創(chuàng)新科技

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英科學(xué)家測算出中微子質(zhì)量上限

科技日報6月23日消息，英國倫敦大學(xué)學(xué)院宇宙學(xué)家通過對宇宙星系3D圖像的觀察分析，測定出中微子的質(zhì)量不超過0.28電子伏特。報道稱，這是截至目前最精確的中微子質(zhì)量測量值。該方法的運用使人類向最終準(zhǔn)確測定中微子質(zhì)量又邁進(jìn)了一步。相關(guān)研究論文將發(fā)表在即將出版的《物理評論快報》上。

中微子，又被稱為原子中的“鬼粒子”、宇宙間的“隱身人”。它們極小極輕，很難捕捉，雖然已證明其具有質(zhì)量，但要對其質(zhì)量進(jìn)行測定卻十分困難。

報道稱，倫敦大學(xué)學(xué)院的宇宙學(xué)家采用了新的方法，即通過對宇宙星系的顏色測量估算出星系間的距離，然后結(jié)合巨型3D星系地圖和大爆炸后的溫度波動信息（即宇宙微波背景輻射），計算出中微子質(zhì)量的一個最小上限：不超過0.28電子伏特，該數(shù)值還不到一個氫原子質(zhì)量的十億分之一。

該研究基于以下原理：宇宙中的物質(zhì)會自然而然地形成“團(tuán)”和星系群，而大量的中微子會對這些宇宙物質(zhì)產(chǎn)生巨大的累積影響。通過對宇宙中星系分布情況的分析（比如星系趨于平滑的程度），科學(xué)家就能計算出中微子質(zhì)量的上限。

該論文的作者、英國倫敦大學(xué)學(xué)院的肖恩·托馬斯博士指出，雖然中微子不足宇宙中物質(zhì)的1%，但它們卻是宇宙模型的重要組成部分，其對宇宙的影響是令人驚異的。英國倫敦大學(xué)學(xué)院天體物理學(xué)學(xué)會負(fù)責(zé)人奧佛爾·拉烏教授則指出，在關(guān)于神秘的暗物質(zhì)的所有假想中，中微子是迄今為止唯一能夠證明暗物質(zhì)實際存在的例子，而通過對星系大尺度分布狀況的分析來測量中微子的質(zhì)量，則是一個非凡的成就。

托馬斯博士表示，通過更大規(guī)模的宇宙調(diào)查分析，比如正在進(jìn)行的國際暗能量調(diào)查行動，將會得到關(guān)于中微子質(zhì)量的更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其上限值也許僅有0.1電子伏特。

“芯片肺” 或可終結(jié)動物實驗

據(jù)6月25日出版的《科學(xué)》雜志報道，美國科學(xué)家們制造出了一塊如橡皮擦大小的“芯片肺”，它可模仿那些穿過整個肺臟的上皮細(xì)胞和血管之間邊界的許多特征，這一系統(tǒng)或可幫助研究人員非常精準(zhǔn)地了解肺臟器官的運作方式，而這些信息是很難從細(xì)胞培養(yǎng)或動物研究中獲取的。研究人員表示，“芯片肺”可望用于檢驗新藥效果以及人體肺部毒素影響，并終結(jié)這些測試所需的動物實驗。

哈佛大學(xué)維斯生物工程研究院的研究人員利用血管細(xì)胞制成的“芯片肺”由肺細(xì)胞、滲透膜以及毛細(xì)血管組成，類似于網(wǎng)孔的滲透膜上排列著人體細(xì)胞（一邊是肺部細(xì)胞，另一邊是血液細(xì)胞），滲透膜組成的微通道約400微米長，70微米寬（人的頭發(fā)絲直徑約為100微米），可允許空氣或液體圍繞著膜流動。當(dāng)該芯片同一個機(jī)械泵和調(diào)節(jié)閥連接時，它可以模擬人體肺部的呼吸活動。

研究人員已經(jīng)證明，這種“芯片肺”能夠精確地模擬大鼠肺臟的很多功能，包括肺部吸入納米粒子后作出的反應(yīng)等。

目前的藥物測試技術(shù)主要有兩種：一是使用過于簡單化的細(xì)胞培養(yǎng)模式，這種方法是在一個固態(tài)的塑料器皿中培養(yǎng)細(xì)胞，接著讓其接觸不同的藥物，并測試其反應(yīng)；二是使用動物實驗，科學(xué)家使用老鼠來測試藥物的有效性和安全性，但這種方法耗時耗力。

研究人員表示，為了模仿人體肺部細(xì)小而精確的通道，他們利用電路制造工藝創(chuàng)建出了一個計算機(jī)微芯片，這種微觀結(jié)構(gòu)使研究人員得以更好地操縱活體生物比如細(xì)胞等。該研究成果對于在實驗室中重建人體細(xì)胞具有非常重要的示范意義，亦可通過減少對現(xiàn)有模型（對單一物質(zhì)進(jìn)行測試的費用就超過200萬美元）的依賴而加速新藥開發(fā)的進(jìn)程。

哈佛研究人員目前正在研發(fā)其他的“器官芯片”，諸如腸、心臟和腎等，他們希望最終能夠?qū)⒉煌钠鞴偌稍谛酒希栽谒幬餃y試和毒理測試中徹底摒棄動物實驗。

不過，研究人員指出，要做到這一點還面臨著很多的困難。比如，如何使芯片的使用更為方便，如何將泵和調(diào)節(jié)器整合入芯片中等，還都是亟待解決的問題。

硫化物環(huán)境延緩了生命進(jìn)化歷程

科技日報6月27日報道，硫化氫發(fā)出的“臭雞蛋味”在大多數(shù)情況下都會令人感到不快，但科學(xué)家們在《自然·地球科學(xué)》上發(fā)表文章指出，或許正是這種可怕氣味的相同化學(xué)反應(yīng)延緩了生命的進(jìn)化歷程。

早期生命首次出現(xiàn)在近40億年前的海洋中，但其在將近30億年時間內(nèi)的發(fā)展一直沒有超出原始單細(xì)胞階段。更為復(fù)雜的多細(xì)胞生命是在10億年前才開始進(jìn)化的。大約5億年前的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”時期，才開始有了大多數(shù)現(xiàn)存動物群體的首次出現(xiàn)。之后不久，恐龍和哺乳動物才開始出現(xiàn)在地球上。

受硫化氫污染的海洋或可解釋為什么生命花了這么長時間才開始在地球上發(fā)展。大約20億年前，海洋深層充斥著高水平的臭雞蛋味化學(xué)物質(zhì)，幾乎沒有氧氣。這些惡臭的毒物在生物進(jìn)化道路上設(shè)置了一道巨大的障礙。

負(fù)責(zé)該項研究的英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)西蒙·伯爾頓博士表示，傳統(tǒng)上人們一直假定，大氣中氧氣的首次出現(xiàn)，最終導(dǎo)致了大約18億年前深海的氧化作用。但這個假設(shè)近年來受到了質(zhì)疑，新研究證明，在遠(yuǎn)離陸地100公里外的區(qū)域，海洋仍然是無氧的，而有毒的硫化氫含量卻很豐富。

伯爾頓說，深海無氧環(huán)境限制了需要氧氣才能生存的高級生命形式的進(jìn)化。大約5.8億年前，大氣中的氧含量發(fā)生了第二次主要增長，導(dǎo)致了深海的氧化。深海氧化產(chǎn)生的重大影響，或可解釋動物為什么在地質(zhì)記錄相對較晚的時期才突然出現(xiàn)。

氧氣首次開始充斥地球大氣層的時間在24億年前至18億年前。大氣中氧氣含量從幾乎為零增長到了目前的大約5%，但科學(xué)家們并不清楚海洋中的氧到底發(fā)生了什么。

伯爾頓博士表示，此項研究首次對海洋化學(xué)物質(zhì)隨海水深度發(fā)生的變化作出了詳細(xì)評估。地球科學(xué)家在嘗試描繪生命與環(huán)境共同進(jìn)化的藍(lán)圖時，有必要考慮到此一海洋結(jié)構(gòu)造成的影響。