环球科学：宇宙30亿岁时，大量星系已经“死”了

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　　· 天文学 ·

　　宇宙30亿岁时，大量星系已经“死”了

　　此照片由哈勃空间望远镜和ALMA的数据合成，右上角的星系图像在被强引力透镜放大的同时，也受到了强力的扭曲。（图片来源：Joseph DePasquale/STScI）

　　根据现有理论，大爆炸后大约30亿年，宇宙正处于恒星形成的峰值时期，大质量星系不断用冷氢气制造大量恒星。但近日发表在《自然》杂志上的一篇论文表明，在宇宙30亿岁时，过半大质量星系已经停止了恒星形成活动，成为了“死亡”星系。

　　宇宙早期的星系距离我们十分遥远。而大质量前景星系团（foreground galaxy cluster）产生的强引力透镜，放大了这些早期星系的图像，让哈勃空间望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）可以观测到早期星系中的细节。这也是ALMA首次对临近宇宙外的宇宙（即10亿光年外的宇宙）进行观测。研究团队由此发现了6个早期大质量星系耗尽了其内部的冷氢气，不再产生恒星。这与传统的星系演化理论不符，天文学家正在寻找大量宇宙早期的大质量星系停止恒星形成的原因。

　　· 计算机 ·

　　光学“晶体管”或能让计算机速度提升1000倍

　　晶体管常在数字电路中用作电子开关。传统的晶体管基于电子，耗能高且需要冷却设备。在一篇新发表于《自然》的论文中，一个国际研究小组发明了基于光子的光学开关元件，实现了类似传统晶体管的功能。这种元件在具备高性能的同时非常节能，且不需要冷却，有望在新一代计算机中取代传统晶体管。

　　这种光学开关使用两束激光控制，其中一束激光较弱，用于控制另一束更强的激光，后者能在元件的微腔中产生特殊状态的准粒子，不同数量的准粒子分别对应“开”或“关”状态。在实验中，该光学元件在室温下，仅用一个光子就能进行开关状态切换，耗能仅为现代大多数电子晶体管的几十分之一。该光学“晶体管”每秒能完成1万亿次运算，比现今顶尖的晶体管快100~1000倍。除了作为开关，它还能作为连接组件，以光信号的形式在设备间传输数据，或是作为放大器，将入射激光束的强度提高23 000倍。不过研究人员表示，目前的研究只完成了原理上的验证，若要构建全光学元件的处理器仍有待更充分的后续研究。

　　· 动物学 ·

　　首次发现能长期进行无性繁殖的动物

　　甲螨Oppiella nova的体长只有约0.2mm 图片来源：M. Maraun and K.Wehne

　　过去，学界普遍认为动物几乎不能长期缺失有性繁殖行为，这是因为有性繁殖可以大大提高后代的遗传多样性，从而使其在演化中获得优势。然而，在近期一项发表于《美国科学院院刊》的研究中，研究者发现一种名为Oppiella nova的甲螨可能仅进行无性繁殖。

　　与有性繁殖不同，无性繁殖的过程中缺乏父母双方基因的重组。因此在长期无性繁殖的物种中，不同个体的基因组会发生相互独立的突变积累，这一特征被称为梅塞尔森效应（Meselson effect），是某一物种经历长期无性繁殖的有力证据。在本研究中，科学家首次在动物身上发现了这一效应，目前研究团队正在寻找这种甲螨能够长期维持无性繁殖的原因。

　　· 工程学 ·

　　有史以来最小的人造飞行器

　　微型飞行器和蚂蚁的大小对比 图片来源：Northwestern University

　　在今天发表于《自然》的一项研究中，美国西北大学的工程师给电子微芯片增加了一项新的功能：飞行。这种会飞的微芯片只有沙粒大小，是有史以来最小的人造飞行结构。它没有发动机，而是模仿植物的种子，借助风力传播。

　　研究人员受到三星果（Tristellateia）种子结构的启发，为微芯片添加了翅膀，制成一系列飞行器，并利用风洞实验，研究了改变设计参数如飞行器直径、结构和翼型，产生的空气动力学影响。最终制造出的飞行器，比相同结构的植物种子拥有更稳定的轨迹和更慢的落地速度。研究人员表示，这种会飞的微芯片可以以高空间密度分布在大面积区域收集数据，例如从飞机或建筑物上掉落并广泛分散，以跟踪不同高度的空气污染水平。

　　· 生物技术 ·

　　能迅速判断病毒是否有传染性的新型传感器

　　标准的病毒检测方法PCR技术能够检测出病毒的遗传物质，但不能分辨病毒是否具有传染性，因而不能有效地追踪和预防潜在的病毒感染暴发。近日在一项发表于《科学·进展》的研究中，研究者开发出了一种可用于检测病毒传染性的新型传感器。

　　这种新的传感器结合了特定的DNA片段和高敏感性的纳米孔传感技术。研究者发现，当其用于检测人类腺病毒和新冠病毒时，无须进行测试样本的前处理，就可以在30分钟内得到检测结果。这种传感器不仅可以辨认病毒的类型，还可以分辨病毒是否具有传染性。这有利于快速诊断出前期感染病例，以及评估现有的治疗手段是否能防止再次感染。通过改变针对不同病原体的DNA片段，该检测技术或可以用于其他类型病毒的检测。

　　· 细胞生物学 ·

　　细胞内的结构是如何产生的

　　细胞依靠其内部的蛋白质进行各项生命活动，这些蛋白质所处的位置对细胞功能的实现极其重要。一直以来，科学家十分好奇在复杂的细胞内，蛋白如何有序地形成液体结构，最终组装成蛋白质液滴来发挥作用。

　　在一项发表于《自然》的新研究中，普林斯顿大学的研究人员发现在细胞内，蛋白质的成核过程（即生成晶核的过程）类似于无机的气泡形成过程。由于细胞内环境处于高度动态和变化过程中，研究人员通过调整经典的成核理论中的2个重要参数，并结合先进的蛋白质工具对细胞内部的过程进行模拟，实现了对蛋白质成核位置的精准预测。该研究有望帮助科学家在分子水平上，实现对生物过程的量化和模拟。

　　· 新冠疫情 ·

　　截至北京时间9月23日10时，据约翰·霍普金斯大学最新统计，全球累计新冠确诊病例230 033 785例，死亡病例4 717 918例。

　　根据国家卫生健康委员会官方网站的消息，9月22日0—24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例43例。其中境外输入病例15例（云南5例，天津3例，上海2例，湖北2例，广东2例，辽宁1例）；本土病例28例（福建20例，其中厦门市17例、莆田市3例；黑龙江8例，均在哈尔滨市）。无新增死亡病例。新增疑似病例2例，均为境外输入病例（均在上海）。

　　31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者14例（均为境外输入）；当日无转为确诊病例；当日解除医学观察8例（境外输入7例）；尚在医学观察的无症状感染者348例（境外输入340例）。

　　截至2021年9月21日，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团累计报告接种新冠病毒疫苗218260.4万剂次。

　　文：王昱、张二七、王怡博、张楚、谢汝雨