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抱团取暖的企鹅最外层会被冻死吗?

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你大可放一百个心,太热的会想出来凉快一下,太冷的也会想进去暖和一下

这些企鹅在超冷天抱团取暖,幼崽被成年企鹅层层包围,在飘扬的大雪下组成一幅奇特的画面,就像精心设计拼图,看乱了眼。

在《人与自然》的纪录片中曾经有报道过,上百万的企鹅在南极的寒风中挤成一团,以孵化企鹅蛋。这些挤在一起的企鹅大概 30 到 60 秒变换一次队形,以保证每个企鹅都能有机会在整个抱团温暖的中心。企鹅们抱团取暖的秘诀在于,保持正确的队形,如果企鹅们站得太松,就不足以保持足够的热量。但是如果他们挤得过紧,则不能有效变换队形,边缘的企鹅可能得不到足够的热量。

企鹅们每一分钟大约移动 10 到 20 厘米步,这种频率可以很好的保持队形的松紧适中,时刻变换队形也能让企鹅轮换出现在抱团最温暖的中心,企鹅们从一头进入,到达中心,再从另一头出去。这种缓慢的执行还让许多企鹅的小群体能够组成一个大的抱团。

帝企鹅是最典型的扎堆取暖群体,因为其他企鹅很少需要以这样无奈的方式直面南极暴虐的极夜——它们可能是迁徙到非洲、南美,或者暂时躲避在南极外围的浮冰和岛屿上。可帝企鹅除外,它们常年生活在南极大陆,可怕的是他们会选择在气候最为恶劣的时候交配生宝宝!

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猫科动物和犬科动物哪类最强?

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人们戏说猫和狗是冤家,却没想到这真是亘古的世仇。

作为宠物,猫和狗各自是猫科和犬科最常见的物种,它们生活在人类身边表现出了两种迥异的脾气,在野生环境中也有截然不同的生存方式:猫是敏捷的化身,以灵巧的动作突袭猎物,总是单独行动,是纯粹的肉食者;狼是耐力的象征,不知疲倦地追踪目标,喜欢协作狩猎,食腐吃素都无所谓。

这样大相径庭的生存策略代表了一场旷日持久的顶级掠食者争夺战:在旧大陆的生态系统中,哺乳动物中的掠食者全部来自食肉目,这个成功的类群源自始新世晚期的北美,演化自一个称为“细齿兽总科”的古老类群,它们在恐龙灭绝后不久就出现了,形态往往类似今天的鼬,会爬树,捕食昆虫等小动物。

始新世晚期是新生代气候变化的分水岭,全球气候从温暖湿润缓慢转向干燥凉爽,这类食虫的小兽大约在 4200 万年前发展出最早的食肉目,分裂出两个主要的分支:一支留在树上,包括猫的祖先,称为猫型亚目;另一支经常走到地面上,包括狗的祖先,称为犬型亚目。

在那个古老的时代,陆地上的顶级掠食者大都来自一个更加古老的肉齿目。

100 公斤的父猫、500 公斤的鬣齿兽、800 公斤的裂肉兽,它们与食肉目关系很近,但又有许多不同之处,比如吻部较长,大脑较小,腰部不灵活,走路时全脚掌着地——这些深层次的解剖缺陷最终成为竞争的掣肘,使它们在接下来的 1000 万年里渐渐败给了新崛起的食肉目,最终灭绝了。

食肉目最早崛起的顶级掠食者是猫型亚目的猎猫科,它们在 4000 万年前出现在密林中,沿着岛链一路扩散到欧亚大陆上,并在 2800 万年前达到了顶峰,长着突出嘴外的巨大犬齿,像极了后来的剑齿虎,代表物种就叫“伪剑齿虎”(Hoplophoneus),它们体重可达 160 公斤,四肢较短,相信会匍匐接近猎物,突袭后用锋利的犬齿切断猎物的喉咙。

像这样的剑齿攻击专门应对大型猎物,是猫型亚目的特色装备,分布在三个科的几十种剑齿虎占据了中新世食物链的顶点。北美的巴博剑齿虎不但有 22 厘米长刺刀般的犬齿,下颌还长出凸出的刀鞘保护犬齿,和现在的非洲狮差不多大——而它最激烈的竞争对手,就是犬科的堂兄。

犬形亚目很早就分出了两支,一支留在森林中,维持了类似鼬的形态,包括熊科、鼬科、浣熊科等,另一支勇敢地走向草地和荒原,在 4 千万年前发展为犬科。随着中新世的气候越来越凉爽,森林不断退化为草原,善于奔跑的犬科迅速繁荣起来。与巴博剑齿虎同时出现于北美的上犬属(Epicyon haydeni)可以长到孟加拉虎那么大,彼此都是最激烈的竞争对手——然而气候日渐干冷,大型猎物日渐稀少,它们都灭绝了。

但猫形亚目和犬形亚目的竞争丝毫没有减弱的迹象,反而变得越发激烈:上新世的气候越来越冷,更新世甚至爆发了冰期,北温带的大型猫科动物,尤其是剑齿虎,仍然执着地伏击猎物,用巨型犬齿切开它们的喉咙,犬科动物却越来越精于群体协作,长途奔袭围攻野牛和野马。猫科的剑齿虎亚科成为最后一批有剑齿的掠食者,随着大型猎物减少而败给犬科的恐狼和灰狼,在更新世晚期灭绝了。

今天,猫科和犬科的势力范围已经尘埃落定:前者在热带和温带森林中仍然占据着食物链的顶端位置,继续它们精英主义的独行和突袭,后者占据了更加广袤的草原,推广它们集体主义的围攻和追猎。而在两者重叠的地方,在旧大陆的热带草原上,就由最像狗的猫来统治:狮子是猫科动物,但它们协作狩猎的方式更像犬科动物;还有鬣狗,它们是猫形亚目的成员,却完全过上了狗的日子,简直是叛徒。

最后回到问题,猫科动物和犬科动物哪类最强?我们看到两者的生活环境和生存策略大相径庭,所谓的「最强」也不能仅靠武力、体型等等来评判,这个问题也就不会有唯一正确的答案。


本回答的内容和截图来自节目《猫和狗的千万年恩怨 | 混乱博物馆》

猫和狗的千万年恩怨 https://www.zhihu.com/video/1138117790060982272

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地球上是否存在没有天敌的动物(不包括人类)?

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天生废物没有天敌,生在极端环境也没有天敌,还有一种生活在相对封闭的环境内,也是没有天敌的。

看到这张图,或许有人会说,这不就是金黄色的鲶鱼嘛,虽然少见,但并不稀有。

但这并不是金黄色的普通鲶鱼,而我们今天的主角叫做——盲眼金鲶鱼。

普通金色鲶鱼长这个样子:

而盲眼金鲶鱼是这个样子:

盲眼金鲶鱼生活在卡拉哈里沙漠地下水深处,一个名字很美的地方——龙息洞。

龙息洞堪称世界上最大的地下湖,水深至少 100 米以上,盲眼金鲶鱼就生活在其中,由于无比孤立,甚至连鱼虾都没得吃,自然没有天敌存在。

不过,也因与世隔绝在地下,视力也完全退化,只能依靠触觉。

卡拉哈里沙漠地下有着绵延数千公里的庞大洞穴体系,水源极其丰沛,但对非洲人来说,却是可望而不可即。

https://www.zhihu.com/video/1130625221039894528

地下、高山、深海,以及孤岛……环境相对封闭而没有天敌的动物,其实还有很多,再举一个例子,在没有遇到人类之前的椰子蟹。

椰子蟹可长达一米,是最大的陆生蟹,也是最大的陆生节肢动物。尤其是孤岛上的椰子蟹,基本上是没有天敌的。

遇到人类之前:

遇到人类之后:

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数学界有哪些未解之谜?

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1. 密码学鬼才王♂琦提过,拿π的任意一段比较长的小数序列统计一下,就会发现各个数字出现的频率基本一样,这说明π很有可能是正规的,即 0 到 9 均匀地发布在π的各个位上。

你拿出π中的某一段数字,比如 12347,问下一个数字最可能是 0 到 9 中的哪个?结果每一个数字出现的概率都差不多。目前二进制形式的π的正规性已经被证明了,但十进制的至今还没有人能证明出来。

另外,在 1897 年,美国有个业余的数学家试图让印第安纳州议会来通过所谓的印第安纳圆周率法案,希望以法律的形式强制规定π=3.2,因为这样就能巧妙地解决化圆为方等一系列的问题!妙啊,实在是妙啊!

最终,该法案虽然通过了印第安纳州众议院的表决,但是被参议院否决了。

2. 1744 年欧拉证明了 e 是无理数,1761 年 Lambert 证明了π也是无理数。又过了一百多年,法国的 Hermite 在 1873 年最终证明了 e 是超越数(即它不是任何有理系数多项式的根)。

那么,请问,e+π 是否是无理数?谁也不知道,连王琦都证明不出!

另外,百度知道写的什么玩意儿,1761 年怎么就成了 17 世纪了?按这个逻辑岂不是二十世纪才是生物的世纪?!!

——————— 啊,又写了不少 ———————

3. 完美长方体问题

是否存在一个棱长、面对角线和体对角线都是整数的长方体?

就是求

这一方程组的正整数解。如果有,这个由 a,b,c 构成的长方体就是一个完美长方体。

目前还没有找到任何完美长方体,也没有人证明完美长方体不存在。

4. 奇完全数存在性

有没有一个完全数是奇数呢?

当一个整数的所有真因子(即除了自身以外的约数)之和,恰好等于它本身时,我们称这个数是一个完全数。

比如说:第一个完全数是 6,它有约数 1、2、3、6,除去它本身 6 外,其余 3 个数相加,1+2+3=6,恰好等于本身。第二个完全数是 28,它有约数 1、2、4、7、14、28,除去它本身 28 外,其余 5 个数相加,1+2+4+7+14=28,也恰好等于本身。

目前我们发现的所有完全数都是偶数,那可不可能存在一个奇数也是完全数呢?不知道。

5. 孪生素数猜想

是否存在无穷多个素数 p,使得 p + 2 也是素数?

如果 p 和 p + 2 都是素数,那么他们俩称合在一起为一对孪生素数。

这个问题最重要的进展是由张益唐做出来的,他证明了存在无穷多个素数 p,使得 p + c 也是素数,其中的 c<70000000。

当然后来很多人改进了他的方法,目前已经证明了 c<=246。

遗憾的是,这个改进的作用是有限的,各种理论计算结果表明,最多最多能改进到使得 c<=6。张益唐和陶哲轩都承认了这一点。

评论区里有人说我这部分内容抄了别人的,我冷冷一笑:请问您是最近一两个月看了一个关于张益唐和南科大的高赞回答吗?没想到吧,那就是我写的。

我 抄 我 自 己 。

6. 哥德巴赫猜想

任意一个大于 2 的偶数,都能表示成两个素数之和。

众所周知,对于这个问题目前最接近的结果是陈景润做出来的,他用筛法证明了每一个大于 4 的偶数 E 都等于两个奇素数之和 A+B 或者是两个奇素数的积与和一个奇素数之和 A*B+C。(他真的不是在证明 1+2=3 这种幼儿园算术题!)

从那以后,几十年的时间里还是没有人解决这个问题,因为筛法已经用到极致了,现在需要新的方法了。这个新方法什么时候能出现呢?也许是明天,也许是三百年以后。

将一个偶数用两个素数之和表示的方法,等于同一横线上,蓝线和红线的交点数

7.冰雹猜想

这个猜想有很多别名,比如 3n+1 猜想、角谷猜想,它是说:对于每一个正整数,如果它是奇数,则对它乘 3 再加 1,如果它是偶数,则对它除以 2,如此循环,最终都能够得到 1。

如 n = 6,根据上述数式,得出序列 6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1。

如 n = 11,根据上述数式,得出序列 11, 34, 17, 52, 26, 13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1。

如 n = 27,根据上述数式,得出序列

27, 82, 41, 124, 62, 31, 94, 47, 142, 71, 214, 107, 322, 161, 484, 242, 121, 364, 182, 91, 274, 137, 412, 206, 103, 310, 155, 466, 233, 700, 350, 175, 526, 263, 790, 395, 1186, 593, 1780, 890, 445, 1336, 668, 334, 167, 502, 251, 754, 377, 1132, 566, 283, 850, 425, 1276, 638, 319, 958, 479, 1438, 719, 2158, 1079, 3238, 1619, 4858, 2429, 7288, 3644, 1822, 911, 2734, 1367, 4102, 2051, 6154, 3077, 9232, 4616, 2308, 1154, 577, 1732, 866, 433, 1300, 650, 325, 976, 488, 244, 122, 61, 184, 92, 46, 23, 70, 35, 106, 53, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1

冰雹的最大魅力在于不可预知性。比如说这个 27,虽然是一个貌不惊人的自然数,但是如果按照上述方法进行运算,则它的上浮下沉异常剧烈:首先,27 要经过 77 个步骤的变换到达顶峰值,然后又经过 34 个步骤到达谷底值 1。一共有 111 步,其中的峰值 9232 是原有数字 27 的 342 倍!

一代天骄保罗·埃尔多斯就说过他要奖 500 块钱给解决这个问题的人(呃,虽然钱并不多……), Jeffrey Lagarias 甚至在 2010 年表示:“这个问题难到逆天,现代数学甭想整出来!”

截止至 2017 年,我们一个个地算啊算,已经算到了 87 * 2^60,还是没找到例外的情况。但是这并不能证明对于任何大小的数,这猜想都能成立。

我不由得想到很多年前有人一辈子都在算哥德巴赫猜想,希望找到一个不能分解成两个素数之和并且比 2 大的偶数,结果到死也没找到……我估计他们都想到了欧拉。你说欧拉多幸运啊,当年他算费马数,只算了第六个费马数就发现费马的素数生成公式是错的,这要是第十个、第二十个才是错的呢?那还不知道要算多久!

 

 

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病毒杀死寄主是为了更有效的传播自己么?

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这是一个很好的问题,在这里抛砖引玉和大家聊一聊病毒转播学说的一些理论。

首先需要明确的是,病毒没有所谓的「思考能力」和「主观能动性」。他们的演化可能会导致宿主死亡率增加,但是这个并不是贪杀,而是演化车轮下的产物。同理,如果一个病毒致死率下降,也和它们变得仁慈没有关系。理解这一点,能够避开很多弯路,更快的抓住问题的本质。

了解了这一点之后,让我们打开上帝视角。

如果我们定义病毒世界中的成功,是传播自己到更多宿主,尽可能传播自己的遗传物质的话。那么实际上病毒的 「成功」可以定义为以下的这个公式

通过这个公式,我们可以非常明显的看出,在其他条件不变的情况下,传播速率越快的病毒,越成功。同理,感染病毒死亡率越低,恢复率越低,那么宿主携带病毒的时间就会延长,相应的,病毒也越容易传播给其他的宿主,也就越成功。

所以早年间很多科学家就提出,病毒的的演化方向,会是逐渐提高传染性,降低致死性。这个就是非常出名的无致病性理论(Avirulence hypothesis)。

这个理论看似非常有道理,但是很多后续研究发现观测结果与这个理论不符,很多伴随人类发展史的病毒,实际上这么多年来致死率没什么变化,一些寄生虫(也可以套用这个公式)致死率还在增加。这个 bug 是怎么来的呢?

科学家发现,对于很多病毒来说,传播速率,宿主死亡率,和宿主恢复率存在一个动态平衡的关系。一般来说,传播速率和致死率呈正相关,和宿主恢复率呈负相关。

掌握了这个『权衡法则』之后,我们来做一个假设,如果现在存在两种病毒:

A 病毒,0%致死率,低传播速率

B 病毒,100%致死率,高传播速率

在普通情况下,A 病毒的 0%致死率使得 A 病毒的宿主能够存活更长时间。这样一来,虽然 A 病毒的传播速率不高,但是好歹患者活得长,能帮助 A 病毒传播,最后 A 病毒理论上也会比较成功。但是,如果这两个病毒同时感染了一个宿主,A 病毒的低致死率策略就会彻底失败,因为 B 病毒会毫无悬念的把宿主杀死。这样一来,低传播速率的 A 病毒也就很难再传播下去了。

在这样多重感染的情况下,低致死率的病毒并不会占到什么便宜。相反,对病毒而言,可能存在一个『最优解』(Optimal virulence), 一个致死率和传播速率更加平衡的病毒,更容易在自然选择下成功。所以回到题主的问题,在一定程度上,病毒杀死宿主,是为了更好的传播自己。

横轴是死亡率,纵轴是传染速率,切线交点对应的是对应某病毒,最『成功』的死亡率和感染速率

当然这个致死率和传播性的最优解对于不同的病毒种类并不一致。我们可以笼统的把病毒分为可以通过宿主直接传播的,和需要媒介(比如蚊虫)来传播的两种。通过宿主直接传播的病毒,往往需要相对低的致死率。如果宿主死的太快,或者病的不行家门都出不了,这种病毒也就无从传播了。

另一方面,通过媒介来传播的病毒,往往可以有比较高的致死率。因为即使宿主危在旦夕瘫痪在家,蚊子还是可以带着宿主体内的病毒,感染其他潜在的宿主。这样的病毒即使致死率高一些,因为媒介的存在也不会有特别大的问题。

总体来说,能够越轻易在宿主中间传播的病毒,传播速度和致死率就越高。这个权衡理论在一定程度上能解释一些实际环境中出现的例子,比如高传染性高死亡率的天花,禽流感 H5N2,鼠疫。但是这个所谓的权衡理论也不是放之四海而皆准。在考虑病毒演化方向的时候,实际上要考虑的因素非常多。笔者才疏学浅,希望能抛砖引玉,见到本专业大牛的更多详细解答。

Reference:

Alizon, S., et al. “Virulence Evolution and the Trade-off Hypothesis: History, Current State of Affairs and the Future.” Journal of Evolutionary Biology, vol. 22, no. 2, 2008, pp. 245–259., doi:10.1111/j.1420-9101.2008.01658.x.

Bull, James J., and Adam S. Lauring. “Theory and Empiricism in Virulence Evolution.” PLoS Pathogens, vol. 10, no. 10, 2014, doi:10.1371/journal.ppat.1004387.

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