想要減少水中微塑料？喝前煮一煮丨科技周覽_風聞
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整理 | 周舒義
這種魚只有指甲蓋大小，卻能發出堪比飛機起飛的聲音
泰戈爾在《飛鳥集》中寫道：“水裏的游魚是沉默的。”然而事實並非如此。2月26日發表於PNAS的一項研究顯示，一種名為小腦丹鱂（Danionella cerebrum）的小型透明魚類體長僅12毫米，其雄性卻可以發出高達140分貝的聲音，音量堪比在100米處耳聞噴氣式飛機起飛。
雄性小腦丹鱂在“社交場合”發聲，下方是音頻頻譜。| 來源：Benjamin Judkewitz et al.【視頻請前往“返樸”觀看】
研究人員結合使用高速攝影、微型CT掃描、RNA分析和有限差分模擬，發現D. cerebrum擁有一套獨特的發聲結構，包括鼓軟骨（drumming cartilage）、特化肋骨和耐疲勞肌肉。該結構能以超過2000 g的加速度牽動鼓軟骨，使其擊向魚鰾，發出急促、響亮的聲音。通過身體兩側的軟骨交替擊打魚鰾，能產生高頻聲音脈衝；重複單側擊打則會產生低頻脈衝。兩者結合可以產生更為多樣化的聲音。D. cerebrum原生棲息在緬甸的渾濁水域。研究人員猜測，低能見度環境下雄性之間的競爭促成了這一聲音交流機制。
發聲機制模擬動畫。| 來源：Benjamin Judkewitz et al.【視頻請前往“返樸”觀看】
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314017121
晚安！奧德修斯
美國直覺機器公司（Intuitive Machines）2月29日消息，其研發的“奧德修斯（Odysseus）”着陸器在登月一週後，迎來月球南極地區為期14個地球日的漫漫寒夜，着陸器隨之進入休眠狀態。如能熬過寒冷月夜，它或在兩到三週後“甦醒”，重新與地球取得聯繫。
“奧德修斯”於2月23日成功着陸月表。起初直覺機器公司宣佈着陸器處於直立狀態，但後續消息顯示，飛行準備小組在火箭發射前沒有手動解鎖安全開關，導致着陸器用於導航的激光測距儀無法正常啓動。工作人員不得不借助美國航空航天局（NASA）載荷中的實驗性導航系統輔助着陸。這一應變之舉可能導致“奧德修斯”在着陸時速度太快（存在約0.89米/秒的水平速度），機體被“絆倒”，側翻倚靠在一塊岩石上。“奧德修斯”太陽能板和天線因此未能完全按計劃展開，供電和通信能力受到限制，導致任務週期短於此前預計的7~10天。（Intuitive Machines）
3D打印鈦合金，疲勞強度創紀錄
3D打印又名增材製造（AM），是根據CAD設計數據，通過材料逐層累加來製造實體零件的技術，相較於傳統的材料去除（切削加工）技術，是一種“自下而上”材料累加的製造方法。然而3D打印器件在循環載荷下的疲勞性能普遍較差，制約了其作為結構承力件的廣泛應用。
2月29日發表於Nature的一項研究指出，理想狀態下，3D打印技術直接製備出的鈦合金組織（稱為Net-AM組織）本應具有優異的疲勞性能，但實測疲勞性能不佳，是因為在打印過程中產生了氣孔等缺陷。然而目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，細化組織的處理又會帶來氣孔復現，甚至引發晶界α相富集等新的不利因素，可謂進退兩難。研究人員在Ti-6Al-4V合金中首次發現，高温下3D打印態組織的晶界遷移、氣孔長大與相轉變過程表現出異步的特性。這意味着其間存在一個熱處理工藝窗口，既可實現板條組織細化，又能有效抑制晶界α相富集及氣孔復現。新研究據此開發了缺陷與組織分步調控的工藝流程，製備出幾乎無氣孔的近Net-AM Ti-6Al-4V合金。
測試表明，新合金的拉-拉疲勞強度從原始態的475 MPa提升至978 MPa，冠絕鈦合金材料，並且在目前已報道的材料疲勞數據中具有最高的比疲勞強度（疲勞強度除以密度）。研究人員表示，目前3D打印技術較多應用於航空航天領域。用新技術製備的器件，在相同載荷下，疲勞壽命可提高十倍到上百倍；在相同預期壽命下，承受載荷可提高10%~15%。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07048-1
想要減少水中微塑料？喝前煮一煮
微塑料和納米塑料（NMP）伴隨工業化浪潮洶湧而來，衝蕩着現代生活的每個角落。如果你在擔憂飲用水中無孔不入的NMP，或許可以試試這個簡單易行的辦法——喝前煮一煮。根據2月28日發表於Environmental Science & Technology Letters的一項研究，將硬自來水煮沸，可以去除80%以上的三種常見納米塑料（聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯）。
富含礦物質的硬水在煮沸後會自然結成水垢（主要成分為碳酸鈣）。碳酸鈣結殼形成晶體結構，可以將塑料顆粒包裹起來。這些物質逐漸積聚沉澱成為水垢，從而清除水中游離的NMP。研究人員從中國廣州採集硬自來水樣本，向其中添加不同量的納米塑料（NP）；將樣本煮沸五分鐘並冷卻後，測量其中游離的塑料顆粒含量。結果表明，隨着水温上升（25℃~90℃），樣本中的NP清除率從2%逐步上升至28%，在100℃時清除率劇增至84%。水質越硬（礦物質含量越高），清除效果越明顯：硬水（碳酸鈣含量300mg/L）煮沸後的納米塑料清除率達90%；即使是軟水（碳酸鈣含量低於60 mg/L），煮沸仍可清除25%以上的納米塑料。研究人員建議，可利用過濾器去除飲用水中懸浮的水垢顆粒，從而減少微塑料攝入。
論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.estlett.4c00081
“拉索”發現首個超級宇宙線加速源
高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）在天鵝座恆星形成區發現了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結構，歷史上首次找到了能量高於1億億電子伏的宇宙線的起源天體。相關成果2月26日發表於Science Bulletin。
宇宙線是星際空間中以近光速運動的帶電粒子（主要為質子），會在傳播過程中與星際介質發生相互作用，產生伽馬射線光子和中微子等次級粒子。測量發現，宇宙線能譜（即宇宙線數量在粒子能量上的分佈）在1千萬億電子伏附近呈拐折結構，形狀類似膝關節，被稱為宇宙線能譜的“膝”。此前研究認為，銀河系內的天體至多能把宇宙線加速到1千萬億電子伏左右。
拉索發現的巨型超高能伽馬射線泡狀結構直徑約1000光年，中心距地球約5000光年，其中觀測到的光子能量最高可達2千萬億電子伏。產生能量為2千萬億電子伏的伽馬光子，一般需要能量在10倍以上的宇宙線粒子。這表明泡狀結構內部存在宇宙線加速源，源源不斷地產生能量高達2億億電子伏的高能宇宙線粒子。而位於泡中心附近的大質量恆星星團（Cygnus OB2星協）則是宇宙線加速源最可能的對應天體。這些恆星的輻射強度是太陽的百倍至百萬倍，巨大的輻射壓將恆星表面物質吹出，形成每秒上千公里的星風，與周圍介質碰撞，形成強激波、強湍流的極端環境，成為強大的粒子加速器。這是迄今為止人們能夠認證的第一個超級宇宙線加速源。研究人員表示，隨着觀測時間增加，“拉索”將可能探測到更多類似的超級宇宙線加速源，有望解決銀河系宇宙線起源之謎。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016%2Fj.scib.2023.12.040
鋰電池新突破，可在-70℃到60℃環境下“充放自如”
浙江大學的研究人員2月29日在Nature發表論文，研究設計出一款新型電解液，能夠支持高比能鋰離子電池在-70℃到60℃的超寬温區內進行可逆充放電，在室温下快速充放電。新研究開發並驗證了一套新型極端電解液設計原則，打破了傳統的鋰離子傳輸模式。測試數據表明，新型電解液的離子電導率在25℃室温下是商用電解液的4倍，在-70℃時比商用電解液高出3個數量級。據介紹，新型電解液目前成本較高，可以率先應用於極地科考、空間探測、海底勘探等極端温度情況。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07045-4
人類為什麼失去了尾巴？
從數千萬年前的舊世界猴到今天的人類，一項重要的形態變化，就是尾巴退化消失了。不光人類，黑猩猩、大猩猩、紅毛猩猩和長臂猿也都沒有尾巴。這些動物與人類同屬人猿超科（Hominoidea）。據推測，人猿超科祖先在大約2500萬年前與舊世界猴分道揚鑣，尾巴也開始退化。這一表型改變令猿類獲得了直立行走的優勢，同時喪失了攀爬時用尾巴保持平衡的功能，可能促成了人類祖先從樹冠走向地面。但尾巴消失的遺傳基礎始終是個未解之謎。
2月28日發表在Nature上的一項研究顯示，一段重複序列插入特定基因，改變了生成的蛋白構型，可能導致了人猿超科的尾巴消失。研究人員篩查了與脊椎動物尾部發育相關的140個基因，結果在人猿超科TBXT基因的內含子中，識別出了其他猴子所沒有的Alu元件。Alu元件是一類在哺乳動物（尤其是人類）基因組中廣泛存在的重複序列。研究團隊發現，Alu插入TBXT基因內含子的過程雖然沒有改變編碼區，卻導致了可變剪接——產生了不同的mRNA剪接異構體，改變了蛋白產物結構，從而導致尾巴表型的差異。
為驗證這一推測，研究團隊構建了一種特殊的雜合小鼠，以模擬人猿超科中TBXT的表達模式。這種小鼠表達了兩種不同形式的Tbxt基因，分別是正常的全長形式，以及由Alu元件插入介導的外顯子跳躍形式。結果表明，能生產兩種蛋白同源異構體的小鼠尾巴縮短或消失了，具體取決於胚胎尾芽表達的相對丰度。這表明Alu插入所導致的外顯子跳躍足以誘導尾巴的缺失。
此外，作者還發現Alu元件插入的小鼠可能會出現神經管缺陷，暗示尾巴丟失的演化過程可能會增加人類患上神經管缺陷的風險。該缺陷在人類新生兒中的發病率約為1/1000，患兒的腦、脊柱或脊髓表現出某種出生缺陷，可能造成神經損傷。（藥明康德）
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8
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出品：中國科協科普部
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