10秒超声,就能让哺乳动物陷入“冬眠” | 环球科学要闻

作者: 不周、王怡博

来源: 环球科学

发布日期: 2023-05-26 12:05:36

近日,多项研究在《自然》和《自然·代谢》等期刊上发表,涉及医学、生理学、物理学和化学领域。医学方面,脑-脊髓接口技术帮助瘫痪患者恢复行走能力;生理学方面,超声波诱导小鼠和大鼠进入冬眠样状态;物理学方面,首次在伊辛超导体中发现特殊超导态证据;医学方面,母乳中的脂肪酸对新生小鼠心脏发育至关重要;化学方面,陨石和火山颗粒物可能促进了生命反应的起源。

医学

脑-脊髓接口使瘫痪患者恢复行走能力脊髓损伤会破坏大脑与控制行走的脊髓区域之间的通信,导致瘫痪。之前恢复这类瘫痪患者运动能力的技术需要对脊髓区域进行电刺激,来实现站立和行走。然而,患者需要佩戴运动传感器,而且适应不断变化的地形的运动能力也有限。近日,一项发表在《自然》(Nature)上的研究指出,通过一种能恢复大脑和脊髓间通信的植入装置,从而使一位手臂和腿部瘫痪的患者自然站立和行走。

这种装置甚至可以促进神经恢复,从而使这位患者在植入装置关闭后仍能使用拐杖行走。

生理学

诱导小鼠和大鼠进入冬眠样状态近日,一项发表于《自然·代谢》(Nature Metabolism)的研究表明,定向头部的超声脉冲可以诱导小鼠和大鼠出现可逆的冬眠样状态。

蛰眠(Torpor)是一种类似冬眠的生理状态,在此状态下哺乳动物会抑制代谢、降低体温,减缓其他生理过程以保存能量,并且这会受到中枢神经系统的控制。而超声波已被表明能够激活动物的神经细胞。研究人员开发了一个可安装在自由活动的小鼠头部的超声发射器,并针对下丘脑视前区(可调节冬眠活动)施加了10秒超声脉冲。

结果显示,这在雌鼠和雄鼠中激发了即时体温下降数度(平均3~3.5℃),同时伴有心率下降和氧消耗下降,并在2小时内完全恢复。为了使这类蛰眠状态维持长达24个小时,研究人员通过结合超声发射器和一个自动系统,在它们体温开始回升时发射重复超声脉冲——实验动物并没有伤害或不适的迹象。值得一提的是,大鼠通常不会自然冬眠,然而这一技术在12只大鼠身上生效了,尽管它们体温仅下降1~2℃。

研究人员表示,这种延缓代谢、降低体温的非侵入性且可逆的技术,或许可以应用于急救等。但还需更多研究来调查这一方法对人类的安全性。

物理学

首次在伊辛超导体中发现特殊超导态证据电子两两配对组成库珀对后凝聚形成的量子态被称为超导态。经典的超导体中,库珀对的两个电子动量相反,因此总动量为零。

但曾有理论物理学家预测,在低温强磁场条件下,塞曼效应可能会导致电子组成动量不为零的库珀对,而这种库珀对在凝聚后会表现出波动的特性,也被称为FFLO超导态。但在普通超导体中实现FFLO态需要超低温和强磁场,很难在实验上实现。最近,一项发表在《自然》(Nature)上的研究显示,研究人员首次在实验上证实了伊辛超导体中存在轨道效应驱动的特殊FFLO态,而且是在较高温度和较弱的磁场条件下实现的。

医学

母乳代谢物驱动小鼠心脏发育

出生会给新生心脏带来许多挑战,需要心脏细胞经历多种变化和成熟。例如,心肌细胞(心脏的收缩细胞)需要重塑对所需能量物质的偏好,从葡萄糖转为脂肪酸,让心脏可以终身高效搏动。但人们对这一成熟过程背后机制的了解尚不深入。近日,据《自然》(Nature)发表的一篇论文显示,一种母乳中的脂肪酸对于新生小鼠心脏的成熟十分关键。这些发现揭示了环境因素如何影响新生小鼠出生后心脏发育的机制。

化学

陨石和火山颗粒物或促进了生命反应的起源

此前研究表明,有机分子的前体——烃类、醛类和醇类——可能是小行星和彗星带来或者由地球早期大气与海洋的反应所生成。这些反应可能由闪电、火山活动或撞击的能量所促成。但是数据的匮乏意味着人们还不清楚产生此类前体的主要机制。根据发表在《科学报告》(Scientific Reports)的一篇论文,生命起源所需分子的前体,可能产生自富含铁的颗粒,来自陨星或地球上约44亿年前的火山爆发。

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