尋找暗物質新思路；越癢越撓，越撓越癢 | 一週科技速覽_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2020-06-21 21:04
目 錄
1. 尋找暗物質新思路
2. 天體生物學哥白尼原理：銀河系至少有36個智能文明
3. 最小的水滴只有五個水分子
4. 柳葉刀子刊發佈首個COVID-19無症狀傳播量化模型
5. 廉價藥地塞米松顯著降低新冠死亡率
6. 癢，不只是撓撓那麼簡單
7. 疫情隔離時：學生睡得好，上班族睡得差
物理與天文
1 尋找暗物質新思路
暗物質瀰漫在宇宙中，佔據宇宙物質的80%以上。目前我們尚未獲知暗物質的組成粒子，然而由於引力相互作用，暗物質不斷通過影響周邊普通物質的行為來彰顯其存在。暗物質的組成粒子是什麼？由弦理論出發，科學家們認為構成物質的基本粒子圖譜中存在隱藏區（hidden sector），其中包含尚未觀測到的假想粒子。加州理工學院的Kathryn Zurek教授在十幾年前首次提出隱藏區的概念，並探討暗物質由隱藏區粒子構成的可能性。
近日，由隱藏區粒子的基本性質出發，Zurek教授研究組概述了通過磁振子（magnons）來探測輕質量的暗物質粒子的方法，該研究發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）。磁振子是固體材料中的電子自旋（就像小磁體一樣）集體激發時產生的一種準粒子。在多種暗物質模型中，暗物質粒子可以與電子的自旋耦合。因此一旦有暗物質粒子與磁性晶體材料撞擊時，就可以激發出磁振子，從而被實驗室探測器探測到。目前這還是一個假想實驗，不過由於不需要很大的規模，這一實驗將很容易在地下的小型設備上施行。
除了磁振子，科學家們也提出通過光子和聲子（另一種由晶格振動產生的準粒子）來探測較輕的暗物質粒子。同時，諸如XENON的大規模實驗裝置也在試圖通過弱相互作用尋找可能的大質量的暗物質粒子（WIMP）。最近XENON第三代探測器，充滿3.2噸液態氙的XENON1T在搜索候選暗物質粒子——軸子時，發現了異常信號。可能原因除氚對裝置的污染信號外，研究團隊還提出了兩種解釋：太陽軸子或磁性更強的太陽中微子，儘管置信度均並未達到5σ，但仍引發了科學家的關注。
目前，由於對暗物質瞭解甚少，不同的實驗間可以相互補充和驗證彼此的結果。
[1] https://phys.org/news/2020-06-ideas-dark.html
[2] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.201801
[3]https://www.science.purdue.edu/xenon1t/wp-content/uploads/2020/06/xenon1tlowersearches.pdf
2 天體生物學哥白尼原理：銀河系至少有36個智能文明
人類是否是宇宙中唯一的智能生命體？在太陽系之外是否有智能生命存在？天文學家一直在努力尋找這些問題的答案。估計可能的地外文明的數量是極具挑戰性的，這是因為天文學家還不確定應使用哪些參數來確定生命的存在，而且是智能生命。
最近，著名天文學家、諾丁漢大學克里斯托弗·康塞利絲（Christopher Conselice）教授領導的團隊研究提出，在我們銀河系中，至少存在36個發展到了能夠發射無線電信號的外星文明。該研究基於假設這些文明的發展時間和地球生命類似，也在一顆岩石行星上經過了50億年發展，最終達到類似地球的文明狀態。但是，由於時間和距離的原因，我們可能永遠不會真正知道它們是否存在或曾經存在。
他們的方法基於德雷克方程，關鍵的區別在於對生命的形成方式做了簡單的假設。該方程最初由天文學家、搜索地外文明計劃（SETI）之父弗蘭克·德雷克（Frank Drake）於1961年提出，用於預測給定體積的宇宙中可以交流的文明數量。論文第一作者Tom Westby説：“估計智慧文明數量的經典方法是對與生命有關變量的值進行猜測，然而人們對這些問題的看法一般相差很大。我們的研究使用新數據簡化了這些假設，使我們對銀河系中的文明數量有了可靠的估計。”
團隊提出所謂“天體生物學哥白尼原理”，認為地球智能生命在宇宙中並不特殊，以建立對銀河系生命的強限制和弱限制。強極限是生命必須在45億年到55億年之間形成，就像地球一樣；而弱極限是40億年，但在那之後它可能隨時形成。這些計算考慮了恆星的形成和其金屬含量，以及在恆星宜居區域內能容納類地行星的可能性。
另一方面，團隊假設外星文明可以通過主動發出信號進行交流，並假定這些文明與地球的通訊技術相當。根據這些假設，在強極限情況下，團隊推測銀河系存在至少36個智慧文明，若他們均勻分佈在銀河系內，平均最近的相互距離將為17000光年。研究人員表示，問題的關鍵在於智慧文明的壽命，要活躍在星系內極長時間才能被發現。這一工作還為研究整個文明的週期提供了信息：如果科學家發現智能生命很普遍，則表明地球文明的存在時間將遠超千年；但若未發現其他活躍文明，那麼對我們未來的命運來説，可能不是個好信號。
[1]https://www.advancedsciencenews.com/astronomers-estimate-there-are-36-communicating-civilizations-in-our-galaxy/
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab8225
[3]https://www.cnn.com/2020/06/15/world/intelligent-civilizations-galaxy-scn-trnd/index.html
3 最小的水滴只有五個水分子
水是生命之源，也是人類文明得以發展和持續的最關鍵、最神奇的物質之一。雖然水分子看上去平凡無奇，但我們對水分子之間所形成的氫鍵網絡仍然不完全瞭解。對於只有幾個水分子形成的團簇來説，很難精確的控制團簇中水分子的數量，這為利用光譜學的方法研究其氫鍵網絡提出了巨大的挑戰。
為了解決這個問題，中國科學院大連化學物理研究所江凌研究員和楊學明院士團隊，以及清華大學李雋教授研究團隊，近日於《美國國家科學院院刊》發表了一項最新的研究成果。他們利用之前所開發的一種基於可調諧真空紫外自由電子激光器（VUV-FEL），成功的捕捉到了只有數個水分子組成的團簇的紅外光譜，發現水分子五聚體在3500-3600cm-1紅外波段存在獨特的OH拉伸振動，對應着三維氫鍵網絡。這一研究結果表明五個水分子就可以形成水滴的三維氫鍵網絡，而以往研究則認為水三聚體、四聚體和五聚體都是二維結構，水六聚體才具有非環狀的三維結構。因此，本研究表明最小的水滴是由五個水分子組成的，而不是之前人們認為的需要六個水分子。該研究對於理解凝聚態水的結構非常重要。
[1] https://phys.org/news/2020-06-scientists-three-dimensional-smaller-droplet.html
[2] https://www.pnas.org/content/early/2020/06/11/2000601117
生物醫學
4 柳葉刀子刊發佈首個COVID-19無症狀傳播量化模型
近期發表在《柳葉刀·傳染病》雜誌的一項研究，通過分析廣州349例新冠肺炎（COVID-19）病例及有接觸的1964名密切接觸者的數據發現：新型冠狀病毒比起SARS和MERS冠狀病毒，更易在共同居住的家人間傳播，而在朋友、同事、同車乘客等類型的密切接觸者間，傳染概率顯著較低。此外，新冠病毒感染者在出現症狀之前已具有傳染性，該階段的傳染能力不遜於發病後（甚至更高），會引發家庭成員和同居人羣的感染。其中，60歲及以上的老人最易受影響。
在我國開啓針對疫情的隔離後，仍有新發病例陸續發生，這些病例中不少與家庭傳播相關。這項研究所揭示的無症狀期間的傳染性，為這些病例的發生提供了一種解釋。無症狀傳播者作為傳染源，在家庭生活中，通過飛沫傳播，生活器具、傢俱、衣物等的接觸傳播，導致了同居生活者和家庭成員的感染。
這項研究建立了模型，首次對COVID-19無症狀傳播進行了量化評估。同時，本研究也提供了相應的干預思路：通過及時全面追蹤和隔離密切接觸者，打破家庭內部的傳播鏈，有助於減少COVID-19的發病。儘管作者在文章中聲明，該模型中包含了一系列假定的數據，包括新冠肺炎潛伏期的長短、有症狀感染者傳染性的持續時間等。這些數據目前尚無定論，因而採用了預估值進行分析，有可能影響到分析結果的準確性。但該模型所揭示的發現，對於阻斷COVID-19的傳播具有重要意義。
[1] https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(20)30471-0/fulltext
5 廉價藥地塞米松顯著降低新冠死亡率
地塞米松（Dexamethasone, DXMS）是一種應用廣泛的類固醇激素藥物，臨牀常用於治療風濕性疾病、過敏、哮喘等等。
2003年SARS流行期間，由於缺乏特效藥物，皮質類固醇激素曾被試用於緩解患者的症狀。2020年初COVID-19在我國暴發期間，《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》中建議謹慎使用糖皮質激素作為對重症、危重症病人的輔助療法，但尚無嚴謹科學證據證明激素療法可以為患者帶來生存優勢。
2020年3月至今，牛津大學領頭的一個研究組在全英國175家醫院開展了一項隨機化臨牀試驗，期間共2104名COVID-19患者接受了6mg/天的地塞米松治療，4321名患者作為對照組只接受常規護理。6月16日，牛津大學發佈了該項臨牀試驗的初步結果，證據顯示，在使用呼吸機的患者中，地塞米松的使用將其死亡率從40%降低至28%；在吸氧的患者中，這一數字從25%降至20%；對於不需要呼吸輔助的患者，地塞米松沒有表現出明顯的治療效果。這一臨牀試驗的數據量龐大並且有充足對照，為爭議已久的地塞米松療法提供了有力的證據支持。
考慮到地塞米松低價且易得，如果這種藥物能在全球廣泛驗證有效並得到應用，將成為COVID-19重症治療的一個重大突破。
[1] https://www.theguardian.com/world/commentisfree/2020/jun/17/dexamethasone-may-be-part-of-the-covid-19-puzzle-but-its-no-magic-bullet
[2]Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Dexamethasone
[3]《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202002/05/5474791/files/de44557832ad4be1929091dcbcfca891.pdf
[4] https://www.recoverytrial.net/news/low-cost-dexamethasone-reduces-death-by-up-to-one-third-in-hospitalised-patients-with-severe-respiratory-complications-of-covid-19
[5] https://clinicaltrials.gov/ct2/show/study/NCT04381936
6 癢，不只是撓撓那麼簡單
人人都會撓癢癢。癢覺是一種重要的保護機制，但是慢性瘙癢也是重要的臨牀問題，因過度抓撓，造成皮膚和深層組織的損傷，嚴重影響生活質量。然而與疼痛等其他感覺相比，我們對於癢覺信息處理機制還知之甚少，慢性瘙癢的有效療法目前還非常缺乏。近日，中國科學院神經科學研究所的科學家在《自然通訊》雜誌發表綜述文章，總結了在脊髓和腦水平上的癢覺神經迴路機制的研究進展。
研究表明，癢信號通過周圍感覺神經傳遞到脊髓，根據不同的周圍輸入，又可分為機械性癢（觸覺刺激）和化學性癢（各種致癢源誘發），作者分別敍述了兩種機制的脊髓迴路。癢信號由局部中間神經元處理後到達脊髓投射神經元，後者是各種體感信息到達腦部的關鍵中繼站，可以將癢信號通過上升通路發送至腦部，隨後多個腦區和迴路中發生進一步的癢覺處理。
除了以上兩種自發的瘙癢，作者還闡述了傳染性瘙癢的腦機制——只是觀察別人撓癢癢，甚至談論就會觸發自己的癢覺，此時包括大腦感覺皮層等多個區域被激活，但為什麼癢會傳染還不得而知。另外，抓癢與人情緒也有關聯，為什麼撓癢癢會感覺愉快？中腦腹側被蓋區（VTA）的GABA神經元可能是越癢越撓，越撓越癢的元兇。
作者在論文中表示，儘管在過去的十年中，科學家已經闡明瞭癢信號處理的多個神經迴路，但許多關鍵問題仍有待解決。例如，癢覺的編碼機制存在爭議，癢覺與疼痛等其他體感的區別到底在哪裏？再如，科學家對機械性和化學性瘙癢的神經調節差異的認識還很不完整，等等。作者認為，開發新的範式將對解決這些問題至關重要。
癢，真不只是撓撓那麼簡單。
[1] http://www.cas.cn/kx/kpwz/201901/t20190122_4677750.shtml
[2] https://www.nature.com/articles/s41467-020-16859-5
社會科學
7 疫情隔離時：學生睡得好，上班族睡得差
近期在《當代生物學》同時發表的兩項調查研究表明：疫情隔離期間，人們的睡眠時長和入睡時段趨於穩定，週末和工作日不再有“時差”。但其中一項研究同時發現，被調查者所報道的睡眠質量下降了。
其中一項研究針對的是奧地利、德國和瑞士隔離措施最嚴格的時段（3月中旬到4月末）。435位被調查者中85%在家上班，他們的入睡時間變得更加規律，每夜的平均睡眠時長也增加了15分鐘。來自瑞士巴塞爾大學的研究者表示，他們本以為人們的睡眠質量會因此得到改善，但結果並非如此。他們推測：疫情之下巨大的的精神壓力（如對家庭經濟或健康方面的憂慮，以及帶娃引起的壓力），可能抵消了更健康的睡眠習慣帶來的積極影響。
美國科羅拉多大學博德分校開展的另一項調查，看到了類似的變化：隔離期間，139名大學生在工作日的睡眠時間，每天平均增加了30分鐘入睡時間也變得更穩定。而且疫情之前最“缺覺”的學生，隔離時睡眠增加最多。每天睡眠7小時以上的學生比例達到了92%。
作者表示，他們的研究表明大學生的睡眠習慣是可以改變的。此外，睡眠專家們也提出了緩解睡眠質量退化的一種方案：“我們的發現表明，户外運動能夠（一定程度上）抵抗睡眠質量的下降。”
[1] http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.021
[2] http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.022
撰文 | 姜小滿、劉航、太閣爾、葉譯楚、Tendo、韓若冰、Azul
編輯 | 劉辛味、韓若冰、Azul