整理 | 周舒義、平生

目錄

• 物理學家構建迄今最大疊加態(tài)
• 首次觀察到牛會靈活使用工具
• 積極心態(tài)能增強你的免疫力
• 癌癥或能預防阿爾茨海默病
• 女孩青春期為什么越來越早？
• 早期脊椎動物有四只眼睛

物理學家構建迄今最大疊加態(tài)

薛定諤的貓又“胖”了一點。1月21日發(fā)表于Nature的一項研究構建了迄今最大的疊加態(tài)，刷新了“展現(xiàn)物質波干涉物體”的尺寸紀錄。

量子力學預言：即便是靜質量不為0的單個粒子，也可以表現(xiàn)為一種在空間中沒有確定位置的“波”。這類物質波能鋪展成同時位于多個位置的疊加態(tài)，類似于把石頭扔進湖里后，漣漪在水面上擴散。上述“波粒二象性”的一個推論是：有質量的粒子也能像光波相互疊加一樣形成干涉圖樣。過去，人們常在電子、中子、原子等微觀粒子上觀察到這種物質波干涉；但它是否也能發(fā)生在宏觀物體上，仍是一個持續(xù)爭論的話題。

在新研究中，來自奧地利維也納大學的Pedalino 等人把物質波干涉推廣到了一類更重的對象：金屬納米顆粒。他們讓低溫鈉納米簇穿過由激光束形成的一系列駐波。駐波在這里充當“光柵”，用于產生并探測納米顆粒物質波的干涉。為保護納米顆粒免受環(huán)境擾動，作者搭建了隔振系統(tǒng)，以防周圍振動影響實驗；同時還精細調整了裝置的取向，以抑制重力帶來的影響。

實驗概覽

實驗使用的每個鈉納米顆粒包含 7000 多個原子，質量約 170000 Da（≈ 2.82 × 10^（?22） kg），遠比單個原子復雜，也更接近宏觀體系。因此這項研究表明：標準量子力學在一個相當大的尺度上仍然成立。

“宏觀物體也可能呈現(xiàn)波粒二象性”這一想法，與人們的日常直覺相沖突：我們習慣于大物體有明確的位置。然而，標準量子理論并未對其描述對象的尺寸設置上限。因此從基本原理上講，并沒有一條規(guī)則阻止一只貓?zhí)幱凇霸谶@里”與“在那里”的疊加態(tài)——或像薛定諤著名思想實驗所設想的那樣，同時“活著和死去”。

薛定諤提出該思想實驗，本意是要說明，把量子疊加直接應用到宏觀物體上會顯得荒謬。為了避免這類反直覺行為，一些物理學家提出對量子力學定律作出修改，比如“坍縮模型”認為超過某個臨界點后，即使在孤立狀態(tài)下，系統(tǒng)也必然會退化為經典態(tài)，從而在微觀與宏觀之間劃出一條明確分界線。

另一些物理學家則認為無需修改量子力學：由于物體與環(huán)境之間存在不可控的復雜相互作用，物質波干涉會被抑制而無法顯現(xiàn)。沿著這種思路，波粒二象性原則上可以適用于任意大質量的物體；只是隨著物體質量增長，現(xiàn)實中退相干極強，使“貓態(tài)”幾乎不可觀測。

要用實驗驗證上述分歧，關鍵受限于我們能把體系與環(huán)境的相互作用壓到多低。物理學家們正不斷努力，把可觀測到物質波干涉的質量上限推高。

研究人員指出，利用機械振子也能在比傳統(tǒng)量子效應更大的尺度上檢驗量子力學——例如，有研究報告了涉及質量達 1019 Da 的對象的疊加態(tài)。但該疊加態(tài)在空間上的尺度只有 2×10-18 米，比質子或中子的尺度還小得多。相比之下，新研究實現(xiàn)的疊加態(tài)位置彼此間隔 133 納米，遠大于納米顆粒約 8 納米的粒徑。那么，質量更重與空間尺度更大，究竟哪一種更能代表“宏觀系統(tǒng)”的量子疊加？

一種做法是引入“宏觀性（macroscopicity）指標”。它用來量化某個實驗能夠在多強程度上排除一類“只對標準量子力學做最小改動”的坍縮模型。按照這一指標，Pedalino 及其同事的實驗是迄今報道過的最“宏觀”的量子體系（μ≈15.5），比先前紀錄高出十倍以上。

相關論文：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09917-9

首次觀察到牛會靈活使用工具

1982年，漫畫家Gary Larson在其著名的《遠方》系列中，發(fā)表了一幅名為《奶牛工具》的漫畫。這幅漫畫笑點比較奇怪，是“嘲笑”奶牛不夠聰明，不會制作或使用工具。

如今，這一假設正受到一頭名叫Veronika的奶牛的挑戰(zhàn)。1月20日發(fā)表在Current Biology上的一項新研究，首次描述了寵物奶牛使用工具的案例，表明牛的認知能力被低估了。

“這些發(fā)現(xiàn)凸顯了，關于家畜智力的假設可能反映的是觀察不足，而非真正的認知局限。”維也納獸醫(yī)大學認知生物學家Alice Auersperg表示。

Veronika是一頭長壽的瑞士褐牛，被有機農場主兼面包師Witgar Wiegele當作寵物飼養(yǎng)。Wiegele非常喜愛動物，視她為家庭成員。十多年前，Wiegele就注意到Veronika偶爾會撿起樹枝給自己撓癢癢。

這一行為首次引起科學界的關注，是因為相關視頻被錄制下來并分享給了Auersperg。“當我看到這段錄像時，立刻就明白這不是偶然行為，這是一個有意義的工具使用案例，發(fā)生在一個很少從認知角度被考慮的物種身上?！彼貞浀?。

Auersperg和維也納獸醫(yī)大學博士后研究員Antonio Osuna-Mascaró與Veronika見面，并對其進行了系統(tǒng)性的行為測試。在一系列對照試驗中，研究人員將一個毛刷隨機放置在地上，并記錄Veronika選擇了哪一端，以及瞄準了哪個身體部位。在反復多次試驗中，他們發(fā)現(xiàn)它的選擇具有一致性，且與所針對的身體部位在功能上相匹配。

“我們證明了一頭牛能夠進行真正意義上的靈活工具使用，Veronika不只是用物體給自己撓癢，它會用同一工具的不同部位達到不同目的，并根據(jù)工具的功能和身體部位采用不同的方法?！監(jiān)suna-Mascaró說。

研究發(fā)現(xiàn)，Veronika在撓背部等寬闊堅硬的部位時，通常更喜歡使用刷子的毛刷端。然而，當針對身體下部柔軟敏感的區(qū)域時，它會改用光滑的棍棒端。此外，它還會調整持握工具的方式。研究人員表示，Veronika撓上半身時動作幅度大、用力強，而撓下半身時則更緩慢、更謹慎且高度受控。

工具使用的定義是：利用外部物體來延伸或改變自身的能力，從而更有效地完成一個特定目標的過程。研究人員發(fā)現(xiàn)，Veronika的行為符合這一定義，而且更進了一步——靈活的多用途工具使用，即利用同一物體的不同特征來實現(xiàn)不同的功能結果。這種靈活的工具使用行為極為罕見，除人類之外，此前僅有黑猩猩被確鑿地記錄到具備這種行為。

“由于它是在自己的身體上使用工具，這代表了一種以自我為中心的工具使用形式，通常被認為比針對外部物體的工具使用更復雜?！監(jiān)suna-Mascaró說，“同時，它面臨明顯的身體限制，因為它必須用嘴來操縱工具。令人驚嘆的是，它如何彌補這些局限，預判自己行為的結果，并相應地調整抓握方式和動作?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)代表了牛類中首例有記錄的工具使用案例，也是該物種靈活的多用途工具使用的首個證據(jù)。它們還擴展了具備此類靈活工具使用能力的動物在分類學上的范圍。

研究人員指出，Veronika的生活境遇可能在這一行為的出現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。大多數(shù)奶?；畈坏剿哪昙o，也沒有生活在開放且復雜的環(huán)境中，很少有機會與各種可操縱的物體互動。長壽、與人類的日常接觸以及豐富的物理環(huán)境，可能為Veronika的探索性和創(chuàng)新性行為創(chuàng)造了有利條件。

“Veronika沒有像漫畫中的奶牛那樣制作工具，但它以顯著的靈活性選擇、調整并使用工具。或許真正荒謬的不是想象一頭奶牛會使用工具，而是認定‘這不可能’的人類偏見?！毖芯咳藛T寫道。

相關論文：http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2025.11.059

積極心態(tài)能增強你的免疫力

1 月 19 日發(fā)表于Nature Medicine的一項隨機對照試驗首次提供了直接的人體證據(jù)，證明安慰劑效應可以影響體液免疫——積極預期能夠激活大腦的獎賞系統(tǒng)，從而增強人體的免疫防御能力。

Credit：Tel Aviv University

共有85名健康志愿者參加實驗。其中一部分參與者接受了特殊的大腦訓練，基于功能磁共振成像（fMRI）神經反饋，幫助個體通過強化學習的方式，學習調節(jié)特定腦區(qū)的活動。訓練的目標是增強大腦獎賞系統(tǒng)關鍵區(qū)域的活動，尤其是腹側被蓋區(qū)（Ventral Tegmental Area, VTA）——該區(qū)域參與“期待積極結果”與“獲得獎賞的動機”等心理活動，與多巴胺釋放密切相關。訓練期間，受試者被要求運用不同的心理策略（例如想法、情緒、記憶等）來調節(jié)自身腦活動，并通過實時呈現(xiàn)的反饋來判斷哪種策略更有助于調節(jié)目標腦區(qū)。

在完成訓練后，所有參與者立即接種乙肝疫苗。研究團隊隨后通過一系列血液檢測追蹤免疫應答，測量接種后產生的特異性抗體水平。

結果顯示，那些成功顯著增強 VTA（獎賞系統(tǒng)關鍵區(qū)域）活動的受試者，在接種疫苗后抗體水平的升幅也更大。這種關聯(lián)具有明確的特異性：效應僅限于VTA，用于對照的其他腦區(qū)（如海馬體）未見類似關聯(lián)。在更偏向“愉悅”“滿足”等體驗的其他獎賞系統(tǒng)區(qū)域也未觀察到該效應。換言之，該效應在解剖定位與心理狀態(tài)層面都表現(xiàn)出特異性。

此外，對參與者在訓練期間使用的心理策略進行深入分析發(fā)現(xiàn)，若參與者更聚焦于積極的期待——例如興奮感、對良好結果的信念、對“即將發(fā)生的積極事件”的期待（如喜歡的食物、期待已久的會面），其 VTA 活動更能長期維持較高水平，而這也與更好的免疫應答相關。

研究團隊強調，這是一種可測量的神經生物學機制，與醫(yī)學中廣為人知的“安慰劑效應”有關。“我們發(fā)現(xiàn)，心理狀態(tài)具有明確的腦活動特征，而這種特征能夠影響免疫等生理系統(tǒng)?！?/p>

“大腦不僅僅對健康狀態(tài)作出反應，它也是影響身體健康的主動參與者。能夠有意識地激活與積極期待相關的大腦機制，為研究與未來治療開辟了新路徑——作為現(xiàn)有醫(yī)學的補充，而非替代。未來或許可以開發(fā)簡單、非侵入性的工具，利用大腦影響身體的固有能力，以幫助增強免疫反應、提升治療效果。然而必須強調：獎賞系統(tǒng)的激活及其對免疫應答的影響因人而異。這種方法不能取代現(xiàn)有醫(yī)療，但可能成為一種輔助手段。”

相關論文：http://dx.doi.org/10.1038/s41591-025-04140-5

癌癥或能預防阿爾茨海默病

醫(yī)學史上有個令人困惑的現(xiàn)象：癌癥患者罹患阿爾茨海默?。ˋD）的風險顯著降低。長期以來，這一“反常”的流行病學現(xiàn)象讓科學家們百思不得其解——兩種看似完全不相關的疾病，為何會出現(xiàn)如此奇特的負相關關系？癌癥這個"壞角色"，為什么反而會對大腦產生保護作用？

Cell在1月22日發(fā)表的一項研究揭開了這一謎題的冰山一角。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞分泌的半胱氨酸蛋白酶抑制劑C（Cyst-C）具有清除淀粉樣蛋白斑塊（阿爾茨海默病的毒性物質）的神奇功效。其作用類似“清道夫”，成為破解癌癥與AD關聯(lián)之謎的關鍵。

阿爾茨海默病患者的大腦中，神經元間散布著淀粉樣斑塊（淺粉色，藝術示意圖）。| Credit: Artur Plawgo/Science Photo Library

研究團隊從7種不同外周腫瘤患者血漿中分離出33種癌細胞分泌蛋白，并構建系列基因敲除的阿爾茨海默癥小鼠模型進行驗證。結果發(fā)現(xiàn)，人源型腫瘤細胞所分泌的一種名為Cyst-C的蛋白質是這一保護效應的關鍵執(zhí)行者。它充當“分子膠水”，可直接與小膠質細胞上的TREM2受體相結合并使其激活，在TREM2與淀粉樣蛋白斑塊之間起到橋接作用，從而觸發(fā)小膠質細胞對淀粉樣蛋白斑塊的吞噬清除，達成治療AD的效果。

TREM2作為小膠質細胞表面的關鍵受體，是近年來AD研究領域的"明星靶點"。TREM2變異已被確認為AD的風險因素，其能夠對小膠質細胞的趨化性、代謝穩(wěn)態(tài)以及吞噬功能進行調控。此前TREM2的激活配體尚不明確，本研究借助結構相互作用分析，首次明確Cyst-C為其功能性激動劑，為基于TREM2的藥物開發(fā)提供了理論基礎。

這條依賴TREM2的清除通路，確立了一種有別于現(xiàn)有降低淀粉樣蛋白產生策略的全新AD治療模式。傳統(tǒng)治療策略主要聚焦于“抑制淀粉樣蛋白多肽的形成”，就像試圖關閉“垃圾工廠”。而本研究開創(chuàng)的新策略是“促進已形成淀粉樣蛋白的清除”，相當于增強“垃圾清運”能力。研究人員表示，這一范式轉變?yōu)橐汛嬖诖罅康矸蹣拥鞍装邏K的患者提供了治療希望，也為神經退行性疾病的治療提供了新的思路。

相關論文：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.020

女孩青春期為什么越來越早？

全球女孩進入青春期的年齡正越來越早。數(shù)據(jù)顯示，19 世紀 40 年代，初潮平均年齡約為 16～17 歲；如今約為 12 歲。美國女孩乳房發(fā)育開始的平均年齡，從 20 世紀 60 年代的 11 歲，下降到90 年代的 9～10 歲。一些研究表明，這一趨勢在新冠疫情期間似乎出現(xiàn)了“難以解釋的加速”。也有數(shù)據(jù)提示男孩青春期可能同樣提前，但變化似乎不如女孩明顯。

女孩初潮的平均年齡，過去 150 多年里在多個國家明顯提前。| Source: K. S?rensen et al. Horm. Res. Paediatr.77, 137–145 (2012).

科學家提出了多種可能的驅動因素，在少數(shù)較為可信的假說中，肥胖流行居于首位。脂肪細胞會產生瘦素（leptin），與大腦中控制發(fā)育與生殖的神經回路相互作用。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球兒童與青少年肥胖率已從 1990 年的約 2% 上升至 2022 年的約 8%。2022 年一項涵蓋近 13 萬名美國兒童的研究發(fā)現(xiàn)，肥胖與青春期提前存在明確相關性。

另一些研究者懷疑，環(huán)境中某些化學物質也可能干擾內分泌，導致青春期提前。他們尤其關注塑料相關化合物（如鄰苯二甲酸酯）、被稱為“永久化學品”的 PFAS，以及合成香料等——這些物質在 20 世紀得到廣泛應用，可能通過模擬激素或干擾其正常作用來擾亂人體的激素調控。然而研究結果并不一致，要證明與任何單一物質的因果關聯(lián)極為困難。

第三個可能因素是心理壓力。一些研究表明，經歷家庭暴力、虐待、貧困與歧視等壓力源的女孩，可能會更早進入青春期。2022 年一項縱向研究發(fā)現(xiàn)，早期生活中的軀體或情感虐待與美國女孩更早初潮有關。

不過，壓力并不一定能解釋人群層面的整體提前趨勢——目前并沒有一種兒童期壓力源的增加曲線，能與青春期年齡的持續(xù)下降趨勢高度匹配。但壓力可能與超重相互作用。哥倫比亞大學流行病學家 Lauren Houghton 表示，高壓力水平、應激激素升高且 BMI 較高的女孩，乳房發(fā)育平均會比低壓力且 BMI 較低者提早約 7 個月。

這也可能解釋為何在新冠疫情期間，更多女孩較疫情前更早進入青春期。2020 年疫情開始后不久，意大利兒科醫(yī)生就注意到，性早熟的轉診病例數(shù)量激增。他們后來報告稱，2020 年轉診病例中有 41% 符合性早熟診斷標準，而 2019 年為 26%。其他國家的研究也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。

造成這一現(xiàn)象的原因很難分辨。學校關閉后，許多國家的兒童屏幕時間增加、運動減少，體重上升。但加州舊金山凱撒醫(yī)療集團兒科內分泌科醫(yī)生 Louise Greenspan 更傾向于認為，疫情帶來的壓力影響了青春期：“我們說的是一種慢性、低度的壓力。我認為它確實影響了我們的孩子?！泵绹趴舜髮W的臨床工作者 Marcia Herman-Giddens 表示，并不期待很快出現(xiàn)一個“單一清晰解釋”。她說：“永遠不可能把所有促成青春期啟動的因素完全剝離出來?！?/p>

越來越多文獻提示，青春期過早與青少年期及成年后的某些慢性疾病風險升高相關。例如流行病學研究顯示，更早初潮與成人 2 型糖尿病風險升高具有強相關，但因果關系并不清楚。研究還提示，更早進入青春期的女孩更易出現(xiàn)多類心理健康與行為問題，包括抑郁、焦慮、進食障礙與藥物濫用。這可能與生殖激素過早作用于大腦情緒與認知相關中樞有關。

但越來越多研究認為，風險增加更多源于“身體變化帶來的社會反應”。密歇根大學安娜堡分校研究青春期發(fā)育的心理學家 Rona Carter 指出，人們對更高挑且出現(xiàn)乳房發(fā)育等青春期體征的女孩會以不同方式回應與互動。女孩可能感到壓力，被迫表現(xiàn)得更成熟、更獨立，從而錯失童年本應獲得的關愛和照護。

Carter 認為，如果能讓孩子們更早、更充分地為青春期和可能遭遇的社會反應做好準備，或許就能起到一種保護作用。“圍繞青春期存在著大量的預期性焦慮——女孩們不知道將會發(fā)生什么，而父母則對談論這個話題感到尷尬?！彼f。

青春期提前也促使內分泌科醫(yī)生討論：何為性早熟、何時應治療。研究者尚不確定青春期是否會繼續(xù)提前，以及是否存在某個“生物學下限”。目前全球臨床上通常認為，女孩 8～13 歲進入青春期屬于正常范圍。

相關來源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-00089-8

早期脊椎動物有四只眼睛

1月21日發(fā)表于Nature的一項研究首次證實已知最古老的（約5.18億年）脊椎動物昆明魚類（myllokunmingids）具有四個相機型眼，為理解早期脊椎動物視覺系統(tǒng)的演化與寒武紀大爆發(fā)時期動物門類之間激烈的“軍備競賽”提供了新的視角。

在現(xiàn)生脊椎動物中，視覺主要來源于頭部兩側一對精密的相機型眼。此外，部分非哺乳類脊椎動物（如魚類、兩棲類、爬行類）的松果體復合體也具有簡單的感光功能，主要承擔分泌褪黑素、調整晝夜節(jié)律的功能，常被稱為“第三只眼”?，F(xiàn)有的胚胎學證據(jù)表明，側眼與松果體復合體均發(fā)育自相同的胚胎組織（間腦的外翻），預示二者可能具有相同起源。近百年來，脊椎動物視覺系統(tǒng)與松果體復合體之間的轉化一直存在爭議，是演化生物學領域懸而未決的重要科學問題。

研究人員對澄江生物群中兩種昆明魚類（目前已知最早的脊椎動物）化石——海口魚（Haikouichthys ercaicunensis）和昆明魚類未定種（Myllokunmingid sp.）的新標本展開了多技術手段分析。

具有四個相機型眼的昆明魚類復原圖 | 供圖：云南大學徐星院士團隊與叢培允團隊

基于形態(tài)學與化石分子信號的多層次證據(jù)，研究團隊提出昆明魚類側眼之間的黑色結構為松果體眼，保存了富含黑素體視網膜和晶狀體，因此可能是具有成像功能的相機型眼。團隊還進一步分析了寒武紀中期布爾吉斯頁巖生物群中的另一種脊椎動物Metaspriggina化石，發(fā)現(xiàn)其也具有一對側眼及一對較小的松果體眼。本研究的結果表明，在5.18億年前的脊椎動物始祖階段，松果體復合體是一對可成像的相機型眼；而在后續(xù)演化中，尤其在向有頜類脊椎動物演化的過程中，這對眼睛的視覺功能逐漸退化，轉變?yōu)檎{節(jié)晝夜節(jié)律的神經內分泌系統(tǒng)，即現(xiàn)代脊椎動物中的松果體。

研究者認為，寒武紀大爆發(fā)以快速的環(huán)境變化和的大量形態(tài)創(chuàng)新為特征，其中捕食關系的出現(xiàn)是推動動物感官系統(tǒng)進化的重要生態(tài)驅動力。與同時代的大型捕食者（如體形超過1米的奇蝦動物等）相比，早期脊椎動物昆明魚類無論從體型還是防御手段都過于弱小。在寒武紀的“黑暗森林”中，早期脊椎動物復雜的視覺系統(tǒng)（四只相機型眼）可能有利于應對捕食壓力。

相關論文：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09966-0

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