把全球最小计算机“拧”在蜗牛背上,动物学家用数据破解“未解之谜”-阿里云开发者社区

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把全球最小计算机“拧”在蜗牛背上,动物学家用数据破解“未解之谜”

简介: 把全球最小计算机“拧”在蜗牛背上,动物学家用数据破解“未解之谜”
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给蜗牛配一台计算机听起来像是动画里才会发生的可爱场面,不过最近,位于南太平洋大溪地岛的蜗牛们真的背上了全世界最小的微型计算机,这些时刻陪伴蜗牛们的计算机记录了它们的栖息环境数据,科学家们从中还揭秘了一项生物学的“未解之谜”。

背起小型计算机的蜗牛名叫玫瑰狼蜗牛,顾名思义,其背上的壳是玫瑰一样的棕红色,以食肉为生。玫瑰狼蜗牛于 1970 年代被引入大溪地岛所在群岛,引入目的是控制另一种入侵者——巨型非洲陆蜗牛。但是玫瑰狼蜗牛繁殖快、杀伤力强,导致了岛上的许多树蜗牛的灭绝,但神奇的是,一种白色壳的小蜗牛 Partula hyalina(P. hyalina )意外的活了下来。

这种白色的小蜗牛Partula hyalina到底有什么过人之处呢?科学家们百思不得其解。不过最近,通过这些世界上最小的计算机收集的太阳能数据,研究者们发现了“幸存蜗牛”逃生的秘密。他们的研究结果发表在 6 月的Communications Biology 上。

大溪地岛白壳蜗牛的生存“未解之谜”

2012 年,密歇根大学的研究员辛迪·比克 (Cindy Bick) 博士还是一名研究生时,她就开始与生态学和进化生物学教授Diarmaid Ó Foighil 一起调查 P. hyalina 得以存活的”未解之谜”。他们一起在2014 年发表了一篇论文,表明该物种更丰富的后代是它比其他物种更好生存的原因之一。但这显然还并不是 P. hyalina 能活下来的关键原因。

大多数陆生蜗牛喜欢阴凉处。与许多物种一样,黑壳的玫瑰色狼蜗牛如果放在阳光下会大量吸收太阳光照,并因此失去水分像肉干一样变干。但 Bick 博士在 20 世纪早期一位软糖学家的田野期刊上进行研究时读到, P. hyalina 经常被发现在森林边缘活动,那里的树木稀疏,光照也更加强烈。

Bick 博士和 Ó Foighil 博士因此提出了这样的一个假设:P. hyalina 的乳白色外壳能够反射太阳光,因此能够在更强的阳光下生存,因此,他们可以在阳光较多的森林边缘活动,这就可以成为一个远离食肉蜗牛的避风港。

两位动物学家开始就此假设寻找验证方式,能否有一种方法来测量每只蜗牛每天接受多少阳光。为此,他们在校园内与David Blaauw 的工程实验室取得了联系,希望他们能够制作一台微型计算机,并将其放置到大溪地岛的食肉蜗牛身上。Bick 博士的提议很有吸引力——有机会在现实世界中测试传感器,并协助一个可以野生动物保护项目。

制造全世界最小的微型计算器,再“拧”进蜗牛壳

Blaauw 博士的团队接受了这个工程挑战——制造世界上最小的传感器。为了为蜗牛准备传感器,Blaauw 博士的实验室添加了一个带有太阳能电池的微型能量收集器,以便传感器可以在阳光下为电池充电。他们将系统包裹在环氧树脂中,以防水传感器,保护它免受强光照射,并缓冲普通蜗牛的粗暴生活。

他们顺利制造出了这台世界上最小的带电池的计算机:一个 2×5×2 毫米的传感器,比蚜虫稍大,这些微型计算机可以通过传感器接收可见光数据,并通过无线电传输。

不过,让这台计算机顺利运行,研究者们还需要解决一个大问题,能源问题。Inhee Lee 现在是匹兹堡大学电气和计算机工程助理教授,当时是 Blaauw 博士实验室的研究员,他解决了这个难题。Lee 博士和 Blaauw 博士使用了太阳能充电装置,测量光照量的同时也将其转换为计算机工作的能量。

另一个问题是,如何将这种传感器牢固的固定在蜗牛背上。科学家们的“小白鼠”是在密歇根花园中发现的一些“本地”蜗牛,研究人员首先尝试用磁铁和魔术贴将计算机粘在外壳上,但未能成功,直到他们弄清楚如何将金属螺母粘在蜗牛外壳上并将传感器拧入螺母中。然后蜗牛和它们的小乘客也准备好了经受各种模拟元素(水桶)的考验。

数据为善,保护濒危物种栖息地

2017 年 8 月,Bick 博士和 Lee 博士带着 55 个传感器抵达大溪地岛。他们在当地蜗牛动物学家Trevor Coote)的带领下,顺利将这些蜗牛传感器装备在食肉蜗牛壳上;鉴于P. hyalina蜗牛的数量不多,科学家们没有打扰这些乳白色的脆弱小生命,只将传感器装在了他们栖息的树叶底下。

每天,研究人员都会跟踪蜗牛数小时,以确保它们没有“离线”,要是跟踪这些不同的蜗牛接受了多少阳光。

这些传感器带来的数据支持了最初的假设。一段时间的追踪数据显示,P. hyalina 栖息地的传感器接收到的阳光平均是玫瑰色狼蜗牛的 10 倍。这证实了更强的光照条件可以保护白壳的蜗牛免受玫瑰狼食肉蜗牛的侵害。

“我在这些环境中长大,听过关于动植物的神话和故事,如果我们不迅速采取行动保护它们,它们要么已经灭绝,要么即将灭绝,”Bick博士补充说,她希望这项研究能够支持她们在该群岛更好的保护 P. hyalina 太阳避难栖息地。

素材来源:
https://www.nytimes.com/2021/07/13/science/snail-tiny-computer.html
https://www.cambridge.org/core/journals/oryx/article/differential-survival-among-tahitian-tree-snails-during-a-mass-extinction-event-persistence-of-the-rare-and-fecund/FB6F5CECCDF77A5CA6266BC1FB6E00A3?__cf_chl_jschl_tk__=pmd_b2511d2a1c92b4d7fa5a899758514b9d81693d42-1627203914-0-gqNtZGzNAvijcnBszQi6

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