【最小灵长类揭示数千万年视觉进化】灵长类动物在眼前便能处理视觉信息,这有点类似于数码相机处理像素。为了理解人类视觉能力的起源,瑞士日内瓦大学科学家,联合德国马普学会和法国国家自然历史博物馆等机构合作者,调查了这些计算单位能否跨越灵长类动物之间巨大的尺寸差异。

研究人员比较了鼠狐猴和其他灵长类动物的视觉系统,发现这些视觉处理单元的大小在所有灵长类动物中是相同的,与它们的体型无关。相关论文近日刊登于《当代生物学》。传送门:https://t.cn/A6qAi46z

“所有灵长类动物在视觉系统中共享相同大小和组织的处理模块,这表明这些模块很可能出现在早期和某个特定的时刻(破坏性创新),而不非随着时间的推移而逐渐进化。”该研究通讯作者、日内瓦大学基础神经科学系教授Daniel Huber在接受《中国科学报》采访时表示。

图1:大脑样本对比图

▲ 最小灵长类动物

视觉在演化史上是一个重要主题,但是除了节肢动物化石中钙化的晶状体以外,视觉系统中的其他部分通常很难在化石记录中保存下来,因为眼睛和大脑的软组织在死亡后分解得很快。

之前,英国布里斯托大学科研人员提出了一条时间线,指出所有动物群的一个拥有视蛋白的共同祖先出现在大约7亿年前。不过,最初这种视蛋白被认为是“盲”的,然而在接下来的千万年里,视蛋白经历了关键的遗传变化,有了探测光的能力。

随着演化,生命越来越复杂的同时,视觉系统也在不断发展。为了更好地观察周围的世界,灵长类动物使用复杂的眼球运动集中视觉;鸟类、昆虫和啮齿类动物则通过移动头部来做同样的事情。

一个多世纪以来,人们对灵长类动物的视觉系统进行了深入研究。这些研究发现,与啮齿类动物等其他哺乳动物不同,视觉信息是由位于视觉皮质的专用小型计算单元处理的。

由于不同灵长类物种有不同的体型,人们不禁想知道这个基本的计算单元是否随着身体亦或是大脑的大小而变化。例如,在灰鼠狐猴身上,它是简化了还是缩小了呢?

来自马达加斯加的灰鼠狐猴最小灵长类动物的一种,体重仅为60克。鼠狐猴是一种非常特殊的物种,和最早进化于5500万年前的灵长类动物有很多相同的特征。

“我们选择鼠狐猴有两个原因。首先,它是世界上最小的灵长类动物之一,因此,如果大脑回路的小型化或简化发生在体型更小的物种中,那应该在鼠狐猴的大脑中十分明显。”Huber说,“其次,鼠狐猴被认为是早期灵长类动物的‘典范’,因为它与我们最早的祖先有许多共同的特征,例如小体型、栖息地、食物来源和树栖生活方式等。”

▲ 不要介意大小

为了弄清视觉和体型的关系,研究人员使用光学脑成像技术研究了鼠狐猴的视觉系统。研究人员将代表不同方向的几何图形呈现给鼠狐猴,并将神经元对视觉刺激做出反应的活动进行了成像。

经过反复测量,研究人员能够确定处理表单信息的最小单元的大小。“我们期望看到一个微小的单位,与鼠狐猴的小体型成比例,但我们的数据显示,它们的测量直径超过0.5毫米。”Huber说。

在与马普学会研究人员的合作中,Huber将鼠狐猴大脑中的数百个单元图像与其他更大的灵长类动物视觉回路的数据进行了比较。研究小组有了一个惊人的发现:60克的鼠狐猴、7公斤的猕猴,甚至更大的灵长类动物(如人类),这些视觉处理基本单元大小几乎相同。

研究人员表示,结果表明,从最大的到最小的灵长类动物,视觉系统的基本模块都没有发生微型化演变。这表明,人们的视觉系统得到了令人难以置信的保存,并揭示了视觉在从远古祖先到现在人类的日常生活中的重要性。

此外,这些视觉处理单元在大脑中的排列方式是完全相同的,遵循着同样的数学规则。研究人员还发现,到目前为止,所有被研究的灵长类动物的每个视觉单元的神经细胞数量几乎是相同的。

十年前,马普学会动力学和自组织研究所物理学家Fred Wolf就曾指出,视觉系统的进化可能会受到普遍数学原理的支配,但他至今仍对这种不变性感到惊讶。他告诉记者:“5500万年的大陆分离带来了一个非常漫长的进化过程。我本以为在这些神经模块中,物种之间会有一些共性和特征差异。但事实是,几乎不可能把它们区分开来。”

▲ 视觉回路是“超人”

“对抗住”数千万年的演化、不惧宿主体型大小,也许灵长类动物拥有的视觉回路比之前人们想象得要强大得多。这些强大且没有出现压缩的回路堪比“超人”。

研究人员表示,这些结果为了解灵长类视觉的起源提供了深刻的见解。首先,这些视觉处理单元被保存得如此完好,说明其很可能在灵长类历史的早期就已经进化,这表明在视觉的形成方面,我们的灵长类祖先从一开始就拥有与我们相似的视觉能力。

另外值得注意的是,这部分视觉系统不能被压缩或缩小。因此,“看”这一过程似乎需要一定数量的神经元来确保其最佳功能。

因此,研究人员表示,对于视力极佳的小型灵长类物种来说,比如鼠狐猴,视觉系统相对于它们整个大脑的大小来说必须相对较大,才能容纳足够数量的视觉处理单元。事实上,鼠狐猴超过1/5的大脑皮层用于视觉处理。相比之下,与视觉相关的神经回路仅占人脑的3%。

当然,这并不意味着灵长类的整个视觉系统都是一成不变的。之前,一项研究对波多黎各圣地亚哥岛80多只不同恒河猴食用30种树上的果实进行了2万多次单独观察。研究人员发现,一些灵长类动物的眼睛拥有3个不同种类的光敏视锥细胞,而不是两个。拥有三色彩感觉的雌猴比拥有两色彩感觉的雌猴能更快地找到果子。而灵长类动物产生这种三色彩感觉是因为它让人类的早期祖先能更容易地看到绿色森林海洋中色彩鲜艳的成熟果实。

另一方面,除了揭秘视觉的数千万年进化,这项研究还强调了保护鼠狐猴等灵长类动物栖息地的重要性,尤其是在马达加斯加的森林中。“这些栖息地正在以惊人的速度消失,同时也带走了了解人类起源的宝贵钥匙。”Huber说。
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【昔日戈壁滩 今朝“米粮川”

酒泉市“十三五”推进戈壁农业向高质量发展纪实】岁暮天寒,走进酒泉的一个个戈壁农业产业园,仿佛置身于现代农业博物馆——装配式钢架大棚里,韭菜、黄瓜、西红柿等蔬菜鲜嫩水灵,农户正忙着采收装车;智能连栋温室内,火龙果、无花果、莲雾等南方果树生机盎然,一套套高精尖设备令人眼花缭乱……令人难以置信的是,这里曾经是“风吹石头跑,遍地不长草”的戈壁滩。

戈壁滩的变化,源自“十三五”期间酒泉儿女大力弘扬“铁人”精神,依靠勤劳智慧和不屈不挠的奋斗拼搏精神,通过不断探索创新,找到了一条戈壁上发展现代设施农业、实现农业增效农民增收的新路子。

科技支撑引领发展

党的十九届五中全会提出:坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。科技支撑在酒泉市戈壁农业的发展中得到了生动实践。
寒冷的冬季,记者走进位于酒泉肃州区总寨镇沙河村的总寨戈壁农业产业园内,种植大户范立德熟练地演示着一座日光温室的智能化操作:在这款App上,聚合了水肥一体化、室内温度监测等控制系统。通过网络,温室内蔬菜生长、田间管理等情况,都可以实时反映到总寨园区技术中心的监测大屏上,种植户可以及时介入管理,当地的种植专家还可以提供远程技术指导。

为做大做强戈壁农业,近年来,酒泉市聘请了41名以色列、国家农科院、省农科院、甘农大等国内外知名农技专家组建酒泉戈壁生态农业研究院,成立了中国工程院院士、中国农科院蔬菜花卉研究所研究员方智远团队院士工作站,研发推广了戈壁温室建造、基质栽培、病虫害防控、检疫检测等30多项先进适用技术,为推动酒泉市戈壁生态农业技术研究和实践创新,促进科技成果产业化,提高戈壁生态农业生产提供了强有力的技术支撑。

“以前我们种植玉米,1亩地年收入1000余元。现在1座温室蔬菜大棚1年种植2至3茬,收入3万余元。”10多年前,范立德回乡承包大棚,如今,已成为远近闻名的种植大户,并成立了合作社,带动其他农户增收致富。

戈壁缺水,是结构性短缺。黑河、疏勒河、讨赖河、党河流经酒泉境内。大力发展科技节水是破解戈壁农业水资源瓶颈的惟一出路,也是突破资源制约的重要科技手段。
“节水是惟一出路。”酒泉市农业农村局副局长王生军说。

记者从酒泉市农业农村局了解到,“十三五”期间,酒泉市农技部门大力推广节水技术,其中,制定15项戈壁农业标准化技术规程,让节水滴灌、水肥一体等集成新技术落户酒泉,实现了产量增加、品质提升、节约用水、保护环境、收益提高的目标。以番茄种植的实验测算为例,在日光温室、钢架大棚和大田生产中,每立方米水产生的经济效益比为11.89:3.14:1,每立方米水经济效益为大田种植的10余倍。

在敦煌种业的智能连栋玻璃温室,工作人员种菜像种花一样精细。

“给水量是按滴计算的,每棵作物都有专属的喝水档案。水肥设备根据作物生长数据,结合环境自动调节给水量。”公司生产二部经理王凯说。

园区示范带动发展

位于肃州区的东洞戈壁农业生态产业园,是酒泉市近年来集中打造的万亩戈壁农业示范园区。目前,园区已建成年繁育3000万株工厂化育苗中心,先后引进安信种苗、敦煌种业、中农富通等40家企业、农民专业合作社和农户打建日光温室2100座,对接了北京新发地、上海江桥、广州江南等东部大市场,带动肃州区外销优质蔬菜45万余吨。

肃州区东洞镇四号村4组的秦存国,是一位与土地打了一辈子交道的农民,近年来,他通过发展戈壁农业种植日光温室走上了致富之路。

去年,秦存国种植的两棚西红柿,上市后纯收入近5万元。尝到甜头的他今年再次扩大规模,又租种了3座温室,全部种植了西红柿和黄瓜。

谈起日光温室种植,秦存国信心满满地说:“一座温室十亩田。相信通过自身的不断努力,日子会越过越好。”

在酒泉瓜州县广至藏族乡的戈壁农业扶贫产业园,新堡村7组的建档立卡贫困户陈文军正在大棚中辛勤劳作。现在的陈文军一家人住上了瓷砖红瓦的大院子,收入增加、环境变好,陈文军一家顺利脱贫。

谈到发展戈壁农业,陈文军感慨万千地说:“刚搬来时,家里仅有9亩棉花地,随着孩子上学支出增加,全家的经济情况愈发捉襟见肘。在各级的大力帮扶下,我家自2018年开始在温棚内种植流星瓜和菜瓜,1座棚收入近九千元钱,10个棚收入近9万元。现在各级扶持也很大,我们的日子也过得越来越好了。”

通过园区带动,广至藏族乡以蜜瓜为主的设施农业规模持续扩张,至目前,高标准钢架大棚达到了370座,日光温室达到了1215座。新堡村413户建档立卡贫困户全部脱贫,2019年底村集体经济收入达到25万元。

近年来,酒泉市制定《酒泉市戈壁农业发展总体规划(2018年—2022年)》,先后建成肃州区国家现代农业(种业)产业园和敦煌国家现代农业示范区两个国家级农业产业园,启动建设了中国—以色列(酒泉)绿色生态产业园,建设戈壁农业产业园和示范点96个,其中,万亩园区7个、千亩园区18个,戈壁农业面积累计达到11.7万亩,占全省戈壁农业面积的48%,有128家农业企业、205家专业合作社、1.26万种植户参与戈壁生态农业建设发展,酒泉市已成为甘肃省乃至全国最大的戈壁生态农业示范区。

品牌开路抱团发展

既要种得好,也要卖得好,这是促进农民增收致富的必由之路。

11月6日至8日,在第二十一届中国绿色食品博览会暨第十四届中国国际有机食品博览会上,玉门市清泉乡康源果蔬农民专业合作社的“祁连清泉”牌人参果,因清香多汁、甘甜爽口、营养丰富,具有富硒、高锌、高钙、低糖的独特品质,荣获绿博会金奖。

“祁连清泉”牌人参果就产自清泉乡万亩人参果戈壁农业园区。目前,玉门市人参果总规模达到了2011棚7040亩,相继通过了甘肃省无公害蔬菜产地认证、绿色食品认证及玉门市绿色食品标准化生产技术规程认证,清泉乡被誉为“中国人参果之乡”。

李国柱、许冬玲夫妇是清泉乡有名的人参果种植能手。

许冬玲说:“种人参果比种庄稼轻松多了,并且挣钱还多。种植两座温室的人参果,每年能收入八九万元钱呢。”

由于清泉乡处在旅游线路,外地游客常会到产业园购买人参果,许多种植户都建立了微信客户群。

许冬玲说:“消费者信得过我们,他们在微信上就直接下单了。”

今年,酒泉市评选了“酒泉味道”和“好味道、泉都有”区域公用品牌名称、宣传语,发布酒泉“十大农产品品牌”,敦煌李广杏、瓜州蜜瓜等5个区域公共品牌和冰川珍珠、年公西瓜等13个企业商标品牌成功入选《“甘味”农产品品牌目录》,不断推介宣传“戈壁雪润”公用农产品品牌,现已覆盖8大类100多种农畜产品。酒泉市政府先后与上海江桥蔬菜集团签订了产销战略合作协议,与广州市签订了“粤港澳大湾区”城市合作协议。继酒泉市被确定为上海“菜篮子”供应基地后,敦煌种业农业科技有限公司通过了粤港澳大湾区“菜篮子”生产基地认定。通过积极组织市内生产销售企业参加绿公司年会、北京农产品博览会等节会,整合资源、统一形象,集中宣传推介,酒泉市农产品品牌影响力和美誉度得到了进一步提升。

记者从酒泉市农业农村局了解到,预计到2022年,酒泉市将打造引领全省乃至全国的戈壁生态农业示范区,并成为立足西北、辐射全国,面向中亚、西亚、南亚地区富有竞争力的“菜篮子”生产供应基地,使戈壁生态农业真正成为农业提质增效、农民增收致富的新路子,成为“点石成金”的阳光产业。(周爱玲 范晔)

梦一则
我带着三个被寄魂的活贝壳,去一个塔找一个大师解救,我爬上这个塔,楼梯是在外面斜向上的,直达塔的顶端,要到的时候有一个门,开门进去塔内还是一条向上的楼梯,但是里面是一个卧室的装饰,木的楼梯,我艰难向上吧,我爬太累了,就先把三个贝壳甩上去了,结果爬到上面,出来一个年轻的和尚,不知道他是不是大师或是只是一个普通的和尚,我上去之后赶忙找贝壳,因为我甩上去之后就不知道甩哪去了,和尚和我一起找,找到了两个,最后一个找了很久,最后是和尚找到的,在一个东西下压着,结果贝壳被掏空了,壳也中间破了一个洞,原来是被屋子里的猫吃了


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