本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
牛站立的时间越长就越有可能躺下吗？这个看似简单的问题结果却有一个出人意料的答案。这项由苏格兰可持续畜牧系统研究团队进行的研究，荣获了2013年搞笑诺贝尔奖概率奖，并让许多人对牛行为的奥秘感到困惑。
与马不同，牛会躺下休息，研究人员预测，牛站立的时间越长，它们就会越疲劳，也就越有可能躺下。相反，他们预测，休息充分的牛，躺下的时间越长，就越有可能站起来。他们的假设非常直接，他们的研究结果可能很有用——了解牛对站立和休息时间的偏好将有助于安排大型农场的喂养和挤奶时间。
该团队使用一种无线设备，将其连接到牛的腿上，追踪了近60,000次牛的“躺卧事件”，收集了每头牛在决定转换姿势之前躺下或站立的时间数据。但是，虽然牛躺下的时间越长就越有可能站起来，但反过来却不成立；牛站立的时间长短与它躺下的可能性之间没有关联。研究人员得出结论，了解牛的奇想和愿望将需要更多的研究。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
***
了解细菌的奇想和愿望是微生物学重大研究的重点。例如，某些菌株的细菌既可以游动寻找食物，也可以停止移动以节省能量。当然，细菌没有大脑，因此它们“决定”游动还是静止不动取决于每个细胞中少数基因和蛋白质的作用。这些蛋白质对环境中可用的食物和水的水平做出反应，使细菌能够在压力时期节省能量。
但是细菌太小了，以至于它们的蛋白质和DNA相互碰撞的混乱运动足以随机翻转控制细胞游动与否的基因开关。即使在营养丰富的环境中生活的基因相同的细菌细胞群中，也会有一些细胞随机决定停止游动。
约翰·保尔森实验室在哈佛医学院系统生物学系研究这种生物学随机性。该实验室的研究人员使用复杂的数学模型和对单细胞行为的精确观察来理解生物学的潜在混乱。在最近发表在《自然》杂志上的一篇论文中，保尔森实验室的成员研究了随机性如何在土壤细菌枯草芽孢杆菌决定游动还是静止不动中发挥作用。
为了追踪单细胞，该团队创建了一种设备，将细菌固定在宽度仅容纳一个细胞的轨道上。随着细胞的生长，它们一分为二，沿着通道向下推，直到最终从底部掉出来。借助显微镜，研究人员可以观察数千个细胞超过数百代。
被困在这些通道中的细胞无法游走，因此为了观察细胞处于哪种状态，该团队必须对细胞进行基因工程改造，使其在“游动”和“停止”状态之间切换时闪烁不同的颜色。游动者被标记为绿色，而非游动者被标记为红色。通过计时每个细胞在切换之前保持红色或绿色的时间，研究人员可以了解切换的随机性有多大。细胞是否会因为游动时间过长而想要“放松”？它们是否会在“休息”足够长的时间后再次开始游动？
正如他们所预料的那样，研究人员发现从游动到休息的转换是随机的——细胞可以游动几代，也可以游动数百代。但对于相反方向的转换，细胞静止不动的时间要精确得多。细胞静止的时间越长，它就越有可能再次移动。看来，细菌和牛都会随机选择何时休息，同时会计时它们静止不动的时间。
***
如此奇怪的巧合既令人非常满意，又令人深感困惑，它既提供了“啊哈！”的顿悟，又提供了“嗯？”的疑问，这驱使科学家们不断提出新的问题。是什么将牛和细菌的行为联系起来？在这些生物体选择何时休息的背后，是否隐藏着某种深刻的生物学真理？
在芽孢杆菌中，游动和休息之间的切换仅由三个基因控制。这些基因的行为取决于它们的DNA序列以及它们的相互作用方式、环境条件、细胞的历史——它休息了多久——以及基因表达中的基本随机性。
另一方面，牛的行为要复杂得多，它受到许多基因和许多细胞——神经网络、肌肉和神经——环境条件——是晴天还是阴天？那边有食物吗？——附近牛的行为、动物的历史和偏好，以及似乎还有一点随机性的控制。
控制牛和细菌随机休息行为的机制当然不同，但这种巧合确实显示出生物学复杂性中某种可能是普遍存在的现象。在所有生物体中，从最小的细菌到最大的哺乳动物，生物行为都来自基因、蛋白质和细胞与环境条件以及生物体历史的相互作用，其方式通常难以预测。无论规模大小，生物学都是天性、后天和随机性的混合体。