,至少目前是这样。

发现铁的系外行星发现了

智利非常大的望远镜(库存图像)。 |  图片来源:©Christian / stock.adobe.com

智利非常大的望远镜(库存图像)。图片来源:©Christian

研究人员使用ESO的超大望远镜(VLT)观察到一个极端的行星,他们怀疑它会下铁。极热的巨型系外行星的白天温度会攀升至2400摄氏度以上,足以使金属汽化。强风将铁蒸气带到凉爽的夜晚,在那儿冷凝成铁滴。

瑞士日内瓦大学教授戴维·埃伦里希(David Ehrenreich)说:“可以说,这颗行星在晚上会下雨,除了会下铁。” 他领导了一项有关这颗奇异系外行星的研究,该研究今天发表在《自然》杂志。它被称为WASP-76b,位于双鱼座星座约640光年。

之所以会发生这种奇怪的现象,是因为“铁雨”行星只向其母恒星露出一张脸,即白天,而夜晚却保持黑暗。就像绕地球轨道运行的月球一样,WASP-76b被“潮汐锁定”:绕轴旋转所需的时间与绕恒星旋转所需的时间相同。

在白天,它从母星那里接收到的辐射比地球从太阳那里得到的辐射要多数千倍。太热了,分子分裂成原子,铁等金属蒸发到大气中。白天和夜晚之间的极端温差导致强劲的风将铁蒸气从超热的白天带到凉爽的夜晚,使温度降低到1500摄氏度左右。

这项新的研究表明,WASP-76b不仅具有不同的昼夜温度,而且具有独特的昼夜化学性质。天文学家在智利阿塔卡马沙漠中的ESO的VLT上使用新的ESPRESSO仪器,首次发现了超热气体巨行星上的化学变化。他们在傍晚的边界处发现了强烈的铁蒸气信号,使星球的白天与夜晚分开。Ehrenreich说:“令人惊讶的是,我们早晨没有看到铁蒸气。” 他说,原因是“这颗极端系外行星的夜间正在下铁。”

“观察表明,在WASP-76b炎热的一天中,大气中铁蒸气丰富。”西班牙马德里天体生物学中心的天体物理学家,ESPRESSO科学团队主席玛丽亚·罗莎·萨帕特罗·奥索里奥(MaríaRosa Zapatero Osorio)补充道。“由于地球的自转和大气风,这种铁的一部分被注入到夜间。在那儿,铁遇到的温度要低得多,会凝结和下雨。”

该结果来自于2018年9月由ESPRESSO进行的首次科学观测,该观测是由建造该仪器的科学财团组成的:来自葡萄牙,意大利,瑞士,西班牙和ESO的团队。

ESPRESSO-用于岩石系外行星和稳定光谱观测的Echelle光谱仪-最初旨在在太阳类恒星周围搜寻类似于地球的行星。但是,事实证明它具有更多的用途。智利ESO的ESPRESSO仪器科学家Pedro Figueira说:“我们很快意识到VLT的强大收集能力和ESPRESSO的极高稳定性使其成为研究系外行星大气的主要机器。”

埃伦赖希总结说:“我们现在所拥有的是一种全新的方式来追踪最极端的系外行星的气候。”

虾和昆虫的大脑比我们想象的要相似

虾游泳(股票图像)。 |  图片来源:©mary / stock.adobe.com

虾游泳(股票图像)。图片来源:©mary / 

最新研究表明,甲壳类动物(如虾,龙虾和螃蟹)与昆虫亲戚的共同点比以前认为的要多-就大脑的结构而言。

这项由亚利桑那大学神经科学家尼古拉斯·斯特劳斯菲尔德(Nicholas Strausfeld)领导的研究表明,昆虫和甲壳类动物均具有蘑菇状的大脑结构,这在昆虫中是学习,记忆以及可能与复杂的三维环境进行谈判所必需的。

这项发表在开放存取期刊《eLife》上的研究挑战了科学界的一种普遍信念,即甲壳动物的大脑显然缺少这些大脑结构(称为“蘑菇体”)。

2017年,施特劳斯菲尔德(Strausfeld)的团队报告了对螳螂虾鱿鱼螳螂大脑中发现的蘑菇体的详细分析。在当前的论文中,该小组提供了证据,证明定义蘑菇体的神经解剖学特征(曾经被认为是昆虫专有的进化特征)存在于甲壳类动物中,该群体包括50,000多个物种。

甲壳类和昆虫起源于一个共同的祖先,该祖先生活在大约五亿年前,并且已经灭绝。

摄政王神经科学教授,亚利桑那大学昆虫科学中心主任斯特劳斯菲尔德说:“蘑菇的身体是一个极其古老的基本大脑结构。” “当您将节肢动物作为一个整体来看时,到处都是。”

除昆虫和甲壳类动物外,其他节肢动物还包括蜘蛛纲动物(如蝎子和蜘蛛)和无足纲动物(如千足虫和cent)。

节肢动物以其外部骨骼和关节附属物为特征,是已知物种中物种最多的动物群,几乎遍布所有可能的栖息地。大约4.8亿年前,节肢动物家谱分裂,其中一个世系产生了蜘蛛,而另一个世袭了下颌。第二组再次分裂,以提供导致现代甲壳类动物(包括虾和龙虾)和六足动物(包括昆虫)的血统-当今生活最多样化的节肢动物。

数十年来的研究利用形态学,分子和遗传数据以及其大脑结构的证据,弄清了节肢动物的进化关系。

大脑中的蘑菇体已被证明是感觉输入汇聚的中央处理单元。正如对蜜蜂的研究表明的那样,视觉,气味,味道和触感都集成在这里。成对排列的每个蘑菇体都由称为叶的圆柱状部分组成,并被称为花萼的圆顶状结构所覆盖,在该结构中,传递从动物感觉器官发出的信息的神经元会聚。该信息被传递到神经元,这些神经元在叶中提供成千上万条相交的神经纤维,这对于计算和存储内存至关重要。

其他科学家最近的研究还表明,随着动物从周围环境中收集经验,这些回路与其他大脑中枢相互作用,以增强或降低回收的重要性。

施特劳斯菲尔德说:“蘑菇的身体包含建立有趣的联系的网络,这些联系引起了人们的记忆。” “这就是动物如何理解其环境的方式。”

甲壳类动物的进化论更“现代”,称为“蓝皮蝇属”,其中包括许多龙虾和螃蟹,实际上的大脑中枢看上去根本不像昆虫蘑菇体。这组作者建议,这有助于造成误解性甲壳类动物完全缺乏结构。

对甲壳类动物的大脑分析表明,尽管在甲壳类动物中发现的蘑菇体看上去比昆虫中的蘑菇体更为多样化,但它们具有确定的神经解剖学和分子元素。

研究人员使用甲壳动物的大脑样本,应用了标记的抗体,其功能类似于探针,在果蝇中归巢并突出蛋白质,这些蛋白质对于果蝇的学习和记忆至关重要。灵敏的组织染色技术进一步使蘑菇体复杂结构的可视化成为可能。

“我们知道在果蝇中建立学习和记忆所必需的几种蛋白质,”斯特劳斯菲尔德说,“并且,如果使用抗体检测昆虫物种中的蛋白质,则蘑菇体每次都会发光。”

使用这种方法表明,相同的蛋白质并非昆虫独有。它们出现在其他节肢动物的大脑中,包括cent,千足虫和一些蜘蛛。甚至包括人类在内的脊椎动物也将它们置于称为海马体的大脑结构中,这是一个众所周知的记忆和学习中心。

斯特劳斯菲尔德说:“相应的大脑中枢-节肢动物,海蠕虫,扁虫甚至可能是脊椎动物的海马体中的蘑菇体,似乎在动物生命的进化中具有非常古老的渊源。”

那么,为什么最常被研究的甲壳动物的蘑菇体看上去与昆虫的昆虫体却大不相同?Strausfeld和他的合著者有一个理论:居住在环境中的甲壳类物种需要对精细的三维区域有一定了解的环境恰恰是蘑菇体与昆虫中的蘑菇体最相似的一种,该群体也掌握了三维世界通过进化而飞。

“我们认为这不是巧合,”斯特劳斯菲尔德说。“我们建议,居住在三维世界中的复杂性可能需要特殊的神经网络,以便能够以复杂的认知水平在三维空间中进行协商。”

另一方面,龙虾和螃蟹的寿命主要局限于海底,这也许可以解释为什么从历史上讲它们一直缺乏蘑菇体。

施特劳斯菲尔德说:“冒着冒犯螃蟹和龙虾的同事的风险:我将其中许多人视为扁平世界的居民。” “未来的研究将能够告诉我们哪个更聪明:居住在珊瑚礁的螳螂虾,顶级捕食者或隐居龙虾。”

施特劳斯菲尔德(Strausfeld)与他的两个以前的学生-华盛顿大学的博士后研究员加布里埃拉·沃尔夫(Gabriella Wolff)和瑞典的隆德大学的博士生马塞尔·塞尔(Marcel Sayre)共同撰写了该论文。他们希望对蘑菇体的研究将进一步帮助解决大脑可能如何进化以及环境条件如何影响这一过程。

Strausfeld说:“这项研究使我们更接近回答最终问题。” “我们想知道:最早的大脑是什么样的?”

几乎是外星人:南极冰河湖泊寒冷,黑暗,充满秘密

南极洲地图(股票图像)。 |  图片来源:©martynan / stock.adobe.com

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地球上一半以上的淡水位于南极洲。虽然大部分冰块都冻结在冰盖中,但在冰池下面,水流互相流入并流入该大陆周围的南大洋。了解水的流动以及溶质中溶解的水,可以揭示土地上的碳和养分如何支持沿海海洋的生命。

收集有关这些系统生物地球化学的数据是南极比例的一项工作。密歇根理工大学生物科学助理教授Trista Vick-Majors是一个团队的成员,该团队从南极西部的Whillans冰川湖收集了样本,并且是该湖论文的主要作者,该论文最近发表在《全球生物地球化学循环》上

Vick-Majors说:“生活很艰难-它可以应付很多事情。” “本文将我们对生物学的了解以及它在南极冰下的活跃程度与湖中有机碳的组成信息结合在一起。”

冰层下的生命充满了很多-上面的冰层没有阳光和压力,再加上地球核心散发出来的热量,才使水融化形成湖,因此温度徘徊在冰点以下。有机碳是微生物的重要食物来源,尽管在8月下旬缺少中西部池塘的青翠混乱,但在Whillans次冰川湖中仍存在较高浓度的有机碳。取而代之的是,当照相机掉落到Mercer冰川湖(Whillans的邻居)的钻孔中时,该冰川湖是黑暗,寒冷,充满柔软蓬松的沉积物,并衬有气泡填充的冰。

湖床看起来比地球更陌生,研究这样的极端环境确实可以洞悉地球外的生活是什么样,或者地球生活如何在类似条件下生存。并不是说人类,企鹅或鱼类可以应付它。南极洲冰层以下水域中的生命大部分是微生物。它们仍然显示出生命迹象-生活,饮食,排泄和垂死的有机碳和其他化学副产品-Vick-Majors和她的团队可以衡量和预算。

利用质量平衡计算,该团队的研究表明,Whillans次冰川湖中的溶解有机碳库可在4.8年至11.9年内产生。随着湖水充盈和排水,这花费了几乎相同的时间,所有这些营养素都滑落并滑向了南冰洋冰封的海岸。根据研究小组的计算,该地区的冰河湖泊提供的有机碳比冰雪覆盖的下游海洋中的微生物生存所需要的有机碳多5400%。

Vick-Majors说:“该湖下游海洋中的冰下没有光合作用-这限制了可利用的食物和能源,这是您在表层湖或公海中找不到的。” “这个想法是,这些上游的冰川下湖泊可以为生活在南冰雪覆盖地区的生物提供重要的能量和营养来源。”

虽然Whillans冰川湖本身表明上游营养物可能是一个重要因素,但它只是冰雪覆盖的地下湖泊,溪流和类似河口混合区的复杂数据的单一来源,这些湖经历季节性和零星的通量。

为了扩大他们的视野,Vick-Majors和团队的其他成员已经在其他地点收集数据(Mercal Subglacial Lake是SALSA团队于2019年初进行采样的),这绝非易事。他们通过热水钻,专门设计的软管,10升的水采样瓶,一些沉积物取芯装置以及一周的夏季极地天气(可能跌至20度以下)来实现这一目标。机组人员穿着特卫强(Tyvek)西装,所有设备均已彻底清洁。他们还过滤了钻探水,使其流过几束紫外线以击倒微生物污染,然后对其进行加热,以利用热水向湖底开一个约1000米的钻孔。

Vick-Majors解释说:“现在已经通过钻头循环的一些融化的冰水被从孔中移出,因此当湖被刺破时,湖中的水会向上移动到钻孔中。”保持钻头的热水与湖水分开,以保持样本和湖水清洁。“钻探孔大约需要24小时,而我们将其保持开放几天;根据设备的不同,收集单个样本或放下摄像机可能需要两个小时或更长时间。”

而且孔不断尝试重新冻结。另外,维克·马乔斯(Vick-Majors)并不是一个孤独的科学家。她是一个跨学科团队的成员,每个人都需要进入钻孔进行不同的实验。但是对于所有紧张的物流和冷淡的脚趾,她说这是值得的。

维克-马乔斯说:“有水,有生命,有冰。” “这些可以教给我们很多关于地球的知识,因为这是一个查看稍微简化的生态系统的好地方,而无需更多的生物。因此,我们可以回答有关生命的问题,而这些问题在其他地方真的很难回答。”

不利的一面是,在这些环境中,物理-生物相互作用仍然很复杂。本文正在迈向了解它们的一步。西南极洲的冰河湖几乎是与世隔绝的,它们同时揭示了系外行星环境的可能性,同时揭示了我们自己世界的深层水源。

古代贝壳显示,七千万年前的日子缩短了半小时

恐龙场面例证(储蓄图象)。 |  图片来源:©boscorelli / stock.adobe.com

恐龙场面例证(储蓄图象)。图片来源:©boscorelli / 

根据对白垩纪晚期的化石软体动物壳的一项新研究,到恐龙时代结束时,地球转动的速度比今天快,每年旋转372次,而目前的旋转速度为365次。根据AGU的《古海洋学和古气候学》杂志的新研究,这意味着一天仅持续23个半小时。

古老的软体动物来自灭绝的且种类繁多的,被称为“红蛤”的蛤,,生长迅速,每天都在生长。这项新研究比使用显微镜的人类研究人员使用激光对贝壳的微小切片进行采样,并且更精确地计算了年轮。

年轮使研究人员能够确定一年中的天数,并更准确地计算出七千万年前的一天的长度。这项新的测量方法可以告诉模型,在45亿年的地球-月亮重力舞蹈史上,月球是如何形成的以及距地球有多近。

这项新的研究还证实了软体动物具有光合共生体的确凿证据,这些共生体可能助长了现代珊瑚规模的珊瑚礁建设。

在这项新研究中获得的高分辨率与古代双壳类动物的快速生长相结合,揭示了该动物如何生活以及其生长的水分状况(甚至不到一天)的前所未有的细节。

“我们每天大约有四到五个数据点,这在地质历史上几乎是从未有过的。我们基本上可以看一看七千万年前的一天。这真是太神奇了。”布鲁塞尔自由大学和新研究的主要作者。

过去的气候重建通常描述了发生在数万年前的长期变化。像这样的研究可以一窥生物时间尺度的变化,并有可能弥合气候模型和天气模型之间的差距。

贝壳的化学分析表明,白垩纪晚期的海洋温度比以前认为的要高,夏天达到40摄氏度(104华氏度),冬天超过30摄氏度(86华氏度)。德温特说,夏季高温可能接近软体动物的生理极限。

开放大学退休的古生物学讲师彼得·斯凯尔顿说:“该数据集的高保真度使作者能够得出两个特别有趣的推论,有助于加深我们对白垩纪天文学和斯氏古生物学的理解。”与新研究无关的专家。

古代造礁者

这项新的研究分析了一个在热带的浅海底生活了九年以上的人,而这个地方在7000万年后的今天是阿曼山区的干旱土地。

Torreites sanchezi软体动物看起来像高品脱的眼镜,盖子的形状像熊爪糕点。古老的软体动物有两个壳或阀门,它们像不对称的蛤一样在铰链中相遇,并像现代牡蛎一样在密密的珊瑚礁中生长。它们在全球范围内比现代海洋温暖数度的水中繁盛。

在白垩纪晚期,桑德斯(T. sanchezi)等鲁迪斯人统治了全球热带水域中礁的利基市场,填补了当今珊瑚所扮演的角色。它们在6600万年前杀死非禽类恐龙的同一事件中消失了。

德温特说:“鲁迪派人是非常特殊的双壳类动物。今天没有像它这样生活的人。” “特别是在白垩纪晚期,全世界大多数珊瑚礁建造者都是这些双壳类动物。因此,它们确实承担了当今珊瑚所具有的生态系统建设角色。”

这种新方法将激光聚焦在小块贝壳上,从而形成直径10微米或大约与红细胞一样宽的孔。这些微小样本中的微量元素揭示了壳形成时有关水的温度和化学成分的信息。该分析提供了对日生长环的宽度和数量以及季节性模式的准确测量。研究人员利用化石壳中的季节性变化来确定年份。

这项新的研究发现,在一天的过程中,壳的组成变化比季节或海潮周期变化更大。日常层的精细分辨率显示,壳在白天的生长比晚上的生长快得多

德温特说:“这种双壳类动物对这一日常周期有很强的依赖性,这表明它有光合子。” “你有白天到黑夜的节奏被记录在贝壳里。”

这组作者说,这一结果表明,日光对古代软体动物的生活方式比其主要通过过滤水中食物(例如现代蛤lam和牡蛎)来喂养自己的食物更为重要。德温特说,软体动物很可能与一种靠日光取食的共生共生物种有关,这类似于带有共生藻类的活蛤。

斯凯尔顿说:“到目前为止,所有发表的关于红体主义者光共生的论点基本上都是推测性的,只是基于暗示性的形态特征,在某些情况下显然是错误的。这篇论文是第一篇提供令人信服的证据支持这一假说的人。”但请注意,新研究的结论仅针对托雷特人,不能推广至其他提倡者。

月亮撤退

De Winter对每天的每日层数进行了仔细的计算,发现每个年度间隔为372。这并不奇怪,因为科学家们知道过去的日子越来越短。然而,结果是白垩纪晚期目前最精确的结果,并且在模拟地球-月亮系统的演化方面具有令人惊讶的应用。

在地球的历史上,一年的时间是恒定的,因为地球绕太阳的轨道不会改变。但是随着时间的推移,一年中的天数一直在减少,因为天数增长了更长的时间。由于月亮的引力引起的海潮摩擦使地球自转减慢,因此一天的长度一直在稳定增长。

潮汐的拉动使月球在其轨道上稍微加速了一点,因此当地球的自旋变慢时,月球向远处移动。月亮以每年3.82厘米(1.5英寸)的速度远离地球。自阿波罗计划将有用的反射器留在月球表面以来,精确的激光测量表明距地球的月球距离证明了这一距离的增加。

但是科学家得出结论,月球在整个历史中都不可能以这种速度后退,因为按时间线性地预测其进展将使月球进入地球仅14亿年前。科学家从其他证据中知道,月球与我们在一起的时间更长,最有可能是在超过45亿年前的地球历史早期发生大规模碰撞之后合并而成的。因此,月球的退缩速度随着时间而变化,过去的信息(例如古蛤生活中的一年)可以帮助研究人员重建月球形成的历史和模型。

因为在月球历史中,7000万年是一个瞬息万变的时刻,德温特和他的同事们希望将他