科学

神经重放，大脑以与先前经历相同的顺序短暂重新激活神经活动模式的机制，长久以来一直被认为是海马体的标志，与空间导航和记忆巩固密切相关。韩国大田基础科学研究所（IBS）和韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发的一项新技术表明，重放远比此前认为的更为广泛，甚至可以在与海马体截然不同的脑区（如视觉皮层）中检测到，即使在被动观看电影时也是如此。 该研究于7月4日发表在《自然·通讯》杂志上，该方法克服了现有重放检测方法的根本局限性。传统方法依赖于所谓的”位置细胞”，即动物处于特定位置时放电的海马神经元，来构建空间模板，用于与后续神经活动进行比较。如果相同的位置细胞序列在休息时像在跑步时一样放电，则推断存在重放。但这种方法排除了所有非位置细胞以及海马体以外发生的一切。 “我们的方法根据活跃行为期间观察到的成对放电顺序概率来估计尖峰序列的似然，无论这些细胞编码什么，”资深作者、KAIST教授兼IBS突触脑功能障碍中心副主任Min Whan Jung说。”它适用于任何细胞类型和任何脑区。” 工作原理 核心创新在于统计学。在行为期间，例如大鼠在跑道上奔跑，该方法计算每对记录神经元中神经元A在神经元B之前放电的概率。这创建了一个成对放电顺序概率矩阵。在后续时期，休息、睡眠或被动观看，执行相同的计算。如果行为后的成对概率与行为期间的概率匹配的频率高于偶然水平，则表明正在发生重放。 这种方法与模板匹配方法有根本不同，后者要求实验者预先定义什么是”重放事件”并相应设置参数。基于似然的方法不做此类假设。它在参数上是自由的，因为它不对模式本身施加预定义的检测阈值，它只是询问观察到的尖峰顺序统计是否与行为模板的一致性高于偶然水平。 研究人员使用三种独立的数据类型验证了该方法：具有已知重放真实情况的模拟尖峰序列、在直线跑道上奔跑的大鼠的单单元记录以及小鼠的钙成像数据。在所有三种情况下，该方法与传统重放检测指标表现出高度一致性，同时将检测扩展到以前方法无法达到的细胞类型和脑区。 超越海马体 最引人注目的验证来自一项传统方法不可能完成的应用。研究团队记录了头部固定小鼠在被动观看自然电影片段时海马体和初级视觉皮层的神经活动，这种刺激没有空间成分，因此没有位置细胞可进行模板匹配。 该方法在电影观看后的休息期间检测到海马体和视觉皮层中均有显著的重放。海马体在非空间任务期间的重放此前已有记载，但仅使用专门的分析方法。相比之下，视觉皮层中的重放是一项挑战传统观点的发现，传统观点认为重放主要是海马体的现象，专门用于空间记忆巩固。 “这表明结构化重放是神经回路的一般特性，而不是海马体的特化功能，”第一作者、IBS博士后研究员Namjung Huh说。”视觉皮层正在重放电影观看期间建立的活动模式。这意味着重放可能是巩固任何顺序结构化的经历（而不仅仅是空间经历）的基本机制。” 什么是重放以及为什么它很重要 神经重放于20世纪90年代在海马体中被首次发现，当时研究人员观察到，大鼠在跑道上奔跑时活跃的位置细胞会在随后的睡眠或安静休息期间以相同的时间顺序重新激活，但时间上被压缩，这种现象有时被描述为大脑在”排练”最近的经历。数十年的研究表明，破坏重放会损害记忆巩固，并且重放强度与学习相关。 重放不仅限于海马体，也不仅限于空间任务的发现具有广泛的意义。这表明感觉皮层，处理我们所见、所闻和所感的脑区，可能通过重放独立于海马体巩固自己的经历。这可能意味着记忆巩固是一个比主流的海马体中心模型所暗示的更加分布的过程。 它还开启了新的实验可能性。由于该方法适用于任何细胞类型和任何脑区，研究人员现在可以探究在学习新技能后运动皮层中是否发生重放，在听到旋律后听觉皮层中是否发生重放，或者在决策任务后前额叶皮层中是否发生重放。这些问题的每一个先前都难以或无法用现有工具解决。 注意事项和局限性 该方法检测重放模式，但本身并不能确定这些模式对记忆巩固是否具有功能重要性。它是一个检测工具，而非因果干预手段。需要破坏性实验，即选择性沉默已识别的重放事件，来将视觉皮层重放与视觉记忆联系起来。作者还指出，该方法需要足够大的尖峰计数来构建可靠的成对概率矩阵，对于非常稀疏的神经群体可能灵敏度较低。 尽管如此，对于一个被海马体位置细胞束缚了三十年的领域来说，能够在无需空间地图、无需细胞类型限制、也无需预定义模式模板的情况下检测大脑任何区域的重放，代表了方法论上的重大变革。 婷 翻译 Source: Huh N, Yun I, Lee JW, Jung MW. A likelihood-based method for identifying replay from spike sequences. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74822-2

一项对近千名儿童的研究发现了一种特定的分子信号，该信号与支撑数学和阅读能力的脑结构组织持续相关。这一发现于7月4日发表在《Nature Communications》上，弥合了分子神经化学与支持学业学习的大规模脑结构之间的鸿沟，并为针对计算障碍和阅读障碍等学习障碍的干预措施指明了潜在靶点。 由斯坦福大学的通讯作者、精神病学和行为科学教授Vinod Menon领导的研究人员分析了两个独立的儿童队列，共计991名参与者。该团队没有仅关注脑活动或结构，而是将与学业表现相关的全脑结构表型映射到一个包含19种神经递质受体和转运蛋白的全面PET图谱上，这些受体和转运蛋白是允许神经元通信的分子机制。 结果明确无误。在测试的两个领域（数学和阅读）以及两个独立队列中，NMDA型谷氨酸受体的分布显示出与学业能力相关的脑结构之间最一致、最可重复的关联。 重复统计数据说明了问题。对于数学能力，贝叶斯重复因子超过了9 x 10⁴，这是极强的证据。对于阅读能力，贝叶斯因子大于4，表明中等至强的重复性。没有其他神经递质系统能与之接近。多巴胺能、胆碱能、血清素能和GABA能系统都表现出较弱且不可重复的关联。 “正是谷氨酸能系统始终映射到支持这些认知技能的脑结构上，”第一作者、Menon在吴蔡神经科学研究所实验室的博士后研究员Yuan Zhang说。”在这项研究之前，这一点并不明显。” 共享机制和领域特异性机制 研究人员发现，NMDA受体密度对应于数学能力的多个功能网络，这是一种广泛分布的模式。对于阅读，关联在空间上更加集中，集中在视觉网络内。这表明，虽然谷氨酸信号是这两种技能的共同分子基础，但大脑通过不同的大规模网络配置来实现每一种技能。 “数学似乎通过谷氨酸能信号调动了更广泛的网络集，而阅读则与视觉网络组织的联系更紧密，”同样来自斯坦福大学的合著者Hyesang Chang说。”这很直观，阅读从根本上说是视觉到语言的转换，但分子特异性是新的。” NMDA受体是一种谷氨酸门控离子通道，对突触可塑性和学习至关重要。长期以来，它一直在长时程增强（记忆形成的细胞机制）的背景下被研究。但将其区域分布直接与儿童在全脑尺度上的学业表现联系起来，这在以前是从未有过的。 对学习障碍的意义 这项研究最直接的意义在于对有学习障碍的儿童。计算障碍（数字困难）和阅读障碍（阅读困难）影响了全球约5-10%的儿童。目前的干预措施主要是行为和教育方面的，如强化辅导、语音教学、多感官学习方法。虽然这些方法可能有效，但它们是在行为和教学层面起作用，而不是在脑化学层面。 如果谷氨酸能信号是连接脑结构与这些技能的分子关键，那就提出了靶向药理或神经调节干预的可能性。作者们谨慎地不过分强调这一点，因为该研究是相关性的，建立了受体分布与能力之间的联系，而非因果关系。但两个独立队列的重复性，结合贝叶斯分析方法，使其成为教育神经科学文献中报道的最强的分子水平关联之一。 这项研究也有值得注意的阴性结果。长期以来被认为在学习与动机中起作用的多巴胺，在两个领域中都没有显示出与脑结构的可重复关联。血清素、乙酰胆碱和GABA也是如此。这并不意味着这些系统与学习无关，它们可能通过不同的机制起作用，例如调节注意力或动机而非塑造结构组织，但这缩小了分子靶点的搜索空间。 研究方法 该团队使用了多步骤分析流程。首先，他们量化了已知支持学业技能的脑区域的脑结构表型，包括皮层厚度、表面积和灰质体积。然后，他们将这些结构测量值与标准化的数学和阅读分数进行相关分析。最后，他们叠加了PET衍生的受体和转运蛋白分布图谱，以探究：哪种神经递质系统最能解释脑结构与学业能力之间的关系？ 这两个队列允许内置重复验证。第一个队列作为发现样本；第二个队列用于测试这些关联是否成立。使用贝叶斯分析而非频率论零假设检验，使研究人员能够量化零假设和备择假设的证据，这对于复杂的脑-行为关系是一种更具信息量的方法。 局限性与后续步骤 研究中使用的NMDA受体图谱来自成人PET成像数据。儿童大脑中谷氨酸受体的分布是否与成人图谱相匹配尚不清楚，尽管跨物种和发育研究表明，受体分布在幼儿期后基本保持不变。该研究也无法区分谷氨酸能关联是反映遗传倾向、经验依赖性可塑性，还是两者兼有，这有待未来的纵向研究来解答。 然而，这些发现确实为干预研究开辟了一条具体的分子途径。调节NMDA受体功能的药物已经存在，包括美金刚（用于阿尔茨海默病）和D-环丝氨酸（在焦虑症中研究）。现有的或新的化合物能否安全且选择性地支持学习障碍儿童数学和阅读背后的脑结构组织，是该领域现在可以开始更精确地提出的问题。 来源： Zhang Y, Chang H, El-Said D, et al. Glutamatergic signaling underlies brain structural organization for mathematical and reading abilities in children. Nature Communications (2026). DOI：10.1038/s41467-026-75102-9 婷 翻译

对于ATM激酶缺陷驱动的癌症患者，包括部分乳腺癌、肺癌和血液恶性肿瘤，治疗领域一直存在一个令人沮丧的悖论。ATM缺陷肿瘤对某些类型的化疗和靶向药物（包括拓扑异构酶I抑制剂和PARP抑制剂）具有固有的敏感性。然而，这些肿瘤的一个亚群最终会产生耐药性，且缺乏明确的分子解释。 7月4日发表在《Nature Communications》上的一项由宾夕法尼亚大学和华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员进行的研究，确定了这一悖论背后的机制，并在此过程中揭示了一个决定ATM缺陷癌症对治疗是生是死的分子开关。 罪魁祸首是BRCA1-A复合体，这是一个与著名的肿瘤抑制因子BRCA1相互作用的多蛋白组装体。研究表明，在ATM缺陷细胞中，BRCA1-A在受损的复制叉（细胞分裂过程中DNA复制的Y形结构）处强制执行一种限制性染色质状态。这种限制性状态阻止了复制机器执行称为复制叉逆转的过程，而这是一种通常允许细胞修复受损DNA并存活的保护性操作。 “我们发现BRCA1-A在受损的复制叉处充当看门人，”资深作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院癌症生物学教授Roger A. Greenberg说。”当ATM缺失或受到抑制时，BRCA1-A将复制叉锁定在易受攻击的构型中。移除BRCA1-A后，复制叉可以逆转，修复损伤，细胞存活。” 详细机制 这一发现建立在一系列分子事件的基础上。当ATM受到抑制时，无论是由于基因突变还是药物阻断其活性，细胞会触发SUMO（小泛素样修饰因子）和泛素的联合信号级联反应。这些修饰将BRCA1-A复合体招募到复制叉损伤位点。 一旦到达复制叉，BRCA1-A就会限制核酸酶和解旋酶进入DNA的能力。这创造了Greenberg所描述的”限制性染色质状态”，致密、耐核酸酶且无法进行复制叉逆转所需的结构重塑。 没有复制叉逆转，复制叉就会不可逆地停滞。复制叉上的单链DNA成为伊立替康和拓扑替康等拓扑异构酶I抑制剂的底物，而塌陷的复制叉则产生PARP抑制剂所利用的那种DNA损伤。细胞对这些药物变得极其敏感。 但如果BRCA1-A复合体因突变、缺失或表观遗传沉默而缺失或功能失调，受损复制叉处的染色质仍保持可及性。核酸酶可以进入，发生切除，复制叉逆转正常进行。细胞修复损伤并产生耐药性。 研究人员使用电子显微镜直接证明了这一点。在BRCA1-A完整的ATM抑制细胞中，复制叉绝大多数处于停滞、非逆转构型。在BRCA1-A被敲除的细胞中，相同的ATM抑制背景下显示出丰富的复制叉逆转，保护机制已恢复。 临床意义 这一发现具有直接的转化相关性。ATM是癌症中最常突变的DNA损伤应答基因之一，功能丧失突变见于高达10%的乳腺癌、15%的肺腺癌以及相当一部分T细胞幼淋巴细胞白血病。这些肿瘤通常使用DNA损伤剂治疗，但反应各异。 研究表明，BRCA1-A的状态，复合体是完整的还是被破坏的，可以预测哪些ATM缺陷肿瘤会对拓扑异构酶I抑制剂和PARP抑制剂产生反应，哪些会产生耐药性。 “这给了我们一个可以测试的生物标志物假说，”第一作者、Greenberg实验室的博士后研究员Arindam Datta说。”如果肿瘤是ATM缺陷但同时BRCA1-A复合体也被破坏，我们预测它会对这些药物耐药。复制叉逆转机制是完整的。但如果BRCA1-A功能正常，肿瘤应该是敏感的。” 耐药通路本身，BRCA1-A缺失与XRCC4/连接酶4介导的替代末端连接相结合，表明将PARP或Topo I抑制剂与阻断非同源末端连接的药物联合使用可能克服耐药性。作者证明，BRCA1-A或XRCC4/连接酶4的缺失足以在ATM缺陷细胞中赋予耐药性，指出了潜在的联合策略。 更广泛的原则 除了临床意义之外，这项研究还揭示了一个更广泛的原则，即细胞如何在复制叉处平衡DNA修复通路的选择。复制叉逆转和复制叉切除是相互竞争的结果，细胞必须选择走哪条路径。BRCA1-A成为这一选择的关键决定因素，将平衡倾向于一个限制性的、非逆转状态，使复制叉容易受到某些类型化疗的影响。 这一选择受染色质可及性调控，而不仅仅取决于修复酶的存在与否，这一事实增加了越来越多的证据，表明损伤位点DNA的物理状态与修复蛋白本身同样重要。 “我们认为DNA修复是哪些酶存在的问题，但这表明酶是否能到达DNA同样关键，”Greenberg说。”BRCA1-A控制着通路。当它存在时，复制叉被锁定。当它消失时，复制叉就开放了。” 婷 翻译 Source: Datta A, Jackson J, Morozov YI, Qiu J, Vindigni A, Greenberg RA. The BRCA1-A complex restricts replication fork reversal-dependent DNA repair in ATM deficient cells. Nature Communications (2026). […]

在剑桥郡的威康桑格研究所入口附近，一位名叫维托尔德·莫雷克的博士后研究员跪在砖石墙边，将地衣刮入信封。在这些地衣中，肉眼看不见的是水熊虫,,一种微小的动物，有时被称为水熊，以其在太空真空、沸腾高温、极端寒冷以及足以粉碎人类DNA的辐射中生存的能力而闻名。 莫雷克正在为”生命之树”项目收集标本，这是由马克·布拉克斯教授领导的一项雄心勃勃的计划，旨在对7万个物种的基因组进行测序。该项目是全球”地球生物基因组计划”的一部分，每周已可对48个基因组进行测序，与布拉克斯在其整个25年职业生涯初期测序的18个基因组相比，这是一个惊人的加速。 “我们知道的越多，提出的问题就越多。这是一个永无止境的故事，”莫雷克告诉《卫报》。 为什么是水熊虫 水熊虫赢得了《卫报》举办的2025年度”年度无脊椎动物”比赛，布拉克斯的团队提出作为公众参与项目为获胜者的基因组进行测序。但水熊虫不仅仅是一个噱头：其基因组大约是人类基因组的30分之一，包含了其非凡生存能力的遗传指令。 “我们认为，所有这些微小生物基因组中隐藏着生物技术应用，在我们向后石油经济过渡时，这些应用将变得非常有价值，”布拉克斯说。 了解水熊虫的遗传学可能导致无需冷藏的疫苗、抗旱作物或宇航员的辐射屏蔽。水熊虫可以进入一种称为隐生状态的状态，干燥成脆硬的桶状，并在25分钟内重新水化恢复生命。一些水熊虫物种之间相隔5.5亿年的进化,,比人类和鱼类之间的差距还要长。 测序的挑战 单个水熊虫仅含有200到500皮克的DNA。旧方法需要汇集1000个个体才能获得足够的遗传物质，这对于稀有物种来说是不可能的。”生命之树”团队开发了一种名为皮克级输入多模态测序的新方案，手动分解200微米的水熊虫，并使用PCR从单个标本中扩增DNA片段。 四个高质量的水熊虫基因组已存入公共数据库。莫雷克正在研究另外14个，冷冻室中还有约50种水熊虫物种等待测序。到目前为止，他已收集了英国名录中约50种水熊虫中的大约20种。 动物生命的95% 无脊椎动物约占地球上动物物种的95%，大约有130万个已描述物种。于2018年启动的”地球生物基因组计划”旨在约10年内对所有180万个已命名的真核物种进行测序，估计成本为47亿美元。 “由于这个星球上的大多数生命都很小，就像水熊虫一样，这种基因组测序的新方法有望打开对所有生命进行测序的大门，”布拉克斯说。 紧迫性源于生物多样性危机：到2050年，多达50%的物种可能会灭绝。测序创建了一个生命的数字图书馆，保存了可能无法存活到本世纪末的物种的遗传信息。 2026年度”年度无脊椎动物”比赛的获胜者将于8月17日公布。无论谁获胜，布拉克斯的团队都将准备好对其进行测序。 婷 翻译

当温度升高时，植物会表现出一系列形态变化,,茎伸长、叶片抬起变薄、开花加速。这一过程被称为温度形态建成，对于在变暖条件下的生存至关重要，但如果失控则会带来危害：过度茎伸长会浪费资源并增加作物倒伏的风险。 7月4日发表在《自然·通讯》上的一项由北京大学研究人员开展的研究揭示了植物如何精确校准这一反应。由秦跟基领导的团队发现了一个分子放大电路，确保生长反应与温度信号成比例，既不会反应不足，也不会反应过度。 反馈模块 温度形态建成的核心通路多年来已为人所知。高温导致转录因子BZR1在细胞核中积累，激活主生长调控因子PIF4，进而促进生长素生物合成和细胞伸长。生长素和油菜素内酯进一步上调BZR1，形成一个正前馈环路。 正前馈环路的问题在于它们倾向于失控,,一旦触发，信号会无限放大。植物中存在这样的环路一直困扰着研究人员，因为植物在温暖温度下显然不会不受控制地生长。 北京大学团队现在提供了缺失的一块拼图：一个名为BLH1（BEL1-LIKE HOMEODOMAIN转录因子）的负反馈元件，它像一个精密调节的制动器。 在高温下，BZR1直接抑制BLH1的转录，解除制动并允许生长。但BLH1具有双重作用：它结合PIF4启动子以抑制其转录，并与PIF4蛋白物理相互作用以抑制其活性。这创建了一个双层制动机制，防止正前馈环路过度反应。 结果就是作者所称的”分子放大器”,,一个温度信号被放大为生长反应的系统，但放大因子由BLH1反馈回路调节，使系统不会过度。 来自突变体的证据 过表达BLH1的植物对热不敏感，即使在高温下也表现出短下胚轴。缺乏多个BLH同源物的高阶突变体则过度敏感，茎伸长过度。关键的是，BLH1过表达挽救了BZR1过度活跃和PIF4过表达植物的伸长下胚轴表型，证实BLH1作用于BZR1下游和PIF4上游。 农业意义 全球变暖正在增加高温事件的频率和强度，威胁着全世界的作物产量。理解温度形态建成的分子机制对于开发气候适应性作物至关重要。 BZR1-BLH1-PIF4模块为育种家和生物技术专家提供了精确的靶点：通过修饰BLH1的表达，可能可以调节温度形态建成反应，使作物在变暖条件下维持最佳生长，而不会出现过度茎伸长、资源浪费或产量损失。 婷 翻译

嗅觉被称为“野兽般的感觉”,,保罗·布罗卡 (Paul Broca) 在 19 世纪对嗅觉的否定，据研究人员称，这导致了数十年的科学忽视。但在 COVID-19 大流行期间数百万失去嗅觉的人的经历改变了这一点。根据《喉镜》 2023 年的一项调查，在全球报告的大约 7.8 亿例 COVID-19 病例中，大约 60% 的人经历了嗅觉丧失。 维多利亚·克莱顿 (Victoria Clayton) 在《Ars Technica》（由 Knowable 杂志转载）上发表的一篇专题文章追溯了嗅觉缺失症（嗅觉完全或部分丧失）的新兴科学，以及人们日益认识到它不仅仅是一种生活质量的不便。 隐藏的流行病 文章称，高达 22% 的普通人群患有某种形式的嗅觉障碍。美国国家健康与营养调查的数据显示，大约 3% 的美国人患有完全嗅觉丧失或严重嗅觉减退，并且随着年龄的增长而急剧上升：40-49 岁的人中有 4%，60-69 岁的人有 13%，80 岁及以上的人有 39%。在所有年龄段，男性受到的影响都多于女性。 原因多种多样。文章列出了 139 种与嗅觉障碍相关的神经、身体和先天性疾病,,从酗酒到寨卡病毒和格林-巴利综合征。最常见的诱因是病毒感染（包括 COVID-19，也包括普通感冒）、头部外伤、过敏、鼻窦感染和神经退行性疾病。 嗅觉系统的独特弱点 嗅球是大脑嗅觉信号的第一个中继站，直接位于颅底，这使得它们特别容易受到头部外伤、病毒入侵和环境毒素的伤害。但它们也是少数在一生中产生新神经元的成人大脑区域之一。这种神经可塑性提供了治疗机会。 最有证据支持的干预措施是嗅觉训练：每天两次嗅四种气味（通常是柠檬、玫瑰、丁香和桉树），持续 12 至 16 周。 2024 年的一项荟萃​​分析发现，培训产生了“显着且具有统计意义的积极影响”，大约 30% 的患者表现出具有临床意义的改善。添加类固醇鼻窦冲洗剂可将改善率提高至大约 50%。 训练除了嗅觉之外还有其他好处。对于 55 岁及以上的成年人来说，它已被证明可以提高语义语言流畅性和工作记忆，并减少抑郁症状。 新兴的治疗格局 […]

NASA的毅力号火星车在杰泽罗陨石坑底部的泥岩中检测到丰富的复杂有机碳,,这是火星上除盖尔陨石坑外最有力的有机物检测。这项发现于6月24日发表在《Science Advances》上，本周由Ars Technica报道，既令人鼓舞又尚无定论：这些碳可能是古代微生物的遗骸，也可能完全通过非生物过程形成。 这次检测由安装在毅力号机械臂上的SHERLOC仪器（利用拉曼和发光扫描宜居环境以寻找有机物和化学物质）完成。SHERLOC使用深紫外共振拉曼光谱技术，能够识别浓度低至百万分之一的有机化合物。 目标是一块非正式命名为”切亚瓦瀑布”（Cheyava Falls）的泥岩，位于内雷特瓦谷（Neretva Vallis）的布莱特安吉尔露头,,一条曾经流入杰泽罗陨石坑湖泊的古河道。毅力号磨蚀了岩石表面，发现了大分子碳（MMC），这是一种由还原碳原子组成的固体交联网络。 “在除尘但未经其他处理的切亚瓦瀑布岩石表面检测到大分子碳，代表了火星表面最浅层的有机物检测，”NASA喷气推进实验室SHERLOC副主任研究员、该研究的共同第一作者凯尔·乌克特表示。 数百次检测 SHERLOC团队分析了三块岩石上的四个目标，发现了数百次MMC检测。碳在一处目标与碳酸盐矿物相关，在另一处与硫酸盐矿物相关，表明至少存在两次独立的沉积事件：最初在古湖泊中沉积物堆积时的沉积，以及后来流体在岩石中移动时的蚀变。 这是除盖尔陨石坑外首次在火星泥岩中检测到大分子碳,,NASA的好奇号火星车此前曾在盖尔陨石坑发现有机物。两个地点相距超过3,500公里（2,200英里），表明复杂有机化合物曾在古代火星广泛分布。 “这对火星宜居性来说是令人鼓舞的，”行星科学研究所的共同第一作者阿什莉·墨菲表示。”这表明数十亿年前，有机物可能不仅仅局部存在，而且在火星古代湖泊和河流中可能更广泛地存在。” 生命与否？ 仅凭拉曼光谱无法确定有机碳是否具有生物性。切亚瓦瀑布碳的G带参数既与生物参考值（微生物席、煤、干酪根）重叠，也与非生物参考值（陨石、热液岩石、火星陨石ALH 84001）重叠。 “毅力号火星车的有效载荷无法评估有机化合物是来自生物过程还是非生物过程，”乌克特说。”我们不能说生物学在这项研究中描述的有机碳中发挥了任何作用。” 切亚瓦瀑布正是那块因”豹斑”,,一种磷酸铁矿物镶边，在地球上通常通过微生物代谢形成,,而在2025年登上头条新闻的同一块岩石。结合碳检测，这块岩石拥有科学家们描述为有史以来收集到的最强大的火星过去生命间接证据集合之一。但间接证据并非确凿证据。 样本返回难题 毅力号已将切亚瓦瀑布的一个岩芯样本（名为”蓝宝石峡谷”）作为其30个样本收藏的一部分进行了缓存。但随着火星样本返回计划于2026年1月被美国国会取消，目前没有资金计划来取回这些样本。要确定碳是否为生物来源，需要地球上的仪器,,用于碳同位素比值的二次离子质谱仪，以及用于微观结构分析的高分辨率电子显微镜,,这些仪器无法为火星车小型化。 “火星上存在有机物并不一定意味着生物过程，”乌克特说。但如果碳是生物来源的，那将是地外生命的第一个证据。如果是非生物来源的，则将加深对复杂有机化学如何在没有生命的情况下运作的理解。无论哪种答案都将具有变革意义。 婷 翻译

大脑以两种截然不同的速度学习识别熟悉的物体：一种是看到新事物后几分钟内发生的快速适应，另一种是经过数天逐渐积累形成持久识别的缓慢巩固。7月4日发表在《自然·通讯》上的一项研究表明，这两种时间尺度由灵长类视觉皮层中根本不同的机制驱动，解决了系统神经科学中一个长期存在的问题。 这项工作由芝加哥大学的Krithika Mohan、Ulisses Pereira-Obilinovic和David Freedman与杜克大学的Nicolas Brunel共同完成，他们利用电生理记录技术记录了两只执行熟悉化学习任务的猕猴下颞叶（IT）皮层的活动。IT皮层是负责视觉物体识别的大脑区域。 两种时间尺度，两种机制 研究人员在单个实验会话内（数分钟）和跨多个会话（数天）追踪了IT皮层的神经放电活动。他们发现，两种时间尺度下的熟悉化学习产生不同的神经特征，指向不同的潜在可塑性规则。 在快速时间尺度上，在单个会话内，重复刺激的神经反应表现出快速衰减，同时伴随自发活动的增加。在慢速时间尺度上，跨会话时，随着刺激变得越来越熟悉，平均神经反应逐渐减弱。 研究团队使用了从神经数据推断出可塑性规则的递归神经网络模型。只有当两种可塑性都包含在内时,,突触可塑性用于缓慢的长期变化，内在可塑性（神经元本身电兴奋性的改变）用于快速的短期适应,,该模型才成功再现了观察到的动态变化。 这种双机制框架调和了先前文献中相互矛盾的结果。一些早期研究报告称，随着刺激变得熟悉，神经放电减少；另一些研究则发现活动增加。新结果表明，这些看似矛盾的发现反映了不同时间尺度在同一皮层回路中同时运作。 “对于许多类型的学习，我们会在不同的时间尺度上与新的信息互动，”研究人员指出。”这项研究表明，灵长类大脑使用的是并行机制,,每种机制都适应其时间尺度,,而不是单一的、更慢的过程。” 这些发现为理解即时感官体验如何转化为持久记忆提供了一个新的框架，这是认知神经科学中的一个基本问题。 婷 翻译

1776年7月4日，《独立宣言》签署之时，人类所知的宇宙还很渺小。当时只确认了五颗行星（水星、金星、火星、木星、土星）。日心说已经确立。银河是天空中一道模糊的光带。而据当时所知，这道光带就是整个宇宙。 250年后的今天，我们知道我们的星系只是数万亿个星系之一，宇宙已经膨胀了138亿年，并且其95%的内容是看不见的暗物质和暗能量，我们才刚刚开始理解它们。从最初的认知到现在的认识，这是一段四次概念革命的故事，每一次都由美国科学引领或深刻塑造。 太阳：从煤炭到核聚变 1863年，《科学美国人》发表了一篇文章，驳斥了一个异常顽固的观点：太阳是一块燃烧的煤炭。数字让这个观念显得荒谬，如果它是煤炭，以观测到的能量输出率计算，太阳只能维持5000年。该杂志估计太阳的寿命在1亿到4亿年之间，虽然仍然偏短，但迈出了正确方向的一步。 真正的答案出现在1920年，当时亚瑟·爱丁顿提出恒星由核聚变提供能量，将氢转化为氦。1938年，汉斯·贝特计算出了质子-质子链和CNO循环，即实际的机制。太阳不是燃烧，而是在聚变。这种聚变使其寿命不是数百万年，而是数十亿年。 以太：改变一切的空结果 1887年7月，在俄亥俄州克利夫兰的一个地下室里，阿尔伯特·迈克耳孙和爱德华·莫雷进行了一项实验，该实验成为”科学史上最重要的零结果”。他们建造了一台干涉仪，用来测量光速因地球穿过假想的”发光以太”（一种被认为充满整个空间的不可见介质）的运动方向而产生的差异。 他们没有发现任何差异。以太并不存在。 这个零结果为1905年爱因斯坦的狭义相对论和1915年的广义相对论扫清了道路，后者用对空间、时间和引力全新的概念取代了以太。迈克耳孙-莫雷实验，在美国本土构思并执行，是现代物理学赖以建立的实验基础。 银河系及更远 1785年，威廉·赫歇尔绘制了银河系地图，并得出结论认为银河系呈盘状，太阳系位于其中心。1918年，哈洛·沙普利利用对球状星团的观测证明，太阳系根本不在中心，而是在大约27000光年之外，这一降级比哥白尼的发现更为深刻。 但已知宇宙最戏剧性的扩张发生在1923年。埃德温·哈勃使用加利福尼亚威尔逊山天文台的100英寸胡克望远镜，对仙女座星云进行了成像，并分辨出其中的单颗恒星，包括让他能够计算其距离的造父变星。仙女座星系至少距离100万光年（后来修正为250万光年），远远超出银河系的边界。它是一个独立的星系。 宇宙刚刚以难以想象的规模扩展了。银河系之外的一切，每个星云、每团模糊的光斑，现在都被理解为另一个恒星之岛。 从膨胀到加速 1929年，哈勃有了另一个发现：星系正在远离我们，而且距离越远，退行越快。宇宙在膨胀。爱因斯坦曾经引入一个”宇宙学常数”来保持他的静态宇宙模型，后来称之为他最大的错误。 70年来，宇宙学家假设膨胀在引力的牵引下正在减速。1998年，两个国际团队，均由美国科学家领导（索尔·珀尔马特、亚当·里斯和罗伯特·基什纳），各自独立发现了相反的情况：膨胀正在加速。某种东西正在将星系推开。这个未知的东西被命名为暗能量。 如今，暗能量和暗物质共同占据了宇宙内容的95%。我们通过引力效应知道它们的存在，但我们不知道它们是什么。 未来250年 在2126年，美国建国500周年之际，我们的视野将是什么样子？哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜以及即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，有望进一步推动对暗物质和暗能量本质的理解。如果过去250年的模式能够延续，答案将是谦卑的：宇宙比我们想象的还要奇特。 婷 翻译 来源 Lea R. “Space science has come a long way since July 4, 1776. Here’s a look back at the saga.” Space.com, 2026年7月4日. https://www.space.com/astronomy/space-science-has-come-a-long-way-since-july-4-1776-heres-a-look-back-at-the-saga

每次细胞分裂时，其整个基因组，人类中为30亿个碱基对，必须以近乎完美的保真度进行复制。这个过程从一种名为DNA引物酶的酶开始，它合成DNA聚合酶开始复制所需的短RNA引物。引物酶本身如何启动一直是一个长期存在的难题：它必须精确选择正确的两个核苷酸来形成第一个二核苷酸键，而没有任何预先存在的链可以延伸。 7月3日发表在《自然·通讯》上的一项由苏黎世联邦理工学院和亚琛工业大学研究人员完成的研究，利用核磁共振波谱技术以原子级细节揭示了答案。该机制涉及一种意想不到的非对称性，即”第二优先”顺序，第二个核苷酸驱动模板识别，而第一个核苷酸则处于未配对状态。 这项研究由苏黎世联邦理工学院的Pengzhi Wu和Frederic Allain领导，研究对象是来自古菌Sulfolobus islandicus的pRN1质粒的一种小型耐热引物酶。由于这种引物酶体积小、为单亚基且在高温下稳定，它是结构解析的理想系统。 两步组装 DNA引物酶在其辅助结构域中同时结合DNA模板和两个起始核苷酸。关键发现是这两个核苷酸中最初只有第二个与模板形成碱基对。第一个核苷酸在此阶段保持未配对状态，通过蛋白质相互作用固定。 这个未配对的第一个核苷酸触发了一个称为模板碱基翻转的过程，模板链将其相对的碱基从正常的螺旋堆中旋转出来，进入一个结合口袋，类似于DNA修复酶中的机制。翻转的碱基参与连接子相互作用，诱导酶发生闭合构象变化。 在闭合状态下，第二个核苷酸从起始位点移动到延伸位点，第一个核苷酸最终在起始位点形成正确的碱基对。两个核苷酸现在都已就位，准备催化形成初始磷酸二酯键。 “这是一个在启动催化之前的内置校对检查点，”该机制表明：通过要求第二个核苷酸在第一个核苷酸锁定到位之前正确配对，引物酶避免了以错配的第一个碱基启动。 保守性与意义 pRN1引物酶是一种古菌酶，但该机制被认为在生命域中是保守的，这意味着相同的”第二优先”组装可能也在人类引物酶中运作。如果得到确认，这一发现将解决复制生物学中的一个基本谜题：引物酶在启动步骤中如何实现保真度，在该步骤中，由于没有新生链可检查，经典校对（3′-5’核酸外切酶活性）无法使用。 结构细节还为设计抑制剂开辟了途径，这些抑制剂可以阻断病原体（病毒、细菌和寄生虫）中的引物合成，而不会靶向宿主引物酶。在合成生物学中，最小的pRN1系统为设计具有可调启动特异性的人工引物酶提供了模板。 翻译者: 婷