在本期新闻快讯中，我们将了解为什么鸟喙的大小很重要，植物根系如何应对竞争，以及天文学家可以从中微子中了解到什么。另外，在实验室里造肺!
在这一集里
更小的喙适应更冷的气候
一项新的研究表明，生活在寒冷气候下的鸟类比天气好的鸟类进化出了更小的喙，以帮助它们保持温暖。
这项研究由澳大利亚墨尔本大学的马特·西蒙兹(Matt Symonds)领导，发表在《美国博物学家》(American Naturalist)杂志上，研究了全球200多种鸟类——包括非洲的barbets和tinkerbird，澳大利亚鹦鹉，加拿大的野禽，企鹅和燕鸥——看看它们的喙的大小是如何随着栖息地的温度变化而变化的。
我们已经从热成像研究中知道，像巨嘴鸟和鹅这样的鸟类可以通过它们的大喙失去很多身体热量。
现在，西蒙兹和他的团队有了有力的证据，证明生活在更寒冷环境中的鸟类，无论是在极地还是在山上，它们的喙往往更小。
可能是气候温暖的鸟类进化出了喙来散热，但作者认为更有可能的是，寒冷的温度限制了鸟类喙的大小。在寒冷的气候下，一个能散热的大喙会成为一个很大的缺点，不管它有什么其他的优势，比如交流或吸引配偶。
这是第一次对一个133年前的理论进行深入研究，该理论被称为艾伦法则，该法则预测，来自世界较冷地区的温血动物将进化出更小的附属物，包括耳朵、尾巴和四肢。
研究小组没有发现鸟腿长度和温度之间有如此强的关系，这表明鸟喙作为热量损失的来源更重要，因此调节体温的需要是塑造鸟喙进化的一个重要因素。
植物可以做出决定
科学家们发现，植物远没有我们想象的那么被动，它们可以整合信息来帮助自己做出决定。阿尔伯塔大学的研究人员詹姆斯·卡希尔和他的同事们通过种植一种中国花的标本发现了这一发现落叶的(也叫黄麻或中国黄麻)要么单独种植，要么一起种在同一个花盆里，然后跟着根的去向生长。
在进一步的转变中，研究小组还改变了花盆中土壤中营养物质的位置;在某些情况下，营养物质均匀地分布在各处，在另一些情况下，一株植物比另一株更靠近，或者在两株竞争植物之间的中心。在每一种情况下，在植物成熟后，研究人员将叶子切下来，并在茎上注射有色染料来标记组织，以便区分和测量每一种植物的根系。在养分供应均匀的土壤中孤立生长的植物会产生广泛的根球，在养分分布不规则的土壤中生长的植物也是如此，而在养分分布均匀的土壤中竞争生长的植物则会像瘟疫一样相互避免，根系永远不会重叠。
但真正令人惊讶的是，当研究小组测试将营养物质放在两种植物标本之间时会发生什么。这一次，事实证明，这些植物将允许它们的根相互重叠，这表明它们正在权衡与花坛同伴竞争的成本和收益，同时获得有限的资源。
这种水平的整合和决策以前从未在植物中被欣赏过，它们看起来比我们最初想象的要尖锐得多!
天文学家正在接近难以捉摸的中微子粒子的质量
物理学家迫切地想要解释我们对基本粒子行为理解上的缺陷;本周天文学家的一项声明提醒我们，天空可以告诉我们的关于粒子的信息与地球上的实验一样多，有时甚至更多。
该声明的重点是中微子，这是一种非常神秘的粒子。早在20世纪30年代，粒子物理学家就预测了它们的存在，但直到50年代末才通过实验直接探测到它们。即使在今天，对中微子进行实验也是非常困难的，因为它们可以直接穿过固体物质而不会留下任何痕迹。更奇怪的是，根据所谓的粒子物理学标准模型，中微子应该没有任何质量。但是，从对太阳中自然产生的中微子的观察来看，天文学家在90年代末证实，中微子实际上一定是有质量的，这与粒子物理学的标准模型相反。没有其他的方法来解释从太阳探测到的中微子。
事实上，人们越来越意识到，天文尺度是探测中微子质量效应的绝佳场所。因为中微子对早期的宇宙有影响，所以它们会在当今宇宙的物质分布中留下蛛丝马迹。伦敦大学学院本周发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项研究，利用一项名为MegaZ的新调查，结合现有的天文数据，对70万个星系的位置进行了调查，得出了中微子可能质量的严格上限。极限规定质量必须小于0.3电子伏特——这是单个原子的十亿分之一的零头。这个“上限”水平实际上特别重要，因为它正在接近其他观测结果设定的质量“下限”(比如来自太阳的中微子)。我们把结果压缩在下界和上界之间;迟早我们会得到实际质量的测量值。
在这个背景下，新的上限比以前的星系调查设定的限制要严格2倍。但是，另一方面，它实际上并不比宇宙中另一种物质示踪剂——所谓的莱曼阿尔法森林——的研究设定的极限要严格得多。这项新工作的好处是，从星系中进行计算时所做的一些假设与从莱曼α森林中进行计算时所做的假设相当不同。所以这两种方法都指向相同的极限，这意味着我们可以越来越确信中微子的质量小于0.3电子伏特。也就是说，这些计算的方式仍然是假设的，所以有可能随着新的和更有约束力的调查的出现，这些限制将不得不被修改。
但总的来说，令人兴奋的是，与地球上的直接实验相比，天文观测可以告诉我们更多关于一个微小的、难以捉摸的粒子的信息。
07:52 -海洋藻类之谜解开
海洋藻类之谜揭晓
科学家们在解开一个困扰了30年的海洋学难题上迈出了一步。他们发现，生活在大洋中部的微小藻类一定是从250米深的海底获取必需的营养物质。但它们究竟是如何从深处获得硝酸盐的，仍然是一个诱人的谜。
这项由蒙特利湾水族馆研究所的肯·约翰逊领导的研究发表在《自然》杂志上，为藻类如何在几乎没有营养物质的清澈蓝色海洋中繁殖这一重要问题提供了一些答案。
研究小组在夏威夷海域部署了一个名为Apex的机器人漂流器。在两年的时间里，它自动在水柱中上下浮动，在水面和1000米以下之间，测量氧气和硝酸盐的含量。
他们发现，从1月到10月，海拔100米以上的氧气浓度逐渐增加。与此同时，从100米到250米的较深水域的硝酸盐浓度下降。这表明，在有足够阳光的浅水中，藻类进行光合作用并产生氧气，同时以某种方式从更深、更暗的水域中获取营养。但它们是如何做到这一点的尚不清楚。
约翰逊和他的研究小组认为，可能有休眠的微藻生活在较深的水域，偶尔会被涡流搅动到较浅的水域。当到达70米左右时，它们会吸收养分，然后在自己的蒸汽下继续进入阳光充足的浅水区——一些藻类可以使用细小的鞭子状毛发游泳，而另一些藻类可以主动控制浮力，选择是下沉还是漂浮。
下一步将在海洋的其他部分部署Appex浮标，以观察其他地方的情况，包括南大洋，那里的硝酸盐供应和藻类生长都比海洋中部地区高得多。
更多地了解这些海洋中部藻类是如何生长的至关重要，因为它们占地球上所有植物和藻类吸收二氧化碳的五分之一，因此它们在调节全球气候方面发挥着至关重要的作用。
人工肺的培养
托马斯·彼得森博士，耶鲁大学
同样在本周的新闻中，美国耶鲁大学的研究人员离在实验室中制造功能性肺又近了一步。研究小组从一只大鼠的肺中取出细胞，留下一个结缔组织支架，然后用新的细胞重新填充，这个新形成的肺在移植到另一只受体大鼠体内后，成功地在短时间内交换了氧气和二氧化碳。这给我们带来了希望，我们也许能够在未来为人们制造替代肺组织。加入我们的是托马斯·彼得森博士，他是耶鲁大学生物医学工程博士后，他将告诉我们更多关于他是如何做到这一点的。
你好,托马斯。感谢大家收看裸体科学家节目。金宝搏app最新下载首先告诉我们——我在那里做了一个非常简短的总结和概述——你是如何完成这项工作的?
托马斯:你的总结非常棒。我们从一只老鼠的正常肺开始用化学溶液去除所有的细胞，这就给了我们这个三维支架或肺的骨架，这是非常重要的一部分，因为肺的三维结构非常复杂，如果我们想在实验室里做的话，这是不容易的。所以我们不能制造出肺形状的人造材料。然后可以将细胞植入这个支架。我们使用了多种细胞类型，包括血管细胞和气道细胞，然后我们在实验室里培养这个正在生长的组织大约一周，之后我们可以把它拿出来用各种方法研究它，我们也可以把它移植到老鼠身上，就像你提到的。
克里斯-一旦你有了支架，你移植到支架上的细胞怎么知道去哪里，变成什么样的细胞呢?
托马斯:这是一个非常好的问题。所以我们做了两件事来帮助细胞到达正确的位置。首先，在一个非常高的层面上，我们把它们放在正确的隔间里。在肺里，基本上有两个区域。你有气道隔室和血管隔室，所以在非常高的水平上，我们只是把血管细胞放进血管，把气道细胞放进气道。我们做的第二件事是在实验室的一周生长过程中，我们给肺提供刺激，这样肺就可以呼吸了，就像病人在呼吸机上呼吸一样，我们也泵入营养物质;通过肺部血管的营养液。所以这两种刺激有助于促进细胞在更正常的肺模式中生长。但当然，我们并不完全知道为什么所有的细胞似乎都去了正确的地方，这是我们感兴趣的事情，我们想要进一步研究。
因为肺的一个有趣之处在于它不仅仅是一堆血管和一堆气道细胞。这两种结构中都有不同类型的细胞但在气道中，有一些细胞会制造表面活性剂，这种化学物质会使水失去表面张力这样气道就不会塌陷。在你的测试中，这些细胞出现并以正确的数量填充气道。你认为是否有信号从底层支架发出，指导细胞转变成特定的特殊形式?
托马斯:是的，绝对的。最有可能的情况是，在这个空的三维支架上留下了一些线索，帮助引导正确的细胞附着在肺上的正确位置。我们对其他的可能性也很感兴趣，但这是最有可能的情况，有一些细胞信号留在了支架上。
克里斯:你能把这个再生的肺移植过来吗?大概一周左右的时间?然后将其植入受体动物体内。
托马斯:没错。所以我们对几只动物进行了左肺移植。这只是两个小时的短期移植，但效果很好。没有大量的空气或血液泄漏，我们要评估的主要功能是，正如你之前所说的，气体交换。所以肺是否能给流经它们的血液充氧以及它们是否能从血液中清除二氧化碳，它们在这两个方面都表现得很好。
克里斯:你为什么只去了2个小时?这是你唯一能做的吗，还是因为肺部在某个时候超出了这个范围，需要做更多的工作?
托马斯:对。这是两者的结合。我们在动物身上能做的是有限制的，我们的目标是2小时，肺仍然很好。两小时后，他们仍在呼吸，血液仍在血液中流动，但可以肯定的是，我们现在不会期望他们在一天甚至几个小时内都能正常工作。在一些肺部2小时后，我们可以看到一些区域形成了小的血凝块，当然，随着时间的推移，情况会变得更糟，这是我们需要继续努力的事情之一，确保没有血凝块在工程肺中形成。
Chris -现在一个明显的直接应用是，如果我们对人类进行肺移植，虽然这确实挽救了生命，但长期预后仍然很差因为免疫系统进入并造成损害，感染进入并造成损害，因此，这不是一个完美的解决方案。如果我们可以用人体自身的细胞植入一个肺支架，这样我们就不必降低免疫系统的活性，这可能是这类工作的一个非常大的短期目标。
托马斯:对。我仍然认为这是一个长期目标。很明显，我们想要将这项工作转移到人体组织中，而实现这一目标的方法就是从人体或类似大小的肺支架开始，然后从给定的病人身上获得细胞。他们最近在干细胞研究方面取得了进展，包括成人来源的干细胞，我们可以用它来重新填充人类肺支架，这将避免移植病人的排斥反应。我估计我们还需要20年才能在实验室里培育出一个功能齐全的人类肺。
Chris -虽然我认为最终目标和我说短期目标相对于长期目标的原因是你真的希望能够通过使用微加工技术或其他东西来制造一个完整的肺从头开始，这样你就不必借用别人的了。
托马斯:是的。有几种方法可以让你从脚手架开始。第一种选择是不适合移植的人类肺，有相当多的肺是不适合移植的。也有可能使用灵长类动物甚至猪的肺。构成肺支架的分子在这些物种中是高度保守或高度相似的，它们极不可能被身体识别为外来物，这意味着它们不会被排斥。
- 以前的为什么神经系统会交叉?
- 下一个眉毛有什么用?
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