猴子預測美國總統大選；平均每7篇論文，就有1篇造假丨科技周覽

整理 | 周舒義、望鄉

梵高《星月夜》中的湍流天空與科學理論相符

《星月夜》中斑駁的星光和旋轉的雲層被認爲反映了文森特·梵高動盪的心境。而一項新研究表明，《星月夜》中的湍流天空與科學理論相符，梵高對湍流流動的數學結構有着深刻的直覺理解。相關論文9月17日發表於Physics of Fluids。

文森特·梵高的《星月夜》創作於1889年。| AIP Publishing

湍流是一種在流體中廣泛存在的自然現象，如水流、洋流、血液流動、翻滾的風暴雲以及煙霧柱等形式。湍流本質上是一種混亂狀態，其中較大的渦旋不斷形成並解體爲更小的渦旋。在這項研究中，科學家們利用《星月夜》的數字圖像，分析了畫中14個主要旋轉形狀的尺度，研究它們是否符合在大規模渦流和小規模渦流相互碰撞和作用時的物理學理論。

《星月夜》中的渦旋/渦流 | AIP Publishing

由於無法直接測量畫中天空的氣流運動，研究人員精確測量了畫筆的筆觸，並將這些筆觸的大小與湍流理論中預測的數學尺度進行了比較。爲了分析物理運動，他們利用了不同顏料顏色的相對亮度或光度。結果發現，《星月夜》中14個渦流的大小、相對距離和強度遵循了流體動力學中的柯爾莫哥洛夫理論。這一理論在20世紀40年代由蘇聯數學家安德雷·柯爾莫哥洛夫提出，描述了流速波動與能量耗散率之間的數學關係。研究同時發現，在最小尺度上，顏料與一些背景渦流以湍流理論預測的方式混合，遵循巴切勒定律的統計模式——這一定律在數學上描述了小顆粒（如海洋中漂流的藻類或風中的塵埃）如何被湍流流動被動地混合。

《星月夜》中一些渦流的典型筆觸的空間尺度 | AIP Publishing

研究人員表示：“當然，梵高可能並不瞭解這些方程，但他很可能花了大量時間觀察自然中的湍流。我相信這種物理關係深植於他的腦海中，因此在創作著名的《星月夜》時，他自然模仿了真實的流動。”深入理解湍流將有助於改善天氣預報、減少飛行顛簸以及其他許多過程。科學家們長期以來在流體動力學中描述湍流方面面臨困難，目前尚未找到一種有效的方法來預測這一現象，完整的解釋依然是物理學中的一大謎團。

新研究揭示了梵高名作《星月夜》中神秘而奇幻的天空，背後隱藏着與湍流理論的驚人相似性，展現了藝術與科學之間的微妙聯繫。梵高在潛意識中展現出了對湍流的獨特感知，在1889年的那個夜晚，他看到的或許遠不止星空流轉的激昂與孤絕。（AIP Publishing）

相關論文：https://doi.org/10.1063/5.0213627

猴子預測美國總統大選

猴子盯着哈里斯和特朗普的照片，若有所思。它能預測誰最終贏得11月美國總統大選嗎？雖然這聽起來有點荒誕不經，但先別急着大搖其頭。一項新研究指出，猴子的目光會在最終落敗的候選人臉上停留更長時間。相關論文9月19日以預印本形式發佈於bioRxiv，未經同行評審。

論文作者團隊多年來一直研究猴子對面部的偏好。在此前一項實驗中，他們向獼猴展示陌生的同類面孔。結果發現，獼猴只會偷偷瞥一眼高地位雄性（長時間凝視被視爲具有侵略性），而對雌性或低地位雄性，它們的目光就會肆無忌憚，停留更久。似乎僅靠照片，獼猴就能“察覺”對方的社會地位高低。

這項本領是否也適用於人類面孔呢？在新研究中，作者向猴子展示美國參議員、州長和總統候選人的面孔，並追蹤它們的視線。結果發現，在成對競選者中，猴子通常會盯着其中一人看。1995年至2008年的273次參議員和州長競選中，猴子在54.6%的情況下注視落選人的頻率更高、時間更長，高於隨機水平。在“搖擺州”競選中，猴子的預測更加準確，正確率達58.1%。不過，對於2000年到2020年的6次美國總統競選，這種方法和拋硬幣沒什麼兩樣，準確率僅50.4%。在2016、2020、2024三次美國總統競選中，根據猴子給出的“判斷”，特朗普對希拉里大幅領先，對拜登優勢收窄，對哈里斯則沒有優勢。

猴子注視哈里斯（左）、特朗普（右）照片的時間大致相同。（彩圈大小表示持注視時間長短）| Creative Commons, adapted by Yaoguang Jian

進一步研究表明，獼猴的目光會避開那些顴骨更窄、下頜更寬更突出、面部“橫向發展”的個體。這些特徵表明其青春期的睾酮水平較高，與獼猴的體能相關，進而關聯到社會地位。這一現象似乎延續到了人類社會——研究發現，競選中獲勝的候選人，下頜平均比其他人突出2%。

研究人員表示，從面部特徵提取的視覺線索，或許會影響選民在真實選舉中的選擇。如果能在更多猴子身上重複這一結果，那麼它將有力證明，人類和猴子對面部特徵的偏見有着共同的進化根源。不過，這並不能解釋所有的投票行爲，比如，僅從面部特徵是否強勢來看，女性候選人無疑會一敗塗地，現實卻並非如此。顯然其他因素也會影響投票決定。

美國前總統克林頓曾說：“美國人喜歡強勢和錯誤，而不是弱勢和正確。”新研究或許揭示了選舉行爲中的非理性一面——身體特徵有時比政策綱領更能左右選民。研究人員說，“在投票和日常行爲的方方面面，我們每個人心中都有一隻小猴子。”

相關論文：https://doi.org/10.1101/2024.09.17.613526

爲了解人類演化，科學家給約3500年前的奶酪“驗了DNA”

誰動了我的奶酪？在人類數百萬年的演化歷史中，食品發酵本身就是一則古老而充滿智慧的“寓言”：不同人羣、文化對食品發酵有各自的偏好，生業模式轉變及農業發展也和發酵技術的演變息息相關。一項新研究通過對3組距今約3500年的開菲爾奶酪進行古微生物基因組研究，揭示了人類對開菲爾乳酸菌的應用、傳播和馴化歷史，爲理解人類的演化及其與環境的相互作用提供了全新思路。相關論文9月25日發表於Cell。

新疆小河墓地出土的青銅時代奶酪樣本與外徑約1.8釐米的玻璃管瓶蓋對比。| 中國科學院大學人文學院 楊益民

該研究的樣本是迄今發現最早的奶酪製品——新疆塔里木盆地小河墓地出土的3組開菲爾奶酪，其源自開菲爾酸奶，由開菲爾粒（類似酒麴）在奶中發酵而成。奶製品發酵技術的傳播在很大程度上伴隨着人類的遷徙和互動，這一過程推動了在發酵作用中發揮重要作用的乳酸菌演化。

研究團隊通過自主設計乳酸菌全基因組位點探針，從樣本中提取出高質量的古代開菲爾奶酪中的乳酸菌基因組。通過系統發育關係分析，研究發現，用於發酵的開菲爾乳酸菌存在兩個分化的支系，一個支系符合從高加索擴散到歐洲、亞洲和東南亞沿海地區的主流路線，而另一支系主要包括分佈在東亞內陸地區（包括西藏）的菌株，新疆塔里木盆地古人羣用於發酵開菲爾酸奶的菌株便來自該支系，且處在基部位置，這就表明存在另一條通過技術文化交流將開菲爾酸奶製作工藝從新疆地區傳播至東亞內陸的傳播路線。

（A）新疆小河墓地平面圖；（B）新疆小河墓地出土的木乃伊樣本（被稱爲“小河公主”，奶酪樣本即圍繞在其脖子周圍）；（C）本研究獲得微生物基因組的三組青銅時代奶酪樣本；（D）奶酪樣本中的微生物DNA組成

研究作者認爲，開菲爾乳酸菌兩個支系的分化，很可能就是其共同祖先最初被馴化後，由於人羣遷徙路徑的不同，在不同人羣中傳播所導致的。這代表不同古人羣在應用和馴化發酵微生物過程中發生了不同路線的遷徙與交流。

此外研究還發現，人類長時間的應用和馴化很可能也影響了開菲爾乳酸菌的演化。與新疆地區青銅時代的開菲爾乳酸菌相比，西藏地區的現代開菲爾乳酸菌菌株中出現了兩個與減輕腸道炎症反應相關的水平轉移的基因簇，這些基因簇不僅有利於乳桿菌在人類腸道中生存，而且能促進腸道功能。這很可能與當時人羣對攜帶不同支系開菲爾乳酸菌的開菲爾粒的偏好有關。

相關專家評價，該研究是領域裡很罕見的挖掘全新數據的古DNA研究，爲歐亞草原中部人羣的遷徙交流與微生物馴化歷史帶來新認識。

相關論文：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-86742400899-7

停留太空一個月，人體心臟就會出現衰老跡象

長時間停留太空，低重力環境會對身體造成怎樣的影響？9月23日發表於PNAS的一項研究發現，人體心臟組織在太空中連續停留一個月，就開始變得衰弱，跳動節律變得不規則，並且經歷了類似衰老的分子遺傳變化。

研究人員培育人誘導多能幹細胞（iPSC），使其分化成心肌細胞，然後把得到的心肌組織樣本安裝在模擬人體心臟環境的心肌器官芯片（heart-on-a-chip）中，該裝置可以讓樣本像跳動的心臟一樣收縮、舒張，並通過傳感器實時監測其收縮強度和搏動節律。2020年3月，48份樣本搭乘SpaceX的“龍”飛船前往國際空間站，之後每30分鐘向地面回傳10秒的心肌組織監測數據。

分析發現，與留在地面的對照組相比，在國際空間站停留12天后，心肌組織的收縮強度就幾乎減半，即使在返回地球9天后，這種減弱仍然很明顯。在太空中，隨着時間推移，心律變得更加不規則。到第19天，組織每次搏動的間隔增加了5倍以上。不過，這種不規律性在返回地球后就消失了。

對回收組織的顯微觀察表明，負責肌肉收縮的肌節變得更短、更無序；線粒體也變得腫脹、破碎。RNA測序表明，組織中與炎症和氧化損傷相關的基因表達上調；與此同時，產生正常心臟收縮和線粒體功能所需蛋白質的基因表達有下調跡象。研究人員表示，第二批心肌組織樣本已於2023年被送往國際空間站，以篩選潛在藥物，保護宇航員免受低重力環境的不良影響。

相關論文：https://doi.org/10.1073/pnas.2404644121

平均每7篇論文，就有1篇造假

信息爆炸的年代裡，謊言與真實的界限幽微難辨。究竟有多少科研論文造假？一項薈萃分析試圖給出明確的回答：平均每7篇論文中，就有1篇造假。該研究9月24日以預印本形式發佈在開放科學平臺（OSF）上，未經同行評審。

2009年的一項研究表明，約2%的科學家承認在職業生涯中至少有過一次學術造假。這項研究被廣爲引用。而新研究的作者詹姆斯·希瑟斯（James Heathers）表示，2009年研究納入的數據集截止到2005年，結論放到20年後的今天已然過時，卻被一再引用，有必要進行更及時的評估。

希瑟斯說，過去很多研究仰賴於直接詢問研究人員是否有過學術不端行爲，這是一種非常糟糕的方法。“詢問那些在研究中弄虛作假的人，要他們如實回答之前是否弄虛作假，我認爲這非常幼稚。”

作爲一名資深學術打假人，希瑟斯在新研究中回顧了12項此前研究，這些研究均使用在線工具來評估科研造假比例，橫跨社會科學、醫學、生物學等不同領域，納入約75000篇論文樣本。“粗略的估計表明，1/7的研究論文存在造假。”希瑟斯承認，新研究的數據來源非常廣泛，並不系統。

2009年研究作者、赫瑞-瓦特大學的丹尼爾·法內利（Daniele Fanelli）對新研究並不信服。他說：“這些論文樣本各不相同，在不同背景下使用各種不同的方法，強調了不同的問題。”新研究一刀切的估算方式“並不嚴謹”。

荷蘭馬斯特裡赫特大學流行病學家戈夫裡·戈帕拉克里什納（Gowri Gopalakrishna）表示，“我不認爲這完全錯誤，但它可能會有些誤導。”她認爲，學術造假在某些領域會更爲猖獗，因此將所有論文一概而論可能沒有幫助。“如果你想引起關注，試圖改變現狀，把它們放到一起然後說，看，問題多嚴重。這可能會有用，但我確實認爲更深入、細分的研究會更重要。”

希瑟斯承認這些侷限性，但他認爲，造假問題已經迫在眉睫，即使現有資源條件不足，也要着手行動。希瑟斯表示，他將繼續研究學術造假的總體比例，“即使你做了非常正式的系統性審查，我懷疑你也會得到和我一樣的結果。”

來源：https://retractionwatch.com/2024/09/24/1-in-7-scientific-papers-is-fake-suggests-study-that-author-calls-wildly-nonsystematic/#more-130075

相關論文：https://osf.io/5rf2m/

改寫教科書？這個碳-碳鍵，只有一個電子

在“只有1個電子的共價鍵”首次提出近一個世紀後，9月25日發表於Nature的一項研究首次實現了兩個碳原子之間的單電子共價鍵。這一發現不僅對更深入地瞭解化學鍵理論至關重要，也爲進一步瞭解化學反應提供了新的見解。

在分子中，兩個原子通過共享電子對來形成共價鍵。大多數共價鍵都是由一對共享電子構成的單鍵，或是由兩對甚至三對電子構成的雙鍵和三鍵。1931年，化學家萊納斯·鮑林（Linus Pauling）提出，或許存在由單個未配對的電子形成的單電子共價鍵，只是非常不穩定——很容易斷裂，並且有很強的傾向釋放或捕獲電子以恢復成對電子。這種鍵合被稱爲單電子σ鍵。

爲了實現這一點，研究人員試圖通過碘氧化，從現有的碳-碳雙電子共價鍵中去除一個電子。他們基於六苯基乙烷（HPE），設計了修飾螺二苯並環庚三烯（DBCHT）的化合物HPE 1。由於周圍芳基產生的空間位阻效應，中心碳-碳單鍵被大幅拉長，導致分子HOMO能級升高，這意味着分子中其他地方的電子很難取代被去除的電子。

論文作者、日本東京大學的Takuya Shimajiri說，過去嘗試去除電子的實驗留下的化學鍵太弱，因此斷裂得太快，無法進行確切的化學分析，而這次他們採用的分子在去除電子後仍然足夠穩定。研究人員利用X射線衍射和拉曼光譜對其進行分析，並經密度泛函理論計算後，確定它有一個由單電子組成的穩定共價鍵，最終證實了碳-碳單電子σ鍵的存在。

該結果構成了單電子碳-碳σ鍵的首個實驗證據。有化學家表示，這是一項意義重大的發現。可以預計，在碳中實現單電子σ鍵，將有助於更好地理解化學鍵的基本性質，可能會促使化學家創造出全新的分子家族。

相關論文：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1

重壓之下表現失常？猴子也會

考場上大腦一片空白？答辯時說都不會話了？球場上想要壓哨絕殺，卻發現擡不動腿？放輕鬆，大家都一樣——甚至猴子也一樣。9月12日發表於Neuron的一項研究表明，重壓之下的“崩潰”與爲運動做準備的大腦神經元活動下降有關，而且並非人類獨有。

研究人員設置任務，讓恆河猴儘可能快速、準確地將計算機光標移動到指定位置，然後給予獎勵。每次任務開始前，研究人員會提示猴子，獎勵是小額、中額、大額還是“頭彩”。頭彩稀有且異常豐厚，是一種高風險、高回報的情境。他們還向猴子大腦控制運動的額葉區域植入電極，以觀察在不同獎勵場景下神經元活動的變化。

結果發現，隨着獎勵額度增加，猴子的神經活動也隨之活躍，狀態更佳。但在獎勵是頭彩的情境下，與運動準備相關的神經元活動反而減弱。“運動準備”和“運動執行”相對，包含了個體在運動前的注意、組織、計劃等認知活動過程——類似於在扣動扳機之前先瞄準目標。相關神經元活動減弱意味着猴子準備不足，也因此表現不佳。研究認爲，隨着潛在獎勵的增加，神經活動會到達到峰值，越過這個點，獎勵再豐厚，神經元活動就開始減弱，導致大腦偏離最佳狀態。

相關論文：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.08.012

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