为什么地球上那么多两栖动物 而没有谁进化出成“三栖动物”呢？

为什么地球上那么多两栖动物而没有谁进化出成“三栖动物”呢？好吧，这个问题其实是对两栖动物有一些误解，地球上是没有三栖动物的，因为根本就没有这样的定义。为什么没有“三栖动物”？至于为什么没有“三栖动物”的定义，主要原因我觉得是地球上其实就只有两个完全不同的栖息地而已，一个是陆地，一个是水中。图：雨燕是长途飞行冠军，但它们进食都在陆地和水中完成我们大多人想到的“三栖动物”估计是水、陆、空三栖——可以同时在这样三种环境下生存的动物。在我们机械工程中，如果有一种机器能够同时在水中、陆地和空中工作的话，估计会被称之为“三栖机器”，但是地球生物暂时没有这样定义的。这是因为对于地球而言，“空”不足以作为一个差异巨大的单独栖息地，因此那些会飞的动物基本都是陆地动物（一些飞鱼除外）。你可能会好奇，为什么“空”没法构成一个栖息地，其实原因很简单，生物根本没法完全在地球的空中构成一个独立的生态系统。图：肺鱼，被人为是现在陆地四肢动物关系最近鱼类亲戚我们可以看到只生活在水中鱼，以及只生活在陆地的哺乳动物和爬行动物，但是你永远不会听到只生活在空中的鸟类或者其它飞行动物。因为地球大气层的物质资源实在是太匮乏了，生物没有理由往这里发展，而且对于复杂生物而言，要想长期滞留在地球的空中也不是一件容易的事，基本是需要能量投入才能实现，不然就坠地了，这对生物是不利的。或许大气层浓厚一点的话，空中也可以发展出一个单独的生态系统吧，比如金星，很可能那里的大气层现在就生存着一些完全在空中生存、繁殖的微生物，但估计要出现更复杂的生物也很难。墨西哥蝾螈@LoKiLeCh两栖动物是什么样的群体？如果有一个机器拥有水陆两栖的能力的话，那么这个机器肯定是一个不错的机器，但是对于动物而言并非如此。两栖动物其实是一个水生到陆生的过渡阶段，它们是最早适应陆地的脊椎动物，随着时间推移，它们的一些分支演变成了现在的爬行动物、哺乳动物、鸟类等等陆地四肢动物。简单地说，两栖动物其实是相对“低端”的生物形态，并不是我们想象得那种高端、强大的优势群体。正因为它们处在过渡阶段，所以你会发现，两栖动物的各个方面都很奇怪，它们就像是一个“实验田”，在测试着各种各样的适应性特征。一种蚓螈@Mazza现在地球上生活着8000多种两栖动物，但是90%左右都是青蛙——无尾目，另外两种分别是无足目（蚓螈）和有尾目（蝾螈）。我们理解的两栖动物可能是能在陆地生存，但离不开水的动物群体，至少它们的幼年期是需要在水中出生和生存才是，这样称为两栖动物合情合理。但其实并不是如此，就像我们前面提到的，它们有着各种各样“实验性”的特征。比如生存环境方面，一些两栖动物其实完全不需要水，甚至无法在水中生存，但被归类为两栖动物了。在传统上，是否生产羊膜卵被认为是判定陆地脊椎动物是否属于两栖动物的一个标准，现在所有的两栖动物都不是羊膜卵。羊膜卵其实就是让幼体在卵中发育，从而跳过水中生长的过程，以此来适应没有水的陆地栖息地。现在的两栖动物，其实有多种“实验性”方式来试图跳过水生，而且有一些明显已经成功了，比如它们的卵胎生。两栖动物的三个谱系中都发现了卵胎生情况——其中75%的蚓螈都是卵胎生的，但是它们在卵胎生过程中都不用产生羊膜卵。很明显，两栖动物尝试了许多方式来试图完全脱离水生存，但是就只有羊膜卵一种形式成功了，最终取代两栖动物成为陆地脊椎动物的优势群体。虽然一些蚓螈也通过卵胎生和卵生完全不需要水就能生存，甚至无法在水中生存，但也同样明显它们的模式不是特别好，以至于只有极少的陆地栖息地有它们的身影。图：皮肤保持湿润是大部分两栖动物呼吸的关键再比如呼吸方式，这也是脱离水关键之一，在一些定义中经常把是否拥有两种以上的呼吸方式来判定一种动物是否属于两栖动物。但其实，两栖动物有三种呼吸方式——鳃、原始的肺和皮肤，一些两栖动物拥有全部三种，一些则拥有两种，另外一些则只有一种。不过只有一种的情况很罕见，通常是只保留了皮肤一种呼吸方式——多像是实验失败的情况。总之，两栖动物并不是什么高端的存在，它们只是一个过渡阶段而已，实际上它们对环境的要求十分苛刻，以至于现在成为最容易灭绝的动物群体。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379135.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379135.htm

影响数百万吸烟者的令人费解的无名肺部疾病

影响数百万吸烟者的令人费解的无名肺部疾病这些症状包括呼吸急促、日常咳嗽和咳痰，以及运动能力减弱。有趣的是，这些人在通常用于诊断慢性阻塞性肺病的呼吸测试中表现令人满意。慢性阻塞性肺病评估是"慢性阻塞性肺病亚人群和中期结果测量研究"（SPIROMICS）的重要组成部分，该研究是一项多中心研究，对1379名40至80岁、烟草接触超过20包年（每天吸一包烟20年或更久）的人进行了评估。该研究还包括从未吸过烟、没有气流阻塞的对照组参与者。慢性阻塞性肺病是美国第六大死因，通常与长期吸烟有关。根据美国疾病控制和预防中心的数据，2020年估计有1250万美国人被诊断患有慢性阻塞性肺病。然而，之前的研究表明，有证据表明肺功能受损的人数超过1800万，这表明还有数百万人可能在没有明确诊断的情况下饱受折磨。慢性阻塞性肺病是通过肺活量测定来评估的，肺活量测定是一种肺功能测试，用于测量一个人在最大努力下肺部充气和排气的速度和效率。如果测试显示气流阻塞，表明在正常时间内无法排出足够的空气，就可以诊断为慢性阻塞性肺病。气流阻塞的证据在医学上被定义为呼气时第一秒用力呼气容积（FEV1）与总用力肺活量（FVC）的比值异常偏低。"我们发现，很多原发性烟草接触者的症状与慢性阻塞性肺病患者相同，但却不能被诊断为慢性阻塞性肺病，因为他们的FEV1/FVC比值在肺活量测定中被认为是正常的，"该研究的第一作者、前加州大学旧金山分校肺病学研究员WilliamMcKleroy博士说。"这表明在为烟草暴露者提供有效和体贴的护理方面还存在很大差距，突出了进一步研究以找到帮助他们的方法的必要性"。参与者于2010年11月至2015年7月参加了SPIROMICSI，并在延伸研究SPIROMICSII中跟踪到2021年7月。在3到4年的时间里，他们每年都会接受肺活量测定、6分钟步行距离测试、呼吸系统症状评估和肺部CT扫描。其中许多参与者在最初就诊5到10年后又完成了一轮测试。一些研究参与者在接受肺活量测定后被发现患有慢性阻塞性肺病，而另一些参与者的肺活量测定结果为"保留值"，这意味着他们没有患有慢性阻塞性肺病。研究人员发现，绝大多数在研究开始时有烟草暴露和保留肺活量（TEPS）及肺部症状的参与者，在五年多的随访中仍有症状。在研究过程中，他们的呼吸道症状加重和气短的发生率也很高，这限制了他们的活动能力。此外，与无症状的TEPS参与者相比，有症状的TEPS参与者的慢性阻塞性肺病发病率并没有增加（有症状的TEPS参与者的发病率为33.0%，而无症状的TEPS参与者的发病率为31.6%），而且与无症状的TEPS参与者相比，有症状的TEPS参与者的肺功能下降速度（以FEV1随时间推移的下降速度来衡量）也没有加快。相比之下，患有慢性阻塞性肺病的参试者与无症状的TEPS参试者相比，FEV1的下降速度确实更快。加州大学旧金山分校肺科主任、SPIROMICS首席研究员PrescottWoodruff医学博士、公共卫生硕士说："这些发现表明，很大一部分没有气流阻塞的烟草烟雾暴露者患有持续的、无症状的非阻塞性慢性气道疾病，这种疾病与慢性阻塞性肺病不同。尽管目前慢性阻塞性肺病指南将肺活量保留的烟草暴露者归类为慢性阻塞性肺病前期，但本研究的数据强调，需要扩大吸烟相关肺病的定义，以便开发新的治疗方法。"美国国立卫生研究院（NationalInstitutesofHealth）下属的国家心肺血液研究所（NationalHeart,Lung,andBloodInstitute）肺病部主任詹姆斯-凯利（JamesKiley）博士补充说，这项研究发现，许多有吸烟史的人都有呼吸道症状，而且病情加重的风险会持续数年。凯利说："即使没有呼吸道症状且呼吸测试正常的人，吸烟也会继续伤害他们的肺部。研究结果突出了戒烟的重要性，强调了对有症状和无症状的吸烟者进行定期随访的必要性，并呼吁开展更多研究来治疗吸烟引起的呼吸道症状。"除了与有症状的TEPS相关的研究结果外，该研究还发现，与白人参与者相比，研究中黑人患有有症状的TEPS的比例更高。他们还发现，在这项研究中，与白人参与者相比，黑人参与者发展为慢性阻塞性肺病的风险更高。作者建议对职业和环境暴露、社会经济地位和结构性种族主义对这些症状发展的影响进行评估。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375079.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375079.htm

为了长距离快速奔跑，马的呼吸系统进化到多独特？都自带兴奋剂系统了

为了长距离快速奔跑，马的呼吸系统进化到多独特？都自带兴奋剂系统了图：马的肺占据了相当大的空间而当我们谈论肺时，就不得不提马，它们有着相对独特的肺。马科动物大约从5500万年前进化而来，它们最初的体型只有现代中小型宠物狗那么大，而且有三个蹄子。这个科现在只留下了7个物种，它们都是单蹄，而且体型都较大，同时还有着极强的运动能力，这一切要归功于它们的肺。下图这个就是马的肺，在完全充满气的时候，会显得巨大无比，看起来足足有兽医身高的一半！在所有用肺呼吸的动物中，马的肺重量相对于体重的比例非常大，它们的肺平均重量达到7公斤（肺通常很轻），约占其体重的1.5%，是同等体型的牛其肺的1.5倍大。这么巨大的肺，让它们每次呼吸能够吸入60升的空气，这赋予了它们超强的运动能力的同时，可以拥有较大的体型。在陆地大型哺乳动物中，只有人的肺能与马相媲美（功能和比例都相当），所以你会发现人类同样有着超强的运动能力。肺泡示意图不过，马的肺其肺泡比人类多50倍以上，肺泡是氧气和二氧化碳的交换场所，更多的肺泡意味着更强的呼吸能力。马超强的呼吸能力并不体现在休息时，在休息时大部分肺活量其实都是多余的。有数据显示，正常呼吸时，马肺空气的利用率只有40%左右，另外60%的空气不会与肺泡接触就被吐了出去，而作为对比，人类每次呼吸空气的利用率都能达到了70%。马的肺活量是为奔跑做准备，一旦快速奔跑，它们的肌肉需要更多的氧气，而为了确保奔跑时的氧气供应，它们有一个非常独特的适应性特征：脾收缩。简单地说，马可以通过释放肾上腺素来收缩脾脏，然后脾脏可以将所有红细胞释放到血液中，从而让它们可以捕获更多的氧气并将其带到肌肉，以保持正常工作！通过这种方式，它们的血细胞比容（输送氧气的红细胞占总血量的百分比）会从30-40%飙升到60-70%，从而提升氧气的利用率。一些作弊的人类运动员为了提高成绩会通过注射红细胞生成素合成药物（一类兴奋剂）来完成类似的事情，而马天生就有这个能力。虽然马有了强大的肺，以及配合强大肺的适应性特征，但是它们也有明显的缺点。图：马只能用鼻孔呼吸，好在它们的鼻孔很大马并不像人那样可以用嘴巴辅助呼吸，它们只能用鼻子呼吸，因为马的软腭较长，封闭了鼻子和消化道之间的连接。这种呼吸方式降低了空气进入肺的速率，而马为了能够快速奔跑，又有了一个独特的适应性特征：当快速奔跑时它们会切换成被动呼吸，呼吸频率完全由四肢的运动协调。当它们快速奔跑时大概是这样呼吸的：在后腿悬置阶段——既当腹部的肌肉向前拉动后腿时就吸气，因为这时马腹腔内的器官被从横膈膜向后推，从而带动空气进入肺部；而在后腿延长阶段——既当后腿向后移动时就呼气，因为内容物被向前移动推入隔膜，从而迫使空气排出肺部。这种方式带来一些问题，当剧烈运动时，它们空气的流入速率可能会远超想象，这会在肺部周围制造压力，有研究显示，普通奔跑时马的呼吸会对肺部产生比平时高五倍的压力。如果人类饲养员试图让马跑得更快的话，这个压力也会变得更大，从而给气管甚至整个肺部造成损伤——通常是肺部出血。圈养的马，肺部出血是很常见的疾病，它就是由于奔跑速度过快，呼吸过于急促导致的——极大的压力会导致靠近肺泡的毛细血管破裂。马的呼吸系统让马成为运动能力最强的陆地大型哺乳动物之一，但也让它们成为所有哺乳动物中最容易患上严重呼吸系统疾病的一个物种。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430627.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430627.htm

实验室制造的肺可快速进行药物测试 可用于替代动物试验对象

实验室制造的肺可快速进行药物测试可用于替代动物试验对象慢性阻塞性肺病是一种无法治愈的疾病，它阻塞了肺部的小气道，使呼吸困难，吸烟和空气污染是最常见的原因。目前的治疗方法无法扭转对肺部组织造成的损害。虽然较新的治疗方法，如基于干细胞的药物，已经显示出修复或防止肺部恶化的能力，但明显缺乏获准用于治疗肺部疾病的新疗法。传统上，开发和测试治疗慢性阻塞性肺病的新药需要动物模型。使用动物进行测试的问题是，它们的解剖学和生理学的某些方面与人类不同，而且许多动物模型无法测试气溶胶药物。最近科学家在开发动物模型的替代品方面取得了一些进展。芯片上的器官、类器官--从人类细胞生长出来的模拟真实器官的三维结构和三维打印的器官都是很好的例子。但这些都有缺点，通常与它们的体积小、细胞数量有限以及与人类肺部的复杂结构和过程缺乏相似性有关。但是现在，由悉尼大学的研究人员领导的一个团队已经建立了更准确地模仿人类肺部的肺。该研究的主要作者ThanhHuyenPhan说："在传统的细胞培养中，你将细胞放入培养皿，并在静态条件下培养它们，这与人体中发生的情况相差甚远。我们正在做的是创造类似于人体中存在的环境条件。"研究人员直接从病人身上提取细胞，将它们分层排列，就像它们在体内出现一样。该研究的通讯作者WojciechChrzanowski说："我们直接从病人身上提取细胞，然后按照它们在体内的存在方式分层构建。因此，首先你有上皮细胞，然后你有成纤维细胞--我们实际上是在创造一个非常像实际人类肺部的模拟器官。"肺部模型保持在与真实肺部相同的环境条件下，一边是空气，另一边是与微循环相结合的液体界面，以模仿人体的循环系统。研究人员为不同的用途创建了两个肺部模型。"我们决定建立两个不同的肺部模型，其中一个模仿第一阶段的临床试验；一个健康的肺部来研究新药物的安全性，"Chrzanowski说。"另一个模拟第二阶段试验；一个有病的肺，在我们的案例中，反映了慢性阻塞性肺病，使我们能够研究药物的治疗效果或优越性。"但是，肺部模型可以被用于不仅仅是药物测试。"这些迷你肺器官模型也可以用来测试毒性，"Chrzanowski说。"例如，硅尘或空气污染物，如丛林火灾期间产生的颗粒物"。而且，更重要的是，它们可以是个性化的。Chrzanowski说："因为我们可以直接从个别病人身上提取细胞，所以我们可以建立一个病人自己的模型来测试药物对他们的有效性。"研究人员说，除了提供动物试验的替代方案外，他们的实验室制造的肺的优点是它们的可重复性、可靠性，以及它们能够大规模地实现低成本的研究。Chrzanowski说："它们加速了发现过程，缩短了进入临床的过程，但也大大增加了我们在进入临床试验之前对我们创造的分子的信心。一种药物的临床转化的正常时间表大约是10到15年，但是当你使用类器官模型时，你可以大大缩减这个时间。"该研究发表在《生物材料研究》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357031.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357031.htm

为什么马的脸那么长？新研究给出了一个全新解释：它们负担得起

为什么马的脸那么长？新研究给出了一个全新解释：它们负担得起人类的体型在哺乳动物中自然算是比较大的，只是我们比较特殊，脸才没那么长而已。那么有趣的问题是，为什么大型哺乳动物都会有长脸，而人类却没有长脸呢？这种现象被称为“颅面进化异速生长”，简称CREA，它确实普遍存在于哺乳动物中，比如猫、啮齿动物、鹿、袋鼠和一些猴子，全部都是如此，脸的长度基本和体型成正比。如果你把羊的脸和牛的脸做比较，或者把小鹿的脸和大驼鹿的脸比较，你就能看到CREA确实在起作用。然而，即便CREA如此普遍，令人惊讶的是，它至今缺乏合理的解释。其中有一种广为流传的解释认为，CREA可能是头骨发育的先天部分，其中哺乳动物的脸部随着动物的生长而自动变长。但是，很明显这种解释有很例外，或者对于一些动物来说是完全相反的。例如，塔斯马尼亚袋獾、海獭和逆戟鲸都比它们的大多数近亲大，但脸较短。与此同时，长鼻袋鼠、蜜袋鼠和食花蜜蝙蝠体型较小，但面部较长。不过，最近一项研究给出了一个有趣的解释，他们认为答案在于物种如何利用面部进食的简单生物力学。根据一项重要的观察结果是，密切相关的动物往往吃相似的食物，这点很重要，这个是让CREA存在的大前提。例如，羊和牛吃同样的草。然而，由于绵羊整体较小，它们必须用下巴、下颌肌肉和牙齿（构成它们脸部的大部分）更用力地咬合。事实上，较短的脸更能有效地咬合。这是因为下颌肌肉和牙齿之间的距离较小，这和钳子的工作原理是一样的。因此，短脸的存在很容易解释，它确实给生物带来能量上的节省，难以解释的是：如果短脸如此擅长用力咬合，为什么大型哺乳动物的脸却更长？该研究认为，体型较大的动物自然拥有更大的肌肉，从而更容易咬合，因此与体型较小的亲戚相比，它们在咬合方面不需要那么努力也能达到相同的效果。简单地说，大型哺乳动物可以拥有更长的头骨，但是这对它们有什么好处呢？其实，在许多情况下，长脸确实很有利。例如，在食草动物中，较长的脸更容易接触到更多的叶子或吃更多的食物。而在食肉动物中，较长的脸可以容纳更大的尖牙，或者帮助下巴更快地合上。那么现在还有一个问题，就是人类体型很大，为什么脸却很短呢？其实，类似人类的例外有很多。就像我们前面提到的相似的饮食是这种现象（CREA）起作用的关键，而这些例外情况几乎总是涉及饮食的重大改变。犬科就是一个很好的例子，该哺乳动物群体包括狐狸等小型猎物捕食者和狼等大型猎物捕食者。无论是小型猎物捕食者，还是大型猎物捕食者，在它们的饮食组中都遵循CREA，换句话说，一群狐狸中较大的个体会有更长的脸。然而，尽管狼往往比狐狸大，但它们的脸仍然比最大的狐狸短。这个原因是可以预见的，狼捕食更大的猎物，因此需要更强的咬合力，所以它们的脸不会那么长。这个解释也适用于相反的案例，例如，蜜负鼠和袋鼠可以“负担得起”比它们的大亲戚有更长的脸，因为它们吃更软的食物。较长的脸可以让它们保持较长的舌头，或者更容易从土壤中嗅出食物。人类的情况也是一样的，相对于巨大的脑壳，人类的脸确实短得惊人，这是因为我们根本不用脸来获取食物，我们的双手、工具和烹饪能力为我们完成了这项工作。原文：https://theconversation.com/why-the-long-face-experts-provide-a-new-theory-for-why-larger-mammals-tend-to-have-longer-faces-219405...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403955.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403955.htm

新的研究揭示了为什么薄荷味的电子烟危害更大

新的研究揭示了为什么薄荷味的电子烟危害更大在最近发表在《呼吸研究》杂志上的一项研究中，匹兹堡大学的研究人员发现，薄荷味的电子烟液会产生更多有毒的蒸汽颗粒，导致使用者的肺部功能下降。这一结论是通过使用一个模拟人类呼吸和吸食习惯的定制机器人系统得出的。调查表明，与不含薄荷的液体相比，市售的含薄荷的电子烟液体产生的有害微粒子数量增加。随后对一组电子烟使用者的病人记录的检查进一步证实了这项研究。无论年龄、性别、种族、吸烟史（包年），以及使用尼古丁或大麻浸泡的吸烟产品，据观察，那些使用基于薄荷的电子烟的人与不使用薄荷的人相比，呼吸更浅，肺功能减弱。高级作者、匹兹堡大学医学院肺部、过敏和重症医学科副教授KambezH.Benam,D.Phil.说："许多人，尤其是年轻人，错误地认为吸食电子烟是安全的，但即使是不含尼古丁的电子烟混合物也含有许多可能损害肺的化合物。某种东西作为食物食用是安全的，但并不意味着它吸入也是安全的。"为了让年轻人远离吸食电子烟并遏制可预防的死亡，美国食品和药物管理局继续向香烟制造商施加压力，要求他们取消普通香烟和雪茄等可燃烟草产品中的薄荷醇。但是，全世界的电子烟产品市场继续扩大，薄荷和薄荷味在2022年报告吸食电子烟的250万青少年中仍然非常受欢迎。KambezBenam,D.Phil.资料来源：UPMC由于传统的毒性测试涉及动物或生长在平面上的活细胞，可能需要数周或数月才能产生高质量和临床相关的数据，监管机构正在努力跟上并及时测试产品的安全性。传统方法也有其他限制。小鼠和大鼠是主要用于测试气溶胶产品的安全性和生物影响的动物，它们的鼻腔解剖结构与人类非常不同，这使它们无法通过嘴进行类似于吸食香烟的主动呼吸。而用于毒性测试的细胞系统要么直接接触到电子液体，要么被连续的气溶胶轰击，无法考虑到人类的呼吸模式。为了改进对混合电子液体和添加调味品如何影响蒸汽成分及其健康影响的临床前测试，研究人员开发了一种受生物启发的"吸烟机器人"。通过精确模仿温度、湿度、烟量和持续时间，这台机器可以模拟健康和疾病的呼吸模式，并可靠地预测与电子烟有关的肺部毒性。该系统可以测量生成的气溶胶颗粒的大小和数量，以及这些参数如何因液体成分而变化。然后，气溶胶的影响可以在工程的"片上肺"设备上进行测试，并迅速产生高质量的数据，用于推断潜在毒性。在他们之前的研究中，Benam和他的团队发现，维生素E醋酸酯，一种含有大麻素的电子烟液体中常见的添加剂，会产生更多有毒的小颗粒，可以深入肺部，楔入最狭窄的气道和气管及支气管的壁内。虽然未来需要进行大规模的临床研究，但新的研究表明，薄荷添加剂可能与维生素E醋酸酯一样危险，后者与电子烟和vapes用户的肺部损伤密切相关。"我们想传递的主要信息是给那些以前没有吸烟的人，特别是年轻的成年人，"贝纳姆说。"对于试图戒掉常规烟草产品的人来说，转而使用电子烟可能是一个更好、更安全的选择。但是在尝试之前，对电子烟的风险和好处有充分的了解是很重要的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361141.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361141.htm