下水道里的DNA，正在出卖你昨天吃了什么

科

牧心2026年08月08日约 9 分钟

本期导读

1. 哺乳动物隔着也大海完成迁徙；

2. 补充铁肥让海洋浮游植物富集；

3. 社区的进食历史藏在下水道里；

4. 这片口香糖是对抗头颈癌利器。

隔着海，哺乳动物依然完成迁徙

南北美洲的哺乳动物有着非常大的区别。南美盛产树懒、负鼠、羊驼，北美多见狼、鹿、美洲狮。过去生物学家普遍认为，这种格局的形成，全赖280万年前巴拿马地峡完全隆起，打通了南北美大陆。北美动物南下，挤走了不少南美本土的有袋类，才奠定了如今的生态版图。

但加州大学伯克利分校的古生物团队最新研究，彻底改写了这个简单叙事。

研究团队把这场持续千万年的迁徙拆分成了三个阶段：

第一阶段是1000到700万年前的蓄力期。北美动物在墨西哥适应了类似如今美国西南部的干旱草原气候，同时不断分化出新物种，相当于提前完成了岗前培训。

第二阶段是700到300万年前的零星交换期。这段时间虽然南北美之间还隔着海，但是仍然有一些物种成功抵达了对岸。最先跨越大洋阻隔的不是大型猛兽，而是小型哺乳动物——比如浣熊的亲戚（南美浣熊、环尾浣熊等）和小型啮齿类。由于它们体型太小，因此不可能是游泳游过去的。科学家认为有可能是浮在树枝或者其它漂浮植被上一点点蹭过去的。

另外，南美的树懒也在这一阶段完成北迁，发现自己在北美根本无敌手，后来演化出了体型堪比大象的地懒。

第三阶段才是大众熟知的全面互通期。巴拿马地峡完全成型后，大小动物都能自由往返，北美胎盘类幼崽出生不久就能独立活动，而南美有袋类要在育儿袋里养育数月，繁殖节奏慢得多，竞争之下自然落了下风，最终重塑了两大洲的生态。

这项研究的颠覆性在于，它修正了“地峡一通就搬家”的传统认知，把生物互换的起始时间往前推了700万年。

此前有学者猜测1500万年前就存在陆地通道，但化石记录并不支持——如果当时就能通行，动物不可能等到1000万年后才缓慢扩散。更重要的是，它解释了如今美洲生物多样性的根源：我们今天看到的物种分布，不是某次地质事件的一蹴而就，而是千万年尺度上缓慢渗透的结果。

从国际空间站上看巴拿马地峡。（图片来源：phys.org）

课代表总结：课代表测验：你能分清哪边是太平洋，哪边是大西洋吗？

参考文献：

Z. Jack Tseng et al. ,A 10-million-year biogeographic holding pen primed the Great American Biotic Interchange.Science393,532-536(2026).DOI:10.1126/science.aef2893

向大洋里撒的是铁，吸的却是二氧化碳？

这几天的气温是越来越高了，每个人都切实感受到了全球气候变化带来的影响。

对抗气候变化，我们能想到的第一件事就是减排固碳。关于固碳，你第一反应可能是种树。于是，有人盯上了占地球面积绝大部分的海洋。

海里虽然不能种树，但是可以种海藻呀。海里的海藻之所以不够多，是因为海洋的营养素缺乏。如果向大海里施肥（主要是铁肥），那么海里的绿藻就会蓬勃发展起来，吃掉大量的二氧化碳。

随着巴黎协定设定的2℃控温红线越来越近，科学家正四处寻找能把二氧化碳从大气里抓回来的负排放技术。海洋铁施肥就是候选之一：往缺铁的海面撒铁粉，刺激浮游植物疯长，它们通过光合作用就能把二氧化碳锁进体内，死后沉到海底，实现长期固碳。

之前的小规模实验已经证明这招能用，但没人知道碳能存多久，又会给海洋生态带来什么连锁反应。

以往的相关研究大多只模拟单次施肥的短期效果，而加州大学欧文分校的团队这次做了个更全面的尝试：他们搭建了耦合洋流、氮循环、氧平衡的超级地球系统模型，一口气模拟了60年里，向全球10个海域投放不同剂量铁的效果，是目前同类研究中覆盖场景最全、时间跨度最长的模拟。

模拟结果最出人意料的是，同样的撒铁操作，放在不同海域，效果简直天差地别。

在南极附近的南大洋，只要给0.2%的海域撒铁，本地浮游植物就会疯长吸碳。更难得的是，全球适合浮游动物生长的海域会扩大13%，相当于给鱼类加了顿丰盛的自助餐。

但换到赤道太平洋，情况完全反转：撒铁后本地浮游植物确实长势喜人，但这里的洋流像条单向传送带，把营养都卷去了施肥区，周边海域直接断粮。模拟显示，哪怕只给0.35%的赤道太平洋海域撒铁，全球14%的海域里，浮游动物都会减少10%以上，还会扩大海洋缺氧区，浮游生物都变成了没什么营养的微型种类，鱼类的生存空间被狠狠压缩。

至于大家最关心的碳能存多久，模拟也给出了答案：不管在哪撒铁，60年的恢复期里，大约一半被固定的碳会重新跑回大气。但南大洋的碳留存时间远长于赤道太平洋，后者是所有模拟海域里碳泄漏最快的区域。

海水富营养化导致海洋变绿（图片来源：scinexx.de）

课代表总结：这意思是把定海神针磨成粉撒海里就能降温？还得精准撒在南大洋！

参考文献：

Yu, J., Moore, J.K., Primeau, F.W. et al. Climate benefit and ecological cost trade-offs for ocean iron fertilization. Nature 656, 106–114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10795-y

为了研究你吃了什么，科学家翻了你的下水道

营养学研究有个尴尬的真相：我们至今搞不清大多数人到底吃了什么。传统的饮食调查，要么让人回忆昨天吃了啥，结果三天后大家就忘了15%到20%；要么逼人填冗长的食物频率问卷，费时费力还不准。

最靠谱的办法是把人关进代谢舱，一日三餐全由科研人员投喂，盯着你吃完。但这成本高昂，样本量极小，根本没法推广。

最新发表在《美国国家科学院院刊》的一项研究中，研究人员利用废水监测技术，通过分析污水中的食物DNA，成功绘制出了社区的“饮食地图”。

这听起来有点重口味，但原理其实很硬核：人每天会摄入约1克的食物DNA，虽然大部分在消化中被分解，但仍有一小部分随粪便排出。这些微小的遗传片段，就像是食物留下的“微缩身份证”，混在污水中流向污水处理厂。

团队调取了北卡罗来纳州的废水样本，对污水中的DNA进行测序，专门搜寻来自动物线粒体和植物叶绿体的基因片段。结果令人惊叹：他们识别出数百种被消费的食物，从巧克力、蓝莓到火鸡、黑胡椒，无所不包，检测成本还很低。

更有趣的是，这些数据精准反映了社区的社会经济画像。比如，豇豆的消费与乡村生活强相关，啤酒原料成分指向富裕社区，而芒果和椰子的DNA则标记出了移民聚居区。这比任何人口普查数据都来得真实、即时。

当然，这项技术目前还有局限。例如，如果你一天三顿只喝可乐，那你一点DNA都不会留下，因为糖几乎不含DNA。

而且，污水里除了人粪，还有宠物粪便、餐馆泔水和落叶杂草，会干扰信号。研究人员不得不像侦探一样，在复杂的混合物中剔除非食物来源的DNA。

尽管存在噪音，这项技术的潜力依然巨大。通过监测污水，研究者能近乎实时地看到这些变化。如果结合医疗数据，甚至能追踪饮食结构如何随慢性病发病率波动。但这里也有一个伦理问题：我的下水道算不算我的隐私？

实验室中在进行DNA样品检测（图片来源：www.northcarolinahealthnews.org）

课代表总结：这是一篇有味道的文章……（捏鼻）

参考文献：

M. Dong,T.J. Clerkin,S. Jiang,N. Ives,O.W. Osborne,M. Kirtley,A.E. Bauer,K.Y. Anderson,M.D. Smith,R.T. Noble, & L.A. David, Dietary DNA in municipal wastewater reveals signatures of wealth, immigration, and coastal proximity, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (31) e2530704123, https://doi.org/10.1073/pnas.2530704123 (2026).

预防头颈癌，别嚼槟榔，嚼这种口香糖

提到头颈癌，大多数人会想到吸烟、喝酒、嚼槟榔这三大诱因。但近二十年，科学家发现了一个被忽视的"第四者"：微生物。从人乳头瘤病毒（HPV）到牙龈卟啉单胞菌（Pg）、具核梭杆菌（Fn），口腔中这些微生物一旦失控就可能推动细胞癌变。在2022 年全球青少年、年轻人和中年人中，唇癌和口腔癌的发病率和死亡率均排在第七位。而Pg和Fn感染会让复发性或转移性口腔癌患者的生存率进一步恶化——即使经过手术和辅助治疗也不例外。

正是在这样的背景下，宾夕法尼亚大学牙科学院的团队在《科学报告》上发表的研究，让人眼前一亮：在实验室条件下，他们用一种生物工程口香糖，把头颈癌患者口腔样本中的致癌微生物水平大幅压了下去。

这项研究的基础，是团队此前用扁豆开发的口香糖。扁豆天然含有一种叫FRIL的抗病毒蛋白，它就像一张捕捉网，能主动聚集并中和病毒。

研究人员首先从头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者身上采集口腔样本，针对三种与癌症密切相关的微生物进行检测。结果发现，含有FRIL的豆胶口香糖提取物，让唾液样本中的HPV水平降低了93%，口腔漱口样本中的HPV水平降低了80%。

但这还不够。团队进一步用生物工程技术，让豆胶口香糖额外携带一种名为protegrin的抗菌肽。结果显示：单次剂量就能把Pg和Fn的水平降到几乎为零。

口腔里其实住着数以亿计的有益菌，传统疗法在杀灭有害菌的同时，往往也会殃及无辜，致病的白色念珠菌反而趁机大量繁殖。而这块工程口香糖展现了惊人的精准度：它在清除HPV、Pg、Fn的同时，不影响口腔内正常存在的有益菌群。这种选择性打击能力，让它区别于传统疗法，也避免了放化疗常见的副作用。

需要冷静看待的是，这项研究目前仍是基于患者口腔样本的离体实验，尚未进入人体临床试验。但它的潜力不容小觑：作为一种基于植物蛋白的口服制剂，它可以常温储存、成本低廉、使用便捷，特别适合在资源有限的地区推广。

能够抵抗致癌微生物的口香糖（图片来源：宾夕法尼亚大学）

课代表总结：这看上去像青草味的糖……

参考文献：

Henry Daniell, Geetanjali Wakade, Rahul Singh, Smruti Nair, Saroj K. Basak, Eri S. Srivatsan, Andrés M. Bur, Sufi M. Thomas, Marilene B. Wang. Ex vivo HNSCC clinical studies using saliva and antiviral or antibacterial chewing gums reveal reduction in carcinogenic microbes. Scientific Reports, 2026; 16 (1) DOI: 10.1038/s41598-026-39062-w

作者简介

牧心，科普作者。