古人类的育儿策略差异、金星上的大规模火山活动、来自清华的自动驾驶汽车最新进展 | 一周论文新鲜读

6.3

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 描述岩质系外行星巨蟹座55e的大气

2. 芬太尼成瘾的神经机制

3. 航运燃料硫含量降低与海上大气变暖加剧有关

4. “瞄准”无人驾驶汽车的视觉芯片与混合相机

5. 金星上发现近期的大规模火山活动

6. 尼安德特人和旧石器时代人类童年压力的差异

行星科学 | 描述岩质系外行星巨蟹座55e的大气

A secondary atmosphere on the rocky Exoplanet 55 Cancri e

Nature

根据《自然》的一项报告，距地球约41光年的岩质系外行星巨蟹座55e（55 Cancri e）可能拥有厚厚的大气层。来自JWST的观测表明，这一行星周围存在一层气体。过去对岩质行星的观察或没有发现大气证据，或只发现极少的大气层。

系外行星巨蟹座55e被称作“超级地球”，其半径是地球的2倍，质量为地球的8.8倍，围绕一个质量小于太阳的恒星运转。过去对这个岩质行星的观测表明，它有可能存在大气层，但一直难以确定其范围和组成。

为探测这颗行星的特征，美国加州理工学院的胡仁宇和同事分析了JWST对两次次食（secondary eclipse，行星经过恒星背后）的观测。光谱表明存在一个富含一氧化碳和二氧化碳的挥发性大气围绕着巨蟹座55e。作者认为，行星的岩浆海维持着这一大气。他们指出，他们的观测结果可能存在其他的解释，建议还需要进一步观测，以更多了解这个大气层，以及它可能告诉我们的关于巨蟹座55e的情况。

神经科学 | 芬太尼成瘾的神经机制

Distinct ^µ-opioid ensembles trigger positive and negative fentanyl reinforcement

Nature

《自然》发表的一项小鼠研究显示，芬太尼（fentanyl）的成瘾效应可能受到大脑内两条不同神经通路的控制。这一发现或帮助开发减少对这种阿片类药物成瘾的疗法。

芬太尼是一种很强效的镇痛药，在许多国家它都是阿片类药物公共卫生问题的核心，尤其是在美国。多巴胺释放（正性强化）导致的欣快效应结合严重的戒断症状（负性强化）使约四分之一的用户会对该药物成瘾。虽然之前有研究显示，大脑内的μ型阿片受体与这种行为相关，但一直无法完全确定具体参与的神经通路。

瑞士日内瓦大学的Christian Lüscher和同事研究了芬太尼在小鼠大脑中的影响。他们对小鼠使用该药物并诱导戒断来确定在正性强化和负性强化期间活跃的脑区。芬太尼会诱导大脑腹侧被盖区的活动，这里也是多巴胺释放的脑区。降低腹侧被盖区的μ型阿片受体活性会使多巴胺释放减少，也会使小鼠中观察到的正性强化迹象减少。抑制μ型阿片受体不会改变戒断效应，说明可能有另一条通路参与介导了负性强化。作者在一个不同脑区（中央杏仁核）发现了表达μ型阿片受体的神经元，这些神经元在戒断期间的活性会增强。使这些受体失活能消除小鼠的戒断症状，提示它们有介导芬太尼负性强化的作用。

作者认为，这些结果或有助于开发减少芬太尼成瘾和帮助戒断的干预和药物手段。瑞典林雪平大学的Markus Heilig和Michele Petrella在一篇同时发表的“新闻与观点”文章中指出，该结果“是科研人员在理解阿片类药物如何促进成瘾道路上迈出的重要一步”。

气候变化 | 航运燃料硫含量降低与海上大气变暖加剧有关

Abrupt reduction in shipping emission as an inadvertent geoengineering termination shock produces substantial radiative warming

Communications Earth & Environment

根据《通讯-地球与环境》发表的一项建模研究，2020年初观察到的航运二氧化硫排放量降低80%，可能会与一些海洋区域的大气大幅变暖有关。这一排放骤降是因为国际海事组织2020年出台新规（IMO 2020），将航运燃料允许的最大含硫量从3.5%降到了0.5%，以帮助降低空气污染。

大型轮船的燃油含硫百分比远高于其他交通工具。燃烧这类燃料会产生二氧化硫，二氧化硫会和大气中的水蒸气反应，产生硫酸盐气溶胶。这些气溶胶以两种方式冷却地球表面：一是直接将阳光反射到宇宙空间中，二是影响云层覆盖。增加气溶胶量会增加形成水滴的数量，同时减小水滴大小，这既增加了云的覆盖范围又形成了更亮的云将更多阳光反射回太空。有一种地球工程形式为增亮海上的云，就是通过在海洋云层中故意播撒气溶胶来达到这个效果。

美国马里兰大学的袁天乐和同事计算了IMO2020对海上大气硫酸盐气溶胶水平的影响，以及这些影响如何影响云的组成。他们发现大气气溶胶和云滴数密度都有大幅下降。北大西洋、加勒比海和中国南海的模拟气溶胶减少幅度最大，这些地区拥有最为繁忙的航线。作者随后估计了IMO2020 对2020年以来对地球能量收支（从太阳接收的能量和地球辐射的能量之间的差值）的影响。他们计算出，估计的影响相当于在此期间观测到的地球热能保留量增长值的80%。

作者认为，IMO2020对地球能量收支的巨大模拟效应表明了增亮海洋云层作为暂时冷却气候策略的潜在效果。但他们警告说，因IMO2020意在减少二氧化硫排放而可能无意间导致海洋大气温度增加，这是一个地球工程中止冲击的例子，它可能会影响区域天气模式。

物理学 | “瞄准”无人驾驶汽车的视觉芯片与混合相机

• A vision chip with complementary pathways for open-world sensing

• Low-latency automotive vision with event cameras

Nature

《自然》本周发表的两篇独立研究报道了两种提升图像处理的方法，或能用于自动驾驶汽车。

图像传感器对自动化机器在内的各种应用至为重要，需要兼具良好的整体视觉质量（对场景的准确解读）以及快速运动探测（实现快速反应）。不过，整合各种理想功能可能会影响效率或是需要在图像质量和延迟上做出取舍。这两项研究证明了混合方法能在克服之前局限的同时满足这两种需要。

中国清华大学的施路平和同事以人类视觉系统的运作方式为灵感，开发了一款传感芯片，能将快速但不精确的感觉与慢速但更精确的知觉相结合。这个视觉芯片名为“天眸”（Tianmouc），它有一个混合像素阵列，能将低准确度但快速的事件探测（无需太多细节便可对变化做出快速反应）与慢速处理相结合，实现对场景的准确可视化。作者用一个自动驾驶感知系统证明了该芯片能快速稳健处理图像的能力。该芯片在多个情景进行了测试，包括开车经过一个黑暗隧道，应对相机闪光灯的干扰，以及探测汽车前方有人走过。

在另一篇论文中，瑞士苏黎士大学的Daniel Gehrig和Davide Scaramuzza用视觉感知专用相机克服了这些困难。全彩相机分辨率很高但需要大量数据处理（带宽）来探测快速变化；降低带宽会导致延迟增加，从而会影响安全性。而事件相机虽然能探测快速的移动，但会牺牲准确度。作者的研究表明，有一种混合系统能让自动驾驶汽车实现稳健的低延迟目标探测。通过结合这两种相机，彩色相机的帧率会降低，从而在确保准确性的同时降低带宽、提升效率，而事件相机也能弥补彩色相机造成的高延迟，确保能探测到快速移动的目标，如行人和汽车。

这两种方法或能让自动驾驶汽车和其他应用实现更快、更高效和稳健的图像处理。

行星科学 | 金星上发现近期的大规模火山活动

Evidence of ongoing volcanic activity on Venus revealed by Magellan radar

Nature Astronomy

科学家在金星上两个不同区域观测到了火山熔岩流，提示金星火山活动或比之前认为的规模更大、更普遍。《自然-天文学》发表的这一结果支持了之前显示金星正处于火山活跃期的证据。

金星厚厚的大气给直接观测金星表面造成了困难。不过，“麦哲伦”号探测器在1990年代的开展全球雷达成像显示，金星表面覆盖了很多火山，可能曾受到历史上大规模火山活动的塑造，但火山作用对金星地质现状的影响一直不清楚。不过，“麦哲伦”号探测器去年的数据中发现了金星表面一个火山口近期活动的证据。

意大利邓南遮大学的Davide Sulcanese和同事分析了1990年和1992年采集的两组“麦哲伦”号雷达数据，从中寻找火山活动的证据。他们在位于Sif Mons西侧和Niobe Planitia西部的两个区域发现了或能指向火山作用的表面变化，这两个区域有火山相关特征。在分析了各种可能来源后，Sulcanese和同事认为这些变化可能是由新的熔岩流导致的。

作者认为，金星是当前的一个地质活跃行星，而且当前的火山作用十分普遍。他们还表示，金星上的火山活动与地球上的差不多，说明金星的火山活动比之前认为的更活跃。

考古学 | 尼安德特人和旧石器时代人类童年压力的差异

Differences in childhood stress between Neanderthals and early modern humans as reflected by dental enamel growth disruptions

Scientific Reports

根据《科学报告》发表的一项研究，尼安德特儿童（生活在40万年至4万年前）和旧石器时代晚期（5万至1.2万年前）现代人类儿童面对的童年压力水平可能相似，但面对压力时他们或处在不同发育阶段。作者认为，这些发现可能反映了这两个物种在照料儿童和其他行为策略上的差异。

德国图宾根大学的Laura Limmer、Sireen El Zaatari和同事分析了423颗尼安德特人牙齿（来自74名尼安德特人，Homo neanderthalensis）和444颗旧石器时代晚期人类牙齿（来自102名智人，Homo sapiens）的牙釉质。他们通过识别出变薄牙釉质的横沟，研究了这些个体的早期生活压力，过往研究表明，这些横沟可能与儿童时期的压力（如疾病、感染、营养不良、营养匮乏和创伤）有关。

作者发现，尼安德特人和旧石器时代晚期现代人类牙齿出现牙釉质缺陷的总体可能性相似，但这两个物种可能会出现这些缺陷的发育阶段不同。旧石器时代晚期人类中，牙釉质缺陷更有可能出现在预估断奶年龄（1岁至3岁之间），而非预估断奶期之后。在尼安德特人中，牙釉质缺陷更可能在预估断奶期（约1岁）开始出现，在断奶后时期达到巅峰（2岁至4岁之间），随后减少。

作者假定，旧石器时代人类儿童遭受的断奶期压力，可能是由能量需求升高导致的营养不良风险造成的。他们提出，旧石器时代晚期的人类可能在断奶之后通过一些策略帮助降低了儿童发育压力，例如鼓励儿童长期依靠父母、更高效地利用资源以及向儿童提供食物。他们认为，尼安德特人可能没有使用这些策略，这或许是现代人类相比尼安德特人更具长期生存优势的原因。  

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