环球科学：首次观测到自然发生的磁单极子；多个气候临...

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　　· 物理学 ·

　　首次观测到自然磁体中的磁单极子准粒子

　　根据麦克斯韦方程，磁性粒子只能以偶极子的形式成对出现，不存在只有“南”极或“北”极的磁单极子。但曾有理论物理学家预测了带有孤立“磁荷”的基本粒子存在，后来人们在实验室中首次观测到具有磁单极子性质的准粒子出现，不过科学家一直未能在天然材料中发现它。近日，剑桥大学的研究人员在赤铁矿（主要成分与铁锈相同）中发现了磁单极子，这是科学家首次在天然磁体中观测到磁单极子，相关研究发表于《自然·材料》（Nature Materials）。

　　磁性材料的拓扑相中表现出有序的自旋结构，这有助于科学家研究其特性，反铁磁体消失的净磁矩导致很难去研究它的自旋拓扑结构，在这项研究中，借助金刚石量子传感技术，科学家观察到了反铁磁材料赤铁矿表面的螺旋拓扑纹理和微弱的磁信号，揭示了此前无法在反铁磁材料中观测到的多种磁荷排列模式，包括单极子、偶极子和四极子。其中的单极子是通过多体相互作用产生，它们是许多自旋的集合状态，围绕着奇点而非某个粒子旋转。这项研究提供了一种探索磁单极子物理机制的方法，展现了金刚石量子传感技术在探索量子材料方面的潜力。研究人员表示，如果能以某种方式操控这些磁单极子，或许有助于开发超高速、高能效的计算机内存逻辑。（University of Cambridge）

　　· 气候变化 ·

　　多个气候临界点可能在2030年代被打破

　　气候临界点（图片来源：Global Tipping Points Report）

　　据《自然》新闻（Nature News）报道，当地时间12月6日，《全球临界点报告》（Global Tipping Points Report，下称《报告》）在《联合国气候变化框架公约》第28届缔约方会议（COP28）上发布。《报告》指出，我们正面临5大气候临界点被打破的风险，包括：格陵兰冰盖消失、南极西部冰盖消失、热带珊瑚礁灭绝、北极大面积多年冻土突然解冻以及北大西洋副极地涡旋洋流减缓。据《新科学家》（New Scientist）报道，研究人员表示，部分临界点可能在10年内被打破。

　　《报告》由来自26个国家的200多名研究人员共同编写，汇集了目前所有已发表和待发表的关于气候临界点的研究。《报告》指出，如果世界气温比工业化前高出1.5°C，我们还可能在2030年代打破另外3个气候临界点，包括红树林、海草草甸和北方森林的死亡。同时，一些临界点的打破可能使地球进一步升温或改变天气模式，进而触发其他临界点。《报告》也指出了目前正向积极方向转变的临界点，例如，随着风能和太阳能发电成本的下降，已经有越来越多的投资从化石燃料转向了清洁能源。（Nature News, New Scientist, Global Tipping Points Report）

　　· 月球探测 ·

　　月船三号推进模块已返回地球轨道

　　月船-3号推进模块返回地球轨道的路线（图片来源：ISRO）

　　据Space News报道，印度航天局ISRO近日宣布，将印度月船-3号（Chandrayaan-3）着陆器送到月球的推进模块已经返回地球轨道。

　　此前，该模块的主要任务是将月船-3号着陆器送至近月轨道。在着陆器于8月23日成功着陆月球后，推进模块仍停留在月球轨道上，通过“宜居行星地球光谱偏振测量仪”（Spectro-polarimetry of Habitable Planet Earth，SHAPE）观测地球。随后，在确认了发射精度以及推进模块还剩下超过100千克的推进燃料后，ISRO决定尝试让推进模块返回地球。自10月份以来，经过一系列机动，推进模块已经从近月轨道返回，目前正位于远地轨道。ISRO表示，重返地球轨道使“SHAPE”能在更靠近地球的地方继续观测，为未来的月球任务获取更多信息。同时，此次尝试也是为印度未来月球样本返回任务做出的技术展示。（Space News，ISRO）

　　· 生命科学 ·

　　模拟多巴胺回路的类脑器官

　　腹侧中脑中的多巴胺能神经元（红色）及其传递给纹状体和皮层的信号（绿色）（图片来源：Daniel Reumann/IMBA）

　　多巴胺介导着大脑中的奖赏回路，当受到正向刺激时，神经元会释放多巴胺，使人产生愉悦感。同时，多巴胺能神经元也在精细运动调控中起重要作用，其失调或与帕金森症等疾病有关。近日，在一项《自然·方法》（Nature Methods）上的研究中，科学家利用类脑器官模型，模拟并深入研究了多巴胺能回路的神经元连接及功能。

　　科学家分别培育出含有多巴胺能神经元的腹侧中脑、纹状体和皮层的类器官模型，再将它们培养在一起，生长为整体。观察发现，中脑类器官的多巴胺能神经元会向另二者传递刺激，并与其中的神经元形成突触，与人脑中相似。当中脑受到刺激时，纹状体和皮层会作出反应，证明成功形成了连接回路。接下来，科学家将类器官暴露于抑制多巴胺再摄取的可卡因中，发现80天后，多巴胺能回路的功能、形态和转录发生变化，即使戒断一段时间，这些变化仍长期存在。另外，他们还将多巴胺能前体细胞注射到类器官中，证明其能分化为成熟神经元，并向别处传递刺激。这项研究或能为研究成瘾机制、开发帕金森症疗法等提供一个有效的模型。（INSTITUTE OF MOLECULAR BIOTECHNOLOGY OF THE AUSTRIAN ACADEMY OF SCIENCES）

　　· 生命科学 ·

　　锰抗氧化剂的耐辐射性或支持了早期地球生命

　　最早的细胞被称为原始细胞，它们被认为可能出现在早期地球的极端条件下，而已知当时的辐射远高于当前水平。然而，尚不清楚这些原始细胞如何不被辐射破坏。而最近，《自然·通讯》（Nature Communications）发表的一项模型研究显示，原始地球上可能存在过含抗γ辐射的锰抗氧化剂的细胞样结构，让生命得以演化。

　　研究者提出了一个由两大类凝聚体（模拟原始细胞的液滴）组成的耐辐射原始细胞模型：聚磷酸盐-锰凝聚体和聚磷酸盐-肽凝聚体。他们将其暴露在原始地球上可能存在的高水平γ辐射下，发现聚磷酸盐-锰凝聚体完好无损，能保护募集的蛋白，而聚磷酸盐-肽凝聚体则被破坏。作者认为，耐辐射性来自锰抗氧化剂清除活性氧的能力。随后，研究者在一个细胞样结构中用聚磷酸盐-肽和DNA凝聚体组装了一个聚磷酸盐-锰凝聚体。他们发现，聚磷酸盐-锰细胞质（充斥在细胞模型内部的液体）能保护肽和DNA不被辐射破坏。该结果或提出了一种早期细胞和细胞内生物分子的防辐射机制，作者认为，这种机制可能帮助原始细胞演化成了现今的细胞。

　　撰写：马一瑗、冬鸢、黄雨佳