2019年五大科学之谜

陆成宽

虽然科学的脚步每天都在飞速前行，但依然有太多的“黑暗”需要科学之光来照亮。2019年，我们探究了大脑遗忘的奥秘，解释了青藏高原“人骨湖”形成的种种可能，“彻查”了5亿年前地球氧气猛增和先有鸡还是先有蛋的科学真相……

水到底是一种液体还是两种液体

水很寻常，我们洗衣、做饭、饮用都离不开它。但是，这看似普通的水却仍然有很多待解的谜题。科学家甚至连它是一种液体还是两种液体都还在争论。

如果压强或温度改变，水的状态就可能发生变化。水在两种形态相互转化的过程中，总有一个过渡点，比如在液态和气态相互转化的过渡点上，水既会表现出液态水的性质，又会表现出气态水的性质。这个点被称为“临界点”。

通常情况下，水温越低，分子越不活跃，密度起伏应该越小。然而，研究人员却发现了一个反常的现象：低温下水的密度会发生起伏，温度越低，密度起伏越大。对于这种密度的变化，他们给出的解释是，水有第二临界点。在第二临界点之上，水会在两种状态之间快速转变。在这个临界点处，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。

在中科院物理研究所研究员孟胜看来，虽然一直都有人认为水是两种不同性质的液体的混合，但现在并没有被完全证实，这种观点还处在假说的阶段。

究竟是先有鸡还是先有蛋

究竟是先有鸡还是先有蛋，始终是一个充满争议和趣味的话题。2019年12月，来自中国科学院南京地质古生物研究所等单位的研究人员，在我国贵州瓮安生物群——一个距今6.1亿年的特异埋藏化石库中找到了一类名叫“笼脊球”的化石。通过对这种生物形态的研究观察，他们还原了原始胚胎发育的过程。如果把动物比作一只鸡，那么这类化石就相当于记录了“蛋生鸡”的过程。笼脊球化石为回答先有鸡还是先有蛋的问题提供了重要线索。

根据大数据集的分析，南京地质古生物研究所副研究员殷宗军认为，如果将动物比喻成一只鸡的话，复杂的胚胎发育过程就是孵化出小鸡的蛋，它桥接了动物的单细胞祖先和动物多细胞祖先之间的鸿沟。而笼脊球化石的发现恰恰就表明，孵化出动物这只“小鸡”的“蛋”在6.1亿年前就已经出现了。

是什么让地球氧气在5亿年前猛增

氧氣是人类和动物赖以生存的基础。但是，远古时期的地球曾极度缺氧，是一片不折不扣的生命禁区。然而，到了距今5.8至5.2亿年左右，地球氧气却猛地增加了。似乎有一种神秘力量在左右着地球氧气含量的平衡点。多年来，科学家一直在寻找那股神秘力量。它究竟是什么？又是如何发挥作用的？

中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎带领的中英合作团队耗时数年，对距今5.8到5.2亿年前后的地质层和生命演化做了进一步的观察和研究，对地层中的碳同位素进行对比分析，对这一时期地球氧气迅速增加的原因给出了新的见解。他们认为距今5.7亿年前后，地球上的主要大陆通过拼合形成了一个超大陆和位于超大陆内部的超级中央造山带，将8亿年前后大量沉积的蒸发岩矿物风化剥蚀输入海洋。蒸发岩作为一种氧化剂，使得大气和海洋中的氧气快速增加，为大型复杂多细胞生物的快速演化提供了基础。

确定“人骨湖”成因还需更多证据

2019年9月，美国科学家发表了一项关于喜马拉雅山脉“人骨湖”的研究成果。“人骨湖”本名叫“卢普康”，位于喜马拉雅山脉西南侧，因二战期间被发现时的恐怖画面而更名：成百上千根人类大腿骨、肋条、手指节飘荡在湖水中，还有许多碎骨躺在湖畔的石滩上。这一发现立即吸引了全世界的目光。几十年来，众多历史学家、科学家和考古学家纷纷试图解答这几百人是什么身份？为什么会集中死在这里？

美国哈佛医学院的研究人员对来自“人骨湖”的38具骸骨做了DNA分析和放射碳测年。测年结果显示，这些骸骨来自公元800至1800年，男女比例基本对半分，其中14名个体可追溯至公元1800年左右。时间相隔约1000年，说明这些骸骨是因多次事件而堆积在此，并不是在同一时间内集体死亡的。这就推翻了之前战争说和瘟疫说。

目前比较靠谱的是宗教说。“人骨湖”不远处就是全印度第二高峰楠达德维峰，著名的冈仁波齐就在楠达德维再往北一点。楠达德维也是当地宗教文化中的“圣山”，“人骨湖”正好地处朝拜“圣山”的路线上。很有可能，那些信徒在朝拜过程中不幸遇难，最终汇集到了地势低洼地带的湖区。研究团队认为，宗教说至少可以解释部分尸体的来源，但有待更多证据来证明。

我们的大脑是怎样遗忘的

一直以来，科学家们把遗忘看作是记忆的一个小故障。然而，过去10年里，越来越多的证据表明，记忆的丧失并不是被动的过程，而更像是一种主动的过程，我们的大脑在不停地主动遗忘。

那么，如果遗忘机制是主动发生的，那么它在什么情况下会启动，遗忘机制为何会出问题等，这些目前还都有待科学研究给出答案。

通过对人类在睡眠中的监测，有一些观点可以证实，人在睡眠中会“主动遗忘”。目前关于在睡眠中遗忘机制的启动主要有两种观点，一种是可能与下丘脑黑色素聚集激素神经元有关。日本学者发现一种仅在REM期（快速眼动期）激活的一类神经元可以分泌一种“黑色素聚集激素”的物质。黑色素聚集激素神经元的激活在促进REM期睡眠的同时，显著抑制海马神经元活性，导致遗忘，动物实验也证实了该说法的可信性。

另一种观点可能与突触重整来达到突触稳态有关。研究发现，觉醒持续一定时间后，与学习记忆有关的通路会出现突触数量增多、体积增大、膜上受体过多等表现，这些变化会导致进一步占据有限空间，消耗能量，使突触传递效率下降。睡眠可移除觉醒期细胞膜上增加的受体，减小一部分并不重要的新突触。与此同时它还会巧妙地加强和保存一小部分比较重要的突触，恢复突触权重，保证突触稳态，从而提高突触传递效率。