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[新科导读] 刊号2698Comments>>

发表于 2009-03-17 00:15 | Tags 标签:, ,

本期导读的内容有
1奥巴马政府全力支持科学研究  [晓翔 译]
2雪崩预测中的小球滚动模型     [晓翔 译]
3足迹化石揭示现代人类步行方式的形成过程  [韩晶晶 译]
4木星吞噬了早期的卫星  [韩晶晶 译]
5消除炎症,消灭艾滋  [易楠 译]
6为3D骨头打印机竖起大拇指  [易楠 译]
7即时疫苗在老鼠中击败人类癌症  [小刘老师 译]

当然在新闻之后依旧是我们【新科科举】的时间啦。

奥巴马政府全力支持科学研究

原文 by Peter Aldhous 从未有如此多的钱在如此短的时间内投入到科学研究当中,同时又伴随着大量急切的成功期待。奥巴马政府关于复兴美国经济的提案已经发布,其中在科学技术上有史以来最大的一笔投入引起了不小的争议:超过200亿美金的基础研究投入,大约500亿美金的可再生动力和能源效率研究费用,从健康服务的研究到超大功率发电网的建立,大量资金被投入到科学技术的研究中去。

经济刺激方案计划在2年内花掉这笔巨款,也许在某些领域会更长一点,这就意味着这是有史以来最大的一笔科学研究投入。甚至阿波罗计划和曼哈顿计划——分别花掉了相当于当前价值2000亿美金和350亿美金——的经费也是分别在11年和5年中才花完的。奥巴马关于恢复科学地位的承诺看样子正在被实现。

然而美国2010年的财政计划却显示,奥巴马政府的目标很明显是想通过增大科学家收入和实验设备的投入来带动经济发展,其中很多关键的部分都可能引发争议:对于医疗保障研究在治疗效果上的研究投入,将导致对医生和医院系统的巨大变革,而变革的目标可能在于医疗保障的数量而非质量。同样基础研究费用的增加也会增大政府官员对于如何有效对经费进行分配的难度。有人认为,在这么短的时间里有效率的用掉这么多钱几乎是不可能的。

虽然受全球经济危机的冲击,但大多数科学团体领袖仍然支持奥巴马全力支持科学研究的决定。

雪崩预测中的小球滚动模型

原文 by Anil Ananthaswamy 诸如地震,股市崩盘和雪崩之类的现象服从所谓的指数分布定律:很少的巨大震动和许多小地震。人们已经知道一个很小的扰动可能会导致一个接近临界值的系统发生巨变。同样的,沙堆雪崩的Bak-Tang-Wiesenfeld模型显示,我们不可能了解下一个到来的扰动究竟有多大。因此对于雪崩或者地震之类拥有内在不可预知性的复杂系统而言,预报看上去是不可行的。然而一个特殊的实验则显示这个观念可能是错误的,准确的预测仅仅取决于分析一些相关信息。、

法国里昂高等师范学校的Osvanny Ramos及其同事宣称预测最终是可能实现的,他们设计了一个用来感应4mm大小的小钢球在二维界面上发生雪崩的实验。他们在离地4.5mm的玻璃板上堆起了由55,000颗钢珠组成的自然堆,每次放入一颗钢珠,放入后,通过测算堆中每颗钢珠的空间因素,以计算整个系统的无序度。一颗钢珠周围的无序度越大,越有可能发生雪崩。如果一颗或多颗钢珠在新钢珠放入后发生移动,则视为发生雪崩,若317~1000颗钢珠发生移动,则视为特大雪崩。

研究者们发现,若是放入一颗钢珠后的空间因素大于50步之前的空间因素,则64%的几率会发生一次特大雪崩。Ramos声称他们可以在分析更多的数据后将这个精确度进一步提高。同样的技术也可能被用于地震的预测。

这一实验可能为物理系统的预测打开了可行之路。这一研究同时也很符合人们对地震预测的渴望。


足迹化石揭示现代人类步行方式的形成过程

原文 by Robert Adler 科学家在肯尼亚中西部的Turkana湖发现了150万年前的足迹化石,留下这些足迹的人类祖先有着与现代人相同的足部解剖结构和走路的步法。

这是目前发现的第二古老的人族(Hominini)足迹化石,最古老的是在坦桑尼亚发现的370万年前的足迹。不过那个据推测是南方古猿的足迹,更接近猿类,而这次发现的可能是直立人留下的足迹。一般认为直立人具有与现代人类相似的身材和足部结构,而且有着类似现代人的高效率步行方式。因为足部的骨骼容易破碎,所以过去一直没有找到合适的化石来证明这个判断。

小组成员,英国Bournemouth University的Matthew Bennett说:“在180万年前到150万年前,直立人迅速进化,变得与过去明显的不同。”除了手臂变短,腿变长之外,脚的结构也变得和现代人类相似,拥有足弓和大脚趾组成的可以节省能量的弹性结构。而更早期的人类祖先则和现代的猿类相似,都是平足,行走效率低下。同坦桑尼亚的足迹化石相比,这次发现的足迹具有更明显的现代人类特征,即可以明显的看出足跟还有跖球部留下的痕迹。可见直立人的行走方式同现代人类相似,重量从脚跟传递到跖球部,然后到大脚趾。

这种新行走方式的重要之处在于大大提高了直立人的活动能力。小组成员Rutgers University的Jack Harris指出,这次发现的足迹证实了研究者对于直立人进化过程的推测,“它们拥有可以长距离活动并迁徙到更多不同栖息地的解剖结构。”活动能力本身,以及相应的对更广阔生存环境的适应性,使得直立人成为了最早走出非洲的人族生物。

纽约Stony Brook University的William Jungers认为,这些足迹为了解古代行走方式打开了一扇宝贵的窗口,而我们自己所属的人属的产生,应该也和这些足迹化石揭示的适应性变化有关。

Jupiter-20060316-noIRfilter-1700frs 作者 chipdatajeffb木星吞噬了早期的卫星

原文by Marcus Chown 我们熟悉的围绕木星转动的4颗伽利略卫星,其实是至少5代卫星被吞噬后留下的幸存者。

科罗拉多州Southwest Research Institute in Boulder的Robin Canup说:“有20个甚至更多的卫星,在太阳系形成早期都被木星自己吞掉了。”木星的4颗伽利略卫星在科学史上曾经起到了重要作用,400年前伽利略发现它们,证明并非所有的天体都是围绕地球转动的。但直到最近,没人怀疑木星曾经有更多个卫星存在。天文学家很早就意识到对木星和它的卫星形成过程的模拟存在问题。按照模型,围绕木星旋转后来形成卫星的碎屑盘应该拥有木星百分之几十的质量。而形成今天木星的卫星则只需要2%木星质量就足够了。

Canup和她的同事William Ward相信已经找到了质量缺失的原因。如果卫星形成的时候碎屑盘依然存在,那么不断从太阳系流入碎屑盘的物质会与正在成长的卫星相互作用,使得卫星沿着螺旋状的轨道落入木星,最终被吞噬掉。而当一系列卫星被吞掉后,一整套新的卫星就会开始形成,这样的过程重复进行,Canup说:“可能有5代卫星产生后被吞噬掉了。今天的伽利略卫星形成时,物质流入碎屑盘的过程停止了,使得它们免遭和前辈们相同的不幸。”他们认为每一代卫星的质量之和应该相同,不过具体的卫星数量可能发生变化。土星可能也发生过同样的过程,而土星最后留下的一代卫星中恰好有一个巨大的卫星,土卫六Titan。

这个理论也同样适用于整个太阳系,地球这类岩石行星形成过程需要1000万年,这个过程在太阳周围的碎屑盘被吹掉之后还在进行,所以这些行星不会螺旋下落进太阳中。相对的,土星和木星这类气态巨行星的气态核心在太阳周围的碎屑盘中迅速的收缩形成,这意味着它们有时间与碎屑盘相互作用。剑桥大学的John Papaloizou指出,完全可以想象,在太阳系形成现在的稳定结构之前,太阳可能吞噬掉了许多这样的气态行星核。

消除炎症,消灭艾滋

原文 by Debora MacKenzie 我们不知道为什么非洲女性比其他地区更容易感染HIV病毒,但是她们急需在性行为中受到保护。现在一种便宜且相对安全的,用于减轻阴道炎症的药物可以达到这样的目的。

明尼苏达大学的Ashley Haase及其同事发现雌猕猴子宫颈的一些上皮细胞是SIV病毒(在猕猴种群内传播的与HIV等同的病毒)的入口。这些细胞附近的免疫细胞对于SIV病毒侵入的反应是释放引起炎症的分子并向子宫颈召唤T细胞。通常来说,这样能够消灭入侵的病毒。然而,T细胞恰恰是SIV和HIV进入新宿主的工具。中毒性休克综合征是一种危及生命的细菌感染,卫生棉条可导致妇女受此感染。在研究该病的过程中,研究人员发现在一种能够抑制阴道感染的药品中含有单月桂酸甘油脂,它是植物油的成分之一,广泛存在于食物和除臭剂中。Haase的小组在阴道润滑剂中添加月桂酸甘油脂,将其用于5只雌猕猴。他们发现这些动物能在多次暴露于SIV病毒下的时候,仍然安然无恙。这种化学成分可能阻断了免疫系统对T细胞的召唤。

现在尚不清楚的是,如果女性的子宫颈已经发生感染而发炎,月桂酸甘油脂是否还可以阻止HIV的侵入,或者阻断子宫颈的免疫反应是否会使她减弱对其他感染的抵抗力。该小组认为即使这种成本低于一分英镑的凝胶只有60%的作用,但它仍可以每年减少100,000,000起感染,从而减缓HIV在非洲通过异性传播的速度。

为3D骨头打印机竖起大拇指

原文人类拇指骨的精确复制品已经首次用3D打印机制作成功。这项重要突破使外科医生可以用由患者自身细胞长成的与原骨毫无二致的拷贝来替换损坏或患病的骨骼。

瑞士伯尔尼Insel医院的Christian Weinand领导的小组成功复制了他的拇指骨。他说:“理论上,你可以做出任何一块骨骼。现在,我可以把多余的骨头放到口袋里以应不时之需了。”Weinand是在实验鼠的背上“长出”他的备用拇指骨。他采用的是麻省总医院的Jay Vacanti在1997年用人体软骨细胞在实验鼠背上培养出那个著名的人耳朵的方法。然而,Weinand说,实验鼠并不是必要的。举个例子,如果有人失去了他的拇指,那么用来替换的骨头可以直接在受损部位生长。目前为止,修复受损拇指骨的唯一选择是用患者自己的脚趾或者其他部位的骨骼碎片来替换。

下面我们将简要介绍Weinand小组的工作步骤。首先,需要被复制的骨头的3D图像。如果该骨已经丢失或损坏,可以采用身体异侧同位置的骨头的镜像来代替。然后,将图像输入到3D喷墨打印机。该设备通过将预先选定的材料一层层沉积而得到3D实体。Weinand采用的“墨水”是人体内的天然结构材料——磷酸三钙和乳酸-羟基乙酸共聚物。打印完成的骨骼“骨架”含有成千上万个可供骨细胞附着和生长的微孔,最终该“骨架”会被身体完全吸收。Weinand的小组从髋关节置换手术剩下的骨髓中提取出CD117细胞(CD117可长成原始骨细胞,也就是造骨细胞),并将其注入到用营养液凝胶处理过的骨骼“骨架”上。最后,骨骼“骨架”被缝入实验鼠背部的皮下,在那里生长15个星期,直到“骨架”长成了人体骨骼。

英国Bristol大学的干细胞研究员Anthony Hollander说,Weinand的工作借鉴了去年一个芬兰小组的研究成果。Tampere大学Riitta Suuronen领导的小组在“骨架”上重建了人的颚骨。该试验中所用的干细胞取自患者自身的脂肪细胞,并在他的腹部培养了9个月。Hollander说:“Weinand的工作的优点是建立了一种控制特定的拇指骨长成精确尺寸的方法。下一步将证明该植入物可以发挥功能并且在植入后长出血管。”Weinand认为有迹象表明实验鼠身上的血管为植入物提供了营养,因此他对在人类身上发生这种现象抱有希望。他希望能在不久的将来将这项成果应用于临床。

即时疫苗在老鼠中击败人类癌症

原文 by  Devin Powell 接种疫苗是预防传染病的有效策略,比如注射麻疹或天花疫苗,可以诱导免疫系统产生抗体,来对付相应的病毒或细菌。但是,这可能需要数周甚至数月的时间来建立免疫性。此外,这种办法有时候不那么管用,至少,癌症和艾滋病疫苗还是靠不住。

想象一下,你的身体能够在一瞬间聚集抗体,对付某种疾病。这种即时的免疫启动才是理想的接种。随着一种新型分子的诞生,梦想正在照进现实,在老鼠体内,它已被证实可以把抗体转变成癌症杀手。

Scripps研究所的Carlos Barbas及其同事,开发了一个即时免疫体系。体系采用了一种哑铃形的“衔接”分子,让抗体结合到致病体的蛋白表面上,重新导向抗体的攻击目标。在早期试验中,他们先让这些“衔接”分子结合到一种抗体上,再把这种经过改造的抗体注入老鼠体内,来杀死肿瘤细胞。现在,他们发现,在老鼠体内,这些人工合成分子可以导向多种抗体结合到癌症细胞,减少植入的人类肿瘤细胞的大小(PNAS原文)。 当小鼠接受注射这种衔接分子4周后,高达90%的结肠肿瘤细胞和78%的黑色素瘤皱缩了。

这种新的接种策略,可能被定制用来迎战HIV,或用来对付流感、疟疾甚至生物恐怖剂。但是,这种衔接分子仅能结合三到四天,要想有效治疗,就得强化注射剂量。

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【新科科举】回顾

首先要恭喜新一期的上榜才子啦,他们是
状元:fwjmath(名字都叫math了,所以。。。)
榜眼:conwood
探花:(空缺)

解题过程了,很多热心的才子们都讲解的差不多了。也导致后来的读者都弄明白了,就没有再抢探花的位置了吧。没关系,来参加新一期的科举吧。

【新科科举】完全平方数方格问题

我这里有一个方格,要求你来填数字。要求是这样的,每一行的数都是完全平方数,并且每一行中的数字都包含下一行出现的数字(例如第一行中是abcde,下一行的4个数字要在abcde中)。

当然能找到符合这个条件的五位数有很多,请给出一个能被3整除的。给个提示,最下面一行只可能是1,4,9啊,赶快往上推吧。

大家都动手来写一下,相信这个都能搞定的。

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24 Responses to “[新科导读] 刊号2698”

  1. 小姬说道:

    我就是半夜不睡觉到处抢沙发的~

  2. Lewind说道:

    抢答:
    21609 (147*147)
    9216 (96*96)
    196 (14*14)
    16 (4*4)
    1 (1*1)

    带分析排除的穷举出来的,所以估计还有别的答案吧,呵呵……

  3. Robot说道:

    打印骨头很好玩啊

  4. eagley说道:

    95481=309*309
    1849=43*43
    841=29*29
    81=9*9
    1=1*1

  5. ziwei说道:

    13689=117*117
    1369=37*37
    361=19*19
    16=4*4
    1=1*1

  6. Tsai说道:

    12996=114*114
    1296=36*36
    169=13*13
    16=4*4
    1=1*1

  7. Tsai说道:

    期待有人给个比较好的算法,我的方法和lewind的类似。

  8. 扎扎说道:

    51984=228×228
    1849=43×43 or 5184=72×72
    841=29×29
    81=9×9
    1=1×1

    95481=309×309
    5184=72×72
    841=29×29
    81=9×9
    1=1×1

  9. canned说道:

    打印骨头是很实际的应用阿
    很多骨肿瘤患者,骨折患者 都可以保留肢体了。

  10. 扎扎说道:

    53361=231×231
    3136=56×56
    361=19×19
    16=4×4
    1=1×1

    12996=114×114 or 21609=147×147
    1296=36×36 or 2916=54×54 or 9216=96×96
    169=13×13 or 196=14×14 or 961=31×31
    16=4×4
    1=1×1

    13689=117×117
    1369=37×37 or 1936=44×44
    169=13×13 or 196=14×14 or 961=31×31
    16=4×4
    1=1×1

  11. 扎扎说道:

    答案太多了,至少有28种填法。

  12. 觉远说道:

    3D骨头打印机是个不错的开始,照此发展下去人体的“组织”, “器官”也可能“打印”出来!甚至实现生命的自我 “复制”!!!

  13. 秋千说道:

    12996 (114)
    2916(54),1296(36),9216(96)
    196(14),169(13)
    16
    1
    应该还有很多组合,编程可能可以解决的更快吧

  14. antares说道:

    来迟了~被扎扎写完了……
    不过是只有28种,而不是至少有~

  15. wolfenstein说道:

    12996
    1296
    169
    16
    1

  16. sqybi说道:

    刚写了个程序:
    在不禁止前导0(就是允许00001这样的,但是不允许00000或者0这样的,因为题目有说最后一个数只能是1 4 9,题目说的也不怎么清楚其实)的情况下,是3的倍数的有:
    12996
    13689
    21609
    51984
    53361
    59049
    62001
    90000
    91809
    95481
    不是3的倍数的有:
    10000
    10609
    12769
    16129
    16384
    16900
    18496
    19600
    20164
    31684
    36100
    36481
    38416
    39601
    40000
    43681
    61009
    63001
    64009
    66049
    84100
    89401
    90601
    92416
    96100
    96721
    在禁止前导0的情况下,是3的倍数的有:
    12996
    13689
    21609
    51984
    53361
    95481
    不是3的倍数的有:
    12769
    16129
    16384
    18496
    31684
    36481
    38416
    39601
    43681
    89401
    92416
    96721
    具体填法太多了我就没打出来(也是因为程序里偷懒用了next_permutation...)
    附cpp程序...代码写得很恶心...
    //#define NOZERO
    #include
    #include
    #include
    #include

    using namespace std;

    const double e = 1e-7;

    int toint(string x)
    {
    istringstream is(x);
    int y;
    is >> y;
    return y;
    }

    string tostring(int x)
    {
    ostringstream os;
    os << x;
    return os.str();
    }

    bool ok(int i) { return abs(int(sqrt(i)) - sqrt(i)) 0 ? x : - x; }

    int put(int x, int y)
    {
    if (x == 0) return false; //Zero not allowed
    if (! ok(x)) return false;
    if (y == 1) return true;
    string s;
    s = tostring(x);
    #ifdef NOZERO
    if (s.size() != y) return false;
    #endif
    #ifndef NOZERO
    while (s.size() != y) s = '0' + s;
    #endif
    for (int i = 0; i != y; ++ i)
    {
    string ss = "";
    for (int j = 0; j != y; ++ j)
    if (j != i)
    ss += s[j];
    sort(ss.begin(), ss.end());
    do
    {
    int t = toint(ss);
    if (put(t, y - 1)) return true;
    } while (next_permutation(ss.begin(), ss.end()));
    }
    return false;
    }

    int main()
    {
    for (int i = 10000; i != 100000; ++ i)
    {
    if (ok(i))
    {
    if (put(i, 5))
    printf("%d %d\n", i % 3 == 0, i);
    }
    }
    }

  17. nuannuan说道:

    写程序那位真专业- -0!

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