海豹乳汁“不输”人类母乳；父系、人祭——4000年前的石峁（mǎo）古城；NASA毅力号发现火星闪电证据 | 一周论文新鲜读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 沸腾的海洋与板块应力重塑冰卫星

2. 海豹乳汁的复杂性不输人类母乳

3. 中国史前城市的新线索

4. “神秘足”的古代主人

5. 火星闪电的证据

6. 古印度河流域文明的衰落与重大干旱有关

《自然-天文学》发表的一项建模研究指出，太阳系外层小型冰卫星的冰壳变薄可能会导致地下海洋沸腾。这一过程或有助于解释土星的土卫一和土卫二、天王星的天卫五等卫星的表面特征和地质活动，可能影响未来对海洋星球的探索策略。 

太阳系有许多卫星在厚厚的冰壳下蕴藏着海洋。轨道动力学导致的冰壳厚度变化会改变海洋压力，在冰层内产生应力。人们已表明冰壳变厚与表面结构有关，例如土卫二上喷发水和冰的“虎纹”，但对冰壳变薄的影响所知不多。近期证据表明，有些卫星（包括土卫一和天卫五）发生过冰壳变薄，这引发了对其表面地质与内部动力学影响的问题。 

美国加利福尼亚大学戴维斯分校的Max Rudolph和同事建模了太阳系外层所有中型冰质海洋卫星在冰壳变薄期间的海洋压力和冰壳应力演化。他们发现在较小天体中，如土卫一（半径198公里）和土卫二（半径252公里），海洋压力会降低至水的三相点——即固态、液态和气态水可同时存在的临界点。这导致沸腾与蒸发，继而使冰壳挤压破坏。数值模拟表明，5-15公里的轻度变薄就可导致沸腾条件。相反，较大的卫星（半径大于300公里）如天卫三和土卫八，则是先发生挤压破坏，由此产生的断层可能解释了其表面观察到的褶皱和赤道构造特征。 

这些发现表明，沸腾驱动过程可能会促进小型卫星的表面重塑和火山活动，而大型卫星主要受到挤压构造影响。作者提出，这些发现或有助于为未来探索土卫二或天王星卫星提供信息——NASA已将此列为优先探索任务。 

《自然-通讯》发表的一项研究显示，大西洋灰海豹乳汁在复杂程度上堪比人类乳汁。研究结果挑战了认为人类乳汁在哺乳动物中具有独一无二复杂性的既往假设。 

在所有哺乳动物中，乳汁低聚糖是一类能促进婴儿发育和健康的糖。这类糖具有极为重要的作用，包括抵抗病原体、培养初始微生物组和促进肠道发育。尽管它们很重要，但我们对人类以外动物乳汁中的糖多样性一直存在认知空白，这主要是因为涉及其他哺乳动物的研究数量有限。 

瑞典哥德堡大学的Daniel Bojar和同事分析了五只野生大西洋灰海豹在它们17天哺乳期间的乳汁样本。他们发现了332种不同的糖分子，并在结构上表征了240种。在这240种糖分子中，约2/3（166种）从未被记录过。其中一些分子大小达到了28个糖单元，比人类乳汁中已知最大的糖还大10个单元。作者发现，海豹乳汁的糖组成会在整个泌乳期发生协调性变化，从而配合幼崽需求的变化，与人类乳汁的变化相似。作者还证明，这些新发现的糖中有很多具有杀菌和免疫调节特性，有望应用于生物医学科学领域。 

该研究潜在挑战了我们对哺乳动物乳汁演化的认知，推翻了之前的长期假设——即人类乳汁在哺乳动物中具有独一无二的复杂性。该研究或许还开辟了新的道路，可发现有望应用于婴儿营养、感染控制和免疫系统支持的生物活性化合物。 

《自然》本周发表的一项研究，揭示了中国北方4000年历史的城墙都市石峁遗址中，居民的起源、社会结构和文化习俗。对石峁居民的古DNA分析表明，他们可能与城市南边定居点的人群有遗传联系。此外，有证据表明存在与人祭活动有关的男性大规模墓葬。 

石峁城位于中国西北的陕西省，是一处可追溯至公元前2300-1800年的新石器时代防御性聚落，历史比长城更悠久，也是中国发现的最大史前遗迹之一。这处石墙遗址约4平方公里，划分为不同区域，有证据表明其中存在社会组织和人祭活动。这座城市和周边遗址可能在中国的文明萌芽期确立大型聚落模式中发挥了重要作用。遗传学研究或有助于揭示亲缘关系如何塑造这个阶级社会中的等级结构。 

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的付巧妹和同事测序了来自石峁、其卫星遗址和周边更早期遗址的169名个体的古代基因组，其年代可追溯至4800-3600年前。他们将这些遗传学数据与之前发表的中国其他人群古DNA数据进行比较，发现石峁人群主要源自约1000年前定居当地的族群。作者发现，石峁人群在文化上和遗传上与黄河流域黄土高原的仰韶族群有关，表明了石峁人的一个可能起源。 

这项研究取样的个体来自包含四代石峁人的墓葬，主要通过父系传承，表明墓主之间的家族联系。这些发现表明当时存在父系社会结构，其中社会地位通过男性世系传承。此前已发现石峁存在人祭迹象，在东门遗址下埋藏着80余个人类头骨。过往研究认为这些人祭个体多为女性，但付巧妹和同事发现东门下埋葬的10个个体中有9个是男性。但在多个石峁遗址中仍发现不同的性别差异祭祀模式。与东门遗址不同，如皇城台、韩家圪旦等高等级贵族墓地，人祭主要为女性。 

这些发现共同对这一古代人群的亲缘关系、社会结构和文化习俗提供了新的细节。 

一项研究指出，2009年在埃塞俄比亚发现的一只有340万年历史的部分足部属于名为近亲南方古猿（Australopithecus deyiremeda）的古人类近亲——这是一个比著名的“露西”（阿法南方古猿A. afarensis）更古老的南方古猿（Australopithecus）物种。这项发表于《自然》的研究解开了一个长期谜团，也让我们进一步了解300万-400万年前住在东非的古人类的生活方式。 

既往研究显示，埃塞俄比亚的阿法尔（Afar）地区在300万-400万年前曾是两个南方古猿物种的家园：我们熟悉的阿法南方古猿（A. afarensis）和我们不太熟悉的近亲南方古猿（A. deyiremeda）。2009年，在近亲南方古猿被正式鉴定前，阿法尔地区的同一区域发现了一个可追溯至约340万年前的古人类足部的部分骨骼，被称为“伯特勒足”（Burtele Foot）。该足部似乎与阿法南方古猿中见到的不同，但因缺少可能与之相关的头骨或牙齿化石而无法归属于任一物种。 

美国人类起源研究所和人类演化与社会变迁学院的Yohannes Haile-Selassie和同事报告了更多古人类化石的发现，这些化石可追溯至同一地区的约347万至333万年前，既增进了我们对近亲南方古猿的理解，又能将伯特勒足归为该物种。他们描述了新发现的化石，包括骨盆碎片、头骨和一个有12颗牙齿的颌骨，这些化石可归属于近亲南方古猿并且和伯特勒足发现于同一地层剖面。牙齿的形状以及之前描述的骨骼特征表明近亲南方古猿比阿法南方古猿更原始。对牙釉质同位素的分析显示近亲南方古猿曾食用来自乔木、灌木或草本植物的叶片、果实和坚果——饮食多样性不如阿法南方古猿。 

伯特勒足与近亲南方古猿的关系补充了关于上新世 （约533万至258万年前）期间存在多种两足直立行走古人类的已有证据。作者总结道，在该地区寻找更多化石是充分理解类人二足性起源的关键。 

《自然》发表了一篇论文，介绍了NASA毅力号火星车捕捉到的声音和电信号，是火星闪电的证据。这些观察表明火星大气具有电活性，有助于我们理解这颗星球的大气化学，或有助于未来探索。 

在太阳系中，地球、土星和木星都存在闪电和电活动。火星理论上存在电活性，但从未得到直接证明。火星多尘的表面经常发生大量局部和全球性事件，包括风沙、沙尘暴和尘卷风，这在地球上已知会引发起电。理解火星是否会发生此类起电十分重要，能有助于我们理解火星地表的化学特性，还可能影响到机器人和载人任务的安全性。 

为回答这个问题，法国天体物理学和行星研究所的Baptiste Chide和同事分析了毅力号在两个火星年内采集的28小时的麦克风记录。通过识别雷电特有的干扰和声学特征，作者分类了55个放电事件。他们发现，这些事件中有54个发生在研究期间前30%的强风事件中，表明风在火星电荷激发中起着重要作用。还有16个事件发生于火星车遭遇的仅有两次尘卷风期间，凸显出在麦克风录制范围之外可能存在更遥远或更低能量的放电现象。 

这些观察表明，火星大气具有电活性，特别是在局部扬尘而非全球性多尘季节里。作者提出，此类活性可能增强了氧化环境，影响有机物保存和宜居性，也可能对设备和宇航员造成风险。他们呼吁开发专用仪器，改善大气模型，来量化火星电现象及其造成的化学影响。 

《通讯-地球与环境》的一篇论文指出，连续的重大干旱——每次持续时间超过85年——可能是印度河流域文明最终衰落的一个关键因素。研究结果或解释了这一主要古代文明——与古埃及处于同一时代、位于当今印巴边界周围——为何会逐渐衰落，并揭示了环境因素如何塑造古代社会。 

印度河流域文明（IVC）是最早的城市文化之一，5000-3500年前存在于位于当今巴基斯坦和印度西北部的印度河及其支流周围。在4500-3900年前的鼎盛期，其文化以先进的城市和复杂的水管理系统为特征。然而，我们一直未能完全理解该文明在强盛期后走向长期衰落的原因。 

印度理工学院甘地纳加尔校区的Vimal Mishra和同事模拟了5000-3000年前整个印度河流域地区的气候条件。他们将这些结果与对过去气候条件的多个间接测量数据相结合，包括两座印度洞穴的钟乳石和石笋的地质化学特性，以及印度西北部五个湖泊的水位记录。作者从中发现，该时期的气温上升了约0.5摄氏度，该地区平均年降水量减少了10%-20%。他们还鉴定出4450-3400年前的四次长期干旱，每次持续时间超过85年，影响了65%-91%的印度河流域地区。 

作者认为，这些干旱事件左右了印度河流域文明的定居地选择。他们报告称，5000-4500年前的定居点集中在降雨更多的区域。但从4500年前开始，定居点开始转向印度河附近，可能当时的干旱已经开始影响水资源获取。他们在3531-3418年前鉴定出了最后一次长达113年的干旱，与印度河流域文明大规模去城市化事件的考古学证据相符。作者总结道，印度河流域文明可能不是因为某一次气候事件而突然衰落，而是一个缓慢的衰落进程，长期干旱则是一个主要贡献因素。