蓝莓为什么是蓝色的？科学家们找到了原因

蓝莓为什么是蓝色的？科学家们找到了原因 蓝莓的蓝色是由环绕在果实周围的一层蜡构成的，这层蜡是由能散射蓝光和紫外线的微型结构组成的。这使得蓝莓在人类眼中呈现蓝色，在鸟类眼中呈现蓝色紫外线。蓝莓的蓝紫外线色反射是由随机排列的表皮蜡晶体结构与光线相互作用产生的。布里斯托尔生物科学学院研究员罗克斯-米德尔顿解释说："蓝莓的蓝色无法通过挤压'提取'出来因为它不在可以从水果中挤出的色素汁液中。这就是为什么我们知道这种颜色一定有什么奇怪之处。因此，我们去掉了蜡，并将其重新结晶在一张卡片上，这样我们就能制造出一种全新的蓝色紫外线涂层。"这种超薄着色剂的厚度约为两微米，虽然反射率较低，但它具有明显的蓝色，并能很好地反射紫外线，这可能为新的着色剂方法铺平了道路。蜡结构如何反射光线的示意图。资料来源：Rox Middleton罗克斯补充说："这表明，大自然在进化过程中使用了一种非常巧妙的技巧为一种重要的着色剂添加超薄层。"大多数植物都涂有一层薄薄的蜡，这层蜡具有多种功能，科学家们对其中的许多功能仍不了解。他们知道蜡作为疏水性自洁涂层非常有效，但直到现在他们才意识到蜡的结构对可见颜色有多么重要。现在，研究小组计划研究更简便的方法来再造和应用这种涂层。这样就能生产出更可持续、生物相容性更好，甚至可以食用的紫外线和蓝光反射涂料。此外，这些涂层还可以具有与保护植物的天然生物涂层相同的多重功能。罗克斯补充说："在我们的眼皮底下，在我们经常种植和食用的水果上，发现了一种未知的着色机制，这真的很有趣。更令人兴奋的是，通过采集蜡制作出一种前所未见的新型蓝色涂层，从而再现了这种颜色。将这种天然蜡的所有功能融入到人工工程材料中是我们的梦想！"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

斑点管口鱼的惊人狩猎战术：利用不具威胁性的鱼类作为伪装

斑点管口鱼的惊人狩猎战术：利用不具威胁性的鱼类作为伪装 在珊瑚礁上进行的一项实验首次证明，捕食者利用其他动物的运动伪装来接近猎物而不被发现。一项新的研究首次提供了实验证据，证明斑点管口鱼（Aulostomus maculatus）可以在捕食时紧跟在另一种鱼的后面游泳来隐藏自己，从而降低被猎物发现的可能性。在这种"阴影"行为中，又细又长的斑点管口鱼利用绿鹦鲷等不具威胁性的鱼类作为伪装，以接近它的晚餐。这是已知的唯一一个非人类动物利用另一种动物作为隐蔽形式的例子。这项研究包括在加勒比海潜水数小时，拉着手绘的模型鱼沿着电线前进。细长的斑点管口鱼利用体型较大、不具威胁性的鱼类（如绿鹦鲷）作为伪装，以便在不被发现的情况下靠近它的晚餐。图片来源：萨姆-马切特剑桥大学动物学系研究员、该研究的第一作者萨姆-马切特博士说："当斑点管口鱼紧靠着另一种鱼游动时，它要么被猎物完全隐藏起来，要么被猎物看到但因为形状不同而无法识别出是捕食者。"深裂眶锯雀鲷（Stegastes partitus）在海底形成群落，是斑点管口鱼的常见食物。在荷兰加勒比海库拉索岛附近的珊瑚礁中，研究人员建立了一个水下系统，用尼龙线将3D打印的斑点管口鱼模型拉过雀鲷的群体，并拍摄它们的反应。深裂眶锯雀鲷会迅速逃离这个捕食者，以免被吃掉。资料来源：萨姆-马切特当斑点管口鱼模型独自游过时，深裂眶锯雀鲷游过来观察，并迅速逃回庇护所，以应对捕食威胁。当草食性绿鹦鲷（Sparisoma viride）的模型单独游过时，深裂眶锯雀鲷的查看动作和反应要少得多。当斑点管口鱼模型附着在绿鹦鲷模型一侧时以复制真实斑点管口鱼的阴影行为深裂眶锯雀鲷的反应就像它们对单独的绿鹦鲷模型的反应一样：它们没有发现威胁。马切特说："我很惊讶深裂眶锯雀鲷对不同鱼类的反应竟然如此不同；能实时观察到这种情况真是太棒了。"这项研究由布里斯托尔大学的合作者参与，发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。当两种一起经过时，深裂眶锯雀鲷没有发现威胁。图片来源：Sam Matchette布里斯托尔大学生物科学学院的安迪-拉德福德（Andy Radford）教授是这项研究的共同作者。马切特和他的合著者、潜水伙伴克里斯蒂安-德勒鲁普（Christian Drerup）在水下呆了几个小时，几乎一动不动地进行实验。他们早些时候对在加勒比海潜水店工作的潜水员进行的调查显示，斑点管口鱼经常与绿鹦鲷和其他珊瑚礁鱼类一起游动，但这种非凡行为的原因尚未得到验证。此外，潜水员更有可能在退化的、结构不太复杂的珊瑚礁上看到这种阴影行为。研究人员花了几个小时在水下拉着模型鱼沿着钢丝经过鱼群，并拍摄它们的反应。图片来源：Sam Matchette由于气候变暖、污染和过度捕捞，世界各地的珊瑚礁正在退化。研究人员说，躲在其他移动鱼类后面的策略可能有助于动物适应环境变化的影响。"斑点管口鱼的阴影行为似乎是一种提高捕猎成功率的有用策略。"该研究的资深作者、剑桥大学动物学系的 James Herbert-Read 博士说："随着珊瑚礁上可供它们躲藏的结构越来越少，我们可能会看到这种行为在未来变得越来越普遍。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

摄像头捕捉动物眼中的世界 准确率高达99%

摄像头捕捉动物眼中的世界 准确率高达99% 苏塞克斯大学（University of Sussex）和乔治梅森大学（George Mason University）汉利色彩实验室（Hanley Color Lab）的研究人员相信，这款软件将有广泛的用途。因此，他们将该软件开源，鼓励从自然纪录片制作人、生态学家到户外运动爱好者和观鸟者等所有人都来窥探这些动物截然不同的视觉现实。"资深作者丹尼尔-汉利（Daniel Hanley）说："长期以来，我们一直对动物如何观察世界着迷。"感官生态学的现代技术让我们能够推断出静态场景在动物眼中的样子；然而，动物经常会对移动目标（探测食物、评估潜在配偶的表现等）做出关键决定。在这里，我们为生态学家和电影制作人介绍了能够捕捉和显示动物在运动中感知到的颜色的硬件和软件工具。相机系统对 (1) 紫外线和 (2) 可见光敏感，加上 (3) 模块化笼，以及 (4) 嵌入式（见箭头）定制支架内的放大镜。在这里，它安装在市售 (5) Novoflex BALPRO 波纹管系统上瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)颜色、深度和其他视觉能力是由我们眼睛的感光器构成以及其他生物硬件（如锥体和视杆细胞）决定的。吸血蝙蝠和蚊子等动物可以感知红外线（IR），而蝴蝶和一些鸟类可以看到紫外线（UV）。这两种光都超出了人类所能看到的色谱范围。自然，这就使得人类很难完全理解动物的行为，以及我们可能如何在无意中影响它们交流、寻找食物、住所或配偶的能力。迄今为止，我们通过分光光度法等方法捕捉动物视觉的能力都非常耗时，依赖于特定的光照条件，而且无法记录动态图像。而这正是研究人员新研发成果的不同之处。研究人员利用多光谱摄影技术煞费苦心地设计了一种工具，可以捕捉不同波长的光线，包括红外线和紫外线。摄像机以蓝、绿、红、紫四种颜色通道记录视频，然后根据我们对特定动物眼睛感受器的了解，对视频进行处理，使其如同通过动物的眼睛拍摄的一样。视频记录可以准确估算出动物视觉光谱范围内的量子捕获量。在这种情况下，对于蜜蜂（左）和对紫外线敏感的鸟类（右）来说瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)研究小组制作了一个便携式 3D 打印设备，该设备包含一个分光镜，可将紫外线与可见光分开，每种光线都由一个专用摄像头捕捉。紫外线感光相机本身并不能记录可感知的数据，但与另一个相机配对后，它们就能共同记录高质量的视频。算法将镜头对齐，以不同动物的视角呈现视觉效果。它的平均准确率为 92%，但有些测试的结果是 99%。硬件的设计适用于市面上的照相机，研究人员还将软件开源，希望其他人也能根据自己特定的野生动物拍摄需求进行调整。虽然它也有局限性不能捕捉偏振光，帧率有限，因此很难捕捉到速度快的生物但它提供了独特的见解，有助于我们进一步了解动物的行为，帮助我们减轻对自然世界的影响。研究小组用鸟类受体噪声限制（RNL）假色拍摄了一只Phoebis philea蝴蝶的博物馆标本。研究人员指出"该系统的另一个潜在用途是对博物馆标本进行快速数字化。这种蝴蝶具有色素和结构性紫外线色彩。明亮的品红色突出了主要反射紫外线的区域，而呈现紫色的区域则反射类似数量的紫外线和长波长光。将标本安装在支架上并缓慢旋转，可以展示虹彩颜色如何随观察角度的变化而变化。蜜蜂视觉中毛毛虫的反捕食展示。研究人员说："隐藏和显露显示会给光谱学和标准多光谱摄影带来问题。在这里，我们展示了一段黑燕尾凤蝶毛虫展示其蜕皮器的视频。我们用蜜蜂假色来说明这段视频，紫外线、蓝色和绿色量子捕捉器分别显示为蓝色、绿色和红色。毛虫背部的黄色斑点和（人类的）黄色虹膜在紫外线下都有很强的反射，而当色彩转换成蜜蜂假色时，它们则呈现洋红色（因为蜜蜂的紫外线敏感光感受器和绿色敏感光感受器的强烈反应分别被描绘成蓝色和红色）。毛虫的许多捕食者都能感知紫外线，因此，这种着色可能是一种有效的启示信号"。蜜蜂在花朵上觅食和互动的Apis视觉。研究小组指出"摄像系统能够捕捉到自然发生的原始行为。三个短片分别描述了蜜蜂在自然环境中觅食（第一和第二个短片）和打斗（第三个短片）的情景。视频以蜜蜂假色显示（将蜜蜂的紫外线、蓝色和绿色感光器反应分别显示为蓝色、绿色和红色）。最后，通过四种不同动物的眼睛看到了五彩斑斓的孔雀羽毛。在这种情况下，孔雀的同类孔雀，加上人类、蜜蜂和狗。研究小组解释说："照相系统可以测量与角度有关的结构色彩，例如虹彩。这里通过一段高度虹彩的孔雀（Pavo cristatus）羽毛视频来说明这一点。这段视频中的颜色代表（A）孔雀羽毛的假色，其中蓝色、绿色和红色量子捕获分别描绘为蓝色、绿色和红色，紫外线叠加为品红色。虽然与标准彩色视频大致相同，但在眼球的蓝绿色倒钩（"眼斑"）上可以看到紫外线虹彩（视频中大约 5 秒钟处有注释）。此外，还可以看到眼球周围（外侧两条绿色条纹之间）的紫外线虹彩。有趣的是，与(B)人类（标准色）、(C)蜜蜂或(D)狗相比，这种虹彩在孔雀身上更为明显。这项研究发表在《PLOS 生物学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

自着色细菌纤维素的技术突破为制造绿色纺织品铺平道路

自着色细菌纤维素的技术突破为制造绿色纺织品铺平道路  由自着色细菌纤维素制成的钱包除黑色外，其他颜色正在制作中传统牛皮的生产，以及牛肉和牛奶的生产，肯定不会留下完全"绿色"的足迹。首先，大量的自然景观必须被开垦为牧场和种植牛饲料的田地。另一方面，饲养场集中排放的粪尿是水污染的主要来源。此外，从全球范围来看，奶牛打嗝时会产生大量温室气体。皮革的鞣制过程也存在问题，因为它消耗大量的水，并产生大量废物。其中一些废物以有毒合成染料的形式出现，用于给材料上色。考虑到这些弊端（以及道德方面的问题），不同的团体开始利用实验室培育的牛细胞、蘑菇、丝绸和细菌等原料生产皮革。就后者而言，特殊的细菌被哄骗着生产出片状的皮革"细菌纤维素"（BC）。话虽如此，但如何找到一种耐用、经济、无毒的染料替代品，仍然是个问题。这就是新研究的意义所在。在汤姆-埃利斯（Tom Ellis）教授和肯尼斯-沃克（Kenneth Walker）博士的领导下，伦敦帝国理工学院的科学家们培育出了一株经过基因工程改造的Komagataeibacter rhaeticus细菌，这种细菌的普通版本已经用于制造BC。新菌株的与众不同之处在于，这种微生物在制造出片状 BC 后，会产生一种叫做 eumelanin 的黑色色素。用一片新型细菌纤维素制成的鞋面 伦敦帝国学院这一过程包括首先将细菌置于生长培养基中，然后让它们在 14 天内产生一片 BC。一旦它们完成了这一过程，生长培养基就会被移除，取而代之的是含有黑色素合成所需试剂的溶液。然后，在 30 ºC （86 ºF）的温度下轻轻摇晃 BC 48 小时，促使细菌产生黑色素，将材料永久染成黑色。最后，将萃取物放入乙醇浴中消毒，浸泡在 5% 的甘油溶液中，然后放在模具上晾干。在目前进行的测试中，这种材料的薄片被缝合在一起形成了一个钱包，还有一片被模压成了鞋子的鞋面。此外，一块黑色 BC 样品在作为"活动演示品"穿戴 42 个月后仍能保持颜色不变。科学家们目前正在研究如何让这种细菌产生其他颜色的色素。事实上，他们已经设计出了一种不同的细菌菌株，这种菌株在蓝光照射下会产生彩色颜料。这样，只需将蓝光投射到 BC 材料上，就可以在该材料上"染"出商标或其他图案。埃利斯说："微生物已经在直接解决动物皮革和塑料皮革的许多问题，我们计划让它们准备好扩展到新的颜色、材料，也许还有图案。我们期待着与时尚界合作，让我们穿的衣服在整个生产线上都更加环保。"有关这项研究的论文最近发表在《自然-生物技术》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料 从第 1 天（左）到第 14 天（右），3D 打印在水凝胶中的植物细胞生长并开始繁茂成黄色的细胞簇。图片来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特特性激起了将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。以前，科学家们创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。余子怡、狄振高及其同事希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的 EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。24 天后，植物细胞在两种不同的生物墨水中产生的颜色在这种叶形工程活体材料中清晰可见。来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行 3D 打印，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的 48 小时内，EPLMs 中的细菌将 DNA 转移到生长中的烟草细胞上。然后他们用抗生素清洗这些材料，以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在 EPLMs 中生长和复制，它们开始根据转移的 DNA 生成蛋白质。在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过用两种不同的生物墨水打印叶形 EPLM一种墨水沿叶脉产生红色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色素研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。研究人员说，这种 EPLM 结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

世界上最黑的鸟 羽毛能吸收99.95%的光

世界上最黑的鸟 羽毛能吸收99.95%的光 这种鸟的羽毛是目前自然界寻找到的最黑物质，它们如何实现这种黑，以及这种黑到底为何进化的都相当有趣。极乐鸟的羽毛到底有多黑？“黑”指的是材料对可见光的吸收情况，它吸收了越多可见光，我们看起来就会越黑。我们平时使用的黑色颜料最多可吸收约97.5%的可见光。不过通过改变黑色表面的结构，可以更好的吸收可见光，那些得到应用的超黑表面通常可吸收直接照射到其上的99.6%的可见光。极乐鸟的羽毛可吸收99.95%的可见光，如果你看它们的角度合适的话，它们看起来会像是一个黑色空洞一样。不过，这羽毛并不是已知最黑的材料，人类目前打造出最黑材料的极限能够吸收99.96%的可见光，这种材料叫作Vantablack。图：Vantablack这种羽毛的黑如何实现？颜色有结构颜色和真实颜色之分，我们平时看到那些拥有炫彩甲壳的昆虫，它们身上的五颜六色通常就是材料结构造成的。黑色也是一样的，它可以是物质本身吸收光从而变得很黑，也可以通过结构来吸收更多的光线，从而看起来很黑。对于生物而言，通常是通过黑色素沉淀来让自己看起来更黑，但是色素所能达到的黑非常有限，所以雄性极乐鸟羽毛的黑也是通过材料结构实现的。实际上，我们前面提到最黑材料Vantablack，也是一种结构色，而且与极乐鸟的羽毛的微观结构有很多相似之处。一支典型的鸟类羽毛由一系列位于同一平面内的扁平分枝组成，中央一个粗的羽轴，上面布满了更小的羽枝，然后羽枝上又有更小的羽小枝这些羽小枝有助于将羽毛编织成扁平的反射结构。在电子显微镜下，普通黑色羽毛和极乐鸟的超黑羽毛在结构上是一样的，只有当检测更微小的结构细节时，才能发现不同。上图左边这个就是普通黑色羽毛，它像巨大的棕榈叶一样，而极乐鸟的超黑羽毛看起来则像杉树叶一样微羽毛的结构非常密集（这增加了表面积）且弯曲。当光照射在超黑羽毛上时，光子就会散落在内部，无法逃脱，弯曲密集的结构有助于困住光子。一旦光子被困在那里，它就会在这个弯曲的微羽毛中不停反弹，每次反弹都会减少光子的能量，直到光子完全消失。这就是为什么雄性极乐鸟的羽毛看起来如此之黑，不过极乐鸟不是唯一利用结构色来让自己变得更黑的动物，已知至少还有金裳凤蝶和西非加蓬蝰蛇。不过，所有这些动物变黑的材料结构都是不同的，雄性极乐鸟在变黑这点上，结构优于其它动物，所以它最黑。为什么极乐鸟要这么黑？实际上，这些动物不仅变黑的结构有所不同，它们变黑的目的也是不同的，金裳凤蝶变黑的目的是为了更好地收集太阳辐射，蝰蛇则将其用于伪装。而我们的主角极乐鸟是为了吸引异性。关于极乐鸟是最黑的动物，相关研究是在2018年发表的，研究人员也同时解释了他们变黑的选择压力就是雌性的性选择。我们开头提到过，雄性极乐鸟在求偶时的舞蹈是为了让自己看起来更黑，这是因为结构色的方向性很强，只有在特定的方向才能达到最好的效果。至于为什么要展示自己的黑？研究人员认为，黑确实没啥好展示的，极乐鸟的目的为了用黑来突出它们胸前那片色彩鲜艳的羽毛斑块。脊椎动物拥有色彩校正机制，这种机制让我们在不同光线下也可以看到相同的颜色。举个例子，一个红色的苹果，你在太阳光下看它是红色的，在阴暗的角落看起来也会是红色的，而实际上在不同环境中苹果反射光的波长是不一样的，我们正是通过色彩校正机制才看到一样的颜色。然而，这种机制也会造成一些感觉或认知偏差，也就是会产生视错觉，例如当我们看到一个黑色的东西时，我们的感知就非常容易夸大它相邻色块的亮度。极乐鸟其实拥有两种黑色羽毛，一种就是普通的黑色羽毛，位于它们的背部，还有一种就是那些超黑的羽毛，全部位于它们彩色斑块边上。所以，即便性选择造就了这种自然界的最黑物质现在还只是一个推测，但它是有一定道理的。极乐鸟通过让这些羽毛变得足够黑，能够更好得展示，得到雌性青睐，而当这些拥有更黑羽毛的雄性更有机会传承基因时，这些羽毛变得越来越黑。图：左边是普通黑色羽毛，右边是结构色超黑羽毛，涂上薄涂层后，超黑羽毛依然是黑色最后这种超黑材料的研究具有一定意义的，因为一些科技领域需要应用到这些材料，比如望远镜、太阳能电池板等就需要用到超黑的材料，这样可以更好的捕获光。虽然，Vantablack是目前已知最黑的材料，但是它的造价非常昂贵，或许通过仿生极乐鸟的超黑羽毛，可以降低成本。最后还有一点值得一提，如果你平时出门不知道穿什么衣服出门的话，拿酒选择穿黑色的吧，这同样也可以让你容光焕发，就像极乐鸟跳舞时展示的那样。 ... PC版： 手机版：