实验室里的神秘“武器”

姓名：大脑“拍照术”

身份：显微光学切片断层成像技术

本领：给大脑拍高清彩照，并绘制三维图谱

成就：帮助人类认识大脑的结构和功能，帮助医生攻克医疗难题

咔嚓，给大脑拍个高清彩照

最复杂的物体

大脑，是世界上最复杂的物体。

它就像一个高度发达的工厂。大脑中几百亿个神经元，就像数不清的工人。这些“工人”属于成千上万个部门，不同部门的“工人”长相千差万别，工作任务也完全不一样。

有趣的是，这些“工人”都有长短不一的小尾巴，可以用来传递信息。他们齐心协力，制造出各种各样的大脑指令。收到大脑指令，我们才能微笑、说话、眨眼睛。

可是，这些“工人”到底是怎么工作的？每个部门到底负责什么？“工厂”里到处都是秘密。

给大脑拍个高清彩照

怎样才能解开“大脑工厂”的秘密呢？拍照是个好主意。

医院里有一种昂贵的机器，能给“工厂”拍照。可拍出来的照片是黑白的，不太清晰。在这样的照片上，科学家只能看到“工厂”有哪些区域，却看不清每个“工人”是怎么工作的。

江苏省苏州市的一家研究所，终于研究出了方法。精准的仪器把鼠脑标本切割成大约1万层超薄切片，边切边拍照，每一条神经、血管都清晰可见。把它们合在一起，还能制成三维图谱。

2021年，科学家又用新技术，给猕猴拍摄了大脑彩照。猕猴的大脑比鼠脑更复杂，也更接近人类。

高清彩照用处大

我们向人脑彩照的目标又近了一步。

听到这个好消息，最高兴的就是那些大脑生了病的人。一直以来，面对大脑疾病，医生能采用的办法很少，病人要承受很多痛苦。但在不久的将来，“大脑工厂”的秘密，有可能被一个个揭开。

掌握了这些秘密，医生就能分辨出是哪些神经元生病了，进而可以针对性治疗。

知识宝卡 大脑奥秘知多少？

大脑长得有点儿像果冻，光滑有弹性。

大脑的神经纤维连在一起，可以绕地球赤道四圈半。

大脑用电流传递信息。大脑产生的电量，能点亮一个小灯泡。

有人干了傻事，会自嘲“脑子进水了”。这话其实没错，大脑组织约有80%是水分！

大脑从不休息。人睡着时，它还在忙着处理白天接收的信息。

自己挠痒痒时，为什么不觉得痒？哈哈，因为大脑已经提前收到信号，做好了准备。

姓名：剪接体研究

身份：遗传信息研究的好帮手

本领：给剪接体、次要剪接体“拍照”

成就：中国科学家通过单颗粒冷冻电子显微技术，获得剪接体、次要剪接体的结构，并揭示它们的剪接原理，破解了世界结构生物学界的公认难题

神秘“小剪刀”，露出真面目

厉害的“秘书”

在人类的身体里，藏着一个“秘密工厂”，负责人体的正常运转。

“厂长”呢，就是我们熟悉的DNA。

不过，“DNA厂长”太忙了，总是“啪”的一下甩出一整套生产指令。这些指令繁多又复杂，里面还掺杂着一些没用的信息。“工人”要是没弄清楚，干错了活儿，人类的身体就要出问题了！

这个时候，就轮到“秘书”大显身手了。“秘书”会去掉没用的、错误的指令，把正确的、清楚的指令交给“工人”。

可以说，人体的正常运转，多亏了这位“秘书”呢！

人体“小剪刀”

这位“秘书”，就好比人体里的“小剪刀”，它的大名就叫剪接体。剪接体非常神秘，它到底长什么样？具体怎么工作？谁也不知道。

没办法，剪接体实在太小了，又总在忙个不停。就算是在显微镜下，也看不清楚它。全世界的科学家们努力了许多年，也没能给剪接体拍张清晰的照片。

难道，我们就看不清它的样子了吗？

原来长这样

中国科学家施一公团队，一直没有放弃。

2015年，他们不仅清楚地拍到了剪接体的照片，还捕捉到了它的工作细节。2021年，他们又拍到了次要剪接体。

次要剪接体是干什么的呢？在“DNA厂长”的指令中，有一些非常稀少的信息，藏在剪接体发现不了的地方。这时候，就轮到次要剪接体出手了。

不过，剪接体和次要剪接体，并不是每次出手都万无一失。

人类约有35%的遗传病，就是因为“小剪刀”出错造成的。

施一公团队的这两个发现，不仅让我们增加了对人体的认知，还给遗传病研究提供了很大帮助呢！

知识宝卡 DNA决定我们会和谁做朋友

你有没有想过，为什么你能找到好朋友？

有科学家认为，这可能和DNA有关系。DNA，又叫脱氧核糖核酸，是我们从父母那里遗传下来的一种复杂分子，包含了个人所有的信息代码。

几年前，美国科学家研究发现，朋友之间虽然没有血缘关系，但他们的DNA相似程度比较高。其中，最相似的是味觉基因。具有相似味觉基因的人，更容易被彼此吸引。

比如，喜欢咖啡香味的人，在常去的咖啡店，很容易交到朋友。

姓名：锦屏地下实验室

身份：中国首个极深地下实验室，也是世界岩石覆盖最深的实验室

本领：屏蔽宇宙射线，探测暗物质

成就：使中国核天体物理实验研究进入国际先进行列，成为世界上第三个具备开展深地核天体物理研究能力的国家

深藏地下，“神探“搜捕暗物质

神秘“幽灵

你知道吗？在宇宙中，除了太阳、星星和月亮，还有很多神秘的东西。它们最擅长“隐身术”，从来不发光，让人看不见、摸不着，却又无处不在。所以，人们叫它们“暗物质”。

暗物质有着巨大的引力，能把银河系“粘”在一起。如果能捉到它，就能解开很多宇宙谜团。

为了搜捕暗物质，中国科学家派出了两个“神探”：一个是“悟空”号暗物质粒子探测卫星，它在太空用“火眼金睛”去寻找暗物质；另一个则深埋地下，靠科学实验搜捕，这就是锦屏地下实验室。

岩石铠甲

锦屏地下实验室，建在四川省锦屏山下2400米的地方。

为什么藏这么深？还不是为了躲避宇宙射线！

宇宙射线是从宇宙来的“刺客”，能够轻松穿过地球的大气层和表面，在探测器周围产生辐射，干扰科学家的监测。

岩层是宇宙射线的天然屏障。如果有1亿个宇宙射线粒子射向实验室，最后大概只有1个能够钻进去，对实验几乎没有影响。有了岩石当铠甲，“神探”才能安心搜捕暗物质。

等它现身

怎么搜捕呢？守株待兔！

地球是宇宙中的一员，当然也存在暗物质。中国科学家把自主研发的暗物质探测器放在实验室里，等待暗物质撞上来。

所有撞上探测器的物质，都会产生信号。探测器再对每一个信号进行分析，尝试寻找暗物质。

听起来简单，做起来可不容易。一直以来，人们都没有发现暗物质的踪迹。

2021年7月，从锦屏地下实验室传来一个好消息。

通过实验，中国科学家已经缩小了暗物质的藏身范围。这意味着，人类找到暗物质的可能性，越来越大了！

知识宝卡 暗物质探测器，穿着几层铠甲

想要寻找暗物质，实在是太难了。这就好比要在人声鼎沸的体育场里，听到针掉在地上的声音。为了减少干扰，锦屏地下实验室的探测器穿了好几层铠甲。

第一层，2400米厚的天然岩石铠甲。

第二层，0.5米厚的混凝土铠甲。

第三层，1米厚的聚乙烯铠甲。

第四层，20厘米厚的铅铠甲。

第五层，20厘米厚的含硼聚乙烯铠甲。

最后一层，是10厘米厚的铜铠甲。

在层层铠甲的保护下，探测器耐心等待，时刻准备抓住暗物质！

超强超短激光器

姓名：超强超短激光器，又称“羲和激光装置”

身份：世界首台10拍瓦超强超短激光实验装置

本领：能发出目前人类已知的最亮的光——超强超短激光

成就：创造了世界最高激光峰值功率纪录

猜猜看，世界上最亮的是什么？是太阳？是闪电？

都不对，答案是超强超短激光！它有多亮呢？把10个太阳照到地球上的光汇聚到一根头发丝上，亮度才能和它一样。它有多短呢？哦，别误会，短不是说它的长度，而是指它存在的时间。超强超短激光亮一次，还不到100飞秒。要知道，100飞秒，可是一秒的10万亿分之一啊！

超强超短激光有两样宝贝。一个是“飞刀”，“嗖嗖”两下，专“扎”癌细胞，帮医生治疗癌症；一个是“照相机”，能记录超高速的运动。

除了这两样宝贝，超强超短激光的本领还大着呢。它能推动很多领域的科学研究，甚至对研究天体物理、宇宙起源，进行暗物质探测都有帮助。

2017年，羲和激光装置在上海研制成功。它能输出10拍瓦，也就是1亿亿瓦的激光，是世界上第一台如此厉害的装置。

2021年，中国科学家宣布，将来要开放这个实验装置，让全世界的科学家一起来研究超强超短激光。也许，我们以后能有更多新发现呢！

知识宝卡

激光武器有多厉害

科幻电影里，一道激光射去，敌机瞬间灰飞烟灭……激光武器真厉害！

现实世界中，激光武器也这么强吗？

还真有可能！

它速度快。激光束能以30万千米/秒的速度射向目标，做到“发现即打击”。

它打得准。它发射的激光束，沿直线快速攻击目标，几乎不受干扰。

它打得狠。激光束能量集中，一旦击中目标，就能造成严重的伤害。

这些特点，让激光有望成为未来的重要武器。

心灵宝卡

不管是对大自然的探索，还是对人体的研究，都是摸着石头过河。

接下来的试验该怎样做？能不能得到令人满意的结果？谁也说不准。

那还要不要继续呢？当然要！科学研究就要敢于挑战，能啃硬骨头。每一次挑战，都可能改变世界。

（本栏目内容选自《大国重器·民生科技》，由中信出版社出品，致力于把好故事说给新时代好少年听）