一些昆蟲(chóng)能排泄化學(xué)物質(zhì)擊潰“敵人”。人類有時(shí)能聞到它們，乃至看到它們，可是很難幻想可以聽(tīng)見(jiàn)這些物質(zhì)。
近日，研究人員初次提出了一種了解單一及混合昆蟲(chóng)排泄化學(xué)物生物活性的新辦法，即經(jīng)過(guò)一個(gè)聲化進(jìn)程將昆蟲(chóng)排泄物的化學(xué)信號(hào)建模為聽(tīng)覺(jué)信號(hào)。換句話說(shuō)，他們將排泄物的化學(xué)成分轉(zhuǎn)換成了可以聽(tīng)到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關(guān)論文刊登于《模式》。
聽(tīng)見(jiàn)排泄物
葉蜂幼蟲(chóng)能排泄揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來(lái)，研究人員經(jīng)過(guò)安排獵物和捕食者評(píng)估這些防御辦法的有效性，即所謂的生物測(cè)驗(yàn)。但僅運(yùn)用生物測(cè)驗(yàn)很難量化雜亂混合物的生物活性——如昆蟲(chóng)開(kāi)釋的揮發(fā)性防御排泄物，以及單一化合物對(duì)混合物驅(qū)避性的影響。
“生物測(cè)驗(yàn)本身或許很困難，例如，人們難以采集到滿足的獵物和/或捕食者?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、比利時(shí)皇家自然科學(xué)研究所昆蟲(chóng)學(xué)家Jean-Luc Boevé在承受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。
2009年4月，Boevé初次提出了將揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聲響的主意。
“一些小分子，比方醋中含有的醋酸或一些螞蟻開(kāi)釋的刺激性甲酸，非常易揮發(fā)，并能迅速擴(kuò)散到空氣中?！盉oevé說(shuō)，“所以，我以為有或許將揮發(fā)性轉(zhuǎn)化為相應(yīng)凹凸的音調(diào)，以及將其他化學(xué)特征轉(zhuǎn)化為聲響特征?！?/span>
實(shí)際上，化學(xué)物質(zhì)能經(jīng)過(guò)一種名為聲化的進(jìn)程轉(zhuǎn)化成聲響。每個(gè)分子的重要特征，比方它的分子量和官能團(tuán)，都可以被映射到聲響的不同參數(shù)上，比方音高、持續(xù)時(shí)刻和音色。
“咱們挑選將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聽(tīng)覺(jué)信號(hào)的一個(gè)首要原因是，這兩種信號(hào)都是隨著時(shí)刻的推移而進(jìn)化的，例如聞到的氣味和聽(tīng)到的聲響，這兩種感知從開(kāi)始到完畢一般都隨時(shí)刻而改變?！盉oevé說(shuō)。
螞蟻啥感受
Boevé和布魯塞爾工業(yè)研究所信息工程師Rudi Giot將這些化學(xué)信息輸入到一個(gè)合成器中，后者會(huì)為每個(gè)分子制造聲響，然后這些聲響會(huì)在不同的音量水平上被混合，終究錄下昆蟲(chóng)防御性排泄物的“聲響”。
“化學(xué)信號(hào)介導(dǎo)了昆蟲(chóng)首要的生態(tài)彼此作用。為了在不同感知中表征化學(xué)數(shù)據(jù)，咱們?cè)诜重愃缴匣旌狭宿D(zhuǎn)化后的聲響信號(hào)，以反映這些化學(xué)物在不同物種的特定排泄物中的相對(duì)濃度。”Giot說(shuō)。
那么，這些聲響能很好地代表排泄物嗎？怎么判別？
“咱們的首要目標(biāo)就是回答這兩個(gè)問(wèn)題。最初，咱們假定聽(tīng)到的聲響可以代表?yè)]發(fā)物，這一假定得到了刺激傳播時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬的支撐?！盉oevé說(shuō)。
之后，研究人員經(jīng)過(guò)生物檢測(cè)，對(duì)比了人類聽(tīng)眾與捕食者（這里是螞蟻）對(duì)這些防御性揮發(fā)物的反響，進(jìn)而驗(yàn)證了這一假定。統(tǒng)計(jì)分析表明，螞蟻對(duì)揮發(fā)物的反響與人類對(duì)相應(yīng)聲響的反響類似。
他們還量化了這些聲響使人類感到不愉快的程度——丈量受試者與揚(yáng)聲器有多遠(yuǎn)才能到達(dá)“舒適間隔”。他們表明，在大約50名參與者中，有一部分人將這些聲響描述為不愉快乃至令人恐懼的聲響，可以與恐怖或科幻電影中的背景音樂(lè)片段相媲美。
“聲化使咱們可以經(jīng)過(guò)聽(tīng)到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經(jīng)過(guò)丈量聲響強(qiáng)度量化這種知道?！盉oevé說(shuō)。
這項(xiàng)研究還利用了這樣一個(gè)事實(shí)：人腦處理信息的辦法因信息感知器官的不同而異。Giot說(shuō)：“一般，聲化進(jìn)程用于檢測(cè)大數(shù)據(jù)集的特定元素。例如地震數(shù)據(jù)中記載的地震，或者互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流中的網(wǎng)絡(luò)黑客行為?！?/span>
用聲響感知
實(shí)際上，為了了解一個(gè)雜亂現(xiàn)象，聲學(xué)經(jīng)常被用來(lái)連接兩個(gè)不相關(guān)的領(lǐng)域。除了昆蟲(chóng)排泄物，細(xì)胞、病毒、輻射、天體乃至“上帝粒子”等都能有自己共同的聲響。
聲化技能的運(yùn)用可以追溯到1908年乃至更早——德國(guó)物理學(xué)家蓋革當(dāng)時(shí)規(guī)劃并制成了一臺(tái)α粒子計(jì)數(shù)器。輻射使計(jì)數(shù)器中的氣體電離會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，從而宣布連續(xù)不斷的咔嗒聲。該設(shè)備至今仍是核物理學(xué)和粒子物理學(xué)不可短少的探測(cè)器，是實(shí)驗(yàn)室中敏銳的“眼睛”。
新冠肺炎疫情期間，新冠病毒刺突蛋白結(jié)構(gòu)也被轉(zhuǎn)譯成音樂(lè)。美國(guó)麻省理工學(xué)院的Markus J. Buehler相同運(yùn)用聲化技能，給每個(gè)氨基酸分配一個(gè)共同的音階音符，從而把整個(gè)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換成開(kāi)始的樂(lè)譜。編鐘聲、撥弦聲、長(zhǎng)笛聲代表了刺突蛋白質(zhì)的不同方面。研究人員以為，這種辦法比傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)研究辦法（如分子建模）更快、更直觀，可以幫助科學(xué)家更容易找到抗體或藥物或許結(jié)合的蛋白質(zhì)位點(diǎn)——只需查找與這些位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特定音樂(lè)序列。
高能物理學(xué)家Piotr Traczyk為了紀(jì)念歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進(jìn)程中的兩張首要數(shù)據(jù)圖，將其中一張圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為音符，終究譜寫(xiě)出一首希格斯玻色子重金屬搖滾樂(lè)。
另一方面，聲響也能“發(fā)明”全新蛋白質(zhì)。Buehler團(tuán)隊(duì)將蛋白質(zhì)的雜亂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成樂(lè)譜，隨后給電腦一個(gè)序列，人工智能體系就能規(guī)劃出一種在自然界中從未有過(guò)的蛋白質(zhì)。相關(guān)論文刊登于《APL生物工程》。Buehler 表明，這樣一種辦法為制造全新的生物材料鋪平了路途。
不過(guò)，關(guān)于昆蟲(chóng)排泄物研究而言，聲化技能還存在限制。該技能僅限于對(duì)利己素的研究，或許在諸如信息素的研究中沒(méi)有用途?！靶畔⑺刈饔糜谕环N個(gè)體之間，利己素作用于物種之間。信息素在進(jìn)化進(jìn)程中被精細(xì)地調(diào)節(jié)以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學(xué)視點(diǎn)來(lái)看，信息素一般比異種激素混合物簡(jiǎn)略得多——包括的化合物更少。”Boevé說(shuō)。
目前，研究人員正持續(xù)研究其他大型化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)集，以開(kāi)發(fā)揮發(fā)性物質(zhì)聲化創(chuàng)新辦法。Boevé希望新辦法能與現(xiàn)有的揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)驗(yàn)技能彼此補(bǔ)充，特別是在昆蟲(chóng)較少的季節(jié)或難以獲取滿足排泄物的情況下。
聲明：轉(zhuǎn)載此圖文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
近日，研究人員初次提出了一種了解單一及混合昆蟲(chóng)排泄化學(xué)物生物活性的新辦法，即經(jīng)過(guò)一個(gè)聲化進(jìn)程將昆蟲(chóng)排泄物的化學(xué)信號(hào)建模為聽(tīng)覺(jué)信號(hào)。換句話說(shuō)，他們將排泄物的化學(xué)成分轉(zhuǎn)換成了可以聽(tīng)到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關(guān)論文刊登于《模式》。
聽(tīng)見(jiàn)排泄物
葉蜂幼蟲(chóng)能排泄揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來(lái)，研究人員經(jīng)過(guò)安排獵物和捕食者評(píng)估這些防御辦法的有效性，即所謂的生物測(cè)驗(yàn)。但僅運(yùn)用生物測(cè)驗(yàn)很難量化雜亂混合物的生物活性——如昆蟲(chóng)開(kāi)釋的揮發(fā)性防御排泄物，以及單一化合物對(duì)混合物驅(qū)避性的影響。
“生物測(cè)驗(yàn)本身或許很困難，例如，人們難以采集到滿足的獵物和/或捕食者?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、比利時(shí)皇家自然科學(xué)研究所昆蟲(chóng)學(xué)家Jean-Luc Boevé在承受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。
2009年4月，Boevé初次提出了將揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聲響的主意。
“一些小分子，比方醋中含有的醋酸或一些螞蟻開(kāi)釋的刺激性甲酸，非常易揮發(fā)，并能迅速擴(kuò)散到空氣中?！盉oevé說(shuō)，“所以，我以為有或許將揮發(fā)性轉(zhuǎn)化為相應(yīng)凹凸的音調(diào)，以及將其他化學(xué)特征轉(zhuǎn)化為聲響特征?！?/span>
實(shí)際上，化學(xué)物質(zhì)能經(jīng)過(guò)一種名為聲化的進(jìn)程轉(zhuǎn)化成聲響。每個(gè)分子的重要特征，比方它的分子量和官能團(tuán)，都可以被映射到聲響的不同參數(shù)上，比方音高、持續(xù)時(shí)刻和音色。
“咱們挑選將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聽(tīng)覺(jué)信號(hào)的一個(gè)首要原因是，這兩種信號(hào)都是隨著時(shí)刻的推移而進(jìn)化的，例如聞到的氣味和聽(tīng)到的聲響，這兩種感知從開(kāi)始到完畢一般都隨時(shí)刻而改變?！盉oevé說(shuō)。
螞蟻啥感受
Boevé和布魯塞爾工業(yè)研究所信息工程師Rudi Giot將這些化學(xué)信息輸入到一個(gè)合成器中，后者會(huì)為每個(gè)分子制造聲響，然后這些聲響會(huì)在不同的音量水平上被混合，終究錄下昆蟲(chóng)防御性排泄物的“聲響”。
“化學(xué)信號(hào)介導(dǎo)了昆蟲(chóng)首要的生態(tài)彼此作用。為了在不同感知中表征化學(xué)數(shù)據(jù)，咱們?cè)诜重愃缴匣旌狭宿D(zhuǎn)化后的聲響信號(hào)，以反映這些化學(xué)物在不同物種的特定排泄物中的相對(duì)濃度。”Giot說(shuō)。
那么，這些聲響能很好地代表排泄物嗎？怎么判別？
“咱們的首要目標(biāo)就是回答這兩個(gè)問(wèn)題。最初，咱們假定聽(tīng)到的聲響可以代表?yè)]發(fā)物，這一假定得到了刺激傳播時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬的支撐?！盉oevé說(shuō)。
之后，研究人員經(jīng)過(guò)生物檢測(cè)，對(duì)比了人類聽(tīng)眾與捕食者（這里是螞蟻）對(duì)這些防御性揮發(fā)物的反響，進(jìn)而驗(yàn)證了這一假定。統(tǒng)計(jì)分析表明，螞蟻對(duì)揮發(fā)物的反響與人類對(duì)相應(yīng)聲響的反響類似。
他們還量化了這些聲響使人類感到不愉快的程度——丈量受試者與揚(yáng)聲器有多遠(yuǎn)才能到達(dá)“舒適間隔”。他們表明，在大約50名參與者中，有一部分人將這些聲響描述為不愉快乃至令人恐懼的聲響，可以與恐怖或科幻電影中的背景音樂(lè)片段相媲美。
“聲化使咱們可以經(jīng)過(guò)聽(tīng)到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經(jīng)過(guò)丈量聲響強(qiáng)度量化這種知道?！盉oevé說(shuō)。
這項(xiàng)研究還利用了這樣一個(gè)事實(shí)：人腦處理信息的辦法因信息感知器官的不同而異。Giot說(shuō)：“一般，聲化進(jìn)程用于檢測(cè)大數(shù)據(jù)集的特定元素。例如地震數(shù)據(jù)中記載的地震，或者互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流中的網(wǎng)絡(luò)黑客行為?！?/span>
用聲響感知
實(shí)際上，為了了解一個(gè)雜亂現(xiàn)象，聲學(xué)經(jīng)常被用來(lái)連接兩個(gè)不相關(guān)的領(lǐng)域。除了昆蟲(chóng)排泄物，細(xì)胞、病毒、輻射、天體乃至“上帝粒子”等都能有自己共同的聲響。
聲化技能的運(yùn)用可以追溯到1908年乃至更早——德國(guó)物理學(xué)家蓋革當(dāng)時(shí)規(guī)劃并制成了一臺(tái)α粒子計(jì)數(shù)器。輻射使計(jì)數(shù)器中的氣體電離會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，從而宣布連續(xù)不斷的咔嗒聲。該設(shè)備至今仍是核物理學(xué)和粒子物理學(xué)不可短少的探測(cè)器，是實(shí)驗(yàn)室中敏銳的“眼睛”。
新冠肺炎疫情期間，新冠病毒刺突蛋白結(jié)構(gòu)也被轉(zhuǎn)譯成音樂(lè)。美國(guó)麻省理工學(xué)院的Markus J. Buehler相同運(yùn)用聲化技能，給每個(gè)氨基酸分配一個(gè)共同的音階音符，從而把整個(gè)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換成開(kāi)始的樂(lè)譜。編鐘聲、撥弦聲、長(zhǎng)笛聲代表了刺突蛋白質(zhì)的不同方面。研究人員以為，這種辦法比傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)研究辦法（如分子建模）更快、更直觀，可以幫助科學(xué)家更容易找到抗體或藥物或許結(jié)合的蛋白質(zhì)位點(diǎn)——只需查找與這些位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特定音樂(lè)序列。
高能物理學(xué)家Piotr Traczyk為了紀(jì)念歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進(jìn)程中的兩張首要數(shù)據(jù)圖，將其中一張圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為音符，終究譜寫(xiě)出一首希格斯玻色子重金屬搖滾樂(lè)。
另一方面，聲響也能“發(fā)明”全新蛋白質(zhì)。Buehler團(tuán)隊(duì)將蛋白質(zhì)的雜亂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成樂(lè)譜，隨后給電腦一個(gè)序列，人工智能體系就能規(guī)劃出一種在自然界中從未有過(guò)的蛋白質(zhì)。相關(guān)論文刊登于《APL生物工程》。Buehler 表明，這樣一種辦法為制造全新的生物材料鋪平了路途。
不過(guò)，關(guān)于昆蟲(chóng)排泄物研究而言，聲化技能還存在限制。該技能僅限于對(duì)利己素的研究，或許在諸如信息素的研究中沒(méi)有用途?！靶畔⑺刈饔糜谕环N個(gè)體之間，利己素作用于物種之間。信息素在進(jìn)化進(jìn)程中被精細(xì)地調(diào)節(jié)以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學(xué)視點(diǎn)來(lái)看，信息素一般比異種激素混合物簡(jiǎn)略得多——包括的化合物更少。”Boevé說(shuō)。
目前，研究人員正持續(xù)研究其他大型化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)集，以開(kāi)發(fā)揮發(fā)性物質(zhì)聲化創(chuàng)新辦法。Boevé希望新辦法能與現(xiàn)有的揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)驗(yàn)技能彼此補(bǔ)充，特別是在昆蟲(chóng)較少的季節(jié)或難以獲取滿足排泄物的情況下。
聲明：轉(zhuǎn)載此圖文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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