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.不光是孫悟空，生命的祖先最早可能都在石頭縫裏蹦躂

2.神經細胞“自斷經脈”，讓你別忘了疼，好好記住傷疤

3.雞爲什麼要穿越絲綢之路？因爲會下蛋，所以被迫搬家

4.腦機接口如何幫助殘障人士？軟件爲大腦指令“解碼”

5.我的眼睛天生自帶“外掛”，和我打球？就問你怕不怕

01生命可能真是“石頭縫”裏蹦出來的

《自然》發表的實驗室實驗發現，穿過岩石裂縫的熱流——如火山或地熱系統中的熱流——能淨化與生命化學起源相關的分子。

該研究可解釋生命最初的基本成分如何從複雜的化學混合物中形成。

人們早就知道，生命的形成依賴非常多的生物大分子，例如DNA、蛋白質、糖和脂肪等。

在著名的米勒實驗中，人們已經證實，這些大分子的前體物質都可以在太初地球的環境中自然產生。

但是，從前體物質變成真正的大分子的化學過程，卻非常難以模擬。就好比你有很多磚塊，但你未必會用磚塊蓋房子。

有磚塊是造房子的必要條件，但並不意味着有了磚塊，房子就會自動生成。

科學家發現，生命大分子的前體物質想要聚合成真正的大分子，必須經歷非常複雜的轉化過程，這些複雜反應下形成的副產物是如此之多，意味着和生命有關的大分子的產量微乎其微。

Christof Mast和同事在研究地質學時發現，早期地球的地殼中會有大量的裂縫形成的腔室，而地熱流會流經這些腔室形成溫度差。

不同溫度的腔室就形成了不同的溫度梯度，也就是說，特定類型的反應就只會在特定溫度的腔室中進行了。

如此一來，那些複雜的反應被分到了不同的小房間，複雜程度瞬間下降了好幾個數量級，因此副產品產量急劇減少，而與生命有關的大分子產量獲得極大提升。

通過實驗室模擬這些地殼腔室，並且進行相應的合成實驗，研究者驗證了這一假設。在實驗模擬的腔室中，2-氨唑和氨基酸這些生命分子，濃度分別提升了10倍和3個數量級。

在各種溫度、溶劑和pH值下，實驗都能成功，並且在實驗產物中分離出了氨基酸分子的偶聯，這四捨五入就等於能合成蛋白質了。

這一研究表明，自然形成的地熱熱流或在早期地球推動了生命起源所需的化合物。沒準生物還真是從石頭縫裏蹦出來的。

圖1 由相互連接的岩石裂縫組成的地下網絡促進了生命出現的早期化學過程。

（圖片來源：Christof B. Mast）

課代表總結：悟空，是你嗎，悟空？

參考文獻

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07193-7

02爲了增強記憶，神經細胞“自斷經脈”

我們對神經元之間的連接性和神經可塑性瞭解很多，但對神經元內部發生的事情卻知之甚少。

這主要是因爲我們缺少探測神經元內部的時機和工具。

近日，來自美國阿爾伯特·愛因斯坦醫學院的神經科學家Jelena Radulovic與合作者在《自然》雜誌上發文，爲我們帶來了一則不尋常的研究結果。

研究者發現，長期記憶形成時，一些腦細胞會經歷強烈的電活動，以至於折斷它們的 DNA。隨後炎症反應就會啓動，修復這種損傷，而記憶就會得到鞏固。

Radulovic 和她的同事用電擊來訓練老鼠。在經過訓練之後，一旦把它們放在電擊槍旁邊，即使沒有真正被點擊，它們就會回想起被電的經歷，並且產生恐懼反應，例如僵在原地。

然後，研究人員檢查了大腦中記憶關鍵區域——海馬體中神經元的基因活動。他們發現，訓練四天後，一些負責炎症的基因變得活躍。訓練三週後，這些基因基因活性大大降低。

那麼，炎症是怎麼來的呢？

經過分子生物學研究表明，一種名爲 TLR9 的蛋白質引發了這種炎症，而人們一直都知道這種蛋白質可以識別細胞中斷裂的DNA碎片。

正常情況下，細胞中是不會出現DNA碎片的，有碎片說明細胞中出現了入侵者，此時這一蛋白質就會呼叫炎症反應來處理入侵者。

然而，研究人員發現，在這種學習過程中的炎症反應，不是對入侵者做出反應，而是對它們自己的 DNA 做出反應。

在這些細胞中，一種叫做中心體的細胞器也很活躍，但該細胞器通常與細胞分裂和分化相關。成熟的神經元是不會分裂的，所以科學家也很疑惑爲什麼中心體會參與到DNA修復過程中。

當研究人員從小鼠體內刪除編碼 TLR9 蛋白的基因時，這些動物很難回憶起有關訓練的長期記憶。

與基因完好的小鼠相比，當它們被置於電擊槍旁時，基本不會感到害怕。也就是說，它們沒能形成記憶。

看來，DNA爲了讓你能記住東西，不惜“自我了斷”，然後重新修復，在這個過程中染上了記憶的印記，這樣才能夠記得牢固。

這種新奇的機制也許能爲精神疾病或阿茲海默症等退行性疾病提供新的研究視角。

圖2 神經元（此處以彩色掃描電子顯微照片顯示）

（圖片來源：Ted Kinsman）

課代表總結：欲練此功，必先……後面忘了。

參考文獻

Jovasevic, V., Wood, E.M., Cicvaric, A. et al. Formation of memory assemblies through the DNA-sensing TLR9 pathway. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07220-7

03雞爲什麼要穿越絲綢之路？

德國馬克斯·普朗克研究所的Carli Peters領導的國際研究團隊在《自然通訊》上發表的一篇新論文，揭示了養雞產蛋的最早的已知證據。

鳥類數量衆多，而且許多都很美味，但就雞（Gallus gallus spp. Domesticus）而言，它在歐亞大陸的傳播和普及，卻不是因爲它的美味，而是因爲人們把它從季節性下蛋的鳥類變成了可以全年下蛋的雞蛋工廠。

研究表明，牛、羊、豬和麥子在大約一萬年前被人們馴化，但雞直到兩千多年前才成爲人類社會的一份子。《詩經》裏就有關於雞的詩句：“女曰雞鳴，士曰昧旦”。

研究團隊花了5年時間在歐亞大陸上尋找散佈的雞骨頭化石，最後得出結論：古代歐洲和中亞的雞，是從東南亞地區傳播來的。

這些家雞的原型，南亞原雞，是生活在泰國的鳥類物種。雞與水稻和小米種植一起出現在泰國中部的考古記錄中。

這說明，人類學會了農業耕種、集聚糧食之後，這種鳥類被糧食吸引了過來，成爲了人類生活圈的外圍。

從這一角度來說，雞靠近人類的原因和貓靠近人類的原因非常類似。人類的糧食引來了老鼠，而老鼠引來了貓。

它們搬到我們這裏來，是因爲它們想喫掉在一起分享我們的莊稼和麪包屑的老鼠。

在某種程度上，家鼠、家貓和燉雞有着共同的起源故事。不可避免的結論是，貓很幸運，因爲老鼠嚐起來不像雞肉。

否則不需要等貓跑來，人就會替它把老鼠喫掉。

一些雞不幸成爲了人類的食物，直到人類發現，留着這些雞能夠提供更多食物——蛋。

原雞每年築巢一次，平均每窩產六枚蛋。養這種雞的原始人類有點沮喪，但是他開始想辦法。

每次雞繁殖之後，都只留下多生蛋的後代繼續繁殖，生蛋少的就直接成爲燉雞。

經過上千年的馴化，人類活動的遺址中開始出現大量的蛋殼。這說明，此時人們掌握了新的品種，能夠在很長的時間裏產很多蛋。

但從大約2500年前開始，中亞絲綢之路沿線到處都是它的蛋殼。

換句話說，這篇文章解決了雞馴化的“原因”——不是因爲雞肉，而是因爲雞蛋。

圖3 雞的馴化地點雖然仍然難以確定，但原因卻已經知道 （圖片來源：Shutterstock.com）

課代表總結：“我不就是想來蹭點穀子，你卻帶我從亞洲走到歐洲……”

參考文獻

Peters, C., Richter, K.K., Wilkin, S. et al. Archaeological and molecular evidence for ancient chickens in Central Asia. Nat Commun 15, 2697 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46093-2

04腦機接口實現大腦直接控制電腦

想象一下你在玩《馬里奧賽車》，現在的你需要用手操作手柄，才能讓遊戲裏的人物完成動作。

但是大腦總是比手快，所以操作不及時，就會出很多失誤。在遊戲賽車高速運行時尤其會有這種問題。

美國德克薩斯大學奧斯汀分校的工程師們，實現了里程碑式的腦機接口應用：通過把大腦直接連接到電腦上，你只需要在大腦裏“想”出動作，就可以控制遊戲人物動起來。

研究人員將機器學習功能與他們的腦機接口結合起來，使其成爲一種萬能的解決方案。

通常，這些設備需要對每個用戶進行廣泛的校準——每個人的大腦都是不同的，無論是健康用戶還是殘疾用戶——這一直是主流採用的主要障礙。

新的解決方案可以快速瞭解單個受試者的需求，並通過重複進行自我校準。這意味着多個患者可以使用該設備，而無需針對個人進行調整。

這項研究近日發表在《美國科學院院刊·Nexus》上。

受試者戴着裝有電極的帽子，電極連接到計算機上。電極通過測量來自大腦的電信號來收集數據，解碼器解釋該信息並將其轉化爲遊戲動作。

設計者在腦機接口方面的工作，幫助用戶指導和增強他們的神經可塑性，即大腦隨着時間的推移而改變、成長和重組的能力。

這些實驗旨在改善患者的大腦功能，並利用腦機接口控制的設備讓他們的生活變得更輕鬆。

除此之外，科學家開發了“解碼器”，使軟件能夠將腦電波轉換爲命令。解碼器作爲其他用戶的基礎，是避免長時間校準過程的關鍵。

受試者可以同時用大腦控制解碼器來玩搖骰子和賽車遊戲，這說明這種解碼器可以正常處理人類併發式的大腦工作。

這項工作爲進一步的腦機接口創新奠定了基礎。以此爲基礎，團隊繼續研究用戶可以通過腦機接口駕駛的輪椅。

這項研究有望將腦機接口轉化爲臨牀可用的技術來幫助殘疾人。

圖4 腦機接口正在改變人類對未來的想象

（圖片來源：Neuralink.com）

課代表總結：用這個玩遊戲算不算開掛？……

參考文獻

Satyam Kumar, Hussein Alawieh, Frigyes Samuel Racz, Rawan Fakhreddine, José del R Millán. Transfer learning promotes acquisition of individual BCI skills. PNAS Nexus, 2024; 3 (2) DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae076

05別眨眼，不然我可消失了

我們感知世界的速率被稱爲“時間分辨率”，在很多方面它類似於計算機顯示器的刷新率。

傳統上我們認爲，人類的時間分辨率在二十四分之一秒左右，因此只要每秒鐘播放24張畫面，看上去就會像是動畫了，這就是電影的原理。

但是在看低幀率的視頻時，有些人能明顯感覺畫面卡頓， 但也有人根本無法分辨每秒30幀和60幀的區別。

爲了探索這一差異，愛爾蘭都柏林三一學院的研究人員進行了一項“轉瞬即逝”的研究。實驗發現，個體感知視覺信號的速度存在很大差異。

爲了量化這一點，科學家們使用了一種新的指標，稱爲“臨界閃爍融合閾值”，這是一種衡量個人可以感知閃爍光源的最大頻率的指標。

如果光源閃爍超過人的閾值，他們將無法看到光源在閃爍，而是看到光源是穩定的。

就像普通的LED燈一樣，我國的交流電頻率是50赫茲，也就是每秒改變方向50次，因此燈每秒鐘會閃50次。

實驗中的一些參與者表示，燈光每秒閃爍約 35 次時，他們就看不出閃爍了；而當燈頻閃次數超過60次每秒時，仍有人能夠分辨得出。

研究人員在同一參與者的多個場合測量了時間分辨率，發現儘管個體之間存在顯着差異，但隨着時間的推移，個體的這一特徵似乎相當穩定。

有些人以其他人無法感知的頻率感知到快速變化的視覺信息，這意味着有些人在每個時間範圍內比其他人獲得更多的視覺信息。

這一發現表明，某些人在響應時間至關重要的某些環境中具有先天優勢，例如在球類運動或競技遊戲中。

也就是說，有些人甚至在拿起球拍並擊打網球，或者拿起鼠標進入競技遊戲之前，就可能比其他人具有優勢。

我們只能獲得自己的主觀經驗，所以我們可能會天真地期望其他人以自己的方式感知世界。但感知也可以通過許多不太爲人所知的方式發生變化。

這項研究描述了其中一個差異——我們視覺系統的“幀速率” 。有些人確實比其他人看世界的速度更快。

圖5 有的人天生看的速度就比別人快，這讓他們在很多運動上更有優勢 （圖片來源：emesa-m30.com）

課代表總結：又在爲買高刷手機找理由呢吧？

參考文獻

Clinton S. Haarlem, Redmond G. O’Connell, Kevin J. Mitchell, Andrew L. Jackson. The speed of sight: Individual variation in critical flicker fusion thresholds. PLOS ONE, 2024; 19 (4): e0298007 DOI: 10.1371/journal.pone.0298007