这个月的主题是:蜂鸟如何嗡嗡叫，大象如何进化出抗癌基因以维持它们的大身体，大猩猩在没有母亲的情况下长大，以及为什么森林砍伐会导致疟疾病例的高峰和低谷……
在这一集里
大猩猩失去母亲会怎么样?
Robyn Morrison，埃克塞特大学
在你还小的时候失去父母，尤其是你的母亲，会对一个人的一生产生深刻的影响。所以显而易见的问题是，其他与我们关系密切的社会物种会发生什么，比如大猩猩。正如克里斯·史密斯所听到的，罗宾·莫里森一直在梳理Dian Fossey大猩猩基金会半个多世纪以来收集的数据……
罗宾:这是研究野生种群的困难之一，对吧?尤其是濒临灭绝的野生种群。你不能自己做任何实验。你必须等待这些事情发生。当然，小大猩猩失去母亲的情况非常罕见。我们使用的数据是50多年来收集的。所以我们花了这么长时间才有了足够大的样本来回答这些问题，当这种罕见的事情发生时，这些大猩猩会发生什么。
克里斯:你的出发点是我们从流行病学，心理学和社会学中了解到，当这种情况发生在人类身上时，它确实会对某些人产生非常深远的影响吗?你是从这个角度来看的吗，大猩猩作为另一种社会物种是相似的吗?
罗宾:是的，没错。在人类中，这很有趣，因为在一些人群中，我们看到了失去母亲的非常非常有害的影响。在其他人群中，我们看到的影响要小得多。我们想做的部分研究是了解为什么会发生这种情况，研究我们最近的亲戚之一，大猩猩。
克里斯:你是如何获得足够的数据来得出统计上可靠的发现的?
罗宾:我在Dian Fossey大猩猩基金会工作，1967年他们开始监测卢旺达的山地大猩猩，从那时起它们就一直在那里。因此，这是一个非常令人难以置信的数据集，由数百名不同的研究人员和实地工作人员贡献。所以这是所有真正长期的数据，这是我们能真正回答这些问题的唯一方法。
克里斯-那结果的衡量标准是什么?
罗宾:所以我们发现，就健康而言，我们看不出幼猩猩失去母亲有什么不利影响。所以我们研究了两岁以上，不到八岁的大猩猩，所以八岁是它们第一次被归类为成年的时候。我们发现它们同样有可能存活下来，它们同样有可能繁殖。所以我们观察了雌性，发现它们实际上繁殖的时间要早一些，大约早六个月它们就有了第一个后代。所以他们似乎在生活中都很成功。它们不仅存活下来，而且还在繁殖后代，为大猩猩的下一代做出贡献。
克里斯:嗯，这与我以为你会说的结果背道而驰，你会说这和其他灵长类动物一样，如果你失去了母亲，就会有一场大灾难。当这种事发生在他们身上时，你怎么能认为他们做得这么好?
Robyn:是的，这是一个非常好的问题，因为我们确实看到这确实是个问题，尤其是在黑猩猩身上，它们与大猩猩的关系非常密切。我认为部分原因是大猩猩具有非常紧密的社会结构，对吧?它们生活在这些群体中，通常是12只左右，但它们会一起行动。它们一起进食，晚上一起筑巢，它们总是在一个非常有凝聚力的社会群体中。因此，我们研究的一部分是“当他们失去母亲时，他们的社会关系是如何变化的?”我们发现他们实际上更好地融入了团队。他们与其他人的关系更密切。他们是真正的中心。它们与占统治地位的雄性有着牢固的关系。当我们与其他灵长类动物进行比较时，其他年轻的灵长类动物面临的问题是，当他们失去母亲时，他们实际上在努力成为这个社会群体的一员。 So they struggled to get kind of access to food, access to mates, all of those sorts of things.
克里斯:是群体意识到这个个体因为失去了母亲而变得脆弱，还是个体因为失去了母亲而知道自己很脆弱，从而对群体表现出不同的行为?还是两者兼而有之?
罗宾:这是一个很好的问题，我们实际上不知道。所以从我们的数据中，我们可以看到这些关系确实在加强，但我们还没有弄清楚是谁导致了这种变化。是年轻的大猩猩在寻求与其他个体进行更多的社会互动还是所有的群体成员都注意到了这些变化并做出了回应?我认为这是一个非常有趣的问题。我们特别发现，与占统治地位的雄性的关系最强。因此，了解是谁在推动这一点，是谁在加强这种关系，将是一件非常有趣的事情。我认为这是这项研究的下一步。
Chris -鉴于你在这些大猩猩身上看到了这一点，这是否说明这是一种进化特征，因为我们看到，人类也很成功，因为我们非常擅长重新配置群体，并在脆弱的时候打开一个缺口，让别人进入?听起来大猩猩也在做同样的事情，这表明这是我们与生俱来的行为
Robyn:有可能，是的。我认为这似乎是一个非常成功的策略，对吧?如果存在失去某些个体的风险，拥有这个有凝聚力的社会群体确实是有益的，对吧?因为你有其他的社会关系可以求助于它，在极端情况下，你知道，发生了非常糟糕的事情，你失去了一个非常重要的社会联系。我不知道这是不是最好的策略。我怀疑，在不同的生态系统，不同的环境，不同的物种中有不同的策略是有益的，对吧?所以每个物种都在进化过程中找到了自己的最佳方式，但我们似乎并没有在黑猩猩身上看到这一点。这是我们的另一个近亲。所以这有点复杂。这些行为是什么时候进化出来的还不确定。 Maybe it's evolved kind of separately in humans and gorillas. Maybe it evolved kind of before we split from each other. There's some really interesting research in Bonobos as well. There's quite a lot of evidence of adoption and even adoption of individuals outside their own social group.
蜂鸟是怎么嗡嗡叫的?
David Lentink，格罗宁根大学
蜂鸟之所以如此命名，是因为它们在空中盘旋时快速拍打翅膀，每秒可达80次。现在，在高速摄像机、极其灵敏的力探测器和大量麦克风的帮助下，导致蜂鸟嗡嗡叫的物理机制已经被解开。伊娃·希金波坦从大卫·伦廷克那里听说……
大卫:我们很好奇蜂鸟是怎么嗡嗡叫的。所以当你看到蜂鸟飞过一朵花时，你会听到这种特有的嗡嗡声，我们很好奇是什么引起的。所以我们开发了一种特殊的测量装置用了2000多个麦克风这样我们就能以3D的方式记录声场并真正弄清楚它来自哪里，它的起源是什么。
伊娃:你是怎么搞到2000个麦克风的?这是不是像一个3d体育场，你把一只蜂鸟放进去，然后让它发出声音?
大卫-我喜欢这个比较。它有点像体育场。我们开发了一种特殊的飞行室，并与荷兰一家名为Sorama的公司合作，该公司开发了这些麦克风。于是邀请CEO来到我工作的加州，当时我们在斯坦福大学做这个研究，为了一些咖啡和有趣的实验，我们会用这些麦克风录下嗡嗡的声音。这就是它真正起飞的地方。最关键的是，我们并没有停止录音，我们还记录了蜂鸟盘旋时产生的力量。我说的力指的是使它们能够停留在高空的空气动力，所以升力，还有阻力，它们必须克服这些阻力才能产生升力，使它们的身体重量上升到空中，使它们能够完美地盘旋在花的前面。这也是我们第一次测量这些力。然后我们展示了这些力在翅膀来回拍打时的波动，这些很好地预测了声场，我们听到的嗡嗡声。
伊娃:哇。所以你发现你可以，通过测量力，你可以预测你将从另一端发出什么样的声音?
大卫:是的，这是关键。为了预测这一点，我们实际上使用了一个数学模型。声学的奇妙之处在于它基本上只受牛顿运动定律的支配，但对于流体来说，对吧?对于空气。当然，这不是超级简单，但它是可控的。所以我们有了这个数学方程，它可以根据基本原理预测力是如何产生声音的，以及声场是什么样的。然后我们将其与我们的录音进行比较，结果吻合。
伊娃:我想知道的一件事是，你是怎么把蜂鸟留在你的实验装置里的?你不能让它嗡嗡叫，我想，它会做它想做的事!
大卫:是的。我们更喜欢动物做他们想做的事!但工作的方式是，你给它们提供一个可以栖息的小树枝，你给它们提供一个人造花，里面有它们知道如何找到的无限量的糖水，然后它们就会每10分钟飞来一次。当它们飞过的时候，我们已经可以，通过声学麦克风，看到它飞到哪里去了。因为如果你有大约2000个麦克风，你基本上有一个声学相机。你可以看到声音是从哪里来的。所以我们可以在电脑屏幕上看到蜂鸟是如何飞行的，因为它的声音是如何在太空中传播的。然后基本上它在花的前面盘旋，然后我们开始录音。我们有超过2000个麦克风，还有多个高速摄像头，跟踪摄像头。所以我们很清楚蜂鸟在做什么。
伊娃-你是如何测量蜂鸟翅膀产生的力的?因为这可能不是一个非常高的力量。
大卫:是的，这是一个很好的问题。我们所做的是，我们有一个地板，还有天花板和所有的侧壁都安装了一个很大的碳纤维板。它与四个传感器相连，这些传感器可以快速记录力。通过结合蜂鸟在蜂鸟下面，在蜂鸟上面，在两侧，前面和后面施加的压力，通过结合所有这些，我们就得到了它在翅膀拍击中产生的合力，和翅膀拍击分解的合力。这是我们第一次有一个可以在三维中测量这些力的装置。我们确信它能起作用的原因是因为我们能够指出力是源，这很容易理解。所以羽毛摩擦不是最重要的，产生的湍流也不是最重要的。不是羽毛在鸣叫什么的。我们发现实际上只是翅膀前后移动改变了空间中空气动力的方向从而产生了声波，也就是压力波，这就产生了我们听到的嗡嗡声。所以你能做的是，如果你知道动物在飞行中产生的力，你就能预测它发出的声音。 And that's really the exciting part that we got out, we now have this really elegant model that can explain where wing sounds are coming from in flying animals.
Eva:你认为它会被用于哪些应用?
大卫:这个数学模型的奇妙之处在于，我们真的是为一个非常复杂的机翼设计了这个模型。与飞机或无人机的翅膀相比，鸟类的翅膀很精致，但所有这些翅膀都会产生噪音。这个模型很酷的地方在于它能很好地预测蜂鸟翅膀的噪音蜂鸟翅膀的运动非常复杂，产生非常复杂的力。现在我们有了一个可以更普遍应用的模型。如果我们想让无人机更安静，或者风扇更安静，或者任何旋转产生力的东西，你也可以考虑风力涡轮机。所以你现在可以想象的是，我们可以设计翅膀，使其在力量上有适当的波动，这样它们的声音，或者嗡嗡声，就会更令人愉快。我认为，这就是让我们的环境，我们自己的环境，变得更宜人的未来。我们设计我们使用的产品和系统的声音，而不是仅仅接受它们发出的声音，这样我们就能享受到更多令人愉快的声音，比如蜂鸟的嗡嗡声。
大象家族是如何远离癌症的
文森特·林奇，布法罗大学
几年前，我们在这里的节目中采访了文森特·林奇。他解决了“皮托悖论”——一个明显的矛盾，尽管大象的身体很大，因此有更多的细胞可以变成恶性肿瘤，但实际上大象的癌症水平非常低。他报告说，它们是通过增加一种叫做p53的保护性基因的拷贝来杀死癌细胞的。现在，他扩大了最初研究的范围，既要在整个大象基因组中寻找其他抗癌基因，也要考虑大象家族的其他成员，正如他告诉克里斯·史密斯的那样……
文森特:在之前的一项研究中，我们已经证明大象有一堆额外的p53基因拷贝，这是一种主要的肿瘤抑制因子。它的工作是绕过你所有的细胞，当它感觉到这些细胞可能会引发癌症时，就会让这些细胞杀死自己。我们认为这可能与大象能够进化出这么大的体型和这么长的寿命有关。我们这次做的是说，好吧，而不是专注于一个基因p53，当我们观察基因组中的所有基因时会发生什么?基因组包含20 - 22000个基因。我们来看看所有的。事实证明，大象有很多额外的基因拷贝，它们的功能是监视细胞中与最终演变成癌症相关的各种损伤，要么处理这种损伤，要么导致细胞自杀。因此，看起来大象进化出如此庞大的身体和长寿的方式之一就是拥有大量这些抗肿瘤基因的额外拷贝。
克里斯:大象当然是和大象相似的动物家族的一员，但它们并不都是巨大的。所以如果我们观察同一群动物中的小型动物，它们是否也有这种大规模的扩张，还是只有大象作为大型动物才有这种扩张?
文森特:现存的大象体型很大，而已经灭绝的大象，比如猛犸象和乳齿象，体型更大。所以这个谱系包括很多大型动物。但它们现存的近亲都非常小，比如海牛和土拨鼠大小的土拨鼠，还有一大堆非常小的动物——大约中等大小的狗或老鼠。当我们观察它们的DNA时，我们看到了相似的东西，它们都有这些抗肿瘤基因的额外拷贝。只是大象和它们的近亲相比有很多额外的拷贝。
克里斯-所以这说明，尽管所有这些动物都有一个共同的祖先而那个共同的祖先有很多这些基因的拷贝，但在进化成体型非常非常大的动物，比如大象或更大的动物的过程中存在着非常强的选择，需要更多的拷贝来维持体型?
文森特-对，没错。所以看起来在这一群动物中，有一种获得额外抗癌基因副本的趋势，但是随着大象进化出更大的身体，有一些额外的选择可能需要它们拥有更多额外的抗癌基因副本。这就是我们在观察它们的基因组时所看到的。
克里斯:有趣的是这些动物的繁殖年龄，因为大象确实受益于这些额外的基因拷贝，它们可能会繁殖，不是吗?那么，是不是因为它们生活在大家庭中，所以它们成功地集中了这些基因，并选择了有益的影响呢?
文森特-是的。所以这实际上是一个非常非常有挑战性的问题。所以我们现在能做的就是比较所有现存动物的DNA，比如大象，有几种不同种类的大象，和它们所有近亲的DNA，然后说，好吧，它们有多少这种抗癌基因?显然大象有更多。但要确定因果关系的方向——是不是它们得到了所有这些额外的基因，从而使它们变得越来越大，形成了大家庭，活得很长?还是反过来了?是不是有某种选择让大象变大，有大家庭，推迟繁殖，这就要求它们进化出一些动力机制来做到这一点?我们称之为因果关系的方向。我们真的不知道，但是所有与体型相关的事情，比如寿命长，生育延迟，直到你变老，在大象中，它们生活在这些大家庭中，女族长对如何开发土地上的资源有很多知识。所有这些因素加在一起可能意味着大象为了活得更久而进行了更多的选择，这意味着你需要遗传机制来允许这种情况发生。
克里斯-你认为癌症会成为这些动物的主要问题吗?因为似乎有点令人惊讶的是，只有这些基因，那些抗癌基因，会被富集。当然，随着年龄的增长，他们还会遇到其他问题。我的意思是，例如，一个老人因心脏病和中风而鼓掌。大象不也是这样屈服的吗?
文森特-是的，所以我不知道中风。你很难向大象提出你中风时被问到的问题。所以我们对脑血管疾病了解不多。但他们最终会得很多冠状动脉疾病，所以很多我们认为与人类和其他动物衰老有关的疾病。所以它们和人类一样，会患上同样的老年疾病。但至少在癌症方面，他们得到的较少。
克里斯:所以换句话说，因为它们太大了，它们会有不成比例的癌症风险，因为它们有所有可能癌变的细胞。所以会有非常大的选择压力来抵御它。
文森特-对，没错。所以如果你可以想象如果你观察所有这些不同动物的细胞，它们都有相同的概率从一个正常的，健康的细胞变成一个患病的癌细胞，那么大的东西比小的东西有更多的细胞应该有更多的癌症。所以这意味着，因为它们没有，它们一定进化出了非常非常有效的减少癌症的方法。但这并不意味着他们不会得其他老年疾病。
亚洲的森林砍伐和疟疾
弗朗索瓦·雷罗尔，加州大学旧金山分校
当我们想到疟疾时，我们通常会立即想到蚊子，它们当然是传播这种疾病的罪魁祸首。我们可能经常没有想到的是，在疟疾流行的地区，人们在做什么，以及这些人类活动如何以可能影响疟疾传播的方式改变环境。考虑到正在发生的大规模城市化，特别是在热带地区，了解人类行为如何影响疾病发病率对于有效的公共卫生战略至关重要。克里斯·史密斯听说，加州大学旧金山分校的弗朗索瓦·雷罗尔一直在研究森林砍伐对老挝人民民主共和国疟疾发病率的影响。
弗朗索瓦:这是有联系的，因为疟疾是由蚊子传播的，蚊子可能喜欢森林环境。所以森林里发生的事情可能会改变那些蚊子的情况，因此可能会改变疾病的发展，疟疾的发展。
克里斯:我们是否有证据表明，当人们探索这类问题时，世界其他地方发生了什么?
弗朗索瓦-是的，事实上，这是这项研究的动机之一。这是一个研究问题，在亚马逊得到了很好的研究。所以这个地区和我们感兴趣的老挝周边地区有一些相似之处。
克里斯:当人们在亚马逊地区寻找的时候，他们发现了什么?疟疾病例和森林砍伐之间的关系是什么?
弗朗索瓦:他们导致了边疆疟疾的故事，森林砍伐被认为在短期内会增加疟疾发病率，但从长远来看，它被认为会减少疟疾发病率。
克里斯-为什么呢?
弗朗索瓦:短期内会发生什么?当森林砍伐开始时，它需要人类进入森林，而这些人会暴露在蚊子面前。但从长远来看，森林砍伐可能会对蚊子数量产生巨大影响，你知道，在一个极端情况下，你可以想象没有蚊子了，所以没有疟疾了。
克里斯:这是你在亚洲做类似研究时的发现吗?
弗朗索瓦:所以我们确实发现了一些类似的结果，在森林砍伐之后，疟疾发病率也有短期的上升和长期的下降，但我们发现了一个不同的时间关系，从短期上升到长期下降的转变时间要短得多。在亚洲，这是在两到三年之后发生的，而亚马逊在六到八年左右才出现拐点。
克里斯:那你到底是怎么做这个研究的?你真的派人到地面上去了吗还是你得到了所有的数据?
弗朗索瓦-两者都有一点。我们正在进行一些大型研究，我参与了该研究的数据收集。所以我去了那里，穿上靴子，但确实，那个特定项目的大部分数据都是由内政部提供给我们的。每个接受疟疾检测的人都被记录在登记处，数据被提供给我们。
克里斯:所以你可以把谁在何时何地感染了疟疾，并将其与当地的森林砍伐率叠加起来，看看两者之间的模式是什么?
弗朗索瓦-没错。我们就是这样回答这个研究问题的。
克里斯:你如何解释你在亚洲看到的与亚马逊地区最初记录的不同的时间关系?
弗朗索瓦:所以在亚马逊，人类的过程肯定是非常不同的。从60年代开始，森林的殖民化越来越深，非土著人口在森林里越来越深。而在东南亚，我们正在研究的人口或土著人口一直生活在森林边缘地区虽然不是永远，但很长一段时间。
克里斯-但这怎么解释为什么亚马逊比亚洲需要更长的时间呢?
弗朗索瓦-我不太确定。这可能与这些人可能已经形成的免疫力有关，因为在长期与蚊子和疟疾打交道的人群中，你可能会发现一些获得性免疫力。因此，这肯定会对该地区的疟疾传播产生不同的影响。
克里斯:距离也是一个因素吗?因为如果一小群人住在一个地方，当地发生了森林砍伐，但他们会到更远的地方去开发森林，那么你会看到一个非常不同的动态，而不是大规模的森林砍伐，同时也有大量的人口。这可能就是这两个地方的区别?
弗朗索瓦-是的，可能是吧。实际上，这是我们试图说明的一点，因为尽管我们回答的研究问题是关于森林砍伐和疟疾之间的联系，但我们真正感兴趣的是，像你说的，从事森林砍伐活动的人口的影响是什么。这类人群，这一人群亚群，被认为对该地区的传播具有关键影响。所以我们改变了空间尺度，我们看到森林砍伐发生在离村庄越来越远的地方。例如，我们在距离村庄30公里的地方发现了撞击，但不是在村庄附近，比如在1公里或10公里内。对我们来说，这表明人口中有一小群人在离村庄至少30公里的森林里做了一些事情，这就把疟疾感染带回了村庄。
克里斯:如果你现在有了这些数据，这些数据的粒度更细了，你有了地理位置来叠加这种关系，这是否能告诉我们应该如何处理人们可以或不允许探索森林的地方?以及我们如何部署资源，预测哪里的疟疾发病率会因为人们的活动而大幅上升?
弗朗索瓦:是的，所以研究结果支持了这一人群重要性的证据。所以他们支持任何政策，你知道，将资源和努力用于这群森林居民。这是非常重要的，因为国家控制项目已经为自己设定了一个目标，到2030年在该地区消除疟疾，将他们的资源和努力集中在这一关键人群上，可能会使工作更有效率。
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