2019年五大科學之謎

陸成寬

雖然科學的腳步每天都在飛速前行，但依然有太多的“黑暗”需要科學之光來照亮。2019年，我們探究了大腦遺忘的奧秘，解釋了青藏高原“人骨湖”形成的種種可能，“徹查”了5億年前地球氧氣猛增和先有雞還是先有蛋的科學真相……

水到底是一種液體還是兩種液體

水很尋常，我們洗衣、做飯、飲用都離不開它。但是，這看似普通的水卻仍然有很多待解的謎題。科學家甚至連它是一種液體還是兩種液體都還在爭論。

如果壓強或溫度改變，水的狀態就可能發生變化。水在兩種形態相互轉化的過程中，總有一個過渡點，比如在液態和氣態相互轉化的過渡點上，水既會表現出液態水的性質，又會表現出氣態水的性質。這個點被稱為“臨界點”。

通常情況下，水溫越低，分子越不活躍，密度起伏應該越小。然而，研究人員卻發現了一個反常的現象：低溫下水的密度會發生起伏，溫度越低，密度起伏越大。對于這種密度的變化，他們給出的解釋是，水有第二臨界點。在第二臨界點之上，水會在兩種狀態之間快速轉變。在這個臨界點處，水由兩種密度不同的“水”組成。這意味著水不是一種液體，而是兩種液體。

在中科院物理研究所研究員孟勝看來，雖然一直都有人認為水是兩種不同性質的液體的混合，但現在并沒有被完全證實，這種觀點還處在假說的階段。

究竟是先有雞還是先有蛋

究竟是先有雞還是先有蛋，始終是一個充滿爭議和趣味的話題。2019年12月，來自中國科學院南京地質古生物研究所等單位的研究人員，在我國貴州甕安生物群——一個距今6.1億年的特異埋藏化石庫中找到了一類名叫“籠脊球”的化石。通過對這種生物形態的研究觀察，他們還原了原始胚胎發育的過程。如果把動物比作一只雞，那么這類化石就相當于記錄了“蛋生雞”的過程。籠脊球化石為回答先有雞還是先有蛋的問題提供了重要線索。

根據大數據集的分析，南京地質古生物研究所副研究員殷宗軍認為，如果將動物比喻成一只雞的話，復雜的胚胎發育過程就是孵化出小雞的蛋，它橋接了動物的單細胞祖先和動物多細胞祖先之間的鴻溝。而籠脊球化石的發現恰恰就表明，孵化出動物這只“小雞”的“蛋”在6.1億年前就已經出現了。

是什么讓地球氧氣在5億年前猛增

氧氣是人類和動物賴以生存的基礎。但是，遠古時期的地球曾極度缺氧，是一片不折不扣的生命禁區。然而，到了距今5.8至5.2億年左右，地球氧氣卻猛地增加了。似乎有一種神秘力量在左右著地球氧氣含量的平衡點。多年來，科學家一直在尋找那股神秘力量。它究竟是什么？又是如何發揮作用的？

中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎帶領的中英合作團隊耗時數年，對距今5.8到5.2億年前后的地質層和生命演化做了進一步的觀察和研究，對地層中的碳同位素進行對比分析，對這一時期地球氧氣迅速增加的原因給出了新的見解。他們認為距今5.7億年前后，地球上的主要大陸通過拼合形成了一個超大陸和位于超大陸內部的超級中央造山帶，將8億年前后大量沉積的蒸發巖礦物風化剝蝕輸入海洋。蒸發巖作為一種氧化劑，使得大氣和海洋中的氧氣快速增加，為大型復雜多細胞生物的快速演化提供了基礎。

確定“人骨湖”成因還需更多證據

2019年9月，美國科學家發表了一項關于喜馬拉雅山脈“人骨湖”的研究成果。“人骨湖”本名叫“盧普康”，位于喜馬拉雅山脈西南側，因二戰期間被發現時的恐怖畫面而更名：成百上千根人類大腿骨、肋條、手指節飄蕩在湖水中，還有許多碎骨躺在湖畔的石灘上。這一發現立即吸引了全世界的目光。幾十年來，眾多歷史學家、科學家和考古學家紛紛試圖解答這幾百人是什么身份？為什么會集中死在這里？

美國哈佛醫學院的研究人員對來自“人骨湖”的38具骸骨做了DNA分析和放射碳測年。測年結果顯示，這些骸骨來自公元800至1800年，男女比例基本對半分，其中14名個體可追溯至公元1800年左右。時間相隔約1000年，說明這些骸骨是因多次事件而堆積在此，并不是在同一時間內集體死亡的。這就推翻了之前戰爭說和瘟疫說。

目前比較靠譜的是宗教說。“人骨湖”不遠處就是全印度第二高峰楠達德維峰，著名的岡仁波齊就在楠達德維再往北一點。楠達德維也是當地宗教文化中的“圣山”，“人骨湖”正好地處朝拜“圣山”的路線上。很有可能，那些信徒在朝拜過程中不幸遇難，最終匯集到了地勢低洼地帶的湖區。研究團隊認為，宗教說至少可以解釋部分尸體的來源，但有待更多證據來證明。

我們的大腦是怎樣遺忘的

一直以來，科學家們把遺忘看作是記憶的一個小故障。然而，過去10年里，越來越多的證據表明，記憶的喪失并不是被動的過程，而更像是一種主動的過程，我們的大腦在不停地主動遺忘。

那么，如果遺忘機制是主動發生的，那么它在什么情況下會啟動，遺忘機制為何會出問題等，這些目前還都有待科學研究給出答案。

通過對人類在睡眠中的監測，有一些觀點可以證實，人在睡眠中會“主動遺忘”。目前關于在睡眠中遺忘機制的啟動主要有兩種觀點，一種是可能與下丘腦黑色素聚集激素神經元有關。日本學者發現一種僅在REM期（快速眼動期）激活的一類神經元可以分泌一種“黑色素聚集激素”的物質。黑色素聚集激素神經元的激活在促進REM期睡眠的同時，顯著抑制海馬神經元活性，導致遺忘，動物實驗也證實了該說法的可信性。

另一種觀點可能與突觸重整來達到突觸穩態有關。研究發現，覺醒持續一定時間后，與學習記憶有關的通路會出現突觸數量增多、體積增大、膜上受體過多等表現，這些變化會導致進一步占據有限空間，消耗能量，使突觸傳遞效率下降。睡眠可移除覺醒期細胞膜上增加的受體，減小一部分并不重要的新突觸。與此同時它還會巧妙地加強和保存一小部分比較重要的突觸，恢復突觸權重，保證突觸穩態，從而提高突觸傳遞效率。