原創(chuàng) 返樸 返樸

目 錄

1. 睡前刷手機(jī)，小心抑郁癥

2. 寵物、牲畜……哪些動物可能把新冠傳給人？

3. 各種類型的腫瘤中均發(fā)現(xiàn)細(xì)菌出沒

4. 太空中的“色散實驗”：搜尋重子的蛛絲馬跡

5. 中子星的中心是自由夸克？

6. LHC再度搜尋強(qiáng)CP破壞

7. 挑戰(zhàn)生存極限：極端早產(chǎn)兒也可以健康生活

01

睡前刷手機(jī)，小心抑郁癥

如果你平時習(xí)慣在睡覺前長時間地刷手機(jī)，現(xiàn)在可能要改改了。根據(jù)近日發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》的一項研究，長期暴露在夜間光線下——無論這光線來自燈光、光污染，還是電子設(shè)備屏幕——會影響大腦中特定的神經(jīng)回路，繼而產(chǎn)生與抑郁癥相關(guān)的癥狀。

在這項研究中，實驗小鼠接受每晚2小時，持續(xù)3周的夜間藍(lán)光照射，雖然小鼠的晝夜節(jié)律沒有發(fā)生變化，但是它們隨后出現(xiàn)了一些反常的行為。例如，當(dāng)被強(qiáng)迫游泳時，小鼠會放棄掙扎；當(dāng)面對甜甜的糖水時，也顯得不那么想吃了——快樂水無法帶來快樂了。這些行為表現(xiàn)出類似抑郁癥狀。而在取消夜間光照之后，小鼠過了3周才逐漸恢復(fù)正常。

實驗組的小鼠在夜間增加藍(lán)光照射 | 圖片來源：[1]

研究顯示，致郁原因在于夜間光照影響了大腦中特定的神經(jīng)回路。這條神經(jīng)回路起始于視網(wǎng)膜，那里分布著神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（簡稱ipRGC），它能表達(dá)調(diào)控生物鐘的蛋白。這些細(xì)胞對光線很敏感，被激活之后，它們會發(fā)送信號到大腦中的背側(cè)韁核（簡稱dpHb）。dpHb中的部分神經(jīng)細(xì)胞接著將信號傳遞到伏隔核（簡稱NAc）。這兩個腦區(qū)都與抑郁癥狀密切相關(guān)。在夜間光線的誘導(dǎo)下，從ipRGC到dpHb再到NAc的神經(jīng)回路導(dǎo)致了類似抑郁的癥狀。

雖然夜間光線會引發(fā)抑郁癥狀，在白天，曬太陽反而是緩解抑郁癥狀的一種手段。光線之所以在夜間和白天有著不同的情緒作用，是因為這條神經(jīng)回路在夜晚被激活的程度更強(qiáng)。盡管小鼠實驗有一定局限性，但類似神經(jīng)環(huán)路已在人類視網(wǎng)膜中相關(guān)神經(jīng)細(xì)胞，因此，這一研究可能會幫助解釋晚間光照對人類抑郁癥有何影響。

[1] DOI : 10.1038/s41593-020-0640-8

02

寵物、牲畜……哪些動物可能把新冠傳給人？

圖片來源：Getty Images

新型冠狀病毒SARS-CoV-2和中華菊頭蝠冠狀病毒RaTG13在核苷酸水平上有96.2%的相似性, 并被認(rèn)為起源于蝙蝠。由于世界多地陸續(xù)有寵物狗、動物園老虎、養(yǎng)殖場雪貂被感染的報道，對新冠病毒在人畜間傳播規(guī)律的研究十分必要。

最近，中國科學(xué)家團(tuán)隊依托國家動物疫病防控高級別實驗室和獸醫(yī)生物技術(shù)國家重點實驗室，分別檢測了雪貂、家畜禽和寵物對新冠病毒的易感性。

雪貂經(jīng)常被用作人類呼吸道病毒的動物模型。因此，研究團(tuán)隊首先測試了雪貂對新冠病毒的敏感性。經(jīng)過兩周觀察，研究者發(fā)現(xiàn)新冠病毒會在雪貂上呼吸道復(fù)制，也在消化道中發(fā)現(xiàn)病毒RNA，而且在感染后的前8天內(nèi)不會引起嚴(yán)重癥狀或者死亡。

貓和狗是人類最親密的寵物，試驗結(jié)果揭示，病毒能夠在貓的上呼吸道和消化系統(tǒng)內(nèi)高效復(fù)制，引起不同程度的肺部炎癥與腸道粘膜損傷。而且年幼的貓比年長的貓更加易感。同時，病毒可以在貓之間通過空氣傳播。和貓的情況相反的是狗，它們對于新冠病毒的易感性較低。對豬、雞和鴨子等牲畜展開的實驗同樣表明，這些動物對新冠病毒不易感。

研究人員認(rèn)為，雪貂可以作為理想的動物候選模型，用來評估抗病毒藥物或者新冠疫苗效果。同時，研究者建議對高度易感的動物開展新冠病毒監(jiān)測，作為控制疫情的措施之一。雖然目前動物將新冠病毒傳播給人的威脅遠(yuǎn)小于人際傳播，但我們應(yīng)該預(yù)防跨物種傳播在未來引起新的暴發(fā)。

[1] DOI: 10.1126/science.abb7015

03

各種類型的腫瘤中均發(fā)現(xiàn)細(xì)菌出沒

腫瘤是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。新的研究發(fā)現(xiàn)，除了各類細(xì)胞、血管和神經(jīng)外，細(xì)菌也是腫瘤微環(huán)境中的一部分。早在100多年前，人們就在腫瘤中發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌，目前有超過16%的腫瘤發(fā)病可以歸咎于病原微生物的感染，因此了解腫瘤微生物對于人類戰(zhàn)勝腫瘤一直有著重要的意義。

腫瘤中的細(xì)菌登上《科學(xué)》封面 | 圖片來源：Science

近日，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的團(tuán)隊對腫瘤微生物組進(jìn)行了迄今最為嚴(yán)格和全面的分析。他們研究了7種腫瘤類型（乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、骨腫瘤和腦腫瘤）的1526個腫瘤及其鄰近的正常組織樣本中的微生物組成，發(fā)現(xiàn)每種類型的腫瘤都有其獨特的微生物組成。其中，乳腺癌的微生物組最為豐富，并且腫瘤內(nèi)的細(xì)菌大部分存在于細(xì)胞核附近，它們編碼的功能可能與某些腫瘤亞型的臨床特征有關(guān)。該研究成果作為封面文章發(fā)表于5月29日的《科學(xué)》雜志。

常見的實體腫瘤中所含細(xì)菌分析 | 圖片來源：[1]

這項工作為癌癥研究開啟了一扇新的大門，為什么腫瘤內(nèi)會有細(xì)菌？腫瘤內(nèi)菌群是否會促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展？這些細(xì)菌是在腫瘤形成后才感染的么？某些細(xì)菌存在于腫瘤內(nèi)的免疫細(xì)胞中，它們是否能增強(qiáng)免疫反應(yīng)？解答這些問題，能讓我們更好地理解腫瘤微環(huán)境，更深刻地理解癌癥發(fā)生和發(fā)展的機(jī)理，并有望帶來全新的精準(zhǔn)治療和診斷方法。

[1] DOI:10.1126/science.aay9189

[2] DOI:10.1126/science.abc1464

04

太空中的“色散實驗”：搜尋重子的蛛絲馬跡

現(xiàn)代物理學(xué)告訴我們，宇宙是由超過95%的暗物質(zhì)、暗能量和不到5%的普通物質(zhì)（也被稱為重子）構(gòu)成。不過，我們可以輕易觀測到的重子卻也占所有重子的四分之一，其余重子被認(rèn)為稀疏地分布在星系間絲狀的宇宙網(wǎng)中。數(shù)十年來，科學(xué)家一直在尋找這些隱藏的物質(zhì)。

近日，國際射電天文研究中心的副教授Jean-Pierre Macquart及合作者利用位于澳大利亞的平方陣列射電望遠(yuǎn)鏡（ASKAP）觀測，分析了6個來自不同星系的快速射電暴（Fast Radio Burst，F(xiàn)RB），并以此來評估對應(yīng)區(qū)域的重子數(shù)量與密度。快速射電暴是一種從星系中射出高能電磁波脈沖，盡管我們并不知道這一現(xiàn)象的起因，但來自其他星系的快速射電暴就像一束光線，為我們照亮了黑暗的宇宙。在本研究中，F(xiàn)RB充當(dāng)了宇宙的稱重站。

來自其他星系的快速射電暴幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙中難以探測的物質(zhì) | 動圖來源：[2]

從其他星系射出的快速射電暴包含有不同頻率的電磁波，當(dāng)電磁波與彌漫在宇宙中的重子相遇時，低頻波速度衰減的程度要大于高頻波。因此，通過計算不同頻率的電磁波到達(dá)地球的時間差，科學(xué)家能夠計算出快速射電暴遇到的重子數(shù)量，再利用銀河系與對應(yīng)星系間的距離，就可以得出對應(yīng)路徑上的重子密度。Macquart表示，F(xiàn)RB會被重子分散，這一過程和通過三棱鏡看到的太陽光的色散同理。

研究發(fā)現(xiàn)，銀河系和5個星系之間平均物質(zhì)密度約為每立方米1個重子，而銀河系平均物質(zhì)密度是其一百萬倍，但這稀疏的仍可說明物質(zhì)并沒有丟失，與理論預(yù)測相符。但目前FRB數(shù)據(jù)仍然太少，研究人員希望能獲得更多觀測結(jié)果，最終可以繪制重子分布網(wǎng)。

[1] DOI:10.1038/s41586-020-2300-2

[2] https://www.sciencenews.org/article/universe-missing-matter-found-fast-radio-bursts

[3] https://phys.org/news/2020-05-cosmic-unveil-universe.html

05

中子星的中心是自由夸克？

潛入中子星內(nèi)部，我們會發(fā)現(xiàn)什么，只有中子嗎？事情并非如此簡單。潛得越深，其內(nèi)部就越模糊致密。有不少理論來探討中子星中心的可能構(gòu)成，例如自由夸克、超子、K介子凝聚物等。

近日，來自歐洲核子研究中心及芬蘭赫爾辛基大學(xué)的研究人員在《自然-物理學(xué)》發(fā)表論文表明，巨大的中子星中心可能是由自由夸克組成的。這種夸克物質(zhì)類似于自由夸克和膠子組成的致密狀態(tài)。科學(xué)家認(rèn)為，在大爆炸之后不久就存在這種夸克和膠子的致密狀態(tài)，并且已經(jīng)在對撞機(jī)中發(fā)現(xiàn)了夸克-膠子等離子體。

中子星的內(nèi)部：越深層則越致密 | 圖片來源：Jyrki Hokkanen

研究人員將來自中子星的天文觀測信息與理論計算相結(jié)合，從而推斷中子星內(nèi)部的物質(zhì)特征。他們提出新的狀態(tài)方程以描述壓力下能量密度的變化，結(jié)合兩個中子星合并產(chǎn)生引力波的觀測數(shù)據(jù)及大質(zhì)量中子星的觀測數(shù)據(jù)，引入了約束條件：中子星質(zhì)量可以為2倍太陽質(zhì)量，以及1.4倍太陽質(zhì)量的中子星潮汐變形的可能值。

研究人員發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量為太陽1.4倍的中子星的中心充滿了中子。相比之下，更大質(zhì)量的中子星可能包含大的夸克物質(zhì)核。一顆半徑為12公里，質(zhì)量為2個太陽的中子星，其核心可能是半徑為6.5公里的夸克物質(zhì)——大約是中子星半徑的一半。論文作者，歐洲核子中心理論物理組Aleksi Kurkela表示，這些分析并沒有完全排除大質(zhì)量中子星中心是中子核的可能性，而是證明夸克物質(zhì)核也是一種合理的解釋。

[1] DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9

[2] https://home.cern/new s /news/physics/neutron-stars-show-their-cores

06

LHC再度搜尋強(qiáng)CP破壞

CP對稱（電荷宇稱對稱）描述了普通物質(zhì)與反物質(zhì)之間的對稱關(guān)系，具體是指普通物質(zhì)與反物質(zhì)所遵循的物理法則幾乎完全相同，他們之間只相差一個鏡像反轉(zhuǎn)。也就是說，由普通物質(zhì)構(gòu)成的右手，與反物質(zhì)構(gòu)成的左手，應(yīng)該在物理世界中具有一模一樣的演化規(guī)律。

然而，如果CP對稱總是嚴(yán)格成立，宇宙中正反物質(zhì)必然一直維持勢均，也就無法形成如今這樣普通物質(zhì)全面勝出的局面。正是1964年在K介子衰變中發(fā)現(xiàn)的CP對稱破缺現(xiàn)象，才解開反物質(zhì)消失之謎。這項獲得了1980年諾貝爾物理學(xué)獎的重大發(fā)現(xiàn)，為粒子物理學(xué)打開了一個潘多拉魔盒，至今仍有一系列重大理論研究，都與CP對稱破缺緊密相連。

與理論推算相比，實際發(fā)生CP對稱破缺的范圍似乎總是不夠廣。目前所有CP對稱破缺都只發(fā)生在弱相互作用過程中，而在強(qiáng)相互作用中卻總是意外地守恒，這就是著名的懸案——強(qiáng)CP問題。而由這個問題出發(fā)，又直接牽扯到標(biāo)準(zhǔn)模型擴(kuò)展理論，以及暗物質(zhì)等其他重要懸案。

為了探究神秘的CP屬性，物理學(xué)家們一直在想盡辦法了解各種作用過程中的CP變化情況，尤其是涉及希格斯玻色子和頂夸克相互作用。前者位處標(biāo)準(zhǔn)模型的中心，后者是標(biāo)準(zhǔn)模型中最重的成員，無論二者相互作用中CP守恒與否，都會對后續(xù)理論研究工作提供重要幫助。

今年4月，工作于歐洲LHC的科學(xué)家們利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，詳細(xì)分析了2015年至2018年間ATLAS探測器中質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)，從中提取出了希格斯玻色子與頂夸克的作用過程。結(jié)果顯示過程中未發(fā)現(xiàn)CP破缺，這與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)模型理論保持一致，同時也為各類擴(kuò)展理論提出了更嚴(yán)苛的限制條件。

ATLAS是LHC系統(tǒng)的探測部分，2012年所發(fā)現(xiàn)的希格斯玻色子就是由ATLAS所測得 | 圖片來源：Phys.org

研究者主要遵循這樣一個描述希格斯玻色子與頂夸克間相互作用的模型：

其中的α被稱為CP混合角，如果α=0°，代表作用過程中CP守恒，而如果α=90°，則代表發(fā)生CP破壞。此前曾有研究團(tuán)隊在通過實驗排除了α=90°的可能，本次實驗的結(jié)論是在95%的可信度上排除了α>43°的可能性。

[1] arXiv: 2004.04545

07

挑戰(zhàn)生存極限：極端早產(chǎn)兒也可以健康生活

十月懷胎，一朝分娩。嬰兒在出生前，一般都要在母體子宮內(nèi)待滿37-42周（胎齡）；而在母親妊娠37周之前就出生的嬰兒，就是早產(chǎn)兒。由于早產(chǎn)兒身體尚未發(fā)育完全，很可能有呼吸系統(tǒng)疾病和感染等并發(fā)癥出現(xiàn)，因而存活率較低。胎齡（自妊娠開始到出生）越短，存活率越低，而且長大過程中也容易生病。近年來，隨著新生兒保育技術(shù)的提高，早產(chǎn)兒的存活率已經(jīng)大大提高，尤其是極端早產(chǎn)兒（胎齡小于27周）的成人率，但人們對早產(chǎn)兒的身體健康狀況仍有擔(dān)憂。

護(hù)士使用腦電圖(EEG)檢查25周出生的嬰兒的大腦發(fā)育情況 | 圖片來源：BSIP/Universal Images Group via Getty

最近，《自然》刊發(fā)了一篇新聞，講述當(dāng)年的早產(chǎn)兒正在成為研究早產(chǎn)兒的學(xué)者，他們從長期觀察角度討論極端早產(chǎn)兒的生存和健康狀況。其中一項長期跟蹤早產(chǎn)兒的研究發(fā)現(xiàn)，極端早產(chǎn)兒相比足月出生的嬰兒，更易在青少年期出現(xiàn)精神紊亂、認(rèn)知障礙或心臟疾病。不過，亦有研究表明極端早產(chǎn)兒一旦能活下來，大部分人并不會有嚴(yán)重的缺陷，但生活質(zhì)量會比正常孩子低，可能會出現(xiàn)長期慢性問題。研究發(fā)現(xiàn)，在出生早期使用藥物干預(yù)，或是讓長成少年的極端早產(chǎn)兒參加特定的鍛煉項目，可以改善肺部發(fā)育和功能，減低患病風(fēng)險。社會型干預(yù)（如提供幫助熱線，讓早產(chǎn)兒媽媽在單間恢復(fù)）也有助于早產(chǎn)兒的健康成長。研究者認(rèn)為，盡管對早產(chǎn)兒健康狀況的調(diào)研仍需進(jìn)一步長期跟蹤，但多項研究顯示，極端早產(chǎn)兒一樣可以健康的生活。

[1] DOI : 10.1038/d41586-020-01517-z

[2] https://www.who.int/features/qa/preterm_babies/zh/

撰文 | 顧淼飛、小葉、顧舒晨、Leo、劉航、董唯元、繼省

編輯 | 劉辛味、Azul

硬 核 科 普

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原標(biāo)題：《睡前刷手機(jī)讓人抑郁；中子星的中心是自由夸克？腫瘤里竟有大量細(xì)菌！ | 一周科技速覽》

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