物理学家实现了时间“双缝”干涉实验，城市儿童不再有生长优势 - 国际科研周报

来源：环球科学、科技日报、中国科学报等

共生微生物可能共享对病毒的免疫记忆

来源：Yunha Hwang

病毒通过感染生物体进行复制，动物、植物或微生物都可能被病毒感染。虽然，感染微生物的环境病毒不是新发现，但从前科学家并不了解这些病毒有多流行。最近，一项发表在《自然·微生物学》（Nature Microbiology）的新研究，发现病毒感染的宿主比先前认为的更加多种多样，而且不同的微生物还可能共享对病毒的免疫记忆。

科学家从墨西哥瓜伊马斯盆地的热液喷口的微生物垫当中收集了样本。微生物垫中有大量的细菌和古菌，这是两类原核生物，它们的细胞结构、代谢活动、演化历史等等都有明显的不同。但当研究者利用CRISPR间隔子（CRISPR spacer）检测宿主微生物与哪些病毒存在相互作用、并用高通量染色体构象捕获技术（Hi-C）对样本中的DNA进行测序后，发现细菌和古菌对一些相同的病毒拥有免疫力。在科学家眼中，感染机制应该非常复杂并有特异性，而一种病毒既感染细菌又感染古菌，令他们感到惊讶。研究者还提到一个有趣的现象，共生的微生物会携带针对相同病毒的免疫记忆，而这意味着免疫力可能会在共生微生物之间水平转移，增强一个微生物群落对病毒的抵御能力。

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01347-5

速溶咖啡或会导致端粒缩短

端粒位于染色体末端，如安全帽一般保护着染色体的完整和稳定。我们通常认为端粒长度的缩短是生物衰老的标志物，与许多慢性疾病密切相关。最近，在一项发表于Nutrients上的研究中，西安交通大学的研究人员分析了近47万人的样本后发现，每天的速溶咖啡摄入量与端粒长度呈负相关。平均每天多喝一杯速溶咖啡，端粒缩短的长度相当于寿命减少0.38岁时端粒缩短的长度。

这项研究调用了英国生物银行（UK biobank）2006年到2010年间收集的超过50万名37岁到73岁间的志愿者的健康信息，并选择了472525名具有端粒长度数据的志愿者作为研究对象。通过饮食调查问卷，研究人员能够评估志愿者每天的总咖啡摄入量、速溶咖啡摄入量以及过滤咖啡摄入量。同时为了排除其他因素对结果的干扰，研究人员将社会人口统计学、健康相关、生活方式相关以及饮食特征作为多变量分析的协变量。通过单向方差分析，研究人员建立了三个模型来评估这些协变量对端粒长度的影响。研究人员通过四种方法（IVW，MR-PRESSO, MR-Egger和加权平均值分析）进行了孟德尔随机化分析，结果显示，在所有三个模型中，速溶咖啡摄入量与端粒长度呈负相关且存在因果关系，而过滤咖啡摄入量与端粒长度既没有统计学上的相关性，也没有因果关系。研究人员表示，速溶咖啡对健康的影响与其他咖啡种类不同，很可能是因其中铅的含量高于其他咖啡种类，长期饮用会导致体内铅超标，同时奶精、调味剂等添加剂也增加了风险。未来还需要更多的研究来确定速溶咖啡中哪些成分会导致端粒长度变短。

https://www.mdpi.com/2072-6643/15/6/1354

一种新型光子时间晶体

来源：Xuchen Wang/Aalto University

晶体在空间上存在周期性结构，但时间晶体十分特殊，它拥有时间上周期性变化的电磁特性。去年，有研究团队首次在实验上制造出一个时间晶体的双体系统，并观察到二者之间的相互作用与量子理论预测相符。到目前为止，对光子时间晶体的研究主要集中在三维结构的材料上，但它对三维样品中材料特性的均匀调制有极高精度的要求，导致材料合成与实验观察仍是巨大的挑战。近日，在《科学·进展》（Science Advances）上的一项新研究中，另一个研究团队构建了一种在微波频率下工作的二维光子时间晶体，这种晶体表现出放大电磁波的能力，具有广阔的应用前景。

在光子时间晶体中，光子排列的模式在时间上周期性重复，这会导致光的相长干涉和放大作用。研究团队将这个概念拓展到二维电磁结构的超表面，他们发现将维度从三维结构降低到二维结构，也会降低光子时间晶体的制备难度。而这种时变超表面不仅保留了三维光子时间晶体的关键物理特性，同时拓扑结构也更简单，会产生自由空间和表面传播电磁波的动量带隙。这意味着二维光子时间晶体不仅会放大从自由空间入射的电磁波，还会放大沿表面传播的电磁波。而集成电路中电子元件之间的通信正是依赖表面波，因此在集成电路等通信元件上覆上二维光子时间晶体很可能有助于解决无线传输中的信号衰减问题，提升通信效率。此外，它还可以利用放大电磁波的机制简化激光器设计，或者增强无线发射器和接收器的性能。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg7541

雄性全为嵌合体的蚂蚁

多细胞生物通常是由单个受精卵发育成具有相同遗传物质的细胞集合。但最新发表于《科学》（Science）的一项研究发现，所有的雄性细足捷蚁（Anoplolepis gracilipes）均为由来自两个不同谱系的单倍体细胞构成的嵌合体。

研究者通过种群遗传学和谱系地理学分析，在采样自东南亚各地的细足捷蚁种群中发现R和W两个相互依赖的遗传谱系。蚁后都是R/R的基因型，通常情况下其卵子在接受W精子受精后，发育成R/W雌性工蚁。但该研究发现，卵子在接受W精子受精后也可以发育成雄性，但与雌性受精卵不同，它们的卵子和精子的细胞核并未融合。父本和母本细胞核在同一个卵内独立分裂，产生嵌合体雄性，其身体由单倍体的R细胞和W细胞共同构成。尽管在许多物种（包括人类）中都观察到过嵌合体现象，但它们均属于一些罕见发育事故或者发育后期不同个体的融合。这项新研究发现了一种发生于发育开始阶段的专性嵌合模式。这种不同寻常的繁殖方式可能是两个共存血统之间发生基因冲突的结果。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf0419

物理学家实现了时间“双缝”干涉实验

来源：Thomas Angus，Imperial College London

1802年的双缝干涉实验证实了光子的波粒二象性，它对量子物理学产生了深远的影响。但时域上的双缝实验却一直难以捉摸。最近，发表在《自然·物理学》（Nature Physics）上的一项研究使用时间而非空间的”狭缝“进行了实验，揭示了更多光子的基本性质。

双缝实验的经典版本中，光子经过狭缝会改变行进方向，因此干涉图案会出现在展开的角度范围内。而新研究中时间“狭缝”则会改变光的频率，从改变它的颜色，这将使干涉图案出现某些颜色增强或黯淡的条纹。研究团队选用了一种超材料氧化铟锡薄膜进行实验，这种材料允许研究人员进行精细的激光控制。利用激光，研究人员能在超快的几飞秒时间尺度内改变这种材料的反射率，由此构建光的时间”狭缝“，并允许光在特定时间快速连续地通过，从而使光在频谱上产生干涉。时间“狭缝”之间的时间间隔决定了频谱中的振荡周期，而条纹可见度在频率上的衰减会揭示时间“狭缝”的形状。实验结果显示，可见振荡比现有理论计算的要多得多。这项实验揭示了更多光子的基本性质，使我们能进一步探索时变物理学，以实现光谱合成、信号处理及光神经形态计算等应用。

https://www.nature.com/articles/s41567-023-01993-w

可能存在磁场的类地行星

来源：Alice Kitterman/National Science Foundation

地球的磁场能够偏转来自太阳的高能粒子和等离子体，是维持地球大气层稳定存在的必要条件。然而如果想要观察到地外行星的磁场，就需要行星磁场与恒星相互作用产生足够强的无线电信号。近日，一项发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）的研究利用央斯基甚大阵列望远镜（Karl G. Jansky Very Large Array），观测到一颗名为YZ Ceti b的岩质行星可能具有磁场。

YZ Ceti b的体积与地球相近，围绕距地球12光年的红矮星YZ Ceti旋转，二者距离很近，YZ Ceti b公转一周仅需2天（地球日）。在这样的近距离下，YZ Ceti b会穿过从红矮星上喷出的物质，行星磁场会“拖拽”等离子体，使之与红矮星自己的磁场作用，因此产生了很强的无线电信号。据此，科学家能够估计磁场强度和恒星周围环境，为更深入的研究打下基础。

https://www.nature.com/articles/s41550-023-01914-0

大脑中的液体流动，可以通过感官刺激来控制

来源：Stephanie D. Williams

脑脊液是无色透明的液体，包围着脑和脊髓。随着脑脊液的流动，它会带走脑中的一些废物和毒素，有助于维持大脑的正常运转。阿尔茨海默病等一些认知功能衰退的疾病，也与脑脊液流量下降有关。而最近，一项发表在PLOS Biology的研究表明，脑脊液的流动可以通过感官刺激来控制。

科学家向参与研究的健康成年人展示了一个棋盘图案，这个图案时明时灭。与此同时，研究者要通过功能性核磁共振成像（fMRI）记录人类的脑活动，也要观察脑脊液的流动速度。科学家发现，这个图案确实引发脑活动，当图案可见时，fMRI记录的血氧水平会增加，而当图案不可见时血氧水平则减少。研究者还发现，脑脊液的流动与血液信号呈负相关。此外，改变图案可见的时长，对血液和脑脊液的影响也是可预测的，而这些影响无法用呼吸活心率来解释。虽然，这项研究还没有测量脑中废物的清除速率，不过已经证实简单的闪烁图案就可以增加脑脊液的流量。这可能为阿尔茨海默病等疾病的治疗带来启发。

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002035

城市儿童不再有生长优势

童年和青春期的生长发育对终生健康都非常重要，而这要受到家庭、社区和学校生活环境的影响。目前还没有针对城乡之间儿童生长环境差异的研究。而近日在《自然》（Nature）上发表的一篇论文通过整理现有数据，发现对大多数国家而言，城市儿童的生长条件曾经比乡村儿童更好，但这一差异现在已经消失。

研究人员整理了200个国家1990 2020年间7100万年轻人（5 19岁）的身高和体重数据。他们发现，在1990年，除少数国家外，几乎所有城市儿童和青少年都比乡村的同龄人高。但到2020年，城市身高优势在大多数国家都变小了，而在许多富裕西方国家（如英国、美国和法国），城市反而有了轻微劣势。撒哈拉以南非洲大多数国家，以及一些太平洋、南亚和中东国家的男孩则是例外，这些国家中，乡村男孩的身高没有增加，甚至反而变矮了。研究人员总结，理解儿童和青少年生长发育轨迹可以为在这些重要年龄段改善健康结果的工作提供指导。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05772-8

复杂生命从“软雪球地球”存活

来源：环球科学

在6.54~6.35亿年前的马里诺冰期（Marinoan Ice Age），地球表面大部分地区都被冰盖覆盖，这被称为“雪球地球”（Snowball Earth）事件。过去一些研究认为，在马里诺“雪球地球”期间，海洋微生物可以在少数海洋避难所存活。近日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的一项研究指出，马里诺冰期适宜复杂生命居住的海洋环境可能比此前认为的更普遍。

研究者分析了中国南方晚成冰纪南沱组沉积岩地层的地球化学成分，发现其中的有些化石类似底栖、能光合作用的藻类。另外，铁的化学组成显示当时深海的含氧量很低，但表层海水可能存在好氧生物驱动的氮循环。在马里诺冰期末期，这些沉积物位于北纬30度到40度，这说眀宜居的开阔大洋环境可能延伸到了中纬度地区，该事件更类似于一次“软雪球地球”（Slushball Earth）事件，而这些中纬度开阔大洋环境为当时的复杂微生物提供了避难所，让它们得以从冰期幸存。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37172-x

过分严苛的管教会增加儿童出现持续心理健康问题的风险

一些家长在教育孩子的过程中，可能会出现过分严苛的管教，比如对孩子大喊大叫、体罚、在孩子表现不好时孤立他们、损害他们自尊，或不由分说地惩罚孩子。而最新发表于Epidemiology and Psychiatric Sciences杂志上的研究显示，如果父母经常对孩子实行这种过分严苛的管教，孩子患上持久心理健康问题的风险可能会显著增加。

研究者使用了儿童和青少年纵向研究项目“在爱尔兰成长”（Growing up in Ireland）中7507名儿童的数据。通过”长处和困难问卷”（Strengths and Difficulties Questionnaire），给每个孩子在3岁、5岁和9岁时进行心理健康方面的综合评分，评分主要针对心理健康的外化症状（internalising symptoms，如焦虑和社会退缩行为）和内化症状（externalising symptoms，如冲动和攻击性行为、以及多动症）。接着研究人员根据这些孩子在3至9岁期间心理健康状态的发展轨迹，将他们分成心理健康问题低风险（占85.3%）、中风险（占6.43%）和高风险（占10.07%）三类。而这些孩子的父母，则根据教育方式被分为三类：“温暖”（warm，支持和关注孩子需求）、“一致”（consistent，对孩子设定明确的期望和规则）、“敌对”（过分严苛的管教）。结果发现，采用“敌对”式养育方法，会使孩子在9岁处于心理健康问题高风险的几率增加1.5倍，处于中风险的几率增加1.6倍。该研究结果强调了对有心理健康困难风险的儿童进行早期干预和支持的重要性。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0165032720325830