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扒一扒高考“题坑” 寻一寻科技宝藏
2018-06-14 中国科学报

  今年高考理综卷里的两个“题坑”,让很多人“兴奋”了一番。

  一个“坑”是理科综合能力测试物理压轴题。这道题以“中国天眼”FAST直径是500米为条件之一,让考生计算FAST能够观测到的天体数目等。据媒体报道,题干虽不影响考生答题,但FAST用于观测的有效口径是300米。

  另一个“坑”是全国I卷理综的一道单选题。这道题让考生“选出说法错误的”一项,结果“蔗糖、果糖和麦芽糖均为双糖”和“酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质”两个选项都是正确答案。

  不过,虽说是“题坑”,仔细扒一扒就会发现,这些“坑”里藏着最前沿的科技宝藏,不少研究空白也等着新生代去填补。

  FAST:大锅套大盘 越看越高端

  “FAST的建设口径是500米,照明口径是300米,建设口径决定了可覆盖的天区,照明口径决定了观测的深度。”中科院国家天文台研究员、FAST调试组组长姜鹏说。

  望远镜的照明口径越大,在宇宙中看得更远。但是做“大”并不那么容易,按照传统的望远镜建造方法,照明口径与建设口径等同。“口径超过100米,就会面临成本、建设、观测精度等问题。”姜鹏说。

  为了扩大照明口径,FAST工程建设者们用了“大锅套大盘”的办法。姜鹏告诉《中国科学报》记者,如果FAST是一口大锅,那么照明口径就像是个盘子,FAST工作时,300米直径的盘子会在500米直径的锅里“滚动”,以接受更广范围的外太空信号。

  记者了解到,FAST有两大系统——反射面系统和馈源舱系统,反射面系统接收和捕捉到来自外太空的信号后,会将信号聚焦到馈源舱里。FAST的“大锅”是一个由4400多块主动反射面拼成的球面,面板会在索网的牵引下,从圆面变成抛物面,形成“盘子”,以捕捉来自外太空的信号,盘子的滚动让FAST可以捕捉到更广天区里的信号。

  姜鹏告诉记者,目前FAST望远镜仍在进行性能调试,考察望远镜的灵敏度、指向精度等硬指标和可靠性、稳定性等软指标。

  正在调试中的FAST已经有了不俗的表现。2017年FAST首次发现脉冲星,探测到数十个优质脉冲星候选体,其中两颗通过了国际认证。

  如果有同学今后想参与FAST的工作,“除了天文学专业之外,我们也欢迎来自计算机学、电子学等各种专业的人才”。姜鹏说。

  糖科学:玩转“积木块” 交叉属性强

  对非专业人士来说,果糖、蔗糖、麦芽糖是单糖还是双糖容易“傻傻分不清楚”。

  “就像我们玩积木时用的积木一样,果糖是单糖,葡萄糖也是单糖,蔗糖是由果糖和葡萄糖这两块‘积木’拼成的双糖,麦芽糖是由两个相同的葡萄糖‘积木’拼成的双糖。各种不同的‘积木’和它们之间不同的拼接方式就构成了自然界中复杂而多样的糖类结构。” 山东大学国家糖工程技术研究中心教授曹鸿志说。

  糖类与蛋白质、核酸是构成所有生命体的最重要的三类生物分子,也是人体细胞重要结构单元。“每个红细胞表面所含有的300万至500万糖链分子决定了我们的血型,母乳中含量丰富且结构复杂多样的糖类塑造了婴儿的肠道菌群,细胞表面的糖链通过参与受精、细胞分化、免疫等几乎所有生命过程而伴随我们的一生。”曹鸿志说。

  正因如此,糖科学成为后基因组时代国际生命科学研究的热点与前沿领域。作为一个前沿交叉学科,糖科学涉及化学、生物学、材料学、药学和医学等多学科领域,糖疫苗等糖类药物制备、组织再生材料、生物能源等都属于糖科学的研究范畴。

  “国际上在加强糖科学基础教育和科普方面已形成共识,但由于糖科学的高度学科交叉性,国内本科教育阶段没有设置专门的糖科学专业。”曹鸿志建议,如果想成为糖科学交叉学科人才,可以报考化学生物学等相关专业。

  核酶:不是蛋白质 不少未解谜

  “酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质”,依照教材定义,这句话似无不妥。在高中教材里,酶是具有催化活性的特殊有机物,绝大多数的酶都是蛋白质。不过,还有一种不属于蛋白质的酶——核酶。

  “过去,人们认为具有催化功能的大分子都是蛋白质,但上世纪八十年代有科学家发现,RNA在没有蛋白参与的情况下,也具有催化功能。这种具有催化功能的RNA分子被定义为核酶。”浙江大学生命科学研究院研究员、博士生导师任艾明告诉记者。

  核酶的发现,让人们对RNA分子有了新的认识,两位发现核酶的科学家也因此获得1989年诺贝尔化学奖。

  在任艾明看来,研究核酶对了解RNA分子的结构特征以及功能都有重要作用。核酶“是少有的具有特定功能、能独立发挥作用的RNA分子”;与蛋白酶相比“在催化特性上有一定区别”;核酶的存在表明RNA分子功能多样化,既有传递遗传物质的作用,又具有催化功能。

  “我们现在研究的核酶,能在特定位点对RNA进行剪切,未来可能会作为工具在转录水平对RNA分子进行剪辑,这也是今后应用方向之一。”任艾明说。

  当前,很多核酶在生物机体内的功能还是研究空白,“我们对于RNA分子本身了解有限,它能干哪些事情、结构有什么特征、为什么能折叠、催化功能怎样,现在都是未知。”任艾明建议,对这些感兴趣且将来有志从事探索生命奥秘的考生,可以考虑生物化学、化学生物学等专业方向。

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