牛：想不到吧，我也会用痒痒挠!丨一周趣科学vol.91

牧心2026年01月24日约 10 分钟

本期导读

牛学会了用工具给自己挠痒痒；
七千颗原子尺度下的量子现象；
对抗超级细菌可以请病毒帮忙；
不得重感冒的秘密或许在鼻腔。

牛学会使用“痒痒挠”给后背抓痒

维罗妮卡是一头棕色瑞士牛，生活在奥地利一个充满关爱的家庭农场里。她的看护人留意到一个不寻常的现象：当身上发痒时，维罗妮卡不会简单地靠在树干上摩擦，而是会从地上捡起一根树枝，主动且灵巧地用它来抓挠身体。

这看似简单的动作，却触及了动物行为学中一个重要的概念——工具使用。为了验证这是否是偶然行为，研究人员设计了一个巧妙的实验。他们为维罗妮卡提供了一把特制的板刷，这把刷子一端是粗糙的刷毛，另一端是光滑的棍柄。实验的逻辑很清晰：如果维罗妮卡真正理解工具的功能，她应该会表现出明确的偏好，例如更倾向于用刷毛端来抓痒。

实验结果令人惊叹。维罗妮卡不仅通过了测试，其表现更是远超预期。她会用嘴精准地叼住刷子，将其稳定在牙齿间，然后熟练地操控刷子去够那些难以触及的部位，比如后背和臀部。

实验数据显示，她使用刷毛端的频率远高于光滑的棍柄端，这证明她的行为具有明确的目的性。

更令人惊讶的细节还在后面。研究人员发现，维罗妮卡并非盲目地使用刷毛端。当需要抓挠皮肤较厚的背部时，她确实首选刷毛端。但当面对乳房、肚脐周围等皮肤柔嫩敏感的区域时，她会主动切换工具，转而使用光滑的棍柄轻轻刮蹭。这种根据身体不同部位的触感需求，动态调整工具使用策略的能力，展现出了惊人的认知灵活性。

这种高级的工具使用行为，以往仅在黑猩猩等少数动物身上才有发现。

那么，为什么我们过去从未注意到牛具备这样的智慧？现实的残酷之处正在于此：或许并非牛天生愚笨，而是我们为它们提供的环境过于贫乏。全球数量庞大的牛群大多生活在空间受限的现代化饲养场中，那里几乎没有树枝之类的物体供它们探索和操作。

维罗妮卡的案例像一面镜子，照出的是被压抑的潜能。她的能力表明，牛这一物种可能天生就具备解决问题的物理认知倾向，只是在绝大多数环境下，这种潜能没有机会被激发。

这头名叫维罗妮卡的牛，用一把简单的刷子，不仅挠到了自己的痒处，更挠到了人类认知的盲区。它促使我们反思，当我们习惯性地将身边的动物视为简单的资源时，是否也下意识地低估了它们内心的丰富世界。

维罗妮卡会用不同的端头挠不同身体部位（来源：参考文献）

课代表总结：我作证，牛会用电脑！有的马也会用！不然你以为谁在写这篇文章！

参考文献：

Osuna-Mascaró, Antonio J. et al. Flexible use of a multi-purpose tool by a cow. Current Biology, Volume 36, Issue 2, R44 - R45

7000颗钠原子同时“分身”

你可能听说过薛定谔的猫，这个思想实验描述一只猫在被观测之前，能同时处于生和死的叠加状态。这听起来像是哲学幻想，但物理学家一直在用越来越大的物体来验证这一量子原理。

最近，一项发表在《自然》杂志上的研究将这一边界推向了全新高度：科学家成功让一个由7000多个原子组成的金属纳米颗粒施展“影分身术”，同时穿过了两个不同的缝隙。

在理解这个实验之前，不妨先思考一个哲学问题：一粒米不能被称作一堆米，那么两粒米呢？似乎还是不能。那么，到底多少米才能被称作一堆呢？这个问题讲的是微观世界和宏观世界的界限问题。

大胆地想，如果这个界限是很模糊的，那么或许微观和宏观之间可能根本就没有界限。也就是说，科学家早就已经验证的单个原子可以“分身”同时穿过两条不同的窄缝的实验，7000个原子也理应能够做到。

想象一下，一个比流感病毒还小的钠纳米团簇，以每秒160米的速度飞行。在常人看来，它应该像一颗微小子弹，沿着一条确定的轨迹运动。但在量子世界里，这个纳米团簇被描述为一种波，它能同时穿过多个路径。

研究团队设计了一套极其精密的仪器，名为多尺度团簇干涉实验装置。它利用三束精心排列的紫外激光，形成了一道道只有133纳米间距的光栅。当纳米团簇飞过时，第一道光栅就像是一个筛子，确保只有那些量子波特性一致的粒子才能通过。第二道光栅则扮演分束器的角色，将每个团簇的量子波一分为二。经过近一米的飞行后，这两条路径在第三道光栅处重新交汇。

实验结果显示，纳米团簇在探测器上形成了明暗相间的条纹，这正是波相互叠加或抵消的干涉现象。这意味着，每个纳米团簇在飞行过程中确实同时占据了两条分离的路径，而两条路径之间的距离是其自身直径的十多倍。

这项实验的非凡之处在于其宏观性。与之前的实验相比，此次实验的宏观性提高了一个数量级。这强有力地表明，即使是由数千个原子组成的物体，其行为在一定条件下依然能够遵循量子力学的规律，而非我们日常所熟悉的经典物理。

这一发现直接挑战了一些关于现实本质的深层问题。某些理论曾猜测，当物体变得足够大时，可能会存在某种机制迫使它们退出这种奇特的量子状态，回归到我们熟悉的经典世界。但这次实验证明，至少对于这个尺度的物体，量子力学依然完美有效。这为未来探索更复杂的物体，甚至蛋白质或小型病毒的量子行为铺平了道路。

实验装置图，可见一大团原子最终显示出了波的叠加态（图片来源：参考文献）

课代表总结：7000颗原子足够组成一个有功能的蛋白质分子了。

参考文献：

Pedalino, S., Ramírez-Galindo, B.E., Ferstl, R. et al. Probing quantum mechanics with nanoparticle matter-wave interferometry. Nature 649, 866–870 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09917-9

科学家人工合成病毒对抗超级细菌

当今世界，抗生素滥用问题已经让许多细菌获得了全方位的抗药性，从而能够耐受多种抗生素药物治疗。当人体被这些细菌感染，抗生素往往难以将其清除，这也就是所谓的超级细菌。

当抗生素这把传统武器在超级细菌面前逐渐失效，科学家开始将目光转向一个更精妙的天然克星——噬菌体。这是一种专门寄生在细菌体内的病毒，可以说是细菌的天敌。

如今，研究者们不再满足于从自然界中寻找噬菌体，而是迈出了革命性的一步：像编写程序一样，从零开始设计和构建能够精准狙杀超级细菌的人工病毒。

近日，新英格兰生物实验室和耶鲁大学的研究团队在《美国国家科学院院刊》上发表了一项突破性研究，成功创建了首个完全人工合成的噬菌体工程系统，专门针对全球关注的耐药性细菌铜绿假单胞菌。

这项技术的核心是一种名为高复杂度金门组装的新型基因组装平台。传统噬菌体研究依赖天然病毒样本，过程繁琐且局限。而新方法只需获得目标细菌的基因序列数据，就能在实验室中直接合成整个噬菌体基因组。

研究人员将28个合成DNA片段像拼搭乐高积木一样精准组装，构建出完整的噬菌体基因组。更厉害的是，他们还能对基因组进行编程，通过点突变、插入或删除基因片段，赋予病毒新功能。比如更换尾部纤维基因来改变其感染对象，或加入荧光标记以实时观察感染过程。

这项技术相当于为科学家提供了一套分子级别的精密工具，让他们能够量身定制细菌杀手。相比传统方法，新流程更快速、安全且易于扩展，同时避免了操作危险病原体带来的风险。

研究团队将这项技术比作一把专门为解决噬菌体治疗难题而设计的奇异锤子。事实上，该平台已经展现出广泛应用潜力。在与匹兹堡大学合作中，科学家成功构建了高GC含量的分枝杆菌噬菌体；与康奈尔大学合作则开发出能检测饮用水大肠杆菌的合成噬菌体传感器。

随着抗生素耐药性问题日益严峻，这种能够精准设计生物武器的能力，为未来抗感染治疗打开了全新的大门。科学家不再局限于自然界已有的武器库，而是能够根据战场需要，随时设计和生产针对性更强的智能型抗菌战士。

噬菌体附着在细菌表面，向细菌注入自身DNA（图片来源：Shutterstock）

课代表总结：让英雄去查英雄，让好汉去审好汉。

参考文献：

New England Biolabs. (2026, January 21). Scientists are building viruses from scratch to fight superbugs. ScienceDaily. Retrieved January 22, 2026

鼻子里的闪电战：身体如何悄悄击退感冒病毒

当你身边有人打喷嚏时，你是否曾疑惑，为什么自己有时会中招，有时却能安然无恙？一项发表于2026年1月《细胞》（Cell）的最新研究揭示了答案：这很可能取决于你的鼻腔细胞的反应速度。

鼻腔黏膜就像一道精心布防的边境线。当鼻病毒（最常见的感冒元凶）试图入侵时，驻扎在鼻腔内的细胞会立即拉响警报。这些细胞并非孤军奋战，它们像一个高度协同的团队，迅速启动一系列抗病毒防御机制。

科学家们通过培养人体鼻腔类器官模型，首次清晰观察到这一过程。他们让鼻腔干细胞在模拟人体环境条件下生长四周，形成了包含多种细胞类型的鼻黏膜组织，其中既有分泌黏液的杯状细胞，也有长着纤毛的柱状细胞。这些纤毛就像无数微小的扫帚，负责清除异物。

研究发现，鼻腔细胞抵御病毒的关键在于干扰素。当第一个细胞识别出病毒入侵，它会立即释放干扰素蛋白质。这些蛋白质如同古代边境的烽火台，迅速将危险信号传递给周围细胞。

收到警报后，不仅是已被感染的细胞，连健康的邻居细胞也会立即进入战备状态，激活自身的抗病毒机制。这种集体防御使得病毒难以复制和扩散。如果这一反应足够迅速，病毒在造成任何明显症状前就会被清除。

研究团队通过阻断这一警报系统验证了它的重要性。当干扰素反应被抑制时，病毒如入无人之境，迅速感染大量细胞，造成组织损伤，甚至导致整个类器官模型崩溃。

而当病毒突破粘膜第一道防线时，会激活另一套感应系统。这套系统会促使细胞产生大量黏液和炎症信号，导致我们熟悉的鼻塞、流涕和咳嗽等症状。对哮喘等慢性呼吸道疾病患者来说，这种过度炎症反应可能尤为严重。也就是说，有的人一感冒就会很严重，这很可能是他的粘膜防线太脆弱导致的。

这些发现为开发新疗法指明方向：或许未来我们不是直接杀死病毒，而是通过增强鼻腔的天然防御能力来预防感冒。

鼻腔粘膜抵御病毒的能力决定了你是否会得重感冒（图片来源：veer图库）

课代表总结：年纪大了之后，每次感冒都来得慢，去的也慢，最开始只是生口疮，慢慢地有鼻塞，然后是发热，然后再逐渐退去，每次都要折腾一个周左右。

参考文献：

Bao Wang, Julien A.R. Amat, Valia T. Mihaylova, Yong Kong, Guilin Wang, Ellen F. Foxman. Rhinovirus triggers distinct host responses through differential engagement of epithelial innate immune signaling. Cell Press Blue, 2026; 100001 DOI: 10.1016/j.cpblue.2025.100001

作者简介

牧心，科普作者。