植物压力大也会“大喊大叫”

植物压力大也会“大喊大叫”“即使很安静，实际上也有我们听不到的声音，而这些声音携带着信息。”论文通讯作者、特拉维夫大学进化生物学家LilachHadany说，“但有些动物能听到这些声音，所以自然界可能发生了很多声学相互作用。”科学家已经发现了植物超声波振动，新研究则得到了它们通过空气传播的第一个证据。Hadany说：“植物一直在与昆虫等动物互动，其中许多生物都使用声音进行交流，所以对植物来说，完全不使用声音是不可能的。”研究人员用麦克风记录了健康和受压力的番茄和烟草植物，它们在一个隔音室和一个更嘈杂的温室环境中进行了实验。他们通过两种方法给植物施加压力：几天不浇水和剪断它们的茎。然后，研究人员训练了一种机器学习算法来区分不受胁迫的植物、缺水的植物和被修剪的植物。研究小组发现，受到压力的植物会比没有受到压力的植物发出更多的声音。植物发出的声音类似于砰砰声或咔哒声，一株受到压力的植物每小时发出大约30~50次咔哒声，间隔似乎是随机的，但没有受到压力的植物发出的声音要少得多。“当番茄完全没有压力时，它们会非常安静。”Hadany说。缺水的植物在明显脱水之前就开始发出噪音，在缺水5天后，声音的频率达到峰值，然后会随着植物完全干涸而再次下降。此外，植物发出的声音类型因压力原因而异。机器学习算法能够准确的区分脱水和切割造成的压力，还可以辨别声音是来自番茄还是烟草植物。虽然这项研究的重点是番茄和烟草植物，因为它们易于在实验室中种植和标准化，但研究团队也记录了各种其他植物。Hadany说：“我们发现许多植物——比如玉米、小麦、葡萄和仙人掌——在受到压力时都会发出声音。”这些噪音背后的确切机制尚不清楚，但研究人员认为，可能是由于植物维管系统中气泡的形成和破裂，这个过程被称为气穴现象。目前还不清楚植物发出这些声音是否为了与其他生物交流，但这些声音的存在具有重大的生态和进化意义。“其他生物可能已经进化到能够听到，并对这些声音做出反应。”Hadany说，“例如，一只打算在植物上产卵的飞蛾或一只打算吃掉植物的动物可以利用声音来帮助指导决定。”其他植物也可能从这些声音中受益。我们从之前的研究中知道，植物可以对声音和振动做出反应：Hadany和团队的其他几位成员此前表明，当植物“听到”传粉者发出的声音时，它们会增加花蜜中的糖浓度。其他研究也表明，植物会改变它们的基因表达来响应声音。Hadany说：“如果其他植物在压力实际发生之前就获得了有关压力的信息，它们就可以做好准备。”这组作者说，植物声音研究可以用于改进农业灌溉系统，以监测作物的水化状态，并有助于更有效地分配水分。特拉维夫大学神经生态学家、论文通讯作者YossiYovel说：“我们知道有很多超声波——每次你使用麦克风时，你会发现很多东西会发出我们人类听不到的声音。植物发声研究为交流、窃听和利用这些声音开辟了一条全新的途径。”“所以现在我们知道植物确实会发出声音，下一个问题是——‘谁可能会听到?’”Hadany说，“我们目前正在研究其他生物，包括动物和植物，对这些声音的反应，我们也在探索在完全自然环境中识别和解释这些声音的能力。”相关论文信息：http://doi.org/10.1016/j.cell.2023.03.009...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352271.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352271.htm

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器虎甲虫独特的防御机制但是，虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时，它们会用自己的超声波信号做出反应，而在过去的30年里，没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说："这对人类来说是一个非常陌生的想法：这些动物在夜间飞来飞去，试图在完全黑暗的环境中捕捉对方，用声音作为它们交流的方式，"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断，虎甲虫发出声音一定有很大好处，因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知，虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过，据估计有20%的蛾类具有这种能力，这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说："这是一项非常有趣的研究，因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源：HarlanGough研究方法与观察研究人员首先证实，虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时，会周期性地发出超声波脉冲，从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时，它们就会开始更频繁地发出声波，从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列，研究人员将其播放给虎甲虫听，看看它们会如何反应。甲虫飞行时，它的硬壳会张开，露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用，对飞行没有帮助，这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天，收集了20种不同的虎甲虫进行研究。其中，有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应，它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘，就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中，这听起来像是微弱的嗡嗡声，但蝙蝠会接收到较高的频率，听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见，"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的，就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如，虎蛾使用身体侧面的特殊结构，所以你需要这种结构来发出超声波，也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声，但这是为什么呢？一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过，研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性，因为它们产生的超声波过于简单，不可能达到这种效果。相反，他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的--就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者，"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时，实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了94只虎甲虫来验证他们的理论，大棕蝠吃各种各样的昆虫，但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是，90只甲虫被完全吃掉，两只只被部分吃掉，只有两只被拒绝，这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任AkitoKawahara称，这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说："即使你确定了一种化学物质，也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前，你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来，虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的，也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为，这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢？研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后，他们发现了一个明显的重叠，也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力，它们会产生超声波来模仿虎蛾，而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在2000多种虎甲虫中，有些只在白天活动，利用视觉追逐和捕食较小的昆虫，没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的12种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位，它根本不会做出任何反应，"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑，鉴于对夜空声学研究的不足，可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说："我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯（JesseBarber）一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上，我们之所以不知道，只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用，但人类的影响，如噪音和光污染，已经在改变夜空的外观和声音。川原说："如果我们想了解这些过程，我们现在就需要做。在我们的后院里，正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是，如果让我们的世界变得更响亮、更明亮，并改变温度，这些平衡就会被打破。"作者在《生物学通讯》（BiologyLetters）杂志上发表了他们的研究报告。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431372.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431372.htm

无需开颅植入电极 超声波技术实现无创“读脑”

无需开颅植入电极超声波技术实现无创“读脑”解剖记录平面和行为任务。图片来源：物理学家组织网2021年，加州理工学院研究人员开发了一种使用功能性超声读取大脑活动的方法，这是一种侵入性小得多的技术。超声波成像的工作原理是发射高频声音脉冲，然后测量这些声音振动在物质（如人体的各种组织）中的回声。声波在这些组织类型中以不同的速度传播，并在它们之间的边界反射。这项技术通常用于拍摄子宫内胎儿的图像及其他诊断成像。由于头骨不能透过声波，因此使用超声波进行脑部成像需要在头骨上安装一个透明的“窗口”。超声波技术不需要植入大脑本身，这大大降低了感染的机会，并使脑组织及其保护性硬脑膜完好无损。神经元活动的变化会引起它们对氧气等代谢资源的利用发生变化。这些资源通过血液重新补充，这是功能性超声波的关键。在这项研究中，研究人员使用超声波来测量流向特定大脑区域的血流的变化。就像救护车的警报声随距离远近而改变音调一样，红细胞会在反射的超声波接近声源时增高音调，而在远离声源时降低音调。通过测量这种多普勒效应，研究人员可以记录大脑血液流动的微小变化，空间区域只有100微米宽，大约为一根头发那么宽。他们能够同时测量广泛分布在整个大脑中的微小神经细胞群的活动，其中一些小到只有60个神经元。研究人员使用功能性超声来测量非人灵长类动物顶叶后皮质（PPC）的大脑活动，该区域负责规划并帮助执行运动。实验动物被教会了两项任务：移动手来引导屏幕上的光标，移动眼睛看屏幕的特定部分。它们只需要考虑执行任务，而不是实际移动眼睛或手，因为BMI可以读取它们的大脑活动。超声波数据被实时发送到解码器，然后生成控制信号，将光标移动到希望的地方。BMI能够成功地对8个径向目标执行此操作，而平均误差很小。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401725.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401725.htm

超声波 - 帮助人们摆脱有毒 "永久化学品"的新方法

超声波-帮助人们摆脱有毒"永久化学品"的新方法最新研究表明，超声波技术可以有效处理受污染地下水中的有害化学物质全氟辛烷磺酸（PFAS）。这种方法与传统的处理方法不同，它能更有效地降解较小的PFAS化合物。这项研究扩展了之前的药物降解工作，证明超声波能够分解PFAS中稳定的碳氟键。虽然这种方法成本高、耗能大，但对保护水源可能至关重要，它也为未来的水处理技术指明了一个潜在的方向。这些困难促使俄亥俄州立大学的研究人员开始研究超声降解--一种利用声音通过裂解构成物质的分子来降解物质的过程--如何对不同类型和浓度的这些化学物质发挥作用。超声降解：潜在的解决方案通过对实验室制造的含有三种不同大小的氟代苯磺酸化合物（通常存在于消防泡沫中的PFAS化合物）的混合物进行实验，他们的结果表明，在三个小时内，较小的化合物降解速度比较大的化合物快得多。这与许多其他全氟辛烷磺酸处理方法形成了鲜明对比，在这些方法中，较小的全氟辛烷磺酸实际上更难处理。研究报告的共同作者、俄亥俄州立大学土木、环境和大地工程学教授琳达-韦弗斯说："我们的研究表明，具有挑战性的较小化合物也可以处理，而且比较大的化合物更有效。这就是这项技术的潜在价值所在。"这项研究发表在《物理化学杂志A》上。作为仅有的几项探究如何利用超声波清除我们周围有毒的全氟辛烷磺酸（PFAS）化学物质的研究之一，这篇论文是韦弗斯之前研究的延伸，韦弗斯之前的研究发现，同样的技术也可以降解市政自来水和废水中的药物。超声波与传统方法"PFAS化合物很独特，因为我们在环境工程中用于其他难以清除的化合物的许多破坏技术对它们不起作用，"Weavers说。"因此，我们确实需要开发一系列技术，以确定哪些技术在不同应用中可能有用。"其他传统的销毁方法试图通过与氧化性化学物质发生反应来分解全氟辛烷磺酸，与之不同的是，超声波通过发出频率远低于医学成像通常使用的频率的声音来净化这些物质。超声波的低频压力波会压缩并拉开溶液，从而产生被称为空化气泡的气穴。当气泡塌陷时，它们会获得巨大的动力和能量，从而压缩并过度压缩，加热气泡。韦弗斯说："与强大的燃烧室类似，这些微小气泡内的温度可高达10000开尔文，正是这种热量分解了全氟辛烷磺酸由稳定的碳-氟键组成，并使副产品基本无害。遗憾的是，这种降解方法可能成本高昂且极其耗能，但在几乎没有其他选择的情况下，公众可能需要考虑投资这种方法，以保护饮用水和其他用途的地下水。"监管对策和公众意识在制造业开始放弃使用PFAS的同时，监管机构也在努力提高公众对如何避免使用PFAS的认识。今年早些时候，美国环保署提出了《国家主要饮用水法规》（NPDWR），要求公共供水系统监测某些PFAS，通知公众这些物质的含量，并在含量超过一定限度时采取措施降低其含量。由于超声波能有效清除溶液中的全氟辛烷磺酸，研究得出结论，科学家和政府机构应考虑在未来的处理技术开发中使用超声波，并将其与其他综合处理方法结合使用。虽然韦弗斯的研究还不能推广到更大范围的抗污染工作中，但该研究确实指出，他们的工作可能会成为制造小型、高能量水过滤设备的开端，供公众在家中使用。韦弗斯说："我们的研究围绕着如何扩大规模，以及需要什么才能使其发挥作用展开。这些化合物随处可见，因此随着我们对它们的了解越来越多，了解它们如何降解和分解对进一步推动科学发展非常重要。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401225.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401225.htm

无声的尖叫：科学家认为部分青蛙可能有能力通过超声波进行跨物种交流

无声的尖叫：科学家认为部分青蛙可能有能力通过超声波进行跨物种交流落叶蛙（Haddadusbinotatus）发出的求救信号的频率人类听不到，但捕食者却能听到。图片来源：HenriqueNogueira"两栖动物的一些潜在天敌，如蝙蝠、啮齿动物和小型灵长类动物，能够发出并听到这个频率的声音，而人类却不能。我们的一个假设是，这种求救信号是针对其中一些天敌发出的，但也有可能是，这种宽频带具有普遍性，因为它可以吓唬尽可能多的天敌，"文章第一作者乌比拉塔-费雷拉-索萨说。这项研究是UbiratãFerreiraSouza在巴西圣保罗州坎皮纳斯州立大学生物学研究所（IB-UNICAMP）进行的硕士研究的一部分，他获得了巴西国家科学基金会的奖学金。另一种假设是，这种叫声是为了吸引另一种动物来攻击威胁两栖动物的捕食者，在这种情况下，这种捕食者就是巴西大西洋雨林中特有的一种落叶蛙（Haddadusbinotatus）。研究人员记录了两次求救信号。当他们使用特殊软件对声音进行分析时，发现声音的频率范围在7千赫兹到44千赫兹之间。人类无法听到高于20kHz的频率，这属于超声波。在发出求救信号时，这种青蛙会做出一系列典型的防御捕食者的动作。它抬起身体前部，张大嘴巴，头部向后摆动。然后，它部分闭合嘴巴，发出从人类可听到的频段（7kHZ-20kHz）到听不到的超声波频段（20kHz-44kHz）不等的叫声。文章合著者、巴西国家科学院国际生物技术研究所博士生玛丽安娜-雷图西-庞特斯（MarianaRetuciPontes）说："巴西的两栖动物多样性居世界首位，已描述的物种超过2000种，因此发现其他蛙类也能发出这种频率的声音并不奇怪。"潜在的跨物种超声波通信另一个物种使用这种策略可能是庞特斯自己无意中发现的。2023年1月，蓬特斯在圣保罗州伊波兰加的上里贝拉州立旅游公园（PETAR）游览时，在一块岩石上看到了一种动物，很可能是锯肢蟾（Ischnocnemahenselii），不过她并没有采集这种动物来准确鉴定物种。她抓住青蛙的腿试图拍照，却惊讶地发现青蛙的防御动作和求救信号与H.binotatus非常相似。几英尺外有一条矛头蝮蛇（Bothropsjararaca），显然证实了这种行为是对捕食者的反应的假设。研究演变与未来方向她能够录制视频，但无法分析声轨以确认超声波频段的存在。根据H.binotatus的文献记载，抓住青蛙的腿是研究人员通常用来模拟捕食者攻击青蛙的动作。"这两种两栖动物都生活在落叶层中，体型相似（3厘米到6厘米之间），有类似的天敌，因此I.henselii也有可能利用这种带有超声波的求救信号来抵御天敌，"文章的最后一位作者、IB-UNICAMP教授路易斯-费利佩-托莱多（LuísFelipeToledo）说。他是"从自然史到巴西两栖动物保护"项目的主要研究者，该项目得到了巴西国家科学基金会的支持。托莱多第一次怀疑双尾蝠发出的声音频率过高，人类无法听到，那是在2005年，当时他还是里约克拉罗圣保罗州立大学生物科学研究所（IB-UNESP）的一名博士生。但是，由于当时设备的限制，他无法验证20千赫以上的频率。此外，还有三种亚洲两栖动物的超声波叫声记录，但有关频率用于同一物种个体之间的交流。在哺乳动物中，鲸鱼、蝙蝠、啮齿动物和小型灵长类动物普遍使用超声波。在Souza等人的研究之前，人们还不知道两栖动物使用超声波来抵御捕食者。研究人员现在计划解决这一发现提出的一系列问题，例如哪些捕食者对求救信号敏感，它们对求救信号的反应如何，以及求救信号是为了吓唬它们还是为了吸引它们的天敌。"会不会是为了吸引猫头鹰来攻击即将吃掉青蛙的蛇？"索萨想。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426656.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426656.htm

科学家利用超声波引导微泡机器人穿过复杂的脑血管

科学家利用超声波引导微泡机器人穿过复杂的脑血管我们的大脑中有超过404英里（650公里）长的血管。纳米技术的进步使得微型机器人得以发展，它们可以通过这些微小复杂的路径进入以前无法进入的区域，提供精确的药物输送，并进行微创手术。考虑到血管网络的复杂性和遇到的血流压力，需要一种引导微型机器人的方法。利用磁场引导微机器人穿过大脑血管可实现精确操作，但由于微机器人必须具有磁性，因此限制了它们的生物降解性。现在，苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员合作开发出了微载体--涂有脂质的充满气体的微气泡--可以利用超声波在小鼠大脑狭窄而复杂的血管中导航。该研究的通讯作者之一丹尼尔-艾哈迈德（DanielAhmed）说："超声波除了在医学领域广泛应用外，还具有安全和深入人体的特点。"这些小而光滑、充满气体的微气泡直径在1.1至1.4微米之间，由目前用于超声成像的一种荧光造影剂制成。随着时间的推移，它们会在体内溶解，其脂质外壳由与生物细胞膜相同的物质制成。声学微型机器人导航与实时光学成像相结合DelCampoFonseca等人的研究发现，微型机器人可以在体内长期溶解，其脂质外壳由与生物细胞膜相同的物质制成。研究人员将微气泡注入小鼠体内，使其在动物血液中循环。显微镜可对机器人进行实时成像。研究人员在小鼠头部外侧安装了多达四个超声波传感器，发现微机器人对声波的反应是自我组装成群，并沿着脑血管导航。这些机器人通过调整每个传感器的输出来进行引导，速度最高可达1.5微米/秒，并成功地逆向移动，血流速度最高可达10毫米/秒。研究结果表明，声学微型机械臂可在体内生理条件下工作。研究人员分析了超声驱动后的脑组织，发现微机器人既没有破坏血管内壁，也没有造成神经细胞死亡。用一种已在使用的物质制造微气泡有其优势。艾哈迈德说："由于这些气泡或囊泡已获准用于人体，因此与目前正在开发的其他类型的微载体相比，我们的技术很可能更快地获得批准并用于人体治疗。"现在，他们已经证明了他们的微型机器人可以在小鼠脑血管中导航，研究人员的下一步是在微泡外壳外面附着药物分子。如果成功，这种由超声波激活的微载体就有可能用于治疗癌症、中风和心理疾病。该研究发表在《自然-通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402929.htm