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科技广角

文/本刊编辑部

【植物学】
不可思议的槲寄生
作为一种平凡的植物,槲寄生推翻了生物学的基本假设之一。与其他动物和植物不同,槲寄生的细胞缺乏制造能量的结构,目前尚不清楚它是如何存活下来的。
动物和植物是真核生物,它们由比细菌更复杂的真核细胞组成。几乎所有的真核细胞都包含微小的香肠状结构,称为线粒体,这是细胞的能量来源。
线粒体对真核生物至关重要,它的关键功能是制造大量的三磷酸腺苷(ATP)。ATP携带着能量,可以让其他的组织正常工作。
因此,当研究人员发现,槲寄生的线粒体大部分存在缺陷时,他们感到非常震惊。线粒体使用一条包含5种酶的链生成ATP,但是槲寄生的第一种酶(即复合体I)以及制造它的基因是缺失的。德国莱布尼兹大学的汉斯-彼得·布劳恩说,很难想象多细胞生物没有这种酶还可以生存下来。
科学家认为,槲寄生可能是通过“糖酵解”的方式,使用糖来制造ATP。这比在线粒体中制造ATP的效率低很多,但寄生植物可以从宿主树中“窃取”糖。
【心理学】
眼睛“出卖”了你的个性
你可能认为自己将个性隐藏得很好,但人工智能可以通过微妙的、无意识的眼球运动来预测你的个性。
心理学家认为,个性会影响我们关于外界的视觉表现。例如,好奇的人往往会更多地环顾四周,而思想开放的人会更关注抽象的图像。澳大利亚南澳大学的托比亚斯·罗切尔和他的同事使用机器学习,来研究眼球运动和个性之间的关系。
罗切尔选择了42名学生志愿者,让他们戴着可以跟踪眼球运动的智能眼镜,走遍校园并参观一家商店。这些学生还填写了一份调查问卷,测试了他们的“五大”性格特征:神经质、外向性、亲和性、尽责性和开放性。
该团队通过机器学习算法发现,某些眼动特征在具有特定个性的人群中更为常见。例如,神经质的人倾向于更快地眨眼,心胸开阔的人眼球左右两侧转动动作更大,而尽责的人的瞳孔大小有更大的波动。
研究人员说,未来的研究可能将这些模式与大脑化学联系起来,因为多巴胺和去甲肾上腺素等脑化学物质会影响个性、眨眼频率和瞳孔扩张。
在这个阶段,该机器学习算法的预测能力还不够好,这可能是因为它仅基于42人的眼动追踪数据。罗切尔说,机器学习通常需要成千上万的数据点才能做出高度准确的预测,以后它可能会变得更好。

【机械工程学】
甲虫的神奇背包
新加坡南洋理工大学的佐藤隆对建造微型飞行机器人很感兴趣,为了回避制造小型机器人身体这一艰巨任务,他和同事以甲虫为切入点,制作了一种生物混合机器甲虫。
佐藤隆利用雄性塔瓜达花金龟(Mecynorhina torquata)做实验,在其4块飞行肌中植入了微型电极,在甲虫的背上还固定了GPS接收器和发射器等电子装置,就像是一个背包。研究人员向电极施加微小的电脉冲,控制甲虫向左或向右转向。他们发现,甲虫最终适应了连续脉冲,施加2个持续150毫秒的短脉冲,其间中断50毫秒,这样对于控制甲虫的飞行路径是最有效的。另外,通过提高脉冲频率可以增加它们的速度。
为了跟踪甲虫的飞行路径,研究人员使用了一个3D动作捕捉系统,它可以每200毫秒记录一次甲虫的位置。利用这种方法,他们确定了电子脉冲在控制甲虫位置方面的准确率为79%。这表明,生物混合机器甲虫具有技术可行性。
佐藤隆和他的同事现在正在研究如何控制甲虫的飞行高度,以及如何使它们在空中盘旋。生物混合机器甲虫将来可以用来协助灾后搜救。例如,地震发生后,它们可以帮助找到失踪人员。

【海洋化学】
图灵技巧加速海水淡化过程
目前世界上超过3亿人的饮用水需要从海水中提取,但海水淡化过程的效率通常都很低。现在,科学家从计算机科学先驱阿兰·图灵70年前的想法中得到启发,有望加速海水的淡化过程。
海水淡化有两种基本的脱盐方法:煮沸海水以产生可收集的水蒸气,或者将其泵送通过可以提取盐分的滤膜。但是,对于这种滤膜,需要在海水流速和捕获的盐量之间进行权衡。
浙江大学的张林教授和他的同事制造了能够更快地促进水分通过、又不会影响盐分吸收的滤膜。这种滤膜由聚酰胺塑料制成,采用了不同寻常的表面图案,这种图案被称为图灵结构,是图灵于1952提出的。滤膜的表面有些地方覆盖着微小的条状突起或气泡,其他地方有更长的脊状突起。
张林团队让含有金纳米粒子的水穿过滤膜,发现在气泡和条纹突起周围聚集了金纳米粒子,表明水正在通过这些位置,像盐这样的较大颗粒被困在不平坦的表面结构中。这种滤膜去除海水中盐分的速度比传统的淡化膜快5倍。

【太空物理学】
聆听火星地震的机器人
2018年5月,美国国家航空航天局向火星发射了“洞察”号(InSight)着陆器,这一最新的火星机器人将搭乘 “大力神”V型火箭,历经7个月的太空旅行之后,登陆火星。伴随“洞察”号的还有2颗首次进入太空的立方体卫星,它们的任务是将“洞察”号的探测结果发回地球。
“洞察”号着陆器装备了地质学工具,包括地震仪、热流探测器和气象站等,甚至它的通信天线也可用于测量火星自转中的摆动。与之前研究火星表面地质的探测器不同,“洞察”号将首次探测这颗红色星球的内部地质情况。
“洞察”号的热流探测器会在火星上钻一个3~5米的钻孔,测量从火星逃逸的热量。它将告诉科学家火星现在的热力工况,这与火星的地震活动有关。对历史地质活动状况进行建模,可以帮助我们更好地了解火星的形成过程。
“洞察”号还拥有世界上灵敏度最高的便携式地震仪,这种仪器在地球上进行测试时,只能在一个空房间内进行,因为人的呼吸对其敏锐的“耳朵”来说是破坏性的。在“洞察”号上,地震仪的摆锤被安置在防护真空腔内。

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