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內容提要

1. 研究突破：有研究團隊將激光照射至一小塊有著狹窄脊狀圖案的半導體上，而光與材料間的復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，同時給量子相變研究提供更靈活、更自由的平臺——不用再被低溫環境束縛，應用研究的可操作性變強很多。研究論文3月刊載于《自然》雜志。

2. 生命進化：我們對生命起源的認知一直存有很大空白，特別是關于“簡單氣體如何發生反應以生成由碳和氮鍵合而成的有機分子”的部分。1952年，有研究提出物質在閃電作用下生成有機物——生命出現的前提。然而刊載在《科學進展》雜志上的新發現否定了“閃電論”。

3. 腦科學：《自然-代謝》近日發布了一項針對馬拉松運動員大腦的研究結果，“可能開啟了一個全新視角，即髓鞘是一種在常見大腦營養物質短缺時即時可用的能量儲存器”。此發現似乎在提示我們一種全新形式的神經可塑性。

Nature：第一次，光變成了“超固體”

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

超固體同時具備零黏度以及近似鹽晶中原子排列的類晶體狀結構，既能如液體般無摩擦地流動，又像固體一樣結構有序。這樣奇異的物質狀態僅存于量子世界，只可于玻色-愛因斯坦凝聚態中產生——過去都通過將原子冷卻到接近絕對零度的實驗來創造它。在這種情況下，原本可以忽略不計的量子效應占主導地位。

不過這次用光創造超固體的研究并未追逐極度低溫，而選用半導體鋁鎵砷和激光代替超冷原子。根據《自然》于3月刊載的論文，該研究團隊將激光照射至一小塊有著狹窄脊狀圖案的半導體上，而光與材料間的復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)。脊狀圖案限制這些“準粒子”的移動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、意大利國家研究委員會的物理學家丹尼爾·桑維托(Daniele Sanvitto)表示，團隊必須針對這種被捕獲和轉化的光，精確測量其足夠多的屬性，以證明它既是固體又是沒有黏度的流體。這是個挑戰，因為科學家以前從未創造并實驗評估過由光轉變而來的超固體。(桑維托曾在十多年前展示如何把光變成流體。)

法國索邦大學物理學家阿爾貝托·布拉馬蒂(Alberto Bramati)表示，新實驗有助于學界普遍了解量子物質如何通過相變來改變自身狀態。桑維托等人清楚地表明他們制造出一種超固體，但還需更多測量方可了解其屬性。

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

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地球生命起源于瀑布？

當水滴之間那不起眼的“微電”閃爍引發必要的化學反應，生命起源所必需的第一批分子可能就產生了。

我們對生命起源的認知一直存有很大空白，特別是關于“簡單氣體如何發生反應以生成由碳和氮鍵合而成的有機分子”的部分。

斯坦福大學化學家理查德·扎雷(Richard Zare)如此說道：“那些被我們認為存在于早期地球上的物質——甲烷、水、氨、氮氣等都沒有碳氮鍵?！?/p>

1952年，美國化學家斯坦利·米勒(Stanley Miller)和哈羅德·尤里(Harold Urey)通過實驗證明，電可以把水和類似的氣體分子轉化為生命所需的有機分子，而電的來源可能是閃電。

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，低到多數人從未相信這能成為40億年前地球生命出現的原因。

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、氨和氮氣混合物中，并使它形成具有碳氮鍵的有機分子。該項工作發表于3月的《科學進展》(Science Advances)雜志。

扎雷表示，此種技術之所以有效，是因為噴出水霧中的液滴會產生小電荷?！拜^小的液滴帶負電，較大的液滴帶正電?！?/p>

這要歸功于勒納德效應：當水處于噴霧般的狀態，例如瀑布或噴泉，其中的水滴會相互碰撞、分裂，產生電荷。

不過扎雷團隊利用高速攝像機發現，當帶相反電荷的液滴足夠接近時，它們之間會迸發微小電流。扎雷稱之為“微閃電”(microlightning)。

這很像靜電的產生方式，或者云層中閃電的形成和釋放。“當水滴彼此間的距離在納米級以內時，就會產生電場，而這個電場會導致擊穿。”

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電子并相互反應，生成具有碳氮鍵的有機分子，包括劇毒物質氫氰酸、結構最簡單氨基酸甘氨酸以及構成RNA的四種堿基之一尿嘧啶。

科羅拉多大學博爾德分?；瘜W家維羅妮卡·瓦伊達(Veronica Vaida)說道：“微閃電能引發以氮為起始的化學反應，這讓我很驚訝，當然，報告結果很有說服力。我們意識到，原來水在生命起源中發揮了一種很奇特的作用?！?/p>

扎雷認為，基于這些新發現，我們似乎有理由推測，海浪或瀑布的撞擊產生了微小“電火花”，雖然微小，卻足以帶來生命誕生所需的化學物質。

水霧無處不在，經常落到巖石上，有機化學物質就會于巖石縫隙里積聚。那些區域會變干，后又變濕。我們知道，此類干濕循環可使較短的分子結合，甚至聚合成較長的分子?！?/p>

印度學者庫馬爾·萬卡(Kumar Vanka)指出：“根據新的研究結果，微閃電可能在早期地球富含水的環境中很豐富，也可能驅動了生命起源前的化學反應，特別是在缺乏其他能源(如閃電或紫外線輻射)的地方。”

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當你長跑時，大腦會啟用備用的營養庫

《自然-代謝》(Nature Metabolism)3月發布了一項針對馬拉松運動員大腦的研究結果：當人類大腦缺乏能量時，它可能會開始“吃掉”自己的脂肪組織來獲取能量。

此發現似乎在提示我們一種全新形式的神經可塑性。這種神經可塑性或有助于人類大腦在長時間的劇烈耐力運動中保持正常運轉。

研究作者招募了10名馬拉松運動員(8名男性和2名女性)，并圍繞他們參加的42公里長跑比賽，于多個時間點作大腦磁共振成像(MRI)。這些時間點分別為賽前24~48小時、賽后24~48小時、兩周后以及兩個月后。MRI掃描顯示，運動員大腦白質內的髓鞘標記物發生了顯著變化。

髓鞘是一種在大腦神經纖維周圍形成的脂肪鞘，可助神經元更有效傳遞信息，但這種保護層并非如科學家曾認為的那樣，只是個簡單的靜態的絕緣體，一些新研究表明，神經元能重復利用髓鞘，并重塑其厚度以適應環境變化。

根據作者團隊說法，在賽后24~48小時，運動員大腦中與運動機能、協調性以及感覺和情感整合相關的區域出現了髓鞘大量流失的跡象；賽事結束兩周后，髓鞘標志物的水平開始反彈；兩個月后，髓鞘標志物重新穩定下來。

在馬拉松比賽的前后四個時間點，參賽者大腦白質區域髓鞘水分數(簡稱MWF，作為評估髓鞘水平的一個替代指標，如上圖中的白色部分所示)發生變化

研究作者表示，他們的發現“可能開啟了一個全新視角，即髓鞘是一種在常見大腦營養物質短缺時即時可用的能量儲存器”。髓鞘或許充當著一種代謝“安全網”，使暫時“饑餓”的大腦從受限區域獲取燃料，同時保持大部分白質完好無損。

他們認為這是一種前所未見的神經可塑性形式，并稱其為“代謝髓鞘可塑性”。值得一提的是，新發現與此前針對小鼠的觀察結果一致：當哺乳動物大腦內的葡萄糖緊缺時，髓鞘可用作脂肪儲備。

過去有些神經科學家相信，大腦會在很大程度上避免通過燃燒脂肪來獲取能量，即使面對營養物質匱乏的情況也如此，但這種假設現在看來并不完全正確了。

我們知道，髓鞘對于神經系統功能至關重要，包括多發性硬化癥在內多種神經系統疾病都與髓鞘大量損失有關。髓鞘的功能新發現或有助于人類更好認識這些疾病。

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化適應，是人類成功的關鍵。

或許，我們應當感謝髓鞘，它讓我們相對輕松地追捕大型獵物，同時盡可能保持認知警覺。

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