實驗室里的神秘“武器”

姓名：大腦“拍照術”

身份：顯微光學切片斷層成像技術

本領：給大腦拍高清彩照，并繪制三維圖譜

成就：幫助人類認識大腦的結構和功能，幫助醫生攻克醫療難題

咔嚓，給大腦拍個高清彩照

最復雜的物體

大腦，是世界上最復雜的物體。

它就像一個高度發達的工廠。大腦中幾百億個神經元，就像數不清的工人。這些“工人”屬于成千上萬個部門，不同部門的“工人”長相千差萬別，工作任務也完全不一樣。

有趣的是，這些“工人”都有長短不一的小尾巴，可以用來傳遞信息。他們齊心協力，制造出各種各樣的大腦指令。收到大腦指令，我們才能微笑、說話、眨眼睛。

可是，這些“工人”到底是怎么工作的？每個部門到底負責什么？“工廠”里到處都是秘密。

給大腦拍個高清彩照

怎樣才能解開“大腦工廠”的秘密呢？拍照是個好主意。

醫院里有一種昂貴的機器，能給“工廠”拍照。可拍出來的照片是黑白的，不太清晰。在這樣的照片上，科學家只能看到“工廠”有哪些區域，卻看不清每個“工人”是怎么工作的。

江蘇省蘇州市的一家研究所，終于研究出了方法。精準的儀器把鼠腦標本切割成大約1萬層超薄切片，邊切邊拍照，每一條神經、血管都清晰可見。把它們合在一起，還能制成三維圖譜。

2021年，科學家又用新技術，給獼猴拍攝了大腦彩照。獼猴的大腦比鼠腦更復雜，也更接近人類。

高清彩照用處大

我們向人腦彩照的目標又近了一步。

聽到這個好消息，最高興的就是那些大腦生了病的人。一直以來，面對大腦疾病，醫生能采用的辦法很少，病人要承受很多痛苦。但在不久的將來，“大腦工廠”的秘密，有可能被一個個揭開。

掌握了這些秘密，醫生就能分辨出是哪些神經元生病了，進而可以針對性治療。

知識寶卡 大腦奧秘知多少？

大腦長得有點兒像果凍，光滑有彈性。

大腦的神經纖維連在一起，可以繞地球赤道四圈半。

大腦用電流傳遞信息。大腦產生的電量，能點亮一個小燈泡。

有人干了傻事，會自嘲“腦子進水了”。這話其實沒錯，大腦組織約有80%是水分！

大腦從不休息。人睡著時，它還在忙著處理白天接收的信息。

自己撓癢癢時，為什么不覺得癢？哈哈，因為大腦已經提前收到信號，做好了準備。

姓名：剪接體研究

身份：遺傳信息研究的好幫手

本領：給剪接體、次要剪接體“拍照”

成就：中國科學家通過單顆粒冷凍電子顯微技術，獲得剪接體、次要剪接體的結構，并揭示它們的剪接原理，破解了世界結構生物學界的公認難題

神秘“小剪刀”，露出真面目

厲害的“秘書”

在人類的身體里，藏著一個“秘密工廠”，負責人體的正常運轉。

“廠長”呢，就是我們熟悉的DNA。

不過，“DNA廠長”太忙了，總是“啪”的一下甩出一整套生產指令。這些指令繁多又復雜，里面還摻雜著一些沒用的信息。“工人”要是沒弄清楚，干錯了活兒，人類的身體就要出問題了！

這個時候，就輪到“秘書”大顯身手了。“秘書”會去掉沒用的、錯誤的指令，把正確的、清楚的指令交給“工人”。

可以說，人體的正常運轉，多虧了這位“秘書”呢！

人體“小剪刀”

這位“秘書”，就好比人體里的“小剪刀”，它的大名就叫剪接體。剪接體非常神秘，它到底長什么樣？具體怎么工作？誰也不知道。

沒辦法，剪接體實在太小了，又總在忙個不停。就算是在顯微鏡下，也看不清楚它。全世界的科學家們努力了許多年，也沒能給剪接體拍張清晰的照片。

難道，我們就看不清它的樣子了嗎？

原來長這樣

中國科學家施一公團隊，一直沒有放棄。

2015年，他們不僅清楚地拍到了剪接體的照片，還捕捉到了它的工作細節。2021年，他們又拍到了次要剪接體。

次要剪接體是干什么的呢？在“DNA廠長”的指令中，有一些非常稀少的信息，藏在剪接體發現不了的地方。這時候，就輪到次要剪接體出手了。

不過，剪接體和次要剪接體，并不是每次出手都萬無一失。

人類約有35%的遺傳病，就是因為“小剪刀”出錯造成的。

施一公團隊的這兩個發現，不僅讓我們增加了對人體的認知，還給遺傳病研究提供了很大幫助呢！

知識寶卡 DNA決定我們會和誰做朋友

你有沒有想過，為什么你能找到好朋友？

有科學家認為，這可能和DNA有關系。DNA，又叫脫氧核糖核酸，是我們從父母那里遺傳下來的一種復雜分子，包含了個人所有的信息代碼。

幾年前，美國科學家研究發現，朋友之間雖然沒有血緣關系，但他們的DNA相似程度比較高。其中，最相似的是味覺基因。具有相似味覺基因的人，更容易被彼此吸引。

比如，喜歡咖啡香味的人，在常去的咖啡店，很容易交到朋友。

姓名：錦屏地下實驗室

身份：中國首個極深地下實驗室，也是世界巖石覆蓋最深的實驗室

本領：屏蔽宇宙射線，探測暗物質

成就：使中國核天體物理實驗研究進入國際先進行列，成為世界上第三個具備開展深地核天體物理研究能力的國家

深藏地下，“神探“搜捕暗物質

神秘“幽靈

你知道嗎？在宇宙中，除了太陽、星星和月亮，還有很多神秘的東西。它們最擅長“隱身術”，從來不發光，讓人看不見、摸不著，卻又無處不在。所以，人們叫它們“暗物質”。

暗物質有著巨大的引力，能把銀河系“粘”在一起。如果能捉到它，就能解開很多宇宙謎團。

為了搜捕暗物質，中國科學家派出了兩個“神探”：一個是“悟空”號暗物質粒子探測衛星，它在太空用“火眼金睛”去尋找暗物質；另一個則深埋地下，靠科學實驗搜捕，這就是錦屏地下實驗室。

巖石鎧甲

錦屏地下實驗室，建在四川省錦屏山下2400米的地方。

為什么藏這么深？還不是為了躲避宇宙射線！

宇宙射線是從宇宙來的“刺客”，能夠輕松穿過地球的大氣層和表面，在探測器周圍產生輻射，干擾科學家的監測。

巖層是宇宙射線的天然屏障。如果有1億個宇宙射線粒子射向實驗室，最后大概只有1個能夠鉆進去，對實驗幾乎沒有影響。有了巖石當鎧甲，“神探”才能安心搜捕暗物質。

等它現身

怎么搜捕呢？守株待兔！

地球是宇宙中的一員，當然也存在暗物質。中國科學家把自主研發的暗物質探測器放在實驗室里，等待暗物質撞上來。

所有撞上探測器的物質，都會產生信號。探測器再對每一個信號進行分析，嘗試尋找暗物質。

聽起來簡單，做起來可不容易。一直以來，人們都沒有發現暗物質的蹤跡。

2021年7月，從錦屏地下實驗室傳來一個好消息。

通過實驗，中國科學家已經縮小了暗物質的藏身范圍。這意味著，人類找到暗物質的可能性，越來越大了！

知識寶卡 暗物質探測器，穿著幾層鎧甲

想要尋找暗物質，實在是太難了。這就好比要在人聲鼎沸的體育場里，聽到針掉在地上的聲音。為了減少干擾，錦屏地下實驗室的探測器穿了好幾層鎧甲。

第一層，2400米厚的天然巖石鎧甲。

第二層，0.5米厚的混凝土鎧甲。

第三層，1米厚的聚乙烯鎧甲。

第四層，20厘米厚的鉛鎧甲。

第五層，20厘米厚的含硼聚乙烯鎧甲。

最后一層，是10厘米厚的銅鎧甲。

在層層鎧甲的保護下，探測器耐心等待，時刻準備抓住暗物質！

超強超短激光器

姓名：超強超短激光器，又稱“羲和激光裝置”

身份：世界首臺10拍瓦超強超短激光實驗裝置

本領：能發出目前人類已知的最亮的光——超強超短激光

成就：創造了世界最高激光峰值功率紀錄

猜猜看，世界上最亮的是什么？是太陽？是閃電？

都不對，答案是超強超短激光！它有多亮呢？把10個太陽照到地球上的光匯聚到一根頭發絲上，亮度才能和它一樣。它有多短呢？哦，別誤會，短不是說它的長度，而是指它存在的時間。超強超短激光亮一次，還不到100飛秒。要知道，100飛秒，可是一秒的10萬億分之一啊！

超強超短激光有兩樣寶貝。一個是“飛刀”，“嗖嗖”兩下，專“扎”癌細胞，幫醫生治療癌癥；一個是“照相機”，能記錄超高速的運動。

除了這兩樣寶貝，超強超短激光的本領還大著呢。它能推動很多領域的科學研究，甚至對研究天體物理、宇宙起源，進行暗物質探測都有幫助。

2017年，羲和激光裝置在上海研制成功。它能輸出10拍瓦，也就是1億億瓦的激光，是世界上第一臺如此厲害的裝置。

2021年，中國科學家宣布，將來要開放這個實驗裝置，讓全世界的科學家一起來研究超強超短激光。也許，我們以后能有更多新發現呢！

知識寶卡

激光武器有多厲害

科幻電影里，一道激光射去，敵機瞬間灰飛煙滅……激光武器真厲害！

現實世界中，激光武器也這么強嗎？

還真有可能！

它速度快。激光束能以30萬千米/秒的速度射向目標，做到“發現即打擊”。

它打得準。它發射的激光束，沿直線快速攻擊目標，幾乎不受干擾。

它打得狠。激光束能量集中，一旦擊中目標，就能造成嚴重的傷害。

這些特點，讓激光有望成為未來的重要武器。

心靈寶卡

不管是對大自然的探索，還是對人體的研究，都是摸著石頭過河。

接下來的試驗該怎樣做？能不能得到令人滿意的結果？誰也說不準。

那還要不要繼續呢？當然要！科學研究就要敢于挑戰，能啃硬骨頭。每一次挑戰，都可能改變世界。

（本欄目內容選自《大國重器·民生科技》，由中信出版社出品，致力于把好故事說給新時代好少年聽）