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2019年,解科学之谜我们离真相更近一步

浏览数:55     发布时间:2020-01-22
 

  散布在喜马拉雅山脉卢普康湖岸边的大量人骨。图片来源:《自然》官网

  通过表观遗传研究绘制的丹尼索瓦人女孩画像。图片来源:《科学》官网

中外科学家提出的新模型,对5亿年前地球氧气猛增给出了新的解释。图片来源:中国科学院南京地质古生物研究所

虽然科学的脚步每天都在飞速前行,为我们揭开了一个又一个真相,但在我们生活的这个大千世界里,依然有太多的“黑暗”需要科学之光来照亮。

2019年,我们探究了意识的产生和大脑遗忘的奥秘;解释了地球磁极逆转和青藏高原“人骨湖”形成的种种可能;“彻查”了5亿年前地球氧气猛增和先有鸡还是先有蛋的科学真相……这一年,虽然仍有许多谜团未能最终解开,但科学家们的探寻却从未止步。

1

水到底是一种液体还是两种液体

水很寻常,我们洗衣、做饭、饮用都离不开它。我们似乎对水最了解不过了,但是,这看似普通的水却仍然有很多待解的谜题,科学家甚至连它是一种液体还是两种液体都还在争论呢。

如果压强或温度改变,水的状态就可能发生变化。水在两种形态相互转化的过程中,总有一个过渡点,比如在液态和气态相互转化的过渡点上,水既会表现出液态水的性质,又会表现出气态水的性质。这个点被称为“临界点”。

通常情况下,水温越低,分子越不活跃,密度起伏应该越小。然而,研究人员却发现了一个反常的现象:低温下水的密度会发生起伏,温度越低,密度起伏越大。对于这种密度的变化,他们给出的解释是,水有第二临界点。在第二临界点之上,水会在两种状态之间快速转变。在这个临界点处,水由两种密度不同的“水”组成。这意味着水不是一种液体,而是两种液体。

然而,对于水是两种液体,也有不少人持怀疑态度,甚至有科学家批评这个结果是伪造的。大多数研究者认为水的性质可以用常规的理论来解释。其中一种观点认为,在非常低的温度下,过冷的水会转变成一种无序的固体,亦或是这是水在凝固时的一种特殊现象。

在中科院物理研究所研究员孟胜看来,虽然一直都有人认为水是两种不同性质的液体的混合,但现在还没有确凿的证据,并没有被完全证实,这种观点还处在假说的阶段。

2

究竟是先有鸡还是先有蛋

究竟是先有鸡还是先有蛋,始终是一个充满争议和趣味的话题。今年12月,来自中国科学院南京地质古生物研究所等单位的研究人员,在我国贵州瓮安生物群——一个距今6.1亿年的特异埋藏化石库中找到了一类名叫“笼脊球”的化石。

通过对这种生物形态的研究观察,他们还原了原始“胚胎发育”的过程。如果把动物比作一只鸡,那么这类化石就相当于记录了“蛋生鸡”的过程。笼脊球化石为回答先有鸡还是先有蛋的问题提供了重要线索。

通过10多年的收集和研究,南京地质古生物研究所副研究员殷宗军所在团队在贵州瓮安生物群,陆续发现了233块笼脊球化石标本。

它们呈现了单细胞动物向多细胞动物过渡的各个形态,根据大数据集的分析,科学家找到了演变规律。从扫描效果图上,记者看到这类化石从内部呈现空心“笼”体,演变为“实心球”的各阶段“胚胎发育”过程。

殷宗军认为,如果将动物比喻成一只鸡的话,复杂的胚胎发育过程就是孵化出小鸡的蛋,它桥接了动物的单细胞祖先和动物多细胞祖先之间的鸿沟。而笼脊球化石的发现恰恰就表明,孵化出动物这只“小鸡”的“蛋”在6.1亿年前就已经出现了。

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几十吨的恐龙如何飞上天

在学界,关于鸟类起源于恐龙有多种假说,其中由英国学者托马斯·赫胥黎于1868年正式提出的鸟类兽脚类恐龙起源说在上个世纪70年代开始逐渐成为了学界的主流假说。

从体型庞大的陆地动物到体型小巧的天之骄子,这需要在形态和生理上产生许多巨大变化,这样一个过程确实难以想象。然而,许多化石证据显示,这一过程确实发生了。

2014年,澳大利亚等国的研究人员根据120种恐龙的1500多个解剖特征,构建复杂数学模型分析了恐龙在进化过程中的体型变化。分析结果显示,兽脚类恐龙当中的一支,它们的体型一代一代地缩小,在如此“瘦身”5000万年后终于进化成了鸟类——2.1亿年前其平均体重为163千克,当进化到始祖鸟时已经降至0.8千克。

恐龙想变成鸟除了要变小之外,还要会飞,鸟类飞翔靠的是翅膀。此前,古生物学家在我国辽宁建昌发现了约1.6亿年前的近鸟龙化石。中科院古脊椎所研究员徐星介绍,近鸟龙长而粗壮的前肢上长着飞羽,排列方式类似鸟类飞羽,这说明翅膀的雏形在至少1.6亿年前就在恐龙身上出现了。除了近鸟龙,还有其他几种兽脚类恐龙,像小盗龙和似尾羽龙,都有着类似羽毛翅膀的结构。

综合这些化石证据,恐龙变成鸟类可能经历了这样一个阶段,一些恐龙的身体逐渐变小,长得也越来越像鸟类:骨骼中空,身体轻盈;脑颅膨大,行动敏捷;前肢越来越长,能像鸟翼一样拍打;它们的体表长出了美丽的羽毛,不再披着鳞片或鳞甲。

虽然恐龙是如何演化成鸟的,目前还没有一个特别确切的答案,但不管怎样,原本不会飞的恐龙最终变成了天之骄子,它们飞向蓝天,从此开辟了一个崭新的生活天地。

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是什么让地球氧气在5亿年前猛增

氧气是人类和动物赖以生存的基础。但是,远古时期的地球曾极度缺氧,是一片不折不扣的生命禁区。然而,到了距今5.8亿—5.2亿年左右,地球氧气却猛地增加了。

似乎有一种神秘力量在左右着地球氧气含量的平衡点。多年来,科学家一直在寻找那股神秘力量。它究竟是什么?又是如何发挥作用的?

此前,流行的假说是“生物与环境协同演化模型”。这个模型提出的正反馈机制表现为氧气增加的线性加速,这与距今5.8亿—5.2亿年左右大气和海洋氧气含量多次大规模波动、生物发生阶段性辐射演化的实际情况却是不一致的。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎带领的中英合作团队耗时数年,对距今5.8亿到5.2亿年前后的地质层和生命演化做了进一步的观察和研究,对地层中的碳同位素进行对比分析,提出了一个新的地球系统模型,对这一时期地球氧气迅速增加的原因给出了新的见解。