2025年生物学年度回顾
细胞能记住什么？
在回顾《量子杂志》一年来的生物学报道时，我依靠的是记忆。但“记忆”究竟意味着什么？这个词的含义因人而异：对努力回忆过去地点、人物或时刻的人来说是一回事，对在脑海中搜寻自认熟知的事实的人来说又是另一回事。神经科学家可能认为“记忆”是神经元之间的物理连接、被认知过程重新激活的网络，或是动物对过去经历的行为改变。
但对细胞生物学家——或对细胞本身而言，记忆是什么？这是作家克莱尔·L·埃文斯在一次科学、哲学和语义的探索之旅中所探讨的问题，她追溯了无神经（即无脑）记忆形式被长期遗忘且近期复兴的历史。她记录了新旧实验，这些实验测试了单个细胞是否记录经历（例如其环境中的化学物质脉冲）。在此过程中，这些实验挑战了神经科学的基本观念。埃文斯写道，对细胞而言，“记忆、记忆者和记忆行为之间没有区别”。这对我们来说也是如此吗？
以下是2025年我认为值得记住的更多故事。
动物时代的地球传记
生物学让我着迷的一点是，演化将我们置于深时这一宏大背景中。它将我们与数十亿年的斗争、生存和适应联系起来；将我的祖先置于无法辨认的形态和几乎难以理解的世界中，并帮助我欣赏我们这个时代的奇特之处。通常我们只能一瞥这些古代世界：三叶虫统治的寒武纪海洋、巨大的石炭纪沼泽、侏罗纪奇妙的恐龙。在《量子杂志》关于基础气候科学的特刊中，彼得·布兰嫩带领我们进行了一次广泛而迷人的旅程，探索地质气候建模的最新进展，该领域正试图将这些过去世界的故事编织成单一的叙事——自有动物占据以来地球的历史。
讲述这样一个故事绝非易事。为了完成这一杰作，布兰嫩必须汇编关于过去气候（动物在其中生存和死亡的冰冻与温室世界）的广泛细节，并将它们置于科学家根据化石和基因组证据对演化做出的推论之中。他的努力在一篇跨越5.4亿年的文章中得到了回报，该文章阐述了岩石、大气、水和生命之间的相互联系，每一方都在塑造和改变着其他方。他向我们介绍了“开创性的森林[它们]对古代世界进行了地球工程”、“在这个时代首次被埋藏的热带煤炭沼泽，被巨大的昆虫穿行，将二氧化碳移入地质深渊”，以及像雪花一样飘落到海底的石灰质浮游生物，它们被“输送到深海海沟，被加热，然后通过火山口再次以二氧化碳的形式释放到地表”。
这种视角将我们的故事从生物演化推进到行星演化。它揭示了我们的一切以及我们将永远知道的一切，最终都是地球碳循环的一部分。作为活着、呼吸着、具身化的碳而存在，这难道不辉煌吗？
人工智能与大脑截然不同，这没关系
今天，我们生活在一个充满带电神经元智能网络的环境中，这些神经元通过发射信号来处理信息、回忆记忆并使用语言创造世界的表征。但等等——我说的是活生生的大脑，还是为人工智能提供动力的神经网络？
对于生物学家来说，这种比较可能让人觉得是在滥用神经科学为技术营销服务，但我仍然想知道：这两种网络智能如何衡量？通过将人脑与人工智能进行比较，或反之亦然，是否能学到什么？
特约撰稿人亚瑟明·萨普拉科格鲁的一篇特写回答了这些问题以及更多内容。“人工智能与大脑截然不同，这没关系”探讨了人工神经网络在神经科学模型中的起源，并展示了早期计算神经科学家数十年的假设和简化如何导致对大脑的复杂性、多样性和网络性质的广泛误解。是的，人工神经元像生物神经元一样放电和连接——但构成我们大脑的细胞是“极其复杂的东西”，萨普拉科格鲁写道，“其行为由一系列分子在精确的时间尺度上释放所控制”。
我现在对人工智能有了新的理解，但更重要的是，我对头颅中这个神奇器官的复杂性产生了新的欣赏，正如一位神经科学家告诉萨普拉科格鲁的那样，它是“已知宇宙中最复杂的活性物质”。这篇文章是《量子杂志》关于人工智能与基础科学复杂关系系列的一部分。在此处查看整个项目。
悖论式问题与朴素好奇心如何引领伟大科学
我是生态学家雷切尔·卡森1965年出版的《惊奇的感觉》（在她去世一年后出版）一书的忠实粉丝。在书中，她坚持认为我们每个人天生就是科学家，对世界有着与生俱来的好奇心，这种好奇心在我们成年后被逐渐消磨。她的论点影响了我对待科学新闻的方式，我在斯坦福大学的工程师兼微生物学家马努·普拉卡什身上看到了这一点，他是《量子杂志》问答栏目的主题。普拉卡什的哲学驱使他将“一半时间用于研究具有全球影响的紧迫健康问题，另一半时间则追求‘对任何人都无用’的问题”，他告诉作家莫莉·赫林。
这次对话捕捉到了一位充满无限创造力和活力的科学家——一天打捞奇怪的浮游生物以研究它们的生物物理机制，第二天又发明低成本工具在实地诊断疟疾。普拉卡什接受并捍卫了我们在《量子杂志》报道的基础科学——他告诉赫林，这是“不为任何事物服务的研究，而是我们整个社会基础的地基”。
触觉，我们最复杂的感官，是一个细胞传感器的景观
我们的触觉是如何工作的？哈佛医学院的神经生物学家大卫·金蒂，被一些同事称为“触觉皇帝”，毕生致力于记录我们皮肤中神经支配的惊人多样性。“这些形状奇特的细胞是触觉体验如此丰富和多层面的原因——为什么嗡嗡作响的细胞手机感觉不同于温暖的微风或爱人的爱抚，不同于雨滴或母亲的亲吻，”《量子杂志》撰稿人阿里尔·布莱彻写道。“意识到你的身体被它们覆盖——它们是属于你的一部分——会让你屏住呼吸。”
当布莱彻向我推介这个故事时，她将触觉神经元描述为演化而来的工程壮举。它们是位于我们皮肤表面或紧贴其下的小型机械物体，当被各种频率的温度或振动激活时，会向我们的神经系统发送信号以产生感知——温暖与寒冷、压力、疼痛、瘙痒、愉悦、柔软与坚硬，以及对身体在空间中的感知。
布莱彻对神经元及其运作的描述，结合金蒂对各种细胞类型的荧光成像，传达了一个在我们感知之外运作的完整世界。一旦它们帮助你看到这个世界，你就不会以同样的方式再次体验这种细腻、多维的感官。
《量子杂志》之外
没有计算机科学家能破解的蠕虫（Wired） 神经科学很难——难到神经科学家至今未能破解最简单的大脑之一：秀丽隐杆线虫的大脑。它所有302个（左右）神经元都被绘制出来，但没有人知道它们如何协同工作使线虫表现得像线虫。《量子杂志》关于细胞记忆文章的作者克莱尔·L·埃文斯报道了一项在计算机上模拟它的努力。
有什么能阻止西部北极雪雁的爆炸式增长吗？（Audubon） 想象一只雪雁：一只白色的大块头鸟儿在北极苔原上蹒跚而行。现在想象两千万只。这个一度濒危的物种已经惊人地恢复，这在中央北极地区造成了新的保护问题，庞大的种群将健康的苔原啃成贫瘠的泥地。最让我惊讶的是雪雁的倍增时间：20世纪80年代哈德逊湾附近有500万只鹅，90年代末有1000万只，到2014年达到2100万只。莎拉·特伦特与生物学家一起前往西部北极，追踪新发现的雪雁爆炸式增长，以防止在那里出现同样的结果。
我们大脑中有一勺塑料。现在怎么办？（New York magazine） 我在聚会上最常重复的一个事实是，根据今年早些时候发布的一项研究，普通成年人的大脑中含有相当于一把一次性勺子的微塑料。（我在聚会上很有趣！）卡罗琳·科尔曼生动地描述了无处不在的塑料颗粒的研究历史，然后仔细剖析了它们可能对我们的细胞和组织产生的影响。
