原創 返樸 返樸
目 錄
1. 引力波再發力：最大中子星or最小黑洞？
2. 突破配位化合物極限
3. 看得見的捕殺——捕蠅草中的生物力學機制
4. 人類專屬的「聰明基因」在猴腦證實功效
5. 年齡越大，白血病相關突變越多
6. 仿斷食飲食法助力乳腺癌化療
7. 「超級水果」獼猴桃：吃出來的健康
8. 一孕傻三年？誰說媽媽們的注意力差
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引力波再發力：最大中子星or最小黑洞？
當恆星走到生命終點時，質量較大的恆星會在自身引力作用下塌縮形成黑洞；而質量稍小的恆星，則會以超新星形式爆炸，留下緻密的恆星殘骸——中子星。目前，已知最重的中子星不超過太陽質量的2.5倍，而已知最輕的黑洞約為太陽質量的5倍。數十年來，天文學家一直為中子星和黑洞之間的「質量間隙」感到困惑。那麼，是否有處於這個質量間隙的天體呢？
中子星與黑洞之間的差異是什麼？| 圖片來源：LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
近日，《天體物理期刊通訊》上刊登了一篇基於美國雷射幹涉引力波天文臺LIGO和歐洲的Virgo探測器研究報告：科學家探測到一個2.6倍太陽質量的天體和一個23倍太陽質量的黑洞合併產生的引力波（GW190814事件），最終形成了約為25倍太陽質量的黑洞，新形成的黑洞距離地球約8億光年。
研究人員認為，不論這個天體是已知最重的中子星，還是已知最輕的黑洞，它都將打破紀錄，改變天文學家的認知。威斯康辛大學密爾沃基分校教授、LIGO合作發言人Patrick Brady表示，「質量間隙實際上可能根本不存在，是由於觀測能力的限制所致。」
在兩者合併之前，它們的質量比約為9：1，是已知引力波事件中的最極端質量比。美國西北大學Vicky Kalogera教授表示，形成如此大質量比的天體合併，且低質量伴子位於「質量間隙」中，對當前的理論模型是一項挑戰。此次合併事件的引力波信號被探測後，數十個地面和空間天文望遠鏡立即進行了跟進觀測，卻沒有發現與之相對應的電磁信號（目前為止，僅在雙中子星合併事件（GW170817）觀測到與引力波信號對應的光波信號）。
對於此次事件沒有觀測到相應的電磁信號，LIGO-Virgo的科學家提出了幾個可能的原因。第一，這一事件的距離是GW170817合併事件的6倍，這使得儀器更難接收到相應的光信號。其次，如果碰撞的是兩個黑洞，則可能不會發出光。第三，如果該天體是中子星，那麼質量是它的9倍質量的黑洞伴子很可能將其吞沒，這一過程可能也不會發出光。
研究人員認為，無論質量間隙中的天體是什麼，引力波天文學再次展現了它革命性的潛力。
[1]https://phys.org/news/2020-06-heaviest-known-neutron-star-lightest-known-black.html
[2]https://www.caltech.edu/about/news/ligo-virgo-finds-mystery-object-mass-gap
[3]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f
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突破配位化合物極限
配位化合物（配合物）是一類重要的分子，其中心原子或離子與配體分子或離子以配位鍵相結合。配合物廣泛應用於日常生活、工業生產及生命科學中，它不僅與無機化合物、有機金屬化合物相關聯，並且與現今化學前沿的原子簇化學、配位催化及分子生物學都有很大的重疊。例如，負責在血液中運送氧氣的血紅素分子是以鐵元素為中心的配合物；葉綠素則是含有鎂的配合物；鉑的配位化合物（例如「順鉑」） 能夠與細胞內的DNA反應，影響DNA的轉錄和複製導致細胞凋亡，因此它成為一種經典的抗癌藥。
許多重要的配合物是由一氧化碳分子（CO，也稱為羰基）與過渡金屬原子鍵合得到的。從19世紀末開始人們就已經認識到羰基配合物的重要性，然而，無論使用三十種已知過渡金屬中的哪一種，含有超過六個羰基的配合物都只能在氣相中觀察到，迄今為止還無法在液相合成這些物質。
近日，弗萊堡大學的Krossing教授團隊通過在一氧化碳內用銀離子氧化六羰基鈮鹽和鉭鹽，成功合成了含有七個羰基配合物——[M（CO）7]+和Ta2（CO）12，並且所合成的化合物在室溫下能夠以晶體形式穩定存在。這一開創性的成果發表於《自然-化學》。
本文合成的七羰基金屬鹽的結構示意圖（右側兩個）| 圖片來源：[4]
研究人員所合成的這種全新的過渡金屬羰基配合物在許多方面已經超越了目前化合物的極限，但所涉及的合成方法和設備卻十分常見，因此有望擴展用於合成含有其他過渡金屬的高羰基化合物。這些新奇、罕見的化合物或許會改寫我們的教科書，也許有朝一日會應用於功能材料中改變我們的生活。
[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%85%8D%E5%90%88%E7%89%A9
[2] https://www.x-mol.com/ask/question/7440
[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/uof-btl062320.php
[4] https://www.nature.com/articles/s41557-020-0487-3
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看得見的捕殺——捕蠅草中的生物力學機制
捕蠅草 | 圖片來源：The Scienctist
捕蠅草（Dionaea muscipula）是一種典型的食肉植物，它的捕食對象主要是爬行昆蟲。在捕食過程中，它的葉片結構猶如一個「捕捉器」，當葉片上的觸毛在20-30秒內連續感受到兩次觸碰，「捕捉器」即啟動關閉機制，葉片在0.5秒內迅速閉合，完成獵物捕殺過程。
儘管科學家對捕殺過程早已非常清晰，但是「捕捉器」，即葉片的精確變形過程依然是個謎。近日，德國弗萊堡大學的科學家基於生物力學理論，通過計算機模擬，給出了「捕捉器」的驅動機制——植物的葉片中存在預應力 (prestress)，昆蟲的觸碰會引起預應力的釋放，完成捕殺行動。該研究成果發表在《美國國家科學院院刊》。
包含各種應變力分布和不同層預應力的計算機模擬陷阱 | 圖片來源：[2]
捕蠅草的葉片包含三層結構：內表層、中間層（葉肉）和外表層。藉助計算機，科學家們採用有限元技術模擬了和葉片結構類似的三層結構的力學行為。研究認為，內表層收縮和外表層擴張是造成捕捉動作的直接原因。模擬結果顯示，只有在施加了預應力的情況下，捕捉器才能做出類似的變形行為，完成捕捉。真實植物實驗同樣驗證了這個現象。研究發現，通過充分水化能夠增加細胞內的壓力，即產生一定的預應力。捕蠅草的細胞受到刺激後釋放水分，即釋放預應力，從而實現由葉片構成的捕捉器快速關閉。
聰明如捕蠅草，自然能夠機智區分獵物與雨滴，實現有效觸發。不過，偶爾也有失手抓到落葉的情況，此時非活物不能持續觸發預應力釋放機制，葉子又將恢復原狀。
[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/uof-vc062320.php
[2] https://www.pnas.org/content/early/2020/06/19/2002707117
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人類專屬的「聰明基因」在猴腦證實功效
與其它動物相比，我們人類雖然體質羸弱，卻由於大腦新皮層的高度進化而在物種競爭中脫穎而出。新皮層在進化過程中出現得最晚，但卻與知覺、空間推理、意識等許多高等功能有很大關係。與黑猩猩相比，人類新皮層的體積是它們的 3 倍，並且有更深的腦回和腦溝。
此前有研究證明，一種人類特有的ARHGAP11B基因會觸發大腦形成更多的幹細胞，並增加大腦皮層的體積。在該基因高水平表達的影響下，實驗小鼠的胚胎產生了更多的神經前體細胞，甚至形成了新皮層褶皺。但該基因在靈長類進化過程中是否起到關鍵性作用依然未知。近日，德國馬普研究所和日本慶應大學的研究人員在狨猴胚胎中證實了ARHGAP11B能夠增加其新皮層的大小和褶皺，並增加相關神經元的數量。該研究發表於《科學》雜誌。
研究人員在轉基因狨猴處於發育期的新皮層中表達了ARHGAP11B基因，並採集101日齡（正常出生前50天）絨猴胎兒的大腦進行分析。他們發現與普通絨猴相比，轉基因絨猴的大腦不僅新皮層增大、出現褶皺，並且其皮質板也更厚。與此同時，一些隨著靈長類進化而增加的神經元數量也有明顯增加。
轉入 ARHGAP11B 基因之後，狨猴胚胎的大腦新皮層明顯增大 | 圖片來源：[1]
該研究第一次在非人類的靈長類動物中發現 ARHGAP11B 基因可以引起新皮層的擴張，表明該基因對於人類大腦的演化可能具有至關重要的作用。但大腦的發育是一個複雜的過程，需要許多基因、蛋白質以及小分子物質的共同參與，而不是由單個基因所能夠決定的。因此想要進一步揭開人類「聰明」的秘密，我們仍然還有很長的路要走。
[1] https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401
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年齡越大，白血病相關突變越多
人體的血液由骨髓中的造血幹細胞持續產生。這些幹細胞可以發育成很多種血細胞，如T淋巴細胞和B淋巴細胞。造血幹細胞一旦產生突變，所衍生的後代血細胞都將帶有它的突變。個別突變可能會改變細胞的關鍵功能，導致細胞惡性病變，最終演變成白血病。已有研究表明，血細胞突變會隨著人年齡增長而積累。
血細胞DNA突變概率隨年齡增加而增加 | 圖片來源:RIKEN
近日，日本理研綜合醫學科學中心（RIKEN）研究人員在《自然》雜誌發表論文，報導了日本和歐洲人群血細胞突變的差異，重點比較了T細胞和B細胞中的突變情況。他們發現，歐洲人的B淋巴細胞突變更多，患慢性淋巴細胞白血病（B細胞異常增多）概率更高，而日本人的T淋巴細胞突變更多，患T細胞白血病概率更高。這一差異背後的原因仍不清楚，遺傳因素或環境因素都有可能參與。研究者也發現，血細胞突變概率與年齡增長顯著相關。儘管年齡增長帶來的致病突變似乎不可避免，但有這些突變並不代表一定會患上白血病。定期開展血液篩查，保持良好生活習慣，都可以降低患病風險。
[1] https://medicalxpress.com/news/2020-06-blood-cell-mutations-linked-leukemias.html
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-020-2426-2
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仿斷食飲食法助力乳腺癌化療
斷食 (Fasting) 會讓人體內各種激素和代謝物水平發生顯著改變。過去研究發現，在斷食中，人體內的正常細胞會接收到一些反饋信號，代謝速率下降，分裂速度減慢，化療藥物對其的傷害也相應減小。而腫瘤細胞一個顯著的特點，就是不服從人體內的生長和分裂抑制信號，甚至代謝加速，因此斷食在一定程度上可以提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。
仿斷食飲食法（Fasting mimicking diet， FMD），是一種以低熱量、低蛋白為原則，適量攝入碳水和脂肪的飲食法，旨在模仿完全斷食和水斷食所帶來的代謝效果，但能緩解患者由於飢餓而產生的不適感。
近日，一項探究FMD與乳腺腫瘤治療的II期隨機化臨床試驗發表在《自然-通訊》上，129位HER2陰性Ⅱ或Ⅲ期乳腺癌患者被隨機分為兩組，一組在新輔助化療前和化療期間接受三天FMD，另一組正常飲食。影像學檢查和臨床觀察對比表明，兩組患者的化療藥毒性反應沒有顯著差異，但新輔助化療的效果在FMD組中更為顯著。
正常細胞和腫瘤細胞對化療的敏感性受仿斷食飲食法（FMD）的影響 | 圖片來源：[1]
這是相關領域內第一項旨在評估FMD對化療效果影響的隨機對照研究，該項研究表明，作為乳腺癌化療的輔助，FMD可以顯著改善HER2陰性早期乳腺癌患者的化療效果。如果FMD得以在臨床中廣泛應用，不僅乳腺癌患者的生存率可能會提升，化療過程中的痛苦也會顯著減輕。
[1] https://www.nature.com/articles/s41568-018-0061-0
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Valter_Longo
[3] https://www.nature.com/articles/s41467-020-16138-3#Sec8
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「超級水果」獼猴桃：吃出來的健康
最近在線發表在《柳葉刀·胃腸病學和肝臟病學》上的一篇評論文章，簡要探討了獼猴桃這一「超級水果」的健康功效。
從營養方面看，綠色和黃色獼猴桃品種都富含可溶性及不可溶性纖維、維生素C和維生素E、葉酸以及其他生物活性成分。兩隻獼猴桃的纖維含量約為3.5克，且包含將近200毫克的維生素C，相當於兩到三隻橙子的營養水平。
圖片來源：doctormurray.com
對於腸胃道來說，綠色獼猴桃則有助於小腸和上升結腸中的水份保留，增加結腸體積，軟化糞便，促進蠕動。獼猴桃還可發揮益生元作用，有實驗顯示，便秘患者服用了4周的獼猴桃粉末補充劑後，體內柔嫩梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）豐度大大增加，這種菌類可產生具有抗炎症特性微生物。獼猴桃中還有一種名為獼猴桃素（actinidin）的蛋白水解酶，相關研究表明，actinidin有助於促進食物蛋白質的消化。
雖然少數臨床實驗顯示，便秘患者每日吃兩到三隻獼猴桃後，排便情況有所改善，但這些實驗規模小，且並不總是用到合適的安慰劑，所以評論作者認為對於該結論應持謹慎態度。
除腸胃道之外，獼猴桃可保護心臟，抑制血小板凝聚，降低血脂和血壓。它們的高水平抗氧化成分可能防止內源性氧化損傷。另外，有限的證據顯示，獼猴桃也許有助於減弱上呼吸道感染的嚴重程度和持續時間。當然，作者也提出，目前仍然需要更多高質量研究數據，進一步提供獼猴桃健康功效的科學證據。
簡而言之，每天吃兩三隻獼猴桃能夠給人們的腸胃道和心臟代謝健康帶來潛在的益處。尤其是對於腸胃功能不太好的人，獼猴桃的可發酵碳水化合物含量低，吃了不會有腹脹或者不適感。因此對於有胃腸道不適或功能障礙的人群來說，獼猴桃是個不錯的選擇。
[1] https://www.thelancet.com/pdfs/journals/langas/PIIS2468-1253(20)30163-1.pdf
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一孕傻三年？誰說媽媽們的注意力差
圖片來源：Pexels
俗語說「一孕傻三年」，指的是女性做了媽媽更健忘、反應慢、注意力不集中。然而事實確實如此嗎？先前的相關研究大多關注懷孕對於認知能力的影響，研究顯示自我感知的認知缺陷和生育階段有關係，但很少有研究專門評估孕產婦的注意力，而且往往針對的是產後早期的新媽媽。美國普渡大學的研究者評估了成為母親對於女性注意力的長期影響，發現與從未生育過的女性相比，媽媽們的表現並不差，甚至在某些方面更好，這一結果已在線發表在Current Psychology雜誌。
研究人員招募了60名至少產後一年的媽媽，以及70名未生育過的女性，對她們進行了改進版的注意力網絡測試（Attention Network Test）。該計算機測試可以測量參與者對圖像變化的響應時間，並評估三個主要的注意力網絡：警報網絡，幫助大腦為傳入的刺激做好準備；定向網絡，將大腦的注意力引向新事物；執行控制網絡，有助於解決衝突的信息。在消除年齡因素的影響之後，研究人員發現，母親與非母親相比具有類似的警報和定向注意力，以及更好的執行控制注意力。
研究者稱，新媽媽經歷的激素變化和睡眠剝奪可能會影響注意力和記憶力，然而長期看來，媽媽們並不容易被無關的事情分散注意力，成為母親意味著有更多的外界刺激需要應對，這樣才能照顧好自身和孩子的安全。
[1] https://link.springer.com/article/10.1007/s12144-020-00826-w
[2] https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2020/Q2/does-mommy-brain-last-study-shows-motherhood-does-not-diminish-attention.html
撰文 | 劉航 太閤爾 周立新 顧舒晨 繼省 Tendo 小葉 韓若冰
編輯 | 劉辛味 韓若冰 Azul
原標題：《LIGO新發現最小黑洞？人類專屬聰明基因被證實；一孕傻三年不靠譜 | 一周科技速覽》
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