前沿

墨西哥灣究竟漏了多少油?

為了解墨西哥灣石油泄漏事件對環境與生態的全面影響，調查究竟有多少石油在為期84天的時間中噴射到了墨西哥灣的水中，來自Lamont—Doherty地球天文臺的Timothy Crone~Maya Tol—stoy對噴涌的石油柱的錄像記錄進行了分析，并提出自2010年4月22日以來，大約已經有440D萬桶的原油泄漏到了墨西哥灣。

他們對應用一種叫做“光學石油柱測速”的技術進行了描述。該技術應用視頻畫面來測量流動液體的速度，研究人員分析了2段長度只有20—30秒但分辨率很高的石油柱視頻序列，對該視頻所拍攝的石油從油井噴射出來的平均流速進行了估計。其中的一則視頻是在當倒塌的立管仍然還與油井的防噴器連接的時候拍攝的，另一段則是在該立管被移除之后拍攝的。他們所用的光學石油柱測速能夠對油井翻騰出來的石油柱巨浪進行測量，并將該二維畫面轉變成為一個測量流速的估計值。

根據他們的分析，在4月22日-6月3日期間，從該油井噴射出的石油平均的流速為每天56000桶，其表面不確定性為21%。在立管被移除之后，每天有68000桶的原油流入了海洋，其表面不確定性為1996，這種情況一直持續到7月15日該油井最終被封上之后。

他們強調說，這些估測僅僅是石油流速和容量的初步計算的平均值，未來的研究將幫助人們更好地對這些數字進行限定并降低其不確定性。不過，研究表明，即使存在這些不確定性，此次石油泄漏事件還是要比ExxonValdez(埃克森公司“瓦爾迪茲號”油輪漏油事件)所泄漏出的高出大約一個數量級。

早期人類也聰明

考古學的證據提示，新幾內亞高地的某些最早的人類在近s萬年前就已經用砍伐樹木來空出土地以種植有用的植物了。這些發現可能代表了人類占據薩胡爾(sahul)的最早記錄。薩胡爾是曾經連接澳大利亞和巴布亞新幾內亞的大陸塊，該地塊被水所隔絕，是世界上被現代人類所拓殖的最后的主要土地之一。

Glenn Eeginald及其同僚描述了在新幾內亞高地的一個考古遺址，在那里他們發現了被燒焦的露兜樹的堅果殼，該樹還會生出對古人類有用的葉子及菠蘿樣的果實。此外，他們還發現了來自薯蕷的淀粉顆粒，人們可能是在海拔較低且較為溫暖的自然生長地采集到這些薯蕷的。

該遺址存在著一類被認為是用來切割植被的石制的斧子，這表明該遺址的早期居民曾用其清理出成片的森林，使得陽光能夠透過來，并促使具備食用及其他用途植物的順利生長。該研究刊登于2010年10月1日的《科學》(Science)雜志。

最小的抗癌藥工廠

抗癌藥紫杉醇最初是從稀有的太平洋紫衫樹的樹皮中獲取的，如今，一項新的研究報告稱，該藥的關鍵性前體——紫杉二烯，可以通過發酵在大腸桿菌中大量地生產。這一工程學的壯舉最終可能使人們找到廉價有效的制造紫衫醇的方法。

在20世紀90年代初的時候，從100噸的太平洋紫衫樹的樹皮中只能提取286磅的這種救命的藥物，這需要砍伐超過500萬噸的長成的太平洋紫衫樹。而基于目前的技術，紫衫醇還可以從數量較多的歐洲紫衫樹或從培養的植物細胞中得到的一種有關的分子進行化學轉化而獲取。但這兩種基于植物的加工過程都非常困難而且費時，因此紫衫醇仍然很昂貴，了解及操縱紫衫醇的生物合成是對生物化學家和工程人員的一個持續的挑戰。

如今，Parayil Kumaran Aji-kumar及其同事設計了在大腸桿菌中生產該化學產物紫杉二烯的紫衫醇生物合威通路中的兩個最先的步驟。該方法通過平衡數種細菌和植物的酶來利用大腸桿菌發酵。在另外一篇相關的文章中也討論了許多涉及紫衫醇設計過程中的因素以及開發產自植物的其他數種重要化學物質發酵過程可能性的因素。

5000萬年前的美麗葵花

阿根廷國家科學博物館的Viviana Barreda博士及其同事對一個保存良好的花朵化石(該化石是一種雛菊和葵花的遠古親緣植物)進行了描繪，該化石顯示了數個菊科植物的特點，其中包括被稱作葉狀苞的圍繞著花朵的葉狀結構，以及在花中間的一組被稱作“冠毛”的纖細的毛發樣突起。

該組植物可能起源于約5000萬年之前的南美洲，菊科植物還包括了菊花、萵苣和洋薊，其成員在除了南極之外的所有大陸都有發現。該科植物最早是在什么地方進化的以及它是如何擴散到其他地方的一直是一個懸而未決的問題，其部分原因是因為研究人員所發現的有關化石相對較少，該科植物大多數的已知化石都只是花粉顆粒。

這個精致的花朵化石是在沿著R I O Pichileufo(位于巴塔哥尼亞西北部的干燥多風的大草原上)的巖石中被發現的，其年代距今大約有4750萬年之久。文章的作者提出，菊科植物的祖先可能起源于岡瓦納超大陸南部，然后才散布到南美洲、非洲、印度、澳大利亞和亞洲。該文章發表于最近一期的《科學》(Sci—ence)雜志上。

隨心所欲流口水

有關小鼠的唾液腺如何發育的新發現可能會為頭頸部接觸放射線的癌癥病人的腺體再生帶來新方法。神經活動可以控制唾液腺功能，這一概念可回溯到巴甫洛夫的經典實驗——巴甫洛夫通過條件反射將狗的唾液分泌與鈴聲聯系在了一起。如今，在一個世紀之后。由細胞與發展生物學實驗室(Laboratory of Cell

andDevelopmental Biology)的SarahKnox博士及其同事所開展的研究證明，神經對唾液產生的影響要比人們預計的早得多，這種影響甚至在胚胎發育期就已經存在。

像其他的器官一樣，唾液腺發育是通過一種在上皮細胞與周邊細胞之間的信號傳遞來精細調節新生腺體萌芽的生長過程而進行的。腺體新萌芽出現的一天后，被稱作神經節的神經組織就會致密地圍繞著這些萌芽。研究人員報告稱，這些神經的信號傳導活動保護著一種上皮祖細胞種群，這些祖細胞可以產生出新的腺體細胞，而這種腺體細胞會在成人的腺體中得到維持，在發育的前列腺中也是以一種類似的系統運作的。

在另一篇相關信息的文章中，研究人員Jason Rock和BrigidHogan指出，對頭頸部腫瘤進行放射療法的一個副作用是對唾液腺將造成無法挽救的損害，從而引起患者的口腔干燥癥。這是一種對病人生活品質造成嚴重損害的情況，而目前這種疾病是無法治愈的。他們提出，研究人員可能會在將來某一天通過在局部施予可促進神經膠質細胞信號傳導(類似Knox及其同事所描述的)的藥物或通過促進激神經膠質細胞的生長來刺激唾液腺的再生。

預防心臟病的新方法

發表在《加拿大醫學會雜志》(CMAJ)上的一項研究發現，季節流感疫苗有可能減少19%的首次心臟病發作率，而且在秋季盡早注射疫苗能進一步增加這一效果。當冬季肺炎和流感流行的時候，心臟病發作便會顯著增加，這提示出呼吸道感染和心臟病之間可能存在著某種聯系。

由英國科學家進行的這項研究觀察了來自英格蘭和威爾士的379個家庭診所的78706位40歲或40歲以上的患者，在所有這些患者中，16012位曾經出現過心臟病發作，8472位患者曾經接受過疫苗接種。科學家們發現，在過去一年中接受過流感疫苗接種與心臟病發作率顯著減小有關聯，但肺炎球菌疫苗并沒有顯示出額外的效果。盡早接種流感疫苗(在9月—11月中旬之間)與心臟病發作率降低更多(21%)有關，相比之下，晚注射流感疫苗與12%的減少有關。

“我們的發現強化了當前的讓目標人群每年注射流感疫苗的建議。這有潛力加強預防那些沒有心血管疾病的人出現急性心肌梗死的效果，”英國林肯大學的Niroshan Siriwardena博士與共同合作者Stella Gwini和Carol Coup-land說道，“這種效果可能改善并不理想的接種率，特別是對于更年輕的患者。”

由于有心臟病發作風險因素的比那些沒有發作風險因素的人更可能接種，科學家們還調整了可能性的樣本偏差，他們得出結論說，如果其他研究也表明了同樣的效果，就有可能導致免疫接種的推薦指標和接種時間改變。

雜交挽救美洲豹

1995年，佛羅里達美洲豹(Florida panthers)種群已經縮減至20或25頭，它們不健康且近親繁殖，為此，自然資源保護者從德克薩斯州進口了8頭美洲豹，希望以此挽救生活在佛羅里達州的美洲豹種系。多年后這項恢復計劃結果揭曉。研究人員WarrenJohnson及其同事對在1978—2009年期間采集的591頭佛羅里達美洲豹的基因數據進行比較后表示，這些佛羅里達—德克薩斯雜交種的美洲豹在南佛羅里這州的數目正在增加，近親繁殖的情況也減少很多，基因更具多元性。

這一研究說明了維持世界各地的體型巨大捕食動物的種群數量所遇到的挑戰，同時也為保護佛羅里達美洲豹提供了希望，盡管這些美洲豹現在仍然面臨著棲居地正在喪失的境況。

佛羅里達美洲豹有時也被稱為pumas、cougars、或moun—tain lions，它們是在北美東部最后生存著的美洲豹亞種。研究人員說，那些20世紀90年代近親繁殖的佛羅里達美洲豹種群一直受到多種問題的困擾，其中包括心臟缺陷、精子品質低、睪酮水平低、生殖率低、屈曲的尾巴以及高寄生蟲負荷等。但是Johnson及其同事表示，現在經過將那些美洲豹基因與德克薩斯雌性美洲豹的基因混合后，佛羅里達的這些新的雜交美洲豹種群數已經增加了三倍，總體健康狀況及存活率也已經得到了極大的改善。他們的這一研究還可為世界其他地區的動物保護努力提供借鑒。

電腦的超級存儲時代

關于下一代超高密度磁光存儲器件的研究正在完成中，這種器件可以在一個5英寸的碟片上存儲超過6000太比特(6拍比特)的數據，這比美國國會圖書館全部內容的70倍還多，然而，這樣龐大的存儲量卻不得不受限于相對緩慢的數據寫入速度。

在《應用物理雜志》上，中國中山大學的研究者們展示了利用激光輔助的超快磁化翻轉動力學而實現的一種在鐵磁薄膜記錄數據的方法。

該技術采用了所謂的時間分辨極性克爾光譜，并結合了一個強度足以使釓鐵鈷(GdFeCo)薄膜的磁化狀態重新初始化的交變磁場。中山大學的賴天樹教授與其同事揭示出磁化反轉可以發生在亞納秒的時間尺度內，這意味著下一代光磁存儲器件不僅可以實現更高的記錄密度，也可實現高這1千兆赫的超快數據寫入速度，這樣的速度比目前的電腦硬盤至少快30倍。

激光輔助磁記錄是在亞皮秒時間尺度內和在飽和外部磁場下實現的，“我們發現磁化反轉率是正比于外部磁場的，”賴教授說，“并且當我們施加一個比記錄薄膜的矯頑場還小的磁場，純熱磁記錄就應該發生在幾十到幾百皮秒之內。”

微塵足以融雪

一項研究說，來自美國西南部人類活動的塵埃已經導致了上科羅拉多河流域(UCRB)的徑流在春季提前3個星期達到峰值。來自加州大學洛杉磯分校的地理學教授Tom Painter及其同事使用氣象學觀測數據和一個水文模型估計了從19世紀中期起在美國西部沙漠定居的非原住美國人產生塵埃和沒產生塵埃的情況下上科羅拉多河流域從1916年、2003年的春季徑流。

每年春天，來自落基山的積雪融水為科羅拉多河供水，但農業和采礦等活動擾亂了土壤，土壤被強風吹散，可能讓積雪變暗，導致積雪吸收的太陽輻射增加，融化得更加迅速。從而讓春季的融雪時期提前了。研究人員指出，由于塵埃量增加到了原來的5倍，在亞利桑那州的Lees Ferry(上科羅拉多河流域與下科羅拉多河流域的分界線)的徑流峰值平均提前了3周。而且，由于無雪地面的水蒸發更容易，提早的融雪季節可以讓植物把本該流入科羅拉多河的融水蒸發大約5%。因而他們提出，應該穩定土壤從而讓塵埃釋放區域的干擾減到最小。該研究刊登于近期的《美國科學院學報》(PNAS)上。

人眼偏愛暗色調

一項研究稱，人類每天遇到的自然圖像含有的暗色調比亮色調更多。人類對亮色背景的暗點做出反應的視網膜細胞(或稱為“關”細胞)比“開”細胞更小，但是聚集得更密集，這種聚集通過突觸(即一個神經元與另一個神經元之間相互接觸的部位)把更多的神經處理過程分配給了暗區。

CharlesRatliff及其同事提出了一種假說，即這種結構上的非對稱性進化是為了與自然圖像明暗對照的比例符合。這組科學家通過測量自然圖像的空間對比度，并把亮與暗的統計分布量化從而檢驗了這一假說。

科學家在所有的空間尺度上發現自然圖像含有的暗對比比亮對比相對更多，然后他們構造了符合自然圖像統計特征的人造圖像，并且計算了用于視覺處理的“關”和“開”細胞來鑲嵌最佳配置。他們得出結論稱。與在人類視網膜上的情況一樣，有更密集地聚集的“關”細胞的更小鑲嵌的信息輸出達到了峰值，這提示人類視覺進化成了能有效地描繪自然界的視覺信息。該研究刊登于近期的《美國科學院學報》(PNAS)上。

攻堅敗血癥

醫學圖像分析博士Rasmuslarsen及其同事在一項新的報告中稱，一種叫做血色素的含鐵化合物會加重血液中的細菌感染，它實際上會刺激炎癥，促使細胞死亡，加重器官損害并增加患者的死亡風險。研究人員發現，缺乏分解血紅蛋白酶的小鼠其循環血液中會比正常小鼠的血液中有更多的血色素，從而使它們更容易死于敗血癥。但是一種叫做血色素結合蛋白的清道夫蛋白可以清除游離的血色素并保護小鼠免受其有害的影響。這些發現可能給人們帶來監控敗血癥患者的新方法。

敗血癥是一種血流中出現巨量的細菌并使機體免疫系統受到嚴重削弱的感染，它會導致血壓的突然下降以及主要器官的衰竭，敗血癥患者紅血球的紅細胞通常會受到損傷，當紅血球裂解之后，血紅蛋白被釋放出來并會分解，從而將游離的血色素釋放到血流之中。檢測敗血癥患者體內的血色素和血色素結合蛋白可幫助醫生預測哪些病人在一開始的時候就需要接受更為積極的治療。另外，高危病患可能在被施予血色素結合蛋白或其他可消滅血色素的物質后而免于死亡。人們下一步需要做的是在人體內測試血色素結合蛋白是否會有同樣的保護性功效。

追蹤電子的腳步

一項發表在《化學物理學報》上的研究不僅實時描繪了電子運動而且觀察到了電子質子協同遷移，這種遷移與晶體模型硫酸銨中任何已知的相變都有顯著不同。通過把X射線粉末衍射延伸到飛秒領域，研究人員能夠描繪硫酸銨晶體內光激發后電荷的位置移動。

“我們進行的實驗產生了一個類似原子在行動的‘分子電影’，”德國馬克斯玻恩非線性光學和短時間光譜學研究所的Michael Woerner說道，“時空分辨率分別是在原子時間和大小的級別上。”

電子位置是通過觀察持續數十飛秒(千萬億分之一秒)的X射線脈沖衍射來測繪的，而質子和其他核子的位置則是從高電子密度區域的位置推導而出。在晶體中，被激發的電子從硫酸基團遷移到晶格中的一個狹窄通道，這個通道由于質子也從相鄰的氨基團進入其中而達到穩定。這種遷移機制以前沒有被觀察到或被建議過，研究者們原本預期會看到比此更小的位移。

據Woerner說，此項技術應能適用于從生物分子到高溫超導體等各類材料的結構研究。“我們預期該項技術將被應用到很多有意思的材料系統，”他說，“原則上，飛秒X射線粉末衍射可用于物質的任何結晶態。只有晶體的復雜性和重元素的存在，降低了X射線的穿透深度，才導致了一些限制。”