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이는 간단하지만 중요한 질문을 제기합니다. 제한된 영역에서 효율성이 떨어지기 전에 얼마나 많은 로봇을 배치할 수 있습니까? 하버드 연구원들은 명확한 답을 찾았다고 믿습니다.

효율성을 높이는 간단한 아이디어

Lola England de Valpine 응용 수학, 유기체 및 진화 생물학, 물리학 교수인 L. Mahadevan 연구실의 새로운 연구에 따르면 로봇이 움직이는 방식에 무작위성을 제어하면 혼잡한 환경에서 혼잡을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

이 작업은 수학적 모델링, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실제 실험을 결합합니다. 이는 기본적인 지역 이동 규칙이 어떻게 더 큰 규모의 조직적이고 효율적인 결과로 이어질 수 있는지 보여줍니다. 이번 연구 결과는 로봇 차량의 설계 방식에 영향을 미칠 수 있으며 인간 군중 관리 및 교통 흐름에도 적용될 수 있습니다. 이 연구는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재되었으며 응용수학 박사가 주도했습니다. 학생 Lucy Liu와 SEAS 선임 연구원 Justin Werfel의 지도를 받았습니다.

무작위성이 복잡한 행동을 예측하는 데 도움이 되는 이유

Liu는 개인이 수많은 가능한 경로를 택하고 예측할 수 없는 방식으로 상호 작용할 수 있기 때문에 밀집된 군중을 연구하는 것이 어렵다고 설명했습니다. 문제를 단순화하기 위해 연구원들은 각 로봇을 움직임의 작은 조정 가능한 변화량을 갖는 기본 단위로 취급했습니다.

“무작위성이 어떻게 작업을 더 쉽게 만들 수 있기 때문에 이것은 직관에 어긋날 수 있습니다.” 리우가 말했다. “하지만 이 경우 무작위성이 많으면 평균 거리, 평균 시간, 평균 행동 등 평균을 취하는 것이 가능해집니다. 이렇게 하면 예측이 훨씬 쉬워집니다.”

움직이는 로봇 떼 시뮬레이션

이 아이디어를 탐구하기 위해 팀은 에이전트라고 불리는 로봇 그룹의 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다. 각 에이전트는 임의의 위치에서 시작되었으며 임의의 목적지가 할당되었습니다. 목표에 도달하면 즉시 새로운 목표를 수신하여 실제 시스템의 지속적인 작업 할당을 모방합니다.

각 에이전트는 “노이즈”라고 설명되는 조정 가능한 변형량을 사용하여 목표를 향해 나아갔습니다. 소음 없이 요원들은 직선으로 움직였다. 소음이 높으면 경로가 불규칙하고 비효율적이 됩니다. 그러나 이러한 방황은 그들이 서로를 탐색하는 데도 도움이 되었습니다.

소음의 “골디락스 존(Goldilocks Zone)” 찾기

시뮬레이션 결과 명확한 패턴이 드러났습니다. 에이전트가 완벽하게 직선 경로로 이동하면 빠르게 빽빽한 클러스터가 형성되고 진행이 중단되는 교통 체증이 발생합니다. 움직임이 너무 불규칙해지면 혼잡은 사라졌으나 과도한 방황으로 인해 효율성이 떨어졌습니다.

연구자들은 이러한 극단 사이에서 최적의 지점을 식별했습니다. 이 범위에서는 요원들이 가끔 서로 부딪쳐 짧은 시간 동안 클러스터를 형성했지만, 그래도 간신히 지나가며 계속 움직였습니다. 이 균형을 통해 시스템은 안정적인 흐름을 유지할 수 있었습니다.

시뮬레이션에서 수학적 모델까지

이러한 통찰력을 사용하여 팀은 “목표 달성률”, 즉 시간이 지남에 따라 도달한 목적지 수를 추정하는 공식을 개발했습니다. 이러한 방정식을 통해 군중 밀도와 이동 무작위성의 이상적인 조합을 결정하여 성능을 극대화할 수 있었습니다.

실제 로봇으로 이론 테스트

이번 발견을 확인하기 위해 Liu는 네덜란드 아인트호벤 공과대학의 물리학자 Federico Toschi와 협력했습니다. 그들은 머리 위 카메라가 장착된 실험실에서 바퀴가 작은 로봇을 이용한 실험을 함께 시작했습니다.

각 로봇에는 QR 코드가 있어서 로봇의 위치를 ​​추적하고 새로운 목적지로 업데이트할 수 있었습니다. 실제 로봇은 시뮬레이션된 에이전트보다 더 느리고 덜 정확하게 움직이지만 동일한 전체 패턴을 나타냈습니다.

간단한 규칙, 복잡한 결과

실험은 핵심 아이디어를 뒷받침했습니다. 매우 복잡한 조정에는 고급 지능이나 중앙 집중식 제어가 필요하지 않습니다. 대신, 단순한 지역 규칙은 적어도 특정 밀도 제한 내에서 효과적인 그룹 행동을 생성할 수 있습니다.

Mahadevan은 “개미 떼, 동물 무리, 로봇 그룹 등 활동적인 물질이 어떻게 기능을 발휘하고 자기 조직화 원리를 사용하여 혼잡한 환경에서 작업을 수행하는지 이해하는 것은 행동 생태학의 많은 질문과 관련이 있습니다”라고 말했습니다. “우리 연구는 우리가 초점을 맞춘 인스턴스화보다 훨씬 더 광범위한 전략을 제안합니다.”

로봇 공학을 넘어서는 의미

Liu는 오랫동안 더 안전하고 효율적으로 혼잡한 공간을 디자인하는 데 관심을 가져왔다고 말했습니다. 이 연구는 수학적 도구를 사용하여 로봇, 차량, 사람 등 대규모 그룹의 움직임을 예측하고 최적화할 수 있는 미래를 가리킵니다.

결과는 이동 패턴에 제어된 가변성을 도입하면 공장 바닥에서 도시 거리에 이르기까지 많은 실제 시스템의 흐름을 향상시킬 수 있음을 시사합니다.

주요 시사점

• 하버드 SEAS 연구원들은 많은 수의 로봇이 동일한 공간에서 작동할 때 움직임에 무작위성을 제어하면 효율성을 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다.
• 이 연구는 중앙 통제 없이도 얼마나 단순한 로컬 이동 규칙이 놀랍도록 복잡하고 잘 조정된 그룹 행동을 생성할 수 있는지 강조합니다.
• 이 작업에서 개발된 수학적 모델은 로봇 무리의 설계를 최적화하고 도시, 교통 시스템, 공공 장소와 같은 혼잡한 환경을 관리하는 방법을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구에 대한 자금은 Simons Foundation 및 Henri Seydoux Fund의 보조금과 함께 보조금 번호 DGE 2140743의 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램에서 나왔습니다.

8,300만년에서 7,600만년 전 사이에 미국 동부에 살았던 데이노수쿠스 슈위메리 공룡을 잡아먹는 현대 악어의 친척인 스쿨버스만한 크기였습니다. 동물의 길이는 최대 9.45미터까지 자랄 수 있습니다. 이 고대 거인의 실물 크기 복제품이 현재 조지아 주 카터스빌에 있는 텔러스 과학 박물관에 전시되어 있습니다. 이 프로젝트는 Schwimmer와 전 세계 박물관 및 기관을 위한 상세한 화석 골격 모델을 만드는 것으로 알려진 회사인 Triebold Paleontology Inc. 간의 2년간의 협력을 반영합니다.

박물관 전시로 선사시대 생태계에 생명을 불어넣다

Tellus 과학 박물관의 교육 책임자인 Hannah Eisla는 “매년 조지아 전역과 인근 주에서 수천 명의 학생들이 우리를 방문합니다.”라고 설명했습니다. “이러한 학생들 중 다수는 특히 자신이 고향이라고 부르는 지역과 시간이 지남에 따라 그 지역이 어떻게 변했는지 자세히 알아보기 위해 학교 견학을 옵니다. 데이노수쿠스 슈위메리 이를 통해 우리는 백악기의 이 지역 생태계에 대한 더 자세한 그림을 제공할 수 있습니다.”

“Tellus는 현재 캐스트를 보유한 유일한 박물관입니다. 데이노수쿠스 슈위메리박물관의 큐레이터 코디네이터인 레베카 멜스하이머(Rebecca Melsheimer)는 덧붙였습니다. “(백악기 후기)에 살았던 공룡과 기타 생물의 규모는 말이나 그림으로 포착하기 어렵습니다. 우리는 당신에게 그것을 말할 수 있습니다 데이노수쿠스 길이는 30피트이지만 보는 것이 훨씬 더 인상적입니다.”

수십 년간의 연구 끝에 새로운 종의 이름을 정함

2020년에는 팀 고생물학자들은 공식적으로 확인되고 이름이 지정되었습니다. 종 데이노수쿠스 슈위메리 이 분야에 대한 Schwimmer의 폭넓은 공헌을 인정받아서입니다. 2020년 7월 척추동물 고생물학 저널(Journal of Vertebrate Paleontology)에 발표된 그들의 연구에서는 그 이름이 “미국 남동부 및 동부 해안의 백악기 후기 고생물학에 대한 그의 지칠 줄 모르는 연구”를 기리는 것이라고 언급했습니다. 이러한 인정은 수년간의 상세한 화석 분석, 과학 출판물, 컨퍼런스 프레젠테이션 및 속에 관한 Schwimmer의 2002년 책.

40년 넘게 Schwimmer는 앨라배마, 조지아, 텍사스 전역의 화석 유적지를 탐험해 왔습니다. 데이노수쿠스 유적. 부분적으로 내셔널 지오그래픽 보조금의 지원을 받아 그의 작업은 현재 워싱턴 DC의 스미소니언 연구소, 뉴욕의 미국 자연사 박물관, 텔러스 과학 박물관과 같은 주요 기관에 보관되어 있는 중요한 표본을 발견했습니다.

현대 기술로 실물 크기 복제품 만들기

Schwimmer에 따르면 과학적으로 정확한 실물 크기 복제품을 만들려면 세부 사항에 세심한 주의가 필요합니다. 이 프로젝트를 위해 Triebold Paleontology 팀은 화석 표본의 고해상도 3D 스캔을 사용하여 동물의 골격 구조와 갑옷을 입은 피부 특징을 재구성했습니다. 그 결과 시각적으로 인상적일 뿐만 아니라 과학적 이해에도 기여하는 매우 상세한 모델이 탄생했습니다.

Schwimmer는 “이러한 복제물은 단순히 ‘두려움 요인’을 만드는 것 이상입니다.”라고 설명했습니다. “공룡의 포식 습관을 이해하면 자연의 가장 위대한 생존 전략을 해독하는 데 도움이 됩니다. 이러한 고대 정점 포식자를 연구함으로써 우리는 기본적으로 생명체가 변화하는 세계에 어떻게 적응하고 지배했는지 정확히 알아보기 위해 시간을 되돌아볼 수 있습니다.”

선사 시대 포식자에 대한 평생의 매혹

Schwimmer의 관심 데이노수쿠스 그는 어린 시절 뉴욕시에서 미국 자연사 박물관(American Museum of Natural History)에서 불과 10블록 떨어진 곳에 살았습니다. 커다란 두개골을 전시한 전시물이 처음으로 그의 상상력을 사로잡았습니다. 그는 나중에 자신의 첫 번째 발견 데이노수쿠스 Columbus State(당시 Columbus College)에 합류한 직후인 1979년의 화석입니다. 그 이후로 그의 작업은 동물의 생물학과 환경을 재구성하는 데 중점을 두었습니다.

그의 연구는 그를 미국 남동부 지역의 백악기 후기(1억500만년 전 ~ 6600만년 전)의 생명에 대한 세계적인 전문가로 만들었습니다. 수년에 걸쳐 그의 연구는 날아다니는 파충류(익룡), 공룡, 그리고 공룡의 증거를 포함하여 조지아에서 몇 가지 중요한 “최초” 화석을 식별하는 데 도움이 되었습니다. 데이노수쿠스 그 자체.

출판물, 발견 및 과학적 영향

Schwimmer의 초기 연구 결과는 2002년 그의 저서 “King of the Crocodylians: The Paleobiology of Deinosuchus”에 정리되었습니다. 이 책은 해당 카테고리에서 아마존 베스트셀러가 되었고 과학 중심 독서 그룹 사이에서 인기 있는 선택이 되면서 큰 주목을 받았습니다. 그는 현재 업데이트된 버전을 작업 중입니다.

이후 그의 전문 지식은 애틀랜타의 Fernbank 자연사 박물관, 텍사스 대학의 척추 고생물학 연구소, Tellus 과학 박물관과 같은 주요 기관에서 추구되었습니다. 이들 조직은 화석 해석 및 전시 개발에 대한 그의 지도에 의존해 왔습니다.

2010년에 Schwimmer는 다음과 관련된 두 가지 주목할만한 연구에 기여했습니다. 데이노수쿠스. 하나는 공룡 뼈의 물린 자국을 조사한 반면, 다른 하나는 학부생인 Samantha (Harrell) Stanford가 그의 감독하에 연구한 화석화된 배설물(coprolites)에 초점을 맞췄습니다. 그들의 연구는 “뉴멕시코 자연사 박물관 및 과학 게시판”에 게재되었으며 미국 지질학회 북동부-남동부 연례 회의에서 발표되었습니다.

학생들을 위한 실습 연구 기회

Schwimmer는 고생물학 및 기타 지구 과학과 같은 분야는 학생들이 집에서 가까운 실습 연구에 참여할 수 있는 귀중한 기회를 제공한다고 강조했습니다. Columbus State와 같은 지역 대학에서는 학생들이 교수진과 직접 협력하고 현장 경험을 얻을 수 있습니다.

Schwimmer는 “(Harrell)이 현장에 나가서 나와 함께 화석을 수집했습니다. 대부분의 대학에서 학부생들이 동료 검토 연구에 협력하거나 동료 검토 연구를 발표하는 경우가 거의 없습니다. 우리 규모의 기관에서는 Samantha와 같은 학부생에게 교수 멘토에 대한 일대일 접근 기회를 제공하고 이와 같은 현장 기반 연구 기회를 제공하므로 현지이면서도 현장에 여전히 상당한 영향력을 발휘합니다.”라고 Schwimmer는 말했습니다.

지역 화석 보물과 과거를 엿볼 수 있는 창

여러 가지로 데이노수쿠스 콜럼버스에서 40마일 이내에 위치한 화석 유적지인 주변 지역은 특히 발견이 풍부한 것으로 입증되었습니다. Schwimmer는 이러한 근접성으로 인해 Tellus Science Museum이 최초의 실물 크기 복제물 중 하나를 전시하기에 이상적인 장소라고 언급했습니다.

“뼈와 화석은 우리에게 이야기의 일부만을 말해 줍니다”라고 Schwimmer는 결론을 내렸습니다. “완전히 조립된 실물 크기 복제품은 생물이 좋아하는 역동적인 동물을 더 잘 이해하기 위한 청사진이 됩니다. 데이노수쿠스 정말 그랬어.”

외계 생명체를 찾는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 먼 행성에서 관찰된 특징이 실제로 살아있는 유기체를 가리키는지 여부를 결정하는 것입니다. 행성 대기의 특정 가스와 같은 일반적인 생체특징은 때때로 무생물 과정에 의해 생성되어 위양성을 초래할 수 있습니다. 기술 서명은 더 설득력이 있을 수 있지만 지적 생명체가 어떻게 행동할지에 대한 가정에 의존하므로 불확실성이 추가됩니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 다른 관점을 탐구했습니다. 개별 행성에 초점을 맞추는 대신, 그들은 생명이 여러 세계에 걸쳐 미치는 광범위한 영향을 통해 식별될 수 있는지 물었습니다.

“불가지론적 생체특징” 접근법

연구팀은 생명이 무엇인지, 생명이 어떻게 작동하는지에 대한 자세한 지식에 의존하지 않는 ‘불가지론적 생체특징’ 개념을 도입했습니다. 이 방법은 두 가지 일반적인 아이디어, 즉 생명체가 행성 사이를 이동할 수 있다는 것과(예를 들어 범정자증을 통해) 생명체가 거주하는 환경을 점진적으로 변화시킨다는 아이디어에 기초합니다.

이 개념을 테스트하기 위해 연구원들은 에이전트 기반 시뮬레이션을 사용하여 생명이 어떻게 항성계에 퍼져 행성 특성에 영향을 미칠 수 있는지 모델링했습니다. 그들의 결과는 생명체가 퍼지고 행성을 변화시키는 경우 행성의 위치와 행성이 표시하는 특성 사이에 측정 가능한 통계적 연결을 생성할 수 있음을 보여줍니다.

중요한 것은 이러한 패턴은 단일 행성이 명확한 생체 특징을 보이지 않는 경우에도 나타날 수 있다는 것입니다.

행성 패턴을 통해 생명 탐지

연구팀은 생명체의 존재를 식별하는 것 외에도 어떤 행성이 생명체를 수용할 가능성이 가장 높은지 정확히 찾아내는 방법을 개발했습니다. 공유된 특징과 우주에서의 위치를 ​​기반으로 행성을 그룹화함으로써 생물학적 활동에 의해 형성되었을 가능성이 더 높은 클러스터를 식별할 수 있었습니다.

이 방법은 완전성보다 정확성을 강조합니다. 이는 생명이 존재하는 일부 행성이 간과되더라도 오탐을 줄이도록 설계되었습니다. 이러한 절충안은 망원경 시간이 제한되어 있고 후속 관찰을 신중하게 선택해야 할 때 유용합니다.

우주생물학 연구의 새로운 방향

해리슨 B. 스미스(Harrison B. Smith)는 “생명이 어떻게 확산되고 환경과 상호작용하는지에 초점을 맞춤으로써 우리는 완벽한 정의나 단 하나의 결정적인 신호 없이도 그것을 검색할 수 있습니다.”라고 말했습니다. Lana Sinapayen은 “다른 곳의 생명체가 지구상의 생명체와 근본적으로 다르다 하더라도 행성 확산 및 변형과 같은 대규모 영향은 여전히 ​​감지 가능한 흔적을 남길 수 있습니다. 이것이 바로 이 접근 방식이 매력적인 이유입니다.”라고 덧붙였습니다.

이번 연구 결과는 많은 수의 외계 행성을 조사할 향후 조사에서 통계 기법을 사용하여 전체 행성 인구의 생명체를 탐지할 수 있음을 시사합니다. 이는 개별 신호가 약하거나 불분명하거나 쉽게 잘못 해석될 때 특히 도움이 될 수 있습니다.

미래를 내다보며

이 연구는 또한 생명체 없이 형성되는 행성의 자연적 다양성을 더 잘 이해할 필요성을 지적합니다. 보다 명확한 기준선을 가지면 생물학적 과정으로 인해 발생할 수 있는 비정상적인 패턴을 더 쉽게 인식할 수 있습니다.

현재의 연구는 시뮬레이션을 기반으로 하고 있지만 새로운 종류의 생명 탐지 방법의 토대를 마련합니다. 연구팀은 향후 연구에 은하가 어떻게 진화하는지에 대한 보다 상세한 행성 데이터와 현실적인 모델을 통합해야 한다고 지적합니다. 그럼에도 불구하고, 결과는 생명체가 화학적 성질만으로 식별되는 것이 아니라 우주 전역에 남기는 대규모 패턴으로 식별될 수 있음을 나타냅니다.

그들은 뇌도 없고 내장도 없으며, 과학자들은 그들이 약 7억년 전에 유래했다고 오랫동안 믿어왔습니다. 그러나 명확한 화석 증거는 단지 약 5억 4천만년 전으로 거슬러 올라가며, 기록에는 수수께끼 같은 1억 6천만년의 공백이 남아 있습니다.

“잃어버린 세월”의 화석

저널에 발표된 연구에서 자연버지니아 공과대학 지구생물학자 슈하이 샤오(Shuhai Xiao)와 그의 동료들은 이 누락된 간격 내에 정확하게 속하는 5억 5천만년 된 바다 해면 화석을 설명합니다. 팀은 또한 격차에 대한 주요 설명을 제안합니다. 최초의 해면에는 광물 골격이 없었기 때문에 화석화될 가능성이 훨씬 적었습니다.

이 아이디어는 진화 과학의 오랜 역설을 해결하는 데 도움이 됩니다.

사라진 해면화석의 미스터리

과학자들은 시간이 지남에 따라 유전적 돌연변이의 축적을 추적하는 분자 시계 추정치를 사용하여 해면동물이 약 7억 년 전에 처음 진화했다고 제안했습니다. 그러나 그 시대의 암석에서는 설득력 있는 해면 화석이 나오지 않았습니다.

이러한 단절은 동물학자와 고생물학자들 사이에서 수년간 논쟁을 불러일으켰습니다.

새로운 발견은 이러한 분열을 연결하는 데 도움이 됩니다. 이는 지구 최초의 동물 중 하나의 진화 역사에 중요한 부분을 추가하고 오래된 화석을 찾기가 왜 그렇게 어려운지에 대한 설명을 제공합니다. 이는 또한 초기 동물 생명체가 언제 출현했는지에 관해 다윈이 처음 제기한 질문과도 연결됩니다.

양쯔강을 따라 놀라운 발견

샤오 씨는 약 5년 전 공동 연구자가 그에게 중국 양쯔강을 따라 발견된 표본 사진을 보냈을 때 처음으로 화석을 만났습니다.

이과대학 교수인 Xiao는 “이전에는 그런 것을 본 적이 없습니다.”라고 말했습니다. “거의 즉시 나는 그것이 새로운 것이라는 것을 깨달았습니다.”

샤오는 케임브리지 대학교와 난징 지질학 및 고생물학 연구소의 연구원들과 협력하여 다양한 가능성을 테스트하기 시작했습니다. 그 화석은 멍게, 말미잘, 산호의 알려진 특징과 일치하지 않았습니다. 그것은 한 가지 흥미로운 가능성을 남겼습니다. 바로 고대 바다 스폰지였습니다.

초기 해면동물이 거의 화석화되지 않은 이유

2019년에 발표된 초기 연구에서 샤오와 그의 팀은 최초의 해면이 현대 해면을 정의하는 스피큘이라고 불리는 단단하고 바늘 같은 구조를 생성하지 않았을 수도 있다고 제안했습니다.

연구진은 화석 기록을 조사함으로써 해면 스피큘이 시간이 지남에 따라 더욱 광물화된다는 사실을 발견했습니다. 더 자세히 살펴보면 이러한 구조는 더 유기적이고 덜 미네랄 기반인 것으로 나타났습니다.

“만약 당신이 다시 추정한다면, 아마도 최초의 생물체는 완전히 유기적인 뼈대를 가지고 있고 미네랄이 전혀 없는 연체 생물이었을 것입니다”라고 Xiao는 말했습니다. “이것이 사실이라면 급속한 화석화가 분해를 압도하는 매우 특별한 상황을 제외하고는 화석화에서 살아남지 못할 것입니다.”

2019년 후반에 팀은 이러한 드문 사례를 확인했습니다. 그들은 움직일 수 있는 최초의 동물을 포함하여 연체 유기체를 포획하는 것으로 알려진 해양 탄산염 암석의 얇은 층에 보존된 해면 화석을 발견했습니다.

“대부분의 경우 이러한 유형의 화석은 화석 기록에서 손실됩니다.”라고 Xiao는 말했습니다. “새로운 발견은 초기 동물이 단단한 부분을 개발하기 전의 모습을 엿볼 수 있는 창을 제공합니다.”

독특한 패턴과 예상치 못한 크기

새로 묘사된 화석은 상세한 표면 패턴이 돋보입니다. 그것은 규칙적인 상자 모양의 격자로 덮여 있으며 각각은 더 작은 반복 단위로 세분화됩니다.

난징 지질학 및 고생물학 연구소와 캠브리지 대학의 박사후 연구원인 Xiaopeng Wang은 “이러한 특정 패턴은 우리의 화석화된 바다 스폰지가 특정 유리 스폰지 종과 가장 밀접하게 관련되어 있음을 시사합니다”라고 말했습니다.

그 크기는 또한 연구자들을 놀라게 했습니다.

“초기 해면동물의 화석을 찾을 때 나는 그것이 매우 작을 것으로 예상했습니다.”라고 캠브리지 대학의 공동 연구자인 Alex Liu는 말했습니다. “새로운 화석은 길이가 약 15인치이고 비교적 복잡하고 원뿔형인 몸체 구조를 갖고 있어 초기 해면동물의 출현에 대한 우리의 기대에 많은 도전을 주었습니다.”

초기 동물 생명체 탐색에 대한 재고

이 발견은 사라진 화석 기록의 일부를 채우는 데 도움이 될 뿐만 아니라 과학자들이 초기 생명체를 찾는 방식에도 변화를 가져왔습니다.

최초의 해면이 몸이 연하고 미네랄 골격이 부족했다면 많은 해면이 흔적을 남기지 않고 사라졌을 것입니다. 이는 연구자들이 전통적인 화석 단서를 넘어서 섬세한 유기체가 보존될 수 있는 희귀한 조건에 초점을 맞춰야 함을 의미합니다.

“이 발견은 아마도 최초의 스펀지는 해면질이었지만 유리질은 아니었음을 나타냅니다.”라고 Xiao는 말했습니다. “이제 우리는 초기 스펀지를 찾을 때 시야를 넓혀야 한다는 것을 알고 있습니다.”

이제 인도 과학 연구소(IISc) 물리학과의 연구원들이 일본 국립 재료 과학 연구소의 협력자들과 협력하여 마침내 그래핀에서 이 포착하기 어려운 양자 유체를 확인했습니다. 이 물질은 평평한 시트에 배열된 단일 탄소 원자 층으로 구성됩니다. 그들의 연구 결과는 다음과 같이 보고되었습니다. 자연물리학양자 현상 연구를 위한 새로운 길을 열고 그래핀을 이전에 실험실 환경에서 도달할 수 없었던 효과를 탐구하기 위한 강력한 플랫폼으로 자리매김했습니다.

IISc 물리학과 교수이자 해당 연구의 교신저자 중 한 명인 Arindam Ghosh는 “발견된 지 20년이 지났음에도 단 하나의 그래핀 층에서 할 수 있는 일이 그토록 많다는 것은 놀라운 일입니다.”라고 말했습니다.

물리학의 기본 법칙을 깨뜨림

이러한 행동을 밝혀내기 위해 팀은 매우 깨끗한 그래핀 샘플을 만들고 전기와 열이 어떻게 전도되는지 주의 깊게 측정했습니다. 그들이 발견한 것은 예상치 못한 것이었다. 함께 증가하는 대신 두 속성이 반대 방향으로 이동했습니다. 전기 전도도가 높아지면 열전도도는 낮아지고, 그 반대도 마찬가지입니다.

이 결과는 금속의 열과 전기 전도가 비례해야 한다는 잘 확립된 원리인 비데만-프란츠 법칙과 직접적으로 모순됩니다. 연구진은 저온에서 이 법칙의 편차를 200배 이상 관찰했으며, 이는 물질을 통해 전하와 열이 이동하는 방식 사이의 현저한 분리를 보여주었습니다.

보편적인 양자 연결

이러한 비정상적인 분할에도 불구하고 동작은 무작위가 아닙니다. 두 가지 전도 유형 모두 물질 자체에 의존하지 않는 보편적인 상수를 따르는 것으로 보입니다. 이 상수는 전자가 가장 작은 규모에서 어떻게 움직이는지 설명하는 기본 양인 전도도의 양자와 연결되어 있습니다.

Dirac 유체와 액체와 유사한 전자

이 놀라운 효과는 그래핀이 금속과 절연체 사이의 경계에 있는 “디랙 포인트(Dirac point)”라고 알려진 특수한 조건에서 발생합니다. 연구자들은 전자의 수를 조정함으로써 이러한 정확한 상태에 도달할 수 있습니다.

이 시점에서 전자는 개별 입자처럼 행동하지 않습니다. 대신, 그들은 액체처럼 흐르면서 집단적으로 움직인다. 이 유체와 같은 움직임은 물과 비슷하지만 흐름에 대한 저항이 훨씬 낮습니다. “이 물과 같은 행동은 Dirac 지점 근처에서 발견되기 때문에 Dirac 유체라고 불립니다. 이는 CERN의 입자 가속기에서 관찰된 고에너지 아원자 입자 수프인 쿼크-글루온 플라즈마를 모방한 이국적인 물질 상태입니다.”라고 물리학과의 제1저자이자 박사 과정 학생인 Aniket Majumdar가 말했습니다. 또한 팀은 이 유체가 얼마나 쉽게 흐르는지 측정하고 점도가 극도로 낮아 지금까지 관찰된 완벽한 유체의 가장 가까운 구현 중 하나라는 사실을 발견했습니다.

극한 물리학을 향한 새로운 창

이러한 결과는 일반적으로 극한 환경과 관련된 아이디어를 탐구하기 위한 접근 가능하고 비용 효율적인 시스템으로 그래핀을 확립합니다. 과학자들은 이제 실험실 환경 내에서 블랙홀 열역학 및 얽힘 엔트로피 스케일링을 포함하여 고에너지 물리학 및 천체 물리학과 관련된 현상을 조사할 수 있습니다.

양자 기술의 미래 응용

이번 발견은 과학적 중요성 외에도 실질적인 의미를 가질 수 있습니다. 그래핀에 Dirac 유체가 존재하면 매우 민감한 양자 센서를 개발할 수 있습니다. 이러한 장치는 극도로 약한 전기 신호를 증폭하고 희미한 자기장을 감지하여 감지 및 측정에 새로운 기술의 문을 열 수 있습니다.

그래도 깨끗해 보이지 않는 시설을 이용할 수밖에 없는 순간이 있습니다. 그런 상황에서 많은 사람들이 망설인다. 좌석이 괜찮아 보이더라도 앉는 것이 안전한가요? 아니면 그 결정이 당신을 아프게 만들 수 있습니까?

공중화장실 안에는 과연 무엇이 있을까?

평균적인 성인 생산하다 매일 1리터 이상의 소변과 100그램 이상의 똥이 나옵니다. 그 노폐물과 함께 신체는 대변(똥)과 소변을 통해 박테리아와 바이러스를 배출하고, 이러한 미생물은 결국 화장실로 흘러갑니다.

일부 개인, 특히 설사더 높은 수준의 유해 미생물(박테리아 및 바이러스)을 방출할 수 있습니다. 자주 청소하지 않는 분주한 화장실에서는 이러한 유기체가 빠르게 축적되어 환경을 연구자들이 “미생물 수프”라고 표현하는 환경으로 만들 수 있습니다.

변기 표면에서 발견되는 흔한 세균

연구에 따르면 변기 시트와 근처 표면에서 광범위한 미생물이 확인되었습니다. 이것들 포함하다:

• 등의 장내 세균 대장균, 클렙시엘라그리고 장구균다음과 같은 바이러스와 함께 노로바이러스 그리고 로타바이러스. 이는 트리거될 수 있습니다. 위장염구토와 설사를 유발함
• 다음과 같은 피부 관련 박테리아 황색포도상구균포함 다약제 내성 황색포도상구균감염을 일으킬 수 있는 슈도모나스(pseudomonas)와 아시네토박터(acinetobacter)도 포함됩니다.
• 기생충 알 (벌레) 및 다음과 같은 단세포 유기체 원생 동물문이는 복부 불쾌감을 유발할 수 있습니다.

또한 있다 생물막변기 가장자리 아래와 표면 전체에 쌓일 수 있는 혼합 미생물로 구성된 층입니다.

변기가 가장 더러운 부분인가요?

놀랍게도 그렇지 않습니다. 연구 쇼 변기 시트에는 공중 화장실의 다른 접촉이 잦은 구역보다 미생물이 더 적은 경우가 많습니다. 문손잡이, 수도꼭지 손잡이, 수세 레버 등은 씻지 않은 손으로 자주 만지기 때문에 더 오염되는 경향이 있습니다.

교통량이 많은 지역에서는 화장실을 일주일에 수백 번, 심지어 수천 번 사용할 수도 있습니다. 정기적으로 청소하는 곳도 있지만, 공원이나 버스 정류장 등의 곳은 하루에 한 번 이하로만 청소할 수 있습니다. 청소가 불량하다는 징후에는 강한 소변 냄새, 더러운 바닥, 눈에 보이는 오물 등이 있습니다.

화장실 배관의 숨겨진 위험

물을 내리는 행위는 앉아 있는 것보다 더 큰 문제가 될 수 있습니다. 뚜껑 없이 변기 물을 내리면 작은 물방울이 공기 중으로 방출되는 “화장실 기둥”이 생성됩니다. 이 물방울은 그릇에서 나온 박테리아와 바이러스를 포함할 수 있으며 최대 2m까지 이동할 수 있습니다.

손 건조기도 세균 확산의 원인이 될 수 있습니다. 손을 제대로 씻지 않으면 이러한 장치로 인해 피부, 다른 사람, 주변 표면에 미생물이 날아갈 수 있습니다.

공중화장실에서 세균이 퍼지는 방법

공중화장실에서 세균이 몸에 들어갈 수 있는 경로는 여러 가지가 있습니다.

• 피부 접촉. 오염된 표면을 만지거나 깨끗하지 않은 좌석에 앉으면 박테리아가 옮겨질 수 있습니다. 건강한 피부는 보호를 제공하지만 베인 상처나 긁힌 상처로 인해 세균이 들어갈 수 있습니다.
• 얼굴을 만지세요. 손을 씻기 전에 눈, 입, 음식을 만지면 미생물이 체내로 들어갈 수 있습니다.
• 들이마시세요. 작거나 혼잡한 공간에서는 화장실 배관이나 손 건조기에서 나오는 공기 중의 입자를 흡입할 수 있습니다.
• 화장실 물 튀김. 세균은 물 속에 남아 여러 번 플러시한 후에도

위험을 줄이는 실용적인 방법

몇 가지 간단한 습관으로 노출을 낮출 수 있습니다.

• 앉기 전에 변기 커버를 사용하거나 좌석에 화장지를 놓으십시오.
• 뚜껑이 있는 경우 알코올 천으로 닦고 물을 내리기 전에 닫아 화장실 연기에 대한 노출을 줄이세요. (그러나 이것이 확산을 완전히 막지는 못한다는 점에 유의하십시오)
• 비누와 물로 최소 20초 동안 손을 철저히 씻으십시오.
• 비누를 사용할 수 없는 상황에 대비해 손 소독제나 항균 물티슈를 휴대하세요.
• 핸드 드라이어를 피하세요 가능하면 대신 종이 타월을 사용하세요.
• 전화기를 정기적으로 청소하고 화장실에서 사용하지 마십시오. 휴대폰은 박테리아를 쉽게 잡아냅니다.
• 사용 전후에 기저귀 갈이 공간을 닦고 사용 후에는 항상 손을 깨끗이 닦으세요.

공중 변기 좌석에 앉아도 안전한가요?

대부분의 건강한 개인의 경우 공중 변기에 앉아 있는 것은 위험이 낮습니다. 걱정된다면 시트를 닦거나 커버를 사용하면 더욱 안심할 수 있습니다.

감염은 오염된 손, 자주 만지는 표면, 공기 중의 물방울, 화장실에서 사용하는 전화기와 같은 물품을 통해 발생할 가능성이 더 높습니다.

시트에만 집중하는 것이 아니라, 가장 효과적인 보호는 철저한 위생에서 비롯됩니다. 손을 올바르게 씻고, 건조기 대신 종이 타월을 선택하고, 필요할 때 표면을 청소하고, 전화기와 같은 개인 물품을 깨끗하게 유지하십시오.

그리고 변기 위로 마우스를 가져가는 것을 피하세요. 이 위치는 수 골반저를 긴장시키다방광을 완전히 비우는 것이 더 어려워지고 튀는 가능성이 높아집니다.

작은 섬 새에 대한 연구에 따르면 개인은 가장 자주 상호 작용하는 새와 더 많은 장내 미생물을 공유하는 것으로 나타났습니다. 연구자들은 이와 동일한 효과가 인간에게도 일어날 가능성이 매우 높다고 말합니다.

사람들을 대상으로 한 이전 연구에서도 비슷한 패턴이 제시되었습니다. 커플과 장기 동거인은 식단이 동일하지 않더라도 관련 없는 개인보다 장내 미생물 군집이 더 유사한 경향이 있습니다. 새로운 발견은 단지 공유된 환경이 아닌 긴밀한 사회적 접촉 자체가 장내 세균이 교환되는 방식에 중요한 역할을 한다는 더 강력한 증거를 제공합니다.

연구에 따르면 사회적 접촉은 장내 세균을 형성합니다

이번 연구는 세이셸의 커즌 섬에 서식하는 작은 명금인 세이셸 워블러에 초점을 맞췄습니다.

과학자들은 새의 배설물 샘플을 수집하여 소화 시스템에 있는 유익한 박테리아 군집인 장내 미생물군집을 연구하는 데 사용했습니다.

UEA 생물과학부의 Chuen Zhang Lee 박사는 박사 과정의 일환으로 이 연구를 수행했습니다.

그는 “장내 세균이 사회적 파트너 사이에 어떻게 퍼지는 지 알아내기 위해 수년에 걸쳐 새의 똥을 꼼꼼하게 수집했습니다. 같은 그룹과 다른 그룹에 사는 번식 쌍, 도우미 및 비도우미 등 사회적 역할이 알려진 새들로부터 수백 개의 샘플을 수집했습니다.

“이를 통해 우리는 둥지에서 밀접하게 상호작용하는 새의 장내 세균과 그렇지 않은 새의 장내 세균을 비교할 수 있었습니다.

“우리는 산소 없이도 번성하는 혐기성 장내 세균을 연구했습니다.

“그리고 이는 우리에게 사회적 유대가 어떻게 장내 미생물의 전염을 촉진할 수 있는지에 대한 보기 드문 통찰력을 제공했습니다.”

섬 환경은 독특한 연구 조건을 제공합니다.

Cousin Island는 이 장기 연구에 이상적인 자연 환경을 제공했습니다.

수석 연구원인 David S Richardson 교수는 다음과 같이 설명했습니다. “사촌 섬은 작고 고립되어 있으며, 솔새들은 결코 그곳을 떠나지 않습니다. 이는 섬에 있는 모든 새가 개별적으로 표시되고 평생 동안 추적될 수 있다는 것을 의미합니다.

“이것은 과학자들에게 야생에서 평생 동안 생물학적 과정을 연구할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다.”

각 새에는 색깔 있는 다리 고리가 장착되어 있어 연구자들이 수년에 걸쳐 행동, 건강 및 유전학을 모니터링할 수 있습니다. 이는 실제 환경을 반영하면서도 통제된 실험실 인구와 유사한 조건을 생성합니다.

Richardson 교수는 “이것은 두 세계의 장점을 모두 제공합니다.”라고 말했습니다. “우리는 알려진 개체로부터 자세한 데이터를 수집하면서 자연 식단과 장내 세균을 사용하여 자연 생활을 하는 동물을 연구할 수 있습니다.”

긴밀한 관계가 미생물 공유를 촉진합니다

결과는 명확한 패턴을 보여주었습니다. 함께 더 많은 시간을 보낸 새들은 장내 세균, 특히 저산소 조건에서만 생존할 수 있는 혐기성 미생물이 더 유사했습니다.

“우리는 다른 사람과 더 많이 사교적일수록 비슷한 혐기성 장내 세균을 더 많이 공유한다는 사실을 발견했습니다”라고 이 박사는 말했습니다.

“둥지에서 많은 시간을 함께 보낸 새들, 즉 번식 부부와 그들의 헌신적인 조력자들은 직접적이고 긴밀한 접촉을 통해서만 퍼질 수 있는 이러한 종류의 장내 세균을 많이 공유했습니다.

“이러한 혐기성 미생물은 야외에서 생존할 수 없으므로 환경에서 표류하지 않습니다. 대신 친밀한 상호 작용과 공유 둥지를 통해 개체 간에 이동합니다.”

이것이 인간의 장 건강에 미치는 영향

연구자들은 이러한 발견이 인간 가정에서 일어날 수 있는 일을 강조한다고 믿습니다.

“파트너, 동거인, 가족 중 누구와 함께 살고 있든 포옹, 키스, 음식 준비 공간 공유 등 일상적인 상호 작용은 장내 미생물 교환을 촉진할 수 있습니다.”라고 Lee 박사는 말했습니다.

“혐기성 박테리아는 소화, 면역 및 전반적인 건강에 가장 중요한 박테리아 중 하나입니다. 일단 장에 들어가면 산소가 없는 조건에서 번성하고 종종 안정적이고 장기적인 군체를 형성합니다. 이는 함께 사는 사람들이 당신 내부의 미세한 생태계를 미묘하게 형성할 수 있음을 의미합니다.

“인간의 용어로 번역하면, 아늑한 밤을 보내고, 함께 설거지를 하고, 심지어 소파에 가까이 앉아 있어도 미생물군집이 조용히 더 가까워질 수 있다는 뜻입니다.

“유익한 혐기성 박테리아를 공유하면 면역력을 강화하고 가족 전체의 소화기 건강을 향상시킬 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

이 연구는 UEA가 미생물 상호작용 센터, Quadram 연구소, Earlham 연구소, 셰필드 대학교, 흐로닝언 대학교(네덜란드) 및 Nature Seychelles를 포함한 Norwich Research Park의 연구원들과 협력하여 주도했습니다.

연구 결과는 저널에 게재됩니다. 분자생태학 ‘사회적 구조와 상호 작용은 협동 번식 종에서 공기관용성 및 혐기성 장내 미생물 군집을 차별적으로 형성합니다.’라는 제목의 논문에서.

고전 물리학에서 기억의 개념은 간단합니다. 향후 동작이 현재 상태에만 의존하는 경우 시스템은 메모리가 없는 것으로 간주됩니다. 과거 상태가 다음에 일어날 일에 계속 영향을 미치는 경우 시스템에 메모리가 있다고 합니다.

양자 물리학은 훨씬 덜 명확합니다. 양자 시스템은 고전적인 대응 방법이 없는 방식으로 정보를 저장하고 전송할 수 있으며 측정 자체는 이러한 시스템이 어떻게 발전하는지에 중요한 역할을 합니다. 이 때문에 양자역학에서 메모리를 정의하는 것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다.

양자 시스템의 메모리 재고

에 발표된 연구에서 PRX 퀀텀핀란드 투르쿠 대학, 이탈리아 밀라노 대학, 폴란드 토룬의 니콜라우스 코페르니쿠스 대학의 연구자들은 그 의미를 더 잘 이해하기 위해 양자 시스템에서 기억의 개념을 재검토했습니다.

“우리의 연구는 기억이 단일 개념이 아니라 시스템의 진화가 어떻게 설명되는지에 따라 다양한 방식으로 나타날 수 있다는 것을 보여줍니다.”라고 투르쿠 대학의 박사 연구원인 페데리코 세티모(Federico Settimo)는 말합니다.

양자역학의 두 가지 관점

과학자들은 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)의 연구에 뿌리를 둔 접근법인 시간이 지남에 따라 양자 상태가 어떻게 변하는지 추적함으로써 오랫동안 기억을 연구해 왔습니다. 그러나 양자 이론은 Werner Heisenberg가 개발한 또 다른 똑같이 중요한 프레임워크도 제공합니다. 상태에 초점을 맞추는 대신, 이 관점은 관찰 가능한 양이 어떻게 진화하는지, 즉 실험에서 볼 수 있는 측정 가능한 속성을 살펴봅니다.

두 접근 방식 모두 동일한 실험 결과를 생성하지만 새로운 연구에서는 기억을 설명할 때 두 접근 방식을 서로 바꿔 사용할 수 없음을 보여줍니다.

숨겨진 기억 효과 공개

연구팀은 이 두 가지 관점이 서로 다른 유형의 기억을 드러낼 수 있다는 것을 발견했습니다. 일부 메모리 효과는 양자 상태의 진화를 분석할 때만 나타나는 반면, 다른 효과는 관찰 가능 항목에 초점을 맞출 때만 표시됩니다.

이는 양자 시스템이 한 설명에서는 기억이 없는 것처럼 보이지만 다른 설명에서는 명확한 기억의 징후를 나타낼 수 있음을 의미합니다. 이번 발견은 양자 메모리가 이전에 믿어졌던 것보다 더 복잡하며 양자 상태만으로는 완전히 이해할 수 없음을 시사합니다.

양자 기술에 대한 시사점

“우리의 연구 결과는 양자 시스템의 역학에 대한 새로운 연구 길을 열었습니다. 더욱이 우리의 작업은 외부 환경이 소음과 메모리 효과를 유발하는 양자 기술에 대한 근본적인 중요성 이상의 의미를 갖습니다. 메모리가 어떻게 목격될 수 있는지 아는 것은 소음을 완화하거나 현실적인 양자 장치에서 환경 효과를 활용하는 전략을 개발하는 데 필수적입니다.”라고 투르쿠 대학의 이론 물리학 교수인 Jyrki Piilo는 말합니다.

이 연구는 양자 시스템에서 메모리가 어떻게 작동하는지 명확히 함으로써 양자 역학의 근본적인 측면에 대한 새로운 시각을 제시합니다. 또한 양자 시간 진화의 고유한 특성이 메모리와 같은 기본 개념까지 어떻게 재구성하여 미래 기술에 잠재적인 영향을 미치는지 강조합니다.

희귀 동위원소 빔 시설(FRIB)에서 대학원생으로 연구를 수행했으며 현재 캐나다 레지나 대학의 박사후 연구원인 Artemis Tsantiri가 주도한 새로운 연구는 획기적인 성과를 거두었습니다. 처음으로 연구자들은 희귀 동위원소 빔을 사용하여 비소-73이 어떻게 양성자를 포획하여 셀레늄-74를 형성하는지 직접 측정했습니다. 이 결과는 우주에서 가장 가벼운 p핵이 어떻게 생성되고 파괴되는지에 대한 새로운 한계를 제시합니다.

연구 결과는 실제 검토 편지 (“가장 가벼운 물질의 합성을 제한하다 𝑝 핵 ⁷⁴Se”)에 미국, 캐나다, 유럽 전역의 20개 기관에서 온 45명 이상의 과학자가 참여했습니다.

일부 요소가 미스터리로 남아 있는 이유

핵천체물리학의 주요 목표는 원소가 어디서 오는지 이해하는 것입니다. 철보다 무거운 많은 원소들은 느리고 빠른 중성자 포획 과정을 통해 형성됩니다. 이러한 반응에서 원자핵은 반복적으로 중성자를 흡수한 다음 안정적인 형태에 도달할 때까지 방사성 붕괴를 겪습니다.

그러나 이 설명은 양성자가 풍부한 동위원소의 특별한 그룹에는 적용되지 않습니다. 이러한 p핵은 중성자 포획을 통해 생성될 수 없습니다. 그 범위는 가장 가벼운 셀레늄-74부터 가장 무거운 수은-196까지 다양하며, 그 기원은 수십 년 동안 불분명하게 남아 있습니다.

초신성 폭발과 감마 과정

p핵 생성에 대한 주요 설명 중 하나는 특정 유형의 초신성 폭발에서 발생하는 감마 과정입니다. 이러한 극한 환경에서 강렬한 열은 기존 중핵에서 중성자와 기타 입자를 제거하는 감마선을 생성합니다.

이 과정이 끝나면 남은 핵에는 중성자보다 양성자가 더 많이 포함됩니다. 시간이 지남에 따라 이러한 핵 중 일부는 양성자를 중성자로 전환하여 보다 안정적인 균형을 이루고 결국 p핵을 형성합니다.

이 과정에 관련된 많은 동위원소는 수명이 짧고 실험실에서 생산하기 어렵습니다. 이 때문에 과학자들은 직접적인 측정보다는 이론적인 모델에 크게 의존해야 했습니다.

“p핵의 기원이 60년 넘게 연구 주제였음에도 불구하고 수명이 짧은 동위원소에 대한 중요한 반응의 측정은 거의 존재하지 않습니다”라고 Tsantiri는 말했습니다. “이런 종류의 실험은 이제 FRIB와 같은 시설을 통해서만 가능합니다.”

실험실에서 놀라운 반응 재현하기

이 연구에서 연구자들은 처음으로 방사성 비소-73에서 양성자 포획을 관찰함으로써 과정의 핵심 단계를 성공적으로 재현했습니다. 이를 위해 그들은 실험을 위해 특별히 비소-73 빔을 생성하고 이를 수소 가스로 채워진 챔버로 보냈습니다. 수소는 양성자의 공급원 역할을 하며 Summing Nal(SuN) 검출기의 중앙에 위치했습니다.

팀은 FRIB의 ReA 가속기를 사용하여 비소-73을 생산했는데, 이는 주 선형 가속기에 의존하지 않고 독립형 구성으로 작동했습니다. Katharina Domnanich가 이끄는 방사화학 그룹은 실험에 사용하기에 적합한 형태로 물질을 준비했습니다. 그런 다음 동위원소는 배치 모드 이온 소스에 배치되어 이온화되고 높은 에너지로 가속되어 표적에 전달되었습니다. 이 설정은 희귀 동위원소를 생산하고 연구하기 위한 ReA의 유연성을 입증했습니다.

셀레늄-74가 어떻게 형성되고 파괴되는지 추적

반응 중에 비소-73은 양성자를 흡수하고 들뜬 상태에서 셀레늄-74가 됩니다. 그런 다음 감마선을 방출하여 안정된 상태에 도달합니다. 연구자들은 역반응이 별 내부의 감마 과정에서 중요한 역할을 하기 때문에 이에 초점을 맞췄습니다. 정반응을 측정함으로써 그들은 역과정이 얼마나 빨리 일어나는지 결정할 수 있었습니다.

태양계에 얼마나 많은 셀레늄-74가 존재하는지 이해하려면 과학자들은 셀레늄-74의 생성과 파괴를 모두 고려해야 합니다. 남아 있는 가장 큰 불확실성 중 하나는 별이 폭발하는 동안 셀레늄-74가 감마선에 의해 얼마나 자주 분해되는지입니다.

모델은 개선되었지만 새로운 질문은 여전히 ​​남아 있습니다.

연구자들이 측정 결과를 천체 물리학 모델에 통합했을 때 예상되는 셀레늄-74 풍부도의 불확실성이 절반으로 줄었습니다. 이는 이 동위원소가 어떻게 생성되는지 이해하는 데 있어 상당한 개선을 의미합니다.

그럼에도 불구하고 업데이트된 모델은 여전히 ​​자연에서 관찰되는 것과 완전히 일치하지 않습니다. 이러한 격차는 과학자들이 초신성 폭발 내부 조건에 대한 가정을 개선해야 할 수도 있음을 시사합니다.

“이러한 결과는 우리가 우주에서 가장 희귀한 동위원소의 기원을 이해하는 데 한 걸음 더 가까워지게 해줍니다.”라고 FRIB의 물리학 교수이자 미시간 주립 대학교 물리학 및 천문학과의 Artemis Spyrou는 말했습니다. Tsantiri의 연구 고문이자 실험의 최초 설계자는 말했습니다. “Tsantiri의 작업은 해당 분야를 발전시키는 데 필요한 여러 학문 분야의 협력과 FRIB의 초기 경력 연구원을 위한 전문 개발 기회의 좋은 예입니다.”

협업 및 지원

이 연구는 미국 에너지부 과학부 핵 물리학부에서 부분적으로 지원을 받았습니다. 미국 국립과학재단; 미국 국가핵안보국; 캐나다 자연과학 및 공학 연구 위원회.

본 연구에 사용된 동위원소는 동위원소 연구개발 및 생산국(Office of Isotope R&D and Production)이 관리하는 미국 에너지부 동위원소 프로그램에서 공급한 것입니다.

에 발표된 새로운 연구 플로스원 과학자들이 이 고대 동물을 이해하는 방식을 바꾸는 발견을 설명합니다. Julien Benoit 교수, Jennifer Botha 교수(남아프리카 공화국 Witwatersrand 대학교 진화 연구 연구소), Vincent Fernandez 박사(ESRF – 프랑스 유럽 싱크로트론)가 이끄는 국제 팀이 리스트로사우루스 약 2억 5천만년 된 배아입니다.

이 화석은 포유류 조상에게서 발견된 최초의 확인된 알입니다. 마침내 초기 포유류 진화에 대한 오랜 질문에 대한 답을 얻게 되었습니다. 포유류의 조상이 알을 낳았나요?

대답은 ‘예’입니다.

이 고대 알을 찾기가 왜 그렇게 어려웠나요?

연구자들은 알의 껍질이 부드러워서 이 알이 거의 발견되지 않는 이유를 설명하는 데 도움이 된다고 생각합니다. 쉽게 화석화되는 단단하고 광물화된 공룡 알과 달리, 부드러운 껍질의 알은 보존되기 전에 부패하는 경향이 있습니다. 그래서 이 발견은 극히 드물다.

이번 발견은 또한 이 동물들이 어떻게 번식했는지 확인하는 것 이상의 의미를 갖습니다.

“이 화석은 거의 17년 전인 2008년에 내가 이끌었던 현장 견학 중에 발견되었습니다. 나의 준비자이자 뛰어난 화석 발견자인 John Nyaphuli는 처음에는 뼈의 아주 작은 반점만 드러나는 작은 결절을 식별했습니다. 그가 표본을 주의 깊게 준비하면서 그것이 완벽하게 말려 있는 것이 분명해졌습니다. 리스트로사우루스 부화. 그때도 난 그것이 알 안에서 죽었을 것이라고 의심했지만 당시에는 이를 확인할 수 있는 기술이 없었습니다.”라고 보타 교수는 말합니다.

고급 이미징으로 숨겨진 배아 발견

ESRF에서 사용할 수 있는 최신 싱크로트론 X선 CT 스캐닝과 강력한 X선을 통해 연구자들은 마침내 화석을 자세히 조사할 수 있었습니다. 이 도구를 통해 그들은 표본 내부를 놀랍도록 자세하게 볼 수 있었고 오랫동안 의심되어 왔던 것을 확인할 수 있었습니다.

Fernandez 박사는 그 순간이 특히 흥미로웠다고 설명했습니다. “포유류 조상의 번식을 이해하는 것은 오랫동안 지속된 수수께끼였으며 이 화석은 이 퍼즐의 핵심 조각을 제공합니다. 우리는 이렇게 작고 섬세한 뼈를 해결하는 데 필요한 세부 수준을 포착하기 위해 화석을 정확하게 스캔하는 것이 필수적이었습니다.”

스캔을 통해 배아 발달에 대한 중요한 단서를 발견했습니다.

Benoit 교수는 “불완전한 하악 결합을 봤을 때 정말 기뻤습니다.”라고 말했습니다. “아래턱인 하악골은 동물이 먹이를 먹기 전에 융합되어야 하는 두 부분으로 구성되어 있습니다. 이 융합이 아직 일어나지 않았다는 사실은 개체가 스스로 먹이를 먹을 수 없었을 것임을 보여줍니다.”

큰 알과 빠르게 성장하는 새끼

연구에 따르면 리스트로사우루스 몸집에 비해 상대적으로 큰 알을 낳는다. 현대 동물의 경우, 큰 알에는 더 많은 노른자가 포함되어 있어 부화 후 부모의 보살핌이 필요 없이 배아가 발달할 수 있는 충분한 영양분을 제공합니다. 이는 다음을 시사합니다. 리스트로사우루스 현대 포유류처럼 새끼에게 우유를 먹이지 않았습니다.

큰 달걀은 또 다른 이점도 제공했습니다. 그들은 대량 멸종 이후 건조하고 불안정한 기후에서 결정적인 건조에 대한 저항력이 더 강했습니다.

연구 결과에 따르면 리스트로사우루스 부화한 새끼는 조숙했을 가능성이 높습니다. 즉, 발달이 진행된 단계에서 태어났다는 의미입니다. 이 어린 동물들은 스스로 먹이를 먹고, 포식자를 피하고, 빨리 성숙해질 수 있었을 것입니다.

간단히 말해서, 리스트로사우루스 빠르게 성장하고 일찍 번식하여 번성합니다.

가혹한 세상에서 승리하는 전략

멸종 이후의 어려운 조건에서 이 접근법은 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다. 이번 발견은 포유류 조상이 알을 낳았다는 최초의 직접적인 증거를 제공하며 그 이유를 설명하는 데도 도움이 됩니다. 리스트로사우루스 멸종 이후 생태계에서 큰 성공을 거두었습니다.

과학자들이 고대 생명체에 대한 연구를 계속하면서 더 넓은 패턴이 나타나고 있습니다. 극심한 글로벌 위기 동안의 생존은 적응성, 탄력성 및 번식 전략에 달려 있습니다. 리스트로사우루스 세 가지를 모두 합친 것 같습니다.

연구원으로부터

“이 연구는 리스트로사우루스와 같은 포유류 조상이 알을 낳았다는 최초의 직접적인 증거를 제공하고 포유류 번식의 기원에 대한 오랜 의문을 해결하기 때문에 중요합니다. 이러한 근본적인 통찰을 넘어 생식 전략이 어떻게 극한 환경에서 생존을 형성할 수 있는지를 보여줍니다. 리스트로사우루스 페름기 말 대량 멸종 이후 가혹하고 예측할 수 없는 환경에서도 번성할 수 있었습니다. 현대적인 맥락에서 이 작품은 급격한 기후 변화와 생태 위기에 직면한 회복력과 적응성에 대한 심층적인 관점을 제공하기 때문에 매우 영향력이 높습니다. 과거 유기체가 세계적인 격변에서 어떻게 살아남았는지 이해하면 과학자들은 오늘날의 종이 지속적인 환경 스트레스에 어떻게 반응할 수 있는지 더 잘 예측할 수 있으며, 이는 고생물학의 획기적인 발전일 뿐만 아니라 현재의 생물 다양성 및 기후 문제와도 매우 관련성이 높습니다. “라고 Julien Benoit는 설명합니다. “빔라인 과학자들과 함께 유럽 싱크로트론 방사능 시설에서 일할 수 있는 기회도 이 여정에서 잊을 수 없는 부분이었습니다. 우리가 그곳에서 생성한 최첨단 데이터를 통해 우리는 화석 내부를 매우 자세하게 “볼” 수 있었고 궁극적으로 배아가 아직 부화 전 단계에 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 모든 조각이 하나로 합쳐지는 그 순간은 믿을 수 없을 만큼 보람찼습니다.”

“이 작업을 특히 흥미롭게 만드는 것은 우리가 말 그대로 John Nyaphuli의 발자취를 따라갈 수 있다는 것입니다. 그가 약 20년 전에 발견한 표본으로 돌아가 마침내 그가 발견한 퍼즐을 풀 수 있었습니다. 당시 우리가 가지고 있던 것은 아름답게 말린 배아뿐이었지만 알 속에서 죽었다는 것을 증명할 보존된 달걀 껍질은 없었습니다. 현대 이미징 기술을 사용하여 우리는 그 질문에 확실히 답할 수 있었습니다.”라고 Jennifer Botha는 말합니다. “이 발견은 완전히 새로운 지평을 열었기 때문에 매우 흥미롭습니다. 150년이 넘는 남아프리카 고생물학 동안 어떤 화석도 수궁류의 알로 결정적으로 확인된 적이 없습니다. 이것은 우리가 포유류 조상이 다음과 같은 것을 자신 있게 말할 수 있는 첫 번째 사례입니다. 리스트로사우루스 알을 낳아 현장에서 진정한 이정표를 세웠습니다.”