万米水深动物体内惊现人为核爆信号,到哪儿去

2019-11-02 03:09栏目:生命科学
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暗物质轴子探测:认识宇宙的新窗口
万米水深动物体内惊现人为核爆信号
蓝藻水华:从哪儿来,到哪儿去?

■高宇 李闯 李田军

本报讯(记者朱汉斌 通讯员邓土连)中科院广州地球化学研究所、中科院海洋研究所、中科院深海科学与工程研究所以及上海海洋大学等多家单位合作,利用14C同位素来示踪钩虾物质来源,首次在11000米水深的钩虾体内发现核爆14C信号。相关研究近日在线发表于《地球物理研究通讯》。

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近日,美国麻省理工学院物理学家完成了一项名为ABRACADABRA(魔术师用语:见证奇迹的时刻,简称为ABRA)的轴子搜寻技术的先期测试。这项实验的目的是希望能探测到轴子型暗物质粒子。

海沟底部被认为是不宜生物生存的。然而最新的探索发现,海沟底部存在许多宏生物、微生物活动,甚至比周边非海沟区更加强烈。海沟极端环境下的生物是采用何种方式生存的?赖以生存的物质来自何方?人类活动对海斗深渊有多大的影响? 研究团队对来自西太平洋3个不同深度海沟的钩虾有机组分进行了14C示踪研究,发现包括世界最深处(马里亚纳海沟“挑战者深度”)的钩虾在内,体内都具有显著的核爆14C信号,这表明钩虾几乎完全依赖于表层物质的供给。由于海沟区表层生产力普遍低下,且随着深度增加,最终能够到达底部的物质十分有限,按常理难以支撑底部的生物量。钩虾完全依赖表层物质来源,表明其新陈代谢率极低,物质消耗速率慢,且自身物质可能被生物循环再利用。

实验首席研究员、麻省理工学院物理学教授Lindley Winslow说:“这是第一次有人直接探测这个质量范围的轴子……作为暗物质,轴子可能不会影响你的日常生活,但它们会影响宇宙的膨胀和我们在夜空中看到的星系的形成。”

除了示踪外,14C也是一个好的定年手段。研究人员对照表层海水核爆14C曲线,发现钩虾样品中最大的生长时间在10年以上(钩虾样品体长~9厘米)。一般来说,生物的肌肉组织不是最理想的定年材料,但海沟钩虾肌肉组织的14C含量与其体长有很强的相关性,表明钩虾肌肉组织的更新周期较长,所以可以指示生物的生长时间。

ABRA实验现有的探测灵敏度弱于欧洲核子中心已有的太阳轴子望远镜,下一阶段的实验灵敏度预计也远远达不到QCD轴子理论预言的耦合强度。

一般浅海钩虾最大体长1~2厘米,寿命为1~2年,而已知的海沟钩虾体长可达34厘米,其年龄将比浅海钩虾高一个数量级。“研究表明深海钩虾的寿命显著长于浅海钩虾,这一变化可能与应对海沟极端环境的生物演化有关。”该研究第一作者、中科院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室助理研究员王宁表示,这一现象背后的机制,需要学科交叉合作来进一步研究,这将有助于拓展人类对生物演化和生命科学等领域的理解。

Winslow称,他们将继续运行实验,以达到更高的灵敏度,与此同时,他们也计划扩大实验规模,希望可以探测到质量更轻的轴子。

据介绍,该研究是对世界最深海洋宏生物中14C含量的首次报道,解释了海洋的最深处并非预期的那样“遥不可及”,各种人为污染物(如放射性物质、持久有机污染物和微塑料等)可以快速侵入海洋最深处,影响海沟的生态安全。

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