新華社二月國(guó)外科技新動(dòng)態(tài)匯總（六）

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2018-2-17 青野云麓

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便攜式原子鐘首次用于實(shí)地測(cè)量

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一項(xiàng)新研究報(bào)告稱(chēng)，一臺(tái)便攜式原子鐘首次被用于進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。這臺(tái)便攜式光學(xué)原子鐘被用來(lái)測(cè)量阿爾卑斯山脈某座山上一個(gè)特定實(shí)驗(yàn)室的高度。該研究是對(duì)原子鐘在引力測(cè)量方面的未來(lái)應(yīng)用原理的證明展示。相關(guān)成果2月13日在線發(fā)表于《自然—物理》。

原子鐘能夠超精確測(cè)量時(shí)間，精度可達(dá)10-17分之一。正因?yàn)槿绱?，原子鐘可以探測(cè)時(shí)間流動(dòng)中的極小變化。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，由于引力場(chǎng)強(qiáng)度的不同，在地球不同高度時(shí)間流速不同。這意味著一臺(tái)極精確的原子鐘可以被用作引力傳感器。原子鐘的高精確度需要有精心控制的環(huán)境條件作保障，而這樣的條件很難存在于度量衡學(xué)實(shí)驗(yàn)室之外。

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　德國(guó)布倫瑞克聯(lián)邦物理技術(shù)研究院的Christian Lisdat和同事將一臺(tái)便攜式原子鐘裝入一輛2.2×3×2.2米的拖車(chē)，開(kāi)入阿爾卑斯山脈弗雷瑞斯隧道的法國(guó)段，然后再將它開(kāi)到意大利段的某處——距離法國(guó)測(cè)量地約100千米且海拔低了1000米，最后比較在兩地得到的原子鐘測(cè)數(shù)。實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量環(huán)境與理想的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境相距甚遠(yuǎn)。作者用原子鐘估計(jì)山上實(shí)驗(yàn)室的高度并表明其估測(cè)結(jié)果與兩組獨(dú)立的通過(guò)最先進(jìn)的大地測(cè)量學(xué)手段(即結(jié)合光學(xué)水準(zhǔn)儀衛(wèi)星的定位系統(tǒng)與引力場(chǎng)模型)得到的測(cè)數(shù)相符。

研究人員提出，雖然這次測(cè)量的精度仍遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)測(cè)地學(xué)可取得的最佳結(jié)果，但是此次測(cè)量實(shí)驗(yàn)克服了諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，是原子鐘在地理物理學(xué)中實(shí)際應(yīng)用的一大進(jìn)步。

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發(fā)現(xiàn)新抗生素！能殺死多重耐藥菌

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據(jù)英國(guó)《自然·微生物學(xué)》雜志11日在線發(fā)表的一篇報(bào)告稱(chēng)，美國(guó)科學(xué)家通過(guò)提取土壤細(xì)菌DNA并測(cè)序，從中發(fā)現(xiàn)一類(lèi)新抗生素。新抗生素被命名為Malacidins，能夠殺死許多多重耐藥并引發(fā)疾病的細(xì)菌，甚至包括引起大鼠皮膚感染的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)。

抗生素本質(zhì)上是微生物(包括細(xì)菌、真菌、放線菌屬)或高等動(dòng)植物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生的一類(lèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有抗病原體或其他活性的作用，會(huì)干擾其他細(xì)胞的發(fā)育功能。目前科學(xué)界認(rèn)為，遏制耐藥性感染增多趨勢(shì)需要新的抗生素。但過(guò)去30年里，僅有非常少量的新抗生素被開(kāi)發(fā)出來(lái)，人們亟待新的抗生素來(lái)對(duì)抗多藥耐藥型病原體。

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鑒于大多數(shù)最終獲得許可的抗生素最初從微生物中提取，因此科學(xué)家現(xiàn)階段的重點(diǎn)就是從不同的環(huán)境樣本中尋找新藥。此次，美國(guó)洛克菲勒大學(xué)研究人員肖恩·布拉迪及其同事，對(duì)來(lái)自美國(guó)各地的一千多份土壤樣本中提取的細(xì)菌DNA進(jìn)行測(cè)序，終于發(fā)現(xiàn)一組產(chǎn)生新抗生素Malacidins的基因。Malacidins對(duì)抗細(xì)菌的方式和其他藥物不同，它攻擊細(xì)菌細(xì)胞壁的關(guān)鍵部位。在實(shí)驗(yàn)室中，微生物對(duì)這種機(jī)制并未產(chǎn)生抗性。

在本次研究中，團(tuán)隊(duì)還采用了一種高通量、基于測(cè)序的篩選方法，省去了培養(yǎng)微生物的步驟。而此前大多數(shù)細(xì)菌種類(lèi)無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室培植，因而新方法能用來(lái)從多樣的環(huán)境樣本中快速找出候選藥。

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特定紫外線可消滅流感病毒且對(duì)人體無(wú)害

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　? 由空氣傳播的流感等傳染病是全球公共健康面臨的重大挑戰(zhàn)之一。美國(guó)研究人員在新一期《科學(xué)報(bào)告》雜志上報(bào)告說(shuō)，一種特定類(lèi)型的紫外線可以有效消滅空氣中的病原體且對(duì)人體無(wú)害，有望在流感季控制流感病毒傳播。

　　此前醫(yī)學(xué)界已經(jīng)了解，波長(zhǎng)在200納米到400納米間的紫外線可有效消滅空氣中的病菌及病毒，但過(guò)量紫外線照射可能導(dǎo)致人體健康問(wèn)題，甚至引發(fā)皮膚癌。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員把一種普通流感病毒——H1N1病毒霧化釋放到一個(gè)測(cè)試室中，并暴露在非常低量、波長(zhǎng)為222納米的遠(yuǎn)紫外線C光下。對(duì)照組則沒(méi)有遠(yuǎn)紫外線C光。

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　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)紫外線C光可以有效地消滅流感病毒，而且效率與傳統(tǒng)紫外線消毒燈相同。

　　此外，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心2013年參與的一項(xiàng)小鼠研究發(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)在207納米到222納米間的遠(yuǎn)紫外線C光可以有效抑制細(xì)菌，但不會(huì)對(duì)小鼠的皮膚造成明顯危害。

研究人員解釋說(shuō)，遠(yuǎn)紫外線C光無(wú)法穿透皮膚表面的角質(zhì)層抵達(dá)活細(xì)胞，所以不會(huì)對(duì)皮膚細(xì)胞造成損害，而細(xì)菌通常幾微米大小，病毒更小，所以遠(yuǎn)紫外線光可以有效地穿透并消滅它們。

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北極永久凍土內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量天然汞

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據(jù)美國(guó)《國(guó)家地理》雜志在線版近日消息稱(chēng)，科學(xué)家在北半球永久凍土內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的天然汞，分析顯示其數(shù)量是過(guò)去30年人類(lèi)排放出的汞的10倍。而這一層凍土有消融的危險(xiǎn)，可能會(huì)對(duì)全球人類(lèi)健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。相關(guān)報(bào)告發(fā)表在最新一期的《地球物理研究快報(bào)》雜志上。

　　汞俗稱(chēng)水銀，是自然界存在的元素，會(huì)與植物結(jié)合。通常植物腐爛分解時(shí)，會(huì)把汞釋放到大氣中，但北極地區(qū)植物不會(huì)完全分解，因此造成汞留在植物中。

科學(xué)家日前對(duì)阿拉斯加北部13個(gè)地點(diǎn)的永久凍土進(jìn)行了深入鉆探，結(jié)果在其中發(fā)現(xiàn)了大量的汞。目前發(fā)現(xiàn)的汞數(shù)量約為7.93億千克。基于2016年的數(shù)據(jù)，這幾乎是過(guò)去30年來(lái)人類(lèi)排放出的汞數(shù)量的10倍。而據(jù)研究人員估計(jì)，北部?jī)鐾羶?nèi)的汞儲(chǔ)量總和為16.560億千克，這使其成為已知的地球上最大“汞庫(kù)”。

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該研究的主導(dǎo)者、美國(guó)地質(zhì)勘探局的水文學(xué)家保羅·舒斯特表示，此前科學(xué)家已經(jīng)了解全球汞循環(huán)會(huì)給北極帶去汞，但卻沒(méi)想到數(shù)量如此之高，這一發(fā)現(xiàn)極大地改變了科學(xué)家對(duì)全球汞循環(huán)的認(rèn)識(shí)。

更嚴(yán)重的是，這層凍土有因氣溫升高和氣候變化而解凍的危險(xiǎn)。汞釋放起初會(huì)對(duì)北極野生動(dòng)物構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，但最終將分散到整個(gè)地球。目前，該“汞庫(kù)”對(duì)人類(lèi)和食物鏈的影響仍是未知數(shù)——尚不清楚有多少會(huì)隨著地球變暖進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。在某些形式下，汞是一種強(qiáng)大的神經(jīng)毒素，會(huì)侵害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引發(fā)行動(dòng)障礙、出生缺陷等問(wèn)題，當(dāng)汞在食物鏈中傳播下去，處在食物鏈頂端的人類(lèi)因此也會(huì)遭受影響。而這些都是團(tuán)隊(duì)目前要量化和估算的重點(diǎn)。

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NASA在實(shí)驗(yàn)室模擬土衛(wèi)六海洋環(huán)境

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據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)(WSU)的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了一個(gè)與土衛(wèi)六“泰坦”(Titan)的海洋極為類(lèi)似的環(huán)境，希望借此厘清美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)正在研制的外太空潛艇在其中的工作原理。NASA計(jì)劃未來(lái)20年內(nèi)將一艘真正的潛艇發(fā)射到泰坦的海洋內(nèi)。

泰坦是土星的最大衛(wèi)星，也是太陽(yáng)系第二大衛(wèi)星。它與地球相似的一個(gè)重要地方在于——它擁有液體。泰坦的表面擁有海洋、河流和云，就像地球一樣，其上也下雨，只不過(guò)“水文”循環(huán)以甲烷為基礎(chǔ)而非水。因此，很多天文學(xué)家希望派潛艇深入泰坦一探究竟。但泰坦海洋的溫度極低，且海洋由甲烷和乙烷組成，建造潛艇變得非常棘手。

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此外，這艘潛艇需要研究大氣和海洋環(huán)境，在海床周?chē)苿?dòng)，并在地表或以下盤(pán)旋。而且與地球海洋中的水幾乎勻質(zhì)不同，泰坦海洋中乙烷和甲烷的濃度會(huì)顯著變化，從而改變液體的密度特性。因此，潛艇將不得不自動(dòng)運(yùn)行，從而進(jìn)一步加大了研制難度。

　　在最新研究中，WSU的科學(xué)家建立了一個(gè)測(cè)試室，將液體混合物置于低溫下來(lái)模擬泰坦的海洋。他們?cè)黾恿艘粋€(gè)兩英寸的筒式加熱器，它產(chǎn)生的熱量與潛艇產(chǎn)生的相當(dāng)。

研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)之一是理解泰坦海洋中的氣泡，因?yàn)閷撏Ъ尤敕浅＠涞奶┨挂后w中，會(huì)形成氮?dú)馀?。氣泡太多?huì)使操縱船舶、查看采集數(shù)據(jù)和管理壓載系統(tǒng)變得困難。

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　另一個(gè)大問(wèn)題是獲得視頻。他們利用內(nèi)窺鏡和能耐受低溫以及高壓的攝像機(jī)解決了這一問(wèn)題，從而可視化測(cè)試室內(nèi)正在發(fā)生的事情。他們成功拍攝了乙烷—甲烷雨雪的錄像，還研究了甲烷和乙烷湖的凍結(jié)溫度，并確定，由于液體中含有少量氮，湖泊結(jié)冰的溫度約為零下198℃，低于預(yù)期的零下183℃。

　　目前，研究人員還在與NASA繼續(xù)合作更新泰坦?jié)撏У脑O(shè)計(jì)。

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