反物质和普通物质一样下落、用细菌循环塑料、史前人类或与硕鬣狗争夺腐肉 | 一周论文新鲜读

10.09

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 下一个超大陆的形成将会带来哺乳动物不宜居住的气候

2. 形状影响微塑料纤维的大气输运

3. 早起的虫子造粮食

4. 用细菌循环塑料

5. 反物质和普通物质一样下落

6. 全球变暖下的强热带气旋提前

7. 史前模拟研究人族挑战硕鬣狗争夺尸体

气候 | 下一个超大陆的形成将会带来哺乳动物不宜居住的气候

Climate extremes likely to drive land mammal extinction during next supercontinent assembly

Nature Geoscience

根据《自然-地球科学》发表的一项模型研究，在约2.5亿年后下一个超大陆形成时，炎热气候将会超出哺乳动物生理极限。

包括人类在内的哺乳动物有避免过热的策略。但温度长时间超过40°C会导致许多哺乳动物物种死亡，而潮湿会加剧热应激。当下正在发生的人因气候变化很可能导致某些地区达到这一生理极限，但即使在极端变暖的场景下，地球大多数地方对哺乳动物仍然是宜居的。下一个超大陆（有科学家称之为“终极盘古大陆”）预计将在2.5亿年后形成，现在所有的陆地会合并成一个超大陆。这一过程对哺乳动物物种的影响尚不明确。

英国布里斯托大学的Alex Farnsworth和同事用一个模拟温湿度模式的气候模型预测，整个未来超大陆将会超过哺乳动物热应激极限。他们认为，因火山气体排放，大气二氧化碳水平将升高至现在两倍，造成更高的温度。他们提到超大陆的地点（主要在热带）令高温加剧，未来太阳也会释放出比现在多2.5%的辐射。作者说明，这使大陆上只有8%的区域对哺乳动物宜居，随着种群缩小和分离，灭绝风险随之上升。

作者提到他们的预测并不确定，未来超大陆的其他可能构造会改变结果。他们还强调，其他演化或人类相关过程可能会使哺乳动物灭绝在超大陆形成前就发生。

环境 | 形状影响微塑料纤维的大气输运

Long-distance atmospheric transport of microplastic fibres influenced by their shapes

Nature Geoscience

《自然-地球科学》的一项模型研究认为，细长的微塑料纤维在大气中留存的时间可能会比球形微塑料颗粒长4.5倍，移动距离也更远。

人们越来越注意到大气输运（污染物在大气中的移动）对微塑料在不同地点扩散和潜在累积的重要性。微塑料纤维（可能达到100微米长，但仅2微米宽）占环境中发现微塑料的很大比例。但当前对大气输运此类纤维的研究基于对球形颗粒的计算，没有考虑有些微塑料纤维的细长形状。

美国康奈尔大学的李锜和同事开发了一个模型研究不同形状尺寸的微塑料的输运和沉积行为。作者发现，比起同体积的球形微塑料颗粒，微塑料纤维的空气动力学粒径小得多，沉降率低得多。如果把微塑料厚度考虑进去，作者估计微塑料纤维在大气中存续时间比圆形横截面颗粒增加4.5倍。他们认为这说明微塑料纤维会比过去认为的移动距离远得多。

作者总结，估计微塑料纤维在大气中移动和沉积时应充分考虑其形状，以更好地理解微塑料污染源。

农业 | 早起的虫子造粮食

Earthworms contribute significantly to global food production

Nature Communications

根据《自然-通讯》发表的一篇论文，蚯蚓可能每年贡献了全球食品生产中的1.4亿吨，包括6.5%的谷物生产和2.3%的豆类。作者认为，支持蚯蚓种群及整体土壤多样性的农业生态学政策和实践的投入，对于实现可持续农业目标十分重要。

蚯蚓是健康土壤的重要建造者，在许多方面支持植物生长，如影响土壤结构、水获取、有机物质循环及营养可得性。人们还表明，蚯蚓能够推动植物产生促生长激素，帮助植物抵御常见土壤病原体。但它们对全球农业生产的贡献尚未得到量化，对此的理解很有限。

为评估蚯蚓对全球重要作物生产的影响，美国科罗拉多州立大学的Steven Fonte和同事对蚯蚓丰度、土壤特性和作物生产的地图与此前数据作了分析。他们发现蚯蚓贡献了全球谷物（包括玉米、水稻、小麦和大麦）生产的约6.5%，豆类等生产的2.3%（包括大豆、豌豆、鹰嘴豆、小扁豆和苜蓿），相当于每年超过1.4亿吨。蚯蚓的贡献在全球南方尤其高，它们对撒哈拉以南非洲的谷物生产贡献了10%，拉美和加勒比海地区有8%。

这些发现属于量化有益土壤生物体对全球农业生产贡献的首批尝试。虽然这些发现基于对较多全球北方数据库的分析，作者认为蚯蚓在全球食物生产中都是重要驱动者。作者认为需要研究投入和促进生态农业管理实践，强化包括蚯蚓在内的整个土壤生物群，以支持各种促进长期可持续性和农业恢复力的生态系统服务。

生物技术 | 用细菌循环塑料

Engineering microbial division of labor for plastic upcycling

Nature Communications

《自然-通讯》发表的研究提出，用一组合成细菌可以有效将塑料废物变为有用的化合物。这些细菌可以帮助应对日益增长的塑料污染问题，生产有价值的化学物质和产品，如用于粘合剂、绝缘体和制造尼龙等。

塑料污染是一个日益加剧的全球危机，对环境、野生生物和人类健康造成深远的负面作用。一个可能的解决方案是用改造微生物回收塑料作为产品，但极为复杂且困难重重。

美国伊利诺伊大学香槟分校的卢挺、美国麻省理工学院的James Collins和同事设计了两种土壤细菌恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的遗传改造菌株，用于升级改造最常见的塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯。每一菌株分解处理化学塑料分解产生的两种产物（对苯二甲酸和乙二醇）之一。研究发现这些菌株联合处理两种产物时比单用一种菌株效率更高。这些细菌进一步升级利用了塑料，将之转化为可生物降解的聚合物聚羟基脂肪酸酯（PHA）和粘康酸盐等，可用于合成聚氨酯和己二酸。聚氨酯被用于绝缘体、泡沫、涂料、粘合剂，而己二酸用于制造尼龙。

这些发现表明改造微生物群体可能是个有前景且有效的平台，促进聚合物升级改造和环境可持续性。此外，作者认为，其背后的概念和策略也可能应用于处理其他类型的塑料。

粒子物理学 | 反物质和普通物质一样下落

Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter

Nature

《自然》发表的一项研究报道了对反氢原子自由下落的直接观测，提示反物质和普通物质受到的引力相同。

爱因斯坦在1915年提出的广义相对论描述了引力的效应，提出至今已得到大量实验验证。广义相对论中的弱等效原理指出，所有物体不论质量和组成，在引力作用下都会以相同的方式自由下落。虽然主流观点认为反物质在地球引力下也会出现物质的行为，但由于难以创造严格对照的实验条件，这方面一直缺乏直接观测。

2018年，欧洲核子中心（CERN）的阿尔法合作组（ALPHA collaboration）建造了ALPHA-g探测器，这是一个反氢原子的磁阱，专门用于研究引力效应。该探测器内悬浮的反氢原子被释放；它们的后续运动可用来推断引力的影响。如果底部溢出的比顶部更多，那么反物质原子可能和普通物质具有相同的行为。Jeffrey Hangst和同事通过该实验观察到，释放到ALPHA-g的被磁阱捕获的反氢原子更倾向于从装置的底部下落。

研究结果验证了反物质和普通物质受到相同引力效应的主流观点，这与广义相对论的预测相符。作者认为，该研究为进一步检验弱等效原理铺平了道路，有望增进我们对反物质的引力性质的理解。

反物质受重力影响的观察结果。视频来自作者

气候科学 | 全球变暖下的强热带气旋提前

Seasonal advance of intense tropical cyclones in a warming climate

Nature

《自然》发表的一项研究指出，1980年代至今，强热带气旋似乎每10年会提早三天发生。这种季节性转变可能与主要由温室气体排放驱动的海洋暖化有关。

强热带气旋是指生命史的最大风速超过110节（每小时203.7千米）的热带气旋，属于破坏力最强的自然灾难之一。强热带气旋特点（包括气旋数量、强度和生命史）的变化已有大量研究，但它们的季节性周期变化仍有很多未知。

为了解热带气旋的季节性周期是否发生了变化，中国南方科技大学的余锡平和同事分析了1981年至2017年的卫星数据。他们发现，强热带气旋的出现时间有提早的趋势，北半球和南半球分别以每10年3.7天和3.2天的速度提前。不过，研究结果显示，季节性提前只在强热带气旋上较为显著，在较弱的热带气旋上则不明显。强热带气旋的提早发生经证明与海表温度和海洋热含量的提早上升有关，而这主要是由温室气体排放驱动的。

研究团队分析了来自中国南部和墨西哥湾的数据——这两个地区受到热带气旋的严重影响，并研究了强热带气旋的提前对极端降水的潜在影响。结果显示，强热带气旋的提早出现极大推动了极端降水的提前，同时每年的持续性降水事件数量也会增加。今后仍需开展进一步研究，为强热带气旋提前风险较高的人群和地区制定更好的保护策略。

人类演化 | 史前模拟研究人族挑战硕鬣狗争夺尸体

Computer simulation of scavenging by hominins and giant hyenas in the late Early Pleistocene

Scientific Reports

《科学报告》发表的一项模型研究发现，在早更新世的晚期（120-80万年前），人族（包括人类和我们已灭绝的亲属类群）在欧洲南部或能与硕鬣狗争夺剑齿虎和美洲豹遗弃的尸体。这项发现认为中等规模的人族群体或是最成功的“清道夫”。

此前的研究曾提出理论认为，剑齿虎遗弃的尸体可能足以支持欧洲南部的早期人族群体。但还不清楚是否其他大型食腐动物如硕鬣狗是否会限制人族获取这些食物源。

西班牙国立人类进化研究中心（CENIEH）的Ana Mateos、Jesús Rodríguez和同事对人族和短吻硕鬣狗（Pachycrocuta brevirostris）在早更新世晚期伊比利亚半岛竞争腐肉（死去动物的肉）进行了模拟。作者模拟了剑齿虎（Homotherium latidens和Megantereon whitei）和欧美洲豹（Panthera gombaszoegensis）是否会留下足以支持鬣狗和人族种群的腐肉，以及这可能如何影响人族清道群体的规模。

作者发现，当人族成群清扫腐肉且群体规模足以驱赶硕鬣狗（超过5个个体），在模拟结束时人族种群超过了硕鬣狗。但如果清扫的人族群体非常小，仅能存活到捕食者密度高（因而尸体可获得性高）的模拟结束。模拟还提出了人族获取尸体的潜在最优群体规模，超过10个个体的群体能够赶走剑齿虎或美洲豹，而超过13个个体的群体则需要得到更多尸体才能支撑能量消耗。但作者提到，他们的模拟不能明确指出最佳群体规模是多少，因为驱赶鬣狗、剑齿虎、美洲豹所需的人族数量是预设和任意分配的。

这些发现共同表明，早更新世晚期欧洲南部中等规模的人族群体或能通过获取尸体规律获得食物，即使是与硕鬣狗竞争。作者推断，腐肉可能是人族重要的肉和脂肪来源，特别是在冬季植物资源稀缺的时候。

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