难怪上头，流行金曲旋律越来越简单了；义肢装上神经接口，行走速度提升41%；丹尼索瓦人在青藏高原捕食岩羊 | 一周论文新鲜读

7.8

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. 骨骼残骸揭示丹尼索瓦人在青藏高原的活动

2. 朱诺冰原冰川消融加快

3. 歌曲旋律自1950年以来变得越来越简单

4. 用于行走的仿生腿

5. 关于最早叙事画的新结论

6. 澳大利亚洞穴发现1.2万年历史的仪式

7. 巨型蝾螈类捕食者

考古学 | 骨骼残骸揭示丹尼索瓦人在青藏高原的活动

Middle and Late Pleistocene Denisovan subsistence at Baishiya Karst Cave

Nature

《自然》发表的一项研究指出，青藏高原的丹尼索瓦人曾靠屠杀和食用岩羊（山羊的一种）及其他动物存活下来。该研究让我们更了解丹尼索瓦人的行为，并揭示了他们对恶劣和多变环境的适应力如何。

丹尼索瓦人是一类已灭绝的古人类，与尼安德特人亲缘关系很近，到更新世末期时已横跨了欧亚东部的大部分地区。夏欢、丹麦哥本哈根大学的Frido Welker和同事研究了从青藏高原高海拔地区的白石崖溶洞出土的2500多个骨骼，已知丹尼索瓦人在这里生活过。通过结合分子和视觉分析，他们确定了大部分骨骼来自岩羊（也称蓝羊，当今喜马拉雅常见的一种山羊），而其他碎片来自食肉动物、小型哺乳动物和鸟类。其中许多都有切割痕迹，说明它们曾经被加工作为食物，加工工具为骨骼制成，这些工具也在该洞穴中有发现。

此外，研究团队还发现了一个丹尼索瓦人肋骨，距今约有48000至32000年。目前发现的丹尼索瓦人化石很少，所以这是一个重要发现。综合来看，这些结果表明丹尼索瓦人在这里一直生活到晚更新世，并在这里充分利用了他们能获得的动物资源。虽然海拔很高，但该洞穴所在的甘加盆地被认为给丹尼索瓦人提供了一个相对稳定的栖息地，这些丹尼索瓦人在末次冰期-间冰期-冰期周期期间生活在该处。

气候变化 | 朱诺冰原冰川消融加快

Accelerating glacier volume loss on Juneau Icefield driven by hypsometry and melt-accelerating feedbacks

Nature Communications

根据《自然-通讯》发表的一项研究，相比过去250年，阿拉斯加朱诺冰原自2005年以后的冰流失速度加快。研究发现2015年至2019年面积缩小的速度是1979年至1990年间的5倍。作者认为，这一趋势的持续可能会让冰川退缩超出可能恢复的程度。

已有研究表明，气候驱动的冰川和冰原的冰流失会导致海平面上升，预计到2100年，阿拉斯加仍将是造成这一影响的最大地区。阿拉斯加冰川对气候变化格外敏感，因为这里的冰川通常“头重脚轻”（海拔越高面积越大），而且位于高原上。此外，这些因素使得阿拉斯加冰川更容易出现临界行为，即超过某个临界点会导致不可逆的衰退。要了解气候变化对这些冰川的影响，需要阿拉斯加冰川变化的长期记录。

英国纽卡斯尔大学的Bethan Davies和同事利用历史记录、航拍照片、3D地形图和卫星图像重建了朱诺冰原在过去250年里的冰川行为。他们观察到在1770年至1979年间，冰川体积以每年约0.65 立方千米的速度稳定减少。在1970年至2010年间，加速到了每年约3 立方千米，随后在2010年至2020年间近乎翻倍，达到每年5.9 立方千米。在2010年至2020年间冰川加速流失的同时，冰川变薄速度也比1979年至2000年间高1.9倍，冰原破碎程度加剧。作者认为，冰原积累面积的减少正在造成一个正反馈循环，深色岩石等表面的暴露降低了阳光反射率，进一步造成了冰川退缩。

研究结果表明，一种物理机制可能导致冰原走向不可逆的冰川退缩临界点。作者认为，加深对阿拉斯加冰川流失机制的理解或有助于改善对近未来海平面上升的预期。

音乐 | 歌曲旋律自1950年以来变得越来越简单

Trajectories and revolutions in popular melody based on U.S. charts from 1950 to 2023

Scientific Reports

《科学报告》发表的一项研究认为，根据《公告牌》（Billboard）年终单曲榜，美国每年最流行歌曲的旋律复杂性自1950年以来在下降。

英国伦敦玛丽女王大学的Madeline Hamilton和Marcus Pearce分析了1950年至2022年间每年Billboard年终单曲榜前五名歌曲中最突出的旋律（通常为人声旋律）。他们发现，在这段时间里，随着每秒平均演奏音符数量的增加，歌曲节奏和音高安排的复杂性在下降。他们还发现了旋律复杂性在1975年和2000年出现了两次显著下降，1996年有一次幅度较小的下降。作者推断，1975年的旋律变化可能代表着新浪潮、迪斯科和舞台摇滚（stadium rock）风格的兴起。他们补充说，1996年和2000年的变化可能体现了嘻哈音乐（hip-hop）的兴起，或数字音频工作站的采用，因为数字音频工作站能够重复播放音频循环。

作者指出，尽管近几十年来流行旋律的复杂性似乎有所下降，但这不意味着其他音乐元素（如声音质量或组合）的复杂性也下降了。他们推断，旋律复杂性下降可能是由于其他音乐要素复杂性的增加（如平均每秒演奏的音符数增加），以避免让听众感到应接不暇。此外，他们提出数字乐器适用范围的扩大可能让音乐的复杂性能够通过音质来表达，而非旋律。

这些发现为过去70年流行乐的演变带来了更深入的见解。

神经科学 | 用于行走的仿生腿

Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation

Nature Medicine

《自然-医学》发表的一篇论文报道了一个神经义肢接口，能让仿生腿对人体神经系统产生完全响应。这个接口由手术构建的成对的主动肌-拮抗肌组成，这些肌肉对能恢复自然本体感觉（感知四肢位置和运动的能力），在有14名膝下截肢人士参与的临床试验中改善了行走控制。这些结果表明，即使只恢复部分神经信号传导，或许也足以实现神经义肢功能的临床相关改善。

尽管义肢技术不断进步，但想让膝下截肢人士恢复正常步态仍难有进展。为了让肢体在其活动范围内活动，肌肉以成对的主动肌-拮抗肌发挥作用，这反过来能将本体感受信号传给中枢神经系统，给人体提供四肢位置和运动的意识。不过，手术截肢会导致截肢位置的神经-肌肉架构严重受损，也称残肢，因为断开的肌肉会被包住，形成充足的软组织垫层作为义肢接受腔，这会破坏自然肌肉动力学和本体感受。

美国麻省理工学院的Hugh Herr和同事研发的神经义肢接口通过手术将成对的主动肌-拮抗肌与感知电极相连。这些成对的动态肌肉在残肢内通过手术构建，作为腿部截肢人士的神经义肢控制和本体感受来源。这个接口能将患者的神经控制信息传给一个外部义肢，并进一步将义肢位置和运动的本体感受传回给使用者。

作者随后在临床试验中测试这种仿生义肢的效果，试验共有14名单侧膝下截肢的受试者，其中7人有神经义肢接口。与没有神经义肢接口的膝下截肢人士的行走速度相比，这些受试者的行走速度提升了41%，与未截肢人群的行走速度相当。此外，他们的行走表现在真实世界环境中也更好，这些环境包括斜坡、台阶和被堵住的小路。

作者表示，他们的研究结果或可用于指导今后的重建技术——这类技术的目标是恢复截肢或运动瘫痪人士对人体行动的神经控制。

考古学 | 关于最早叙事画的新结论

Narrative cave art in Indonesia by 51,200 years ago

Nature

《自然》发表的一项研究指出，印度苏拉威西岛的一幅描绘类人形象与一头野猪互动的洞穴画可追溯至至少51200年前，使其成为可能是目前报告的最早的叙事洞穴画。这个年数是用一种比标准洞穴画测年法更新的技术估算的，将之前对该岛画作的断代推前了至少5700年。研究结果表明，在画中对类人形象和动物的描绘以及对复合场景的使用在人类史上的开始时间比之前认为的更早。

史前岩画是我们理解早期人类文化的重要途径，但对这些画作进行准确可靠的测年却并不容易。一项广泛使用的测年技术为基于溶液的铀系断代法，这需要对画作在古代天然形成的碳酸钙沉积进行采样，并在这些生长物质内测量从铀到钍的放射性衰变，这种方法被用于估算下层画作的最小年份。不过，这种方法会因为复杂的岩石生长史而低估下层画作的真实年龄。

为克服这些挑战，Adhi Agus Oktaviana、澳大利亚格里菲斯大学的Maxime Aubert和同事利用名为激光剥蚀铀系成像（LA-U系）的替代方法评估了印度尼西亚苏拉威西岛南部的马罗斯-庞格普（Maros-Pangkep）地区的一些最古老的洞穴画。这种方法利用激光与质谱耦合来分析碳酸钙样本的微小细节，从而计算出更准确的年龄。这种新技术能对实际上更贴近色素层的碳酸钙物质进行测年，提高对相关作品的断代准确性。作者分析了马罗斯-庞格普Leang Bulu’ Sipong 4的一幅狩猎场景，这幅画之前的测年为至少43900年前，而且是世界上已知最古老的叙事画之一。利用LA-U系法，作者估计这幅画至少有约48000年的历史——比之前认为的还早了至少4000年。团队随后将这种方法应用到Leang Karampuang（也在马罗斯-庞格普地区）的一幅之前未测年的具象画样本上，这幅画描绘了三个类人形象与一头猪的互动。结果显示这幅画至少完成于51200年前，使其成为目前报告的已知最早的具象洞穴画和最古老的叙事场景。

研究结果显示了早期人类文化使用具象描绘的悠久历史。作者认为，新的测年结果或挑战了更新世艺术研究中的一些重要推断，包括认为在画中通过描绘类人形象和使用叙事构图（场景）来传递意义的做法一直到晚更新世末期（至少在14000至11000年前）才开始相对常见。最后，他们指出LA-U系法速度更快、效率更高、对画作的破坏更小，而且空间分辨率更好（因此准确度比基于溶液的方法更高）。

考古学 | 澳大利亚洞穴发现1.2万年历史的仪式

Archaeological evidence of an ethnographically documented Australian Aboriginal ritual dated to the last ice age

Nature Human Behaviour

《自然-人类行为》发表的一篇论文指出，澳大利亚东南部距今已有约1万至1.2万年的火塘保存了或是已知最古老的文化传承仪式的证据。

在无书面语言的社会中，民族志学上已知的文化习俗的考古资料很难在时间长河中保存下来，而且对古代仪式的历史叙述可能在代代相传的过程中发生改变。19世纪澳大利亚的民族志记述记录了古奈库尔奈原住民（GunaiKurnai First Nations）进行治愈或伤害的一种仪式，他们会将属于目标受害人的一个物件绑在一根由木麻黄（Casuarina）木和脂肪制作的有形状的木棍上，并将其放在一堆火前直到木棍倒下。

该研究地点的传统拥有者（Traditional Owners）与澳大利亚莫纳什大学的Bruno David及同事一起在澳大利亚东南部古奈库尔奈村的Cloggs洞穴发现了举行仪式的证据。作者发现了两处小型火塘，每个都和一根由木麻黄木制成的有形状的木棍相关，时间可追溯至1万-1.2万年前。对这些木棍的残留物分析显示脂肪的存在，但在该地没有找到烹饪或加热的证据。

基于这些证据，作者认为这些洞穴曾在1万-1.2万年前被用于举行仪式，这与19世纪民族志学者记录的仪式一致。他们指出，古奈库尔奈村可能自末次冰期结束以来就一直在举行这些仪式，并持续了约500代人。

古生物学 | 巨型蝾螈类捕食者

Giant stem tetrapod was apex predator in Gondwanan late Palaeozoic ice age

Nature

《自然》本周的一项研究，描述了一种生活在二叠纪早期（约2.8亿年前）、如今是纳米比亚地区的巨大蝾螈类动物，它被命名为Gaiasia jennyae。据估计这种捕食者头骨长约60厘米，可能是这类动物中体型最大的。这些发现填补了化石记录的空白，表明早期四足动物比此前认为的分布更为广泛。

关于四足动物（拥有四肢的陆生脊椎动物，如两栖动物、爬行动物、哺乳动物和鸟类）早期演化的大多数见解，都来自如今欧洲和北美洲大片产煤的古代赤道湿地发现的化石。但Gaiasia发现于纳米比亚西北部，来自更遥远的南方，它们生活在约南纬55度的超大陆冈瓦纳古陆南部。

这一分类基于至少四个不完整个体的化石，包括头骨碎片和一个不完整的脊椎骨。阿根廷布宜诺斯艾利斯大学自然科学系（FCEN）的Claudia Marsicano和同事估计头骨基部长约60厘米，这比它们的欧洲和北美近亲要大得多。头骨和下颌结构表明，Gaiasia咬力很强，能够捕捉大猎物。在一篇同时发表的新闻与观点文章里，Christian Sidor写道，“证据表明，Gaiasia的全身长度超过2.5米。”

作者认为，Gaiasia这种古代生物和已灭绝的两栖样动物圆螈类（colosteid）有亲缘关系，后者具备一些更早时期的特征，被认为在石炭纪晚期（约3.07亿年前）被更现代的两栖和爬行动物取代。种名jennyae是为了纪念已故的Jennifer A. Clack（1947-2020年），一位古生物学家先驱，她的工作改变了人们对四足动物早期演化的看法。

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