40歲和60歲是衰老的關鍵轉折點；未來科學大獎獲獎人揭曉 | 科技周覽_風聞
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2024未來科學大獎獲獎人揭曉
8月 16日，2024未來科學大獎獲獎名單揭曉。北京大學博雅講席教授、昌平實驗室領銜科學家鄧宏魁因開創了利用化學方法將體細胞重編程為多能幹細胞，改變細胞命運和狀態方面的傑出工作獲得“生命科學獎”；中國科學院大連化學物理研究所研究員張濤、清華大學教授李亞棟因對“單原子催化”的發展和應用所作出的開創性貢獻獲得“物質科學獎”；浙江大學數學高等研究院教授孫斌勇因在李羣表示論上作出的傑出貢獻獲得“數學與計算機科學獎”。
未來科學大獎設立於2016年，是由科學家、企業家羣體共同發起的民間科學獎項，旨在獎勵在大中華地區作出傑出科技成果的科學家。該獎項關注原創性的基礎科學研究，設置“生命科學獎”“物質科學獎”“數學與計算機科學獎”三個獎項，每年一屆，單項獎金約720萬元人民幣（等值100萬美元）。2024未來科學大獎周將於10月30日-11月3日在香港舉行。
40歲和60歲是衰老的關鍵轉折點
“君不見高堂明鏡悲白髮，朝如青絲暮成雪。”老去無可避免，但急和緩有很大區別。一項8月14日發表於Nature Aging的研究發現，衰老並非是一個持續穩定的過程，在40歲和60歲附近，有兩次加速衰老的“斷崖”。
在這項研究中，研究團隊對108名年齡在25至75歲之間的參與者進行了長達6.8年的多組學縱向研究。這些參與者生活在美國加州，研究人員定期採集他們的血液、糞便、皮膚、口腔和鼻腔樣本，從中提取多組學數據。這些數據不僅涵蓋了參與者的基因表達、蛋白質水平、代謝產物水平，還包括了體內微生物的變化。
分析發現，衰老並不是一個簡單的線性過程，而是存在着顯著的非線性變化，尤其是在40歲和60歲這兩個關鍵的時間點。這些發現顛覆了我們對衰老過程的傳統認知，表明了在特定的年齡階段，人體的分子標誌物和生理功能會經歷劇烈的變化。
人體在40歲左右開始經歷第一個重要的轉折點。這一時期，涉及心血管健康、脂質代謝和酒精代謝的分子路徑開始發生顯著變化。例如，心血管疾病的風險在這個年齡段開始顯著增加，同時脂質和酒精代謝相關的功能也出現了顯著的變化。這些變化標誌着身體開始進入一個更易受衰老相關疾病影響的階段。
這些非線性變化不僅僅是在生理功能層面體現出來的，還在分子層面揭示了衰老的複雜機制。研究發現，與氧化應激、mRNA穩定性和自噬相關的基因表達在60歲後發生了顯著變化。這些過程在細胞維持和清除受損組分中起着至關重要的作用。
此外，隨着年齡的增長，血漿中的苯丙氨酸水平會逐漸升高，這與心臟功能的退化有關。而在60歲後，腎功能和血糖水平的變化則表明，老年人更易罹患腎臟疾病和2型糖尿病。隨着年齡增長，身體在不同的階段會經歷不同的疾病風險。研究人員表示，未來這些研究成果或將被應用於開發新型的健康監測工具，幫助人們在40歲和60歲這兩個關鍵的轉折點前採取預防措施，從而延長健康壽命。
相關論文：https://www.nature.com/articles/s43587-024-00692-2
蟑螂能抵抗家用殺蟲劑
殺蟲噴霧主要噴灑在蟑螂可能出現的表面，蟑螂在經過這些區域時會接觸到有毒成分並死亡。然而，一項8月14日發表於Journal of Economic Entomology的研究發現，常見的家用擬除蟲菊酯殺蟲劑已經對蟑螂“幾乎不起作用”。
德國小蠊是全球最普遍、最猖獗和最難治理的一種蟑螂。此前研究表明，家庭環境中的德國小蠊已經普遍對擬除蟲菊酯產生了耐藥性，但基於這種成分的殺蟲劑實地效果如何，還缺乏相關數據。新研究表明，將德國小蠊在殺蟲劑噴灑區域暴露30分鐘後，殺滅率不足20%。即使將蟑螂一直限制在噴灑區域，大多數擬除蟲菊酯殺蟲劑也需要8到24小時才能將其殺死，有些產品甚至需要長達五天時間。
研究人員表示，由於擬除蟲菊酯殺蟲劑的頻繁使用，家庭中的德國小蠊已經對其產生了一定程度的耐藥性。此外有研究表明，蟑螂會盡量避免長時間停留在殺蟲劑噴灑區域，因此通過殺蟲噴霧來殺滅蟑螂的效果並不理想。作者認為，比起噴霧，更有效的蟑螂防治辦法是設置毒餌。
相關論文：http://dx.doi.org/10.1093/jee/toae158
城市趨向于越來越高，而不是越來越大
過去幾十年裏，大部分城市的建築環境越發密集，城市規模不斷擴張，向周圍“攤大餅”；與此同時，各式樓宇也如雨後春筍，建得越來越高。在一定程度上，這兩種擴張方向反映了現代城市的發展模式。8月5日發表在Nature Cities上的一項研究發現，自1990年代以來，城市的發展趨勢從“越來越大”轉向了“越來越高”。
研究分析了全球1550座城市從1990年代至2010年代的衞星數據，表徵過去30年的城市發展變化。衞星數據有兩類：一類是二維城市足跡，用以追蹤城市的橫向擴張；另一類基於成束微波的反射，能夠反映城市的縱向發展。研究人員藉此分析城市建築環境在橫和縱兩個方向的變遷。
結果發現，過去30年裏城市建築的擴張方向在逐漸由橫轉向縱。1990年代以來，大多數地區和大城市的橫向擴張速度趨緩，而幾乎所有城市和地區的縱向發展速度都在加快。作者指出，這種趨勢也有例外：比如在中國、東南亞和非洲的一些城市，自2010年代以來橫向擴張的速度仍然超出了縱向發展。研究人員認為，該研究結果有助於理解城鎮化進程，並在城市規劃和資源調配中發揮作用。
相關論文：https://www.nature.com/articles/s44284-024-00100-1
火星內部深層存在大量液態水
火星上的地震和隕石撞擊會產生地震波，這些震波可以幫助繪製火星內部結構。一項新研究分析了由美國航空航天局（NASA）“洞察號”無人探測器檢測到的火星地震波，認為在火星地下深層存在一個充滿液態水的孔隙和裂縫區。
研究人員通過數學模型來分析地震波信號，該模型也被用來勘探地球的地下水層和油田。結果發現，儲水區域存在於火星表面以下11公里至20公里的地方，其液態水儲量遠超火星地表曾經有過的海洋。儘管這些地下水資源因位置太深而無法開採，但其有可能為生命提供庇護。
此前已有大量證據支持火星表面曾有液態水流動，但那個“濕潤年代”早在30多億年前就結束了。新研究表明，火星上的大部分水並未逃逸到太空，而是滲入了火星地殼。研究人員表示，該結果為了解火星的過去提供了線索，儲水層也可能存在生命。相關論文8月12日發表於PNAS。
“洞察號”無人探測器於2018年降落在火星表面。2022年12月21日，NASA宣佈，在對火星進行了4年多的科學探測後，“洞察號”正式結束任務。2018年至2022年間，儀器檢測到數百次火星地震。通過分析“洞察”號收集的地震數據，研究人員對火星地殼厚度、核心的深度和組成，以及地幔温度信息有了更多瞭解。（新華社）
相關論文：https://doi.org/10.1073/pnas.2409983121
好好睡一覺，記憶力更強
8月15日發表於Science的一項新研究為睡眠的重要作用提供了新的證據，研究人員發現，負責學習和記憶的關鍵腦區——海馬體，在人體睡眠時會產生一種特殊的神經活動模式，對記憶的鞏固發揮了不可或缺的作用。
此前研究表明，記憶的鞏固發生在睡眠期間，尤其是非快速眼動（NREM）階段。大腦的海馬體會在這個階段出現一種很特殊的活躍放電模式，被稱為尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR）：一批神經元同步放電後，緊接着第二批神經元開始同步放電，像漣漪次第散開。
研究人員在小鼠的海馬體中植入電極，記錄它們在學習新任務以及隨後睡眠期間的神經元活動模式。除尖波漣漪外，他們注意到在NREM階段，神經網絡中還有一種新的集羣放電模式，可以與尖波漣漪形成“平衡”。
海馬體被細分為CA1、CA2、CA3三個區域。研究發現，活躍的CA1和CA3區域有時會突然變得安靜，而此時CA2的神經元發出了一長串動作電位（BARR）。與平均持續50毫秒的尖波漣漪相比，BARR的平均持續時間長達300毫秒。兩者都在學習後的睡眠過程中立即增加並頻繁出現，隨着時間推移逐漸減少。而且兩種放電模式總是交替出現，如果利用光遺傳學技術人為增加CA1的尖波漣漪，很快由CA2主導的BARR也會增加。
進一步研究顯示，在NREM睡眠的早期，曾在清醒狀態下參與學習的海馬CA1神經元通過尖波漣漪被重新激活，然後隨着BARR的出現，CA1神經元的活性在NREM後期逐漸下降到基線水平。通過BARR的“重置”，學習相關的CA1神經元也就可以不斷地被再激活，重現學習時的神經活動。
儘管BARR似乎抑制了尖波漣漪，但實驗顯示，BARR的抑制作用對記憶鞏固來説不可或缺。如果人為破壞BARR，尖波漣漪仍會出現，但相關神經元的活動時間被過於拉長，神經元之間的連接出現異常，結果反而損害記憶能力。
研究人員總結説，學習後的神經元再激活需要達到一個平衡狀態，過高或過低都會導致記憶問題，而新發現的BARR模式通過微妙地調控這種平衡，有助於防止神經元活動過度。這再次表明，在學習後好好睡上一覺很有必要，可以讓大腦為持續不斷地學習和吸收新知識做好準備。（學術經緯）
相關論文：https://doi.org/10.1126/science.ado5708
沒有找到暗物質，但給出了超重暗物質屬性的最強限制
近日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）合作組搜尋超重暗物質粒子所產生的高能伽馬射線信號，雖未能發現暗物質產生的顯著信號，但給出了超重暗物質粒子性質最嚴格的限制。
暗物質是天文觀測發現的存在於宇宙中的一種不發光的神秘物質，佔宇宙物質組成的85%，但暗物質粒子至今還沒有被直接探測到。探測暗物質粒子是當前物理學和天文學共同關注的重大課題。在過去的20年間，世界上開展了一系列搜尋暗物質粒子的大型實驗，集中搜索質量在0.1太電子伏特（TeV）附近的暗物質。
暗物質粒子在密度高的地方可以相互碰撞並湮滅產生伽馬射線，通過研究這些伽馬射線就能發現並確定暗物質粒子的性質。LHAASO實驗對高能伽馬射線具有極強的探測能力，從而對超重暗物質粒子產生的信號有非常高的靈敏度，並能覆蓋非常寬廣的質量範圍。矮橢球星系是被銀河系引力束縛的小星系，也稱為衞星星系，普通物質含量少，天體活動非常微弱，其主要成分由暗物質組成，是搜尋暗物質信號的理想對象。本次研究利用LHAASO數據搜尋來自銀河系16個矮橢球星系的暗物質湮滅所產生的高能伽馬射線信號。結果對質量大於約10 TeV的暗物質粒子屬性給出了最強的限制。相關研究8月7日發表於Physical Review Letters。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.061001
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