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为爱鼓掌,它鼓得最响亮!|一周科技

为爱鼓掌,它鼓得最响亮!|一周科技

见文末 果壳

欢迎收看一周科技。本周你将看到:①弯而不折的冰;②海象为爱鼓掌;③粪便化石中的甲虫;④凉爽的降温布料;⑤甲虫腿上的优质润滑剂。


折不断的冰 


我们印象中的冰又硬又脆,对于纤细的冰碴,只要稍微施加压力就会让它折断。然而,下面这条纤细的小冰晶却极具弹性:即使弯曲成近乎圆圈,它依然没有折断[1]。


这真的是一条冰 | Xu et al.


当然,制造这种冰需要特殊的工艺。这是一种单晶冰形成的超细纤维,直径在数百纳米到10微米之间。在低温环境下,研究者在针尖施加电场,让水蒸气分子在电场作用下慢慢生长形成冰晶。接下来,研究者将形成的冰晶纤维进一步降低温度,在-70℃至-150℃环境下测量了它们的弹性。结果显示,这些单晶冰纤维的弹性已经接近此前估计的理论极限。


视频演示:压弯纤细的单晶冰纤维时,它依然不会折断 | Xu et al.


除了富有弹性,这些单晶冰纤维的透明度也很高,因此它或许具有传输光的潜力——不过,必须在低温下保存会限制它的应用。目前,这些弹性小冰晶的主要用途还只是进行基础研究。


为爱鼓掌 


本周动物视频:听海象如何为爱鼓掌——字面意义上的那种。


视频:雄性海象Sivuqaq在水下发出响亮的掌声 | Ole Næsbye Larsen  and Colleen Reichmuth


这是一只名叫“Sivuqaq”的雄性海象,它生活在加利福尼亚的一家动物园中。每到繁殖季节,这只海象总是热衷于用规律而持久的鼓掌吸引异性注意。掌声穿过水池和厚厚的有机玻璃,听起来依然十分清晰响亮。


最近发表的一项研究揭示了海象响亮掌声背后的秘诀[2]。高速摄影记录显示,响亮的声音源于空化效应:海象拍击前肢产生的高速水流可以在局部产生低压空泡,随后这种低压气泡又迅速被周围的水“压扁”,由此产生强烈的声响和冲击。


海象Sivuqaq(研究记录在2009-2012年间进行,这头海象已于2015年去世) | Wikipedia


目前,人们还只在人工环境下观察到这种“为爱鼓掌”的行为。虽然野生雄性海象也会制造丰富的声音来求偶,但研究者还很难在自然环境下记录它们具体的发声动作。


与粪长存 


2亿多年前的粪便有什么用?比如,可以用来找到新的甲虫物种。


被命名为“龙粪”的灭绝甲虫物种
| Martin Qvarnström et al.


食肉动物的粪便容易矿化,形成粪化石;相比于扁平的化石,三维的粪化石往往能保留更多特征。在一块三叠纪时期的粪化石里,研究者就发现了丰富的甲虫遗骸;其中2个遗骸近乎完整,其他不少遗骸也保存了腿部和触角的精细结构。


通过同步加速显微断层扫描仪扫描粪化石、建立内部3D影像,研究者发现了粪化石里的甲虫遗骸(黄褐色)、甲虫翅膀覆盖物(橙色)、真菌纤维(灰色)和藻类(绿色) | Martin Qvarnström et al.


这块粪化石来自于一头生活在2.37亿~2.27亿年前的奥波莱西里龙(Silesaurus opolensis),它是恐龙的近亲。研究者分析认为,粪便中的甲虫残骸是一个以前从未知晓的新物种,现今已经灭绝。研究者将其命名为龙粪三叠藻食甲虫(Triamyxa coprolithica)[3]。


研究者将粪化石称为“隐藏的宝箱”。这项研究证明,粪化石除了可以研究动物的食性,其保存甲虫遗骸的能力也不逊色于琥珀。或许,以后会有更多“与粪长存”的新发现。


降温织物 


在本周的《科学》上,中国研究者展示了一种能帮人在烈日下保持凉爽的新型织物[4]。


图中的衣服左半边由常规织物制成,右半边则是更能让人保持凉爽的新型织物,热成像清晰展现了两侧的温度差异 | S. Zeng et al./Science


这种新型织物包含二氧化钛-聚乳酸复合材料与聚四氟乙烯层,它可以高效反射阳光,同时通过辐射冷却进一步降温。为测试织物的降温效果,研究者制作了一件特殊的衣服:它一半是新型织物,另一半是普通的棉织物。在阳光下的实地测试显示,新型织物覆盖的皮肤更好地保持了凉爽:与棉织物的一边相比,新型织物的一边温度低了大约4.8℃。同时,这种织物还展现出了优异的机械性能、防水性与透气性,可满足服装需求。


甲虫润滑剂 


人体的一些关节内填充了滑液,可以用来减少摩擦。甲虫也会产生这样的润滑剂,且其减少摩擦的效果,甚至比不粘锅涂料还要好[5]。


从甲虫的腿部,科学家们发现了效果拔群的润滑剂 | Konstantin Nadein/Christian-Albrechts University of Kiel


大麦虫(Zophobas morio)是一种具有黑色外壳的甲虫。研究者通过冷冻扫描电镜发现,大麦虫腿部关节外壳的孔隙里,会渗出约1微米厚的蜡质物。这些物质可以随着关节的移动而扩散,对甲虫关节起到保护作用。研究者用小玻璃板在这种润滑剂上来回滑动,以模拟关节的移动,测验这种物质的润滑效果。结果发现,在没有任何润滑剂的情况下,玻璃板移动的摩擦系数为0.35,使用特氟龙时的摩擦系数为0.14,而使用甲虫润滑剂时则仅为0.13,说明这种物质可以有效减少摩擦。


至于人类是否能利用这种甲虫润滑剂来制造机器人、假肢等,则需要等到能够人工合成这种润滑剂再说——毕竟,如果从甲虫身上提取润滑剂,那成本可太高了。


参考文献

[1]https://science.sciencemag.org/content/373/6551/187

[2] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.210197

[3]https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00674-6

[4] https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abi5484

[5] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1065




作者:麦麦,窗敲雨

编辑:窗敲雨


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The End

发布于2021-07-10, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳 。

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