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內(nèi)容提要

研究突破：有研究團(tuán)隊(duì)將激光照射至一小塊有著狹窄脊?fàn)顖D案的半導(dǎo)體上，而光與材料間的復(fù)雜相互作用最終形成了一種混合粒子，即所謂的極化激元。這一研究突破清晰證明了超固體的存在，同時(shí)給量子相變研究提供更靈活、更自由的平臺(tái)——不用再被低溫環(huán)境束縛，應(yīng)用研究的可操作性變強(qiáng)很多。研究論文3月刊載于《自然》雜志。
生命進(jìn)化：我們對(duì)生命起源的認(rèn)知一直存有很大空白，特別是關(guān)于“簡(jiǎn)單氣體如何發(fā)生反應(yīng)以生成由碳和氮鍵合而成的有機(jī)分子”的部分。1952年，有研究提出物質(zhì)在閃電作用下生成有機(jī)物——生命出現(xiàn)的前提。然而刊載在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的新發(fā)現(xiàn)否定了“閃電論”。
腦科學(xué)：《自然-代謝》近日發(fā)布了一項(xiàng)針對(duì)馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腦的研究結(jié)果，“可能開啟了一個(gè)全新視角，即髓鞘是一種在常見(jiàn)大腦營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)短缺時(shí)即時(shí)可用的能量?jī)?chǔ)存器”。此發(fā)現(xiàn)似乎在提示我們一種全新形式的神經(jīng)可塑性。

Nature：第一次，光變成了“超固體”

科學(xué)家首次將光轉(zhuǎn)化成了能像流體一般流動(dòng)的奇異“超固體(supersolid)”！

超固體同時(shí)具備零黏度以及近似鹽晶中原子排列的類晶體狀結(jié)構(gòu)，既能如液體般無(wú)摩擦地流動(dòng)，又像固體一樣結(jié)構(gòu)有序。這樣奇異的物質(zhì)狀態(tài)僅存于量子世界，只可于玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)中產(chǎn)生——過(guò)去都通過(guò)將原子冷卻到接近絕對(duì)零度的實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)造它。在這種情況下，原本可以忽略不計(jì)的量子效應(yīng)占主導(dǎo)地位。

不過(guò)這次用光創(chuàng)造超固體的研究并未追逐極度低溫，而選用半導(dǎo)體鋁鎵砷和激光代替超冷原子。根據(jù)《自然》于3月刊載的論文，該研究團(tuán)隊(duì)將激光照射至一小塊有著狹窄脊?fàn)顖D案的半導(dǎo)體上，而光與材料間的復(fù)雜相互作用最終形成了一種混合粒子，即所謂的極化激元(Polariton)。脊?fàn)顖D案限制這些“準(zhǔn)粒子”的移動(dòng)方式以及它們可擁有的能量，從而使極化激元形成超固體。

論文作者之一、意大利國(guó)家研究委員會(huì)的物理學(xué)家丹尼爾·桑維托(Daniele Sanvitto)表示，團(tuán)隊(duì)必須針對(duì)這種被捕獲和轉(zhuǎn)化的光，精確測(cè)量其足夠多的屬性，以證明它既是固體又是沒(méi)有黏度的流體。這是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榭茖W(xué)家以前從未創(chuàng)造并實(shí)驗(yàn)評(píng)估過(guò)由光轉(zhuǎn)變而來(lái)的超固體。(桑維托曾在十多年前展示如何把光變成流體。)

法國(guó)索邦大學(xué)物理學(xué)家阿爾貝托·布拉馬蒂(Alberto Bramati)表示，新實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)界普遍了解量子物質(zhì)如何通過(guò)相變來(lái)改變自身狀態(tài)。桑維托等人清楚地表明他們制造出一種超固體，但還需更多測(cè)量方可了解其屬性。

基于光的超固體可能比過(guò)往用原子創(chuàng)制的超固體更易操控，而這有望驗(yàn)成為我們了解一系列新奇、超凡的物質(zhì)類型的第一步。

資料來(lái)源：

地球生命起源于瀑布？

當(dāng)水滴之間那不起眼的“微電”閃爍引發(fā)必要的化學(xué)反應(yīng)，生命起源所必需的第一批分子可能就產(chǎn)生了。

我們對(duì)生命起源的認(rèn)知一直存有很大空白，特別是關(guān)于“簡(jiǎn)單氣體如何發(fā)生反應(yīng)以生成由碳和氮鍵合而成的有機(jī)分子”的部分。

斯坦福大學(xué)化學(xué)家理查德·扎雷(Richard Zare)如此說(shuō)道：“那些被我們認(rèn)為存在于早期地球上的物質(zhì)——甲烷、水、氨、氮?dú)獾榷紱](méi)有碳氮鍵?！?/p>

1952年，美國(guó)化學(xué)家斯坦利·米勒(Stanley Miller)和哈羅德·尤里(Harold Urey)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，電可以把水和類似的氣體分子轉(zhuǎn)化為生命所需的有機(jī)分子，而電的來(lái)源可能是閃電。

但要知道，閃電擊中海洋或大氣層中高濃度氣體的可能性很低，低到多數(shù)人從未相信這能成為40億年前地球生命出現(xiàn)的原因。

如今，扎雷與同事在不借助外部電源的情況下，將水滴噴入甲烷、二氧化碳、氨和氮?dú)饣旌衔镏?，并使它形成具有碳氮鍵的有機(jī)分子。該項(xiàng)工作發(fā)表于3月的《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)雜志。

扎雷表示，此種技術(shù)之所以有效，是因?yàn)閲姵鏊F中的液滴會(huì)產(chǎn)生小電荷?！拜^小的液滴帶負(fù)電，較大的液滴帶正電?！?/p>

這要?dú)w功于勒納德效應(yīng)：當(dāng)水處于噴霧般的狀態(tài)，例如瀑布或噴泉，其中的水滴會(huì)相互碰撞、分裂，產(chǎn)生電荷。

不過(guò)扎雷團(tuán)隊(duì)利用高速攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶相反電荷的液滴足夠接近時(shí)，它們之間會(huì)迸發(fā)微小電流。扎雷稱之為“微閃電”(microlightning)。

這很像靜電的產(chǎn)生方式，或者云層中閃電的形成和釋放。“當(dāng)水滴彼此間的距離在納米級(jí)以內(nèi)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，而這個(gè)電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致?lián)舸??！?/strong>

微閃電攜帶的能量足以(約12電子伏特)使氣體分子失去一個(gè)電子并相互反應(yīng)，生成具有碳氮鍵的有機(jī)分子，包括劇毒物質(zhì)氫氰酸、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單氨基酸甘氨酸以及構(gòu)成RNA的四種堿基之一尿嘧啶。

科羅拉多大學(xué)博爾德分?；瘜W(xué)家維羅妮卡·瓦伊達(dá)(Veronica Vaida)說(shuō)道：“微閃電能引發(fā)以氮為起始的化學(xué)反應(yīng)，這讓我很驚訝，當(dāng)然，報(bào)告結(jié)果很有說(shuō)服力。我們意識(shí)到，原來(lái)水在生命起源中發(fā)揮了一種很奇特的作用?！?/p>

扎雷認(rèn)為，基于這些新發(fā)現(xiàn)，我們似乎有理由推測(cè)，海浪或瀑布的撞擊產(chǎn)生了微小“電火花”，雖然微小，卻足以帶來(lái)生命誕生所需的化學(xué)物質(zhì)。

水霧無(wú)處不在，經(jīng)常落到巖石上，有機(jī)化學(xué)物質(zhì)就會(huì)于巖石縫隙里積聚。那些區(qū)域會(huì)變干，后又變濕。我們知道，此類干濕循環(huán)可使較短的分子結(jié)合，甚至聚合成較長(zhǎng)的分子?！?/p>

印度學(xué)者庫(kù)馬爾·萬(wàn)卡(Kumar Vanka)指出：“根據(jù)新的研究結(jié)果，微閃電可能在早期地球富含水的環(huán)境中很豐富，也可能驅(qū)動(dòng)了生命起源前的化學(xué)反應(yīng)，特別是在缺乏其他能源(如閃電或紫外線輻射)的地方?！?/p>

資料來(lái)源：

當(dāng)你長(zhǎng)跑時(shí)，大腦會(huì)啟用備用的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)

《自然-代謝》(Nature Metabolism)3月發(fā)布了一項(xiàng)針對(duì)馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腦的研究結(jié)果：當(dāng)人類大腦缺乏能量時(shí)，它可能會(huì)開始“吃掉”自己的脂肪組織來(lái)獲取能量。

此發(fā)現(xiàn)似乎在提示我們一種全新形式的神經(jīng)可塑性。這種神經(jīng)可塑性或有助于人類大腦在長(zhǎng)時(shí)間的劇烈耐力運(yùn)動(dòng)中保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

研究作者招募了10名馬拉松運(yùn)動(dòng)員(8名男性和2名女性)，并圍繞他們參加的42公里長(zhǎng)跑比賽，于多個(gè)時(shí)間點(diǎn)作大腦磁共振成像(MRI)。這些時(shí)間點(diǎn)分別為賽前24~48小時(shí)、賽后24~48小時(shí)、兩周后以及兩個(gè)月后。MRI掃描顯示，運(yùn)動(dòng)員大腦白質(zhì)內(nèi)的髓鞘標(biāo)記物發(fā)生了顯著變化。

髓鞘是一種在大腦神經(jīng)纖維周圍形成的脂肪鞘，可助神經(jīng)元更有效傳遞信息，但這種保護(hù)層并非如科學(xué)家曾認(rèn)為的那樣，只是個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)的絕緣體，一些新研究表明，神經(jīng)元能重復(fù)利用髓鞘，并重塑其厚度以適應(yīng)環(huán)境變化。

根據(jù)作者團(tuán)隊(duì)說(shuō)法，在賽后24~48小時(shí)，運(yùn)動(dòng)員大腦中與運(yùn)動(dòng)機(jī)能、協(xié)調(diào)性以及感覺(jué)和情感整合相關(guān)的區(qū)域出現(xiàn)了髓鞘大量流失的跡象；賽事結(jié)束兩周后，髓鞘標(biāo)志物的水平開始反彈；兩個(gè)月后，髓鞘標(biāo)志物重新穩(wěn)定下來(lái)。

在馬拉松比賽的前后四個(gè)時(shí)間點(diǎn)，參賽者大腦白質(zhì)區(qū)域髓鞘水分?jǐn)?shù)(簡(jiǎn)稱MWF，作為評(píng)估髓鞘水平的一個(gè)替代指標(biāo)，如上圖中的白色部分所示)發(fā)生變化

研究作者表示，他們的發(fā)現(xiàn)“可能開啟了一個(gè)全新視角，即髓鞘是一種在常見(jiàn)大腦營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)短缺時(shí)即時(shí)可用的能量?jī)?chǔ)存器”。髓鞘或許充當(dāng)著一種代謝“安全網(wǎng)”，使暫時(shí)“饑餓”的大腦從受限區(qū)域獲取燃料，同時(shí)保持大部分白質(zhì)完好無(wú)損。

他們認(rèn)為這是一種前所未見(jiàn)的神經(jīng)可塑性形式，并稱其為“代謝髓鞘可塑性”。值得一提的是，新發(fā)現(xiàn)與此前針對(duì)小鼠的觀察結(jié)果一致：當(dāng)哺乳動(dòng)物大腦內(nèi)的葡萄糖緊缺時(shí)，髓鞘可用作脂肪儲(chǔ)備。

過(guò)去有些神經(jīng)科學(xué)家相信，大腦會(huì)在很大程度上避免通過(guò)燃燒脂肪來(lái)獲取能量，即使面對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏的情況也如此，但這種假設(shè)現(xiàn)在看來(lái)并不完全正確了。

我們知道，髓鞘對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)功能至關(guān)重要，包括多發(fā)性硬化癥在內(nèi)多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病都與髓鞘大量損失有關(guān)。髓鞘的功能新發(fā)現(xiàn)或有助于人類更好認(rèn)識(shí)這些疾病。

人類大腦中最新近演化形成的部分往往含更多髓鞘，這或許表明髓鞘是一種進(jìn)化適應(yīng)，是人類成功的關(guān)鍵。

或許，我們應(yīng)當(dāng)感謝髓鞘，它讓我們相對(duì)輕松地追捕大型獵物，同時(shí)盡可能保持認(rèn)知警覺(jué)。

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