睡前刷手机让人抑郁；中子星的中心是自由夸克？肿瘤里竟有大量细菌！ | 一周科技速览
睡前刷手机，小心抑郁症
如果你平时习惯在睡觉前长时间地刷手机，现在可能要改改了。根据近日发表在《自然·神经科学》的一项研究，长期暴露在夜间光线下——无论这光线来自灯光、光污染，还是电子设备屏幕——会影响大脑中特定的神经回路，继而产生与抑郁症相关的症状。
在这项研究中，实验小鼠接受每晚2小时，持续3周的夜间蓝光照射，虽然小鼠的昼夜节律没有发生变化，但是它们随后出现了一些反常的行为。例如，当被强迫游泳时，小鼠会放弃挣扎；当面对甜甜的糖水时，也显得不那么想吃了——快乐水无法带来快乐了。这些行为表现出类似抑郁症状。而在取消夜间光照之后，小鼠过了3周才逐渐恢复正常。
研究显示，致郁原因在于夜间光照影响了大脑中特定的神经回路。这条神经回路起始于视网膜，那里分布着神经节细胞（简称ipRGC），它能表达调控生物钟的蛋白。这些细胞对光线很敏感，被激活之后，它们会发送信号到大脑中的背侧缰核（简称dpHb）。dpHb中的部分神经细胞接着将信号传递到伏隔核（简称NAc）。这两个脑区都与抑郁症状密切相关。在夜间光线的诱导下，从ipRGC到dpHb再到NAc的神经回路导致了类似抑郁的症状。
虽然夜间光线会引发抑郁症状，在白天，晒太阳反而是缓解抑郁症状的一种手段。光线之所以在夜间和白天有着不同的情绪作用，是因为这条神经回路在夜晚被激活的程度更强。尽管小鼠实验有一定局限性，但类似神经环路已在人类视网膜中相关神经细胞，因此，这一研究可能会帮助解释晚间光照对人类抑郁症有何影响。
[1] DOI : 10.1038/s41593-020-0640-8
宠物、牲畜……哪些动物可能把新冠传给人？
新型冠状病毒SARS-CoV-2和中华菊头蝠冠状病毒RaTG13在核苷酸水平上有96.2%的相似性, 并被认为起源于蝙蝠。由于世界多地陆续有宠物狗、动物园老虎、养殖场雪貂被感染的报道，对新冠病毒在人畜间传播规律的研究十分必要。
最近，中国科学家团队依托国家动物疫病防控高级别实验室和兽医生物技术国家重点实验室，分别检测了雪貂、家畜禽和宠物对新冠病毒的易感性。
雪貂经常被用作人类呼吸道病毒的动物模型。因此，研究团队首先测试了雪貂对新冠病毒的敏感性。经过两周观察，研究者发现新冠病毒会在雪貂上呼吸道复制，也在消化道中发现病毒RNA，而且在感染后的前8天内不会引起严重症状或者死亡。
猫和狗是人类最亲密的宠物，试验结果揭示，病毒能够在猫的上呼吸道和消化系统内高效复制，引起不同程度的肺部炎症与肠道粘膜损伤。而且年幼的猫比年长的猫更加易感。同时，病毒可以在猫之间通过空气传播。和猫的情况相反的是狗，它们对于新冠病毒的易感性较低。对猪、鸡和鸭子等牲畜展开的实验同样表明，这些动物对新冠病毒不易感。
研究人员认为，雪貂可以作为理想的动物候选模型，用来评估抗病毒药物或者新冠疫苗效果。同时，研究者建议对高度易感的动物开展新冠病毒监测，作为控制疫情的措施之一。虽然目前动物将新冠病毒传播给人的威胁远小于人际传播，但我们应该预防跨物种传播在未来引起新的暴发。
[1] DOI: 10.1126/science.abb7015
各种类型的肿瘤中均发现细菌出没
肿瘤是一个复杂的生态系统。新的研究发现，除了各类细胞、血管和神经外，细菌也是肿瘤微环境中的一部分。早在100多年前，人们就在肿瘤中发现了细菌，目前有超过16%的肿瘤发病可以归咎于病原微生物的感染，因此了解肿瘤微生物对于人类战胜肿瘤一直有着重要的意义。
近日，以色列魏茨曼科学研究所的团队对肿瘤微生物组进行了迄今最为严格和全面的分析。他们研究了7种肿瘤类型（乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、骨肿瘤和脑肿瘤）的1526个肿瘤及其邻近的正常组织样本中的微生物组成，发现每种类型的肿瘤都有其独特的微生物组成。其中，乳腺癌的微生物组最为丰富，并且肿瘤内的细菌大部分存在于细胞核附近，它们编码的功能可能与某些肿瘤亚型的临床特征有关。该研究成果作为封面文章发表于5月29日的《科学》杂志。
常见的实体肿瘤中所含细菌分析 | 图片来源：[1]
这项工作为癌症研究开启了一扇新的大门，为什么肿瘤内会有细菌？肿瘤内菌群是否会促进肿瘤发生发展？这些细菌是在肿瘤形成后才感染的么？某些细菌存在于肿瘤内的免疫细胞中，它们是否能增强免疫反应？解答这些问题，能让我们更好地理解肿瘤微环境，更深刻地理解癌症发生和发展的机理，并有望带来全新的精准治疗和诊断方法。
[1] DOI:10.1126/science.aay9189
[2] DOI:10.1126/science.abc1464
太空中的“色散实验”：搜寻重子的蛛丝马迹
现代物理学告诉我们，宇宙是由超过95%的暗物质、暗能量和不到5%的普通物质（也被称为重子）构成。不过，我们可以轻易观测到的重子却也占所有重子的四分之一，其余重子被认为稀疏地分布在星系间丝状的宇宙网中。数十年来，科学家一直在寻找这些隐藏的物质。
近日，国际射电天文研究中心的副教授Jean-Pierre Macquart及合作者利用位于澳大利亚的平方阵列射电望远镜（ASKAP）观测，分析了6个来自不同星系的快速射电暴（Fast Radio Burst，FRB），并以此来评估对应区域的重子数量与密度。快速射电暴是一种从星系中射出高能电磁波脉冲，尽管我们并不知道这一现象的起因，但来自其他星系的快速射电暴就像一束光线，为我们照亮了黑暗的宇宙。在本研究中，FRB充当了宇宙的称重站。
从其他星系射出的快速射电暴包含有不同频率的电磁波，当电磁波与弥漫在宇宙中的重子相遇时，低频波速度衰减的程度要大于高频波。因此，通过计算不同频率的电磁波到达地球的时间差，科学家能够计算出快速射电暴遇到的重子数量，再利用银河系与对应星系间的距离，就可以得出对应路径上的重子密度。Macquart表示，FRB会被重子分散，这一过程和通过三棱镜看到的太阳光的色散同理。
研究发现，银河系和5个星系之间平均物质密度约为每立方米1个重子，而银河系平均物质密度是其一百万倍，但这稀疏的仍可说明物质并没有丢失，与理论预测相符。但目前FRB数据仍然太少，研究人员希望能获得更多观测结果，最终可以绘制重子分布网。
[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
中子星的中心是自由夸克？
潜入中子星内部，我们会发现什么，只有中子吗？事情并非如此简单。潜得越深，其内部就越模糊致密。有不少理论来探讨中子星中心的可能构成，例如自由夸克、超子、K介子凝聚物等。
近日，来自欧洲核子研究中心及芬兰赫尔辛基大学的研究人员在《自然-物理学》发表论文表明，巨大的中子星中心可能是由自由夸克组成的。这种夸克物质类似于自由夸克和胶子组成的致密状态。科学家认为，在大爆炸之后不久就存在这种夸克和胶子的致密状态，并且已经在对撞机中发现了夸克-胶子等离子体。
中子星的内部：越深层则越致密 | 图片来源：Jyrki Hokkanen
研究人员将来自中子星的天文观测信息与理论计算相结合，从而推断中子星内部的物质特征。他们提出新的状态方程以描述压力下能量密度的变化，结合两个中子星合并产生引力波的观测数据及大质量中子星的观测数据，引入了约束条件：中子星质量可以为2倍太阳质量，以及1.4倍太阳质量的中子星潮汐变形的可能值。
研究人员发现，质量为太阳1.4倍的中子星的中心充满了中子。相比之下，更大质量的中子星可能包含大的夸克物质核。一颗半径为12公里，质量为2个太阳的中子星，其核心可能是半径为6.5公里的夸克物质——大约是中子星半径的一半。论文作者，欧洲核子中心理论物理组Aleksi Kurkela表示，这些分析并没有完全排除大质量中子星中心是中子核的可能性，而是证明夸克物质核也是一种合理的解释。
[1] DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9
[2] https://home.cern/new s /news/physics/neutron-stars-show-their-cores
LHC再度搜寻强CP破坏
CP对称（电荷宇称对称）描述了普通物质与反物质之间的对称关系，具体是指普通物质与反物质所遵循的物理法则几乎完全相同，他们之间只相差一个镜像反转。也就是说，由普通物质构成的右手，与反物质构成的左手，应该在物理世界中具有一模一样的演化规律。
然而，如果CP对称总是严格成立，宇宙中正反物质必然一直维持势均，也就无法形成如今这样普通物质全面胜出的局面。正是1964年在K介子衰变中发现的CP对称破缺现象，才解开反物质消失之谜。这项获得了1980年诺贝尔物理学奖的重大发现，为粒子物理学打开了一个潘多拉魔盒，至今仍有一系列重大理论研究，都与CP对称破缺紧密相连。
与理论推算相比，实际发生CP对称破缺的范围似乎总是不够广。目前所有CP对称破缺都只发生在弱相互作用过程中，而在强相互作用中却总是意外地守恒，这就是著名的悬案——强CP问题。而由这个问题出发，又直接牵扯到标准模型扩展理论，以及暗物质等其他重要悬案。
为了探究神秘的CP属性，物理学家们一直在想尽办法了解各种作用过程中的CP变化情况，尤其是涉及希格斯玻色子和顶夸克相互作用。前者位处标准模型的中心，后者是标准模型中最重的成员，无论二者相互作用中CP守恒与否，都会对后续理论研究工作提供重要帮助。
今年4月，工作于欧洲LHC的科学家们利用机器学习技术，详细分析了2015年至2018年间ATLAS探测器中质子碰撞数据，从中提取出了希格斯玻色子与顶夸克的作用过程。结果显示过程中未发现CP破缺，这与现有标准模型理论保持一致，同时也为各类扩展理论提出了更严苛的限制条件。
研究者主要遵循这样一个描述希格斯玻色子与顶夸克间相互作用的模型：
其中的α被称为CP混合角，如果α=0°，代表作用过程中CP守恒，而如果α=90°，则代表发生CP破坏。此前曾有研究团队在通过实验排除了α=90°的可能，本次实验的结论是在95%的可信度上排除了α>43°的可能性。
[1] arXiv: 2004.04545
挑战生存极限：极端早产儿也可以健康生活
十月怀胎，一朝分娩。婴儿在出生前，一般都要在母体子宫内待满37-42周（胎龄）；而在母亲妊娠37周之前就出生的婴儿，就是早产儿。由于早产儿身体尚未发育完全，很可能有呼吸系统疾病和感染等并发症出现，因而存活率较低。胎龄（自妊娠开始到出生）越短，存活率越低，而且长大过程中也容易生病。近年来，随着新生儿保育技术的提高，早产儿的存活率已经大大提高，尤其是极端早产儿（胎龄小于27周）的成人率，但人们对早产儿的身体健康状况仍有担忧。
护士使用脑电图(EEG)检查25周出生的婴儿的大脑发育情况
最近，《自然》刊发了一篇新闻，讲述当年的早产儿正在成为研究早产儿的学者，他们从长期观察角度讨论极端早产儿的生存和健康状况。其中一项长期跟踪早产儿的研究发现，极端早产儿相比足月出生的婴儿，更易在青少年期出现精神紊乱、认知障碍或心脏疾病。不过，亦有研究表明极端早产儿一旦能活下来，大部分人并不会有严重的缺陷，但生活质量会比正常孩子低，可能会出现长期慢性问题。研究发现，在出生早期使用药物干预，或是让长成少年的极端早产儿参加特定的锻炼项目，可以改善肺部发育和功能，减低患病风险。社会型干预（如提供帮助热线，让早产儿妈妈在单间恢复）也有助于早产儿的健康成长。研究者认为，尽管对早产儿健康状况的调研仍需进一步长期跟踪，但多项研究显示，极端早产儿一样可以健康的生活。
[1] DOI : 10.1038/d41586-020-01517-z
[2] https://www.who.int/features/qa/preterm_babies/zh/
《返朴》新冠病毒专题
特 别 提 示