早期筛查是否能带走癌症?

本文来自果壳微信公众号,未经许可不得进行商业转载

癌症筛查,防微杜渐

美国疾控中心将癌症筛查定义为“在尚无症状时,检查身体是否有癌症存在”。“无症状”不代表“无癌症”,因为癌症不像食物中毒,三五个小时就能闹得天翻地覆。除了一小部分急性肿瘤会迅猛生长引人注目,大多数肿瘤都善于不动声色地闷着坏,直径仅仅一两厘米的肿瘤,在体内或许已经潜伏了好几年。

在肿瘤韬光养晦期间,如果没有长在神经或者血管附近,它也并不怎么挑事儿。而等到患者有不适感,要去看医生拍片子的时候,肿瘤常常都已经大到影响正常生理机能,才会引发症状了。

图丨pixabay

图丨pixabay

癌症筛查,就是在“肿瘤萌芽了”和“肿瘤搞事儿了”这段窗口期之间的检查。结果发现没肿瘤当然最好;如果发现肿瘤,也可以欺负它身量尚小,采取一些医疗手段争取把它消灭干净——早期和晚期癌症的治疗难易度以及相应的存活率大不一样,比如结肠癌,据美国2006年—2012年的统计结果,局部(local)结肠癌的五年相对存活率是90%以上,而区域性(regional)的则会降到70%左右,发展成转移性(distant)后存活率更是只有10%上下[2]。

癌症筛查,就是防微杜渐,希望将肿瘤截杀在早期,提高患者存活率。

现在主要采用的癌症筛查手段,有常规体格检查(比如用触摸的方法去寻找乳腺癌和睾丸癌的肿块)、实验室取样化验(检查血液、粪便或者其他体液,寻找肿瘤标志物),以及对组织做仪器成像(各种CT、X光、MRI)等等。

可筛之癌寥寥无几

美国疾控中心参照美国预防服务组(U.S. Preventive Services Task Force,简称USPSTF)的报告,给出的建议是:对于乳腺癌、宫颈癌、结直肠癌,以及肺癌,某些年龄段和人群值得进行筛查,某些癌症则不一定,比如前列腺癌、卵巢癌等。

不推荐筛查的原因有以下几点:

1,目前使用的肿瘤标记物特异性不够,如果在分辨正常组织、良性肿瘤和恶性肿瘤的时候,用来确认肿瘤存在与否的标记物的精确度达不到可接受的级别,那么检查结果就没有太大的参考价值;

2,有的筛查手段可能造成假阴性(有癌没查到)或者假阳性(没癌查到假的癌),弊大于利;

3,某些肿瘤生长缓慢,而且通常发生在高龄人群中,查到后若采用侵入性治疗,给患者造成的负担或许会超过放任不管的潜在危害;

4,就算查出来也没有什么好的办法去解决的那种,那么查不查也没差别。

以下几种癌症,在早期发现时进行治疗,都有较好的预后,目前来说,也只有这几种值得筛查。

乳腺癌:某些年龄段推荐筛查

据报道,由于早期检测的普及化,美国女性乳腺癌患者的死亡率从1989年的高峰到2014年间降低了38%——按美国人口基数算,这表示有接近30万名女性的生命要感谢乳腺癌筛查[3]。但就算如此,乳腺癌筛查也不能一概而论。

USPSTF推荐的筛查是乳房造影术,即用低剂量的X光照射处于挤压状态的乳房,检测肿块。对于50—74岁的女性,两年做一次造影的推荐级别为B,即比较推荐,不过推荐级别略逊于非常推荐的A级。

年轻一些的,40—49岁的女性,情况就很复杂,推荐级别为C,要医生和患者酌情而定。因为对于年轻女性来说,假阳性(也就是没有肿瘤误报成有肿瘤)的情况要比年长女性多,大概有十分之一的异常结果最终都是虚惊一场。如果误报,不但会造成心理负担,还可能会导致过度治疗,反而得不偿失。

所以有家族病史的,或者测序发现自己携带易感基因的人,可以跟医生商量后决定要不要每两年筛查一次。对于这些人群,或许还要加上MRI,在更年轻的时候(30岁以后)就开始保持警惕。

乳房造影术拯救了很多生命,但并不是每个年龄段的女性都推荐做这项筛查丨Wikipedia,上传者BruceBlaus

乳房造影术拯救了很多生命,但并不是每个年龄段的女性都推荐做这项筛查丨Wikipedia,上传者BruceBlaus

宫颈癌:某些年龄段非常推荐筛查

对于宫颈癌,USPSTF推荐21—65岁的女性保持三年一次的宫颈刮片(巴氏涂片),级别为A,还可以做人乳头瘤病毒(HPV)的检测,HPV跟宫颈癌有很强的正相关性。现在已经有HPV疫苗,有条件的适龄女性可以考虑接种。而对于21岁以下或者65岁以上的女性,以及那些接受过子宫切除术的女性,则是D级,不推荐。

结直肠癌:某些年龄段非常推荐筛查

结直肠癌的结肠镜检测则不分性别,它采用前端有镜头的软管探入肠道,让医生能直观地观察肠道内部,如果发现息肉和异常组织,可以直接就切除掉。这几十年来结直肠癌死亡率下降了40%多,很多人都觉得跟早期筛查有一定关系(也可能和治疗手段进步、人们生活方式改变有关)。目前USPSTF推荐50—75岁的人不论性别,每十年做一次结肠镜检测,推荐级别是A。而超过75岁的人,因为考虑到做肠镜也有一定手术风险,推荐级别是C。

肠镜不是唯一的结直肠癌筛查手段,还有粪便潜血检测、钡餐造影、粪便DNA检测等多种检测手段,多是三五年做一次,可以由医生和患者酌情采用,相辅相成地起效。

结肠镜检查示意图

结肠镜检查示意图

肺癌:某些人群推荐筛查

肺癌的一大诱因是吸烟,在美国,80%由肺癌导致的死亡都可归罪于吸烟史[3]。如果发现和治疗得早,可以收到较好的治疗效果。USPSTF推荐55—80岁有重度吸烟史(每天1包烟、烟龄20年,或每天两包烟、烟龄10年)、现在还在吸烟/戒烟不超过15年的人群,每年做一次螺旋CT检查,推荐等级为B。

基因测癌靠谱吗?

需要说明的是,美国也有其他机构给出对于癌症筛查的建议,比如美国癌症学会(ACS),它注重的是癌症,USPSTF则是对各种疾病都有涉猎,二者对于癌症筛查的建议并不完全一致,也很难说谁比谁更可信。只不过,由于USPSTF认定为A和B级别的筛查费用有医保赔付,所以他们的建议成为了大多数美国人的筛查指南。中国的情况和美国也有不同,具体做法还要听从医生建议。

那经常被提及的基因测癌是否可行呢?

很多人信奉安吉丽娜·朱莉的经历,她因为有乳腺癌家族史而进行基因组测序,发现自己有较高几率患乳腺癌,因此切除乳腺以绝后患。

安吉丽娜•朱莉的做法曾带动了一股筛查乳腺癌的热潮

安吉丽娜•朱莉的做法曾带动了一股筛查乳腺癌的热潮

事实上,现阶段的基因检测还很初步,受限于遗传学对人体基因组的理解,并不能通过提取几个口腔上皮细胞DNA就预告你一生的故事。这种检测目前只对寥寥可数的几种疾病有指导意义,而且能给出的也是“会不会患癌”的几率,并不能告诉你现在“有没有患癌”。

因此,多年来美国食品药品监督管理局(FDA)对基因测序的态度也是摇摆不定——商业化的基因测序公司“23&me”最初可以向顾客提供由基因组测序结果推导出的患病几率信息,后来被FDA禁止了,只许他们给顾客绘制家族谱系,到了去年,FDA又允许他们给出疾病信息了,不过仍限于阿尔茨海默、帕金森等等跟基因组关系明确的疾病。

与癌症治疗一样,普遍意义上的癌症早期检测仍是医学难题,甚至癌症发病原因也未完全被人类了解,因此癌症筛查的有效性、适用度还有待发展,筛查并非多多益善。

对于癌症,好在还有一些信息是明确的,比如远离烟草、酒精、槟榔等明确致癌物,一旦发现癌症病情,积极配合治疗。现代医学诞生数百年来,曾夺取无数人性命的疾病慢慢被攻克,今日的绝症或许也会很快被攻克,在那一天到来之前,我们也不会停止保护健康的努力。

(编辑:odette,luna,李小葵)

参考资料

[1]R. Esfandyarpour et.al, Multifunctional, inexpensive, and reusable nanoparticle-printed biochip for cell manipulation and diagnosis. PNAS. February 21, 2017 vol. 114 no. 8 E1306-E1315

[2]American Cancer Society, Colorectal Cancer Facts & Figures 2017-2019

[3]American Cancer Society, Cancer Facts & Figures,2017

动图欣赏:蒲公英如何漂在空中?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

在孩子眼中,蒲公英种子大概是自然界绝妙的玩具。轻轻吹一下,就可以看着这些毛茸茸的“小降落伞”在风中飘远。

这些种子很擅长乘风传播,它们经常能飞到一千米以外甚至更远的地方。这是怎么做到的?最近发表在《自然》的一项研究向世人展示了其中的一些细节。

研究者们用显微镜和CT仔细检查了蒲公英种子的冠毛结构,然后把它送进风洞模拟种子下落的过程。激光照亮了空气中悬浮的小颗粒,用这种方法就可以记录下蒲公英周围的空气流向。结果研究者发现了一个特别的结构:在悬浮的蒲公英种子上方,出现了一个稳定的涡环。

vrain-dandelion-liquid-dynamics-1

下面是一张照片,看得更清楚一些:

vrain-dandelion-liquid-dynamics-2

涡环在生活中并不少见(烟圈就是一种涡环),不过这种稳定保持在物体上方同时又不与之接触的涡环比较特别,研究者将其称为“separated vortex ring”。这个涡环在蒲公英种子的上方制造出了低压区域,增加了种子下落的阻力,让它能在空中悬浮更长时间,这样就有更多机会被水平方向的风吹到远处。

每个蒲公英种子都长有大约100根小绒毛,每一根大约有7.4毫米长、16.3微米宽。小绒毛的疏密程度对于涡环的形成和稳定非常重要,研究者们用小硅片制作了不同孔隙率的模拟种子,结果发现只有孔隙率接近天然蒲公英(约92%)的时候才能维持涡环的稳定。

了解了蒲公英种子的飞行,或许也可以用同样的方法设计出在空中长时间悬浮的小型飞行器。

图片来自pixabay

图片来自pixabay

原论文:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0604-2

一些相关报道:

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07084-8

http://blogs.discovermagazine.com/d-brief/2018/10/18/dandelion-seeds-fly/#.W8lEvmgzbIV

https://www.sciencenews.org/article/dandelion-seeds-create-bizarre-whirlpool-air-fly

kxkx-qr

“天眼”年薪10万招不到人,过低“人头费”支撑不起“国之重器”

“人头费”过低致“国之重器”难吸引优秀人才

根据科技媒体报道,被誉为“国之重器”的贵州天眼FAST望远镜,明年上半年将正式开启24小时观测,为此,FAST面向全国启动了新一轮的人才招聘。但结果并不理想。

招聘启事显示,FAST此次共招聘24人,涉及数据处理、数据中心运营和通信维护等岗位,要求科研人才能够长期在FAST现场工作、英文水平良好,有部分岗位还要求能够胜任夜班工作。这样艰苦的岗位,在数年之后可以给编制,年薪(加上加班补贴)约10万元。按新的个税计算,10万年薪意味着,每月税前七千出头,税后到手五千多一些。对于这样的“科学家”待遇,很多朋友大摇其头。

国之重器“天眼”FAST望远镜(五百米口径球面射电望远镜)上一次感动全中国,是在2017年9月基础设施完成之际,也是首席科学家、国家天文台研究员南仁东先生去世的时候。

图片来自flickr | internetadn

图片来自flickr |
internetadn

二十多年,南仁东先生以前瞻性的眼光,不求名利,默默地踏遍了贵州的大小山峦,承担从勘探选址,到基础建设、科学目标等一整套的艰苦工作,筚路蓝缕,带领团队完成了电子、机械等领域一系列突破,建成了 “中国天眼”。为此,中宣部追授南仁东“时代楷模”荣誉称号,在全国科技系统开展了向南仁东先生学习的系列报告会。

“天眼”FAST,是一个涉及天文学、力学、机械、电子学等诸多领域,“世界独一无二的大科学工程”的大科学工程,它的性能也超越了国外同类天文仪器。在过去两年的调试期间,数项指标的表现都超过预期。截至目前已发现了53颗脉冲星、60颗优质候选体。国内外天文学家们都对FAST表示了兴趣和合作意向,将来其可能成为国际合作的重要科学设施,也可能是未来天文科学成果成规模出现的地方。

不过,目前,南仁东先生呕心沥血建成的这个“国之重器”显然遭遇了一个众所周知的尴尬——“人头费”预算太低,难以吸引优秀人才。

从招聘要求来看,要维护“天眼”这样的高端科学设备,需要懂英语、数据、代码的科技人才,在当今的人才市场上,这些要求其实很高。在一二线城市,即便是普通本科毕业生,也可以轻松找到十几万的工作,让家人孩子过上比较满意的生活。“天眼”维护人员需要蹲守深山,还不能玩手机,只有台式机可以用,而且半个月才能出来回家一次。对于时下需要结婚、买房、生孩子的年轻人,仅仅十万年薪,又何谈有动力去告别家人,到贵州深山里蹲守呢?

其实,天文学界的另一个“国之重器”,凝聚中国科学界智慧的郭守敬望远镜(中国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,LAMOST)早就遭遇了同样的尴尬。首席科学家、中科院院士崔向群在2016年4月接受《人民日报》采访时就说,“建成后至今,国家每年都会给一笔运行费,但是却没有相应的人员经费,我们只好借钱来发薪。”

科研人员也是人,需被“市场”公平对待

在科学界,国家和上级单位下发的科研项目经费,其使用范围受到严格限制,比如备件更新、消耗品、水电费等,用于人员的只能是出差、开会,不能发工资,甚至不能用于大科学装置所在地的工作出差。人力资源成本开支(即“人头费”)一般不超过5%,最多不超过15%,且只能用来支付临时工劳务费,正式的科研人员不能领取。

崔向群院士直言,“科研工作的本质是高强度、高水平的人类脑力活动。即便再重大、再先进的科研装置,缺少了具体人员的设置、操作、维护乃至后续的数据采集和分析,就只是一具没有灵魂的‘躯壳’。”

我们在感慨“为什么日本18年拿了18个诺贝尔奖”,为什么中国本土没有领先科学家,缺少重大科学突破的时候,也许正是低廉的劳动力价格,让科学劳力们疲于为基本生活需求而奔波,从而没有时间和精力投入需要消耗心智、长期钻研的重大科学课题。诺贝尔奖所青睐的,往往是基础科学的重大科学突破。这样的成果是没有办法通过完美的计划来实现的,因为没有人会知道它们会在什么地方、什么时候出现。基础科学,最初看起来好像没有什么现实经济利益,但它出现之后,也许某一天就会改变这个世界。

当日本诺贝尔奖获得者中村修二在公司地下室研究蓝光时,当华人科学家高锟先生研究光纤时,它们看起来都是困难重重、遥遥无期,甚至还可能没什么实用价值,但他们所在的公司、学校都给予了坚定而长期的支持。李克强总理在2016年4月视察北大的时候,谈到发达国家在这方面的经验——“人头费”占比高达80%-90%,一时成为被刷屏的话题。

不知从什么时候开始,在我们的宣传中,科学家成为了不计名利、无私奉献的“清贫”形象。可我们不能忘记了,科学家也是普通人,科研人员也需要被“市场”公平对待。

天眼FAST所需要的人才,国家电网、中石油、中石化、BAT们也同样需要。当“国之重器”和国企私企进行人才竞争的时候,科学界能不能切实进行经费管理改革,拿出有竞争力的薪酬,这可能会涉及未来科研队伍的问题,也涉及未来我们国家科技实力在国际上会否有竞争力。

本文经授权转载自公众号“沸腾”,转载请联系原账号。

【花日历】趁夜而开,乘槎而去

本文来自顾有容的微信个人公众号“花日历”,未经许可不得进行商业转载

玉蕊Barringtonia racemosa,玉蕊科科长,得名于花蕊的形态颜色和质感。这个科的物种数不多(200来种),分布却遍及整个太平洋和印度洋的热带亚热带地区,西至马达加斯加,东及南美洲西海岸。

当你在上述旅行的时候,也许会注意到一个现象:很多相隔数千公里的海岛或大陆,海滨植物的物种看起来都差不多。从地质历史上来说,这些地方要么是板块分离已经很久,要么是非常年轻的火山岛,植物都不可能从陆地的途径彼此迁移。那么形成这样的分布格局的动力是什么呢?是洋流。太平洋上的洋流方向大致如上图(渣手绘没细节大家包涵……),北半球顺时针、南半球逆时针各有一个环流,赤道上还有一个自西向东的洋流。这些大洋里的河流如同他们在陆地上的亲戚一样,不舍昼夜地搬运着各种物质,其中当然也包括植物的果实和种子。这些能漂洋过海的果实和种子都具有耐海水侵蚀的果皮/种皮,以及浮力结构(比如疏松的内果皮或子叶间的空腔),其中最为大家熟知的应该是椰子,它是很多新生岛屿的先锋物种。玉蕊科,尤其是玉蕊属Barringtonia的果实也有同样的结构,于是借着洋流的运送分布到如此广大的地区。上图中,台湾岛东部海上有一条自南向北的暖流,名为黑潮。台湾植物区系中来自大洋洲和南太平洋的成分,很多是由这条洋流带来。

gyr-barringtonia-1

玉蕊夜间开花,用香味招引蛾子传粉,是典型的蛾媒花(Phalaenophilous flower)。初次尝试夜拍,发现无敌三的高感真是非常给力!其间也发生了看到传粉者过于鸡冻而导致相机拿倒这样的乌龙事件……总之大家当活动脖子就好= =~

gyr-barringtonia-2

玉蕊的花只开一晚上,太阳升起花冠即脱落(此处有夸张),然而落瓣亦有可观之处(虽然下图被很多人称为玉米皮和意面……)

gyr-barringtonia-3

玉蕊这个词来源于唐朝的一些传说,比如玄宗之女唐昌公主在长安兴业坊手植的一株玉蕊花。唐朝诗人如元稹、刘禹锡等人也有咏玉蕊诗传世。由于唐时玉蕊栽培失传,后人对玉蕊究竟是啥多有争议,对象包括八仙花、琼花、山矾、栀子甚至西番莲。日人松村任三著《植物名汇》,引日本文献《质问本草》中的“玉蕊”,作为Barringtonia racemosa的名称,并以其作科、属名,这是今天中文植物学文献中“玉蕊”一名的来历。但Barrintonia无论形态还是分布范围栽培文化都与中国传统所谓玉蕊不相干,只是花蕊形态很容易顾名思义。故植物学泰斗吴征镒先生(我每次都要打成无争议是闹哪样……)考证说玉蕊应该是山矾科的白檀Symplocos paniculata,并在《云南植物志》中将Barringtonia改称金刀木属;另外该属在台湾叫棋盘脚属。我们循当代植物学界习惯,用玉蕊一词指代Barringtonia racemosa。以此例说明植物分类学实际上是文献考据之学,做的是名实对应的事,花的是皓首穷经的功夫。

为什么说“象牙贸易合法化不能打压走私盗猎”?

本文来自果壳微信公众号,未经许可不得进行商业转载

今天,我想请你认真听我讲一个关于象牙的故事。

过去三十年里,管理濒危生物国际贸易的华盛顿公约只批准过两次象牙贸易。第一次卖给日本,第二次卖给日本和中国。

象牙贸易合法化,能够拯救大象吗?

当时,人们对象牙合法化的前景寄予厚望。上世纪七八十年代非洲象曾经遭受大规模猎杀,但1989年华盛顿公约(CITES)全面禁止了象牙贸易,此后十几年里野生非洲象至少在数量上稳定了下来,几个国家还有增长。最严重的危机已经度过,可以展开一些实验了。

实验内容,自然是通过合法象牙来打压走私市场。这个做法看起来好处多多:

其一,合法象牙的到来意味着供给增加,假如需求不产生相应变化,那就会打压象牙价格,从而打击盗猎者的利润。

其二,非洲几国历年来积累了相当多的合法象牙库存,有些来自大象自然死亡,有些来自海关收缴的走私货物,如果不找渠道出售,那要么一直放着要么销毁。

其三,出售这些象牙不但可以募集到很多资金支援保护事业,还可以给当地居民提供保护大象的物质激励。

所有这些,在理论上都合情合理。

1997年,CITES曾允许日本从南部非洲三个国家一次性进口50吨象牙,并在那之后逐步建立了走私监控网络收集数据。2008年,CITES第二次开了绿灯,正式批准大象状况良好的纳米比亚、博茨瓦纳、南非和津巴布韦四国将108吨政府拥有的象牙出售给中国和日本,所有销售所得都用于大象保护和支援当地居民。为了管理这批象牙,中方采用了一物一证制度,即每一个合法象牙制品都需伴随一份许可证。

从此,非洲迎来了一波新的盗猎浪潮。

合法之后,象牙盗猎逐年攀升

2012年,国家地理刊发了名为《血象牙》的封面专题报道。调查人员发现,自08年合法象牙贸易以来,非洲盗猎走私逐年攀升,其中70%流向中国。2011年是自象牙禁贸以来的走私历史最高点,超过150个中国人因走私象牙被逮捕。而中国国内象牙原料的价格不但没有因为合法象牙和猖獗走私降低,反而比2008年之前增加了3倍以上。

国内超过半数的经销店根本就不提供收藏许可证,大量店面以费时费钱等理由积极劝说消费者购买时不要收藏证;而一物一证制度根本没能得到认真执行,象牙证件买卖本身已经形成了一个小黑市,很多证件只是为一连串同一形制的非法工艺品提供掩护而已。

国家地理杂志在2012年刊发专题报道《血象牙》

国家地理杂志在2012年刊发专题报道《血象牙》

这一年,刚果加兰巴国家公园的警卫发现乌干达军方出动了直升机入侵公园领地,一次射杀了22头大象并卷走了价值超过一百万美元的象牙。

当时CITES认为,不能确认象牙走私的猖獗与合法象牙贸易有关,可能只是中国经济发展和在非洲投资的结果。

但2016年,加州大学伯克利分校的经济学家项中君(Solomon Hsiang)与普林斯顿大学的生态学家瑟卡尔(Nitin Sekar)发表了一篇论文,认为经济发展不能解释这一现象。他们在论文中指出,盗猎状况从2008年开始出现了无可置疑的转折点,非洲南部几国的大象盗猎增加了66%,黑市走私增加了71%,这个趋势不但无法用大象自然死亡来解释,也不能用任何经济变量解释,无论是中日两国的人均GDP、两国和大象分布国的贸易状况、中国在大象分布国的投资和雇员,都不行。

因此,他们的结论是,合法象牙销售“增加了消费者需求,降低了为黑市供应象牙的成本,从而促进了黑市象牙生产。”

与此同时,世界自然保护联盟公布了新的大象普查数据:非洲象总数截至2015年约为41.5万头,比2006年减少9.3万头(普查还发现了此前未知的18000头大象,所以真实的减少值可能接近11.1万头)。特别是,不在合法象牙出口国之列的东非地区遭受了最大冲击,大象数量减少了近50%。

当然,这只是验证了其他研究者长期以来的猜想:

象牙许可证的执行难度本来就很高,也很容易受到贪污腐败的侵蚀。

合法象牙的存在会让消费者认为象牙是合适的奢侈品,从而增加购买欲望;如果奢侈品市场掀起了宣传热潮,足以淹没任何合法供应。

合法与非法混杂会给执法部门带来巨大的障碍,而很多非洲国家已经没有余力大幅增加对抗走私的投入,更不要说反走私国际合作是如何艰难。

实验就此停止

残酷的现实,压倒了人们用合法象牙挽救大象的希望。

这个希望还不能说完全破灭,但短期内不太可能有新的合法象牙实验了。2010年赞比亚和坦桑尼亚试图效仿2008年的先例,但是激起了远比当时更大的争议,最后赞比亚主动撤消了请求,而坦桑尼亚的提案也没有得到足够的赞同票。这以后,陆续有些国家发起了象牙合法贸易提案,也再没有获得通过。截至2017年,各国政府已经销毁了近300吨象牙库存。

肯尼亚内罗毕公园中等待被焚烧的105吨象牙。图片:cites.org

肯尼亚内罗毕公园中等待被焚烧的105吨象牙。图片:cites.org

有些经济学家的态度也发生了微妙的变化,项中君说在这项研究之前他曾是合法化的强烈支持者,现在正在重新思考。毕竟这个问题并非一个单纯的经济学问题——瑟卡尔指出合法化路线在鳄鱼保育里起到了良好效果,但大象和鳄鱼有不同的生物学特征,不可能生产足够的象牙彻底淹没黑市。

至少有一点值得安慰的是,此刻的非洲象整体还没有那么危急,很多国家的种群数量还在提升。盗猎虽然可能伤害局部种群、毁灭大象的家庭和社会结构,短期内还不至于导致物种或亚种级的灭绝。

然而,如果在老虎和犀牛上进行这种实验,比如重新允许使用虎骨和犀角制作中药……

那可就是另一回事儿了。

洞穴那么窄,蚂蚁如何防止“堵车”?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

在需要建筑新巢时,蚂蚁们会开始忙碌的挖掘工作:叼起沙土颗粒,把它们一点点运送到地面,从而在土壤中造出通道。

vrain-ant-traffic-1

在向下挖掘时,蚂蚁们制造的通道通常比较狭窄。狭窄的通道能更好地支撑身体,避免在垂直攀爬时打滑,而且用比较少的体力就可以挖得更深。但是,在狭窄的通道里来回往返,这岂不是很容易发生堵塞?当一只工蚁走进洞穴,发现迎面而来的工友挡住了去路,它会怎么办?

今年8月发表在《科学》上的一项研究表示,很多时候这个问题的答案是:当场放弃。

研究者们把火蚁个体用不同的颜色标记,放进透明的容器中,观察它们如何挖洞。结果显示,相当一部分工蚁工作不怎么积极:它们可能压根就不怎么工作,或者在通道里遇到迎面而来的同伴时就立即放弃工作,直接原路退回去给对方让路。

vrain-ant-traffic-2

(具体说来就是图中这样。当向下走的蚂蚁y遇到了下方叼起土壤颗粒往回走的工友z时,y很多时候都会选择直接后退。当然,y这一趟就不会对推进挖掘有任何贡献了。示意图来自原论文)

这种应对方式造成了工作分配的不平均,用研究者的话说,大概30%的蚂蚁干了70%的活儿。但适度的“懒散”和“退缩”对缓解拥堵确实有效,在缺乏指挥的前提下就保持了通道内的通畅。当然,那些干活少的蚂蚁其实并不是真的懒,如果研究者把搬砖最多的几个个体挪走,剩下的蚂蚁就会变活跃,让工程继续推进下去。

总之蚂蚁告诉我们,在空间有限的时候,适当放弃其实效率更高。如果要控制一大群小机器从事挖掘之类的工作,应该也能用到同样的策略。

(不知道这一点能不能应用到分手厨房上……)

原论文:http://science.sciencemag.org/content/361/6403/672

相关报道:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-08/giot-mww080918.php

kxkx-qr

花心还是忠贞?让动物大佬教你做人

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

花心还是忠贞?这是一个问题。在动物们的世界里,一夫一妻、一夫多妻甚至一妻多夫都普遍存在。今天就为大家介绍一下那些一夫一妻的动物们吧。

多情的田鼠

在美国伊利诺伊州的大草原上,到了春天,年轻的草原田鼠(Microtus ochrogaster)就会离开父母,开始组建自己的小家庭。它们的“婚礼”既温柔又狂野,两只田鼠会互相嗅、舔、蹭,并为对方梳毛,还会在一天内交配15-30次。结为配偶之后,它们就会厮守在一起,一起筑巢和照顾孩子。不过,雌鼠也有可能生下其他雄鼠的崽,说明田鼠并不是完全“忠贞”的动物。3/4的田鼠夫妻终生不离不弃,如果一方死去,只有不到20%的田鼠会接受第二任妻子或丈夫。

草原田鼠 | 图片来源:Barbara L. Clauson / kars.ku.edu

草原田鼠 | 图片来源:Barbara L. Clauson / kars.ku.edu

虽然私生活非常浪漫,但草原田鼠也有暴力的一面。在交配后不到一天之内,田鼠会突然变得讨厌“外人”,遇到“家人”以外的同类,就会扑上去攻击。

频繁的交配会让田鼠分泌一些激素,比如催产素和抗利尿激素,这些激素是操纵田鼠爱情的魔药。如果我们给雄鼠注射抗利尿激素,他就会对雌鼠表现得十分亲热,非她不娶,并对其他的田鼠大打出手。如果我们用化学物质阻止抗利尿激素发挥作用,雄性草原田鼠就会变得冷漠无情,感觉不会再爱了。而如果给雌鼠注射催产素,她会变得对雄鼠热情,好像非他不嫁。奇怪的是,催产素并不会使雌性草原田鼠变得暴力,所以雌鼠脾气不好应该另有原因。

一对恩爱的草原田鼠 | 图片来源:pinterest

一对恩爱的草原田鼠 | 图片来源:pinterest

“魔药”让田鼠相爱的根本原因,还是在于它们的脑子。哺乳动物都能分泌催产素和抗利尿激素,但这两种激素在大脑的什么位置发挥作用,因物种而异。草原田鼠和它的亲戚山地田鼠(Microtus montanus),大脑接收催产素和抗利尿激素的位置就不一样,这让它们的行为迥然有别。山地田鼠非常不解风情,雄鼠在交配后立即跑路,就算你给它注射多少激素,也不会让它爱上谁。

换句话说,草原田鼠是天生的“情种”。在哺乳动物里,像它这样一夫一妻制的物种,只占到大约3%。

开后宫?你付得起奶粉钱吗?

一夫一妻制是演化生物学上的一个难题。按理说,一个动物越“花心”,跟越多的异性发生关系,就会留下越多的孩子。雄性动物尤其如此,因为精子比卵子小得多,“便宜”得多,一个雄性动物可以产生许多精子,让许多的雌性受孕。传说摩洛哥阿拉维王朝国王的伊斯梅尔,后宫有500多名妻妾,他有888个孩子。

如果“后宫”可以让动物子嗣兴旺,那么何必非要在一棵树上吊死呢?其实,我们应该反问的是:你觉得随便哪根葱都能搞得起“后宫”吗?

一只雄狮与两只雌狮,一夫多妻的情况在动物界并不少见。图片:Uniqornia / weheartit.com

一只雄狮与两只雌狮,一夫多妻的情况在动物界并不少见。图片:Uniqornia / weheartit.com

有些动物可以一大群往一块儿凑,有的却不行,这里最重要的影响因素是生态条件。比如食物资源非常稀少时,如果动物聚成一群,大家都会因为食物不足而饿死,后宫也就无从谈起了。

而且,当吃饭都成为问题的时候,如果遇到异性同类,你只会担心它和你抢粮食,根本不会往羞羞的方面想。草原田鼠之所以如此多情,可能是因为它们生活在资源匮乏的环境里,每一对田鼠都坚守自己的领地,不许别的田鼠进犯。对内的温馨和对外的暴戾,对田鼠而言,就是一体两面。

一夫一妻制出现的另一个原因是小孩太难养了,对这一点,人类肯定深有体会。不是每个人都像伊斯梅尔那样可以供得起许多小孩的奶粉。如果你的一大堆妻妾生了一大堆孩子,然后通通饿死,“后宫”对你来说也就毫无好处。所以还不如从一而终,一对夫妻共同养育一个或几个孩子。

不出意外的话,大天鹅是一夫一妻的,但如果一方意外死去,另一方大概率会再寻新欢。| 图片来源:Tony Hamblin / www.flpa-images.co.uk

不出意外的话,大天鹅是一夫一妻的,但如果一方意外死去,另一方大概率会再寻新欢。| 图片来源:Tony Hamblin / www.flpa-images.co.uk

在天愿做比翼鸟

这方面最经典的例子正好就是鸟类。“仰视百鸟飞,大小必双翔”,鸟类里的一夫一妻制异常多(超过90%)。雏鸟要在短时间内长大到可以飞行需要大量能量,所以小鸟们通常胃口惊人。我们都看到过春天的鸟妈妈和鸟爸爸在空中来回穿梭,衔来虫子塞进雏鸟的小嘴里,这确实是一项非常辛苦的工作。杂色山雀(Parus varius)的雏鸟每小时要进食五次,由父母合作进行喂食。

杂色山雀在喂食。| 图片来源:threepark.tistory.com

杂色山雀在喂食。| 图片来源:threepark.tistory.com

像人类一样,如果鸟类的“夫妻”能够齐心协力合作,家庭生活也会更加顺利。比如,去年就在一起的三趾鸥(Rissa tridactyla)“老夫老妻”,比今年新结合的“新婚夫妇”产卵更早,养育的小鸟数量也更多。因为“老夫老妻”的合作更有默契,这也许是一些鸟舍不得“原配”的原因。

一对三趾鸥在崖壁上照看自己的孩子。图片来源:T. Müller / wikipedia

一对三趾鸥在崖壁上照看自己的孩子。图片来源:T. Müller / wikipedia

时间是影响一夫一妻制的另一个因素。如果一种动物的繁殖时间非常短暂,比如某些蛙类和海鸟,“脚踩两只船”的可能性就会大大降低。因为大家都在同一时间“谈情说爱”(有点像大学?),当你找到一个配偶的时候,其余的异性早就已经“名花有主”了。

保护欲也可能导致一夫一妻制的产生。和食物一样,配偶本身就是一笔珍惜的资源。现在的基因检测技术,让我们可以给野生动物做“亲子鉴定”,结果发现,许多鸟类的后代里,都有“隔壁老王”的杰作。费心费力把孩子喂大,却发现不是自己的崽,这实在太可怕了。更可怕的是,许多雄性动物都有杀婴行为,当找到一个带着小孩的雌性之后,先把她的小孩杀掉,再与母亲交配。

雄性狮子杀婴,这可以促使雌狮尽快发情。图片:Paul Joynson Hicks、Barcroft / YouTube

雄性狮子杀婴,这可以促使雌狮尽快发情。图片:Paul Joynson Hicks、Barcroft / YouTube

雄性动物可以整天看着配偶,不让绿帽子落到自己头上,但看着老婆是需要时间和精力的,老婆多了,他也负担不起,往往只能紧紧看住眼前的这一个。小巧可爱的犬羚(Madoqua spp.)是少见的一夫一妻制羚羊,雄犬羚不会保护孩子,但对老婆的保护欲却非常强。他总是一步不离地跟在老婆身旁,并在四处留下自己的气味,一方面是为了标志领地,另一方面也是宣告雌犬羚已经“名花有主”了。

柯氏犬羚 Madoqua kirkii,上图为雌性,下图为雄性。图片来源:Yathin S Krishnappa / wikipedia

柯氏犬羚 Madoqua kirkii,上图为雌性,下图为雄性。图片来源:Yathin S Krishnappa / wikipedia

如果爱,就一辈子在一起

最后,如果找到“另一半”的可能性极小,那么就不要指望“天涯何处无芳草”了,这方面最好的例子可能是(雌雄异体的)寄生虫——不会走路,没有眼睛也没有什么脑子,在别人的身体里混沌度日,“谈婚论嫁”肯定非常困难。所以遇到一个配偶之后,它们往往会长相厮守。

某些种类的血吸虫,比如日本血吸虫(Schistosoma japonicum),成熟的雌虫和雄虫终生都会贴在一起。短粗的雄虫身上有一条凹陷,称为“抱雌沟”,他会把细长的雌虫夹住,这样,没手没脚的虫子也可以(不要脸地)拥抱老婆了。

雄性日本血吸虫通过抱雌沟抱住雌性。图片:ruby.fgcu.edu

雄性日本血吸虫通过抱雌沟抱住雌性。图片:ruby.fgcu.edu

血吸虫的远亲,双身虫(Diplozoidae)更为“痴情”。交配之后,雌虫和雄虫的身体会长在一起,变成字母X的形状,终生不能分开。真是上天比翼鸟,在地连理枝啊。

一种双身虫,雌虫和雄虫长成X形。| 图片来源:QM Dos Santos et al. / Journal of Helminthology(2015)

一种双身虫,雌虫和雄虫长成X形。| 图片来源:QM Dos Santos et al. / Journal of Helminthology(2015)

如何做出不会堵住的过滤器?向蝠鲼取取经吧

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

蝠鲼吃饭的样子看起来十分奇特:它们张开巨大的嘴,在海里游来游去。这些看起来有些吓人的大型软骨鱼其实靠滤食维生,海水流进它们的大嘴巴,经过鳃耙的过滤,把小小的浮游生物留下,其余的海水又会从鳃裂流走。

vrain-mobula-filter-1

(蝠鲼滤食。原视频:Oscar Olsson)

对人类而言,过滤也是个十分常见的操作,最简单的思路就是用一张滤网拦住比它孔隙直径大的颗粒。但是这样做却总是伴随着一个烦恼:颗粒容易把滤网会堵住,不得不经常更换或者清洁。

但是每天过滤着海水的蝠鲼看起来却不受堵塞的困扰,它们也并没有什么用来清洁过滤装置的操作。蝠鲼的鳃为什么不会被食物颗粒堵住呢?

为了弄清这个问题,有研究者用3D打印模型和计算机模拟进行了实验。他们选择双吻前口蝠鲼(Manta birostris) 作为参考原型,模仿了它的解剖结构,并通过游泳速度推测了过滤时的流速。这些大家伙过滤食物的装置由一排排平行的结构组成,看起来有点像是倾斜的多米诺骨牌。

vrain-mobula-filter-2

(蝠鲼的滤食结构。图片来源:Misty Paig-Tran)

实验显示,这些过滤结构的工作方式和滤网其实非常不同。滤网应该只能拦住比开口直径大的颗粒,颗粒会容易卡在开口的地方;而蝠鲼的过滤结构却能留下比开口更小的颗粒,而且小颗粒并不会堆积在缝隙的开口处,它们会在这里被“弹开”,继续沿着过滤结构的表面前进(见下方示意图)。结果就是,海水会随着缝隙流走,而食物颗粒则一路向前,进入了蝠鲼的消化道。

vrain-mobula-filter-3

(原视频来源:James Strother)

是什么阻止了小颗粒进入过滤结构的缝隙?当水流遇到过滤结构时,会在开口处产生涡流(见下图),研究者表示这些涡流就是阻止食物颗粒进入缝隙的关键。

vrain-mobula-filter-4

(看到缝隙开口处蓝色的漩涡了吗?原视频:Rachel Gutman)

利用蝠鲼的方法,或许也能设计出更不易堵塞的工业用过滤器,例如用来处理废水中的塑料微粒等等。

原论文:http://advances.sciencemag.org/content/4/9/eaat9533

相关报道:https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/09/how-manta-rays-gill-rakers-filter-water-without-clogging/571324/

kxkx-qr