2019年五大科學(xué)之謎

陸成寬

雖然科學(xué)的腳步每天都在飛速前行，但依然有太多的“黑暗”需要科學(xué)之光來照亮。2019年，我們探究了大腦遺忘的奧秘，解釋了青藏高原“人骨湖”形成的種種可能，“徹查”了5億年前地球氧氣猛增和先有雞還是先有蛋的科學(xué)真相……

水到底是一種液體還是兩種液體

水很尋常，我們洗衣、做飯、飲用都離不開它。但是，這看似普通的水卻仍然有很多待解的謎題。科學(xué)家甚至連它是一種液體還是兩種液體都還在爭論。

如果壓強(qiáng)或溫度改變，水的狀態(tài)就可能發(fā)生變化。水在兩種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化的過程中，總有一個(gè)過渡點(diǎn)，比如在液態(tài)和氣態(tài)相互轉(zhuǎn)化的過渡點(diǎn)上，水既會表現(xiàn)出液態(tài)水的性質(zhì)，又會表現(xiàn)出氣態(tài)水的性質(zhì)。這個(gè)點(diǎn)被稱為“臨界點(diǎn)”。

通常情況下，水溫越低，分子越不活躍，密度起伏應(yīng)該越小。然而，研究人員卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)反常的現(xiàn)象：低溫下水的密度會發(fā)生起伏，溫度越低，密度起伏越大。對于這種密度的變化，他們給出的解釋是，水有第二臨界點(diǎn)。在第二臨界點(diǎn)之上，水會在兩種狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)變。在這個(gè)臨界點(diǎn)處，水由兩種密度不同的“水”組成。這意味著水不是一種液體，而是兩種液體。

在中科院物理研究所研究員孟勝看來，雖然一直都有人認(rèn)為水是兩種不同性質(zhì)的液體的混合，但現(xiàn)在并沒有被完全證實(shí)，這種觀點(diǎn)還處在假說的階段。

究竟是先有雞還是先有蛋

究竟是先有雞還是先有蛋，始終是一個(gè)充滿爭議和趣味的話題。2019年12月，來自中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等單位的研究人員，在我國貴州甕安生物群——一個(gè)距今6.1億年的特異埋藏化石庫中找到了一類名叫“籠脊球”的化石。通過對這種生物形態(tài)的研究觀察，他們還原了原始胚胎發(fā)育的過程。如果把動(dòng)物比作一只雞，那么這類化石就相當(dāng)于記錄了“蛋生雞”的過程。籠脊球化石為回答先有雞還是先有蛋的問題提供了重要線索。

根據(jù)大數(shù)據(jù)集的分析，南京地質(zhì)古生物研究所副研究員殷宗軍認(rèn)為，如果將動(dòng)物比喻成一只雞的話，復(fù)雜的胚胎發(fā)育過程就是孵化出小雞的蛋，它橋接了動(dòng)物的單細(xì)胞祖先和動(dòng)物多細(xì)胞祖先之間的鴻溝。而籠脊球化石的發(fā)現(xiàn)恰恰就表明，孵化出動(dòng)物這只“小雞”的“蛋”在6.1億年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。

是什么讓地球氧氣在5億年前猛增

氧氣是人類和動(dòng)物賴以生存的基礎(chǔ)。但是，遠(yuǎn)古時(shí)期的地球曾極度缺氧，是一片不折不扣的生命禁區(qū)。然而，到了距今5.8至5.2億年左右，地球氧氣卻猛地增加了。似乎有一種神秘力量在左右著地球氧氣含量的平衡點(diǎn)。多年來，科學(xué)家一直在尋找那股神秘力量。它究竟是什么？又是如何發(fā)揮作用的？

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎帶領(lǐng)的中英合作團(tuán)隊(duì)耗時(shí)數(shù)年，對距今5.8到5.2億年前后的地質(zhì)層和生命演化做了進(jìn)一步的觀察和研究，對地層中的碳同位素進(jìn)行對比分析，對這一時(shí)期地球氧氣迅速增加的原因給出了新的見解。他們認(rèn)為距今5.7億年前后，地球上的主要大陸通過拼合形成了一個(gè)超大陸和位于超大陸內(nèi)部的超級中央造山帶，將8億年前后大量沉積的蒸發(fā)巖礦物風(fēng)化剝蝕輸入海洋。蒸發(fā)巖作為一種氧化劑，使得大氣和海洋中的氧氣快速增加，為大型復(fù)雜多細(xì)胞生物的快速演化提供了基礎(chǔ)。

確定“人骨湖”成因還需更多證據(jù)

2019年9月，美國科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于喜馬拉雅山脈“人骨湖”的研究成果?！叭斯呛北久小氨R普康”，位于喜馬拉雅山脈西南側(cè)，因二戰(zhàn)期間被發(fā)現(xiàn)時(shí)的恐怖畫面而更名：成百上千根人類大腿骨、肋條、手指節(jié)飄蕩在湖水中，還有許多碎骨躺在湖畔的石灘上。這一發(fā)現(xiàn)立即吸引了全世界的目光。幾十年來，眾多歷史學(xué)家、科學(xué)家和考古學(xué)家紛紛試圖解答這幾百人是什么身份？為什么會集中死在這里？

美國哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員對來自“人骨湖”的38具骸骨做了DNA分析和放射碳測年。測年結(jié)果顯示，這些骸骨來自公元800至1800年，男女比例基本對半分，其中14名個(gè)體可追溯至公元1800年左右。時(shí)間相隔約1000年，說明這些骸骨是因多次事件而堆積在此，并不是在同一時(shí)間內(nèi)集體死亡的。這就推翻了之前戰(zhàn)爭說和瘟疫說。

目前比較靠譜的是宗教說?！叭斯呛辈贿h(yuǎn)處就是全印度第二高峰楠達(dá)德維峰，著名的岡仁波齊就在楠達(dá)德維再往北一點(diǎn)。楠達(dá)德維也是當(dāng)?shù)刈诮涛幕械摹笆ド健?，“人骨湖”正好地處朝拜“圣山”的路線上。很有可能，那些信徒在朝拜過程中不幸遇難，最終匯集到了地勢低洼地帶的湖區(qū)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，宗教說至少可以解釋部分尸體的來源，但有待更多證據(jù)來證明。

我們的大腦是怎樣遺忘的

一直以來，科學(xué)家們把遺忘看作是記憶的一個(gè)小故障。然而，過去10年里，越來越多的證據(jù)表明，記憶的喪失并不是被動(dòng)的過程，而更像是一種主動(dòng)的過程，我們的大腦在不停地主動(dòng)遺忘。

那么，如果遺忘機(jī)制是主動(dòng)發(fā)生的，那么它在什么情況下會啟動(dòng)，遺忘機(jī)制為何會出問題等，這些目前還都有待科學(xué)研究給出答案。

通過對人類在睡眠中的監(jiān)測，有一些觀點(diǎn)可以證實(shí)，人在睡眠中會“主動(dòng)遺忘”。目前關(guān)于在睡眠中遺忘機(jī)制的啟動(dòng)主要有兩種觀點(diǎn)，一種是可能與下丘腦黑色素聚集激素神經(jīng)元有關(guān)。日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)一種僅在REM期（快速眼動(dòng)期）激活的一類神經(jīng)元可以分泌一種“黑色素聚集激素”的物質(zhì)。黑色素聚集激素神經(jīng)元的激活在促進(jìn)REM期睡眠的同時(shí)，顯著抑制海馬神經(jīng)元活性，導(dǎo)致遺忘，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了該說法的可信性。

另一種觀點(diǎn)可能與突觸重整來達(dá)到突觸穩(wěn)態(tài)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，覺醒持續(xù)一定時(shí)間后，與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的通路會出現(xiàn)突觸數(shù)量增多、體積增大、膜上受體過多等表現(xiàn)，這些變化會導(dǎo)致進(jìn)一步占據(jù)有限空間，消耗能量，使突觸傳遞效率下降。睡眠可移除覺醒期細(xì)胞膜上增加的受體，減小一部分并不重要的新突觸。與此同時(shí)它還會巧妙地加強(qiáng)和保存一小部分比較重要的突觸，恢復(fù)突觸權(quán)重，保證突觸穩(wěn)態(tài)，從而提高突觸傳遞效率。