科学家发现长颈鹿长脖子背后的意外驱动因素

科学家发现长颈鹿长脖子背后的意外驱动因素 这项研究探讨了野生长颈鹿和圈养长颈鹿的身体比例，论文发表在最近出版的《哺乳动物生物学》杂志上。研究小组说，研究结果表明，脖子的长度可能是雌性长颈鹿深入树丛觅食难以触及的树叶的结果。进化理论与观察让-巴蒂斯特-拉马克和查尔斯-达尔文在他们的经典进化理论中都提出，长颈鹿长脖子的进化是为了帮助它们够到树上高处的叶子，避免与其他食草动物竞争。然而，最近一种被称为"性颈"的假说认为，长颈的进化是由雄性长颈鹿之间的竞争驱动的。也就是说，脖子更长的雄性可能在竞争中更成功，从而繁衍后代，并将自己的基因传给后代。这项研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学生物系教授道格-卡弗纳（Doug Cavener）说："'颈部性别假说'预测雄性动物的颈部会比雌性动物长。从技术上讲，它们的脖子确实更长，但雄性的一切都更长；它们比雌性大 30% 到 40%。在这项研究中，我们分析了数百张野生和圈养的马赛长颈鹿的照片，以调查每个物种的相对身体比例，以及它们在长颈鹿成长和成熟过程中可能发生的变化"。虽然雄性和雌性长颈鹿出生时的身体比例相同，但它们在性成熟时却有很大不同。与雄性长颈鹿相比，雌性长颈鹿的脖子更长，身体更长，这可能有助于觅食和养育孩子；而雄性长颈鹿的脖子更宽，前腿更长，这可能有助于在与其他雄性长颈鹿的搏斗中获胜，并有助于交配。资料来源：宾夕法尼亚州立大学研究人员从可公开访问的照片库 Flickr 和 SmugMug 收集了数千张圈养马赛长颈鹿的照片，以及他们在过去十年中拍摄的野生成年动物的照片。由于在没有已知长度参照点的情况下，很难通过照片确定绝对的测量值，例如整体高度，因此研究人员转而关注相对于彼此的测量值或身体比例例如，颈部长度相对于动物整体高度的比例。他们的分析仅限于符合严格标准的图像，例如只使用与相机垂直的长颈鹿图像，这样他们就能始终如一地进行各种测量。卡文纳说："我们可以通过长颈鹿独特的斑点图案来识别长颈鹿个体。在动物园和水族馆协会的帮助下，我们还掌握了北美动物园和野生动物园中所有马赛长颈鹿的完整血统或家谱，以及它们的出生日期和转移历史。因此，通过仔细考虑这些信息、照片拍摄时间和动物的大致年龄，我们几乎可以识别出每张圈养长颈鹿照片中的具体个体。这些信息对于了解雄性和雌性长颈鹿何时开始表现出体型差异以及它们的生长是否不同至关重要。"出生时，雄性和雌性长颈鹿的身体比例相同。研究人员发现，虽然雄性长颈鹿在第一年通常长得更快，但在它们三岁左右开始研究性成熟之前，身体比例并没有明显差异。由于身体比例在生命早期就会发生变化，因此研究小组将他们对野生动物的研究仅限于完全成年的动物这些动物的年龄大多未知。在成年长颈鹿身上，研究人员发现，雌性长颈鹿的脖子和躯干（即身体的主要部分，不包括腿部或颈部和头部）按比例较长。而成年雄性长颈鹿的前肢更长，脖子更宽。这种模式在圈养长颈鹿和野生长颈鹿中都是一样的。卡文纳说："我们经常看到长颈鹿，尤其是雌性长颈鹿不是伸长脖子去吃最高树枝上的叶子，而是伸到树的深处。长颈鹿很挑食它们只吃少数树种的叶子，较长的脖子使它们能够伸到树的深处，吃到别人吃不到的叶子。一旦雌性长颈鹿长到四五岁，它们几乎总是在怀孕和哺乳，因此我们认为雌性长颈鹿对营养需求的增加推动了长颈鹿长脖子的进化。"研究人员指出，性选择雄性之间的竞争或雌性对体型较大的配偶的偏好很可能是造成雄性与雌性之间总体体型差异的原因，这与许多其他大型有蹄类哺乳动物的情况一样，这些哺乳动物都是一夫多妻制，即一只雄性与许多雌性交配。他们认为，在长颈进化之后，性选择包括雄性的推体和拼颈行为可能促成了雄性更宽的脖子。此外，雄性更长的前腿可能有助于交配，研究人员说，交配是一件短暂而具有挑战性的事情，很少有人观察到。卡文纳说："有趣的是，长颈鹿是少数几种身高测量到头顶的动物之一，就像人类一样，而不是像马和其他牲畜那样测量到腰部背部最高的部位。雌性长颈鹿的轴向骨骼颈部和躯干更长按比例来说更长，外观上也更倾斜，而雄性长颈鹿则更垂直。"研究小组还利用遗传学来确定野生长颈鹿群体中的关系，以便更好地了解哪些雄性长颈鹿能够成功繁殖。其目的是进一步揭示配偶选择和性选择，并为这一濒危物种的保护工作提供指导。"如果正如我们所猜测的那样，雌性觅食是这一标志性特征的驱动因素，那么这确实凸显了保护它们日益减少的栖息地的重要性，"卡弗纳说。"马赛长颈鹿的数量在过去 30 年里迅速减少，部分原因是栖息地丧失和偷猎，我们必须了解其生态学和遗传学的关键方面，以便制定最有效的保护策略来拯救这些长相雄伟的动物。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭开北极湿地甲烷排放量激增之谜

科学家揭开北极湿地甲烷排放量激增之谜 畜牧业和化石燃料生产每年向大气中排放数吨甲烷，其作用已被充分研究。尽管不确定性更大，但量化自然湿地的排放量对于预测气候变化非常重要。科学家们预计，湿地甲烷排放量正在上升，因为北方地区和北极地区生态系统的气温正在以大约全球平均气温四倍的速度上升，但是很难说上升了多少，因为在这些广阔且经常被水淹没的环境中监测排放量一直非常困难直到现在。伯克利实验室研究科学家、资深作者朱清（音译）与伯克利实验室博士后研究员袁坤晓佳（音译）解释说："北方和北极环境富含碳，容易受到气候变暖的影响。本周发表在《自然-气候变化》上的一篇论文介绍了他们的研究方法。""气温升高会增加微生物活动和植被生长，"朱清说，"这与甲烷等气体的排放有关。通过了解甲烷的自然来源是如何变化的，我们可以更准确地监测温室气体，让科学家们了解当前和未来的气候变化状况。通过更准确地了解湿地在全球气候系统中发挥的作用，以及湿地甲烷排放量的增加方式和速度，这项研究可以提供一个科学基线，帮助理解和应对气候变化。"高纬度湿地：量化甲烷排放量及其变化情况尽管甲烷在大气中停留的时间远远少于二氧化碳（10 年对 300 年），但甲烷的分子结构使其使大气变暖的能力是二氧化碳的 30 倍。气温升高不仅会增强饱和土壤中甲烷释放微生物的活动，而且还会增加水渍土壤的面积，因为冰冻的土壤会解冻，更多的降水会以雨水而不是雪水的形式降下，这些微生物会在水渍土壤中茁壮成长。这就是为什么科学家们预计这些高纬度地区的甲烷排放量会增加，以及为什么迫切需要更准确地量化甲烷。出版物中的地图，显示了北极和北方地区湿地甲烷热点的具体位置和面积。资料来源：伯克利实验室测量温室气体释放的最常见方法是在一个室内的固定位置捕捉土壤中释放的气体，让它们在一定时间内积累。另一种方法是更自主的数米高的涡度协方差塔，它可以在生态系统的大片区域内通常是在湿地等难以到达的地方持续测量土壤、植物和大气之间的温室气体交换。伯克利实验室的研究团队结合使用这两种方法获得的数据，分析了北极-北方地区各湿地超过 307 年的甲烷排放数据，从而更好地了解了影响数百英亩土地和数分钟至数十年内甲烷排放的各种因素。研究小组发现，从 2002 年到 2021 年，这些地区的湿地平均每年释放 20 太克（teragrams）甲烷，相当于约 55 座帝国大厦的重量。他们还发现，自 2002 年以来，排放量增加了约 9%。此外，研究人员还考虑了北极和北方地区的两个"热点"地区，与周围环境相比，这两个地区的单位面积甲烷排放量要高得多。他们发现，大约一半的年均排放量来自这些热点地区，这有助于为缓解工作和未来的测量提供信息并确定目标。影响湿地排放的环境因素研究人员还调查了甲烷排放量增加的环境因素，发现有两个主要驱动因素：温度和植物生产力。气温升高会增加微生物的活动；当气温升高时无论是由于气候变化造成的平均气温升高，还是由于气候变异造成的某些特定年份的气温升高，都会在这一过程中释放出更多的甲烷。研究小组发现，温度是控制北极-北方生态系统湿地排放及其变化的主要因素。这可能会导致气候反馈，即微生物活动增加所产生的甲烷排放会提高大气温度，从而导致更多的甲烷排放，如此循环。植物生产力越高，土壤中的碳含量就越高，从而促进甲烷微生物的繁殖。研究人员发现，当植物的生产力更高、更活跃，释放出有助于微生物生长的基质时，湿地的甲烷排放量就会增加。研究小组还发现，湿地甲烷排放量最高的 2016 年也是高纬度地区自 1950 年以来最温暖的一年。由于甲烷在大气中的停留时间很短，因此可以相对较快地减少和清除，"朱解释说。"通过更准确地了解湿地在全球气候系统中发挥的作用，以及湿地甲烷排放量的增加方式和速度，这项研究可以提供一个科学基线，帮助理解和应对气候变化。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

不断增长的氧化亚氮排放量促使科学家们发出警报

不断增长的氧化亚氮排放量促使科学家们发出警报 从 1980 年到 2020 年，一氧化二氮一种比二氧化碳或甲烷更强的温室气体的排放量有增无减，仅 2020 年就有超过 1000 万公吨被释放到大气中，这主要是由于耕作方式造成的。这一发现来自全球碳项目（Global Carbon Project）的一份新报告。这份由波士顿学院研究人员领导撰写的题为《2024 年全球氧化亚氮预算》的报告今天（6 月 11 日）发表在《地球系统科学数据》杂志上，报告指出，在 2010 年代，农业生产造成的氧化亚氮排放量占人类排放总量的 74%。这些排放主要是由于在耕地上使用化肥和动物粪便造成的。与二氧化碳和甲烷一样，温室气体一氧化二氮也在全球变暖中扮演着重要角色。虽然它是自然产生的，但也主要由农业活动产生。根据波士顿学院研究人员为全球碳项目（Global Carbon Project）撰写的一份新报告，1980 年至 2020 年间，人类驱动的一氧化二氮排放量有增无减，到 2020 年，将有超过 1000 万公吨的一氧化二氮被释放到大气中。资料来源：全球碳项目减少排放的紧迫性国际研究小组报告说，在温室气体排放量必须下降以减少全球变暖的时代，2020 年和 2021 年一氧化二氮流入大气的速度比历史上任何时候都要快。在地球上，过量的氮会造成土壤、水和空气污染。在大气中，氮会消耗臭氧层，加剧气候变化。这项研究由来自 15 个国家 55 个组织的 58 位研究人员组成，是对全球一氧化二氮排放量和吸收汇进行的最全面的研究。报告的主要作者、波士顿学院席勒全球可持续发展研究所教授田汉钦说："人类活动产生的一氧化二氮排放量必须减少，才能将全球气温升幅限制在《巴黎协定》规定的2摄氏度以内。减少一氧化二氮的排放是唯一的解决方案，因为目前还不存在能够从大气中清除一氧化二氮的技术。"2022 年大气中一氧化二氮的浓度达到了十亿分之 336，比工业化前的水平增加了 25%，远远超过了政府间气候变化专门委员会之前做出的预测。代表全球碳项目协调这项研究的田说："如果我们有机会避免气候变化带来的最坏影响，全球温室气体的排放量就应该迅速减少，实现净零排放，而这种排放量的增加恰恰发生在这个时候。"1980 年，全球农民使用了 6000 万吨商用氮肥。到 2020 年，该行业的用量将达到 1.07 亿吨。同年，动物粪便的用量为 1.01 亿吨，2020 年的总用量为 2.08 亿吨。温室气体无限制地增加，其全球升温潜能值约为二氧化碳的 300 倍，给地球带来了可怕的后果。研究人员利用过去四十年间在陆地、大气、淡水系统和海洋中进行的数百万次一氧化二氮测量结果，对全球一氧化二氮进行了迄今为止最全面的评估。研究人员检查了在世界各地收集到的导致一氧化二氮排放的所有主要经济活动的数据，并报告了全球一氧化二氮的 18 个人为和自然来源以及 3 个吸收"汇"。研究人员发现氧化亚氮排放量最大的 10 个国家是：中国、印度、美国、巴西、俄罗斯、巴基斯坦、澳大利亚、印度尼西亚、土耳其和加拿大。报告称，一些国家在实施减少一氧化二氮排放的政策和实践方面取得了成功。自 2010 年代中期以来，中国的排放量已经放缓；过去几十年来，欧洲的排放量也是如此。在美国，农业排放量继续攀升，而工业排放量则略有下降，总体排放量持平。来自土壤、淡水和海水的一氧化二氮自然排放源保持稳定。全球碳项目成立于 2001 年，该项目分析人类活动对温室气体排放和地球系统的影响，为三种主要温室气体二氧化碳、甲烷和氧化亚氮编制全球预算，评估排放和吸收汇，为进一步的研究、政策和国际行动提供信息。改进农业生产方式，限制氮肥和动物粪便的使用，有助于减少温室气体排放和水污染。田说，有必要进行更频繁的评估，以便针对高排放地区和活动开展减缓工作。如果要在《巴黎协定》的目标方面取得进展，就需要改进源和汇的清单。"虽然不同地区已经采取了一些成功的减氮举措，但我们发现这十年大气中氧化亚氮的积累速度加快了，"全球碳项目执行主任、澳大利亚国家科学机构CSIRO的研究科学家Josep Canadell说。"2020年和2021年大气中氧化亚氮的增长率高于以往任何一个观测年份，比前十年的平均增长率高出30%以上。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家关注黄石公园旅游业带来的十亿公斤级排放危机

科学家关注黄石公园旅游业带来的十亿公斤级排放危机 昆尼自然资源学院（Quinney College of Natural Resources）和户外休闲与旅游研究所（Institute of Outdoor Recreation and Tourism）的最新研究对这样一个地方黄石国家公园（Yellowstone National Park）进行了案例研究，以计算来自世界各地的游客每年因游览公园而直接增加的碳排放量。环境与社会学系的艾米莉-威尔金斯和乔丹-史密斯及其同事利用现有数据，统计了黄石国家公园一年的游客量所产生的碳排放量。据他们估计，到该公园游玩的游客每年产生的碳排放量略高于一百万吨，平均每位游客产生 479 公斤的碳排放量（大约相当于一架三角钢琴的重量）。这些排放物大部分发生在游客看到间歇泉或游荡的狼群之前。往返于公园入口处的旅行产生的排放量几乎占总排放量的 90%。另外 5% 来自游客在公园范围内的移动，4% 来自过夜住宿。仅有 1% 来自游客中心、博物馆、商店和餐馆等公园运营活动。在黄石公园游览的游客中，乘坐飞机的游客仅占三分之一，但这些特殊行程的排放量却占公园外交通排放量的 72%。游客走在黄石国家公园大棱镜泉的木板路上。图片来源：国家公园管理局目前在美国地质调查局工作的威尔金斯说："随着旅游业探索减少碳影响的战略，这可能是一个低垂的果实。未来鼓励更多游客来自附近地区而非欧洲或亚洲，或者鼓励自驾游而非乘飞机的活动，都有可能对减少这些排放数字产生巨大影响。"不过，黄石国家公园的碳核算似乎仍处于亏损状态。"有趣的是，公园边界内的生态系统每年从大气中吸收约 150 万吨碳，"史密斯说。"因此，即使考虑到旅游业的重大影响，该系统作为碳汇也有净效益。"几乎可以肯定的是，对于游客人数较多的小型公园来说，情况并非如此。史密斯说，这种计算国家公园旅游业碳影响的新方法旨在适用于其他公园和保护区，以帮助决策者评估潜在减排战略的有效性。旅游业在全球碳排放总量中的地位不容小觑。据统计，旅游业占全球年碳排放量的 8%，而美国则赢得了旅游业碳足迹全球最高的殊荣。预计这一数字还将增长。值得注意的是，根据作者的说法，这项研究并不是一项全面的政策分析。生态旅游还有其他的成本和效益，但在这项研究中没有考虑到。例如，虽然旅游业对全球碳排放的贡献很大，但在黄石公园等地的积极体验和教育有可能带来间接的环境效益，例如鼓励人们在家乡采取环保行为。"我们确实需要就旅游业对气候变化的影响以及气候变化对旅游业的影响开展更多研究，"威尔金斯说。"这些课题都会对经济和环境产生重大影响。管理者和决策者需要一个更全面的视角，来看待公园旅游业是如何对脆弱的全球气候系统产生影响的。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

汞污染与大规模灭绝：地质学家追溯地球火山历史的有毒遗产

汞污染与大规模灭绝：地质学家追溯地球火山历史的有毒遗产 来自 Schandelah-1 和其他地方的严重畸形和畸胎孢子的例子（右上：丹麦 Stenlille 岩心；左下：丹麦 Stenlille 岩心；右上：丹麦 Stenlille 岩心）：丹麦 Stenlille 核心；左下：德国南部 Pechgraben；右下：丹麦 Stenlille 核心德国南部 Pechgraben；右下：Prees-2 岩心，英国）。蕨类植物孢子（孢子大小为 40-60 微米）。资料来源：Sofie Lindström（格陵兰和丹麦地质调查局，GEUS，Stenlille）和 Bas van de Schootbrugge。汞污染造成的持续环境压力一个由来自荷兰、中国、丹麦、英国和捷克共和国的科学家组成的国际研究小组分析了德国北部的沉积物，这些沉积物跨越了三叠纪最上层到侏罗纪下层时期。他们发现了大量畸形的蕨类植物孢子，这表明在 2.01 亿年前的蕨类植物中存在严重的压力。这些发现表明，与汞污染有关的长期环境压力是大灭绝事件后的一个重要因素。该研究的第一作者、乌得勒支大学的博士生雷姆科-博斯（Remco Bos）说："在一个沿海泻湖的沉积物样本中看到大量不同类型的畸形蕨类孢子，时间可以追溯到 2.01 亿年前，这确实令人吃惊。这意味着当时一定有非常多的蕨类植物受到了压力"。德国南部佩奇格拉本的马通蕨化石。图片来源：Han van Konijnenburg-van Cittert蕨类植物在灭绝后恢复中的作用研究表明，蕨类植物取代了广大地区的树木，以应对极端的环境变化，如热应力和季风雨的增加。尽管森林被大面积砍伐，但蕨类植物仍能茁壮成长并适应环境，表现出对汞的独特耐受力。然而，蕨类植物在灭绝事件发生后长达200万年的时间里反复受到汞污染的压力，影响了它们孢子的发育。2008 年夏季，德国北部下萨克森州布伦瑞克附近的 Schandelah 钻探现场。图片来源：Bas van de Schootbrugge汞和气候多变性的长期影响博斯和他的团队还发现了另外四次汞浓度较高的时期，这些时期与地球轨道的主要变化长偏心周期相对应。这些时期引发了反复的森林倒退，使先锋蕨类植物得以传播，蕨类植物孢子的畸形表明，除火山作用外，土壤侵蚀和光化学还原等环境因素也在不断造成汞扩散。这些研究结果表明，在最初的火山事件发生后，生态扰动期复杂而漫长，持续时间超过一百万年。三叠纪-侏罗纪边界玄武岩洪水喷发示意图。岩浆侵入页岩、煤层和富含有机质的沉积物，释放出大量二氧化碳和其他污染物，包括汞。中间：正常和畸形孢子的例子。右图：该蕨类化石来自德国南部（Pechgraben）的一个采石场，产于侏罗纪早期。据了解，这个地方也有畸形的蕨类孢子。这些小蕨类植物在大灭绝事件发生后很常见。这些蕨类植物孢子来自 Schandelah-1 号岩心。图片来源：蕨类植物化石（10 x 10 厘米），作者 Han van Konijnenburg-van Cittert；蕨类植物孢子（孢子大小为 40 - 60 微米），作者 Remco Bos。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现婴儿大脑与人工智能模型惊人相似

科学家发现婴儿大脑与人工智能模型惊人相似 与许多动物相比，人类在出生后很长一段时间内都是无助的。许多动物，如马和鸡，出生当天就能行走。这种漫长的无助期使人类婴儿处于危险之中，也给父母带来了巨大的负担，但令人惊讶的是，这种无助期却经受住了进化的压力。跨物种研究的启示"自 20 世纪 60 年代起，科学家们就认为人类婴儿表现出的无助感是由于出生时的限制造成的。他们认为，人类婴儿头大，必须早产，导致大脑发育不成熟，无助期长达一岁。"认知神经科学教授、论文第一作者罗德里-库萨克（Rhodri Cusack）教授解释说。研究团队由库萨克教授、美国奥本大学克里斯蒂娜-查韦特教授和 DeepMind 高级人工智能研究员 Marc'Aurelio Ranzato 博士组成，库萨克教授利用神经成像技术测量婴儿大脑和心智的发育情况；克里斯蒂娜-查韦特教授负责比较不同物种的大脑发育情况；DeepMind 高级人工智能研究员 Marc'Aurelio Ranzato 博士负责比较不同物种的大脑发育情况。"我们的研究比较了不同动物物种的大脑发育情况。它借鉴了一个长期项目时间转换"（Translating Time），该项目将不同物种的相应年龄等同起来，从而确定人类大脑在出生时比许多其他物种更加成熟。"研究人员利用脑成像技术发现，人类婴儿大脑中的许多系统已经开始运作，并能处理来自感官的丰富信息流。这与人们长期以来认为婴儿大脑的许多系统尚未发育成熟，无法发挥作用的观点相矛盾。研究小组随后将人类的学习与最新的机器学习模型进行了比较，在后者中，深度神经网络受益于"无助"的预训练期。在过去，人工智能模型是直接根据所需的任务进行训练的，例如训练自动驾驶汽车识别它们在道路上看到的东西。但现在，模型最初都是经过预先训练，以便在海量数据中发现模式，而不执行任何重要任务。由此产生的基础模型随后用于学习特定任务。研究发现，这种方法最终会加快新任务的学习速度，并提高性能。对未来人工智能发展的影响"我们提出，人类婴儿也同样利用婴儿期的'无助'期进行预训练，学习强大的基础模型，并在以后的生活中以高性能和快速泛化来支撑认知。这与近年来在生成式人工智能领域取得重大突破的强大机器学习模型非常相似，例如OpenAI的ChatGPT或Google的Gemini，"库萨克教授解释道。研究人员表示，未来对婴儿学习方式的研究很可能会启发下一代人工智能模型。"虽然人工智能取得了重大突破，但基础模型比婴儿消耗大量能源，需要的数据也多得多。了解婴儿是如何学习的，可能会对下一代人工智能模型有所启发。"他最后说："下一步的研究将是直接比较大脑和人工智能的学习情况。"编译自/scitechdailyDOI: 10.1016/j.tics.2024.05.001 ... PC版： 手机版：