后滴虫:厌氧的真核生物,打破演化常识的远古幽灵
1. 引言
如果你研究过真核生物的早期演化,就一定会注意到这么一类生物:后滴虫($\text{Metamonads}$)。它真可谓是真核生物中最神秘的类群之一,科学家们为它的身世打了十几年的嘴炮,却依然没有达成共识。但大家都承认,后滴虫的系统发育位置研究极为重要。
之所以这么说,是因为我们相信在这个远古幽灵的身上,潜藏着解开真核生物早期演化之谜的钥匙。
(上图:披发虫($Trichonympha$),属副基体门披发虫纲,是许多蜚蠊目昆虫的肠道共生虫,帮助它们消化纤维素)
(上图:副三鞭虫($Paratrimastix$),属前轴柱门副三鞭虫目,自由生活于淡水淤泥之中)
(上图:阴道滴虫($T.~vaginalis$),著名的人类寄生虫,依靠性行为传播,属副基体门毛...
彩虹收集计划:用铜元素造就一条彩虹
所谓化学······乃通过组合那些平平无奇的物质,创造出惊为天人的奇迹。
——【英】波义耳(存疑),近代化学奠基人,$1627-1691$
引言
化学中最为纯粹、朴素的美,并不来自神奇的微观结构、复杂而精密的计算,或者各种令人眼前一亮的理论,而是来自于物质本身的绚丽色彩。或许在很久以后,脑海中那些曾滚瓜烂熟的知识都会被逐渐淡忘,但我永远都会记得那天化学课上,老师掏出的那一大块硫酸铜($\ce{CuSO4}$)晶体给我带来的震撼。
(上图:几大块堪比蓝宝石的硫酸铜晶体,图片来源:@H2元素实验室)
渐渐地,随着知识越学越深,这种神秘的蓝色终究是成为了脑海中的理所当然,最初的那种感觉也便荡然无存了。但是,利用这些知识,我们便可以制得更多美丽的物质,进而弥补这种缺憾。
于是,...
热力学简述:从能量守恒到宇宙热寂
引言
热力学的确是一门很神奇的学科。从亿万年前动物的远祖进化出冷热感知,到远古时代人类与火的邂逅,到文艺复兴之后燃素说、热质说的兴起与崩溃,再到经典热力学大厦的落成,最后到非平衡态热力学如同新星般冉冉升起,热力学始终陪伴着人类的历史。虽然在名义上是物理学的分支,但它的触角早已遍布科学的各个领域。诸如传热学、化学热力学之类的学科都不过是这个庞大帝国的一方诸侯罢了。
在互联网如此发达的今天,热力学中的许多概念已经深入人心。能量守恒早已成为所有人的常识(一些民科除外),更别提那个常年在各路科普中叱咤风云的“熵”,还有在各种科幻作品中反复提及的“宇宙热寂”。它们到底是什么?有人由此断言人类文明,甚至是整个宇宙都终将灭亡;但也有人说,生命因为熵增而产生。这些论断究竟可不可信?
在这篇文章中...
化学杂谈:极毒物质的排名与故事
1.引言
提起“毒”这个字,你首先想到的是什么?是砒霜(化学名三氧化二砷,$\ce{As2O3}$)、氰化钾($\ce{KCN}$)还是硫酸亚铊($\ce{Tl2SO4}$)?古往今来,这些化学毒物在各种谋财害命的事件中都扮演着重要的角色,令人谈之色变。
(上图:$\ce{As2O3}$ 在常温下的二聚结构 $\ce{As4O6}$,与对应的磷化合物类似)
上述三种毒药中,最毒的当属氰化钾,大约 $6mg/kg$ 就可以置人于死地。理所当然的,它们被归入了“剧毒物质”。但是,随着研究的推进,人们发现还有许多物质的毒性凌驾于其之上。于是,科学家们在“剧毒”之上又加了一个新等级:极毒物质。
想要成为极毒物质,标准自然是很高的——必须达到口服 $5mg/kg$ 致死(注射、皮肤吸...
关于维生素B12全合成的详细解析
谨以此文,纪念维生素B12被人类发现90周年。
注:如果本文中有任何错误或疏漏,请务必联系作者或在评论中写出。不胜感谢!
1.前情提要
维生素B12($\text{Vitamin~B12}$,又名钴胺素,缩写 $\text{VB12}$),这种物质(其实严格来说是一类物质)如今早已家喻户晓。作为唯一一种含有金属元素的维生素,其中心的 $Co$ 原子赋予了它鲜红的色彩,也让它有了一个别称:红色维生素。
巧合的是,鲜红的维生素B12最重要的作用之一,就是为我们的身体制造鲜红的血液。具体来说,维生素B12是一种辅酶,参与红细胞的制造与成熟,也参与某些氨基酸(如蛋氨酸)和胸腺嘧啶在体内的合成。总之,它在人体内发挥着非常重要的作用,是维持正常代谢和机能不可或缺的物质。
同时,维生素...
元素化学:硅烷与硅原子簇状化合物
引言
作为碳($\ce{C}$)在周期表中的同族元素,$14$ 号元素硅($\ce{Si}$)一直吸引着人类这种充满好奇心的碳基生物的视线。作为地壳中含量第二高的元素,硅氧化物和硅酸盐体系凭借其极致的复杂多变和极端的稳定性,构建起了我们脚下的这片大地,也给今天的我们留下了无数的难题。
(上图:$Si$ 元素在周期表中的位置)
(上图:一种沸石(属铝硅酸盐)的阴离子局部结构,图中每一条黄线都是 $\ce{Si-O-Si}$ 的链,部分 $Si$ 被 $Al$ 取代)
同样的事情发生在硅的氢化物——硅烷身上。由于碳氢化合物在有机化学中的地位,硅氢化合物自然也是研究的重点。早期化学家希望用有机化学的方法去合成和研究硅烷,可实践却证明这条路行不通。硅烷与碳烷的性质大相径庭,前者...
关于叶绿素A全合成的详细解析
谨以此文,纪念“有机合成之父”罗伯特·伯恩斯·伍德沃德($Robert~Burns~Woodward$)逝世四十五周年。
注:如果本文中有任何错误或疏漏,请务必联系作者或在评论中写出。不胜感谢!
1.前情提要
相信应该没有人不曾听闻过这类被称为叶绿素($Chlorophyl$)的物质。作为这个星球上光合作用的核心,这类外表看上去毫不起眼的色素支撑起了整个仰赖阳光的生态系统,并在几亿年来一直庇佑着其下的生灵,可谓是生命在进化过程中最伟大的创造之一。
(上图:一大堆叶绿素实物)
而在叶绿素中,最引人注目的当属叶绿素A。作为绝大部分植物光合作用的作用中心色素,叶绿素A分子是将光能转化为化学能的最重要一环。它的分子结构如下图所示,具有一个标志性的卟啉环,中心还有一个配位的 $Mg...
元素化学:硼烷的结构、性质与其他秘密
引言
烷,这个字最初被赋予给了饱和碳氢化合物。任何了解有机化学的人都知道,它们的结构可以多么复杂多变,令人叹为观止。
但随着化学不断向前发展,人们逐渐发现,这项技术似乎也并不是碳的专利。先是各种高级硅烷和它们的衍生物,尽管 $Si-Si$ 键比 $C-C$ 键弱,硅原子自相结合成链的能力也比碳弱得多(至今在化合物中最长的确认的 $Si$ 链长度也只有 $14$,存在于 $\ce{Si14F30}$ 中),但这已经证明,作为碳的同族元素,硅元素氢化物的世界可能比我们早先想的更加复杂一些。
(上图:目前被确认的含有最长硅链的硅烷衍生物 $\ce{Si14F30}$)
同样的事情发生在碳左侧的元素——我们今天的主角硼元素的身上。人们很早就合成了最简式为 $\ce{BH3}$ 的硼...
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