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　　2019年，解科学之谜我们离真相更近一步

我们的记者卢成宽

尽管科学的步伐每天都在飞速前进，为我们揭示了一个又一个真理，但在我们生活的这个广阔世界里，仍然有太多的“黑暗”需要被科学之光照亮。

2019年，我们探索了意识生成和大脑遗忘的奥秘。解释了地球磁极颠倒和青藏高原“人骨湖”的形成。“彻底调查”科学真相，即5亿年前地球上的氧气急剧增加，先有鸡或蛋.今年，尽管仍有许多未能最终解决的秘密，科学家们从未停止他们的研究。

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水是液体还是两种液体？

水很常见。没有它，我们不能洗衣服，做饭和喝酒。我们似乎对水了解得最多，但这种看似普通的水仍有许多难题有待解决，科学家们仍在争论它是一种液体还是两种液体。

如果压力或温度改变，水的状态可能会改变。两种形式的水在相互转化的过程中总是有一个转变点。例如，在液态和气态相互转化的转变点，水将显示液态水和气态水的性质。这一点被称为“临界点”。

通常，水温越低，分子活性越低，密度波动就应该越小。然而，研究人员发现了一个异常现象:水的密度在低温下波动。温度越低，密度波动越大。对于这种密度变化，他们的解释是水有第二个临界点。在第二个临界点以上，水将在两种状态之间快速转换。在这个临界点，水由两种密度不同的“水”组成。这意味着水不是一种液体，而是两种液体。

然而，许多人对水是两种液体的事实持怀疑态度，甚至一些科学家批评这个结果是假的。大多数研究者认为水的性质可以用传统理论来解释。其中一种观点认为，在非常低的温度下，过冷水会变成无序的固体，或者这是水在凝固过程中的一种特殊现象。

根据中国科学院物理研究所研究员孟胜的说法，虽然有些人一直认为水是两种性质不同的液体的混合物，但仍然没有确凿的证据，也没有得到充分的证实。这一观点仍处于假设阶段。“2”是先有鸡还是先有蛋一直是一个有争议且有趣的话题。今年12月，中国科学院南京地质古生物研究所等单位的研究人员在中国贵州瓮安生物群中一个特别埋藏的化石库中发现了一种叫做“笼脊球”的化石。

通过对这种生物形式的研究和观察，他们恢复了最初的“胚胎发育”过程。如果把动物比作鸡，那么这些化石就相当于记录了“在鸡身上产卵”的过程。笼脊化石为鸡还是蛋最先出现的问题提供了重要线索。

经过十多年的收集和研究，南京地质古生物研究所副研究员尹宗俊及其团队在贵州瓮安生物群中先后发现了233个笼状球菌化石标本。

它们呈现了从单细胞动物到多细胞动物的各种过渡形式。根据对大型数据集的分析，科学家们已经找到了进化的规则。从扫描效果图中，记者看到了这种化石在不同阶段的“胚胎发育”过程，从内部呈现出中空的“笼状”身体到“实心球”。

尹宗俊认为，如果把动物比作鸡，复杂的胚胎发育过程就是孵化鸡的蛋，这就弥合了动物单细胞祖先和多细胞祖先之间的鸿沟。笼脊球化石的发现表明，孵化这种动物“鸡”的“蛋”出现在6.1亿年前。

从大型陆地动物到小型受宠动物

几十吨恐龙是如何飞向天堂的

在学术界，有许多关于鸟类起源于恐龙的假设。其中，英国学者托马斯·赫胥黎(thomas huxley)于1868年正式提出的鸟类和兽脚类动物起源理论，自20世纪70年代以来逐渐成为学术界的主流假设。

从大型陆地动物到小型受宠动物

2014年，来自澳大利亚和其他国家的研究人员基于120种恐龙的1500多个解剖特征，建立了一个复杂的数学模型来分析恐龙进化过程中的形状变化。分析结果显示，一种兽脚类恐龙一代一代地萎缩，经过5000万年的“瘦身”，最终进化成一种鸟类。一年前它的平均重量是163公斤，当它进化成始祖鸟时，体重下降到0.8公斤。

恐龙想成为鸟类。除了小，它们还需要能够飞。鸟儿展翅飞翔。早些时候，古生物学家在中国辽宁建昌发现了近1.6亿年前的化石。中国科学院脊椎动物古生物学研究所研究员徐星(Xu Xing)表示，近鸟龙长而结实的前肢有着与鸟类相似的飞羽排列方式，表明至少1.6亿年前恐龙身上就出现了翅膀的雏形。除了附近的鸟龙(Bird Dragon)，还有其他几种兽脚类恐龙，如小盗龙和尾龙，它们的结构类似羽毛翅膀。

结合这些化石证据，恐龙可能已经经历了成为鸟类的阶段。一些恐龙的身体逐渐变小，看起来越来越像鸟:它们的骨头是中空的，身体很轻。大脑扩大，行动迅速；前腿越来越长，可以像鸟的翅膀一样扇动。它们的体表长出了美丽的羽毛，不再被鳞片覆盖。

虽然对于恐龙是如何进化成鸟类没有具体的答案，但是无论如何，不会飞的恐龙最终成为了最受青睐的恐龙。他们飞到蓝天，从而开辟了一个新的生活世界。是什么导致了五亿年前地球的氧气激增？

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氧气是人类和动物生存的基础。然而，在古代，地球极度缺氧，是绝对禁止生命进入的区域。然而，大约5.8亿到5.2亿年前，地球的氧气急剧增加。

似乎有一种神秘的力量控制着地球上氧含量的平衡点。科学家们多年来一直在寻找这种神秘的力量。什么事？它是如何工作的？

在此之前，流行的假设是“生物和环境的共同进化模型”。该模型提出的正反馈机制显示了氧气增加的线性加速，这与大约5.8亿-5.2亿年前大气和海洋氧气含量大规模波动和生物体经历周期性辐射演化的实际情况不一致。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱毛焰领导的中英合作小组，花了几年时间，进一步观察和研究了5.8亿至5.2亿年前的地质地层和生命演化，对地层中的碳同位素进行了对比分析，提出了新的地球系统模型，并对这一时期地球氧迅速增加的原因提出了新的看法。

他们认为大约5.7亿年前，地球上的主要大陆通过合并形成冈瓦纳超大陆和位于超大陆内部的超级中央造山带，这将大约8亿年前大量沉积的蒸发岩矿物通过风化和侵蚀输送到海洋中。作为氧化剂，蒸发岩迅速增加大气和海洋中的氧气，为大型复杂多细胞生物的快速进化提供了基础。“5”地球磁极反转的原因尚未确定。

今年1月《自然》报道，由于地核中液态铁的移动，地磁北极正不断从加拿大移动到西伯利亚，并以非常快的速度移动。地磁北极的快速移动迫使科学家们紧急更新世界地磁场模型。

有人说地球的核心磁场似乎正在减弱，这可能是地球磁场即将逆转的信号。一些国际研究团体还表示，地磁场的变化被夸大得太多，现在说磁极将反转还为时过早。

20世纪40年代发展起来的“发生器理论”认为地磁北极快速迁移的原因是“加拿大下方的高速液态铁射流”。喷出的液态铁流体削弱了加拿大附近的磁场，从而将地磁北极移向磁场更强的俄罗斯西伯利亚。科学家们认为地磁北极的位置可能由相互的磁场决定

在地球的漫长历史中，有过多次磁极倒转。磁极反转的原因至今尚未确定，主流有以下三种假设:一是认为磁极反转是由于地球处于银河系的大磁场中，地球磁极反转是基于银河系磁极反转的事实；第二是地球内部的物质不断碰撞，碰撞的结果使地球内部的磁场不断调整和变化。第三个是陨石撞击地球，导致磁场改变。然而，不管怎么说，现在人们猜测人类对地球和宇宙的探索将会继续。

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谁将揭开杰尼索夫人的面纱

今年10月，以色列和西班牙科学家在《细胞》杂志上报道，他们根据杰尼索夫人的表观遗传信息重建了杰尼索夫人的外貌，这是杰尼索夫人骨骼解剖特征的首次修复。

杰尼索夫人是生活在最后一个冰河世纪的人类物种，他们的名字来自西伯利亚的杰尼索夫人洞穴。由于迄今为止发现的杰尼索夫人化石如此之少，这个古老的人类一直是神秘的。

中国科学院青藏高原研究所所长陈发虎院士说，杰尼索夫人的化石证据和相关研究仍然非常有限，不足以讨论他们的起源。从杰尼索夫人化石的已知形成时间来看，夏河中杰尼索夫人化石的最小年龄是16万年前，杰尼索夫人洞穴中最古老的杰尼索夫人化石可能是19.5万年前。这两个地方的化石年代没有什么不同，所以很难说哪个出现得更早。

至于迄今为止发现杰尼索夫化石的两个地点，无法推断出具体的迁移路线。根据这两个地方的自然环境、杰尼索夫人和现代藏族人群的遗传学研究结果以及EPAS1基因在高山缺氧环境中的携带情况，推测杰尼索夫人可能有一条大致从南向北的传播路线，但目前还没有直接证据证明这一点。

在陈发虎看来，目前杰尼索夫人在杰尼索夫山洞的基因组研究可以反映出他们可能已经广泛分布在东亚。未来在东亚的一些新发现将促进我们对这一古老群体的理解，包括其起源和迁徙路线。

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确定“人骨湖”成因需要更多证据

今年9月，美国科学家发表了一项关于喜马拉雅山“人骨湖”的研究结果。人骨湖，原名卢普康，位于喜马拉雅山的西南侧。它被重新命名是因为第二次世界大战期间发现的恐怖图像:数百根人类大腿骨、肋骨、漂浮在湖里的手指关节，以及许多躺在湖边岩石海滩上的断骨。

这一发现立即引起了全世界的注意。几十年来，许多历史学家、科学家和考古学家试图解释这数百人的身份。你为什么在这里关注死亡？

哈佛医学院的研究人员对来自“人类骨湖”的38块骨头进行了脱氧核糖核酸分析和放射性碳年代测定。年代测定结果显示，这些骨头来自公元800-1800年，男女比例约为50-50，其中14人可以追溯到公元1800年，时间间隔约为1000年，这表明这些骨头是由许多事件堆积而成，并没有同时集体死亡。这推翻了以前关于战争和瘟疫的理论。

目前更可靠的是宗教。离“人骨湖”不远的是印度的第二高峰——南达武峰。著名的贡多拉魔盒就在南达武北部。纳达德维(Nadadevi)也是当地宗教文化中的“圣山”，而“人骨湖”就在祭拜“圣山”的路上。这些信徒很可能在朝圣期间被杀害，最终聚集在低洼的湖泊中。研究小组认为宗教至少可以解释一些尸体的起源，但是需要更多的证据来证明这一点。

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人类意识从何而来

为什么人们有意识仍然是个谜。

科学家发现，当人们醒来并专注于某件事时，他们经常会看到频率高于β波的γ波，其频率为30Hz-80Hz，振幅范围不确定。假设伽马波可能与建立统一和清晰的认知有关。——

2014年，有报道称，研究人员首次通过高频电脉冲刺激大脑屏幕区域关闭人们的意识，并发现屏幕可能是一个将不同的大脑活动整合到思维、感觉和情感中的单一组织。然而，其他科学家谨慎地指出，只有一个人接受了意识关闭测试，受试者是癫痫患者，其海马受到损害，不能代表普通人。

这项研究似乎随着影像科学的发展而改变。2017年3月，《自然》杂志报道了一种新的数字重建技术以及利用这种技术带来的新发现——。在老鼠的大脑中发现了三个大的神经元，延伸到整个大脑。它引起这种感觉的原因是人类从未见过大脑中如此广泛的神经元。这些神经元来自慢形核。

对此，复旦大学医学神经生物学国家重点实验室研究员黄志立(Huang Zhili)表示，目前的发现并没有证明这是意识出现的唯一途径，很可能是多个系统的联合行动。

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我们的大脑是如何遗忘的

科学家们一直认为遗忘是记忆中的一个小错误。然而，在过去的10年里，越来越多的证据表明记忆丧失不是一个被动的过程，而是一个主动的过程，我们的大脑在不断地主动遗忘。

那么，如果遗忘机制是自愿发生的，那么它将在什么情况下开始，为什么遗忘机制会出错，等等。这些仍有待科学研究来回答。

通过对人类睡眠的监测，可以证实一些观点，即人们在睡眠中会“自愿遗忘”。目前，关于睡眠中健忘症机制的激活主要有两种观点。一种可能与下丘脑黑素细胞聚集激素神经元有关。日本学者发现，一种仅在快速眼动期(REM phase)激活的神经元可以分泌一种叫做“黑素细胞聚集激素”的物质。黑素细胞聚集激素神经元的激活可显著抑制海马神经元活动，同时促进快速眼动睡眠，导致健忘症。动物实验也证实了这一说法的可信度。

另一种观点可能与突触重组以实现突触体内平衡有关。研究发现，在觉醒持续一段时间后，与学习和记忆相关的路径会显示出突触数量增加、体积增大和膜上受体过多等迹象。这些变化将进一步占用有限的空间，消耗能量，降低突触传递效率。睡眠可以在觉醒时移除细胞膜上增加的受体，减少一些不重要的新突触。同时，它能巧妙地强化和保留少量相对重要的突触，恢复突触重量，保证突触稳定性，从而提高突触传递效率。

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中子的短暂寿命仍然令人困惑

自由中子能活多久？不到15分钟。它短暂的生命令人困惑。用不同的方法测量中子寿命有明显的差异，这我们还不能解释。科学家们相信，理解中子寿命差异的奥秘将导致新的理论，甚至突破粒子物理的标准模型。

中子与质子结合后可能会永生——，构成原子核的中子非常稳定。然而，不幸的是，当它被抛出原子核外时(例如铀核与核裂变分离)，生命倒计时开始，它很容易衰变为其他粒子。测量中子寿命的尝试已经过去了70年，但是科学家们仍然不能达成一致。

由于中子衰变的质子是带电的，使用电磁阱来感应和捕获质子流并计算它们的数量并不困难。长期以来，物理学家一直使用这种方法来近似中子寿命的确切答案。美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所的团队已经战斗了30年。2013年，他们报告了最高的准确性结果:887.7秒，正负3.1秒。

与此同时，一组科学家发现了另一种方法:将超冷中子储存在保温瓶中，并计算一段时间后中子的数量。2008年，法国和俄罗斯科学家的联合实验结果是878.5秒，正负1秒。

迄今为止，用“计数质子”方法测量的平均中子寿命约为885.4秒