主持人:本杰明·汤普森
欢迎回到自然的播客．本周，我们来研究一下“温血”是何时进化而来的。
主持人:尼克·佩特里克·豪
还有从空气中吸收二氧化碳的超高效酶。尼克·佩特里克·豪报道。
主持人:本杰明·汤普森
我是本杰明·汤普森。
(押韵)
主持人:本杰明·汤普森
首先，记者亚当·列维正在调查动物进化的一个热门话题。
采访者:亚当·列维
当我们还是孩子的时候，我们对所有不同动物的第一件事就是，有些动物是温血动物，有些是冷血动物。冷血动物从环境中获取热量，而温血动物则自己调节体温。用它们的专有术语来说，温血动物被称为恒温动物，而冷血动物被称为变温动物。作为温血动物需要消耗大量的能量，这意味着必须吃得更多。但它也带来了新的机遇。例如，物种能够在夜间保持更活跃，并征服更寒冷的栖息地。所以，这就呈现了不同动物之间真正的根本区别，而温血是进化的一个重大创新。但科学家们仍在努力解决一个关于暖血动物历史的关键问题。
受访者:罗曼·大卫
哺乳动物和鸟类都有温血，问题是这个群体是如何进化的。
采访者:亚当·列维
我是伦敦自然历史博物馆的罗曼·大卫。在本周发表的一项研究中，罗曼和同事们试图用一系列令人惊讶的证据来确定这种变化是何时在哺乳动物谱系中发生的。我找到他，问他为什么很难弄清楚第一批温血动物是什么时候到来的。
受访者:罗曼·大卫
这很难，因为在现存的生物中，你可以通过直接测量它的体温和新陈代谢来判断它是暖血动物还是冷血动物。你不能在化石标本上这样做，所以你必须选择间接的方法来评估这些东西。问题是，有各种各样的方法来评估生物体的新陈代谢和体温，通常你会得到相互矛盾的结果。
采访者:亚当·列维
现在，你和你的合作者想要研究的东西，对许多人来说，可能与动物是冷血还是冷血完全无关。
受访者:罗曼·大卫
完全正确。
采访者:亚当·列维
你看到的是内耳的形状。现在，你能解释一下这是如何与生物体的温度联系起来的吗?
受访者:罗曼·大卫
我需要解释一下，内耳对身体的主要功能非常重要，比如稳定凝视、导航、运动协调和平衡。现在，你们要知道在内耳里，有一种液体叫做内淋巴，和大多数液体一样，它的粘度受温度的影响。有点像蜂蜜。如果你给蜂蜜加热，它就会更加流动。因此，随着温度的升高，当你从冷血动物变成温血动物时，生物体将需要修改内耳的结构，以弥补与温度有关的粘度下降。这就是为什么观察内耳的形态，以一种与生物力学相关的方式，让我们能够在哺乳动物谱系的化石记录中追踪体温的变化。
采访者:亚当·列维
所以，你现在有了一种间接的方法，来评估一种动物，至少在哺乳动物谱系中，是否是温血动物。那么你实际上是如何利用这个来追踪暖血动物是如何进化的呢?
受访者:罗曼·大卫
因为我们知道哺乳动物的内淋巴在成分上与鱼类的内淋巴差别不大，所以我们假定内淋巴的成分在一段时间内没有变化。所以，我们需要寻找的是这些化石的形态功能变化，这些变化导致了与高体温相适应的功能。
采访者:亚当·列维
当你仔细观察并追溯内耳道的历史，试图了解生物体何时开始提高体温，你会发现什么?
受访者:罗曼·大卫
大约2亿3千3百万年前，我们发现人的体温大幅上升了5-9°C，这与之前提出的观点相比有点出乎意料，因为一般的观点是，首先从冷血向温血转变是一个渐进的过程，这与我们的发现完全不同。我们发现这是一个突然的转变。
采访者:亚当·列维
所以，在这项研究中，你认为暖血动物实际上出现得非常快。你知道为什么会这样吗?
受访者:罗曼·大卫
所以，对于恒温动物来说，要想拥有完整的温血，你需要能够产生自己的热量，你需要能够保留它，把它保存在你的身体里。我的意思是，你有几种方式来解释这种转变，但很可能，我们认为正确的解释是，这两个特征的出现标志着这种转变。
采访者:亚当·列维
看着你拿到的数据，看到如此突然的转变，你有多惊讶?
受访者:罗曼·大卫
非常惊讶，因为我们试了几次看它是否能坚持住。数据清楚地表明了这一点。
采访者:亚当·列维
现在，你认为其他研究人员一定会同意吗，尤其是考虑到其他研究似乎给出了其他答案?
受访者:罗曼·大卫
我不认为他们必须同意。我认为这肯定会引发辩论和进一步的研究。我认为我说这是迄今为止对突触类化石样本最大的研究并没有错。我的意思是，科学家不得不怀疑。如果这引发了该领域更多的研究，我会非常高兴。
主持人:本杰明·汤普森
以上是来自英国自然历史博物馆的罗曼·大卫的报道。要了解更多关于这个故事的内容，请在节目说明中找到论文的链接。
主持人:尼克·佩特里克·豪
接下来，我们将听到一种酶，它非常擅长从空气中吸收二氧化碳。现在是丹·福克斯的研究集锦时间。
(押韵)
丹•福克斯
大多数手术伤口都是用缝线缝合的。虽然可以使用粘性敷料，但到目前为止，大多数敷料要么太弱，无法密封伤口，要么太强，无法无痛地剥离。但现在，研究人员已经开发出一种用于缝合伤口的粘合剂，它比常用的商业产品更强，浸泡在水中时也会脱落。为了制造它，该团队将硼酸与学校胶水中常见的聚合物混合。聚合物的醇单元与酸中的硼原子结合，形成一种粘合剂，干燥后形成一层坚固的薄膜。但当水存在时，硼原子就会转而与水分子结合，这样粘合剂就可以被去除了。研究人员表示，这种胶膜可以牢牢地粘住毛茸茸的老鼠皮肤，但浸入水中后很容易脱落。他们希望这些电影也能治愈人类的伤口，即使是在孩子娇嫩的皮肤上，或者是在没有刮胡子的皮肤上。把你的注意力集中在研究上美国国家科学院院刊．
(押韵)
丹•福克斯
二十世纪的工业捕鲸使南长须鲸濒临灭绝。但现在，在消失了几十年之后，这些动物的大群又回到了它们在南极洲的历史觅食地。到1976年禁止捕鲸的时候，研究人员很少在曾经的热点南极半岛附近看到它们。但在2018年，研究人员从他们的研究船和直升机上扫描了海洋中的长须鲸。利用模型来推断他们的观察结果，他们估计大约有8000头长须鲸在南极水域的一个区域游泳，这比在其他著名的长须鲸栖息地看到的密度要高。作者还目睹了多达150只动物一起吞食磷虾的“进食狂潮”。作者说，长须鲸富含营养的粪便可以帮助恢复周围被捕鲸破坏的海洋生态系统。前往科学报告观察这项研究。
(押韵)
记者:尼克·佩特里克·豪
空气中有太多的二氧化碳，而越来越明显的是，为了阻止气候变化的最坏影响，我们需要找到一种方法来把它拉出来，比如碳捕获和储存，或者首先阻止它的释放，比如使用氢而不是化石燃料作为燃料来源。我可能不必告诉你这两个都是相当大的挑战，但如果我说有一种酶可能有能力让事情变得更简单——既能捕获二氧化碳，又能让氢更容易储存为燃料。它的名字很吸引人，就是依赖氢的CO2还原酶(HDCR)。它将氢和二氧化碳转化为甲酸，甲酸可以用作燃料，它通过从氢中夺取一个电子来减少二氧化碳。这个转换非常非常有效。但没有人确切知道是如何做到的。现在，在一篇新的论文中自然在美国，一组研究人员正在提出一种解释，这种解释来自于对HDCR结构的详细研究。我打电话给其中一位作者简·舒勒(Jan Schuller)，想了解更多信息，并从问他为什么对这种酶感兴趣开始。
受访者:简·舒勒
我是在一次会议上认识这种酶的，我听到Müller教授谈论这种酶，他实际上是这种酶的发现者，这真的很吸引人。我不明白为什么我们不明白它是如何工作的为什么它如此高效，这就是这个项目开始的原因。所以，在会议休息的时候，我走到Müller教授面前问他，‘嘿，我们想在这个问题上合作吗?”
记者:尼克·佩特里克·豪
给我简单介绍一下这种酶。这种酶有什么特别之处呢?
受访者:简·舒勒
它是唯一能直接还原CO的酶2使用氢分子，它做得特别好。所以，如果你比较一下催化速率，它们的效率是非化学催化剂的1万倍。它们在室温下是完全可逆的。这使得它成为一种非常特殊的酶。它对生物技术应用很有用，比如氢储存。而我们，作为一个结构生物学家实验室，我们想要了解它是如何做到这一点的。
记者:尼克·佩特里克·豪
那么，你是如何弄清楚它是如何做到这一点的呢?
受访者:简·舒勒
因此，我们设法从HDCR的原生生物中纯化出来，并将其冷冻起来用于电子显微镜技术。所以，我们用电子显微镜成像，收集了数千张相同蛋白质在不同方向上的图像，只是冷冻在一层薄冰上。通过计算方法，我们可以重建它的三维结构。这很酷，因为我们看到它们实际上是细丝，短的细丝，其中的酶像小蘑菇一样从细丝的中心伸出来。当我们建立模型时，我们看到，‘哦，哇，这真的很酷。”We actually see a chain of iron-sulfur clusters in the centre of the filament. And this forms an electron wire, so connecting the different enzymatic activities. And then we thought, ‘Okay, if we elongate this filament now in our mind, what do we actually get?’ Yeah, we get an enzymatic decorated electron wire, and this is really cool.
记者:尼克·佩特里克·豪
哦，那真有趣。所以，它们有一种基本的小电线，电子可以在那里穿梭。这对这种酶活性意味着什么呢?
受访者:简·舒勒
因为这意味着你可以在空间和时间上分离酶的反应，这意味着电子的一边可以氧化氢，而电子的另一边可以减少CO2．所以，你可以分开一定距离的方向。关于电子纳米线另一个非常有趣的现象是它们实际上被描述为在一定时间内储存电子。所以，如果我们稍微扩展一下这个想法，我们不仅有一个酶修饰的纳米线，我们也有，嗯，这不是一个真正的生物电池，但至少在一定程度上，可以利用过量的氢。这对细菌是有用的，例如，如果它遇到一个氢泡，它会给所有的细丝充电，然后让电子储存一段时间，直到它遇到CO泡2．
记者:尼克·佩特里克·豪
这是否给了你一些线索或想法来解释为什么这种酶如此高效?
受访者:简·舒勒
是的，首先，它连接了很多不同的活跃网站。两个氢化酶和一个甲酸脱氢酶相连。这意味着我们可以氧化两倍的氢。另一方面，它也可能稳定整个反应。所以，酶是紧密相连的。其他的甲酸脱氢酶不会这样。它们不能直接从氢那里得到电子。相反，它们需要一种可溶性电子载体，比如铁氧还蛋白或NADPH之类的东西。所以，我认为走直航路线可能比走运营商路线更快。
记者:尼克·佩特里克·豪
所以，根据我的理解，你们不仅研究了这些酶本身，还研究了它们在生物体内的作用。当你这样做的时候，你能看到什么?
受访者:简·舒勒
是的，所以我们也想知道这些纳米线是否真的存在于这些细菌中，我们看到了很大的惊喜。所以，我们没有检测到纤维。不，我们实际上检测到了一束一束的丝状物质。这些一束束的细丝，形成了上层建筑。我称它们为“传送门”，因为它们实际上看起来像来自星际之门它们在不同的维度中穿行，它们是巨大的。它的大小大概是200纳米，基本上你甚至可以把核糖体放进这些入口里。想象一下，大量的这种酶，形成了这些环，它们总是位于细胞的顶端。这些巨大的桶，它们有成百上千的酶亚基，每一个酶亚基都有10-15个电子簇。这是什么?我们不知道。但我发现非常非常有趣的是它实际上位于细胞中最大的生物能区。可以想象，在膜中的电子转移和CO2固定之间存在潜在的联系。但这个我们还不知道。这就是我们需要做进一步实验的地方。
记者:尼克·佩特里克·豪
我想知道你第一次想到这个是什么时候?这是你所期待的还是很意外?你会说，‘哦，我根本没想到它会是这样的’吗?
受访者:简·舒勒
我们绝对没有预料到。所以，当我们看到一些看起来有点像头发或纤维的东西时，我们非常高兴。我们想，‘是的，也许我们找到他们了。”Actually, false filament and then might be close to the membrane. And then we saw the 3D reconstruction. We have never seen something like that in the bacterial cell. And actually, we had a look at a lot of bacterial cells before.
记者:尼克·佩特里克·豪
我想，通过理解这个，你在你的论文中提到了生物技术的应用，现在它能在现实世界中被用来制造不同的东西吗?
受访者:简·舒勒
当然，这是可以尝试的。而乙酰原，实际上是生物技术的主要生物。因此，有一些大公司在研究酵素的发酵设备。当然，我们的结构可能会引起他们的兴趣。例如，我们可以改变氢化酶的活性，这很酷，因为这意味着我们不仅可以使用纯CO2，但是CO2它也被一氧化碳污染了一点来固定一氧化碳2．此外，人们还可以设想将其他活动与它联系起来，比如还原酶。理论上，人们可以将很多酶促反应连接到纳米线上。这种纳米线的排列将使它们，是的，我们确实希望使它们更有效率。
记者:尼克·佩特里克·豪
这是德国菲利普斯大学的Jan Schuller。要了解更多关于这项工作的信息，并亲自检查结构，请务必在展览笔记中寻找论文的链接。
主持人:本杰明·汤普森
在节目的最后，是简报聊天的时间，在这里我们讨论几篇在自然简报．尼克，这周你先来吧。你给我们带来了什么?
主持人:尼克·佩特里克·豪
本周，我一直在研究一些来自生物多样性和生态系统服务政府间科学政策小组(简称IPBES)的报告。但我在自然-我们有两篇文章，我将首先关注其中一篇-这是科学家们试图计算出有多少种不同的方式来评价自然，我指的是外面发生的事情，而不是我们为之工作的杂志。
主持人:本杰明·汤普森
好吧，我想，在自然界中发现的许多产品对健康、经济、人们的生计等等都非常非常重要，对吧?
主持人:尼克·佩特里克·豪
是的，没错。有很多不同的方式来评价自然，它可能是精神上的东西，也可能是经济上的东西，比如授粉之类的。这份新报告发现，实际上有50种不同的方式来评价自然。但他们也发现了一件事，虽然有很多很多不同的方法来评估自然，但研究只关注少数不同的方法。
主持人:本杰明·汤普森
是的，这只是所有自然价值评估方法中的一个子集。哪些是被关注的重点，哪些是被忽略的重点?
主持人:尼克·佩特里克·豪
因此，人们经常关注的一个关键问题是这种对自然的经济评估。我之前讲过授粉。这是个很简单的例子。授粉的发生，增加了作物的产量，因此你有更多的作物，你有更多的钱。研究人员非常关注这种方式，因为政策制定者很容易理解。但通过关注这种经济估值，这份报告发现，它可能对人类和环境有害。我给你们举个例子。当有水电大坝的建议时，受影响社区的需求往往被视为次要的，而不是那些将从大坝中受益的人——那些正在获得电力的人。所以，尽管这些人不得不搬家，因为他们居住的地方可能被洪水淹没了，但那些获得价值的人，电力的货币价值和诸如此类的东西，他们得到了更多的价值。这对这些社区和自然都有各种各样的影响。
主持人:本杰明·汤普森
我猜政策制定者会说，在这50件不同的重要事情之间总是会有一个平衡。是否有可能设想一种情况，即在制定政策或作出决定时考虑或包括所有这些因素?
主持人:尼克·佩特里克·豪
这当然是一个相当大的挑战，这份报告所做的只是试图强调，还有其他方法来珍惜自然，如果我们不以所有这些不同的方式来珍惜自然，就会导致自然提供的服务减少，也会对自然和社区造成损害，尤其是土著和低收入社区。所以，这份报告真正说的是，我们可以帮助解决这个问题的方法之一是，让那些来自实际受影响的地方的人，来自这些生物多样性很高的地方的人，让他们了解他们的观点，这样我们就可以用这些更多样化的方式更好地珍惜自然。我们珍视自然的一种方式，这是我想说的第二篇文章，我们依赖许多植物和动物来获取食物，能源和药物，各种各样的东西，在很多方面，我们实际上也过度开发了这些东西。
主持人:本杰明·汤普森
是的，我的意思是，我认为世界正处于生物多样性危机之中，当然，物种正以惊人的速度灭绝。我相信其中很多物种对生态系统都非常重要，也可能对人类有益。
主持人:尼克·佩特里克·豪
是的，他们当然是。我要说的是，这是关于野生动物的。这些是我们赖以生存的野生物种。这份报告计算出，我们赖以生存的植物、动物、真菌和生物有5万种，而且在很多情况下，实际上是过度开发的。过度开发是一个巨大的威胁，但IPBES的这份报告也指出，我们似乎正在以可持续的方式利用一些物种，也许我们可以关注如何实现这一目标，以阻止这种对物种的过度开发。
主持人:本杰明·汤普森
那么，这份报告对如何以可持续的方式利用物种提供了什么见解或建议吗?
主持人:尼克·佩特里克·豪
是的，所以他们所做的是他们研究了人类所依赖的5万个物种中的一个子集，他们研究了1万个，发现其中大约三分之一的物种有稳定的种群。在报告中，他们将其解释为这些物种被可持续利用。由此，他们能够研究这些，然后找出我们在那里做了什么，可以复制，他们讨论了一些事情，比如保护土著人民的土地权利，提高对这些物种的认识，做更多的科学研究，找出对这些人口做了什么，使其更可持续。但与此同时，人们对这份报告持相当批评的态度，因为他们指出，仅仅因为这些种群是稳定的，并不一定意味着它们正在以可持续的方式被使用。
主持人:本杰明·汤普森
接下来会发生什么，尼克?所以，这个工作的主体现在在那里，显然正在被讨论。下一步是什么?
主持人:尼克·佩特里克·豪
在这篇文章中接受采访的一些人说，这份报告来得正是时候，因为各国目前正在就下一个大型全球生物多样性协议进行谈判，该协议将制定到2030年的保护议程。因此，今年晚些时候，联合国生物多样性公约缔约方会议将于12月在加拿大举行。所以，现在有了这些信息将非常有用，在某种程度上设置议程。但研究人员指出，这其中也存在一些数据空白，所以他们希望在此之前看到这些空白被填补。但报告背后的团队表示，我们需要使用我们拥有的数据。我们需要向前推进，展示生物多样性正在发生什么，从而提出建议。
主持人:本杰明·汤普森
我相信我们会一直关注这个故事的。但这周让我们继续我的。而且，它是关于自然的——外面的东西——这是我在书里读到的一个故事科学这是基于当代生物学，都是关于啄木鸟的。
主持人:尼克·佩特里克·豪
好吧，我喜欢大自然，喜欢外面发生的事情。那么，我们以前不知道的关于啄木鸟的说法是什么呢?
主持人:本杰明·汤普森
我是说，我觉得啄木鸟很酷，对吧?我的意思是，我上周在我公婆家度假，他们住在森林里，他们在窗外有一个喂鸟器，啄木鸟有时会来，这真的是一件非常非常酷的事情，对吧?我想这是一只伟大的斑点啄木鸟。这种啄木鸟和其他啄木鸟最酷的地方在于它们啄木头的速度有多快。因此，以大斑啄木鸟为例，它的喙每秒可以撞击树木20次，这非常惊人。但生物学上的一个大问题是，啄木鸟在迅速把头撞到树上时，是如何不让自己头痛甚至脑震荡的。我想说的是，人们普遍认为，它们有一个内置的减震器，对吧?所以，啄木鸟的头部前部有这种海绵状的骨头，研究人员认为这有点像一个安全气囊，好吧，当它们在树上打洞时，它可以保护它们的头骨。这被用来开发像头盔这样的东西。所以，到处都写着，这是一个被广泛接受的信念，是事实。 But there was a problem with that, Nick, and it is that it looks like it isn't true at all.
主持人:尼克·佩特里克·豪
你解释那件事的时候，我正等着另一只鞋掉下来。如果不是减震器的问题，这是怎么回事?
主持人:本杰明·汤普森
尼克，这里发生了什么，研究人员记录了一堆高速视频，这绝对是惊人的，6只啄木鸟，来自3个物种，包括大斑点啄木鸟，我想我前几天在窗户里看到过，他们跟踪它们头上和喙上的点，当它们啄木鸟时，他们想知道发生了什么。结果是，如果他们不使用减震器，他们会用什么?答案是什么都没有。所以，在这些视频中，当它们的喙撞到树上时，它们的头部并没有比喙在撞击点上减速，所以它们都以相同的速度撞击。所以，如果你把它想象成一个锤子，它只是不停地敲打，而不是头部逐渐减速，如果它有一个安全气囊的话。研究小组还表明，如果啄木鸟的头部有减震功能，它们在啄木鸟啄时就不能输入那么大的力，所以它们必须更用力地啄，才能让同样的推力进入木头，这就抵消了啄木鸟头部的减震功能。
主持人:尼克·佩特里克·豪
但他们肯定是在伤害自己。他们没有受到损害吗?如果他们不这么做?
主持人:本杰明·汤普森
这是一个非常非常好的问题。据我所知，他们在这里做了更多的建模，我认为这归结于他们的大脑。尼克，我们都知道，人类的大脑很大很沉。所以，如果我开始把头撞到树上，我的脑袋里就会有很多砰砰声。我会脑震荡的。就是这个，对吧?但事实证明，啄木鸟的大脑要小得多，重量也轻得多，所以当它们开始啄木鸟时，它们受到的力没有那么大。研究人员得出的结论是，为了让它们受到与我类似的伤害，它们必须以两倍的速度啄食，或者非常非常用力地撞击一些东西，比如，一根金属棒。所以，他们不会遭受和我们一样的伤害。我想这就像是，根据人们的假设，重写了教科书。
主持人:尼克·佩特里克·豪
好吧，所以我想，我们是不是在某种程度上有点把他们拟人化了，就像，好吧，如果我那样做，我真的会受伤。但实际上，事实并非如此。
主持人:本杰明·汤普森
在某种程度上，这似乎是事实，尼克，是的，然后还有其他的理论，对吧。现在，啄木鸟有非常非常长的舌头，人们认为这些舌头会稍微包裹住它们的大脑后部，也许这就像安全带一样保护它们。但事实似乎并非如此。但有趣的是，一些看似不真实的东西实际上影响了，如美式橄榄球头盔等。所以，一个完整的科学分支已经脱离了这个似乎不存在的东西。
主持人:尼克·佩特里克·豪
这就是故事的结局吗?这就是我们现在对啄木鸟的看法吗?或者说这项工作的未来是怎样的?
主持人:本杰明·汤普森
嗯，有些研究人员似乎还没有准备好放弃这种减震的想法。但我认为这项研究确实表明，啄木鸟确实令人惊讶地适应了它们的生活方式，它们的生活方式就是用难以置信的力量，不断地用头撞树。我认为，考虑到世界在过去几年的发展，我们中的一些人可能会觉得这也是我们一直在做的事情。
主持人:尼克·佩特里克·豪
这非常有趣。非常感谢，本。我想这就是我们本周简报聊天的全部时间。但是听众们，想要了解更多关于这些故事的内容，你可以去注册自然简报，请在节目说明内的连结查阅。
主持人:本杰明·汤普森
以上就是本周播客的全部内容。但和往常一样，你可以在推特上联系我们——我们是@NaturePodcast。或者你可以发邮件到podcast@nature.com。我是本杰明·汤普森。
主持人:尼克·佩特里克·豪
我是尼克·佩特里克·豪。谢谢收听。
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