同是哺乳动物，你家的猫只会喵喵喵，隔壁已经会说人话了

科

牧心2026年03月21日约 12 分钟

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本期导读

动物如何控制自己发出的声音；
烯烃制炔烃的方法革命性更新；
科学家发现质子新的远房表亲；
火星地下埋着河流奔涌的旧痕；
线粒体移植术可以缓解帕金森。

动物如何控制自己发出的声音

大多数哺乳动物，包括我们身边的猫狗，只能发出有限的几种固定叫声，但海狮和海豹却可以控制自己的声音来模仿人类说话甚至唱歌。

上世纪70年代，一只名叫Hoover的港海豹能用它独特的嗓音模仿人类语音。视频中它能发出类似“Get out of here!”的声音。（视频来源：Thomas H. Culhane）

近日，一篇发表在《科学》杂志上封面文章，为我们揭示了这背后的神经演化奥秘。

来自埃默里大学和新佛罗里达学院的研究团队发现，海豹和海狮卓越的发声灵活性，可能源于其对呼吸的精确自主控制，而这种控制能力，本意是为了适应水下呼吸的。

研究团队采用了一种名为弥散磁共振成像的先进技术，细致比对了几种亲缘关系相近的物种的大脑神经网络，包括郊狼、加州海狮、港海豹和北象海豹。这些动物在进化上都与犬科关系密切，但发声能力却天差地别。

在郊狼等大多数哺乳动物的大脑中，控制发声的指令需要经过中脑。这个区域主要负责呼吸、心跳等生存相关的本能反应，导致经过它处理的声音信号趋于固定和本能化，难以产生复杂多变的叫声。

然而，在海豹和海狮的大脑中，科学家发现了一条独特的神经绕行通路：从控制发声的运动皮层，不经过中脑，直接延伸到脑干中控制喉部肌肉的神经元。这条直达通道巧妙地避开了中脑这个本能反射区，让这些海洋哺乳动物能够像我们控制手脚一样，有意识、自主地操控自己的发声器官。研究者将这条通路形象地称为神经旁路。

这种独特的神经结构从何而来？答案指向了严酷的水下生存挑战。

海豹、海狮等鳍足类动物为了进行长时间潜水觅食，演化出了极其精密的自主呼吸控制能力。例如，海狮可潜水约20分钟，而某些象海豹甚至能潜近两小时。这要求它们的大脑必须能主动、精确地指挥何时关闭气道、何时换气，这与大多数陆地动物自动、被动的呼吸模式截然不同。

研究人员提出，正是这种为了精确控制呼吸而强化的神经回路，在演化过程中意外地为精细控制发声奠定了神经基础。换言之，卓越的呼吸控制能力，可能是不经意间为声音的灵活控制打开了一扇门。这堪称进化偶然性的一个绝佳例证。

加利福尼亚的海狮（图片来源：C. Reichmuth）很大变化（图片来源：参考文献）

课代表总结：话说海狮、海豹和海狗、海象，感觉长得都像个鱼雷一样，怎么区分啊？有人给讲讲不？

参考文献：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9367

北京大学取得烯烃制取炔烃的突破性进展

在分子的世界里，碳原子之间不同的连接方式，决定了物质千变万化的性格。单键（烷烃）沉稳，双键（烯烃）活泼，而三键（炔烃）则像一根被压缩的弹簧，蕴藏着极高的能量与反应潜力，是构建复杂药物分子和功能材料不可或缺的精密部件。

然而，化学家们长期面临一个尴尬的局面：想把烯烃变成炔烃，是非常困难的。一个多世纪以来，这一反应主要依赖强碱、高温等剧烈手段，如同用大锤进行雕刻，极易破坏分子上其他娇弱的修饰官能团，限制了其在复杂药物分子后期改造中的应用。因此，炔烃虽然重要，其制备却非常有限，需求和供给严重不平衡。

最近，一项突破性研究为这条合成路线铺上了平坦的轨道。北京大学焦宁团队在《自然》杂志发表了它们的最新策略，利用一种可循环使用的硒杂蒽（ēn）化合物作为关键试剂，在温和的条件下，成功驱动了从烯烃到炔烃的转化。这不仅是方法的改进，更是一次思维范式的跃迁。

这项技术的核心魅力，在于精准与温和。传统的暴力消除法好比用力拉扯一根橡皮筋，很容易使其断裂或损伤附着物。而新方法中的硒杂蒽试剂，则像一把特制的钥匙，能巧妙而选择性地解开双键上的特定氢原子，从而形成三键，整个过程无需强酸强碱助阵，也避免了高温烘烤。这意味着，许多原本在旧方法中无法存活的敏感官能团，如今可以安然无恙地保留下来，大大扩展了反应的适用面。

关键的硒试剂在反应后还可以被回收并重新投入使用，不仅降低了成本，也符合绿色化学减少废物排放的可持续发展理念。

除了实现基础的转化，该方法还展现了一项令人惊喜的额外功能——对分子立体构型的精准操控。碳碳双键并非平板一块，其上的原子排列有顺式和反式两种不同的空间构型，这就像人的左手和右手，结构镜像相似，但生物活性可能天差地别。新方法不仅能高效生成炔烃，还能在过程中对烯烃的顺反构型进行反转或提纯。这种能力对于药物研发至关重要，因为药物的效用往往与其立体构型紧密相连。

这项突破的意义深远。在药物化学的合成终点附近，分子结构通常已极为复杂，此时若要引入一个高活性的炔烃基团进行最终修饰，以往常令人望而却步。新方法提供的温和途径，使得在合成最后阶段进行此类精准改造成为可能，极大加速了新药候选分子的多样化筛选与优化。

焦宁课题组在碳碳键的重构与转化领域的代表性工作（图片来源：北京大学）

课代表总结：分子级别的修正带和PS，想怎么改就怎么改。

参考文献：

Meng, J., Liang, Y., Xu, R. et al. Direct conversion from alkenes to alkynes. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10372-3

科学家发现了质子的一个“远房亲戚”

一百多年前，物理学家欧内斯特·卢瑟福在曼彻斯特大学的地下实验室里，用一束α粒子轰击金箔，首次揭示了原子中心存在一个微小的核，并随后发现了构成原子核的基本粒子之一——质子。这项发现，彻底重塑了人类对物质基本结构的认知。

一个世纪后的今天，科学家们在位于瑞士和法国边境的欧洲核子研究中心，利用史上最强大的大型强子对撞机（LHC），找到了质子的一位远房兄弟——单电荷双粲重子。

它的名字叫作Ξcc⁺粒子（chi-cc-plus）。我们可以把它理解为质子的一个加重升级版。

我们熟悉的普通质子，由两个上夸克和一个下夸克构成（uud），它们都是自然界中最轻的夸克。而新发现的这位粒子，则将那两个上夸克替换成了重得多的粲夸克（ccd）。想象一下，把组成物质的两个基础小木块，换成两块沉重的铅块，整个结构的质量就发生了天翻地覆的变化。

这一新粒子的现身意义非凡。它是大型强子对撞机上的LHCb实验探测器在完成重大升级后，捕获的首个全新粒子。升级后的LHCb探测器每秒能拍摄约4000万张照片，记录下质子对撞中产生的无数粒子轨迹。曼彻斯特团队负责设计和制造了其中追踪系统的关键部件——硅像素探测器模块。这些精密部件如同相机中超高分辨率的感光元件，能够精确捕捉粒子衰变的细微踪迹。

正是凭借这台超级相机，研究人员在分析2024年对撞数据时，从海量事件中识别出大约915次特征明确的衰变信号。这些信号表明，一个质量为3619.97 MeV/c²的粒子，衰变成了三个更轻的粒子。这个质量数值与理论物理学家做的预测完美吻合。

这一发现，也终结了粒子物理学界一桩长达二十多年的悬案。此前曾有实验声称观测到类似的粒子，但其测得的质量一直无法被重复验证，成为一个谜团。如今，LHCb以极高的精度给出了确凿的测量结果，一举解决了争议，并将这个粒子稳稳地钉在了粒子物理的标准版图上。

曼彻斯特大学将继续引领大型强子对撞机项目的下一阶段——LHCb探测器的第二次升级。届时，随着对撞机亮度的进一步提升，这台超级相机将能捕捉到更丰富的数据，帮助科学家在更深的层次上探寻稀有粒子的奥秘，继续解构我们身处的这个物质宇宙。

艺术家绘制的这种类似质子的重粒子的插图（图片来源：克里斯·帕克斯）

课代表总结：这题留给学生们：这颗新发现的粒子的电荷量是多少？

参考文献：

University of Manchester. "Physicists discover a heavy cousin of the proton at CERN’s Large Hadron Collider." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 March 2026. <www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260319005106.htm>.

火星上的河流到底存在了多久星相撞：地球历史的重演

今天的火星已经彻底干涸，只剩下铁锈色的尘土在呼啸的风中飞扬。然而， NASA的毅力号火星车在着陆的杰泽罗陨石坑发现，这片干旱土地在数十亿年前，曾是一个水流奔腾的河口三角洲。

从2023年9月到2024年2月，借助搭载的探地雷达，毅力号在一条长约6.1公里的路线上来回扫描，向地下发射雷达波。这些电磁波最深穿透了35米的地层，如同为火星做了一次精细的CT扫描，揭示出肉眼无法看见的古老秘密。

当科学家们拼接这些数据时，一个被深深埋葬的古老世界逐渐浮现。雷达图像显示，在三角洲的下方，还隐藏着更早、更庞大的沉积结构。地层清晰呈现出倾斜的形态，这正是河流携带泥沙汇入湖泊时，沉积物自然铺展的经典特征。研究人员甚至识别出了类似河道、舌状沉积体以及被掩埋的巨砾等构造，所有这些都指向同一个塑造者——流动的液态水。

这个发现之所以激动人心，在于它极大地改写了对火星水流活动持续时间的情报。此前，基于地表观测，杰泽罗三角洲的形成年代被定在大约37亿年前。而这次地下探测揭示的古老沉积体系，其开端可能更早，或许可追溯到42亿至37亿年前的诺亚纪早期。

更重要的是，雷达数据显示这些地下沉积层厚达85至90米，并且由多次沉积事件叠加而成，层与层之间还存在着侵蚀的痕迹。这就像一本历史书不是连续写完，而是分成了几个章节，中间甚至有被撕掉又重写的页数。这表明，水流并非昙花一现，而是经历了多次活跃与停顿的周期。火星的“水时代”窗口，因此被显著拉长了。

水是生命之源。一个星球表面存在液态水的时间越长，生命得以诞生和演化的机会就越大。尽管今天的火星表面寒冷干旱，极端不适，但在遥远的过去，这些反复出现的河流与湖泊，可能曾营造出适宜微生物生存的港湾。毅力号就像一位在火星荒野中的考古学家，它不仅研究着地表陈列的遗迹，如今更用科技之手，轻轻拂开了覆盖在更古老历史之上的厚重尘埃。这项发现向我们揭示，火星的往事远比我们看到的表层景象更加波澜壮阔，其曾经宜居的潜力与持续时间，也远超我们过去的想象。

毅力号在火星地下发现的河道与三角洲结构（图片来源：NASA）

课代表总结：沧海桑田，不过是宇宙一粟。

参考文献：

Emily L. Cardarelli et al. ,Ground penetrating radar observations of ancient large-scale deltaic structures in Jezero crater, Mars.Sci. Adv.12,eadz6095(2026).DOI:10.1126/sciadv.adz6095

为细胞更换电池：线粒体移植或突破

人体细胞中的能量都来自于一个叫线粒体的结构。如果线粒体内的基因出了问题，那么会引发严重的遗传病，例如利氏综合征以及一系列神经系统遗传病。除此之外，帕金森症也与线粒体衰竭有关。

由于线粒体基因突变是一种遗传病，所以除非我们有办法将所有细胞里的线粒体都替换成正常版本，否则这些疾病都是无法治愈的，只能对症进行支持治疗。

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院等研究团队，开发出一种全新的高效线粒体胶囊移植技术，通过将健康的线粒体“打包装箱”到囊泡中，首次实现了向细胞和组织的安全高效“快递”。这一线粒体胶囊移植技术，显著改善了帕金森症、利氏综合征以及线粒体DNA缺失综合征等疾病症状。

研究团队利用红细胞的细胞膜把健康线粒体包裹起来，做成直径约千分之一毫米的“线粒体胶囊”，成功实现移植线粒体与细胞自身线粒体融合，并实现长期存活。验证实验显示，使用“线粒体胶囊” 投递效率极高，约80%的目标细胞成功“签收”了供体线粒体。更关键的是，这些外来线粒体进入细胞后会主动融合，在细胞里“安家落户”，持续发挥功能，补偿细胞代谢障碍和功能缺陷。

针对多种线粒体DNA突变患者细胞中同时存在健康线粒体和病变线粒体的问题，试验结果显示，移植健康的线粒体成功“上岗”后，细胞内病变线粒体的比例显著下降，濒死的细胞能量代谢迅速恢复，基因缺陷被完美“代偿”。

基于以上技术突破，团队构建了帕金森症、利氏综合征以及线粒体DNA缺失综合征等多个疾病动物模型。在帕金森症小鼠模型中，将线粒体胶囊递送至病变脑区后，有效阻止了神经元的持续死亡，恢复了脑区线粒体的正常功能，并显著改善了模型小鼠的运动能力，使其几乎恢复至正常水平。在线粒体遗传疾病小鼠模型中，线粒体胶囊治疗显著延长了其生命，解决了疾病小鼠多个器官的功能衰竭问题。

这项研究不仅建立了一套高效安全的线粒体移植技术体系，同时在再生医学领域提出了新的“细胞器治疗”策略，为众多由线粒体功能障碍引起的难治性疾病，开辟了全新的治疗思路。