科学新知

难以放松的假期你是否想要度过一个悠长假期，却始终无法忘掉工作安心度假？为了揭开其中奥秘，研究人员设计了一可模拟大脑“能量转化为思想”过程的计算机模型。     

Effect of Flexible Back on Energy Absorption during Landing in Cats： A Biomechanical Investigation

Cats are characterized by their excellent landing ability. During the landing, they extend and bend their flexible backs. This study was undertaken to examine the effect of flexible back on impact attenuation. We collected kinematic and ground reaction force data from cats performing self-initiated jump down at different heights. Based on these measurements, the mechanical energy and elastic back energy were calculated. Further, we derived a beam model to predict back stiffness from the morphology of the vertebral spines. We found that cat could actively modulate the bending level of flexible back and the landing angle at different heights, making some kinetic energy be stored briefly as elastic strain energy in the back. This mechanism allows cat to reduce the kinetic energy dissipated by limbs and improve the efficiency of energy absorption. These results can provide bio- logical inspiration for the design of a flexible spine on a landing robot, and we anticipated their use in the energy absorption equipments for planetary exploration.     

补充含铬能量糖能有效改善大学生有氧运动和无氧运动表现

本研究选择的受试者为12名大学运动训练专业男性学生(年龄:(20.3±2.26)岁; BMI:(21±1.17) kg/m2),采用双盲、安慰剂控制及平衡次序法进行不同补充处理(NBC, UBE或安慰剂,剂量皆为200μg)各1次,每次间隔1周,补充后15 min依序进行最大有氧运动表现测试,以及自行车30 s无氧温盖特测验,旨在探讨氧协同多重烟碱酸铬复合物(NBC)与含铬能量糖(UBE)补充对有氧及无氧运动表现的影响。结果表明:受试者在补充NBC和补充UBE后最大摄氧量分别增加5.1%和5.5%,衰竭时间分别延迟2.1%和3.5%,平均动力输出分别增加3.3%和3.8%,最大动力输出提升9.4%和12%,且皆显著优于安慰剂组,且补充UBE的衰竭时间也显著优于NBC,补充UBE在温盖特测验后血乳酸浓度显著高于补充NBC。本研究初步说明,补充NBC与UBE均能有效改善有氧运动和无氧运动表现。若单就运动衰竭时间而言,由于UBE内含NBC及碳水化合物等其他成分,所以补充UBE效果更佳。     

天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地地表能量通量研究

利用天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地的小气候实测资料,分析了该地区不同天气条件下地表能量及其能量分配日变化特征,并进一步探讨了潜热与其它地表能量的关系。结果表明:晴天各地表能量分量曲线呈"单峰型",阴天表现为峰谷频繁交替的"多峰型",雨天则显示为"偏峰型"。由于该区以晴天为主,阴雨天气发生频率少,平均情况下的各能量曲线变化与晴天基本一致。任何天气条件下能量传输均以潜热(LE)为主,其次为感热(H)和土壤热通量(G)。观测期内LE/Rn平均值介于沙漠和绿洲之间,很好地在能量分配上体现出自身的过渡性。各种天气条件下能量分配的日动态变化趋势基本一致,白天均以潜热为主,夜间则有所不同。LE/Rn、H/Rn、G/Rn曲线白天变化平稳,夜间持续波动,日出和日落前后波动最为剧烈。其中,日出时刻以LE/Rn和G/Rn曲线波动最为强烈,且两者峰谷互补。因辐射强度和日照时数的不同,不同天气条件下曲线早、晚剧烈变化开始时间也有所差别。晴天、平均、阴天(8:00—18:00)波文比依次减小,且均小于1,表明它们在白天能量分配均以潜热为主。而雨天波文比则表现出较大的波动性,整体呈上升趋势。LE与Rn、H、G相关性程度均表现为:晴天与平均相当,阴天次之,雨天最小。     

黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量特征

基于2011-2012年黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量通量以及气象数据,对该地区能量平衡各分量(净辐射、感热、潜热和土壤热通量)以及波文比进行日、季节动态的特征分析,研究了潜热通量和感热通量对不同强度降雨事件响应程度的差异,并分析了潜热通量和感热通量的主控因子.结果表明:该地区净辐射、感热、潜热和土壤热通量的日、季节动态曲线均为单峰型曲线,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年平均值分别为78.19、33.32、24.91和2.65 W·m-2.在全年能量收支平衡中,感热通量占净辐射的43％,潜热通量占32％,土壤热通量占3％,表明对于黄土高原农牧交错带自然稀疏灌木生态系统,全年能量主要以感热的形式交换.生长季感热和潜热占净辐射的比例相同(36％);而在非生长季,感热占主导,占净辐射的比例高达54％.潜热通量在强、弱降雨事件发生后明显升高,感热通量则明显下降.潜热通量与净辐射、水汽压差及植被参数均显著相关,感热通量与净辐射及空气温度梯度显著相关.     

黄河口邻近海域生态系统能量流动与三疣梭子蟹增殖容量估算

增殖放流是渔业资源养护的重要手段, 生态系统与放流种类能流格局的变化研究,是进行增殖容量评估的研究基础.根据2012和2013年黄河口邻近海域的资源调查数据,构建了黄河口邻近海域6、8、10月的Ecopath模型,比较分析了3个月份该海域生态系统能量流动的变化,初步评估了三疣梭子蟹的增殖容量.结果表明： 黄河口邻近海域生态系统的能量流动主要在营养级I～III之间进行,营养级IV以及以上的能量流动较小.6月第I营养级整合系统流动的比例最高,8月最低.第II营养级整合系统流动的比例8月最高,6月最低.三疣梭子蟹相对能量流动和绝对能量流动均是第III营养级最高,三疣梭子蟹的营养级3月平均为3.28.黄河口邻近海域生态系统有较高的剩余生产量,6月最高、8月最低,系统的总初级生产量/总呼吸(TPP/TR) 3个月份分别为5.49、2.47、3.01,总初级生产量/总生物量(TPP/B)分别为47.61、33.30、29.78,同时具有较低的循环指数(FCI：0.03～0.06),黄河口邻近海域生态系统处于脆弱的不稳定期.系统的能量转换效率为7.3%～11.5%;渔获物的平均营养级8月和10月有所下降,3个月份分别为3.23、2.97和2.82;总捕捞效率8月最高,6月最低.在黄河口邻近海域8月Ecopath模型基础上,初步评估三疣梭子蟹的增殖容量为1.5115 t·km^-2.     

A new method to measure and calculate light intensity and light quality simultaneously by using portable spectrometer

The influence of light intensity and light quality on plants is highly concerned in the field of plant physiology and ecology. However, the calibrated quantum meter for measurement of light intensity cannot measure light quality, and vice versa. Here we developed an empirical formula to convert light energy to photon flux density, based on the measurement conditions of spectrometer. Under the guide of the formula, a portable spectrometer (AvaSpec-ULS2048×64) was calibrated by using four narrowband light emitting diode (LEDs) in combination with a calibrated quantum meter (LI-190SB). After calibration of the spectrometer, we can calculate photosynthetic photon flux density (PPFD or PAR) and measure spectrum of radiation flux simultaneously. Under natural light conditions, the errors between measured and calculated PPFDs are in the range from -2% to 5%, indicating the reliability of the method. With this new approach, the application of portable spectrometer can be greatly broadened: 1) the light intensity and quality of light source and plant growth light environment can be obtained simultaneously, 2) PPFD can be obtained within any specified wavelength range, and 3) there is no need to use standard light source to obtain the absolute light/radiation flux of a spectrum measured by spectrometer. In conclusion, this method has potential applications for the study of plant physiology and ecology.     

腺苷酸激酶与AMP信号在感知及维持机体能量中的作用

腺苷酸激酶（AK）是催化各种腺嘌呤核苷酸相互转化的一种磷酸转移酶,其在维持细胞能量平衡中起着重要的作用。AK有七种亚型,在线粒体、胞浆、细胞核之间的能量转移和分布中起着至关重要的作用。细胞内、细胞外和血液中的AMP水平是机体能量感知、睡眠、冬眠和食物摄取的代谢信号。高于或低于正常水平的AMP信号与人类疾病相关。AK及其下游的AMP信号组成了一个完整的代谢监测系统,通过检测细胞能量状态变化,从而调整对代谢感受器传递的信号。详细阐述了AK和AMP在感知及维持机体能量中的作用。     

敲减MC4R表达对牛胎儿成纤维细胞CMS系统关键因子的影响

为获得敲减黑素皮质素4受体（melanocortin 4 receptor,MC4R）基因的牛胎儿成纤维细胞,并探讨其在能量平衡神经调节系统中的作用,将构建成功并已鉴定为有效序列的短发夹状RNA (short hairpin RNA, shRNA)真核表达载体pGSH1 GFP MC4R,利用阳离子脂质体转染牛胎儿成纤维细胞并使用G418筛选稳定转染细胞株.利用实时荧光定量和Western印迹检测MC4R及中枢黑素皮质素系统(central melanocortin system, CMS)关键因子的表达水平变化.结果表明,在稳定转染的牛胎儿成纤维细胞系中, MC4R表达显著抑制,瘦蛋白(leptin)和阿黑色素原(POMC)表达下调,黑素皮质素拮抗物agouti相关蛋白(AGRP)和MC3R表达上调,而神经肽Y (NPY)表达无明显改变.综上所述,本研究成功获得了敲减MC4R基因表达的牛胎儿成纤维细胞.相关基因表达水平检测结果提示, MC4R的表达水平对CMS系统中的各关键基因的表达有不同的抑制或促进影响.     

瘦蛋白对摄食和能量平衡的调节及其在哺乳动物冬眠中的作用

白色脂肪合成和分泌的瘦蛋白(leptin)作用于下丘脑和外周的代谢产热器官,对摄食和能量平衡起调节作用。摄食和能量平衡的失调,如瘦蛋白抵抗,可以导致肥胖等一系列生理疾病。以体内贮存的脂肪为主要能源物质越冬的冬眠哺乳动物,体重的年周期波动幅度巨大,其摄食和能量平衡调节机制可能不同于一般的非冬眠物种,育肥阶段可能存在瘦蛋白抵抗机制。本文总结了瘦蛋白调节摄食和能量平衡的作用机制以及瘦蛋白对冬眠哺乳动物育肥和冬眠的影响,为进一步研究冬眠哺乳动物的能量平衡提供参考。