宇宙暗物质详细地图；能预测DNA变异影响的AI；湖南发现丰富古代海洋生态系统 | 一周论文新鲜读

2.2

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. 宇宙暗物质详细地图

2. 东亚复合工具制作的已知最早证据

3. AlphaGenome预测DNA变异影响

4. 中国发现含有丰富远古物种的海洋生态系统

5. 斯瓦尔巴北极熊在海冰流失下安然无恙

天文学 | 宇宙暗物质详细地图

An ultra-high-resolution map of (dark) matter

Nature Astronomy

《自然-天文学》发表了一个超高分辨率的宇宙质量地图，揭示了过去100亿年间暗物质如何塑造了星系发展。该地图分辨率是前代的两倍以上，并延伸至宇宙演化的更早期阶段，为测试暗物质的性质和建模恒星形成高峰时期（约80亿-110亿年前）的星系环境提供了基准。 

暗物质占宇宙总质量约85%，因其不发射也不吸收光线，很难被检测，因此在传统望远镜中不可见。但它们的引力会影响遥远星系的光传播路径。通过测量大量遥远星系形状的微小扭曲，科学家可以追踪中间质量的分布，无论其性质为何。和已知的发光结构做比较能够揭示这些暗物质所在位置。过去的地图基于哈勃望远镜等设备，因为分辨率、灵敏度或范围有限，只能呈现宇宙网中最庞大、最重的结构。 

美国加州理工学院喷气推进实验室的Diana Scognamiglio和同事利用詹姆斯·韦布太空望远镜的成像数据，测量了约25万个星系的形状，重建了迄今宇宙连续区域中最为详细的质量地图。这一图谱不仅揭示了大质量星系团，也呈现了暗物质的细丝桥梁网络（气体和星系沿这些暗物质丝状结构分布，形成宇宙的骨架结构），以及低质量星系群——因其太过暗淡或遥远而无法用传统望远镜看到。这些结构与主流宇宙学模型的预测一致，认为星系形成于贯穿宇宙的暗物质丝状结构之间高密度的节点。 

作者认为，这些地图将是研究星系演化和宇宙结构发展的宝贵资源。 

考古学 | 东亚复合工具制作的已知最早证据

Technological innovations and hafted technology in central China ~160,000–72,000 years ago

Nature Communications

《自然-通讯》发表的研究显示，中国中部的早期人类可能早在16万年前就开始制作精密石器了。这一发现挑战了认为该时期亚洲石器技术落后于欧洲和非洲的观点。 

石器技术（如作为个人饰品的精致骨器以及颜料的使用）的创新常与早期人类行为复杂度的发展联系在一起。这类创新被认为在中更新世（约30万-5万年前）后期出现在了非洲和欧洲西部。然而，亚洲的考古记录显示复杂工具直到很晚才出现，大概要到4万年前左右。 

中国科学院的杨石霞和同事报道了中国中部河南省西沟发掘的2601个年代在16万至7.2万年前的石器（多为石英和石英岩）。作者在这些人工制品中鉴定出了装柄工具（工作部件与一个手柄相连），代表了亚洲东部复合工具的最早已知证据。大部分这些人工制品的尺寸小于50毫米，发现时已经破碎（如石片和碎片）。用于制作各类工具（包括切割、刮削、钻孔工具）的技术似乎已趋成熟，并需要多个中间步骤，证明了当时古人的规划和远见。作者还指出，根据这些工具表面极小的磨损图案推断，这些工具可能曾用于切割植物材料，如木头或芦苇。 

这些技术创新与近期发现的显示该地区古人类脑容量更大的证据相符。作者指出，除了非洲和西欧，中更新世晚期到晚更新世中期的亚洲人类祖先可能也曾创造出了复杂的技术。 

基因组学 | AlphaGenome预测DNA变异影响

Advancing regulatory variant effect prediction with AlphaGenome

Nature

《自然》本周发表了深度学习模型AlphaGenome，该模型能预测长达一百万碱基对的DNA序列的功能。这一工具能预测DNA序列变异如何影响不同生物过程。AlphaGenome能用于理解遗传疾病、改进基因检测，并为开发新疗法提供信息。 

基因变异会影响生物学过程并可能引发疾病，但理解DNA序列变化如何影响其功能是个难题。大多数变化（约98%）发生于非编码区域（不编码蛋白质但影响基因表达的DNA区域），使得预测其影响变得困难。要解决这一问题需要计算模型。现有的方法在序列长度和预测强度上必须做出取舍，但AlphaGenome能在长DNA序列中做出高分辨率预测。 

谷歌DeepMind的Žiga Avsec、Natasha Latysheva、Pushmeet Kohli和同事展示了AlphaGenome的能力。这一模型用人类和小鼠基因组训练来学习DNA序列如何影响不同生物学过程。AlphaGenome可以即时预测5930种人类或1128种小鼠遗传信号，这些信号与特定功能有关，如基因表达、剪接（基因组的切割与重组）和蛋白质修饰。在26项变异效果预测评估中，其结果在25项中与现有顶尖模型表现相当或更优。作者指出，该模型优势在于能同时对多种遗传信号和生物学结果进行多重预测。 

作者写道，进一步改进这一工具或能拓展其应用，例如增加涵盖的物种，或拓展模型能识别的非编码序列范围。他们总结说，AlphaGenome有望深化对DNA序列变异引发的复杂生物学结果的理解。 

古生物学 | 中国发现含有丰富远古物种的海洋生态系统

A Cambrian soft-bodied biota after the first Phanerozoic mass extinction

Nature

《自然》本周发表文章，描述了一个软体动物化石群，该化石群发现于中国南方一处采石场，可追溯至5.12亿年前。这一“花垣生物群”包含16个主要动物类群、153个物种，其中59%是此前未发现的物种。这些保存完好的化石为早寒武世Sinsk事件（这场大规模灭绝终结了寒武纪生物大爆发）后的海洋生态系统提供了迄今最完整的图景。 

我们对始于5.4亿年前的寒武纪大爆发的了解，大多来自能保存软体组织的罕见伯吉斯页岩沉积物。Sinsk事件以约41-49%的灭绝率打断了这次爆发，特别是浅水中有骨骼的动物。在距今约5.135亿年前辛斯克灭绝事件后，鲜有地点能提供该时期丰富多样的样本。因此，关于软体动物群对这一事件的反应，尤其是在较深水域中的情况，人们所知甚少。中国澄江和清江现有的记录早于此次灭绝，而伯吉斯页岩仅记录了更晚期的生态系统。 

在2021年到2024年的4个野外考察季，赵方臣、中国科学院的朱茂炎和同事在中国湖南省一处采石场发现了数千件保存完好的标本。这一“花垣生物群”包括节肢动物、海绵、被囊动物和其他无脊椎动物，和完整的射口类动物（寒武纪的顶级捕食者），表明存在复杂的食物网络。与全球45个寒武纪生物群进行的统计学比较表明，花垣生物群和较晚的伯吉斯页岩有强烈的动物群联系，表明洋流和海平面变化等因素驱动了长距离跨洋扩散。这些结果还表明，深水软体动物环境受Sinsk灭绝的影响小于浅水，这些深水环境可能充当了避难所或演化创新中心。 

这一完整生物群填补了早寒武世第一次大灭绝前后的化石记录空白。它与伯吉斯页岩共有的分类群，强化了华南与北美间早期联系的证据，并为全球海洋系统在早寒武世的重组带来了新见解。 

生态学 | 斯瓦尔巴北极熊在海冰流失下安然无恙 

Body condition among Svalbard Polar bears Ursus maritimus during a period of rapid loss of sea ice

Scientific Reports

《科学报告》发表的研究显示，尽管海冰流失，但挪威斯瓦尔巴岛附近的北极熊（Ursus maritimus）种群的身体状况有所改善。这一结果不同于之前发现整个北极的北极熊种群与海冰流失一起退化的研究。 

此前研究发现，1980年至今，斯瓦尔巴周围巴伦支海地区的气温每十年上升最高2摄氏度。但2004年的普查显示，巴伦支海北极熊种群数量约为2650只，且近来规模似乎并未缩小，而这背后的原因一直不明。 

挪威极地研究所的Jon Aars和同事利用1992至2019年对斯瓦尔巴770只成年北极熊的1188份身体测量记录，分析了导致斯瓦尔巴种群稳定的可能原因。他们将这27年内的北极熊身体成分指数（BCI，衡量脂肪储备与身体状况的指标）变化与巴伦支海地区无冰日天数进行了比较。作者发现，尽管无冰日天数在此期间增加了约100天——速度约等于每年增加4天——但采样成年北极熊的平均BCI自2000年后一直在增加。这说明脂肪储备随海冰水平下降反而在上升。 

作者认为，斯瓦尔巴北极熊身体状况改善或可归因于之前被人类过度利用的陆栖猎物资源种群的恢复，如驯鹿（Rangifer tarandus）和海象（Odobenus rosmarus）。他们还指出，海冰流失或导致环斑海豹（Pusa hispida）这类猎物集中在更小的海冰区域，而这可能提升了北极熊的捕猎效率。作者推断，海冰的进一步减少或增加了斯瓦尔巴种群到捕猎场的移动距离，从而对该种群带来负面影响，而这已经在其他北极熊种群中可以看到。作者总结道，仍需开展进一步研究理解不同北极熊种群今后将如何适应北极变暖。 

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