环球科学：发现鸽子感知磁场的新机制；嫦娥六号月壤黏...

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　　· 动物学 ·

　　鸽子导航不迷路的秘密：它们的内耳电流或充当指南针

　　尽管大量行为学证据表明，许多动物都能感知地磁场，其中一种磁感应机制已有较为充实的证据：视网膜内一种名为隐花色素的光敏蛋白具有量子自旋态，能对磁场做出反应，从而揭示磁场的方向。另一种机制认为，动物体内可能含有微小的磁铁矿晶体，其旋转方式可能刺激细胞受体，传递神经信号，但这些晶体的存在始终有争议。近年来，研究人员在鸽子（Columba livia）大脑中检测到来自内耳神经元、编码了磁场信息的信号，但在内耳寻找磁铁矿晶体却一无所获。据《科学》新闻（Science news）消息，一项最新发表于《科学》的研究表明，鸽子可能是通过内耳中的电流感知磁场。

　　1882年，动物学家卡米尔·维吉耶（Camille Viguier）推测，磁场会在动物内耳的液体中感应出微弱的电流，从而像指南针一样指明方向，该推测一度湮灭无闻。这项新研究的作者寻找鸽子内耳中的磁铁矿晶体无果后，注意到维吉耶的论文，于是决定研究鸽子内耳中负责平衡与方向感的器官半规管，并探究鸟类半规管内部液体能否感应磁场，并将电信号传递大脑。研究团队利用全脑活动映射、组织透明化和光片显微镜技术，识别了鸽子大脑中受磁刺激激活的神经元群。他们证实了鸽子大脑内侧的前庭核会被磁场激活，这些信号会传递到负责整合感觉信息的中脑皮层，以及负责空间定向和导航的关键区域海马体。进一步，通过对半规管中的毛细胞进行单细胞RNA测序，研究人员揭示了表达通过电磁感应检测磁刺激所需分子机制的一种特化毛细胞。研究结果表明，来自半规管的电磁输入激活了鸽子大脑中的前庭-中脑回路。这项研究揭示了一种全新的动物磁感应方式，也启发了科学家在其他动物身上寻找类似的机制。（《科学》新闻）

　　· 地质学 ·

　　嫦娥六号月壤为什么这么黏？

　　嫦娥六号采集的月壤的典型颗粒形态 图片来源于论文

　　2024年6月25日，我国嫦娥六号任务成功从月球背面的南极-艾特肯盆地——月球上最大、最深、最古老的撞击坑——带回了1935.3克月壤样品。中国科学院地质与地球物理研究所祁生文、李丽慧等人通过高空间分辨CT扫描，对月壤中超过29万个颗粒的尺寸与形态进行精确厘定，发现与阿波罗、嫦娥五号月壤对比，嫦娥六号月壤的平均颗粒更细、分布更集中，但颗粒形态却更为复杂不规则、整体球度更低。研究人员推测，这可能与样品中含有较多易破碎的长石矿物（约32.6%），以及月球背面经历了更强的太空风化作用有关。

　　他们还开展了固定漏斗实验和滚筒实验等测试，测量了嫦娥六号月壤的静态与动态休止角，发现均显著大于月球正面月壤，其堆积形态和流动特征更接近粘性土体。通过成分分析排除磁力和胶结作用的影响后，确认嫦娥六号月壤休止角增大主要受三种力的共同作用的结果：颗粒间的摩擦力、范德华力和静电荷力。颗粒间摩擦力与颗粒表面粗糙度有关，形态越复杂，摩擦力越大，且基本不受颗粒大小影响；而范德华力与静电力则随颗粒尺寸减小和间距缩短而显著增强。嫦娥六号月壤表面粗糙，导致颗粒间摩擦增强，同时其平均粒径最小（D60=48.4 um），远低于100微米阈值，颗粒间范德华力和静电荷力对休止角的贡献增大，因此嫦娥六号月壤休止角更大、表现出更强的粘性特征。这也表明其采样区可能经历了更强烈的太空风化作用，由于嫦娥六号样品中斜长石含量高达32.6%，在强烈的辐射和撞击作用下斜长石易沿解理面破碎，直接使颗粒表面粗化，增强了颗粒间的摩擦力，同时破碎细化强化了范德华力与静电荷吸附效应。该研究已于11月24日发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志。（中国科学院地质与地球物理研究所）

　　· 行星科学 ·

　　沸腾的海洋与板块应力重塑冰质卫星

　　冰质卫星表面形态。a，土卫一。b，天卫五。c，土卫二 。d，天卫三。e，土卫八。土卫二南极虎纹裂隙正发生活跃喷发。土卫八存在成因未明的山脊。土卫一可能存在地下海洋，天卫五则呈现复杂多边形构造特征，被认为源于对流作用。因透视效果，比例尺仅供参考。图片来自论文

　　太阳系有许多卫星在厚厚的冰壳下蕴藏着海洋。轨道动力学导致的冰壳厚度变化会改变海洋压力，在冰层内产生应力。人们已表明冰壳变厚与表面结构有关，例如土卫二上喷发水和冰的“虎纹”，但对冰壳变薄的影响所知不多。11月24日，一项发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）的建模研究指出，太阳系外层小型冰质卫星的冰壳变薄可能会导致地下海洋沸腾。这一过程或有助于解释土星的土卫一和土卫二、天王星的天卫五等卫星的表面特征和地质活动，可能影响未来对海洋星球的探索策略。

　　研究人员建模了太阳系外层所有中型冰质海洋卫星在冰壳变薄期间的海洋压力和冰壳应力演化。他们发现在较小天体中，如土卫一（半径198千米）和土卫二（半径252千米），海洋压力会降低至水的三相点——即固态、液态和气态水可同时存在的临界点。这导致沸腾与蒸发，继而使冰壳挤压破坏。数值模拟表明，5至15千米的轻度变薄就可导致沸腾条件。相反，较大的卫星（半径大于300千米）如天卫三和土卫八，则是先发生挤压破坏，由此产生的断层可能解释了其表面观察到的褶皱和赤道构造特征。这些发现表明，沸腾驱动过程可能会促进小型卫星的表面重塑和火山活动，而大型卫星主要受到挤压构造影响。研究人员提出，这些发现或有助于为未来探索土卫二或天王星卫星提供信息。

　　· 空间科学 ·

　　寻找地球2.0：我国将开展太空探源科学卫星计划，探寻宇宙生命起源

　　“怀柔一号”在探测遥远宇宙天体等方面取得系列成果。图片来源：中国科学院国家空间科学中心

　　据央视新闻消息，11月24日下午，中国科学院国家空间科学中心在北京召开空间科学先导专项最新亮点成果发布会，集中发布了空间科学卫星任务在宇宙暂现天体、宇宙线传播、太阳爆发等领域取得的系列科学突破。中国科学院空间科学先导专项自2011年启动实施，已成功研制并发射“悟空”号、实践十号、“墨子号”、“慧眼号”、“太极一号”、“怀柔一号”、“夸父一号”和“天关”卫星等8项科学卫星任务，取得一系列重大原创成果，创造多项中国第一乃至世界首次。

　　据悉，“十五五”期间，中国科学院国家空间科学中心将组织实施包含“鸿蒙计划”、“夸父二号”、系外地球巡天、增强型X射线时变与偏振空间天文台在内的太空探源科学卫星计划，力争在宇宙黑暗时代、太阳磁活动周、系外类地行星探测等领域实现新突破。其中，“鸿蒙计划”将聆听宇宙“婴儿时期”的啼哭，捕捉来自宇宙深处的微弱信号；“夸父二号”将首次绕行到太阳的极区上空，“凝视”太阳的“北极”与“南极”，揭示太阳磁场活动的秘密；系外地球巡天卫星将巡视星河，专门寻找和地球差不多大小、处在宜居带的”地球2.0“；增强型X射线时变与偏振空间天文台则将回答极端宇宙条件下的物理规律。（央视新闻）

　　· 神经科学 ·

　　大脑发育早期即具备感知世界的系统

　　人类何时及如何形成思维、理解世界，一直是个未解之谜。神经元非随机、结构化的放电模式被视为思维产生的基础，但目前尚不清楚这种模式是大脑天生就具备的，还是随着周围世界的感官刺激而逐渐出现。近日，一项《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）上的研究揭开了谜底。

　　加利福利亚大学圣克鲁兹分校的科学家诱导干细胞发育成类脑器官，并用微芯片记录了其发育过程中的神经元放电模式。研究发现，在发育最初的几个月，缺乏感官刺激的情况下，神经元就开始自发放电，其放电模式具有复杂的、基于时间的序列，与成熟大脑处理和传递感官信息时的模式相似。他们还发现这些最早可观察到的模式，与大脑的默认模式有着惊人的相似性，并有可能针对特定感觉进行精细调整。这表明，早期大脑具有默认的感知世界的“操作系统”，是我们构建对周围世界表征的基础。这为理解自闭症等神经发育障碍提供了新的模型。（University of California - Santa Cruz）

　　撰文：不周、clefable、马一瑗