陽(yáng)光和空氣可以生產(chǎn)燃料？ | 一周科技
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一手掌握一周重大科技新聞
撰文 | 蛋炒飯 茴香 油麥菜
責(zé)編 | 攸淇
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1 打工仔變身女王，僅需一種小分子
有這樣一種奇特的螞蟻——跳鐮猛蟻（Harpegnathos saltator），他們的群體比較小，當(dāng)蟻后年邁或死亡時(shí)，工蟻們就會(huì)為爭(zhēng)奪皇后而展開(kāi)角逐，最后的勝利者會(huì)接替蟻后，工作就會(huì)從覓食轉(zhuǎn)變?yōu)榉敝?。這樣的螞蟻被稱為 “玩家門”（gamergates）。先前的研究表明，由工蟻轉(zhuǎn)變的玩家門不僅大腦發(fā)生了變化，而且壽命也是普通工蟻的5倍。
為了解開(kāi)玩家門的奧秘，賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家們做了一系列實(shí)驗(yàn)，最終將關(guān)注點(diǎn)集中在兩種激素上：保幼激素III（JH3）和20-羥基脫皮激素（20-E）。這兩種激素都可以激活Kr-h1蛋白質(zhì)因子，Kr-h1又可以結(jié)合并抑制大腦中的某些基因，從而對(duì)螞蟻的神經(jīng)元造成影響。而在螞蟻中抑制該基因的表達(dá)，則會(huì)擾亂螞蟻的社交行為，使其不知道自己 “身處何職”，并表現(xiàn)出混亂的社交行為。
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https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01180-6?utm_source=EA
2 全新CT技術(shù)，足以“看見(jiàn)”細(xì)胞
電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)的發(fā)明，造福了世界上數(shù)以億計(jì)的患者。通過(guò)CT獲得的圖像，醫(yī)生可以對(duì)人體內(nèi)部的微小病變做出診斷。
近日，來(lái)自倫敦大學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)全新的CT技術(shù)：分層相位對(duì)比斷層成像（HiP-CT）。這項(xiàng)技術(shù)使用的X射線，由歐洲同步加速器（粒子加速器）提供，該同步加速器最近升級(jí)了極亮源（ESRF-EBS），比醫(yī)院的X射線亮1000億倍。在這一強(qiáng)大設(shè)備的輔助下，研究人員可以在完整的人肺中（來(lái)自遺體捐贈(zèng)者，浸泡于福爾馬林）看到直徑5微米的血管。相比之下，臨床CT掃描只能看到直徑約1毫米的血管。
研究者希望利用這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建新的人類器官圖譜，降低X射線的同時(shí)提高靈敏度和速度，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能校準(zhǔn)臨床CT掃描，實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的診斷。
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https://www.nature.com/articles/s41592-021-01317-x
3 須鯨食量是之前預(yù)估的三倍
須鯨包括座頭鯨和藍(lán)鯨這類物種，它們是在地球上生活過(guò)的體型最大的動(dòng)物，相應(yīng)的它們食量非常大，排泄的未消化的食物殘?jiān)鼤?huì)影響生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的消耗和循環(huán)，使海洋更加肥沃?！蹲匀弧纷钚掳l(fā)表的一項(xiàng)生態(tài)學(xué)研究論文指出，須鯨這種世界上最大動(dòng)物的胃口超出人們的想象——是此前估計(jì)的三倍。這項(xiàng)研究通過(guò)比較20世紀(jì)開(kāi)始捕鯨前后的鯨捕食數(shù)量，有助于進(jìn)一步了解鯨種群的減少給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)哪些顯著變化。
研究人員測(cè)度了大西洋、太平洋、南大洋的7個(gè)種群共321頭須鯨的攝食率。他們先用標(biāo)記鯨的位置，結(jié)合獵物密度聲學(xué)測(cè)量、物種特異性的攝食率估算等科學(xué)手段，計(jì)算出這些鯨的日常捕食行為和進(jìn)食量。研究發(fā)現(xiàn)這些海洋哺乳動(dòng)物在一天可以吃掉它們巨大體重的近三分之一。以北太平洋的藍(lán)鯨為例，它們?cè)谝捠臣竟?jié)的一個(gè)覓食日大約要吃掉16噸磷蝦。這些饕餮盛宴意味著鯨魚(yú)也會(huì)產(chǎn)生更多的糞便，這是海洋食物鏈底部的一種重要肥料。論文作者還指出，20世紀(jì)前規(guī)模更大的鯨種群可能通過(guò)加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的方式提高了海洋生產(chǎn)力。最新的研究也顯示，在開(kāi)始捕鯨前，南大洋的須鯨每年能循環(huán)1.2萬(wàn)噸鐵，而如今只能循環(huán)1200噸鐵。所以如果恢復(fù)須鯨種群，失去的生態(tài)系統(tǒng)功能就有望得到恢復(fù)，海洋生產(chǎn)力也能得到提高。
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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03991-5
4 防止害蟲(chóng)侵襲，蕨類植物懂得召喚“保鏢”
蕨類植物和昆蟲(chóng)是非常古老的兩類生物，在地球上共同存活超過(guò)了4億年的漫長(zhǎng)歷史，在這漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，二者之間 “斗智斗勇”，建立了各種各樣復(fù)雜的相互關(guān)系。蕨類植物逐漸進(jìn)化出各種抵御植食性昆蟲(chóng)的自衛(wèi)機(jī)制，例如厚厚的表皮、表皮刺狀突起、有毒的汁液等。最近發(fā)表于國(guó)際昆蟲(chóng)學(xué)期刊（Insects）上的一篇研究指出，蕨類植物還能吸引害蟲(chóng)的天敵來(lái)當(dāng)給自己保鏢。
姬蕨是一種在中國(guó)南方常見(jiàn)的蕨類植物，在姬蕨周圍通常會(huì)出現(xiàn)一種肉食性的昆蟲(chóng)——齒緣刺獵蝽，可以捕食危害姬蕨的鱗翅目夜蛾科幼蟲(chóng)。由此研究人員推測(cè)齒緣刺獵蝽與姬蕨之間可能存在某種特殊的聯(lián)系。研究人員進(jìn)行了野外觀察、植物揮發(fā)物成分分析、電生理實(shí)驗(yàn)以及行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明姬蕨不僅能在野外吸引齒緣刺獵蝽，而且受到害蟲(chóng)攻擊時(shí)，姬蕨會(huì)釋放多種誘導(dǎo)性揮發(fā)性化合物，這些化合物能影響齒緣刺獵蝽的觸角電位信號(hào)，對(duì)齒緣刺獵蝽具有明顯的吸引作用。
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https://doi.org/10.3390/insects12110978
5 廢舊鋰電池，還能回收再利用嗎？
隨著電動(dòng)汽車的推廣，報(bào)廢的電動(dòng)汽車鋰離子電池回收和二次利用備受關(guān)注。近期，康奈爾大學(xué)工作者從化學(xué)角度、使用方式、循環(huán)利用幾個(gè)角度探討了鋰離子電池的能量和環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，能量密度更高的鋰離子電池能夠更好的進(jìn)行循環(huán)和再利用。
相比較濕法回收方法，陰極的直接回收是減少環(huán)境影響最有效的方式。并且通過(guò)降低電池的Al含量，或者發(fā)展Si基材料作為鋰離子電池陽(yáng)極，能夠提高鋰離子電池循環(huán)利用的可持續(xù)性。與鋰離子電池的直接回收循環(huán)相比，二次利用的鋰離子電池產(chǎn)生的碳足跡、能源的利用率分別降低了8-17%和2-6%。
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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7633
6 陽(yáng)光和空氣可以生產(chǎn)燃料？
航空和航運(yùn)目前約占人為二氧化碳排放總量的8%。如何實(shí)現(xiàn)航天航運(yùn)的碳中和，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。“Drop-in” 燃料是一種很有前景的合成版本的液態(tài)烴替代燃料，能在太陽(yáng)能的作用下以水和二氧化碳為原料制得。
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家研究開(kāi)發(fā)了一種用陽(yáng)光和空氣生產(chǎn)燃料的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種安裝在實(shí)驗(yàn)室屋頂?shù)奶?yáng)燃料系統(tǒng)，由空氣捕獲裝置、太陽(yáng)氧化還原裝置、氣轉(zhuǎn)液裝置三個(gè)關(guān)鍵單元組成。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能在一天7小時(shí)的工作時(shí)間里，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生了32毫升的甲醇，驗(yàn)證了該生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)可行性。盡管生產(chǎn)流程仍需進(jìn)行大量?jī)?yōu)化和改進(jìn)，成本較高，但這項(xiàng)研究或?yàn)樯a(chǎn)碳中和的碳?xì)淙剂咸峁┝思夹g(shù)參考。
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https://doi.org/10.1038/s41586-021-04174-y.
制版編輯 | 盧卡斯
