科学家提出新模型 有助于理解分子自组织成生命结构的过程

科学家提出新模型有助于理解分子自组织成生命结构的过程这种缓慢的集群形成似乎与生命出现的速度不符。MPI-DS生命物质物理系的科学家们现在提出了一个替代模型，可以解释这种集群的形成，从而解释形成生命所需的化学反应的快速发生。这项研究的第一作者文森特-瓦赞-雷布尔（VincentOuazan-Reboul）说："为此，我们考虑了不同的分子，在一个简单的新陈代谢循环中，每个物种都会产生下一个物种所需的化学物质。""模型中的唯一要素是分子的催化活性、分子跟随其产生和消耗的化学物质浓度梯度的能力，以及循环中分子顺序的信息，"他继续说。一个新模型描述了参与代谢循环的催化剂的自组织过程。不同种类的催化剂（以不同颜色表示）形成簇群，并能相互追逐。资料来源：MPI-DS/LMP因此，该模型显示了包括各种分子物种在内的催化簇的形成。此外，集群的增长速度呈指数级增长。因此，分子可以快速、大量地组装成动态结构。"此外，参与新陈代谢循环的分子种类数量对所形成的簇的结构起着关键作用，"MPI-DS主任RaminGolestanian总结道："我们的模型提出了大量复杂的自组织方案，并对奇数或偶数参与物种的功能优势做出了具体预测。值得注意的是，我们新提出的方案所需的非互惠相互作用普遍存在于所有代谢循环中。"在另一项研究中，作者发现，在小型代谢网络中集群并不需要自我吸引。相反，网络效应甚至可以使自我排斥的催化剂聚集在一起。由此，研究人员证明了复杂的相互作用可以产生自组织结构的新条件。总之，这两项研究的新发现为复杂生命如何从简单分子中产生的理论增添了另一种机制，并更广泛地揭示了参与代谢网络的催化剂如何形成结构。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375427.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375427.htm

时空涟漪 - 科学家揭开引力波之间相互作用的秘密

时空涟漪-科学家揭开引力波之间相互作用的秘密当两个黑洞相撞时，其冲击力是如此之大，以至于我们在地球上都能探测到。这些天体是如此巨大，以至于它们的碰撞会在时空本身产生涟漪。科学家称这些涟漪为引力波。虽然爱因斯坦早在1916年就预言了引力波的概念，但物理学家直到2015年才在LIGO（激光干涉引力波天文台）上直接探测到引力波。现在，在能源部科学办公室和其他几个联邦机构的支持下，科学家们正在努力更好地理解这些引力波，以及它们能告诉我们有关黑洞的信息。除了威力巨大之外，这些碰撞还具有令人难以置信的复杂物理特性。为了准确，对它们的计算机模拟也必须非常复杂。模拟需要包括碰撞过程中的每一个步骤：黑洞相互螺旋上升、合并、变成一个扭曲的黑洞，然后沉降为一个单一的黑洞。这个过程非常复杂，科学家需要超级计算机来运行模拟。这张照片来自"模拟极端时空"（SimulatingeXtremeSpacetimes，简称SXS）合作项目利用超级计算机进行的模拟，照片中两个黑洞即将合并。当黑洞旋转在一起时，它们会在空间和时间上产生被称为引力波的涟漪。图片来源：SXSLensing/SimulatingeXtremeSpacetimesCollaboration然后，物理学家将这些模拟的数值数据与这一过程的模型进行比较。旧版本的模型显示引力波不会相互影响或相互作用。然而，科学家们怀疑这并不准确。试想一下，两个人相邻站在一个水池里制造引力波。如果每个人发出的波都非常小，那么这些波就有可能互不干扰。它们在相互影响之前就会消失。但是，如果两个人都在制造大波浪，波浪就会相互碰撞，产生新的波浪。科学家们知道碰撞会产生强烈的引力波，因此认为它们会相互影响--只是没有显示出来而已。来自加州理工学院（Caltech）、哥伦比亚大学、密西西比大学、康奈尔大学和马克斯-普朗克引力物理研究所的一个研究小组对这些数值输出进行了新的、更详细的分析。分析结果表明，引力波之间存在相互作用。每个波都会导致其他波发生轻微变化。相互作用产生了具有各自独立频率的新型波。这些新的波比原来的波更小、更混乱、更不可预测。通过在模型中加入这一特征，科学家们可以更准确地描述数值输出告诉他们的信息。LIGO利文斯顿实验室。资料来源：LIGO实验室在黑洞碰撞模型中加入这些相互作用将使模型更加精确。反过来，这些模型将帮助我们更好地解释真实世界的观测结果。模型越精确，对解读来自LIGO的数据就越有用。此外，更好的模型还能帮助科学家弄清广义相对论是否是解释黑洞实际情况的正确理论。虽然广义相对论--爱因斯坦提出的著名理论广泛地解释了引力如何影响时空，但这一理论在多大程度上适用于黑洞的奇特性质仍有待确定。黑洞碰撞距离地球和我们的日常生活遥远得难以想象。虽然我们无法亲身感受到引力波，但科学家们获得的数据和建立的模型每天都在扩展我们对这些不可思议现象的认识。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389973.htm

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

科学家揭开量子化涡旋运动的谜团 解释其与正常流体之间的相互作用

科学家揭开量子化涡旋运动的谜团解释其与正常流体之间的相互作用尽管物理学界已经提出了几种理论模型，但尚不清楚哪种模型是正确的。由大阪都立大学科学研究生院和南部洋一郎理论与实验物理研究所的MakotoTsubota教授和特聘助理SatoshiYui教授领导的研究小组与佛罗里达州立大学和庆应义塾大学的同事合作，以数值方式研究了量子化涡旋与法向流体之间的相互作用。 根据实验结果，研究人员决定了几个理论模型中最一致的一个。他们发现，考虑正常流体变化并包含理论上更准确的相互摩擦的模型与实验结果最相符。平面以上量化涡旋环的可视化（绿色曲线），正常流体涡旋环（红色半圆）。资料来源：MakotoTsubota,OMU“这项研究的主题是量子化涡旋与正常流体之间的相互作用，自从我40年前开始在这一领域进行研究以来，一直是一个巨大的谜团，”坪田教授说道。“计算的进步使得解决这个问题成为可能，我们佛罗里达州立大学的合作者出色的可视化实验取得了突破。正如科学中经常发生的情况一样，技术的后续发展使得阐明这一问题成为可能，这项研究就是一个很好的例子。”他们的研究结果于2023年5月23日发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367417.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367417.htm

科学家借增强现实技术 模拟了相互作用粒子间量子纠缠的新方法

科学家借增强现实技术模拟了相互作用粒子间量子纠缠的新方法在2022年8月3日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇文章中，科学家们介绍了一种通过增强现实技术来模拟相互作用的粒子间的量子纠缠的新方法。SCITechDaily指出，计算分子电子的集体行为，对于材料性质的预测是相当必要的。有朝一日，此类预测或帮助科学家创造出新的药物、或具有理想品质（比如超导性）的新材料。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1325741.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1325741.htm

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点新月柄杆菌是一种新月形二形细菌，是研究细菌细胞周期调控、细胞分化和形态发生的主要模式生物之一。使用DNA-PAINT技术观察细胞，染色体DNA被染成蓝色，细胞膜被染成红色。图片来源：马克斯-普朗克陆地微生物研究所/埃尔南德斯-塔马约在进化过程中，细胞发展出了多种策略来加强其包膜以抵御内部渗透压，从而使它们能够在各种不同的环境中生长。大多数细菌种类都会在细胞质膜周围合成半刚性细胞壁，其主要成分肽聚糖会形成一个致密的网状结构，将细胞包裹起来。细胞壁除了起保护作用外，还能形成特定的细胞形状，如球形、棒状或螺旋形，从而有利于运动、表面定植和致病。细胞壁的存在也带来了挑战：细胞必须不断重塑细胞壁才能生长和分裂。为此，细胞必须小心翼翼地撕裂细胞壁，使其扩张和变化，同时迅速用新材料修补缝隙，防止细胞壁坍塌。这种细胞壁重塑过程包括裂解酶（又称自溶酶）对键的裂解，以及随后肽聚糖合成酶对新细胞壁材料的插入。这两组相互对抗的蛋白质的活动必须密切协调，以防止肽聚糖层出现薄弱点，导致细胞溶解和死亡。马克斯-普朗克陆地微生物学研究所研究员、马尔堡大学微生物学教授马丁-坦比希勒领导的研究小组开始研究自溶机制的组成和功能。他们的研究重点是淡水环境中的新月柄杆菌，这种细菌被广泛用作研究细菌基本细胞过程的模式生物。Thanbichler认为，研究自溶蛋白的功能是一项具有挑战性的任务。"虽然我们对合成机器有很多了解，但自溶蛋白被证明是一个难以攻克的难题"。Thanbichler团队的博士后研究员MariaBillini补充说："细菌通常含有多种类型的自溶蛋白，它们来自不同的酶家族，具有不同的靶标。这意味着这些蛋白质具有高度冗余性，删除单个自溶蛋白基因往往对细胞形态和生长影响甚微。"通过共免共沉淀筛选和体外蛋白质-蛋白质相互作用试验对潜在的自溶蛋白调节因子进行分析后发现，一种名为DipM的因子在细菌细胞壁重塑过程中发挥着关键作用。这种关键的调节因子是一种可溶性的周质蛋白，竟然与几类自溶蛋白以及一种细胞分裂因子相互作用，显示出这种调节因子以前未知的杂交性。DipM能够刺激两种活性和折叠方式完全不同的肽聚糖分解酶的活性，这使它成为第一个被发现的能够控制两类自溶酶的调节因子。值得注意的是，研究结果还表明，DipM使用单一界面与其各种靶标相互作用。这项研究的第一作者、博士生阿德里安-伊斯基耶多-马丁内斯（AdrianIzquierdoMartinez）说："破坏DipM会导致细胞壁重塑和分裂过程的各个环节失去调控，最终导致细胞死亡。"因此，它作为自溶蛋白活性协调者的适当功能对于新月柄杆菌正常的细胞形状维持和细胞分裂至关重要。"对DipM的全面表征揭示了一个新颖的相互作用网络，包括一个自我强化环，它将溶解性转糖基酶和可能的其他自溶蛋白与新月柄杆菌细胞分裂装置的核心连接起来，也很可能与其他细菌的细胞分裂装置连接起来。因此，DipM协调着一个复杂的自溶蛋白网络，其拓扑结构与之前研究的自溶蛋白系统大不相同。马丁-坦比希勒（MartinThanbichler）指出："这种多酶调节器的功能失常会同时影响多个与细胞壁相关的过程，对它们的研究不仅有助于我们了解细胞壁如何对细胞或环境的变化做出反应。它还有助于开发新的治疗策略，通过同时破坏几种自溶途径来对付细菌"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376317.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376317.htm