塔里木盆地出土的木乃伊，脖子上竟然抹着神秘的白色物质……｜一周趣科学vol.37

肠道微生物报团取暖对抗药物

许多药物可以直接抑制肠道微生物群的生长,并改变其功能。然而，德国海德堡欧洲分子生物学实验室的研究人员近期发现，细菌会通过结盟联合的方式来对抗这种抑制。相关研究结果发表在《细胞》杂志上。

在这项研究中，研究小组选择了32种肠道细菌作为人类肠道微生物群的代表，调查了30种药物对这32种肠道细菌的影响，这些数据收集自全球五大洲的各个国家。

他们发现，某些耐药细菌在一起时会表现出有组织的集体行为，联合起来保护那些不耐药的细菌。

这种“交叉保护”行为使这些敏感细菌在有药物干预的情况下也能够正常生长，而如果将不同细菌隔离开来，这些药物就会杀死它们。

随后，研究人员深入研究了这种“交叉保护”背后的分子机制。“细菌通过吸收或分解药物来互相帮助，”博克集团研究员、该研究的共同第一作者迈克尔·库恩解释说，“这些策略分别称为生物累积和生物转化。”

但是，这种互相保护的行为可能并不是出于互帮互助的热心肠，而是敏感细菌自己的搭便车行为。

研究人员认为，普通细菌的耐药性主要有两种原理：要么把药物分子找个地方藏起来，要么把药物分子转化成对自己无害的分子。

无论哪种方式，都会使游离的药物浓度下降，因此那些不耐药的细菌也就可以活下去了。

然而，这种群落的力量也是有限度的。研究人员发现，高药物浓度也可能会导致微生物群落崩溃，此时，“交叉保护”将被“交叉致敏”取代。

当处于“交叉致敏”状态中时，通常对某些药物有抗药性的细菌在群落中会变得对这些药物敏感——这与在较低药物浓度下看到的情况相反。

这意味着，在药物浓度较低的情况下，群落组成仍能保持稳健，因为单个群落成员可以保护群落中的其他敏感物种。但是，随着药物浓度增加，情况就会发生逆转，使更多的群落成员变得敏感。

另外，研究人员还会研究营养物质对这些细菌互相作用的影响。在面对营养物质时，不知道这些能“同患难”的细菌之间，能不能做到“共富贵”。

图1 肠道细菌在面的各种药物时能够联合起来

 （图片来源：sabel Romero Calvo/EMBL）

新模型可以预测河流改道位置与可能流向

1855年8月1日，黄河在河南省兰仪县铜瓦厢决口改道，此后黄河改向北行，由长垣县、东明县至张秋镇，在山东境内以济水河道入海至今。

在这之前，黄河是在江苏入海的，这次决口让黄河入海处从黄海变成了渤海，由此带来的水患导致山东、河南境内数万人死亡，数百万人流离失所。

图2 1855年黄河改道

（图片来源：维基百科）

在几千年的历史中，黄河经历了大大小小的改道多达26次。在世界的主要河流中，经常发生改道的河流不占少数。那么，河流的改道可以预测吗？如何才能预测河流的改道呢？

美国印第安纳大学的研究人员发现了“河流改道”这一危险现象的关键机制，提供了一种预测河流在何时何地可能突然大幅改变河道的方法。这项突破性研究发表在《自然》杂志上。

研究团队利用先进的卫星技术，寻找更有可能发生河道崩塌的地貌特征。由于植被茂密，测量河流周围的地形非常困难且耗时，所以团队引入了激光雷达技术。

河水泛滥通常是由河床中沉积物堆积引起的。当河床中有沉积物堆积时，河水可能会溢出河岸，在洪泛区开辟出一条新河道，这可能会导致严重的洪水。

研究人员分析了全球174起河流改道事件的数据，利用卫星图像追踪了过去几十年的河流运动。

研究人员利用地形数据开发了一种新模型，用于绘制他们所谓的“冲断走廊”——河流脱离当前河道后可能采取的路径。该工具可以帮助政府和规划人员识别可能突发洪水的高风险地区，特别是在洪水管理资源有限的地区。

这项研究还强调了在洪水灾害评估中考虑洪水冲毁情况的重要性，而目前的洪水模型通常不会考虑这一点。

这项发现对非洲、拉丁美洲和亚洲的欠发达地区尤其有价值，因为这些地区的地质条件特殊，河流改道更为频繁，并且这些地区的基础设施比较落后，使得人类聚居地更容易受到河流突然变化的影响，也往往更为致命。

例如，2010年巴基斯坦的印度河因河道冲蚀而发生的洪水使得超过2000万人受灾。

新模型可以帮助各国为河流改道的灾害做好准备，从而能尽可能挽救生命并减少经济损失。

（图片来源：参考文献）

塔里木盆地里发现最古老的奶酪

大约二十年前，科学家在塔里木盆地发现了一具木乃伊。在沙漠里发现一具木乃伊没有什么稀奇的，但木乃伊身边的白色固体却引起了科学家的兴趣。

进一步研究发现，这些固体是奶酪。借此机会，科学家解开了跨越千年的益生菌进化之谜。

近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员在《细胞》杂志上发表了关于这一最古老的奶酪的研究报告。

像奶酪这样的食物很难保存数千年，因此古代奶酪给我们提供了了解祖先饮食和文化的绝佳机会。

研究人员成功从墓葬样本中提取到了线粒体DNA，并且在奶酪样本中发现了牛和山羊的DNA。看来古人还会使用不同类型的动物奶制作奶酪。

更重要的是，科学家从乳制品样本中获得了开菲尔乳酸菌的DNA，这种菌在当今的开菲尔奶酪中都很常见，并确认这些白色物质就是我们现在仍在食用的开菲尔奶酪。

通过对古代奶酪中的细菌基因进行测序，研究小组进一步追踪了益生菌在过去 3600年中的进化之路。他们发现，样本中的乳酸杆菌与藏族人群的关系更为密切，挑战了长期以来人们认为的开菲尔奶酪仅起源于现代俄罗斯北高加索山区的观点。

该研究还揭示了乳酸杆菌如何通过与相关菌株交换遗传物质，从而随着时间的推移提高其遗传稳定性和牛奶发酵能力。

与古代乳酸杆菌相比，现代细菌更不太可能在人体肠道中引发免疫反应。这表明，长期的基因交换也帮助了乳酸杆菌在数千年的相互作用中更好地适应人类宿主。

图4 脖子上抹着奶酪的木乃伊

（图片来源：参考文献）

哺乳动物如何获得下巴？

结论让人惊掉下巴

早期的脊椎动物只有一块中耳骨，但哺乳动物有三块。伴随着这一进化过程，哺乳动物演化出了高强度的下颌结构，让它们在生存竞争中脱颖而出。

从早期脊椎动物向现代脊椎动物的转变过程一直让科学家着迷。随着新化石的发现，科学家终于能解开这一转变过程中的几个关键秘密。

近日，研究人员在巴西发现了两种不同的前兽类化石。利用CT扫描，他们首次能够以数字方式重建了这些犬齿兽的颌关节。

扫描结果发现，有些比较古老的化石已经显现出与哺乳动物颌骨类似的特征，但有些更晚的化石则没有这种相似性。这表明哺乳动物祖先尝试过具有不同功能特色的颌骨，导致不同谱系中“哺乳动物”特征的独立进化。哺乳动物的早期进化可能比以前理解的要更复杂多样。

研究人员认为，获得下颌结构是哺乳动物进化的关键时刻。而这些新的巴西化石表明，不同的犬齿兽类群正在尝试各种下颌关节类型，并且一些曾经被认为是哺乳动物独有的特征也在其他谱系中被进化了多次。这就好比我们去逛商场买衣服，会一件一件地试，并且还会反反复复地试，最后才买下最符合心意的那一件。而哺乳动物在选择自己的颌骨结构时，采用的也是这个策略。这是研究者们没有想到的。我们有时候会非常相信自然界的判断力，认为物种进化时能够一下子选中最优秀的那个生物体结构。但没想到的是，自然界也有拿不定主意的时候。

这一发现对于理解哺乳动物进化的早期阶段具有广泛的意义，说明哺乳动物的下颌关节和中耳骨等特征在不同的犬齿兽类群体中是以一种拼凑而成的方式进化的，而不是逐一出现的。

研究小组希望还能进一步研究南美洲的化石记录，这些记录已被证明是哺乳动物进化的丰富新信息来源；以及通过与现有数据相结合，进一步加深对早期下颌关节如何发挥作用的理解。

图5 本次发现的两种生物的复原图 

（图片来源：Jorge Blanco）

挪威即将启用海底二氧化碳封存库

在碳达峰过程中，除了节能减排之外，对空气中现有的二氧化碳进行清除也是一个重要的研究方向。

建设海底二氧化碳库就是清除空气中二氧化碳的方法之一，它试图通过将空气中的二氧化碳捕获并沉到海底的方法来减少空气中的二氧化碳，挪威计划将这一方法商业化。

在挪威的奥伊加登岛，周四将迎来一个重要的里程碑：一座建在北海沿岸的码头将正式落成，其闪闪发光的储油罐高耸入云。

空气中的二氧化碳会先被液化，然后用船运输到海上，通过一条长管道注入深约2.6公里的海床，进行永久储存。

该设施是由挪威石油巨头Equinor公司联合英荷壳牌和法国道达尔能源公司共同建设的，预计将于2025年埋存第一批二氧化碳。

该项目初期产能预计为每年150万吨二氧化碳，如果有足够的需求，第二阶段产能预计将增至500万吨。

该项目负责人称，项目的首要目的是证明碳捕获和储存(CCS)技术是可行的。它可以对二氧化碳平衡产生真正的影响，并有助于实现气候目标。

现如今，CCS虽然一直受到联合国气候变化政府间小组（IPCC）和国际能源署（IEA）的提倡，但由于它的技术复杂且成本高昂，所以难以实现商用。

因此，该项目基本完全依赖于挪威政府的补贴。

国际能源署表示，为了将全球变暖幅度限制在自工业化前时代以来的1.5摄氏度以内，到 2030年，CCS必须每年至少捕获10亿吨二氧化碳。目前全球的整体捕获能力为5050万吨，仅占全球年度总排放量的0.1％。

截至目前，已经有一家水泥厂、一家化肥厂和一家生物质发电站与该项目达成了合作协议，封存自己工厂所产生的二氧化碳。

然而，一些环保人士认为，这个由能源公司设立的碳捕捉项目其实并没有太大的实际意义，他们只是想让自己“看起来更环保”，用他们的话来说，这是一种“染绿”自己的行为，而不是真正变得绿色。

图6 挪威的碳捕获封存项目 

（图片来源：参考文献）