【豆瓣8.9 科幻】《技术大全》本书出版于1964年，涉及了进化生物学、物理学、信息学、热力学、控制论等方面的内容，呈现了各种突

【豆瓣8.9 科幻】《技术大全》本书出版于1964年，涉及了进化生物学、物理学、信息学、热力学、控制论等方面的内容，呈现了各种突破带来的深远影响。作者讨论了进化、宇宙、社会、现实、人工智能、创造世界等深刻的问题。出版后便如一石激起千层浪，引起了科学界的广泛讨论。这个世界上面所有东西都没有最终路径，尽管它们都在不断演化。整本书谈的问题，就是人类以及技术、生命以及科学，它们在演化过程之中，出现的种种的互动以及后果。

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：

对海洋蜗牛的研究表明：重大的进化转变是逐步发生的

对海洋蜗牛的研究表明：重大的进化转变是逐步发生的 生物学家发现，重大的进化转变是逐步发生的，而不是通过突然的、戏剧性的"怪物"步骤发生的，从而解决了关于飞行、视觉和活产等重大创新是如何进化的长期争论。进化通常是一个循序渐进的过程，一步一步地进行，但偶尔也会产生引人注目的新功能，比如羽毛最终使鸟类能够飞翔。到目前为止，人们还很难理解这些重大的进化变化是如何发生的，部分原因是其中许多变化发生在很久以前，部分原因是很难想象中间阶段。有些人认为，这些变化是大步发生的，大效应的突变产生了"充满希望的怪物"；另一些人则认为，创新是逐步形成的，自然选择倾向于中间阶段。活体饲养使 Littorina 蜗牛能够占据和适应各种不同的栖息地。这导致了许多"生态型"的进化，它们的大小、形状和行为各不相同。图片来源：Fredrik Pleijel海洋蜗牛研究的新发现谢菲尔德大学的科学家及其在哥德堡大学和奥地利科技研究所的合作者通过获取和研究最近从产卵转向活产的一组海洋蜗牛的全基因组序列，现在至少能够解决一个例子的争论。这项研究采用了新的方法来发现这种分娩方式的新转变是迅速发生的还是逐渐发生的，研究结果可以用来帮助解释进化过程中的其他戏剧性转变。成螺适应不同的环境状况，体型较大的蜗牛适应于抵御螃蟹的攻击，而体型较小的蜗牛则适应于生活在海浪较强的地区。图片来源：Sophie Webster科学家们能够确定 50 个与繁殖模式完全相关的基因，并估算出它们的起源时间。结果表明，它们是逐渐积累起来的，在过去的不同时期传播开来。这表明，创新可以逐步进化，而不是一步到位。了解进化过程的意义谢菲尔德大学生物科学学院的罗杰-布特林（Roger Butlin）教授说："了解关键创新的进化起源非常重要，因为它们可以极大地改变进化的进程，比如活体繁殖导致了哺乳动物的多样化，或者羽毛帮助鸟类进化出了飞行。然而，到目前为止，研究这些创新的机会还很少，主要是因为大多数进化变化都发生在很久以前。通过发现和研究海洋蜗牛分娩方式的最新进化转变，我们现在能够理解这些重大变化，并将我们的方法应用于许多其他进化转变"。"Littorina 蜗牛常见于欧洲、英国和美国东海岸的岩石海岸。图片来源：Daria Shipilina他补充说："我们的研究成果将改变生物学家看待重大进化转变的方式，把重点从进化过程中的大跃进转移到理解小进化步骤的渐进益处上。它们还将帮助其他人剖析其他适应性特征的遗传和历史基础，这在许多生物被迫迅速适应不断变化的世界时非常重要。"研究小组现在计划研究他们发现的基因的功能，以了解导致活产的一系列进化步骤。他们还希望将他们的方法应用于其他类型的适应，包括热耐受性等，因为如果一些物种要在气候变化中生存下来，就必须进化出热耐受性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

5.5亿年前的罕见化石解决了海绵进化的古生物学难题

5.5亿年前的罕见化石解决了海绵进化的古生物学难题 5.5亿年前海海绵化石的突破性发现为海绵进化提供了新的视角，并为未来的化石搜寻提供了指导。埃迪卡拉海床上重建的Helicolocellus的生活位置。资料来源：袁勋来乍一看，简单的海绵并不是什么神秘的生物，它甚至没有大脑，没有内脏，把它的年代追溯到 7 亿年前也不成问题。然而，令人信服的海绵化石只能追溯到大约 5.4 亿年前，化石记录中留下了 长达1.6 亿年的空白。弗吉尼亚理工大学地球生物学家肖树海及其合作者在6月5日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，报告了一块距今5.5亿年的"失落年代"海海绵，并提出最早的海海绵尚未形成矿物骨骼，为寻找失踪化石提供了新的参数。海海绵失踪之谜的核心是一个悖论。分子钟估算（包括测量随时间累积的基因突变数量）表明，海绵一定是在大约 7 亿年前进化而来的。然而，在如此古老的岩石中却没有发现令人信服的海绵化石。多年来，这个难题一直是动物学家和古生物学家争论的话题。这一最新发现填补了最早的动物之一的进化家谱，解释了它在较古老岩石中的明显缺失，并将达尔文关于它何时进化的问题联系起来。肖最近入选了美国国家科学院，他第一次看到这种化石是在五年前，当时一位合作者给他发了一张中国长江沿岸发掘的标本的照片。作为理学院教师的他说："我以前从未见过这样的东西。几乎是一瞬间，我就意识到这是个新东西。"肖和来自剑桥大学和南京地质古生物研究所的合作者们开始逐一排除各种可能性：不是海鞘，不是海葵，也不是珊瑚。他们想，这会不会是一种难以捉摸的古代海海绵呢？弗吉尼亚理工大学地球生物学家肖树海及其合作者报告了一块距今5.5亿年的海海绵化石，填补了最早的动物之一在进化家谱中的空白。照片由弗吉尼亚理工大学的 Spencer Coppage 提供。图片来源：Spencer Coppage for Virginia Tech在 2019 年发表的一项早期研究中，肖和他的团队提出，早期海绵之所以没有留下化石，是因为它们还没有进化出生成硬针状结构（即今天海海绵的特征）的能力。肖的团队成员通过化石记录追踪海绵的进化。随着时间的推移，海绵体的有机成分越来越多，矿化度越来越低。"如果往回推，那么最早的生物可能是软体生物，它们的骨骼完全是有机的，根本没有矿物质，"肖说。"如果这是真的，那么除非在非常特殊的情况下，快速化石取代了退化，否则它们是无法在化石中存活下来的。"2019 年晚些时候，肖的国际研究小组在这样的环境中发现了一块保存完好的海绵化石：众所周知，在海洋碳酸盐岩的薄层中保存着大量软体动物，包括一些最早的具有移动能力的动物。肖说："通常情况下，这类化石会消失在化石记录中。新发现为我们提供了一个窗口，让我们可以了解早期动物在长出坚硬部分之前的情况。"新的海绵化石表面镶嵌着错综复杂的规则盒子，每个盒子又被分割成更小的相同盒子。南京地质古生物研究所和剑桥大学的博士后研究员王晓鹏说："这种特殊的模式表明，我们手上的海绵化石与某种玻璃海绵的关系最为密切。"新海绵化石的另一个出人意料之处在于它的大小。剑桥大学的合作者亚历克斯-刘（Alex Liu）说："在寻找早期海绵化石时，我原本以为它们会非常小。新化石长约15英寸，体形相对复杂，呈圆锥形，这挑战了我们对早期海绵外观的许多预期。"这块化石填补了一些缺失的年份，同时也为研究人员如何寻找这些化石提供了重要的指导这将有望把人们对早期动物进化的认识进一步向前推移。"这一发现表明，最早的海绵可能是海绵状的，但不是玻璃状的，"肖说。"我们现在知道，在寻找早期海绵时，我们需要拓宽视野"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究所发现的模式推翻了酵母菌进化的传统观点

新研究所发现的模式推翻了酵母菌进化的传统观点 一项研究通过对 1000 多个菌株进行人工智能分析，揭示了酵母进化的新见解，挑战了旧范式，并为推进多个科学领域的研究提供了一个全面的数据集。酵母菌群（人工着色）。资料来源：夏洛特联合国大学拉贝拉于2022年以助理教授和研究员的身份加入夏洛特联合国大学计算机与信息学院的生物信息学系，在北卡罗来纳研究园区与共同第一作者、维拉诺瓦大学的Dana A. Opulente一起进行了这项研究。他们与来自范德比尔特大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员以及来自全球各地研究机构的同事进行了合作。这是 Y1000+项目拉贝拉在范德堡大学担任博士后研究员时加入了该项目，这是一项大规模的机构间酵母基因组测序和表型工作。"酵母是单细胞真菌，在我们的日常生活中发挥着至关重要的作用。它们被用来制造面包和啤酒，也用于医药生产，也会引起感染，作为动物的近亲，它们还可以帮助我们了解癌症是如何发生的，"拉贝拉说。"我们想知道这些小型真菌是如何进化到拥有如此多的功能和特征的。通过对一千多种酵母菌的特征描述，我们发现酵母菌并不符合'无所不能'的谚语。"这项研究有助于人们基本了解微生物如何随时间发生变化，同时产生了 900 多个新的酵母菌基因组序列，其中许多序列可用于生物真菌领域，如农业害虫控制、药物开发和生物燃料生产。拉贝拉和她的合著者通过对 Y1000+ 项目数据集（包括 1154 株古老的单细胞酵母 Saccaromycotina）进行人工智能辅助机器学习分析，试图回答一个重要问题。那就是为什么有些酵母菌只吃（或代谢）几种碳作为能量，而有些酵母菌却能吃十几种碳？阿比盖尔-莱维特-拉贝拉。资料来源：夏洛特联合国大学一种酵母用于获取能量的碳源总数在生态学上被称为其碳生态位广度（carbon niche-breadth）。人类的碳生态位广度也各不相同，例如，有些人可以代谢乳糖，而有些人则不能。进化生物学研究支持关于生态位广度的两个关键的总体范式，即解释为什么一些酵母生物（"专科生物"）在进化过程中只能代谢少量的碳作为燃料，而另一些酵母生物（"通性酵母"）在进化过程中能够消耗和生长多种碳形式的现象。值得注意的是，在后一种情况下，处理多种碳形式的能力是以牺牲酵母有效处理和生长每种碳形式的能力为代价的。第二种情况是，这些酵母专精和专精酵母在进化过程中，由于各自基因组的不同内在特征和酵母生物所处的不同环境的不同外在影响的共同作用，使得它们出现了各自的特征。拉贝拉和她的同事发现了大量证据，支持酵母专家与普通专家之间存在着可识别的内在基因差异，特别是普通专家往往比专家拥有更多的基因。例如，他们发现通性酵母菌更有可能合成肉碱，肉碱是一种参与能量生产的分子，经常作为运动补充剂出售。但出乎意料的是，他们的研究发现，在进化过程中，酵母处理多种形式碳的能力是以牺牲其高效处理碳和相应生长的能力为代"价的，反之亦然。拉贝拉说："我们发现，能在大量碳基质上生长的酵母菌实际上生长得非常好。这是一个让我们非常惊讶的发现。这项具体实验的发现以及在分析中使用的创新机器学习机制可能会对生物信息学、生态学、代谢学和进化生物学产生重大影响，而这项研究的发表则意味着 Y1000+ 项目的大量酵母数据汇编现在可供全世界的学者用作起点，以扩展他们自己的酵母研究。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

生物学家利用18亿个遗传密码字母构建出突破性的开花植物生命树

生物学家利用18亿个遗传密码字母构建出突破性的开花植物生命树 在邱园皇家植物园科学家的领导下，研究小组相信这些数据将有助于今后识别新物种、完善植物分类、发现新的药用化合物，以及在气候变化和生物多样性丧失的情况下保护植物。这项植物科学领域的重大里程碑研究涉及 138 个国际组织，其所依据的数据量是对有花植物生命树进行的同类研究的 15 倍。在为这项研究进行测序的物种中，有 800 多个物种的DNA以前从未被测序过。这项研究揭示的数据量之大，需要一台计算机花费 18 年的时间才能处理完毕，这是邱园"生命之树计划"在为所有 33 万种已知有花植物建立生命之树方面迈出的一大步。"分析这一前所未有的数据量，解码隐藏在数百万 DNA 序列中的信息，是一项巨大的挑战。但这也为我们重新评估和扩展对植物生命树的认识提供了一个独特的机会，为探索植物进化的复杂性打开了一扇新窗口，"邱园皇家植物园研究员亚历山大-尊蒂尼（Alexandre Zuntini）说。马萨诸塞大学进化生物学家斯蒂芬-史密斯（Stephen Smith）实验室的博士后研究员汤姆-卡鲁瑟（Tom Carruthers）是这项研究的共同第一作者，他与尊蒂尼曾在邱园共事。马萨诸塞大学植物系统学家理查德-拉贝勒（Richard Rabeler）是该研究的共同作者。被子植物生命之树。资料来源：RBG Kew"每当我们走进森林，开花植物都会为我们提供食物、衣物和问候。一个多世纪以来，构建开花植物生命树一直是进化生物学领域的重大挑战和目标，"这项研究的共同作者、麻省理工大学生态学与进化生物学系教授史密斯说。"这个项目为大多数有花植物属提供了一个庞大的数据集，为完成这一目标提供了一种策略，从而使我们离这一目标更近了一步。"史密斯在该项目中扮演了两个角色。首先，他的实验室成员包括麻省理工大学前研究生德鲁-拉尔森（Drew Larson）前往邱园，帮助对一个名为"Ericales"的大型多样性植物群的成员进行测序，该植物群包括蓝莓、茶、杜鹃花、杜鹃花和巴西坚果。其次，史密斯与邱园皇家植物园的威廉-贝克（William Baker）和费利克斯-弗雷斯特（Felix Forest）以及奥胡斯大学的沃尔夫-艾森哈特（Wolf Eisenhardt）共同监督了项目数据集的分析和构建。"研究小组面临的最大挑战之一是许多基因区域所蕴含的意想不到的复杂性，在这些区域中，不同的基因讲述着不同的进化史。团队面临的最大挑战之一是许多基因区域所蕴含的意想不到的复杂性，不同的基因讲述着不同的进化历史。我们必须开发出一种程序，以前所未有的规模来研究这些模式。"作为这项研究的共同负责人，卡鲁瑟的主要职责包括利用 200 块化石将进化树按时间进行缩放，分析整体进化树基础基因的不同进化史，以及估算不同开花植物系在不同时期的多样化率。卡鲁瑟说："基于如此多的基因，为有花植物构建如此庞大的生命树，揭示了这一特殊群体的进化史，帮助我们了解它们是如何成为世界上如此不可或缺的主要组成部分的。所展示的进化关系以及这些关系所依据的数据将为今后的大量研究奠定重要基础。"开花植物的生命树就像我们的家谱一样，能让我们了解不同物种之间的关系。生命树是通过比较不同物种之间的 DNA 序列来发现变化（突变）的，这些变化随着时间的推移不断累积，就像分子化石记录一样。随着 DNA 测序技术的进步，我们对生命之树的了解也在迅速加深。在这项研究中，我们开发了新的基因组技术，通过磁力从每个样本中捕捉数百个基因和数十万个遗传密码，比早期的方法多出几个数量级。Arenaria globilfora.资料来源：RBG Kew该研究小组的方法的一个主要优势是，它能对多种多样的新老植物材料进行测序，即使DNA受到严重破坏也不例外。世界标本馆收藏了近 4 亿份植物科学标本，其中有大量的干燥植物材料，现在可以对它们进行基因研究了。邱园生命之树计划的高级研究负责人贝克说："从很多方面来说，这种新颖的方法使我们能够与过去的植物学家合作，利用历史标本馆标本中的大量数据，其中一些标本早在19世纪初就被收集起来了。我们杰出的前辈，如查尔斯-达尔文或约瑟夫-胡克，不可能预料到这些标本在今天的基因组研究中会如此重要。在他们的有生之年，DNA 甚至还没有被发现。我们的工作表明，这些令人难以置信的植物博物馆对于地球生命的开创性研究有多么重要。谁知道其中还蕴藏着哪些未被发现的科学机遇呢？"在所有 9506 个测序物种中，有 3 400 多个来自 48 个国家 163 个标本馆的材料。马萨诸塞大学名誉研究科学家、马萨诸塞大学标本馆前馆长拉贝勒说："为研究植物关系而对标本馆标本进行采样，使得从世界不同地区进行广泛采样的可行性大大提高，而不需要长途跋涉从野外获取新鲜材料。"在生命之树项目中，拉贝勒帮助核实了标本馆采样标本的身份，并对所得数据进行了分析。仅开花植物就占陆地上所有已知植物生命的 90%，几乎遍布地球的每一个角落从最湿润的热带到南极半岛的岩石露头。然而，我们对这些植物是如何在起源后不久就占据了主导地位的理解，却困惑了包括达尔文在内的几代科学家。开花植物起源于 1.4 亿多年前，之后迅速取代了其他维管植物，包括它们的近亲裸子植物（有裸露种子的非开花植物，如苏铁、针叶树和银杏）。达尔文对化石记录中看似突然出现的这种多样性感到神秘。在 1879 年写给他的密友、邱园皇家植物园园长胡克的信中，他写道："据我们判断，所有高等植物都是在最近的地质年代迅速发展起来的，这是一个令人憎恶的谜。"作者利用 200 块化石，将他们的生命树按时间顺序排列，揭示了开花植物是如何跨越地质年代进化的。他们发现，早期有花植物的多样性确实出现了爆炸性增长，在其起源后不久就产生了今天存在的80%以上的主要品系。然而，在接下来的 1 亿年里，这一趋势逐渐趋于平稳，直到大约 4000 万年前，随着全球气温的下降，物种多样性再次激增。这些新的洞察力会让达尔文着迷，也必将帮助今天的科学家们努力应对了解物种如何以及为什么会多样化的挑战。如果没有邱园科学家与全球众多合作伙伴的通力合作，就不可能形成如此庞大的生命之树。总共有 279 位作者参与了这项研究，他们来自 27 个国家的 138 个组织，代表着不同的国籍。"植物界长期以来一直在合作和协调分子测序工作，以生成更全面、更强大的植物生命树。"马萨诸塞大学的史密斯说："发表这篇论文的努力延续了这一传统，但规模却大大扩大了。"开花植物生命树在生物多样性研究方面具有巨大潜力。这是因为，正如人们可以根据元素在元素周期表中的位置来预测其特性一样，我们也可以根据物种在生命树中的位置来预测其特性。因此，这些新数据对于促进科学及其他许多领域的发展将是非常宝贵的。为实现这一目标，生命之树及其基础数据已通过邱园生命之树资源管理器（KewTree of Life Explorer）等渠道向公众和科学界公开和免费开放。开放访问将有助于科学家充分利用这些数据，例如将其与人工智能相结合，预测哪些植物物种可能含有具有药用潜力的分子。同样，生命之树也可用于更好地了解和预测病虫害在未来将如何影响植物。作者指出，这些数据的应用最终将取决于获取数据的科学家的聪明才智。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：