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2019年 第41卷 第3期    刊出日期：2019-06-25

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特约专稿

首张黑洞照片诞生——谈黑洞的前生今世

吴庆文

2019, 41(3):  157-167.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.001

摘要 ( 1111 )   PDF (8662KB) ( 980 )  

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1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论，这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深地影响了我们的日常生活，其中广义相对论一个著名的预言就是黑洞。目前，天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞，而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。中等质量黑洞是否存在目前还不确定。黑洞存在的间接证据已经有很多，但人类更渴望直接看到黑洞的面目。黑洞虽然本身并不发光，但可以将吸积物质的引力能通过吸积盘变成辐射，从而被我们看到。北京时间2019年4月10日21时，事件视界望远镜项目在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会，公布人类获得的首张黑洞照片。这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞，重约60亿太阳质量，距离地球5 600万光年，由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)进行联网观测，项目团队包括来自中国科学院上海天文台等单位的10余名中国成员。可以说“人类首张黑洞照片”是继2016年发现引力波之后人们寻找到的爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。本文还对未来中国在黑洞研究方面的重大项目做了简单介绍和展望。



专题综述

生物钟与光周期响应

袁力, 谢启光, 徐小冬

2019, 41(3):  168-173.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.002

摘要 ( 996 )   PDF (1054KB) ( 880 )  

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浩瀚宇宙中，地球自转的同时围绕太阳的公转导致昼夜交替，四季更迭，风物长新。正因如此，地球生命赖以存在的自然环境中的光照、温度、水分(湿度)、食物(营养)等环境因素也会发生相应的周期性变化。生物体只有适应环境节律性变化带来的生存压力才能保证种族的繁衍。所有的环境适应性中，生物体对光周期的适应最为重要。处于地球上不同纬度的生物，在一年之中感受到光强、光质和光照长度的节律性变化，会在最适的时间选择适宜的环境完成生长、发育和繁殖过程。在漫长进化过程中产生的生物钟调控机制，可以帮助生物体整合并预测内外环境信号近24小时节律性变化，进而通过调控机体生理生化和新陈代谢过程提高环境适应性。生物学家一直关注生物钟与光周期现象，相关领域已有许多重要研究成果表明生物钟参与调控动植物的光周期响应。


大豆适应性的分子遗传基础

林晓雅, 刘宝辉, 孔凡江

2019, 41(3):  174-182.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.003

摘要 ( 808 )   PDF (2179KB) ( 396 )  

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光周期是重要的调控开花时间的因子。在大豆中，光周期调控开花是影响生育期和产量的重要因素之一，因而受到农学家们的关注。大豆在地域上具有广泛的适应性，这与大豆品种对日照长度的适应性是分不开的。大豆对光周期的适应性是由一系列成熟期基因来控制的。在长日照下，大豆需要降低或减少对光周期的敏感性；而在短日照下，大豆需要晚花以获得足够高的产量。近年来，科学家们通过正向遗传学的研究鉴定到了许多成熟期基因，并通过遗传学、分子生物学和生物化学方法进一步分析这些基因的功能，以解析光周期在长日照和短日照下如何调节大豆开花。文章总结了关于成熟期相关位点基因的鉴定，以及它们如何在长日照和短日照条件下调节开花时间。




植物光信号转导

李秀坤, 许冬清

2019, 41(3):  183-187.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.004

摘要 ( 978 )   PDF (1764KB) ( 773 )  

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植物的生长发育受到多种环境因素的影响，而光信号是其中最重要的环境信号之一。从植物的种子萌发开始到完成整个生命周期，光参与调控其中几乎每一个生长和生理发育过程。植物自身进化了一整套复杂而精细的光信号转导系统，以应对自然界中时刻变化的光环境。经过30多年的研究，植物光生物学家确定了光受体-E3泛素化连接酶复合体-转录因子为主要调控途径的光信号转导体系。这一信号转导网络控制了植物体内将近1/3基因的表达，从而在分子层面上确保植物的正常生长发育。

植物远红光受体——光敏色素A的研究进展#br#

周杨杨, 李继刚

2019, 41(3):  188-196.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.005

摘要 ( 3188 )   PDF (2138KB) ( 1081 )  

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光敏色素是植物中感受红光和远红光的光受体，而光敏色素A(phyA)是植物中唯一感受并响应远红光信号的光受体。phyA以Pr形式在细胞质中合成，接受光照后被激活，转换为具有生物活性的Pfr形式。Pfr形式的phyA与穿梭蛋白FHY1/FHL结合并被转运进入细胞核，在细胞核中与FHY1/FHL分离；FHY1/FHL出核，进行下一个转运phyA进入细胞核的循环。近年发展的phyA数学模型指出，phyA受体Pr与Pfr形式间的转换，以及特异性依赖FHY1/FHL转运进入细胞核，决定其成为植物远红光的光受体。在细胞核中，激活形式的phyA与COP1和SPA蛋白直接相互作用，抑制其形成有功能的E3泛素连接酶复合体；从而使转录因子HY5等蛋白能够积累，促进光形态建成的发生。Pfr形式的phyA也可以与转录因子PIFs相互作用，并介导PIFs的快速磷酸化和降解，从而解除PIFs对光形态建成的抑制作用。FHY3和FAR1是转座酶衍生的一类转录因子，能够在远红光下直接激活FHY1/FHL的基因表达；而HY5能够负反馈调控FHY3/FAR1对于FHY1/FHL的转录激活作用，从而维持远红光信号的动态平衡。Pfr形式的phyA在细胞核内能够被磷酸化，磷酸化的phyA是COP1/SPA的E3泛素连接酶复合体优先降解的底物；而最新的研究表明，磷酸化的phyA可能是一种活性更强的形式，在诱导植物远红光信号响应中扮演重要的角色。



光遗传学：一种行为光控新技术

郭晓强

2019, 41(3):  197-206.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.006

摘要 ( 1071 )   PDF (5537KB) ( 339 )  

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光可被细菌、藻类等低等生命和人类等高等动物通过视紫红质系统而感知。20世纪70年代后，几种细菌和藻类通道视紫红质的发现为光控系统的诞生奠定了基础。光遗传学最初由米森伯克于2002年首次实现并于2005年由迪塞罗斯和博伊登进一步完善，其应用极大地增强了对大脑功能的理解。光遗传学可使科学家借助光来精确开闭特异神经元从而达到操纵神经元活性和动物行为的目的。光遗传学技术已被证明是在细胞和系统层面研究健康和病理大脑活性的一个非常强大且有用的工具。文章系统介绍了光遗传学诞生的历史背景、重大事件、发展过程、应用领域及重要价值等。


科技进展

三值光学计算机

金翊, 王哲河, 刘玉静, 欧阳山, 沈云付, 彭俊杰

2019, 41(3):  207-218.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.007

摘要 ( 1043 )   PDF (2925KB) ( 236 )  

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三值光学计算机是2017年3月问世的通用型光电混合计算机系统。它用无光态和偏振方向正交的两个偏振光态表示信息，用旋光器和偏振片来改变这三个光态，进而完成三值逻辑运算和MSD(modified signed-digit representations)冗余表达数值的二进制并行加法运算。这种新型计算机具有处理器位数众多、处理器位可以分组独立使用、处理器位的计算功能可重构等优势；还以非易失随机存储器件为基础，构建了与处理器频繁交换大量数据的双空间存储器系统；为便于编制发挥这些特色的应用程序，采用SZG文件为程序员遮蔽三值光学处理器与传统电子处理器的差别，构成了保持传统编程技术的新编程平台。目前，针对快速傅里叶变换、元胞自动机等典型算法，验证了这种新型计算机的加速能力。


黑洞——开启“多信使”天文学的新时代

李骢

2019, 41(3):  219-223.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.008

摘要 ( 987 )   PDF (4294KB) ( 352 )  

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黑洞是宇宙中最为神秘的天体，很长时间内它只存在于理论假设当中。随着现代天文学的发展，如今已经获得了很多关于黑洞存在的相关证据。特别是随着引力波和中微子探测技术的发展，我们不仅可以通过电磁辐射，而且可以通过其他“信使”来了解黑洞，从而真正开启多信使天文学的新时代。


科学时评

全球合作推动人类知识进步

关毅

2019, 41(3):  224-230.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.009

摘要 ( 589 )   PDF (8211KB) ( 175 )  

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一座照亮植物科学和人类的灯塔——怀念Winslow Briggs教授#br#

邓兴旺

2019, 41(3):  231-234.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.010

摘要 ( 749 )   PDF (13846KB) ( 136 )  

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美国科学家Winslow Briggs是光生物学大师，在所热爱的植物生物学基础研究方面贡献了一生。他主导了很多突破性的研究，包括光受体向光素的发现。此外，他激励了几代科学家，成为他们的导师、榜样和生命科学研究的热情支持者。他的科学贡献和品格值得我们永远怀念。