生物黑客入门_生物黑客--入侵植物

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简介:生物黑客,又称生物崩客(biohack),自己动手的生物学家,车库生物学家(garage biologist)等,是为了防止出现技术被少数专业人士所掌握而形成的垄断操纵而产生的一群团体。他们主要是通过网络及其他手段来普及现代生物学知识。

生物黑客的目标是把生物技术带出实验室,打破常规实验室的限制,在不同环境下创新发展生物技术。

人见人恨的蝗虫,是怎样被科学家改造成排爆能手的?

说起蝗虫这种动物,很多人可能会很讨厌,特别是非洲和亚洲部分地区的农民们。因为最近这段时间,一场规模空前的蝗灾在非洲和亚洲一些地区爆发,蝗虫群所到之处,遮天蔽日,把农田里的作物和附近的植被都啃个精光。很多技术落后的地区的人们,面对这些除不尽的昆虫,根本束手无策,只能望天哀叹。

但是,万物终有两面性,蝗虫对于农民来说是害虫,但是对于一些专注于研发排爆设备的科学家们来说,可是宝贝。最近,来自美国密苏里州华盛顿大学的一个研究小组,对一种蝗虫进行“生物黑客入侵”并控制了它们,利用这种昆虫身上复杂的嗅觉系统,用来检测爆炸性化学物质。

传统的化学传感仪器,俗称“电子鼻”,已经发展了几十年,应用于医学、安全和环境监测。这种传统仪器的升级目前似乎已经到达了瓶颈阶段,研发科学家们不得不另辟蹊径,用新的方法开发出新一代的检测仪器。

科学家巴拉尼·拉曼(Barani Raman)和他的同事们对当地的一种蝗虫进行了研究,它们发现这种昆虫的生物嗅觉系统的检测能力完全优于传统的工程设备。因此,他们希望能够通过改造这种蝗虫,来开发新的检测手段。

在最近发表的一篇研究论文中,研究人员描述了他们如何将蝗虫暴露于不同的化学蒸气中,包括炸药三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基甲苯(DNT),以及非热爆炸物,如热空气和苯甲醛。

研究人员发现,这些蝗虫的每个触角上大约有50000个嗅受体神经元(ORNs),这些嗅受体神经元能快速够检测到这些化学气味。在检测的过程中,电信号很快被传送到昆虫大脑的触角叶。通过在大脑的这一部分连接电极,研究人员能够区分蚱蜢的不同反应,并将它们与不同的化学气味联系起来。

通过连接的电极,这些信号被放大,并通过一个被绑在蝗虫身上的一个小仪器进行无线电传输,科学家们就能在电脑屏幕上很清楚地看到这些信号的变化。整个化学识别过程几乎是瞬间完成的,只需几百毫秒。

研究团队在实验过程中也遇到了一些障碍。经过7个小时的炸弹探测,蝗虫变得疲惫不堪并死亡,而且蝗虫身上的小仪器会限制它的移动。因此,为了让研究小组测试炸弹探测是否在不同的地点起作用,蝗虫被安置在一辆可遥控的小车子上面。这辆小车子搭载着昆虫“排爆小能手”,穿梭在化学气味浓度不同的区域,科学家们就能检测出蝗虫感应到的信号的变化。

最终研究小组成功地证明了,每一只蝗虫的检测准确率都比传统的检测仪器要高。研究人员还发现,蝗虫群体发挥的作用更大。他们发现,只有一只蝗虫的准确率高于60%,但是结合多只蝗虫的数据可以显著地改善检测性能。当蝗虫的数量超过7只时,平均准确率达到了80%。

万物皆有两面性,科学研究的目的就是将世间一切事物的好的一面发挥到极致,将坏的一面的影响降到最低。很显然,在对蝗虫的研究上,我们看到了这一点。

警惕生物黑客!凤眼小妖精—水葫芦

不管是过去还是现在,我们称一个国家侵略另一个国家的行为叫“入侵”,这种“入侵”会造成家破人亡、饿殍遍野(如图1)。但是,我们今天要谈的“入侵”不是国家与国家之间的战争,是“植物与环境”之间的战争。  

图1

放眼美丽的江城——有百湖之市之称的武汉,一到春季,闹人的“小妖精”就会出现在各个湖泊面上,有的三五成群,有的孤军奋战。入夏后,它们会自然得连成一片,并开出镶嵌着凤眼的紫色花朵,所以又叫凤眼莲、水葫芦(如图2)。乍一看,还挺美!

而你正欣赏这美丽的花的时候,可能就会看到,湖面上三三两两开来了渔船,工作人员开始打捞这些植物,然后运往垃圾场进行焚烧。因为这个植物还有一个不讨喜的名字:入侵植物。

图2 水葫芦开花(摄于武汉植物园)

也许有人会问,植物不是大自然赐给人们的礼物吗?为什么还有“入侵”这一说呢?

其实,很多植物都是由国外引入我们国家,但如果某些外来植物破坏了被引入地的自然环境,并对人们的生活、健康、生产带来负面影响,我们就称这种植物为“入侵植物”。

入侵植物都是外来植物,并且大部分入侵植物会以两种途径被引入。

第一种就是有意引入。根据其植物的特殊功能,如:观赏、饲料等,而被所需要的国家引入。

第二种是无意引入。在国家与国家之间进行种子交换、商品贸易时,入侵植物种子混在其中,或者被外来交通工具引入。

通过这两种方式引入的入侵植物已对我国特别是华南、华中、华东地区的经济、经济安全造成了严重危害。

现在,让我们来聊聊这个闹心的“小妖精”——水葫芦是如何从“赏心悦目”到“众人喊打”的。

水葫芦,也叫凤眼莲,其英文名为water hyacinth,Water为水的意思,hyacinth为风信子,两者结合又译作“水中的风信子”。人们认为它盛开的花束犹如风信子一样,故得此名。当初,水葫芦是作为外来植物有意引入中国的,它原产于南美洲,属多年生漂浮植物。花为浅紫色,呈多棱喇叭状。最上一枚花瓣上生有黄色斑点,看上去像凤眼,也像孔雀羽翎尾端的花点,非常耀眼、靓丽。正因为其独特外表,曾多次参加展览会,并于1884年在美国国际棉花博览会上被喻为“美化世界的淡紫色花冠”、“魔鬼花”等(如图3)。

图3

我国最初引入水葫芦的原因有三个:

一是作为猪饲料(如图4);

图4

二是因为它有靓丽的花束和饱满的叶子,可作观赏用;三是因为它是净化水质的好帮手。研究表明,水葫芦是净化污水的生态功臣。在适宜条件下,1公顷水葫芦能将800人排放的氮、磷元素当天吸收掉,水葫芦还能从污水中富集镉、铅、汞、铬、铜、锌等重金属元素(如图5)。

图5

由于以上原因,水葫芦在刚刚引进中国时受到热捧。

然而,水葫芦给昆明人带来的却是灾难(如图6)。

图6 泛滥的水葫芦(2007年一位网友拍摄于昆明滇池周边)

起初,水葫芦是作为净化水质的植物被盲目种植在滇池,但随着时间的推移,滇池的水葫芦开始蔓延,繁殖能力已经超出了人们的控制范围。据有关报道证实,20世纪70年代,我国昆明滇池水质均为III级水质,80年代后受到污染,90年代后期因为污染严重,成为我国重点治理的三大湖泊之一。而“水葫芦”,正是造成滇池现状的罪魁祸首之一。

那么,水葫芦是如何由治理水质的“帮手”变成污染水质的“凶手”的呢?原因主要有以下几点:首先,水葫芦在故乡南美洲有专食天敌水葫芦象甲(Neochetina eichhorniae),它的成虫可大量取食水葫芦的叶片,造成其光合面积减少而发育迟缓,植株逐步缩小等(图7.8)。但在中国这项技术并未得到广泛推广,主要是因为一些地区的冬季气温低,水葫芦象甲无法越冬;其次,随着科技的发展,经济的增长,人们不再用它作天然植物饲料,加上工业的发展,水体富营养化日趋严重,对水葫芦的生长极有利。一旦种植,水葫芦就能迅速繁殖,将整个水域覆盖得严严实实,长时间将阳光、空气隔离,降低水体含氧量,导致水生动物死亡。不仅如此,水葫芦还富集重金属,死后腐烂沉入水底形成重金属高含量层,直接杀伤底栖生物。这样使得水葫芦变为一大公害。

图7

图8

生长和破坏能力如此之强的水葫芦到底是怎样繁殖的呢?

水葫芦可以进行有性和无性繁殖,其无性繁殖能力极强,一旦受到外力干扰,它的匍匐茎(如下图红色箭头所示)就会断裂,形成新的无性分株。它的无性繁殖后代一产生便具有根系,能够独立生长,依次循环(图9)。

图9

那么,身为普通大众的我们面对水葫芦的“入侵”能够做些什么呢?

1. 水葫芦的生长繁殖需要在水质污浊、水质富营养化程度高、流速较慢的水域。因此我们在日常生活中,可以多使用含磷量低的洗衣粉等。

2. 因为水葫芦的花开的非常漂亮,所以很多花卉商家将其作为家装的盆栽,但在家里已经种植了或者将要种植水葫芦的朋友,当您将要丢掉水葫芦的时候请不要丢入河水湖泊中。

经常参加义务打捞活动,为抵制水葫芦做出自己的一份贡献。

出品:科普中国

制作:武汉植物园科普创作团队程嘉宝

监制:中国计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国移动端出品,转载请注明出处。

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导演: 克利斯汀·迪特

编剧: 克利斯汀·迪特

主演: 卢娜·韦德勒、艾塔娜·里纳布、克里斯蒂娜·安德里奥内、曼努埃尔·布克、泽内普·博兹贝、卡洛·考特、埃莉诺·丹尼尔、塞巴斯蒂安·雅各布·多佩尔鲍尔、本诺·菲尔曼、杰西卡·施瓦茨、阿德里安·朱利叶斯·蒂尔曼、泽克·阿尔顿

类型: 惊悚

制片国家/地区: 德国

语言: 德语

首播: 2020-08-20(德国)

季数: 12

集数: 6

单集片长: 35分钟

又名: 生化大杀戒(港)、生化灾骇(台)

讲述医学生Mia,发现在她所在的大学城使用了高度先进的生物黑客技术。当这一突破性的发现落入坏人手中时,她必须决定她站在哪一边,以及她愿意走多远才能找到真相。

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《生物黑客 第二季 Biohackers Season 2》

导演: 克利斯汀·迪特

编剧: 克利斯汀·迪特

主演: 卢娜·韦德勒、杰西卡·施瓦茨、阿德里安·朱利叶斯·蒂尔曼

类型: 剧情、科幻、惊悚

制片国家/地区: 德国

语言: 英语

首播: 2021-07-09(德国)

季数: 12

集数: 6

单集片长: 45分钟

又名: 生化大杀戒(港)、生化灾骇(台)

在第一季成功揭露 DNA 的非法实验后,医学生米亚试图尽快厘清生活中的各种骤变, 因为她意识到自己失去了过去 3 个月的短期记忆。 在试图了解发生了什么的过程中,失忆加上浮现在脑海的可怕画面,让她惴惴不安。她发现自己处于一个更大的阴谋中,这将把她推向边缘。

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