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高速水滴砸向蝴蝶翅膀,猜猜是谁碎了?丨一周科技

发布时间:2020-11-15 23:21 编辑: 来源:


欢迎收看一周科技。雨滴会把蝴蝶砸坏吗?科学家们认真观察了高速水滴击中这些昆虫翅膀的瞬间。


变色龙


本周在《科学进展》的一项研究中,科学家们展示了一种神奇的3D打印墨水:利用同一种墨水配方,就能打印出丰富多彩的颜色[1]。


利用这种“多彩墨水”打印的变色龙图案 | Diao Research Group


这些颜色不是来自色素,而是结构色。这种“墨水”的关键成分是一种长着毛刷状结构的嵌段共聚物,随着墨水溶液的蒸发,这些聚合物分子能够自发地形成有序排列的层状微结构,这些微结构与光线相互作用,结构色就这样诞生了。


通过改变温度与打印速度,可以让墨水形成的微结构尺度发生变化。因此,同样的墨水在不同的打印条件下就能产生不同的颜色。利用这种技术,研究者们实现了对应波长403-626nm的丰富色彩呈现。


飞溅


为什么蝴蝶在飞行的时候不会被雨淋坏?来自康奈尔大学的研究人员分析了高速水滴对羽毛、树叶以及蝴蝶、蛾子等昆虫翅膀的冲击。他们发现,这些生物表面上的微结构不仅能够防水,还可以让击中它的高速水滴迅速碎裂散开,从而在雨中起到保护作用[2]。


高速摄影:水滴击中一只蛾子的翅膀 | Seungho Kim et al


这些微结构由微米级的小凸起与纳米级的蜡质疏水层组成。在它们的共同作用下,可以极大减少雨滴的冲击。雨滴下落速度可以达到10米/秒,击中蝴蝶翅膀的威力相当于一个保龄球从天上掉下来砸在人身上,因此翅膀上的疏水层对蝴蝶的生存至关重要。这些表面结构还减少了翅膀与冰冷雨滴的接触时间,可以避免失温。它也有望为飞机机翼除冰涂料等材料的设计提供灵感。


女被试


长期以来,生物医学研究存在着性别偏倚问题:无论实验动物还是人类受试者,研究对象往往是男性/雄性居多。这样得出的研究结论可能会不适用于女性,在医疗等方面产生现实的负面影响。


动物与人类实验都经常出现女性/雌性被试不足的问题 | 图虫创意


而最近发表于eLife的研究显示,这一问题正在得到改善[3]。该研究调查了9个生物学科领域2019年发表于34个学术期刊上的研究论文,并将数据与2009年的调查进行了比较。结果显示,2019年论文中有49%同时纳入了两种性别的研究对象,而在10年前,这一数字只有28%。不过即使如此,现状依然不够理想——例如很多研究虽然均衡了实验对象性别,但并没有对可能的性别差异进行专门分析。


红树林危机


红树林是重要的生态系统,它可以保护海岸线,免受风浪的侵蚀;同时为海洋生物提供庇护,减少大气中的二氧化碳。然而,《科学》上的一项研究表明,由于海平面上涨过快,红树林可能也会在未来几十年面临危机[4]。


红树林 | Kerrylee Rogers/University of Wollongong


研究者回顾了7000~10000年前的红树林数据。在这段时间,海平面的上涨速度从每年超过10毫米逐渐放缓,而红树林也开始扩张。结果发现,只有当海平面的上升速度低于每年6.1毫米时,红树林才能够生长。


由于全球气候变暖,海平面的上涨速度正在增加,已经从20世纪的平均每年1.8毫米,增加至最近的每年3.4毫米。研究者预计,在未来30年,全球海平面很可能会累积到以每年6~7毫米的速度上涨;即使我们能够成功控制温室气体的排放,直到本世纪末,上涨速度也可能会超过阈值。这意味着,到时候的红树林很可能无法存活,更无法为我们提供保护。


保护壳


英国巴斯大学的研究者们为疫苗设计了一种二氧化硅保护外壳。经过这种处理之后,原本怕热的疫苗成分在经过常温保存甚至加热之后依然能够保持活性


Asel Sartbaeva/University of Bath


这种为蛋白质包上硅保护壳的技术两年前首次在实验室中实现,它能够帮助蛋白质维持结构,避免受热失活。而这一次,研究者在动物身上初步测试了这种技术对疫苗效果的保护作用[5]。结果显示,在经历常温储存甚至加热之后,用“保护壳”技术处理过的疫苗成分免疫原性依然不受到损害——也就是说,它们成功地在小鼠体内引发了与原始疫苗相似的免疫反应。


研究者估计,这种技术有望在未来五到十五年投入应用。如果最终能够投入使用,它将使难以维持冷链运输的偏远、贫困地区受益,帮助这些地方的儿童改善健康。



参考文献


[1]https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaaz7202

[2]https://www.pnas.org/content/early/2020/06/05/2002924117

[3]https://elifesciences.org/articles/56344

[4]https://science.sciencemag.org/content/368/6495/1118

[5]https://www.nature.com/articles/s41598-020-65876-3


作者:麦麦,矩阵星,窗敲雨

编辑:窗敲雨


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