环球科学：打破学界百年认知！基因突变可以是非随机的

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　　· 遗传学 ·

　　基因突变可以是非随机的

　　拟南芥（图片来源：Pádraic Flood）

　　自20世纪以来，学界一直认为基因突变是随机发生的，在自然选择的作用下种群内才出现了基因频率的差异。然而，近日一项发表在《自然》上的对拟南芥（Arabidopsis thaliana）的研究，向这一观点提出了挑战。

　　科学家在3年的时间里对上百个拟南芥品系进行了基因测序，发现了超100万个突变。他们发现，基因组中有部分关键区域的突变率很低，这些区域里包含许多影响细胞生长和基因表达等关键生物学过程的基因。这些区域的基因内部突变率降低了一半，而一些关键基因突变率降低了三分之二。进一步分析发现，基因突变率的分布模式与基因组上的表观遗传变化相关。研究人员认为，对生命活动起到关键作用的基因对潜在的有害突变很敏感，而拟南芥似乎演化出了一套保护机制，能十分有效地修复这些区域内的DNA损伤，从而降低这些基因的突变率，这种突变率上的偏差可能是演化的重要驱动力。这项研究或将改变人们对基因突变和演化的认知。

　　· 天文学 ·

　　发现一颗候选的系外卫星，半径可能为地球2.6倍

　　发现更多的系外卫星候选天体，意味着系外卫星可能和系外行星一样普遍存在。（图片来源：Helena Valenzuela Widerstr?m）

　　系外卫星是指围绕太阳系外行星运行的天体，对理解系外行星系统的形成与演化非常重要。科学家曾发现一些可能是系外卫星的天体，但还尚未确认任何系外卫星的存在。近日，一项发表在《自然·天文学》的研究发现了一个新的候选系外卫星。

　　研究人员利用开普勒空间望远镜的观测数据，分析了70颗太阳系外的气态巨行星，以寻找系外卫星存在的痕迹。这些行星的温度较低（低于27℃），公转轨道半径大于地日距离，公转周期长于一年。经过严格筛选，研究人员只在其中一颗行星Kepler-1708b周围发现了一个疑似卫星存在的信号。他们将这颗可能存在的卫星称为Kepler-1708b-i，其半径估计约为地球的2.6倍。但是，这个信号有1%的可能性是假阳性信号，仍需进一步证据确认该信号确实来自系外卫星。研究人员指出，若这类大型卫星确实存在，它们将对当前卫星形成理论形成挑战。

　　· 材料科学 ·

　　新型碳基超导体材料

　　图示为分别只含有电子和空穴的石墨烯薄层，通过调节绝缘层厚度可改变层间距，从而调整电子和空穴的配对强度。（图片来源：Cory R. Dean, Columbia University）

　　导体依靠电子移动来导电，但电子的移动不可避免会受到阻碍，表现为电阻，导致能量以热量的形式的损失。不过有一个例外是零电阻的超导体。一对粒子会在极低温的条件下形成量子态凝聚物，从而产生超导性，如超导体铝和超流体氦。但目前已知的超导材料都必须维持在极低温度下，这是很难实现的，而且超导体中配对的粒子都带负电而发生相互排斥。近日，在一项发表于《科学》的研究中，研究人员在强磁场下，将带负电的电子和带正电的空穴形成了量子态的粒子对，从而得到了超导态的石墨烯基材料。

　　在零下267摄氏度左右的环境温度中，研究人员在10特斯拉的磁场下分别得到了富含电子和空穴的石墨烯薄层。为了增加电子和空穴的距离，他们还在2个石墨烯薄层间加入多层绝缘的氮化硼。通过改变绝缘层的厚度，他们可以直接控制粒子间的相互作用力。该研究采用新型粒子配对模式，突破了电子互斥对凝聚态的阻碍。他们计划未来进一步提高超导体的温度上限。

　　· 天文学 ·

　　迄今最大的宇宙三维天图出炉

　　左图为斯隆数字巡天（SDSS）展示的三维宇宙切片，右图为DESI在头几个月时间观测的三维宇宙切片。图中的每个点代表一个星系，地球位于中心位置，最远的星系距离地球大约100亿光年。（国家天文台供图，图片来源为DESI国际合作项目）

　　去年1月，中国科学院国家天文台北京-亚利桑那巡天（BASS）团队联合暗能量光谱巡天（DESI）国际合作团队发布了巨幅宇宙二维天图，覆盖两万平方度的天空，约为全天球面积的一半，其中10万亿数码像素包含了20亿天体，BASS团队贡献占到其中三分之一。自二维天图发布后，经过7个月的运行，科研人员按照科学目标，从20亿天体挑选出一部分，观测获得了超过750万星系的光谱，通过光谱计算的“红移”把二维天图的一部分成功升级为三维天图。仅在2021年11月，DESI观测了250万个星系，可见其观测效率极高。

　　北京时间1月14日零点，BASS团队联合DESI团队发布了有史以来最大、最详尽的宇宙三维天图，打破了以往星系巡天的纪录。按计划，2026年DESI将获得超过3500万星系的光谱，使得我们能够更好地理解宇宙膨胀和星系的形成及演化。据了解，DESI已获取了大量天体的光谱数据，等待天文学家的进一步分析。（中国科学报）

　　· 物理学 ·

　　多元宇宙可以解释希格斯粒子质量过小问题

　　粒子物理的标准模型非常成功，它精准预言了宇宙中大部分基本相互作用力和基本粒子。但这一模型也存在一些漏洞。比如它不包含暗物质粒子，无法解释宇宙加速膨胀，并且无法解释为何理论预测的希格斯玻色子的质量是实验测量的3倍。两位科学家援引多重宇宙理论，提出了一种新的模型，在解释希格斯玻色子质量问题之外，它还能解释物质和反物质的强相互作用为何如此相似。他们的模型近日发表在《物理评论快报》上。

　　科学家假设从一开始就诞生了多个宇宙，并假设每个宇宙中包含的希格斯玻色子都拥有不同的质量，其中一些包含较重的希格斯玻色子，另一些包含着较轻的。他们发现希格斯玻色子较重的宇宙区域非常不稳定，只需要10-5秒左右的时间就会塌缩，也就是大挤压。而在我们的宇宙中希格斯玻色子质量较轻，也是唯一存活下来的宇宙。同时，他们发现，物质与反物质在强相互作用力上的对称性是阻止当前宇宙发生大挤压的关键所在，而这又是一个标准模型的漏洞。研究团队表示，他们的模型在未来的暗物质和重子物质实验中，是可以被检验的。

　　· 动物学 ·

　　科学家发现迄今已知世界上最大的鱼窝

　　昨日，在一项发表于《当代生物学》的研究中，研究人员表示他们在南极洲的威德尔海发现了迄今已知世界上最大的鱼窝。2021年2月，这支研究团队开始发现这片区域中有许多鱼窝。他们在船上放置了一个摄像系统，用于实时拍摄船下420~535米处的海底世界，尤其能勘测极端环境下的海域。他们用光纤和电缆，以每小时1852米的速度拖着相机在海水中“游走”，并使其位于海底上约1.5米处。

　　根据这种方法，最终他们发现在这片海域中，平均每3平方米就有1个鱼窝，甚至有时候每平方米就能找到1~2个鱼窝。最后经过统计发现，这片海域里一共有240平方千米的鱼窝，几乎相当于一个欧洲马耳他岛的占地面积。而且，据估计，如此大面积的鱼窝中生活着近6000万条冰鱼。研究人员认为南极洲威德尔海如此大的鱼窝，是这里非常重要的生态系统。

　　· 新冠疫情 ·

　　截至北京时间1月14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319 871 018例，死亡病例5 520 191例。

　　根据国家卫生健康委员会官方网站的消息，1月13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201例。其中境外输入病例58例（上海30例，广东9例，广西4例，天津3例，辽宁3例，浙江3例，福建3例，四川2例，北京1例），含8例由无症状感染者转为确诊病例（浙江3例，天津1例，辽宁1例，广东1例，广西1例，四川1例）；本土病例143例（河南98例，其中安阳市69例、许昌市25例、郑州市4例；天津34例，其中津南区28例、西青区3例、河西区2例、红桥区1例；陕西8例，均在西安市；上海2例，其中普陀区1例、宝山区1例；广东1例，在中山市），含1例由无症状感染者转为确诊病例（在天津）。无新增死亡病例。新增疑似病例9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42例，其中境外输入38例，本土4例（上海3例，其中普陀区2例、静安区1例；天津1例，在西青区）；当日转为确诊病例9例（境外输入8例）；当日解除医学观察11例（均为境外输入）；尚在医学观察的无症状感染者748例（境外输入693例）。

　　截至2022年1月12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291824.9万剂次。

　　文：马一瑗、十米、韩佳桐、王昱、王怡博