一些昆蟲能排泄化學物質擊潰“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。
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物生物活性的新辦法，即經過一個聲化進程將昆蟲排泄物的化學信號建模為聽覺信號。換句話說，他們將排泄物的化學成分轉換成了可以聽到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關論文刊登于《模式》。
聽見排泄物
葉蜂幼蟲能排泄揮發性化學物質擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來，研究人員經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——如昆蟲開釋的揮發性防御排泄物，以及單一化合物對混合物驅避性的影響。
“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。”論文通訊作者、比利時皇家自然科學研究所昆蟲學家Jean-Luc Boevé在承受《中國科學報》采訪時說。
2009年4月，Boevé初次提出了將揮發性化學物質轉化為聲響的主意。
“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，并能迅速擴散到空氣中?！盉oevé說，“所以，我以為有或許將揮發性轉化為相應凹凸的音調，以及將其他化學特征轉化為聲響特征。”
實際上，化學物質能經過一種名為聲化的進程轉化成聲響。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上，比方音高、持續時刻和音色。
“咱們挑選將化學物質轉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和布魯塞爾工業研究所信息工程師Rudi Giot將這些化學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”。
“化學信號介導了昆蟲首要的生態彼此作用。為了在不同感知中表征化學數據，咱們在分貝水平上混合了轉化后的聲響信號，以反映這些化學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物，這一假定得到了刺激傳播時空動態模擬的支撐?！盉oevé說。
之后，研究人員經過生物檢測，對比了人類聽眾與捕食者（這里是螞蟻）對這些防御性揮發物的反響，進而驗證了這一假定。統計分析表明，螞蟻對揮發物的反響與人類對相應聲響的反響類似。
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。
“聲化使咱們可以經過聽到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經過丈量聲響強度量化這種知道?！盉oevé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據集的特定元素。例如地震數據中記載的地震，或者互聯網數據流中的網絡黑客行為。”
用聲響感知
實際上，為了了解一個雜亂現象，聲學經常被用來連接兩個不相關的領域。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——德國物理學家蓋革當時規劃并制成了一臺α粒子計數器。輻射使計數器中的氣體電離會產生電流脈沖，從而宣布連續不斷的咔嗒聲。該設備至今仍是核物理學和粒子物理學不可短少的探測器，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構也被轉譯成音樂。美國麻省理工學院的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，從而把整個蛋白質轉換成開始的樂譜。編鐘聲、撥弦聲、長笛聲代表了刺突蛋白質的不同方面。研究人員以為，這種辦法比傳統的蛋白質研究辦法（如分子建模）更快、更直觀，可以幫助科學家更容易找到抗體或藥物或許結合的蛋白質位點——只需查找與這些位點對應的特定音樂序列。
高能物理學家Piotr Traczyk為了紀念歐洲大型強子對撞機發現“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進程中的兩張首要數據圖，將其中一張圖的數據轉化為音符，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“發明”全新蛋白質。Buehler團隊將蛋白質的雜亂結構轉化成樂譜，隨后給電腦一個序列，人工智能體系就能規劃出一種在自然界中從未有過的蛋白質。相關論文刊登于《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節以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學視點來看，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，研究人員正持續研究其他大型化學物質數據集，以開發揮發性物質聲化創新辦法。Boevé希望新辦法能與現有的揮發性物質測驗技能彼此補充，特別是在昆蟲較少的季節或難以獲取滿足排泄物的情況下。
聲明：轉載此圖文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯系，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物生物活性的新辦法，即經過一個聲化進程將昆蟲排泄物的化學信號建模為聽覺信號。換句話說，他們將排泄物的化學成分轉換成了可以聽到的聲響，并丈量了人類的反響。
9月23日，相關論文刊登于《模式》。
聽見排泄物
葉蜂幼蟲能排泄揮發性化學物質擊潰捕食者，尤其是螞蟻。
一直以來，研究人員經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——如昆蟲開釋的揮發性防御排泄物，以及單一化合物對混合物驅避性的影響。
“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。”論文通訊作者、比利時皇家自然科學研究所昆蟲學家Jean-Luc Boevé在承受《中國科學報》采訪時說。
2009年4月，Boevé初次提出了將揮發性化學物質轉化為聲響的主意。
“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，并能迅速擴散到空氣中?！盉oevé說，“所以，我以為有或許將揮發性轉化為相應凹凸的音調，以及將其他化學特征轉化為聲響特征。”
實際上，化學物質能經過一種名為聲化的進程轉化成聲響。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上，比方音高、持續時刻和音色。
“咱們挑選將化學物質轉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和布魯塞爾工業研究所信息工程師Rudi Giot將這些化學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”。
“化學信號介導了昆蟲首要的生態彼此作用。為了在不同感知中表征化學數據，咱們在分貝水平上混合了轉化后的聲響信號，以反映這些化學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物，這一假定得到了刺激傳播時空動態模擬的支撐?！盉oevé說。
之后，研究人員經過生物檢測，對比了人類聽眾與捕食者（這里是螞蟻）對這些防御性揮發物的反響，進而驗證了這一假定。統計分析表明，螞蟻對揮發物的反響與人類對相應聲響的反響類似。
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。
“聲化使咱們可以經過聽到防御性排泄物的生物活性得到新知道，并經過丈量聲響強度量化這種知道?！盉oevé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據集的特定元素。例如地震數據中記載的地震，或者互聯網數據流中的網絡黑客行為。”
用聲響感知
實際上，為了了解一個雜亂現象，聲學經常被用來連接兩個不相關的領域。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——德國物理學家蓋革當時規劃并制成了一臺α粒子計數器。輻射使計數器中的氣體電離會產生電流脈沖，從而宣布連續不斷的咔嗒聲。該設備至今仍是核物理學和粒子物理學不可短少的探測器，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構也被轉譯成音樂。美國麻省理工學院的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，從而把整個蛋白質轉換成開始的樂譜。編鐘聲、撥弦聲、長笛聲代表了刺突蛋白質的不同方面。研究人員以為，這種辦法比傳統的蛋白質研究辦法（如分子建模）更快、更直觀，可以幫助科學家更容易找到抗體或藥物或許結合的蛋白質位點——只需查找與這些位點對應的特定音樂序列。
高能物理學家Piotr Traczyk為了紀念歐洲大型強子對撞機發現“上帝粒子”——希格斯玻色子，選取了查找進程中的兩張首要數據圖，將其中一張圖的數據轉化為音符，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“發明”全新蛋白質。Buehler團隊將蛋白質的雜亂結構轉化成樂譜，隨后給電腦一個序列，人工智能體系就能規劃出一種在自然界中從未有過的蛋白質。相關論文刊登于《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節以引出特定行為，例如集合、示警和繁殖等。從化學視點來看，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，研究人員正持續研究其他大型化學物質數據集，以開發揮發性物質聲化創新辦法。Boevé希望新辦法能與現有的揮發性物質測驗技能彼此補充，特別是在昆蟲較少的季節或難以獲取滿足排泄物的情況下。
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來源：中國科學報
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