8月12日下午,由廣州市科技局主辦,廣州物聯(lián)網(wǎng)研究院承辦,廣州市海珠區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)協(xié)辦的格致論道·灣區(qū)第24期在廣州市海珠區(qū)人民政府舉辦。本期講壇作為格致論道·灣區(qū)講壇暑期科學(xué)大放送最后一彈,特別邀請來自超常兒童教育、大腦決策、恐龍化石、脆蜜龍眼、長臂猿保護(hù)領(lǐng)域的5位科學(xué)家,為公眾講述他們用心耕耘,在歷史長河中上下求索的故事。

張興利:超常兒童——從發(fā)現(xiàn)到培養(yǎng)

超常兒童指那些與同齡兒童相比,一般智力、創(chuàng)造力明顯超常出眾,并(或)有某方面特殊才能的兒童。基于2020年人口普查結(jié)果,如果按照智力排在同齡人群中的前1%～3%計(jì)算,我國有253萬-760萬3-17歲超常兒童?！拔覀儾环裾J(rèn)遺傳的作用,又尤其關(guān)注后天的教育;兒童是在發(fā)展變化的,超常智能具有一定的穩(wěn)定性還存在很大的變化性。作為研究人員來說,我們有自己的’尺子’測量兒童是否’超常’。”中國科學(xué)院心理研究所副研究員張興利介紹道。

超常兒童的“超常”之處主要表現(xiàn)在基本認(rèn)知能力、智力、創(chuàng)造力和一些非認(rèn)知因素,研究者可以通過測評兒童的行為和生理特征等核心特質(zhì),算出綜合分?jǐn)?shù)以進(jìn)行判斷。張興利通過現(xiàn)場游戲形式,讓觀眾朋友理解如何通過行為反應(yīng)來測量抽象的智力,其中包括類似“內(nèi)存條”的語音、視覺空間記憶、報(bào)紙的多種用途測驗(yàn)等。

那超常兒童的認(rèn)知優(yōu)勢到底如何反映在認(rèn)知過程中呢?瞳孔直徑是一種能夠敏感反映認(rèn)知資源分配的生理指標(biāo),張興利及其團(tuán)隊(duì)通過觀察高智力兒童在完成不同任務(wù)時(shí)的眼動(dòng)軌跡,發(fā)現(xiàn)他們在遇到好奇的事情時(shí)瞳孔直徑會(huì)變大,并啟動(dòng)注意力集中模式;而當(dāng)無任務(wù)的時(shí)候,他們會(huì)調(diào)整為“節(jié)能”模式。她們還發(fā)現(xiàn)高智力個(gè)體會(huì)基于不同類型的任務(wù)去分配認(rèn)知資源,面對不同類型的任務(wù),高智力個(gè)體更傾向于在難的探索性任務(wù)投入更多努力,這可能反映出高智力個(gè)體能夠更加專注、靈活地根據(jù)不同任務(wù)需要,高效調(diào)配有限的注意資源完成任務(wù)。這對超常兒童教育具有重要啟發(fā)意義,在現(xiàn)實(shí)生活中,需要給超常兒童提供更多有挑戰(zhàn)性的任務(wù),讓他們自己去發(fā)現(xiàn)、探索從而解決問題。這既激發(fā)他們的興趣,又能提升能力和自我效能。

提到超常兒童家庭教育中的實(shí)用方法,張興利強(qiáng)調(diào),要認(rèn)識到智力是可變的,用進(jìn)非退,既需要刻意練習(xí),還得適時(shí)“留白”,要關(guān)注身體、心理、社會(huì)和道德四大健康?！懊總€(gè)孩子都有自己的節(jié)奏,有早慧也有大器晚成;人類多樣性,不是說誰更聰明一些,而是說誰在哪一方面更聰明些,愿每位父母都能找到孩子的’超常點(diǎn)’?！?/p>

范朋飛:20年猿跡尋蹤

長臂猿是我國Ⅰ級重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物。全世界有20種長臂猿,在我國分布的僅有7種,總數(shù)不足1800只,僅存于云南、廣西和海南,瀕危程度遠(yuǎn)超大熊貓。“兩岸猿聲啼不住”已成絕響。

要想保護(hù)長臂猿,首先得了解它們的習(xí)性。然而長臂猿非常警覺,此前中國并沒有長臂猿習(xí)慣化的經(jīng)驗(yàn),無法習(xí)慣化,便無法靠近。從2003年起,中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授范朋飛便開始在云南的無量山區(qū)觀察西黑冠長臂猿,他花了整整18個(gè)月,終于成功習(xí)慣化世界上第一群長臂猿。在固有認(rèn)知里,特別是在東南亞地區(qū),長臂猿是一夫一妻制,但范朋飛發(fā)現(xiàn)西黑冠長臂猿卻是一夫二妻制。他通過詳細(xì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),一般情況下,長臂猿主要以果實(shí)為食物,而無量山地區(qū)每年12月到次年2月的果實(shí)非常匱乏,西黑冠長臂猿為了生存就大量取食樹葉,這大大降低了種群內(nèi)的食物競爭,為一夫二妻制提供了可能性。同時(shí)范朋飛團(tuán)隊(duì)還采集西黑冠長臂猿種群糞便樣品,通過DNA來分析它們的親緣關(guān)系,發(fā)現(xiàn)群內(nèi)的“二妻”是母女關(guān)系,這種親緣關(guān)系可以緩解雌性之間的競爭,而且雌性可以通過群外交配來回避近親繁殖,這再次佐證了西黑冠長臂猿的一夫二妻婚配制度。

此外,2007年起,范朋飛團(tuán)隊(duì)便在海拔1600米以上的云南省高黎貢山開展長臂猿的研究,在這里他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)長臂猿新種,并把它命名為“天行長臂猿”,這也是首個(gè)被中國科學(xué)家命名的猿類物種。范朋飛團(tuán)隊(duì)對兩群習(xí)慣化的天行長臂猿,進(jìn)行了長達(dá)6年的野外觀察并發(fā)現(xiàn),天行長臂猿取食果實(shí)時(shí)會(huì)比取食樹葉會(huì)更早離開過夜樹,且移動(dòng)速度會(huì)隨著早餐樹與過夜樹之間距離的增加而增加,這證明天行長臂猿具有規(guī)劃能力,這也是人類首次在除黑猩猩外的野生靈長類動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)規(guī)劃能力。

目前長臂猿棲息地退化嚴(yán)重,還面臨非法捕獵等行為。為了呼吁更多人關(guān)注和保護(hù)長臂猿,范朋飛團(tuán)隊(duì)成立了國內(nèi)唯一專注于長臂猿保護(hù)的公益機(jī)構(gòu)——云山保護(hù),拍攝了長臂猿紀(jì)錄片《天行情歌》。他希望在未來能見到“千山長青,猿聲常鳴”的場景。

劉成明:脆蜜龍眼誕生記

我國荔枝產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上,“世界荔枝看中國,中國荔枝看廣東”。荔枝是廣東重要的經(jīng)濟(jì)果樹,也是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院劉成明教授從博士期間就開始進(jìn)行深入研究的對象,他首次構(gòu)建了荔枝的分子遺傳圖譜,并成功培育出四個(gè)雜交荔枝新品種。

荔枝雖然品種不少,但坐果率都不高,劉成明想到了通過遠(yuǎn)緣雜交途徑來提高其坐果率。劉成明選用了和荔枝同屬于無患子科且坐果率非常高的龍眼來改良荔枝,成功培育了雜交品系“紫石6號”,坐果率明顯提高。另一方面,龍眼在種業(yè)上也存在突出的瓶頸問題:主栽品種非常單一,僅石硤和儲(chǔ)良兩個(gè)品種的占比就超過了90%,導(dǎo)致鮮果供應(yīng)期特別短。而荔枝不但品種多,而且鮮果供應(yīng)期也要長很多。那能否利用荔枝來改良龍眼呢?2007年,劉成明開始了嘗試,他用早熟優(yōu)質(zhì)但果實(shí)偏小的石硤龍眼當(dāng)“媽媽”,讓與龍眼雜交親和性最好的紫娘喜荔枝做“爸爸”。紫娘喜荔枝既晚熟又大果,穩(wěn)產(chǎn)性非常好,正好可以彌補(bǔ)石硤龍眼的缺點(diǎn)。

人工雜交最大的難題是屬間雜交的不親和性,其授粉受精過程中有很強(qiáng)的生殖隔離屏障,就像貓跟豹不能交配產(chǎn)生后代一樣。劉成明團(tuán)隊(duì)花了近3年時(shí)間研究出蒙導(dǎo)授粉的技術(shù),通過麻醉雌蕊柱頭,趁其放松警惕,達(dá)到授粉受精的目標(biāo)。他們給超過10萬朵雌花進(jìn)行了授粉,最終的成功率只有千分之三左右。在授粉過程中,還可能被風(fēng)中的傳播的其它花粉“捷足先登”而產(chǎn)生假雜種,他們利用分子標(biāo)記技術(shù),也就是俗稱的“親子鑒定”技術(shù),從100多株雜交后代中鑒定出69個(gè)真雜種,進(jìn)而評選出品質(zhì)和口感最佳而且成熟期晚的SZ52優(yōu)株,于2022年通過了品種審定并命名為“脆蜜”。脆蜜龍眼不僅生長速度快、掛果率高和抗寒性強(qiáng),而且熟期也比石硤晚了15到20天。今年已在部分晚熟產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了初步的繁育和推廣應(yīng)用,預(yù)計(jì)2025年可以少量投產(chǎn)和上市。不久后,人們有望在每年的中秋佳節(jié)品嘗到嫩脆香甜的脆蜜鮮果。

脆蜜龍眼雖然成功了,但其種核較大的問題還未解決。劉成明團(tuán)隊(duì)接下來的目標(biāo),是要育成小核甚至是完全無核的新品種,目前已經(jīng)初見成效。

楊天明:透過游戲探索大腦復(fù)雜決策機(jī)制

“大腦是如何解決復(fù)雜問題的?這是個(gè)復(fù)雜的問題。”在中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員楊天明及其團(tuán)隊(duì)最新的研究中,他們選擇了通過游戲來研究大腦決策。因?yàn)橥嬗螒虻倪^程中,大腦需要綜合運(yùn)用各種認(rèn)知的功能來解決復(fù)雜的問題,而且游戲人為可控,方便控制實(shí)驗(yàn)的變量。

要了解大腦如何解決問題,就得觀察大腦的神經(jīng)元活動(dòng)。目前的技術(shù)還做不到觀察人腦,于是楊天明團(tuán)隊(duì)選擇了學(xué)術(shù)界最常見的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一——獼猴作為實(shí)驗(yàn)對象。聰明的獼猴的大腦在結(jié)構(gòu)和功能上與人腦有較高的相似度,研究結(jié)果往往可以類推到人類。如何教會(huì)獼猴玩游戲?楊天明團(tuán)隊(duì)挑選了一款經(jīng)典的《吃豆人》游戲,游戲者通過吃掉迷宮里的豆子,躲避紅鬼和黃鬼來獲得分?jǐn)?shù)。吃豆、躲鬼的概念和獼猴在自然環(huán)境中的覓食和躲避天敵是相似的,所以獼猴也更容易理解游戲的基本概念。但教獼猴玩游戲并不容易,楊天明團(tuán)隊(duì)花了一年多的時(shí)間,從易到難引導(dǎo)獼猴學(xué)會(huì)玩游戲。通過將獼猴面對不同復(fù)雜程度游戲所使用的決策進(jìn)行定量分析,他們發(fā)現(xiàn),獼猴不僅掌握了簡單的游戲規(guī)則,當(dāng)游戲中出行豆子和鬼同時(shí)存在的復(fù)雜情形時(shí),獼猴會(huì)在大腦中進(jìn)行策略衡量,選取一個(gè)簡化的策略據(jù)此來控制游戲手柄。在某些情況下,獼猴還會(huì)把一系列策略串聯(lián)在一起,規(guī)劃出組合策略來進(jìn)行游戲?？梢钥闯?獼猴具有層級化決策方式,通過組合策略到選擇簡單策略再到具體的運(yùn)動(dòng)抉擇來進(jìn)行游戲。他們還征集了一些志愿者參與同樣的游戲?qū)嶒?yàn),發(fā)現(xiàn)人的層級化決策結(jié)構(gòu)普遍比獼猴層次更多更復(fù)雜,并且玩得越好,層級化結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。此外,他們在獼猴進(jìn)行游戲的時(shí)候記錄了大腦神經(jīng)元的活性,發(fā)現(xiàn)獼猴在進(jìn)行抉擇的時(shí)候,大腦前額葉會(huì)被激活,處理越高級、越復(fù)雜的決策層級的神經(jīng)元,位于越靠前的前額葉子區(qū)。

這些研究工作能幫助理解大腦如何應(yīng)對復(fù)雜的決策問題,有助于一些與決策缺陷相關(guān)的精神類疾病的診療,以及對開發(fā)高效、靈活、通用、智能的人工智能系統(tǒng)提供了重要的啟發(fā)。

江山:我在亞洲第一座專業(yè)恐龍博物館挖恐龍

四川自貢市是世界聞名的侏羅紀(jì)“恐龍之鄉(xiāng)”,據(jù)統(tǒng)計(jì),自貢4381平方公里范圍內(nèi),已發(fā)現(xiàn)恐龍化石點(diǎn)170余個(gè),并研究命名恐龍21屬26種,約占中國已命名恐龍屬種的十三分之一。其中大山鋪恐龍化石群遺址化石埋藏集中、數(shù)量巨大、門類眾多、保存完整,填補(bǔ)了中侏羅世恐龍化石稀少的短板,為世界恐龍?jiān)缙谘莼芯刻峁┝朔浅ｊP(guān)鍵性的實(shí)證材料。

自貢恐龍博物館是在大山鋪恐龍化石群遺址上興建的一座大型遺址類博物館,是亞洲第一座專業(yè)恐龍博物館,也是目前世界上收藏和展示中侏羅世恐龍化石最多的地方。2001年,自貢恐龍博物館文博研究館員江山加入博物館并負(fù)責(zé)后山恐龍化石現(xiàn)場發(fā)掘工作?！拔覀儺?dāng)時(shí)的發(fā)掘面積為400平方米,發(fā)掘近兩個(gè)月一直沒有收獲。但希望總在前方,幸運(yùn)的是后來我們不僅發(fā)現(xiàn)了一具自貢地區(qū)特有的大型蜥腳類恐龍——焦氏峨眉龍,還發(fā)現(xiàn)了中國首例侏羅紀(jì)四足動(dòng)物潛穴遺跡?！苯故隙朊箭?bào)w長達(dá)23米,是目前自貢大山鋪發(fā)現(xiàn)的個(gè)體最大的恐龍。為了更好地保護(hù)和展示焦氏峨眉龍遺址和地層剖面,博物館在發(fā)掘現(xiàn)場修建了似破殼恐龍蛋造型的“探秘館”。

除了挖掘已有的遺跡,江山及其團(tuán)隊(duì)還會(huì)從網(wǎng)上搜尋恐龍的“蹤跡”。2017年,自貢富順縣的村民在網(wǎng)上發(fā)布了幾張墊腳石照片,并詢問照片上的“雞爪”是不是恐龍足跡。江山及其團(tuán)隊(duì)得知消息后立即與村民取得聯(lián)系,把8塊墊腳石帶回博物館開展保護(hù)研究。為了精確勾勒足跡的輪廓,他們使用了三維圖片重建、數(shù)據(jù)分析可視化等技術(shù)手段,發(fā)現(xiàn)有塊僅約0.35平方米的巖板上面至少有44個(gè)三趾型足跡,其中有個(gè)長僅10.2毫米的足跡,這也是目前中國記錄的最小的恐龍足跡。由于巖板上的足跡大小不一,形態(tài)相對一致,可能是不同發(fā)育階段小型恐龍留下的足跡。因此,江山及其團(tuán)隊(duì)推測這是由剛出生不久的小恐龍留下的,這也表明了有些恐龍具有早成性或超早成性的發(fā)育策略,即剛出生的恐龍便能下地行走覓食的能力。

“其實(shí)我國是世界上發(fā)現(xiàn)和命名恐龍化石最多的國家,但還需要加大研究和宣傳力度,讓中國恐龍走向世界?！?/p>

為了讓公眾深入了解科學(xué)魅力,本期活動(dòng)還特別策劃了圓桌對話。本期活動(dòng)主持人是中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員孫珍,她與嘉賓們圍繞著“科學(xué)家是否想讓自己的孩子成為科學(xué)家”“如何引導(dǎo)孩子開展科學(xué)教育”等問題展開了熱烈的討論。孫珍提到,“不管是作為父母還是老師,我們永遠(yuǎn)在路上。與孩子相處,我們需要更多的愛、方法和耐心。如果孩子對科學(xué)有興趣可以鼓勵(lì),如果不喜歡,那就讓孩子成為他想成為的人,任何一條路都可以走向快樂。”同時(shí)現(xiàn)場開放互動(dòng)問答,現(xiàn)場的孩子積極舉手發(fā)問:恐龍的命名由來,如何發(fā)現(xiàn)自己的長處,有了ChatGPT后是否還需要學(xué)習(xí)編程……

據(jù)格致論道講壇創(chuàng)始人肖云介紹,格致論道·灣區(qū)近兩個(gè)月舉辦了兩場暑期專場,很受家長和學(xué)生們的喜愛,9月開學(xué)季將會(huì)到廣州市黃埔區(qū)開元學(xué)校舉辦一場科學(xué)講壇,讓更多學(xué)生近距離感受科學(xué)家精神。

(通訊員:雷錦萍   通訊單位:廣州物聯(lián)網(wǎng)研究院)