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本期导读
1.不光是孙悟空，生命的祖先最早可能都在石头缝里蹦跶
2.神经细胞“自断经脉”，让你别忘了疼，好好记住伤疤
3.鸡为什么要穿越丝绸之路？因为会下蛋，所以被迫搬家
4.脑机接口如何帮助残障人士？软件为大脑指令“解码”
5.我的眼睛天生自带“外挂”，和我打球？就问你怕不怕
01生命可能真是“石头缝”里蹦出来的
《自然》 发表的实验室实验发现 ，穿过岩石裂缝的热流——如火山或地热系统中的热流——能净化与生命化学起源相关的分子。
该研究可解释生命最初的基本成分如何从复杂的化学混合物中形成。
人们早就知道，生命的形成依赖非常多的生物大分子，例如DNA、蛋白质、糖和脂肪等。
在著名的米勒实验中，人们已经证实，这些大分子的前体物质都可以在 太初 地球的环境中自然产生。
但是，从前体物质变成真正的大分子的化学过程，却非常难以模拟。就好比你有很多砖块，但你未必会用砖块盖房子。
有砖块是造房子的必要条件，但并不意味着有了砖块，房子就会自动生成。
科学家发现，生命大分子的前体物质想要聚合成真正的大分子，必须经历非常复杂的转化过程，这些复杂反应下形成的副产物是如此之多，意味着和生命有关的大分子的产量微乎其微。
Christof Mast和同事在研究地质学时发现，早期地球的地壳中会有大量的裂缝形成的腔室，而地热流会流经这些腔室形成温度差。
不同温度的腔室就形成了不同的温度梯度，也就是说，特定类型的反应就只会在特定温度的腔室中进行了。
如此一来，那些复杂的反应被分到了不同的小房间，复杂程度瞬间下降了好几个数量级，因此副产品产量急剧减少，而与生命有关的大分子产量获得极大提升。
通过实验室模拟这些地壳腔室，并且进行相应的合成实验，研究者验证了这一假设。在实验模拟的腔室中，2-氨唑和氨基酸这些生命分子，浓度分别提升了10倍和3个数量级。
在各种温度、溶剂和pH值下，实验都能成功，并且在实验产物中分离出了氨基酸分子的偶联，这四舍五入就等于能合成蛋白质了。
这一研究表明， 自然形成的地热热流或在早期地球推动了生命起源所需的化合物 。没准生物还真是从石头缝里蹦出来的。
图1 由相互连接的岩石裂缝组成的地下网络促进了生命出现的早期化学过程。
（图片来源：Christof B. Mast）
课代表总结： 悟空，是你吗，悟空？
参考文献
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07193-7
02为了增强记忆，神经细胞“自断经脉”
我们对神经元之间的连接性和神经可塑性了解很多，但对神经元内部发生的事情却知之甚少。
这主要是因为我们缺少探测神经元内部的时机和工具。
近日，来自美国阿尔伯特·爱因斯坦医学院的神经科学家Jelena Radulovic与合作者在《自然》杂志上发文，为我们带来了一则不寻常的研究结果。
研究者发现，长期记忆形成时，一些脑细胞会经历强烈的电活动，以至于折断它们的 DNA。随后炎症反应就会启动，修复这种损伤，而记忆就会得到巩固。
Radulovic 和她的同事用电击来训练老鼠。在经过训练之后，一旦把它们放在电击枪旁边，即使没有真正被点击，它们就会回想起被电的经历，并且产生恐惧反应，例如僵在原地。
然后，研究人员检查了大脑中记忆关键区域——海马体中神经元的基因活动。他们发现，训练四天后，一些负责炎症的基因变得活跃。训练三周后，这些基因基因活性大大降低。
那么，炎症是怎么来的呢？
经过分子生物学研究表明，一种名为 TLR9 的蛋白质引发了这种炎症，而人们一直都知道这种蛋白质可以识别细胞中断裂的DNA碎片。
正常情况下，细胞中是不会出现DNA碎片的，有碎片说明细胞中出现了入侵者，此时这一蛋白质就会呼叫炎症反应来处理入侵者。
然而，研究人员发现，在这种学习过程中的炎症反应，不是对入侵者做出反应，而是对它们自己的 DNA 做出反应。
在这些细胞中，一种叫做中心体的细胞器也很活跃，但该细胞器通常与细胞分裂和分化相关。成熟的神经元是不会分裂的，所以科学家也很疑惑为什么中心体会参与到DNA修复过程中。
当研究人员从小鼠体内删除编码 TLR9 蛋白的基因时，这些动物很难回忆起有关训练的长期记忆。
与基因完好的小鼠相比，当它们被置于电击枪旁时，基本不会感到害怕。也就是说，它们没能形成记忆。
看来，DNA为了让你能记住东西，不惜“自我了断”，然后重新修复，在这个过程中染上了记忆的印记，这样才能够记得牢固。
这种新奇的机制也许能为精神疾病或阿兹海默症等退行性疾病提供新的研究视角。
图2 神经元（此处以彩色扫描电子显微照片显示）
（图片来源：Ted Kinsman）
课代表总结： 欲练此功，必先……后面忘了。
参考文献
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鸡为什么要穿越丝绸之路？
德国马克斯·普朗克研究所的Carli Peters领导的国际研究团队在《自然通讯》上发表的一篇新论文，揭示了养鸡产蛋的最早的已知证据。
鸟类数量众多，而且许多都很美味，但就鸡（Gallus gallus spp. Domesticus）而言， 它在欧亚大陆的传播和普及，却不是因为它的美味，而是因为人们把它从季节性下蛋的鸟类变成了可以全年下蛋的鸡蛋工厂。
研究表明，牛、羊、猪和麦子在大约一万年前被人们驯化，但鸡直到两千多年前才成为人类社会的一份子。《诗经》里就有关于鸡的诗句：“女曰鸡鸣，士曰昧旦”。
研究团队花了5年时间在欧亚大陆上寻找散布的鸡骨头化石，最后得出结论： 古代欧洲和中亚的鸡，是从东南亚地区传播来的。
这些家鸡的原型，南亚原鸡，是生活在泰国的鸟类物种。鸡与水稻和小米种植一起出现在泰国中部的考古记录中。
这说明，人类学会了农业耕种、集聚粮食之后，这种鸟类被粮食吸引了过来，成为了人类生活圈的外围。
从这一角度来说，鸡靠近人类的原因和猫靠近人类的原因非常类似。人类的粮食引来了老鼠，而老鼠引来了猫。
它们搬到我们这里来，是因为它们想吃掉在一起分享我们的庄稼和面包屑的老鼠。
在某种程度上，家鼠、家猫和炖鸡有着共同的起源故事。不可避免的结论是，猫很幸运，因为老鼠尝起来不像鸡肉。
否则不需要等猫跑来，人就会替它把老鼠吃掉。
一些鸡不幸成为了人类的食物，直到人类发现，留着这些鸡能够提供更多食物——蛋。
原鸡每年筑巢一次，平均每窝产六枚蛋。养这种鸡的原始人类有点沮丧，但是他开始想办法。
每次鸡繁殖之后，都只留下多生蛋的后代继续繁殖，生蛋少的就直接成为炖鸡。
经过上千年的驯化，人类活动的遗址中开始出现大量的蛋壳。这说明，此时人们掌握了新的品种，能够在很长的时间里产很多蛋。
但从大约2500年前开始， 中亚丝绸之路沿线到处都是它的蛋壳 。
换句话说，这篇文章解决了鸡驯化的“原因”——不是因为鸡肉，而是因为鸡蛋。
图3 鸡的驯化地点虽然仍然难以确定，但原因却已经知道 （图片来源：Shutterstock.com）
课代表总结： “我不就是想来蹭点谷子，你却带我从亚洲走到欧洲……”
参考文献
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脑机接口实现大脑直接控制电脑
想象一下你在玩《马里奥赛车》，现在的你需要用手操作手柄，才能让游戏里的人物完成动作。
但是大脑总是比手快，所以操作不及时，就会出很多失误。在游戏赛车高速运行时尤其会有这种问题。
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的工程师们，实现了里程碑式的脑机接口应用：通过把大脑直接连接到电脑上，你只需要在大脑里“想”出动作，就可以控制游戏人物动起来。
研究人员将机器学习功能与他们的脑机接口结合起来，使其成为一种万能的解决方案。
通常，这些设备需要对每个用户进行广泛的校准——每个人的大脑都是不同的，无论是健康用户还是残疾用户——这一直是主流采用的主要障碍。
新的解决方案可以快速了解单个受试者的需求，并通过重复进行自我校准。这意味着多个患者可以使用该设备，而无需针对个人进行调整。
这项研究近日发表在《美国科学院院刊·Nexus》上。
受试者戴着装有电极的帽子，电极连接到计算机上。电极通过测量来自大脑的电信号来收集数据，解码器解释该信息并将其转化为游戏动作。
设计者在脑机接口方面的工作，帮助用户指导和增强他们的神经可塑性，即 大脑随着时间的推移而改变、成长和重组的能力 。
这些实验旨在改善患者的大脑功能，并利用脑机接口控制的设备让他们的生活变得更轻松。
除此之外，科学家开发了“解码器”，使软件能够将脑电波转换为命令。解码器作为其他用户的基础，是避免长时间校准过程的关键。
受试者可以同时用大脑控制解码器来玩摇*子骰**和赛车游戏，这说明这种解码器可以正常处理人类并发式的大脑工作。
这项工作为进一步的脑机接口创新奠定了基础。以此为基础，团队继续研究用户可以通过脑机接口驾驶的轮椅。
这项研究有望将脑机接口转化为临床可用的技术来帮助残疾人。
图4 脑机接口正在改变人类对未来的想象
（图片来源：Neuralink.com）
课代表总结： 用这个玩游戏算不算开挂？……
参考文献
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别眨眼，不然我可消失了
我们感知世界的速率被称为“时间分辨率”，在很多方面它类似于计算机显示器的刷新率。
传统上我们认为， 人类的时间分辨率在二十四分之一秒左右，因此只要每秒钟*放播**24张画面，看上去就会像是动画了 ，这就是电影的原理。
但是在看低帧率的视频时，有些人能明显感觉画面卡顿， 但也有人根本无法分辨每秒30帧和60帧的区别。
为了探索这一差异，爱尔兰都柏林三一学院的研究人员进行了一项“转瞬即逝”的研究。实验发现，个体感知视觉信号的速度存在很大差异。
为了量化这一点，科学家们使用了一种新的指标，称为“ 临界闪烁融合阈值 ”，这是一种衡量个人可以感知闪烁光源的最大频率的指标。
如果光源闪烁超过人的阈值，他们将无法看到光源在闪烁，而是看到光源是稳定的。
就像普通的LED灯一样，我国的交流电频率是50赫兹，也就是每秒改变方向50次，因此灯每秒钟会闪50次。
实验中的一些参与者表示，灯光每秒闪烁约 35 次时，他们就看不出闪烁了；而当灯频闪次数超过60次每秒时，仍有人能够分辨得出。
研究人员在同一参与者的多个场合测量了时间分辨率，发现尽管个体之间存在显着差异，但随着时间的推移，个体的这一特征似乎相当稳定。
有些人以其他人无法感知的频率感知到快速变化的视觉信息，这意味着有些人在每个时间范围内比其他人获得更多的视觉信息。
这一发现表明，某些人在响应时间至关重要的某些环境中具有先天优势，例如在球类运动或竞技游戏中。
也就是说，有些人甚至在拿起球拍并击打网球，或者拿起鼠标进入竞技游戏之前，就可能比其他人具有优势。
我们只能获得自己的主观经验，所以我们可能会天真地期望其他人以自己的方式感知世界。但感知也可以通过许多不太为人所知的方式发生变化。
这项研究描述了其中一个差异——我们视觉系统的“帧速率” 。有些人确实比其他人看世界的速度更快。
图5 有的人天生看的速度就比别人快，这让他们在很多运动上更有优势 （图片来源：emesa-m30.com）
课代表总结： 又在为买高刷手机找理由呢吧？
参考文献
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