地磁场与动物感磁

地球上生物的起源和演化都在地球磁场的重要保护中进行.在长期的演化过程中,动物具有了感磁能力以适应地磁场环境,从而帮助动物能够更好地完成其生理活动.揭示地磁场变化与生物圈演化之间的联系,理解现在、过去和未来地磁场变化的生物学效应是生物地磁学研究的主要目标.已有研究发现,许多动物可利用地磁场信息进行定向和导航;地磁场是维持地球生物正常的生理活动和生长发育必不可少的环境因子.本文围绕地磁场与动物地磁导航以及地磁场减弱对动物的可能影响两个方面进行评述.主要阐述动物地磁导航研究在行为学、神经生理学、生物磁学等方面的进展和有关动物感磁机理的3种假说:电磁感应假说、基于磁铁矿感磁假说和基于自由基感磁假说.讨论地磁场变化(磁场强度降低)引起动物生理活动和生长发育异常等多方面的生物学效应,并提出磁场变化引起生物学效应的3种可能途径:磁性金属途径、自由基途径和骨架蛋白途径.细胞内的磁性物质、自由基产物或骨架蛋白可能是动物响应磁场的中介物,它们引起生物体不同水平上的效应.随着现代多学科交叉融合和新实验技术的应用,可以预见在不久的将来人们可以更加准确地在分子水平上解析出动物响应地磁场变化的作用机理.     

磁导航——引人注意的可能性

早在十多年前,科学家们就已经知道,信鸽、候鸟,蜜蜂以及其它一些种类的生物,在它们迁徙过程中总能以某种方法来感应地磁场而辩别方向。板思亚纲鱼类,如鲨鱼,鳗也都能够通过由自己所产生的电场与地磁场的感应效应来感知地球磁场。新的发现表明,人类也属于具有磁性中枢的多种不同物种之列,这种磁性中枢能使生物在地磁场     

揭秘人体隐藏的指南针

正很多动物能感知地磁场并做出反应,而人类可能也有磁觉,只是这种第六感的工作机制依然成谜。一些研究者认为:人类磁觉依赖于一种磁铁体,另一些研究者则认为:磁觉是由视网膜上一种称为"隐花色素"的蓝光受体蛋白产生。美国加州理工学院的乔·基尔施维克(Joe Kirschvink)在1992年的研究报告中指出,磁铁体在鸟喙、鱼鼻甚至人类大脑中都出现过,对磁场极度敏感。所以,基尔施维克和其他热衷于这方面研究的人认为,磁铁体不仅能让一个动物知道它前进的方向("指南针感"),也能让它知道自己所处的位置。"指     

磁场对育珠河蚌的生物效应初探

地磁场是地球上的生物和人类生存的一种物理环境,生物在长期演化过程中已适应了这一环境。环境磁场发生变化将会产生什么影响,即所谓磁场的生物效应如何,这是多年来人们探究的。近年来磁场生物效应的研究引起国内外许多科学工作者的关注,取得了很大进展。     

惊人的视觉差异

<正>有些动物,包括你的宠物,可能会是部分色盲,但它们的视力在某些特定方面超过人类。生物对周围环境的视觉感知取决于眼睛对光线的处理。人类拥有三色视觉,意味着人眼中有3种光受体,也就是视锥细胞,能够感知红、绿、蓝3色;还有一种光受体,叫视杆细胞,可以感知少量的光,让我们在黑暗中也能看见事物。动物们处理光的方式大不同,有些生物仅有2种光受体,让它们变成部分色盲;有些动物则有4种,这让它们能够看到紫外光;甚至有一些能够侦测到偏振光——在同一平面振动的光。     

热磁对流氧浓度传感器感应机理的实验

氧浓度分析仪被广泛地用于各行各业中,热磁对流氧浓度传感器具有使用寿命长、测量准确度高等优点.它巧妙地利用热磁对流现象引起传感器壁面温度的变化来感知氧气浓度的变化.但是由于热磁对流现象较为复杂,其感应机理尚不明确,为了进一步提高热磁对流氧浓度传感器的测量精度,有必要对其感应机理深入研究.本文通过实验的方法研究了两块方形磁铁构成的非均匀磁场作用下薄壁圆管中顺磁性气体在其中的传热特性.实验结果表明:圆管壁面温度在磁场的作用下较无磁场时有明显的降低,且随着热流密度的增大,管壁温度降低得越明显,管壁温度与热流密度成线性关系;随着热流密度的增大,热磁对流现象引起的平均速度及对流换热系数均增大;氧气浓度每增加10%,管壁温差降低0.12℃,即氧气浓度越高热磁对流现象越明显;所研究系统对于氧气浓度的分辨率约可达0.08%.     

脑磁图与大脑功能检测

脑磁图是研究大脑活动的一种新手段,它通过对脑神经电流产生的微弱生物磁场的测量,对脑活动进行功能性成像.本文介绍了脑磁图的特点、基本工作原理、研究现状和在临床医学和基础脑科学研究中的应用,以及目前脑磁图研究中存在的问题和解决途径.     

鸟类导航之谜

正不顾一切艰难,在本能和长期以来令人费解的天生导航能力推动下,鸟儿以极高的准确度迁徙长远的距离。每年都有无数只鸟儿在地球磁场指引下进行英雄史诗般的超远程迁徙。那它们是怎样侦测磁场的呢?这个奥秘已经困扰了科学家几十年。2013年4月底,维也纳分子病理学研究所的科学家宣布了一项重要成果:他们在鸟类的感应神经元中发现了微型铁球。这些感应神经元细胞也叫毛细胞,被发现     

用单通道直流高温超导量子干涉器磁强计测量人体心磁

利用单通道直流高温超导磁强计（de-SQUID）,在磁屏蔽室内测量了人体心脏跳动产生的磁场信号。依顺序调整无磁床的位置,得到了在胸前平面5×5正方格子上各点的心磁信号,利用同时记录的心电信号作为时间基准,把心磁信号作平均处理,每隔10ms得到一幅心磁分布图。使用标准的方法,计算了产生心磁的电偶极子矢量和它相对于测量平面的深度。还测量了有右束支传导阻滞病人的心脏的磁场分布,发现它们与正常人的心磁图有明显的不同。     

动物特殊感知系统的研究进展

亿万年的进化,动物具备了超常的感觉能力和独特的神经结构及功能,以适应各自特殊的生态环境.本文简要综述了3个方面的研究进展:蛇类红外感知觉、蝙蝠回声定位和动物磁导航与定向.主要包括信号接收和传感相关的细胞和分子机制,信息处理的中枢神经机制,特殊信号相关的行为反应特征等.蛇类红外成像的生理基础是感受野的拓扑结构类似视觉系统,其红外系统在很大程度上可以替代视觉系统.TRPA1被证明是红外热传感的关键分子,但工作原理仍不明确.蝙蝠回声定位信号模式大体有3类,即恒频-调频、调频以及咔哒声(click),与回声定位相关的神经结构和功能高度特化,具有很高的时间和空间分辨率以及目标识别能力.基于地磁场进行导航在动物界普遍存在,在脑部外加磁场可以改变动物的行进方向.动物磁受体的分子机制争议很大,主要有铁晶体理论和基团对理论两个学派,后者是光依赖性的.这些研究结果对仿生学和仿生工程制备都有重要的启迪意义.     

高<111>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.9合金的制备

巨磁致伸缩材料Tb0.3Dy0.7Fe1.9沿易磁化轴《111》取向有着远优于其他取向的性能,探索制备该合金沿《111》取向的方法将提高这类稀土铁材料的应用价值.当材料在静磁场中凝固时,尽管Tb0.3Dy0.7Fe1.9的熔点远高于材料的铁磁相变Curie点,理论上这种高熔点的铁磁类材料在不是很强的静磁场作用下有实现易轴取向生长的可能性.在Tb0.3Dy0.7Fe1.9的凝固实验中,施加1T的静磁场,材料在慢凝的过程中获得了平行于磁场方向的高《111》取向.实验结果证实了理论分析,这一方法也应适用于其他高熔点铁磁性材料.     

地球进入了第六次生物大灭绝

地球自距今5.4亿年寒武纪生物大爆发以来,由于环境恶化等自然因素,已先后造成了5次生物大灭绝。尽管每次大灭绝使大批生物从地球上消失了,但也有些更能适应环境、更进化的生物保留下来并得到大发展,从而使地球上的生物一步一步地由低等进化为高等,而且最后成为最多样性、最繁盛的阶段。但自人类200年前工业革命以来,由于环境污染,人类的乱捕乱杀、乱砍乱伐各种生物以及肆意破坏生态环境,已导致大批物种消失,使地球进入了第6次生物大灭绝。由于这次大灭绝的主要因素是人类引起的,因此其后果特别严重,如若人类不采取措施,最后灭绝的将是人类自己。     

基于细胞膜仿生策略的纳米颗粒在肿瘤治疗中的应用

随着纳米技术的发展，纳米颗粒凭借其物理、化学、生物学优势被广泛应用于医学领域。然而，生物安全性差、血液循环时间短、靶向能力弱等缺点，仍然限制着纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。作为一种天然生物材料，细胞膜拥有独特的生物学性质。细胞膜仿生策略赋予纳米颗粒不同的生物学性质，弥补了纳米材料本身的不足，扩大了纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。文章主要介绍细胞膜仿生纳米颗粒的制备方法以及膜仿生策略在肿瘤治疗中的应用与研究。     

Progress in Studies of Geomagnetic Navigation of Animals

The geomagnetic field may play a key role in orientation and navigation of many long-distance migratory animals. Taking homing and migrating birds as examples, this paper reviews recent progress in studies of geomagnetic ‘compass’ of animals. Moreover, we propose to address two aspects in future geomagnetic orientation research: (1) what are the true components of the ‘map’? (2) What are the magneto-receptors and which brain areas acquire and process the geomagnetic field information?     

基于细胞膜仿生策略的纳米颗粒在肿瘤治疗中的应用

随着纳米技术的发展，纳米颗粒凭借其物理、化学、生物学优势被广泛应用于医学领域。然而，生物安全性差、血液循环时间短、靶向能力弱等缺点，仍然限制着纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。作为一种天然生物材料，细胞膜拥有独特的生物学性质。细胞膜仿生策略赋予纳米颗粒不同的生物学性质，弥补了纳米材料本身的不足，扩大了纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。文章主要介绍细胞膜仿生纳米颗粒的制备方法以及膜仿生策略在肿瘤治疗中的应用与研究。     

关于伽玛射线暴磁场的若干思考

伽玛暴火球激波模型虽然从整体上形象地说明了爆发后的过程和主要特征，但近年随着观测的深入，似乎也暴露了它在有些方面的考虑可能还不完全，例如它采用同步辐射近似,就相当于承认其磁场基本上是一种均匀场,而均匀场只有单一的一种形态，这无疑就将磁场强弱以外的所有其他重要信息全都抹掉了。尤其在伽玛暴激波中,其密度、压强等物理量都认为是非均匀的，怎么唯独由扰动机制产生的激波磁场又能看成均匀的呢？！ 本文仔细分析了这一问题,认为激波磁场中磁场弯曲引发的辐射可能才是主体部分,火球激波模型在解释某些最新观测结果时遇到困难,可能正是忽略了这部分辐射的缘故。如果用适合于弯曲磁场的同步-曲率辐射公式,就能很好地拟合一系列伽玛暴谱,统一解释过去难以说明的高能拐点和能量过剩现象, 并对辐射区磁场结构、产生机制以及激波加速机制做些初步的推断。     

西方自然科学家宗教信仰探析

科学和宗教在本质上是对立的。西方大部分的自然科学家都是宗教信仰者,在这些科学家身上,宗教和科学彰显着和谐。这些科学家所信仰的上帝并非我们常人所理解的干涉自然事件、决定人类命运的最高神,而是宇宙间的自然规律、世界秩序,这种信仰是一种无神论的信仰,是一种强烈的宇宙宗教情感,这种情感是他们进行科学研究的最高动力,激励着他们去发现自然界的一些最基本、最深邃的奥秘。因为在他们看来,上帝伫立在科学无限探索的尽头,研究科学的道路,就是通向上帝,逼近上帝之路。     

注重生物实验教学 培养学生实验能力

实验教学是生物学教学的重要方法,实验课是生物课的重要组成部分。因此,在生物教学过程中,教师应加强对学生实验能力的培养,使其掌握一定技能,使教学质量全面提高,教学效果定会事半功倍。     

MHD模拟磁尾横断面结构与太阳风粒子注入机制

基于全球三维磁层MHD（Magnetohydrodynamics）模拟模型, 研究了行星际磁场（Interplanetary Magnetic Field, IMF）北向与南向时磁尾横断面（X=?18 R_E）的结构及等离子片的粒子注入机制. 模拟结果很好地符合一些已知的观测数据和经验模型. 从向阳面磁层顶IMF及重联后磁力线尾向运动过程的角度, 对磁尾横断面粒子热压力分布、磁力线投影、等离子片或电流片旋转、粒子流场分布等结构进行了合理的解释. 根据模拟得到的磁尾横断面结构, 及IMF北向与南向时磁力线投影显著不同的位形, 可以通过E×B漂移很好地说明不同IMF条件下, 太阳风粒子对磁尾等离子片的不同注入特性. 另外, 还通过磁尾横断面磁场梯度的计算, 说明了太阳风向等离子片粒子注入的晨-昏不对称性.     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。