本週科學榨菜上新啦！課代表爲你快速梳理近期科學界有趣又有料的新鮮事！科學新鮮報，早看早學到~

本期導讀：

1、大黃蜂中的“老師”是如何傳道授業解惑的？

2、想要人工創造生命，我們需要先設計生命的遺傳語言

3、生活在地下的兩棲動物，居然會爲後代“哺乳”

4、最有希望找到生命的木衛二海底，可能在地質上是惰性的

5、每日步數上萬，可以逆轉久坐帶來的健康風險

大黃蜂也會“當老師”

在學校裏，孩子們跟着老師學知識，能夠接受並領會人類歷史上發現的各種物理化學定律，並且按照這些規律來解決問題。

從這一意義上來說，每個現代人都活了數千年，因爲他可以從學習中掌握人類數千年來累積的知識。

長久以來，人們認爲，這種從他人身上學習知識的能力是人類獨有的，而正是這種學習造就了人類文明的傳承。

在這其中，老師扮演了非常重要的角色。試想，我們讓一個孩子自己去探索數學，他很難獨立發現勾股定理。但是隻要老師稍加引導，每個人都能快速理解其中的含義。

雖然其他動物也有學習行爲，但它們不會向老師學習，因此也就沒有文明傳承。

不出意外的話，凡事都會有意外。來自英國倫敦瑪麗女王大學的Alice D. Bridges與合作者通過對大黃蜂的研究表明，大黃蜂也會向“老師”學習，並且傳承行爲。

研究人員設計了一種特殊的盒子，盒子裏有食物，但是需要按照步驟來推動兩個蓋子才能打開。

由於推動第一個蓋子後不會有任何獎勵，因此大黃蜂很難獨自發現打開盒子的方法。

實驗表明，把無知的大黃蜂放到盒子裏之後，過24天它們仍然學不會如何打開盒子。

然後，科學家通過特殊方法訓練了一批會開盒子的大黃蜂來當“老師”，並且把它們開盒的過程展示給那些不會開盒的大黃蜂看。

結果發現，這些“學生”大黃蜂會立即開始模仿“老師”的操作步驟，並且喫到了食物。

科學家移除“老師”後，大約三分之一的“學生”都學會了如何獨自開盒。（其他的“學生”就是那種不看答案就不會做題的……）

更有趣的是，它們的行爲也會繼續影響下一批的大黃蜂“學生”。

也就是說，即便會開盒的大黃蜂一批批地死去，但開盒技巧卻會隨着大黃蜂間的學習而傳承下去。

新生代的大黃蜂就不必再獨立發現開盒技巧，就像我們現在的孩子不必再獨立發現勾股定理一樣。

對於大黃蜂來說，開盒子的技巧就是它們的文化傳承。至少在這一點上，人類並不是獨一無二的。

課代表總結：都講得這麼清楚了，還有三分之二的蜂不會！你們真是我帶過最差的一屆！

參考文獻

Bridges, A.D., Royka, A., Wilson, T. et al. Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07126-4

科學家爲遺傳物質設計新的“編程語言”

DNA 是攜帶遺傳信息的物質，由核苷酸組成，每個核苷酸均由五碳糖、磷酸基團和含氮鹼基組成。

有四種不同的含氮鹼基，包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）。每個蛋白質的編碼都由這四種字母排列組合而成。

聽上去像是一門精妙的語言，但其實不然。

這是因爲，生物進化從來都不是爲了變得更好而進行的“內卷”。恰恰相反，要不是“躺平”會死，誰願意那麼努力進化啊！

這種被迫進化的機理，導致生物內部祖傳了大量“得過且過”的歷史遺留，主打一個“能用就行”。作爲遺傳物質的DNA也不例外。

例如，DNA只有4個字母，信息密度不夠高；ATCG之間長得太像，容易出現複製錯誤導致基因突變；結構太過單一，結合位點不夠豐富……

在之前的一週趣科學中，我們報道過中國科學家嘗試清理DNA中的祖傳bug，構建人工染色體的工作。

而最近，德國克隆大學的Hannah Depmeier領導的團隊則更加激進，直接爲DNA開發了新的“編程語言”。

在這種新語言中，科學家把遺傳物質中的五碳糖更換爲一種四碳的蘇糖，同時將字母的個數從4個提升到6個。

這樣一來，遺傳物質的穩定性大大增加，並且由於新字母的引入，使得信息密度也得以提升。

科學家把這門新語言命名爲TNA。

TNA的一個顯著優點是，它不會被細胞中的核酸酶降解，而能夠在細胞質中長時間存在。這對於核酸療法來說是個很好的消息。

與此同時，TNA的結構特點導致它可以提供更多的選擇性結合位點，因此科學家可以利用這一特點，將TNA特異性地送到某種特定類型的細胞中去。這對於精準醫學來說是非常重要的。

這一研究成果近日發表在《美國化學會雜誌》上，並引起了廣泛關注。

認識生命，改造生命，這兩件事情人類都已經小有成就；而人工設計更適合生命的底層語言，是邁向創造生命這一遠大目標的重要一步。

圖1 TNA的結構及其與DNA的兼容性

（圖片來源：參考文獻）

課代表總結：Python纔是世界上最好的語言！

參考文獻

Expanding the Horizon of the Xeno Nucleic Acid Space: Threose Nucleic Acids with Increased Information Storage. Hannah Depmeier and Stephanie Kath-Schorr.Journal of the American Chemical Society Article ASAP. DOI: 10.1021/jacs.3c14626

除了哺乳動物外，還有誰會爲後代哺乳？

所謂哺乳動物，顧名思義應該是都會哺乳。長久以來，人們也一直認爲只有哺乳動物纔會產生乳汁餵養後代。

但是隨着人類觀察到的動物越來越多，這個規律也被打破了。最初人們發現，某一種蜘蛛也會產生類似乳汁的液體餵養自己的子代。

就在前幾天，《科學》雜誌上刊登了一篇文章，報道了另一種生物也會產生“乳汁”來餵養自己的後代，這種生物被稱爲“環管虹吸蟲”。

雖然叫蟲，但它是一類有脊椎的兩棲動物。

現在仍然存活在地球上的兩棲動物主要有三大類：有腿沒尾巴的青蛙、蟾蜍，有腿有尾巴的蠑螈、娃娃魚，以及沒腿沒尾巴的蚓螈。

而環管虹吸蟲就是一種蚓螈。它們生活在南美洲炎熱潮溼的地下環境裏，以土壤裏的蚯蚓和昆蟲爲食。它們沒有腿，沒有尾巴，眼睛也沒有視覺功能，頭骨像子彈，可以在土壤裏鑽洞。

這種隱祕的生活方式，導致了人們對它一直所知甚少。

但也正是這種奇特的生活方式，引起了人們的興趣，想要一探究竟。

來自巴西布坦坦研究所的Carlos Jared領導的研究團隊，利用當地一家種植園的鬆軟土壤吸引了一批環管虹吸蟲前來生息繁衍。

與之前的研究不同的是，研究者想辦法安裝了攝像頭來監控這些生物的一舉一動，想要看看它們到底是如何在地下生活的。

結果發現，母親會從身體的後端分泌出一種液體，而剛孵化出的幼崽也會把頭伸過來爭相吸吮這些液體。

這明明就是一個爲幼崽哺乳的場景。於是研究者收集了這些液體來研究其中的化學成分。

分析表明，這些液體像哺乳動物乳汁一樣，主要成分是脂肪，並且富含其它營養物質。

之前的研究表明，有些蚓螈是在母親的體內孵化的，孵化之後，幼崽不能獨立生存，而母親會爲還在體內的幼崽提供一些“乳汁”。

本次研究是科學家第一次發現，蚓螈會爲體外孵化的幼崽提供這種扶持。

圖2 正在哺乳的環管虹吸蟲

（圖片來源：參考文獻）

課代表總結：蚓螈：“能不能把我家的監控先拆一下？”

參考文獻

Pedro L. Mailho-Fontana et al. ,Milk provisioning in oviparous caecilian amphibians.Science383,1092-1095(2024).DOI:10.1126/science.adi5379

木衛二的內核“已死”，很難孕育生命

木衛二的正式名稱是歐羅巴，它冰冷的外殼下隱藏着鹹水海洋，是太陽系中最有希望尋找生命的地方之一。

美國宇航局啓動了一項耗資 50 億美元的“歐羅巴快艇”任務，專門探測木衛二上的海洋。

但近期的衛星和行星科學會議上提出的兩項模型研究表明，木衛二的岩石內部可能在地質上已經死亡。

它內部的岩漿已經冷卻，可能無法穿透海底形成熱液噴口。而地球上的熱液噴口被認爲是早期生命的避風港。

如果沒有熱量和新鮮岩石的混合來驅動海洋中的地球化學反應，木衛二可能不太可能創造有利於生命的條件。

非但如此，根據上週發表在《自然·天文學》雜誌上的美國宇航局朱諾號航天器在最近飛越木衛二期間進行的新測量，木衛二地下海洋中產生的氧氣比以前想象的要少得多。

此外，研究人員在 2023 年《科學》雜誌上報道稱，迄今爲止，使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡尋找木衛二噴發羽流的努力，也一直沒有進展。

美國宇航局噴氣推進實驗室的行星科學家Austin Green表示，這是一系列“令人沮喪”的結論。

但是，科學家並沒有就此放棄，而是嘗試尋找木衛二上新的地層活動的痕跡。新研究的重點是冰和海洋下方隱藏的深層岩石，這些岩石位於木衛二表面以下約 130 公里處。

研究人員假設海底岩石會很堅硬，不會被水改變，而且木衛二的海洋會更深，從而增加岩石上覆的壓力並增加其穩定性。

然後，科學家們將計算出的岩石強度，以及木星牽引力與木衛二冷卻收縮互作產生的應力，將二者進行了比較。

計算結果表明，海底岩石會頑強地抵抗地震中的滑動，從而暴露海底的新鮮岩石。由此來看，這顆衛星可能還有些“迴光返照”，沒有完全死掉。

也有科學家認爲，木衛二與木衛一發生軌道共振時，它內核的岩漿活動可能會增加。只是，我們不知道，即便原始生物在火山活動期間出現，那麼這種生命是否能夠持續到今天？

圖3 木衛二的冰殼下面是一片海洋。海底可能在地質上是惰性的。（圖片來源：NASA）

課代表總結：什麼時候能派個人上去看看就好了……

參考文獻

Szalay, J.R., Allegrini, F., Ebert, R.W. et al. Oxygen production from dissociation of Europa’s water-ice surface. Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02206-x

增加每日步數可以逆轉久坐帶來的健康風險

澳大利亞悉尼大學的一項新研究發現，增加步數可能會抵消每天久坐時間過多對健康造成的影響，這對打工人來說是個好消息。

這項針對超過 72,000 人的研究發表在《英國運動醫學雜誌》上，發現每天走一萬步左右，就會降低死亡 (39%) 和心血管疾病 (21%) 的風險，無論你每天坐了多久。

先前的研究表明，每日步數增加與死亡和心血管疾病發生率降低之間存在關聯，另外的研究也將高水平的久坐行爲與心血管疾病和死亡風險增加聯繫起來。

然而，關於走路能不能抵消久坐這個問題，還是沒有定論。

於是，研究人員通過腕戴式可穿戴設備，客觀測量日常步數是否可以抵消久坐行爲的健康風險。

這確實傳達了一個重要的公共衛生信息：所有運動都很重要，人們可以而且應該嘗試通過增加每日步數來抵消不可避免的久坐時間對健康的影響。

研究人員使用了來自英國生物銀行的 72,174 個人（平均年齡 61 歲；58% 女性）的數據，這些人在手腕上佩戴了加速度計設備 7 天來測量他們的身體活動。

加速度計數據用於估計每日步數和久坐時間，即清醒時坐着或躺着的時間。

研究小組隨後通過將住院數據和死亡記錄聯繫起來來追蹤參與者的健康軌跡。

參與者的每日步數中位數爲 6222 步/天，靜坐時間的中位數爲 10.6 小時/天，在平均 6.9 年的隨訪中，發生了 1633 例死亡和 6190 例心血管事件。

考慮到其他潛在影響後，作者計算出，抵消長時間久坐的每天最佳步數爲 9000 至 10000 步/天，這可將死亡風險降低 39%，將心血管疾病風險降低 21%。每天步行 4000 至 4500 步即可獲得 50% 的益處。

研究者最後給出建議：無論是否久坐，每日步數超過 2200 步/天都可以降低死亡率和心血管疾病風險。每天增加 9000 到 10,000 步可以最佳地降低死亡率和心血管疾病風險。

圖3 步數（橫軸）與心血管疾病發病率（縱軸）的關聯 （圖片來源：參考文獻）

課代表總結：打工人加完班還要去走路續命！……

參考文獻

Matthew N Ahmadi, Leandro F M Rezende, Gerson Ferrari, Borja Del Pozo Cruz, I-Min Lee, Emmanuel Stamatakis. Do the associations of daily steps with mortality and incident cardiovascular disease differ by sedentary time levels? A device-based cohort study. British Journal of Sports Medicine, 2024; bjsports-2023-107221 DOI: 10.1136/bjsports-2023-107221

作者：牧心