日益增长的解决方案

如果你想缓解食物不安全,培养社会纽带,鼓励健康和幸福,保护环境,甚至可能促进社区内的公平,你可以考虑戴上园艺手套,拿起一把泥铲。

加州大学圣巴巴拉分校的地理研究科学家Daniela Soleri和环境研究教授David Cleveland认为,种植食物不仅仅是一种愉快的消遣,而且会带来健康的结果。他们说,采取一种更加亲社会和生态的方式,可以使之成为一种局部行动,并有可能产生更广泛的积极结果。

虽然几千年来,食物花园在我们的食物系统中扮演着重要的角色,但作为一个研究领域,它却被研究人员忽视了。在人类世——最近的、受人类影响的地质时期——食物花园面临着一系列独特的挑战。存在着气候危机的生存威胁,但由于资源日益短缺、环境退化、非传染性疾病、社会不平等和其他趋势造成的新情况也存在。

“应对这些新情况通常需要新的应对措施,不同于园丁用来应对熟悉的变异的应对策略,”索勒里说,他与克利夫兰和亚利桑那大学教授史蒂文·史密斯最近出版了《变化世界的食物花园》(CABI出版社,2019年)。这本书是一个资源的学生,教师,研究人员,政策制定者和园丁谁想要了解人类世的趋势对食品园艺的影响,以及如何成功地应对这些趋势所带来的变化。它是基于生物学、生态学和社会概念的基础上的食品园艺,而不是食谱方法发现在大多数园艺书籍。

克利夫兰说:“与学习食谱不同,理解概念能让园丁在应对新挑战时更有弹性。”这本书提供了许多这样的概念正在应用的例子,以及工作的例子进行简单的花园实验。

“虽然气候科学家可以自信地预测气候变化的广泛影响,但没有人真正知道它会给加州或其他地方的菜园带来什么,”Soleri说。“其他趋势也是如此。例如,没有人真正知道当前社会不平等的惊人数量将会对获取资源造成的所有具体后果。”

我们知道,由于气候变化,加州未来将出现更热的气温和更多的极端干旱,但我们不清楚具体地点的具体情况。它们将如何影响园艺作物生长的时间、园丁获得水的途径、园丁承受的高温压力、害虫和传粉者的数量?

索勒里说:“我们在书中谈到,美国农业部最新的植物耐寒区地图显示,与以前的地图相比,美国大陆有一半以上的地区向北迁移,气温升高。这是气候变化带来的结果。”她补充说,虽然不能说墨西哥的气候正在北移,“但可以肯定的是,在墨西哥或亚利桑那州部分地区人们已经使用了很长时间的一些做法和方法,对我们南加州的人来说正变得越来越重要。””这些都是低技术的使用,便宜的但有效的设备,如遮阳结构保护床来自太阳的热量,并在某些情况下什锦菜,陶瓷罐(本例中无釉)埋在床有效提供一致的根系周围的水。

新挑战

研究人员表示,园丁们面临的新挑战要求他们在食品园艺方面采取更广泛的方法,其中要考虑到花园边界之外的社会和生物物理环境。为了解决这个问题,本书使用了基于自然科学和社会科学研究的5个关键思想框架:

生态思考:如何堆肥我们的花园和食物垃圾,以减少它所包含的碳被转化为甲烷,一种导致气候变化的强大的温室气体

通过选择进行进化:选择我们最喜欢的花园作物的植物,以便它们在气候变化时继续保持高产

亲社会行为:设法更有效地利用我们花园里日益稀少的水供应,使今天的园丁有公平的份额,使后代也有水供他们的花园

社会组织:减少温室气体排放的最好方法是花园和食物垃圾,在花园里堆肥,还是支持集中的社区堆肥?

知识多样性:园艺工作者知道作物品种中哪些特性表明了当地的适应性,但是如何与科学家合作帮助他们更有效地选择这些特性呢?

克利夫兰解释说:“生态思维包括你的花园中使用的所有东西的生命周期。”例如,堆肥在很大程度上是有益的,但如何才能做到最大限度地减少由于分解食物和庭院垃圾而产生的甲烷呢?把你的花园看作是当地社区和全球社区的亲社会的一部分,这意味着把你的花园中的堆肥与城市的厌氧堆肥进行比较,后者也能发电,而且比在你的家庭或社区花园里堆肥排放的温室气体要少得多。

同样地,意识到由于园丁的选择而产生的生物进化可以帮助他们适应他们面临的一些挑战。“进化发生在所有生物体中,”Soleri说。“这意味着园艺作物在进化中适应新的环境,但也意味着害虫和其他有机体的适应。”

选择和保存种子创造更好的适应园艺作物替代方法的一个例子是园丁正在探索更符合他们的亲社会目标,和Soleri指出这是一个更有挑战性的任务的平均家庭园丁可能既没有时间也没有空间来种植足够数量的植物品种,更不用说获得最有用的种子的多样性。在这种情况下,家庭、社区或学校花园可以形成网络,增加他们获得品种多样性的机会,并提供维持特定品种多样性所需的有效种群规模。

其他益处
在这本书中详细介绍了花园的其他科学证明的益处:亲近大自然和与其他园丁互动的治疗效果,以及照料花园带来的体育活动对健康的益处。此外,菜园还带来了更明显的好处,那就是有营养的水果和蔬菜,对抗击糖尿病和心脏病等与饮食有关的疾病尤为重要。

索勒里和克利夫兰强调了超越个体花园的重要性,要从本地到全球环境和社区的角度进行思考。“数千年来,花园一直是人类的一项重要战略,”克利夫兰说,“在人类世,它们甚至可以更重要。”

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神奇的分子机器

乌贼、章鱼和乌贼无疑是欺骗和伪装的大师。它们改变颜色、质地和形状的非凡能力是无与伦比的,即使是现代科技也无法匹敌。

加州大学圣巴巴拉分校教授丹尼尔·莫尔斯实验室的研究人员长期以来一直对变色动物的光学特性很感兴趣,他们尤其对近海的乳白色鱿鱼感兴趣。这些动物也被称为加利福尼亚市场乌贼,它们已经进化出一种能力,能够精细地、不断地调整自己的颜色和光泽,达到其他动物无法匹敌的程度。这使它们能够交流,也使它们能够躲在明亮而毫无特色的上层海洋中。

在之前的研究中,研究人员发现了一种被称为“反射蛋白”的特殊蛋白质,它控制着反射色素细胞——虹彩细胞,而这些细胞反过来又改变了生物的整体可见性和外观。但反射镜究竟是如何工作的仍然是个谜。

莫尔斯是分子、细胞和发育生物学系的名誉教授,也是《生物化学杂志》上一篇论文的主要作者。他说,了解这一机制,将有助于了解对涌现特性的可调控制,从而为下一代仿生合成材料打开大门。

反光皮肤

像大多数头足类动物,乳白色的海岸乌贼一样,通过在自然界中发现的最复杂的皮肤来练习他们的魔法。微小的肌肉控制皮肤的纹理,而色素和虹彩细胞影响皮肤的外观。一组细胞通过皮肤中含有色素的细胞的扩张和收缩来控制颜色。

在这些色素细胞的后面是一层虹彩细胞——即虹彩细胞——它们反射光,并在整个可见光谱中形成动物的颜色。鱿鱼也有白光团,它控制着白光的反射率。这些含有色素和光反射细胞的层合在一起,使鱿鱼能够在一个非常广泛的调色板上控制它们皮肤的亮度、颜色和色调。

不同于颜料的颜色,近岸乌贼的高动态色调是由于改变了虹彩细胞本身的结构。光在与光谱可见部分波长相同的纳米大小的特征之间反射,产生颜色。当这些结构改变它们的尺寸时,颜色也会改变。反射蛋白是这些特征变形能力的背后,研究人员的任务是弄清楚它们是如何起作用的。

多亏了基因工程和生物物理分析的结合,科学家们找到了答案,结果发现这是一种比之前想象的更优雅、更强大的机制。

“结果非常令人惊讶,”第一作者罗伯特·利文森(Robert Levenson)说。他是莫尔斯实验室的博士后研究员。“相反,我们的证据表明,控制信号检测和组装的反射蛋白的特征遍布整个蛋白质链。”

研究人员发现,一个名为

的渗透马达反射素,看起来有点像串在绳子上的一串珠子。正常情况下,这些珠子之间的连接带强正电荷,所以它们相互排斥,就像未煮熟的意大利面一样,将蛋白质拉直。

莫尔斯和他的团队发现,向反射细胞发出的神经信号会引发神经链上磷酸基的增加。这些带负电荷的磷酸基中和了这些连接的排斥,使蛋白质折叠起来。研究小组特别兴奋地发现,这种可折叠的、新的、粘稠的表面出现在反射蛋白的珠状部分,使它们聚集在一起。每个reflectin蛋白最多可与四个磷酸盐结合,这为鱿鱼提供了一个精确可调的过程:添加的磷酸盐越多,蛋白质折叠得越多,逐渐暴露出更多的突出性疏水表面,团块也越大。

当这些团块生长时,溶液中许多单一的小蛋白变成更少、更大的多蛋白团。这改变了膜层内部的流体压力,将水挤出——这是一种“渗透运动”,对神经元产生的电荷的微小变化做出反应,神经元与成千上万的白光团和虹彩细胞相连。由此产生的脱水减少了膜层的厚度和间距,使反射光的波长逐渐从红色变为黄色,然后变为绿色,最后变为蓝色。浓度越高的溶液折射率也越高,从而增加了细胞的亮度。

“我们没有想到,我们发现的机制竟然如此复杂,却包含在一个多功能分子——嵌段共聚物reflectin中,而且完美地整合在一起。相反的区域如此微妙地平衡着,它们就像一台亚稳态机器,通过精确地调整细胞内纳米结构的渗透压来精确地调整反射光的颜色和亮度,从而不断地感知和响应神经元的信号,”Morse说。

更重要的是,研究人员发现,整个过程是可逆和可循环的,这使得鱿鱼能够不断地微调它所处环境要求的任何光学特性。

在之前的实验中,研究人员已经成功地控制了reflectin,但是这次的研究首次证明了其潜在的机制。现在它可以为科学家和工程师设计具有可调特性的材料提供新的思路。莫尔斯说:“我们的发现揭示了生命系统中产生的生物分子材料的特性与目前正在工业和技术前沿开发的高度工程化合成聚合物之间的基本联系。”

他补充说:“因为reflectin的工作是控制渗透压,我可以想象它在储能和转换的新方法、涉及粘度和其他液体特性的制药和工业应用,以及医疗应用方面的应用。”

值得注意的是,在这些反射蛋白中起作用的一些过程与阿尔茨海默病和其他退行性疾病中病态聚集的蛋白是共同的,Morse观察到。他计划研究为什么这个机制是可逆的,循环的,无害的,在反射蛋白的情况下有用,但不可逆和病理的其他蛋白质。也许它们序列的细微结构差异可以解释这种差异,甚至为疾病预防和治疗指明新的途径。

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航海的本质

有时海洋不合作。这个克利斯朵夫·皮埃尔知道得很清楚。十多年来,他收集了大量令人眼花缭乱的海洋生物标本,用于加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的研究和教学。

作为该大学生态、进化和海洋生物学系(EEMB)的海洋行动主任,皮埃尔自称是一个“有点固执的人”,拥有丰富的本土海洋生物知识,无论面临什么挑战或条件,他都能完成自己的工作。

以难以捉摸的箱形水母(Carybdea confusa)为例,它每年只在海峡中出现两到三周,通常在能见度低的地方。“一个星期可能有100个,下个星期就没有了。”皮埃尔说。“你要找的是一个不透明的、高尔夫球大小的东西,它漂浮在水面上。它们的触手长度可达一米,所以你必须试着用你的手指把它戳一下,这样它就会收缩,在你看不见的时候把所有东西都塞进塑料袋里。”

这类挑战伴随香港而来。Pierre负责EEMB所使用的各种资源的维护工作,他将这些资源称为“水上”需求。这包括确保系的船队和水肺设备的库存得到适当的维护,以及潜水寻找某个班级或教授可能需要的任何特定的海洋标本——无论这些标本多么晦涩或难以找到。

“任何海军陆战队的支持服务,我都亲自监督或执行,”皮埃尔说。“我的主要工作是收集所有的动物供班级和研究人员使用。这个职位创建于70年代,因为我们位于海岸,可以为学生提供非常强大的海洋科学教育,所以我们需要有当地知识的人来收集和管理这些标本。”

拥有海洋科学的背景和在圣巴巴拉海峡航行的令人印象深刻的专业知识,皮埃尔是完美的人选。

一个典型的星期是这样的:他(和助理收藏家克里斯蒂安·奥尔西尼)将汇编一份基本上是标本的购物清单——例如,一个研究人员可能会要求特定数量的海星——然后确定最有可能找到它们的地方。他们也会仔细考虑需要什么收集材料来安全地捕获和运输他们的战利品。

皮埃尔解释说:“我们准备了大量的收集材料,无论是水桶、渔网还是船上的专门收集设备。”“我们会在圣巴巴拉大陆上下潜水,有时会去海峡群岛,如果那里是我们能接触到我们需要的物种的唯一地方。”

皮埃尔每周出海4天,当一艘船的船长(EEMB有4艘船:1号鱼、2号鱼、3号鱼和R.V. Connell),根据季节收集从海藻到小鲨鱼的各种东西。即使是海藻收集也有一个特定的程序(以它为食的动物更喜欢没有任何苔藓虫——小白点的线)。至于鲨鱼,潜水能手皮埃尔说,用手抓鲨鱼是最容易的。

由于海洋状况千差万别(也因为他不喜欢让人失望),皮埃尔经常潜水多次,以寻找被要求的确切位置。他说:“如果有必要,我们每天会潜水1到5次。”

这份工作让人兴奋的同时,也很费力。“每个人都认为这将是一个加勒比海,蓝色,温暖的海洋,但事实并非如此——我们穿着厚厚的潜水服,戴着厚厚的手套,我认为如果我能看到前面五英尺的地方,那将是美好的一天,”皮埃尔说。“在52度的高温下工作——那些日子更有挑战性。有时真的很累。”

一旦标本回到陆地上,皮埃尔和他的团队确保把它们放在坦克里,随时准备出发。大多数标本留在校园里,但偶尔会有来自社区的请求,有时甚至来自遥远的日本或德国。

皮埃尔还与设施管理部门合作,监督加州大学圣巴巴拉分校的海水系统,该系统从海洋中抽取水,过滤,然后通过管道按需输送到教室和实验室。“UCSB很酷的一点是,我们有划船和潜水项目,所以我们可以做很多水上和水下的研究,”他说。“我们的海水系统可以让我们在水下找到同样的动物,并在一个受控的校园环境中复制它们的条件。”

除了收集、船只维护(由技术人员Mickey O ‘Connell负责)、水肺设备维护和租赁以及设备操作之外,Pierre和Orsini还采集水样、协助研究项目,甚至为船长认证。他们努力使一个海洋研究人员可能需要的所有设备组织有序,功能良好,随时可以投入使用。皮埃尔说:“我们所做的部分工作是为我们的研究人员提供支持服务,这样他们就少了一件需要担心的事情。”“他们可以专注于实地工作,知道其他一切都会得到处理。”

皮埃尔说,他的工作最棒的地方就是缺乏可预见性,以及大海带来的惊喜(有好有坏)。有一次,他在潜水时看到了一条大白鲨,他把这一幕描述为惊心动魄,但“从海洋生物学的角度看,这是一部史诗”。

皮埃尔把他事业上的成功归功于他的坚持不懈。他说:“我喜欢告诉人们,成为一名优秀的收藏家意味着你必须愿意不断碰壁,直到成功。”即使这样,他也不总是能找到他真正需要的东西。

“我们所做的是受过教育的钓鱼。”皮埃尔解释道。“我们正在猜测,一些事情将会在我们认为的地方发生,达到他们想要的数字。有时候,你会被臭鼬熏到。”

尽管有困难的日子和不可预知的条件,皮埃尔说他热爱他的工作,并且很高兴看到加州大学圣巴巴拉分校的科学潜水项目发展成为全国最大的科学潜水项目之一。他的前任在33年后退休了,他也希望能有一个漫长的职业生涯。

他说:“只要我的身体状况允许,我哪儿也不去。”“你在水上度过了美好的一天,然后开车下了高速公路,你可以看着你旁边车道上的人,然后说,‘我敢肯定我今天比你凉快多了。’”

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真正的钱,真正的担忧

与联邦政府预算相关的数字可能看起来不真实。例如,国会预算办公室(Congressional Budget Office)报告称,2019财年的预算赤字为9,840亿美元。国家债务超过23万亿美元。想想看:一叠价值1万亿美元的100美元纸币有631英里高。

尽管数据是令人难以置信的,预算赤字——经常激烈辩论的主题两岸的政治走廊——对国内项目有一个真正的影响,全球经济,本杰明·j·科恩说,兰开斯特国际政治经济学教授路易斯·g .加州大学圣芭芭拉。

正如他所指出的,赤字只是支出大于收入的结果。

科恩说:“实际上,这和我们每个人处理个人预算赤字的方式没有什么不同。”“每次我们使用信用卡,我们都在累积债务。如果经过一段时间,我们的收入不能与债务的积累相匹配,我们就会出现赤字。相同的家庭;企业也是如此;各级政府(市、县、州)也是如此。”

然而,联邦赤字比家庭预算赤字更为复杂。他表示,随着时间的推移,政府的债务必须得到“偿还”——为累积的债务支付利息。他指出,赤字的规模很重要,因为支付更高的利息意味着用于支付从国防到医疗保健等一切支出的收入减少。

科恩解释说:“这就像一块馅饼。“必须支付利息的那块蛋糕越大,用于其他项目的那块蛋糕就越小。对美国个人的影响将取决于哪些项目被削减或取消。如果削减农业补贴,农民就会受到伤害。如果食品券被取消或医疗补助福利被削减,穷人就会遭殃。如果国防开支被削减,国防部门的工人可能会被解雇。这就是华盛顿预算之争的核心所在——谁的那块蛋糕会被削减;说白了,谁的牛要被牛顶了。”

他说,赤字的影响取决于债务规模和偿还债务的利率。更高的债务和更高的利率意味着用于国内项目的资金更少。目前,处于历史低位的利率降低了赤字的影响。10年期政府债券的利息支出不到2%,这意味着利息支出约占联邦预算的15%。

科恩说,从全球来看,赤字会波及整个市场。他指出,尽管美国支出增加对外国出口商有利,但最大的影响将体现在利率上,随着政府借款继续增加,利率势必上升。

科恩解释说:“必须提高利率,才能说服银行继续购买政府债券。”“这反过来又会吸引海外贷款,从而推高美元汇率(因为外国人将不得不购买美元来购买美国政府债券);这反过来又会损害美国公司在世界市场上的竞争力(因为更高的汇率——升值——将意味着美国出口产品在外国市场的价格更高,外国产品在美国市场的价格更低)。

如果赤字会导致麻烦,为什么政府要运行它们?科恩是《货币治国方略:货币竞争与地缘政治野心》(芝加哥大学出版社,2019年)一书的作者,他说:“在很大程度上,这是不可避免的,但这是出于政治原因,而不是经济原因。”

他指出,政府总是可以利用其主权权力向公民征税。“但这就是政治的用武之地,”他说。可以理解的是,政客们发现花钱比增税容易得多。因此,实际上几乎每个政府都有预算赤字。预算盈余很少见。”

不过,科恩表示,这并不意味着赤字就一定是不受欢迎的。他解释说,真正重要的是赤字规模与政府偿还债务的能力之间的关系。

他说:“这就像我们所有人一样。“我们很多人都有债务,比如房屋抵押贷款或汽车贷款。这是好是坏,取决于我们现在或未来的收入是否足以偿还债务。”

那政府呢?科恩表示,衡量偿债能力的粗略指标是赤字与国内生产总值(gdp)之比。低于3%被认为是相对安全的。但如果这一比率开始高于这一水平,风险就开始成倍增加。

他说:“如今,这一比例在美国为4.6%,高于一年前的3.8%。”“这一比例的迅速上升应该引起关注。”

所有这些都提出了两个问题:解决赤字问题有多重要?解决赤字问题最有效的方法是什么?科恩说,鉴于赤字与国内生产总值(GDP)之比的迅速上升,赤字确实需要引起我们的注意。

他说,有两个选择:削减开支或增加税收。党派分歧往往导致偏好的分裂。保守派大体上倾向于前者,而进步派则倾向于后者。

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这出戏很重要

一家人聚在一起纪念玛莎·费希尔著名诗集的第25版。然而,玛莎本人却缺席了,她在这本书最初出版后不久就自杀了。

受过去和无法解释的事件的困扰,玛莎的家人努力让玛莎和解。玛莎曾精彩地描写过与自杀的人生活的乐趣。

女演员兼剧作家伊妮德·格雷厄姆(Enid Graham)的这部黑色幽默剧《玛莎做了什么》(What Martha Did)讲述的是后悔、面对真相和寻找宽恕的故事。该剧将于11月15日至24日在加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)创新编剧驻校实验室LAUNCH PAD上映。

格雷厄姆说:“我感觉就像中了大奖一样。“我感到很幸运,在这样一个充满天赋和奉献精神的地方有这样的经历。”

《玛莎做了什么》是《发射台》(LAUNCH PAD)的第15部预告片。这个程序可以让一个剧作家在家里看到所有的元素——包括演员——是如何在一个戏剧完全上演和设计的时候聚集在一起的。《玛莎所做的事》的作者包括服装设计师安·布莱斯、风景设计师安·谢菲尔德、灯光设计师迈克尔·克拉斯和本科生作曲家高拉夫·米什拉。

格雷厄姆的“头奖”在特别嘉宾艺术家朱莉·菲舍尔(Julie Fishell)加盟后变得更好,她是戏剧和舞蹈系的讲师。格雷厄姆和菲舍尔是纽约茱莉亚音乐学院的同事。“让她为我的剧本工作是梦想成真,”格雷厄姆说。

除了菲舍尔,演员阵容还包括布莱恩·哈维尔和来自戏剧和舞蹈系BFA表演项目的七名学生。

“我们的试映集拥有所有专业领域的人才,没有压力,”正在执导秋季版的布雷宁说。“这对演员和观众来说都很令人兴奋。通过停留在预览版,剧作家可以从头到尾进行修改。我们很高兴能推出这么强大的剧。”

《玛莎做了什么》将在校园表演艺术剧院上演。

11月晚些时候,在“白卡”,晚宴上抛出一个有影响力的曼哈顿夫妇一个崭露头角的艺术家为移动和启示的种族分裂蒸馏在客厅的白色空间,艺术画廊,剧院和想象力本身。

该剧由加州大学圣巴巴拉分校出品,是获奖作家克劳迪娅·兰金的作品首次在大学校园上演。《白卡》由雪莉·乔·芬尼(Shirley Jo Finney)执导,将于11月21日上映,11月24日在学校的演播室影院上映。

芬尼说:“《白色卡片》讲述了一个善良的家庭试图通过艺术、身份和政治来治愈和面对自己的故事。”

该剧由两个场景组成:前面提到的晚宴,以及一年后弗吉尼亚和查尔斯参观夏洛特艺术工作室的场景。兰金解释说:“《白卡》上演了一场对话,其中既有黑人与白人的对话,也有黑人与白人的对话。”“在这部独幕剧里,尽管所有的角色都有不同意见、僵持不下,似乎也都陷入了僵局,但剧中的场景都在探索,如果一个人在承受倾听的压力和回应的义务的痛苦时,愿意呆在房间里,会发生什么。”

兰金是一位屡获殊荣的作家,曾被选为美国诗人学会会长,并荣获杰克逊诗歌奖。她是五部诗集的作者,包括《没有什么是私人的》、《公民:美国抒情诗》、《不要让我孤独》和《字母表的终结》。

《白卡》和《What Martha Did》的票价从13美元到20美元不等。提前购买和关于制作的更多信息请访问www.theaterdance.ucsb.edu。

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明天的数据中心

我们每天通过联网的设备和服务向全球传输海量数据,这要求我们在维持现代网络生活和商业技术所需的电力、带宽和物理空间方面提高效率。

加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)电气和计算机工程教授丹尼尔•布卢门撒尔(Daniel Blumenthal)表示:“如今,世界上很多地方都是相互连接的,从商业到金融再到社交,所有事情都依赖于数据中心。”他说,目前正在处理的数据量增长如此之快,以至于沿着所谓的信息高速公路将数据从一个地方传送到另一个地方所需要的电力占了世界总能源消耗的很大一部分。互联网络尤其如此。互联网络是互联网基础设施的一部分,其任务是将数据从一个地方传输到另一个地方。

布卢门撒尔说:“可以把互联看作是高速公路和公路之间的数据传输。从将数据从一个设备转移到下一个设备的本地类型,到负责数据中心之间连接的版本,有多个级别的互连。由于这些元件需要将越来越多的数据从电子信号转换成光,再转换回电子信号,仅为互连提供动力所需的能源就占全球总能源消耗的10%,而且还在不断攀升。保持数据服务器冷却所需的能量也会增加总功耗。

布卢门撒尔解释说:“全球范围内的数据流量正在把数据中心的容量提高到前所未有的水平,而今天的工程解决方案正在崩溃。”“使用传统的方法,当这种能力爆炸时,会对物理设备的能源和成本要求征税,所以我们需要彻底的新方法。”

作为额外的基础设施的需求来维持高速公路性能的增加,所有这些组件所需的物理空间和数据中心成为一个限制因素,创建信息流动的瓶颈,即使数据处理芯片提高能力高达100字节每秒。

Blumenthal同时也是加州大学圣巴巴拉分校Terabit光以太网中心的主任,同时也是微软光学云研究联盟的代表。

这一挑战是布卢门撒尔的壁画现在的工作:频率稳定相干光低能量波分复用直流互连。FRESCO团队将光(光学)的高速、高数据容量和低能耗应用于先进的互联网基础设施架构,旨在解决数据中心的瓶颈,同时将能源使用和空间需求提升至更可持续的水平。

该项目由ARPA-e在2018年开放项目下资助,代表了一个重要的产学研合作伙伴关系,重点是技术转型。FRESCO项目涉及重要的行业合作伙伴,如微软和Barefoot Networks(现在的Intel),它们正寻求过渡新技术,以解决芯片和数据中心容量爆炸的问题。

布卢门撒尔认为,关键在于缩短光学和电子之间的距离,同时大幅度提高互连线发射端和接收端之间保持光学信号同步的效率。

FRESCO可以实现这一目标,它将光学技术的性能(目前只适用于通过光纤电缆进行长途传输)引入芯片,并将光学和电子元件放在同一个开关芯片上。

布卢门撒尔说:“FRESCO能够做到这一点的方法是将大规模物理实验中的技术应用到芯片上。”这与传统的插接式面板技术不同,后者需要信号传输一段距离后才能转换。

从大的物理到小的芯片
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光信号可以用一种被称为相干波分复用(WDM)的技术堆叠起来,这种技术允许信号在不同的频率(颜色)上通过一根光纤发送。然而,由于空间限制,Blumenthal说,用于处理长距离光学信号的传统措施,包括电子数字信号处理(DSP)芯片和非常高带宽的电路,必须从互连链路中移除。

FRESCO用一种优雅而强大的技术将光锚定在发射端和接收端,创造出光谱上纯净稳定的光,Blumenthal称之为“安静的光”。

布卢门撒尔说:“为了实现这一目标,我们引入了光稳定技术和多年来在原子钟、精密计量和引力波探测方面发展起来的技术,并利用这种稳定、安静的光来解决数据中心的问题。”“将大型物理实验室的关键技术应用到芯片上是这项工作的挑战和乐趣所在。”

具体来说,他和他的团队一直在使用一种被称为受激布里渊散射的现象,这种现象的特征是光——光子——与材料内部产生的声音的相互作用。这些声波——声子——是材料原子受光刺激产生的集体振动的结果,这些原子起着缓冲和降低“嘈杂”的光频率的作用,在发射端和接收端形成一个频谱纯净的光源。解决方案的第二部分是使用光学腔来固定或稳定这些纯光源,这些光学腔存储的能量质量如此之高,以致于激光可以通过使用无线电世界中使用的低能量电子电路来校准。

校准的行为要求光频率和相位保持相等,以便数据可以恢复。这通常需要高功率模拟电子或高功率数字信号处理器(dsp),这不是将这种能力引入数据中心的可行解决方案(它们在数据中心有10万亿个光纤连接,而在长途传输中只有10个)。此外,数据中心内部的技术占用的能源和空间越多,用于数据中心冷却的能源和空间就越多。

布卢门撒尔在谈到弗雷斯科时说:“只需要很少的能量就能使它们保持一致,找到彼此,就像用于无线电的电子电路一样。”“这是最令人兴奋的部分——我们启用使用低能耗在400太赫兹传输载体携带数据简单的电子电路,而不是使用需求方和高带宽电路,它在本质上投了很多光信号处理能力的追捕和匹配光信号的频率和相位,这样可以恢复数据。根据布卢门撒尔的说法,用FRESCO方法,来自发射端和接收端的激光“首先被固定在对方的视野内,在几分钟的时间内缓慢漂移,几乎不需要费力就能跟踪到其中一个。”



之后,虽然仍处于早期阶段,FRESCO团队的技术很有前途。开发了离散组件之后,该团队准备通过连接这些组件、测量能量使用、然后在频率稳定的链路上用迄今为止最低的能量通过单个频率传输最高的数据容量来演示这个概念。未来的步骤包括使用一种称为光学频率梳的技术来演示多个频率,这种技术是原子钟、天体物理学和其他精密科学不可或缺的。该团队正在将这些组件集成到单个芯片上,最终的目标是开发能够过渡到FRESCO技术的制造流程。

这项技术可能只是光通信领域创新的冰山一角。

布卢门撒尔说:“我们看到我们的芯片组被一个数据中心连接取代,而现在需要4到10个机架的设备。”“通过开发这项技术获得的基础知识可以很容易地应用到我们尚未发明的应用中,例如在量子通信和计算、精密计量、精密计时和导航等领域。”

“如果你看看趋势,随着时间的推移,你可以看到的东西过去了一屋子的设备成为个人可通过技术创新——例如通过纳米晶体管超级计算机,笔记本电脑,”他说的破坏成为了波在个人电脑和所有它启用。“我们现在知道如何将FRESCO技术应用到数据中心扩展问题上,但我们认为还会有其他不可预见的应用。这是在事先不知道所有答案或应用的情况下进行研究探索和投资的主要原因之一。”

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一个虚拟连接

虚拟现实(VR)曾经只是科幻小说中的一种设备,如今已经进入了人们的日常生活。电影和游戏行业利用虚拟现实来创造更吸引人的娱乐,而医学院则利用这项技术来培训下一代医生。健身中心经常使用虚拟现实声音和视觉效果,给传统的健身课程增添一种身临其境的感觉。

如今,包括加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)传播学教授塔玛拉·阿菲菲(Tamara Afifi)和社会心理学教授南希·柯林斯(Nancy Collins)在内的一群研究人员和企业家,正在把虚拟现实技术引入辅助生活设施,以一种深远的方式利用它的力量。

国立卫生研究院的资助,阿菲菲,人际健康方面的专家交流,与虚拟现实公司Rendever测试一个新的开发VR技术-远程同步和如何帮助居民,尤其是那些经历认知能力下降,保持更好的联系他们的家人。

Afifi说:“我们希望帮助居住在养老院社区的老年人与不住在附近的家人联系。”她指出,这对居民大有好处,也能减轻成年子女的罪恶感和焦虑感,尤其是当父母和子女住得很远的时候。

想象一下,父母和孩子们在各自舒适的客厅里,与海豚一起游泳,或乘坐热气球,或漫步香榭丽舍大街。

在这项试点研究中,Afifi的团队正在与戈莱塔的马拉维拉和西米谷的山麓小丘的居民合作。将为44名居民的成年子女提供耳机,他们每个人都有某种形式的记忆衰退——其中一半是轻度认知障碍,另一半是轻度到中度痴呆。

因为耳机是同步的,父母和孩子也可以通过耳机互相交流,不管他们住在哪里。

研究分为四个部分。首先,Afifi的团队将监听父母和孩子之间的常规电话,然后进行采访和调查。这将为研究人员提供参与者通常如何交互的基线。接下来的三周,VR大会将陆续举行。

在第一阶段,父母和孩子将一起去他们通常喜欢去的地方。通过耳机,他们将分享经验,尽管他们之间的数百英里,可以实时交谈。

90岁的查尔斯·荣格(Charles Jung)沉浸在虚拟体验中。

图片来源:RENDEVER

第二阶段将带他们去一个对父母有意义的地方——一个童年的家,也许是通过谷歌街景。研究人员将引导这对情侣沿着记忆之路走下去。

在最后的环节中,参与者将在一个舒适的虚拟家庭房间里观看家庭照片和视频。Afifi解释说,每个人的虚拟沙发上都会有另一个人的虚拟化身在他们旁边观看视频和照片。

她认为,这段经历将为那些有认知障碍的人提供回忆疗法,同时在字面和象征意义上弥合父母和成年子女之间的距离。

Afifi研究家庭成员在压力下如何交流,以及这如何影响他们的健康和成长能力。通过与Rendever的项目,她将测试她的适应力和关系负荷理论,该理论认为,将关系视为应对生活挑战的“统一”,并保持它们有助于缓冲压力,改善心理健康,并确保关系蓬勃发展。

阿夫菲相信,利用虚拟现实技术作为一种工具来维持一种积极的关系,将使居民与他们的家人参与,并给他们一些愉快的事情做。她解释说,这反过来也会增进他们的人际关系,增强他们的活力,帮助他们茁壮成长,顺利老去。

最终,Afifi计划在这个试点研究的基础上进行更大规模的临床试验,评估这些虚拟现实治疗对更典型的治疗和活动的效果。不过,就目前而言,她和该公司希望测试VR的远程能力及其在患有不同程度认知障碍的居民中的应用的可行性。

但可行性并不是她研究的唯一问题。团队还想知道这种经历是否值得。“它能让成年的孩子和父母走得更近吗?”它能增加活力吗?它能减少孤独感吗?“阿菲菲说。

VR touch Afifi提供的前景也更个性化。她自己就是照顾患有老年痴呆症的婆婆的人。

她和她的丈夫离开了他们在加州大学圣巴巴拉分校的职位,到爱荷华大学工作,在那里他们可以更接近她的岳母,帮助照顾她。但三年后,他们两个再也不能满足她的需要,不得不把她转移到一个记忆护理社区。他们回到UCSB,几个月后阿菲菲的岳母去世了。

阿菲菲回忆起她要搬走的感觉。“这带来了很多内疚,”她说。“我们真的很想和她在一起,但我们也错过了在这里的工作。”

阿菲菲还记得她的婆婆是如何开始失去做许多她过去喜欢做的事情的能力的。她说:“如果当时我们有这种VR技术,我们就可以一起体验这种体验,她一定会非常喜欢。”她现在和Rendever测试的同步版本甚至可以在她圣巴巴拉的家里实现。

阿菲菲说:“我们真的应该想办法帮助老年人茁壮成长。”“即使他们有记忆或身体上的挑战,也不应该成为障碍,尤其是我们手头上有这么多技术。”

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不仅仅是一个历史脚注

人类正在努力减轻气候变化的后果——由化石燃料驱动的社会向天空排放的二氧化碳造成的一系列潜在灾难——我们不能说我们没有得到警告。

一个半世纪前,一位女性发现了二氧化碳独特的吸收和辐射太阳热量的能力。

她的名字叫尤尼斯·富特(Eunice Foote),她的作品和遗产是加州大学圣巴巴拉分校图书馆海洋画廊(UC Santa Barbara Library’s Ocean Gallery)新展览的焦点,该展览将持续到今年6月。《从尤妮斯·富特到UCSB:一个关于女性、科学和气候变化的故事》将于11月13日(周三)下午4点至6点举行招待会和小组讨论。

“我称她为科学界的罗莎·帕克斯(Rosa Parks),”物理系研究学者约翰·佩林(John Perlin)说。她是第一个在重大科学会议上宣读论文的女性。她是第一个在大型科学会议上发表论文的女性。在居里夫人之前,她是唯一一位在严肃的物理期刊上发表论文的女性。”

也许最重要的是,她是第一个证明二氧化碳是我们现在所说的“温室气体”的人。

这一发现通常要归功于爱尔兰科学家约翰·廷德尔,但佩林的严谨调查显示,真正的发现是富特的。他说:“在她之前的每个人都研究过一般意义上的大气及其与太阳和地球的关系。”“她解构了各种大气条件和气体。”

具体来说,Foote“把各种气体放在玻璃容器中,让它们暴露在阳光下,观察它们的温度,”Perlin说。之后,“她把每一种气体都放在阴凉处,以确定每种气体保持热量的时间。”她得出结论,在她测试的所有气体中,二氧化碳吸收的热量最多。这是第一次。”

此外,“Foote表明,在地质时期,温度与大气中的二氧化碳含量有关,”Perlin说。“她还假设,如果大气中有更多的二氧化碳,我们的地球就会更热。”

当然,这正是她去世后的几十年里所发生的事情。

佩林发现富特在她那个时代相当出名。1856年,她在著名的美国科学促进会发表了一篇关于二氧化碳作为吸热气体的论文。这篇文章随后在美国和欧洲都发表了,她还在《科学美国人》的一篇题为《科学女性》的文章中出现。

此外,她还积极参与了当时的女权运动。她和身为科学家的丈夫住在纽约北部,那里是激进政治思想的避难所。她积极参与著名的1848年塞尼卡福尔斯妇女权利大会;在随后的《感言》中,她的名字出现在最上面,就在她的好友伊丽莎白·凯蒂·斯坦顿(Elizabeth Cady Stanton)签名之后。

那么她的名字是如何被历史遗忘的呢?“她遭到了三次攻击,”佩林说。“她是女性。她是个业余爱好者。她是美国人。”

他解释说,廷德尔在五年后声称拥有这一发现的所有权,直到最近他的主张才受到质疑。无论过去还是现在,他都远比富特出名——英国有一个约翰·廷德尔气候变化中心——几十年来,美国和英国几乎所有的男性科研机构都视他为气候科学之父。

富特生前没有得到认可,这让他的展览筹备工作颇有挑战性。“没有人知道她的照片,”校园活动和展览图书管理员亚历克斯·里根(Alex Regan)说,他是这次展览的策展人之一。

但这次展览确实包括她的研究成果的复制品,她第一次学习科学的进步学校的照片,以及那个时代的科学家用来模拟太阳、大气和地球之间关系的玻璃盒子的当代再现。它超越了富特的生活,向观众介绍了一些追随她脚步的女科学家。

具体来说,展览包括八名加州大学圣巴巴拉分校的女学者的照片和信息,她们的研究涉及气候变化。“有实验室科学家、大气科学家和研究气候变化环境正义问题的人,”里根说。“它们体现了尤尼斯·富特(Eunice Foote)的遗产。”

展览的开幕接待将包括Perlin的介绍和五位女性科学家的小组讨论:Summer Gray, Environmental Studies Program;洛林·利塞奇,地球科学系;萨曼莎·史蒂文森,布伦环境科学学院管理;安娜·特鲁格曼,地理学系。免门票。

此外,该展览的一个在线伙伴将提供更多关于富特和加州大学圣巴巴拉分校气候变化研究的文件和信息。

关于本次展览的更多信息可以在https://www.library.ucsb.edu/events-showbitions/eunice-foot-ucsb-story – woman -science- climate- climate找到。

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逃离阿尔茨海默氏症

在哥伦比亚,有一个家庭留下了健忘的悲剧遗产。

加州大学圣巴巴拉分校的神经科学教授、神经科学研究所的联合主任肯尼斯·s·科西克说:“这个大家庭中的人在45-50岁时就会患上老年痴呆症。”他们这种具有侵略性的遗传性疾病已经一代一代地遗传下来,导致这个家庭的男人和女人的认知能力和身体能力迅速下降。

几十年来,Kosik和他的同事,包括安提奥基亚大学的Francisco Lopera博士;菲尼克斯班纳老年痴呆症研究所的埃里克·雷曼博士;马萨诸塞州总医院临床神经心理学家亚基尔·奎罗兹;马萨诸塞州的约瑟夫·阿波列达-瓦斯奎兹博士一直在研究这个家庭,从他们的大脑到基因。他们甚至将这种疾病的特定基因突变追溯到西班牙征服者时代。

在研究过程中,研究人员还发现,随着这个家庭的成员步入中年,这种疾病的发病是可以预测的。有时它发生得更早,有时发生得更晚,但所有的道路总是通向同一个目的地。

但有一位女性打破了这一僵局。现在她已经快70岁了,她有突变基因——和淀粉样蛋白斑块,这是阿尔茨海默病的标志——但她没有表现出与阿尔茨海默病相关的认知障碍的迹象。

“当你发现一个逃犯,这是非常有趣的,”Kosik说,他是发表在《自然医学》杂志上的一项研究的合著者。他说,这名妇女和其他被认为是该家族神经退行性变正常趋势的异常人群,可能暗示了一种治疗甚至预防该疾病的新方法。

型阿兹海默症的罪魁祸首是一种叫做E280A的早衰素1基因的突变,这种基因在这个家族中每个患这种病的人身上都能找到。它与那些粘性淀粉样斑块的大量产生有关。

Kosik说:“已知这种突变会在45岁时引发这种疾病,到50多岁的时候,它就会变得非常明显。”在他们进行研究时,这名60多岁的妇女对这种突变呈阳性反应,但没有表现出什么症状。

“太神奇了,”Kosik说。在分析过程中,他们发现这名妇女的另一个基因也发生了突变,该基因负责制造中枢神经系统的脂蛋白,该基因被称为载脂蛋白E或载脂蛋白E。这种基因的一个变种叫做克赖斯特彻奇变异,非常罕见,但它在病人身上的存在暗示了一种保护机制。研究人员转向Kosik实验室广泛收集的基因组,寻找其他具有相同变异的家族成员。

Kosik说:“他们特别让我们去观察那些也是异常值的人——他们在很晚的时候才患上这种病。”他说,他们还发现了其他几个有这种变异的人。然而,重要的是,虽然有其他人携带了克赖斯特彻奇突变,但他们都携带了一个从父母一方遗传来的副本。

“这个发现的关键是,这个病人是同型同体的;它来自父母双方,”Kosik解释说。研究人员的实验室研究表明,APOE基因变体可能延缓阿尔茨海默氏症的发生通过绑定糖(称为硫酸肝素蛋白聚糖,或HSPG)和防止tau蛋白的吸收和包容,最终导致神经元缠结,疾病的病理特点。Tau蛋白是阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病患者大脑中常见的一种结构蛋白,会变得粘稠和不溶。

需要做更多的工作来调查这一个病人的抵抗疾病,会影响她的6000人的大家庭,但这个有前途的发展可以指向一个方法和一个治疗世界上约4400万人有老年痴呆症,这一数字继续上升。

“这一发现表明,人工调节载脂蛋白e与HSPG的结合可能对治疗阿尔茨海默病有潜在的好处,即使是在淀粉样蛋白病理学水平较高的情况下,”该论文的联合首席作者约瑟夫·f·阿波列达-贝拉斯克斯(Joseph F. arbolda – velasquez)在一份新闻声明中说。

就Kosik而言,他和arbolda – vasquez(他以前是Kosik在哈佛大学的研究生)继续探索其他可能有助于抵抗老年痴呆症的基因突变和异常值。

 

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第一次世界大战和相对论

阿尔伯特·爱因斯坦成为世界名人在很大程度上不是他自己的功劳。第一次世界大战结束后不久,英国天文学家证实了这位德国物理学家的广义相对论,这使爱因斯坦成为科学如何超越民族主义和狭隘的爱国主义的象征。

然而,事实上,国际科学——以及与之相关的科学——几乎被战争摧毁。正是和平主义科学家们(主要是A.S.爱丁顿)的不懈努力,把爱因斯坦和他的理论从战壕中拉了出来,登上了世界各地报纸的头版。

历史学家马修·斯坦利将在加州大学圣巴巴拉分校的劳伦斯·巴达什纪念演讲中对此进行更多的讨论。斯坦利的演讲,“爱因斯坦的战争:第一次世界大战如何产生相对论”,将于11月13日星期三下午4点在人文社会科学大楼6020号的McCune会议室举行。该活动免费向公众开放。

加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)历史学教授、20世纪科技史专家w帕特里克麦克雷(W. Patrick McCray)说,“马特的谈话表明,最深奥的科学话题可以嵌入更广泛的背景。”

“在这种情况下,爱因斯坦的相对论——至少在它是如何被证实并呈现给更广泛的科学界和公众方面——与第一次世界大战的民族主义紧密相连,”麦克雷继续说。“这场战争极大地拉紧了法国、英国和德国科学家之间的个人和职业关系,1919年的日食考察是帮助弥合这一裂痕的一种方式。”

史丹利拥有天文学、宗教、物理学和科学史的学位,是科学历史和哲学方面的专家。他是众多书籍的作者,包括《爱因斯坦的战争:相对论如何在第一次世界大战的邪恶民族主义中取得胜利》(Dutton, 2019),该书探讨了和平主义和友谊如何导致科学革命;《赫胥黎的教堂与麦克斯韦的恶魔:从有神论科学到自然主义科学》(芝加哥大学出版社,2014)和《实践的神秘:宗教、科学与艾丁顿》(芝加哥大学出版社,2007),探讨了历史上科学与宗教之间的复杂关系。

他目前的研究项目是世界末日科学预测的历史。

巴达什讲座由跨学科人文中心的机器、人与政治研究焦点小组(Machines, People, and Politics Research Focus Group)主办,以历史学名誉教授、物理学和核武器史专家劳伦斯•巴达什(Lawrence Badash)为荣誉教授。该讲座表彰一位科学和社会学者,他的工作不仅推动了科学史的发展,而且推动了社会正义、公民自由、和平与裁军、公共卫生或环境保护等更大目标的实现。

“劳伦斯·巴达什是我历史系的前任,也是我的好朋友,”麦克雷说。当他2010年去世时,他的家人和朋友举办了一年一度的纪念讲座,以表彰他对历史和科学的贡献。在过去的几年里,我请来了一些演讲者,他们的研究与拉里自己在冷战时期的科学、科学与公民社会、核武器与军备控制方面的工作和个人兴趣有关。”

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