​想要减少水中微塑料?喝前煮一煮丨科技周览

整理 | 周舒义

这种鱼只有指甲盖大小,却能发出堪比飞机起飞的声音

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Danionella cerebrum | 来源:Senckenberg/Britz

泰戈尔在《飞鸟集》中写道:“水里的游鱼是沉默的。”然而事实并非如此。2月26日发表于PNAS的一项研究显示,一种名为小脑丹鳉(Danionella cerebrum)的小型透明鱼类体长仅12毫米,其雄性却可以发出高达140分贝的声音,音量堪比在100米处耳闻喷气式飞机起飞。

雄性小脑丹鳉在“社交场合”发声,下方是音频频谱。| 来源:Benjamin Judkewitz et al.【视频请前往“返朴”观看】

研究人员结合使用高速摄影、微型CT扫描、RNA分析和有限差分模拟,发现D. cerebrum拥有一套独特的发声结构,包括鼓软骨(drumming cartilage)、特化肋骨和耐疲劳肌肉。该结构能以超过2000 g的加速度牵动鼓软骨,使其击向鱼鳔,发出急促、响亮的声音。通过身体两侧的软骨交替击打鱼鳔,能产生高频声音脉冲;重复单侧击打则会产生低频脉冲。两者结合可以产生更为多样化的声音。D. cerebrum原生栖息在缅甸的浑浊水域。研究人员猜测,低能见度环境下雄性之间的竞争促成了这一声音交流机制。

发声机制模拟动画。| 来源:Benjamin Judkewitz et al.【视频请前往“返朴”观看】

论文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314017121

晚安!奥德修斯

美国直觉机器公司(Intuitive Machines)2月29日消息,其研发的“奥德修斯(Odysseus)”着陆器在登月一周后,迎来月球南极地区为期14个地球日的漫漫寒夜,着陆器随之进入休眠状态。如能熬过寒冷月夜,它或在两到三周后“苏醒”,重新与地球取得联系。

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2月29日,“奥德修斯”在电量耗竭之前传回的最后一张照片(摄于22日)。| 来源:Intuitive Machines

“奥德修斯”于2月23日成功着陆月表。起初直觉机器公司宣布着陆器处于直立状态,但后续消息显示,飞行准备小组在火箭发射前没有手动解锁安全开关,导致着陆器用于导航的激光测距仪无法正常启动。工作人员不得不借助美国航空航天局(NASA)载荷中的实验性导航系统辅助着陆。这一应变之举可能导致“奥德修斯”在着陆时速度太快(存在约0.89米/秒的水平速度),机体被“绊倒”,侧翻倚靠在一块岩石上。“奥德修斯”太阳能板和天线因此未能完全按计划展开,供电和通信能力受到限制,导致任务周期短于此前预计的7~10天。(Intuitive Machines)

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着陆瞬间。| 来源:Intuitive Machines

3D打印钛合金,疲劳强度创纪录

3D打印又名增材制造(AM),是根据CAD设计数据,通过材料逐层累加来制造实体零件的技术,相较于传统的材料去除(切削加工)技术,是一种“自下而上”材料累加的制造方法。然而3D打印器件在循环载荷下的疲劳性能普遍较差,制约了其作为结构承力件的广泛应用。

2月29日发表于Nature的一项研究指出,理想状态下,3D打印技术直接制备出的钛合金组织(称为Net-AM组织)本应具有优异的疲劳性能,但实测疲劳性能不佳,是因为在打印过程中产生了气孔等缺陷。然而目前消除气孔的工艺往往伴随组织粗化,细化组织的处理又会带来气孔复现,甚至引发晶界α相富集等新的不利因素,可谓进退两难。研究人员在Ti-6Al-4V合金中首次发现,高温下3D打印态组织的晶界迁移、气孔长大与相转变过程表现出异步的特性。这意味着其间存在一个热处理工艺窗口,既可实现板条组织细化,又能有效抑制晶界α相富集及气孔复现。新研究据此开发了缺陷与组织分步调控的工艺流程,制备出几乎无气孔的近Net-AM Ti-6Al-4V合金。

测试表明,新合金的拉-拉疲劳强度从原始态的475 MPa提升至978 MPa,冠绝钛合金材料,并且在目前已报道的材料疲劳数据中具有最高的比疲劳强度(疲劳强度除以密度)。研究人员表示,目前3D打印技术较多应用于航空航天领域。用新技术制备的器件,在相同载荷下,疲劳寿命可提高十倍到上百倍;在相同预期寿命下,承受载荷可提高10%~15%。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07048-1

想要减少水中微塑料?喝前煮一煮

微塑料和纳米塑料(NMP)伴随工业化浪潮汹涌而来,冲荡着现代生活的每个角落。如果你在担忧饮用水中无孔不入的NMP,或许可以试试这个简单易行的办法——喝前煮一煮。根据2月28日发表于Environmental Science & Technology Letters的一项研究,将硬自来水煮沸,可以去除80%以上的三种常见纳米塑料(聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯)。

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煮沸自来水可将微塑料包裹在水垢颗粒中,使之易于过滤、去除。| 来源:Eddy Zeng

富含矿物质的硬水在煮沸后会自然结成水垢(主要成分为碳酸钙)。碳酸钙结壳形成晶体结构,可以将塑料颗粒包裹起来。这些物质逐渐积聚沉淀成为水垢,从而清除水中游离的NMP。研究人员从中国广州采集硬自来水样本,向其中添加不同量的纳米塑料(NP);将样本煮沸五分钟并冷却后,测量其中游离的塑料颗粒含量。结果表明,随着水温上升(25℃~90℃),样本中的NP清除率从2%逐步上升至28%,在100℃时清除率剧增至84%。水质越硬(矿物质含量越高),清除效果越明显:硬水(碳酸钙含量300mg/L)煮沸后的纳米塑料清除率达90%;即使是软水(碳酸钙含量低于60 mg/L),煮沸仍可清除25%以上的纳米塑料。研究人员建议,可利用过滤器去除饮用水中悬浮的水垢颗粒,从而减少微塑料摄入。

论文链接:http://dx.doi.org/10.1021/acs.estlett.4c00081

“拉索”发现首个超级宇宙线加速源

高海拔宇宙线观测站(LHAASO,“拉索”)在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构,历史上首次找到了能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。相关成果2月26日发表于Science Bulletin。

宇宙线是星际空间中以近光速运动的带电粒子(主要为质子),会在传播过程中与星际介质发生相互作用,产生伽马射线光子和中微子等次级粒子。测量发现,宇宙线能谱(即宇宙线数量在粒子能量上的分布)在1千万亿电子伏附近呈拐折结构,形状类似膝关节,被称为宇宙线能谱的“膝”。此前研究认为,银河系内的天体至多能把宇宙线加速到1千万亿电子伏左右。

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宇宙线能谱及其“膝”结构。| 来源:中科院高能所

拉索发现的巨型超高能伽马射线泡状结构直径约1000光年,中心距地球约5000光年,其中观测到的光子能量最高可达2千万亿电子伏。产生能量为2千万亿电子伏的伽马光子,一般需要能量在10倍以上的宇宙线粒子。这表明泡状结构内部存在宇宙线加速源,源源不断地产生能量高达2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子。而位于泡中心附近的大质量恒星星团(Cygnus OB2星协)则是宇宙线加速源最可能的对应天体。这些恒星的辐射强度是太阳的百倍至百万倍,巨大的辐射压将恒星表面物质吹出,形成每秒上千公里的星风,与周围介质碰撞,形成强激波、强湍流的极端环境,成为强大的粒子加速器。这是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源。研究人员表示,随着观测时间增加,“拉索”将可能探测到更多类似的超级宇宙线加速源,有望解决银河系宇宙线起源之谜。

论文链接:https://doi.org/10.1016%2Fj.scib.2023.12.040

锂电池新突破,可在-70℃到60℃环境下“充放自如”

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研究中的锂离子软包电池。| 来源:浙江大学

浙江大学的研究人员2月29日在Nature发表论文,研究设计出一款新型电解液,能够支持高比能锂离子电池在-70℃到60℃的超宽温区内进行可逆充放电,在室温下快速充放电。新研究开发并验证了一套新型极端电解液设计原则,打破了传统的锂离子传输模式。测试数据表明,新型电解液的离子电导率在25℃室温下是商用电解液的4倍,在-70℃时比商用电解液高出3个数量级。据介绍,新型电解液目前成本较高,可以率先应用于极地科考、空间探测、海底勘探等极端温度情况。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07045-4

人类为什么失去了尾巴?

从数千万年前的旧世界猴到今天的人类,一项重要的形态变化,就是尾巴退化消失了。不光人类,黑猩猩、大猩猩、红毛猩猩和长臂猿也都没有尾巴。这些动物与人类同属人猿超科(Hominoidea)。据推测,人猿超科祖先在大约2500万年前与旧世界猴分道扬镳,尾巴也开始退化。这一表型改变令猿类获得了直立行走的优势,同时丧失了攀爬时用尾巴保持平衡的功能,可能促成了人类祖先从树冠走向地面。但尾巴消失的遗传基础始终是个未解之谜。

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人猿超科祖先在大约2500万年前与旧世界猴分道扬镳。| 来源:Itai Yanai et al.

2月28日发表在Nature上的一项研究显示,一段重复序列插入特定基因,改变了生成的蛋白构型,可能导致了人猿超科的尾巴消失。研究人员筛查了与脊椎动物尾部发育相关的140个基因,结果在人猿超科TBXT基因的内含子中,识别出了其他猴子所没有的Alu元件。Alu元件是一类在哺乳动物(尤其是人类)基因组中广泛存在的重复序列。研究团队发现,Alu插入TBXT基因内含子的过程虽然没有改变编码区,却导致了可变剪接——产生了不同的mRNA剪接异构体,改变了蛋白产物结构,从而导致尾巴表型的差异。

为验证这一推测,研究团队构建了一种特殊的杂合小鼠,以模拟人猿超科中TBXT的表达模式。这种小鼠表达了两种不同形式的Tbxt基因,分别是正常的全长形式,以及由Alu元件插入介导的外显子跳跃形式。结果表明,能生产两种蛋白同源异构体的小鼠尾巴缩短或消失了,具体取决于胚胎尾芽表达的相对丰度。这表明Alu插入所导致的外显子跳跃足以诱导尾巴的缺失。

此外,作者还发现Alu元件插入的小鼠可能会出现神经管缺陷,暗示尾巴丢失的演化过程可能会增加人类患上神经管缺陷的风险。该缺陷在人类新生儿中的发病率约为1/1000,患儿的脑、脊柱或脊髓表现出某种出生缺陷,可能造成神经损伤。(药明康德)

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8

本文受科普中国·星空计划项目扶持

出品:中国科协科普部

监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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