水果真的促进了灵长类动物的大脑发育吗？新研究挑战旧观念

水果真的促进了灵长类动物的大脑发育吗？新研究挑战旧观念 灵长类动物为什么拥有大脑袋？为了探究这个问题，研究人员在巴拿马热带雨林进行了实验，比较大脑较大的灵长类动物和大脑较小的哺乳动物的觅食智力。灵长类动物（如人类）拥有比其他大多数哺乳动物更大的大脑。多年来，研究人员一直在探索一种可能性，即饮食，尤其是水果的摄入量，可以解释为什么灵长类动物的大脑如此之大。最近，来自马克斯-普朗克动物行为研究所和史密森尼热带研究所的一个研究小组首次对这一假设进行了验证，结果发现水果饮食理论可能失效了。研究人员利用无人机成像、全球定位系统跟踪和精细的行为分析，测试了四种食果哺乳动物如何在巴拿马雨林中解决同样的自然觅食难题。他们发现，脑容量较大的灵长类动物并没有比脑容量较小的哺乳动物更有效地解决寻找水果的难题。今天发表在《英国皇家学会会刊 B》上的这项研究颠覆了传统观点，即在寻找食物时需要一个大脑袋才能做出明智的决定。长鼻浣熊是浣熊的近亲，主要在地面上生活和觅食。图片来源：Christian Ziegler / 马克斯-普朗克动物行为研究所根据灵长类动物如何进化出更大的大脑的主要理论，水果和智力携手为大脑的生长提供动力。大脑较大的动物可以利用它们的智慧更有效地找到水果，这反过来又为更大的大脑提供了更多的能量。水果毕竟是一种宝贵但可变的资源。它对动物的认知能力提出了要求，动物必须找到结果的果树，并记住它们成熟的时间。研究表明，大脑的大小与食物中水果的数量之间存在相关性，从而为大脑进化的饮食理论提供了支持。但来自 MPI-AB 和 STRI 的研究人员认为，质疑这一理论的时机已经成熟。"水果饮食假说从未得到过实验支持，"第一作者、STRI 副研究员本-赫希（Ben Hirsch）说。障碍在于方法。要验证水果饮食假说，科学家必须测量动物寻找水果的效率。赫希说："灵长类动物和许多其他哺乳动物每天都要长途跋涉寻找食物，因此几乎不可能在实验室中复制它们在现实世界中面临的导航挑战。研究小组利用巴拿马巴罗科罗拉多岛热带雨林中的一种自然现象，规避了这一问题。每年有三个月的时间，吃水果的哺乳动物不得不以一种树种Dipteryx oleifera为食。"动物们几乎只吃Dipteryx果实，它们同时在解决同一个觅食难题，"资深作者、MPI-AB 主任、康斯坦茨大学洪堡教授 Meg Crofoot 说。"这为我们比较它们的觅食效率提供了强有力的工具。"研究期间通过无人机飞行探测到的巴罗科罗拉多岛上的Dipteryx树分布图。资料来源：Hirsch 等人，Proc B 2024研究小组在夏季通过无人机飞越树冠绘制了巴罗科罗拉多岛上所有Dipteryx树的位置图，当时这些高大的树木开满了显眼的紫色花朵。果树地图揭示了动物所面临的水果难题的全部范围，但科学家们仍然需要测试不同脑容量的哺乳动物访问这些果树的效率。他们跟踪了两只大脑袋灵长类动物（蜘蛛猴和白面卷尾猴）和两只小脑袋浣熊近亲（长鼻浣熊和金毛浣熊）的几个个体。GPS 传感器显示了动物前往Dipteryx树的路径，而加速度计则证实了动物在树上活动的情况，并有可能在树上觅食。然后，科学家们用每天在Dipteryx树上活动的时间除以行走的距离来计算路线效率。根据水果饮食假说，大脑壳卷尾猴和蜘蛛猴的路线效率应该高于疣猴和金冠猴。克罗福特说："我们没有发现任何证据表明，大脑较大的动物会做出更聪明的觅食决定。如果大脑袋确实能让动物变得更聪明，那么这种聪明并没有被用来更有效地找到热带雨林中的果树。"那么，为什么某些物种的大脑体积会增大呢？作者说，通过反驳果实饮食假说，他们的研究可以将焦点转移到觅食效率之外的想法上。赫希说："较大的大脑可能会促进更好的历时记忆，使这些物种能够更好地把握上树的时间，最大限度地获得成熟的果实。作者还认为，较大的大脑可能与工具使用、文化或社会群体生活的复杂性有关。""我们的研究无法确定大脑进化的确切驱动因素，"克罗福特说，"但我们已经能够利用微创技术，对有关野生动物进化、认知和行为的重大假设进行经验性测试。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

动物的最大奔跑速度在中等体型的物种中最容易出现

动物的最大奔跑速度在中等体型的物种中最容易出现 为了探究其中的原因，一个由帝国理工大学、哈佛大学、昆士兰大学和阳光海岸大学组成的国际研究小组开发了一个物理模型，研究肌肉这种动物通用的运动是如何限制陆地动物的最高奔跑速度的。领衔作者、伦敦帝国学院生物工程系的戴维-拉邦特博士说："跑得最快的动物既不是大象，也不是小蚂蚁，而是像猎豹这样中等大小的动物。为什么奔跑速度会打破支配动物解剖和表现的大多数其他方面的规律模式呢？"他们的研究结果表明，最大奔跑速度并不像以前认为的那样只有一个限制，而是有两个限制：肌肉收缩的速度和程度。动物所能达到的最大速度取决于最先达到的那个极限，而这个极限是由动物的体型决定的。论文共同作者、阳光海岸大学和昆士兰大学的克里斯托弗-克莱门特教授说："我们模型的关键在于理解最大跑步速度既受到肌肉收缩速度的限制，也受到肌肉在收缩过程中缩短程度的限制。与猎豹体型相仿的动物，其体重在 50 千克左右，这两个极限在此重合。因此，这些动物的速度最快，时速可达 65 英里"。研究结果发表在《自然-通讯》上。测试极限第一种限制被称为"动能容量限制"，它表明较小动物的肌肉受到其收缩速度的限制。因为相对于体重而言，小动物会产生很大的力，所以小动物跑步就有点像骑车下坡时试图用低速档加速。第二个限制被称为"工作能力限制"，它表明大型动物的肌肉受到其肌肉收缩程度的限制。由于大型动物较重，它们的肌肉相对于体重所产生的力量较小，因此跑步更类似于用高挡骑车上坡时试图加速。共同作者、哈佛大学的彼得-毕肖普博士说："对于犀牛或大象这样的大型动物来说，奔跑的感觉就像举起一个巨大的重物，因为它们的肌肉相对较弱，而重力要求它们付出更大的代价。由于这两方面的原因，动物最终不得不随着体型的增大而放慢速度"。为了测试模型的准确性，研究小组将其预测结果与从 400 多种陆地动物（从大型哺乳动物、鸟类和蜥蜴到小蜘蛛和昆虫）中收集到的有关陆地动物速度和大小的数据进行了比较。该模型准确预测了体重相差 10 个数量级以上的动物（从 0.1 毫克的小螨虫到 6 吨重的大象）的最大奔跑速度随体型的变化情况。他们的发现揭示了肌肉进化背后的物理原理，可以为未来设计出与最优秀的动物跑步运动员的运动能力相媲美的机器人提供参考。除了解释动物的奔跑速度，新模型还可能为理解动物群体之间的差异提供重要线索。蜥蜴和鳄鱼等大型爬行动物通常比大型哺乳动物体型小、速度慢。共同作者、昆士兰大学的泰勒-迪克博士说："一种可能的解释是，按重量计算，四肢肌肉在爬行动物体内所占的比例较小，这意味着它们在体重较小的时候就达到了工作极限，因此必须保持较小的体型才能快速移动。"该模型结合现代物种的数据还预测，体重超过 40 吨的陆地动物将无法移动。现存最重的陆地哺乳动物是非洲象，重约 6.6 吨然而一些陆地恐龙体重可能远远超过 40 吨。研究人员说，这表明我们应该谨慎地根据非灭绝动物的数据来估计灭绝动物的肌肉解剖结构。相反，他们认为这些数据表明，已灭绝的巨型动物可能已经进化出了独特的肌肉解剖结构，这值得进行更多的研究。这项研究提出了关于体型庞大的恐龙如何移动的问题，以及需要对特定动物群（如爬行动物或蜘蛛）进行更有针对性的数据收集的问题。虽然这项研究只针对陆地动物，但研究人员下一步将把他们的方法应用到飞行和游泳动物身上。拉邦特博士说："我们的研究提出了许多有趣的问题，既涉及已灭绝动物的肌肉生理学，也涉及当今活着的动物（包括人类运动员）的肌肉生理学。物理限制对游泳和飞行动物的影响不亚于对奔跑动物的影响解开这些限制是我们的下一个议程。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈佛科学家发现人类大脑进化的隐藏催化过程：食物发酵技术

哈佛科学家发现人类大脑进化的隐藏催化过程：食物发酵技术 但是，为什么会发生这样的变化，是什么促使了这种变化的发生却一直让人难以捉摸。有人认为，火的使用以及随后烹饪的发明为我们的祖先提供了足够的营养，使我们的大脑袋祖先成为了主宰，而一种新的理论则指出了不同的火种：发酵。饮食在大脑进化中的作用最近发表在《自然-通讯生物学》（Nature CommunicationsBiology）上的这项研究的作者之一艾琳-赫希特（Erin Hecht）说，了解我们的大脑是如何成长的关键很可能在于我们吃了什么以及如何吃。人类进化生物学助理教授说："脑组织的新陈代谢非常昂贵，它需要大量的热量来维持运转，而对于大多数动物来说，是否有足够的能量来维持生存一直是个问题。因此，大脑壳的澳特罗皮斯人要想生存下来，它们的饮食必须有所改变。所提出的理论包括这些人类祖先所食用的食物发生了变化，或者，最流行的说法是，烹饪的发现使他们能够从任何食物中获取更多可用的卡路里。"发酵假说示意图。资料来源：Erin Hecht但这一理论的问题在于，最早的证据表明，火的使用是在大约 150 万年前，大大晚于类人猿大脑的发育。"我们祖先的颅容量在 250 万年前开始增大，保守地说，在脑容量增大和烹饪技术可能出现之间，我们的时间线大约有 100 万年的差距，"论文共同作者之一、现任法国艾克斯-马赛大学语言、交流和大脑研究所研究员的凯瑟琳-布赖恩特（Katherine L. Bryant）解释说。"无论他们的饮食发生了什么变化，都必须发生在大脑开始变大之前。其他一些饮食习惯的改变一定释放了新陈代谢对大脑大小的限制，而发酵似乎可以满足这一要求"。在过去的几年中，研究人员提出了其他看法，例如食用腐烂的肉类。在这篇新论文中，Hecht 和她的团队提出了一个不同的假设：贮藏（或保存）的食物会发酵，这种"预先消化"的食物提供了一种更容易获得的营养形式，为更大的大脑提供了燃料，使我们的大脑袋祖先能够通过自然选择生存和繁衍。"这种转变可能是个意外，不一定是有意为之，"Hecht 认为。"这可能是储藏食物的意外副作用。而且，随着时间的推移，传统或迷信可能导致了促进发酵或使发酵更稳定或更可靠的做法"。人类的大肠在比例上小于其他灵长类动物，这一事实支持了这一假设，表明人类适应了已经通过发酵的化学过程分解的食物。此外，从欧洲的葡萄酒和奶酪到亚洲的酱油和纳豆，发酵食品遍布所有文化和所有食物类别。赫希特建议，对大脑对发酵和非发酵食物的反应进行更多的研究可能会有所帮助，对嗅觉和味觉受体的研究也可能会有所帮助，或许可以利用古DNA。对于进化生物学家来说，这些都是其他研究人员可以利用的肥沃领域。(赫希特的研究重点是"大脑回路是如何进化以支持复杂行为的"，他对活人和狗都进行了研究）。随着研究的深入，布赖恩特认为发酵食品有可能带来广泛的益处。她说："这一假设也让我们科学家有更多理由去探索发酵食品对人体健康和维持健康肠道微生物群的作用。近年来已经有很多研究将肠道微生物组与身体健康和心理健康联系在一起"。" ... PC版： 手机版：

我们在进化吗？新研究揭示人类大脑越来越大

我们在进化吗？新研究揭示人类大脑越来越大 研究人员假设，大脑体积的增大可能会导致大脑储备的增加，从而有可能降低老年痴呆症的总体风险。研究结果发表在《美国医学会神经病学杂志》上。查尔斯-德卡利（Charles DeCarli）是加州大学戴维斯分校阿尔茨海默病研究中心主任、神经病学杰出教授。资料来源：加州大学戴维斯分校健康中心该研究的第一作者查尔斯-德卡利（Charles DeCarli）说："一个人出生的年代似乎会影响大脑的大小，并可能影响大脑的长期健康。遗传在决定大脑大小方面起着重要作用，但我们的研究结果表明，健康、社会、文化和教育因素等外部影响也可能起到一定作用。"DeCarli 是加州大学戴维斯分校阿尔茨海默病研究中心主任、神经病学杰出教授。研究人员使用了弗雷明汉心脏研究（FHS）参与者的脑磁共振成像（MRI）。这项以社区为基础的研究于1948年在马萨诸塞州弗雷明汉市启动，目的是分析心血管疾病和其他疾病的模式。最初的研究对象包括 5209 名年龄在 30 岁至 62 岁之间的男性和女性。这项研究已经持续了 75 年，现在包括第二代和第三代参与者。核磁共振成像是在 1999 年至 2019 年期间进行的，对象是 20 世纪 30 年代至 70 年代出生的家庭健康调查参与者。大脑研究包括 3226 名参与者（53% 为女性，47% 为男性），核磁共振成像时的平均年龄约为 57 岁。与 20 世纪 30 年代相比，20 世纪 70 年代出生的人的脑容量有所增加。资料来源：加州大学戴维斯分校健康中心这项由加州大学戴维斯分校领导的研究对 20 世纪 30 年代出生的人和 20 世纪 70 年代出生的人的核磁共振成像进行了比较。研究发现，一些大脑结构在逐渐但持续地增加。例如，对大脑体积（颅内容积）的测量显示，大脑体积在十年间稳步增长。20 世纪 30 年代出生的人的平均脑容量为 1234 毫升，而 20 世纪 70 年代出生的人的脑容量为 1321 毫升，即增加了约 6.6%。皮质表面积大脑表面的测量指标显示出十年间更大的增长。20 世纪 70 年代出生的参与者的平均表面积为 2,104 平方厘米，而 20 世纪 30 年代出生的参与者的平均表面积为 2056 平方厘米，几乎增加了 15%。研究人员发现，与 20 世纪 30 年代出生的人相比，20 世纪 70 年代出生的人的大脑结构，如白质、灰质和海马体（参与学习和记忆的大脑区域）的大小也有所增加。大脑越大，痴呆症发病率越低据阿尔茨海默氏症协会称，目前约有 700 万美国人患有阿尔茨海默氏症。预计到 2040 年，这一数字将上升到 1120 万。尽管随着美国人口老龄化的加剧，老年痴呆症的发病率（即患病人口比例）在不断下降。之前的一项研究发现，自 20 世纪 70 年代以来，痴呆症的发病率每十年下降 20%。改善大脑的健康和大小可能是原因之一。DeCarli说："像我们的研究中观察到的这种较大的大脑结构可能反映了大脑发育的改善和大脑健康的提高。更大的大脑结构代表着更大的大脑储备，可以缓冲阿尔茨海默氏症和相关痴呆症等老年性脑部疾病的晚年影响。"这项研究的优势之一是FHS研究的设计，它使研究人员能够检查出生日期跨越近80年的三代参与者的大脑成像。但其局限性在于，非西班牙裔白人参与者在家庭健康调查的人群中占大多数，这在美国人口中并不具有代表性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

顶级掠食者的黎明：远古食肉动物如何进化成陆地霸主

顶级掠食者的黎明：远古食肉动物如何进化成陆地霸主 异齿龙是二叠纪早期（约 2.98-2.72 亿年前）的一种早期掠食性合弓动物。(陈列于加拿大皇家泰尔博物馆）。资料来源：Suresh A. Singh。研究人员研究了肉食性合趾类动物的颌骨解剖和体型，利用这些特征重建了这些远古食肉动物可能的进食习惯，并绘制了它们的生态进化图。他们发现，大约在2.7亿年前，合趾目动物的颌骨功能发生了重大转变，这与捕食行为的重大转变有关，对我们最早祖先的进化具有重要影响。随着食草动物的体型越来越大，速度越来越快，食肉动物为了生存，开始适应成为体型更大、捕食能力更强的食肉动物。捕食适应性的关键进化转变第一作者、布里斯托尔地球科学学院的苏雷什-辛格博士解释说："早期的合弓动物，如著名的异齿龙，有很长的下颌和很多牙齿，以确保一旦捕获猎物，猎物就无法逃脱。然而，我们发现颌部功能发生了变化，颌部变得更短，肌肉效率更高，集中在颌部前端的牙齿更少这些颌部适应于进行深而有力的咬合。""这一变化表明，后来的合体食肉动物更注重重创猎物，从而更快地杀死猎物。在这些后来的合弓动物中，有最早的剑齿食肉动物！这一变化突出表明，捕食者面临着来自猎物的新的选择性压力。"二叠纪晚期（约 2.59-2.52 亿年前）的 狼蜥兽，一种更高级的肉食性合趾目动物，也是最早的剑齿食肉动物之一。(陈列于加拿大皇家安大略博物馆）。资料来源：Suresh A. Singh这一发现为合趾目动物进化的关键一步提供了重要的背景。"这项研究的合作者阿明-埃尔斯勒（Armin Elsler）博士补充说："一直以来，合趾目颌骨的重组都被认为是哺乳动物进化的重要一步。"这些变化不仅提高了颌骨的效率，还标志着颌骨最早的重新发育，这也造就了哺乳动物复杂的耳朵。是什么推动了这第一步？我们的研究表明，部分原因是来自猎物的生态压力"。对现代进化论认识的影响共同作者汤姆-斯塔布斯（Tom Stubbs）博士说："下颌功能转变的时间与新的更大更快的食草动物的进化相吻合，这种食草动物会给捕食者带来更大的挑战。食肉动物受伤或被杀的风险增加了，所以一些近体食肉动物变得更大、更善于杀戮，以克服这些风险"。这一转变反映了捕食者与猎物之间相互作用的新动态，表明陆地上的生命发展得更快了。信息图表展示了下颌功能解剖学和身体大小的差异，以及在研究中发现的古代食肉类合趾目动物更多类似哺乳动物行为的潜在生态推论。图片来源：Suresh A. Singh 的作品。图片插入来源：克鲁格目击高清。古生代晚期是动物首次开始完全在陆地上生活、进食和繁殖的时期，该研究的共同导师迈克-本顿（Mike Benton）教授说，"它们完全变成了陆生动物，在新的栖息地定居，并在远离它们以前依赖的水生环境的内陆开发新资源。我们的研究结果表明，随着这些早期陆生动物越来越适应陆地生活，它们所面临的选择性压力也发生了变化捕捉另一种能够快速移动并长得更大的动物要比捕捉滑溜溜的小鱼或两栖动物困难得多。"艾米丽-雷菲尔德（Emily Rayfield）教授也是这项研究的共同导师。她补充说："捕食者与猎物之间的相互作用是当今动物行为的重要驱动力，因此，通过数百万年的解剖进化看到这种影响，并发现它们有可能推动我们自身进化史上的一些重大飞跃，是一件非常了不起的事情。它凸显了古生物学家如何利用形式与功能之间的关系来探索不同的史前动物可能是如何生活的，这可以告诉我们很多关于地球上生命进化的信息。"研究人员还发现，合体食肉动物的形态多样性在这一转变之后有所增加，在二叠纪中晚期大约 2.65-2.51 亿年前增加了适应更快撕咬速度或更强撕咬力的新功能类群。通过评估这些新食肉动物物种的大小在不同群落中的比较，他们意识到这些群落可能已经开始与现代食肉哺乳动物的群落非常相似。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

大脑也能双拼？不同老鼠大脑被融在一起 创造出了“科学怪鼠”

大脑也能双拼？不同老鼠大脑被融在一起 创造出了“科学怪鼠” 现实中，将已经失去生命的尸体部位，重新变成一个“鲜活”的人，显然是不可能能的。但科学家最新公布的研究成果中，将两种不同种类的老鼠大脑融在了一起，创造出了RatMouse嵌合老鼠。不仅弥补了单一老鼠本身存在的缺点，而且各项指标正常，预计寿命可活2年。Rat和MouseRat和Mouse，虽然都可以翻译成老鼠，外形也大差不差，但本质上它俩属于不同的动物。一般来说，Rat是指大鼠，是啮齿目、鼠科、大鼠属的老鼠，而Mouse是指小鼠，是小鼠属的，种类不同。外形上，Rat体型更大，体长（不包括尾巴）一般在15-20厘米之间，而Mouse体长（不包括尾巴）只有5-10厘米，成年的Rat体重可达Mouse的10倍。除了大小有差异，身体的其他部位也有差异。例如Mouse尾巴细长，多毛且有鳞片，耳朵也显得很大很圆，而Rat尾巴短一点，粗一点，有鳞片但没毛，耳朵也相对小一点。两者的生活习惯也不同，Rat更喜欢偷吃肉类和奶酪一类的食物，而Mouse更喜欢蔬菜水果。虽然它们都会对人类带来不好的影响，但人类对它们的情感完全不同。体型更大的大鼠Rat被认为是害虫，而Mouse一般是指那些可爱的宠物或者老鼠形象，例如米老鼠和Jerry。不同种类的大脑融合了解完大鼠Rat和小鼠Mouse的区别后，再回来看科学家的大脑融合试验。整个研究，总共发了2篇论文。第一个论文中，研究人员事先将小鼠中负责前脑发育的基因给“去除”了，如果这个小鼠胚胎不作任何处理的话，是不可能发育出前脑的，而且在出生不久就会死亡。后期，研究人员给小鼠胚胎注入了大鼠的干细胞，意外的是，大鼠的干细胞居然修复了小鼠胚胎，让小鼠长出了前脑，这个前脑是由大鼠细胞构成。第二个论文中，研究人员往正在发育的小鼠囊胚注入细菌毒素，目标是破坏和嗅觉相关的脑部组织，此时小鼠失去嗅觉，发育成熟后是无法找到笼子里的饼干。随后，研究人员又将大鼠干细胞注入小鼠囊胚里，再将嵌合的囊胚植入小鼠母体。结果发现，胚胎的大鼠细胞和小鼠细胞同时发育，且大鼠细胞再次“弥补”了小鼠没有嗅觉的缺陷，出生后可以很快找到笼子里的饼干。两个试验，最后小鼠都正常生活，寿命也属于正常范围内。这意味着，用一种动物的大脑来帮助另一种动物，是可行的！这将对研究人类某些脑部疾病是非常有帮助的。最后其实，早在2022年，就有科学家成功将人类大脑组织注入大鼠的大脑中。两者结合的效果出奇的好，可以说是充分融合了，注入的人脑组织已经成为了大鼠的一部分，大鼠的某些特定行为，人脑组织会给出反馈。这说明，仅仅是不同物种大脑结合，并不难，难的是无法预估两者的融合有多深！这也是大多人反对不同物种嵌合试验的原因，因为不知道会造出什么生命。万一电影里出现的“怪物”，走进现实，又该怎么办？ ... PC版： 手机版：