原子核蜘蛛池,为什么噬菌体长得那么机械?
在显微镜下,我们能够看清噬菌体的长相,它们看起来像是人类组装的机器一样。
这是因为,噬菌体的头部是二十面体,每一面的大小看起来很类似,头部里面包裹着噬菌体的遗传物质。
我们知道,在自然环境下,“直线”是很难形成的,所以考古学家在考古过程中,一旦发现直线,便意味着发现了人类活动的踪迹,比如:埃及金字塔的直线;殷墟文化中的直线。
而噬菌体明明是自然界的产物,身上却存在着大量的直线,这并不符合人类的认知,所以人们认为它们不像自然界的产物。
但是,噬菌体并不是完全的直线,在显微镜下我们可以看到它们的线条并不是那么的“直”,有点类似于细胞,只不过它的棱角更明显。
噬菌体噬菌体是一种病毒,由于病毒在自然界中不能生活以及繁衍,所以病毒需要找一个宿主生存。地球上绝大多数病毒的宿主是生物,比如:sars病毒的自然宿主是蝙蝠,而果子狸以及人类也是它们的宿主。所以,大多数病毒对于人类来说,都是不好的,能损害人类健康。
但是噬菌体是个例外,它们的宿主是细菌。噬菌体其实是这类病毒的统称,在噬菌体家族中,存在着许多种类的噬菌体,而每一种噬菌体只能对应一种细菌,有时也能对应这种细菌的近亲。
噬菌体无处不在,你的手机上,你的手上以及身体里,可能就生活着上亿只噬菌体,而你浑然不觉。
噬菌体发现细菌之后,会通过自己底部”注射器”一样的身体结构,将自己体内的遗传物质释放到细菌之中,再利用细菌的结构,进行自我复制。当细菌体内充满足够多的噬菌体病毒后,噬菌体会释放出一种酶,溶解细菌的外部结构,从而从该细菌中走出来,感染其他细菌。
就这样,自然界的细菌才能保持一个平衡状态,科学家研究发现,噬菌体能消灭海洋中40%的细菌。
人类的救星我们知道,细菌也是人类的致病源,为了消灭人体内的细菌,人类使用了很多方法,最为成功的方法是提取出了以青霉素为代表的抗生素。
这些抗生素能够有效的杀死细菌,所以在人类世界被广泛使用。然而由于抗生素太好用了,以至于人类稍微有些不舒服就会使用抗生素,导致全球范围内抗生素被滥用。
造成的结果是,大多数细菌在进化过程中,对抗生素产生了耐药性,也就是说,原本能够杀死细菌的剂量已经无法杀死细菌了,更为致命的是,原本对细菌有效的药物已经失效了。
这将导致人类无法再使用抗生素来对抗细菌了,超级细菌就这样诞生了,这造成一个小小的伤口,就有可能导致人类死亡,据科学家统计,在美国每年有2万3000多人死于耐药菌。
抗生素被滥用,导致人类迫切需要一种新的手段来对抗细菌,而此时噬菌体进入了人类的视野。我们知道,噬菌体的宿主就是细菌,如果有人患有细菌感染,那么我们只需要注入对应的噬菌体,就可以将其消灭。
而以往人类使用抗生素时,还会将人体内的益生菌杀死,但这一次,由于一种噬菌体只对应一种细菌以及它的变形体,所以益生菌将会被保留,而致病菌将会被杀死。
再者,细菌可能会因为噬菌体的进入而变异,但是噬菌体也在变异之中,这导致细菌对噬菌体并不容易产生抗药性。
而且,细菌在变异的过程中,会丢失掉抗药性,如果人类将噬菌体和抗生素一起用于治疗,那么细菌将会在双重夹击下被消灭。
铜绿假单胞菌是一种对大多数抗生素有抗药性的细菌,这种细菌甚至能够在含有酒精的洗手液中存活,一旦有人感染这种菌,人类将会因没有对应的特效药而死亡。
科学家们针对这种情况,对其中一部分病入膏肓的病人进行噬菌体实验,通过注射噬菌体以及抗生素的方式,治疗病人,数周之后,病人痊愈出院。
或许未来,噬菌体用于临床治疗,是人类对抗细菌的新方向。但是在现阶段,该疗法还仅仅存在于实验阶段。
总结噬菌体虽然不像是自然界的产物,但它的确是在自然界中演化出的生物,它们是一种病毒,宿主是细菌,它们控制着自然界中细菌的数量。
宇宙中最小的恒星有多小?
恒星是宇宙中的能发光的天体,我们极目星空,能看到的星体大部分都是恒星,这些恒星绝大部分都比太阳更大,因为比太阳小的恒星除非距离非常近,不然我们是无法直接用眼睛看到它们的。
夜空中最亮的恒星是天狼星,这个蓝矮星的体积是太阳的5倍大小,质量是太阳的两倍多,但是光度是太阳的25.8倍。但天狼星可不是最大的恒星,我们用眼睛在夜空中直接看到的恒星,也大部分都比天狼星更大。
比如猎户座的参宿四,直径是太阳的887倍,体积相当于太阳的6.9亿倍,比天狼星也大了1.2亿倍。
不过参宿四也并非宇宙中最大的恒星,可能很多朋友都知道宇宙中已知最大的恒星是盾牌座uy,先前天文学家认为,这颗恒星的直径是太阳的1700多倍,但是后来更精确地测量发现它的直径就相当于太阳的755倍,这说明这个恒星实际上还没有参宿四更大,体积大约相当于太阳的4.3亿倍,它当然也就不是宇宙中最大的恒星了。
那么参宿四就是宇宙中最大的恒星了吗?也不是的!根据现有的恒星观测数据来看,已知宇宙中体积最大的恒星是斯蒂芬森2-18,它的直径高达太阳的2150倍,接近30亿公里,相当于太阳到地球距离的20倍,如果把它放在太阳系的核心位置,那么它的边缘地带将可以囊括土星的轨道,也就是说金木水火土五大行星包括地球和小行星带,都只能在这个恒星的肚子里运行。
这颗恒星和盾牌座uy一样,同样位于盾牌座位置,距离我们大约2万光年,它的体积大约相当于100亿颗太阳,或者1.3亿亿个地球。想象一下,我们的太阳的直径就高达139万公里,然而这个恒星却能装下100亿颗太阳,就是和盾牌落uy相比,也相当于后者的23倍多。
不过这颗恒星的质量并不是特别大,大约相当于18个太阳,它之所以体积如此巨大,是因为它正处于主序星阶段的晚期,目前它正处于红特超巨星的阶段,这都是由于其内部的氦元素聚变点燃之后,内压使得外部气体急剧膨胀,体积也就越来越大了,不过它的表面温度其实并不高,只有3000K(开尔文温度)左右,它的光度大约相当于太阳的44万倍,目前它的状态很不稳定,并且有大量的气体喷发到太空中,随时都有可能在一场超新星爆发中结束它的红特超巨星的阶段,根据它现有的质量(原始质量未知)来看,超新星爆发之后它将会成为一颗中子星或者黑洞。
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如果把人类发现的最亮的恒星放在比邻星的位置上?
如果把人类发现的最亮的恒星放在比邻星的位置上,能把地球的夜空照亮吗?
一个挺有意思的话题,比邻星是一颗红矮星,它在地球上看来的视星等只有11等,肉眼根本看不到,但如果将最亮的星星放在这里,地球上会有多亮呢?
最亮的星星是哪颗?最亮的星星以什么为标准?可能大家都有点懵逼,比如在我们看来,太阳无疑是最亮的,它的星等高达-26.74,但在夜空中月亮的视星等也高达−12.92,很显然,如果把月亮放到比邻星的为止,明显不如视星等只有-1.46的天狼星,月亮铁定是看不见了!
画面正中偏下就是天狼星
视星等和绝对星等
我们白天和晚上能看到的,亮度不一的天体,它们之间的衡量标准是视星等,它最早是由古希腊天文学家喜帕恰斯制定的,他将自己编制的星表中的1022颗恒星按照亮度划分为6个等级,即1等星到6等星,1850年英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍,根据这个关系,普森将形成量化,确定每个星等之间差距2.512倍!
全天最亮十大恒星
很显然各位熟悉的盾牌座UY,大犬座VY,R136A1等都不在列,所以视星等并不能完整表示星星的亮度,因此天文学家又提出了一个绝对星等的概念,它的定义是将假定将一颗恒星放到十秒差距外所测得的视星等。
各位熟悉天体的绝对星等
上表来看,太阳就变成了一个小弟弟,绝对星等也就刚刚能在光污染严重的夜空中被发现而已。
已知绝对星等最高的恒星排列
能排除亮度高低只能已知了,比如宇宙实在太大,上表中列出的所有恒星也就300万光年内的几个星系,比如银河系、大小麦哲伦星系、仙女星系和三角座星系。
本星系群
全波段星等
这里再简单介绍个全波段星等,视星等和绝对星等测量的是恒星的可见光星等,但恒星并不只是再可见光波段辐射,比如受到银河系黄道面尘埃带消光影响到很多天体,它们在X和红外波段的辐射其实挺强,所以经常以天体的有效温度来计算热辐射和光度之间的差异。
最亮的星星放在4.22光年外,地球上会多亮?绝对星等和视星等之间有一个转换公式,可以将绝对星等转换为某个指定距离的视星等,这样做个简单的对比即可知道最亮的恒星放到比邻星的距离后到底有多亮了!
视星等和绝对星等的关系
所有参数都已经具备了,直接将参数代入计算即可:
最亮的恒星:大麦哲伦星系蜘蛛星云R136a1,绝对星等−12.5
比邻星的距离:4.22光年
那么计算得R136a1在比邻星的位置上时,视星等为:-16.94等,这个亮度大概有多高呢?月亮的视星等为-12.92,大约是月亮最明亮时候的41.3倍!
这大概要比冥王星上看到的太阳,大约-19等还要暗6.3倍,估计看个大字报绝对没问题,但如果要干点细活就有困难了,不过如果有这样一个大灯泡在天空中,我们的生活工作明显会方便很多!但天文学家就要遭殃了!
大概比这个还要暗一点
因为满月都会影响很多观测,比如流星观测绝对要受到满月的影响,这个比满月还要亮41倍的天体不是大家的噩梦么?
当然R126a1最可怕的地方不是它太亮,而是它质量太大!
这颗位于大麦哲伦星系蜘蛛星云的恒星是已知宇宙中质量最高的恒星,它的质量大约是太阳的265倍,这还是它大量丢失物质后的质量,据天文学家估计,它诞生时的质量是太阳的300多倍,因此在天文学家眼中,这简直就是一颗不应该存在的恒星!
因为它已经远超恒星的爱丁顿极限,这是恒星引力坍缩和热核聚变的热压力平衡的最大质量,超过则会因为强烈的恒星风丢失质量,恒星不再长大,因此天文学家认为R136a1可能是两颗恒星合并的结果。
它的未来是超新星爆发
和其它恒星的超新星爆发会留下中子星或者黑洞不一样,R136a1超新星爆发后可能不会留下任何物质,当然它的未来仍然存在非常大的不确定性,因为关于R136a1的很多数据都不是直接观测得到,而是通过计算得到,因此关于R136a1的命运中,天文学家最多也只能是尽可能推测它的未来。
但有一点是可以确定,它的寿命并不会很长,也许数百万年后它就会消失,在它的残骸中,未来又将形成新的恒星系,也许还有可能形成生命星球!
但它在比邻星的位置爆发时,地球就挂了!
细胞究竟是怎么出现的?
用科学,让生活更有温度~
人类文明至今已有上百万年的历史,从十八世纪开始,在科学、思想、文化、科技领域更是百花齐放、百家争鸣,诞生出许多伟大的发现发明,成就了无数伟大的科学家,他们名垂青史、永载史册,他们研究的成果造福人类、沿用至今。
作为地球上最聪明、高级的生物,我们已经可以造得了飞机、火箭,傲游天空、太空;造得了深海潜水器,深入大海;操控得了原子,破解得了基因密码,克隆得了牛、羊、猴;盖的了高楼大厦,造得了手机、电脑。
不过,让许多人感到诧异的是,人类科技如此发达,为何一个小小的细胞——生命最基本的单位,我们却“造”不出来?
细胞,生物体最基本的结构和功能单位,最先有英国科学家罗伯特·虎克于1665年发现,已知除了病毒之外的所有生物(病毒到底是不是生物 ?)均由细胞组成。
作为生物最基本的结构,细胞也可以说是最复杂的结构,如果把它无限放大,比宇宙还要复杂,比宇宙还要壮观。
下面,我将带你们从外到里一点点深入到我们人类的细胞,了解这个美丽的神话世界!
首先映入我们眼帘的是细胞膜,其主要由脂质(磷脂、胆固醇)和蛋白质组成,表面坑坑洼洼,凹凸不平,还连接有摇摆的链状结构——糖基和蛋白质。
细胞膜由磷脂双分子层构成骨架,其中镶嵌有蛋白质,是流动镶嵌模型。
膜蛋白根据与膜脂的结合方式以及在膜中的位置可分为:内外蛋白、外周蛋白和脂锚定蛋白。
内在蛋白,又称为整合蛋白,以不同程度嵌入磷脂双分子层内部,部分为全跨膜蛋白,主要功能为载体蛋白,比如钠离子、钾离子通道蛋白,负责控制物质进出细胞。
外周蛋白,又称外在蛋白,分布在细胞膜的外表面,映入我们眼帘的摇摆的链状结构就有它们。它们靠离子键与细胞膜表面的蛋白质分子或者脂质分子结合成糖蛋白或脂蛋白,作为受体,负责对外界环境的感知,特异性识别信号分子(配体),准确无误地将信息放大并传送到细胞内部,从而使细胞做出一系列反应来应对外界环境的变化,可以看作是是细胞的门卫。
脂锚定蛋白,又称为脂连接蛋白,通过共价键与脂质分子结合。与前两种脂蛋白相比,脂锚定蛋白含量很少,我们应该庆幸这一点,并且祈祷它少之又少,因为这种蛋白的出现往往与细胞从正常状态向恶性状态的转变有关,它的出现一般预示着不好的事情要发生,比如细胞癌变。
细胞膜的功能控制物质进出细胞
提供识别位点,完成信息的跨膜传递
为细胞的生命活动提供一个稳定的内环境
为多种酶提供位点,使细胞的酶促反应高效而有序地进行等等
穿过细胞膜,我们将进入到细胞内部,里面有类似于蜘蛛网状的蛋白质纤维,它们不仅可以维持细胞形态,保持细胞内部结构稳定有序,还可以为细胞质中的物质运输提供轨道、道路,使他们能够定向运输。同时充满着透明粘稠的液体,叫做细胞质。
在细胞质中,可以看到各式各样的细胞器,它们有不同的结构,行使着不同的功能。
线粒体本身为一些线状、杆状或颗粒状结构,有两层膜,外膜较为平整,内膜内折形成嵴,为酶的附着提供位置。
作为能量工厂,线粒体内每时每刻都在进行着大量的生化反应,将营养物质,如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等,氧化,放出大量能量,储存在三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键中,提供给细胞的其他生命活动使用。
内质网内质网是由膜构成的网状管道系统,广泛分布在细胞质基质中,负责连通细胞膜和核膜,在蛋白质及脂质等物质的合成加工过程中,内质网起着重要作用。
内质网根据其表面有无附着核糖体可分为粗面内质网和滑面内质网。粗面内质网表面有附着核糖体,具有运输蛋白质的功能,滑面内质网内含许多酶,与糖脂类和固醇类激素的合成与分泌有关。
高尔基体高尔基体是位于细胞核附近的网状囊泡,是细胞内的运输和加工系统,能将粗面内质网运输的蛋白质进行加工、浓缩和包装成分泌泡和溶酶体。
核糖体核糖体(Ribosomes)是椭球形的粒状小体,有些附着在内质网膜的外表面(供给膜上及膜外蛋白质),有些游离在细胞质基质中(供给膜内蛋白质,不经过高尔基体,直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形),是合成蛋白质的重要基地。
中心体中心体存在于动物细胞和低等植物细胞中,每个中心体有两个中心粒,位置固定,靠近细胞核,与细胞分裂密切相关。在电子显微镜下观察,中心粒是由9个小管状体组成的一个柱状体,长度约为0.3微米~0.5微米,直径约为0.15微米。
接下来,到了细胞的正中心,就会看到一个类似于球形的“东西”,它就是细胞核,可分为核膜、染色质、核液和核仁四个部分。
细胞核是细胞的遗传、代谢的控制中心,控制着细胞内绝大部分的反应;同时也是细胞遗传信息——DNA的储存、复制、转录的主要场所。
至此,由于时间和精力有限,此次细胞之旅到此结束。
那么,大家一定很好奇如此神奇的细胞是怎么出现在地球上的 ?
下面就由我简单为大家讲解一下:
从已发现的化石可以确定原核生物在距今30~35亿年前就已经出现,先于真核生物。在此以前,应该存在着漫长的化学进化过程:地球原始大气中的N2、NH3、CH4、CO在高温、强紫外线和放电条件下形成含碳化合物和生物大分子的前体物质(如氨基酸、核酸碱基等)。
然后通过聚合形成复杂的生物大分子并且在原始的海水中出现大分子的复合物,称为团聚体或类蛋白小体。
随后,这些大分子经过组合、包裹形成了具有简单结构的组合体——原始细胞的前细胞,在随后的很长一段时间里,细胞结构越来越复杂,功能也越来越强大,可以进行吞噬、排泄等生命活动。
内共生学说:线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的细菌和蓝藻。
经过成千上万年的进化,细胞有了现在的模样,并且功能多样化。其结构复杂程度超乎想象,在其内部进行的无数的反应有序的进行着。
如果只是简单的把细胞的各个结构“制造”出来,我相信以人类现有的技术,存在可能性,但要想把所有结构组合在一起并让他们有序的进行生化反应,不光现在不可能,在未来的很长一段时间里都几乎不可能实现。
“人之巧”与“天之巧”:细胞与计算机复杂程度比较在细胞中贮存贮遣传信息的是DNA分子,它是通过A、C、T、G四种碱基的排列顺序来贮存遗传信息的。这就和计算机用二进制的0和1贮存信息是一样,DNA是四进制。
在人体细胞的细胞核里,有46个DNA分子,含有30亿个碱基对。20世纪90年代,由美国科学家提出一项宏伟计划。按照这个计划设想,在2005年,要把人体内约4万个基因,共30亿个碱基对的秘密全部解开,同时绘画制出人类基因的图谱,要完成这一工程,预计需要数千名科学家,花费10年左右的时间,耗资30亿美元 。被称之为“人体的阿波罗计划”。
30亿个碱基的顺序,什么概念。如果一个人想把这些碱基顺序输入电脑里,要输100多年,何况是测出它们的顺序呢?
如果这些碱基顺序已经输入到电脑里了,那么它有3G大小。也许你要说我们的硬盘有几百G之大呢?但你不要忘了,细胞贮存这些信息只用了几纳克DNA,而我们的硬盘有几百克之多,按每克物质的贮存效率算,DNA是硬盘一万亿倍。
我们可以在指甲盖大小的地方集成上千万个三极管,这是已经够神奇了,但同生命的复杂程度来讲,仍是小巫见大巫。为什么这样说呢?人体在指甲盖大小的视网上,有上亿个视杆和视锥细胞。而每个视觉细胞的复杂程度与三极管都不可同日而语。
三极管是由三块不同杂质的半导体组成的。而每个视觉细胞里还有细胞器、细胞核,并且细胞器和细胞核里仍有复杂的结构。
现代人类可以制造最复杂的机器,但如果把生命比作是大自然用细胞制造的机器的话,这台生命机器不仅仅是复杂,而且轻便,耐用。
这就是生命的神奇,这就是生命的伟大!我成就了你,但是你成就不了我!
那恒星有没有质量的上限?
量变到质变,大家都知道这个道理,宇宙中星体形态更是把它诠释得很完美。
质量和引力,带给宇宙太多的奇迹。当星云物质在引力作用下聚集后,如果质量太小,形成陨石或者气团,它会在太空飘荡,被更大的星体捕获或者碰撞。
质量再大一些,形成行星或者卫星或者彗星,自身不会发光发热。这个时候引力不足以产生足够的梦里产生核聚变。以地球,月球,火星为代表。
质量更大一些,就会使原子核中的电子发生轨道迁移,行程新的原子核,过程中释放能量以光的形式释放出来,这就是核聚变,所有恒星所处的阶段。我们的太阳就是这个阶段的。
如果质量加剧,引力更大,引力引起进一步的原子核和电子空间压缩,释放更多的能量,形成白矮星。
如果质量一直增加,那么会进一步导致引力强大到,把原子核的物质碾碎,然后所有的物质形成一个大原子核,这就是中子星。这个过程将爆发能量比光更强大的伽马射线,如果地球正对中子星的伽马射线,那么地球上所有生命将被秒杀。
中子星级别已经很恐怖了,但是还不是质量的终点,质量继续加大,将形成黑洞,连太阳都要被它的引力撕碎吸食。
黑洞以后,现在就没有人直到会怎么样了,已经触及人类探索的盲区了,你认为黑洞以后会怎么样呢?
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