水母连脑子都没有，居然也要睡觉？熬夜了比你还困！

科

牧心2026年01月10日约 11 分钟

本期导读

水母连大脑都没有却有起床气；
黄瓜雌雄花发育的遗传学秘密；
星系团孕育在早期婴儿宇宙里；
我国人造太阳创造聚变新成绩；
极紫外光脉冲波塑造未来通信。

冷知识：水母没脑子也要睡觉

脑子累了就睡觉，这没问题。但问题是，没脑子的水母也需要睡觉。科学家们最近发现，这些看似简单古老的生物，竟然拥有与我们相似的睡眠行为。这项研究可能将改写人类对睡眠起源的理解。

夜幕降临，水箱中水母的行为开始变得异常。它们收缩伞状身体的频率明显下降，就像人类入睡后呼吸变得平稳缓慢。更有趣的是，如果研究人员在夜晚轻轻震动水箱，这些水母会像被吵醒的人一样，表现出短暂的反应迟钝，需要一段时间才能恢复正常的活动水平。

而如果剥夺它们的睡眠，第二天的水母会变得无精打采，甚至需要在白天补觉。这像极了熬夜后第二天拼命喝咖啡却依然昏昏欲睡的我们。

没有大脑的水母，为何需要睡眠？这引出了一个根本性问题：睡眠究竟是为了什么？

传统观点认为，睡眠是大脑的必需品。大脑在白天高速运转，需要睡眠来进行清理和维护。记忆整理、代谢废物清除、神经元连接优化——这些都被认为是睡眠的核心功能。

但水母让这个故事变得复杂起来。它们只有最基础的神经网络，没有复杂的中枢神经系统，如果睡眠只是为了服务大脑，那水母根本不需要睡觉。

为此，科学家提出了一个大胆的猜想：睡眠最原始的功能，可能远比我们想象的要基础——它是在为每个单独的神经细胞进行DNA维护。

白天，生物体的细胞都在高速工作，尤其是神经细胞。这个过程会产生大量的DNA损伤，就像机器运行会产生磨损。而睡眠，可能就是身体停车检修的时间，在这个时段，细胞可以安心地进行DNA修复，不必被外界干扰打断。

这个假说完美解释了为什么水母需要睡眠。尽管它们的神经系统简单，但每个神经细胞依然面临着生存的挑战：DNA会受损，修复不可或缺。睡眠，可能就是生命世界为解决这个问题而演化出的通用方案。

这项发现告诉我们，睡眠可能先于复杂大脑的出现。在最开始，它可能只是一项简单的细胞维护程序。随着动物演化出越来越复杂的大脑，睡眠被赋予了新的使命——记忆巩固、情绪调节等高级功能逐渐叠加在这个古老的基础之上。

就像一座古老的建筑，经过多次扩建和翻修，最初的结构可能已经被新的部分所掩盖，但地基依然是最初的那一块。

这项研究不仅让我们对睡眠的起源有了全新认识，也可能为治疗睡眠障碍提供新思路。毕竟，如果睡眠的核心机制如此古老而保守，那么理解水母的睡眠，或许能帮助我们更接近睡眠的本质。

睡觉的水母（上图）vs活动的水母（下图）（图片来源：参考文献）

课代表总结：被吵醒的话，没头脑也会觉得不高兴……

参考文献：

Aguillon, R., Harduf, A., Sagi, D. et al. DNA damage modulates sleep drive in basal cnidarians with divergent chronotypes. Nat Commun 17, 3 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67400-5

破解黄瓜“生男生女”的秘密

黄瓜作为一种葫芦科作物，它的花有一个特点，就是雌花和雄花是分开的。其中只有雌花才能发育成果实，而雄花只起到授粉作用，也就是方言里常说的“谎花”。雌花的数量直接决定了果实的产量，而控制黄瓜开雌花还是雄花的机制，困扰了科学家整整70年。

近日，中国农业大学张小兰团队在《科学》杂志上发表的研究成果，终于揭开了这个谜底。他们发现了一个关键基因CsARF3，它如同一位精明的执行官，在植物激素之间搭建桥梁，精准调控着黄瓜的性别。

事实上，张小兰团队最初的研究方向是黄瓜果实形状的形成机理。2020年，博士生韩立杰选择CsARF3基因作为研究对象，原本是想了解它对果实形态发育的影响。

当他们通过基因编辑技术改变CsARF3基因后，意外发生了：编辑后的植株竟然不再产生雌花，全部变成了雄花。这个意外发现让团队兴奋不已，因为他们可能触碰到了性别决定的核心机制。

科学家早就知道，生长素能促进黄瓜雌花形成，乙烯同样是一种重要的促雌激素，但两者的协同机制一直缺乏明确解释。张小兰团队发现，CsARF3基因在生长素和乙烯之间扮演着桥梁角色。

这个过程犹如一场精密的接力赛：花发育早期，乙烯跑第一棒，激活CsARF3；接着生长素跑第二棒，促进雌花发育，同时将信号传递给下一程的乙烯。这种精巧的协作机制确保了雌花的精准形成。

从2020年课题启动到2025年论文发表，团队经历了五年的艰苦探索。研究过程中，他们面临诸多挑战，特别是在验证基因在花发育早期表达模式时，需要采用高精度的激光显微切割技术。

这项研究的价值不仅在于解答了基础科学问题，更在于其应用潜力。在实际农业生产中，外施生长素虽然能增加雌花，但效果不稳定，且可能影响植株生长。通过基因编辑技术，科研人员可以直接创制雄性系或雌性系材料。如果需要雄性系，就编辑CsARF3基因；如果需要增产，就增强其表达。这为精准育种提供了新工具。

未来，团队计划继续研究环境因素如何通过激素影响性别决定，以及赤霉素等其他激素的作用。这些研究将有助于培育抗逆性强、产量稳定的作物品种。

张小兰团队（图片来源：中国科学报）

课代表总结：该说不说，“谎花”这个词还挺有诗意的。

参考文献：

https://doi.org/10.1126/science.adv2006

宇宙婴儿期留下的狂热星系团

今天是1月10日，新的一年才走过3%的进度。而如果把138亿年的宇宙历史压缩成一年，那么在这一年的1月10日，诞生了一个星系团，我们把它叫做SPT2349-56。此时距离宇宙的大爆炸诞生点仅过去数亿年。

然而，就是这个宇宙的婴儿期产物，却拥有着让天文学家瞠目结舌的能量。由加拿大不列颠哥伦比亚大学领导的国际团队发现，这个星系团内部的温度比理论预测高出至少五倍，甚至比许多现今存在的星系团还要炽热。

星系团是宇宙中最大的引力束缚结构，如同宇宙中的大城市，包含成千上万个星系、大量炽热气体和暗物质。按照现有理论，这些宇宙大城市应该随着时间慢慢变热，就像一锅文火慢炖的汤，需要数十亿年才能达到极高温度。

但SPT2349-56彻底颠覆了这一认知。它内部的温度之高，暗示着有某种强大能量源在极短时间内将气体加热到了惊人程度。

研究人员通过一种巧妙的方法测量了这份热量。他们利用世界最大的ALMA射电望远镜阵列，观测宇宙微波背景辐射如何与星系团中的炽热气体相互作用。这种方法类似于通过观察影子来推断物体的形状和性质。

那么，在宇宙婴儿期，究竟是什么能够释放如此巨大的能量？

证据指向了星系团中的三个超大质量黑洞。这些黑洞如同超级引擎，向周围环境倾泻着巨大能量。通常情况下，黑洞活动被认为是星系团加热的辅助来源，但在这个年轻星系团中，它们可能是主要热源。

这一发现不仅让我们对星系团的成长故事有了新认识，还可能帮助我们理解当今宇宙中最大星系是如何形成的。随着更多观测数据的积累，天文学家或许需要重新思考并修正现有的星系团形成模型。

艺术家描绘的早期宇宙中正在形成的星系团：来自活跃星系的射电喷流嵌入炽热的星系团内大气层（红色）中，展现了新生星系团中巨大的热气体库。（图片来源：scidaily）

课代表总结：2026年已经过去了3%——你觉得是快还是慢？

参考文献：

Zhou, D., Chapman, S.C., Aravena, M. et al. Sunyaev–Zeldovich detection of hot intracluster gas at redshift 4.3. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09901-3

中国“人造太阳”实现密度自由突破

核聚变能源之路上的重大障碍，又少了一个。

2026年初，中国全超导托卡马克核聚变实验装置EAST，也就是我们熟知的中国“人造太阳”，公布了一项突破性进展。研究人员成功让等离子体密度冲破了长期被认为不可逾越的极限，并且保持了稳定运行。这好比一位短跑运动员，不仅打破了世界纪录，还发现了一种新的跑步姿势，证明人类的速度极限远不止于此。

要想理解这个突破的意义，我们得先知道核聚变为什么需要高密度。

想象一个熙熙攘攘的步行街。人越多，密度越大，发生互动的机会就越多，这条街就越热闹。核聚变也是如此，它的燃料是两种氢原子——氘和氚，它们需要在极端高温下（约1.5亿摄氏度）相互碰撞才能聚合，释放能量。等离子体的密度越高，原子核碰撞的几率就越大，产生的能量呈平方级增长。可以说，高密度是实现高效聚变发电的关键。

然而，当等离子体密度超过某个经验极限时，就会突然变得不稳定。就好比街上的人如果太多，就会发生踩踏事故，可能酿成大祸。密度上限严重制约了聚变能量的提升。

传统观点认为，密度极限是等离子体内部物理规律决定的。但一个新的理论——等离子体与器壁自组织理论，将目光转向了等离子体与反应堆内壁的互动关系。

这个理论提出，问题的关键可能不在于等离子体本身，而在于它与周围环境的“相处模式”。就像我们如果在街上画出通行线，并且设置引导员，指引人们有序移动，就可以避免混乱的冲撞，那么即使人数远超预期，依然可以保持秩序。

根据这一理论，如果能精细控制等离子体启动初期的条件，使其与金属内壁的相互作用达到一个精妙的平衡，就有可能进入一种密度无关的新状态。在这种状态下，密度将不再受传统极限的束缚。

中国的EAST团队将这一理论变为了现实。他们像一位精准的指挥家，在等离子体启动的初始阶段，通过控制初始气体压强并施加特定的微波加热，从第一步就引导等离子体与器壁进行“友好对话”。

实验结果令人振奋：杂质产生和能量损失被大幅抑制，等离子体密度得以在启动阶段就稳步提升。最终，EAST成功进入了理论预言的密度无关状态，将密度推至传统极限之上，且等离子体行为稳定。

这一实验成果，首次为密度无关的新物理机制提供了坚实的实验证据，挑战了学界数十年来的固有认知。接下来，团队计划在EAST的高性能运行模式下应用这一新方法，挑战更高难度的目标。

在追求终极能源的道路上，有些看似坚固的壁垒，或许只是因为我们尚未找到正确与之互动的方式。每一次这样的突破，都让我们离那个点亮人类未来的清洁能源梦想，更近了一步。

EAST高密度实验示意图（图片来源：中国科学院）

课代表总结：5年！5年我要用上聚变电！

参考文献：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adz3040

极紫外光打开未来通信新窗口

想象一下，万亿分之一秒有多短暂？在这转瞬即逝的瞬间，即便是快如光速，也只能行进约0.3毫米。如今，科学家们成功制造出持续时间仅为万亿分之一秒的极紫外光脉冲，并实现了室温下的高效探测，这一突破可能彻底改变我们未来的通信和成像方式。

研究团队通过非线性晶体中的级联二阶非线性过程，生成了飞秒级的极紫外激光脉冲。简单来说，这就像让激光通过特殊晶体时发生变异，从而产生波长更短的极紫外光。

更巧妙的是探测部分。科学家使用了仅有原子厚度的二维半导体材料——硒化镓及其氧化物作为探测器。这些材料在室温下就能对极紫外光脉冲做出快速响应，且表现出从线性到超线性的光电响应特性。好比原本只能感知强光的材料，现在连最微弱的光信号也能清晰捕捉。

为展示这项技术的潜力，研究人员搭建了一个自由空间通信系统。他们将信息编码到极紫外激光中，通过大气传输，再由二维半导体传感器成功解码。这一演示验证了该技术在通信领域的实用前景。

这项研究的突破性在于首次将极紫外光的产生和探测整合在一个高效平台上。传统上，极紫外光的产生和探测都需要复杂且昂贵的设备，且通常需要在极端条件下运行。而新材料的使用使得系统兼容规模化制造，为实际应用铺平了道路。

这种超快极紫外光技术有望在多领域发挥作用。在通信方面，它可以用于自动驾驶车辆间的可靠通信，或者在复杂地形中建立临时通信网络。在成像领域，飞秒级的极紫外光脉冲可用于捕捉超快过程，比如化学反应的细节或生物分子的动态变化。

随着进一步开发，这种技术还可能集成到光子芯片中，为宽带成像和超快光谱学等应用提供支持，推动下一代光子技术的发展。

这项研究让我们看到，即使在看似已经成熟的光技术领域，依然存在着巨大的创新空间。极紫外光技术的突破，或许正预示着通信技术即将迎来又一次革命性进步。

极紫外光脉冲可能重塑人类通信技术。图为论文的实验仪器布置。（图片来源：参考文献）

课代表总结：仪器是人类感官的扩展，人类有极限，但仪器无极限。

参考文献：

Benjamin T. Dewes, Tim Klee, Nathan D. Cottam, Joseph J. Broughton, Mustaqeem Shiffa, Tin S. Cheng, Sergei V. Novikov, Oleg Makarovsky, John W. G. Tisch, Amalia Patané. Fast ultraviolet-C photonics: generating and sensing laser pulses on femtosecond timescales. Light: Science, 2025; 14 (1) DOI: 10.1038/s41377-025-02042-2

作者简介

牧心，科普作者。