作为人类的一部分就是创造——发明使生活变得可能、简单和愉快的东西和想法。自从第一个石器出现以来，智人已经创新了30多万年。但是自然界——进化的迭代过程——和生命本身一样古老。
现在，工程师们有时会从其他种类的生命中寻找方法来改进我们的药物和使我们的技术更好。例如，今年，发明家从水母那里得到了一个提示，创造了一种无毒的荧光喷雾，可以在犯罪现场看到指纹。受水母中发现的绿色荧光蛋白的启发，他们创造了两种染料，它们与指纹中的负电荷分子结合，在黑光下发光。
在另一项突破中，研究人员制造了一种由蜘蛛丝传递信息的超灵敏麦克风，这种麦克风会随着空气中声波的细微扰动而振动。通过模仿这一策略，这种麦克风可以比标准的麦克风更紧凑，而标准的麦克风是根据人类耳膜设计的。在这项发明的基础上，研究人员在5月份表示，蜘蛛丝可以继续革新声音技术——从帮助早期识别听力损失，到捕捉龙卷风之前的低频声音，这可能有助于挽救生命的早期预警。
但在这些进步成为现实之前，科学家们首先需要了解一些生物学知识。2024年，研究人员测试了果蝠的新陈代谢，分析了游动的鱼的机制，并注意到灵长类动物和蚂蚁的伤口愈合能力。这些努力和其他努力都可能为工程或医学的发展打开大门。
以下是今年的七项科学发现，它们可能会在未来带来新的发明。
琵琶鱼奇异的爱情生活，欢迎收看《惊奇科学》
对于雄性琵琶鱼来说，寻找爱情意味着寻找明亮的诱饵——或者跟随雌性的气味——它会全身心地投入其中。而对雄性琵琶鱼来说，忠诚意味着用牙齿咬住她的下腹，直到他们的身体融合在一起，他的眼睛不再使用，他们的血液融合在一起。雄性失去了自己的器官，基本上成为了雌性永久的精子来源。
这个奇怪的爱情故事是一种被称为专性寄生的交配策略，根据6月份发表在《当代生物学》上的研究，它可能帮助钓鱼者统治了深海。
在3500万到5000万年前，琵琶鱼的祖先在进化过程中失去了在浅水中用改良过的鳍“行走”的习惯，转而进入深海。这一转变发生在全球变暖导致其他生物灭绝的时期，根据研究，这一转变发生在琵琶鱼进化出性寄生的同时。
从遗传学上讲，鱼要想成功地采用这种交配策略需要两件事。首先，雌性必须比雄性大得多。重要的是，它们还必须降低自己的免疫防御能力，这样雌性的身体就不会攻击与它结合在一起的小雄性。
耶鲁大学进化生物学家、该研究的合著者托马斯·尼尔（Thomas Near）在一份声明中说，这种免疫抑制对人体器官移植和皮肤移植“至关重要”。“这是未来医学研究的一个有趣领域。”
梳状水母也有类似的壮举。梳状水母是一种原始的海洋生物，与水母截然不同。人们认为，水母是进化树上第一个脱离所有动物共同祖先的谱系。另一个独立的研究小组在10月份的《当代生物学》杂志上报告说，栉水母受伤时，它们的身体可以融合在一起——两个头，一个神经系统。
像琵琶鱼一样，融合栉水母可能会给科学家指明一种防止器官移植排斥的机制。然而，一些专家看到了另一个方向的潜力——研究生物的神经元如何协同工作可以为神经再生提供线索。
Matabele蚂蚁的生活是危险的。撒哈拉以南的蚂蚁只以白蚁为食，但捕食它们喜欢的猎物需要渗透到白蚁的聚居地，这些聚居地戒备森严。当Matabele蚂蚁发动攻击时，大约20%的蚂蚁可能会带着腿部受伤离开。
如果这些伤口感染了，可能会被判死刑。但蚁群已经想出了如何治愈它们的战士：蚂蚁产生抗菌分泌物来防止感染。
在2023年12月下旬发表在《自然通讯》上的一篇论文中，研究人员报告说，Matabele蚂蚁可以区分伤口感染和未感染的同伴，这可能是由于它们外骨骼的碳氢化合物分布不同。它们将针对感染个体进行治疗，分泌一种含有50多种成分的物质，具有抗菌和其他治疗特性。
在一系列的实验中，研究小组要么将受伤的蚂蚁从它们的群体中分离出来，要么让其他昆虫尝试治愈伤口。他们发现，与同伴隔离的受伤蚂蚁在受伤后36小时内面临90%的死亡率。但在蚁群的照料下，Matabele蚂蚁的死亡率只有22%。
“除了人类，我不知道还有其他生物能进行如此复杂的伤口治疗，”该研究的合著者、德国维尔茨堡大学的动物生态学家埃里克·弗兰克在一份声明中说。
蚂蚁惊人的医疗能力有可能在人类医疗能力不足的地方提供帮助。例如，铜绿假单胞菌的几种菌株感染人类，并已进化到抵抗我们的许多抗菌治疗。同样的细菌会感染Matabele蚂蚁，因此研究人员认为昆虫分泌物中的某种物质可能有助于对抗我们伤口中的病原体。
依偎在心形的贝壳里，心蛤柔软的身体远离光线。为了获得所需的营养，蛤蜊依靠同样生活在壳中的光合藻类。但根据11月发表在《自然通讯》上的一项研究，为了让藻类接触到阳光，而又不让蛤暴露在强烈的辐射下，心蛤已经开发出了自然界中第一个已知的光纤应用。
自20世纪70年代以来，人类一直在生产光纤电缆——一束玻璃或塑料纤维，可以快速传输光线并使互联网成为可能。但根据一份关于这一发现的声明，事实证明，在光纤创新方面，核桃大小的心瓣“远远领先于我们”。
科学家们发现，蛤蜊的外壳是由一种叫做文石的碳酸钙制成的，大部分是板状结构。然而，在两者之间是所谓的窗口，文石被拉伸成头发状的纤维。这些通道将红光和蓝光——光合作用的最佳波长——传输到壳中，同时阻挡有害的紫外线辐射。在计算机模拟中，研究人员试图通过测试纤维的不同尺寸、形状和方向来找到一种更有效的结构，但他们发现蛤蜊的方法是最佳设计。
将来，工程师们可以模仿软体动物的构造，制造出文石光纤电缆，这种电缆的性能可能会超过我们今天使用的电缆。这些未来的设备可以快速长距离传输信息，并彻底改变无线通信。据《科学新闻》的Elie Dolgin报道，它们甚至可能实现一项关键的创新：在电缆上不需要昂贵的反射涂层就能传输光，而这是当今标准技术所需要的。
这些发现也可能为海洋保护工作提供信息。由于这种创新的“防晒霜”，蛤蜊限制了可能损害它们和藻类DNA的紫外线。因此，心蛤在温暖的海水中往往会避免白化，这种现象会影响珊瑚和其他蛤类。研究人员表示，使用这种光纤技术可以在加热的海洋中保护珊瑚和它们的共生藻类。
“我们能否从中获得灵感来设计新的藻类或新的珊瑚？”更有弹性，更有活力？该研究的主要作者、芝加哥大学的进化生物物理学家达科塔·麦考伊对NPR的阿里·丹尼尔说。毕竟，她在《科学新闻》上补充道，“数十亿年的产品设计已经进入了这个阶段。”
当人类持续摄入过多的糖时，可能会导致糖尿病，这是一种身体不能正常使用胰岛素来调节血糖的疾病。到2045年，全球糖尿病发病率预计将增加46%。但果蝠没有这个问题——它们每天经常吃两倍于体重的含糖水果，而不会患上自身免疫性疾病。
为了理解其中的原因，研究人员比较了牙买加果蝠和大棕蝠的DNA、肾脏和胰腺。牙买加果蝠的饮食中含有高糖，而大棕蝠的饮食中含有高蛋白的昆虫。他们在1月份的《自然通讯》上分享了他们的研究结果。
在吃水果的蝙蝠中，胰腺含有更多与产生胰岛素和胰高血糖素相关的细胞，胰高血糖素是调节血糖的激素。他们发现了有助于蝙蝠对大量糖做出反应和处理的基因变化。肾脏可以过滤血液中的废物，帮助蝙蝠的身体保留电解质。这个器官有更多的细胞用来捕获这些盐，这导致果蝠比大棕蝠有更多稀释的水样尿液。
该论文的共同主要作者、门洛学院的生物学家魏·戈登在一份声明中说：“即使是DNA单个字母的微小变化，也能使这种饮食对果蝠来说是可行的。”“我们需要了解像这样的高糖代谢，以帮助三分之一的美国糖尿病前期患者取得进展。”
研究人员表示，这一发现可能有助于创造一种方法，让人体更好地检测胰岛素或糖，并对其做出反应。但问题仍然存在：其他器官，如肝脏或小肠，是否也参与调节牙买加果蝠的糖？这些发现是否适用于其他种类的蝙蝠，更不用说人类了？
利用这些新知识来治疗糖尿病患者不会立竿见影；戈登在8月份告诉NPR的阿里·丹尼尔，“这是很长的路要走。”但如果研究人员成功地将其应用于人类健康，“那将是最终的结果，‘哇，我们成功了。’”
科学家们很早就知道，与同伴一起学习可以让像巨蟒这样的鱼不那么容易受到捕食者的攻击。鱼群的协调扩张和收缩可以迷惑潜在的攻击者，使任何一条鱼都不太可能成为目标。但研究人员想知道鱼群是否还有另一个目的：帮助鱼类节省能量。
为了回答这个问题，研究人员把巨大的达尼奥放在一种鱼类跑步机上——本质上，这是一个用螺旋桨产生电流的闭环游泳系统。当鱼逆着水流移动时，高速摄像机捕捉到它们的运动，并用探针测量它们消耗了多少氧气，以揭示它们的能量消耗。在一些试验中，这些鱼是成群游动的；在另一些地方，他们独自游泳。
6月发表在《公共科学图书馆·生物学》（PLOS Biology）上的研究结果显示，8人一组的达尼欧比单独游泳的达尼欧消耗的能量少79%。从本质上讲，就像车队中的自行车手一样，鱼群可以抵御湍流并节省能量。无论他们是在波涛汹涌的水域还是平静的水域游泳，学校使用的能量都是一样的。一条鱼必须增加大约22%的能量消耗才能在水流中保持速度。
了解这些流体动力学可以为机器人技术的进步铺平道路。例如，一群飞行的无人机可以遵循同样的原则一起移动，从而节省电力。或者，游泳机器人可能会变成几条鱼群的形状，而不是一条大鱼。据《科学新闻探索》的安德里亚·塔马约报道，这种设备可能能够统计鱼类数量或搜索水下污染源。
但这些发现也可能对鱼类本身产生影响：随着海洋变暖，鱼类将不得不消耗更多的能量来游泳和保持体温。因此，在它们移动时记录它们的能量需求可以帮助科学家更好地预测这些动物在不断变化的世界中会如何生存。“面对气候变化，我们真的很想了解像鱼的能量需求这样的事情，”没有参与这项研究的Widener大学鱼类生物学家David Coughlin告诉《科学新闻探索》。
什么能打败水熊虫？这种八条腿的微型动物以几乎坚不可摧而闻名。它们可以承受深海喷口周围的高温和压力，忍受接近绝对零度的温度，承受足以致人死亡的辐射的几千倍。外太空的真空？枪管以每小时2000英里的速度爆炸？缓步动物可以生存。即使是地球上的五次大灭绝也无法消灭它们。
这些长相滑稽的生物，也被称为“水熊”，可以通过进入所谓的“转弯状态”来度过这些极端条件。它们会暂停新陈代谢，排出体内95%的水分，基本上会收缩成一个脱水球。在1月份发表在《公共科学图书馆·综合》上的一篇论文中，科学家们探讨了这种顽强的适应是如何起作用的。
当研究人员将水熊虫暴露在极冷的环境中，或暴露在糖、盐或过氧化氢等物质中时，这些动物开始产生自由基，或产生带有额外电子的氧原子。由于它们的附加电荷，自由基是非常活跃的，可以破坏DNA或蛋白质的稳定。一些科学家甚至提出自由基会导致人类和其他生物衰老，尽管这一观点存在争议。
研究小组发现，缓步动物体内的自由基与一种叫做半胱氨酸的蛋白质发生反应，但当这些反应被阻断时，缓步动物就无法进入体内。没有半胱氨酸，缓步动物也无法在冰冻环境中存活，即使它们在那种条件下不会进入循环。这表明这种蛋白质可能在水熊的整体生存能力中起着更大的作用。研究人员说，这些发现可能会为人类衰老、长期太空旅行或隐生等休眠状态提供线索。
今年3月发表在《蛋白质科学》（Protein Science）杂志上的第二项研究更进一步，研究了缓步动物是如何忍受转动的。他们的诀窍之一是利用所谓的细胞质丰富的热溶性蛋白质，这种蛋白质形成一种凝胶，使缓步动物的细胞保持水分。这些研究人员将这些蛋白质注入人体细胞，发现它们起到了同样的作用——使细胞更能抵抗压力，减缓新陈代谢。
第二项研究的主要作者西尔维娅·桑切斯-马丁内斯（Silvia Sanchez-Martinez）表示，这项研究并不意味着我们将开始将整个人类保存在超弹性的脱水状态下。相反，她告诉《发现》杂志的科迪·科蒂埃，它可能会教会医生如何在器官移植或创伤情况下，比如在战区，暂停组织腐烂。她说，有可能，“我们可以阻止或停止一些伤害，直到我们能正确地解决它们。”
研究表明，当黑猩猩生病或受伤时，它们可能会像人类一样通过寻找药物来安慰自己。但在他们的案例中，灵长类动物把森林当作药房，似乎采摘和选择具有治疗特性的树叶和树木。
在6月份发表在《公共科学图书馆·综合》上的一项研究中，研究人员描述了在乌干达的布东戈森林里跟踪两组黑猩猩八个月的情况。他们通过检查伤口和测试它们的尿液和粪便来追踪这些动物吃了什么，以及它们是否有疾病迹象。研究小组集中研究了13种被类人猿食用的植物，这些植物几乎没有营养价值，但具有抗菌和抗炎作用。在一些情况下，患有疾病的黑猩猩会特意寻找这些植物。
科学家们表示，这种行为可能是研究人类新药的一个窗口。“我们无法测试这些森林中的每一种植物的药用价值，”该研究的主要作者、英国牛津大学的灵长类动物学家Elodie Freymann对BBC新闻的维多利亚·吉尔（Victoria Gill）说。“那么为什么不测试一下我们有这些信息的植物——黑猩猩正在寻找的植物呢？”
在另一个自我治疗的例子中，科学家最近目睹了一只猩猩治愈自己的伤口。在5月份发表在《科学报告》上的一篇论文中，研究人员描述了印度尼西亚雄性苏门答腊猩猩Rakus的奇怪案例。这只动物的脸颊受了伤，几天后，它开始咀嚼一种叫做黄根的植物，并用它的汁液擦拭伤口。第二天，他吃了这种植物——尽管黄色的根通常只占红毛猩猩饮食的0.3%。不到一个星期，伤口就愈合了，没有感染。
除了可能为人类发现新的自然疗法指明方向外，这一事件还表明，自我治疗的能力很久以前就起源于灵长类谱系。该研究的合著者、马克斯·普朗克动物行为研究所的灵长类动物学家卡罗琳·舒普里告诉《自然新闻》的Gayathri Vaidyanathan，“这表明猩猩和人类共享知识。”
