研究人员观察到白蚁相互协调工作以建造巨型巢穴的方式

研究人员观察到白蚁相互协调工作以建造巨型巢穴的方式最近的研究发现，白蚁是通过感知和响应湿度水平而不是使用信息素来建造它们复杂的巢穴的，这揭示了白蚁建造复杂结构的一种简单而有效的机制。自然环境中的白蚁巢穴（澳大利亚新南威尔士州的一个白蚁丘）。图片来源：AndreaPerna由卢卡国际高级研究学院（IMTSchoolforAdvancedStudiesLucca）复杂系统教授安德烈娅-佩尔纳（AndreaPerna）负责协调的一项新研究发表在《电子生命》（eLife）杂志上，现已查明白蚁完成这种非凡任务的独特机制。白蚁已基本完成拱形结构的建造。红灯是3D扫描仪用来量化施工进度的光束。图片来源：GiulioFacchini在对Coptotermesgestroi白蚁（原产于南亚，现已扩散到美国东海岸）进行实验室实验时，研究人员使用湿粘土建造了具有不同高度和形状的人工结构的小台子。然后，他们从一个较大的白蚁群中收集了小群白蚁，并通过视频跟踪白蚁群中所有白蚁的活动，同时描述三维结构的变化，量化它们对这些结构的建筑行为。通过这种方法，可以对各种假设进行检验，从而发现白蚁筑巢时所使用的协调机制。白蚁（Coptotermesgestroi）在实验场自发地建造了几根柱子。图片来源：GiulioFacchini比较观察和实验除了白蚁之外，蚂蚁是能够建造大型复杂建筑的另一大昆虫类群，以蚂蚁为例，人们认为，蚂蚁在建筑材料中浸渍了一种信息素，这种化学物质能够吸引其他蚂蚁来到建筑工地，并"告诉"它们在哪里建造。这样，一只工蚁的活动就会引发其他蚂蚁的活动，这是一个自我强化的过程。如果白蚁也像蚂蚁一样依靠信息素来指导它们的建筑活动，那么它们就不应该表现出偏好把建筑材料颗粒堆放在任何特定的位置，因为在实验人员准备的人工舞台上没有任何信息素。但事实并非如此：虽然场内到处都在收集颗粒，但沉积物都集中在已有建筑的顶部。也许他们可以评估地面上的小柱子和异质物的高度，这样，他们就会在已有结构的顶部不断添加建筑材料。但事实并非如此：事实上，白蚁在高低支柱上堆积建筑材料的概率是相同的。一小群Coptotermesgestroi白蚁在实验人员放置的人工支柱顶部添加粘土颗粒。图片来源：GiulioFacchini另一个假设是，白蚁可能能够感知建筑基质的曲率，因为之前的一些建模显示，在曲率最高的位置不断添加颗粒足以产生非常复杂的结构，类似于某些物种的白蚁巢穴。这项研究的第一作者、法国巴黎国家科学研究中心复合材料与系统研究所研究员朱利奥-法奇尼（GiulioFacchini）说："在我们的模拟中，我们观察到，表面的小异质具有比周围平坦基质更高的曲率，因此它们会膨胀形成支柱，支柱的尖端反过来又会吸引建筑材料进一步沉积并继续生长，直到它们分裂或与另一个支柱合并，以此类推；利用这一简单规则可以形成非常复杂的结构。"事实上，当白蚁面对实验中提供的人工刺激时，它们总是喜欢在曲率最大的地方建造，在柱子的顶端添加颗粒（与柱子的高度无关）；当提供一个小的墙壁刺激时，它们最常在墙壁的两个角落添加颗粒，也就是曲率达到最大的两个点。了解白蚁的感知能力问题是：白蚁怎么能如此可靠地感知到它们正在建造的建筑物的弧度？研究人员发现，这可能与水分蒸发和湿度有关。佩尔纳解释说："白蚁对湿度浓度非常敏感：与大多数其他昆虫不同，白蚁的外骨骼很薄，皮肤也很柔软，这意味着即使长时间暴露在低于70%的湿度水平下，也会对它们造成致命伤害。它们能够感知这些湿度梯度，并通过行为对其做出反应，这并不太令人惊讶。"但如何证明这一点呢？"我们找到了一种被《eLife》杂志的一位匿名审稿人称为'非常巧妙的低技术解决方案'的解决方案：我们准备了与白蚁相同的实验场地，但这次用碳酸氢钠盐溶液浸渍粘土。当盐溶液中的水分蒸发时，会留下微小的盐晶体，这些晶体的生长标志着蒸发量最大的区域：这些区域就是柱子的顶端和墙壁的角落：这正是白蚁选择进行建筑活动的区域！"Facchini解释道。佩尔纳评论说："真正让我们感到惊讶的是，我们发现白蚁用如此简单的方法解决了一个非常复杂的问题。在我们的实验中，巢穴的复杂性仅仅产生于一个简单的机制：白蚁只需要根据当地的湿度添加颗粒材料，但它们添加的颗粒材料反过来又会改变所有的蒸发和湿度模式，诱使其他白蚁在不同的位置建造巢穴，以此类推，直到产生非常复杂的结构"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427113.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427113.htm

让科学家们困惑了近50年的纳米比亚“仙女圈”之谜终于解开

让科学家们困惑了近50年的纳米比亚“仙女圈”之谜终于解开根据哥廷根大学的研究，莫名其妙的圆圈是由供给植物的水的自然压力造成的，而不是白蚁啃坏的。这些发现最近发表在《植物生态学、进化和系统学展望》杂志上。在纳米布地区，距离海岸线80至140公里的地方可能会发现数百万个仙女圈。草原上的这些圆洞每个都有几米宽，它们共同形成了一个可识别的图案，在周围几英里内都可以看到。研究人员研究了众多沙漠地区的零星降雨事件，并分析了草，它们的根和芽，以及潜在的白蚁根部损害。一名研究人员在纳米布地区卡姆贝格附近的一块地里调查仙女圈内的草的死亡情况。该记录是在降雨后约一个星期进行的（2020年3月）。资料来源：哥廷根大学白蚁是生活在世界各地的大群小昆虫，它们经常被指责为草死亡的罪魁祸首。研究人员谨慎地调查了仙人圈内枯萎的草的情况。此外，他们在仙人圈内和周围安装了土壤水分传感器，从2020年的旱季开始到2022年的雨季结束，每隔30分钟记录一次土壤水分含量。这使研究人员能够准确地记录仙人圈周围新出现的草的生长如何影响仙人圈内和周围的土壤水分。他们调查了整个纳米布地区十个地区的圈内和圈外的水渗透的差异。研究人员在纳米布的几个地区调查了仙女圈内草的死亡情况。仙女圈内的淡黄色死草的根部与仙女圈外生机勃勃的绿草的根部一样长，一样没被破坏。没有白蚁活动的迹象。资料来源：StephanGetzin博士数据显示，降雨后大约十天，圈内的草已经开始死亡，而圈内的大部分区域根本没有草发芽。降雨后20天，圈内挣扎的小草已经完全死亡，颜色发黄，而周围的小草却生机勃勃，绿意盎然。当研究人员检查圈内草的根部并与圈外的绿色草进行比较时，他们发现圈内的根部与圈外的根部一样长，甚至更长。这表明，这些草正在努力生长根部以寻找水。然而，研究人员没有发现白蚁以根部为食的证据。直到降雨后50至60天，死草上的根部损伤才变得更加明显。哥廷根大学生态系统建模系的StephanGetzin博士解释说。"圈内大部分地区突然没有草，这不能用白蚁的活动来解释，因为没有生物量供这些昆虫取食。但更重要的是，我们可以证明白蚁不应该负责，因为草在降雨后立即死亡，没有任何生物在根部取食的迹象"。合著者SönkeHolch于2021年2月在纳米布下载数据记录器的数据，当时草的生物量达到高峰。当研究人员分析关于土壤水分波动的数据时，他们发现在最初的降雨后，当草还没有建立起来时，圈内和圈外的土壤水分下降非常缓慢。然而，当周围的草已经很成熟时，所有地区的土壤水分在降雨后的下降速度都非常快，尽管圈内几乎没有草来取水。Getzin解释说。"在纳米比亚的强热环境下，草是长期处于蒸腾和失水状态下。因此，它们的根部周围形成了土壤水分真空，水被吸引到它们身上。我们的结果与研究人员的研究结果非常一致，他们表明土壤中的水在这些沙地中迅速地水平扩散，甚至超过7米的距离。通过形成均匀分布的仙女圈的明显图案的景观，这些草作为生态系统工程师，直接从植被间隙提供的水资源中受益。事实上，我们从世界上其他各种严酷的旱地了解到相关的自组织植被结构，在所有这些情况下，植物除了正好生长在这样的几何形态中，没有其他生存机会。"这项研究对于理解类似的生态系统具有意义，特别是在气候变化方面，因为植物的自组织可以缓冲日益干旱化所引起的负面影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334081.htm

新研究揭开白蚁王和蚁后“御膳”成分

新研究揭开白蚁王和蚁后“御膳”成分日本一项新研究揭开了白蚁群中的蚁王和蚁后由工蚁喂给特殊的食物成分，为解释为何蚁后能长时间维持旺盛的繁殖能力提供了线索。新华社报道，白蚁啃食木材，并依靠它们肠道内微生物的作用将木材中的纤维素转化为生存所需的营养物质。而白蚁群中的蚁王和蚁后并不啃食木材，它们由工蚁喂给特殊的食物，以便专心繁殖。京都大学和滨松医科大学的研究人员在新一期美国《国家科学院学报·交叉学科》杂志上报告说，他们以栖北散白蚁为研究对象，对工蚁喂食蚁王和蚁后的行为进行了分析，并从正在给蚁王和蚁后喂食的工蚁身上直接采集到了足量的“御膳”。化学分析发现，“御膳”的主要成分包括鞘脂类、甘油二酯、短肽和蛋白质等。通过电脑断层扫描对比蚁王、蚁后和工蚁的消化道结果，可以观察到蚁王、蚁后和工蚁的中肠和后肠占消化道的体积比明显不同：工蚁的后肠占了很大比例，这里是共生微生物生活并分解纤维素的地方，而蚁王和蚁后的中肠占比较大，这是它们用于吸收营养物质的器官。这种觅食和消化的分工成为白蚁社会劳动和繁殖分工体系的基础。京都大学发布的公报说，一般来说，活动越活跃的生物寿命越短，而在蜜蜂、蚂蚁、白蚁这类社会性昆虫的巢穴中最活跃繁殖的个体最长寿，造成这一现象的根本是繁殖个体所摄入的特别食物。研究这类特别食物，了解其中的功能性成分，有望贡献于研究促进人类健康长寿的方法。

"再绿化"的拯救：研究人员关注沙漠的碳捕获潜力

"再绿化"的拯救：研究人员关注沙漠的碳捕获潜力大气碳库（蓝色箭头）的年增长率是化石燃料排放（960亿吨碳）、土地利用变化（120亿吨碳）以及陆地（310亿吨碳）和海洋（290亿吨碳）碳库吸收碳的差值。此处仅显示陆地碳通量。图片来源：TrendsinPlantScience,Hirtetal.作者认为，我们可以通过对植物、土壤微生物和土壤类型的理想组合进行工程设计，促进一种名为草酸盐-碳酸盐途径的自然发生的生物地球化学过程，以创造地下碳汇，从而将干旱生态系统转变为具有改善土壤健康、提高光合效率和增加根系生物量的高效碳捕获系统。由资深作者、阿卜杜拉国王科技大学植物科学家赫里伯特-希特领导的研究小组写道："通过恢复生态系统功能（包括碳固存）来重新绿化沙漠，应该是首选方法。开垦干旱地区进行复绿和碳封存的优势在于，它们不会与用于农业和粮食生产的土地形成竞争"。草酸盐在固碳中的作用这种方法利用了适应干旱的植物产生草酸盐的特性--草酸盐是一种含碳和氧的离子，如果你不幸患有肾结石或痛风，你可能会对这种离子有所印象。一些土壤微生物将草酸盐作为唯一的碳源，并将碳酸盐分子排泄到土壤中。碳酸盐通常很快就会分解，但如果这些植物-微生物系统生长在碱性和富含钙的土壤中，碳酸盐就会与钙发生反应，形成稳定的碳酸钙沉淀。碳在大气、海洋和陆地生态系统之间自然循环，但人类的行为导致大气中积累了过量的二氧化碳。研究人员写道："......即使我们能够减少二氧化碳的排放，二氧化碳升高对气候的影响在至少1000年内仍将不可逆转，除非二氧化碳能够从大气中被封存。"干旱土地与树木的碳捕集对比树木被认为是碳捕集的理想系统，但植树造林直接与农业争夺耕地。相比之下，干旱地区约占陆地面积的三分之一，但不用于农业。目前，干旱生态系统支持的植物很少，缺水是最大的限制因素。然而，一些植物通过进化出不同的机制来应对缺水和极端温度，从而适应了干旱生活。一些适应干旱环境的植物拥有特殊的根系，可以深入土壤挖掘隐藏的水源，而另一些植物则利用不同形式的光合作用，在一天中最炎热的时候尽量减少水分的流失。还有一些植物，即所谓的"草酸盐"植物，会产生大量草酸盐，在干旱时可以将其转化为水。当草酸盐植物在特定条件下生长时，这些草酸盐中的部分碳会沉积在地下，成为碳沉积物，作者希望利用这种机制进行碳固存。作者写道："总的来说，在这种固碳形式中，每十六个光合固定碳原子中就有一个可能被固碳到碳酸盐中。"作者说，在干旱地区扩大这种自然发生的生物地球化学过程，可以将这些目前生产力低下和退化的生态系统转化为碳汇，使土壤和植物更加健康。他们建议从"肥力岛"开始，即一小块重新绿化的栖息地，植物和微生物可以从这里扩散开来，形成植被地毯。作者估计，这些方法可以在不到10年的时间内显著增加植物和土壤的固碳量。不过，他们指出，拟议方法的成功和速度将取决于植物的生长速度（在缺水条件下，植物的生长速度往往很慢），"......还将取决于在各个干旱国家应用这项技术的财政和政治手段"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388173.htm

研究人员揭开土耳其东安纳托利亚断层形成之谜

研究人员揭开土耳其东安纳托利亚断层形成之谜2023年2月在土耳其和叙利亚发生的两次破坏性地震都发生在东安纳托利亚断层区。虽然明尼苏达大学领导的研究小组的发现无助于预测地震发生的时间或规模，但却能让地质学家更多地了解该地区地震活跃的时间，以及随着时间的推移，大地震是如何塑造地貌的。图片来源：Google地球，唐娜-惠特尼虽然研究人员的发现无助于预测地震发生的时间或规模，但它使地质学家能够更多地了解该地区地震活跃的时间，以及随着时间的推移，大地震是如何塑造地貌的，这有助于推动基础设施和房屋安置的决策。他们的论文发表在《地质学》（Geology）上，这是一本由美国地质学会出版的涵盖地质科学领域的领先同行评审学术期刊。我们在地球表面看到的断层是地球巨大的构造板块运动造成的裂缝。这些运动导致应力积聚，而应力的释放则引起了人类在地表所经历的地震。本文第一作者、明尼苏达大学N.H.温切尔地球与环境科学学院杰出麦克奈特大学教授唐娜-惠特尼解释说："世界上有很多构造板块。随着时间的推移，它们的形状、大小和位置都发生了变化，但我们很少能看到它们的形态。从地质学意义上讲，安纳托利亚板块是最近才形成的，因此我们更容易从地质学研究中推断出它的形成过程。关于安纳托利亚板块和东安纳托利亚断层的年龄一直存在很多争论，但我们能够用我们的数据表明，它很可能形成于500万年前。"研究人员的发现源于惠特尼发起的一个由美国国家科学基金会资助的名为"大陆动力学--安纳托利亚中部构造"（CD-CAT）的项目，该项目汇集了来自多个地球科学学科和国家的研究人员，共同研究安纳托利亚板块及其相关断层带。惠特尼和她的团队早在2011年就开始研究安纳托利亚板块，因为他们发现有证据表明，数千万年来，该板块的中部一直在发生变形--这一过程通常只发生在构造板块的边缘。然后，在五百万年前，发生了戏剧性的变化。从那时起，几乎所有的构造运动都集中在两个主要的地震断层上：北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层。通过测定东安纳托利亚断层岩石冷却的年代，并查看项目期间收集的地震数据，CD-CAT的研究人员确定了该地区大陆和地幔的结构，并确认这500万年的时间点标志着安纳托利亚板块的形成。惠特尼说："了解这一地区的地震历史，对于预测与人类与地貌互动方式相关的灾难非常重要。我们无法预测该断层在某个时间会发生'X'级地震，但我们可以了解该断层在过去的活动情况、发生过多大规模的地震以及断层运动对地貌的影响程度。我们需要了解这些结构，因为人们生活在它们附近，而且附近有基础设施。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381627.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381627.htm

研究人员解开了古代南部非洲第一个大型城市的供水之谜

研究人员解开了古代南部非洲第一个大型城市的供水之谜这座城市一度极其繁荣，许多人居住在那里，直到17世纪被遗弃。但是生活在那里的人们是如何满足他们的需求的呢？特别具有挑战性的是水--大津巴布韦位于一个气候敏感的地区，因此确保为这么多的人和这么多的牛提供稳定的水供应一定是一个问题。来自南非、英国、津巴布韦和丹麦的一组研究人员在《气候智能型水的采集和储存》一文中对这个谜团进行了调查。通过遥感方法和挖掘，他们调查了景观中的一些大型洼地，这些洼地在当地被称为"dhaka"坑。这些洼地以前没有被调查过，因为人们一直认为这些洼地只是为了收集城市中用于建筑的粘土。然而，新的研究表明，这可能不是全部事实。调查显示，这些坑洞也被用来储存和管理城市的水。有明显的迹象表明，这些洼地被挖掘出来，可以收集地表水，同时渗出和储存地下水，以便在一年中的干旱期使用。研究人员发现的"dhaka"坑比以前所知的要多，而且它们被发现在下雨时小溪会自然流经的地方或地下水渗出的地方。这一点，再加上洼地的位置和构造，使研究人员相信，"达卡"坑的功能是一个巧妙的水库系统，通过储存更多的地表水和地下水，在雨季之外也可以使用，从而确保稳定的水供应。因此可以得出结论，，大津巴布韦民众设计了气候智能方法来储存和管理水。该地区的特点是有三种不同的气候，有非常温暖和干燥的季节，有温暖和潮湿的季节，最后是温暖和干燥的冬天。这样的水供应可能对创建城市社会至关重要，因为城市社会需要为居民、牲畜和农业提供安全的水供应。它的构思令人印象深刻，显示出比以前所认为的要早得多，自然水文系统的管理在城市中得到了控制。也许他们甚至管理得很好，以至于世界上其他地方现在可以从他们几百年前在大津巴布韦的做法中学到一些东西？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345121.htm