全球每20名女性就有1名被确诊乳腺癌、中国团队发布食蟹猕猴完整基因组、火山遗址里的大脑玻璃 | 一周论文新鲜读

3.3

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 估算全球乳腺癌死亡率和发病率

2. 火星可能拥有固态内核

3. 证据揭示早期非洲雨林曾是人类家园

4. 猫代码可量子纠错并降低开销

5. 完整猕猴基因组为演化和生物医学研究带来新启发

6. 维苏威火山灰云令大脑化作玻璃

健康 | 估算全球乳腺癌死亡率和发病率

Global patterns and trends in breast cancer incidence and mortality across 185 countries

Nature Medicine

《自然-医学》发表的一项研究发现，当前全球每20名女性中就有1名被诊断患有乳腺癌，据估计每70名女性中就有1名可能在一生中死于乳腺癌。作者指出，为了减少全球乳腺癌死亡率日益扩大的不平等现象，必须迅速采取行动——尤其是在人类发展指数（HDI，通过衡量预期寿命、教育水平、生活质量等因素评估国家整体生活质量的指标）得分较低的国家——并对早期诊断和治疗进行持续投入和改进。

乳腺癌是最常见的癌症之一，也是女性中癌症相关死亡的主要原因。2021年，世界卫生组织（WHO）发起了世卫组织全球乳腺癌倡议（GBCI），为各国设立了将乳腺癌死亡率每年平均降低2.5%的目标。然而我们需要全球和地区范围内当前及未来预计的乳腺癌负担数据，以监测乳腺癌控制工作的成功与否。

加拿大阿尔伯塔省卫生服务局的Miranda Fidler-Benaoudia和同事分析了185个国家乳腺癌发病率和死亡率的数据，发现2022年全球有230万乳腺癌新发病例和67万乳腺癌死亡病例。然而，这些病例的分布并不均匀；在HDI得分较低的地区，乳腺癌确诊患者有着不成比例的最高死亡率。举例来说，终生确诊率最高的为法国（1/9）和北美（1/10），而终生乳腺癌死亡风险最高的却是斐济（1/24）和非洲（1/47）。

作者还分析了46个国家在10年间的乳腺癌死亡率。他们发现，虽然30个国家的死亡率似乎都有下降，但只有7个国家实现了世卫组织GBCI每年死亡率降低2.5%的目标：马耳他、丹麦、比利时、瑞士、立陶宛、荷兰和斯洛文尼亚。以目前的趋势看，乳腺癌发病率和死亡率到2050年预计将分别增加38%和68%，而且会不成比例地影响HDI较低的国家。这相当于2050年预计将有320万新病例和110万死亡病例。

作者指出，这些估算结果受限于数据质量和可及性，尤其是HDI得分较低的国家可能人口覆盖不完整，已建立的癌症注册体系也不完善。由于使用的数据集不同，对未来的估算也只局限于一部分国家。

行星科学 | 火星可能拥有固态内核

The structure and stability of Fe_4+xS₃ and its potential to form a Martian inner core

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一项研究称，实验室实验的地球化学证据表明火星中心可能存在固态内核。

美国宇航局（NASA）“洞察号”任务的数据表明火星有一个液态内核。与地球内核相似，火星内核应该主要是由熔融铁金属组成。但它的密度较低，表明火星核心肯定含有大量其他较轻的元素，如硫。过去人们认为，火星核心温度可能太高，无法使固态内核结晶，但形成铁硫化物矿物内核的可能性尚未得到详细研究。

德国拜罗伊特大学的Lianjie Man和同事在实验室中进行了高压高温实验，以确定火星内核中硫铁化合物相的晶体结构和密度。作者认为，如果火星中心的温度降到约1960开尔文以下（此温度在该区域估计温度范围内），硫铁化合物相可能开始结晶并形成固态内核。要确定火星内部是否存在固态内核，还需要进一步的地球物理学测量。但这项研究的工作支持了火星内部存在固态内核的可能性，无论是现在还是不远的将来火星一旦发生进一步冷却之后。

人类演化 | 证据揭示早期非洲雨林曾是人类家园

Humans in Africa’s wet tropical forests 150 thousand years ago

Nature

《自然》发表的一项研究发现，人类早在15万年前就生活在非洲潮湿的热带雨林中了，这代表了人类在该类型生境生活的最早已知证据。研究结果挑战了关于古热带雨林宜居性的传统观点，表明西非可能有一个重要的早期人类演化中心。

人类被认为在约30万年前在非洲出现，随后扩散到世界各地。人类早在4.5万年前就生活在亚洲和大洋洲的雨林中，但人类与非洲雨林相关性的最早证据只能追溯到1.8万年前。德国马克斯·普朗克地球人类学研究所（MPI-GEA）的Eslem Ben Arous、Eleanor Scerri和同事在一篇新论文中将这一界线又向前推了一步。他们研究了现代科特迪瓦的一个名为贝特I（Bété I）的遗址，这里有人类占据过的迹象，包括手镐一类的石制工具和更小的物品。该遗址可追溯至15万年前，对其沉积物的分析显示，当古人类居住于此时，这里应是一片潮湿的热带雨林，和如今差不多。

这是已知人类与此类生态系统最古老的明确关联。研究结果表明，古热带雨林并非总像之前认为的那般不宜居。

量子计算 | 猫代码可量子纠错并降低开销

Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits

Nature

亚马逊云科技（AWS）的研究人员在《自然》的一篇论文中演示了对硬件开销需求更低的量子纠错。该系统使用所谓的“猫量子比特”（cat qubits，量子比特是经典计算机比特的量子版本），猫量子比特的设计能抵抗可能会干扰量子系统输出的特定类型的噪音和错误。这种方法实现量子比特需要的元器件总数比其他设计更少。

量子计算机很容易出错，这限制了它们在特定任务上超越经典计算机的潜力。量子纠错的方法通过将信息分散到多个量子比特，帮助减少出错，从而在不干扰计算的情况下发现并纠正错误。不过，大部分量子纠错方法通常依赖大量额外的量子比特来提供足够的防出错保护，这可能会在整体上降低效率。

美国亚马逊云科技量子计算中心的Harald Putterman和同事利用名为玻色子猫量子比特的一类量子比特进行量子纠错，探索了一种潜在更高效的方式。这些猫量子比特在硬件水平上对一类错误（称为比特翻转）有更高的固有抵抗力，其代价为更容易出现另一种错误（名为相位翻转）。这种错误偏差能让研究人员设计出只关注处理相位翻转错误的量子纠错代码，得到一个对额外量子比特需求更低、整体上更高效的设计。作者用一组猫量子比特演示了一个超导量子环路装置，证明了有五个猫量子比特的纠错代码在每个周期的错误率从1.75%抑制到1.65%。此前，用更大纠错代码实现错误抑制需要几十个额外量子比特。

这些结果表明，利用玻色子猫量子比特或是实现容错量子计算的一个有效方式。作者指出，这种方法具有高效扩展的潜力，但仍需进一步优化将性能提升到有望推动实际量子计算应用的层面。

遗传学 | 完整猕猴基因组为演化和生物医学研究带来新启发

Integrated analysis of the complete sequence of a macaque genome

Nature

本周《自然》发表的一篇论文呈现了食蟹猕猴的完整基因组，揭示了该物种独特的基因组结构。这些发现或有助于在未来人类疾病及演化过程的研究中更好地应用猕猴生物医学模型。

猕猴——包括食蟹猕猴（Macaca fascicularis）和恒河猴（Macaca mulatta）——是被广泛用于生物医学和演化研究的动物模型。然而这些物种的基因组复杂性和遗传差异在很大程度上仍未得到充分探索。

为了填补这一空白，中国上海交通大学的孙强、毛亚飞和同事构建了食蟹猕猴的完整基因组，这可能是迄今为止首个非人类灵长类动物的完整基因组。他们还获得了恒河猴和食蟹猕猴的高质量群体基因组数据，以研究这两个物种之间的遗传差异。他们的分析表明，两种猕猴的差异在骨骼形成、新陈代谢和大脑发育相关的基因区域尤为明显。研究人员还试图找出猕猴和人类之间的基因差异，他们发现了93个大规模基因组重排，以及约400个在两者大脑皮层中呈现不同表达水平和表达模式的基因，其中一些基因表达的改变是由三维基因组结构的演化变化引起的。此外，猕猴的基因变异数量至少是人类的三倍，这表明猕猴的遗传多样性更高。

这些发现为基因组差异如何影响遗传多样性带来了新启发，或会为两种猕猴之间的差异提供新见解，并为未来的生物医学研究提供参考。

考古学 | 维苏威火山灰云令大脑化作玻璃

Unique formation of organic glass from a human brain in the Vesuvius eruption of 79 CE

Scientific Reports

《科学报告》发表一项研究，报告了公元前79年维苏威火山爆发时丧生于赫库兰尼姆（Herculaneum）的一名死者头骨中出现的独特深色玻璃状有机物，可能是死者被极热但持续时间极短的火山灰云杀死时形成的。这一结论基于对这种玻璃的物理特性分析，它被认为是该死者化石化的脑组织。

玻璃的形成需要特定条件，因此很少在自然条件下形成。物质要形成玻璃，其液态形式必须冷却得足够快，才能在变成固态时不结晶——这需要该物质和它周围环境之间存在很大的温差——而且这个物质还必须在远高于周围环境的温度下固体化。因此，有机物玻璃极难形成，因为环境温度很少能低到让水（有机物的关键成分）固体化。2020年，在意大利赫库兰尼姆发现了唯一疑似的天然有机物玻璃，但还不清楚它是如何形成的。

意大利罗马第三大学的Guido Giordano和同事分析了一个赫库兰尼姆死者头骨和脊髓内采集的玻璃碎片样本，死者被发现躺在位于奥古斯都学院（Collegium Augustalium）的床上。通过X射线和电子显微镜成像等分析表明，大脑要玻璃化至少需要升温到510摄氏度以上，然后急速冷却。

作者指出，如果这个个体仅被掩埋了赫库兰尼姆的火山碎屑流加热，这种情况是不会发生的，因为这些流体的温度不会超过465摄氏度，而且冷却缓慢。因此作者总结说，基于对现代火山爆发的观察，在维苏威火山喷发期间，迅速消散的超高温火山灰云是第一个致命事件。他们推测，这类事件可能将死者的体温升至510度以上，然后随着火山灰云消散后急速冷却到环境温度。死者头骨和脊椎的骨骼可能保护了大脑没有完全热分解，使碎片形成了这种独特的有机物玻璃。