人与狗：我肯定，在几百年前就说过爱你 | 一周趣科学vol.83

科学家解析狗狗与人类最初相遇的历史

对许多人来说，狗是忠诚的伙伴、工作伙伴和挚爱的家庭成员。

近日，《科学》杂志两文连发，聚焦于人类和狗最初相遇的那段历史。人类是何时与狗结缘的？它们又是如何形成形态多变的不同犬种的？这两项新研究提供了一些答案。

在第一篇文章中，研究者利用了过去5万年间643个犬类和狼的头骨，探讨了现代犬类多样性的起源。

他们的分析表明，犬类头骨最早出现在大约1.1万年前的全新世时期，即最近一次冰河时代之后。他们还发现，同一时期的犬类头骨存在显著的形态多样性。

这意味着，如今犬类体型和形状的多样性并非仅仅是近几个世纪以来盛行的大规模选择性育种计划的结果。其中一些变异早在数千年前就已经出现。换句话说，阿拉斯加和柯基的区别不是最近才出现的，它们可能在一万年前就已经不一样了。

在另一项研究中，研究者利用了73个古代犬类基因组，研究犬类祖先成分随时间推移以及不同地区之间的变化，探索了人类和犬类在欧亚大陆东部的迁徙历程。

对这些古代犬类的分析发现，欧亚大陆东部犬类的祖先成分在与特定人类群体（狩猎采集者、农民和牧民）迁徙时期存在多次变化。这表明，随着不同人类文化群体在欧亚大陆的迁徙，他们的犬类往往也随之迁徙，并携带着各自独特的遗传特征。

亚洲部分地区的人类和犬类祖先构成存在差异。这意味着犬类可能在不同人类文化或社群间的文化交流或贸易中扮演了关键角色，也可能揭示了犬类进化过程中我们尚未完全理解的复杂性。

研究提供的证据表明，数千年前，在东欧亚大陆，犬类作为重要的生物文化载体，在人类社会中发挥着不可或缺的作用，并随着人类迁徙。换句话说，人类在迁徙过程中会带着他们的伙伴，而不是在迁徙之后才购买新的狗。

这些发现凸显了犬类与人类之间长达一万余年的复杂而紧密的联系。

人和狗狗握手（图片来源：veer图库）

课代表总结：我还是想知道，人是主动驯化了狗，还是狗主动来到人身边的？

参考文献：

Melanie Fillios ,Dog domestication, from the fierce to the feisty.Science390,672-673(2025).DOI:10.1126/science.aec3775

胰岛素给药或可告别注射

近日，浙江大学申有青教授团队在《自然》杂志发表了一项研究，提出了颠覆性的胰岛素皮肤给药解决方案。该研究首次报道了一种皮肤渗透性高分子——聚[2-(N-氧化物-N,N-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯]（OP），成功实现了胰岛素无创透皮给药，其胰岛素键合物（OP-I）在糖尿病动物模型中，表现出与皮下注射胰岛素相当的降糖疗效。

这意味着未来糖尿病患者或许不用再忍受打针或者戴泵的不便，只需外敷药物就能补充胰岛素。这不仅将提升患者的生活质量，还可以避免针头带来的局部并发症。这将大幅提升治疗便捷性与生活品质，并有效规避针头带来的局部并发症。

透皮给药拥有悠久的历史，早在古代，人们就通过膏药外敷的形式来治疗疾病。目前部分麻药、心血管疾病的等小分子药物也实现了无创透皮给药。但胰岛素等生物大分子，因分子量大、结构复杂，难以突破皮肤这层壁垒，成为透皮递药研究的核心难点。

尽管厚度只有10微米左右，皮肤角质层却是人体隔绝外界物质的第一道保护屏障，其中角质细胞与脂质有序排列，形成致密结构。紧邻其下的活性表皮层中，细胞间紧密连接。

在前期的相关研究中，申有青团队发现了一种两性离子聚合物OP，它在肿瘤组织中具有出众的渗透性，能够高效递送抗肿瘤药物。随后的实验中，OP在皮肤上也表现出的高渗透性，让团队成员倍感惊喜，进而研究了其高渗透性的机理。

首先，OP含有的三级胺氧化物基团，在皮肤表面的弱酸性条件下带正电，会与皮肤里的带负电的脂肪吸在一起，形成初始的药物浓度。

随着渗透深度增加，pH从酸性变为中性偏碱，OP发生去质子化转变为电中性，就好比成功打入敌后的特务，撕下伪装实现高效率的渗透。

团队将OP与胰岛素化学偶联，构建出键合物OP-I。进入活性表皮层及真皮层后，OP-I沿细胞膜表面发生“跳跃式移动（hopping）”，有效避开了细胞内酶的降解。

这种“跳跃递送”透过深层皮肤后，最终经真皮层淋巴管进入体循环，实现了胰岛素的全身递送。这就像是让OP这个可以灵活变形的“快递员”，带着胰岛素钻过皮肤，从而递送至血液中。

实验证明，对糖尿病小鼠经皮给予OP-I后，血糖在1小时内即可快速降至正常范围，降糖效果与皮下注射胰岛素相当。

不同于传统化学促渗剂的屏障破坏，OP-I持续给药后，动物皮肤角质层结构完整、细胞间隙无扩张，也没有出现炎症等副作用。毒性试验表明，OP同样具备极高的体内安全性。随着临床研究的持续推进，未来可能只需通过皮肤涂药便可实现血糖平稳控制，显著提升治疗效率。对糖尿病患者而言，“告别针头”将不再是奢望。

OP-I的皮肤渗透性（图片来源：参考文献）

课代表总结：延长预期寿命之外，改善生活质量同样重要。

参考文献：

Wei, Q., He, Z., Li, Z. et al. A skin-permeable polymer for non-invasive transdermal insulin delivery. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09729-x

好消息：宇宙不是计算机模拟的

在科幻小说中有一种设定，那就是宇宙可能只是高级文明的计算机里运行的一段模拟程序。在现实中，由于量子理论的限制，导致物质、能量、时间和空间都有可能是量子化的，似乎有点像手机屏幕上的像素，因此很多人会围绕着这一点展开想象，电影《黑客帝国》中就有类似的背景设定。

有人提出宇宙是可以模拟的，如果这种模拟可行，那么模拟的宇宙本身就能孕育生命，而生命反过来又可能创造出自己的模拟。这种递归的可能性使得我们的宇宙不太可能是最初的宇宙，而更像是嵌套在另一个模拟之中的模拟。

然而，《物理学全息应用杂志》近日发表的一篇文章表明，这种说法在数学上根本不可能，宇宙本身建立在一种任何算法都无法企及的理解之上。该团队的研究成果基于对现实本质不断演进的理解。

物理学早已超越了艾萨克·牛顿关于物体在空间中运动的观点，量子力学和爱因斯坦的相对论取代了这一经典模型。

如今，在理论物理学的前沿领域，量子引力提出后，甚至空间和时间也并非基本要素。相反，它们源于更深层次的东西——纯粹的信息。

然而，科学家们证明，即使是这种基于信息的结构，单靠计算也无法完全描述现实。通过应用哥德尔不完备性定理，他们证明，任何一致且完备的存在模型都需要他们所谓的“非算法理解”。

通俗的说，有些真理是无法被证明的，虽然它确实是真的。这些真理被称为“哥德尔真理”，它们虽然真实存在，却无法用计算来证明。

考虑以下陈述：“这个真命题不可证明。”如果它可证明，那么它就是假的，这与逻辑相悖。如果它不可证明，那么它就是真的，这意味着任何试图证明它的逻辑系统都是不完备的。无论哪种情况，单靠计算都无法得出确切的结论。

研究者证明了用量子引力的计算理论来描述物理现实的所有方面是不可能的，单靠计算无法推导出物理上完整且自洽的万物理论。相反，它需要一种非算法的理解，所以数学和计算机无法解释全部宇宙，所以宇宙无法用计算机模拟。

黑客帝国里的现实和虚拟

（图片来源：不列颠哥伦比亚大学）

课代表总结：我们真的能验证自己是否生活于缸中之脑吗？

参考文献：

Mir Faizal, Lawrence M Krauss, Arshid Shabir, Francesco Marino. Consequences of Undecidability in Physics on the Theory of Everything. Journal of Holography Applications in Physics, 5(2), 10-21 DOI: 10.22128/jhap.2025.1024.1118

科学家发现第二十一种冰

过去一百年间，科学家通过调节压力和温度，发现了20种不同的冰相。有的冰可以存在在一千多度的高温中，而有些冰可以存在于一百万分之一个大气压下。

水通常在温度降至 0℃ 以下时会结冰，但压力也能促使其结晶。在合适的压力条件下，冰可以在室温下甚至高于其沸点的温度下形成。例如，在室温下，压力超过 10000个大气压的水就会结冰，这种冰是第六个被发现的冰相，所以被称为冰 VI。

在冻结过程中，水分子间的氢键网络会发生复杂的扭曲和重组。这些变化会根据周围压力和温度的不同，形成各种各样的冰结构。

更深入地了解这些分子重排是如何发生的，以及在极端条件下控制它们的能力，可能会创造地球上自然界不存在的全新材料。

近日，《自然·材料》杂志刊登了一项研究，科学家找到了第21种冰相——冰 XXI。在室温下给水施加20000个大气压以上的超高压，并且对其进行反复冻结和融化，最终就可以形成一种前所未见的冰。

传统的金刚石压砧通过拧紧螺栓来增加压力，这一过程通常会引入压力梯度和机械扰动，从而引发过早成核。研究者研发了新的金刚石压砧，通过减少机械冲击并将压缩时间从几十秒缩短至仅10毫秒，最大限度地减少了这些问题。

研究人员确定了冰 XXI 的详细结构，并绘制了其形成的各种路径。与其他已知相相比，冰 XXI 的晶胞异常大且结构复杂。该晶体的几何形状为扁平的矩形晶格，其两个底边长度相等。

冰XXI的一大特点是，它的密度与木星和土星冰卫星内部的高压冰层相当。这一发现可能为探索太空极端条件下生命的起源提供新的线索。

金刚石压砧。第二十一种冰就在这里面产生

（图片来源：scimag）

课代表总结：别的不说，我猜麦当劳的冰和我家制冰机里的冰肯定不是同一种！

参考文献：

Yun-Hee Lee, et al. Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through ice XXI phase at room temperature. Nature Materials, 2025; DOI: 10.1038/s41563-025-02364-x

牧心，科普作者。