科学松鼠会 » 窗敲雨 http://songshuhui.net 剥开科学的坚果,让科学流行起来 Fri, 15 Dec 2017 23:11:43 +0000 zh-CN hourly 1 http://wordpress.org/?v=4.3.14 http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg » 窗敲雨 http://songshuhui.net 32 32 每天都在倒时差:蜘蛛的奇怪生物钟 http://songshuhui.net/archives/99346 http://songshuhui.net/archives/99346#comments Tue, 12 Dec 2017 06:00:24 +0000 http://songshuhui.net/?p=99346

本文来自窗敲雨的个人微信公众号“酷炫科学”

在各种生物的体内都有一个内源性的“时钟”,它控制着各种行为与生理功能的节奏:何时睡觉,何时醒来,何时分泌激素……动物、植物甚至单细胞生物都具有这样的昼夜节律,即使缺乏外界的昼夜更替信号,体内的“时钟”依然会有规律地运行下去,并且每个周期都是接近24小时的。

但是,也不是所有的生物都以这样的节奏生活。最近,研究者们就发现了节奏十分奇特的“内源时钟”:在一些蜘蛛身上,它们的“时钟设定”快得出奇。

研究者们将蜘蛛放置在完全黑暗的环境中,并用红外光检测了它们的活动规律。结果发现,三个圆蛛科物种的内源周期都远不足24小时,最短的一个平均只有17.4小时,这也是目前已知最短的记录。

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如果一直待在黑暗的地方,这些蜘蛛们会以不到20个小时的周期活动,不过如果是接触到光照的条件,这些蜘蛛看起来会每天对自己的生物钟进行“重置”。这可不是件容易的事情,经常长途出行的人们都知道倒时差的痛苦,而对于这些蜘蛛而言,在24小时之内倒好6小时的时差却显得轻轻松松,似乎没有什么负面影响。一般来说,科学家们认为拥有偏离24小时太多的内源生物钟是件对生存不利的事情,但来自蜘蛛的发现却提示,事实可能并非总是如此。

研究者推测,这种很短的节律周期或许能帮助蜘蛛更好地避开捕食者。它们可以在黎明到来之前就早早地织好网,避免天亮之后活动,这对生存可能是有益的。

为了获得更多信息,研究者们也在对其他蜘蛛物种进行观察,他们发现除了这种很短的周期之外,也有的蜘蛛内在的周期显得格外长(大约有27-29个小时),也有的甚至看起来完全没什么昼夜规律。通过这些作息奇怪的小家伙,或许我们也能知道更多昼夜节律的秘密。

(不知道揭开它们快速倒时差的秘密之后能不能用在人身上……)

信源:
https://www.scientificamerican.com/article/meet-the-spiders-that-completely-defy-what-we-know-as-jet-lag/
https://www.newscientist.com/article/2153407-spiders-reset-body-clocks-to-avoid-5-hour-jet-lag-every-day/

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斑蝥素:喝下传说中的媚药,只会让你痛苦地死去…… http://songshuhui.net/archives/99341 http://songshuhui.net/archives/99341#comments Mon, 11 Dec 2017 06:02:05 +0000 http://songshuhui.net/?p=99341

本文来自窗敲雨的个人微信公众号“酷炫科学”

你听说过“西班牙苍蝇”吗?看到这个名字,老司机们或许会露出谜之微笑……

是的,这是一种传说中的媚药。从古代开始,便有人把它开发出了不可描述的用途。然而,这种传说中的物质,它的真面目其实是致命的剧毒。

“西班牙苍蝇”并不是一种苍蝇,它其实指的是西班牙芫菁(Lytta vesicatoria),一种相当漂亮(但是绝对不好惹)的鞘翅目昆虫。

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这种昆虫和相近的其他物种都会产生一种毒性很强的物质,这种物质名叫斑蝥素(cantharidin),它正是这个媚药传说真正的主角。斑蝥素是雄性昆虫产生的,它们不仅用毒素保护自己,而且还在交配时把一些毒素交给雌性作为“礼物”。这份“礼物”非常实用:雌性会用它保护卵不被吃掉。

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斑蝥素的化学结构

斑蝥素的化学结构

在过去,人们就发现摄入了斑蝥素的男性会出现长时间持续的勃起。正是这种现象将“西班牙苍蝇”与催情剂联系了起来。于是,不仅有人偷偷给想要勾引的人下药,甚至还有人亲自服用它,只为追求春宵一刻的美好。

但是,现实是残酷的,斑蝥素其实根本不是催情剂。人们所看到的现象,只是它强烈的刺激性和毒性在作怪。“持续勃起”正是斑蝥素的中毒症状,是斑蝥素刺激泌尿道导致发炎的结果。仅仅是皮肤接触斑蝥素就会让人起水泡,而把它吃下去的感受更加糟糕。摄入斑蝥素伴随着各种惨痛的后果:黏膜严重损伤、出血、永久的肾脏损害……在人身上,斑蝥素的半数致死剂量约为0.5mg/Kg,只摄入10mg就已经可能会致死。

斑蝥素只会让人痛苦,那么其他传说中的“媚药”又是否存在呢?据我所知并没有哪种东西真的会像传闻中那样起到这种作用。我所知道确实能够改善性欲的只有一种用于女性的治疗药物(氟班色林),临床研究发现它是有效的,但效果远没有那样戏剧性。

现在,在一些神秘的成人用品商店里,或许还能找到标明了“西班牙苍蝇”字样的产品。记得不要去购买它们:一方面“催情剂”本身就是不靠谱的事情,另一方面万一里面真的含有斑蝥素的话……那就麻烦大了_(:з」∠)_

(这其实是一期分子故事来着……)

更多阅读:
ABSURD CREATURE OF THE WEEK: THE SPANISHFLY IS REAL, AND IT'S RIDICULOUSLY DANGEROUS
https://www.wired.com/2015/03/absurd-creature-of-the-week-spanish-fly/

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泡泡为什么总是在一起? http://songshuhui.net/archives/99334 http://songshuhui.net/archives/99334#comments Fri, 08 Dec 2017 06:01:05 +0000 http://songshuhui.net/?p=99334

本文来自窗敲雨的个人微信公众号“酷炫科学”

你观察过水池中、咖啡杯里的泡沫吗?无论开始状态如何,静置一段时间之后,泡泡们总是会倾向于变成两种状态:要么聚在一起,要么贴在边上,这是为什么呢?

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其实,很多漂在水面上的小尺寸物体都会出现容易聚集在一起的倾向,这种现象通常被叫做“谷物圈效应”(cheerios effect),因为泡在早餐牛奶里的谷物圈也会这样。

总的来说,这种现象源于弯曲的液面,以及漂浮小物体们在垂直方向的受力,而具体来说,还要分两种情况讨论。

小物体漂浮在水面上的情况有两种,第一种是像小气泡这样,浸没在水中被浮力托起;而第二种是像小心翼翼地平放在水面上的曲别针、硬币这样,它们不是因为浮力漂浮,而是被表面张力托住了。在这两种情况下,小物体附近的液面都会出现弯曲,如下图所示,第一种液面在物体附近升高,第二种则是降低。

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先来看小气泡的情况,受到浮力的作用,小气泡总是会倾向于到液面最高的地方去,而正是这种特性使得小气泡们看起来会互相吸引——因为其他小气泡附近的液面总是会比基线高一点。

而同样的理由也可以解释泡沫为什么在咖啡杯里贴着边。杯子很多都是玻璃或者陶瓷材质的,这些材料的表面和水的亲和力好,因此在贴着边的位置,液面也会比其他地方高一点(见下图)。因此,想要尽量上浮的小气泡也会聚集在这里。

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而曲别针、硬币之类依靠表面张力漂浮的小物体,它们的情况是相反的。这些小物体把局部的液面压低了一些,并且在重力的作用下,它们会倾向于滑向液面最低的地方。因此,当两个水面上的硬币相遇时,它们也会彼此靠近:因为物体附近的液面更低一些,聚在一起能帮助它们呆在液面最低的地方。

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由此可见,两种情况下漂浮的小物体都会倾向于彼此聚集,不过它们聚集的原因不太相同。而如果小气泡这类靠浮力漂浮的物体遇到硬币这类靠表面张力漂浮的物体,则它们不会聚集在一起,反而会彼此远离(见下图)。

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至于漂浮的小物体是否会贴边,也取决于贴近容器的地方液面弯曲方向与小物体是否相合。比如说亲水的玻璃容器里小气泡会贴边,而硬币不会,而如果用超疏水材料处理容器,则情况会整个反过来。

虽然是生活中很普通的现象,原理讲起来也并不复杂,不过这种“谷物圈现象”也有很长一段时间并没有人深入地进行过讨论。本文中的解释都来自前几年的一篇论文,其中有非常详尽的讨论和计算,有兴趣可以在这里了解更多:https://arxiv.org/pdf/cond-mat/0411688.pdf

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热水结冰快,这是真的吗? http://songshuhui.net/archives/99284 http://songshuhui.net/archives/99284#comments Mon, 04 Dec 2017 22:53:21 +0000 http://songshuhui.net/?p=99284 (※这是一篇译文,原文刊登在英国皇家化学学会主办的网站chemistryworld上,原作者:Emma Stoye,我翻译了一下,文末附原文链接。这里简单介绍了很多人感兴趣的姆潘巴效应,不过这个现象究竟是否存在、原因又是什么,科学界依然是一片争议_(:з」∠)_)

姆潘巴效应:真实还是虚构?

如果你把热水和冷水同时放进冰箱,热水(据说)会在更短的时间内结冰。这与科学告诉我们应该发生的情况完全相反。这是种奇怪的现象,名叫姆潘巴效应(Mpemba effect)——它成为一场科学争论的核心已有50年了。

姆潘巴效应是怎么来的?

这个效应是用它的发现者命名的——Erasto Mpemba,他在1960年代在坦桑尼亚上学,当时只有十几岁。在烹饪课上,他学习制作冰淇淋,首先要把糖和牛奶的混合物在炉子上加热,然后等待混合物变凉再放进冰箱。姆潘巴发现了一些奇怪的事情:当他直接把热混合物放进冰箱,冰淇淋完成得更快了。

出于好奇,他又用水进行了类似的实验。他发现,就像冰淇淋那样,热水似乎比冷水在更短时间内冻结。

这个男孩询问了物理学家Denis Osborne为什么会发生这样的事。老师和同学们都对他嗤之以鼻,但Osborne同意帮助他在实验室条件下进行类似的实验。结果,Osborne证实了姆潘巴最初的发现,他们在1969年共同发表了论文。

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是个好故事,那这现象是真的吗?

事实上,科学家们无法在这个现象究竟是否存在上达成共识,更不要说它可能的原因了。

Mpemba和Osborne的论文中记录了热水和冷水结冰时间巨大的差异,没有其他实验能够成功复现这一点。然而,来自多个领域的科学家表示他们观察到过这个现象,并且在很多年中它都被当作是一个科学现象。2012年,英国皇家化学学会展开公开竞赛,让参与者们对姆潘巴效应进行解释,研究者和大众中间对这个现象的兴趣都达到了一个高峰。

但是,说“不”的阵营也反击了回来。一篇由剑桥大学Henry Burridge与Paul Linden合著的论文给出结论说:“没有有意义的观察能支持姆潘巴效应”。他们认为,人们声称他们所观察到的现象其实是测量不准导致的。

这篇论文的结论也相当有争议,很多科学家也并不愿意就此放弃他们对这种效应的相信。

我们怎么不知道谁对?

这种效应比你想象得要难测量得多。姆潘巴效应的实验即使在完全一样的条件下也可以产生不同的结果。

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等等,这不就是水结冰吗,真的有那么复杂?

是的,科学总是复杂的。一个问题在于,人们的很多争论都是针对定义的——例如,当我们说“结冰更快”的时候,我们是指的到达冰点的时间,完全冻结所需的时间,还是这之间的什么时间点?

Burridge和Linden的论文关注的是水样本达到0℃的时间。其他人却说,从水到冰的相变是这个效应中重要的组成部分,你必须要测量时间直到它完全冻硬才行。

水是一种奇特的物质,当它冻结时,有很多事情发生。人们提出,冰晶的成核、过冷以及蒸发都是会影响热水和冷水表现的因素。看起来由于众多变量的作用,实验技术的微妙变化就可以导致所观察的结果出现很大的不同。影响现象的条件看起来相当难以控制。

一个新研究显示,这个现象可能会受到“峰度”(kurtosis)影响,这是一个描述水粒子动能的参数。峰度受到样品在实验之前如何进行处理的影响。研究者指出,这可以解释测量中出现的一些争议。

这真的重要吗?

Burridge和Linden指出,如果姆潘巴效应是一个可靠、可重复和可测量的效应,那么它会对一些工业过程造成潜在影响(比如说,生产冰淇淋的过程?)

然而,鉴于人们现在无法在这现象是否存在上达成共识,现在它也没法在这方面进行开发——只要这个效应还存在谜团,科学家就会继续寻找解释。

原文链接:https://www.chemistryworld.com/news/the-mpemba-effect-fact-or-fiction/3008257.article

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戴着面罩的神秘人举起了一只死乌鸦……这竟然是科学研究? http://songshuhui.net/archives/99288 http://songshuhui.net/archives/99288#comments Sun, 03 Dec 2017 06:53:02 +0000 http://songshuhui.net/?p=99288

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今天的故事要从一张诡异的照片开始:一个戴着奇怪乳胶面罩的人,手里还拿着一只死掉的乌鸦,这画面不禁让人感觉有点脊背发凉……

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其实,这是一项科学研究。通过它,我们得以了解鸦科鸟类出色的危险判断能力。

我们人类总会对同类的尸体特别在意,这可以激发人们的恐惧感。这是一种十分合理的反应:毕竟,可以导致同类死亡的因素,也可以威胁到我们自身的安全。而研究者们发现,乌鸦们也同样具有这种通过死亡同类判断危险的能力。不需要看到任何暴力行为和死亡过程,单是看到死去的同类,就足以让它们提高警惕,并将一同出现的人类列为“危险人物”。只要见过一次,乌鸦们就能记住“危险人物”的脸,并对他进行警告和驱赶。

而验证这一点,用的就是上面照片中看起来很诡异的实验。研究者们戴上不同的面具,分别扮演“好人”和“坏人”的角色给短嘴鸦(Corvus brachyrhynchos)看。“好人”每天向鸟儿们提供食物,而“坏人”则会拿着死掉的乌鸦(其实是一个动物标本)在其他乌鸦面前出现30分钟。

在Marzluff实验室,这些乳胶面罩为好几个乌鸦研究都做过贡献。它们甚至还都有名字,从顶端开始顺时针方向分别是:Hiroo, Micheal, Vivian, 和 Joe

在Marzluff实验室,这些乳胶面罩为好几个乌鸦研究都做过贡献。它们甚至还都有名字,从顶端开始顺时针方向分别是:Hiroo, Micheal, Vivian, 和 Joe

结果,虽然没有看到导致死亡的过程,但乌鸦们还是迅速地把死亡的同伴与危险联系了起来,它们不仅避开了原本可以得到食物的区域,还成群地对着“危险人物”大叫并进行驱赶。之后当戴“坏人”面罩的实验者再次出现时,即使它手上没有死乌鸦,也依然被鸦群提防着。如果“坏人”和猛禽红尾鵟(依然是个标本,放在树枝上)一同出现,乌鸦们还会更加提高戒备,后者是它们已知的敌人。

一只看到了死亡同类并大叫的乌鸦

一只看到了死亡同类并大叫的乌鸦

而如果实验者手上拿着的是死去的鸽子,则乌鸦并不会有任何反应——不仅如此,旁边的鸽子们也没有任何反应……这说明,乌鸦确实是特别的,它们能理解同类的死亡,并且会把它和自己的危险联系起来,而且它们只用一次就记住了“坏人”的脸。

那么,为什么一定要用这么诡异的面罩呢?因为乌鸦真的非常“记仇”啊!它们不仅能分辨人的脸庞,甚至还能记上几年时间。如果扮演“坏人”的实验者暴露了本来面目,接下来在这一带恐怕就没法混了,天天出门都要被乌鸦骚扰了……

同时,为了避免实验被好奇的路人骚扰,他们也挂了“乌鸦研究”的牌子

同时,为了避免实验被好奇的路人骚扰,他们也挂了“乌鸦研究”的牌子

总之,乌鸦真的是相当聪明的鸟类,也记得尽量不要惹它们——因为它们真的会记住你的!

PS:只看一次就记住人脸,我觉得这个水平已经远超过我了_(:з」∠)_

这些信息都来自2015年发表的一项研究。

图片来源:https://www.sciencefriday.com/segments/crows-a-bird-thats-not-bird-brained/

原论文:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347215003188?np=y

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为了科学,给蚊子录个音吧! http://songshuhui.net/archives/99113 http://songshuhui.net/archives/99113#comments Sat, 18 Nov 2017 08:22:38 +0000 http://songshuhui.net/?p=99113

本文来自窗敲雨的个人公众号“酷炫科学”

蚊子飞行时烦人的嗡嗡声,相信大家都没少听过。可是你想过把这声音录下来吗?

事实上,在一个名叫“Abuzz”的科研项目中,科学家很希望世界各地的群众都能给身边的蚊子录个音,然后发给他们。

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为什么要给蚊子录音?这是为了确定蚊子的分布情况,以便更好地预防疾病。

很多蚊子传播的疾病都是全球性的医疗问题,比如说疟疾,或者近年来受到关注的寨卡病毒感染。这些疾病有的还没有很好的疫苗可用,有的还没有针对性的药物治疗,在这种情况下,从蚊子下手控制疾病就显得非常重要。

而所谓“蚊子”,其实并不是一个物种,能够把疾病传播给人类的就有30种以上。它们有不同的地理分布、迁移和咬人规律。准确的蚊子分布数据能帮助人们了解蚊媒疾病,但是,想要进行大范围的“蚊口普查”,这数据收集起来可不容易,单靠几个研究者的力量实在难以做到。

于是,斯坦福大学的研究者想出了一个发动群众的点子:他们希望普通人都能拿起手机,为他们收集蚊子数据。他们希望人们能够打开手机录音功能,凑近嗡嗡作响的蚊子录上几秒音频,然后连带位置信息一同发到他们的数据库中。

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研究者证实,哪怕只是功能基本的手机也可以有效地收集蚊子飞行声音的数据。不同的蚊子物种,它们飞行时的翅膀拍打频率不同,而这种差异可以通过音频分析加以鉴别。人们可以趁蚊子起飞时凑近录音,困在杯子、瓶子里的蚊子也可以进行录音,哪怕只录下一秒声音也是可以的。当这样由“公民科学家”提供的数据积累到足够多时,我们就得到了一幅详细的蚊子地理分布图。

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如果你对这个项目感兴趣,详情可以看他们的网站:https://web.stanford.edu/group/prakash-lab/cgi-bin/mosquitofreq/

现在,只剩一个问题需要解决了:录音的时候怎么样不被蚊子咬……

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