每当暴风雨来临，天空中都会出现耀眼电弧。人们原本以为，闪电只是云层之间积累了足够强的电荷，空气被击穿后形成巨大电火花。但最新研究发现，真实情况可能远比想象复杂。如今越来越多物理学家开始怀疑，闪电的形成不仅和普通电学有关，甚至还可能涉及宇宙射线、伽马射线以及接近粒子加速器级别的高能物理现象。

长期以来，科学界一直有一个难题。

实验室里的电火花，需要极强电场才能让空气“崩溃”。理论上，空气必须达到每米约300万伏特的电场强度，电子才能像雪崩一样快速增殖，最终形成闪电。可问题是，科学家后来使用气球、火箭和各种探测设备进入雷暴云内部后发现，大多数雷暴云里的电场强度，其实远远达不到这个水平。

换句话说，按照传统理论，很多雷暴根本不应该产生闪电。

但现实中，地球每时每刻都有数千场雷暴正在发生。NASA的数据表明，全球同时存在的雷暴数量经常超过2000场。闪电显然比理论计算更容易出现。

这意味着，云层内部一定还隐藏着某种人类尚未完全理解的机制。

过去几十年里，科学家曾怀疑，问题可能和冰晶有关。雷暴云内部存在大量冰粒和冰晶，它们在碰撞摩擦过程中会积累电荷。一些较大的冰晶会形成尖锐结构，而尖端能够增强局部电场，就像避雷针一样。研究人员一度认为，这些冰晶可能就是触发闪电的关键。

但后来，事情开始变得越来越奇怪。

1994年，一颗原本用于观测宇宙深空爆发现象的卫星，意外在地球雷暴云附近探测到了伽马射线爆发。伽马射线通常出现在超新星爆炸、中子星碰撞或者黑洞附近，人们原本根本不认为普通雷暴能够产生这种极高能量辐射。

科学家震惊地发现，雷暴云内部似乎正在发生某种接近宇宙级别的高能过程。

美国物理学家约瑟夫·德怀尔随后提出了一种全新理论。他认为，雷暴中的电子可能会在电场中被不断加速，形成一种“相对论 runaway avalanche”，也就是“失控电子雪崩”。这些高速电子会撞击空气分子，释放更多电子，同时产生伽马射线。

而更疯狂的是，这些伽马射线还能进一步生成正电子和更多高速电子，形成链式反应。

整个过程有点像麦克风靠近音响时产生刺耳啸叫，一旦反馈开始，就会迅速放大。德怀尔认为，这种高能电子连锁反应能够在云层内部迅速增强局部电场，最终触发真正的闪电。

近年来，越来越多观测似乎开始支持这种理论。

2023年，NASA启动了一项名为ALOFT的研究计划，科学家驾驶高空飞机直接飞越加勒比海和墨西哥湾上空的强烈雷暴。他们在雷暴附近探测到了大量此前从未详细记录过的伽马射线活动。更奇怪的是，即使没有明显闪电出现，部分雷暴云本身也会持续释放微弱高能辐射。

研究人员发现，雷暴云内部其实像一个不断翻腾的高能粒子锅炉。

那里不仅存在闪电，还存在各种伽马射线闪烁、电子雪崩以及短暂高能爆发。有些现象甚至持续时间极短，只有不到千分之一秒。

与此同时，另一种更加离奇的理论也重新受到关注。

一些科学家开始怀疑，真正触发闪电的东西，也许来自外太空。

所谓宇宙射线，是来自超新星、黑洞等宇宙极端事件产生的高能粒子。这些粒子会穿越数十亿光年，最终撞进地球大气层。当它们击中空气时，会形成大规模粒子喷流，释放大量电子和正电子。

今年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的一项观测发现，某些闪电初始方向居然并不完全遵循云层电场方向。

研究人员认为，这意味着触发闪电的源头可能并不是云层本身，而是某个从外部斜向进入大气层的宇宙射线粒子束。换句话说，一次遥远恒星爆炸，理论上可能间接触发地球上的一道闪电。

这个想法听起来像科幻小说，但部分物理学家认为数据确实值得重视。

不过目前争议依然很大。因为宇宙射线本身极其复杂，相关观测也还不够充分。一些研究人员认为，现在下结论还太早。

但无论哪种理论正确，科学家已经越来越确定一件事：

闪电远远不是人们过去以为的“巨大电火花”那么简单。

它背后可能同时涉及电磁学、等离子体物理、粒子物理、大气科学甚至宇宙高能天体物理。一次短短几毫秒的闪电，也许包含了大量人类尚未完全理解的复杂过程。

而且，随着观测技术不断提升，研究人员反而发现更多无法解释的新现象。

比如某些闪电会向上喷射，形成高达几十公里的“红色精灵”和“巨大喷流”；还有些闪电会产生球状闪电、树枝状电流甚至奇怪的无线电信号。部分高空闪电甚至能直接连接地球电离层。

荷兰研究团队最近还利用大型射电望远镜，对闪电形成过程进行了超高精度成像。他们发现，闪电内部并不是单一通道，而像一棵不断生长分叉的发光树。有些分支速度极快，有些则缓慢爬行，还有部分会不断长出针状结构。

科学家现在越来越觉得，闪电其实是一种远比人类想象更加“活跃”和复杂的自然现象。

研究人员甚至开玩笑说，人类研究闪电的过程，越像在打开一个越来越奇怪的宇宙谜题。因为每当科学家以为快要找到答案时，新的观测又会暴露更多未知问题。

直到今天，人类依然无法百分之百解释，天空中第一道闪电究竟是如何真正诞生的。

本文译自：quantamagazine（编译 / 整理：olaola）

如果有一天，人类乘坐飞船前往月球深处，你大概不会希望有人在飞船里故意破坏氧气系统。

没人会随便浪费空气，也没人会故意污染水循环系统。因为所有人都知道，在封闭宇宙空间里，飞船的生命维持系统一旦受损，所有乘员都会面临危险。

但一些科学家认为，人类现在对待地球的方式，恰恰就像在不断破坏自己的宇宙飞船。

英国伦敦大学学院气候科学教授克里斯·拉普利提出，人类其实一直生活在一个巨大的“生命维持舱”里。地球的大气层、水循环、森林、海洋、土壤和生态系统，本质上都像飞船内部的维生系统，只是规模更大、变化更缓慢，因此人们往往感觉不到危机。

过去几十年，人类不断向大气中排放二氧化碳，海洋逐渐酸化，大面积森林被砍伐，土地退化，野生动物数量下降。很多事情已经持续了很久，但由于影响不是瞬间发生，人类很容易选择忽视。

科学家认为，这其实和人类大脑的进化方式有关。

远古时代，人类更擅长应对眼前危险，比如猛兽、饥饿或火灾，而不是几十年后才逐渐显现的问题。气候变化、生态崩溃和资源耗尽，往往没有立刻的疼痛感，因此很难引起本能警觉。

很多人甚至会依靠一些“心理安慰”来减轻焦虑。

比如有人认为，只要自己偶尔回收垃圾，就已经完成了环保责任；有人相信未来科技一定会自动解决所有问题；还有人干脆觉得“反正已经来不及了”，因此放弃行动。心理学家把这些现象称为“无行动巨龙”，也就是那些让人知道问题存在，却依然选择继续维持原有生活方式的心理机制。

文章中提出了一个有趣的对比。

宇航员之所以会认真保护飞船环境，是因为他们非常清楚自己正身处一个脆弱、封闭、无法逃离的小空间里。而人类对地球缺乏同样的紧迫感，只因为地球太大了，大到人们误以为资源永远不会耗尽。

实际上，越来越多科学家开始把地球视作一个“封闭系统”。

地球并不会不断自动补充无限资源。淡水、肥沃土壤、稳定气候、健康生态链，本质上都存在上限。一旦破坏速度超过自然恢复速度，整个系统就会逐渐失衡。

有学者甚至认为，人类今天面对的问题，和未来长期太空旅行中的问题本质上是相同的。

在国际空间站里，宇航员必须精准计算空气、水和能源的使用，废弃物需要循环处理，每一份资源都非常珍贵。而地球其实也一样，只不过人类过去一直习惯于“无限消耗”的思维。

文章提出，人类真正缺少的，也许并不只是政策，而是一种新的集体叙事。

过去，人类社会会因为宗教、战争、国家甚至金钱形成共同信念，但面对全球气候问题时，人类却很难形成统一行动。科学数据虽然准确，却往往缺乏情感冲击力。相比之下，一个强烈的故事可能更容易改变大众行为。

作者提出了几种比喻。

其中一种说法是，地球就像一间带着唯一玻璃窗的宇宙舱。每排放一吨二氧化碳，就像在玻璃上增加一道裂痕。没有人会故意敲碎宇航飞船的窗户，但人类却正在持续破坏地球的生态保护层。

另一种比喻则把整个生物圈看作人体器官的延伸。

森林、海洋和生态系统并不是独立于人类存在的“自然风景”，而是人类文明赖以生存的一部分。砍伐雨林、污染河流和大量燃烧化石燃料，本质上更像是一种慢性的自我伤害。

还有一种观点认为，人类并不是地球的拥有者，而只是暂时居住在这里的“乘客”。

前几代人建立了现代文明，而下一代人还要继续生活在这颗星球上。如果这一代人不断透支资源、破坏生态，那么未来人类将承担后果。这不仅是环境问题，更像是一种跨世代责任。

一些网友也在相关讨论中表达了类似看法。

有人认为，人类总喜欢把地球视作无限扩张的空间，但实际上，文明更像是一艘长途航行中的飞船，任何系统故障最终都会影响所有人。还有人说，人类之所以对生态问题反应迟缓，是因为多数人只能关注眼前几周甚至几个月，而很难真正思考几十年后的变化。

文章最后提出一个问题。

如果今天所有人都把地球真正当成一艘正在宇宙中航行的飞船，那么人类会不会重新思考自己的生活方式、能源使用、消费习惯以及整个社会的发展方向？

因为在宇宙里，没有备用地球。

而这艘飞船，也没有所谓的“地面总部”来拯救它。最终能决定方向的人，只有生活在这里的人类自己。

本文译自：theconversation（编译 / 整理：olaola）

科学家开发出一种看起来像科幻技术的新方法：他们利用高频声波制造出极细微的雾状颗粒，并把这些颗粒喷洒到植物表面，形成一种能够阻挡紫外线的“防晒层”。

研究人员表示，这种技术不仅能保护植物，还可能改变未来材料涂层的制造方式。更重要的是，它不需要高温，也不会伤害脆弱表面，包括活体植物组织。

这项研究来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学。团队发现，通过高频振动，可以把特殊液体打散成极小液滴。这些液滴在空气中移动时，会迅速形成一种高度有序的材料结构，并均匀覆盖在物体表面。

研究人员把这种技术应用到了真实植物叶片上。

实验中，科学家只对叶子的一部分进行喷涂，另一部分保持原样，以便进行对比观察。结果发现，喷涂区域能够有效吸收有害紫外线，同时仍允许可见光通过。换句话说，植物依然能够正常进行光合作用。

研究团队表示，这种“防晒层”最大的特点，是它既能保护植物，又不会明显影响植物正常生长。

在实验结束后，研究人员移除了涂层，而植物在之后数月里依旧保持正常生长状态，没有出现明显损伤或发育问题。

这项技术使用的核心材料属于“共价有机框架材料”，简称COF。

这种材料近年来在材料科学领域受到广泛关注。它们内部拥有规则而复杂的孔隙结构，可以被设计成吸收光线、过滤分子、保护表面，甚至用于传感器和电子设备。

不过，这类材料过去一直存在一个巨大难题。

传统制造方式往往需要高温、强溶剂或者复杂加工流程，这会让很多脆弱材料无法承受。例如活体植物、柔性电子设备、生物组织等，都可能在制造过程中被破坏。

而这次的新技术，则绕开了这个问题。

研究人员表示，他们直接利用声波驱动整个过程，在室温环境下完成材料生成和喷涂。整个步骤不需要加热，也不需要剧烈化学反应，因此能够安全用于许多敏感表面。

团队解释称，高频声波会让液体表面形成剧烈振动，从而把液体打碎成大量微小颗粒。这些颗粒像雾气一样飘散，并在飞行过程中快速形成稳定结构，最终均匀沉积到目标表面。

研究人员认为，这种方式相当于把“材料制造”和“表面喷涂”合并成一个步骤。

过去通常需要先制造材料，再经过多道工艺将其附着到表面。而现在，材料在空气中就能完成形成，并同时完成覆盖。

科学家表示，这种方法未来可能被应用到多个领域。

除了农业，它还可能用于柔性电子产品、传感器、生物医疗材料、过滤膜以及一些对温度极其敏感的新型设备。很多先进材料过去无法商业化，很大原因就是传统加工方式会损伤它们。

研究团队还指出，农业可能会成为最早受益的领域之一。

随着全球气候变化加剧，越来越多地区正在面临高温和强紫外线问题。过量紫外线会损伤植物细胞，降低生长效率，甚至影响农作物产量。能够形成“防晒层”的新型涂层，未来可能帮助植物在极端环境中更稳定生长。

一些研究人员认为，这类技术未来甚至可能被用于沙漠农业或者高温地区种植系统。

如果植物能够获得额外紫外线保护，就可能降低环境压力，提高作物存活率。与此同时，由于这种涂层允许可见光进入，因此不会像普通遮阳材料那样严重影响光合作用。

值得注意的是，近年来关于“防晒材料”的研究正在迅速增加。

例如今年还有研究发现，一些新型矿物防晒材料能够减少传统防晒霜产生的白色残留，同时保持良好防紫外线效果。另一些研究则开始关注防晒产品在环境中的长期影响。

目前，这项声波喷涂技术仍属于实验室阶段。

不过研究团队已经为相关技术申请临时专利，并希望未来进一步扩大应用范围。他们认为，这种利用声波直接生成材料涂层的方法，未来可能会成为一种全新的工业加工平台。

本文译自：phys（编译 / 整理：olaola）

图片来源：unsplash/Nick Fewings

在大多数人的印象中，数学是确定无疑的：只要证明成立，结论就永远正确。但如果继续追问一个更根本的问题——“这些证明最初是建立在什么之上？”——答案就不再那么简单了。因为在所有证明链条的最底层，存在着一些无法再被证明的前提，它们被称为“公理”。而正是这些看似理所当然的基础，曾引发过激烈而持久的争论。

数学的运作方式通常是这样的：研究者从已有结论出发，通过逻辑推导得到新的结论，而这些已有结论本身也来自更早的证明，如此层层递进。但这个过程不可能无限倒退，总要在某个地方停下来。那些不再被证明、而是被直接接受的命题，就是整个体系的基石。

在现代数学中，这套基石通常被称为“ZFC体系”，也就是泽梅洛–弗兰克尔集合论加上选择公理。它由大约十条基本原则组成，几乎所有当代数学研究都建立在它之上。大多数数学家在日常工作中甚至不会刻意去思考这些公理，因为它们已经成为默认前提，就像空气一样无处不在。

然而，这种“默认接受”的状态，并不是一开始就存在的。回顾历史，这些公理的确立经历了漫长而复杂的过程，并且伴随着大量争议。并没有哪一条公理是显而易见、毫无疑问地被所有人接受的。相反，它们的形成，是多种数学需求、哲学立场以及实际应用不断博弈的结果。

其中最具争议的，正是与“无限”相关的思想。在19世纪末，数学家逐渐开始把无限视为一种可以直接研究和操作的对象，而不是仅仅作为一个趋近的过程。这一转变极大推动了集合论的发展，也为现代数学奠定了基础。但与此同时，它也打开了一个充满悖论与不直观结论的大门。

例如，在接受某些关于无限集合的假设后，数学中会出现一些令人难以置信的结果：一个物体可以被分割并重新组合，得到多个与原来大小相同的副本。这类结论挑战了人们的直觉，也让部分数学家对这些公理的合理性产生怀疑。

因此，一些学者提出了不同的立场。他们认为，数学对象不应该仅凭定义就被视为存在，而必须通过具体的构造过程来证明其存在。这种观点被称为“直觉主义”。在这种框架下，像π这样的数不再被看作一个已经完整存在的无限对象，而是一个可以不断生成数字的过程。

还有更激进的观点，例如“超有限主义”，甚至主张彻底放弃无限的概念，认为所有数学都应该建立在有限可计算的基础之上。这些思想虽然长期处于边缘，但近年来也开始重新受到关注，因为它们为理解计算、复杂性以及现实世界的限制提供了新的视角。

围绕这些分歧，一个核心问题始终存在：我们为什么要接受某些公理？是因为它们“显然正确”，还是因为它们“有用”？在实际操作中，数学家往往更倾向于后者。一个公理如果能够产生丰富、有价值且一致的理论体系，就更容易被接受，即使它在哲学上并不令人完全信服。

这也意味着，数学并不像表面上那样完全客观和不可动摇。它的基础同样受到历史、文化和人类选择的影响。不同的时代、不同的研究目标，可能会推动人们接受不同的公理体系。换句话说，数学的“真理”，在某种程度上也是被建构出来的。

即便如此，这种不确定性并没有削弱数学的力量，反而成为推动其发展的动力。正是因为基础存在争议，数学家才不断反思和重构自己的理论框架，从而发现新的结构与规律。

今天，关于公理的讨论仍在继续。虽然ZFC体系依然是主流，但并不意味着它是唯一可能的选择。未来的数学，或许会在新的公理基础上展开，甚至彻底改变我们对“证明”和“真理”的理解。

本文译自：quantamagazine（编译 / 整理：olaola）

最近，我的丈夫在描述过去某个假期发生的一件事。那不是什么重大事件，但听起来很愉快。然而，我对他所讲的事情完全没有印象。

他简直不敢相信。

我们都知道“回忆可能有所不同”，但它们怎么会差别如此之大呢？而我为什么没有这段记忆？我工作很忙——难道是我的大脑空间已经用完了吗？

这是一个很诱人的解释。我们常常说“脑子满了”、“信息过载”、“东西太多记不住”，就好像大脑是一个容器，最终会达到容量极限。但大脑并不会被填满。相反，它会进行筛选。

在任何给定的时刻，我们所能获得的信息远远超过了我们实际能够存储的量。光是某一天里看到的景象、听到的声音、经历的对话，就足以让任何试图完整记录它们的系统不堪重负。

相反，大脑依赖于选择。注意力决定了哪些信息会被注意到。情绪帮助判断哪些信息是重要的。然后，像海马体这样的结构会决定哪些信息值得存入长期记忆。

如果你的注意力在别处，这个筛选过程在第一步就会出错。

在那个假期里，我的丈夫可能停下来足够长的时间，记录下了那个时刻。而我可能正在想着下一步要去哪里、核对时间安排，或者只是在度过这一天，却没有停下来真正去感受那个瞬间。

这种差别很微妙，但却至关重要。

没有集中的注意力，经历只能被非常微弱地编码，甚至根本不会被编码。从这个意义上说，那段记忆并非丢失了——而是从未真正形成过。

即使记忆被成功编码，它们也并非以固定记录的形式存储。每当我们回忆一件事时，我们其实是在重构它——借助感官细节的片段、先前的知识和预期。

通过重复——比如反复交谈、反思或复述——这些重构会变得更牢固、更连贯。

随着时间的推移，它们会变得越来越生动，也越来越确定。

这有助于解释为什么共同的经历会产生如此巨大的差异。我们总觉得，经历了同一个时刻就应该产生相同的记忆，但大脑并不是这样运作的。它不会被动地记录经历。它会主动地选择、排序，并且同样重要的是，它会主动地丢弃。

我们感觉大脑“满了”，并不是因为我们用光了存储空间，而是因为我们一次性能够处理的信息达到了极限。注意力是有限的。工作记忆——即我们能够主动在头脑中记住的少量信息——更是极其有限的。

当这些系统超负荷时，新的信息就很难站稳脚跟。这就好比在电脑上打开了太多标签页：没有任何东西被永久删除，但一切都变得更难管理。

用计算机来做类比在一定程度上有用。如果工作记忆类似于运行内存——快速、临时、容量有限——那么长期记忆则常常被比作硬盘。

但类比到这里就不成立了。硬盘将文件存储在固定的位置，检索出来的结果与保存时的形式完全一致。

大脑并非如此。

记忆并不像独立的文件那样被存储。它们分布在神经元网络中，彼此重叠，每次被回忆时都会被重新塑造和重新组合。

新的经历并不会简单地添加到已有的记忆之上——它们会与已有的记忆相互作用，同时改变新旧两方面的内容。

人们曾尝试估算大脑在理论上可以存储多少信息。

索尔克研究所一个被广泛引用的数字大约是1拍字节——大致相当于连续数百年不间断的视频记录。这个数字令人印象深刻，但也有点误导性。

它暗示着存储系统会随着时间逐渐填满，而实际上，大脑在不断地自我重组。容量并非固定不变，信息也不是孤立存储的。信息是整合的、被修改的，而当不再有用时，就会被允许逐渐消退。

这就引出了一个略显不安的问题：那些我们想要保留的记忆，会发生什么呢？

其中一些会逐渐消退——不是因为大脑空间用完了，而是因为它们没有不断地被强化。记忆的存在并不仅仅因为它对我们重要。它是在被重温、被复述、或者与其他经历重新建立联系时，才会被保存下来。

没有这种强化，即使是有意义的时刻，随着时间推移也会变得更难被提取出来。

在大多数情况下，失去的并不是记忆本身，而是我们提取记忆的能力。一个熟悉的气味、一段音乐，或者一个意想不到的细节，都可以把那些看起来已经彻底消失的东西重新带回来。

痕迹仍然存在，只是它已经滑出了我们的触及范围。

而一段记忆的缺失，很少能证明系统已经饱和——更多时候，它是一个从未被完整存储过的瞬间留下的痕迹，或者是一个只是没有被调用过的瞬间。

本文译自：sciencealert（编译 / 整理：olaola）

图片来源：unsplash/Ludovic Charlet

不过，随着医学研究和濒死体验（Near-Death Experience, NDE）案例的积累，我们对“死亡”这一过程，已经有了比过去更清晰的认识。

濒死体验：有人“回来”讲述的瞬间

1994年，美国一位名叫托尼·西科里亚的骨科医生在一次意外中被闪电击中，差点丧命。在那一瞬间，他描述了一段极其离奇的经历。

他感觉自己被击飞，随后仿佛脱离了身体，转过身竟看到自己的躯体躺在地上，还有人正在对他实施心肺复苏。他甚至“漂浮”到家中，看见自己的孩子在房间里玩耍。

紧接着，他被一束蓝白色的光包围，伴随着一种难以言喻的宁静与幸福感。他回忆说，自己仿佛在短时间内“回顾了一生”，所有重要的记忆迅速闪过。

就在他沉浸在这种前所未有的感受中时，一切突然终止——他被拉回了现实，重新回到自己的身体。

类似这样的经历，并非个例。长期研究濒死体验的医生指出，这种“离体感”“看到光”“回顾人生”的现象，在许多濒死者中都有报告。

科学视角：死亡其实是一个“过程”

现代医学认为，死亡并不是一个瞬间发生的事件，而是一个逐步展开的过程。

在这个过程中，人体的各项系统会逐渐失去功能，直至完全停止运作。

首先，呼吸会变得不规律。它可能忽快忽慢，或者变得浅而断续。有时还会伴随着一种类似“咕噜声”的声音，这是因为呼吸道中的分泌物无法被正常排出。

接着，身体的肌肉开始放松。当人真正进入死亡状态时，全身肌肉会完全松弛，这也可能导致空气从肺部逸出，发出叹息或低声。

与此同时，心脏停止跳动，大脑也逐渐失去活动。虽然一些研究表明，大脑在心跳停止后仍可能短暂保持电活动，但这并不意味着人仍然具有清醒的意识。

意识是否会“继续存在”？

这是最具争议的问题之一。

一些经历过心脏骤停的人，在被救活后，能够回忆起当时的某些“意识片段”。研究者发现，大约有相当比例的患者报告，在被宣布临床死亡期间，仍然存在某种形式的“感知”或“意识”。

他们描述的内容惊人地相似：

• 看到明亮的光
• 遇见已故的亲人
• 观察医生抢救自己的过程
• 产生强烈的平静与幸福感

但科学界对此仍持谨慎态度。许多研究者认为，这些体验可能源于大脑缺氧、神经活动异常，或者类似梦境的状态，而非真正的“灵魂离体”。

换句话说，目前并没有确凿证据证明意识能够在死亡后独立存在。

死亡之后：身体会发生什么变化？

当生命体征完全停止后，身体仍然会经历一系列变化。

最初，肌肉会彻底放松，随后体温开始逐渐下降，与周围环境趋于一致。血液在重力作用下向身体低处沉积，使皮肤呈现出紫红色斑块。

随后，尸体会进入“僵硬”状态，从面部开始，逐渐扩散到四肢。这种现象通常在死亡后数小时内出现，并在几天后随着组织分解而消失。

最终，身体的组织会逐渐分解，重新回归自然循环。

一个没有定论的终极问题

尽管科学可以解释身体在死亡时和死亡后的变化，但对于“意识是否延续”这一核心问题，仍然没有统一答案。

有人认为，死亡意味着一切终止；也有人相信，意识会以某种形式继续存在。

可以确定的是，死亡并非瞬间“熄灭”，而是一个复杂、渐进的过程。从身体机能的衰退，到大脑活动的变化，再到可能出现的主观体验，每一步都揭示了生命结束的不同侧面。

也许，正是这种未知，让“死亡”成为人类最持久、也最深刻的谜题之一。

本文译自：allthatsinteresting（编译 / 整理：olaola）

图片来源：unsplash/Tim Foster

然而，一个最基础的问题至今仍困扰着数学家：如何区分两个不同的绳结？

单凭肉眼观察，很难判断两个复杂的绳结是否具有相同的结构。即便它们看起来完全不同，你也可能通过移动某些线段将一个变成另一个（在数学家眼中，绳结的两端总是连接在一起的，这样移动时结就不会散开）。

过去一个世纪里，数学家们开发了一套虽不完美但行之有效的工具来区分绳结。这些工具被称为“不变量”——每个不变量都测量绳结的某个特征，比如交织股线的模式，或者其周围空间的拓扑形状。如果用一个不变量测量两个绳结得到不同的结果，就能证明它们不同。但反过来不一定成立：如果得到相同的结果，两个绳结可能相同，也可能不同。

有些不变量区分能力更强，但有一个代价：越强大的不变量往往越难计算。

“大多数不变量要么非常强大但根本无法计算，要么容易计算但非常弱小，”悉尼大学的丹尼尔·图本豪尔表示。

当绳结的交叉点达到15或20个时，许多不变量就开始力不从心了——要么无法区分大量绳结，要么计算变得过于困难。多伦多大学的德罗尔·巴尔-纳坦调侃道：“如果你说‘300个交叉点’，然后再说‘计算’这个词，那基本属于科幻小说的范畴。”

但现在，巴尔-纳坦和荷兰格罗宁根大学的罗兰·范德维恩提出了一种全新的绳结不变量，它不需要数学家在两难中做选择：既强大又易于计算。 “它似乎正好处在‘令人兴奋的事情发生’的最佳位置，”图本豪尔评价道。

这种强度与速度的结合意味着数学家可以探索以前遥不可及的绳结。对于多达300个交叉点的绳结，计算这个新不变量轻而易举；巴尔-纳坦和范德维恩甚至为超过600个交叉点的绳结计算出了该不变量的某些方面。

“这一突破堪比一种新型望远镜：不仅能在熟悉的范围内提供更清晰的‘分辨率’，还能将我们的观测范围扩展10倍，”耶路撒冷希伯来大学的吉尔·卡莱说道。

对于每个绳结，这个不变量都会输出一个色彩斑斓的六边形“二维码”，像雪花一样对称且细节精致。“输出结果美得惊人，变化丰富得令人难以置信，”不列颠哥伦比亚大学的利亚姆·沃森说，“它简直像是来自另一个世界。”数学家们希望这些 intricate 的图案能引导他们发现单个绳结更深层的拓扑特征。“你会立刻开始好奇，”沃森说，“究竟是这个绳结的什么特质，产生了这样独特的图案？”

绳结的“分桶”游戏

想象一个游戏：你画一个绳结，尝试用红、黄、蓝三种颜色给每条股线涂色。规则是每种颜色至少用一次，并且在每个交叉点，要么三种颜色都出现，要么只出现一种颜色。有些绳结可以这样涂色，有些则不行——例如，三叶草结可以，而八字结就不行。无论你如何进一步缠绕一个给定的绳结，如果它最初是“三色可涂”的，那么它将始终保持这种属性。同样，不能涂色的绳结也始终不能。这使得“三色性”成为一个绳结不变量。

判断一个绳结是否三色可涂并不太难，但这个不变量区分绳结的能力不强——它只能把绳结分成两个“桶”：能涂色的和不能涂色的。如果你要区分的两个绳结恰好在同一个桶里，那就没办法了。你可以通过使用更多颜色和规则，以及测量涂色方案的数量（而不仅仅是能否涂色）来改进不变量。这些改进会产生更强大的不变量，但也更难计算。

过去一个世纪，数学家们已经提出了数百个不变量。利用这些工具，他们成功编录了超过20亿个交叉点不超过20个的绳结——考虑到既可计算又强大的不变量如此稀缺，这堪称一项壮举。在识别绳结方面，“我们100年来的绳结理论工具并不特别出色，”图本豪尔说。

部分原因在于，最强大的不变量往往源自对绳结内部深层拓扑结构的研究。但很少有绳结理论家同时精通这些理论思想以及设计易计算不变量所需的计算考量。巴尔-纳坦和范德维恩——两位既是理论家又是熟练程序员的研究者——是个例外。他们的新不变量源于深层的拓扑思想，但目前主要聚焦于创建一个快速、强大的不变量。将可计算性作为优先考量，在绳结理论中是“文化上的新事物”，沃森说。

一条“打结的高速公路”

巴尔-纳坦通往这个新不变量的道路始于20年前，当时他正试图理解“带结”——一种沿着一条自交的带子边缘行进的绳结。这项工作让他重新审视了一个特别强大的不变量：孔采维奇积分，它内部包含了许多其他绳结不变量。数学家们猜想这个不变量强大到足以区分所有绳结。

“我高兴了大约五分钟，”巴尔-纳坦说。然后他提醒自己，孔采维奇积分在实际操作中几乎无法计算。“它作为一个抽象概念存在，但你无法从中推导出任何关于现实中绳结的信息。”

巴尔-纳坦开始尝试用更易计算但仍保留其部分宝贵信息的不变量来逼近孔采维奇积分。存在一个自然的序列，其中的不变量能捕捉到孔采维奇积分越来越多的细节。但除了序列的第一个成员外，没有人知道如何高效地完整计算这些不变量。

在2015年奥胡斯大学的一次讲座上，巴尔-纳坦分发了一份描述其目标的讲义。在底部，他用大号洋红色斜体字写道：“需要帮助！” 听众中的范德维恩响应了这一号召。两人开始合作，试图弄清楚如何突破序列中的第一个不变量。

他们从第一个不变量入手：所谓的亚历山大多项式，发现于1923年。在绳结的世界里，多项式将对绳结的测量结果转换成数字和变量的幂的组合（如3x⁷+8）。一个世纪以来，数学家们提出了几十种计算亚历山大多项式的方法。巴尔-纳坦和范德维恩着手推广其中一种方法，他们最终能够用汽车交通的语言来表述它。

想象绳结是一条单向高速公路，你在某处剪开，使它有了起点和终点。再想象每对交叉点之间有一座城市。如果一辆车从高速公路起点出发，它会在从终点驶出之前经过每座城市一次。

为了构造亚历山大多项式，假设在每个交叉点，从上跨线到下跨线有一条可选的下行匝道。当汽车到达上跨线时，有一定的概率——记作x——它会选择下行匝道而非继续直行。现在，一辆车不一定恰好经过每座城市一次。假设你在迈阿密投放100辆车，询问会有多少车流经过亚特兰大。有些车可能经过亚特兰大一次，有些可能多次，有些则完全绕过它。通过亚特兰大的预期车流量可以写成x的函数，这个函数捕捉了绳股如何相互缠绕的信息。

对于每对城市，你可以构造一个交通函数。这些函数的简单组合就产生了亚历山大多项式——孔采维奇积分的第一个近似。

巴尔-纳坦和范德维恩认为，或许可以通过创建一个涉及两种汽车（以下行匝道的不同概率，比如x和y行驶）的交通场景，为序列中的第二步写出类似的公式。但经过多次尝试，他们未能找到可行的交通模型。直到有一天，他们从亚原子粒子的数学中获得了灵感。

正如粒子可以结合或分裂成其他粒子一样，巴尔-纳坦和范德维恩设想他们的两种汽车有时会结合形成第三种车辆——就像一辆被另一辆拖曳着一样。然后这两辆车会作为一个整体在高速公路上行驶。之后，它们可能再次分裂，各奔东西。同样，你可以计算从迈阿密出发的车流中有多少会经过亚特兰大，但这一次，你还要跟踪不同的车辆类型。

巴尔-纳坦和范德维恩确信他们找到了正确的模型，但他们仍然不知道如何组合所有交通函数来直接生成一个绳结不变量。然而，他们的模型确实让他们感受到了这样一个不变量应有的整体“形状”。于是他们采用了一个老办法：先写出一个具有正确形状的通用公式，然后调整其系数，使其在绳股被移动时仍保持不变。

“从某种意义上说，我们就是临时拼凑的，”范德维恩说。

结果是一个复杂的x和y多项式，这让其他研究者感到困惑。“你做了这些关于汽车、匝道和概率的复杂事情，而最终得出的结果无论你使用绳结的哪张图景都是一样的——这才是最神奇的地方，”悉尼大学的苏珊娜·丹乔说，“他们到底是怎么想出来的？”

绳结之梦

虽然多项式看起来很杂乱，但计算机可以轻松计算它，即使对于数百个交叉点的绳结也是如此。而且它非常强大：图本豪尔计算出，例如，这个不变量能唯一识别超过97%的18交叉点绳结。相比之下，琼斯多项式（编目绳结最广泛使用的不变量之一）的识别率约为42%，而亚历山大多项式仅为11%。

“我认为在可计算性和相对强度方面，没有什么能与这个不变量相提并论，”沃森说。

通过将多项式的系数绘制成一种热图，研究人员创造出了惊人的可视化图像——每个绳结都有一个华丽的六边形二维码。两个二维码不同的绳结，保证是不同的绳结。

巴尔-纳坦和范德维恩预计，这个二维码在区分绳结之外还有更多用途。在论文题为“故事、猜想与梦想”的一节中，他们提出，二维码可能有助于阐明绳结的各种拓扑特征。例如，他们认为六边形的直径将为绳结复杂度的一个度量——亏格（这对曲面研究也至关重要）提供一个下界。如果这被证明是正确的，丹乔说，“这意味着我们将更擅长计算大型绳结的亏格。”

巴尔-纳坦、范德维恩以及其他研究者都确信，这个新不变量等同于孔采维奇积分的第二个近似，数学家们称之为双环多项式，并且已经研究了数十年。“我愿拿我的房子打赌，”北卡罗来纳大学教堂山分校的列夫·罗赞斯基说，他是最早研究双环多项式的人之一。

在其传统形式下，双环多项式很难计算，但拓扑内涵丰富。因此，证明这种等价性将立即证实巴尔-纳坦和范德维恩赋予其新不变量的许多拓扑能力。即便如此，作者们仍希望最终能以一种更简单的方式解释这个新不变量。“一个基本的构造应该有一个简单的解释，”他们写道。

从某种意义上说，他们觉得自己是误打误撞闯入了故事的中段。“我们对开头和结尾相当不确定，”他们写道。

与此同时，没有什么能阻止研究人员尝试用更多的汽车和变量来构建交通模型，以期捕捉孔采维奇积分中存储的越来越多信息。“有一整个动物园般的类似东西正等着我们去发现，”范德维恩说。

本文译自：quantamagazine（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Buddha Elemental 3D

把一克果糖放入人类的肝细胞中，最初几秒内会发生一系列异常剧烈的生化反应。一种叫作酮己糖激酶的酶会迅速抓住果糖，并为其添加一个磷酸基团，从而引发一场微小的“代谢风暴”。细胞的能量货币——ATP被大量消耗，速度远超细胞再生的能力；与此同时，尿酸水平飙升，脂肪生成信号向外扩散。而这一切，仅仅来自一克糖——按热量计算，它与你血液中的葡萄糖并无差别。

这正是果糖的“悖论”所在：它在化学结构上几乎是葡萄糖的孪生兄弟，但进入人体后的行为却像是一个完全不同的分子。这一观点，是一篇发表于《自然·代谢》杂志上的重磅综述的核心结论。该综述由科罗拉多大学安舒茨分校的理查德·约翰逊博士领衔，共九位学者联合撰写。他们呼吁我们不要再把果糖仅仅看作一种能量来源，而应将其视为一种更接近激素的信号分子。

一种会“传递信号”的糖

食糖和高果糖玉米糖浆在口中溶解后，大致会释放出等量的葡萄糖和果糖。葡萄糖的代谢路径早已为人熟知：它刺激胰岛素分泌，被细胞吸收利用，多余部分以糖原形式储存在肝脏中，只有在严格调控下才会转化为脂肪。

果糖的路径则完全不同。它绕过了糖酵解途径中最关键的一个调控“闸门”——PFK1酶。当细胞能量充足时，PFK1本应踩下刹车，但果糖轻松地绕过了它。正如约翰逊团队所指出的：果糖的代谢几乎没有“关闭开关”。约翰逊本人也在声明中强调：“果糖不仅仅是一种热量，它作为一种代谢信号，促进脂肪生成与储存的方式，与葡萄糖有着根本性的区别。”

小剂量，强信号——生物学中的常见逻辑

在生物学中，信号分子往往在极低剂量下就能产生强烈效应。研究数据也印证了这一点：摄入75克果糖后数分钟内，肝脏内的ATP水平就会出现可测量的下降——这一现象已通过人体磁共振波谱成像得到证实。细胞仿佛接收到了一条重要指令。转录因子ChREBP和SREBP1c被激活，脂肪合成加速，而脂肪燃烧反而减慢。身体开始表现得像是冬天即将来临。

这并非作者刻意使用的文学比喻。他们认为，这套果糖通路其实是一种进化遗迹——在果实成熟的季节，我们的哺乳动物祖先需要将短暂过剩的糖分高效转化为脂肪，以熬过食物匮乏的时期。一只在秋季大快朵颐浆果的熊，正是依靠同样的机制来储存脂肪。在人类漫长的演化史上，由苹果、无花果或蜂蜜中的果糖触发的这一循环，曾经运转得极为顺畅。

变化的是“季节性”——或者说，是“季节性”的缺失

这套机制经过数十年研究已逐步清晰：果糖通过GLUT5转运蛋白进入肠道细胞。适量的果糖可被小肠自身代谢，从而保护肝脏；但一口气喝下一瓶汽水所带来的果糖负荷，会轻松突破肠道的过滤能力，将大量果糖直接送入肝细胞。

在肝细胞中，酮己糖激酶启动代谢，中间产物果糖-1-磷酸大量积累。它像一个化学信号，进一步促进葡萄糖的摄取、推动脂肪合成（脂肪新生），并促使肝脏走向胰岛素抵抗。人体同位素示踪研究显示，摄入的果糖中约有四分之一最终转化为乳酸，大部分则转化为脂肪或其前体物质。其中约10%–20% 的脂肪会完全离开肝脏，循环到肾脏、肌肉、心脏、脂肪组织甚至大脑中。

身体自己也会“制造”果糖

故事并没有到此为止。膳食中的糖并非果糖的唯一来源。研究发现，人体可以通过多元醇途径从葡萄糖自身合成果糖——这是一条较为隐蔽的代谢通路，关键酶叫作醛糖还原酶。高盐摄入、酒精、高血糖、脱水、热应激、肾脏缺血，甚至长期大量摄入高升糖指数的淀粉类食物，都可能激活这一通路。

一项动物实验发现，仅喂食葡萄糖的小鼠也会发展为脂肪肝和代谢综合征，而背后的推手竟然是小鼠自己体内合成的果糖。无法代谢果糖的基因修饰小鼠则得到了保护。这引出一个挑衅性的问题：我们通常归因于饮食的代谢性疾病，有多少实际上是由内源性果糖驱动的——即使是在几乎不含果糖的饮食中？

该综述承认，目前的人类证据仍然有限。但值得注意的是，阿尔茨海默病患者的脑脊液中，果糖和山梨醇的含量是健康对照组的五到六倍。

并非所有人都已信服

并非所有科学家都认为这个“果糖驱动代谢疾病”的故事已经画上句号。已有两家制药公司因二期临床试验结果平平，放弃了针对酮己糖激酶的抑制剂项目。例如，辉瑞的PF-06835919仅能将肝脏脂肪减少约20% ，且对胰岛素、尿酸和体重均无显著改善。

综述作者则认为，这些试验可能时间过短、剂量不理想、患者群体选择不当。当然，也有可能——真实的人体生物学比小鼠模型所预测的要复杂得多。

如果这个假说是正确的，会带来什么？

一个值得关注的流行病学现象是：过去二十年间，许多富裕国家的含糖饮料消费量持续下降，但肥胖率却仍在上升，直到大约2020年才趋于平稳，并于2023年开始缓解。GLP-1类药物（如司美格鲁肽）获得了大部分赞誉，这理所当然。但值得注意的是，糖尿病的发病率（而非患病率） 早在这些药物普及之前就已经开始下降——大约是在血糖整体水平开始下降的十年之后。

因果链条仍然模糊。但如果存在一个长滞后期，那恰恰符合一个预期：果糖更像是一种慢作用的“毒素”，而非一种快速起效的热量。

如果“生存回路”假说被进一步证实，其影响将是广泛的：

• 充分补水（抑制加压素，后者也是一种果糖诱导的激素）可能减缓代谢疾病进程；
• 罕见的遗传性果糖不耐受症患者，可能为普通人群的治疗提供借鉴；
• 世界卫生组织关于游离糖摄入不超过总热量10% 的指南，与其说是一个热量限制建议，不如说是一种针对信号分子的警告——而我们已经在长达近一个世纪的时间里，每天都在多次服用这种信号分子：一种告诉身体准备迎接饥荒——但那场饥荒永远不会到来的分子。

本文译自：scienceblog（编译 / 整理：olaola）

图片来源：unsplash/Lukas Blazek

作为一名研究如何通过脑电刺激提升记忆力的学者，我经常被问到两个问题：记忆到底是怎么工作的？ 以及 有没有什么日常方法能让它更好用？

好消息是，几十年的认知科学研究已经给出了不少清晰又实用的答案。

首先，简单了解一下记忆的“三段式”工作流程：

• 感觉记忆：只维持几毫秒到几秒，负责短暂记录你看到的、听到的、闻到的原始信息。
• 工作记忆（短期记忆）：好比大脑的“草稿纸”，帮你暂时记住并处理少量信息，比如做心算、记住一句话的意思。它主要由大脑前额叶皮层掌管。
• 长期记忆：负责保存从几分钟到一辈子的信息，包括事实、人生经历、技能和习惯等。海马体、颞叶、杏仁核、小脑等区域都在其中扮演不同角色。

工作记忆是进入长期记忆的“门户”，但它有个著名的瓶颈——容量有限。早在1956年，心理学家乔治·米勒就提出，我们一次大约只能在工作记忆里保持 7 个“组块” 的信息。虽然这个数字后来有争议，但“容量有限”这个结论至今成立。

好消息是，我们可以用一些小技巧来绕过这个限制。下面这五个方法，能同时提升你的工作记忆和长期记忆。

1. 把手机“请”出视线

你可能没意识到，哪怕手机静音、屏幕朝下放在桌上，它依然在悄悄消耗你的脑力。研究者把这种现象叫做“脑力流失”。因为你的大脑会下意识地留出一部分注意力去监控手机——比如有没有消息、有没有震动。即便你忍住不去看，那种“忍住”的过程本身就在占用工作记忆的资源。

✅ 更有效的做法：需要专心学习或工作时，把手机放到另一个房间。眼不见，真的能心静。

2. 给“胡思乱想”按个暂停

焦虑、担忧、脑子里不停打转的各种念头，都会占据你工作记忆的宝贵空间。当你一边背书一边担心考试考不好，其实你的记忆效率已经在打折扣。

研究发现，放松训练和正念练习能明显改善工作记忆，很大程度上是因为它们降低了压力水平。如果你觉得冥想太难上手，可以试试 “循环叹气法”：

• 鼻子深吸一口气
• 再短吸一下（吸满）
• 然后非常缓慢地从嘴巴呼出
• 重复 5 分钟

这样做能迅速平静神经系统，为学习和记忆创造更好的内部环境。

3. 学会“组块化”打包信息

既然工作记忆一次只能装 7 个左右的信息块，那我们就把零散信息打包成更大的“有意义的块”。这就是“组块化”——你其实已经在用了，比如记手机号码时，把 11 位数字拆成 3-4-4 三组。

举个例子：如果你要做一场汇报，手头有 10 个案例要讲。与其一条条罗列，不如把它们归纳成 3-4 个主题，每个主题配一个简短的标题和一个核心结论。每张幻灯片只讲一个想法，加两三个支撑细节，然后干净利落地进入下一张。

这样做不仅能帮你自己记住，也能让听众记得更牢。

4. 做个“主动提取”的人，而不是反复阅读

19 世纪德国心理学家艾宾浩斯发现了一个让人沮丧的规律：学完一件事之后，大约 30 分钟就会忘掉将近一半，第二天更多。这就是著名的“遗忘曲线”。

但好消息是，有一个非常简单又极其有效的办法可以对抗遗忘——提取练习。

❌ 低效做法：反复看笔记、反复读课本。
✅ 高效做法：合上笔记，自己考自己。用闪卡、做自测题、或者不看笔记把刚学的内容大声讲出来。

为什么有效？因为记忆的本质是联想网络。每一次你成功回忆起一条信息，你其实是在为它建立更多的“提取线索”——就像在一条路上多开了几个出口。很多时候我们不是真的“忘了”，而是找不到通往它的那条线索。

5. 刻意休息，反而记得更久

很多人觉得“学得越久、越集中越好”，但研究发现恰恰相反：分散练习比集中突击更有利于长期记忆。

如果你要为五天后的考试复习，与其连续五天每天高强度学几个小时，不如每学一天就休息半天到一整天。研究建议：休息间隔可以设定为距离考试总时长的 10%-20%。比如还剩 5 天（120 小时），那每次复习之间最好间隔 12-24 小时。

换句话说，别把自己逼得太紧。适当的休息不是偷懒，而是让你的大脑有机会巩固和整合信息。

最后，如果你想从这篇文章里带走唯一一件事，那就是：

记忆力不全是天生的，更多时候是策略的问题。
你不需要更聪明，只需要用对方法——哪怕只是把手机放远一点、多考自己几次、学一天歇一天，你的记忆效率都会明显不一样。

本文译自：sciencealert（编译 / 整理：olaola）

封面图片：unsplash/Brooks Leibee

祖先的饮食方式，可能塑造了你今天的嗅觉能力

一句话速览

• 一项遗传学研究发现，马来西亚的尼格利陀人（Negrito）狩猎采集者，其嗅觉基因中携带的可能破坏基因功能的突变数量，少于邻近的农耕社区。
• 他们的嗅觉基因呈现出的模式，与自然选择保留与检测泥土味、脂肪味和水果味相关的古老基因变异相一致。
• 在过去一万年间，当人类群体转向农业生活方式时，嗅觉基因的演化路径发生了分化，部分驱动力来自饮食变化以及身体调节血糖的需求。
• 研究人员还在一个尼格利陀人群中发现了一段源自尼安德特人的DNA，该区域位于与检测麝香味和果香味相关的基因中。

在马来西亚半岛的雨林深处，尼格利陀人已经狩猎和采集了数千年，依靠他们的感官来寻找食物、避开危险并解读周围的环境。现在，一项遗传学研究表明，这种生活方式可能在他们DNA上留下了印记——具体而言，是刻印在那些控制嗅觉的基因上。发表在《细胞报告》（Cell Reports）上的研究发现，与邻近的农耕社区相比，尼格利陀狩猎采集者的嗅觉基因中携带的可能破坏基因功能的突变更少，并且他们的嗅觉基因呈现出的模式与自然选择长期致力于保留这些基因功能相一致。研究人员也谨慎指出，遗传漂变和群体历史因素尚不能完全排除。

这项研究揭示的是，人类谋生的方式——狩猎采集 versus 农耕——可以在人类基因组上留下可测量的印记，一直深入到塑造一个人能闻到何种气味的基因层面。

狩猎采集者与农耕者的嗅觉基因有何不同

研究聚焦于马来西亚半岛的原住民“奥朗阿斯利人”（Orang Asli）。这些群体共享大致相同的地理区域，但生活方式差异显著。尼格利陀人分散在北部偏远地区，是传统的狩猎采集者，依赖森林资源为生。中部的塞诺伊人（Senoi）从事轮耕农业，并辅以采集活动。南部的贾昆人（Jakun）则是更为定居的农耕者。这种基于热带雨林附近的不同生活方式梯度，为科学家提供了一个天然的实验室，用以检验文化实践是否能驱动感觉生物学的遗传变化。

研究人员分析了来自这三个群体的50名奥朗阿斯利人的遗传数据，并结合了来自全球65个群体、超过2800人的数据。他们聚焦于一个庞大的基因家族，这些基因负责编码鼻子中检测特定气味分子的蛋白质。人类携带大约800个此类基因，但其中约60%在演化过程中已失去功能，科学家通常将此归因于人类变得更多地依赖视觉而非嗅觉。

在全球范围内，嗅觉基因携带的突变显著多于基因组的其他可比区域。然而，尼格利陀狩猎采集者却逆反了这一趋势。他们的嗅觉基因携带的可能破坏基因功能的突变，少于其他东南亚人群。统计检验显示，他们的嗅觉基因模式偏离了如果演化随机发生所预期的状态，这一结果与自然选择倾向于保留基因功能相一致——尽管作者指出，群体历史仍然是一个合理的替代解释。

与雨林生存相关的古老嗅觉基因

当研究人员绘制出哪类基因在三个奥朗阿斯利人群体间遗传差异最显著时，尼格利陀人在与检测麝香味、酸味和奶酪味相关的基因上表现突出——这些气味类别与追踪动物和评估食物潜在相关。其中一个名为OR12D2的基因显示出强烈的信号，表明一个有益的基因变异已在人群中迅速传播。该基因与检测泥土味和霉味（如土臭素，即雨后土壤气味的化合物）相关。土臭素在热带雨林环境中广泛存在，研究人员认为，对参与检测该气味的基因进行选择，“可能有助于尼格利陀人导航其环境、定位资源以及寻找可食用之物，例如蘑菇”。

关键的是，尼格利陀人中OR12D2的优势版本并非新突变，而是更古老的祖先形式。对古代基因组的分析显示，在过去一万年间，随着农业的传播，这一版本在南亚和东亚人群中的频率有所下降；而在狩猎采集生活方式持续更久的人群中，其频率则保持稳定或有所上升。

另一个在尼格利陀人中受到明显选择的基因簇——OR52J3和OR52E2——与检测黄油味和甜味相关，这类气味可能预示着高脂肪、高热量的食物。研究表明，人类仅凭嗅觉就能区分不同脂肪浓度的牛奶样本，这表明人类演化出了对能量丰富食物的敏感性。该基因簇的祖先版本估计可追溯至约28.45万年前，早于现代人类迁出非洲的时间。

农业将嗅觉基因推向不同方向

农耕人群则呈现出不同的故事。贾昆人在嗅觉基因上表现出的遗传变化，不仅与气味检测相关，还与更广泛的功能如胰岛素调节、肺功能和免疫反应有关。这种重叠之所以存在，是因为某些基因身兼多职。例如，OR12D3基因已被证明可作为某种胰岛素的受体，并影响身体管理胰岛素分泌的方式。以碳水化合物为主食的农业人群，面临着反复的血糖峰值，这可能有利于选择参与葡萄糖调节的基因变异——即使这些基因同时也在嗅觉受体中发挥作用。

尼安德特人血统的踪迹

最出乎意料的发现或许涉及从尼安德特人继承的遗传物质。在11号染色体的一个特定片段上，研究人员发现了一组以显著频率存在于巴特克尼格利陀人（Bateq Negritos）中的尼安德特人起源DNA，该区域包含与检测麝香味和花果香味相关的基因。五个巴特克人的基因序列与一个来自西伯利亚的尼安德特人标本的序列高度相似。这些古老的变异与对麝香味敏感性降低、但对花果香味中某种化合物的敏感性增强有关。研究人员初步推测这可能代表了适应性渗入，同时指出其背后的确切选择压力仍不清楚。

在人类演化中，文化与遗传并非相互独立的力量。对于马来西亚的尼格利陀人来说，这个在全球生物多样性最丰富的森林中将自身生活方式延续了数千年的群体，其生存的遗传记录至今仍清晰可见——就在那些帮助他们闻到这片土地的基因之中。

本文译自：studyfinds（编译 / 整理：olaola）

图片来源：unsplash/Battlecreek Coffee Roasters