一些昆蟲能排泄化學(xué)物質(zhì)擊潰“敵人”。人類有時能聞到它們，乃至看到它們，可是很難幻想可以聽見這些物質(zhì)。
近日，研究人員初次提出了一種了解單一及混合昆蟲排泄化學(xué)物生物活性的新辦法，即經(jīng)過一個聲化進程將昆蟲排泄物的化學(xué)信號建模為聽覺信號。換句話說，他們將排泄物的化學(xué)成分轉(zhuǎn)換成了可以聽到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關(guān)論文刊登于《模式》。
聽見排泄物
葉蜂幼蟲能排泄揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來，研究人員經(jīng)過安排獵物和捕食者評估這些防御辦法的有效性，即所謂的生物測驗。但僅運用生物測驗很難量化雜亂混合物的生物活性——如昆蟲開釋的揮發(fā)性防御排泄物，以及單一化合物對混合物驅(qū)避性的影響。
“生物測驗本身或許很困難，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?、比利時皇家自然科學(xué)研究所昆蟲學(xué)家Jean-Luc Boevé在承受《中國科學(xué)報》采訪時說。
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釋的刺激性甲酸，非常易揮發(fā)，并能迅速擴散到空氣中?！盉oevé說，“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>
實際上，化學(xué)物質(zhì)能經(jīng)過一種名為聲化的進程轉(zhuǎn)化成聲響。每個分子的重要特征，比方它的分子量和官能團，都可以被映射到聲響的不同參數(shù)上，比方音高、持續(xù)時刻和音色。
“咱們挑選將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聽覺信號的一個首要原因是，這兩種信號都是隨著時刻的推移而進化的，例如聞到的氣味和聽到的聲響，這兩種感知從開始到完畢一般都隨時刻而改變?！盉oevé說。
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)信息輸入到一個合成器中，后者會為每個分子制造聲響，然后這些聲響會在不同的音量水平上被混合，終究錄下昆蟲防御性排泄物的“聲響”。
“化學(xué)信號介導(dǎo)了昆蟲首要的生態(tài)彼此作用。為了在不同感知中表征化學(xué)數(shù)據(jù)，咱們在分貝水平上混合了轉(zhuǎn)化后的聲響信號，以反映這些化學(xué)物在不同物種的特定排泄物中的相對濃度?！盙iot說。
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)就是回答這兩個問題。最初，咱們假定聽到的聲響可以代表揮發(fā)物，這一假定得到了刺激傳播時空動態(tài)模擬的支撐?！盉oevé說。
之后，研究人員經(jīng)過生物檢測，對比了人類聽眾與捕食者（這里是螞蟻）對這些防御性揮發(fā)物的反響，進而驗證了這一假定。統(tǒng)計分析表明，螞蟻對揮發(fā)物的反響與人類對相應(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——丈量受試者與揚聲器有多遠才能到達“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片段相媲美。
“聲化使咱們可以經(jīng)過聽到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經(jīng)過丈量聲響強度量化這種知道。”Boevé說。
這項研究還利用了這樣一個事實：人腦處理信息的辦法因信息感知器官的不同而異。Giot說：“一般，聲化進程用于檢測大數(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
實際上，為了了解一個雜亂現(xiàn)象，聲學(xué)經(jīng)常被用來連接兩個不相關(guān)的領(lǐng)域。除了昆蟲排泄物，細胞、病毒、輻射、天體乃至“上帝粒子”等都能有自己共同的聲響。
聲化技能的運用可以追溯到1908年乃至更早——德國物理學(xué)家蓋革當(dāng)時規(guī)劃并制成了一臺α粒子計數(shù)器。輻射使計數(shù)器中的氣體電離會產(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)不可短少的探測器，是實驗室中敏銳的“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。美國麻省理工學(xué)院的Markus J. Buehler相同運用聲化技能，給每個氨基酸分配一個共同的音階音符，從而把整個蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換成開始的樂譜。編鐘聲、撥弦聲、長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——只需查找與這些位點對應(yīng)的特定音樂序列。
高能物理學(xué)家Piotr Traczyk為了紀(jì)念歐洲大型強子對撞機發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進程中的兩張首要數(shù)據(jù)圖，將其中一張圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為音符，終究譜寫出一首希格斯玻色子重金屬搖滾樂。
另一方面，聲響也能“發(fā)明”全新蛋白質(zhì)。Buehler團隊將蛋白質(zhì)的雜亂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成樂譜，隨后給電腦一個序列，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，關(guān)于昆蟲排泄物研究而言，聲化技能還存在限制。該技能僅限于對利己素的研究，或許在諸如信息素的研究中沒有用途?！靶畔⑺刈饔糜谕环N個體之間，利己素作用于物種之間。信息素在進化進程中被精細地調(diào)節(jié)以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學(xué)視點來看，信息素一般比異種激素混合物簡略得多——包括的化合物更少?！盉oevé說。
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)測驗技能彼此補充，特別是在昆蟲較少的季節(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。若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時更正、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排泄化學(xué)物生物活性的新辦法，即經(jīng)過一個聲化進程將昆蟲排泄物的化學(xué)信號建模為聽覺信號。換句話說，他們將排泄物的化學(xué)成分轉(zhuǎn)換成了可以聽到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關(guān)論文刊登于《模式》。
聽見排泄物
葉蜂幼蟲能排泄揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來，研究人員經(jīng)過安排獵物和捕食者評估這些防御辦法的有效性，即所謂的生物測驗。但僅運用生物測驗很難量化雜亂混合物的生物活性——如昆蟲開釋的揮發(fā)性防御排泄物，以及單一化合物對混合物驅(qū)避性的影響。
“生物測驗本身或許很困難，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?、比利時皇家自然科學(xué)研究所昆蟲學(xué)家Jean-Luc Boevé在承受《中國科學(xué)報》采訪時說。
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釋的刺激性甲酸，非常易揮發(fā)，并能迅速擴散到空氣中?！盉oevé說，“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>
實際上，化學(xué)物質(zhì)能經(jīng)過一種名為聲化的進程轉(zhuǎn)化成聲響。每個分子的重要特征，比方它的分子量和官能團，都可以被映射到聲響的不同參數(shù)上，比方音高、持續(xù)時刻和音色。
“咱們挑選將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聽覺信號的一個首要原因是，這兩種信號都是隨著時刻的推移而進化的，例如聞到的氣味和聽到的聲響，這兩種感知從開始到完畢一般都隨時刻而改變?！盉oevé說。
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)信息輸入到一個合成器中，后者會為每個分子制造聲響，然后這些聲響會在不同的音量水平上被混合，終究錄下昆蟲防御性排泄物的“聲響”。
“化學(xué)信號介導(dǎo)了昆蟲首要的生態(tài)彼此作用。為了在不同感知中表征化學(xué)數(shù)據(jù)，咱們在分貝水平上混合了轉(zhuǎn)化后的聲響信號，以反映這些化學(xué)物在不同物種的特定排泄物中的相對濃度?！盙iot說。
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)就是回答這兩個問題。最初，咱們假定聽到的聲響可以代表揮發(fā)物，這一假定得到了刺激傳播時空動態(tài)模擬的支撐?！盉oevé說。
之后，研究人員經(jīng)過生物檢測，對比了人類聽眾與捕食者（這里是螞蟻）對這些防御性揮發(fā)物的反響，進而驗證了這一假定。統(tǒng)計分析表明，螞蟻對揮發(fā)物的反響與人類對相應(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——丈量受試者與揚聲器有多遠才能到達“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片段相媲美。
“聲化使咱們可以經(jīng)過聽到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經(jīng)過丈量聲響強度量化這種知道。”Boevé說。
這項研究還利用了這樣一個事實：人腦處理信息的辦法因信息感知器官的不同而異。Giot說：“一般，聲化進程用于檢測大數(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
實際上，為了了解一個雜亂現(xiàn)象，聲學(xué)經(jīng)常被用來連接兩個不相關(guān)的領(lǐng)域。除了昆蟲排泄物，細胞、病毒、輻射、天體乃至“上帝粒子”等都能有自己共同的聲響。
聲化技能的運用可以追溯到1908年乃至更早——德國物理學(xué)家蓋革當(dāng)時規(guī)劃并制成了一臺α粒子計數(shù)器。輻射使計數(shù)器中的氣體電離會產(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)不可短少的探測器，是實驗室中敏銳的“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。美國麻省理工學(xué)院的Markus J. Buehler相同運用聲化技能，給每個氨基酸分配一個共同的音階音符，從而把整個蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換成開始的樂譜。編鐘聲、撥弦聲、長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——只需查找與這些位點對應(yīng)的特定音樂序列。
高能物理學(xué)家Piotr Traczyk為了紀(jì)念歐洲大型強子對撞機發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進程中的兩張首要數(shù)據(jù)圖，將其中一張圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為音符，終究譜寫出一首希格斯玻色子重金屬搖滾樂。
另一方面，聲響也能“發(fā)明”全新蛋白質(zhì)。Buehler團隊將蛋白質(zhì)的雜亂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成樂譜，隨后給電腦一個序列，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，關(guān)于昆蟲排泄物研究而言，聲化技能還存在限制。該技能僅限于對利己素的研究，或許在諸如信息素的研究中沒有用途?！靶畔⑺刈饔糜谕环N個體之間，利己素作用于物種之間。信息素在進化進程中被精細地調(diào)節(jié)以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學(xué)視點來看，信息素一般比異種激素混合物簡略得多——包括的化合物更少?！盉oevé說。
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)測驗技能彼此補充，特別是在昆蟲較少的季節(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。若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時更正、刪除，謝謝。
來源：中國科學(xué)報
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