在一杯典型的浓缩咖啡制作过程中，咖啡师会将研磨好的咖啡粉压入粉碗中形成“咖啡饼”，随后热水在高压作用下穿过咖啡层，带走其中的风味物质、颜色以及咖啡因。看似简单的过程，其实涉及复杂的物理与化学变化，而影响最终风味的变量也远比想象中更多，包括压粉力度、水流时间以及咖啡粉颗粒大小等。

为了更深入理解这些因素如何共同作用，研究人员选取了来自卢旺达与哥伦比亚的咖啡豆，并将其研磨成11种不同粒径，从极细到较粗不等。随后，他们将这些样本放入管状装置中，并利用X射线计算机断层扫描技术（XCT）对其内部结构进行三维成像，从而观察咖啡颗粒之间肉眼无法看到的孔隙与通道结构。

接下来的实验更像是“数字冲咖啡”。研究团队借助计算机模拟流体运动，基于渗流理论分析水在不同咖啡结构中的流动路径，重点观察水流如何通过颗粒之间连通的孔隙空间。通过这种方式，他们可以在虚拟环境中反复模拟萃取过程，而无需真正冲泡每一杯咖啡。

在对比大量模拟结果之后，研究人员最终建立了一套用于描述水在咖啡粉中渗透难易程度的数学方程，并验证其与渗流理论高度一致。这一模型能够综合表达咖啡粉粒径、填充密度以及孔隙连通性等因素，并进一步关联到咖啡萃取的饱和状态与风味表现。

研究指出，影响萃取质量的核心变量包括孔隙结构的连通程度、颗粒的大小与表面积，以及它们在空间中的排列方式。这些因素共同决定了水与咖啡接触的时间与效率，从而影响最终的浓度与风味强度。通常情况下，接触时间越充分，萃取越充分，风味也会更浓郁，但最佳状态仍取决于水流如何均匀通过咖啡层。

这项研究的意义或许不在于改变每个人日常手冲或意式咖啡的方式，而在于为咖啡工业设备的优化提供理论基础。未来，这类模型有可能被整合进咖啡机设计中，实现更精准的研磨控制、更均匀的萃取过程以及更稳定的口感输出。

不过在技术之外，研究也提醒人们，咖啡的“完美”仍然带有主观体验的成分。如果你觉得这一杯咖啡足够美味，那或许它本身就已经是最好的答案。

本文译自：popsci（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Kevin Schmid

The post 数学模型揭示：如何冲出“完美”浓缩咖啡 first appeared on 咕咕猫.

然而，一个新的思路提出了不同的可能性：如果传播的对象本身并不具备质量呢？

据发表于《自然》杂志的一项最新研究，一支国际科研团队观察到光波内部存在一种被称为“暗点”的结构。这些暗点并不是普通的光粒子，而是光场中的微小空洞或涡旋结构，其运动速度甚至可能超过光速，这一现象也呼应了上世纪70年代的理论预测。

研究人员指出，这些“暗点”实际上是光波振幅降为零时形成的特殊节点，可以理解为嵌入光结构中的“空白区域”。它们看起来像是光中的缺口，但却在传播过程中表现出异常高速的移动特性。

研究团队在说明中形容这一现象时表示，这些结构虽然难以直观理解，但类似于水流中的旋涡——旋涡本身并不等同于水，却会随着水流运动并展现独立的行为特征。

由于这些涡旋不携带可传递的信息，也不具备质量，因此它们的超光速运动并不违反相对论的基本限制。

从观测角度看，这些结构甚至比“黑暗”更纯粹，因为它们对应的是光场中完全为零的区域，即所谓的“零点”。

为了捕捉这些极其微弱且高速变化的现象，研究人员借助改进后的高速电子成像技术，在极短时间尺度内记录光场变化，并通过叠加多组实验数据，重建出类似慢动作的运动轨迹。

结果显示，这些光学涡旋在相互作用时，其移动速度在某些阶段可表现为超过光速的现象。

这一发现也在一定程度上支持了物理学家迈克尔·贝里在1978年提出的理论假设，即某些波动结构中的相位特征可能出现超光速传播行为。

该研究的通讯作者表示，这一成果不仅适用于光学领域，也可能推广到声波、流体以及超导等复杂系统中，为理解不同物理体系中的波动行为提供统一框架。

研究人员进一步指出，这类成像技术未来有望用于观察物质内部更细微的动态过程，从而揭示自然界在极短时间尺度下的真实运行方式。

不过，科学家也强调，这项研究并不会直接推动“超光速旅行”或科幻意义上的曲速技术实现，但它确实为理解光与波的复杂结构提供了新的工具与视角。

本文译自：futurism（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Sifat Niloy

The post 科学家称发现一种“暗点”，其运动速度疑似超过光速 first appeared on 咕咕猫.

这一现象看似让测量倒流地影响了光子的行为，从而引发了人们对量子力学中因果关系本质的质疑。实际上，物理学家们长期以来一直在思考类似问题，并设计了各种实验来详细探究其机制。最近几周，一项新实验的结果表明，理论上可以制造出两组事件的量子叠加态，从而使得事件A先发生还是事件B先发生的问题不再绝对，而变成了概率性质。虽然这项实验仍然存在一些漏洞，但研究人员认为，这些漏洞在未来完全可以通过技术手段消除。

在这一讨论中，“不确定的因果顺序”这一术语显得尤为关键。它表面上似乎暗示事件A迫使事件B发生，但量子力学的实验结果却显示，事件的时间顺序并非绝对确定。例如，在光子实验中，测量发生在光子通过装置之后，似乎决定了光子是表现为粒子还是波。传统科学方法通常通过人为控制和实验设计来强制形成因果顺序：如果你先做A，就必然先经历B；反之亦然。然而，量子实验却显示，可以让粒子经历两种时间顺序的叠加状态，即同时存在“先A后B”和“先B后A”的可能性。至少到目前为止，所有实验结果都支持这种量子叠加状态的存在。

当然，这些实验只能证明叠加态在特定装置中发生，尚不能说明它是量子力学普遍特性。但它为探索量子世界中时间与因果关系的奇特性质提供了新思路。

最近，维也纳大学的一个研究团队在这一领域取得了进一步突破。他们借助熟悉的量子力学工具——类似贝尔不等式的方法——验证了不确定因果顺序的存在。贝尔不等式本质上是一种判断实验结果是否反映真实量子特性的工具，用于排除某种隐藏变量假说，即假设存在未被察觉的物理因素以某种方式影响测量结果。通过这种方法，研究人员可以更准确地判断实验中奇异现象是否源自量子力学本身，而非外部干扰。

研究团队设计了一个特殊测量系统，利用纠缠光子构建实验，其中一个光子会依其极化状态先经历A操作再经历B操作，或者反之。另一个光子则仅用于测量其偏振，从而间接确定第一光子所走路径。实验结果显示，测量偏差低于贝尔定理预测的标准差18倍，这强烈表明时间叠加确实是量子力学的一种基本特征。

不过，实验仍存在一些技术漏洞。例如，实验过程中约有1%的光子未被测量，这可能影响统计结果。此外，硬件间隔不足以完全排除亚光速影响，实验中还可能出现一些不确定因果顺序特有的异常现象。但这项研究为未来堵塞这些漏洞提供了方向，而历史经验显示，科学家完全有可能通过改进实验设计消除这些问题。

尽管实验现象令人惊叹，但它并非纯粹理论上的奇观。在量子物理中，这种时间顺序叠加不仅具有哲学意义，也有实际应用价值。研究团队指出，实验中使用的装置在通道辨别、承诺问题、通信复杂性、噪声抑制、热力学应用、量子计量、量子密钥分发、纠缠生成与蒸馏等多种任务中，都能超越传统因果有序过程的限制。这意味着，混淆时间顺序在量子技术中不仅可行，还可能带来实际效益。

换句话说，量子力学不仅挑战了我们对时间与因果关系的直觉理解，同时也为量子信息处理和通信技术开辟了新的可能性。理解这种现象，不仅让我们对世界有了更深刻的认识，也为量子技术的应用提供了理论基础与实验路径。

本文译自：arstechnica（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Steve Johnson

The post 因果关系变成可选项？量子实验探测“不确定因果顺序”叠加态 first appeared on 咕咕猫.

如今，研究人员终于揭开了谜团的一角。他们发现，这些晶体的运动竟然由一种类似“火箭推进”的化学反应驱动，而这一发现不仅加深了人类对疟疾的理解，也可能为未来治疗手段和纳米技术发展带来新的突破。

微观世界中的“混乱运动”

疟疾的主要致病原——恶性疟原虫，在其每一个细胞内都拥有一个特殊的小型隔间。这个空间中充满了由铁相关物质构成的微小晶体。

在显微镜下观察，这些晶体的行为极为“躁动”：它们不断旋转、弹跳、碰撞，就像被困在狭小容器中疯狂晃动的硬币。它们的运动速度之快、轨迹之复杂，以至于传统的观测技术都难以精准捕捉。

更诡异的是，这种运动只存在于寄生虫存活时。一旦寄生虫死亡，这些晶体便会瞬间停止一切活动，仿佛失去了动力源。

尽管这些晶体早已成为抗疟研究的重要对象，但它们为何会如此剧烈运动，一直是个未解之谜。

数十年的科学“盲区”

来自犹他大学斯宾塞·福克斯·埃克尔斯医学院的研究团队指出，这一现象长期被忽视，很大程度上是因为其机制难以解释。

研究人员表示，这些晶体的行为过于异常，以至于科学界往往选择回避这一问题，使其成为寄生虫学研究中的一个“空白地带”。

直到最近，这一团队才首次提出了一个合理的解释：这些晶体的运动，源于一种能量释放过程，类似于火箭发动机中的推进反应。

相关成果已发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上。

类似火箭推进的化学动力

进一步分析表明，这些晶体主要由一种含铁分子——血红素构成。而驱动它们运动的关键，是过氧化氢的分解反应。

当过氧化氢被分解为水和氧气时，会释放出能量。这一过程恰好为晶体提供了持续运动所需的“动力”。

这种机制在工程领域并不陌生。在航天技术中，过氧化氢常被用作推进剂，用于驱动火箭或喷气系统。但令人惊讶的是，在生物体内，这种类似“推进系统”的现象此前从未被明确观察到。

实验还显示，即使将这些晶体从寄生虫体内分离出来，只要提供过氧化氢，它们依然可以自行旋转。这进一步证明，过氧化氢本身就是驱动运动的直接能量来源。

此外，当寄生虫处于低氧环境中，体内过氧化氢生成减少时，晶体的运动速度明显下降，大约只有正常情况下的一半。这一现象再次验证了两者之间的直接关联。

为什么这种运动至关重要？

科学家认为，这种持续不断的运动并非“无意义的噪音”，而是对寄生虫生存具有重要意义的适应机制。

首先，过氧化氢本身具有很强的毒性。如果在细胞内积累过多，可能对寄生虫造成伤害。晶体的运动可能有助于更高效地分解和清除这种有害物质，从而降低氧化压力。

其次，运动还可能防止晶体之间发生粘连。如果这些晶体聚集成块，其表面积会减少，从而降低处理血红素的效率。而保持持续运动，则有助于维持更大的反应表面，使寄生虫能够更高效地“处理废物”。

换句话说，这种看似混乱的运动，实际上可能是寄生虫维持自身化学平衡的一种精密策略。

对医学与技术的潜在影响

研究人员指出，这些旋转晶体可能是目前已知的首个“自驱动金属纳米颗粒”实例。这一发现不仅在生物学上具有重要意义，也可能为工程技术提供灵感。

在纳米工程领域，自推进微粒被认为在药物递送、工业处理等方面具有巨大潜力。而这种源自自然界的机制，或许可以为设计新型微型机器人提供参考。

在医学方面，这一发现同样令人期待。由于这一化学机制与人体细胞完全不同，它为开发针对疟疾的新药提供了理想靶点。

研究人员指出，如果能够设计药物，专门阻断晶体表面发生的化学反应，可能就足以破坏寄生虫的生存机制，从而达到杀灭效果。

更重要的是，由于该机制在人类细胞中不存在，这类药物理论上更有可能减少副作用，提高治疗的安全性。

迈向更深入的理解

这项研究不仅揭示了一个困扰科学界数十年的问题，也为理解寄生虫如何在复杂环境中生存提供了新的视角。

未来，科学家还需要进一步探索，这种类似机制是否存在于其他生物体系中，以及它是否可以被更广泛地应用于医学和工程领域。

在微观世界中，这些“像火箭一样运转”的晶体，或许只是冰山一角。而随着研究不断深入，人类也将逐渐揭开更多隐藏在生命体系中的精妙设计。

本文译自：sciencedaily（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Chiaki Uehira

The post 疟疾寄生虫体内的“旋转晶体”：像微型火箭一样运转的神秘机制 first appeared on 咕咕猫.

在自然界，雄性动物通过各种方式吸引配偶，这些信号可以是视觉的，如蝴蝶翅膀的鲜艳色彩，也可以是听觉的，如鸟类复杂的歌声。雌性动物接收这些信号，并表现出对特定特征的明显偏好，例如雌鸟可能根据叫声的频率、节奏或声学修饰来选择配偶。这些偏好往往与神经系统结构密切相关。某些声音能提供更强烈的刺激，使其天然地对听者更具吸引力。由于多种动物共享相似的听觉神经结构，能够吸引青蛙的声音，同样可能激发人类的感官兴趣。

早在一百多年前，查尔斯·达尔文就提出，人类和动物可能拥有相似的审美偏好，这一观察促使科学家不断探索跨物种的美学共性。德克萨斯大学奥斯汀分校的生物学家洛根·詹姆斯率领团队，通过现代实验验证了这一假说。他们希望明确人类听众是否在主观偏好上与雌性动物趋于一致。

研究团队设计了一款在线实验游戏，测试人类对各种动物求偶叫声的偏好。通过全球招募的四千多名志愿者参与实验，玩家在电脑或手机上聆听来自十六个物种的雄性动物成对叫声。实验采用以往野外研究中记录的雌性偏好音频，以确保动物的选择数据可靠。参与者需要在每对声音中选择自己认为更悦耳的声音，而并不知晓哪一种声音是动物偏爱的。

为了分析声学特征，研究人员对部分青蛙叫声进行数字化处理，改变频率或音高，同时保留自然环境下的声音变异，例如祖先蟋蟀与现代蟋蟀的鸣叫差异。通过这种方法，研究能够覆盖广泛的声音特性，识别哪些特征最能吸引听者。耶鲁大学心理学研究员、该研究的高级作者塞缪尔·梅尔指出，这种“游戏化公民科学”方法非常有效：“参与者自愿参与，因为过程有趣，这让我们能够在多个物种间收集大样本数据，分析进化生物学问题。”

实验结果显示，人类的声音偏好与动物偏好高度重合。当某种求偶叫声被动物强烈偏好时，人类听众往往会选择相同的声音。这个规律在青蛙、鸟类、哺乳动物和昆虫等主要动物群体中均成立。此外，当人类选择与动物一致的声音时，其反应时间也比选择其他声音快约五十毫秒，显示大脑处理声音吸引力的速度极快。参与者在重复实验中表现出高度一致性，再次听到相同的声音对时，他们大多会选择与第一次相同的声音。

研究团队分析发现，人类和动物都偏好带有声学装饰的叫声。这类装饰通常是附加在基本叫声末尾的额外声音，如颤音、轻微的咔嗒声或低沉的轻笑声。同时，祖先声音，也就是在物种进化史上长期存在的基本叫声，也被双方偏好。少数情况下，人类和动物的偏好存在差异。例如，人类更喜欢低音，而非人类动物对此并没有统一偏好；此外，人类更倾向于偏爱在孤立环境中成长的鸟儿的歌声，而雌鸟则偏好由年长导师教导的雄鸟曲调。

研究还考察了参与者背景对选择的影响。观察显示，无论是鸟类爱好者还是专业音乐家，其偏好与动物选择的一致性并无显著差异。唯一显著的预测因素是参与者每天听音乐的时间，研究者推测，长期听音乐可能提升听觉辨别能力，使人类偏好更接近动物的选择。

德克萨斯大学奥斯汀分校生物学教授迈克尔·瑞安解释，这一发现反映了更广泛的进化现象：“达尔文指出，动物似乎拥有一种‘审美品味’，有时与人类偏好相呼应。我们的研究显示，这种观察在普遍意义上成立，可能源于我们共享的感官系统特性。”

尽管研究显示出显著的跨物种偏好共性，但仍存在局限。野外动物的偏好高度依赖环境，并且同一物种个体之间差异明显，这增加了确定统一偏好的难度。研究团队依赖过往研究的平均数据，但这些数据本身存在一定不确定性。此外，没有单一声学特征能够完美预测所有物种的吸引力，生物偏好往往是多种音频线索的综合作用，包括音高、时长和音量的特定组合。

未来研究将探索不同声学特征在动物听觉系统中如何相互作用，并进一步考察这种跨物种偏好是否延伸到视觉或行为等其他感官体验中。研究者希望了解人类是否也共享动物对视觉图案或求偶舞蹈的偏好。在此之前，这些发现已经有力地证明，基本的美学感受深植于我们共同的进化历史中，跨越物种的界限而存在。

本文译自：psypost（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Anastasiya Badun

The post 百年假说再验证：全球实验揭示人类与动物共享的听觉美学 first appeared on 咕咕猫.

我们的大脑每一秒都在面对海量信息。光线不断刺激视网膜，声音的振动传入耳蜗，皮肤接收着来自外界的压力与温度变化，身体内部还有各种信号持续反馈着生理状态。如果大脑对所有这些信息一视同仁地处理，我们的意识很快就会陷入混乱，甚至不堪重负。但现实情况恰恰相反——一个成熟的大脑，具备一种极其关键的能力：在信息洪流中筛选出少数值得关注的内容，同时将其余大部分信号悄然压制。

这种“过滤能力”并非与生俱来。发育神经科学早已发现，儿童时期的大脑处于一种高度开放的状态。神经连接在早期阶段会大量生成，其数量远远超过最终需要保留的规模。随着成长推进，大脑会逐步对这些连接进行筛选和优化，最终形成更加高效、精准的神经网络结构。

近年来，有研究进一步揭示了这一过程背后的机制。科学家将目光聚焦在一个关键结构——丘脑网状核。它位于感官输入与大脑皮层之间，类似一道“关卡”，决定哪些信息可以进入更高级的认知处理环节。如果把大脑比作一栋高度安全的建筑，那么丘脑网状核就像前台的安检人员，负责筛选来访者的“重要性”。

在现实生活中，我们的感官始终处于被信息包围的状态。即便你正在专注阅读，大脑依然在同步处理身体接触椅子的压力、周围环境的温度变化、设备发出的细微声音，以及视野边缘可能出现的动态信息。对于幼儿来说，这套系统尚未成熟，丘脑网状核更像一个经验不足的新人，难以有效判断哪些信息更重要，从而容易被过量输入“淹没”。

过去很长一段时间里，科学界普遍认为，这一过滤系统在儿童早期就已经基本定型。一旦视觉或听觉等关键发育期结束，大脑结构便趋于稳定。然而最新研究表明，这种看法可能低估了大脑的可塑性。丘脑网状核的功能优化其实会持续到成年阶段，并经历一个重要的精细化过程。

在这一过程中，一种名为LRRTM3的蛋白质发挥着关键作用。它参与神经元之间兴奋性突触的形成与强化，帮助神经细胞更有效地传递信息。这种蛋白在海马体中的齿状回区域尤为重要，而该区域正是负责新信息进入记忆系统的重要通道。

通过调控这些连接，LRRTM3不仅支持情景记忆的形成，还帮助大脑区分相似经历之间的差异。同时，它也被认为与阿尔茨海默病的风险存在一定关联，这进一步凸显了其在神经系统中的重要性。

在青少年阶段，大脑皮层与丘脑网状核之间的连接往往较为繁杂，信息通路显得拥挤而混乱。过多的兴奋性信号不断干扰“守门人”的判断，使感知系统容易陷入噪声之中。而随着个体逐渐步入成年，LRRTM3会参与对这些连接的“修剪”，去除冗余部分，让神经网络变得更加简洁高效。正是这种优化，使丘脑网状核逐渐转变为一个更敏锐、更精准的信息过滤器。

为了验证这一机制的重要性，研究人员对缺乏LRRTM3的小鼠进行了观察。这些小鼠在外观和基本行为上与正常个体并无明显差异，能够完成日常活动，也具备基本的学习与社交能力。但在涉及精细感知的任务中，它们的表现明显落后。这说明，尽管基础功能尚可，但由于缺乏关键的神经修剪过程，它们的大脑无法实现高精度的信息筛选。

换句话说，这些小鼠的大脑在某种程度上停留在“未成熟”状态——感知模糊、分辨能力不足。这一结果也从侧面说明，大脑的成熟不仅仅是能力的增加，更是对无效信息的剔除。

这些发现为我们理解“成长”提供了一个全新的视角。人们习惯将智慧视为不断积累知识的过程，但从神经科学的角度来看，成熟更像是一种“减法”。儿童的大脑如同海绵，对所有信息几乎不加选择地吸收；而成年人的大脑则更像一束激光，能够穿透干扰，锁定真正重要的内容。

从生物学意义上讲，所谓智慧，或许正是这种专注能力的体现。它来源于一个漫长而隐性的过程——不断削减无关信息，优化神经通路。当这一过程顺利完成时，我们获得了更加清晰、精准地理解世界的能力。

因此，成长不仅仅意味着学会记住更多事情，也意味着学会忽略那些不重要的部分。大脑真正的成熟，或许正体现在它最终学会“放弃”的那些信息之中。

本文译自：psychologytoday（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Erik Mclean

The post 你的大脑如何学会“过滤世界”：一项研究揭示智慧其实来自删除多余信息 first appeared on 咕咕猫.

然而，这并不代表生命在这里就此停滞。

一项最新研究发现，在极寒环境中，南极的微生物依然能够维持能量获取，即便是在低至零下20摄氏度的空气中也不例外。这一发现让人们对生命在极端环境下的适应能力有了更深的认识，同时也为理解气候变化对这些微小生态系统的影响提供了重要线索。

早在几年前，科学家就已经发现，大量南极微生物能够利用极低浓度的大气气体来获取能量。这种方式依赖一种特殊机制，通过高度敏感的酶系统捕捉空气中极其稀薄的氢气和一氧化碳，从而维持自身代谢。这种“从空气中觅食”的能力，使它们在资源极度匮乏的极地土壤中占据了独特优势。

不过，科学界一直不清楚，这种能量获取方式在多低的温度下仍然能够运作。换句话说，这些微生物是否能够依靠这种机制熬过南极漫长的冬天，一直是个未解之谜。

为了寻找答案，研究人员在近几年间从东南极多个区域采集了表层土壤样本，并在实验室中进行了细致分析。他们测量了微生物利用大气气体的速率，同时还提取并测序了土壤中的全部微生物DNA，以确认其中包含哪些物种、具备哪些功能基因，以及它们可能采用的能量来源。

实验结果显示，无论是在接近夏季的约4摄氏度环境，还是在模拟冬季的零下20摄氏度条件下，这些微生物都能够持续利用氢气和一氧化碳获取能量。这说明，这种代谢方式不仅在较温暖的季节有效，在全年都可以持续进行。

更令人惊讶的是温度的上限。南极土壤的实际温度很少超过20摄氏度，但研究人员却发现，这些微生物在高达75摄氏度的环境中仍然能够从氢气中获取能量。这意味着，它们虽然适应了极寒环境，却并不被局限于低温条件，其生理能力远比想象中更为灵活。这样的现象，就像是在热带雨林中看到企鹅依然能够生存一样令人意外。

为了验证这些过程不仅存在于实验室条件下，研究团队还将实验设备带到了南极现场。他们直接采集新鲜土壤，将样本密封在容器中，并同步采集气体数据。这是首次在自然环境中明确观察到，这些微生物确实在持续消耗空气中的氢气来维持自身活动。

进一步的基因分析表明，南极土壤中的绝大多数微生物都具备利用氢气获取能量的遗传能力，许多还拥有从空气中固定碳的相关基因。这意味着，它们不仅能够获取能量，还可以合成新的有机物质。

在生态系统中，这类能够自行制造有机物的生物被称为“初级生产者”。在大多数陆地环境中，这一角色通常由植物承担，通过光合作用将阳光和二氧化碳转化为能量和有机物，从而支撑整个食物链的运转。

但在南极的干燥寒冷土壤中，光合作用极为有限。相比之下，这些依靠大气气体生存的微生物，很可能在许多区域承担起了基础生产者的角色。与依赖阳光的系统不同，这种代谢方式可以全年进行，而且不依赖液态水，这在极地环境中尤为关键。

研究还进一步探讨了气候变化可能带来的影响。模拟结果显示，在温室气体排放较低的情景下，这些微生物利用大气氢气的能力可能提升约4%；而在排放水平较高的情况下，这一增长幅度可能达到35%左右，一氧化碳的变化趋势也大致类似。

虽然氢气本身并不是温室气体，但它在大气化学过程中扮演着重要角色，会影响包括甲烷在内的一些温室气体在空气中的停留时间。因此，这些微生物的活动变化，可能间接影响全球气候系统。

从更宏观的角度来看，土壤系统（包括其中的微生物）承担了全球约82%的氢气消耗，是地球氢循环中的关键组成部分。南极虽然环境极端，但其微生物活动依然是这一全球过程的重要一环。

当然，温度只是影响微生物活动的众多因素之一。未来气候变化如何综合作用于这些复杂的生态系统，还有待进一步研究。这项工作为理解南极微观生态的适应能力提供了新的视角，也为探索生命在极端环境中的边界提供了重要线索。

本文译自：theconversation，（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Jean Pierre

The post 南极极寒黑暗中，微生物靠“吃空气”撑过漫长冬季 first appeared on 咕咕猫.

该研究由欧莱雅研究与创新团队与伦敦玛丽女王大学的研究人员共同完成。研究人员利用先进的3D延时显微成像技术，对实验室中培养的活体人类毛囊进行实时观察，成功追踪了单个细胞在毛囊结构中的动态行为。研究结果显示，包裹在发干周围的外根鞘细胞沿着螺旋路径向下移动，而这些细胞所在区域同时也是产生向上拉力的关键位置。这种复杂而有序的细胞运动，构成了毛发形成过程中一个精细的“动力系统”。

为了验证这一机制，研究团队进行了干预实验。他们首先阻断了毛囊内负责细胞分裂的过程。如果传统理论成立，即毛发主要依靠分裂细胞推动，那么在细胞分裂被抑制后，头发生长应当明显减缓甚至停止。然而实验结果显示，毛囊的生长速度几乎没有发生显著变化，这说明细胞分裂并非唯一的驱动因素。

随后，研究人员进一步干扰了细胞内的肌动蛋白功能。肌动蛋白是一种关键蛋白质，参与细胞的收缩和运动过程。实验结果表明，当肌动蛋白的功能受到影响后，毛发生长速度大幅下降，减少幅度超过80%。这一现象得到了计算机模拟的支持，模拟结果显示，毛囊外层细胞的协调运动所产生的机械拉力，是维持正常毛发生长所必需的重要力量。

研究团队还采用了一种新型的三维实时延时显微技术。与传统静态显微图像只能提供单一时间点的观察不同，这种方法可以连续记录细胞在三维空间中的动态变化，使研究人员能够更全面地理解毛囊内部复杂的生物过程。通过这种方式，科学家得以观察细胞迁移路径、运动节律以及分裂速率等关键参数，从而更准确地模拟毛囊内部自然产生的物理力量。

研究人员指出，这项成果意味着头发生长机制需要重新审视。头发的形成并不是简单地由底部细胞不断增殖所推动，而是由毛囊外围组织的协同运动所产生的机械拉力共同完成。这种理解上的转变，可能对未来毛发疾病的研究、新药物的开发以及组织工程和再生医学领域产生深远影响。通过更深入地理解毛囊内部的机械环境和生物化学环境，科学家或许能够设计出更有针对性的治疗方案，改善脱发问题。

尽管本次实验是在实验室环境中培养的人类毛囊上进行的，但其研究成果为理解头发生物学提供了重要线索，也展示了先进成像技术在生命科学研究中的巨大潜力。该研究同时凸显了生物物理学在现代生物学中的重要作用，说明微观层面的机械力量在人体结构的形成与维持中扮演着关键角色。这种跨学科的研究方法，为探索人体组织的生长机制提供了新的视角，也为未来相关领域的发展奠定了基础。

来源：sciencedaily（编译 / 整理：olaola）

封面图片：pixabay/kalhh

The post 新研究颠覆传统认知：头发生长并非“被推上去”，而是由细胞拉动形成 first appeared on 咕咕猫.

当我们进入这个新的技术时代，会发现自己被大量信息和越来越复杂的软件所包围，而这些工具似乎正在逐渐替我们“思考”。

例如，只需要短短几秒，像 ChatGPT、Claude 或 Gemini 这样的AI工具就能帮你完成许多任务：写一封邮件、生成一段温暖的生日祝福，甚至快速总结一本你还没读完的小说内容。

然而，这种越来越普遍的“思考外包”现象，也引发了不少人的担忧：如果人类过度依赖人工智能，是否会带来意想不到的副作用？

其中一种担忧是，长期依赖AI可能会削弱我们的批判性思维能力，甚至逐渐影响整体认知能力。

人类的大脑正在寻找“捷径”

这种担心其实并不是空穴来风。

我们实验室的研究发现，互联网环境本身就非常容易利用人类的认知倾向。每个人在思考、注意力、感知和记忆方式上都存在差异，而数字环境往往会放大这些差异。

在这种环境中，有些人会更容易选择心理捷径：他们快速浏览信息，只停留在表面，而不再深入思考。

其他研究也发现，大量使用AI工具可能与一些现象相关，例如：

• 思维惰性增加
• 焦虑水平上升
• 对信息的批判性参与度降低
• 对技术产生更强依赖感

不过，问题也许并不在于是否使用人工智能，而在于我们是如何使用它的。

从某种意义上来说，人类一直都在依赖外部资源。关键在于，我们是否能够有意识地决定：哪些任务应该交给工具完成，以及为什么要这样做。

人类社会一直在“共享思考”

事实上，人类社会本身就是建立在知识共享之上的。

在日常生活中，我们不断依赖他人的专业知识。例如：

• 医生提供医疗建议
• 工程师设计和建造基础设施
• 理财顾问帮助人们进行投资规划

这些专业知识的传播，使得每个人都能获得远远超出个人能力范围的知识。

从认知科学角度来看，这种现象可以理解为两种机制之间的平衡：

分担（delegation）：把某些思考任务交给别人完成。
支架（scaffolding）：借助外部知识来源来强化自己的思考能力。

教育就是一个典型的“支架”过程。

老师不会替学生写论文，而是通过反馈、指导和问题，引导学生建立知识之间的联系，逐渐扩展他们的理解能力。

同样，我们也不会把所有思考任务都完全交给某个人。相反，在接受建议或使用工具之前，我们通常会考虑对方是否值得信任，以及对方是否具备专业能力。

我们也会不断判断：新的信息是否与已有知识相符合。

随着一个人在某个领域的知识不断积累，对外部支持的依赖也会逐渐减少。就像学生在成长过程中逐渐从依赖老师，过渡到独立思考。

认知不仅发生在大脑里

要理解AI对人类思维的影响，就必须理解一个核心概念：认知。

认知是人类进行思考、学习和理解世界的能力，而我们的脑部通常需要完成三个基本任务：

1. 编码信息 —— 接收并理解新的信息
2. 存储信息 —— 将信息保存在记忆中
3. 提取信息 —— 在需要时把信息重新调用出来

这三个过程共同构成了人类的思维活动。

当信息量过大时，把部分任务交给外部工具确实可以减轻心理负担。研究发现，当注意力资源变得紧张时，大脑往往会更集中于“编码信息”，而减少“存储”和“提取”的过程，因为后两者通常更加耗费精力。

很多人直觉上认为，所有思考都发生在大脑内部。但事实上，认知过程有时会延伸到外部环境。

这些外部延伸可以包括：

• 其他人
• 实体工具
• 数字设备

例如，当你通过写日记来记录记忆时，那本日记其实就成为了你记忆系统的一部分，是大脑功能的延伸。

然而，如果我们不加思考地把获取和储存知识的任务交给外部系统，例如随手向AI提问并直接接受答案，这可能会削弱我们的批判性思维能力。

原因在于，新获得的信息会与我们脑海中已有的知识发生互动。人类在理解信息时，会根据自己的认知框架对信息进行重新解释和整合。

因此，一个人掌握的知识越多，就越容易对新信息进行有效的编码和批判性分析。

例如，如果我们了解二战时期希特勒和墨索里尼的历史背景，就更容易理解现代世界中极权主义和独裁政治所带来的风险。

有些“困难的思考”其实很重要

为了保持认知能力的平衡，我们有时需要主动承担那些更困难的思考任务，而不是总是选择最省力的方式。

更快、更简单的选择并不一定是最好的。

就像去朋友家时，开车显然更快，但如果选择步行，身体和心理都会获得更多锻炼。

同样的道理也适用于我们的思维。

当面对AI工具时，我们其实有两种选择：
控制工具，或被工具控制。

一个有用的方法是进行反思性实践。

在使用AI之后，可以问自己几个问题：

• 使用AI后，我的感受是什么？
• 我是感到满足和成就感，还是更加焦虑？
• 今天我有没有真正锻炼自己的思考能力？
• 明天我可以做哪些事情来扩展自己的认知能力？

如果我们希望与人工智能建立健康而长期的关系，就必须持续锻炼自己的思维能力。

否则，人类确实可能逐渐失去某些重要的心理技能。

这条道路并不总是轻松，但幸运的是，选择权始终掌握在人类自己手中。

来源：sciencealert（编译 / 整理：olaola）

The post 过度依赖AI可能正在削弱你的思考能力 first appeared on 咕咕猫.

事实上，在现代科学实验出现之前，许多土著文化早已将这些物质用于精神或身体层面的治疗。历史记录显示，阿兹特克人曾将含有裸盖菇素的蘑菇作为药用植物，而安第斯地区的一些文化则在数千年前就开始食用含有麦司卡林的圣佩德罗仙人掌，用于宗教仪式或疗愈活动。

考古发现也为这种传统提供了证据。研究人员曾在玻利维亚的一处洞穴中找到一捆年代久远的仪式用品，其中检测到了DMT的残留痕迹——这是一种存在于某些植物中的强效致幻成分。此外，在美国德克萨斯州还发现了距今约5000年的仙人掌纽扣遗物，同样与古代仪式和迷幻植物有关。

现代关于迷幻药的科学研究，则通常从瑞士化学家阿尔伯特·霍夫曼开始。1938年，他首次合成了LSD，这一发现后来对神经科学和心理学研究产生了深远影响。

到了20世纪70年代和80年代，研究人员逐渐弄清这些物质在大脑中的作用方式。他们发现，许多迷幻药会结合一种名为5-HT2A的受体。这种受体属于血清素系统的一部分，而血清素系统与情绪调节密切相关，也与焦虑、抑郁等心理状态存在联系。受体被激活后，大脑的信息处理方式会发生明显变化，从而产生幻觉体验。

时至今日，科学界仍在讨论一个关键问题：迷幻体验本身是否是治疗抑郁、焦虑等心理疾病所必需的。一些研究者认为，真正的治疗效果可能来自迷幻药对大脑结构和连接方式的影响，而幻觉只是这种过程产生的副作用。

这种变化通常被称为“神经可塑性”。简单来说，它指的是脑细胞之间能够重新建立连接，并以新的方式进行交流。如果这一机制才是关键，那么未来或许可以设计出不产生幻觉、却仍能促进神经可塑性的药物。

正因为如此，科学家希望更深入地理解迷幻物质究竟如何改变人类的感知方式。当前药理学的一个重要方向，就是开发能够触发治疗效果、却不必经历强烈“致幻旅程”的新型药物。

在这项最新研究中，科学家们使用了一种经过基因工程改造的小鼠模型。这些小鼠的大脑细胞在被激活时会发出荧光，亮度越高，说明该细胞的活动越强。通过这种方式，研究人员可以实时观察大脑不同区域的活动情况。

研究团队还使用了一项由主要研究者之一托马斯·克诺费尔开发的技术，该技术能够记录大脑表面的电压变化。由于不同神经细胞在被激活时会产生不同的电信号，这种方法能够帮助科学家追踪大脑信息传递的具体路径。

实验过程中，小鼠会看到一些视觉刺激，比如移动的黑白条纹图案，或者简单的空白屏幕。通过这些刺激，研究人员可以比较小鼠在观看图像时和没有视觉输入时的大脑活动差异。

实验进行到一半时，研究人员向小鼠注射了一种强效化学物质。这种物质可以激活与LSD和裸盖菇素相同的5-HT2A血清素受体，但它的作用方式更加精准、可控。

随后，研究人员对比了药物生效前后的大脑电压模式，以确定哪些神经回路受到了影响。他们特别关注大脑的初级视觉皮层，以及一种被称为θ节律的缓慢脑波。这种节律与注意力、记忆巩固以及对刺激的熟悉程度密切相关。

高分辨率记录显示，大脑的交流模式出现了明显变化。在药物注射之前，小鼠视觉皮层的脑波大约以每秒5次的频率振荡。当药物开始发挥作用后，θ节律明显增强，其强度和持续时间都显著增加。

更引人注意的是，这些低频脑波开始在视觉处理区域与脾后皮层之间同步出现。脾后皮层被认为在记忆的编码、储存和提取过程中发挥重要作用。研究人员发现，这两个区域之间的信号同步存在大约18毫秒的延迟，这正好符合神经信号在两者之间传递所需的时间。

这一现象表明，迷幻药可能像一个开关：它一方面削弱大脑对当前视觉信息的依赖，另一方面增强视觉系统与记忆区域之间的联系。结果就是，大脑开始从内部记忆库中提取图像，用来补充甚至替代眼前的真实视觉输入。

换句话说，大脑不再完全依赖眼睛所看到的世界，而是主动将记忆中的片段“插入”到当前的视觉体验之中。这种机制可能正是视觉幻觉产生的原因。

研究负责人德克·扬克认为，这种状态在某种程度上与做梦非常相似。在迷幻物质的影响下，大脑内部生成的意象可能会压过外界现实，从而形成一个生动而复杂的主观世界。

当然，这项研究仍然存在一些限制。研究人员也承认，部分观察结果可能与小鼠对重复图像的注意力变化有关。虽然小鼠和人类在大脑结构上存在许多共同特征，但这些现象是否能够直接解释人类的迷幻体验，目前仍然无法确定。

尽管如此，这项研究仍被认为是重要的一步。它为科学家理解迷幻药如何改变大脑信息处理方式提供了新的线索，也为未来开发不产生幻觉、却能增强神经可塑性的药物奠定了基础。如果这种方向取得成功，或许有一天，人们可以利用类似机制来缓解抑郁、焦虑等心理健康问题，而不必经历强烈的致幻体验。

本文译自：sciencealert，由olaola编辑发布

封面图片：unsplash

The post 研究发现：迷幻药可能让大脑在清醒状态下进入“做梦模式” first appeared on 咕咕猫.