2100年多国人口将下降50%以上；饮食限制是如何延长寿命的？| 科技周览

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整理 | 周舒义



科学家揭开步氏巨猿灭绝之谜
在中国南方的喀斯特地区，曾经生活着地球上有史以来体型最大的灵长类动物——步氏巨猿。它们直立身高可达3米，体重可达300公斤，在人类到达这片土地之前就已灭绝。对于步氏巨猿灭绝的原因，学界此前知之甚少。1月10日，研究人员在Nature发文，发现在20多万年前，正是对摄食行为和食物偏好的执着，导致步氏巨猿在环境变迁面前脆弱无比，最终走向灭绝。

巨猿生活场景复原图（Garcia／Joannes－Boyau绘制）| 来源：中科院古脊椎所

自2015年起，研究团队在中国广西调查了数百处洞穴化石地点，从中选取22处进行了样品采集。通过6种独立测年技术，研究获得157个放射测量测年结果，构建了步氏巨猿走向灭绝的时间线：繁盛期为距今230万~70万年；过渡期为距今70万~30万年；灭绝窗口期则被锁定在29.5万~21.5万年前，比人们之前的认识要早很多。古环境重建和摄食行为分析表明，步氏巨猿在食物资源丰富且多样的森林中盛极一时；到了距今约70万～60万年前，气候季节性增强，环境开始变得更加多样化，森林群落中非木本植物占比逐渐增加；从灭绝后期开始，森林出现退化，环境更加开阔干燥，草地面积大幅增加。在偏好食物资源匮乏的情况下，步氏巨猿转而依赖营养匮乏的备选食物，食物多样性大大降低。它们的体型变得越来越大、越来越笨重，摄食地理范围也大幅缩小。种群长期面临生存压力，不断萎缩，最终走向灭绝。研究人员推测，由于步氏巨猿吃得越来越粗糙，营养不足，只能拼命进食，导致体重“失控”。这也可能反过来加剧食物资源的短缺，加快了灭绝进程。（古脊椎动物与古人类研究所；参见《3米高的人类远亲为何灭绝？新研究发现是因为“吃得不好”》）
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06900-0




每升瓶装水中，检出数十万塑料微粒
研究人员1月9日在PNAS发表论文，他们基于新开发的光学成像技术，在每升瓶装水中检出了11万~37万个塑料微粒，其中90%的塑料微粒直径小于1微米，被称为纳米塑料。
全球塑料年产量接近4亿吨，每年有3000多万吨塑料被倾倒在环境中，经物理、化学作用降解，生成了大量微塑料（小于5毫米）和纳米塑料（小于1微米，人类头发直径约70微米）。与微塑料相比，纳米塑料尺寸更小，容易穿透生物屏障并进入细胞，构成了潜在的细胞毒性和健康风险。传统成像技术的分辨率和灵敏度较差，检测识别纳米塑料存在困难。研究人员开发了一种高光谱受激拉曼散射（SRS）显微镜，可检测小至100纳米的塑料碎屑，并通过算法实现了单颗粒自动化识别。他们针对7种特定塑料，检测三种美国市售的瓶装水，在其中发现了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等常见塑料。但这7种塑料类型只占所有检出颗粒的10%左右，目前尚不清楚剩余部分的化学成分。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300582121




“游隼”号月球着陆器推进剂泄漏，任务失利
美国航天机器人技术公司（Astrobotic）于1月10日确认，其研发的“游隼”号月球着陆器由于推进系统故障，推进剂严重流失，已没有机会在月球上软着陆，这意味着美国50多年来首次登陆月球的尝试以失败告终。
1月8日15时18分，“游隼”搭乘美国联合发射联盟公司（ULA）的“火神半人马座”火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地成功发射升空。与火箭分离后不久，着陆器开始泄漏推进剂并失控翻滚。地面团队执行临时机动，设法稳定机体，让电池板重新对准太阳。但推进剂持续泄漏加重了姿态控制系统的负荷，Astrobotic在12日的情况更新中表示，剩余推进剂预计还可维持机体稳定指向约48小时。据推测，故障原因可能是连接氦增压剂和氧化剂贮箱的一个阀门在开启后未能重新关闭，高压氦气涌入氧化剂贮箱内，导致压力超过极限，箱体破裂。目前工作人员正努力延长“游隼”的工作寿命，为大约一年后的下次登月任务收集更多数据。

“游隼”传回的第一张图像，多层隔热（MLI）翻起，推测可能是因故障而被破坏。| 来源：Astrobotic

“游隼”原计划于2月23日登陆月球，这次发射是NASA的“月球商业运载服务计划”和“阿耳忒弥斯”登月计划的一部分。这是自1972年阿波罗17号登月任务结束后，美国首次执行的登月探测，也是首次由私企来承担着陆任务。Astrobotic是NASA首批月球着陆器承包商之一。据悉，NASA向Astrobotic支付了1.08亿美元，在“游隼”上搭载其实验项目。NASA周二宣布，推迟其载人登月任务，将美国宇航员重返月球的时间推迟至2026年9月，原因是由私企承包的载人航天器和宇航服开发受阻，现有载人飞船存在安全隐患。（Astrobotic）
Astrobotic 官网：https://www.astrobotic.com/




AI机器人平台自主高效改造蛋白质 蛋白质工程在化学、能源和医疗领域前景广阔，但由于生物性状和实验的复杂性，改造新的蛋白质仍然耗时耗力，效率低下，有时甚至要花费数年时间才能完成。研究人员1月11日在Nature Chemical Engineering发表论文，他们开发了一台基于人工智能的机器人，能对蛋白质进行全自动工程改造，实现了无人条件下蛋白质设计和构建的概念验证。
SAMPLE示意图 | 来源：Nat Chem Eng
新机器人平台被命名为SAMPLE，能在没有人类干预或反馈的情况下快速改造蛋白质。该平台由AI驱动，能学习蛋白质序列和功能间的关系，设计出新的蛋白质，并把这些蛋白质送到机器人系统进行测试，再向AI算法进行反馈，提升其理解。在测试中，研究人员用四个SAMPLE智能体分别改造出了耐热性更好的糖苷水解酶。虽然搜索行为不同，每个SAMPLE智能体都能发现热稳定性更好的酶，稳定温度比原始序列至少高出12℃。据估计，该系统或许只要几周就能将这些蛋白质改造完成，成本也大幅缩减，人类科学家可能需要6-12个月才能完成同等任务。研究人员表示，SAMPLE是一个通用的蛋白质工程平台，可广泛应用于生物工程和合成生物学领域。  论文链接：https://www.nature.com/articles/s44286-023-00002-4




我国成功发射爱因斯坦探针空间科学卫星
1月9日15时03分，我国在西昌卫星发射中心采用长征二号丙运载火箭，成功将爱因斯坦探针科学卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。爱因斯坦探针卫星是中国科学院空间科学先导专项研制发射的又一颗空间科学卫星，它能精准捕捉到更加遥远和暗弱的暂现源和爆发天体，探寻来自引力波源的X射线信号，对研究恒星活动、黑洞和中子星等致密天体的形成、演化、并合等过程具有重要科学意义。
来源：中国科学院国家空间科学中心
爱因斯坦探针卫星设计寿命5年，采用天文时域观测方法，在软X射线波段开展实时巡天监测，发现宇宙高能暂现和剧变天体，监测已知天体的活动性。爱因斯坦探针卫星共搭载了宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT）两台有效载荷。国际首次大规模运用了“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技术，可实现灵敏度和空间分辨率1至2个数量级的提升，在进行大视场探测的同时，能够精准捕捉到宇宙中遥远暗弱的高能暂现源和转瞬即逝的未知现象。（中国科学院国家空间科学中心）




2100年多国人口将下降50%以上，亲戚更少、年龄差更大
1月10日发表于Human Reproduction Update的一篇论文指出，世界人口增速已大幅放缓，总和生育率（平均每名妇女15~49岁生育的孩子数量）几十年来一直在急剧下降。目前有半数国家的生育率低于更替水平（维持人口数量代际稳定所需的总和生育率，平均每名妇女生育2.1个孩子）。文章预测，到2050年，77%的高收入国家生育率将低于更替水平；到2100年，93%的全体国家生育率将低于更替水平。如果忽略移民影响，从2017年到2100年，多国人口将下降50%以上。
近日发表于PNAS的另一项研究预测，从1950年到2100年，全球范围内的亲缘关系网络将会急剧退化。平均而言，1950年的一名65岁女性预期会有41名在世亲属，到2095年，这个数字将减少到25名，亲属人数下降了38%。此外，由于生育率降低、生育年龄推迟和个体寿命延长，亲属间的年龄差距将逐渐拉大。以意大利为例，对于一名35岁女性，其祖母的平均年龄预计将从1950年的77.9岁增至2095年的87.7岁。

论文链接：

https://academic.oup.com/humupd/advance-article/doi/10.1093/humupd/dmad028/7513427?login=false

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315722120

饮食限制是如何延长寿命的？
饮食限制（dietary restriction）是指在充分保证个体营养素（如必需氨基酸、维生素、矿物质和水分等）摄入的情况下，限制每日热量摄入的饮食方案。此前研究表明，科学的饮食限制可推迟衰老，延缓神经退行性疾病进展，但其中机制尚不清楚。研究人员1月11日在Nature Communications发表论文，揭示了一种基因在其延寿机制中发挥的关键作用。
研究人员将160个DGRP品系的雌性果蝇分为正常饮食组和限制饮食组，分别测定其寿命，从而筛选出5种在饮食限制下显著影响寿命的基因。其中只有Fdxh和mtd在人类基因中存在直系同源（分别为ferredoxin 2和OXR1）。进一步研究表明，神经元的mtd表达水平会随年龄增长下降，而在饮食限制下升高；敲低成年果蝇的mtd表达，会抑制饮食限制带来的寿命延长效果，而对正常饮食果蝇的寿命没有影响。此外，mtd/OXR1缺失会使逆转运复合体（Retrome）不稳定，导致蛋白质运输障碍和内溶酶体缺陷。对果蝇和人类的多组学分析表明，mtd/OXR1下降与衰老和神经系统疾病相关。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44343-3

本文受科普中国·星空计划项目扶持

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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