美国加州大学戴维斯分校的研究团队研制出一款名为“DeepInMiniscope”的小型成像系统，能以高分辨率、无创方式实时观测小鼠的大脑活动。该系统有望为神经科学研究开辟全新路径，并推动脑部疾病新疗法的开发。相关成果发表于新一期《科学进展》杂志。此前，该研究团队曾开发出一款无需镜头的相机，可实现单次曝光生成三维图像。该成像系统虽适用于光散射较少环境下的大型物体，却难以捕捉生物样本中因强烈光散射和低对比度信号所带来的复杂细节，其三维重建也面临巨大的计算挑战。DeepInMiniscope通过采用新型掩模设计克服了上述问题。该掩模集成了100多个微型高分辨率透镜，并借助神经网络将来自各透镜的图像整合，重建出高质量三维影像。该神经网络融合多种机器学习方法，可在较大三维空间中快速、精准地还原细微结构。利用这一工具，团队实时记录了自由活动小鼠大脑内神经元的活动。研究团队表示，该算法兼具可解释性、...
长期以来，距地球40光年的行星TRAPPIST-1e被认为是寻找外星宜居世界的目标。一个国际团队借助美国航天局的詹姆斯·韦布空间望远镜最新发现，这颗行星可能拥有水和含有氮气的大气层。TRAPPIST-1e是红矮星系统TRAPPIST-1中的第四颗行星，其轨道位于该星系的宜居带内且运行稳定。这颗行星之所以备受关注，是因为理论上其表面可能存在液态水，但前提是该行星拥有大气层。美国《天体物理学杂志通讯》近日刊发的两项最新研究显示，这颗行星可能存在含有氮气等气体的大气层。在地球上，氮气对维持生态系统发挥着至关重要的作用。拥有大气层将使TRAPPIST-1e表面可能拥有以海洋或冰原形式存在的水。在最新观测过程中，当行星TRAPPIST-1e从其恒星前方经过时，研究人员将韦布望远镜的近红外光谱仪瞄准该行星系统。如果行星拥有大气，那么星光穿过大气时将被部分吸收，通过分析到达韦布望远镜的光谱变化，研究...
2002年至2017年，GRACE卫星一直在探测地球上的引力变化。图片来源：NASA20年前，在我们脚下数千公里深的地方，曾发生了一次神秘的引力变化。在《地球物理研究快报》近日发表的一项研究中，科学家通过分析测量地球引力变化的卫星数据得出了这一结论。这一现象可能源于地质变化导致的地球引力场改变，并充分证明了地球轨道卫星的价值。“这确实是一项全新的观测结果。”论文通讯作者、法国古斯塔夫·埃菲尔大学的Isabelle Panet指出，这项研究将帮助科学家更好理解从地壳到地幔再到地核的地球各层间的关系。这种关系影响着大地震起源，以及地球如何维持磁场以抵御太阳风暴等。研究团队利用了重力恢复与气候实验（GRACE）卫星的数据。这是一对双星系统，以设定的间距绕地球飞行。当卫星遇到来自巨大山脉的引力牵引时，前导卫星会暂时加速远离后方卫星，这种距离变化可以测量并与引力变化相关联。研究人员通常利用GRA...
“洞察号”着陆器揭示了行星深层动荡历史的隐藏细节。图片来源：英国帝国理工学院如果把地球和火星比作点心，教科书常画得像“千层酥”——层层分明，规规矩矩。但火星并不遵循这套整齐划一的模板。最新研究显示，它的内部更像“八宝粽”，馅料五花八门、参差不齐，粗粝而杂乱。来自英国帝国理工学院的科学家，分析了美国国家航空航天局“洞察号”探测器传回的地震数据，发现火星的地幔并不均匀，而是埋藏着许多早期残留的碎块，有的大到4公里宽。这些“硬疙瘩”般的碎块，就像星球在成长过程中留下的旧伤痕，被火星保存至今。它形成的秘密要追溯到45亿年前。火星和地球一样，都是围绕年轻太阳的尘埃和岩石逐渐聚合而成的。在它成形不久，就遭遇过多次天体级的猛烈撞击，能量之大足以将年轻的火星大面积熔化，形成滚烫的“岩浆海”。随着时间推移，岩浆逐渐冷却、结晶，留下成分各异的大块物质。就像把不同材料混进面团，这些碎块后来被“揉”进火星的地...
在显微镜下看到的时间晶体。图片来源：《自然-材料》时间晶体，一种曾被认为在物理上不可能存在的物质状态，或许很快就会出现在纸币上。时间晶体是一种在时间维度上持续重复出现的物质形态，就像普通晶体中的原子在空间重复排列一样。此前，时间晶体仅存在于复杂的量子物质中，但物理学家找到了一种方法，能够在特定条件下制造出一种可用肉眼看到的时间晶体。这项成果9月4日发表于《自然-材料》。该研究涉及兼具液体与固体特性的“液晶”棒状分子。研究人员只需将光照射在液晶上，就能在其表面产生扭曲分子的涟漪。即使改变了外部条件，涟漪也会以不同的节奏持续移动数小时。且这种节奏与任何外部输入的作用力不同步，满足了时间晶体的两项核心定义标准。韩国浦项科技大学的材料科学家Young-Ki Kim表示，尽管液晶的一些特性已为人所知，但此前从未有人考虑过能否用它制造时间晶体。Kim指出，这种时间晶体达到了毫米至厘米级的宏观尺度，...
几个世纪以来，天文学家一直对宇宙中最古老、最密集的恒星系统之一——球状星团的起源感到困惑。如今，由英国、美国、瑞典等多国科学家组成的团队发表于最新一期《自然》杂志的研究，通过高精度模拟终于解开了这一谜题，并意外发现了一类此前未知的恒星系统。该研究为理解星系形成、暗物质本质以及宇宙早期演化开辟了全新路径。球状星团是由数十万到数百万颗恒星组成的密集星群，它们围绕银河系等星系运行，其恒星在年龄和化学成分上高度一致，且未显示出暗物质存在的迹象。这些特征自17世纪被发现以来，其形成机制引发激烈争论。此次，团队利用英国DiRAC国家超级计算机设施，运行了名为EDGE的虚拟宇宙模拟项目，耗时数年，追溯了宇宙138亿年的演化历史。该模拟以前所未有的10光年分辨率，首次在虚拟环境中实时重现了球状星团的形成过程。结果显示，球状星团可以通过至少两种不依赖暗物质的机制形成，为这一百年难题提供了关键解答。更令人...
实验室培育的人类肾脏“组合体”。图片来源：美国南加州大学一组国际联合研究团队在构建合成肾脏方面取得重要突破：他们首次将肾脏关键结构整合，创造出被称为“组合体”的新型肾脏组织。发表于最新一期《细胞·干细胞》杂志的这项成果，意味着人们成功培育出比以往更成熟、更复杂的肾脏类器官，为疾病研究和器官移植带来新希望。此次，包括美国南加州大学、俄克拉荷马大学、南佛罗里达大学等多家美国研究机构联合中国同济大学组成的团队，在实验室中优化了小鼠和人类肾脏“组合体”的生长条件，随后将其移植到活体小鼠体内。在生物体内天然环境的作用下，这些“组合体”进一步发育成熟，体积增大，并形成了结缔组织和血管网络。移植后的“组合体”展现出多种类似真实肾脏的功能，包括血液过滤、吸收白蛋白等蛋白质、分泌肾源性激素，以及出现尿液生成的早期迹象。值得注意的是，以往的肾脏类器官通常只能发育到胚胎阶段，而此次的“组合体”在基因活性和组...
据《自然》杂志24日报道，美国斯托瓦斯医学研究所团队首次精确定位了人类染色体在形成罗伯逊易位时的融合点。这项研究具有里程碑式的意义，不仅揭示了这类染色体融合是如何形成并保持稳定的，还指出曾被认为是“垃圾”的重复DNA，可能在基因组组织和进化中发挥核心作用。人类染色体通常被描绘成两两配对的“整齐队列”。但在大约每800人中，就有一人出现不同寻常的情况，即两条染色体“牵手”融合，形成一种特别的结构，这就是所谓的罗伯逊易位。这种现象长期以来困扰着科学家。罗伯逊易位携带者往往并不自知。他们大多健康，但可能会出现不孕或流产的情况。当他们有子女时，孩子罹患唐氏综合征的风险也会升高。此次，团队利用一种称为“长读长测序”的DNA测序技术，首次获得了完整的罗伯逊易位染色体序列。与传统测序方法不同，长读测序能读取高度重复的DNA区域，使科学家看清了此前难以解析的“盲区”。团队比较了3条罗伯逊易位染色体与正...
长期以来，科学家对宇宙中的超高能中微子的来源一直难以解释。美国麻省理工学院物理学团队最近的一项新研究表明，太阳系外原始黑洞的临终爆炸，可能为一些高能中微子提供了合理来源。中微子是一种几乎不与物质发生作用的基本粒子，每秒有数万亿个穿过人体，却几乎不会留下痕迹，因此被称为“幽灵粒子”。而原初黑洞是一种假想的微观黑洞，理论上形成于大爆炸后的最初时刻。一些科学家认为，原初黑洞可能构成当今宇宙中大部分甚至全部的暗物质。和大质量黑洞类似，原初黑洞会不断泄漏能量并逐渐缩小，这一过程被称为霍金辐射。随着黑洞辐射增加，其温度升高，并释放越来越多的高能粒子。辐射过程加速后，黑洞在蒸发最后阶段会产生剧烈爆炸，释放能量最高的粒子，包括中微子。研究团队通过计算发现，如果银河系中存在大量原初黑洞，那么今天应有部分正在“死亡”。若其中一颗恰好在距离太阳系相对较近的区域爆炸，就可能产生超高能中微子飞向地球，被探测器捕...
随着大气二氧化碳水平的上升，亚马孙雨林中的树木平均尺寸稳步增加，这意味着这些更大的树木在决定森林能否保持碳汇功能方面发挥着更重要的作用。相关研究成果9月25日发表于《自然-植物》。森林将如何应对气候变化是一个悬而未决的问题。有一种假设认为，大型树木的数量会减少，因为它们更容易受到干旱或大风等气候相关现象的影响。了解其走向对未来气候模型至关重要，因为森林从大气中吸收并锁定了大量二氧化碳，从而减缓全球变暖。英国剑桥大学的Adriane Esquivel-Muelbert和亚马孙森林调查网络的同事一直在测量亚马孙流域1.2万平方米的188个地块的树木直径。监测周期各不相同，其中有些长达30年。在此期间，大气二氧化碳浓度上升了近1/5。“我们追踪了森林中的一些空间，在这里，树木平均尺寸变大了，这意味着它们在同样空间内锁定的碳比过去更多。”Esquivel-Muelbert说。研究人员发现，树木...
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