蓝莓为什么是蓝色的？科学家们找到了原因

蓝莓为什么是蓝色的？科学家们找到了原因 蓝莓的蓝色是由环绕在果实周围的一层蜡构成的，这层蜡是由能散射蓝光和紫外线的微型结构组成的。这使得蓝莓在人类眼中呈现蓝色，在鸟类眼中呈现蓝色紫外线。蓝莓的蓝紫外线色反射是由随机排列的表皮蜡晶体结构与光线相互作用产生的。布里斯托尔生物科学学院研究员罗克斯-米德尔顿解释说："蓝莓的蓝色无法通过挤压'提取'出来因为它不在可以从水果中挤出的色素汁液中。这就是为什么我们知道这种颜色一定有什么奇怪之处。因此，我们去掉了蜡，并将其重新结晶在一张卡片上，这样我们就能制造出一种全新的蓝色紫外线涂层。"这种超薄着色剂的厚度约为两微米，虽然反射率较低，但它具有明显的蓝色，并能很好地反射紫外线，这可能为新的着色剂方法铺平了道路。蜡结构如何反射光线的示意图。资料来源：Rox Middleton罗克斯补充说："这表明，大自然在进化过程中使用了一种非常巧妙的技巧为一种重要的着色剂添加超薄层。"大多数植物都涂有一层薄薄的蜡，这层蜡具有多种功能，科学家们对其中的许多功能仍不了解。他们知道蜡作为疏水性自洁涂层非常有效，但直到现在他们才意识到蜡的结构对可见颜色有多么重要。现在，研究小组计划研究更简便的方法来再造和应用这种涂层。这样就能生产出更可持续、生物相容性更好，甚至可以食用的紫外线和蓝光反射涂料。此外，这些涂层还可以具有与保护植物的天然生物涂层相同的多重功能。罗克斯补充说："在我们的眼皮底下，在我们经常种植和食用的水果上，发现了一种未知的着色机制，这真的很有趣。更令人兴奋的是，通过采集蜡制作出一种前所未见的新型蓝色涂层，从而再现了这种颜色。将这种天然蜡的所有功能融入到人工工程材料中是我们的梦想！"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究表明为什么不需要完美就能完成任务

新研究表明为什么不需要完美就能完成任务 研究人员发现，动物在执行觅食等任务时经常会采用"足够好"的策略，这些策略虽然不是最优的，但仍然有效，这对行为优化的传统观点提出了挑战，并为理解这些策略的关系和更广泛的适用性提供了一个新的框架。当神经科学家考虑动物完成某项任务（如寻找食物、捕猎猎物或在迷宫中穿行）可能使用的策略时，他们通常会提出一个单一模型，概述动物实现目标的最有效方法。但在现实世界中，动物和人类可能不会使用最佳方法，因为这种方法可能会耗费大量资源。相反，它们会使用一种足以完成任务但耗费脑力较少的策略。在新的研究中，Janelia 的科学家们着手更好地了解动物成功解决问题的可能方式，而不仅仅是最佳策略。这项研究表明，动物可以通过多种方式完成一项简单的觅食任务。它还为理解这些不同的策略、它们之间的关系以及它们如何以不同的方式解决相同的问题提供了一个理论框架。研究人员发现，在完成任务的过程中，有些不那么完美的选择几乎和最优策略一样有效，但却省力得多，这让动物们可以腾出宝贵的资源来处理多项任务。赫尔蒙斯塔实验室的博士后马子轩（Tzuhsuan Ma）是这项研究的负责人。新框架可以帮助研究人员开始研究这些"足够好"的策略，包括为什么不同的个体可能会适应不同的策略，这些策略可能如何协同工作，以及这些策略在其他任务中的通用性如何。这将有助于解释大脑是如何在现实世界中实现行为的。Janelia 小组组长 安·赫尔蒙斯塔说："这些策略中有许多是我们从未想过的解决这项任务的可能方法，但它们确实很有效，所以动物也完全有可能使用它们。它们为我们理解行为提供了新的词汇。"这项研究始于三年前，当时马子轩开始思考动物在完成一项简单而普通的任务时可能采用的不同策略：在两个选项中做出选择，而获得奖励的几率会随着时间的推移而变化。研究人员有兴趣研究一组介于最优解和完全随机解之间的策略：这些"小程序"资源有限，但仍能完成工作。每个程序都根据过去的观察结果指定了不同的算法来指导动物的行动，从而使其成为动物行为的模型。事实证明，这样的项目有很多，大约有 25 万个。为了理解这些策略，研究人员首先研究了少数表现最好的策略。令人惊讶的是，他们发现，尽管使用了较少的资源，但它们所做的事情基本上与最优策略相同。"我们有点失望，"马说。"我们花了这么多时间寻找这些小程序，结果它们都遵循着同样的计算方法，而这个领域已经知道如何用数学方法推导出这些计算方法，不需要我们花这么多精力"。不过，研究人员还是有动力继续寻找他们有一种强烈的直觉，那就是一定有一些程序是好的，但与最优策略不同。当他们把目光投向最优秀的项目之外时，他们发现了他们正在寻找的东西：大约有 4000 个项目属于"足够好"的类别。更重要的是，其中 90% 以上的项目都有新意。他们本可以就此打住，但一位杰内里亚人提出的问题刺激了他们：他们怎样才能知道动物使用的是哪种策略呢？这个问题促使团队深入研究各个计划的行为，并开发出一种系统的方法来思考整个战略集合。他们首先开发了一种数学方法，通过连接不同程序的网络来描述程序之间的关系。接下来，他们研究了这些策略所描述的行为，并设计了一种算法来揭示这些"足够好"的程序是如何从另一个程序演化而来的。他们发现，在保持表现的同时，对最优程序的微小改动也会导致行为的巨大变化。如果其中一些新行为在其他任务中也有用，这就表明同一个程序足以解决一系列不同的问题。"如果你认为动物不是只解决一个问题的专家，而是解决许多问题的通才，那么这确实是一种新的研究方法，"马说。这项新工作为研究人员提供了一个框架，让他们开始思考如何超越单一的、最佳的动物行为程序。现在，研究小组正集中精力研究小程序对其他任务的通用性，并设计新的实验来确定动物可能使用哪种程序来实时执行任务。他们还在与 Janelia 的其他研究人员合作，测试他们的理论框架。赫尔蒙斯塔说："归根结底，掌握动物的行为是了解大脑如何解决不同类型问题的必要前提，包括一些我们最好的人工系统也只能低效解决的问题。关键的挑战在于，动物使用的策略可能与我们最初假设的大相径庭，而这项工作正在帮助我们发现这一可能性空间。"编译自/ScitechDailyDOI: 10.1126/sciadv.adj4064 ... PC版： 手机版：

斑点管口鱼的惊人狩猎战术：利用不具威胁性的鱼类作为伪装

斑点管口鱼的惊人狩猎战术：利用不具威胁性的鱼类作为伪装 在珊瑚礁上进行的一项实验首次证明，捕食者利用其他动物的运动伪装来接近猎物而不被发现。一项新的研究首次提供了实验证据，证明斑点管口鱼（Aulostomus maculatus）可以在捕食时紧跟在另一种鱼的后面游泳来隐藏自己，从而降低被猎物发现的可能性。在这种"阴影"行为中，又细又长的斑点管口鱼利用绿鹦鲷等不具威胁性的鱼类作为伪装，以接近它的晚餐。这是已知的唯一一个非人类动物利用另一种动物作为隐蔽形式的例子。这项研究包括在加勒比海潜水数小时，拉着手绘的模型鱼沿着电线前进。细长的斑点管口鱼利用体型较大、不具威胁性的鱼类（如绿鹦鲷）作为伪装，以便在不被发现的情况下靠近它的晚餐。图片来源：萨姆-马切特剑桥大学动物学系研究员、该研究的第一作者萨姆-马切特博士说："当斑点管口鱼紧靠着另一种鱼游动时，它要么被猎物完全隐藏起来，要么被猎物看到但因为形状不同而无法识别出是捕食者。"深裂眶锯雀鲷（Stegastes partitus）在海底形成群落，是斑点管口鱼的常见食物。在荷兰加勒比海库拉索岛附近的珊瑚礁中，研究人员建立了一个水下系统，用尼龙线将3D打印的斑点管口鱼模型拉过雀鲷的群体，并拍摄它们的反应。深裂眶锯雀鲷会迅速逃离这个捕食者，以免被吃掉。资料来源：萨姆-马切特当斑点管口鱼模型独自游过时，深裂眶锯雀鲷游过来观察，并迅速逃回庇护所，以应对捕食威胁。当草食性绿鹦鲷（Sparisoma viride）的模型单独游过时，深裂眶锯雀鲷的查看动作和反应要少得多。当斑点管口鱼模型附着在绿鹦鲷模型一侧时以复制真实斑点管口鱼的阴影行为深裂眶锯雀鲷的反应就像它们对单独的绿鹦鲷模型的反应一样：它们没有发现威胁。马切特说："我很惊讶深裂眶锯雀鲷对不同鱼类的反应竟然如此不同；能实时观察到这种情况真是太棒了。"这项研究由布里斯托尔大学的合作者参与，发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。当两种一起经过时，深裂眶锯雀鲷没有发现威胁。图片来源：Sam Matchette布里斯托尔大学生物科学学院的安迪-拉德福德（Andy Radford）教授是这项研究的共同作者。马切特和他的合著者、潜水伙伴克里斯蒂安-德勒鲁普（Christian Drerup）在水下呆了几个小时，几乎一动不动地进行实验。他们早些时候对在加勒比海潜水店工作的潜水员进行的调查显示，斑点管口鱼经常与绿鹦鲷和其他珊瑚礁鱼类一起游动，但这种非凡行为的原因尚未得到验证。此外，潜水员更有可能在退化的、结构不太复杂的珊瑚礁上看到这种阴影行为。研究人员花了几个小时在水下拉着模型鱼沿着钢丝经过鱼群，并拍摄它们的反应。图片来源：Sam Matchette由于气候变暖、污染和过度捕捞，世界各地的珊瑚礁正在退化。研究人员说，躲在其他移动鱼类后面的策略可能有助于动物适应环境变化的影响。"斑点管口鱼的阴影行为似乎是一种提高捕猎成功率的有用策略。"该研究的资深作者、剑桥大学动物学系的 James Herbert-Read 博士说："随着珊瑚礁上可供它们躲藏的结构越来越少，我们可能会看到这种行为在未来变得越来越普遍。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

鲨鱼不需要睡觉？科学家：和人类一样需要睡眠，而且还会睁眼睡

鲨鱼不需要睡觉？科学家：和人类一样需要睡眠，而且还会睁眼睡 众所周知，睡眠是人类和动物界普遍存在的生理行为。它在进化过程中的持久性被认为具有一个或多个核心功能。关于这些核心功能的一个假说是，睡眠通过加强休息和降低相对于清醒时的代谢率来节省能量。像哺乳动物、鸟类和果蝇都在睡眠期间节省能量。但对于像鲨鱼这样的冷血脊椎动物，科学家们对它们的睡眠行为仍知之甚少。 此前一直有传言说鲨鱼不需要睡觉，这一观点基于一些鲨鱼必须保持游动才能呼吸。 近日，发表在《Biology Letters》上的一项新研究中，来自奥克兰大学和西澳大利亚大学的研究人员提供了鲨鱼睡眠的第一个生理学证据，证实了一些传闻和其他研究长期以来提出的观点。该研究表明，这些动物确实和我们一样需要睡觉。 点击下方链接，了解详情 https://haijiao.com/post/details?pid=240370 订阅海角频道获取每日精品推送； https://t.me/haijiaoshequ

摄像头捕捉动物眼中的世界 准确率高达99%

摄像头捕捉动物眼中的世界 准确率高达99% 苏塞克斯大学（University of Sussex）和乔治梅森大学（George Mason University）汉利色彩实验室（Hanley Color Lab）的研究人员相信，这款软件将有广泛的用途。因此，他们将该软件开源，鼓励从自然纪录片制作人、生态学家到户外运动爱好者和观鸟者等所有人都来窥探这些动物截然不同的视觉现实。"资深作者丹尼尔-汉利（Daniel Hanley）说："长期以来，我们一直对动物如何观察世界着迷。"感官生态学的现代技术让我们能够推断出静态场景在动物眼中的样子；然而，动物经常会对移动目标（探测食物、评估潜在配偶的表现等）做出关键决定。在这里，我们为生态学家和电影制作人介绍了能够捕捉和显示动物在运动中感知到的颜色的硬件和软件工具。相机系统对 (1) 紫外线和 (2) 可见光敏感，加上 (3) 模块化笼，以及 (4) 嵌入式（见箭头）定制支架内的放大镜。在这里，它安装在市售 (5) Novoflex BALPRO 波纹管系统上瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)颜色、深度和其他视觉能力是由我们眼睛的感光器构成以及其他生物硬件（如锥体和视杆细胞）决定的。吸血蝙蝠和蚊子等动物可以感知红外线（IR），而蝴蝶和一些鸟类可以看到紫外线（UV）。这两种光都超出了人类所能看到的色谱范围。自然，这就使得人类很难完全理解动物的行为，以及我们可能如何在无意中影响它们交流、寻找食物、住所或配偶的能力。迄今为止，我们通过分光光度法等方法捕捉动物视觉的能力都非常耗时，依赖于特定的光照条件，而且无法记录动态图像。而这正是研究人员新研发成果的不同之处。研究人员利用多光谱摄影技术煞费苦心地设计了一种工具，可以捕捉不同波长的光线，包括红外线和紫外线。摄像机以蓝、绿、红、紫四种颜色通道记录视频，然后根据我们对特定动物眼睛感受器的了解，对视频进行处理，使其如同通过动物的眼睛拍摄的一样。视频记录可以准确估算出动物视觉光谱范围内的量子捕获量。在这种情况下，对于蜜蜂（左）和对紫外线敏感的鸟类（右）来说瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)研究小组制作了一个便携式 3D 打印设备，该设备包含一个分光镜，可将紫外线与可见光分开，每种光线都由一个专用摄像头捕捉。紫外线感光相机本身并不能记录可感知的数据，但与另一个相机配对后，它们就能共同记录高质量的视频。算法将镜头对齐，以不同动物的视角呈现视觉效果。它的平均准确率为 92%，但有些测试的结果是 99%。硬件的设计适用于市面上的照相机，研究人员还将软件开源，希望其他人也能根据自己特定的野生动物拍摄需求进行调整。虽然它也有局限性不能捕捉偏振光，帧率有限，因此很难捕捉到速度快的生物但它提供了独特的见解，有助于我们进一步了解动物的行为，帮助我们减轻对自然世界的影响。研究小组用鸟类受体噪声限制（RNL）假色拍摄了一只Phoebis philea蝴蝶的博物馆标本。研究人员指出"该系统的另一个潜在用途是对博物馆标本进行快速数字化。这种蝴蝶具有色素和结构性紫外线色彩。明亮的品红色突出了主要反射紫外线的区域，而呈现紫色的区域则反射类似数量的紫外线和长波长光。将标本安装在支架上并缓慢旋转，可以展示虹彩颜色如何随观察角度的变化而变化。蜜蜂视觉中毛毛虫的反捕食展示。研究人员说："隐藏和显露显示会给光谱学和标准多光谱摄影带来问题。在这里，我们展示了一段黑燕尾凤蝶毛虫展示其蜕皮器的视频。我们用蜜蜂假色来说明这段视频，紫外线、蓝色和绿色量子捕捉器分别显示为蓝色、绿色和红色。毛虫背部的黄色斑点和（人类的）黄色虹膜在紫外线下都有很强的反射，而当色彩转换成蜜蜂假色时，它们则呈现洋红色（因为蜜蜂的紫外线敏感光感受器和绿色敏感光感受器的强烈反应分别被描绘成蓝色和红色）。毛虫的许多捕食者都能感知紫外线，因此，这种着色可能是一种有效的启示信号"。蜜蜂在花朵上觅食和互动的Apis视觉。研究小组指出"摄像系统能够捕捉到自然发生的原始行为。三个短片分别描述了蜜蜂在自然环境中觅食（第一和第二个短片）和打斗（第三个短片）的情景。视频以蜜蜂假色显示（将蜜蜂的紫外线、蓝色和绿色感光器反应分别显示为蓝色、绿色和红色）。最后，通过四种不同动物的眼睛看到了五彩斑斓的孔雀羽毛。在这种情况下，孔雀的同类孔雀，加上人类、蜜蜂和狗。研究小组解释说："照相系统可以测量与角度有关的结构色彩，例如虹彩。这里通过一段高度虹彩的孔雀（Pavo cristatus）羽毛视频来说明这一点。这段视频中的颜色代表（A）孔雀羽毛的假色，其中蓝色、绿色和红色量子捕获分别描绘为蓝色、绿色和红色，紫外线叠加为品红色。虽然与标准彩色视频大致相同，但在眼球的蓝绿色倒钩（"眼斑"）上可以看到紫外线虹彩（视频中大约 5 秒钟处有注释）。此外，还可以看到眼球周围（外侧两条绿色条纹之间）的紫外线虹彩。有趣的是，与(B)人类（标准色）、(C)蜜蜂或(D)狗相比，这种虹彩在孔雀身上更为明显。这项研究发表在《PLOS 生物学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

自着色细菌纤维素的技术突破为制造绿色纺织品铺平道路

自着色细菌纤维素的技术突破为制造绿色纺织品铺平道路  由自着色细菌纤维素制成的钱包除黑色外，其他颜色正在制作中传统牛皮的生产，以及牛肉和牛奶的生产，肯定不会留下完全"绿色"的足迹。首先，大量的自然景观必须被开垦为牧场和种植牛饲料的田地。另一方面，饲养场集中排放的粪尿是水污染的主要来源。此外，从全球范围来看，奶牛打嗝时会产生大量温室气体。皮革的鞣制过程也存在问题，因为它消耗大量的水，并产生大量废物。其中一些废物以有毒合成染料的形式出现，用于给材料上色。考虑到这些弊端（以及道德方面的问题），不同的团体开始利用实验室培育的牛细胞、蘑菇、丝绸和细菌等原料生产皮革。就后者而言，特殊的细菌被哄骗着生产出片状的皮革"细菌纤维素"（BC）。话虽如此，但如何找到一种耐用、经济、无毒的染料替代品，仍然是个问题。这就是新研究的意义所在。在汤姆-埃利斯（Tom Ellis）教授和肯尼斯-沃克（Kenneth Walker）博士的领导下，伦敦帝国理工学院的科学家们培育出了一株经过基因工程改造的Komagataeibacter rhaeticus细菌，这种细菌的普通版本已经用于制造BC。新菌株的与众不同之处在于，这种微生物在制造出片状 BC 后，会产生一种叫做 eumelanin 的黑色色素。用一片新型细菌纤维素制成的鞋面 伦敦帝国学院这一过程包括首先将细菌置于生长培养基中，然后让它们在 14 天内产生一片 BC。一旦它们完成了这一过程，生长培养基就会被移除，取而代之的是含有黑色素合成所需试剂的溶液。然后，在 30 ºC （86 ºF）的温度下轻轻摇晃 BC 48 小时，促使细菌产生黑色素，将材料永久染成黑色。最后，将萃取物放入乙醇浴中消毒，浸泡在 5% 的甘油溶液中，然后放在模具上晾干。在目前进行的测试中，这种材料的薄片被缝合在一起形成了一个钱包，还有一片被模压成了鞋子的鞋面。此外，一块黑色 BC 样品在作为"活动演示品"穿戴 42 个月后仍能保持颜色不变。科学家们目前正在研究如何让这种细菌产生其他颜色的色素。事实上，他们已经设计出了一种不同的细菌菌株，这种菌株在蓝光照射下会产生彩色颜料。这样，只需将蓝光投射到 BC 材料上，就可以在该材料上"染"出商标或其他图案。埃利斯说："微生物已经在直接解决动物皮革和塑料皮革的许多问题，我们计划让它们准备好扩展到新的颜色、材料，也许还有图案。我们期待着与时尚界合作，让我们穿的衣服在整个生产线上都更加环保。"有关这项研究的论文最近发表在《自然-生物技术》杂志上。 ... PC版： 手机版：