环球科学：大城市空气恶化、臭氧增加或与种植树木有关...

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　　· 健康 ·

　　叶酸保护胎儿大脑和脊髓发育的机制揭示

　　孕期补充叶酸（也称为维生素 B9）是目前公认的、预防神经管缺陷的方法，它还能预防产前酒精暴露诱导的神经管缺陷，然而其中的机制一直并不明确。近期，在一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的研究中，科学家发现一种关键的酶——甲酰四氢叶酸脱氢酶（ALDH1L1） 发挥了重要的保护作用。

　　在胚胎形成可辨别的大脑或脊髓之前，一层名为神经板的细胞会向上折叠，其边缘必须像拉链一样闭合，才能形成神经管。如果这个过程出错，就会导致神经管缺陷，胎儿出生时会有感觉丧失、骨骼畸形等问题，甚至还可能出现瘫痪。研究人员发现叶酸会通过连接视黄酸（RA）信号通路，促进神经管形成。它能通过增强视黄酸信号传导，避免神经板前体细胞过度增殖和神经管病理性扩张。

　　他们还发现，视黄酸或其前体可以挽救因基因问题出现神经管缺陷的非洲爪蟾。进一步的研究显示，由aldh1l1基因编码的叶酸代谢酶——甲酰四氢叶酸脱氢酶（ALDH1L1）是这个过程所必需的。叶酸会上调基因aldh1l1的表达，增加视黄醛向视黄酸的转化。利用基因编辑技术降低该基因的表达，会消除叶酸的保护作用。小鼠胚胎研究显示，补充视黄醛时，ALDH1L1酶过表达也会修复小鼠胚胎已经出现的神经管闭合问题。这些发现表明，ALDH1L1酶是叶酸和视黄酸信号传导之间的一个关键连接，也为改进神经管缺陷的预防策略提供了契机。（《美国科学院院刊》）

　　· 物理学 ·

　　轻原子核碰撞也能形成夸克汤，其形状或能帮助理解强力

　　欧洲核子研究中心大型强子对撞机中氖-20和氧-16碰撞事件的展示。 图片来源：CERN

　　在欧洲核子研究中心（CERN），研究人员能够使原子核以接近光速的速度碰撞，从而产生微小的原始物质液滴，夸克-胶子等离子体，它被认为是宇宙中最古老的物质形式，在宇宙诞生后最初的百万分之一秒内充满了宇宙。多年来，科学家一直认为，产生这种等离子体需要铅等非常重的原子核发生碰撞。不过，国际ALICE实验在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表的最新研究进展显示，将较小的氧-16和氖-20原子核碰撞在一起，也能创造出夸克-胶子等离子体。

　　当原子核碰撞时，它们的组成部分会转化为一小滴夸克-胶子等离子体，它只会存在极短的时间（不到一秒）。研究人员并不能直接观测到等离子体，但他们可以测量物质随后迅速转化成的粒子。结果表明，粒子的运动模式可以揭示原子核的形状。比如，两个氧原子核碰撞产生的图案更接近球形，而氖原子核碰撞产生的图案则呈保龄球瓶状。原始物质中的粒子直接受原子核几何形状的支配。如果我们碰撞的两个原子核是球形的，就会得到一种模式；如果它们的形状像保龄球瓶，就会得到另一种模式。通过研究粒子在碰撞后的运动方式，我们可以深入了解原子核的形状，它不仅仅是几何形状的问题，也会揭示质子和中子的排列方式，并提供了关于强力的重要信息。研究人员将该方法的潜力描述为一种可能的范式转变。如果该方法能够得到进一步发展，它将为研究其他结构尚未被充分理解的原子核提供一种新的途径。研究人员目前仍不清楚夸克-胶子等离子体产生的确切界限，他们计划下一步用更轻的原子核开展实验。（University of Copenhagen）

　　· 免疫学 ·

　　活过百岁后，体内这种强大免疫细胞会格外丰富

　　超百岁老人，即年龄在110岁及以上的人，不仅寿命格外长，似乎还能抵御各类老年疾病，包括心脏病、痴呆症及癌症。8月19日，一项发表于《细胞报告》（Cell Reports）的研究发现，活到110岁及以上的超百岁老人体内，存在大量的CD4细胞毒性T淋巴细胞（CD4 CTLs）。这类细胞既能识别威胁，又能杀伤癌细胞。

　　该研究一共在日本招募了28名受试者，包含8位70至90岁的老人、10位100至109岁的普通百岁老人、10位超百岁老人。他们发现，这类混合细胞在大部分生命阶段都较为罕见，但在超百岁老人体内，CD4 CTLs数量十分丰富，而在100岁以上老人体内，它们同样大量存在，说明这种免疫适应性大约在百岁前后开始出现。在年龄较小的老人体内这类细胞处于正常水平，CD4 CTLs占全部T细胞的4%，在普通百岁老人体内占比约10%，但在超百岁老人体内占比可达约18%。

　　人体产生的T细胞会拥有独一无二的受体，以此识别并响应种类繁多的抗原威胁信号。研究人员发现，在百岁及超百岁老人中，单一克隆谱系（拥有相同的T细胞受体）的细胞占CD4 CTLs总数的很大一部分，最大的一个类群平均占比达33.3%，这说明他们的免疫系统正在对某种持续存在的刺激源启动高强度应答。研究人员分析了占比最高的细胞谱系的受体，将它们的氨基酸序列与CD4细胞受体数据库中的序列进行比对，发现和肺癌患者的受体序列匹配最多。但值得注意的是，参与该研究的所有老人一生都未得过癌症。由于只观测到这类细胞在血液中循环，研究人员无法确定它们会迁移到哪些组织、发挥何种作用。他们目前正在解析单细胞数据集，尝试了解在百岁及超百岁老人体内，这些细胞会迁移到身体哪些部位，以及在那里发挥什么作用。（《中国科学报》、sci.news）

　　· 物理学 ·

　　科学家首次利用暗腔实现真空涨落增强超导

　　真空涨落增强超导示意图。图片来源：原论文

　　在量子电动力学世界里，真空并非空无一物，而是伴随虚粒子的不断产生与湮灭，犹如充满真空涨落的动态“海洋”。然而，自由空间中的真空涨落通常较弱，难以对宏观凝聚态体系产生可观测影响。如何将这一效应转化为调控量子物态的资源，是凝聚态物理与腔量子电动力学交叉领域的重要课题。据中国科学技术大学消息，该校团队与上海交通大学及麻省理工学院等团队合作，在量子物态调控领域取得重要进展，首次利用暗腔实现了真空涨落增强超导。相关研究成果已发表于《自然》（Nature）。

　　研究团队引入太赫兹分裂环谐振器构成的暗腔，通过重塑电磁环境，显著增强了真空涨落。团队将超导体二硒化铌嵌入暗腔，发现暗腔中二硒化铌的超导临界温度获得实质性提升。在六层二硒化铌器件中，临界温度最高提升5.4%。同时，超导体的临界电流和临界磁场在超导转变附近也显著增强。这是国际上首次实验观测到真空涨落增强超导。团队通过严格对照实验，排除了应变、退化、非均匀性等常规因素。特别是，实验发现超导增强效应随暗腔特征频率呈现共振峰形依赖关系，为超导态与暗腔耦合提供了关键证据。科研人员基于金兹堡-朗道框架，从理论上提出超导态与暗腔交换虚光子，降低超导态能量，进而增强超导。当腔模的特征能量与超导材料的低能涨落能量相匹配时，超导增强效应最强。这项研究通过腔体工程化真空涨落，实现了对超导稳态的无外部驱动、非接触式增强，不仅是真空涨落增强超导的首次实验观测，也为探索超导机理与设计新型超导器件提供了新思路。（中国科学技术大学；中国科学院）

　　· 空气污染 ·

　　大城市空气恶化、臭氧增加或和种植树木有关

　　臭氧是由某些植物、车辆和化学工业释放的挥发性有机化合物（VOC）与主要由交通和工业排放的氮氧化物（NOx）发生反应而形成的。吸入臭氧会刺激或损伤呼吸道，导致呼吸困难，尤其对哮喘或肺部疾病患者更为严重。北京市种植了数百万棵垂柳和白杨树，但一项研究发现，这些树木释放的化合物正成为空气污染的主要来源。而北京并非个例。据《自然》新闻（Nature news）消息，一项发表于《科学进展》（Science Advances）的新研究发现，城市地区种植的许多树木——通常是因其生长迅速和气候适应性强而被选择的树种——正在加剧臭氧排放。

　　许多树种都会释放挥发性有机化合物（VOCs），只是释放量有所不同。研究团队在北京各地采集了空气样本，测量了VOC浓度，并在全市各监测站收集臭氧数据。他们发现，在2021年5月至7月的研究期间，植被排放约占北京VOC总排放量的10%，其余部分则来自人类活动，例如车辆尾气排放和工业化学品排放。由于VOC并不直接生成抽样，研究团队换了另一种方法评估植被对城市臭氧污染的贡献。估算现实，植被贡献了52%的臭氧生成化学物质，其中异戊二烯（一种光合作用的副产物）是主要成分。研究人员还调查了24个特大城市种植的树种，以估算它们潜在的异戊二烯排放量。他们发现，在他们调查的大部分城市中，包括澳大利亚的悉尼和墨尔本，异戊二烯排放量预计高于北京。由于过去几十年其他来源的VOC大幅减少，城市植被作为VOC来源的比例正在显著增加。而全球变暖导致的气温上升可能导致这个问题更加恶化。研究发现，在35℃时，羟基与植物来源的VOC发生反应生成臭氧的速率是20℃时的7倍。这项研究揭示了城市植被对臭氧排放的贡献远超此前预期。但研究人员表示，这些发现并非旨在反对在城市植树，树木能带来诸多益处，但未来或许将树木的选择纳入城市规划。（《自然》新闻）

　　撰文、整理：不周、clefable