借我一雙“火眼金睛”

關(guān)毅 (本刊特約記者)

暗物質(zhì)，這個看不見也摸不著的宇宙中“缺失質(zhì)量”至今無法被直接證實，對于這片“物理學(xué)天空中的烏云”，國際科學(xué)界一直執(zhí)著探尋。英國《自然》雜志2017年11月29日在線發(fā)表報告說，基于中國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”收集的數(shù)據(jù)，中國科研團隊獲取了目前國際上在萬億電子伏特能段精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果，有助于進一步捕捉暗物質(zhì)存在的“蛛絲馬跡”?！拔蚩铡庇?015年12月發(fā)射升空，是中國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星。與國際上類似的空間探測器相比，“悟空”在“高能電子、伽馬射線的能量測量準確度”以及“區(qū)分不同種類粒子的能力”這兩項關(guān)鍵技術(shù)指標上處于領(lǐng)先地位，特別適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號。當(dāng)前，國際上對在太空中搜尋暗物質(zhì)有較高期待，“悟空”的出現(xiàn)無疑為這一領(lǐng)域的探測增添了利器。中國自主進行的暗物質(zhì)探測實驗實際上剛剛起步僅幾年時間，但無論間接探測還是直接探測，中國團隊都取得了國際上引人矚目的進展。假以時日，相信中國科學(xué)家會給世界帶來更多的驚喜。

火星表面“流動液態(tài)水”或為“烏龍”“水紋”其實只是“沙紋”

很少有人像美國圖森市亞利桑那大學(xué)行星地質(zhì)學(xué)家Alfred McEwen那樣對火星的峽谷和環(huán)形山進行過調(diào)查。McEwen是火星勘測軌道飛行器(MRO)上裝載的高分辨率照相機的首席研究員，該探測器于2006年進入火星軌道，揭示了小到一塊面包大小的火星表面特征。到目前為止，MRO已經(jīng)完成了5.5萬次觀測，這架探測器也已經(jīng)使這顆紅色星球約2 %的面積暴露在照相機的監(jiān)視之下。

火星上的斜坡線(圖片來源：NASA/JPL/University of Arizona)

McEwen最重要的發(fā)現(xiàn)之一是在2011年，當(dāng)時他在火星表面注意到一種反復(fù)出現(xiàn)的“季節(jié)性斜坡紋線”(RSL)——在陡峭的山坡上有幾千條這種臨時的條紋，大部分都位于火星赤道附近。并且隨著從春天向夏天的過渡，這些條紋逐漸生長并變暗，就像水的滲透一樣。水是生命之源，探索火星生命的重要路徑之一就是尋找液態(tài)水。這些條紋很快被認為是今天的火星表面仍然存在液態(tài)水的最佳證據(jù)，同時也成為尋找微生物的最佳地點之一。

但現(xiàn)在，McEwen已經(jīng)不再有被自己最初的發(fā)現(xiàn)所引發(fā)的興奮。在2017年11月在線發(fā)表于《自然—地球科學(xué)》雜志上的一項研究中，他和同事分析了151條條紋，發(fā)現(xiàn)它們只發(fā)生在斜坡的角度超過27°的地方，當(dāng)斜坡的角度減少時，它們總會消失。研究人員將這一現(xiàn)象解釋為RSL不是由水形成的——它會沿著較平緩的斜坡流動，是由沙子和塵土形成的干流，它們在尋求自然的靜止角。

美國宇航局（NASA）曾宣布發(fā)現(xiàn)火星上有流動液態(tài)水的“有力證據(jù)”：火星黑暗區(qū)域陡峭巖坡上的神秘條紋。這些狹窄的RSL在寒冷季節(jié)消失，溫暖季節(jié)重現(xiàn)。通過光譜數(shù)據(jù)分析，科學(xué)家推定這是鹽水流活動的結(jié)果。

然而，新研究認為，火星表面“大量液態(tài)水在流動”其實是個“烏龍”，流動的可能只是沙子?，F(xiàn)在的火星表面非常干燥，生命難以存活。

研究人員對151處RSL進行分析，發(fā)現(xiàn)從紋線的長度和斜坡的斜率等因素考察，這種流動與沙丘的粒狀流動如出一轍。“聚沙成塔，聚水成河”，液態(tài)水和沙子的流動性差別很大。從這些斜坡的斜率來看，水流的長度應(yīng)該比這些紋線更長，流向更低的位置。

一種假說認為，30億年前火星曾有大量的水，但后來火星逐漸變得寒冷干燥，水主要以冰的形式存在于地下。新研究支持這一假說，認為目前火星上存在的液體“少得可憐”，只有大氣和薄層水膜中存在溶解水分的痕跡。同時，RSL附近發(fā)現(xiàn)的水合物表明，少量水可能仍以某種特定形式參與化學(xué)反應(yīng)。

對地球來說，火星既是“近鄰”又像“孿生兄弟”。人類盡管已發(fā)現(xiàn)越來越多的類地行星，但探測火星的熱情絲毫不減。科學(xué)家曾計劃在火星上就地取水以供載人登陸所需，但這項新發(fā)現(xiàn)告訴人們或許需要另辟蹊徑。

目前NASA于2001年發(fā)射的“奧德賽”和2005年發(fā)射的MRO依然在環(huán)繞火星運轉(zhuǎn)。此外，美國2003年發(fā)射的“機遇”號火星車和2011年發(fā)射的“好奇”號火星車也在火星表面上工作。

中國衛(wèi)星宇宙射線探測成果助力暗物質(zhì)探索

為探測暗物質(zhì)這一宇宙中的神秘存在，全球多個科研團隊已投入大量資源，利用多種設(shè)備開展探索。中國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”取得的最新發(fā)現(xiàn)有望加快這一進程。

英國《自然》雜志2017年11月29日在線發(fā)表一項報告說，中國科學(xué)院紫金山天文臺副臺長常進領(lǐng)銜的團隊基于“悟空”衛(wèi)星收集的數(shù)據(jù)，成功獲取了目前國際上在萬億電子伏特能段精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果，這有助于進一步尋找暗物質(zhì)。

“悟空”衛(wèi)星地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師、紫金山天文臺研究員范一中說：“一般認為暗物質(zhì)可能湮滅或衰變，會產(chǎn)生高能電子宇宙射線，因此高精度的電子宇宙射線能譜測量對暗物質(zhì)間接探測具有重要意義，會顯著推動相關(guān)研究。”

目前科學(xué)界一個主流觀點認為，標準粒子物理模型能解釋的物質(zhì)，也就是我們熟悉的普通物質(zhì)，在宇宙中只占不到5%，宇宙主要部分是未知的暗物質(zhì)和暗能量?！拔蚩铡钡暮诵氖姑褪窃谟钪嫔渚€和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進行天體物理研究。

在這項最新成果中，“悟空”還首次直接測量到電子宇宙射線能譜的一個拐折，其精確的下降行為對判定部分電子宇宙射線是否來自暗物質(zhì)起著關(guān)鍵作用。

據(jù)范一中介紹，測量到拐折的準確下降行為有望澄清部分“1萬億eV以下能量的電子宇宙射線”是否來自暗物質(zhì)。

此外，“悟空”的數(shù)據(jù)初步顯示有一個能譜精細結(jié)構(gòu)存在，這一精細結(jié)構(gòu)如果得到進一步確證，將是粒子物理、天體物理領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)。

范一中說，電子宇宙射線產(chǎn)生之后會在太空中傳播，快速損失能量，一般不認為能夠產(chǎn)生精細結(jié)構(gòu)，“一旦發(fā)現(xiàn)精細結(jié)構(gòu)，將為暗物質(zhì)探測帶來新希望。目前衛(wèi)星看到了那樣的跡象，但還需進一步積累數(shù)據(jù)”。

聯(lián)合國呼吁艾滋病防治更多關(guān)注男性應(yīng)完善法律和政策環(huán)境，提供定制服務(wù)

2017年12月1日是世界艾滋病日，在過去的1年里，人們再次發(fā)表聲明，自豪地宣布抗擊艾滋病取得的進展。但在同一天，也有一群人大聲地抱怨，在一個令人驚訝的人口統(tǒng)計中，關(guān)于男孩和男人的治療卻嚴重匱乏。

聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署坦率地將它的新報告命名為《盲點》，并在第一句話中指出，考慮到性別不平等通常會讓女孩和女人在感染和治療方面處于劣勢，關(guān)注男孩和男人似乎是“違反直覺的”。

數(shù)據(jù)卻有話要說?？偟膩砜矗? 700萬名艾滋病病毒感染者中有2 000多萬人獲得了抗逆轉(zhuǎn)錄病毒（ARV）藥物治療，這既能挽救生命，又可以防止傳播。但在15歲或15歲以上的人群中，ARV的男性覆蓋率只有47 %，而女性的覆蓋率卻有60 %。研究表明，男性感染者開始治療的時間比女性晚，且中斷治療、失去后續(xù)護理的比例也比女性高。

一份新的報告指出，艾滋病預(yù)防和治療項目往往無法惠及男童(圖片來源：Jason Kane/PBS NewsHour)

在2016年全球100萬名死亡的艾滋病患者中，男性占58 %，而在撒哈拉以南非洲地區(qū)——受艾滋病感染人數(shù)最多的地區(qū)，男性僅占被艾滋病病毒感染人群的41%。但是，艾滋病病毒感染者知曉自己病情的人數(shù)比例中，男性比女性低20個百分點，并且開始ARV治療的男性也不太可能堅持下去，進而將病毒水平降低到無法檢測的水平——這是防止艾滋病傳播的基石。

“我回溯了過去20多年，我們沒有任何關(guān)于男性的報告?！甭?lián)合國艾滋病規(guī)劃署主任Michel Sidibe在瑞士日內(nèi)瓦說，“我們在這里有一個盲點?！?/p>

Sidibe說，很多男性沒有使用預(yù)防、檢測艾滋病的服務(wù)，接受治療的人數(shù)也遠沒有女性那么多，但他強調(diào)，男性獲得艾滋病預(yù)防和治療服務(wù)時有三重紅利：可以保護自己、保護性伴侶以及保護家人。

南非約翰內(nèi)斯堡市瓦諾瓦衛(wèi)生研究所首席執(zhí)行官、艾滋病臨床醫(yī)生James McIntyre說，聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署的新報告是“大膽而及時的”。他指出，這反映了自己6年前合著的一篇同名文章的觀點。

“太長時間以來，我們一直堅持把我們所有的防治艾滋病的努力都集中在女童和婦女身上，并徒勞地希望，男性能以某種方式跟隨?！盡cIntyre說，“現(xiàn)實情況是，男性不會或不能像我們預(yù)期的那樣使用健康服務(wù)，而男性的總體健康差距擴大了艾滋病病毒預(yù)防和護理的差距。”

McIntyre強調(diào)，那些認為增加對男性的關(guān)注會降低保護女性努力的想法是一個“陷阱”。他說：“只有當(dāng)艾滋病病毒服務(wù)機構(gòu)承擔(dān)起關(guān)注男性的責(zé)任時，男性才有能力承擔(dān)起保護女性的責(zé)任?！?/p>

美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯·霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院流行病學(xué)家Chris Beyrer也曾發(fā)表過關(guān)于男性艾滋病治療差距的文章。他說，這個問題的根源在于有多少國家對其流行病作出了反應(yīng)。

低收入國家尤其關(guān)注母親和兒童，部分原因是它們依賴于兩項計劃的大量援助——美國總統(tǒng)的艾滋病緊急救援計劃和抗擊艾滋病、結(jié)核病和瘧疾的全球基金，這些項目在15年前就開始了，并強調(diào)了上述人群。

Beyrer說：“最早推出的項目是預(yù)防母嬰傳播，并且艾滋病病毒防治是建立在母嬰健康基礎(chǔ)設(shè)施之上的?！彼f：“在最貧困、最脆弱的國家，這是唯一的衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

Beyrer說，許多男性不尋求艾滋病病毒檢測和治療是因為他們感覺在診所中不受歡迎。Beyrer說：“那里到處都是尖叫的嬰兒和整天呆在診所里的人。”他指出，男性通常覺得他們不能因為關(guān)注自己的健康而丟掉工作。Sidibe說，不屑于使用避孕套和接受艾滋病病毒檢測的大男子主義也讓男性不去尋求治療?！拔覀儽仨毾@種有害的男子氣概?！?/p>

報告總結(jié)了主要人群在獲得艾滋病防治服務(wù)時面臨的特殊困難，包括歧視、騷擾、拒絕衛(wèi)生服務(wù)等。報告建議有關(guān)部門應(yīng)建立支持性的法律、政策環(huán)境以解決獲取艾滋病防治服務(wù)的障礙，特別是針對重點人群的障礙，以適應(yīng)不同年齡男性的需求。

這份報告提供了幾個應(yīng)對盲點的策略，包括在工作場所提供艾滋病病毒檢測服務(wù)，或者在家里進行自我檢測。該報告指出，在肯尼亞和烏干達開展的一項名為SEARCH大規(guī)模研究稱，在社區(qū)活動中，通過對男性進行多種疾病檢測，然后立即關(guān)注艾滋病病毒檢測呈陽性的人，從而取得了很大的成功?！安莞闱颉笔且粋€在45個國家開展的項目，它將這項流行的運動作為一種載體，用于對男孩和男性進行艾滋病教育。精心打造的社交媒體和短信“輕推”也能提醒男士預(yù)約或堅持治療。

報告特別敦促艾滋病項目應(yīng)努力提高男性使用相關(guān)衛(wèi)生服務(wù)的比例，比如可提供量身定制的衛(wèi)生服務(wù)、延長營業(yè)時間、利用藥房向男性提供衛(wèi)生服務(wù)以及使用手機應(yīng)用程序等新技術(shù)方便男性獲取衛(wèi)生服務(wù)。報告還建議有關(guān)部門加強針對青少年的性教育，建立健康的兩性關(guān)系。

McIntyre指出：“我們必須認識到，如果忽略了男性，我們將永遠無法終結(jié)這種流行病?！?/p>

土星環(huán)很年輕卡西尼數(shù)據(jù)顯示形成約2億年

土星的光環(huán)似乎是太陽系中永久的固定裝置，激發(fā)了詩人和科學(xué)家的想象力。但是NASA的卡西尼號探測器2017年在其最后幾個月的觀測中發(fā)現(xiàn)，這些光環(huán)可能出人意料的年輕——直到幾億年前，它們還不存在。研究人員在日前于路易斯安那州新奧爾良市召開的美國地球物理聯(lián)合會（AGU）的一次會議上報告了這一研究成果。

研究表明，土星在生命中相對較晚的時間才獲得了自己的“寶石”。如果有任何天文學(xué)家在地球上的恐龍時代凝視天空，他們可能會看到一顆裸露而乏味的土星。

就在那時，一場巨大的災(zāi)難襲擊了這顆氣態(tài)巨行星?；蛟S是一顆流浪的彗星或小行星撞擊了一顆冰凍的衛(wèi)星，隨后把它的殘余物拋到了軌道上。又或者是土星衛(wèi)星的軌道不知出于什么原因移動了，由此產(chǎn)生的引力牽引將一顆衛(wèi)星撕得粉碎。

加利福尼亞州山景城NASA艾姆斯研究中心行星環(huán)專家Jeff Cuzzi表示，無論它是怎么發(fā)生的，來自卡西尼號探測器的兩組新證據(jù)清楚地表明，與科學(xué)家長期以來相信的那樣不同的是，土星環(huán)在距今45億年前的早期太陽系中是不存在的。“它排除了原生土星環(huán)的故事?！盋uzzi說，“這就是它現(xiàn)在的樣子?！?/p>

土星的冰環(huán)只有幾億年的歷史(圖片來源：NASA/JPL)

第一組證據(jù)來自于土星環(huán)的質(zhì)量。多年來，許多科學(xué)家傾向于土星環(huán)具有巨大的質(zhì)量，甚至比土星的衛(wèi)星土衛(wèi)一更重，這主要緣于土星的主環(huán)——B環(huán)不透明、稠密的外觀。只有數(shù)十億年前才有足夠的物質(zhì)用來形成一個巨大質(zhì)量的土星環(huán)——當(dāng)時的早期太陽系中充滿了小行星體。

但是現(xiàn)在，在卡西尼號探測器撞向土星大氣層之前的最后22次飛行中，有5次搜集的數(shù)據(jù)使得B環(huán)的質(zhì)量成為了焦點。意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)行星科學(xué)家Luciano Iess于2017年12月12日在AGU會議上宣布了這一消息。Iess是卡西尼號探測器無線電實驗小組的負責(zé)人，該小組利用探測器無線電信號中微小的多普勒頻移確定其所環(huán)繞的物體的質(zhì)量。

隨著卡西尼號探測器在最后一段時間開始穿過土星和土星環(huán)之間的空隙，該團隊就可以分辨出土星環(huán)的引力，并由此獲得它們的質(zhì)量。Iess說：“核心值是0.4個土衛(wèi)一的質(zhì)量?！比绻奄|(zhì)量與年齡聯(lián)系起來的理論是正確的，他補充道，“這是一個清晰的跡象，表明土星環(huán)與土星并不是一起形成的。”

這一結(jié)論得到了另一組證據(jù)的支持，后者在會議上公布。一場持續(xù)不斷的黑色微小隕石雨從太陽系的邊緣落入土星，據(jù)估計，隨著時間的推移，這將會使土星環(huán)中的原始水冰變暗。它們多久會變黑取決于撞擊的頻率，這是無法確定的。

經(jīng)過12年的艱苦測量與分析，卡西尼號探測器上裝載的宇宙塵埃分析器確定了微小隕石的流量，結(jié)果表明它“不符合一個古老環(huán)的特征”，即將發(fā)布新成果的博爾德市科羅拉多大學(xué)空間物理學(xué)家Sascha Kempf說。

這種流量比卡西尼號之前的估計高了大約10倍，它表明土星環(huán)的年齡在1.5億年到3億年之間，甚至更年輕?！拔覀兊臏y量方法是最直接的方法?！盞empf補充說，“你已經(jīng)無法做得更多。它必須是年輕的?！?/p>

科羅拉多大學(xué)行星科學(xué)家Larry Esposito說，總的來看，這兩項結(jié)果對年輕的土星環(huán)來說是一個令人信服的例子?！伴L期以來一直認為土星環(huán)非常古老?！彼f，“卡西尼號的這兩個研究成果確實有力地證明了這些環(huán)是年輕的，可能在2億年左右?！?/p>

“開普勒”發(fā)現(xiàn)八行星星系人工智能功不可沒

我們的太陽系現(xiàn)在與一顆由多顆行星環(huán)繞的恒星聯(lián)系在一起——美國科學(xué)家2017年12月15日報告說，他們最近發(fā)現(xiàn)有第八顆行星環(huán)繞一顆名為開普勒-90的恒星運行，后者是一顆與太陽類似的恒星，距離地球約2 545光年。這些系外行星是從NASA的開普勒太空望遠鏡的數(shù)據(jù)中被發(fā)現(xiàn)的。這一發(fā)現(xiàn)使太陽系不再是唯一的八行星星系，開普勒-90與太陽系并列成為行星數(shù)量最多的星系。

其中新發(fā)現(xiàn)的開普勒-90i是一顆熾熱的巖石行星，它每隔14.4天環(huán)繞它的恒星運行一次，它是通過谷歌的機器學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)的。機器學(xué)習(xí)是一種讓計算機“學(xué)習(xí)”的人工智能方法。在這種情況下，計算機學(xué)會了在開普勒的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)行星。

“正如我們所預(yù)期的那樣，在我們存檔的開普勒數(shù)據(jù)中，有一些令人興奮的發(fā)現(xiàn)，正等待著合適的工具或技術(shù)來發(fā)掘它們?！盤aul Hertz說。他是華盛頓州NASA天體物理學(xué)部門的主任?！斑@一發(fā)現(xiàn)表明，我們的數(shù)據(jù)將成為未來數(shù)年創(chuàng)新研究人員的寶庫。”

研究人員介紹說，他們首先利用1.5萬個開普勒信號訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)識別系外行星，在機器學(xué)習(xí)“學(xué)會”后將它應(yīng)用于670個此前已用其他方法找過行星的星系。這些星系都擁有多個行星，并被認為能找到更多行星。

結(jié)果不出所料，機器學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)在開普勒-90星系發(fā)現(xiàn)了被“遺漏”的第八顆行星，它比地球大30 %左右，每14.4天圍繞恒星旋轉(zhuǎn)一圈，由于距離恒星太近，其表面溫度高達427 ℃，與太陽系中的水星類似。該星系最外層的行星是一顆木星大小的氣體巨行星，公轉(zhuǎn)時間為331.6天，與地球類似。

Hertz說：“今天，開普勒證實恒星可以擁有大量行星，就像我們的太陽系一樣?！?/p>

“開普勒-90恒星系統(tǒng)就像我們太陽系的一個迷你版。它的內(nèi)部有小的行星，外圍有大的行星，但所有的天體都在更近的距離內(nèi)?！钡每怂_斯大學(xué)奧斯汀分校的天文學(xué)家Andrew Vanderburg說。他是NASA的一名博士后研究員，也是機器學(xué)習(xí)的開發(fā)者之一。研究人員認為這個星系擁有生命的可能性不大。

“在業(yè)余時間里，我嘗試在谷歌上搜索‘用大數(shù)據(jù)集尋找系外行星’，并發(fā)現(xiàn)了開普勒任務(wù)和巨大的數(shù)據(jù)集?！睓C器學(xué)習(xí)的開發(fā)者之一、谷歌人工智能研究團隊高級軟件工程師Christopher Shallue說，“當(dāng)人類無法自己搜索太多數(shù)據(jù)時，機器學(xué)習(xí)的機會便來了?！?/p>

“我們有很多誤報的系外行星，但也有更多可能的真正的行星。”Vanderburg說，“這就像在巖石中尋找寶石一樣。如果你有一個更細的篩子，那你就能捕捉到更多的巖石，也可能會捕捉到更多的寶石?！?/p>

“這些結(jié)果證明了開普勒任務(wù)的持久價值。”Jessie Dotson說。他是位于加州的NASA艾姆斯研究中心的開普勒項目科學(xué)家?！把芯繑?shù)據(jù)的新方法——比如應(yīng)用機器學(xué)習(xí)算法的早期研究——有望繼續(xù)在我們對其他恒星周圍行星系統(tǒng)的理解上取得重大進展。我相信，在等待人們挖掘的數(shù)據(jù)中還有更多的第一次?！?/p>

隨著第八顆行星的發(fā)現(xiàn)，開普勒-90 系統(tǒng)成為第二個擁有八顆行星的星系(圖片來源：NASA/Wendy Stenzel)

科學(xué)家分析遠古化石證明地球生命或起源于40億年前

1992年，研究人員發(fā)現(xiàn)了當(dāng)時可能是地球上最早的生命的證據(jù)——在澳大利亞巖石中包裹著的有35億年歷史的微小印記。然而從那以后，科學(xué)家們一直在爭論，這些印記是否真的代表著古老的微生物，并且即便真的存在，它們是否真有那么古老。

如今，對這些微化石進行的全面分析表明，它們確實代表了古老的微生物。這些微生物是如此的復(fù)雜，以至于我們這顆星球上的生命必然在此5億年前便已誕生了。

來自西澳大利亞的距今35億年前的化石(圖片來源：Graeme Churchard/Flickr)

并未參與該項研究的澳大利亞佩斯市科廷大學(xué)地質(zhì)生物學(xué)家Birger Rasmussen說，這項新研究表明，這些早期的微生物驚人的復(fù)雜，能夠進行光合作用，并利用其他化學(xué)過程獲得能量。

同樣沒有參與該項研究的美國勞倫斯市堪薩斯大學(xué)地質(zhì)生物學(xué)家Alison Olcott Marshall強調(diào)，這項研究“可能會對這些巖石進行一系列的新研究，因為其他研究人員正在尋找支持或反駁這種新假設(shè)的數(shù)據(jù)”。

在這項新研究中，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校古生物學(xué)家William Schopf與這些澳大利亞微生物化石的發(fā)現(xiàn)者，以及威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的地球科學(xué)家John Valley組成了一個研究團隊。

Valley是一種被稱為二次離子質(zhì)譜法（SIMS）的分析技術(shù)的專家，這種技術(shù)可以在一個樣本中測定不同形式的碳的比例，而這是確定其是否為有機碳的關(guān)鍵。

Schopf花了4個月的時間在顯微鏡下工作，最終找到了一塊含有化石的巖石薄片，其中的樣本足以用來進行SIMS分析；該樣本包含有11個微生物化石，其形狀和大小的多樣性表明它們代表了5種微生物。Schopf還提供了巖石樣本，這些巖石中沒有任何用于比較的假定化石。

研究人員通過分析在樣本中發(fā)現(xiàn)了幾個不同的碳比率。研究表明，兩種微化石的碳含量與現(xiàn)代細菌的碳含量相同，這些細菌利用光制造碳化合物來為它們的活動提供能量——這是一種不含氧氣的原始光合作用。

另外兩種微化石的碳比率與古生菌相同，后者依賴甲烷作為它們的能量來源，這在多細胞生物的發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用。最后一種微化石的碳比率表明，這種微生物產(chǎn)生的甲烷是其新陳代謝的一部分。

Schopf、Valley和他們的同事在2017年12月18日出版的美國《國家科學(xué)院院刊》上報告了這一研究成果。

Schopf表示，有如此多的不同碳比率的事實強化了這一假設(shè)，即這些都是真正的化石。他說，任何可能產(chǎn)生印記的無機過程都只會留下一個統(tǒng)一的碳比率“簽名”。

Schopf說，微生物在地球歷史的這一時刻已經(jīng)如此多樣的事實也表明，我們這顆行星上的生命可能要追溯到距今40億年前。

其他研究人員雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如此久遠的生命跡象，但這些發(fā)現(xiàn)相比Schopf的成果爭議更大。

“新的研究結(jié)果進一步證明了這些微觀結(jié)構(gòu)是生物的觀點?！盧asmussen對此表示贊同。但他擔(dān)心這些微化石可能被保存得非常糟糕。

Olcott Marshall則認為巖石印記根本就不是化石，而是地質(zhì)過程的產(chǎn)物。她說“這種分析技術(shù)產(chǎn)生的錯誤是如此之大”，這些數(shù)據(jù)還不足以說明巖石中有不同類型的微生物。

SIMS的專家卻對這項工作表示贊賞?！斑@是一個非常謹慎并且經(jīng)過深思熟慮的實驗?！辈⑽磪⑴c該項研究的西雅圖市華盛頓大學(xué)的化學(xué)家Lara Gamble說，“他們付出了很大努力，試圖確保每件事都得到合理的校準。”

Rasmussen希望接下來的研究能夠進一步分析更多的微化石。“考慮到我們正在研究一些可能是最古老的生命跡象，因而這是值得的?！彼f，“當(dāng)我們把目光投向火星和更遠的地方時，對我們識別地球上的遠古生命特征的技能進行磨煉是非常必要的?！?/p>

基因組揭示美洲印第安人起源或在兩萬年前一次單一遷徙事件中進入美洲

一種罕見的古老脫氧核糖核酸(DNA)使人類歷史上最偉大的一次遷徙的圖景變得更加清晰。距今25 000年到15 000年前，人類穿過一片現(xiàn)在被淹沒的叫做白令陸橋的土地（曾經(jīng)連接著現(xiàn)今的西伯利亞和阿拉斯加），從亞洲來到了北美洲。這些古老的移民究竟是在什么時候以及有多少人走過了白令陸橋，卻一直存在激烈的爭論?，F(xiàn)在，對新大陸最古老的完整基因組進行的測序表明，有些遷徙者就在白令陸橋駐足，而另一群人則繼續(xù)南下，形成了今天所有的印第安人。

美國波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家David Reich說：“這是一項重要的研究，它極大縮小了美洲人出現(xiàn)的可能性?！彼f：“這是非常令人興奮的?！痹摶蚪M來自于2013年在阿拉斯加中部塔納那河盆地的太陽河上游發(fā)現(xiàn)的一個具有11 500年歷史的嬰兒，這里是依然位于海平面以上的白令陸橋的一部分。這名嬰兒是在該遺址發(fā)現(xiàn)的兩名嬰兒中的一個，他可能屬于一個人數(shù)不到幾千人的部落，這些人以在白令陸橋捕獵和采集果實為生。

由丹麥哥本哈根大學(xué)和英國劍橋大學(xué)遺傳學(xué)家Eske Willerslev領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組，從來自嬰兒頭骨的粉末中提取了DNA。研究人員對DNA進行了多次測序，以獲得一份幾乎完整的基因組拷貝。他們將其與現(xiàn)代美洲印第安人，以及歐亞大陸和美洲的其他古人和現(xiàn)代人的基因組進行了比較。通過分析遺傳相似性，并估計關(guān)鍵突變要花多長時間才會出現(xiàn)，研究人員組裝了一份年代粗略的“家譜”。

研究表明，嬰兒的族群與現(xiàn)代美洲印第安人的關(guān)系最為密切，但它并不是后者的直系祖先。研究人員在2018年1月3日出版的《自然》雜志上報告稱，與此相反，該族群和現(xiàn)代美洲印第安人擁有共同的祖先，后者在距今25 000年前已經(jīng)進入了白令陸橋。Willerslev說，這或許就是當(dāng)初人類首次踏足阿拉斯加的時間點?！笆状斡兄苯拥幕蚪M證據(jù)顯示，所有的美洲原住民都能被溯源至一個單一初始種群。”

11 500 年前，獵人們在阿拉斯加中部的太陽河上露營。一個嬰兒的基因組揭示了第一批美洲人的遷徙(圖片來源：Eric S. Carlson)

研究人員表示，該初始種群在大約36 000年前與東亞人分離，但與后者在基因上的交流一直持續(xù)到約25 000年前。交流中斷很可能是氣候急劇變化導(dǎo)致，使美洲原住民祖先被隔離開。

研究表明，大約在距今21 000年前，這些古老的定居者至少分成了兩個部分——一部分是包含嬰兒在內(nèi)的族群，另一部分則最終形成了美洲印第安人。

蓋恩斯維爾市佛羅里達大學(xué)人類學(xué)家Connie Mulligan認為，這一成果支持了這樣一種觀點，即亞洲移民在白令陸橋逗留，并在基因上孤立出來，這就是所謂的“白令陸橋滯留模式”。她說：“因為他們擁有完整的核基因組，所以你可以很好地了解這一遷徙發(fā)生的時間和地點。”但是Reich警告說，來自單一基因組的年代估計注定是很粗糙的。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，古代白令陸橋嬰兒與美洲印第安人的北部和南部基因子群都有同樣的關(guān)系，這意味著兩者都是由單一的遷徙繁衍而來的。該研究小組提出，大約20 000年前，一些人向南進入北美洲，之后才被劃分成不同的亞群，時間在距今17 000～14 500年前，這與之前的研究相吻合。

為什么一些遷徙者會在白令陸橋逗留和繁衍，而另一些人則選擇探索美洲呢？Willerslev說，對新資源的渴望可能會刺激這些遷徙者，但也可能出于純粹的好奇心。

Willerslev說：“有些人對他們所擁有的東西感到滿意，還有一些人在看到大冰蓋的時候可能想知道在另一邊到底有什么。”

Mulligan說，這是一個令人信服的推測。她說：“一旦進入北美洲，他們便會在這塊大陸上四處游蕩，并且在短短的幾千年內(nèi)南下到達南美洲的土地。”對探索的文化或基因偏好“有助于解釋為什么他們會如此匆忙”。

Willerslev說，一些觀點聲稱早在三四萬年前，甚至更早的時間里人類就已踏足美洲大陸，我們的研究還不能證明這些說法就是錯的，但我們認為，即便這些觀點是對的，那些早期人類也不可能是當(dāng)今美洲原住民的直系祖先。

小行星或曾撞擊東南亞對生命進化產(chǎn)生影響

大約80萬年前，一顆直徑約為1 000 m的小行星撞擊了地球，其威力是如此之大，以至于散落的殘骸遍布于1/10的行星表面。然而它的撞擊坑至今仍未被發(fā)現(xiàn)。如今，據(jù)信來自于此次小行星撞擊的玻璃狀殘骸表明，這顆小行星撞擊了今天東南亞地區(qū)的某個地方，而當(dāng)時我們的祖先已經(jīng)在地球上行走了。

“在人類的進化過程中，這一撞擊事件是這種規(guī)模當(dāng)中最年輕的，它可能會在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生影響?！钡聡５卤ご髮W(xué)地球化學(xué)家、并未參與這項研究的Mario Trieloff說。

大規(guī)模的影響可以通過向大氣高處排放大量的灰塵和煙霧擾亂地球的氣候，在那里它們可以阻擋陽光長達數(shù)月甚至數(shù)年之久。

在此之前，人們還發(fā)現(xiàn)了此次小行星撞擊的假定殘骸。研究人員已經(jīng)在亞洲、澳大利亞和南極洲發(fā)現(xiàn)了一些被稱為玻隕石的大塊玻璃狀碎片，而它們的分布模式表明，這顆小行星曾撞擊了東南亞地區(qū)。最大的玻隕石(重量超過20 kg，并由此推測出撞擊所噴發(fā)的最短距離)便是在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的。

為了證實這一假設(shè)，澳大利亞珀斯市科廷大學(xué)天體生物學(xué)家和地球化學(xué)家Aaron Cavosie和他的同事，研究了產(chǎn)自泰國的3種玻隕石的化學(xué)成分。

研究人員搜尋了萊氏石的證據(jù)，后者是一種罕見的礦物，只有在極端的壓力和溫度下才會形成，就像小行星撞擊地球時那樣。但是研究人員必須推斷出萊氏石曾經(jīng)存在——它在形成幾秒鐘后就消失了，進而轉(zhuǎn)化成鋯石，這是一種在地殼中常見的礦物。

研究人員在玻隕石中研究了鋯石的微小晶體，并觀察了它們的幾何方向?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些晶體的寬度大約是人類頭發(fā)直徑的一半，它們展示的3個不同的方向以大致正確的角度相交，這與實驗室和理論結(jié)果相一致，這些理論結(jié)果顯示了鋯石是如何轉(zhuǎn)變成萊氏石，然后又變回鋯石的。另一方面，從未轉(zhuǎn)化為萊氏石的鋯石晶體往往都傾向于朝向一個方向。

藝術(shù)家筆下的小行星撞地球(圖片來源：John R. Foster/Science Source)

Cavosie和他的團隊總結(jié)認為，在這些玻隕石中，之前萊氏石的存在意味著它們曾面臨著巨大的壓力和灼熱的溫度。這一發(fā)現(xiàn)與在泰國發(fā)現(xiàn)的普遍大質(zhì)量的玻隕石相結(jié)合，表明小行星撞擊發(fā)生在東南亞的某一地區(qū)。研究小組近日在《地質(zhì)學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。

Cavosie和他的團隊認為，其他研究人員在一些玻隕石中發(fā)現(xiàn)了一種高壓版本的石英證據(jù)，但萊氏石是對發(fā)生在附近的撞擊事件的更好示蹤物。Cavosie說：“萊氏石大體上需要更大的沖擊壓力才能形成?！?/p>

然而，并未參與該項研究的美國紐瓦克市特拉華大學(xué)地質(zhì)學(xué)名譽教授Billy Glass認為，這個失蹤的隕石坑之謎還沒有得到解決?！把芯咳藛T不能僅僅根據(jù)來自一個地點的樣本便縮小這個隕石坑的范圍。”Glass說，“他們需要研究來自整個東南亞地區(qū)的樣本?！?/p>

Cavosie和他的團隊計劃未來在玻隕石散布地區(qū)檢測更多的玻隕石。令他們感到很困惑的是，為什么一個據(jù)推測很大且在地質(zhì)學(xué)上很年輕的隕石坑——這意味著它并沒有暴露于來自風(fēng)雨的太多侵蝕——卻無法找到。

如果發(fā)現(xiàn)了這個隕石坑，將可以揭示撞擊對附近的生命產(chǎn)生了什么影響?！拔覀儾惶b遠的祖先見證了這次撞擊?！盋avosie說，“他們可能一直在打瞌睡，但像形成50～100 km直徑撞擊坑這樣的事件肯定會引起他們的注意?！?/p>

(2018年1月15日收稿)