科学家破解关于视觉和触觉的百年哲学难题

科学家破解关于视觉和触觉的百年哲学难题 研究表明，刚出壳的小鸡能够通过视觉识别物体，尽管它们之前只是通过触觉接触到这些物体。刚孵出的雏鸟在黑暗中饲养，24 小时内只通过触摸接触光滑或凹凸的立方体，当它们第一次接触光线时，立即通过视觉识别出该物体。这揭示了大脑中预先连线的跨模态感知能力，挑战了需要学习整合感官的传统观点，有可能重塑我们对动物认知和感官处理的理解。在发表于《生物学通讯》（Biology Letters）的一项研究中，伦敦大学玛丽皇后学院的研究人员破解了一个关于视觉和触觉的百年哲学难题。在伊丽莎白-范思哲博士的领导下，研究小组利用小鸡最终回答了威廉-莫利纽克斯（William Molyneux）在 1688 年提出的问题：先天失明的人在获得视力后能否立即通过视觉识别物体？莫利纽克斯提出了这样一个假设：一个先天失明的人通过触摸学会了区分立方体和球体。那么，当他们重见光明后，他们还能通过视觉识别这些形状吗？在人类身上研究这个问题在伦理上具有挑战性。不过，范思哲博士和她的团队使用了小鸡，因为小鸡孵化时感官系统已经发育完善。生物与行为科学学院高级讲师范思哲博士解释说："与人类和其他哺乳动物不同，小鸡在孵化时就拥有发达的感官系统。这使我们能够在黑暗中饲养它们，并在它们生命的最初 24 小时内让它们接触光滑或凹凸不平的物体这是它们有史以来的第一次触觉体验"。值得注意的是，当第一次接触光线时，接触过光滑物体的雏鸟会优先接近光滑物体的视觉表现，反之亦然。这表明，即使没有任何视觉经验，小鸡也能将触觉与视觉内在地联系起来。"这一发现与传统理论相悖，"范思哲博士说。"它表明，我们的大脑已经预设了在不同感官之间建立联系的线路，甚至在我们还没有同时使用这些感官时就已经建立了联系"。这一突破为了解我们的大脑如何处理不同感官的信息开辟了令人兴奋的新途径。它还能让我们更深入地了解我们的感官是如何发展并与周围的世界相互作用的。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率 在全球努力摒弃化石燃料的过程中，燃料电池成为一种无碳排放的显著能源。这些电池由阳极和阴极组成，并由电解质隔开，直接将燃料的化学能转化为电能。燃料被送入阳极，氧化剂（通常是空气中的氧气）被送入阴极。在氢燃料电池中，氢在阳极发生氧化，产生氢离子和电子。离子通过电解质移动到阴极，电子则流经外部电路，产生电能。在阴极，氧气与氢离子和电子结合，产生水作为唯一的副产品。然而，水的存在会影响燃料电池的性能。它与铂（Pt）催化剂发生反应，在电极上形成一层氢氧化铂（PtOH），阻碍了氧还原反应（ORR）的有效催化，导致能量损失。为了保持高效运行，燃料电池需要较高的铂负载，这大大增加了燃料电池的成本。但新的研究发现，咖啡因通过提高氧还原反应的活性可以改善燃料电池的性能。咖啡因在定义明确的铂单晶电极上的吸附结构，以及咖啡因改性前（蓝色条）和改性后（橙色条）燃料电池空气电极的活性。资料来源：千叶大学教授 Nagahiro Hoshi在最近发表于《通讯化学》（Communications Chemistry）杂志上的一项研究中，Nagahiro Hoshi 教授与日本千叶大学工程研究生院的 Masashi Nakamura、Ryuta Kubo 和 Rui Suzuki 发现，在某些铂电极中添加咖啡因可以提高 ORR 的活性。这一发现有可能减少对铂的需求，使燃料电池更经济、更高效。Hoshi 教授说："咖啡因是咖啡中含有的化学物质之一，在原子排列呈六角形结构的定义明确的铂电极上，它能将燃料电池反应的活性提高 11 倍。"咖啡因对铂电极的影响为了评估咖啡因对 ORR 的影响，研究人员测量了通过浸入含有咖啡因的电解质中的铂电极的电流。这些铂电极的表面原子按特定方向排列，即 (111)、(110) 和 (100)。随着电解液中咖啡因浓度的增加，电极的 ORR 活性明显提高。咖啡因存在时会吸附在电极表面，有效阻止氢吸附和氧化铂在电极上的形成。然而，咖啡因的作用取决于电极表面铂原子的取向。当咖啡因摩尔浓度为 1 × 10-6 时，Pt(111) 和 Pt(110) 上的 ORR 活性分别增加了 11 倍和 2.5 倍，而对 Pt(100) 没有明显影响。为了理解这种差异，研究人员使用红外反射吸收光谱法研究了咖啡因在电极表面的分子取向。他们发现，咖啡因在铂(111)和铂(110)表面被吸收时，其分子平面垂直于表面。然而，在铂(100)表面，立体阻碍导致咖啡因的分子平面相对于电极表面倾斜。"Pt(111)和Pt(110)的ORR活性提高是由于PtOH覆盖率降低和吸附的咖啡因的立体阻碍降低。相反，对于 Pt(100)，PtOH 减少的效果被吸附的咖啡因的立体阻碍抵消，因此咖啡因不会影响 ORR 活性，"Hoshi 教授解释说。与寿命有限的电池不同，燃料电池只要提供燃料就能发电，因此适用于各种应用，包括车辆、建筑物和太空任务。所提出的方法有望改进燃料电池的设计，并使其得到广泛应用。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家揭开格陵兰接地带融化之谜

科学家揭开格陵兰接地带融化之谜 彼得曼冰川排水量约占格陵兰冰原的 4%，它正无情地向北冰洋移动。一项新的观测和建模研究表明，冰川比以前想象的更容易受到温暖海水侵入其底部的影响，从而导致加速融化，并增加未来海平面上升的潜在严重性。图片来源：Eric Rignot / UCI在最近发表在《地球物理研究快报》上的一篇论文中，由加州大学洛杉矶分校领导的研究小组利用欧洲多项卫星任务提供的雷达干涉测量数据绘制了彼得曼冰川的潮汐运动图，并利用麻省理工学院的通用计算模型估算了气候变化对冰川、海水和陆地等复杂环境的影响。冰川与海洋相互作用认识的进展"卫星数据显示，随着潮汐的变化，冰川会移动几公里（或几千英尺），"第一作者、加州大学洛杉矶分校地球系统科学博士候选人拉特纳卡尔-加迪（Ratnakar Gadi）说。"通过将这种迁移计入麻省理工学院的海洋数值模型，我们能够估算出 2000 年到 2020 年间冰层大约会变薄 140 米（460 英尺）。平均而言，融化速度从 20 世纪 90 年代的每年约 3 米增加到 2020 年代的每年 10 米。"该论文的资深合著者、加州大学洛杉矶分校地球系统科学教授埃里克-里格诺特（Eric Rignot）说，他的团队近年来进行的这项研究和其他研究使极地冰川研究人员对海洋和冰川相互作用的思考发生了根本性转变。"长期以来，我们一直认为冰与海洋之间的过渡边界是尖锐的，但事实上并非如此，它扩散到一个非常宽的区域，即'接地带'，有几公里宽，"里格诺特说，他同时也是美国宇航局JPL的高级研究科学家。"海水随着该区域海洋潮汐的变化而涨落，并从下往上有力地融化接地冰"。加迪说，根据模型预测，接地带空腔口附近的融化率最高，高于冰架空腔内的其他地方。冰下水温升高和海水入侵增加，解释了沿彼得曼中央流线观测到的冰层变薄的原因。根据这项研究，接地带空腔的拉长形状是导致冰加速融化的主要原因。在仅考虑海洋温度升高的情况下运行数值模型时，研究小组发现冰层变薄了约 40 米。在第二次建模中，接地带空腔从 2 公里增加到 6 公里，在这种情况下，冰层变薄增加到 140 米。对未来海平面上升预测的影响加迪说："这些建模结果得出结论，接地带长度的变化比单纯的海洋温度升高更能显著增加融化量。研究人员指出，接地带冰雪融化减少了冰川流向大海时的阻力，加速了冰川的后退。研究人员说，这是预测未来海平面上升严重程度的一个关键因素。"里格诺特说："本文发表的结果对冰原建模和海平面上升预测具有重大意义。早先的数值研究表明，如果将接地带的融水计算在内，冰川质量损失的预测值将增加一倍。本研究的建模工作证实了这些担忧。冰川在海洋中的融化速度要比之前假设的快得多。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜 夏威夷大学马诺阿分校的研究人员对南极洲巨型海蜘蛛的繁殖行为有了重大发现，揭示了巨型海蜘蛛的发育过程，并为更广泛的海洋生态系统提供了启示。这项研究涉及在冰下观察交配行为和卵的发育，标志着在了解这些以"极地巨人"著称的生物方面取得了突破性进展，并对全球海洋生物学产生了影响。资料来源：R. Robbins海蜘蛛，或称pycnogonids，是在全球海洋栖息地发现的一类类似蜘蛛的无脊椎动物。大多数物种比指甲还小，但一些南极物种的腿展（一条腿的顶端到另一条腿的顶端）超过一英尺。这些动物是"极地巨人症"的一个著名例子。"极地巨人症"是指极地地区（如北极和南极）的某些生物比气候温暖地区的同类长得大得多的现象。""在大多数海蜘蛛中，父母中的雄性会在婴儿发育期间抱着它们四处走动来照顾它们，"马诺阿大学生命科学学院教授兼首席研究员艾米-莫兰（Amy Moran）说。"奇怪的是，尽管描述和研究可以追溯到140多年前，但从来没有人见过南极巨型海蜘蛛育雏，也不知道它们的发育情况。"莫兰的实验室研究极地巨型动物已有十多年。2021 年 10 月，莫兰和生命科学学院博士生亚伦-托（Aaron Toh）和格雷厄姆-洛贝特（Graham Lobert）等人组成的研究小组在南极洲进行实地考察时，发现了一个突破性的发现。他们潜入冰下，用手收集了似乎正在交配的巨型海蜘蛛群，并将它们运送到水箱中进行观察。左起：Graham Lobert、Aaron Toh 和 Amy Moran。图片来源：马诺阿大学令他们惊讶的是，两个不同的交配群体产下了数千枚小卵。父母中的一方（很可能是父亲）没有像大多数海蜘蛛那样带着孩子直到孵化，而是花了两天时间将卵附着在岩石底部，让它们在那里发育数月，然后孵化成小幼虫。研究人员的发现发表在2024年2月的《生态学》上。Toh说："我们非常幸运能够看到这一切。有机会在南极洲直接与这些神奇的动物一起工作，意味着我们可以学到一些从未有人想到过的东西"。产卵后几周内，卵上长满了微型藻类，提供了完美的伪装。洛贝特说："即使我们知道卵在那里，我们也几乎看不到它们，这可能就是研究人员以前从未见过这种情况的原因。"莫兰在一次研究潜水中，捡到一只大海蜘蛛。资料来源：R. Robbins英国南极调查局的著名南极生物学家劳埃德-佩克（Lloyd Peck）没有参与这项研究，他说："南极海洋物种的一般生态学和繁殖生物学仍然是一个未知数，我们只掌握了少数物种的数据，因此，像这样的论文对于揭示动物在世界海洋中研究最少的地区之一是如何运作的，具有相当重要的意义。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体 这种元流体可用于各种领域，从用于机器人编程的液压致动器，到可根据撞击强度消散能量的智能减震器，再到可从透明过渡到不透明的光学设备。这项研究发表在《自然》杂志上。SEAS材料科学与机械工程副研究员、论文第一作者Adel Djellouli说："我们对这种新型流体的可能性还只是肤浅的了解。有了这个平台，你可以在许多不同的领域做许多不同的事情。"超流体与固体超材料超材料其特性由结构而非成分决定的人造材料多年来已被广泛应用于各种领域。但是，大多数材料如东南欧科学院应用物理学罗伯特-L-华莱士教授兼电气工程文顿-海斯高级研究员费德里科-卡帕索实验室首创的金属透镜都是固体。元流体下方显示哈佛标志的可调谐光学元件。资料来源：哈佛大学科学与工程学院"与固体超材料不同，超流体具有独特的流动能力，能够适应其容器的形状，"SEAS应用力学威廉和阿米-宽-达诺夫（William and Ami Kuan Danoff）教授、论文资深作者卡蒂娅-贝尔托迪（Katia Bertoldi）说。"我们的目标是创造出一种元流体，它不仅拥有这些非凡的特性，还能为可编程粘度、可压缩性和光学特性提供一个平台。"研究小组利用 SEAS 的马林克罗特物理学和应用物理学教授 David A. Weitz 实验室开发的一种高度可扩展的制造技术，制造出了数十万个这种充满空气的高变形球形胶囊，并将它们悬浮在硅油中。当液体内部的压力增大时，胶囊就会塌陷，形成一个透镜状的半球。当压力消失时，胶囊又会弹回球形。元流体的特性和应用这种转变会改变液体的许多特性，包括粘度和不透明度。这些特性可以通过改变液体中胶囊的数量、厚度和大小来调整。研究人员通过将元流体装入液压机器人抓手，让抓手抓起一个玻璃瓶、一个鸡蛋和一颗蓝莓，展示了液体的可编程性。在由简单空气或水驱动的传统液压系统中，机器人需要某种传感或外部控制才能调整抓取力，在不压碎所有三个物体的情况下将其抓起。但有了元流体，就不需要传感了。液体本身会对不同的压力做出反应，改变其顺应性，从而调整抓手的力度，使其能够抓起沉重的瓶子、精致的鸡蛋和小蓝莓，而且无需额外编程。Djellouli说："我们的研究表明，我们可以利用这种流体为一个简单的机器人赋予智能。"研究小组还展示了一种流体逻辑门，通过改变元流体就能重新编程。光学特性和流体状态当压力发生变化时，元流体的光学特性也会发生变化。当胶囊呈圆形时，它们会散射光线，使液体变得不透明，就像气泡使充气的水呈现白色一样。但当施加压力，胶囊塌陷时，它们就会像微透镜一样聚焦光线，使液体变得透明。这些光学特性可用于一系列应用，例如根据压力改变颜色的电子墨水。研究人员还发现，当胶囊呈球形时，元流体的表现就像牛顿流体，这意味着它的粘度只会随着温度的变化而变化。然而，当胶囊塌陷时，悬浮液就会转变为非牛顿流体，这意味着它的粘度会随着剪切力的变化而变化剪切力越大，流动性越强。这是第一种能在牛顿和非牛顿状态之间转换的元流体。接下来，研究人员将探索元流体的声学和热力学特性。Bertoldi 说："这些可扩展、易生产的元流体应用空间巨大。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家在厄瓜多尔的云雾森林中发现咖啡蛇新物种

科学家在厄瓜多尔的云雾森林中发现咖啡蛇新物种 科学家发现了厄瓜多尔云雾林中特有的新物种都铎斯咖啡蛇。该物种由生物学家亚历杭德罗-阿尔特亚加（Alejandro Arteaga）发现，栖息于高海拔地区的咖啡种植园中。这一发现凸显了保护云雾林及其周边栖息地的必要性，而物种命名则有助于这方面的工作。图片来源：亚历杭德罗-阿尔特加他说："这是我发现的第 30 个物种，目标是 100 个。"与其他咖啡蛇一样，都铎斯咖啡蛇也经常栖息在咖啡种植园中，尤其是在其云林栖息地遭到破坏的地区。它是厄瓜多尔西北部安第斯山脉太平洋山坡的特有物种，生活在海拔 1000 米至 1500 米的地方。虽然它生活在种植园中，没有面临直接灭绝的重大威胁，但由于伐木和大规模采矿造成的森林砍伐，它的一些种群可能正在减少。一些Ninia guytudori 标本的照片：上图来自皮钦查省 Santa Lucía 云林保护区。下图来自因巴布拉省的 Río Manduriacu 保护区。资料来源：Jose Vieira研究人员希望，它的发现将凸显保护云雾森林生态系统的重要性，并将研究重点放在云雾森林周围被人类改造过的栖息地上，如咖啡种植园和牧场。研究人员在最近发表于《进化系统学》（Evolutionary Systematics）的论文中写道："新蛇种的名字是为了纪念盖伊-图德（Guy Tudor），他是一位全能的博物学家和科学插图画家，对鸟类和所有动物都怀有深厚的感情，这是对他通过艺术创作对南美洲鸟类保护产生的影响的认可。我们正试图通过为新物种命名来筹集保护资金。这个名字帮助我们保护了布埃纳文图拉保护区。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：