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通过“宇宙计时器”寻找低频引力波

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通过“宇宙计时器”寻找低频引力波插图

图中绿色网格表示引力波产生的时空涟漪,这些涟漪会影响来自脉冲星的无线电信号到达地球的时间。图源:NASA

  LIGO探测到的引力波,频率在几十赫兹到几百赫兹,属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号,频率为纳赫兹,波长跨越几个光年的尺度,属于低频引力波。

  2021年1月11日,据国外媒体报道,北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)宣称,其发现了一个可能来源于低频引力波的信号特征,如果被证实,这将是引力波天文学的又一大里程碑。

  NANOGrav发现的信号来自遥远的脉冲星。这些脉冲星是快速旋转的致密天体,它的两极发出的光束犹如宇宙中的灯塔一般掠过地球。研究人员利用射电望远镜收集了可能由引力波产生的信号数据,相关研究结果发表于《天体物理学快报》。

  “这个消息非常令人兴奋,但研究结果有待进一步验证。”中国科学院国家天文台研究员张承民在接受科技日报记者采访时表示。

  找到脉冲星信号时间差

  “数据中出现的信号令人难以置信却又兴奋。”上述研究首席研究员约瑟夫·西蒙说。

  2015年以来,科学家已利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和欧洲室女座引力波天文台(Virgo)多次探测到引力波信号。疑似低频引力波信号的现身,为何依然令人如此激动?

  “LIGO探测到的引力波,频率在几十赫兹到几百赫兹,属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号,频率为纳赫兹,波长跨越几个光年的尺度,属于低频引力波。”张承民表示,从频率来看,两者相差十多个量级。

  张承民介绍,探测纳赫兹引力波信号对于研究早期宇宙历史、验证大爆炸理论、获得超大质量黑洞碰撞并合信息、研究星系合并以及进一步研究宇宙各种引力波类型的性质等具有重要意义。

  引力波被称为时空的涟漪。天文学家不能通过望远镜直接“看”到它,但可以通过测量其穿过时空时造成的影响——物体精确位置的微小变化,来寻找它。

  NANOGrav选择的研究对象是脉冲星信号。脉冲星是一种我们能探测到的、可靠的宇宙计时器。这些小而稠密的致密天体快速旋转,以精确的时间间隔发出射电波脉冲。

  而引力波则会对这种规律性造成干扰,因为引力波产生的时空涟漪会使时空产生微小的拉伸和收缩。这些时空涟漪会导致脉冲星信号到达地球的实际时间与预期时间之间出现极小的偏差。

  NANOGrav就是通过研究散布在银河系中许多毫秒脉冲星发出的规律信号的时间特征,即所谓的脉冲星计时阵列,来探测由于引力波拉伸和收缩时空而引起的时间微小变化,进而获得引力波存在的线索。

  被选中的星可谓百里挑一

  据介绍,NANOGrav通过研究47颗旋转最稳定的毫秒脉冲星创建了脉冲星计时阵列。

  为何是这47颗脉冲星?因为,并非所有的脉冲星都能用来探测这种低频引力波信号,只有旋转最稳定、被研究时间较长的脉冲星才能实现探测需求。这些脉冲星每秒旋转数百次,具有难以置信的稳定性,如此才能保证探测引力波所需的精度。

  “目前,天文学家已发现3000多颗射电脉冲星。普通脉冲星的稳定性不够,但毫秒脉冲星的稳定性非常高,高到几亿年甚至几十亿年才会慢一秒,所以可以利用毫秒脉冲星进行高精度测量。”张承民解释道,目前发现的毫秒脉冲星数量在400颗左右,天文学家会进一步从中挑出非常稳定的脉冲星作为观测对象,这47颗毫秒脉冲星便来源于此。

  NANOGrav表示,在其所研究的47颗脉冲星中,有45颗拥有至少3年的数据集用于分析。在此次研究中,研究人员在这些数据集中发现了一种低频噪声特征,这种特征在多个脉冲星上都是相同的。他们所发现的时间变化如此之小,以至于在研究任何单个脉冲星时,证据都不明显。但作为整体时,这些不明显的证据便意味着一个重要的信号特征。

  “脉冲星的运动互相之间本来并没有相关性,但引力波穿过银河系会使它们的运动出现一种相关性或规律性。这项研究是希望把各种噪声排除,把这种规律运动的信息寻找出来,从而找出低频引力波信号。”张承民说。

  得到确切结论还需几年

  NANOGrav声称,新发现的信号特征已排除一些引力波以外的来源,比如来自太阳系物质的干扰或者数据收集中的某些错误等。

  为了验证这一疑似低频引力波信号,研究人员必须在不同脉冲星数据之间找到一种独一无二的相关性——两颗脉冲星数据的关联程度和它们相对地球的天空方位有关。但由于信号太弱,目前还没有发现这种相关性的显著证据,增强信号则需要NANOGrav扩展它的数据集,以包括数量更多、研究时间更长的脉冲星,这就需要增加望远镜阵列的灵敏度。此外,通过将NANOGrav的数据与其他脉冲星计时阵列实验的数据汇集在一起,开展国际脉冲星计时阵列(IPTA)合作计划可能会有助于揭示这种特殊的相关性。

  目前,NANOGrav正在开发新的技术,以确保检测到的信号并非来自其他来源。他们正在建立一种计算机模型,帮助检测信号是否是由引力波以外的效应引起,以避免错误判断。

  “用脉冲星计时阵列探测引力波需要耐心。我们正在分析十几年的数据,但得到确切的结论可能还需要几年的时间。”NANOGrav现任主席斯科特·兰森说。

  需要更多大型望远镜的加入

  这个信号是否真的来源于低频引力波?张承民认为:“目前的研究结果还处于初步阶段,暂时不能盖棺定论。”

  “这项研究实际上是分析了40多颗毫秒脉冲星的观测数据,是数据处理的结果。计时数据处理方法、毫秒脉冲星的选择对研究结果会产生巨大的影响。要证实确实是低频引力波信号,还需要进一步验证。”张承民说。

  他告诉记者,低频引力波的探测需要高精度测量,而且需要长时间的数据积累和数据分析。加入观测的大型望远镜数量越多,望远镜灵敏度越高,数据的质量就越高,可靠的数据积累就越多,进而误差就越小,数据的可靠性也就越高。

  张承民介绍,除了北美,目前澳大利亚、欧洲都有望远镜对毫秒脉冲星进行监测。通过全球其他射电望远镜的加入,为研究团队提供更多优质数据,未来是有可能对这项发现进行进一步验证的。

  不过也有个不好的消息,在整个研究过程中,NANOGrav利用了美国绿岸射电望远镜和阿雷西博望远镜的观测数据。而305米口径的阿雷西博望远镜最近却垮塌了。

  NANOGrav表示,研究团队将寻求其他数据来源,并加强与国际同行的合作。但失去阿雷西博望远镜,还是会对NANOGrav在未来描述这种背景噪声并探测引力波信号造成影响。

  “阿雷西博望远镜的精度比较高,它的垮塌使新的数据积累受到影响,加大了验证的难度。未来,研究团队需要联合其他望远镜进行观测,对这项发现进行进一步检验。”张承民说。

通过“宇宙计时器”寻找低频引力波插图

图中绿色网格表示引力波产生的时空涟漪,这些涟漪会影响来自脉冲星的无线电信号到达地球的时间。图源:NASA

  LIGO探测到的引力波,频率在几十赫兹到几百赫兹,属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号,频率为纳赫兹,波长跨越几个光年的尺度,属于低频引力波。

  2021年1月11日,据国外媒体报道,北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)宣称,其发现了一个可能来源于低频引力波的信号特征,如果被证实,这将是引力波天文学的又一大里程碑。

  NANOGrav发现的信号来自遥远的脉冲星。这些脉冲星是快速旋转的致密天体,它的两极发出的光束犹如宇宙中的灯塔一般掠过地球。研究人员利用射电望远镜收集了可能由引力波产生的信号数据,相关研究结果发表于《天体物理学快报》。

  “这个消息非常令人兴奋,但研究结果有待进一步验证。”中国科学院国家天文台研究员张承民在接受科技日报记者采访时表示。

  找到脉冲星信号时间差

  “数据中出现的信号令人难以置信却又兴奋。”上述研究首席研究员约瑟夫·西蒙说。

  2015年以来,科学家已利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和欧洲室女座引力波天文台(Virgo)多次探测到引力波信号。疑似低频引力波信号的现身,为何依然令人如此激动?

  “LIGO探测到的引力波,频率在几十赫兹到几百赫兹,属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号,频率为纳赫兹,波长跨越几个光年的尺度,属于低频引力波。”张承民表示,从频率来看,两者相差十多个量级。

  张承民介绍,探测纳赫兹引力波信号对于研究早期宇宙历史、验证大爆炸理论、获得超大质量黑洞碰撞并合信息、研究星系合并以及进一步研究宇宙各种引力波类型的性质等具有重要意义。

  引力波被称为时空的涟漪。天文学家不能通过望远镜直接“看”到它,但可以通过测量其穿过时空时造成的影响——物体精确位置的微小变化,来寻找它。

  NANOGrav选择的研究对象是脉冲星信号。脉冲星是一种我们能探测到的、可靠的宇宙计时器。这些小而稠密的致密天体快速旋转,以精确的时间间隔发出射电波脉冲。

  而引力波则会对这种规律性造成干扰,因为引力波产生的时空涟漪会使时空产生微小的拉伸和收缩。这些时空涟漪会导致脉冲星信号到达地球的实际时间与预期时间之间出现极小的偏差。

  NANOGrav就是通过研究散布在银河系中许多毫秒脉冲星发出的规律信号的时间特征,即所谓的脉冲星计时阵列,来探测由于引力波拉伸和收缩时空而引起的时间微小变化,进而获得引力波存在的线索。

  被选中的星可谓百里挑一

  据介绍,NANOGrav通过研究47颗旋转最稳定的毫秒脉冲星创建了脉冲星计时阵列。

  为何是这47颗脉冲星?因为,并非所有的脉冲星都能用来探测这种低频引力波信号,只有旋转最稳定、被研究时间较长的脉冲星才能实现探测需求。这些脉冲星每秒旋转数百次,具有难以置信的稳定性,如此才能保证探测引力波所需的精度。

  “目前,天文学家已发现3000多颗射电脉冲星。普通脉冲星的稳定性不够,但毫秒脉冲星的稳定性非常高,高到几亿年甚至几十亿年才会慢一秒,所以可以利用毫秒脉冲星进行高精度测量。”张承民解释道,目前发现的毫秒脉冲星数量在400颗左右,天文学家会进一步从中挑出非常稳定的脉冲星作为观测对象,这47颗毫秒脉冲星便来源于此。

  NANOGrav表示,在其所研究的47颗脉冲星中,有45颗拥有至少3年的数据集用于分析。在此次研究中,研究人员在这些数据集中发现了一种低频噪声特征,这种特征在多个脉冲星上都是相同的。他们所发现的时间变化如此之小,以至于在研究任何单个脉冲星时,证据都不明显。但作为整体时,这些不明显的证据便意味着一个重要的信号特征。

  “脉冲星的运动互相之间本来并没有相关性,但引力波穿过银河系会使它们的运动出现一种相关性或规律性。这项研究是希望把各种噪声排除,把这种规律运动的信息寻找出来,从而找出低频引力波信号。”张承民说。

  得到确切结论还需几年

  NANOGrav声称,新发现的信号特征已排除一些引力波以外的来源,比如来自太阳系物质的干扰或者数据收集中的某些错误等。

  为了验证这一疑似低频引力波信号,研究人员必须在不同脉冲星数据之间找到一种独一无二的相关性——两颗脉冲星数据的关联程度和它们相对地球的天空方位有关。但由于信号太弱,目前还没有发现这种相关性的显著证据,增强信号则需要NANOGrav扩展它的数据集,以包括数量更多、研究时间更长的脉冲星,这就需要增加望远镜阵列的灵敏度。此外,通过将NANOGrav的数据与其他脉冲星计时阵列实验的数据汇集在一起,开展国际脉冲星计时阵列(IPTA)合作计划可能会有助于揭示这种特殊的相关性。

  目前,NANOGrav正在开发新的技术,以确保检测到的信号并非来自其他来源。他们正在建立一种计算机模型,帮助检测信号是否是由引力波以外的效应引起,以避免错误判断。

  “用脉冲星计时阵列探测引力波需要耐心。我们正在分析十几年的数据,但得到确切的结论可能还需要几年的时间。”NANOGrav现任主席斯科特·兰森说。

  需要更多大型望远镜的加入

  这个信号是否真的来源于低频引力波?张承民认为:“目前的研究结果还处于初步阶段,暂时不能盖棺定论。”

  “这项研究实际上是分析了40多颗毫秒脉冲星的观测数据,是数据处理的结果。计时数据处理方法、毫秒脉冲星的选择对研究结果会产生巨大的影响。要证实确实是低频引力波信号,还需要进一步验证。”张承民说。

  他告诉记者,低频引力波的探测需要高精度测量,而且需要长时间的数据积累和数据分析。加入观测的大型望远镜数量越多,望远镜灵敏度越高,数据的质量就越高,可靠的数据积累就越多,进而误差就越小,数据的可靠性也就越高。

  张承民介绍,除了北美,目前澳大利亚、欧洲都有望远镜对毫秒脉冲星进行监测。通过全球其他射电望远镜的加入,为研究团队提供更多优质数据,未来是有可能对这项发现进行进一步验证的。

  不过也有个不好的消息,在整个研究过程中,NANOGrav利用了美国绿岸射电望远镜和阿雷西博望远镜的观测数据。而305米口径的阿雷西博望远镜最近却垮塌了。

  NANOGrav表示,研究团队将寻求其他数据来源,并加强与国际同行的合作。但失去阿雷西博望远镜,还是会对NANOGrav在未来描述这种背景噪声并探测引力波信号造成影响。

  “阿雷西博望远镜的精度比较高,它的垮塌使新的数据积累受到影响,加大了验证的难度。未来,研究团队需要联合其他望远镜进行观测,对这项发现进行进一步检验。”张承民说。

文章来源于互联网中科网:通过“宇宙计时器”寻找低频引力波 更多科普知识,欢迎关注芝麻网!

相关推荐: 恒星离奇“消失”或源于一场失败的爆发

NASA   最近几天,一个“过去半个世纪大约100多颗恒星离奇消失”的小视频走红网络平台。   视频内容大致为天文学家发现了一个离奇的现象:当他们将同一个区域的最新星空照与过去的照片对比时,发现该区域内的某颗恒星消失不见。为了加以证实,科学家找了大量20世纪…

恒星离奇“消失”或源于一场失败的爆发

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恒星离奇“消失”或源于一场失败的爆发插图

NASA

  最近几天,一个“过去半个世纪大约100多颗恒星离奇消失”的小视频走红网络平台。

  视频内容大致为天文学家发现了一个离奇的现象:当他们将同一个区域的最新星空照与过去的照片对比时,发现该区域内的某颗恒星消失不见。为了加以证实,科学家找了大量20世纪50年代的天文影像资料进行对比研究,结果发现在这半个多世纪中,至少有100颗恒星离奇消失,且不再出现。

  目前,针对这一现象存在多种解释。有些人由此联想到地外生命,称地外生命可能会吸收这些恒星的能量,然后化为己用,这时恒星在我们眼中就像消失了一样,可事实果真如此吗?

  这是一种未知的天体物理现象

  在宇宙中,恒星是最普遍的居民之一。“不过,恒星的寿命不是永恒的,伴随着星系的演化,恒星也会走向死亡,只是这个过程非常缓慢。”中国科普作家协会会员、中国科学技术大学地空学院太阳物理学博士张沛锦说,恒星正常的活动周期非常长,拿太阳来说,它已经存在几十亿年,可能还会继续存在几十亿年,它会有像耀斑这样的小规模增亮,但是不会在人类能观测到的时间尺度上突然成倍变暗或变亮。

  对于“过去半个世纪大约100多颗恒星离奇消失”的小视频内容是否属实,张沛锦表示,“消失”一词并不恰当,或许只是光学观测波段无法观测到它们。

  实际上,在2016年,科学家就启动了相关研究项目,通过比对20世纪50年代恒星星表及数据,研究人员发现了大约100颗星星“消失”。最近,该研究团队又在《天体物理学》杂志上发表了论文,对这一现象给出了不同的科学解释。

  来自西班牙加那利群岛阿纳里亚斯天体研究所的研究人员马丁·洛佩兹·科雷多伊拉在上述论文中表示:“这些恒星‘消失’事件,没有显示出任何有关外星人存在的直接迹象。我们相信这些现象是自然现象,更极端点说,是天体物理现象。”

  科学家普遍认为,恒星短期内消失现象是一种未知的天文自然现象,目前只能从科学角度进行多种猜测性说明。

  对于恒星“消失”的种种猜测

  上述论文中提到,研究团队对此现象给出了4种科学解释:天体偶尔发出短期剧烈增亮事件在早期巡天中被记录,近期巡天观测时它处于平静期,所以研究人员观测不到该天体;观测对象本身是正在快速变暗的天体;恒星突然消失的原因来自于仪器本身,如目镜上存在缺陷点等;天体在快速移动以至于再次观测时不能在其原有的位置被观测到。

  当然还有另一种猜测,就是失败的超新星。

  超新星爆发是宇宙中最明亮的爆炸,它是某些恒星在演化过程中接近末期时发生的一种剧烈爆炸,也是一颗恒星即将死亡的标志。

  在超新星爆发过程中,恒星内部会开始塌缩,当到达某一界限时,恒星就会抛射出其大部分物质(从氢到铁的各种元素)。根据超新星“生前”的质量,爆发会直接导致两种不同的结果:一种是形成中子星,而另一种则是塌缩成连光都无法逃逸的黑洞

  那么,失败的超新星指的是什么?张沛锦指出,失败的超新星可以理解为一些天体可能是极为罕见的、未成形的超新星——在没有爆炸并发出闪耀的光芒之前,就形成了黑洞。

  上述研究团队也在相关论文中指出:“不能排除一些质量较小(因此数量较多)的恒星没有爆炸的可能性,这可能是由于某种其他机制,进而导致‘消失的恒星’比率这么高。”

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鄱阳湖何以成为冬季候鸟家园

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鄱阳湖何以成为冬季候鸟家园插图

在南昌高新区五星垦殖场白鹤小镇湿地中栖息的白鹤。王榄华摄/光明图片

  “鄱湖鸟,知多少,飞时遮尽云和月,落时不见湖边草。”这首民谣形象地描述了候鸟在鄱阳湖越冬的壮观场景,也展现出鄱阳湖作为冬季候鸟家园的美丽画卷。

  鄱阳湖是“东亚—澳大利西亚”候鸟迁徙路线上最重要的水鸟越冬地,共记录到鸟类20目76科235属462种,占我国1445种鸟类的31.97%。2021年新年伊始,根据江西省对鄱阳湖越冬水鸟开展的全湖调查,共监测到越冬水鸟68种,数量达68万余只。

  在鄱阳湖越冬的水鸟不仅种类多、数量大,而且珍稀濒危种类之多也为国内外罕见。相关监测显示:约有4000只白鹤和超过3万只鸿雁在鄱阳湖越冬,均是迄今发现的世界上最大的越冬候鸟种群;此外,占全世界80%的东方白鹳也在此越冬。白鹤、鸿雁、东方白鹳、小天鹅、白琵鹭等18种水鸟均超过占全球种群数量1%的国际重要湿地标准。在鄱阳湖越冬的水鸟中,列入世界自然保护联盟(IUCN)受威胁的物种有23种。其中,白鹤、青头潜鸭、勺嘴鹬属于极危等级(CR);东方白鹳、黑脸琵鹭、中华秋沙鸭、大杓鹬、小青脚鹬和大滨鹬属于濒危等级(EN);小白额雁、鸿雁、白头鹤、白枕鹤等13种属于易危等级(VU)。

  鄱阳湖是一个过水性、吞吐型湖泊,与长江的天然联系成为湿地发育的重要水文环境,而丰枯季的水文节律则造就出多样化的生境,为越冬候鸟提供了丰富的食物资源和栖息地环境。

  鄱阳湖存在着明显的洪、枯水期水位变化:每年4月至9月为汛期,湖水水位上涨,中高水位持续;10月至翌年3月为枯水期,水位迅速下降,呈现出“洪水一片、枯水一线”的特点。在枯水期,随着水位下降,水落滩出,形成广阔的洲滩和独立的碟形湖。等到10月至11月份,大批越冬候鸟陆续到达,在主湖区、洲滩和碟形湖栖息,次年3月再陆续离开。年复一年的丰枯水文节律变化,直接驱动了鄱阳湖湿地的植物生长、鱼类繁育与候鸟栖息,可谓“恰逢其时”。

  鄱阳湖湿地面积大,拥有丰富的植物、鱼类与底栖生物,可为不同食性的鸟类提供食物保障。例如,白鹤、鸿雁等在越冬地首选的食物是苦草块茎,会在湖水退去的泥滩中掘取块茎;东方白鹳是杂食动物,以鲫鱼、泥鳅等鱼类为主要食物,也捕食软体动物、甲壳纲动物和昆虫等;反嘴鹬主要以小型甲壳类、昆虫幼虫、蠕虫和软体动物等小型无脊椎动物为食,在浅水区通过长而上翘的嘴在底泥表面左右来回扫动觅食。

  碟形湖是指鄱阳湖湖盆区内枯水季节显露于洲滩之中的季节性子湖泊。鄱阳湖有碟形湖102个,总面积800多平方千米,占鄱阳湖总面积的20%以上。其中,江西鄱阳湖国家级自然保护区和江西鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区分别拥有9个和38个碟形湖。碟形湖湖底平坦,高程分布多在12米至15米之间。当鄱阳湖星子站水位降到16米时(吴淞高程),碟形湖渐次与主湖区分离,形成孤立的水域,适宜的水深、透光和温度为沉水植物、鱼类和底栖生物的生长和繁育提供了良好的环境条件。长期以来,为了捕捞鱼类,鄱阳湖区形成了“堑秋湖”的渔业作业方式。每年10月左右,待与主湖区分离以后,碟形湖开始放水,到12月底至次年春节期间逐渐放干,便可收获湖中的野生鱼并上市销售。这种独特的水位调度方式使碟形湖洲滩渐次露出,苔草陆续萌发、生长,为豆雁、白额雁、小白额雁等草食性水鸟提供了鲜嫩的食物;与此同时,不断下移的水边线为白鹤、东方白鹳、小天鹅等提供了丰富的可食用植物块茎、鱼类和底栖生物——可以说,碟形湖水位调度方式是越冬候鸟的“红利”。随着长江十年禁渔,“堑秋湖”的作业方式退出了历史舞台,但碟形湖这种水位调度方式仍应通过合理途径和科学方式继续保持。

  近年来,江西省开展了一系列候鸟保护行动。2019年,开展省鸟评选活动,举办鄱阳湖首届国际观鸟周活动,创建九江吴城国际候鸟小镇等。2020年,鄱阳湖实施为期10年的禁捕,并在南昌高新区五星垦殖场打造白鹤小镇等。此外,自然保护区、科研机构、民间环保组织和公众也在开展形式多样的生态监测、鸟类调查巡护、栖息地修复、自然教育等活动,大家共同为创建鄱阳湖候鸟家园“保驾护航”。

  值得注意的是,近些年来,鄱阳湖湿地正在发生一系列变化。长江上游大型水利工程建成运行后,鄱阳湖枯水期提前,湿地植被每年提前20天至30天萌发。10月下旬以后,越冬植食性雁类陆续到达鄱阳湖,此时许多苔草已不适合雁类取食。此外,沉水植被的分布范围也因常年水体面积萎缩而减少,且受夏季最高水位等影响而极不稳定。例如,2020年夏季高水位和冬季低水位均对越冬候鸟产生不利影响。其中,2020年7月,鄱阳湖发生超历史大洪水并持续在高水位运行,大大降低了水体透明度,影响到沉水植物的光合作用,碟形湖中的苦草等沉水植物块茎分布密度低,上千只白鹤只好到南昌五星垦殖场的藕田中觅食。2020年11月后,鄱阳湖水位迅速下降,仅10天便从12米下降到10米,进入长时间的低枯水期,再加上碟形湖未能有效科学调度,可供候鸟觅食的有效栖息地面积大为减少,在湖区周边水稻田觅食的鹤类、雁类等水鸟数量明显多于往年。

  由以上叙述可见,作为冬季候鸟家园,鄱阳湖需要也值得我们去精心呵护。

  (作者:于秀波,系中国科学院地理科学与资源研究所研究员)

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海洋里的花花世界——硅藻

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  从大海中取一滴海水,表面看上去晶莹透亮,如果在显微镜下放大二十五倍,却是另一个生机勃勃的世界。有灵巧的纤毛虫,不断变换着躯体形状游走采食;有弹簧一样的蓝藻,它是地球上最原始的一种生命形式;有长着大触角的桡足动物,矫健好动;还有一类生物,体型微小却结构精妙,常令观者惊叹不已,它就是硅藻。

  硅藻,异鞭藻门硅藻纲,是一类具有色素体的单细胞藻类,一般非常微小,小的仅有几微米,大的也不超过1-2毫米,它们是海洋中最常见的浮游生物,以群体形式栖息于几乎所有的水生环境中,分布广泛。
  世界各地的海洋中都有硅藻的踪迹,尤其是在温带和热带海区分布更多,可营浮游生活,也可营附着生活。营附着生活时,硅藻附生在岩石或水生生物等基质上形成大量的褐绿色膜层,例如,鱼缸长时间不换水,缸壁上生出的泥土状斑点就是硅藻的一种。
  是动物还是植物?
  曾几何时,人们还在为硅藻是动物还是植物而争论不休,它曾被认为是种像草履虫那样的单细胞动物,又因为能够进行光合作用,同时有细胞壁而被分到了植物一边。目前,学界较为统一的认识是硅藻既不属于动物、也不属于植物,而是不等鞭毛生物的一支,因为植物的细胞壁是由果胶组成,而硅藻的细胞壁由硅质组成,这与植物有着本质的区别。
  硅藻的典型特征就是它们能分泌一层由硅质构成的细胞外壁,即硅藻壳,硅藻也因此而得名。其细胞形似一个培养皿,两个硅质外壳通过环带嵌套在一起,一大一小相互扣合保护住原生质,同时又保证有充分的光线通过。 
  与显微镜下其他微生物略显杂乱的美不同,硅藻壳中的硅质以某种有序的方式进行沉积,使其细胞外壳具有观赏性、严整精密,仿佛经过了精心设计,让人惊叹大自然的绝妙。
  在硅藻的瓣壳上有许多美妙的花纹和图案。根据壳的形状和花纹排列的方式,硅藻可分为中心硅藻纲和羽纹硅藻纲,如果硅藻是圆盘状的,那它的花纹通常呈中心放射状,即中心硅藻纲;如果硅藻是舟形或是杆状等细长形的,那在壳的纵向会看到一条轴,而花纹呈轴对称分布,即羽纹硅藻纲。  

  硅藻瓣壳上漂亮的图案在普通光学显微镜下并不明显,为了向人们展示单细胞硅藻复杂的构造和美丽的体形,美国海洋生物研究人员保罗·哈格里夫斯先用一些电子束照亮这些单细胞生物,同时用电子显微镜拍摄它们的3D照片。这些照片拍摄出来是黑白的,为了突出它们的结构层次,哈格里夫斯邀请艺术家法耶·达尔林给这些生物上色(并非真实的颜色)。结果,一张张美丽的单细胞硅藻的显微图就呈现在了我们眼前。
  就像压花师利用自然界中的花草来做出美丽的作品,一些爱好者利用硅藻为原材料进行艺术创作,更是把硅藻的美展示的淋漓尽致。
  硅藻颜值出众,在整个地球生态系统里有举足轻重的地位。硅藻是海洋初级生产者的主要贡献者,是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料。凭借着极大的数量和高效的光合作用,硅藻为地球供应了近20%的氧气,同时,它还是水环境的指示针,如果水体受到富营养污染或其他原因,一些硅藻会大规模繁殖而形成赤潮,使水质恶劣,影响美观,更会对渔业带来危害。
  化作硅土更显神通。硅藻死后,在某些情况下它们坚固多孔的硅质外壳不会分解,而会完整的堆积在水底,当条件利于保存且保存时间很长时,那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层,逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。历经长期的地质变迁,已在内陆和一些高于海平面的地方发现硅藻土,最有名的就是美国加利福尼亚州的斯波克,那里的硅藻土可直接露天开采。硅藻土本质是含水的非晶质二氧化硅,有时还能完好地保存动植物的遗体,在古生物学研究领域具有重要意义。
  硅藻土在工业上有很多用途,可以作为牙膏和金属抛光剂中一种柔和的研磨剂成分,诺贝尔发现了硅藻土具有化学惰性和强吸水能力,利用其作为硝化甘油的载体,增加液体炸药的稳定性,便于储存和运输;因其微孔构造,可制造过滤剂、隔热及隔音材料、面膜、吸水垫等。
  硅藻这些小精灵在地球上存在了亿万年,看似微不足道,却演绎出千姿百态的生命形态。

海洋里的花花世界——硅藻插图
图片来源:diatoms.org

  从大海中取一滴海水,表面看上去晶莹透亮,如果在显微镜下放大二十五倍,却是另一个生机勃勃的世界。有灵巧的纤毛虫,不断变换着躯体形状游走采食;有弹簧一样的蓝藻,它是地球上最原始的一种生命形式;有长着大触角的桡足动物,矫健好动;还有一类生物,体型微小却结构精妙,常令观者惊叹不已,它就是硅藻。

  硅藻,异鞭藻门硅藻纲,是一类具有色素体的单细胞藻类,一般非常微小,小的仅有几微米,大的也不超过1-2毫米,它们是海洋中最常见的浮游生物,以群体形式栖息于几乎所有的水生环境中,分布广泛。
  世界各地的海洋中都有硅藻的踪迹,尤其是在温带和热带海区分布更多,可营浮游生活,也可营附着生活。营附着生活时,硅藻附生在岩石或水生生物等基质上形成大量的褐绿色膜层,例如,鱼缸长时间不换水,缸壁上生出的泥土状斑点就是硅藻的一种。
  是动物还是植物?
  曾几何时,人们还在为硅藻是动物还是植物而争论不休,它曾被认为是种像草履虫那样的单细胞动物,又因为能够进行光合作用,同时有细胞壁而被分到了植物一边。目前,学界较为统一的认识是硅藻既不属于动物、也不属于植物,而是不等鞭毛生物的一支,因为植物的细胞壁是由果胶组成,而硅藻的细胞壁由硅质组成,这与植物有着本质的区别。
  硅藻的典型特征就是它们能分泌一层由硅质构成的细胞外壁,即硅藻壳,硅藻也因此而得名。其细胞形似一个培养皿,两个硅质外壳通过环带嵌套在一起,一大一小相互扣合保护住原生质,同时又保证有充分的光线通过。 
  与显微镜下其他微生物略显杂乱的美不同,硅藻壳中的硅质以某种有序的方式进行沉积,使其细胞外壳具有观赏性、严整精密,仿佛经过了精心设计,让人惊叹大自然的绝妙。
  在硅藻的瓣壳上有许多美妙的花纹和图案。根据壳的形状和花纹排列的方式,硅藻可分为中心硅藻纲和羽纹硅藻纲,如果硅藻是圆盘状的,那它的花纹通常呈中心放射状,即中心硅藻纲;如果硅藻是舟形或是杆状等细长形的,那在壳的纵向会看到一条轴,而花纹呈轴对称分布,即羽纹硅藻纲。  

  硅藻瓣壳上漂亮的图案在普通光学显微镜下并不明显,为了向人们展示单细胞硅藻复杂的构造和美丽的体形,美国海洋生物研究人员保罗·哈格里夫斯先用一些电子束照亮这些单细胞生物,同时用电子显微镜拍摄它们的3D照片。这些照片拍摄出来是黑白的,为了突出它们的结构层次,哈格里夫斯邀请艺术家法耶·达尔林给这些生物上色(并非真实的颜色)。结果,一张张美丽的单细胞硅藻的显微图就呈现在了我们眼前。
  就像压花师利用自然界中的花草来做出美丽的作品,一些爱好者利用硅藻为原材料进行艺术创作,更是把硅藻的美展示的淋漓尽致。
  硅藻颜值出众,在整个地球生态系统里有举足轻重的地位。硅藻是海洋初级生产者的主要贡献者,是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料。凭借着极大的数量和高效的光合作用,硅藻为地球供应了近20%的氧气,同时,它还是水环境的指示针,如果水体受到富营养污染或其他原因,一些硅藻会大规模繁殖而形成赤潮,使水质恶劣,影响美观,更会对渔业带来危害。
  化作硅土更显神通。硅藻死后,在某些情况下它们坚固多孔的硅质外壳不会分解,而会完整的堆积在水底,当条件利于保存且保存时间很长时,那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层,逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。历经长期的地质变迁,已在内陆和一些高于海平面的地方发现硅藻土,最有名的就是美国加利福尼亚州的斯波克,那里的硅藻土可直接露天开采。硅藻土本质是含水的非晶质二氧化硅,有时还能完好地保存动植物的遗体,在古生物学研究领域具有重要意义。
  硅藻土在工业上有很多用途,可以作为牙膏和金属抛光剂中一种柔和的研磨剂成分,诺贝尔发现了硅藻土具有化学惰性和强吸水能力,利用其作为硝化甘油的载体,增加液体炸药的稳定性,便于储存和运输;因其微孔构造,可制造过滤剂、隔热及隔音材料、面膜、吸水垫等。
  硅藻这些小精灵在地球上存在了亿万年,看似微不足道,却演绎出千姿百态的生命形态。

海洋里的花花世界——硅藻插图
图片来源:diatoms.org

文章来源于互联网中科网:海洋里的花花世界——硅藻 更多科普知识,欢迎关注芝麻网!

相关推荐: 3亿年前的标本警告你 珊瑚礁崩溃后恢复生机需要2300万年

  3.7亿年前的泥盆纪晚期,华南地区还是一片海洋,碧蓝的海水轻轻拍打着沙滩,距离海岸线不远处,是大大小小的生物礁体系。   潜入水下,就像是置身于海底总动员的世界,在一簇簇翩翩起舞的珊瑚和层孔虫礁石中,各种海洋生灵穿梭往来、生息不止……   但是,这个空前繁…

“剪”出多肉羊、高产稻 基因编辑如何影响你我生活?

zmbug阅读(39)

  近日,江苏省农科院获得世界首例肌抑素(MSTN)基因编辑湖羊的消息引发广泛关注。基因编辑技术被视为生物育种的前沿技术,有望帮助解决关键领域“卡脖子”问题。这项“科技利器”是什么,有何用处,未来发展空间在哪,又该如何监管?记者采访相关专家,一探究竟。

  基因编辑有何好处?

  近年来,基因编辑技术的相关研究在全球范围内方兴未艾。目前国际上不少基因编辑产品已经上市,基因编辑猪“GalSafe猪”去年12月获得美国食品与药物管理局(FDA)的批准,既可食用也可用来生产医疗产品,日本也批准了基因编辑西红柿上市。

  国内方面,江苏农科院畜牧研究所近日对外公布的世界首例MSTN基因编辑湖羊,正是研究人员利用新一代精准基因编辑工具CRISPR-Cas9技术获得。该湖羊迄今已出生5只,其中2只生长速度明显加快,两月龄体重比普通湖羊大25%左右。

  无独有偶,2020年中国水产科学院珠江水产研究所等单位采用基因编辑技术敲除了黄颡鱼的肌抑素(MSTN),成功培育出生长快速、肉质量高和规格大的新品系黄颡鱼。

  中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任、美国科学院院士朱健康在接受中新网记者采访时表示,由于政策原因,上述基因编辑湖羊、黄颡鱼还不能上市,国内民众目前还买不到,现阶段中国基因编辑技术大多停留在科学研究层面。

  事实上,应用基因编辑技术不仅能使动物个头更大、肉质更佳,同时还能让农作物产量性状提高、品质改良。中国在基因编辑农产品的研发方面进展迅速,朱健康团队已研发出了基因编辑的高产、抗除草剂水稻、香味玉米、油酸含量提高的油菜、超高维C的生菜和西红柿等。

  朱健康介绍道,他的团队和山东省济南市合作的基因编辑产业化平台获得了一系列基因编辑新品种,这些新农品普遍品质得到改良。这其中新水稻品种亩产提高15%以上,大豆油酸含量达到80%以上。

  基因编辑是转基因吗?

  基因编辑技术由来已久,2013年埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·杜德纳(Jennifer A.Doudna)两位科学家开发出新一代精准基因编辑工具CRISPR-Cas9,让基因编辑更为精准高效,使相关研究“更上一层楼”。这项技术也让两人荣获2020年诺贝尔化学奖。

  对此,朱健康盛赞道,“基因编辑追求的是精准编辑,想编什么基因就编什么基因”,CRISPR-Cas9技术比传统的锌指核酸酶技术更好用,是一个革命性的改变。

  他以CRISPR-Cas9技术为例解释道,99.9%的基因编辑都是“做减法”,CRISPR像一把“基因剪刀”,而Cas9及其他的Cas酶是能够剪切DNA的内切酶。当基因被‘剪断’后,细胞会修复断口并产生变异,让基因失活,从而不起作用。

  不少人将基因编辑和转基因混为一谈。事实上,基因编辑与转基因、全基因组选择、杂交育种等技术,均为生物育种的重要技术。现阶段,基因编辑技术在动植物领域应用已非常广泛,那它和转基因技术有何异同?

  朱健康告诉记者,两者的不同之处在于,转基因是将人工分离或修饰过的基因导入到生物体基因组中,含外源基因。而基因编辑虽然需要转入基因的操作,但是基因编辑的产品最后是不含外源基因的,在编辑完成后可以把外源的工具分离出去。它等同于传统的诱变产品,不含外源基因,正因如此,很多国家并没有把基因编辑纳入转基因管理。

  此前,中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋也曾对基因编辑与转基因技术的区别做过界定。他指出,转基因技术就像在修改文章时插入一大段内容;而基因编辑技术则是修改个别词语即可,这种修改对文章总体结构无过大影响,但文章关键部分的意义却大不相同。

  基因编辑或可用于“弯道超车”

  近年来,生物育种技术愈发受到各界重视。党的十九届五中全会提出把生物育种列为强化国家战略力量重点发展的八大前沿领域之一。中国农业农村部科技教育司二级巡视员张文指出,当前以全基因组选择育种、转基因技术、基因编辑等为代表的生物育种技术已成为国际育种的前沿和核心。

  “小麦、水稻和玉米等生物育种需要培养抗虫抗药、更高产、品质更好的品种,而基因编辑技术是目前生物育种最先进、最高超的技术。”朱健康表示,中国众多高端蔬菜种子是由国外提供,用传统育种方式需要很多年才能赶上,但如果利用好基因编辑技术则可以实现“弯道超车”。

  值得注意的是,尽管基因编辑技术在生物育种等领域有突出表现,但不同国家对待基因编辑的态度各不相同。美国、日本、阿根廷等国对基因编辑做了相关规定,如果产品基因组中不含新基因,则不属于转基因生物的监管范畴。但欧盟法院裁决认为基因编辑产品应按转基因产品监管。

  如何才能保障基因编辑产品的生物安全性?朱健康表示,无论是生物安全、环境安全,还是食品安全,都是要求保证产品在原理上跟传统产品一致,而基因编辑技术对原生物改变较少,多一个碱基、少一个碱基的基因改变跟传统自然产生的改变是一样的,不产生额外的风险。

  当前,不少人把基因编辑育种等同于常规育种,也有人认为应该把基因编辑育种按转基因育种来管理。未来基因编辑技术该如何监管?朱健康建议,应尽快出台明确、科学、可操作的基因编辑相关法规与政策措施,把无外源基因的基因编辑作物按常规育种作物对待,不按转基因监管。这样中国才能把基因编辑的研发优势,尽快转化为产品优势、产业优势,为保障国家粮食安全、生态安全提供有力支撑。

  近日,江苏省农科院获得世界首例肌抑素(MSTN)基因编辑湖羊的消息引发广泛关注。基因编辑技术被视为生物育种的前沿技术,有望帮助解决关键领域“卡脖子”问题。这项“科技利器”是什么,有何用处,未来发展空间在哪,又该如何监管?记者采访相关专家,一探究竟。

  基因编辑有何好处?

  近年来,基因编辑技术的相关研究在全球范围内方兴未艾。目前国际上不少基因编辑产品已经上市,基因编辑猪“GalSafe猪”去年12月获得美国食品与药物管理局(FDA)的批准,既可食用也可用来生产医疗产品,日本也批准了基因编辑西红柿上市。

  国内方面,江苏农科院畜牧研究所近日对外公布的世界首例MSTN基因编辑湖羊,正是研究人员利用新一代精准基因编辑工具CRISPR-Cas9技术获得。该湖羊迄今已出生5只,其中2只生长速度明显加快,两月龄体重比普通湖羊大25%左右。

  无独有偶,2020年中国水产科学院珠江水产研究所等单位采用基因编辑技术敲除了黄颡鱼的肌抑素(MSTN),成功培育出生长快速、肉质量高和规格大的新品系黄颡鱼。

  中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任、美国科学院院士朱健康在接受中新网记者采访时表示,由于政策原因,上述基因编辑湖羊、黄颡鱼还不能上市,国内民众目前还买不到,现阶段中国基因编辑技术大多停留在科学研究层面。

  事实上,应用基因编辑技术不仅能使动物个头更大、肉质更佳,同时还能让农作物产量性状提高、品质改良。中国在基因编辑农产品的研发方面进展迅速,朱健康团队已研发出了基因编辑的高产、抗除草剂水稻、香味玉米、油酸含量提高的油菜、超高维C的生菜和西红柿等。

  朱健康介绍道,他的团队和山东省济南市合作的基因编辑产业化平台获得了一系列基因编辑新品种,这些新农品普遍品质得到改良。这其中新水稻品种亩产提高15%以上,大豆油酸含量达到80%以上。

  基因编辑是转基因吗?

  基因编辑技术由来已久,2013年埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·杜德纳(Jennifer A.Doudna)两位科学家开发出新一代精准基因编辑工具CRISPR-Cas9,让基因编辑更为精准高效,使相关研究“更上一层楼”。这项技术也让两人荣获2020年诺贝尔化学奖。

  对此,朱健康盛赞道,“基因编辑追求的是精准编辑,想编什么基因就编什么基因”,CRISPR-Cas9技术比传统的锌指核酸酶技术更好用,是一个革命性的改变。

  他以CRISPR-Cas9技术为例解释道,99.9%的基因编辑都是“做减法”,CRISPR像一把“基因剪刀”,而Cas9及其他的Cas酶是能够剪切DNA的内切酶。当基因被‘剪断’后,细胞会修复断口并产生变异,让基因失活,从而不起作用。

  不少人将基因编辑和转基因混为一谈。事实上,基因编辑与转基因、全基因组选择、杂交育种等技术,均为生物育种的重要技术。现阶段,基因编辑技术在动植物领域应用已非常广泛,那它和转基因技术有何异同?

  朱健康告诉记者,两者的不同之处在于,转基因是将人工分离或修饰过的基因导入到生物体基因组中,含外源基因。而基因编辑虽然需要转入基因的操作,但是基因编辑的产品最后是不含外源基因的,在编辑完成后可以把外源的工具分离出去。它等同于传统的诱变产品,不含外源基因,正因如此,很多国家并没有把基因编辑纳入转基因管理。

  此前,中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋也曾对基因编辑与转基因技术的区别做过界定。他指出,转基因技术就像在修改文章时插入一大段内容;而基因编辑技术则是修改个别词语即可,这种修改对文章总体结构无过大影响,但文章关键部分的意义却大不相同。

  基因编辑或可用于“弯道超车”

  近年来,生物育种技术愈发受到各界重视。党的十九届五中全会提出把生物育种列为强化国家战略力量重点发展的八大前沿领域之一。中国农业农村部科技教育司二级巡视员张文指出,当前以全基因组选择育种、转基因技术、基因编辑等为代表的生物育种技术已成为国际育种的前沿和核心。

  “小麦、水稻和玉米等生物育种需要培养抗虫抗药、更高产、品质更好的品种,而基因编辑技术是目前生物育种最先进、最高超的技术。”朱健康表示,中国众多高端蔬菜种子是由国外提供,用传统育种方式需要很多年才能赶上,但如果利用好基因编辑技术则可以实现“弯道超车”。

  值得注意的是,尽管基因编辑技术在生物育种等领域有突出表现,但不同国家对待基因编辑的态度各不相同。美国、日本、阿根廷等国对基因编辑做了相关规定,如果产品基因组中不含新基因,则不属于转基因生物的监管范畴。但欧盟法院裁决认为基因编辑产品应按转基因产品监管。

  如何才能保障基因编辑产品的生物安全性?朱健康表示,无论是生物安全、环境安全,还是食品安全,都是要求保证产品在原理上跟传统产品一致,而基因编辑技术对原生物改变较少,多一个碱基、少一个碱基的基因改变跟传统自然产生的改变是一样的,不产生额外的风险。

  当前,不少人把基因编辑育种等同于常规育种,也有人认为应该把基因编辑育种按转基因育种来管理。未来基因编辑技术该如何监管?朱健康建议,应尽快出台明确、科学、可操作的基因编辑相关法规与政策措施,把无外源基因的基因编辑作物按常规育种作物对待,不按转基因监管。这样中国才能把基因编辑的研发优势,尽快转化为产品优势、产业优势,为保障国家粮食安全、生态安全提供有力支撑。

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  1918大流感,也被称为西班牙流感。大流感由甲型H1N1病毒引发,与2009年的H1N1流感同源。这场流感持续时间为1918年1月至1920年12月,往复三波,近5000万人死于此次感染及其引发的并发症。1918大流感,成为继黑死病后人类历史上最致命的大流…

山茶里的冰雪佳人——美人茶

zmbug阅读(55)

  不知不觉已进入大雪节气,冬天的意境更浓郁了,随着冷空气袭来,气温日渐寒冷,万物生长放缓了脚步,此时的山茶园却别有一番光景。

  从景观温室一路踱步来到山茶园,冬日冷冽的空气中,透着淡淡的花香,似茶香又似梅香,置身于满树繁花的大小灌木中,仿佛来赴一场热闹的主题花会。山茶花,花姿丰盈、端庄高雅,被誉为“花中珍品”,山茶园收集有山茶、茶梅、油茶等山茶科物种(含品种)近400个。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图

山茶园

  在靠近芙蕖亭附近有几株名叫美人茶的山茶,株高2米左右,淡褐色光滑的枝干,呈现出流畅自然的曲线美,亮绿色、边缘有小锯齿的长圆形叶片,衬托出漏斗状的粉色花朵,如邻家女孩般,格外的俊俏圆润。

  现在正值花期,花量极繁盛,整体植株形态颇有东方古典美人的韵味。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图1

芙蕖亭附近的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图2

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图3

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图4

  美人茶 Camellia uraku,学名单体红山茶,山茶科山茶属的栽培植物,原产于日本。美人茶的开花时长在山茶属植物里可以称得上佼佼者,相比大部分在春季开花的山茶,冬季开花的茶梅,美人茶则可以从深秋11月份,一直开花至翌年的3月份,观赏期跨越秋冬春三季。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图5

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图6

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图7

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图8

  美人茶的落花也很美,三三两两零星散落在树的周围,花朵除了萼片脱落,仍旧保持着完整的花型,看起来与枝头的花儿并无二异。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图9

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图10

  美人茶喜湿润和深厚的酸性土壤环境,适应性较强,抗病虫害和抗寒能力也较强,加上超长的花期,也许会更广泛地应用到景观造景中。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图11

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图12

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图13

  即使是寒冬腊月,美人茶依然绽放如初,如一盏盏粉色的冰灯,将最美的模样定格在风雪中。这个冬天,不妨来寻一寻这位冰雪俏佳人——美人茶。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图14

  观赏地点:园内除芙蕖亭附近以外,还有科普楼前、景观温室后出口处、云津岛、莲轩附近的池杉林旁、花境大道等区域可以欣赏到美人茶。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图15

科普楼前的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图16

景观温室后出口处的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图17

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图18

莲轩附近池杉林旁的美人茶 

  不知不觉已进入大雪节气,冬天的意境更浓郁了,随着冷空气袭来,气温日渐寒冷,万物生长放缓了脚步,此时的山茶园却别有一番光景。

  从景观温室一路踱步来到山茶园,冬日冷冽的空气中,透着淡淡的花香,似茶香又似梅香,置身于满树繁花的大小灌木中,仿佛来赴一场热闹的主题花会。山茶花,花姿丰盈、端庄高雅,被誉为“花中珍品”,山茶园收集有山茶、茶梅、油茶等山茶科物种(含品种)近400个。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图

山茶园

  在靠近芙蕖亭附近有几株名叫美人茶的山茶,株高2米左右,淡褐色光滑的枝干,呈现出流畅自然的曲线美,亮绿色、边缘有小锯齿的长圆形叶片,衬托出漏斗状的粉色花朵,如邻家女孩般,格外的俊俏圆润。

  现在正值花期,花量极繁盛,整体植株形态颇有东方古典美人的韵味。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图1

芙蕖亭附近的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图2

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图3

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图4

  美人茶 Camellia uraku,学名单体红山茶,山茶科山茶属的栽培植物,原产于日本。美人茶的开花时长在山茶属植物里可以称得上佼佼者,相比大部分在春季开花的山茶,冬季开花的茶梅,美人茶则可以从深秋11月份,一直开花至翌年的3月份,观赏期跨越秋冬春三季。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图5

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图6

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图7

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图8

  美人茶的落花也很美,三三两两零星散落在树的周围,花朵除了萼片脱落,仍旧保持着完整的花型,看起来与枝头的花儿并无二异。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图9

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图10

  美人茶喜湿润和深厚的酸性土壤环境,适应性较强,抗病虫害和抗寒能力也较强,加上超长的花期,也许会更广泛地应用到景观造景中。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图11

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图12

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图13

  即使是寒冬腊月,美人茶依然绽放如初,如一盏盏粉色的冰灯,将最美的模样定格在风雪中。这个冬天,不妨来寻一寻这位冰雪俏佳人——美人茶。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图14

  观赏地点:园内除芙蕖亭附近以外,还有科普楼前、景观温室后出口处、云津岛、莲轩附近的池杉林旁、花境大道等区域可以欣赏到美人茶。

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图15

科普楼前的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图16

景观温室后出口处的美人茶

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图17

山茶里的冰雪佳人——美人茶插图18

莲轩附近池杉林旁的美人茶 

文章来源于互联网中科网:山茶里的冰雪佳人——美人茶 更多科普知识,欢迎关注芝麻网!

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此蟠桃非彼“蟠桃”

zmbug阅读(40)

  桃文化在中国源远流长,蟠桃更是被誉为神话中的仙桃。早期古书《山海经》记载“索度山上有大桃,屈蟠三千里,东北间百鬼所出入也”。

  四大名著之一的《西游记》更是对王母在瑶池设的蟠桃会有大量描绘:“一朝,王母娘娘设宴,打开宝阁,瑶池中做‘蟠桃盛会’……只见齐天大神孙悟空抱着又大又圆又红的蟠桃,吃得津津有味”。

  然而,此“蟠桃”非彼蟠桃。

  蟠桃(Amygdalus persica L. var. compressa)又名仙果,寿桃,属于桃的变种—李亚科,果实成熟期因品种而异,通常为8-9月。画面中齐天大圣吃的“蟠桃”又大又圆,而真正的蟠桃则是果实扁圆,上下两面均有内凹,表面有纵、横沟纹和孔穴;蟠桃顶部有一片红晕,味浓香溢,味甜汁多、入口即化。

  蟠桃的发现史

  然而,这些记载都未详细说明蟠桃的果形是圆或是扁,且颇具神话色彩,与今日所谓蟠桃无法联系。直至10世纪的《清异录》开始记有“邺中环桃特异”,将一般桃果实的卵圆形改称为扁圆的环形,因此认为此环桃为今日蟠桃的最早记载。

  150年后的《本草衍义》中记载饼子桃,并对扁形果实作了较为详细的解释。南宋《梦梁录》中记载“红饼子”为桃的名称,可见蟠桃逐渐形成红色果肉的品系。今日的蟠桃也有了黄色品系。

此蟠桃非彼“蟠桃”插图

蟠桃与桃果实对比图 (图片来源:Zhou et al. 2020. Plant Biotechnology Journal)

  蟠桃为什么是扁的?

  带着对神话中蟠桃会的向往,中国科学院武汉植物园韩月彭研究员团队揭开了蟠桃果实扁圆的面纱,相关研究成果以 A 1.7-Mb chromosomal inversion downstream of a PpOFP1 gene is responsible for flat fruit shape in peach 为题发表于 Plant Biotechnology Journal 期刊上。

  蟠桃扁平果形受位于第6号染色体上S位点的单基因控制,但其遗传机理尚不清楚。中国科学院武汉植物园韩月彭课题组研究发现S位点下游1.7 Mb大片段DNA的位置颠倒(染色体到位)是导致桃扁平果形成的遗传基础(下图)。对727个桃品种进行基因分型,结果表明这种大片段的染色体倒位现象只出现在蟠桃中,但未在圆桃中发现。倒位的近端断点和远端断点分别包含三个碱基的缺失和两个碱基的插入,这暗示该染色体倒位是染色体双链断裂后经非同源末端连接(NHEJ)途径形成的错误连接。倒位近端断点上游3.1 Kb处有一个编码卵形家族蛋白基因PpOFP1,该基因在桃果实发育早期高水平表达会抑制果实的垂直伸长,导致扁平果形的形成,反之,低水平或不表达则形成圆形果。除PpOFP1外,促进果实伸长的PpTRM17等基因可能也参与桃果形发育形成一个基因调控网络。

此蟠桃非彼“蟠桃”插图1

蟠桃扁果性状形成的染色体到位示意图 (图片来源:Zhou et al. 2020. Plant Biotechnology Journal)

  此外,对桃野生近缘种S位点进行基因分型发现,染色体倒位现象只存在于新疆桃,但未在光核桃、甘肃桃和山桃等野生资源中发现,该结果不仅证实了蟠桃起源于中国,而且为“新疆是栽培桃驯化起源地”这一推论提供了证据。

  蟠桃的应用价值

  俗话说“桃养人”就是体现在桃的营养价值,蟠桃是较为珍贵的水果之一,相较于普通的桃营养价值更高。其果实肉质细腻,味甜多汁,口感鲜美,富含多种维生素、果酸和各种矿物质,特别是含铁量较高,长期食用蟠桃能防治贫血,润肠通便、清热养颜。盆栽蟠桃还有春季赏花,秋季食果的双重价值。

  中国科学院武汉植物园揭示蟠桃果实扁果性状的形成机理的研究成果,为优良蟠桃品系的选育提供了早期的分子筛选标记,为培育更更多品质优良的蟠桃品种奠定了理论基础。

  桃文化在中国源远流长,蟠桃更是被誉为神话中的仙桃。早期古书《山海经》记载“索度山上有大桃,屈蟠三千里,东北间百鬼所出入也”。

  四大名著之一的《西游记》更是对王母在瑶池设的蟠桃会有大量描绘:“一朝,王母娘娘设宴,打开宝阁,瑶池中做‘蟠桃盛会’……只见齐天大神孙悟空抱着又大又圆又红的蟠桃,吃得津津有味”。

  然而,此“蟠桃”非彼蟠桃。

  蟠桃(Amygdalus persica L. var. compressa)又名仙果,寿桃,属于桃的变种—李亚科,果实成熟期因品种而异,通常为8-9月。画面中齐天大圣吃的“蟠桃”又大又圆,而真正的蟠桃则是果实扁圆,上下两面均有内凹,表面有纵、横沟纹和孔穴;蟠桃顶部有一片红晕,味浓香溢,味甜汁多、入口即化。

  蟠桃的发现史

  然而,这些记载都未详细说明蟠桃的果形是圆或是扁,且颇具神话色彩,与今日所谓蟠桃无法联系。直至10世纪的《清异录》开始记有“邺中环桃特异”,将一般桃果实的卵圆形改称为扁圆的环形,因此认为此环桃为今日蟠桃的最早记载。

  150年后的《本草衍义》中记载饼子桃,并对扁形果实作了较为详细的解释。南宋《梦梁录》中记载“红饼子”为桃的名称,可见蟠桃逐渐形成红色果肉的品系。今日的蟠桃也有了黄色品系。

此蟠桃非彼“蟠桃”插图

蟠桃与桃果实对比图 (图片来源:Zhou et al. 2020. Plant Biotechnology Journal)

  蟠桃为什么是扁的?

  带着对神话中蟠桃会的向往,中国科学院武汉植物园韩月彭研究员团队揭开了蟠桃果实扁圆的面纱,相关研究成果以 A 1.7-Mb chromosomal inversion downstream of a PpOFP1 gene is responsible for flat fruit shape in peach 为题发表于 Plant Biotechnology Journal 期刊上。

  蟠桃扁平果形受位于第6号染色体上S位点的单基因控制,但其遗传机理尚不清楚。中国科学院武汉植物园韩月彭课题组研究发现S位点下游1.7 Mb大片段DNA的位置颠倒(染色体到位)是导致桃扁平果形成的遗传基础(下图)。对727个桃品种进行基因分型,结果表明这种大片段的染色体倒位现象只出现在蟠桃中,但未在圆桃中发现。倒位的近端断点和远端断点分别包含三个碱基的缺失和两个碱基的插入,这暗示该染色体倒位是染色体双链断裂后经非同源末端连接(NHEJ)途径形成的错误连接。倒位近端断点上游3.1 Kb处有一个编码卵形家族蛋白基因PpOFP1,该基因在桃果实发育早期高水平表达会抑制果实的垂直伸长,导致扁平果形的形成,反之,低水平或不表达则形成圆形果。除PpOFP1外,促进果实伸长的PpTRM17等基因可能也参与桃果形发育形成一个基因调控网络。

此蟠桃非彼“蟠桃”插图1

蟠桃扁果性状形成的染色体到位示意图 (图片来源:Zhou et al. 2020. Plant Biotechnology Journal)

  此外,对桃野生近缘种S位点进行基因分型发现,染色体倒位现象只存在于新疆桃,但未在光核桃、甘肃桃和山桃等野生资源中发现,该结果不仅证实了蟠桃起源于中国,而且为“新疆是栽培桃驯化起源地”这一推论提供了证据。

  蟠桃的应用价值

  俗话说“桃养人”就是体现在桃的营养价值,蟠桃是较为珍贵的水果之一,相较于普通的桃营养价值更高。其果实肉质细腻,味甜多汁,口感鲜美,富含多种维生素、果酸和各种矿物质,特别是含铁量较高,长期食用蟠桃能防治贫血,润肠通便、清热养颜。盆栽蟠桃还有春季赏花,秋季食果的双重价值。

  中国科学院武汉植物园揭示蟠桃果实扁果性状的形成机理的研究成果,为优良蟠桃品系的选育提供了早期的分子筛选标记,为培育更更多品质优良的蟠桃品种奠定了理论基础。

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3亿年前的标本警告你 珊瑚礁崩溃后恢复生机需要2300万年

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  3.7亿年前的泥盆纪晚期,华南地区还是一片海洋,碧蓝的海水轻轻拍打着沙滩,距离海岸线不远处,是大大小小的生物礁体系。

  潜入水下,就像是置身于海底总动员的世界,在一簇簇翩翩起舞的珊瑚和层孔虫礁石中,各种海洋生灵穿梭往来、生息不止……

  但是,这个空前繁盛的生物礁很快就迎来灭顶之灾:随着全球气候变冷,导致海平面下降,大量生物礁露出水面,迅速死亡,而这仅仅是泥盆纪生物大灭绝的开端。

  那么,这些生物礁恢复生机、重现繁荣用了多久?3亿多年前的生物大灭绝给了人类什么启示?科技日报记者12月14日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,该所晚古生代研究团队要乐副研究员与中外学者合作,用大量中国标本见证了晚泥盆世生物大灭绝后生物礁复苏演化过程,成果分别登上国际期刊《地球科学评论》《三古》和《Geological Journal》。

  甘肃、广西两处标本还原生物礁重生之路

  在3.85亿—3.71亿年前的泥盆纪中晚期,地球迎来了生命演化的重要阶段。这一时期,海洋中发育了生命起源以来最大规模的后生动物礁体系,以层孔虫和珊瑚为主要造礁动物。但是在3.71亿年前和3.59亿年前,分别发生了两次生物灭绝事件,层孔虫—珊瑚礁生态系统随之崩溃和消失。

  今天看来,构成泥盆纪生物礁的珊瑚与层孔虫都是较为低等的动物,但是生物礁包含海洋中最为复杂多样的生态系统,也是地球生命演化中最为重要的基因宝库。

  “为了揭示晚泥盆世生物灭绝后,中国密西西比亚纪生物礁的复苏演化过程与全球是否具有一致性,我们与国内外合作者详细研究了甘肃平川大水沟剖面前黑山组叠层石礁和广西田林甘垌子剖面都安组后生动物—微生物礁。”要乐告诉记者。

  在甘肃平川大水沟剖面前黑山组叠层石中,他们发现大量的泥晶、泥粒、核形石和亮晶方解石,“这些物质都是非常细小的碳酸钙颗粒,比如泥晶直径不超过4微米,它们指示叠层石可能由微生物的黏结、捕获和钙化作用共同形成。”要乐说,这就是泥盆纪生物大灭绝后替代后生动物礁的微生物礁。

  而在广西田林甘垌子剖面,也发现了丰富的礁体标本,小的几米,大的有几十米。研究显示,这些礁体的“建造者”主要是丛状复体珊瑚、横板珊瑚、泡孔苔藓虫和微生物,但珊瑚等后生动物已占据主导,微生物礁日渐式微。

  “我们通过菊石、介形虫、孢粉等化石可确定位于甘肃的叠层石为杜内早期,通过有孔虫化石确定广西礁体为维宪晚期,两者相差约2300万年。”要乐说。

  后生动物礁与微生物礁就像跷跷板,一方兴盛意味着另外一方衰败。泥盆纪晚期生物大灭绝导致珊瑚、层孔虫等后生动物礁崩溃,原本被挤压到角落里的微生物乘机占据浅海地盘,发展壮大自己的队伍,形成大量微生物礁。过了2300万年,地球气候变暖,后生动物再次繁盛,那些微生物成为珊瑚虫的“盘中餐”,于是局面逆转变得对后生动物有利。

  珊瑚礁大量灭亡预示地球气候环境出现大问题

  生物礁不仅是地球生命演化最为重要的基因宝库,也是地球气候环境变化的“警示灯”。

  或许有人会说,我不去大堡礁潜水,珊瑚灭亡跟我有什么关系呢?

  “通过地质古生物的研究我们知道,珊瑚礁是一种脆弱的生态系统,它对气候环境的变化非常敏感。”要乐告诉记者,珊瑚礁一旦大量灭亡,意味着海洋甚至地球气候环境出了大问题。

  3亿多年前,珊瑚礁的再次繁盛主要原因来自地球升温,那时的气温比今天的气温还要高,南极地区甚至没有冰盖。那么,是否意味着我们无需担心全球变暖呢?答案是否定的。

  据要乐介绍,经过数亿年的进化,今天的珊瑚虫已经与祖辈们不太一样,它们体内有许多藻类,双方互利共生。一旦全球变暖,将导致藻类大量死亡,这对休戚与共的好伙伴被拆散后,珊瑚礁也将面临崩溃厄运。同时,全球变暖会导致海水酸化,这将给敏感的珊瑚虫致命一击。

  “我们这个研究发现,生物礁恢复生机不是一朝一夕的事,整整用了2300万年,而生物礁是海洋中重要的生态系统。”要乐打比方说,生物礁突出于海底,非常坚硬,可以抵御海浪冲击,为各类海洋生物提供栖息之所,“就像是建造在地面上的高楼大厦,一旦发生地震,楼房都倒了,我们人类去哪住呢?”

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高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

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高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?插图

视觉中国供图

高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?插图1

青藏高原中部班戈县中始新世种类丰富的化石植物类群。受访者供图

  日前,中国与尼泊尔两国向全世界正式宣布,珠穆朗玛峰的最新高程为8848.86米。

  珠穆朗玛峰以及与之相邻的青藏高原的崛起并非一蹴而就。长期以来,青藏高原地表抬升历史,是新生代以来众多地质事件和气候环境事件的边界条件,也是青藏高原研究的热点和难点。在漫长的抬升过程中,有大量的谜题:在青藏高原隆起到现有高度之前,那里到底是什么样的?在“高冷”的青藏高原,数千万年前真的曾藏着一个温热的“香格里拉”?

  12月7日,美国《国家科学院院刊》首次发布了我国科学家关于4700万年前青藏高原中部的一项重要“探秘”成果,弥补了此前认知和研究的大量空白。

  发现古近纪最丰富植物化石群

  青藏高原中部,平均海拔4600米以上,是一片广袤的高寒荒芜之地,却是认识青藏高原形成过程的关键地区,长期以来备受地球科学和生命科学领域的关注。尽管经历了几十年的调查,青藏高原的地貌演化细节仍不清楚。

  “为什么要研究青藏高原?因为青藏高原的形成,是新生代全球最重要的地质事件,改变了我们亚洲的地形地貌,也塑造了亚洲的季风气候,以及现在的生物多样性分布格局。”中国科学院西双版纳热带植物园苏涛研究员开门见山地说,青藏高原是非常重要的一个研究区域,不仅对地质学、生物学等各个学科都非常重要,人们关注的高原隆升时间跟隆升方式,也是青藏高原研究的焦点。

  “作为地球上最年轻、最高的山脉,喜马拉雅山脉是由印度次大陆与欧亚板块碰撞形成的。然而对于喜马拉雅山的隆升历史及机制,仍存在争议。”中国科学院昆明动物研究所车静研究员说。

  目前,关于喜马拉雅山脉隆升历史的主要假说有两个:一是近期隆升假说,该假说得到了水文学和热学证据的支持,认为喜马拉雅山直到上新世中期才达到现有高度;二是渐进式隆升假说,该假说认为喜马拉雅山在古新世晚期就已经开始隆升,但前期抬升较为缓慢,直到中新世才开始快速隆升继而达到现在的高度。

  而化石是生物与环境在漫长地质时期协同演化的产物,是探讨高原生物多样性演变历史以及高原形成过程的关键证据。通过研究化石,科学家可以认识地质时期的生物多样性历史,及其环境变化过程。

  近10年来,中国科学家通过大量的青藏高原野外工作,发现了棕榈、攀鲈、水黾等化石类群,种类非常丰富,这些类群在现在的青藏高原中部不复存在。

  近期,由中国科学院西双版纳热带植物园古生态组和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所共同组织的“第二次青藏高原综合科学考察研究”古生物科考队,联合国内外多家科研院所,在旷野的风霜中,在强烈的高原紫外线条件下,开展了大量野外工作及相关研究。

  功夫不负有心人。不久前,在青藏高原中部的那曲市班戈盆地一个叫蒋浪的地点进行科考时,科考队在一套灰色泥岩中有了重大发现。“经过我们对整套出露地层的踏勘,发现产化石的层位共有5层,种类非常丰富。这是迄今为止高原上发现的物种最丰富的新生代化石植物群。”苏涛说,这一发现,意味着青藏高原古近纪具有丰富的、与今天截然不同的植物多样性。

  与北半球植物区系有过密切交流

  苏涛他们此次发现的蒋浪植物群,属于古新统至始新统牛堡组,位于现海拔4850米,地处青藏高原中部“班公湖—怒江缝合带”。

  “在这套地层的多个层位中,我们发现了大量植物化石,包括叶片、果实、种子、花、地下块茎等,共划分为70余个形态类型,这是迄今青藏高原发现的物种最为丰富的新生代植物群。”苏涛向科技日报记者介绍,通过铀-铅法放射性同位素测定,蒋浪植物群的绝对地质年代约为4700万年。

  “蒋浪植物群的很多植物种类是青藏高原乃至亚洲最早的化石记录,和北半球同时期的植物群有着很高的相似性。”中国科学院西双版纳热带植物园周浙昆研究员告诉记者,这个植物群的不少种类,如兔耳果属、椿榆属、金鱼藻属、臭椿属等,都是这些类群在青藏高原乃至亚洲最早的化石记录;一些种类,如翼核果族,甚至是该类群目前已知的全球最早化石记录。

  “这些化石类群的发现,表明青藏高原是周边地区植物多样性的重要源头之一。”苏涛说,其生物多样性对青藏高原及周边地区,例如东南亚、甚至对整个亚洲的生物多样性的贡献是非常大的。

  非常有意思的是,蒋浪植物群中,有很多类群在如今的西双版纳热带植物园中居然能找到,一些种子及果实都能与古老的化石对应起来。“比如有一种萝藦亚科的种子,当时我们还不知道它的分类学位置,有一次非常偶然的机会,在我们去西双版纳植物园上班的路上,居然发现了与其现生对应的种子,形态非常匹配。这表明,在4700多万年前,青藏高原中部应该是偏热带、亚热带的气候类型。”苏涛说。

  与同时期的植物群比较发现,青藏高原在中始新世与北半球其他地区具有相似的植物区系组成,也就是说植物种类具有较高的相似性。其中,和美国绿河生物群的物种相似度最高,其次是德国麦瑟尔生物群,例如兔耳果属、臭椿属、椿榆属在三个植物群中同时出现,说明当时青藏高原与北半球的其他地区存在密切的区系交流。

  古气候重建表明这里曾温暖湿润

  长期以来,人们对青藏高原地形地貌以及亚洲季风和生物多样性之间的复杂关系知之甚少。

  除了关注古植物本身,苏涛他们还把目光锁定在青藏高原地质时期的环境变化上,而“会说话的化石”,不仅记录了地质时期青藏高原生物区系的多种成分,还可量化当时的温度、降雨量等气候指标,为4000多万年前隐藏在青藏高原中部的“香格里拉”生态系统的古气候面貌提供了最直接的证据。

  “通过叶片的形态特征与气候的相关性,并结合热力学原理,我们定量计算出4700万年前青藏高原中部的古环境:在季风气候下,东西向中央谷地森林的生长海拔约为1500米。”周浙昆说,他们利用气候—叶片多变量分析程序,对化石植物群的古气候定量进行重建,结果表明,中始新世青藏高原中部存在温暖湿润的季风气候,该地区既低又湿,年均温度约为19摄氏度。

  周浙昆、苏涛团队还利用热力学原理,重建了植物群的古海拔,表明当时青藏高原中部存在海拔不超过1500米的东西向中央谷地,南北两侧分别是冈底斯山和羌塘山脉,这也得到了模型模拟结果的支持。结合古生态组前期发表的棕榈化石证据,中央谷地在经历了2000余万年之后,由于北向挤压和剥蚀填充,到了中新世才逐渐形成现在的高原。

  苏涛介绍,青藏高原本身结构很复杂,它是由不同的板块拼接而成的;而不同板块形成的历史不尽相同。这个山谷及其所占据的生态系统,一直持续到中新世才逐渐结束。

  “这项研究也为探讨高原的形成过程提供了重要的古生物学依据。”周浙昆提示说,今后研究青藏高原生物多样性演变历史与古环境变化过程,需要考虑青藏高原形成过程的差异性和复杂性。

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黑洞吞噬范围小,地球离它更近一步也无妨

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  12月7日,据国外媒体报道,科学家在阿贝尔2261(Abell 2261)星系团中,发现了因2个星系并合,而产生的2个超大质量黑洞并合事件的线索。研究人员推测,阿贝尔2261星系团中心的星系包含着一个超大质量黑洞,其质量堪比宇宙中已知的一些最大质量的黑洞。

  宇宙中两只巨大的“猛兽”相互吞噬,这一惊人的发现,最初的线索却来自星系中“弱小”的恒星:该星系核中恒星数量远远大于理论预期;星系中最密集的恒星距离星系中心超过2000光年(1光年约为94600亿千米)。研究人员认为,正是由于两大黑洞并合,与周围恒星发生相互作用,才造成了这一现象。

  在银河系的中心,也有着一个超大质量黑洞,此前曾有天文学家绘制了一张全新的银河系中天体位置和速度图。这张地图显示,银河系中心超大质量黑洞距离地球约为25800光年。这比国际天文联合会于1985年所采用的官方数据27700光年还要近。随着测量时间的变化,地球与银河系中心黑洞的距离越来越近,这是否意味着地球正在朝黑洞坠落?黑洞吞噬天体的“魔爪”究竟能延伸多远?

  根据黑洞质量,科学家把它分为3类:恒星质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。

  超大质量黑洞是如何诞生的?“其实它的形成原因目前并不能完全确定。有一种说法是多个小质量的黑洞,相互并合成质量稍微大一点黑洞后,再通过吸附周围物质,就长成了超大质量黑洞。”中国科学院国家天文台研究员苟利军表示,关于超大质量黑洞的形成还有许多解释,就连是否存在并合过程都有不同的说法。

  “也有可能是一团物质极为丰富的气体直接塌陷形成了几万倍太阳质量或者几十万倍太阳质量的黑洞,然后不断吸附周围物质,使得其质量越来越大,形成了星系或类星体中心的超大质量黑洞。”苟利军表示。

  在此次研究中,日本国家天文台(NAOJ)通过天体测量目录创建了一张银河系中天体位置和速度图。其中第一份天体测量目录包含了99个天体的数据。

  值得注意的是,这幅银河系新地图显示,太阳运动的速度比想象中要快7000米/秒。此外,地球与银河系中心超大质量黑洞之间的距离比之前认为的要近1900光年。

  这是否表明,地球正在向银河系中心超大质量黑洞“前行”?研究人员明确表示,对此没有必要担心,因为最新数据并没有表明我们这颗星球正在朝黑洞坠落,它只是意味着现在有了一个更准确的银河系模型。

  从这份新地图来看,地球虽然与银河系中心黑洞人马座A*的距离更近了,但是地球仍位于银河系的“郊区”。

  “在相对较远的距离上,黑洞除了有引力效果,其实它表现出来的状态跟其他天体没有太大的差别。只有在非常近的距离上,它才会有比较大的破坏力。”苟利军说。

  那么黑洞的“魔爪”到底能伸到哪里?我们可以将超大质量黑洞想象成一只昏昏欲睡的巨兽,当恒星与它距离过近时,巨兽就会苏醒,将恒星当作大餐吞噬掉,这个过程中会发生潮汐瓦解事件。

  “在潮汐瓦解距离外,恒星是安全的。”苟利军举了一个例子,假如把太阳换成一个同等质量的黑洞,它的潮汐瓦解距离很有可能就在目前人类所知的太阳表面附近。那么,即便像金星这样距离太阳很近的天体,也“无福消受”黑洞的破坏力。

  2020年诺贝尔物理学奖的获得者,德国科学家赖因哈德·根策尔和美国科学家安德烈娅·盖兹因,在银河系超大质量黑洞周围发现了一些非常靠近黑洞的恒星,通过观测这些恒星的轨迹,他们推断出银河系中心黑洞的质量。他们指出,只有恒星接近超大质量黑洞破坏半径的时候,才有可能被它“吞噬”。

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