科学松鼠会 https://songshuhui.net 剥开科学的坚果,让科学流行起来 Thu, 21 Mar 2019 22:17:32 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=4.3.18 https://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg 科学松鼠会 https://songshuhui.net 32 32 为了变好看,它放弃了自己的雄性特征 https://songshuhui.net/archives/104607 https://songshuhui.net/archives/104607#comments Thu, 21 Mar 2019 22:17:32 +0000 https://songshuhui.net/?p=104607

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

最近在微博上经常有朋友问我一种花。这些花朵神似牡丹,圆润饱满,花色多样,鲜艳夺目。插在花瓶中,不管是当主角还是配角都能扮演好自己的角色。这就是今天的主角——“芹叶牡丹”。估计已经有朋友在喊:“咦?作者是不是赶稿子头晕了?这和我手上的日历不一样呀。”别急,我们慢慢道来。

你或许在花店里见过它——花瓣像牡丹那样层层叠叠,叶片则像芹菜那样有分裂。图片:pixabay

你或许在花店里见过它——花瓣像牡丹那样层层叠叠,叶片则像芹菜那样有分裂。图片:pixabay

这张图可以更清楚地看到叶片。图片:Florez Nursery

这张图可以更清楚地看到叶片。图片:Florez Nursery

美丽的植物学“噩梦”

花店老板习惯叫它们“芹叶牡丹”或“洋牡丹”,实际上它们的正式中文名叫花毛茛[gèn]。这个名字听起来是不是一下子就从“阳春白雪”,变得“下里巴人”呢?

“毛茛”这个名字虽然听起来有些土里土气,但在植物学圈子里,毛茛可是大名鼎鼎,因为植物学分类学课本里,最先介绍的就是毛茛科。这类植物维持了一些比较原始的特征:雄蕊通常多数,向心发育,花药呈卵形或长圆形,花丝线形;心皮多数,离生。想当年,这些特征在植物学考试中着实折磨了很多同学。

单瓣的花毛茛。图片:SuperJew / wikimedia

单瓣的花毛茛。图片:SuperJew / wikimedia

不过,现在想想其实挺简单。这就像我们中国的住宅,最初都是独门独院;到后来发展出了集约化程度更高的公寓楼。当然不同公寓楼的条件并不一样,有的可能是四五套小居室合在一起,也有像筒子楼一样挤得满满当当,像春兰的果子,一个果子就能塞进上万粒种子;也有桃子这样的“土豪”,一朵花只有一个果子,一个果子里只有一粒种子,绝对是土豪中的土豪。只是,当年老师并没有告诉我们这些,于是心皮的结构和数量,一直都是植物学考试的难点。

作为毛茛科的代表,毛茛属的花朵并不是是最稀奇最特别的。比起乌头头盔状的花朵,以及大花飞燕草小鸟模样的花朵,毛茛五片萼片、五片花瓣的花朵就显得太普通了。

左:日语中的“大花飞燕草”指的是图中的翠雀(Delphinium grandiflorum),也有人把园艺上由高翠雀花(D. elatum)衍生出的品种群叫做“大花飞燕草”。右:毛茛科乌头属的 Aconitum carmichaelii。图片:David J. Stang & H. Zell / wikimedia

左:日语中的“大花飞燕草”指的是图中的翠雀(Delphinium grandiflorum),也有人把园艺上由高翠雀花(D. elatum)衍生出的品种群叫做“大花飞燕草”。右:毛茛科乌头属的 Aconitum carmichaelii。图片:David J. Stang & H. Zell / wikimedia

等等,我们在花店和苗圃里看到的花毛茛明明不止五个花瓣呀。这是为什么呢?

颜值高,生殖能力也不低

你或许已经知道,花瓣繁复的花毛茛未必是这些植物原种的样子。它们之所以变得丰满,一是因为花瓣长多了,二是因为雄蕊变形了。

花瓣长多了好理解。本来是一轮5片花瓣,通过变异,增加了两轮或三轮,我们最终看到的花朵就有十几片甚至二十几片花瓣了(也就是所谓的“重瓣”)。如今,很多牡丹、芍药品种也是这种状态。在此基础上,要想让花朵更显富贵,还需要更多的花瓣,雄蕊变形而来花瓣就成了有力的补充。

花毛茛以颜色多变著称。图片:maxpixel

花毛茛以颜色多变著称。图片:maxpixel

实际上,雄蕊变花瓣要比耳朵变鼻子容易得多,那是因为雄蕊和花瓣都来自于一个叫“花原基”的结构,只是在生长过程中,不同细胞被分配做了不同的工作,那些专门生产花粉的细胞构成了雄蕊,而那些专门招蜂引蝶的细胞就集合成了花瓣。通常来说,细胞们都会认认真真地干好本职工作,但保不齐也会有开小差的。当调控基因出问题的时候,雄蕊就会变成花瓣的模样。从外形上看,这些花朵就显得更漂亮了。

其实野生花毛茛的颜色就很丰富了。图片:Krzysztof Ziarnek, Kenraiz

其实野生花毛茛的颜色就很丰富了。图片:Krzysztof Ziarnek, Kenraiz

我们目前看到的花毛茛,大多是花瓣加倍的结果,层层叠叠的花瓣包裹着里面的花蕊,并且这些花蕊还可以正常工作。这在观赏花卉中是非常难得的,因为很多观赏花卉的花蕊变异之后,已经丧失了繁殖的功能。
是的,花毛茛不仅颜值上去了,生殖能力也没有下来。通过传粉生物学实验发现,花毛茛是拒绝授粉和无融合生殖的,简单来说,就是它们需要正常的有性生殖才能产生种子。

当然了,蜜蜂也不排斥为它们提供服务,因为这些花朵里是有花蜜的。千万不要听到花蜜就兴奋,先打消吸蜜的想法吧,且不说这些花朵中的花蜜量不够塞牙缝,光是里面潜藏的毒素就能让人付出不小的代价。

不要总惦记着能好怎啦!图片:cultivar413 / Flickr

不要总惦记着能好怎啦!图片:cultivar413 / Flickr

小心那些野“芹菜”

每个春暖花开的季节,都是野菜中毒事件的高发期,因为从叶片形态判断一株植物的种类本来就有难度,何况是还没有成形的嫩叶。如果我们真的把“芹叶牡丹”的叶子当芹菜叶子吃下去,那必然中招——除了花,花毛茛的叶片也含有毒素。

不仅仅是花毛茛的叶子像芹菜,毛茛科很多植物的叶片都形似芹菜。2010年春天,新疆塔城就有13名矿工误把乌头草当野芹菜食用,导致6人中毒身亡。

即便是芹菜的伞形科本家兄弟,也不见得是好惹的。其中最出名的就是毒芹了,它的长相与大家爱吃的水芹特别像,同时生长的区域也类似,所以中招的可能性就更大了。

毒芹。图片:Anneli Salo / wikimedia

毒芹。图片:Anneli Salo / wikimedia

水芹。它们外观相似,生境也很类似。图片:阿橋 HQ / Flickr

水芹。它们外观相似,生境也很类似。图片:阿橋 HQ / Flickr

实际上,在植物学发展的历史上,以什么为分类标准一直是争论的焦点。直到18世纪,塞巴斯蒂安·瓦扬(Sebastian Vaillant)和卡尔·林奈(Carl von Linné)才确立了用花朵为分类特征的现代植物分类学基础,并且沿用至今。花之于植物就像面容之于人,如果我们把开花的花毛茛与开花的芹菜放在一起,就绝对不会有人选错食材。

在这里要特别提醒大家,不少有毒植物都有标记自己身份的标识牌,那就是非常苦的味道。千万不要以“苦味去火”这样的理由逼自己或者劝别人吃下不知名的苦味野菜,否则很可能带来悲剧的后果。

让花毛茛开久点

对于种在土里的盆栽,由于花毛茛的花葶[tíng]中没有足够的木质素支撑,所以稍稍不留意,缺水的花毛茛就会耷拉下头,即便不缺水,时不时地也会发蔫。

所以应该怎么养护呢?有人说在浇的水里加糖,也有说加盐的,还有说加碱面的。

加糖可以维持开花的时间,因为花朵需要能量,而水中的糖恰恰可以补充能量。但是花毛茛似乎并不喜欢甜味,如果糖水浓度超过1.5%,花毛茛的叶子很快就会变黄,花朵也会萎蔫。所以,即便是要加糖,也一定要适可而止,千万不要贪多。除了糖,适当加入一些钙盐和钾盐,也可以让花毛茛的花葶坚持得更久。

注意,如果无法把控加入的成分种类或量,还是建议别乱加了,维持用水洁净才是关键。至于那些水培植物,用水洁净对它们就更重要了。其实不少水培植物是被水中滋生的藻类憋死的,藻类繁殖死亡消耗了大量氧气,并且附着在植物根系上,影响了植物的正常呼吸,长不好是必然了。

花毛茛矮生的盆栽品系'Bloomingdale'。图片:4028mdk09 / wikimedia

花毛茛矮生的盆栽品系'Bloomingdale'。图片:4028mdk09 / wikimedia

眼看又是春暖花开的季节,最后再次提醒大家,如果想找人问花名,尽量不要用那些只有叶子的杆杆了,否则说不定过了很久,你仍未知道那天所看见的花的名字。

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18家罐头企业组团起诉39健康网,谁是谁非? https://songshuhui.net/archives/104536 https://songshuhui.net/archives/104536#comments Wed, 20 Mar 2019 22:17:26 +0000 https://songshuhui.net/?p=104536 1月21日,18家罐头生产企业在北京举行发布会为罐头“正名”,并且以中国食品工业协会为主体起诉了39健康网。

事情源于2018年12月4日39健康网发布的一篇文章。在这篇题为《愿望:6种“催人老”的食物,希望你一个都没有上瘾》的文章中宣称“罐头的营养物质都已经被破坏掉了,尤其是蛋白质会出现变质,自然其营养物质也会大打折扣。为了保持口味以及考虑食物的储存,其中还会被加入大量的糖分以及防腐剂,这些物质在短时间之内进入人体之后会让血糖短时间上升,也会增加胰腺的负担,在伤害身体的同时也会导致肥胖出现”。

图片来自pixabay

图片来自pixabay

实际上,39健康网的描述符合罐头在很多消费者心目中的形象。中国食品工业协会“站”在了这些生产企业的一边对媒体进行起诉,堪称用最直接的方式去为罐头“正名”。他们的观点,在科学层面上站得住脚吗?

罐头并不需要防腐剂,也不需要“大量糖分”

罐头的生产过程是把食物密封在容器内,然后再进行“彻底灭菌”——一般而言,是让罐头内的每一个部分都达到121°C以上的温度,并且保持足够长的时间。经过这样的加热,食物中所有的细菌和细菌芽孢都被杀灭,而因为密封,环境中的细菌也无法进入,所以只要不打开就可以在常温下长期保存。

显然,罐头不会腐坏,是通过罐头的特有生产工艺来实现的,并不需要防腐剂。

有一些食品通过高糖来防腐,比如糖渍、蜜饯、果脯等食品,但罐头并不需要。有一些水果罐头是把水果泡在糖水里,这主要是对口味的改善,而并不是防腐的需要,也不是“罐头”这类食品所特有的。任何食品,只要含有大量的糖,也都“在短时间之内进入人体之后会让血糖短时间上升”。而肉类、蔬菜罐头,一般就不会有这样的操作。用某些罐头“含糖”来指责“罐头”这个食品类别,属于逻辑上的错误。

罐头的营养物质被破坏掉了吗?

39健康网的文章中宣称罐头食品“营养物质已经被破坏掉了,尤其是蛋白质会出现变质,自然其营养物质也会大打折扣”。

我们先来说这个“尤其是蛋白质”的指控。作为食物,蛋白质的作用在于提供氨基酸。也就是说,不管吃什么蛋白,最终都要变成氨基酸才会被人体所利用。讨论蛋白质的营养价值,也只针对其氨基酸组成和吸收率。而加热几乎不会破坏氨基酸,反而让蛋白质更容易消化和吸收。从茹毛饮血到把肉做熟了吃,是人类发展史上的进步——把肉做熟的过程,就是蛋白质变性的过程。而“变性”并不是“变质”,其营养价值不会“大打折扣”。

加热会破坏食物中的一些营养成分,所以许多人(包括一些营养专家)都认为罐头“没有营养”,39健康网的那篇文章也就是引用了这种认知。然而事实并非如此。1997年美国伊利诺伊大学发表了一篇文献综述,比较全面地比较了新鲜蔬果、冷冻蔬果和罐装蔬果中的各种营养成分,以及烹饪和储存对这些营养成分的影响。结果发现:

1、类胡萝卜素、维生素E、矿物质和膳食纤维,罐头食品和新鲜食品、冷冻食品中的含量没有明显差别;

2、罐头食品中的维生素C、B族维生素和多酚化合物的确比新鲜和冷冻食品中的要低。但在储存过程中,新鲜蔬果和冷冻蔬果中这些营养成分的下降却要大大高于罐头。此外,新鲜蔬菜和冷冻蔬菜要经过烹饪才能食用,在烹饪中这些营养成分还会进一步下降。而罐头食品并不存在这样的问题。也就是说,新鲜蔬果的这些营养成分确实比罐头食品中的要高,但是如果新鲜蔬菜经过储存和烹饪,这些营养成分也就会大量损失,跟罐头相比也就未必有优势了。

对于蔬菜水果,新鲜食物的营养和风味当然是最好的。但是如果需要较长时间的保存,那么罐头食品仍然是一种很好的选择。它经济、实惠、安全性高,而营养上的损失,也并不是象许多人想象的那么大——39健康网所说的“罐头的营养物质都已经被破坏掉了”,可以算得上谣言。

这一起诉讼结果如何,有待于法院的判决。但这科学上,39健康网的文章确实涉嫌用谣言诋毁罐头这一类食品,而罐头生产企业以及行业协会通过起诉来为罐头“正名”,是合理的做法。

本文来自云无心的微信个人公众号,首发于“全民较真”,未经许可不得进行商业转载

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蜜蜂的数学有多好?它们已经学到加减法了 https://songshuhui.net/archives/104556 https://songshuhui.net/archives/104556#comments Tue, 19 Mar 2019 22:37:44 +0000 https://songshuhui.net/?p=104556

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,首发于果壳的微信公众号,未经许可不得进行商业转载

和人类相比,蜜蜂的脑子要简单得多,它们的小脑子神经元数量比人脑少了5个数量级。但即使是长着这样看起来简单的脑子,也一样可以进军数学界。

去年的一项研究发现,蜜蜂可以理解一个重要的数学概念:0。它们知道“没有”是一个可以和其他数字比较的概念,而且知道它比1、2或者3更小。而现在,蜜蜂的数学技能又得到了刷新:科学家已经教会了一些蜜蜂做加减法!虽然,它们现在还只会+1或者-1……

当然,比起蜜蜂的数学能力,更让人好奇的问题是:科学家到底是怎么让蜜蜂做数学题的?毕竟,你不可能递一张卷子给它做啊……

下面,就让我们来看一些蜜蜂学做数学题的过程。这两个研究的实验设计有些相似,它们都会用不同数量的图形来代表对应的数字(如果是0则会放一张没有图形的白纸),然后根据出题者的意图给出正确和错误答案的选项。在练习中,正确和错误选项的位置分别设有奖励和惩罚:如果选对了,蜜蜂就能喝到它们喜欢的糖水;如果选错了,则会尝到很苦的奎宁溶液。

比如说,假如科学家想问蜜蜂的题目是“哪一个数字更小”,而题目对应的选项是1和3,那他们就会给蜜蜂看分别画着一个方块和三个方块的两张纸,然后在1个方块的这一边放上奖励的糖水。

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(一道例题。随便画了一下示意图)

接下来,就是蜜蜂的刷题时间。研究者们会更换一些不同的选项,在奖励和惩罚的引导下,蜜蜂们也会开始慢慢明白其中的规律。

在“比大小”的题目中,只要改变图形的数量就可以了,但“加减法”还更复杂一些:科学家必须要让蜜蜂知道,存在“加”和“减”两种不同的计算规则。幸好,蜜蜂们对色彩的辨识相当不错,于是这一次科学家给方块涂上了不同的颜色:蓝色代表加一,黄色代表减一。他们制作了一个Y形的选择装置,蜜蜂们在入口处会首先看到题目,然后进入之后看到两个选项。

以下图为例,这只蜜蜂的题目是“2+1”,左侧的选项“3”是正确答案。如果它选了左边,就可以开心地喝糖水了。

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(论文截图。图片来源见参考文献1)

接下来又是蜜蜂的刷题时间,这一次它们经历了100轮带有奖惩的算数训练,随着训练增加,蜜蜂们的正确率显著提升:

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(肉眼可见的进步。图片来源见参考文献1)

当然,只练习是不够的,最后还得考试。考试时会去掉奖励和惩罚,而且难度有所提高:正确答案的位置会被交换,题目也会用一个之前从未在题目中出现过的数字。

那么蜜蜂们的考试结果如何呢?最终,它们的正确率大概在63%-72%之间。这听起来确实不算什么好成绩,毕竟它们的题目只是+1和-1而已,而且涉及到的全部数字最大也不超过5。但可以确定的是,这成绩明显比随机瞎选要好——也就是说,蜜蜂们是真的理解了题目规则,真的有在做算术的。

这些研究结果显示,进行基本的数学计算并不需要一个非常复杂的脑子,动物们掌握数学的能力或许也比我们想象的更好。

蜜蜂都在学做数学题了,在座的各位数学恐惧症(包括我自己)是不是也应该再努努力呢_(:з」∠)_

参考资料:

http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaav0961

https://www.vox.com/2019/2/6/18212037/honeybee-add-subtract-science-advances

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_animals_by_number_of_neurons

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葛饰北斋画出了神奈川巨浪,但你知道他画的是流氓波吗? https://songshuhui.net/archives/104636 https://songshuhui.net/archives/104636#comments Mon, 18 Mar 2019 22:37:41 +0000 https://songshuhui.net/?p=104636

本文原发表于果壳网的微信公众号,经授权转载自微信公众号“科学艺术研究中心”,未经许可不得进行商业转载

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日本符号的缔造者

说起日本江户时期的浮世绘大师葛饰北斋,大概每个人脑子里都会浮现出那幅《神奈川巨浪》,它已经是一个日本文化的标志性存在,哪怕从来没有去过霓虹国的人,估计也早就在各种画册、影视或日料店里看了不下一百次。

整个世界范围内,它的艺术影响力都是不言自明的,德加、马奈等印象派画家均为其折服,它甚至启发音乐家德彪西做出了三个乐章的《大海》,诗人里尔克则为它写下了《山岳》。

这张葛饰北斋70岁左右画成的杰作,年份大概在1830-1833年间,是他的“富岳三十六景”里面的一张,和《凯风快晴》、《山下白雨》并为其代表作。

“三十六景”通过从不同角度去观察富士山,留下了它在各种天气和时节下的身影,初版36张,故得此名,其实后来又追加了10张,所以一共有46张。

神户川冲浪里

神户川冲浪里

凯风快晴

凯风快晴

山下白雨

山下白雨

《神奈川冲浪里》与老爷子的自我修养

《神奈川冲浪里》画面展现的是巨大的惊涛骇浪中,三条渔船船身倾斜颠簸命悬一线的场景,在其中一条渔船背后,遥远的富士山占据了比较重要的位置,而在积雪皑皑的山头上空,可以看到的云似乎是积雨云。巨浪背光部分用了较大几块蓝色,蓝色曾经是非常贵的颜料,但由于便宜的普鲁士蓝在江户时期经由海岸商贸进入了日本,所以葛饰北斋可以大量地使用而不心疼。而画中这些渔船,是为了渔业贸易而开发的快速货船,称为oshiokuri-bune,可装载从鲜鱼、干鱼到大米、蔬菜、木炭和原木在内的等各种物品。

神奈川如今已经被并入了横滨,但回到葛饰北斋生活的时代,前者的地位却是更重要的,两者地位转变发生在这幅画完成后大约20年间,神奈川港是当时美国人希望日本开放的港口,但日本政府提出折中方案,即开放附近的一个小渔村横滨,这个渔村很快就在规模和作用上取代了神奈川港。有趣的是,《神奈川冲浪里》正好是把视角放到了今天横滨港的位置。

除了江户时期的社会风貌和地缘背景,画面中可以读到的信息还有很多,甚至它也是科学界的研究对象。

上个世纪70年代一手创建分形理论的美籍法国数学家B.B.芒德布罗数次援引神奈川巨浪作为自相似性的例子,在他的《自然的分形几何》(The Fractal Geometry ofNature)一书中,就以葛饰北斋的画笔来解释海洋中经常可见的碎波分形特性。

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把神奈川巨浪和分形联系起来,绝对不是一种勉强附会,葛饰北斋在1812年出版了一本用以教学的教材《略画早指南》,第一卷就讲到通过圆形、十字线、三角等基本形状的叠加可以得到物体的轮廓。其中一幅名为《海上富士》(海上の富士)的示例木版画中,可以清晰地看到他在波浪及其尖端使用不同尺度上的重复模式(分形)的痕迹,碎波最后变成了鸟类并飞向远处的富士山。另有一幅《雷阵雨中的富士》(夕立の不二),我们甚至可以在右侧山体上看到类似于一种Julia集的板块。Julia集是一个在复平面上形成分形的点的集合,以法国数学家Gaston Julia的名字命名。

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海上富士

海上富士

雷阵雨中的富士

雷阵雨中的富士

一种Julia集合

一种Julia集合

可以说,葛饰北斋的绘画技巧已经很有现代意味,其中带着算法思想和入微观察,这和他一直以来的自我训练是分不开的。他74岁那年(1834)出版了作品集《富士山百景》,后记中写道:

从6岁起,我就养成了写生的习惯。从50岁起,我开始创作大量艺术作品,但我在70岁之前所做的一切都不值得关注。73岁时,我开始掌握鸟兽、昆虫和鱼类的结构,以及植物的生长方式。只要我继续努力,到80岁我一定会对它们有更深的了解,到90岁我就会渗透到它们的本质。到100岁我希望能对它们有一个非凡的理解,而到110岁的时候,我可能已经达到了这样一个阶段,那就是我所画的每一个点、每一笔都是有生命的。愿那些德高望重的人觉得我没有太贪心。

科学重现当代版《神奈川冲浪里》

《神奈川冲浪里》对于科学家的另一个莫大吸引之处就在于他们想搞清楚这个巨浪的形成,到底是出于什么原因。最初,它被认为是海啸引起的,但也存有诸多疑点。

2007年,英国皇家学会的科学史期刊《注释与记录》刊登了Julyan Cartwright和Hisami Nakamura两人撰写的《神奈川巨浪到底是什么波?》,此文结合其所处历史时期,以及画面中波浪的表现,做了详尽分析,指出这个巨浪不太可能是海啸带来的。因为通过和船体大小的比较大致可以算出这个浪高达10-12米,然而结合与富士山的距离能得到的信息是它所处的位置还在海湾内,与海岸离得较远,海啸在这个地段尚无法激起如此高的浪。这种10米以上的巨浪更有可能是被叫做“反常波”(freak wave)或“流氓波”(rogue wave)的物理现象。

2012年,《注释与记录》还刊登了另一篇讨论这副名画的文章《关于葛饰北斋的神奈川巨浪:定位、线性和来自亚南极水域的流氓波》,把它和一幅真实中拍到的巨浪(流氓波)做了比较,指出了它们在形态上的相似,一个重要特征是两者都存在几个大振幅的周围波。流氓波是一种非线性波,而海啸波在宽阔的水域中其动力学行为都是遵循线性波的,只有到达距离岸边1/7个波长之处才会掺入非线性机制而骤然抬高,这也解释了上面提到的一点,即为何在海湾范围内海啸波不会如此巨大。

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这种超乎寻常的巨浪也会被叫做Draupner波,1995年1月1日,有人在挪威海岸附近的北海Draupner平台上发现过一条高度超过25米的海浪。

而在最近,来自英国、苏格兰和澳大利亚的一个国际研究小组利用爱丁堡大学的FloWave海洋能源研究中心的设施,居然在实验室中成功做出了神奈川巨浪。首席作者、牛津大学工程科学系研究助理Mark McAllister表示,他们破解了“流氓波”的配方:只需要两个较小的波群以大约120度的角度相交,这样的话,波峰下的水平流体速度会被抵消,产生的波浪能变得更高而不会发生断裂。这一发现将使科学家对反常波浪的理解“从单纯的民间传说转变为可信的现实世界现象”。

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通过在实验室中重现Draupner波,人们将进一步了解这种现象的潜在机制,研究小组希望这项工作能应用于日常,帮助海洋科学家们预测潜在的灾难性波浪。

倘若葛饰北斋泉下有知,也会对自己的作品能如此深入到事物的本质而开心不已吧。

参考资料

https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2007.0039

https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2012.0066

https://ucsdvis159.wordpress.com/2015/03/02/fractals-in-fine-art

M. L. McAllister, S.Draycott, T. A. A. Adcock, P. H. Taylor,Laboratoryrecreation of the Draupner wave and the role of breaking in crossing seas,Journal ofFluid Mechanics

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豆奶能代替牛奶吗?不能一概而论,一组标签说清楚 https://songshuhui.net/archives/104548 https://songshuhui.net/archives/104548#comments Sun, 17 Mar 2019 22:37:39 +0000 https://songshuhui.net/?p=104548 豆浆是中国人传统的蛋白来源,牛奶是西方人最重要的蛋白来源。经常有人问:豆浆好还是牛奶好?豆浆能够代替牛奶吗?

图片来自pixabay

图片来自pixabay

首先,牛奶和传统的豆浆都是很优秀的食物,但它们的营养特点不同,并不能“互相取代”。相对来说,牛奶有比较固定的营养组成,而豆浆的营养含量则跟制作过程关系很大。尤其是现在,许多企业用现代设备来生产豆浆,不同品牌的产品相差巨大,也就让二者的比较更需要“具体问题具体分析”。

豆浆和牛奶在营养上的异同

豆浆和牛奶都含有优质蛋白,这是它们最大的相同之处。而不同之处主要有:

脂肪方面,牛奶中的主要是饱和脂肪,而豆浆中的主要是不饱和脂肪。基于目前的科学认知,用不饱和脂肪代替饱和脂肪,会有利于心血管健康。

碳水化合物方面,牛奶中主要是乳糖,而豆浆中主要是大豆多糖和可溶性纤维。比较之下,豆浆中的碳水化合物要更有利于健康。

矿物质方面,牛奶中含钙丰富而且吸收率高,而豆浆中的钙则少到可以忽略。

其他的矿物质和维生素二者各有特长、互有胜负。

总体上而言,如果不考虑钙,那么豆浆还要优越一些;考虑到很多人需要喝牛奶来摄入钙,豆浆也就无法代替牛奶了。

豆浆和豆奶,有什么不同?

中国语境中的“豆浆”,一般是指传统的“磨豆-过滤”得到的液体部分,经过熬煮而得到的饮料。这样的豆浆中主要有蛋白质、大豆油、以及可溶性膳食纤维。它们的具体含量取决于豆浆的浓淡,可以通过磨豆时加水的量以及过滤之后是否加水来调整。

豆浆在英文中对应的词是“soy milk”,而这个英文词汇直译成中文就变成了“豆奶”。不过在国外,市场上销售的“豆奶”都是经过配方调整,添加了一些营养成分进去的。

在国外的“豆奶”概念进入中国之前,中国市场上出现过一些“豆奶粉”产品。它们是含有“豆”和“牛奶”的固体冲调饮料。除了大豆成分和牛奶成分,往往添加了比较多的白砂糖和麦芽糊精等成分,大豆已经只是原料之一,跟“豆浆”相去甚远了。后来市场上也出现了不含奶粉的“豆浆粉”,不过其中会加入相当多的麦芽糊精和白砂糖。这种豆浆粉冲出来的豆浆口感不错,但太多的麦芽糊精和白砂糖使得它更像一种高糖的冲调饮料,营养价值就不如真正豆浆了。

都叫“豆奶”,其实差得也很大

超市里有很多盒装的“豆奶”,形态上跟牛奶相似。不过它们的配料和营养组成相差比较大,下面列出有代表性的几种。

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这一款的配料中加了乳粉,也就会含有一些钙。此外还有植物油和乳化剂、增稠剂和甜味剂。从营养成分表来看,蛋白质和脂肪含量比牛奶低一些,而碳水化合物含量相似。简单来说,跟普通豆浆差不多。相同体积比较的话,它不如牛奶。

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这一款的蛋白质跟牛奶相似,脂肪含量相当于脱脂牛奶,而碳水化合物比牛奶高一些。可以认为它是一款营养成分浓度比前一款高的豆浆。跟前一款相比,它没有使用乳化剂、增稠剂和甜味剂,比前一款要更为“原生态”一些;跟牛奶相比,它的短板在于几乎没有钙,而脂肪和碳水化合物的“品质”比牛奶要好一些。

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这一款的营养成分跟第一款相仿,不过添加了巴旦木成分和香精,在风味上有特别之处。

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这一款的设计思路跟第一款一样,但营养物质含量更高。比如3.6g/100mL的蛋白质含量比市场上的多数牛奶要高,而6g/100mL的碳水化物含量不算高,考虑到主要是大豆纤维和多糖,比牛奶还要优越一些。跟牛奶相比,它也是在钙含量方面是短板,而其他方面综合起来甚至比一般的牛奶要好一些。

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这一款是添加了钙,而且蛋白含量和钙含量也都跟牛奶差不多。这样的“豆奶”,就可以用来代替牛奶了。

之所以大多数豆奶都没有添加钙,主要是钙离子可能与大豆蛋白发生反应,导致蛋白聚集(豆花豆腐脑就是大豆蛋白被钙镁离子聚合形成的)。所以,想要在豆奶中添加钙,在工艺上具有相当大的挑战,目前只有国外少数企业能够做得比较好。

而在冲调类的“豆奶粉”中,添加钙就比较容易。不过冲调类饮料又面临着分散性和速溶性的挑战,而不同的产品可能添加不同的成分去改善,也就使得营养组成有所不同。

简而言之,不管是盒装豆奶还是豆奶粉,不同品牌,甚至相同品牌的不同款产品,配料和营养成分都会有明显的不同。大家在选购的时候,一定要注意查看标签,选购自己真正想要买的产品。

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是什么,让北极熊瘦成了狗? https://songshuhui.net/archives/104620 https://songshuhui.net/archives/104620#comments Sat, 16 Mar 2019 22:37:47 +0000 https://songshuhui.net/?p=104620

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2018年11月,加拿大,哈德森湾(Hudson Bay)。严寒之下,海面正在结冻,小镇丘吉尔(Churchill)的居民进入了“戒备状态”。

800头左右的北极熊(Ursus maritimus),将从哈德森湾出发,进入冰封的大海觅食。为防止人受到北极熊的伤害,丘吉尔镇配备了一系列预防措施。发现“熊出没”的人,可以拨打专门的热线电话,告知管理人员。小镇还会派出巡逻队查看北极熊的动静,以便及时提醒行人,不至于跟熊发生“亲密接触”。2018年,科学家们还在丘吉尔镇实验了搜索北极熊的新机器,他们称之为“熊雷达”(BEARDAR)。

人熊亲密接触,未必是好事。图片:Valerie / Flickr

人熊亲密接触,未必是好事。图片:Valerie / Flickr

对人来说,熊的到来,既是危险,也是引人注目的奇景。而北极熊并不关心人想的是什么,它们有它们关心的目标:走向冰原,进入它们的世界。

冻海上的旅程

与许多陆生食肉兽不同,北极熊一年中的大部分时间,都在冰封的海面上漫游,除了繁殖,很少登陆。

因为北极熊的食物来源极其不稳定,它们没有固定的领地,只能漫无边际地行走觅食。但它们的活动也不是全然无规律的,如果以年为单位,查看北极熊的活动轨迹,会发现它们有一定的活动区域。只是这个区域太过广大,很难称之为“家”或“领土”。在波弗特海(Bearfort Sea),一头北极熊一年间的活动范围,面积超过十万平方公里,宽达几千公里。在茫茫极夜里,它的旅程显得如此荒凉和漫长,如同冻海上的航船,甚至浩瀚宇宙中的飞船。

“宇宙旅行”是需要能量的。北极熊补给和储藏能量的形式简单而有效:脂肪。每1克可以产生约9.4大卡的能量。脂肪的主要来源是海中的鳍足类和鲸类。北极熊最喜爱的猎物是环斑海豹(Phoca hispida),髯海豹(Erignathus barbatus)也时常登上它们的菜单。没有海豹,北极熊会铤而走险,去攻击海象(Odobenus rosmarus),或者困在冰洞里的白鲸(Delphinapterus leucas)和独角鲸(Monodon monoceros)。搁浅的鲸尸,或者人类捕鲸留下的残骸,也是它们重要的能量“加油站”。

滩上的鲸鱼残骸,也是美食。图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

滩上的鲸鱼残骸,也是美食。图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

海豹的游泳速度比北极熊快得多,无法在水里捕获它们,因此北极熊常用的两种捕猎方法都和“冰”紧密相连。海洋结冻之后,海豹会在冰面上挖出洞来透气。北极熊的第一种捕猎方法,就是守在这些冰窟窿旁边,等海豹探出头来呼吸时,用熊掌打昏它。

另一种方法则是寻找小海豹。春天,环斑海豹会在冰层下挖掘洞穴,在洞穴里生下小海豹,这时,北极熊可以凭着敏锐的嗅觉,找到冰下的“海豹产房”。在一些地区,每年有44%的环斑海豹婴儿葬身熊口。还有少数北极熊掌握“偏门功夫”,海里有一些小岛一样的小块浮冰,海豹有时会在这些浮冰上休息,北极熊就在海里游泳,慢慢接近浮冰,然后一下子蹿上去,打海豹一个“措手不及”。

冰上的生死时速。图片:BBC / The Hunt

冰上的生死时速。图片:BBC / The Hunt

幸运儿获得了饱餐一顿的机会,但更多北极熊在挨饿。图片:BBC / The Hunt

幸运儿获得了饱餐一顿的机会,但更多北极熊在挨饿。图片:BBC / The Hunt

北极熊的身体各方面结构都高度适应捕猎与取食海豹。它的爪子短而弯,能牢牢抓住猎物。它嘴里最靠前的前臼齿退化,在犬齿之后,留出一个很大的空隙,这样,犬齿就可以顺利地咬住海豹,不至于受前臼齿的阻碍。它的臼齿窄小,而裂齿突出,最适合撕咬海豹肉。

捉到海豹之后,北极熊会咬住脖子将它杀死,然后像吃牛油果一样,撕下海豹的皮下脂肪,享受高热量大餐。极度饥饿的北极熊,或者哺乳(能量消耗很大)的母熊会吃掉整只海豹,但一般情况下,北极熊只吃肥肉。吃脂肪可以在最短时间内得到最多能量。在北极熊的体内,与心血管功能相关的一系列基因发生了变异,让它可以摄入大量脂肪而不受心血管疾病的困扰。消化脂肪的过程还会产生水,北极熊通过这一渠道补充水分,如果吃雪来补水,要花费额外的能量给雪加温。

饥饿时,也会整豹吞。图片:AWeith / Wikipedia

饥饿时,也会整豹吞。图片:AWeith / Wikipedia

跟其他熊相比,北极熊的“丰收”和“饥荒”季节,恰好是颠倒的。我们熟悉的其他熊,比如棕熊和亚洲黑熊,都取食大量的植物;夏、秋季的嫩芽、果实等,都是它们的佳肴;冬季草木枯萎,食物大大减少,它们只好冬眠。但北极熊的主食是海豹,植物在它的食谱里,只占微不足道的部分。冬季海面结冻,北极熊可以饱餐海豹,而夏、秋季海冰融化,它们几乎抓不到海豹。所以,万物欣欣向荣的夏天,却是北极熊最饿的时间。

夏天的北极熊被迫登岸,寻找浆果、鸟蛋和动物尸体充饥,甚至在垃圾场翻找食物残渣。但这些能量来源,跟海豹脂肪相比,都只能算是塞牙缝的零食。夏天的大多数时间里,北极熊都在忍饥挨饿,依赖体脂肪生活,科学家把这种状态称为“行走中的休眠”(Walking Hibernate)。但“行走中的休眠”消耗的能量,比真正的冬眠高很多。夏天的北极熊,经常因为皮下脂肪耗竭,而显得十分瘦长,甚至有些像狗。

瘦骨嶙峋的北极熊。图片:CRISTINA MITTERMEIER / National Geographic

瘦骨嶙峋的北极熊。图片:CRISTINA MITTERMEIER / National Geographic

在冰雪中创造生命

在冰天雪地中维持生命,对北极熊来说已相当不易。生育小熊的母熊,需要更多的能量,面临的考验也就更加艰难。为了满足育儿的需求,它们几乎变成了活的“燃料仓”。

母北极熊在春季交配,但受精卵在很长一段时间内,都不会发育,这叫“延迟着床”(Delayed Implantation),可以帮助母熊选择最适宜的生产时间。春天,在海冰消融之前,母熊抓紧时间捕食小海豹,尽力增肥,用皮下脂肪储存繁殖所需的能量。这时,它的体重会增加到300~400公斤,体脂比超过40%。

看起来是圆滚滚的一大只。图片:Alan Wilson / Wikipedia

看起来是圆滚滚的一大只。图片:Alan Wilson / Wikipedia

皮下脂肪是个好东西。但动物长得过胖,在陆地上的速度就会大大减慢,所以陆地动物一般不会储蓄过多的脂肪,以免跑得慢追不上猎物,或者被捕食者追上。北极熊是一个例外,捕食海豹依赖伏击和搜索,不需要速度,而且没有动物能捕杀成年北极熊(人类除外),所以它可以安安稳稳地储备大量皮下脂肪,以备不时之需。

直到秋天,母熊腹内的胚胎才会开始发育。在哈德森湾,母北极熊在11月开始为生产做准备。它们离开海岸,走向内陆。在积雪厚的地方,比如山坡、河岸上,挖一个雪洞作为“产房”和冬眠的“卧室”。母熊在这个洞里进入冬眠状态,一动不动,代谢降低,以减少能量的消耗。11月中旬到12月中旬,母熊会在沉眠中诞下小熊,一般是双胞胎。

中世纪的欧洲人认为,小熊出生时是不成形的肉团,要母亲用舌头舔它,把它塑造成熊形。这当然是故事,但刚出生的北极熊体重仅600~700克,发育很不完全,确实像一小团蠕动的肉。“熊孩子”这样小,可能是为了尽早出生,更高效地利用母熊体脂肪提供的能量。胎儿的主要能量来源,是通过脐带获取的糖类。母熊要产生糖类,就要分解自身的蛋白质。蛋白质是母熊身体组织的重要成分,也是小熊身体成长必不可少的营养,把它作为能源“烧”掉,是很浪费的。

小熊出生后,就可以通过吃奶,直接从脂肪里获取能量,而脂肪的来源,是母熊专门为存储能量而预备的皮下脂肪。尽早生下小熊,让“熊孩子”从“吃糖”转为“吃脂肪”,对于母熊和小熊,都是效率更高的能量利用方法。

北极熊的奶能量密度极高,脂肪含量达到30%,接近鲜奶油。吃着营养丰富的奶,小熊长得很快。三月末到四月中旬,母熊会带着三个月大的“熊孩子”出洞,回到海边觅食,补充几乎耗竭的能量储备。这时小熊的体重已经有10~20公斤,有着雪白的绒毛和黑黑的小鼻子,像大号毛绒玩具般可爱。

谁还没个可爱的时候。图片:wallimpex.com

谁还没个可爱的时候。图片:wallimpex.com

在哈德森湾,有的母熊从夏末起一直待在内陆,直接在内陆挖洞繁殖,期间不去海上觅食。它们无法进食的时间,竟长达8个月,这是哺乳动物里最长的“绝食”记录。

带着幼崽的北极熊。图片:Alaska Region U.S. Fish & Wildlife Service / Flickr

带着幼崽的北极熊。图片:Alaska Region U.S. Fish & Wildlife Service / Flickr

北极的冷酷方程式

人类世界里,食物和能源遍地皆是,我们甚至还在遭受能量过剩所带来的肥胖和怠惰之苦。人类开玩笑说“卡路里是我的天敌”,但在北冰洋之上,北极熊的世界里,能量是宝贵而紧缺的,“卡路里”就是性命所系。近年来,北极熊生存所必需能量,正日益变得贫乏,其主要原因,就是人类太过大手大脚地消耗能量。

人类活动排放的大量碳产生了温室效应。在北极,温室效应导致海冰的面积日益减小,冰融化的时间变得更早,结冻的时间更晚。而北极熊猎食海豹必须依赖海冰。于是,北极熊的能量来源日益减少,逐渐入不敷出。2017年,美国地质调查局(U. S. Geological Survey)在波弗特海测量了九只北极熊的身体数据,跟踪它们11天。其中四只熊在11天里,一只海豹都没有捕到,体重下降了10%。

饥饿的北极熊。图片:Kerstin Langenberger

饥饿的北极熊。图片:Kerstin Langenberger

海冰减少不仅为北极熊带来饥荒,也会增加人与熊之间的摩擦,对于双方,这种摩擦都可能带来杀身之祸。2018年8月,在加拿大的福克斯湾(Foxe Basin),一头带着幼子的母熊攻击了因纽特猎人,一人死去,两人受伤。愤怒的因纽特人猎杀了母熊和小熊,作为“报复”。他们向政府提出意见,近来北极熊和人的接触日益增加,应该提高合法捕猎的份额。减少熊的数量来保证人的安全。科学家却发现,加拿大北极熊的数量正在减少,人们之所以遇到更多的熊,是因为海冰消融,北极熊被迫留在陆地上,增加了人与熊相遇的几率。

在生存面临绝境时,有的个体做出了不同的选择。图片: Corinne Perkins / Reuters

在生存面临绝境时,有的个体做出了不同的选择。图片: Corinne Perkins / Reuters

在戈德温(Tom Godwin)的小说《冷酷的方程式》里,宇航员在飞船里发现了一个偷渡客,他必须把这个人扔进太空,否则飞船会因能源不足坠毁。然而偷渡客是一个无辜的少女,宇航员心如针刺,却在冷酷的规则面前屈服。

我们的时代离宇宙旅行还很远,但在冰的世界里,以脂肪为能源的白色“飞船”,已经“航行”了几十万年。在它们的世界里,有关“能源”与“旅程”的规则同样孤绝无情,在能源不足的时候,它们又将抛下什么?

未来在何方?图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

未来在何方?图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

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