科学家找到了宇宙暗能量的起源：黑洞；新型男用避孕药｜环球科学要闻
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千新星球形爆炸的艺术想象图。图片来源：Albert Sneppen
两颗中子星碰撞时爆炸产生的千新星是最为极端的宇宙现象之一，是宇宙中贵重金属元素的来源。2017年，科学家首次观测到1.4亿光年外的千新星AT2017gfo（GW170817），它的几何形状可以反映双中子星碰撞的过程，以及超致密物质的属性，以及双中子星碰撞产生黑洞的能量分界线。近日，一篇发表在《自然》（Nature）杂志上的论文表明千新星可能是正球形。
双中子星在碰撞之前每秒可以相互绕转100次，凭直觉表明碰撞一定非常扁平、不对称。但数据分析表明，千新星近乎是一个完美的球体。双中子星碰撞时，会首先成为一颗超大质量中子星，然后在几毫秒内坍缩成一个黑洞，同时释放的巨大磁能几乎能瞬间改变爆炸产物的分布，使其更加均匀。但这只能解释较轻的元素，并不能阐释重金属元素的分布。这是可能理论中中微子的影响，它能让中子转化成电子和质子产生较轻的元素，使总体元素构成趋于更轻。这一发现可能改变对宇宙膨胀速度的测量方式。此前的测量可能存在十亿年的误差，而如果千新星的形状为正球形，它就是一个完美的宇宙标准烛光，可以更加精确地对宇宙进行度量。
男性避孕手段如今局限于安全套和输精管切除术。虽然人们已做了许多工作开发更多男性避孕药具，这些成果因效力低、预处理时间长或消极副作用而应用受限。根据本周《自然·通讯》（Nature Communications）发表的一项研究，一种新开发的候选药物在小鼠中显示出能够快速并暂时地抑制雄性生殖能力。这些发现可能为开发男性避孕药物工作带来了进展。
研究者开发了一种优化的可溶性腺苷酸环化酶（sAC）抑制剂，可以降低小鼠和人类的精子活力（精子功能的一个关键指标）。他们使用多组小鼠进行了一系列概念验证实验，结果显示当雄性小鼠交配行为正常时，给药后的数小时内可抑制生育。避孕效率在前2小时为100%，前3小时为91%。至24小时，生育力会回到正常水平。持续用药6周未发现消极健康影响。尽管在大多数实验中通过注射给药，研究者发现口服给药也能使小鼠精子活力降低同样水平。他们提出，还需要进一步研究确定这些药物是否能对人有效，并识别出任何可能的副作用。
· 天文学 ·
宇宙中近70%的能量是促使宇宙膨胀的暗能量，但科学家一直不清楚暗能量究竟是什么。对古老休眠星系的测量表明，宇宙中黑洞的增长速度超过预期，这与爱因斯坦引力理论预测的结果一致，而这意味着我们可能不需要再用新的东西解释暗能量：黑洞与爱因斯坦引力的结合就是暗能量的来源。相关论文发表在《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）和《天体物理学报通信》（The Astrophysical Journal Letters）上。
研究人员研究了一种特殊的星系：巨型椭圆星系，它在宇宙早期完成演化，进入休眠状态，只剩下很少的物质供中心的黑洞吸积。将90亿年前的巨型椭圆星系和今天的巨型椭圆星系对比，天文学家发现其中的黑洞比今天的黑洞大了7～20倍。如此快速质量增长超出了吸积和合并能解释的范围，天文学家认为这可以用黑洞包含真空能解释。黑洞的真空能正好与宇宙的膨胀耦合，它会随着宇宙的膨胀而增大，这种效应最终能让天文学家用黑洞解释暗能量的起源。这是首个不用额外的物理存在，就能解释暗能量起源的理论。
2018年，当时21岁的麻省理工博士生曹原和他的团队在《自然》（Nature）上连发两篇论文，指出在接近绝对零度时，将两层石墨烯堆叠并相互构成一个大约1.08°的小夹角（“魔角”），就能产生超导效应。曹原因此成为了当年《自然》十大人物之一。但是，传统的理论无法解释魔角石墨烯超导性的来源。近日，一项《自然》上的研究对此给出了解释。
在导电金属中，电子移动非常快。但是，在双层石墨烯的“平带”结构中，电子移动缓慢，在夹角恰好为魔角时，速度甚至接近零。根据传统理论，电子移动如此缓慢的材料甚至不应该导电。这次，研究人员构造了极高精度的魔角，精确测量并证实了电子运动的缓慢速度。他们发现从量子几何学，而非电子速度的角度出发，考虑电子在平带中的波函数的几何形状，结合电子之间的相互作用，便能够解释魔角石墨烯的超导性。这项研究为开发室温超导材料带来了新的见解。
细菌与细菌，可以相互传递DNA片段（接合性质粒），在此过程中它们可能获得一些有利的特性，比如抗生素耐药性。不过，一些质粒能在没有带来明显优势的情况下长期存在，科学家并不完全理解这样的现象。而现在，一项发表在PLOS Biology上的新研究提供了新的思路。
科学家想知道，质粒能够在多大程度上操控细菌的基因表达。他们研究的是一个质粒基因，这个基因编码了名叫RsmQ的蛋白质。研究者用荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）进行实验，发现RsmQ蛋白对宿主细菌对环境的感知有影响。当RsmQ存在时，细菌对环境的响应有所不同，它们生存状态更好，移动更少。科学家发现，RsmQ与宿主细菌mRNA上的特定位点相互作用，可以对细菌的翻译调节网络产生影响。而这会让细菌的代谢基因、关键调节基因以及与趋化性有关的基因发生大规模的蛋白质组学变化，操控细菌的代谢和运动。研究者表示，RsmQ是首例由质粒编码的全局调控因子，改写细菌的行为和生活方式。
自杀已是美国青少年第二大死因，新冠期间抑郁、焦虑以及社会隔离增大了青少年自杀的风险。最新发表于Pediatrics的两项研究分析了新冠疫情期间美国青少年的自杀事件的数量与特征变化趋势。发现自杀事件总体上升，但在不同亚群体中分布并不平均。
其中一项研究按性别、年龄、种族和民族以及自杀方式提取了年度和月度自杀人数， 分析了2015年至2020年美国5至24岁青少年的全国自杀数据。研究人员先通过疫情前的数据对2020年疫情中的自杀死亡的趋势进行预测和模拟，后将该预测结果和实际的自杀数据进行对比。实际数据显示，2020年疫情期间（3月以后），美国发生了5568起青少年自杀案件，其中大多数青年死者是男性（79.2%），非西班牙裔白人（59.6%），通过枪械自杀（51.1%）。他们发现，与模拟的自杀数据相比，在新冠疫情期间总体上自杀事件数目增加。具体上，自杀事件增加主要发生于男性、5-12岁的青少年、18-24岁成年人、非西班牙裔黑人青年等群体。此外，部分自杀率低的亚群体在疫情中的自杀率增高，例如非西班牙裔的亚裔/太平洋岛民女性。而且，没有一个亚群体的自杀人数明显少于预期。该研究结果突出了依据个体的性别、种族制定自杀干预措施的重要性。
另一项研究则通过描述统计学的方法，分析了2020年受新冠影响（144位）和未受新冠影响（408位）的10-17岁自杀者的各方面特征。发现受影响的自杀者大多（89%）是受新冠的间接影响，更多采用了上吊的手段，并且经历了明显更多的孤立（60%对14%）、学校问题、抑郁症和焦虑症等压力。这项研究为识别疫情中有更高自杀风险的弱势青年亚群体提供了线索。
图片来源：pixabay
撰文：韩佳桐、马一瑗、蒋泽华、陶兆巍、王昱、栗子
编辑：王昱、栗子、马东源