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我们如何知道何时该小便？

艾米莉·安德伍德， 可知杂志 你开车去某个地方，眼睛盯着路，突然感觉下腹部有点刺痛。一小时前喝的那杯特大杯可乐已经通过肾脏进入膀胱。“该靠边停车了”，你一边想，一边寻找出口匝道。 对于大多数人来说，在高速公路休息站停车是一种极其平凡的经历。但对于神经科学家丽塔·瓦伦蒂诺来说却并非如此，她研究过大脑如何感知、解读和响应膀胱信号。她对大脑接收膀胱感觉、将其与身体外部信号（如道路的景象和声音）相结合，然后利用这些信息采取行动（在这个场景中，就是找到一个安全、适合社交场合的上厕所地点）的能力非常着迷。“对我来说，这真的是大脑所做的美妙事情之一的一个例子，”她说。 科学家过去认为，我们的膀胱受一种相对简单的反射控制——储存尿液和排尿之间的“开关”。“现在我们意识到它比这复杂得多，” 华伦天奴，现任美国国家药物滥用研究所神经科学和行为学部门主任。大脑区域组成的复杂网络，负责决策、社交互动和了解身体内部状态等功能，也称为 内感受，参与拨打电话。 该系统不仅复杂得令人难以置信，而且非常微妙。例如，科学家估计，超过十分之一的成年人患有膀胱过度活动症，这是一种常见的症状，包括尿急（即使膀胱未充满也感觉需要小便）、夜尿（需要每晚频繁上厕所）和失禁。虽然现有的治疗方法可以改善一些人的症状，但对许多人来说却不起作用， 马丁·米歇尔他是德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的药理学家， 研究膀胱疾病的治疗方法。事实证明，开发更好的药物非常困难，因此所有大型制药公司都放弃了这一努力，他补充道。 然而，最近，大量新研究为该领域带来了新的假设和治疗方法。瓦伦蒂诺说，尽管膀胱疾病的治疗历来都集中在膀胱本身，但新研究指出大脑是另一个潜在目标。结合旨在解释为什么某些群体（如绝经后女性）更容易出现膀胱问题的研究，这项研究表明，我们不应该简单地接受失禁等症状是不可避免的。 英迪拉·迈索雷卡休斯敦贝勒医学院微生物学家。我们经常被告知，这些问题只是衰老的一部分，尤其是对女性而言——“这在某种程度上是正确的，”她说。但许多常见问题是可以避免的，并且可以成功治疗，她说：“我们不必忍受痛苦或不适。” 微妙的平衡 从最基本的层面上讲，人类的膀胱是一个有弹性的袋子。为了装满尿液（大多数健康成年人的容量为 400 至 500 毫升（约 2 杯）），膀胱必须经历人体器官中最极端的扩张，从皱巴巴的空状态膨胀约六倍。 为了伸展到这么远，包裹膀胱的平滑肌壁（称为逼尿肌）必须放松。同时，围绕膀胱下口或尿道的括约肌必须收缩，科学家称之为守卫反射。 并非只有感觉神经元（紫色）能够感知膀胱的拉伸、压力、疼痛和其他感觉。其他类型的细胞，如构成尿路上皮阻挡尿液屏障的伞状细胞，也能感知和响应机械力——例如，当膀胱扩张以充满尿液时，释放三磷酸腺苷 (ATP) 等化学信号分子。 报道作者：E. Underwood / Knowable Magazine 膀胱在充满或充满时，95% 以上的时间都处于储存模式，使我们能够进行日常活动而不会漏尿。在某个时刻——理想情况下，当我们决定小便的时候——这个器官 从存储模式切换到释放模式为此，逼尿肌必须用力收缩将尿液排出，同时尿道周围的括约肌必须同时放松，让尿液流出。 一个世纪以来，生理学家们一直对人体如何协调储存和释放之间的切换感到困惑。20 世纪 20 年代，伦敦大学学院的外科医生弗雷德里克·巴林顿 (Frederick Barrington) 开始寻找脑干（大脑最下部与脊髓相连的部分）中的开关。 巴林顿与镇静猫一起工作 使用带电针损伤脑桥的不同区域，脑桥是脑干的一部分，负责睡眠和呼吸等重要功能。当猫恢复时，巴林顿注意到有些猫表现出想小便的欲望——通过抓挠、转圈或蹲下——但无法主动去排尿。与此同时，脑桥不同部位病变的猫似乎已经失去了小便的意识，它们会随机小便，每次小便时都会显得很吃惊。显然，脑桥是泌尿功能的重要指挥中心，告诉膀胱何时排尿。 超越巴林顿的核心 巴林顿的研究为我们目前对膀胱控制神经回路的理解奠定了基础。但我们现在知道，涉及的不仅仅是脑桥。 当膀胱充满尿液时，逼尿肌和膀胱壁内层的拉伸感应细胞会将膀胱充满的信号通过脊髓传送到脑干中称为导水管周围灰质的部分。然后信号传送到称为岛叶的区域，该区域充当一种传感器：膀胱越充满，岛叶中的神经元就会越多地发出称为动作电位的微小电脉冲。 接下来，大脑中负责规划和决策的区域——前额叶皮层——会计算出此时是否是社会上可接受的排尿时间。如果答案是肯定的，它会向导水管周围灰质发送信号，后者又向巴林顿在猫身上发现的脑桥部分——现在被恰当地称为巴林顿核——发送“一切正常”的信号。信号再传回膀胱，然后 瞧，出现排尿。 这是部分神经通路和大脑区域的简化表示，这些神经通路和大脑区域使大多数健康人能够感知膀胱何时充盈或充满，预测他们可以等待多长时间排尿，并成功执行“憋尿”或“排尿”的计划。这种复杂的双向神经通讯系统的任何层面的中断都可能导致膀胱疾病，全世界数百万人都有亲身经历。 报道作者：E. Underwood / Knowable Magazine 在过去十年中，用于绘制不同大脑区域如何连接和相互作用的超精确工具使得这幅图景变得更加精细。 Valentino 和她的团队使用了一种可以同时监测和分析大脑多个部位神经元电活动的技术，结果表明，当膀胱达到一定程度的充盈时，位于脑干蓝斑的神经元开始以稳定、有节奏的方式放电。这种活动像波浪一样蔓延到大脑的外层，即大脑皮层，并在排尿前约 […]

中世纪冰岛人可能猎杀蓝鲸

根据 17 世纪的冰岛文献，1385 年秋天，一位名叫奥拉维尔的男子在冰岛西北海岸捕鱼。在该地区迷宫般的峡湾环绕的寒冷海水中，奥拉维尔据说遇到了一种比他的敞篷木船还要小的动物——一头蓝鲸，这是有史以来最大的动物，在冰岛语中被称为 漂流者。 记录奥拉弗故事的诗人兼学者乔恩·古德蒙森（Jón Guðmundsson）或博学的乔恩（Jón the Learned）称蓝鲸是“所有鲸鱼中最优秀、最神圣的”。古德蒙森写道，对于那些面临其他更“邪恶”鲸鱼威胁的水手来说，“如果蓝鲸就在附近，最好向它寻求庇护，并尽可能靠近它。”他继续解释说，蓝鲸通常是平静的动物，仅凭其体型就足以吓倒更危险的海洋生物。 然而，蓝鲸不仅仅是中世纪冰岛人的神话保护者——越来越多的证据表明，它们也是重要的食物来源。当这头巨大的鲸鱼浮出水面，靠近奥拉维尔的船时，奥拉维尔将自制的长矛刺入鲸鱼的肉中。长矛上应该有奥拉维尔的标志性徽章，如果一切顺利，奥拉维尔会重伤鲸鱼，让它死在附近的海岸上。无论谁发现它，都会根据长矛尖上的标记知道奥拉维尔给了它致命一击，他可以宣称自己拥有这头鲸鱼的赏金。在大多数冰岛人主要靠养羊为生的时代，一头蓝鲸——体长可达 95 英尺多，体重可达 165 吨——是一笔意外的热量收获。 一只鳕鱼可以产出 66 吨肉，相当于 3,000 只羊羔，而且根据 13 世纪的北欧文献记载，鳕鱼“比其他任何鱼类都更适合食用，而且气味也更好闻”。 17 世纪诗人兼学者 Jon Guðmundsson 绘制的 19 头鲸鱼和一头海象的图画 图片来源：丹麦皇家图书馆 然而，奥拉维尔就没那么幸运了。鲸鱼的尸体从未出现在冰岛海岸。不过后来，一群饥饿的旅行者在 930 英里外的格陵兰岛发现了一头刚死的搁浅蓝鲸。这群人由一位冰岛酋长带领，古德蒙森回忆说，当他和他的手下屠宰这头鲸鱼时，他们在鲸鱼体内发现了一个铁矛头，上面刻有奥拉维尔的徽章。这些人知道他们无法把赏金交给奥拉维尔，于是吃掉了鲸鱼，以免饿死。 这个故事是环境历史学家维姬·萨博在过去三十年中搜寻的许多类似故事之一，它为冰岛人与蓝鲸的互动提供了引人入胜的一瞥。北欧文字在科学上是准确的，描述了以下行为： 陷阱喂养，其中鲸鱼张开嘴巴，让鱼聚集在里面，然后闭上嘴巴。但他们经常将基于证据的事实与“超自然的东西、巨魔和怪物”结合起来，萨博说。因此，依靠这些文件来准确描绘中世纪人与鲸的关系是一项挑战。 在 21 世纪之前，考古记录也没有多大帮助。由于冰岛人通常在海岸线上加工鲸鱼，大多数鲸骨都遗失在海洋中，因此它们的使用在考古记录中可能没有得到充分体现。动物考古学家没有根据物种来识别鲸骨；他们只将它们归类为“大鲸鱼”或“小鲸鱼”。鲸鱼保存不善，导致 20 世纪的专家将其称为“隐形资源”。 尽管鲸鱼是许多北方文化中文化传统、建筑材料和蛋白质的重要​​来源，但大多数社区的捕猎对象都是体型较小、更易于管理的物种。中世纪的冰岛人在爆炸鱼叉和更快的蒸汽船发明之前的几个世纪里真的在捕猎蓝鲸吗？如果是这样，他们是如何捕猎的，频率如何？这些互动能揭示出历史上和现代鲸鱼种群的哪些信息？ 萨博现就职于美国西卡罗来纳大学，目前领导着一个 多学科团队 考古学家、历史学家、民俗学家和遗传学家试图回答这些问题。 萨博最初对冰岛人与鲸鱼的历史感兴趣是在 20 世纪 90 年代初。起初，她只研究印刷品，比如冰岛传奇，这是一本记载于 13 和 14 世纪的传奇故事集。这些传奇和其他文本（包括 Jón Guðmundsson 撰写的文本）都是鲸鱼故事的宝库。萨博说：“这些人一直在谈论鲸鱼。”他们经常特别提到蓝鲸。 […]

“关键物种”一词已经失去了意义吗？

莱斯利·埃文斯·奥格登， 广达杂志 2001 年，安妮·所罗门 (Anne Salomon) 作为研究生的第一周并不符合她的预期。 当其他新生前往参加入门讲座时，所罗门被面包车和摩托艇送往塔图什岛，该岛位于华盛顿奥林匹克半岛西北端的近海。 在这座孤岛的潮汐池中，所罗门凝视着岩石上的生命之网：赭色海星、藤壶、贻贝、蜗牛和各种藻类，其形状让人想起生菜、苔藓和泡沫包装。 对于鲍勃·潘恩 (Bob Paine) 的实验室同事来说，参观这片被海浪冲击的露头是一种成人仪式。 几十年前，潘恩手持撬棍，首先撬开了紫色 皮萨斯特 他从附近马卡湾的潮汐池中捕获了海星——生态系统中的顶级捕食者——并将它们扔进海里，这样他就可以了解是什么力量组织了这些粘附在岩石上的生物群落。 研究结果将深刻影响生态、保护和公众对自然的看法。 三年没有海星出现后，水池中原本存在的 15 种海星减少到了 8 种。 十年后，贻贝单一养殖占据了海岸。 这 潘恩的实验结果，发表于 美国博物学家 1966 年，研究表明单个物种可以对生态群落产生巨大影响。 当潘恩与古生态学家和自然资源保护主义者分享他的发现时 艾丝黛拉·利奥波德，她建议一个强大的概念应该有一个令人回味的名字。 在随后的论文中，他指定 皮萨斯特 海星是一种“基石物种”，指的是建筑基石：拱顶上的楔形石头，一旦插入，可以防止结构倒塌。 “鲍勃具有相当诗意、善于叙事的头脑，”说 玛丽·鲍尔加州大学伯克利分校名誉教授，师从潘恩。 （潘恩于 2016 年去世.) 所罗门、鲍尔和其他潘恩大学的学生致力于他们的研究生工作，以完善关键概念并从数学上定义物种的生态“关键性”。 但就像海星在岩石上闪闪发光一样，这个比喻在科学界和公众的想象中占据了主导地位。 许多生态学家和自然资源保护主义者忽视了潘恩赋予这个词的最初意义，并开始将似乎每个重要物种都视为基石。 事实上，去年发表的一项分析发现，超过 200 个物种已被标记为基石。 该标签的使用范围如此广泛，以至于一些生态学家担心它已经失去了所有意义。 鲍勃·潘恩 (Bob Paine) 站在太平洋西北部的潮间带，在那里他研究了紫色海星如何构建潮汐池群落。 潘恩在他的一篇最后论文中提出，人类是一个“超级基石”物种，对所有其他基石产生的生态影响。 凯文·谢弗/阿拉米 今天的生态学家正在努力完善“关键物种”的含义，并倡导更具辨别力的应用。 他们认为，通过更严格地识别关键物种，政策制定者可以更好地识别和保护对生态系统产生不成比例影响的物种。 微生物医学的新应用可以帮助生物学家更精确地量化关键物种的影响，这不仅有利于生态系统，也有利于人类健康。 物种必要性 […]

在明尼苏达州，研究人员正在将树木移至更北的地方以拯救森林科学

约翰·H·蒂贝茨， 可知杂志 九月一个凉爽的早晨，布莱恩·帕利克的脚步静静地落在明尼苏达州标志性诺斯伍兹的红松树冠下一条闪烁着灯光的小路上。 成熟的红松，也称为挪威松，是一种高大、笔直的树冠乔木，在寒冷的冬季和凉爽的夏季茁壮成长。 它是明尼苏达州的官方树，也是该州木材工业的重要目标。 但红松在这里的统治地位可能会消失。 未来几十年，气候变化将使红松和其他诺斯伍兹树木越来越容易受到更长、更温暖的夏季和不太寒冷的冬季以及干旱、风暴、野火和虫害的破坏性组合的影响。 气候变化正在改变寒冷地区的生态条件，其速度快于树木适应或迁移的速度。 Palik，一位森林生态学家 美国农业部林务局北方研究站，停下来，指着红松树冠下的一棵新树：一棵落叶阔叶树，苦坚果山核桃，高约十英尺，树龄八年，有大象的眼睛那么高。 “效果非常好，”他说。 这种苦果山核桃可能不应该在 切富特实验林 位于明尼苏达州中北部，靠近大急流城。 它很可能是从伊利诺伊州南部一个苗圃里的幼苗开始的，那里 深度冻结没有那么极端。 通常情况下，如果一株适应南方的幼苗被种植在像这样不适宜寒冷的气候中，它可能会面临霜冻的风险，其生存就会受到威胁。 但新来者郁郁葱葱的绿叶散发着健康的气息。 对于一个旨在在全球变暖的情况下保持森林生长的项目来说，这是一个充满希望的迹象。 这种八年生的苦坚果山核桃原产于气候温和的南部，在明尼苏达州北部繁盛，该州因漫长而严寒的冬季而臭名昭著。 布莱恩·帕利克/美国农业部林务局 2016 年，作为帕利克管理的实验的一部分，林业局在 Cutfoot 实验森林中种植了 8 种树种的幼苗，这些树苗的种子是从南边数百英里的树林中收集的。 有四种树种原产于这个北部地区：东部白松、北部红橡、布尔橡树和红枫。 有四种罕见或非本地树种：白橡木、苦果山核桃木、黑樱桃木和黄松。 二十年前，这些南方的幼苗可能很难在这里茁壮成长。 如今，帕利克和他的团队可以看到他们种植的几乎所有南方树木都取得了成功。 他说：“它们的生长速度非常快，这表明气候适合它们，”尽管研究人员还不知道幼苗的长期健康状况。 8 个物种中的 7 个物种的存活率为 85% 至 90%。 “20 年前明尼苏达州南部的典型气候现在也出现在明尼苏达州北部，”帕利克说。 短短 20 年内，气候条件向北移动了约 200 英里。 帕利克的项目是一项森林辅助迁移的实验，即重新安置树木，以帮助林地适应和繁荣，尽管它们的栖息地因气候变化而变暖。 提倡辅助迁徙的林务人员通常不是为了拯救特定物种，相反，他们希望通过移动树木来帮助 维持生产性森林 具有多种效益，如碳储存、水过滤、野生动物栖息地、休闲美景和木材。 尝试辅助移民需要以不同的方式思考自然。 虽然生态恢复通常会从过去寻找修复退化地区的线索，但探索辅助迁徙的林业工作者正在种植气候温暖的树木，这些树木在未来温暖的条件下更有可能茁壮成长。 在明尼苏达州北部的切福特实验森林中，这棵大约有八年树龄的黄松树是用在西南数百英里的气候温暖的森林中收集的种子培育而成的。 随着明尼苏达州北部气候持续迅速变暖，该物种有一天可能会在该地区繁盛。 道格·卡斯坦迪克/美国农业部林务局 […]

原子弹如何让罗伯特·奥本海默和弗兰克·奥本海默兄弟走上不同的道路科学

KC科尔， 可知杂志 科学时不时地会提供毒丸。 在探索自然如何运作的过程中获得的知识打开了我们可能希望关闭的大门：在过去一年的大部分时间里，我们的新闻源充斥着关于计算超级大国如何创造不道德的故事 非人类的“思想” 它可能会比我们学会更好地思考（然后呢？）。 大屏幕上， 电影 奥本海默 探索了近 80 年来人们一直面临的威胁：如何释放原子能量来为具有难以想象的破坏力的炸弹提供动力。 当潜在的灾难性发明威胁到全人类时，谁来决定如何（或是否）使用它们？ 当科学家们都在谈论“人类灭绝”这样的术语时，谁的声音重要？ 这些问题是问题的核心 奥本海默 这部大片现已获得十多项奥斯卡奖提名。 对我来说，这部电影因不同的原因而击中要害。 在弗兰克·奥本海默生命的最后 15 年里，我与他度过了很多时光。 虽然我从来不认识他的兄弟罗伯特，但弗兰克仍然感到痛苦，他认为罗伯特浪费了与世界人民进行坦诚对话的机会，讨论如何在这一新威胁的阴影下保护自己。 KC Cole 和 Frank Oppenheimer 在 Bob Miller 的作品中混合图像 每个人都是你和我 （1980），一个探索感知、光学和光的探索馆展览。 由 KC 科尔提供 二战后的岁月里，兄弟俩（罗伯特——“原子弹之父”——和他的弟弟弗兰克——原子弹的“叔叔”，他顽皮地自称）之间的情感联系变得密切起来。一度紧张甚至骨折。 两人都希望新兴的核技术能够继续处于全球和平的控制之下。 两人都希望他们帮助制造的武器的纯粹恐怖能够带来一个没有战争的世界。 他们站在同一边，但在战术上却意见不同。 战后声名鹊起的罗伯特认为，决定应该留给那些了解问题并有能力使事情发生的专家，即像他这样的人。 弗兰克同样坚信，普通人必须参与其中。 他认为，每个人都需要赢得战争，也需要每个人才能赢得和平。 最终，双方都输了。 两人都用自己的职业生涯为自己的努力付出了代价（尽管弗兰克最终将他的想法复活为具有世界影响力的“人民科学博物馆”）。 考虑到“谁决定？”的问题。 作为当今快速发展的科学的基础，兄弟俩的故事似乎比以往任何时候都更加引人注目和相关。 道德教育 在许多方面，奥本海默兄弟非常相似。 两人都学过物理。 两人都连续抽烟。 两人都热爱艺术和文学。 两人都有一双锐利的蓝眼睛，遗传自他们的母亲埃拉·弗里德曼·奥本海默（Ella Friedman Oppenheimer），她是一位艺术家，一只畸形的手总是藏在手套里。 […]