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薛定谔的猫又胖了；积极心态能增强你的免疫力 | 科技周览

返周舒义、平生约 15 分钟

整理 | 周舒义、平生

目录

  • 物理学家构建迄今最大叠加态

  • 首次观察到牛会灵活使用工具

  • 积极心态能增强你的免疫力

  • 癌症或能预防阿尔茨海默病

  • 女孩青春期为什么越来越早？

  • 早期脊椎动物有四只眼睛

物理学家构建迄今最大叠加态
薛定谔的猫又“胖”了一点。1月21日发表于Nature的一项研究构建了迄今最大的叠加态，刷新了“展现物质波干涉物体”的尺寸纪录。
量子力学预言：即便是静质量不为0的单个粒子，也可以表现为一种在空间中没有确定位置的“波”。这类物质波能铺展成同时位于多个位置的叠加态，类似于把石头扔进湖里后，涟漪在水面上扩散。上述“波粒二象性”的一个推论是：有质量的粒子也能像光波相互叠加一样形成干涉图样。过去，人们常在电子、中子、原子等微观粒子上观察到这种物质波干涉；但它是否也能发生在宏观物体上，仍是一个持续争论的话题。
在新研究中，来自奥地利维也纳大学的Pedalino 等人把物质波干涉推广到了一类更重的对象：金属纳米颗粒。他们让低温钠纳米簇穿过由激光束形成的一系列驻波。驻波在这里充当“光栅”，用于产生并探测纳米颗粒物质波的干涉。为保护纳米颗粒免受环境扰动，作者搭建了隔振系统，以防周围振动影响实验；同时还精细调整了装置的取向，以抑制重力带来的影响。
图 1
实验概览
实验使用的每个钠纳米颗粒包含 7000 多个原子，质量约 170000 Da（≈ 2.82 × 10⁻²² kg），远比单个原子复杂，也更接近宏观体系。因此这项研究表明：标准量子力学在一个相当大的尺度上仍然成立。
“宏观物体也可能呈现波粒二象性”这一想法，与人们的日常直觉相冲突：我们习惯于大物体有明确的位置。然而，标准量子理论并未对其描述对象的尺寸设置上限。因此从基本原理上讲，并没有一条规则阻止一只猫处于“在这里”与“在那里”的叠加态——或像薛定谔著名思想实验所设想的那样，同时“活着和死去”。
薛定谔提出该思想实验，本意是要说明，把量子叠加直接应用到宏观物体上会显得荒谬。为了避免这类反直觉行为，一些物理学家提出对量子力学定律作出修改，比如“坍缩模型”认为超过某个临界点后，即使在孤立状态下，系统也必然会退化为经典态，从而在微观与宏观之间划出一条明确分界线。
另一些物理学家则认为无需修改量子力学：由于物体与环境之间存在不可控的复杂相互作用，物质波干涉会被抑制而无法显现。沿着这种思路，波粒二象性原则上可以适用于任意大质量的物体；只是随着物体质量增长，现实中退相干极强，使“猫态”几乎不可观测。
要用实验验证上述分歧，关键受限于我们能把体系与环境的相互作用压到多低。物理学家们正不断努力，把可观测到物质波干涉的质量上限推高。
研究人员指出，利用机械振子也能在比传统量子效应更大的尺度上检验量子力学——例如，有研究报告了涉及质量达 1019 Da 的对象的叠加态。但该叠加态在空间上的尺度只有 2×10-18 米，比质子或中子的尺度还小得多。相比之下，新研究实现的叠加态位置彼此间隔 133 纳米，远大于纳米颗粒约 8 纳米的粒径。那么，质量更重与空间尺度更大，究竟哪一种更能代表“宏观系统”的量子叠加？
一种做法是引入“宏观性（macroscopicity）指标”。它用来量化某个实验能够在多强程度上排除一类“只对标准量子力学做最小改动”的坍缩模型。按照这一指标，Pedalino 及其同事的实验是迄今报道过的最“宏观”的量子体系（μ≈15.5），比先前纪录高出十倍以上。
相关论文：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09917-9
首次观察到牛会灵活使用工具
1982年，漫画家Gary Larson在其著名的《远方》系列中，发表了一幅名为《奶牛工具》的漫画。这幅漫画笑点比较奇怪，是“嘲笑”奶牛不够聪明，不会制作或使用工具。
如今，这一假设正受到一头名叫Veronika的奶牛的挑战。1月20日发表在Current Biology上的一项新研究，首次描述了宠物奶牛使用工具的案例，表明牛的认知能力被低估了。
“这些发现凸显了，关于家畜智力的假设可能反映的是观察不足，而非真正的认知局限。”维也纳兽医大学认知生物学家Alice Auersperg表示。
Veronika是一头长寿的瑞士褐牛，被有机农场主兼面包师Witgar Wiegele当作宠物饲养。Wiegele非常喜爱动物，视她为家庭成员。十多年前，Wiegele就注意到Veronika偶尔会捡起树枝给自己挠痒痒。
这一行为首次引起科学界的关注，是因为相关视频被录制下来并分享给了Auersperg。“当我看到这段录像时，立刻就明白这不是偶然行为，这是一个有意义的工具使用案例，发生在一个很少从认知角度被考虑的物种身上。”她回忆道。
Veronika用毛刷挠痒
Auersperg和维也纳兽医大学博士后研究员Antonio Osuna-Mascaró与Veronika见面，并对其进行了系统性的行为测试。在一系列对照试验中，研究人员将一个毛刷随机放置在地上，并记录Veronika选择了哪一端，以及瞄准了哪个身体部位。在反复多次试验中，他们发现它的选择具有一致性，且与所针对的身体部位在功能上相匹配。
“我们证明了一头牛能够进行真正意义上的灵活工具使用，Veronika不只是用物体给自己挠痒，它会用同一工具的不同部位达到不同目的，并根据工具的功能和身体部位采用不同的方法。”Osuna-Mascaró说。
研究发现，Veronika在挠背部等宽阔坚硬的部位时，通常更喜欢使用刷子的毛刷端。然而，当针对身体下部柔软敏感的区域时，它会改用光滑的棍棒端。此外，它还会调整持握工具的方式。研究人员表示，Veronika挠上半身时动作幅度大、用力强，而挠下半身时则更缓慢、更谨慎且高度受控。
工具使用的定义是：利用外部物体来延伸或改变自身的能力，从而更有效地完成一个特定目标的过程。研究人员发现，Veronika的行为符合这一定义，而且更进了一步——灵活的多用途工具使用，即利用同一物体的不同特征来实现不同的功能结果。这种灵活的工具使用行为极为罕见，除人类之外，此前仅有黑猩猩被确凿地记录到具备这种行为。
“由于它是在自己的身体上使用工具，这代表了一种以自我为中心的工具使用形式，通常被认为比针对外部物体的工具使用更复杂。”Osuna-Mascaró说，“同时，它面临明显的身体限制，因为它必须用嘴来操纵工具。令人惊叹的是，它如何弥补这些局限，预判自己行为的结果，并相应地调整抓握方式和动作。”
这些发现代表了牛类中首例有记录的工具使用案例，也是该物种灵活的多用途工具使用的首个证据。它们还扩展了具备此类灵活工具使用能力的动物在分类学上的范围。
研究人员指出，Veronika的生活境遇可能在这一行为的出现中发挥了重要作用。大多数奶牛活不到它的年纪，也没有生活在开放且复杂的环境中，很少有机会与各种可操纵的物体互动。长寿、与人类的日常接触以及丰富的物理环境，可能为Veronika的探索性和创新性行为创造了有利条件。
“Veronika没有像漫画中的奶牛那样制作工具，但它以显著的灵活性选择、调整并使用工具。或许真正荒谬的不是想象一头奶牛会使用工具，而是认定‘这不可能’的人类偏见。”研究人员写道。
相关论文：http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2025.11.059
积极心态能增强你的免疫力
1 月 19 日发表于Nature Medicine的一项随机对照试验首次提供了直接的人体证据，证明安慰剂效应可以影响体液免疫——积极预期能够激活大脑的奖赏系统，从而增强人体的免疫防御能力。
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Credit：Tel Aviv University
共有85名健康志愿者参加实验。其中一部分参与者接受了特殊的大脑训练，基于功能磁共振成像（fMRI）神经反馈，帮助个体通过强化学习的方式，学习调节特定脑区的活动。训练的目标是增强大脑奖赏系统关键区域的活动，尤其是腹侧被盖区（Ventral Tegmental Area, VTA）——该区域参与“期待积极结果”与“获得奖赏的动机”等心理活动，与多巴胺释放密切相关。训练期间，受试者被要求运用不同的心理策略（例如想法、情绪、记忆等）来调节自身脑活动，并通过实时呈现的反馈来判断哪种策略更有助于调节目标脑区。
在完成训练后，所有参与者立即接种乙肝疫苗。研究团队随后通过一系列血液检测追踪免疫应答，测量接种后产生的特异性抗体水平。
结果显示，那些成功显著增强 VTA（奖赏系统关键区域）活动的受试者，在接种疫苗后抗体水平的升幅也更大。这种关联具有明确的特异性：效应仅限于VTA，用于对照的其他脑区（如海马体）未见类似关联。在更偏向“愉悦”“满足”等体验的其他奖赏系统区域也未观察到该效应。换言之，该效应在解剖定位与心理状态层面都表现出特异性。
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此外，对参与者在训练期间使用的心理策略进行深入分析发现，若参与者更聚焦于积极的期待——例如兴奋感、对良好结果的信念、对“即将发生的积极事件”的期待（如喜欢的食物、期待已久的会面），其 VTA 活动更能长期维持较高水平，而这也与更好的免疫应答相关。
研究团队强调，这是一种可测量的神经生物学机制，与医学中广为人知的“安慰剂效应”有关。“我们发现，心理状态具有明确的脑活动特征，而这种特征能够影响免疫等生理系统。”
“大脑不仅仅对健康状态作出反应，它也是影响身体健康的主动参与者。能够有意识地激活与积极期待相关的大脑机制，为研究与未来治疗开辟了新路径——作为现有医学的补充，而非替代。未来或许可以开发简单、非侵入性的工具，利用大脑影响身体的固有能力，以帮助增强免疫反应、提升治疗效果。然而必须强调：奖赏系统的激活及其对免疫应答的影响因人而异。这种方法不能取代现有医疗，但可能成为一种辅助手段。”
相关论文：http://dx.doi.org/10.1038/s41591-025-04140-5
癌症或能预防阿尔茨海默病
医学史上有个令人困惑的现象：癌症患者罹患阿尔茨海默病（AD）的风险显著降低。长期以来，这一“反常”的流行病学现象让科学家们百思不得其解——两种看似完全不相关的疾病，为何会出现如此奇特的负相关关系？癌症这个"坏角色"，为什么反而会对大脑产生保护作用？
Cell在1月22日发表的一项研究揭开了这一谜题的冰山一角。研究发现，肿瘤细胞分泌的半胱氨酸蛋白酶抑制剂C（Cyst-C）具有清除淀粉样蛋白斑块（阿尔茨海默病的毒性物质）的神奇功效。其作用类似“清道夫”，成为破解癌症与AD关联之谜的关键。
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阿尔茨海默病患者的大脑中，神经元间散布着淀粉样斑块（浅粉色，艺术示意图）。| Credit: Artur Plawgo/Science Photo Library
研究团队从7种不同外周肿瘤患者血浆中分离出33种癌细胞分泌蛋白，并构建系列基因敲除的阿尔茨海默症小鼠模型进行验证。结果发现，人源型肿瘤细胞所分泌的一种名为Cyst-C的蛋白质是这一保护效应的关键执行者。它充当“分子胶水”，可直接与小胶质细胞上的TREM2受体相结合并使其激活，在TREM2与淀粉样蛋白斑块之间起到桥接作用，从而触发小胶质细胞对淀粉样蛋白斑块的吞噬清除，达成治疗AD的效果。
TREM2作为小胶质细胞表面的关键受体，是近年来AD研究领域的"明星靶点"。TREM2变异已被确认为AD的风险因素，其能够对小胶质细胞的趋化性、代谢稳态以及吞噬功能进行调控。此前TREM2的激活配体尚不明确，本研究借助结构相互作用分析，首次明确Cyst-C为其功能性激动剂，为基于TREM2的药物开发提供了理论基础。
这条依赖TREM2的清除通路，确立了一种有别于现有降低淀粉样蛋白产生策略的全新AD治疗模式。传统治疗策略主要聚焦于“抑制淀粉样蛋白多肽的形成”，就像试图关闭“垃圾工厂”。而本研究开创的新策略是“促进已形成淀粉样蛋白的清除”，相当于增强“垃圾清运”能力。研究人员表示，这一范式转变为已存在大量淀粉样蛋白斑块的患者提供了治疗希望，也为神经退行性疾病的治疗提供了新的思路。
相关论文：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.020
女孩青春期为什么越来越早？
全球女孩进入青春期的年龄正越来越早。数据显示，19 世纪 40 年代，初潮平均年龄约为 16～17 岁；如今约为 12 岁。美国女孩乳房发育开始的平均年龄，从 20 世纪 60 年代的 11 岁，下降到90 年代的 9～10 岁。一些研究表明，这一趋势在新冠疫情期间似乎出现了“难以解释的加速”。也有数据提示男孩青春期可能同样提前，但变化似乎不如女孩明显。
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女孩初潮的平均年龄，过去 150 多年里在多个国家明显提前。| Source: K. Sørensen et al. Horm. Res. Paediatr.77, 137–145 (2012).
科学家提出了多种可能的驱动因素，在少数较为可信的假说中，肥胖流行居于首位。脂肪细胞会产生瘦素（leptin），与大脑中控制发育与生殖的神经回路相互作用。据世界卫生组织统计，全球儿童与青少年肥胖率已从 1990 年的约 2% 上升至 2022 年的约 8%。2022 年一项涵盖近 13 万名美国儿童的研究发现，肥胖与青春期提前存在明确相关性。
另一些研究者怀疑，环境中某些化学物质也可能干扰内分泌，导致青春期提前。他们尤其关注塑料相关化合物（如邻苯二甲酸酯）、被称为“永久化学品”的 PFAS，以及合成香料等——这些物质在 20 世纪得到广泛应用，可能通过模拟激素或干扰其正常作用来扰乱人体的激素调控。然而研究结果并不一致，要证明与任何单一物质的因果关联极为困难。
第三个可能因素是心理压力。一些研究表明，经历家庭暴力、虐待、贫困与歧视等压力源的女孩，可能会更早进入青春期。2022 年一项纵向研究发现，早期生活中的躯体或情感虐待与美国女孩更早初潮有关。
不过，压力并不一定能解释人群层面的整体提前趋势——目前并没有一种儿童期压力源的增加曲线，能与青春期年龄的持续下降趋势高度匹配。但压力可能与超重相互作用。哥伦比亚大学流行病学家 Lauren Houghton 表示，高压力水平、应激激素升高且 BMI 较高的女孩，乳房发育平均会比低压力且 BMI 较低者提早约 7 个月。
这也可能解释为何在新冠疫情期间，更多女孩较疫情前更早进入青春期。2020 年疫情开始后不久，意大利儿科医生就注意到，性早熟的转诊病例数量激增。他们后来报告称，2020 年转诊病例中有 41% 符合性早熟诊断标准，而 2019 年为 26%。其他国家的研究也发现了类似现象。
造成这一现象的原因很难分辨。学校关闭后，许多国家的儿童屏幕时间增加、运动减少，体重上升。但加州旧金山凯撒医疗集团儿科内分泌科医生 Louise Greenspan 更倾向于认为，疫情带来的压力影响了青春期：“我们说的是一种慢性、低度的压力。我认为它确实影响了我们的孩子。”美国杜克大学的临床工作者 Marcia Herman-Giddens 表示，并不期待很快出现一个“单一清晰解释”。她说：“永远不可能把所有促成青春期启动的因素完全剥离出来。”
越来越多文献提示，青春期过早与青少年期及成年后的某些慢性疾病风险升高相关。例如流行病学研究显示，更早初潮与成人 2 型糖尿病风险升高具有强相关，但因果关系并不清楚。研究还提示，更早进入青春期的女孩更易出现多类心理健康与行为问题，包括抑郁、焦虑、进食障碍与药物滥用。这可能与生殖激素过早作用于大脑情绪与认知相关中枢有关。
但越来越多研究认为，风险增加更多源于“身体变化带来的社会反应”。密歇根大学安娜堡分校研究青春期发育的心理学家 Rona Carter 指出，人们对更高挑且出现乳房发育等青春期体征的女孩会以不同方式回应与互动。女孩可能感到压力，被迫表现得更成熟、更独立，从而错失童年本应获得的关爱和照护。
Carter 认为，如果能让孩子们更早、更充分地为青春期和可能遭遇的社会反应做好准备，或许就能起到一种保护作用。“围绕青春期存在着大量的预期性焦虑——女孩们不知道将会发生什么，而父母则对谈论这个话题感到尴尬。”她说。
青春期提前也促使内分泌科医生讨论：何为性早熟、何时应治疗。研究者尚不确定青春期是否会继续提前，以及是否存在某个“生物学下限”。目前全球临床上通常认为，女孩 8～13 岁进入青春期属于正常范围。
相关来源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-00089-8
早期脊椎动物有四只眼睛
1月21日发表于Nature的一项研究首次证实已知最古老的（约5.18亿年）脊椎动物昆明鱼类（myllokunmingids）具有四个相机型眼，为理解早期脊椎动物视觉系统的演化与寒武纪大爆发时期动物门类之间激烈的“军备竞赛”提供了新的视角。
在现生脊椎动物中，视觉主要来源于头部两侧一对精密的相机型眼。此外，部分非哺乳类脊椎动物（如鱼类、两栖类、爬行类）的松果体复合体也具有简单的感光功能，主要承担分泌褪黑素、调整昼夜节律的功能，常被称为“第三只眼”。现有的胚胎学证据表明，侧眼与松果体复合体均发育自相同的胚胎组织（间脑的外翻），预示二者可能具有相同起源。近百年来，脊椎动物视觉系统与松果体复合体之间的转化一直存在争议，是演化生物学领域悬而未决的重要科学问题。
研究人员对澄江生物群中两种昆明鱼类（目前已知最早的脊椎动物）化石——海口鱼（Haikouichthys ercaicunensis）和昆明鱼类未定种（Myllokunmingid sp.）的新标本展开了多技术手段分析。
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具有四个相机型眼的昆明鱼类复原图 | 供图：云南大学徐星院士团队与丛培允团队
基于形态学与化石分子信号的多层次证据，研究团队提出昆明鱼类侧眼之间的黑色结构为松果体眼，保存了富含黑素体视网膜和晶状体，因此可能是具有成像功能的相机型眼。团队还进一步分析了寒武纪中期布尔吉斯页岩生物群中的另一种脊椎动物Metaspriggina化石，发现其也具有一对侧眼及一对较小的松果体眼。本研究的结果表明，在5.18亿年前的脊椎动物始祖阶段，松果体复合体是一对可成像的相机型眼；而在后续演化中，尤其在向有颌类脊椎动物演化的过程中，这对眼睛的视觉功能逐渐退化，转变为调节昼夜节律的神经内分泌系统，即现代脊椎动物中的松果体。
研究者认为，寒武纪大爆发以快速的环境变化和的大量形态创新为特征，其中捕食关系的出现是推动动物感官系统进化的重要生态驱动力。与同时代的大型捕食者（如体形超过1米的奇虾动物等）相比，早期脊椎动物昆明鱼类无论从体型还是防御手段都过于弱小。在寒武纪的“黑暗森林”中，早期脊椎动物复杂的视觉系统（四只相机型眼）可能有利于应对捕食压力。
相关论文：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09966-0

注：本文封面图片来自版权图库，转载使用可能引发版权纠纷。

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