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【导语】本期精选多领域前沿研究，揭示心理健康问题青少年社交媒体使用特征、鸡蛋掉落不易碎的奥秘、新型工程菌株降解污染物能(néng)力(lì)、玫(méi)瑰(guī)花(huā)瓣(bàn)卷(juǎn)曲(qū)形(xíng)态(tài)的(de)几(jǐ)何(hé)原(yuán)理(lǐ)、短(duǎn)睡(shuì)基(jī)因(yīn)突(tū)变(biàn)的(de)发(fā)现(xiàn)、未(wèi)来(lái)世(shì)代(dài)极(jí)端(duān)天(tiān)气(qì)暴(bào)露(lù)风(fēng)险(xiǎn)预(yù)测(cè)，以(yǐ)及(jí)微(wēi)软(ruǎn)量(liàng)子(zi)芯(xīn)片(piàn)研(yán)究(jiū)争(zhēng)议(yì)。科(kē)研(yán)新(xīn)知(zhī)，一网打尽，敬请阅读。

整理 | 周舒义、平生

焦虑、抑郁的青少年们，更容易陷入网聊

《自然-人类行为》（Nature Human Behaviour）5月5日发表的一项研究发现，患有心理健康问题的青少年会在社交媒体上花费更多时间，也更不满意自己的线上好友数量。

研究分析了3340名11-19岁英国青少年的调查问卷数据，其中16%的人被诊断出至少一种精神健康症状。结果发现，有精神健康症状的参与者报告自己使用社交媒体的时间显著更长，平均每天多花约50分钟。此外，患有焦虑、抑郁等“内化”症状的青少年特别容易受到社交媒体的影响。例如，在“社会比较”（在网上将自己与他人进行比较）方面，内化障碍青少年的相关比例为48%，是其他青少年（24%）的两倍。他们更有可能因社交媒体反馈（一篇帖子收到的点赞、转发和评论数量）而出现情绪变化（28%，其他青少年13%）。他们还报告称，使用社交媒体后自控力下降，并且不太愿意在网上诚实袒露自己的感受。

除社交媒体使用时长外，所有心理健康问题都与对线上好友数量的不满情绪有关。“友谊在青少年时期至关重要，它塑造了人格发展(zhǎn)。”论文作者、剑桥大学研究员Luisa Fassi说。

社交媒体平台将人际关系具象成点赞、转发和评论数量，使得社会比较更加明显。对于那些正面临心理健康问题的年轻人来说，这可能会加剧他们的被排斥感和自卑感。“焦虑和抑郁的年轻人使用社交媒体的方式反映了他们的线下经历。社会比较是他们日常生活的一部分，我们的研究表明，这种比较也延伸到了他们的网络世界。”

Fassi指出，“新研究并没有建立因果关系，但它确实表明，患有心理健康问题的年轻人使用社交媒体的方式与其他年轻人不同。这可能是因为心理健康状况塑造了青少年与社交平台互动的方式，又或许是因为社交媒体本身加剧了他们的症状。目前我们还无法确定哪个因素是源头。”

鸡蛋横着摔和竖着摔，哪个方向容易碎？

“鸡蛋撞地球”是一项常见于中小学课堂的科学实验——利用缓冲材料保护鸡蛋，使其从高处掉落后完好无损。那么，鸡蛋的放(fàng)置(zhì)方(fāng)向(xiàng)会(huì)对(duì)实(shí)验(yàn)结(jié)果(guǒ)有(yǒu)影(yǐng)响(xiǎng)吗(ma)？5月(yuè)8日(rì)发(fā)表(biǎo)于(yú)《通(tōng)讯(xùn)-物(wù)理(lǐ)学(xué)》（Communications Physics）的(de)一(yī)项(xiàng)研(yán)究(jiū)给(gěi)出(chū)了答案：鸡蛋横向掉落时，蛋壳能更好地承受冲击，更不容易破碎。

在既有(yǒu)的(de)“鸡(jī)蛋撞地球”教学材料中，鸡蛋普遍默认是竖放的。这似乎来自于一个想当然的常识：鸡蛋尖尖的两端更坚固，因此竖放更好。在新研究中，研究人员摔碎了数百枚鸡蛋，采用高精度仪器记录它们的形变情况，并结合数值模拟来解答这个问题。

在将60个蛋分别从3个不同高度（8、9、10毫米）分别垂直掉落到硬质表面后，作者发现，平均而言，竖直掉落的鸡蛋在较低高度下掉落就会破裂，有超过一半在8毫米高度下破裂，与蛋的哪一头朝下没有关系。但水平掉落的鸡蛋只有不到10%在同一高度下破裂。作者又以60个鸡蛋做挤压测试，检测水平和垂直方向压碎鸡蛋所需的力。结果发现，无论鸡蛋如何放置，压碎鸡蛋所需的力都是近似的。但在横向受力时，蛋壳破裂前的形变程度要比纵向受力的情况更大。也就是说，鸡蛋的刚度（定义为k=F/Δ）在横向较小，这意味着鸡蛋在横向更具韧性。据推算，横向受力的鸡蛋在破裂前能多吸收约30%的能量。

作者总结说，鸡蛋竖直掉落更不易碎的普遍误解，可能源于对物理属性“刚度”、“强度”和“韧性”的混淆。鸡蛋在被竖直挤压时刚度更高，但这不意味着竖直方向的韧性也高。新研究说明了在物理课堂上诉诸“常识”的危险。此外，深入了解壳层结构的受力机制也有望推动从防护设备设计到药物输送等众多应用领域的进步。

新型工程菌株可同时降解5种污染物

一项新研究人工合成了一种可以一次性降解5种有机污染物的新型工程菌株，并在工业废水样本中验证了这种菌株对高盐废水中复合污染物的高效降解能力。相关论文5月7日发表于《自然》（Nature）。

高盐废水主要来自化工厂以及石油、天然气的采集加工工厂，包含悬浮物、有机物、重金属、有害化学物质和营养盐等污染物。虽然自然界的天然微生物能够分解高盐废水中的部分污染物，但每个菌种通常只能处理一两种特定污染物。当面对高盐废水这种由油污、重金属、放射性物质等组成的“混合垃圾”时，这些天然微生物就显得“力不从心”。

对此，科研人员利用合成生物技术，不仅让细菌拥有了多种污染物的分解能力，还让这些能力像积木一样按需组合搭配，从而在单一菌株中构建了覆盖单环到多环化合物的五条人工代谢通路，可实现联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃、甲苯五种典型芳香类有机污染物的同时降解。

科研人员在实际验证中发现，这种新型工程菌株在48小时内对5种目标污染物的去除率均超60%，其中对联苯实现100%完全降解，对甲苯、二苯并呋喃等复杂污染物降解率近90%。研究人员表示，未来这种新型工程菌株有望在海上溢油污染治理、工业场地修复、微塑料生物降解等生态环保领域发挥作用。（新华社）

玫瑰花瓣独特卷曲形态背后的几何奥秘

玫瑰素来因其美丽浪漫的象征意义而备受(shòu)推(tuī)崇(chóng)，迷(mí)人(rén)花(huā)瓣(bàn)的(de)另(lìng)一(yī)面(miàn)是(shì)精(jīng)妙(miào)的(de)几(jǐ)何原理。5月1日发表于Science的一项研究表明，玫瑰花瓣在生长过程中逐渐形成的尖角是由一种独特的几何阻挫——“MCP不相容”所致。这也是首次在自然系统中发现这一原理的适用案例。

玫瑰花瓣的形态变(biàn)化(huà) | Science

叶(yè)子(zi)和(hé)花(huā)瓣(bàn)所呈现的复杂曲线和卷曲往往源于自然生长与几何形状的相互作用。在弹性材料（如植物组织）中，生长会导致材料的自然几何倾向与物理可能性之间的不匹配，从而产生固有应力。长期以来科学界普遍认为，植物叶片和花瓣等自然薄膜在生长过程中呈现卷曲形状，主要源自上述这种“高斯不相容性”。然而，玫瑰花瓣边缘独特的尖锐突角与许多其他花朵中常见的柔和波浪形状迥然不同，并不符合这一传统解释。

在新研究中，研究人员结合理论分析、计算建模与实验验证，发现玫瑰花瓣的独特形状是由一种名为Mainardi-Codazzi-Peterson（MCP）不相容的独特几何阻挫所主导。这种机制将应力高度集中于局部区域，使得玫瑰花瓣边缘形成典型的尖锐锥状“尖点”。而这些“尖点”反过来又影响了花瓣的进一步生长方向。

这一发现揭示了玫瑰花瓣形状的几何奥秘，这是首次在自然系统中发现“MCP不相容性”原理塑造生命形态的案例。研究人员说，从玫瑰花瓣的卷曲中可以看到自然界如何利用应力和几何形变，引导结构的自动成型，这不仅有助于理解植物形态的形成机制，也为柔性电子、软体机器人和仿生材料等前沿技术提供了借鉴。

有人每晚只睡3小时就够，部分原因找到了

大多数人每晚要睡够8小时，但有些人只睡3小时就能神采奕奕。在5月5日发表于PNAS的一项研究中，研究人员发现一种基因突变可能是奥妙所在。

新研究在天生短睡人群的DNA中发现了一个SIK3基因突变——N783Y。该基因编码一种酶，这种酶在神经元连接的间隙（突触）中活跃。此前日本的研究人员在小鼠Sik3基因中发现了另一种突变，这种突变导致小鼠异常嗜睡。

研究团队对携带这种新突变的小鼠进行了(le)基(jī)因(yīn)改(gǎi)造(zào)，发(fā)现(xiàn)这(zhè)些(xiē)小(xiǎo)鼠(shǔ)每(měi)天(tiān)所(suǒ)需(xū)的(de)睡(shuì)眠(mián)时(shí)间(jiān)比(bǐ)正(zhèng)常(cháng)小(xiǎo)鼠(shǔ)短(duǎn)了(le)约(yuē)31分(fēn)钟(zhōng)（小(xiǎo)鼠通常每天睡眠约12小时）。研究团队还发现，突变基因编码的酶可触发其他几种与睡眠相关的激酶（例如蛋白激酶A）发生活性变化，表明这种突变可能通过维持大脑稳态来缩短睡眠时间——这一理论认为睡眠有助于重置大脑。值得注意的是，脑电图显示小鼠睡眠时的δ功率增高，也就是说突变还让小鼠睡得更沉了。

哈佛医学院的神经学家克利福德·萨珀（Clifford Saper）表示，小鼠的睡眠时间仅缩短一小段，这表明Sik3基因突变并非导致睡眠需求减少的主要原因。“这项研究与我们对Sik3基因的了解非常吻合，或许有助于我们理解嗜睡的根源。”

研究人员仍在研究这些基因及其变异如何影响睡眠。他们希望在天生短睡的人身上找到更多突变，帮助我们更好了解人类睡(shuì)眠(mián)是(shì)如(rú)何(hé)调(diào)节的。

2020年出生的孩子，半数将终生面临极端热浪

前人砍树，后人中暑。根据5月7日发表在《自然》（Nature）的一篇论文，气候危机的后果将主要由年轻世代承担。这项研究分析了横跨60年的人口数据，首次精确量化了哪些世代和多大比例人口将在极端高温下经历“前所未有”的生活环境。

研究人员通过气候模型设定了不同地区和极端天气类型（包括热浪、洪水和野火）的阈值。“前所未有”（unprecedented）定义为在没有人为导致气候变化的情况下，一生中遭遇相同极端事件的概率小于万分之一。他们利用人口统计数据，测算在1960年至2020年间出生的全球人口中，每代人在其一生中暴露于极端天气的比例，并讨论在不同的全球变暖速度下这一比例将如何变化。

研究表明，在当前气候目标下（到2100年全球气温较工业化前升高2.7°C），与1960年出生人群相(xiāng)比(bǐ)，2020年(nián)出(chū)生(shēng)人(rén)群(qún)的(de)极(jí)端(duān)天(tiān)气(qì)暴(bào)露(lù)风(fēng)险(xiǎn)将(jiāng)翻(fān)倍(bèi)。如(rú)果(guǒ)升(shēng)温(wēn)1.5℃，2020年(nián)出(chū)生(shēng)人(rén)群(qún)中(zhōng)约(yuē)52%（6200万(wàn)人(rén)）将(jiāng)面(miàn)临(lín)前(qián)所(suǒ)未(wèi)有(yǒu)的(de)终(zhōng)生(shēng)热(rè)浪(làng)暴(bào)露(lù)风(fēng)险(xiǎn)。如(rú)果(guǒ)升(shēng)温(wēn)达(dá)到(dào)3.5°C，这(zhè)一(yī)比(bǐ)例(lì)将(jiāng)升(shēng)至(zhì)92%（约(yuē)1.11亿(yì)人(rén)）。与(yǔ)此(cǐ)同(tóng)时(shí)，无(wú)论(lùn)哪(nǎ)种(zhǒng)升(shēng)温(wēn)情(qíng)景(jǐng)，1960年(nián)出(chū)生(shēng)人(rén)群(qún)中(zhōng)这(zhè)一(yī)比(bǐ)例(lì)仅(jǐn)仅(jǐn)约(yuē)为(wèi)16%（1300万(wàn)人(rén)）。将(jiāng)分(fēn)析(xī)范(fàn)围(wéi)扩(kuò)展(zhǎn)至(zhì)其(qí)他(tā)五(wǔ)个(gè)极(jí)端(duān)气(qì)候(hou)事(shì)件(jiàn)（作(zuò)物(wù)减(jiǎn)产(chǎn)、野(yě)火(huǒ)、干(gàn)旱(hàn)、河(hé)流(liú)洪(hóng)水(shuǐ)和(hé)热(rè)带(dài)气(qì)旋(xuán)），研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)在(zài)所(suǒ)有(yǒu)极(jí)端(duān)事(shì)件(jiàn)中(zhōng)，受(shòu)灾(zāi)程(chéng)度(dù)均(jūn)会(huì)随(suí)出(chū)生(shēng)年(nián)份(fèn)推(tuī)后(hòu)而(ér)明(míng)显(xiǎn)升(shēng)高(gāo)。升(shēng)温(wēn)3.5℃情(qíng)景(jǐng)下(xià)，目(mù)前(qián)5岁(suì)儿(ér)童(tóng)中(zhōng)29%将(jiāng)面(miàn)临(lín)农(nóng)作(zuò)物(wù)减(jiǎn)产(chǎn)，14%将(jiāng)面(miàn)临(lín)洪(hóng)水(shuǐ)。此(cǐ)外(wài)，不(bù)论(lùn)出(chū)生(shēng)年(nián)代(dài)早(zǎo)晚(wǎn)，社(shè)会(huì)经(jīng)济(jì)地(de)位(wèi)最(zuì)脆(cuì)弱(ruò)的(de)群(qún)体(tǐ)总(zǒng)是首当其冲。

研究人员指出该研究存在一些局限性，例如未考虑人口在国家边界内的流动以及生育率和死亡率的趋势，但强调了控制全球变暖速度以保护未来世代的必要性。

微软量子芯片前置研究被指学术不端

据Science和《撤稿观察》（Retraction Watch）获得的一封邮件披露，微软量子芯片的早期研究被指存在“未披露的数据操纵”，基于该工作的量子处理器“马约拉纳 1”也因此受到质疑。“马约拉纳 1”在一块芯片上集成了8个拓扑量子比特，由微软在2月19日推出，据称是全球首款基于拓扑量子比特的量子处理器。

这项研究由微软资助的荷兰代尔夫特理工大学实验室完成，2017年发表于《自然-通讯》（Nature Communications），是后续“马约拉纳 1”相关研究的关键基础。论文声称电子可以顺畅通过纳米线，而不会产生太多散射。2021年，论文合著者Vincent Mourik和另外两名研究人员向期刊编辑部报告，论文原始数据的选取、处理和(hé)分析方式可能存在问题。上个月，《自然-通讯》在调查后对该论文发布“编辑关切”（Editorial Expression of Concern），其中附有通讯作者Hao Zhang、Önder Gül提交的更正说明和补充数据。

但Mourik和另一位作者Kun Zuo表示，仅仅更正还不够，该研究应该被撤回，他们要求将自己从作者名单中移除。Mourik表示，有迹象表明数据经过了精心挑选以支持论文结论，“他们预先假设了试图证明的结果，并通过篡改数据和理论技巧来达到目的。”

据报道，2021年4月，Mourik曾向通讯作者Önder Gül发邮件询问：“在论文发表之前，你是否知道这些未披露的数据操纵？”Gül在一天后回复：“是的，我知道。”他告诉Mourik，他没有分享这些信息，“因为我当时认为这并不重要”。2022年，Mourik和一位同事指出，研究测试了21个纳米线结点，但发表的论文仅包含了4个纳米线结点的数据。

当被问及为何期刊发布更正而非撤稿时，《自然-通讯》的一位发言人表示：“关于数据处理方面提出的更广泛的担忧超出了我们的审查范围。”当被问及期刊是否会考虑撤稿时，这位发言人表示：“我们认为此事已经了结。”

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