美国执行全球首例氮气死刑，引发人权争议；蚂蚁入侵改变狮子食谱丨科技周览

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5月前

整理 | 周舒义

世界上最小的结有多小？54个原子

研究人员通过自组装方式，合成了分子式为[Au₆{1,2-C₆H₄(OCH₂CC)₂}₃{Ph₂P(CH₂)₄PPh₂}₃]（记为Au₆）的金属三叶结。这个结仅由54个原子构成，是迄今已知最小、最紧密的分子三叶结。

三叶结 | 来源：wikipedia

分子结在蛋白质结构、功能以及分子材料中发挥着重要作用，其特性取决于打结结构的大小，但它的合成面临诸多挑战。研究人员采用双金（I）二乙炔基和双膦分子构成自组装配体，调控反应条件，形成了含有6个金原子的三叶结结构，其分子链缠绕三圈，形成具备三个结点的交错环，没有末端，是最简单的分子结。

Au₆制备过程 | 来源：Osakada, T. et al.

主链交叉比（BCR）等于沿打结链最短路径中的原子数除以交叉数。BCR值越小，对应的结越紧。此前最紧的金属三叶结链长69个原子，BCR=23。54个原子扭成三叶结的BCR=18，是迄今紧密度最高的结。计算表明，最小的三叶形结构约为50个原子，这意味着目前已经很接近极限值了。相关论文近日发表于Nature Communications。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44302-y

受教育程度越高，死亡风险越低

教育可以降低受教育人群死亡率，但此前研究未能系统量化这种积极影响。一项1月23日发表于The Lancet Public Health的研究首次通过量化的系统回顾和荟萃分析，评估了教育对成年人全因死亡率的影响，发现每多受一年教育，死亡风险平均降低约1.9%。

研究人员调取了59个国家中70个地区的数据，分析来自603篇文章的10355个观测值。结果表明，每多受一年教育，死亡风险平均降低约1.9%；与未受教育人群相比，完成六年小学教育的人群死亡风险平均降低13%；中学教育则使死亡风险降低近25%；在接受完18年教育后，死亡风险降低了34%。这一效应在年轻人中尤为明显：18~49岁成年人每多受一年教育，死亡风险平均降低2.9%，70岁以上的老年人则降低0.8%。值得注意的是，对于不同性别、不同社会经济发展水平，以上好处没有显著差异，这意味着不论穷国还是富国，延长受教育年限都会提高寿命预期。

研究人员还比较了教育和饮食、吸烟、酗酒等风险因素的影响，发现接受18年教育的益处堪比每天摄入理想数量的蔬菜，完全不接受教育就像连续10年里每天喝5杯以上酒精饮料、或是每天抽10支烟一样糟糕。研究人员表示，更高的受教育程度可以带来更好就业和更高收入，获取更好的医疗保健服务，接受高等教育有助于发展出更丰厚的社会和心理资源，从而帮助人们延长寿命。作者呼吁增加社会投资，减轻教育不平等，打破贫困和可预防死亡之间的恶性循环。

论文链接：http://dx.doi.org/10.1016/S2468-2667(23)00306-7

“惹不起躲得起”背后的神经机制

社会复杂，江湖险恶，残酷与温情是人际关系的正反两面，小鼠也莫能外。为了争夺领地和配偶，它们常常大打出手，打斗往往以败方的落荒而逃告终，而败者会在数周内都对胜者退避三舍。1月24日发表于Nature的一项研究揭示了这种“惹不起躲得起”行为背后的神经机制。

研究人员使用电生理学和钙成像技术，发现小鼠的下丘脑腹内侧核前腹部（aVMHvl）脑区催产素受体（aVMHvl^OXTR）神经元在面临社交失败时，电活性发生明显激活；反之，通过光遗传激活这群神经元后，小鼠即使未受欺凌，也会表现出社交规避。

进一步研究显示，当小鼠受到攻击时，撕咬引发的疼痛会激活aVMHvl脑区细胞，这个过程是由下丘脑视上核前区（SOR）的OXT神经元介导的，其释放的催产素不仅激活了下游的aVMHvl^OXTR神经元，还诱发了长时程内的突触可塑性改变，从而导致社交失败后的长期规避。此外，失败的创伤经历还会和攻击者信息关联起来，让小鼠对攻击者产生恐惧反应和积极防御行为。研究人员指出，小鼠大脑的调控机制与人脑有颇多相似之处，人类社会行为中也存在类似现象，比如儿童或青少年在被霸凌、孤立后拒绝前往学校，这也是一种特殊的“退缩行为”；了解催产素与aVMHvl的更多机制，可能有助于为这类群体提供辅助疗愈方法。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06958-w

蚂蚁入侵改变狮子食谱

生物入侵有时会让生态系统发生令人意想不到的变化。1月25日发表于Science的一项研究显示，在肯尼亚奥佩吉塔保护区（Ol Pejeta Conservancy），蚁群入侵打破了当地蚂蚁和植被之间的共生关系，这让狮子失去隐蔽行踪的植被屏障，加大了其捕食斑马的难度。

肯尼亚中部的稀树草原上繁衍着一种名叫镰荚金合欢（Vachellia drepanolobium）的矮小灌木。它的枝节上长满了刺，其中一部分刺的基部呈球状中空膨大，为当地的举腹蚁（Crematogaster spp.）提供了食物和巢穴。举腹蚁则会叮咬、驱赶大象等食草动物，保护金合欢免受取食。

镰荚金合欢和举腹蚁 | 来源：wikipedia

但过去20多年来，一种名为大头蚁（Pheidole megacephala）的外来物种大举入侵，占据举腹蚁的栖息地，打破了上述共生关系。镰荚金合欢因此遭到了食草动物的严重破坏，草原植被更加稀疏，视野更加开阔。失去植被掩蔽，狮子捕食斑马的成功率大大降低。不过狮子数量并未明显减少，这可能是因为它们选择转而捕食非洲水牛。研究人员表示，新研究证明了通过调控环境的生物物理结构，不起眼的生物入侵也可能会重构本土标志性物种之间的动态平衡。

论文链接：http://dx.doi.org/10.1126/science.adg1464

2000年前人类骸骨中发现梅毒细菌相关DNA

研究人员在巴西南部一个史前墓葬遗址中发现了近2000年前的人类遗骸，其中检出了与梅毒病原体密切相关的细菌DNA。该遗骸成为已知最古老的类梅毒疾病（密螺旋体病）感染样本。相关论文1月24日发表于Nature。

梅毒是一种细菌型的性传染病，病原体是梅毒螺旋体的一个亚种（Treponema pallidum pallidum），其他亚种可引起雅司病（pertenue亚种）和非性病性梅毒（endemicum亚种）感染。这三种病原体具有高度相似的基因组序列，差异约为0.03%。如果不及时治疗，它们都会损伤骨骼。研究人员在调查了巴西南部拉古纳市附近的一个史前墓葬遗址后，发现多具骸骨显示出骨炎、颅骨病变等梅毒螺旋体感染迹象。初步的DNA筛查显示，99份样本中的37份呈梅毒螺旋体DNA阳性。阳性个体并未与其他个体分开埋葬。

巴西Jubuicabeira II遗址的骨骼。| 来源：Dr. Jose Filippini

研究小组设法从4具遗骸上提取DNA，以重建感染病原体的基因组。分析表明，他们生前感染了梅毒螺旋体的一个亚种，该亚种可能是非性病性梅毒亚种（T. p. endemicum）的祖先。非性病性梅毒通常通过皮肤接触或共用器具传播，其特征是病变始于口腔并蔓延至皮肤和骨骼。DNA比对表明，这些病原体出现于公元前12000年至公元前550年之间的某个时期，其历史要比之前推测的更为久远。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06965-x

美国执行全球首例氮气死刑，引发人权争议

近日，美国亚拉巴马州使用氮气处决了一名死刑犯。据路透社报道，这是全球首个通过氮气使人窒息来执行死刑的案例。这种新型处决方式引发了巨大争议。包括联合国官员在内的一些人士认为，该方法属于实验性质，可能造成犯人极度痛苦，践踏人权。

肯尼斯·史密斯（Kenneth Smith）因1988年的一起谋杀案被定罪，原计划于2022年11月被执行注射死刑。但由于静脉注射屡次失败，死刑程序被叫停。亚拉巴马州随后批准对史密斯实施氮气处决。州官员宣称，氮气处决会让犯人在1分钟内失去意识，并在几分钟内死亡。该州司法部长史蒂夫·马歇尔（Steve Marshall）表示，氮气处决是一种有效且人道的处决方法。

当地时间1月25日晚，史密斯被绑在轮床上，被迫通过面罩吸入纯氮气，随后缺氧致死。官方宣布，史密斯的死亡时间为当地时间晚上8点25分；氮气输送了约15分钟，整个执行流程约22分钟。据五名获准隔着玻璃观看行刑过程的记者称，在吸入氮气的几分钟内，史密斯似乎仍保持清醒。他的身体在两分钟内持续挣扎和扭动，随后喘粗气达数分钟。见证行刑过程的牧师杰夫·胡德（Jeff Hood）称，处决与亚拉巴马州此前的预测不一致，史密斯没有在几秒钟内失去意识，“我们看到他在挣扎。”

日本探测器成功着陆月球表面，电池处于无法发电状态

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）25日宣布，东京时间1月20日0时20分（北京时间19日23时20分），小型登月探测器SLIM成功着陆在月球表面，实际着陆地点距离目标着陆点55米，但着陆姿态与预定不同，未达成验证“两阶段着陆法”的目标。这是日本探测器首次成功着陆月球，日本成为继苏联、美国、中国、印度之后第五个实现探测器登月的国家。

探测器在着陆后发现太阳能电池无法发电，只能依靠本身搭载的电池运行，电量可能只够撑几个小时。

SLIM项目负责人表示，在降落到距离月表50米高度附近时，探测器的推进系统出现异常。根据导航相机拍摄图像推测，其中一个主引擎喷嘴断裂脱落，引擎丧失大部分推力。发生异常后，两侧引擎的横向推力无法抵消，导致探测器横向速度超出设计范围，无法保持平衡，着陆姿态与计划相比出现较大变动。

根据传回数据，探测器着陆后呈“倒栽葱”姿态，太阳能电池板朝西。着陆时太阳在其东面，所以太阳能电池无法发电。为防止过度放电导致永久损伤，探测器已于北京时间20日1时57分通过地面指令关闭电源。着陆过程中获得的数据和图像已全部提取。今后太阳若能照到太阳能电池板，探测器仍有可能重启工作。

月球探测机器人LEV-2拍到“倒栽”月表的SLIM。| 来源：JAXA

SLIM登月的主要目的是验证误差100米以内的精准着陆技术。此前在月球着陆的探测器误差都在几公里到几十公里之间，而SLIM的目标是误差100米以内。为在地形复杂的月表安全着陆，SLIM采用“两阶段着陆法”：在距离月表约两三米的地方关闭主引擎，控制机身前倾，先伸出一条主支撑腿着地，接着机身继续往前倒，再伸出前面的两条辅助腿着地，形成稳定支撑。

SLIM搭载的两台小型探测机器人LEV-1和LEV-2在着陆前成功分离，LEV-1已成功在月球表面活动，执行了跳跃动作，完成与LEV-2的机器人间通信，并与地面站直接通信，LEV-2配备了摄像头，可改变形状并在月球表面移动。

SLIM于2023年9月7日发射升空，是日本第三次挑战登月探测任务。此前，JAXA的日本首个登月探测器因未能与地面建立通信而放弃登月任务，日本私企“iSpace”的着陆器则因偏离着陆地点而坠毁在月球表面。（JAXA）

本文受科普中国·星空计划项目扶持
出品：中国科协科普部
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美国执行全球首例氮气死刑，引发人权争议；蚂蚁入侵改变狮子食谱丨科技周览

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