长期记忆是如何形成的？一组科学家惊讶地发现，如果没有DNA损伤和脑部炎症，就无法形成长期记忆。在这项新发表于《自然》杂志上的研究中，科学家通过对小鼠进行实验发现，当长期记忆形成时，一些脑细胞会经历一股强烈到足以造成DNA损伤的脑电活动。随后，这种损伤会在一种炎症反应的作用下得到修复，进而使记忆得到巩固。

Penrose）仅使用两种不同的菱形，完成了非周期性铺砌。由两种菱形组成的彭罗斯铺砌。（图/scipython）彭罗斯铺砌块与自然世界有着深厚的联系。1982年，材料科学家丹·谢赫特曼（Dan

一项新发表于近期的《自然》杂志上的研究表明，受人脑的启发，一组研究人员开发出了一种新的突触晶体管，它可以像人脑一样同时处理和存储信息，进行更高层次的思考。

奖赏和惩罚预测误差

长时间以来，科学家一直在思考，如何才能用物理学来解释生物的复杂功能的出现。2021年，在一项发表于《自然通讯》杂志的论文中，化学家Leroy

阿尔茨海默病是一种令人恐惧的可怕疾病。患有阿尔茨海默病的人会经历脑细胞死亡、大脑萎缩、记忆丧失、性格改变、日常活动困难等诸多痛苦的问题。但是，有效的治疗和疗法却进展缓慢。过去，许多研发治疗阿尔茨海默病药物的焦点，都聚集在患者脑中形成的淀粉样斑上。在一系列新的研究中，为了找到治疗阿尔茨海默病的新靶点，麻省理工学院的研究人员对患者脑中的每种细胞类型的基因组学、表观基因组学和转录组学的变化，进行了迄今为止最广泛的分析。他们对427个脑样本的200多万个细胞进行了转录组学和表观基因组学研究，以此来分析基因表达是如何随着阿尔茨海默病的进展而遭到破坏的。在这些样本中，146个样本属于无认知障碍的人，102个来自有轻度认知障碍的人，144名被诊断是患有与阿尔茨海默病相关的痴呆症的人。新的研究为阿尔茨海默病的遗传和分子基础提供了迄今为止最详细的图景。研究人员在《细胞》杂志上发表了4篇论文，向我们展示了他们的最新发现。

cynocephalus），是一种食肉的有袋类动物。它的外观有点像狼，茶色的皮毛上部分附有条状的、像老虎一样的斑纹，因此也被称为塔斯马尼亚虎（Tasmanian

University.

破晓时分，曙光照进了古老的洞穴，唤醒了我们的祖先。在苏醒之后，他产生了一种似曾相识的感觉。也许，在那恍惚的时刻，那种新奇的意识让他顿悟到了自然界固有的周期性——太阳又再次升起了。从数千年前的那一天起，人类开启了对时间永恒的追求。在2023年的今天，如果想要知道时间，我们只需查看一下智能手机上的时间，手机与网络同步，网络又与一个原子钟同步。最终，我们所读取的时间是极其精确的。事实上，如果用现有的最好的原子钟从宇宙诞生之初就开始计时到现在，最终的计时误差也不过半秒。然而，即便如此，我们仍需谦卑地承认，我们并不知道我们所衡量的时间是自然的物理定律所固有的实体，还是人类创造的虚构之物。

sapiens）的祖先的人口可能暴跌至1280人，这个数字在接下来的11.7万年中都没有再增加，将我们非洲的人类祖先推向了灭绝的边缘。

我们都知道，构成万物的原子是由原子核和电子构成的。原子核则是由质子和中子构成的，它们之所以能够紧紧地束缚在一起，是因为自然中的基本力之一——强核力在发挥着作用。对于一种特定元素来说，同位素指的是其中具相同质子数、不同中子数的原子。稀有同位素则是一些中子数与质子数之间存在巨大不平衡的原子，这些同位素通常要在粒子加速器中产生。对稀有同位素的研究，为科学家验证目前的核结构理论提供了机会，并让他们可以了解更多尚未得到应用的同位素。上世纪50年代末，物理学家尤金·维格纳（Eugene

Trachenko提出了一种新的解释，或许能改变我们对宇宙的理解。他认为，我们宇宙中的基本常量的值有一个“生物友好”的“窗口”，这个窗口受液体的黏度限制，决定着细胞内和细胞间的基本生命过程的运动。

Archaeology/Eurac/Marco

1956年，理论物理学家David

裂开的金属，可以在没有任何人为干预的情况下完全愈合吗？如果不是亲眼目睹，很难相信这种科幻或奇幻作品种的桥段，居然真实存在。在一项新发表于《自然》杂志的研究中，美国桑迪亚国家实验室的一组科学家，就首次见证了这种“有违常理”的现象。

湖泊就仿佛是人类活动的哨兵。地球上的许多湖泊都已遭受诸如藻华、脱氧、过度提取和干涸等问题的困扰。而在一项于近期发表在《自然》杂志上的新研究中，更是揭示了一个触目惊心的发现：一些看似清澈美丽的湖泊，实际上其塑料浓度甚至高于海洋中污染最严重的地区。严重的塑料污染给这些本就已经高度紧张的生态系统增添了另一个威胁。

Herschel，1792-1871）的反驳，赫歇尔指出，任何吸收了那么多光的东西，最终都应该会被加热到足以发光才对。

Enflo，正是这篇新论文的唯一作者。论文的摘要只有一句简短的话：“本文证明了每一个有界的线性算子T在希尔伯特空间H上，都有一个闭合的非平凡不变子空间。”

MOPH）随着这种“降解剂”的加入，研究人员开始看到这些“不可靶向”的癌症RNA减少了35%、40%、50%甚至更多。在小鼠身上进行的乳腺癌扩散到肺部的研究中，他们观察到了癌细胞的死亡和肿瘤的清除。

cerevisiae）经过3000多代的进化后，变成了更强壮，比它们的祖先大2万多倍的多细胞个体。

从一个系统了解另一个系统

在动物王国中，蝴蝶有着非常丰富的种类。蝴蝶起源于何时？它们最初又是来自哪里？长时间以来，这些看似简单的基本问题，一直困扰着研究蝴蝶进化的科学家们。（图/Erik_Karits

一直以来，许多研究人员都想知道，尼安德特人之所以会在大约4万年前消失，是否与他们的生存策略有关。在一项新的研究中，一个国际研究团队从尼安德特人的牙齿中，描绘出了在近10万年前，曾经生活在葡萄牙中部的尼安德特人和其他人类的狩猎和饮食习惯。研究结果已于近期发表在《美国科学院院刊》上。

在宇宙学领域，有一个数字引发了巨大的争议，这个数字就是哈勃常数（H₀），它决定了我们的宇宙究竟膨胀得有多快。然而，两种主要被用来测量哈勃常数的方法，却产生了不尽相同的结果。现在，一个国际研究团队在《科学》和《天体物理学杂志》上发表了两篇新的论文，描述了他们采用一种新的方法测量了哈勃常数。这种方法涉及到由一颗爆炸的恒星发出的光在抵达地球前，在膨胀的宇宙中经历了多条蜿蜒的路径。新研究所测得的哈勃常数结果为66.6km/s/Mpc（Mpc是百万差距秒，这个数值意味着距离地球百万秒差距的星系正在以66.6km/s的速度远离我们），这一结果与两种主要方法中的其中一种非常接近。这是否意味着，争论已经解决？或许答案没有这么简单，要回答这个问题，让我们从上世纪初开始说起。

地球物理学和现有的化石记录表明，生命很可能起源于45~38亿年的冥古宙时期。然而，导致当时出现复杂化学性质的环境条件却鲜为人知。氨基酸是蛋白质和所有细胞生命的原料，为了理解生命的起源，许多科学家试图解释氨基酸是如何形成的。

Dreyer和其他合作者表示，他们已经做到了。

不知道你有没有听过一些看似“不正经”的说法，比如一颗即将接近地球的小行星有“18只鸭嘴兽”那么大，也可能是“33只犰狳”那么大，甚至是“22条金枪鱼”那么大。这些听上去很离奇的比较其实是记者Aaron

在量子物理学领域，不同的物理量之间可以存在很强的关联。比如一个量子系统中的不同粒子或者部分粒子，可以“共享”一定量的信息。关于这一点，有一些看似奇特的理论预测。比如有人认为，对这种“互信息”的测量，并不取决于系统的大小，而只取决于它的表面。现在，这一令人讶异的观点已经在一组国际团队的实验中得到了证实。结果已发表在《自然·物理学》上。

当我们照镜子时，镜子里的自己也在看着我们，我们对这种场景简直再熟悉不过了。这种被称为空间反射的常见现象，是由电磁光波从镜面上反弹而产生的。类似地，声波的空间反射会形成回声，将我们的话按照说出的顺序再依次传回来。60多年来，科学家一直认为，我们还可能观察到另一种形式的波反射，也就是所谓的时间反射。与由光或声波在空间的某一特定位置撞到边界（比如镜子或墙）时产生的空间反射不同的是，时间反射是信号的时间演化的一种反演。当传播信号的基质材料的属性在空间中突然发生改变时，就会产生时间反射。（左）常规的空间反射：当一个人在照镜子时，ta可以看到自己的镜像，或者当ta说话时，回声也会以同样的顺序传回。（右）时间反射：当一个人在照镜子时

即使你不是量子物理学家，也很有可能听说过著名的“薛定谔猫”。1935年，埃尔温·薛定谔（Erwin

衰老，是每一个人都要经历的过程。头发变白是衰老的最早迹象之一。是什么导致了头发随着年龄的增长而变白？这个过程是可逆的吗？一项于近期新发表在《自然》杂志的研究，揭示了黑素细胞干细胞（McSC）是如何为毛发着色的，让我们从更基础的层面接近于弄清楚这些问题的答案。

在过去这段时间，ChatGPT和DALL-E这样的生成式AI模型占据着新闻头条。它们能从一系列简单的提示中产生大量类似人类的高质量创意内容。虽然人工智能的能力很强，特别是，它们在大数据模模式的识别任务中远远超过了人类，但现有的AI系统还不能说像我们这样具有智能。AI系统的结构完全不像我们的大脑，它们和人类的学习方式也不一样。AI系统还需要使用巨大的能量和资源进行训练，和我们的一日三餐相比那可要多得多。与我们相比，它们在动态的、难以预测的和噪声环境中适应和运作的能力也比较差，并且缺乏类似人类的记忆能力。但近年来，还有一个被称为神经形态学的研究领域另辟蹊径。这一领域的目标是在非生物系统中复制出生物神经系统的结构和功能，比如神经元和突触，也就是探索那些更像人脑的非生物系统。先前已有研究表明，纳米技术有潜力建立一个具有类似神经网络回路和突触信号的受大脑启发的电子装置。在《科学进展》上发表的一项新研究中，研究人员在此基础上进一步发现，由微型银线组成的自组织网络，似乎能以类似人脑思维硬件的方式进行学习和记忆。

DNA的细胞比例的变化。（图/H.

2017年初，天文学家报告发现了7颗岩质行星，围绕着一颗距离地球约40光年的TRAPPIST-1运行。TRAPPIST-1是一颗超冷红矮星，也称为M型矮星。在银河系中，M型矮星的数量是像太阳这样的恒星的10倍，拥有岩质行星的可能性是像太阳这样的恒星的两倍。与此同时，这些恒星还相当活跃，它们在年轻时非常明亮，耀发和X射线可以抹去行星上的大气。如果我们想了解M型矮星周围的宜居性，TRAPPIST-1系统就是一个绝妙的天然实验室。TRAPPIST-1与太阳示意图。（图/ESO）TRAPPIST-1周围的行星的大小和质量与太阳系内部的岩质行星很相似。它们的质量都在0.3到1.4个地球质量的范围内，其中一些甚至不排除有液态水存在的可能性。它们和恒星的距离比我们这里任何行星和太阳之间的距离都要近得多，所有的行星都可以被“塞进”水星轨道。这些行星可以从那颗微小的恒星中获得了不小的能量。TRAPPIST-1系统与内太阳系对比示意图。（图/NASA,

在铺砌领域，有一座数学家们在半个多世纪里一直追寻的“圣杯”，这座圣杯名为“einstein”，没错，这个词正是大名鼎鼎的物理学家爱因斯坦的名字！但在这里，它源自于德语中的ein

对一些人来说，酒精（乙醇）有着致命的吸引力。有科学家认为，这种物质早就深深嵌入了我们的进化故事，我们的祖先可能在很久之前就开始接触食物中的酒精了（详见《我们怎么那么爱喝酒？！》）。但问题在于，严格说来，酒精对我们的身体而言其实是一种毒素。受到酒精蛊惑的人有时难免失了分寸。据说在美国，每年大约有100万人次因为急性酒精中毒进急诊。数千年来，为了更好地享受美酒，而跳过难受的部分，人们一直在想方设法加快饮酒过量后的醒酒过程。例如，古希腊人相信，紫水晶可以保护人们免于醉酒，所以他们会用这种宝石雕刻成酒杯。如今的我们也可能有一些“偏方”，比如吃油腻的食物、洗冷水澡、喝黑咖啡……除了在严重情况下，为了治疗酒精中毒而通过洗胃等手段来清除身体中的未被吸收的酒精之外，清醒总是需要一定时间。可以说，目前唯一已知的醒酒办法就是等。但由得州大学西南医学中心领导的一项新研究发现，注射一种由肝脏产生的名为FGF21（成纤维细胞生长因子21）的激素，能让喝醉昏睡的小鼠清醒过来，并让它们比没有接受注射的小鼠更快恢复意识和协调能力。研究结果发表在《细胞代谢》上，它可能会带来一种应对急性酒精中毒的有效治疗方法。

STScI）然而，这个“使者”就许多奇怪之处：它的形状非常奇特，介于雪茄和煎饼之间，有别于任何已知的小行星或彗星；如果说它是彗星，但它又没有大多数彗星的彗发和彗尾，而且它的尺寸非常小，大约为115

嗅觉可以说是最被人们低估的感官。它其实可以看作一种化学检测系统，我们通过嗅觉受体（OR）细胞来感知不同气味。不得不承认，我们的嗅觉似乎比不上其他很多生物。比如我们都知道，狗的嗅觉灵敏程度远高于人类。OR细胞的遗传密码被称为OR基因。与其他哺乳动物相比，我们的OR基因相当少。研究发现，我们只有约400个OR基因。在进化过程中，当我们的祖先开始直立行走，主要依赖视觉而非嗅觉来感知危险时，灵长类动物的OR基因就减少了。但神奇的是，我们的嗅觉在很多方面也比我们以为的要强大得多。根据2014年一项研究估计，人们甚至可能有能力区分超过一万亿种气味。我们能检测到的每一种气味，都是由不同的气味分子混合而成的。嗅觉受体的蛋白质在细胞表面与气味分子结合，它们占据了我们身体中最大、最多样化的受体家族的半数。每种类型的气味分子都可能被一系列的受体检测到，这就好比在钢琴上敲击琴键弹出一个和弦。在每次鼻子闻到新东西的时候，都会给大脑带来一个谜题。一个最明显的例子就是“草莓问题”（详见《最被低估的感官是什么？》）。我们都知道有一种“草莓的气味”，它实际上是由20多种化学物质混合而成的。但当你闻到这种组合时，你的大脑并没有在说“你闻到了这样的、那样的化学物质”，它只会说，这是“草莓味”。这也正是嗅觉的奇妙之处。一直以来，研究嗅觉的科学家的梦想是绘制出数千种气味分子与数百种嗅觉受体的相互作用的图谱，让化学家能够设计并预测分子的气味。但是制作出这种图谱很困难，它需要我们了解气味分子和人类嗅觉受体是如何相互作用的。近日，美国加州大学旧金山分校的科学家打破了我们对嗅觉理解的长期僵局，创造了第一幅分子水平的三维图片，展示了气味分子如何激活人类嗅觉受体，迈出了破译嗅觉的关键一步。研究结果已于近日发表在《自然》上。

出生于德国波恩的路德维希·范·贝多芬（1770-1827），是历史上最伟大的音乐家之一。与他的音乐同样著名的，还有他坎坷多舛的命运。长期以来，肝硬化被认为是导致他在56岁时死亡的最可能死因。其实，除了肝病之外，他还身患多种疾病。从20多岁开始，这位作曲家便饱受进行性听力损失的困扰，并最终功能性失聪。此外，他还长期罹患逐步恶化的慢性胃肠道问题。1802年秋，正逐渐丧失听力的贝多芬给亲人写了一封信。在信中，这位伟大的作曲家恳请他们在他死后找到他的医生，请医生描述并记录他的病情。自那之后，贝多芬的的健康状况和死亡原因便一直是很多人关心的课题。近年来，在基因研究的帮助下，有关贝多芬病情的谜团开始被逐步揭开。在一项新发表在《当代生物学》的研究中，一组国际研究团队从贝多芬的头发中提取了遗传物质，首次对贝多芬的基因组进行了测序。通过这项主要目的是阐明贝多芬的健康问题的研究，科学家发现了有关贝多芬的健康的重要信息，并且还发现了关于贝多芬家族的一些隐秘故事。

微分方程组是科学家用来预测物理世界行为的工具。这些方程将一个或多个未知函数及其导数联系起来。函数通常表示物理量，导数表示它们的变化率，微分方程定义了两者之间的关系。微分方程分为两类，一类是只有单一变量的常微分方程，另一类是有多个变量的偏微分方程。这些方程非常常见，在工程、物理学、经济学、生物学等许多学科中，都发挥着重要作用。自牛顿和莱布尼茨时代开始，它们就一直是人们进行深入研究的来源。然而，尽管几个世纪以来许多数学家做出了巨大的努力，但关于一些关键方程的解的存在性、唯一性、规律性和稳定性的基本问题仍未解决。在帮助我们理解偏微分方程方面，没有其他仍然在世的数学家比路易斯·卡法雷利（Luis

水，是地球生命赖以生存的重要源泉。与此同时，水对于恒星和行星的形成，也至关重要。在一项新发表于《自然》杂志的研究中，科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA），在我们附近的猎户V883的星周盘中，发现了水的存在。

2022年，诺贝尔物理学奖被授予了著名的量子物理学实验研究。三位得主阿兰·阿斯佩（Alain

Galton）就首次描绘了这种联觉，但直到最近，人们才对它有所了解。

两千多年前，希腊历史学家希罗多德提到了一个具有误导性的禁忌实验。在那个实验中，两个孩子被阻止听到任何人的交谈，从而让一位国王能够发现人类真正的、未经学习的语言。科学家现在已经知道，人类语言需要社会学习和与其他人的互动，这是多种动物语言共有的属性。但是，为什么无论是人类还是其他动物，都需要通过学习才能掌握一种语言，而不是生来就具备这种知识呢？关于语言的后天习得和先天具备的问题，有两个常见的答案。其一，复杂的语言在学习过程中往往能对当地环境做出反应。其二，即使人们在出生时对正确的信号有一些了解，也往往难以产生复杂的交流。这个问题让许多科学家着迷。在自然界，蜜蜂有着非常精巧的交流方式，这让一些科学家决定，可以通过研究蜜蜂如何学习交流，来回答这个语言问题。近日，在一篇发表于《科学》杂志的论文中，研究人员在蜜蜂身上“重现”了两千多年前那个禁忌实验。

2018年3月14日）都与这一天有关。除了π日，还有哪些数学常数值得铭记，让我们在日历中设置更多的“数学节日”呢？

使用马匹作为交通工具，可以说是人类文化发展中的一个决定性事件，它标志着人类历史的一个关键转折点。骑马带来的流动性和活动距离的大幅提升，让人类的贸易和文化交流、冲突和战争，都受到了深远的影响。目前，大多数相关的考古研究都集中在马匹本身。但别忘了，骑马其实是两个部分的相互作用，除了坐骑之外，还需要考虑骑手。尤其是，考古发现的人类遗骸数量，其实比早期的马匹遗骸数量要多得多，保存状况大多也更完整。只是问题在于，由于骑马并不一定要什么有标志性的专门设备，因此，缺乏关于最早骑马的考古发现似乎也并不意外。不过最近，一组考古学家对大量考古遗址进行了更细致的勘验，并开发了一套能通过史前古冢中的人类骨骸的特征，来判断过去可能存在的骑马行为的“诊断方法”，进而可能发现了最古老的骑手。研究已于近日发表在《科学进展》上。

情绪从何而来？几个世纪以来，这个问题让科学家相当感兴趣。我们大多数人都认同，当我们经历一种情绪时，身体往往也会发生变化。我们可能都有这样的体验，看恐怖片时，心跳会不由自主地加快，在一次大吵之后，呼吸会变得沉重，在进行一场令人紧张的公开演讲之前，难免会觉得喉咙发干、大汗淋漓。早在19世纪80年代，就有理论认为，身体的变化，比如心跳加速，足以触发情绪体验。然而，在过去的150年，这类说法一直备受争议。究竟是焦虑让人心跳加快，还是反过来，心跳加快导致了焦虑？现在，发表在《自然》上的一项新研究提供了新的见解。研究人员使用非手术起搏器，来精确地提高小鼠的心率，并测量了一些可能表明焦虑的行为。他们发现，提高小鼠的心率会让原本平静的动物表现出更多与焦虑有关的行为。也就是说，心脏活动可以影响精神状态。

人类一直马不停蹄地搜寻地外生命的踪影。对我们已知的生命形式而言，液态水是一项重要的指标，这对于生命的出现和发展至关重要。除了那些遥远的系外行星，就在我们的“家门口”，实际上也有一些备受关注的地方。在太阳系行星周围的一些卫星上，也有在地质时间尺度上算得上稳定的液态水存在，它们是太阳系中出现地外生命的最佳地点。这些卫星上往往有着奇特的海洋和内部环境。比如，木星的卫星之一木卫二表面纵横交错的红色条纹非常醒目。科学家一直怀疑，那是水和盐的冰冻混合物，但它的化学特征相当神秘，它与地球上任何已知物质都不相符。木卫二是木星四颗大卫星中最小的一颗，表面有纵横交错的红色条纹。新研究发现了一种新型的盐冰，可以用于解释这些条纹中的物质，并为木卫二上被冰雪覆盖的海洋的组成提供了线索。（图/NASA/JPL/Galileo）近日，一组国际团队可能已经破解了谜题。新研究发现了一种新型固体晶体，由水和食盐在寒冷和高压的条件下结合形成。研究人员认为，这种在地球的实验室中创造出的新型物质，有可能在那些卫星的深海表面和海底形成。研究已发表在《美国国家科学院院刊》上。

自然的空气污染源

在草原上、丛林里、海洋中……在我们的星球上，生活着各种各样的野生动物。尽管公众对野生哺乳动物抱有极大的兴趣，但在过去的两个世纪里，它们的灭绝率急剧上升。因此对地球上现有的野生哺乳动物进行评估，已变得非常迫切。然而，一直以来，我们对野生哺乳动物的全球总生物量仍缺乏严格评估。近日，在一项发表于PNAS的最新研究中，魏茨曼科学研究所的研究人员进行了首次全球野生哺乳动物生物量普查。他们收集了现有的野生哺乳动物物种的普查资料和另外数百个物种的定义特征，并借助机器学习的计算模型，将积累的信息转化为生物量的估计，进而为我们揭示了发生在自然世界的巨变。什么是生物量？与人造质量相比，动植物的总生物量占比多少？人类、野生哺乳动物、驯养家畜，哪一类构成了全球哺乳动物的大多数？哪种陆地野生哺乳动物占据了最大的生物量？通过这项研究，你将发现许多令你大感意外的事实。#创作团队：撰文：Gaviota设计：Gaviota#参考来源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2204892120https://wis-wander.weizmann.ac.il/environment/weight-responsibility-biomass-livestock-dwarfs-wild-mammalshttps://www.science.org/content/article/who-rules-earth-wild-mammals-far-outweighed-humans-and-domestic-animals#图片来源：封面图/首图：Itai