誤會了幾百年,精子遊泳根本不像小蝌蚪!丨一周科技

2021-01-13 果殼

歡迎收看一周科技。本周冷知識：旋轉才是精子真正的前進姿勢。



剃刀刀片比人的毛髮堅硬很多，但它依然會在剔除毛髮時越用越鈍，這中間到底發生了什麼？


在本周發表於《科學》的一項研究中[1]，麻省理工學院的工程師研究起了剃刀變鈍的生活問題。他們在掃描電子顯微鏡下觀察了剃刀切斷毛髮的細節，並對相關因素進行了計算機模擬。


電子顯微鏡下，剃刀片切斷一根毛髮。可以看到刀刃局部出現了微小的缺損 | Gianluca Roscioli


儘管肉眼看起來鋒利光滑，但在使用前刀刃上就存在許多約5微米尺度的細小缺損。而在剔除毛髮的過程中，這些缺損又會進一步擴大，最終造成刀片變鈍。研究者發現，當刀片以傾斜的角度切斷毛髮、組成刀片的不鏽鋼材料微觀結構不均勻時，刀刃更容易損傷。此外，毛髮與已有缺損的位置關係也是重要因素。


研究者指出，為了讓剃刀更加耐用，應該在保持硬度的前提下使用微觀上更加均勻的鋼材製作刀片。



幾百年來，我們一直都搞錯了精子遊泳的姿勢——它們並不像魚兒或蝌蚪那樣擺動尾巴，而是旋轉著前進[2]。


精子在三維空間中的運動實際是這樣的 | polymaths-lab.com


300多年前，列文虎克第一次在顯微鏡下觀察到精子。之後人們一直認為，精子的遊動就像鰻魚，依靠尾部左右對稱的擺動獲得前進動力。而最近，科學家在3D顯微鏡下對精子進行了每秒55000幀的詳細記錄。結果發現，精子的運動是非對稱性的——它們會進行單側旋轉。這一旋轉圍繞著一個長軸，保證了精子能夠向前運動。


之前的觀察基於二維顯微鏡，因此科學家難以發現精子的不對稱旋轉。此次的發現也與精子運動的分子機制吻合：精子鞭毛中與運動相關的結構也是不對稱的。



NASA的「朱諾號」太空探測器（Juno Spacecraft）近期在木星發現了一種新型閃電[3]。



這種閃電持續時間僅5.4毫秒，每次間隔幾十毫秒，發生頻率是先前在木星雲層深處發現的「超級閃電」的10倍，但能量只有後者的10萬分之一，和地球閃電的能量相近。不過，與地球上來源於含水雲層的閃電不同，這種小型閃電可能形成於木星大氣中冰晶和氨水的混合。地球閃電一般形成於大氣層中冰晶和水滴的碰撞，但此次在木星發現的新型閃電發生位置較高，缺乏形成液態水的溫度條件。研究人員猜測，在這樣的高度氨可能起到了「防凍劑」的作用，降低了水冰的熔點，最終形成了由氨-水混合物組成的雲團。雲團中的氨水液滴與上升的冰晶碰撞，從而產生了木星上的新型閃電。


Royal Ontario Museum/McMaster University


圖中是一頭來自約7600萬年前的成年腔盾尖角龍（Centrosaurus apertus），根據化石，其腓骨末端嚴重變形。科學家起初以為這是骨折後沒有癒合良好而形成的；但通過高解析度的斷層掃描及對細胞的顯微鏡觀察，科學家發現，這一畸形症狀與人類的骨肉瘤相符——也就是說，這頭恐龍生前患上了惡性腫瘤。這項研究發表於《柳葉刀·腫瘤學》[4]。


科學家之前也在古老的生物中發現過腫瘤，例如霸王龍化石中曾出現良性腫瘤，2.4億年前的烏龜也出現過骨肉瘤。但這是第一次從細胞水平為恐龍「確診」了惡性腫瘤。人類的骨肉瘤多見於青少年，全球每年每百萬人中約有3.4例。科學家推測，這頭恐龍被骨肉瘤折磨已有一段時間，類似的發病程度對人類很可能致死。不過，這頭恐龍可能並非死於癌症；這塊化石是與其他許多恐龍化石一起被發現的，它更有可能與同伴死於洪水。



通過衛星圖片中看到的企鵝糞便，科學家們在南極洲發現了新的帝企鵝群落[5]。



通過來自哨兵2號（Sentinel2）的衛星觀測圖像，研究者這一次發現的8個新的帝企鵝群落，以及3個重新確認存在的群落。這使目前確認的帝企鵝繁殖地數量增加到了61個，已知的帝企鵝個體數量也由此增加了大約5-10%。受食物影響，這些企鵝的糞便帶有粉紅色調，當大批企鵝聚集在繁殖地時，它們留下的糞便痕跡足以在衛星圖片中被辨認出來。


衛星圖像所見的部分企鵝群落痕跡——也就是說，屎痕 | Peter T. Fretwell, Philip N. Trathan


發現更多帝企鵝是件好事，但壞消息是，新發現的帝企鵝群落所處區域很容易受到氣候變化的影響，它們之後的命運依然令人擔憂。


[1] https://science.sciencemag.org/content/369/6504/689

[2] https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba5168

[3] https://www.nature.com/articles/s41586-020-2532-1

[4] https://www.thelancet.com/journals/lanonc/article/PIIS1470-2045(20)30171-6/fulltext

[5] https://zslpublications.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/rse2.176

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