本期导读

1.宇宙中最亮的物体，同时也是“胃口”超好的黑洞

2.不会飞的恐龙为何长出羽毛？做个机器恐龙来研究

3.没有远古病毒，就没有神经系统

4.太阳系中最年轻的海洋，坐标土卫一

5.解析锂硫电池中的催化反应网络，锂电池成本有望降低

类星体是宇宙中绝对的庞然大物。每个类星体中都包含一颗非常活跃的超大质量黑洞。类星体能够以极快的速度吸引周围的星系物质，形成稠密的吸积盘，而吸积盘中的物质发生摩擦，能够产生极高的温度，从而以无法想象的亮度向外辐射光能。

在类星体的世界里，几亿倍太阳质量是家常便饭，吸引范围达到上亿光年更是小菜一碟。

而澳大利亚国立大学的Christian Wolf团队近日发现的J0529-4351类星体，被认为是类星体家族中的佼佼者：在迄今发现的类星体中，它的亮度是最亮的，发射功率约为2x1041瓦特，这一数值是太阳功率的一千万亿倍！

根据爱因斯坦的质能方程计算，这颗类星体每三秒钟就会发射出相当于一颗地球质量的能量，而这颗星体已经在宇宙中存在了120亿年的时间。按常理来说，它应该早就耗尽了能量才对。

于是科学家进行了进一步的研究，发现这颗类星体正在以更快的速度吸引他周围的星系物质。计算表明，它每天能“吃”下将近一倍太阳质量的星系物质！

这头星际巨兽一边吞噬着海量的物质，一边以极大的功率向外发光，同时在宇宙的边缘地带狂奔，我们却对它所知甚少。

这么亮的类星体，为什么人们一直没有注意到它呢？答案是：它太亮了，以至于看起来像是假的。

截止目前，人们已经发现了上百万颗类星体，这么大的群体数量，用人工审查的方式就太慢了。因此，人们把类星体巡查和发现的工作交给了电脑，并且把当时已知的类星体数据用作机器学习的素材。

结果可想而知，电脑由于从没见过如此明亮的类星体，因此在看到J0529-4351时就把它当成错误数据而自动略过了。幸好研究者从废弃数据里将它及时地挽救了回来。

图1 120亿光年外的类星体J0529-4351（白色亮点） （图片来源：参考文献1）

课代表总结：发光为啥强？一天一太阳！

参考文献:

Wolf, C., Lai, S., Onken, C.A. et al. The accretion of a solar mass per day by a 17-billion solar mass black hole. Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02195-x

虽然现代的鸟类是用羽毛来飞翔的，但是羽毛的出现要早于飞翔的鸟类。许多恐龙身上都有羽毛。难道恐龙会“未卜先知”，知道自己的后代将来会飞，所以先长出羽毛不成？

这意味着，羽毛的出现最初肯定是为了某些其他的原因，而不是飞翔。只不过后来恰好有些恐龙发现用羽毛可以飞起来，羽毛才成为后来的鸟类征服天空的助手。

尾羽龙是一种生活在1.24亿年前的、大小如孔雀的恐龙，属于廓羽盗龙类，这类恐龙有着真正的羽状羽毛。

但是尾羽龙的前臂很小，不足以支持它们进行飞行。那么，这么小的前臂，配上这么丰富的羽毛，究竟有什么作用呢？

来自首尔国立大学的Piotr G. Jablonski与合作者决心解开这个谜题。他们从走鹃（Geococcyx californianus）和小嘲鸫（Mimus polyglottos）的捕食策略中得到了灵感。

这两种鸟类是食虫鸟，在捕食时，它们会扇动翅膀和尾巴上的彩色羽毛，以此来打草惊“虫”，将虫子从隐藏处吓出来，以便进行捕食。这种捕食策略被称为“惊扰捕猎”。

尾羽龙也是一种食虫恐龙，那么它们的原始翅膀会不会也具有类似的赶虫子的功能呢？

研究者们制作了一个机器人，名叫Robopteryx，它的体型、外观、运动能力都仿照尾羽龙制成。机器人上安装了类似尾羽龙的原始翅膀，并且能够做出惊扰捕猎的一系列动作，例如张开翅膀、竖立尾巴、伸展停顿、收回等动作。

然后，科学家把这一机器人的动作展示给蚱蜢看，并观察蚱蜢对这些展示行为的反应。用蚱蜢是因为它们对惊扰捕猎行为有反应，而且据推断尾羽龙和蚱蜢曾共存于同一时期。

结果发现，机器人使用雏形翅膀展示惊扰行为，与蚱蜢逃走的可能性之间，有显著的正相关性（使用雏形翅膀时有93%的测试蚱蜢逃离，不用则是47%）。他们还发现，翅膀上有白斑以及尾部有羽毛，与蚱蜢逃离可能性显著相关。

Robopteryx得出的结果支持了惊扰捕猎假说，为有羽毛的翅膀和尾部最初在恐龙中的演化提供了新视角。

视频 机器恐龙用翅膀吓跑蚱蜢（12倍慢放）

（视频来源：参考文献）

课代表总结：道理我都懂，但这鸟（恐龙？）为啥这么大？

参考文献:

Park, J., Son, M., Park, J. et al. Escape behaviors in prey and the evolution of pennaceous plumage in dinosaurs. Sci Rep 14, 549 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-023-50225-x

在脊椎动物的神经系统中，有一种被称为髓磷脂的重要物质，这种物质包裹着神经，就像是电缆线外包着的绝缘皮一样，可以保护并隔离神经，使得神经可以长得更长，并且信号传输更加快速。

并不是所有的脊椎动物都有髓磷脂，例如比较原始的无颌类就没有。于是，科学家们试图揭秘髓磷脂的起源问题。

近日，来自英国剑桥大学的Robin Franklin与合作者在《细胞》杂志上发表文章，报告了他们关于这一问题的发现：脊椎动物体内的髓磷脂，与一种远古病毒（被称为retromyelin病毒）有关。

retromyelin是一种逆转录病毒，它们的看家本领是：把自身的RNA翻转成DNA并插到宿主细胞的细胞核里，从而跟着宿主同生共死。

在漫长的进化历程中，有一些逆转录病毒的信息会被遗传到下一代，于是这些病毒就成为了人体基因组的一部分。

一直以来人们认为，这些随机插进动物基因组里的病毒，不伤害动物就已经不错了，根本不可能有什么正面作用。

但是研究人员发现，如果用遗传学手段将人类神经细胞中的这段病毒除掉，那么髓磷脂的产生会被极大抑制，也就是说，如果没有retromyelin，人类根本不可能产生髓磷脂，更不可能拥有发达的大脑和神经系统了。

通过进一步的实验发现，retromyelin是一段非编码RNA，本身不生产任何蛋白质，但它能够与细胞中一种称作SOX10的蛋白质结合，从而开启髓磷脂合成的相关基因。

更有趣的是，经过比对发现，不同种类生物体内的retromyelin病毒，有着不同的版本，并非是来自同一个祖先。

这就说明，现代脊椎动物体内的这段病毒，并不是从祖先那里遗传来的，而是在进化历程中各自捕获的。这种现象被称为趋同进化。

这篇文章为人们提供了认识病毒的新视角，也能为基因组学带来新的启发：人类基因组的“垃圾堆”中，也许埋藏着重要的宝藏。

图2 抑制该段病毒基因后，细胞中髓磷脂合成受阻 （图片来源：参考文献）

课代表总结：在你的基因里，到处都有病毒来过的痕迹啊！

参考文献:

T. Ghosh et al. A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon-RNA-mediated control of myelin gene expression. Cell. Published online February 15, 2024. doi: 10.1016/j.cell.2024.01.011.

海洋是地球生命的摇篮。但是海洋并非是地球的专属，在太阳系中，木卫二和土卫二等卫星上也拥有地下海洋。这些海洋被封印在冰层以下，但很有可能并非完全冰冷，所以这些海洋中也有存在生命的理论可能。

海洋活动会把这些卫星的表面抹平，擦除它们身上的撞击坑痕迹，因此人们通常会在表面比较光滑的卫星上寻找海洋。

因此，从来没人关注过土卫一这颗又“小”又“丑”的卫星。土卫一的直径仅有400公里，不到月球的八分之一；它的表面布满了撞击坑和峡谷，基本没有平地。

因此，没人会认为土卫一的外壳下会有海洋。

法国里尔大学的V. Lainey与合作者在整理卡西尼号发回的关于土卫一的轨道资料时，关注到土卫一的近心点漂移问题。

如果卫星是一个实心球，那么它受到的土星引力应该是均匀的，轨道也不会发生大的变化。但是土卫一的轨道近心点却一直在漂移，这说明其内部应该有一层液态海洋。

经过数据计算与模型分析，研究者确认，土卫一的外壳下，藏着一个深度为20-30公里的液态海洋。

那么问题来了：为什么土卫一上的海洋没有像木卫二那样，把自己的表面抹平呢？答案是：这片海洋非常年轻，年龄不超过1500万年，还没有恐龙古老，因此还没来得及擦除土卫一表面的撞击坑。

由此看来，不能再以“表面平整”作为地下海洋的标志物了，土卫一海洋的发现，证明了表面不平整的小卫星也是可能拥有地下海洋的。

海洋在太阳系中这么普遍，不由得让人突发奇想，或许生命的出现也不是地球特有的现象呢？也许进一步的宇宙探索，会为我们揭开生命起源的奥秘。

图3 表面布满撞击坑的土卫一，内心暗流涌动 （图片来源：维基百科）

课代表总结：土卫一最明显的特征是图中右侧的赫谢尔环形山，这也让它看起来特别像《星球大战》中的死星。

参考文献:

Lainey, V., Rambaux, N., Tobie, G. et al. A recently formed ocean inside Saturn’s moon Mimas. Nature 626, 280–282 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06975-9

目前的锂离子电池使用氧化钴作为阴极，这是一种昂贵的矿物，其开采方式对人类和环境有害。如果用廉价的硫代替氧化钴，容量会提升数倍，成本也会降低不少。

但有一个问题：硫的还原反应非常复杂，会同时发生很多副反应，使得电池的寿命变短。

想要攻克锂硫电池难题，就必须梳理清楚这一电池中，硫元素到底是如何反应的。

美国加州大学洛杉矶分校的段镶锋和Philippe Sautet领导的团队破译了这一反应的关键途径。这一发现发表在《自然》杂志上的一篇论文中，将有助于提高电池容量和寿命。

锂硫电池中的硫还原反应涉及一个八原子的环状硫分子，共有 16 个电子参与反应。在经历一系列反应交织成的网络后，硫环分子最终转化为硫化锂。

该反应网络具有许多的分支、中间产物和副产物，科学家的目标是，厘清每一个步骤节点到底发生了什么，并找出哪些反应可以提升电池性能。

团队先用理论计算来推断所有可能的反应途径，然后通过电化学和光谱分析来验证计算结果。经过不懈努力，整个反应网络浮出水面。

数据表明，电池性能主要由反应中间体Li2S4决定，将Li2S4完全转化为最终产物Li2S至关重要。掺杂硫和氮的碳基电极可以有效促进这种转化。接下来，科学家将探索性能更好的催化剂，进一步提升该反应的效率。

研究还发现，中间体Li2S6不直接参与电化学过程，而是副反应的主要产物，它能穿梭到锂金属阳极并与其反应，消耗硫和锂，导致能量损失和存储容量迅速降低。因此，如何抑制Li2S6的生成，将是锂硫电池研究的方向。

电池技术和催化科学的结合，将为快速、高容量的能量转换设备开辟新途径。

图4 锂硫电池原理示意图及应用场景 （图片来源：大连物理化学研究所）

课代表总结：锂硫锂硫，你牛你牛！（扣钱）

参考文献:

Liu, R., Wei, Z., Peng, L. et al. Establishing reaction networks in the 16-electron sulfur reduction reaction. Nature 626, 98–104 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06918-4

作者：牧心