环球科学只需10周,你也能学会蒙眼识物的“超能力”

只需10周,你也能学会蒙眼识物的“超能力”来自美国加州的丹尼尔·基什(DanielKish)出生在1966年,刚满1岁的时候,他就因为患有一种罕见的儿童眼癌——视网膜母细胞瘤,而被摘除了两只眼球。丹尼尔几乎从来没有看过这个世界的样子。但走在路上的时候,他依然能判断出前面有一辆车;当站在一棵姿态奇异的树旁边,他不光能感觉到那是树,还知道树长歪了——只在低处蜿蜒,长不高,跟普通的树形状很不一样。他可以在城市里自如地行走,也能骑着自行车往来穿梭。假如只看丹尼尔骑车的画面,大家多半会以为这就是一个视力正常的普通人。但打开视频的声音之后,我们就会听见许多咔哒声,进一步仔细观察的话,还会发现声音是骑车人嘴里发出的。每秒两到三下,这些短促而清脆的咔哒声,是丹尼尔弹舌时发出的,也是他在回声定位中用到的工具。从很小的时候他就感觉到,每当自己发出声响,周遭的世界都会给个回应。而且,不同的物体有不同的回应,比如树、车、门廊……每种物体在他脑海里都对应着各自的“形象”,只是这形象不是由图像表示,而是由回声来体现。从回声当中,丹尼尔虽然听不出物体在视觉上的细节,但能分辨出轮廓,了解物体的形状和大小,还有距离和方向。想知道物体离自己多远,可以依靠回声的频率(音高)和响度来判断,离得越近音调越高且越响;左右耳收到的不同回声,则有助于推测物体所在的方向。当物体位置变化的时候,回声也会随之改变,丹尼尔出行时就需要频繁发出咔哒声,不停地感受周围环境。丹尼尔说,虽然自己弹舌的声音基本上每次都一样,但遇到物体后返回的声波,已经被物体表面的特性改变了。经过多年训练,他可以依靠回声来感受物体的质地,判断密度大小。这并不是什么精确的测量,但对丹尼尔来说能区分木栅栏和金属栅栏已经足够——木栅栏给他的回声更加沉闷一些。在衣食住行中,对盲人最不友好的或许就是出行,一种对未知世界的恐惧,可能阻挡了许多盲人出门的脚步。而丹尼尔的“声纳”再加上手杖,除了满足日常出行需求,还能支持他远足的爱好——回声定位,仿佛就是他与世界谈判的资本。

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丹尼尔并不是人类中唯一的回声定位能力者

丹尼尔并不是人类中唯一的回声定位能力者。从18世纪中叶开始,人们就已经注意到了盲人用非接触的方式定位物体的能力。只是,当年的学者可能没有意识到听觉在其中的作用,更多地认为是物体给人脸施加了某种形式的“压力”,让盲人抓到一些规律,判断出面前有障碍物,这才会在撞墙之前停下脚步。来到20世纪40年代,康奈尔大学的科学家邀请多位盲人参与实验,终于证明了盲人非接触式感知物体的能力并不是由“压力”驱动,而是靠声音和听觉成就的。但直到如今,能在生活中熟练使用回声定位的盲人依然是少数,丹尼尔作为少数人中的一位,也常常收到采访和演讲邀约。他总是喜欢强调自己并不特别,回声定位也不是他独有的技能,而是任何人经过训练都能掌握的能力。近年来,丹尼尔在把自己的技巧传授给更多的人。与此同时,一些科学家也自己的研究中证明,普通人想要拥有“声纳”,并不是一件太难的事。

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科学家利用花卉的“超能力”开发突破性新药

科学家利用花卉的“超能力”开发突破性新药研究人员创新出一种更环保、更简单、更便宜的药物开发方法,利用一种来自兰花耳草(Oldenlandiaaffinis)的酶来生产稳定的环状蛋白质和肽,这有可能彻底改变制药生产,并适用于各行各业。资料来源:彼得-沃伦传统的小分子药物往往难以破坏蛋白质之间的相互作用,而制药业正在探索使用被称为"肽"的小蛋白质。这些肽的作用方式类似,为阻断这些相互作用提供了一种潜在的更有效方法。然而,肽和蛋白质往往不能成为很好的药物,因为它们的三维结构可能会解开,对高温敏感,而且很难进入人体细胞,而人体细胞中存在着许多令人兴奋但具有挑战性的药物靶点。现在,巴斯大学的科学家们开发出了一种解决这一问题的方法:通常蛋白质和肽链都有一个起点和终点--通过将这些松散的末端连接在一起,就有可能创造出非常坚硬的"环状"蛋白质和肽链,从而提高耐热性和化学稳定性,并使它们更容易进入细胞。他们从一种生长在热带地区的紫色小花Oldenlandiaaffinis(兰花耳草)中提取了一种名为OaAEP1的酶,并对其进行了改造,然后将其转移到细菌细胞中。这些细菌培养物在生长过程中可以大量生产蛋白质,同时只需一个步骤就能将两端连接起来。植物可以自然完成这一过程,但速度慢、产量低。另外,也可以通过化学方法进行环化,即分离酶,然后在试管中混合多种试剂,但这需要多个步骤,并使用有毒的化学溶剂。将整个过程置于细菌系统中可提高产量,使用更可持续的生物友好型试剂,而且所需步骤更少。因此,这种方法更简单、更便宜。为了展示这种方法,科学家们将细菌OaAEP1技术应用于一种名为DHFR的蛋白质,结果发现,将其头端和尾端连接在一起可使其更耐温度变化,同时仍能保持正常功能。巴斯大学生命科学系的乔迪-梅森(JodyMason)教授说:"蛋白质和肽通常对热相当敏感,但环化却能使它们更加坚固。奥尔登兰德植物自然会制造环状蛋白质,作为威慑掠食者的防御机制的一部分。因此,我们通过改造OaAEP1,并将其与现有的细菌蛋白质生产技术相结合,利用了这种花卉的超能力,创造出了一种非常强大的工具,将有助于药物发现行业的发展"。巴斯大学生命科学系副研究员SimonTang博士说:"蛋白质和多肽是非常有前景的候选药物,但开发新治疗方法的一个重要瓶颈是如何在不产生天文数字成本的情况下生产出足够多的蛋白质和多肽供患者使用。我们的新工艺让细菌完成所有工作,因此更清洁、更环保,而且步骤更少,操作更简单。我们对这一技术的潜在应用感到非常兴奋,它不仅适用于制药业,还适用于食品业、洗涤剂业、生物技术和生物能源生产等其他行业。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401139.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1401139.htm

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没用的超能力增加了 日本女生靠舌头舔能认出文字

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研究熊的昼夜节律超能力可能有助于帮助人类应对日夜颠倒的工作华盛顿州立大学(WSU)的科学家认为,这些"极端轮班工人"令人印象深刻的生理机能可能为人类如何更好地应对昼夜节律紊乱提供了线索。昼夜节律失调与心脏病、免疫功能低下、糖尿病和肥胖等代谢性疾病、中风、癌症和早逝有关,在轮班工人中更为普遍。研究人员发现,冬眠的黑熊即使几个月没有进食,其能量产生也每天都在波动。在冬眠期间,它们的能量峰值被抑制了,高点出现在一天中比动物活动时更晚的时间,但它们仍然清楚地表明昼夜节律得到了维持,而不是暂停。"这强调了昼夜节律本身的重要性--昼夜节律使生物体在像冬眠的熊这样极端的状态下仍能灵活地运作,"资深作者、西悉尼大学综合生理学和神经科学系教授海科-扬森(HeikoJansen)说。该研究小组认为,了解黑熊如何在数月不进食、几乎不活动的情况下大量增重,而不会对健康造成不良影响,可以为人类疗法打开一扇大门。黑熊的体重可能会减少多达100磅(45千克),但它们的肌肉几乎没有流失,骨骼没有退化,也没有引发新陈代谢疾病。在这项研究中,研究人员从细胞层面研究了动物体内时钟的表达。研究人员采集了六头黑熊在活动期和冬眠期的细胞样本进行培养。冬眠期动物的体温通常较低,约为34°C(93.2°F),研究人员将从冬眠期动物身上提取的细胞与活动期提取的细胞进行了比较,活动期动物的体温约为37°C(98.6°F)。他们的发现证实了昼夜节律活动,冬眠动物细胞中有数千个基因有节律地表达。这表明,三磷酸腺苷(ATP),即人体细胞的能量,是以24小时为周期产生的,尽管峰值和谷值都较低。如前所述,能量输出峰值出现的时间也比动物活动时晚,这表明熊在冬眠期间改变了昼夜节律,以降低维持"电池"运转的成本。正因为如此,它们可以在数月不进食的情况下继续燃烧足够的燃料为身体提供能量,而且不会出现有害健康的问题。"这就像设置恒温器一样,"扬森说。"如果你想节省一些能量,你就把恒温器调低,这基本上就是熊正在做的事情。"在西悉尼大学黑熊中心观察冬眠动物时,研究人员还注意到,即使光照条件保持不变,动物在一天中的某些时段也会更加活跃。这些活动的增加与冬眠动物的细胞产生ATP的高峰期相对应。他补充说:"它们利用了抑制昼夜节律的能力,但并没有阻止时钟运行。这是一种非常新颖的微调动物新陈代谢过程和能量消耗的方法。"研究人员认为,利用这种能力可能有助于人类应对需要在"生物"夜间工作、白天睡觉的时间表。据估计,14%的劳动力都要在夜间工作,人们越来越关注保持这样的工作时间对人类健康的危害,尤其是慢性疾病、意外事故、生活质量低下和医疗成本等方面。如果科学家们能够研究出如何让我们自己的内部时钟比普通熊更聪明,那么消除有害健康影响的潜力将是巨大的。在最近长达十年的另一项研究中,科学家们发现熊在冬眠期间也会产生一种独特的抗凝血蛋白,以保护它们免受长期不动带来的风险。这项研究发表在《比较生理学杂志B》(JournalofComparativePhysiologyB)上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398343.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1398343.htm

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兼具自愈能力和抗菌性 - 科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip

兼具自愈能力和抗菌性-科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip"Trpzip"材料在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会发生重塑。资料来源:新南威尔士大学悉尼分校一些人造水凝胶被广泛应用于各种商品中,从食品和化妆品到隐形眼镜和吸水材料,最近还被用于医学研究,以密封伤口和替代受损组织。虽然合成水凝胶可以充分发挥空间填充剂的作用,促进组织生长,但却无法再现真实人体组织的复杂特性。但在今天发表于《自然-通讯》(NatureCommunications)上的一篇研究论文中,新南威尔士大学的科学家们描述了一种新型实验室制造的水凝胶如何表现得像天然组织,并具有许多令人惊讶的特性,这些特性对医疗、食品和制造技术都有影响。新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的克里斯-基利安(KrisKilian)副教授说,这种水凝胶材料由非常简单的短肽制成,而短肽是蛋白质的组成部分。基利安教授说:"这种材料具有生物活性,这意味着被包裹的细胞就像生活在天然组织中一样。同时,这种材料还具有抗菌性,这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它成为可能用于医学的材料的最佳选择。这种材料还具有自愈性,这意味着它在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会重新塑形。这使它成为三维生物打印的理想材料,或作为一种可注射的药物材料。"AshleyNguyen是新南威尔士大学化学学院的博士生,也是该论文的第一作者,她是在COVID-19大流行期间利用计算机模拟发现这一发现的。Nguyen一直在寻找能够自我组装的分子--即在没有人为干预的情况下自发排列的分子--并偶然发现了"色氨酸链条"的概念。这是一种含有多个色氨酸的氨基酸短链,可促进链条自组装,因而这种材料被命名为"Trpzip"。Nguyen说:"通过计算模拟,我发现了一种可能形成水凝胶的独特肽序列,这让我非常兴奋。我们回到实验室后,我合成了最重要的候选肽,看到它真的形成了凝胶,我非常激动。这种水凝胶的发现有可能成为广泛使用的天然材料的道德替代品。天然水凝胶早已在社会上广泛使用,从食品加工到化妆品,但需要从动物身上采集,这就带来了伦理问题。此外,动物提取的材料也很难用于人体,因为会产生负面的免疫反应。有了Trpzip,我们就有了一种合成材料,它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力,而且在临床研究等其他领域也能胜过天然材料。"为了测试Trpzip在生物医学研究中的可行性,Kilian教授的团队与新南威尔士大学悉尼分校生物医学科学学院的研究员ShafaghWaters博士合作,后者在研究中使用Matrigel(一种从小鼠肿瘤中提取的水凝胶)培养与模拟患者组织。"在研究中使用Matrigel有一些缺点,因为每一批都不一样。化学定义的替代品可能更便宜、更均匀,这将证明对生物医学研究非常有益,"沃特斯博士说。基里安教授指出,天然材料业务是一个价值数十亿美元的产业,他说该团队热衷于探索商业化途径:"我们认为,Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品。如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量,那将是一个巨大的成果。"下一阶段的研究将涉及与行业和临床科学家合作,测试Trpzip凝胶在组织培养中的效用,并探索能突出其独特动态特性的应用,如三维生物打印和干细胞输送。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392947.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1392947.htm

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科学家推翻了人们长期以来对大脑存在补偿性重塑能力的看法

科学家推翻了人们长期以来对大脑存在补偿性重塑能力的看法剑桥大学和约翰斯-霍普金斯大学的科学家指出,与人们普遍认为的相反,大脑并不具备重新连接自身的能力来补偿失明、截肢或与中风有关的损伤。在最近发表在《eLife》上的一篇论文中,剑桥大学的塔玛尔-马金(TamarMakin)教授和约翰-克拉考尔(JohnKrakauer)教授认为,尽管科学教科书中经常引用这种观点,但这种观点从根本上说是有缺陷的,即大脑在应对损伤或缺陷时可以重组自身,并重新利用特定区域来实现新的功能。相反,他们认为所发生的只是大脑在接受训练,以利用已经存在但潜在的能力。大脑可塑性的误解最常见的例子之一是,一个人失去了视力--或天生失明,而以前专门处理视觉的视觉皮层被重新连接起来处理声音,从而使这个人能够使用一种"回声定位"的形式来浏览杂乱的房间。另一个常见的例子是,中风患者最初无法移动肢体,但他们可以重新利用大脑的其他区域来恢复控制能力。约翰-霍普金斯大学运动学习和大脑修复研究中心主任Krakauer说:"我们的大脑具有惊人的自我重构和重组能力,这种想法很有吸引力。它给我们带来了希望和魅力,尤其是当我们听到盲人发展出几乎超人的回声定位能力,或者中风幸存者奇迹般地恢复了他们认为已经丧失的运动能力等非凡故事时。这种想法超越了简单的适应性或可塑性--它意味着大脑区域的全面重新利用。但是,虽然这些故事很可能是真的,但对所发生的事情的解释实际上是错误的"。重新评估经典研究在文章中,Makin和Krakauer回顾了十项旨在展示大脑重组能力的开创性研究。不过,他们认为,虽然这些研究显示了大脑适应变化的能力,但大脑并没有在以前不相关的区域创造新的功能,而是利用了自出生以来就存在的潜在能力。例如,其中一项研究--加州大学旧金山分校的迈克尔-梅尔泽尼奇教授在20世纪80年代进行的研究--探讨了当一只手失去一根手指时会发生什么。手在大脑中有一个特定的表征,每个手指似乎都映射到一个特定的大脑区域。梅尔泽尼奇认为,去掉食指,以前分配给这根手指的大脑区域就会被重新分配来处理来自邻近手指的信号--换句话说,大脑会根据感觉输入的变化重新连接自己。Makin说并非如此,他自己的研究提供了另一种解释。挑战重装理论在2022年发表的一项研究中,Makin使用一种神经阻断剂,暂时模拟截去受试者食指的效果。她的研究表明,即使在截肢之前,来自邻近手指的信号也会映射到"负责"食指的脑区--换句话说,虽然这个脑区可能主要负责处理来自食指的信号,但并不完全如此。截肢后,其他手指的现有信号会在这个脑区"拨号"。剑桥大学医学研究委员会(MRC)认知与脑科学研究组的Makin说:"大脑的适应能力与食指和中指一样,大脑对损伤的适应能力并不是为了完全不同的目的而征用新的大脑区域。这些区域不会开始处理全新类型的信息。甚至在截肢之前,被检查的大脑区域中就有关于其他手指的信息,只是在最初的研究中,研究人员没有太注意到这些信息,因为这些信息比即将被截肢的手指弱。"来自先天性聋猫的证据先天性耳聋猫的听觉皮层--大脑中处理声音的区域--似乎被重新用于处理视觉。但当它们被植入人工耳蜗后,这一大脑区域立即又开始处理声音,这表明大脑实际上并没有重新连接。在研究其他研究时,Makin和Krakauer没有发现令人信服的证据表明,先天失明者的视觉皮层或中风幸存者未受伤的皮层曾经开发出一种新的功能能力,而这种能力在其他情况下是不存在的。了解真正的大脑可塑性Makin和Krakauer并没有否定盲人纯靠听力导航或中风患者恢复运动功能等故事。相反,他们认为,大脑并不是完全为新任务重新分配区域,而是通过重复和学习来增强或修改原有结构。他们认为,了解大脑可塑性的真正本质和局限性至关重要,这既有利于为患者设定切合实际的期望值,也有利于指导临床医师采用康复方法。Makin补充说:"这一学习过程证明了大脑非凡的可塑性,但这种可塑性也受到限制。在这个过程中没有捷径或快车道。快速开启大脑隐藏潜能或挖掘大量未用储备的想法,与其说是现实,不如说是一厢情愿。这是一个缓慢、渐进的过程,需要坚持不懈的努力和实践。认识到这一点,有助于我们理解每一个康复故事背后的艰辛,并相应地调整我们的策略。""很多时候,大脑重新连接的能力被描述为'奇迹'--但我们是科学家,我们不相信魔法。我们所看到的这些惊人的行为都源于努力工作、重复和训练,而不是大脑资源的神奇重新分配"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399673.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1399673.htm

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