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
Danionella cerebrum | 來源:Senckenberg/Britz
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。
2月29日,“奧德修斯”在電量耗竭之前傳回的最後一張照片(攝於22日)。| 來源:Intuitive Machines
“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)
着陸瞬間。| 來源: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)。
煮沸自來水可將微塑料包裹在水垢顆粒中,使之易於過濾、去除。| 來源:Eddy Zeng
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。
宇宙線能譜及其“膝”結構。| 來源:中科院高能所
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”
研究中的鋰離子軟包電池。| 來源:浙江大學
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。
人猿超科祖先在大約2500萬年前與舊世界猴分道揚鑣。| 來源:Itai Yanai et al.
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
本文受科普中國·星空計劃項目扶持
出品:中國科協科普部
監製:中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
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