　　2019年，我們探究了意識的產(chǎn)生和大腦遺忘的奧秘,；解釋了地球磁極逆轉(zhuǎn)和青藏高原“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(xué)真相……這一年，雖然仍有許多謎團(tuán)未能最終解開,，但科學(xué)家們的探尋卻從未止步,。

　　1.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。我們似乎對水最了解不過了,，但是,，這看似普通的水卻仍然有很多待解的謎題，科學(xué)家甚至連它是一種液體還是兩種液體都還在爭論呢,。

　　如果壓強(qiáng)或溫度改變,，水的狀態(tài)就可能發(fā)生變化。水在兩種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化的過程中,，總有一個(gè)過渡點(diǎn),，比如在液態(tài)和氣態(tài)相互轉(zhuǎn)化的過渡點(diǎn)上，水既會表現(xiàn)出液態(tài)水的性質(zhì),，又會表現(xiàn)出氣態(tài)水的性質(zhì),。這個(gè)點(diǎn)被稱為“臨界點(diǎn)”。

　　通常情況下,，水溫越低,，分子越不活躍，密度起伏應(yīng)該越小,。然而,，研究人員卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)反常的現(xiàn)象：低溫下水的密度會發(fā)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(diǎn),。在第二臨界點(diǎn)之上,，水會在兩種狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)變。在這個(gè)臨界點(diǎn)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。

　　然而,，對于水是兩種液體,，也有不少人持懷疑態(tài)度，甚至有科學(xué)家批評這個(gè)結(jié)果是偽造的,。大多數(shù)研究者認(rèn)為水的性質(zhì)可以用常規(guī)的理論來解釋,。其中一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在非常低的溫度下,，過冷的水會轉(zhuǎn)變成一種無序的固體,，亦或是這是水在凝固時(shí)的一種特殊現(xiàn)象。

　　在中科院物理研究所研究員孟勝看來,，雖然一直都有人認(rèn)為水是兩種不同性質(zhì)的液體的混合,，但現(xiàn)在還沒有確鑿的證據(jù)，并沒有被完全證實(shí),，這種觀點(diǎn)還處在假說的階段,。

　　2.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(gè)充滿爭議和趣味的話題,。今年12月,，來自中國科學(xué)院南京地質(zhì)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(gè)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(tài)的研究觀察,，他們還原了原始“胚胎發(fā)育”的過程。如果把動物比作一只雞,，那么這類化石就相當(dāng)于記錄了“蛋生雞”的過程,?；\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。

　　通過10多年的收集和研究，南京地質(zhì)古生物研究所副研究員殷宗軍所在團(tuán)隊(duì)在貴州甕安生物群,，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了233塊籠脊球化石標(biāo)本。

　　它們呈現(xiàn)了單細(xì)胞動物向多細(xì)胞動物過渡的各個(gè)形態(tài),，根據(jù)大數(shù)據(jù)集的分析,，科學(xué)家找到了演變規(guī)律。從掃描效果圖上,，記者看到這類化石從內(nèi)部呈現(xiàn)空心“籠”體,，演變?yōu)椤皩?shí)心球”的各階段“胚胎發(fā)育”過程。

　　殷宗軍認(rèn)為,，如果將動物比喻成一只雞的話,，復(fù)雜的胚胎發(fā)育過程就是孵化出小雞的蛋,，它橋接了動物的單細(xì)胞祖先和動物多細(xì)胞祖先之間的鴻溝。而籠脊球化石的發(fā)現(xiàn)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(jīng)出現(xiàn)了,。

　　3.幾十噸的恐龍如何飛上天

　　在學(xué)界，關(guān)于鳥類起源于恐龍有多種假說,，其中由英國學(xué)者托馬斯·赫胥黎于1868年正式提出的鳥類獸腳類恐龍起源說在上個(gè)世紀(jì)70年代開始逐漸成為了學(xué)界的主流假說,。

　　從體型龐大的陸地動物到體型小巧的天之驕子，這需要在形態(tài)和生理上產(chǎn)生許多巨大變化,，這樣一個(gè)過程確實(shí)難以想象,。然而，許多化石證據(jù)顯示,，這一過程確實(shí)發(fā)生了,。

　　2014年，澳大利亞等國的研究人員根據(jù)120種恐龍的1500多個(gè)解剖特征,，構(gòu)建復(fù)雜數(shù)學(xué)模型分析了恐龍?jiān)谶M(jìn)化過程中的體型變化,。分析結(jié)果顯示，獸腳類恐龍當(dāng)中的一支,，它們的體型一代一代地縮小,，在如此“瘦身”5000萬年后終于進(jìn)化成了鳥類——2.1億年前其平均體重為163千克，當(dāng)進(jìn)化到始祖鳥時(shí)已經(jīng)降至0.8千克,。

　　恐龍想變成鳥除了要變小之外,，還要會飛，鳥類飛翔靠的是翅膀,。此前,，古生物學(xué)家在我國遼寧建昌發(fā)現(xiàn)了約1.6億年前的近鳥龍化石。中科院古脊椎所研究員徐星介紹,，近鳥龍長而粗壯的前肢上長著飛羽,，排列方式類似鳥類飛羽，這說明翅膀的雛形在至少1.6億年前就在恐龍身上出現(xiàn)了,。除了近鳥龍,，還有其他幾種獸腳類恐龍，像小盜龍和似尾羽龍,，都有著類似羽毛翅膀的結(jié)構(gòu),。

　　綜合這些化石證據(jù)，恐龍變成鳥類可能經(jīng)歷了這樣一個(gè)階段,，一些恐龍的身體逐漸變小,，長得也越來越像鳥類：骨骼中空，身體輕盈,；腦顱膨大,，行動敏捷,；前肢越來越長,，能像鳥翼一樣拍打,；它們的體表長出了美麗的羽毛，不再披著鱗片或鱗甲,。

　　雖然恐龍是如何演化成鳥的,，目前還沒有一個(gè)特別確切的答案，但不管怎樣,，原本不會飛的恐龍最終變成了天之驕子,，它們飛向藍(lán)天，從此開辟了一個(gè)嶄新的生活天地,。

　　4.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(chǔ),。但是，遠(yuǎn)古時(shí)期的地球曾極度缺氧,，是一片不折不扣的生命禁區(qū),。然而，到了距今5.8億—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(diǎn)。多年來,，科學(xué)家一直在尋找那股神秘力量,。它究竟是什么？又是如何發(fā)揮作用的,？

　　此前,，流行的假說是“生物與環(huán)境協(xié)同演化模型”。這個(gè)模型提出的正反饋機(jī)制表現(xiàn)為氧氣增加的線性加速,，這與距今5.8億—5.2億年左右大氣和海洋氧氣含量多次大規(guī)模波動,、生物發(fā)生階段性輻射演化的實(shí)際情況卻是不一致的。

　　中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎帶領(lǐng)的中英合作團(tuán)隊(duì)耗時(shí)數(shù)年,，對距今5.8億到5.2億年前后的地質(zhì)層和生命演化做了進(jìn)一步的觀察和研究,，對地層中的碳同位素進(jìn)行對比分析，提出了一個(gè)新的地球系統(tǒng)模型,，對這一時(shí)期地球氧氣迅速增加的原因給出了新的見解,。

　　他們認(rèn)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(gè)岡瓦納超大陸和位于超大陸內(nèi)部的超級中央造山帶,，將8億年前后大量沉積的蒸發(fā)巖礦物風(fēng)化剝蝕輸入海洋,。蒸發(fā)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(fù)雜多細(xì)胞生物的快速演化提供了基礎(chǔ),。

　　5.地球磁極逆轉(zhuǎn)原因還未定論

　　今年1月,，《自然》網(wǎng)站報(bào)道，受到地核內(nèi)液態(tài)鐵的運(yùn)動影響,，地磁北極正不斷從加拿大向西伯利亞偏移,，而且移動速度非常快,。地磁北極的快速移動迫使科學(xué)家不得不緊急更新世界地磁場模型,。

　　有人說，地球核心磁場似乎在減弱,，這可能是地球磁場即將逆轉(zhuǎn)的一個(gè)信號,。也有國際研究小組表示，地磁場變化的現(xiàn)象被夸大了太多,，現(xiàn)在說磁極逆轉(zhuǎn)為時(shí)尚早,。

　　20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的“發(fā)電機(jī)理論”認(rèn)為，地磁北極快速遷移的原因是“位于加拿大地區(qū)下面的高速液鐵射流”,。這股噴射出來的液態(tài)鐵流體,，讓加拿大附近的磁場變?nèi)酰瑥亩沟玫卮疟睒O向著磁場更強(qiáng)的俄羅斯西伯利亞地區(qū)移動,?？茖W(xué)家認(rèn)為，地磁北極的位置,，可能是由北極附近兩塊大的磁場的相互強(qiáng)弱決定的,。

　　在地球漫長的歷史中曾出現(xiàn)多次磁極逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。關(guān)于磁極逆轉(zhuǎn)的原因,，到現(xiàn)在也還無定論,，占主流的有以下3種假說：第一種，認(rèn)為磁極倒轉(zhuǎn)是因?yàn)榈厍蛱幵阢y河系這個(gè)大磁場中,，地球磁極的逆轉(zhuǎn)是根據(jù)銀河的磁極逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的,；第二種，認(rèn)為地球內(nèi)部的物質(zhì)不斷發(fā)生碰撞,，碰撞的結(jié)果使地球內(nèi)部的磁場不斷地調(diào)整,、變化；第三種,，認(rèn)為隕石撞擊地球致使磁場發(fā)生了轉(zhuǎn)變,。不過無論什么說法現(xiàn)在都是猜想，人類對地球,、對宇宙的探索還將繼續(xù),。

　　6.誰來揭開丹尼索瓦人的面紗

　　今年10月，以色列和西班牙科學(xué)家在《細(xì)胞》雜志上報(bào)告說,，他們根據(jù)丹尼索瓦人的表觀遺傳信息重建了其容貌,，這是對丹尼索瓦人骨骼解剖學(xué)特征的首次復(fù)原,。

　　丹尼索瓦人是生活在上一個(gè)冰河時(shí)代的人類種群，因發(fā)現(xiàn)于西伯利亞的丹尼索瓦洞而得名,。由于迄今發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人化石少之又少,，這支古人類一直帶著神秘色彩。

　　中科院青藏高原研究所所長陳發(fā)虎院士表示,，目前丹尼索瓦人的化石證據(jù)和相關(guān)研究還非常有限,，還不足以討論其起源地問題,。從已知的丹尼索瓦人化石形成時(shí)間來看,，夏河丹尼索瓦人化石最小年齡是距今16萬年，丹尼索瓦洞最老的丹尼索瓦人化石年齡可能距今19.5萬年,，兩個(gè)地點(diǎn)化石年代上差別不大,，很難說哪個(gè)一定出現(xiàn)更早。

　　而就目前發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦化石的兩處地點(diǎn),，還不能推測出具體的遷移路線,。根據(jù)兩個(gè)地點(diǎn)的自然環(huán)境、丹尼索瓦人和現(xiàn)代藏族人群的遺傳學(xué)研究結(jié)果,，及其高寒缺氧環(huán)境基因EPAS1攜帶情況推測,，丹尼索瓦人有可能存在一個(gè)大致的由南向北的擴(kuò)散路線，但目前并沒有直接的證據(jù)可以證明這一點(diǎn),。

　　在陳發(fā)虎看來,，目前丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人基因組研究可以反映出他們可能曾經(jīng)在東亞廣泛分布，未來東亞地區(qū)一些新發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)會推動我們對這一古老人群的認(rèn)識,，包括起源,、遷徙路徑等。

　　7.確定“人骨湖”成因還需更多證據(jù)

　　今年9月,，美國科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)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(cè),，因二戰(zhàn)期間被發(fā)現(xiàn)時(shí)的恐怖畫面而更名：成百上千根人類大腿骨、肋條,、手指節(jié)飄蕩在湖水中,，還有許多碎骨躺在湖畔的石灘上。

　　這一發(fā)現(xiàn)旋即吸引了全世界的目光,，幾十年來,，眾多歷史學(xué)家、科學(xué)家和考古學(xué)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,？

　　美國哈佛醫(yī)學(xué)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(jié)果顯示，這些骸骨來自公元800年—1800年,，男女比例基本對半分,，其中14名個(gè)體可追溯至公元1800年左右。時(shí)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(shí)間內(nèi)集體死亡的。這就推翻了之前戰(zhàn)爭說和瘟疫說,。

　　目前比較靠譜的是宗教說,。“人骨湖”不遠(yuǎn)處就是全印度第二高峰楠達(dá)德維峰,，著名的岡仁波齊就在楠達(dá)德維再往北一點(diǎn),。楠達(dá)德維也是當(dāng)?shù)刈诮涛幕械摹笆ド健保叭斯呛闭玫靥幊荨笆ド健钡穆肪€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(qū),。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,，宗教說至少可以解釋部分尸體的來源，但有待更多證據(jù)來證明,。

　　8.人類意識從何而生

　　人為什么會有意識至今是個(gè)謎,。

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人們在覺醒并專注于某件事時(shí),，?？梢娨环N頻率較β波更高的γ波，其頻率為30Hz—80Hz,，波幅范圍不定,。有假說認(rèn)為，γ波也許與建立統(tǒng)一的清晰認(rèn)知有關(guān)——源自丘腦,、大腦的神經(jīng)元電路,，每秒40次掃描(40Hz，γ波特征)吸引不同的神經(jīng)元電路的同步,，進(jìn)而增強(qiáng)意識,、產(chǎn)生注意力。這一假說受丘腦受損的現(xiàn)象支持——丘腦受損后,，40Hz腦電波難以形成,，意識則無法喚醒，病人也陷入深度的昏迷。因此γ波被視為人腦意識活動的標(biāo)志,，但兩者之間的關(guān)系仍沒有定論,。

　　2014年，有報(bào)道表明,，研究人員首次通過高頻電脈沖刺激大腦屏狀體區(qū)域關(guān)閉人的意識,，發(fā)現(xiàn)暗示屏狀體可能是將不同的大腦活動匯集成思維、感覺和情緒的單一組織,。但其他科學(xué)家對此謹(jǐn)慎地指出,，目前只在一個(gè)人身上測試了意識關(guān)閉，而且實(shí)驗(yàn)對象是一名癲癇癥患者,，海馬區(qū)受損的她不能代表普通人,。

　　這個(gè)研究隨著影像科學(xué)的發(fā)展似乎有所轉(zhuǎn)機(jī)。2017年3月,，《自然》雜志報(bào)道了一項(xiàng)新的數(shù)字重建技術(shù)和使用該技術(shù)帶來的新發(fā)現(xiàn)——在小鼠腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)了3個(gè)伸展至全腦的巨大神經(jīng)元,。它之所以引起轟動，是因?yàn)槿祟悘奈匆娺^在腦內(nèi)伸展范圍如此之廣的神經(jīng)元,，這些神經(jīng)元來自屏狀核。

　　對此,，復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員黃志力說,，目前的發(fā)現(xiàn)也并不能證明這是意識出現(xiàn)的唯一路徑，很可能是多系統(tǒng)的共同作用,。

　　9.我們的大腦是怎樣遺忘的

　　一直以來,，科學(xué)家們把遺忘看作是記憶的一個(gè)小故障。然而,，過去10年里,，越來越多的證據(jù)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(jī)制是主動發(fā)生的,，那么它在什么情況下會啟動，遺忘機(jī)制為何會出問題等,，這些目前還都有待科學(xué)研究給出答案,。

　　通過對人類在睡眠中的監(jiān)測，有一些觀點(diǎn)可以證實(shí),，人在睡眠中會“主動遺忘”,。目前關(guān)于在睡眠中遺忘機(jī)制的啟動主要有兩種觀點(diǎn)，一種是可能與下丘腦黑色素聚集激素神經(jīng)元有關(guān),，日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)一種僅在REM期(快速眼動期)激活的一類神經(jīng)元可以分泌一種“黑色素聚集激素”的物質(zhì),，黑色素聚集激素神經(jīng)元的激活在促進(jìn)REM期睡眠的同時(shí),，顯著抑制海馬神經(jīng)元活性，導(dǎo)致遺忘,，動物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了該說法的可信性,。

　　另一種觀點(diǎn)可能與突觸重整來達(dá)到突觸穩(wěn)態(tài)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),，覺醒持續(xù)一定時(shí)間后,，與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的通路會出現(xiàn)突觸數(shù)量增多、體積增大,、膜上受體過多等表現(xiàn),，這些變化會導(dǎo)致進(jìn)一步占據(jù)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(xì)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(shí)它還會巧妙地加強(qiáng)和保存一小部分比較重要的突觸,，恢復(fù)突觸權(quán)重，保證突觸穩(wěn)態(tài),，從而提高突觸傳遞效率,。

　　10.中子短暫的一生仍令人迷惑

　　自由的中子能活多久？不到15分鐘,。它短暫的一生令人迷惑,。用不同方法測量，中子壽命有明顯差別,，這事我們還解釋不了,。科學(xué)家們相信,，搞明白中子壽命的差異之謎,，將通向新的理論，甚至突破粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型,。

　　中子本來可以長生不老——跟質(zhì)子結(jié)合,，組成原子核的中子非常穩(wěn)定。但當(dāng)它不幸被甩出原子核(比如核裂變中脫離了鈾原子核),，生命倒數(shù)就開始了,，它很容易衰變成其他粒子。測量中子壽命的嘗試已有70年,，但科學(xué)家仍無法達(dá)成一致,。

　　由于中子衰變成的質(zhì)子是帶電荷的，不難用一個(gè)電磁陷阱來誘導(dǎo)和圍捕質(zhì)子流，并且數(shù)數(shù)它們有多少,。很長的一段時(shí)間里,，物理學(xué)家一直用這種方法逼近中子壽命的精確答案。美國馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為此奮斗了30年,。2013年他們報(bào)道了最高精度結(jié)果：887.7秒,，正負(fù)3.1秒。

　　與此同時(shí),，一群科學(xué)家另辟蹊徑：用保溫瓶儲存超冷中子,，過一段時(shí)間后統(tǒng)計(jì)中子數(shù)量。2008年法國和俄國科學(xué)家的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：878.5秒,，正負(fù)1秒,。

　　目前為止，用“數(shù)質(zhì)子”方法測到的中子壽命平均在885.4秒左右,；而“數(shù)中子”方法得到的結(jié)果是878.5秒左右,。但是難題來了：近8秒的差距，無法用測量誤差來解釋,。

　　而今年《自然》網(wǎng)站發(fā)表的文章,，聚焦位于美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的超冷中子實(shí)驗(yàn)，它或許能更準(zhǔn)確地測量中子壽命,。

（責(zé)編：鄢妮）