怀孕会导致大脑皮层萎缩？拔管困难是因为膈肌“躺平” | 一周趣科学vol.29原创 牧心 科学大院 2024-08-03 14:15:49收录于话题#一周趣科学正文共4031字，预计阅读时间约为15分钟也可点击右上角小圆点“听全文”，用耳朵聆听知识~ 本周科学榨菜上新啦！课代表为你快速梳理近期科学界有趣又有料的新鲜事！
科学新鲜报，早看早学到~ 本期导读 1. 怀孕改变母亲大脑的默认模式网络； 2. 产甲烷微生物的种类正在逐渐变多；3. 拔管困难是因为膈肌肌球蛋白失活；4. 恒星诡异的自转背离模型预测结果；5. 二氧化碳二聚体解聚将对称性打破； 01科学家揭示妊娠期对女性大脑的影响 怀孕对女性的影响是深远而持久的，这是不言而喻的，但是具体的细节还有待考证。
人们非常关注怀孕，但主要关注的是身体状况以及如何成功怀孕。在已发表的人类神经影像研究中，只有0.5%关注女性特有的健康因素。对妊娠女性的健康应该给予更多的关注。 然而，“一孕傻三年”这一刻板观念在中外各国社会中普遍存在。多项调查显示，50-80%经历过怀孕和分娩的人认为自己经历了记忆力衰退、认知能力下降等问题。因此，科学家也迫切地想研究怀孕生子对女性的大脑究竟造成了什么样的影响。
西班牙巴塞罗那大学的研究者在充分进行多组对照试验的基础上，发现怀孕期间多个大脑区域都会萎缩，许多大脑结构都会受到影响，例如控制本能行为的下丘脑以及负责记忆功能的海马体。 但影响最大的是大脑皮层，这也是人类最高级的神经中枢，是人类与其他动物相比最不同的地方。 在最近的文章中，研究者声称，孩子出生后，孕期的大多数萎缩都会完全逆转，但是有一个被称为“默认模式网络”的部分却没有恢复。
这部分大脑的功能是反思自己，理解别人，理顺时间顺序或者逻辑顺序等，参与了个人情感和社会评价的互动规律。 数据显示，默认模式网络的变化程度与母婴依恋的强度、母亲对婴儿照片的反应剧烈程度相关。因此科学家认为，这一区域的改变可以在母亲的大脑中为新生儿腾出“心理空间”。
正如青春期激素可以改变大脑的结构，让人做好“独立生活”的心理准备一样，怀孕对母亲大脑结构的改变，也让母亲的大脑做好“马上就有一个小生命要来依赖自己了”的准备。 图1 在妊娠晚期，大脑皮层的某些部分（蓝色）厚度会减少。（图片来源：nature.com） 课代表总结：在关注胎儿健康的同时，更要关注妊娠期女性的健康问题！
参考文献：https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4124712/v1 02中外科学家发现多种产甲烷微生物 早在一百多年前，科学家就发现了能够向环境中排放甲烷的单细胞微生物。这些微生物有的生活在几公里的冰层之下，有的生活在沙漠中，但它们的基因很相似，因此它们都属于同一个微生物类别——广古菌门。 多年来，人们发现的产甲烷菌都属于广古菌门。
大约十年前，科学家在不同的生态环境中检测到了一些奇怪的DNA，它们看起来能够行使产甲烷的功能，却与任何已知的广古菌门产甲烷微生物DNA都不像。 美国蒙大拿州立大学的研究者在美国黄石公园的热泉里找到了两组这种DNA，而我国农业农村部沼气科学研究所的承磊研究员，则是在我国的油田里找到了类似的DNA。 即便如此，没人知道这些DNA的主人是谁，也不知道它们的主人是不是真的会用它们来生产甲烷。
近日，《自然》杂志连发三文，报道了研究者们的最新进展：这些DNA的主人都被找到了，并且被“请”到实验室里安了家。 美国学者通过研究黄石公园的热泉样本，发现了两种微生物，分别属于Methanomethylicia和Methanodesulfokora两个类别。 后来发现，这两种生物的“性格”也有很大不同。
前者就像是“e人”，比较活泼外向，分布也非常广泛，有时还会三三两两地聚集在一起，用小管子连接彼此，像“聊天”一样交换物质和信息。 与此相反，后者就像微生物界的“i人”，不但专门生活在热泉和深海这些极端环境中，幽闭而隐秘，而且总是独来独往，不与别人打交道。 不过，实验室培养已经证明，两组细菌都可以将甲醇转化为甲烷，进而在无氧环境中茁壮成长。
我国科学家也在油田中发现了一种类似的微生物，被分类到一个称为Methanosuratincolia的类别中。经过多年的研究，研究团队发现这种微生物的能量代谢与甲烷的产生密切相关。 研究结果证实，产甲烷菌的多样性超出了传统的广古菌范围。现在看来，很多微生物都有这种“传统艺能”，因为这些菌可能已经在地球上生活了30多亿年了。 但关于它们，我们仍然有很多不了解的地方。
例如，这些微生物总是会产生甲烷，还是说只有在特定条件下才产生甲烷呢？有什么方法可以让它们少产生一些甲烷吗？这对于遏制越来越严重的温室效应有着非常重要的意义。 图2 黄石国家公园的大棱镜温泉里发现了许多奇怪的微生物 （图片来源：wiki） 课代表总结：据说NASA认为外星生命就是从产甲烷开始的！
参考文献：[1] Krukenberg, V., Kohtz, A.J., Jay, Z.J. et al. Methyl-reducing methanogenesis by a thermophilic culture of Korarchaeia. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07829-8[2] Kohtz, A.J., Petrosian, N., Krukenberg, V. et al. Cultivation and visualization of a methanogen of the phylum Thermoproteota. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07631-6[3] Wu, K., Zhou, L., Tahon, G. et al. Isolation of a methyl-reducing methanogen outside the Euryarchaeota. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07728-y 03膈肌休眠导致ICU病人“拔管困难” 重症监护室（ICU）会为危重病人提供多种生命支持手段，最常见的是机械通气，也就是用呼吸机来“强迫”患者进行呼吸。
但是医院也会发现，长时间使用呼吸机后，患者会出现比较严重的膈肌无力现象，而膈肌是自主呼吸过程中的重要肌肉。 膈肌无力会导致病人失去自主呼吸的能力，因此就对呼吸机产生了依赖，也就是所谓的拔管困难。这不仅会带来生命危险，也会造成很大的经济损失，同时浪费ICU资源。 近日，荷兰阿姆斯特丹大学的研究人员在《科学·转化医学》杂志上发表了一种新机制，可以解释ICU机械通气期间出现的膈肌无力。
肌肉纤维中有两种相间排列的结构：粗肌丝和细肌丝，粗肌丝上有很多只“小手”，称为肌球蛋白，它们可以抓住细肌丝上的许多“把手”，称为肌动蛋白。 “小手”抓住“把手”进行拉伸，就会把细肌丝向后拉伸一段距离，此时肌球蛋白“松手”，再去抓一个“把手”再次拉伸，并且一直重复这个动作。很多只小手的很多次拉伸，会让细肌丝发生明显的位移，进而收缩肌肉产生力。 那么，为什么ICU机械通气的病人的膈肌会无力呢？
研究者采集了机械通气的ICU病人和健康人的膈肌纤维进行了活检。在健康的膈肌纤维中，粗肌丝上的肌球蛋白很活跃，要么正在抓着肌动蛋白往后拽，要么就是在寻找下一个肌动蛋白抓手的路上。 但是在拔管困难病人的膈肌中，这些小手既没有抓住肌动蛋白，也没有在试图寻找肌动蛋白，它们……放手了。研究人员发现，病人膈肌的肌球蛋白“躺平”在粗肌丝上，就像在冬眠一样。
这种“躺平”现象是膈肌特异的，对患者的大腿肌肉检查没有发现这一现象。科学家认为，这种状态对患者有益：休眠可以节省的能量，节省下来的能量可用于克服危重疾病。 然而，一旦康复，患者就需要脱离呼吸机。但已经休眠的肌球蛋白很难重新激活，这会损害膈肌强度和独立呼吸。 实验表明，小分子肌钙蛋白激活剂可以恢复患者膈肌细胞的力量水平，这可能为拔管困难提供开发针对性药物提供思路。
图3 上图：正常人的肌球蛋白（蓝紫色）与肌动蛋白（灰色）结合位点较多；中图：ICU病人的肌球蛋白有很多在“躺平”；下图：使用肌钙蛋白激活剂可以唤醒ICU病人的肌球蛋白（图片来源：参考文献） 课代表总结：你可别躺平啊！
你躺平，我就真的躺平了…… 参考文献：Marloes van den Berg et al. ,Super-relaxed myosins contribute to respiratory muscle hibernation in mechanically ventilated patients.Sci. Transl. Med.16,eadg3894(2024).DOI:10.1126/scitranslmed.adg3894 04特殊恒星的自转与预测结果大相径庭 芬兰赫尔辛基大学的天文学家发现，长蛇座LQ恒星和武仙座 V889恒星的自转轮廓与太阳的自转轮廓有很大不同。
这一观测结果有助于深入了解恒星天体物理学的基本原理，并有助于理解太阳的活动、黑子结构和太阳暴发等过程。 我们知道，地球作为一个固体球，表面的自转速度应该是均匀的，无论是赤道还是两极，都是24小时自转一圈。 而太阳作为一颗恒星，表面并非固体，而是可以流动的等离子体，粒子之间不像固体内部的粒子一样有互相拉扯的力，所以它的表面自转速度是不一样的。
太阳在赤道处自转速度最快，而在高纬度地区，自转速度减慢，在极地地区最慢。这似乎也还好理解，就好像从水管里喷出的水柱，离地面近的一侧流速慢一些，离地面远的一侧流速更快些。 但是科学家发现，长蛇座LQ恒星表现得很异常，它像地球一样全球自转速度相同，就好像它是一颗固体星球一样。
而另一颗恒星，武仙座V889则更加诡异，它既不是赤道转速最快，也不是像地球一样全球同速，而是在纬度约 40 度处自转速度最快。 这一结果令人震惊，因为科学家早就推算过恒星自转的物理规律，并且也得到了广泛认可，即便更换物理参数之后用计算机模拟，也没有得到类似的结果。
这也是写了这么多期趣科学的课代表所没有见过的：在发表的文章中，作者对自己发现的现象感到十分迷惑，没有给出任何解释，哪怕是假说也没有给出。 武仙座V889是一颗类太阳恒星，各方面都与太阳很相似，但是要比太阳年轻许多。它正在讲述着太阳的历史和演化故事，因此科学家才重点关注了这颗恒星。 研究人员的研究结果基于费尔伯恩天文台对目标恒星的观测。
大约 30 年来，研究人员一直用机器人望远镜监测恒星的亮度，这为了解恒星在长期内的行为提供了第一手资料。 另一个神奇的地方在于，虽然人们早已进入了大型太空望远镜时代，但是小型地面望远镜仍然能为恒星运动的研究提供很有价值的基本信息。 图4 武仙座V889自转最快的地方不在赤道，而在中间 （图片来源：赫尔辛基大学） 课代表总结：大胆猜测，中间转得快是因为星球中间鼓包了！
（大雾） 参考文献：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202449861 05解聚后的二氧化碳二聚体发生对称性破缺 一个国际科学家团队公布了一项令人惊讶的分子物理学发现，揭示了电离二氧化碳二聚体中意想不到的对称性破坏动力学。这项研究发表在《自然·通讯》上。 在寒冷的太空或者地球大气中，二氧化碳分子会“抱团取暖”，两两结合形成对称形状的分子对，被称为二氧化碳二聚体。
宇宙中的极紫外线（EUV）击中这种二聚体后，会把其中的一颗电子打飞出去，从而使这一二聚体发生电离。电离之后，二聚体的结构会变得不稳定，于是会发生解聚。 力学计算结果表明，解聚之后的两个二氧化碳分子仍然应该维持对称性，一个向左动，另一个就会向右动；一个顺时针转圈圈，另一个就会逆时针转圈圈。 然而实际结果却不是这样。
科学家使用德国的FLASH自由电子激光设施，向二氧化碳二聚体发射极紫外光子，并研究二聚体在几百飞秒之内的运动，发现其解聚后的运动并不对称。 结果表明，其中一个二氧化碳分子会发生较大幅度的旋转，而另一个则几乎不发生旋转。这种对称性消失的现象被称为“对称性破缺”。
由于在旋转过程中，其中一个分子的一个氧原子会非常靠近另一个分子，这可能导致这个氧分子“跳槽”，原来是两个CO2，后来变成一个CO3加一个CO。 研究人员解释说，这种不对称与二氧化碳分子的量子行为有关，可以被称为“薛定谔的二氧化碳”——二聚体中的两个二氧化碳分子处在旋转与不旋转的叠加态中，整体保持对称性。但是在对系统进行观测时，量子波函数崩溃，导致其中一个二氧化碳分子相对于另一个分子旋转。
另外，这项研究也诠释了尖端实验技术是如何改变人类对自然界的认识的。如果没有能发射单个光子的光源，或者能够在飞秒（千万亿分之一秒）尺度上观察分子运动的技术，人们就不会看到这种分子尺度的量子力学效应了。 实验中测量的二氧化碳分子解聚后的运动模型（图片来源：参考文献） 课代表总结：期待阿秒激光为我们带来更激动人心的结果！
参考文献：Livshits, E., Bittner, D.M., Trost, F. et al. Symmetry-breaking dynamics of a photoionized carbon dioxide dimer. Nat Commun 15, 6322 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50759-2 作者：牧心 版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！
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