阿拉比卡咖啡可能濒临灭绝；动物祖先学会打工人摸鱼妙招 | 一周趣科学Vol.15
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本期导读
1.摸摸头就能有效地缓解心理焦虑，然后再给个拥抱
2.大鼠能分辨数字的具体数值，而不是简单的多和少
3.冥王星泪滴平原的起源，来自太阳系不起眼的一角
4.两侧对称动物，七亿年前就学会了打工人摸鱼妙招
5.也许未来的某天，人们也只能怀念阿拉比卡的味道
01
解决心理焦虑的方法：摸一摸触摸对人类极为重要——这是新生儿发育的首个感觉，也是我们和世界互动的最直接方式。
看到可爱的孩子就想捏捏脸，看到可爱的猫猫就想摸摸头，这种对触摸的渴望似乎写在人类最基本的行为模式中。
触摸这一行为含有温暖而治愈的力量，虽然每个人都能理解，但一直以来却缺乏科学证据。
近日，《自然-人类行为》杂志上发表的一篇文章，提供了人们为什么特别喜欢摸摸的证据： 来自人类和动物的身体触摸可以减少成人和儿童的疼痛、抑郁感和焦虑。 轻柔的触摸、放松的按摩或坚定的拥抱——所有这些类型的人际接触都可以减轻心理健康风险因素，而且对身体健康也有正向作用。
这项研究认为，触摸对生理和心理健康都有益，对所有年龄、所有健康状况的个体都成立。
Julian Packheiser和同事对212项研究进行了系统综述和荟萃分析，共涉及12966人，以探索触摸的健康益处。
作者发现，成年人接触他人或者非人物体时（例如抱抱机器人或者很重的毛毯也可以），健康状况会得到改善。
与接触物品相比，人们接触其他人时获得的心理益处更大。看来还是来自同类的接触会比较让人安心。
在新生儿中也复现了这一结果：即便不是父母在接触他们，由第三者帮助怀抱或者抚摸婴儿也可以让孩子的哭闹减少。
作者还发现，相对其他身体部位（如身躯），触摸头部（例如面部或头皮）的健康结局更佳，看来以后要多摸摸头。
抚摸和拥抱不只是表达爱意的方式，更是让人的身心得到放松的良药。 作者的研究表明，人的身体和心理健康受到多方面因素影响，而有些影响看上去是非常隐蔽并深远的 ，这也正是科学探究的源动力之一——永远充满好奇，正如孩子想要伸手触摸世界一样。
参考文献 Packheiser, J., Hartmann, H., Fredriksen, K. et al. A systematic review and multivariate meta-analysis of the physical and mental health benefits of touch interventions. Nat Hum Behav (2024). https://doi.org/10.1038/s41562-024-01841-8
02
科学家首次证明动物有“数感”对具体数字的感知是动物感知世界的基本能力，可以增加它们的生存机会。例如，在选择食物时，面对一根香蕉和十根香蕉，猴子肯定会选择后者。
人类大脑里有不依赖于具体物体的“数感”，例如现在让你在脑海里想一个数字“4”，你不会想到4个蛋糕或者4只小猫，而是会抽象地想出一个数字。
那么，动物也有这种抽象的数感吗？
近日，香港城市大学的容永豪与合作者在《科学·进展》杂志上发文，介绍了他们关于大鼠存在“数感”的研究结果。在数感方面取得突破性发现通过确认大鼠离散数感的存在，为研究人类数字能力和残疾的神经基础提供了重要的动物模型。
原来，老鼠也会数数！
那么，该怎么确定老鼠能抽象地数数，而不是具体地数物体的个数呢？
研究小组开发了一种创新方法，采用新颖的数字学习任务、大脑操纵技术和人工智能建模，解决了关于老鼠是否具有数字感的持续争论。
简单来说，就是构建一种无法具体看到的数字。科学家播放不同次数的某种声音，然后给大鼠食物奖励。不同的声音数对应着不同的奖励，在大鼠听完声音后，自行决定选择哪一种奖励。
实验结果表明，大鼠学会了选择听到更多次声音时的奖励，这并不奇怪。
但是，当把播放的声音换成其他类型的声音时，大鼠仍然能做出正确的选择，这就说明 大鼠记住的确实是抽象的数字，而不是声音本身。
研究者还发现，当我们阻断大脑的后顶叶皮层时，它们理解数字的能力受到了影响，但它们的大小感却没有受到影响。也就是说，它们只知道3比2多，但多多少却不知道了。
这表明大脑有一个处理数字的特定区域。事实上，这是科学家第一次证明，老鼠有能力在一次测试中区分和分类三个不同的数字，超越了简单的数量比较。
此外，神经网络建模的结果可能在人工智能领域具有实际应用。未来，对数字处理背后的大脑机制的进一步了解，可能有助于为有数字困难的个体开发干预措施。
课代表总结： 快来快来鼠一鼠，二四六七八！
参考文献 Tuo Liang et al. ,Disparate processing of numerosity and associated continuous magnitudes in rats.Sci. Adv.10,eadj2566(2024).DOI:10.1126/sciadv.adj2566
03
冥王星“小心心”的起源2015年，美国宇航局新视野号任务的摄像机在矮行星冥王星表面发现了一个巨大的心形结构，成为当年的网红图之一。
这颗“心”因其独特的形状、地质成分和海拔而一直困扰着科学家。
来自瑞士伯尔尼大学的科学家团队与合作者最近在《自然·天文学》上发表论文，揭秘了冥王星其中“半颗心”的起源之谜。
斯普特尼克平原是冥王星心形结构的西半侧，呈倒置的泪滴状，总面积大概有四分之一个中国大。
这一“泪滴平原”的显著特点在于，它比冥王星的平均海拔高度低了不少，因此看上去很像被一个物体给撞扁了所留下的痕迹。
顺着这一思路，研究者使用数值模拟来研究泪滴平原的起源问题，通过模拟不同的撞击体和冥王星的地质结构，来探索这一理论的可能性。
模拟结果表明，在冥王星诞生之处，一颗直径约700公里的星体从侧面撞向了冥王星，并且淹没在了冥王星表面以下。
由于极度远离太阳，因此撞击的双方都非常寒冷而坚硬，所以这颗撞击体的核心至今应该还留在冥王星内，没有被融化吸收掉。
撞击留下的痕迹呈现泪滴的形状，由于地势较低，所以周围的氮冰向平原滑动，形成白色心形的西半边。
然而，这带来了一个问题：由于物理定律，像泪滴平原这样的巨大凹陷，会随着时间的推移慢慢向冥王星的极地移动，因为它的质量是有亏损的。但矛盾的是，它却位于赤道附近。
在模拟中， 科学家也为这一问题找到了答案：在碰撞中，冥王星的所有原始地幔都被撞击挖掘出来，当撞击者的核心物质溅到冥王星的核心上时，它会产生局部质量过剩，这可以解释这一平原没有向两极迁移。
冥王星心形特征的这种新颖的起源可能会帮助人们更好地了解冥王星的起源。
课代表总结： 在我的心中，留下一滴泪，心痛的滋味，一个人体会……
参考文献 Harry A. Ballantyne, Erik Asphaug, C. Adeene Denton, Alexandre Emsenhuber, Martin Jutzi. Sputnik Planitia as an impactor remnant indicative of an ancient rocky mascon in an oceanless Pluto. Nature Astronomy, 2024; DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1
04
7亿年前的动物祖先熟练运用“复制粘贴”收益和风险是基因突变这枚硬币的正反两面： 如果不突变，那么生物就无法改变自我以适应环境变化；另一方面，突变的结果往往是负面的，会让生物产生缺陷甚至灭绝。
那么，如何在保证收益的同时又能尽量降低风险呢？
根据《自然·生态学与进化》杂志上的一项新研究， 数亿年前的动物祖先们采用“复制粘贴”策略成功解决了这一两难。
在这之前的动物，看上去都是圆圆的一团，没有头和尾、左和右的区别。而7亿年前，有一类动物突发奇想：“我应该长出头部，是不是看上去会好看一些？”（没头你是咋想的）
于是这类生物长出了头部和尾部，它们被称为“两侧对称”的动物。 现如今的人类、哺乳类、鸟类、青蛙、鱼、昆虫、蜘蛛、螃蟹、河蚌、田螺……大部分动物都是这类两侧对称动物的后代。
那么，两侧对称动物为什么能这么成功呢？
研究发现，它们体内的基因发生了一系列的“加倍”事件，也就是把基因复制粘贴了一份。其中一份用来进行突变，尝试新的功能，而另一份则用来保留原有功能，一旦第一份突变坏掉了，那么还有一个备份可以正常使用，不至于丧命。
一个字，绝。
因此， 两侧对称动物在保留原来的正常基因功能的同时，还能有一份基因用来尝试特异性的进化方向和表达方式，这为组织特异性基因表达奠定了基础。
迄今为止，根据对人类、鲨鱼、蜉蝣、蜈蚣和章鱼等 20 种不同的两侧对称动物物种的研究，超过 7000 组基因可以追溯到两侧对称动物的最后共同祖先。该研究结果由西班牙巴塞罗那基因组调控中心 (CRG) 的研究人员得出，并于近日发表在《自然生态与进化》杂志上。
例如，在昆虫中，有一个特定的基因专门针对肌肉和表皮形成角质层，从而提高了它们的飞行能力。而在章鱼的皮肤中，这个基因的功能变成了专门用于感知光刺激，从而有助于它们改变颜色、伪装以及与其他章鱼交流的能力。
这种同一个基因不同版本在不同生物中的功能演变，很好地演示了基因复制粘贴的强大创造力。
这项工作让我们重新思考基因所扮演的角色和功能。它向我们表明， 对生存至关重要并保存了数百万年的基因也可以很容易地在进化中获得新的功能。
课代表总结： 我写一周趣科学的时候，也是保留一个模板，每次写的时候就复制粘贴一个！
参考文献 Federica Mantica et al. Evolution of tissue-specific expression of ancestral genes across vertebrates and insects. Nature Ecology & Evolution, 2024; DOI: 10.1038/s41559-024-02398-5
05
阿拉比卡咖啡可能濒临灭绝之前的一周趣科学 中我们关注过柑橘，由于柑橘的基因多样性非常单一，所以在面对黄龙病时几乎全军覆没。同样的故事也发生在香蕉身上，有人认为未来的某一天，香蕉也会因为抗病性差而消失在地球上。
而与此同时，人们发现，占目前全球咖啡产量60%的阿拉比卡咖啡树，也在遭受同样的命运。
为了探索阿拉比卡咖啡的基因多样性，美国布法罗大学的研究者们搜集了跨越数千年和数个大洲的咖啡基因组，揭示了其中的谱系秘密。
现在人们所熟知的阿拉比卡咖啡，是16世纪左右由印度僧侣巴巴·布丹也门带出来的，他建立了印度阿拉比卡品种，并为今天咖啡的全球影响力奠定了基础。
因此，人们也一直以为，阿拉比卡咖啡是人类在也门创造的人工杂交品种。
但这次基因组研究结果却发现，阿拉比卡咖啡是在 60 万多年前通过其他两种咖啡品种之间的自然杂交，在埃塞俄比亚森林中形成的，属于天赐之礼。
咖啡的“老家”在东非大裂谷的两岸，西岸的基本都是野生品种，而如今人们栽培的基本都是东岸品种。大约3万年前，人们开始饮用并种植咖啡。
在这之前，非洲长期处于干旱状态，因此咖啡树的种群数量一度只剩下几万株的规模。大约1万5千年前，非洲开始逐渐变得湿润起来，因此咖啡树的自然种群也有所恢复。
但是后来恢复起来的种群，都来自几个很小的群体的后代，因此基因多样性很低。
现如今， 咖啡叶锈病等病原体折磨着全球阿拉比卡咖啡产业 ，每年造成 1-20 亿美元的损失。
因此，针对阿拉比卡咖啡的杂交改良以增强其抗病性的方案已经迫在眉睫。
实验结果表明， 罗布斯塔咖啡有着良好的抗病性，可能会成为改良阿拉比卡咖啡的优质杂交亲本。
但是现在的罗布斯塔咖啡主要用于速溶咖啡的生产，据说其风味也明显有别于阿拉比卡咖啡。因此，科学家们可能还需要像了解柑橘风味的基因源头那样，解析咖啡风味的基因基础，来有目的地改变咖啡基因组。
课代表总结： 我爸喝一口能一晚不睡，我喝两杯能一觉到天亮……
参考文献 Jarkko Salojärvi et al. The genome and population genomics of allopolyploid Coffea arabica reveal the diversification history of modern coffee cultivars. Nature Genetics, 2024; 56 (4): 721 DOI: 10.1038/s41588-024-01695-w
作者：牧心
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