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自然杂志要览:蜘蛛丝如何成为“超级材料”

发布时间:2012年02月12日 13:44 | 进入复兴论坛 | 来源:中国科学报 | 手机看视频


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  选自英国Nature杂志,2012年2月2日出版

封面故事: 蜘蛛丝的非线性应力反应

  蜘蛛丝是自然界的“超级材料”之一,其引人注目的机械性能包括高延展性和可以与钢相比的高强度。但Markus Buehler及其同事发现,使得蜘蛛丝适于构建蜘蛛网的并不仅仅是这些优点。蜘蛛丝的非线性应力反应(在低应力时是线性的,在应力增加时会突然变软,然后在断裂前又变硬)也是关键的。这种行为使得蜘蛛网在受到较小的、分散的负荷(如风所施加的负荷)时能够保持其形状。但在强局部变形过程中(如下落的碎片所造成的变形),蜘蛛丝的几何重排和非线性应力反应会综合发挥作用,来限制撞击点附近区域所受到的损坏,从而使蜘蛛网仍能发挥功能。

  触标记有助于联想学习

  联想学习被认为涉及突触弹性和神经调制,但神经回路在受到一个非特定的增强信号刺激时是怎样决定哪些突触应发生变化的却仍是谜。Stijn Cassenaer和Gilles Laurent通过关注蝗虫的嗅觉系统发现,“依赖于尖峰时间的弹性”起一个突触标签的作用,它选择性地标记对特定气味剂有反应的突触。这使其为随后由章胺(昆虫的学习和记忆中所涉及的一种神经调控物质)所作的修饰作好准备。这些发现解释了神经调控物质何以能够产生特定的回路效应,即便它们的释放是弥散的,同时相对于感觉输入来说也是有延迟的。

  “染色体碎裂”现象的破坏性影响

  人们已经非常清楚的是,DNA断裂会引起癌症。一个不是很清楚、争论多年的问题是,全染色体“非整倍性”(即一个细胞的染色体数量不是单倍体数量的整数倍)是否也有助于肿瘤形成。这篇论文识别出了全基因组隔离错误引起染色体断裂及潜在致癌突变的一个机制。利用一个能够产生滞后染色体的体系来生成微核,Crasta等人发现,微核内的染色体在S-阶段因异常复制和一个受损的DNA损伤反应而受损。这些染色体发生高度碎片化,断裂的、受损的部分在有丝分裂期间会被重新吸收进主基因组中,造成各种各样的DNA病灶。这项工作还提出一个机制,该机制也许可解释最近发现的“染色体碎裂”现象:在该现象中,碎裂的染色体因其重新组合是不完美的而在某一单一事件中获得多个致癌突变。

  高强度X射线激光的应用

  随着自由电子激光的出现,以前只有通过光学激光才能实现的高强度现在可以在X射线波长下产生了。这为理论和实验创造了新机会。在这项研究中,Vinko等人报告了在美国加州“SLAC国家加速器装置”的“Linac相干光源”自由电子激光器上完成的对与固体密度物质发生相互作用的强X射线辐射所作的第一项详细研究。他们观察了一种固体密度等离子体的生成,并且确定了碰撞起关键作用。这些结果应能启发今后涉及致密样本的高强度X射线实验,如对生物样本的X射线衍射成像及材料科学方面的研究工作。

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