40岁和60岁是衰老的关键转折点；2024年未来科学奖获奖者公布

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整理 | 周舒义，望乡

2024 未来科学奖获奖者揭晓

8 月 16 日，2024 公布未来科学奖获奖名单。由于化学方法的应用，北京大学博雅讲座教授、昌平实验室领导科学家邓宏魁将体细胞重新编程为多能干细胞，在细胞命运和状态上改变优秀工作，获得“生命科学奖”；中国科学院大连化学物理研究所研究员张涛、清华大学教授李亚栋因对“单原子催化”的发展和应用而获得“物质科学奖”；孙斌勇，浙江大学数学高等研究院教授，因其在李群理论上的杰出贡献而获得“数学与计算机科学奖”。

未来的科学奖项是建立在这里的 2016 2008年，是由科学家、企业家共同发起的民间科学奖项，旨在奖励在中华地区取得优异科研成果的科学家。该奖项注重原创基础科学研究，设置“生命科学奖”、“物质科学奖”、“数学与计算机科学奖”三项奖项，每年一次，单项奖金。 100 一万美元(约合人民币) 720 万元）。2024 未来科学奖周将举行 10 月 30 日 -11 月 3 每天都在香港举行。

40 岁和 60 衰老是衰老的关键转折点。

"君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪."衰老是不可避免的，但是急和缓有很大的不同。一个 8 月 14 日发表于 Nature Aging 研究发现，衰老并非一个持续稳定的过程， 40 岁和 60 周围有两个“悬崖”，可以加速衰老。

研究小组对此进行了研究。 108 名年龄在 25 至 75 一岁之间的参与者长达 6.8 多组纵向研究。这些参与者生活在美国加州，研究人员定期收集他们的血液、粪便、皮肤、口腔和鼻腔样本，并从中提取多组学习数据。这些信息不仅包括参与者的基因表达、蛋白质水平和代谢水平，还包括体内微生物的变化。

分析发现，衰老不是一个简单的线性过程，而是一个明显的非线性变化，尤其是在 40 岁和 60 这两个关键时刻。这些发现颠覆了我们对衰老过程的传统认知，表明人体的分子标志物和生理功能在特定年龄阶段会发生剧烈变化。

人体在 40 当你老了，你开始经历第一个重要的转折点。在此期间，涉及心血管健康、脂质代谢和酒精代谢的分子路径开始发生显著变化。例如，这个年龄段心血管疾病的风险开始显著增加，与脂肪和酒精代谢相关的功能也发生了显著变化。这些变化意味着身体开始进入更容易受到衰老相关疾病的影响阶段。

这些非线性变化不仅表现在生理功能上，还揭示了分子衰老的复杂机制。研究表明，氧化应激，mRNA 与自噬相关的可靠性和基因表达方式 60 年过去了，发生了显著的变化。这一过程在细胞保持和清除损伤成分中起着至关重要的作用。

另外，随着年龄的增长，血液中的苯丙氨酸水平会逐渐提高，这与心脏功能下降有关。但在 60 随着年龄的增长，肾功能和血糖水平的变化表明，老年人更容易患肾病和血糖水平。 2 型糖尿病。随著年龄的增长，身体在不同的阶段会经历不同的疾病风险。研究人员表示，这些研究成果将在未来应用于开发新的健康监测工具，帮助我们 40 岁和 60 在这两个关键的转折点之前，采取预防措施，以延长健康寿命。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s43587-024-00692-2

蟑螂可以抵抗家用杀虫剂。

杀虫剂主要喷洒在蟑螂可能出现的表面，当蟑螂经过这些区域时，它们会接触到有毒成分并死亡。但是，一个 8 月 14 日发表于 Journal of Economic Entomology 研究发现，普通的家用拟除虫菊酯灭虫剂已经对蟑螂“几乎没有效果”。

作为世界上最常见、最猖狂、最难治理的蟑螂之一，德国小邈。此前的研究发现，在家庭环境中，德国的小菊普遍对拟除虫菊酯产生了抗药性，但仍然缺乏相关数据，因为这种成分对杀虫剂的现场效果如何。新的研究发现，将德国小邈暴露在灭虫剂喷洒区域 30 几分钟后，消灭率不足 20%。即使蟑螂一直控制在喷洒区域，大多数拟除虫菊酯灭虫剂也需要 8 到 24 一个小时就可以杀死它，有些产品甚至需要将近五天。

研究人员表示，由于拟除虫菊酯杀虫剂的频繁使用，德国家庭的小龙在一定程度上对其产生了抗药性。此外，研究表明，蟑螂会尽可能避免长时间停留在灭虫剂喷洒区域，因此通过灭虫喷雾杀灭蟑螂的效果并不理想。作者认为，与喷雾相比，更有效的防治蟑螂的方法是设置毒饵。

相关论文：http://dx.doi.org/10.1093/jee/toae158

与其越来越大，城市趋于越来越高。

近几十年来，大多数城市的建筑环境越来越密集，城市规模不断扩大，向周围“摊饼”；同时，各式各样的建筑也雨后春笋般涌现，建得越来越高。这两个扩张方向在一定程度上反映了现代城市的发展模式。8 月 5 日发表在 Nature Cities 上面的一项研究发现， 1990 自20世纪90年代以来，城市的发展方向从“越来越大”转变为“越来越高”。

对全球的研究进行了分析 1550 座城市从 1990 年代至 2010 年代卫星数据，表征过去 30 2008年的城市发展变化。卫星数据有两种:一种是二维城市足迹，用来跟踪城市的横向扩张；另一种是基于一束微波的反射，可以反映城市的纵向发展。研究人员分析了横向和纵向城市建筑环境的变化。

结果发现，过去 30 多年来，城市建设的扩张方向逐步由横向向纵向转变。1990 自20世纪90年代以来，大多数地区和大城市的横向扩张放缓，而大多数城市和地区的纵向发展速度正在加快。作者指出，这一趋势也有例外：例如，在中国、东南亚和非洲的一些城市， 2010 自20世纪90年代以来，横向扩张的速度仍然超过纵向发展。研究者认为，这一研究结果有助于了解城市化进程，并在城市规划和资源配置中发挥作用。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s44284-024-00100-1

火星内部深层存在很多液态水

火星上的地震和陨石撞击会产生地震波，有助于绘制火星的内部结构。一项新的研究分析了美国航空航天局（NASA）无人探测器检测到的“洞察号”火星地震波，感觉火星地下有一个充满液体水的孔隙和缝隙区域。

研究人员通过数学模型分析地震波信号，该模型也用于地球地下水和油田的勘探。结果表明，火星表面下方存在蓄水区。 11 公里至 20 在一公里的地方，它的液体水储量远远超过了火星表面曾经存在的海洋。虽然这些地下水资源由于位置太深而难以挖掘，但它们可能会为生命提供庇护。

“洞察号”用地震仪研究火星内部 | NASA

以前有很多证据支持火星表面有液体水流，但是那个“潮湿时代”早在 30 几亿年前就结束了。新的研究发现，火星上的大部分水并没有逃到太空，而是渗入了火星的地壳。研究人员表示，为了了解火星的过去，这个结果提供了线索，储水层也可能有生命。相关论文 8 月 12 日发表于 PNAS。

“洞察号”无人探测器 2018 年降落在火星表面。2022 年 12 月 21 日，NASA 宣布，火星正在进行。 4 经过多年的科学测试，“洞察号”正式完成了任务。2018 年到 2022 在这一年里，仪器已经发现了数百次火星地震。通过对“洞察”号收集的地震数据的分析，研究人员对火星地壳的厚度、核心的深度和构成以及窗帘的温度信息有了更多的了解。（新华社）

相关论文：https://doi.org/10.1073/pnas.2409983121

睡个好觉，记忆力更强。

8 月 15 日发表于 Science 一项新的研究为睡眠的重要作用提供了新的证据。研究人员发现，海马体是负责学习和记忆的关键脑区域，在人体睡眠时会产生一种特殊的神经活动模式，对巩固记忆起着不可或缺的作用。

以前的研究发现，睡眠期间记忆的巩固，特别是非快速眼动。（NREM）阶段。在这个阶段，大脑海马体验出现了一种非常特殊的活跃放电方式，被称为尖波波。（sharp-wave ripple，SWR）：在一批神经元同步放电之后，第二批神经元开始同步放电，就像波浪一样。

研究人员将电极植入老鼠的海马体内，记录它们在学习新任务和睡眠期间的神经元活动模式。除了尖锐的波浪，他们还注意到了。 NREM 在这个阶段，神经网络中还有一种新的集群放电方式，可以与尖浪形成“平衡”。

分为海马体 CA1、CA2、CA3 三个区域。研究表明，活跃 CA1 和 CA3 有时候区域会突然变得安静，而这个时候 CA2 神经元发出一长串动作电位。（BARR）。与均值持续 50 与ms的尖波相比，BARR 平均持续时间长达 300 ms。随着时间的推移，两者都在学习后的睡眠过程中立即增加并频繁出现。而且两种放电方式总是交替出现，如果采用光遗传技术人为增加， CA1 尖锐的波浪，很快就来了 CA2 主导的 BARR 也会增加。

进一步的研究表明，在 NREM 在睡眠初期，曾经在清醒状态下参与学习的海马 CA1 神经元通过尖波被重新激活，然后随之而来。 BARR CA1的出现 神经元具有活性 NREM 在后期逐步降低到基线水平。 BARR “重置”，学习相关的东西。 CA1 在学习过程中，神经元也能不断地被再次激活，再现神经活动。

虽然 BARR 看起来是在抑制尖波，但是实验表明，BARR 对于记忆巩固来说，抑制效果是不可或缺的。假如人为破坏 BARR，尖锐的波浪仍然会出现，但是相关神经元的活动时间过长，神经元的连接出现异常，反而会损害记忆。

研究人员得出结论，学习后的神经元再次激活需要达到稳定的状态，过高或过低都会导致记忆问题，而新发现的 BARR 这种平衡通过微妙的调节有助于防止神经元多动。这再次表明，学习后有必要睡个好觉，这样大脑才能为不断学习和吸收新知识做好充分的准备。(学术经纬度)

相关论文：https://doi.org/10.1126/science.ado5708

未发现暗物质，但给出了超重暗物质特性的最强限制

最近，高海拔宇宙线观测站（LHAASO）合作团队搜索由超重暗物质颗粒形成的高能伽马射线信号。虽然暗物质产生的显著信号未被发现，但对超重暗物质颗粒的特性给出了最严格的限制。

黑暗物质是一种存在于宇宙中的神秘物质，在天文观测中被发现，它占据了宇宙物质的组成。 85%，但暗物质粒子还没有被直接检测到。检测暗物质粒子是目前物理和天文学一直在讨论的一个重要课题。在过去 20 近年来，世界上进行了一系列大规模的暗物质粒子搜索试验，集中搜索质量在世界范围内 0.1 太电子伏特（TeV）附近的暗物质。

LHAASO 观测结果消除了黑条以上暗物质的湮灭反应截面，也就是说，如果暗物质存在，其湮灭概率必须低于黑条对应的值。水平坐标代表暗物质的质量，垂直坐标代表暗物质湮灭产生伽马射线的反应截面，即湮灭的机率。其他试验对不同颜色的斜线进行限制，可以看出 LHAASO 最强烈的限制是在高质量区域。左图和右图分别给出了两个代表暗物质粒子湮灭反应过程的分析数据。| 紫金山天文台

在密度较高的地方，暗物质颗粒可以相互碰撞，消灭伽马射线，通过对这些伽马射线的分析，可以发现并确定暗物质颗粒的特性。LHAASO 实验对高能伽马射线具有很强的探测能力，进而对超重暗物质颗粒产生的信号具有很高的灵敏度，并且可以覆盖很广的质量范围。矮椭球星系被银河系的引力所束缚，又称卫星星系。一般物质含量低，星体活动很弱。其主要成分由暗物质组成，是搜索暗物质信号的理想对象。这个研究应用 LHAASO 来自银河系的数据搜索 16 高能伽马射线信号是由矮椭球星系的暗物质湮灭而成。因此，质量大于约定 10 TeV 暗物质粒子的特性给出了最强的限制。相关研究 8 月 7 日发表于 Physical Review Letters。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.061001

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