​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

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。

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。

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。

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）

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）。

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。

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”

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。

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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