研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水一个简单、紧凑的系统首先收集空气中的水分（左），然后在加热时释放被截留的液体（右），从而获得饮用水。图片来源：XiangyuLi编辑清洁、安全的水是一种有限的资源，能否获得取决于当地的水体。但即使是干旱地区，空气中也会有一些水蒸气。为了收集少量湿气，《ACS能源快报》（ACSEnergyLetters）上的研究人员开发出了一种紧凑型装置，这种装置带有吸附涂层翅片，可以先吸附湿气，然后在加热时产生饮用水。他们表示，这种原型设备有助于满足日益增长的用水需求，尤其是在干旱地区。地球大气中蕴藏着数万亿升淡水蒸气，但要收集这种无色、透明、稀薄的气体却很困难。以前，研究人员开发了一些系统来捕捉露水或雾，将液体汇集到容器中。但在露水不多的干燥地区，温度响应水凝胶、金属有机框架或沸石（结晶铝硅酸盐）等特殊材料可能有助于从空气中吸附少量水分，并在加热时释放水分。然而，要使这些吸水剂在实际应用中切实可行，就需要将它们整合到带有废热源的紧凑型便携设备中，例如在高温下运行的应用或作为副产品释放热量的系统。因此，李翔宇、BachirElFil及其同事开发出了一种符合这些规格的湿度收集器。研究人员设计了吸水"翅片"，将铜片夹在涂有市售沸石的铜泡沫之间。作者说，与以往侧重于材料开发的研究相比，吸附床与材料特性的共同设计造就了薄吸附翅片，这种翅片结构紧凑，能快速收集水。为了进行概念验证，他们制作了一种装置，将10片小型吸附翅片并排放置在铜底板上，间距约为2毫米，这样的间距可以最大限度地从相对湿度为10%的沙漠空气中捕获水分。在一小时内，吸附翅片达到饱和，然后在底座温度达到华氏363度时释放出捕获的水分。根据24个收集-释放周期的推断，研究小组计算出，在相对湿度为30%的空气中，鳍片上1升的吸水涂层每天可产生多达1.3升的饮用水，这个体积是之前开发的设备的2到5倍。这项工作为每天多次从干燥空气中快速捕获水分和集水提供了关键机会。研究人员说，随着进一步的开发，该系统可以集成到产生废热的现有基础设施中，如建筑物或运输车辆，为干旱地区提供一种具有成本效益的饮用水生产方式。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1436180.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1436180.htm

甲虫肠道特殊水化能力背后的科学可以拯救全球作物

甲虫肠道特殊水化能力背后的科学可以拯救全球作物例如，暗纹甲虫有能力为它们的腿部节段生产一种润滑剂，对抗环境对它们外骨骼关节的干燥，而投弹甲虫投掷的沸腾高温炸弹是一种非常有效的武器。现在，科学家们已经发现了甲虫是如何利用他们的肠道进行水合的，并从许多来源，甚至是它们周围的空气中提取水，从而在不适合其他动物的极端干燥的环境中生存--这无疑有助于它们在一个不断变化的星球上5亿年的生存。"我们甲虫直肠吸收水的分子机制有了新的认识，"首席研究员、哥本哈根大学生物系副教授KennethVelandHalberg说。"一只甲虫可以在整个生命周期中不喝液体水。这是因为它们有经过改良的直肠和紧密应用的肾脏，它们共同组成了一个多器官系统，高度专业化地从它们吃的食物和周围的空气中提取水分。事实上，这种情况发生得非常有效，我们所检查的粪便样本完全干燥，没有任何水的痕迹"。哥本哈根大学、爱丁堡大学和格拉斯哥大学的研究人员进行的合作研究考察了红粉甲虫（Triboliumcastaneum）的内部器官，它在生物学上与其他物种相似。他们发现，基因Nha1在直肠中的表达量是动物身体其他地方的60倍，而且它被定位在一组独特的细胞中，称为leptophragmata细胞。事实证明，它们在动物令人难以置信的高效后端水吸收中发挥了关键作用。Halberg说："Leptophragmata细胞是位于甲虫的肾脏和昆虫循环系统或血液之间的微小细胞，就像窗户一样。由于甲虫的肾脏环绕着它的后肠，鳞片细胞的功能是将盐分泵入肾脏，以便它们能够通过直肠从潮湿的空气中获取水分，并从这里进入它们的身体。我们发现的基因对这一过程至关重要，这对我们来说是新知识。"甲虫的内部构成以及它如何从空气中提取水的模型当研究小组沉默了Nha1的表达后，甲虫的排泄性失水急剧增加，在以前适合居住的干燥条件下生存能力差。除了更好地了解自然界最令人印象深刻的干旱环境生存现象之一外，科学家们相信，这将使人们能够开发出环境安全的方法来控制威胁粮食安全的破坏性甲虫种群。红粉甲虫、谷物象鼻虫、科罗拉多马铃薯甲虫等害虫每年破坏约25%的世界粮食供应，农业上每年需要花费1000亿美元购买杀虫剂。这反过来又伤害了蜜蜂等有益物种，以及更广泛的环境。一只与研究中使用的面粉甲虫相似的Depositphotos由于甲虫可以从干燥的谷物中提取液体，只需提供1-2%的水，所以开发一些方法来削弱它们吸收这种和其他来源的水分的遗传能力可以使这些环境不适合它们居住。Halberg说："昆虫对其水分平衡的变化特别敏感。因此，这些知识可以用来开发更有针对性的方法，以打击破坏我们粮食生产的甲虫物种，而不杀害其他动物或伤害人类和自然。现在我们确切地了解到，当甲虫在其直肠中吸收水分时，哪些基因、细胞和分子在发挥作用。这意味着我们突然掌握了如何破坏这些非常有效的过程，例如，开发针对这一功能的杀虫剂。"这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350633.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350633.htm

科学家开发出更高效的从空气中捕捉淡水的新方法 灵感来自早餐麦片圈

科学家开发出更高效的从空气中捕捉淡水的新方法灵感来自早餐麦片圈Cheerios效应是一个小漂浮物在液体表面聚集的过程。研究人员对这一过程进行了优化，以提高高效集水系统的凝结率。资料来源：2024KAUST;IvanGromicho领导这项研究的丹-丹尼尔实验室研究员马库斯-林说："我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣，水凝结具有重要的传热和集水应用价值。在典型的固体表面上，凝结的水滴粘附在表面上，运动量极小。想想水在冰冷的苏打水罐上凝结的情形。"只有当液滴长到足够大时，重力才会把它们往下拉，这时液滴才会移动。"丹尼尔、林和他们的合作者的想法是，添加一层薄薄的油膜可以润滑表面，使液滴高度移动，从而为进一步的液滴凝结腾出空间，提高凝结率，这个想法奏效了，但液滴移动的复杂方式却完全出乎意料。一旦液滴增长到临界大小，它们就开始以一种类似于精心编排的舞蹈的独特模式在油中移动。林说："它们最初以蛇形方式运动，然后过渡到圆周运动，然后再返回。"这些运动的尺度从微米到几厘米不等，持续时间长达数小时。"研究人员捕捉到水滴在油性薄膜上凝结时表现出复杂的集体运动，在蛇形运动和圆形运动之间摆动。资料来源：2024KAUST;FauziaWardani这一过程的驱动力是，就像牛奶中的麦片一样，漂浮在油中的水滴会被吸引向它们的邻居。较大的水滴在运动过程中会吞噬路径上较小的水滴，从而释放出能量。当局部油膜耗尽时，移动的液滴会重新分配油膜，并从蛇形运动转为圆周运动。一旦局部油膜恢复，蛇形运动又会重新开始。丹尼尔说，随着淡水资源面临的压力越来越大，人们开始广泛寻求这种无需能量输入、通过简单冷凝就能从空气中高效捕获水的装置。他说："通过优化冷凝液滴的集体运动，我们可以大大提高冷凝率，从而设计出更高效的集水系统。"研究小组计划进一步探索液滴运动的驱动机制，特别是研究从蛇形运动到圆形运动的过渡。"另一个关键方面是探索潜在的应用，特别是在传热增强和水收集方面。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429734.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429734.htm

"麦片效应"启发科学家开发出一种更高效的集水系统

"麦片效应"启发科学家开发出一种更高效的集水系统沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员在表面上涂上一层润滑油膜，发现它能使水滴更快地结合，类似于"麦片效应"。领导这项研究的马库斯-林说："我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣，水凝结具有重要的传热和集水应用价值。想想水在冰冷的汽水罐上凝结的情形。水滴只有长到足够大，重力把它们拉下来才能移动。"研究人员认为，添加一层薄薄的油膜可以润滑表面，使水滴移动得更快，为水滴的进一步凝结腾出空间，从而提高凝结率。这确实奏效了。但水滴的反应却让他们大吃一惊。他们观察到，大小从几十微米到几毫米不等的凝结水珠自发地跳起了复杂的集体"舞蹈"。液滴以蛇形方式运动，直到润滑剂耗尽，才转为圆周运动。当移动的液滴不断在表面重新分配润滑剂时，它们又重新开始了曲折的舞蹈。林说："它们最初以蛇形方式运动，然后过渡到圆周运动，然后再返回。这些运动的尺度从微米到几厘米不等，持续时间长达数小时。"就像牛奶中的麦片一样，油中的冷凝液滴也会被邻近的液滴吸引。较大的液滴在与路径上较小的液滴合并时释放出的能量推动了它们的自我推进。研究人员说，随着淡水资源的压力越来越大，能够通过简单的冷凝从空气中有效捕捉水而不需要输入能量的装置受到广泛推崇。这在沙特阿拉伯等干旱地区尤为重要。林说："通过优化冷凝液滴的集体运动，我们可以大大提高冷凝率，从而设计出更高效的集水系统。"研究人员计划进一步探索水滴复杂舞动的驱动因素，特别是从蛇形运动到圆形运动的转变。这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423147.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423147.htm

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器虎甲虫独特的防御机制但是，虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时，它们会用自己的超声波信号做出反应，而在过去的30年里，没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说："这对人类来说是一个非常陌生的想法：这些动物在夜间飞来飞去，试图在完全黑暗的环境中捕捉对方，用声音作为它们交流的方式，"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断，虎甲虫发出声音一定有很大好处，因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知，虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过，据估计有20%的蛾类具有这种能力，这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说："这是一项非常有趣的研究，因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源：HarlanGough研究方法与观察研究人员首先证实，虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时，会周期性地发出超声波脉冲，从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时，它们就会开始更频繁地发出声波，从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列，研究人员将其播放给虎甲虫听，看看它们会如何反应。甲虫飞行时，它的硬壳会张开，露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用，对飞行没有帮助，这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天，收集了20种不同的虎甲虫进行研究。其中，有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应，它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘，就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中，这听起来像是微弱的嗡嗡声，但蝙蝠会接收到较高的频率，听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见，"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的，就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如，虎蛾使用身体侧面的特殊结构，所以你需要这种结构来发出超声波，也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声，但这是为什么呢？一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过，研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性，因为它们产生的超声波过于简单，不可能达到这种效果。相反，他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的--就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者，"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时，实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了94只虎甲虫来验证他们的理论，大棕蝠吃各种各样的昆虫，但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是，90只甲虫被完全吃掉，两只只被部分吃掉，只有两只被拒绝，这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任AkitoKawahara称，这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说："即使你确定了一种化学物质，也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前，你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来，虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的，也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为，这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢？研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后，他们发现了一个明显的重叠，也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力，它们会产生超声波来模仿虎蛾，而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在2000多种虎甲虫中，有些只在白天活动，利用视觉追逐和捕食较小的昆虫，没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的12种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位，它根本不会做出任何反应，"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑，鉴于对夜空声学研究的不足，可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说："我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯（JesseBarber）一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上，我们之所以不知道，只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用，但人类的影响，如噪音和光污染，已经在改变夜空的外观和声音。川原说："如果我们想了解这些过程，我们现在就需要做。在我们的后院里，正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是，如果让我们的世界变得更响亮、更明亮，并改变温度，这些平衡就会被打破。"作者在《生物学通讯》（BiologyLetters）杂志上发表了他们的研究报告。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431372.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431372.htm

突破性研究揭示星形沙丘的年龄和快速形成过程 为了解地球的地质历史提供线索

突破性研究揭示星形沙丘的年龄和快速形成过程为了解地球的地质历史提供线索摩洛哥ErgChebbi的LalaLallia星沙丘。资料来源：C.布里斯托教授星形沙丘是一种巨大的沙丘，其名称源于从中心山峰伸展开来的手臂。从高空俯瞰，这些沙丘就像星星一样，广泛分布于现代沙漠中，包括非洲、阿拉伯、中国和北美洲的沙海。研究显示，摩洛哥沙丘底部最古老的部分已有1.3万年的历史。然而，沙丘是在过去一千年中迅速形成的，这一发现令科学家们大吃一惊，因为他们一直认为大型沙丘的历史要久远得多。星形沙丘被认为是地球上最高的沙丘，中国巴丹吉林沙漠中的一座高达300米--在太阳系的其他地方，火星和土星的卫星土卫六上也发现了星沙丘。尽管星形沙丘在今天很常见，但在地质记录中几乎从未发现过。它们的缺席让科学家们感到困惑，因为过去的沙漠是地球历史的常见组成部分，保存在地下深处的岩石中。来自Google地球2023MaxarTechnologies的LalaLallia中国巴丹吉林沙漠卫星图像，沙丘峰顶用虚线标出，GPR剖面用实线标出，编号圆圈表示取样位置。资料来源：《科学报告》，DOI:10.1038/s41598-024-53485-3这项发表在《科学报告》杂志上的新研究将摩洛哥东南部一个名为"LalaLallia"（在柏柏尔语中意为"最高圣点"）的星形沙丘的地基年代定为距今约1.3万年前。该沙丘位于撒哈拉沙漠靠近阿尔及利亚边境的厄格切比（ErgChebbi）地区，该地区曾出现在《SAS侠盗联盟》等电视剧和《木乃伊》、《撒哈拉沙漠》等大片中。地质意义和技术进步研究表明，这种沙丘之所以能达到目前的100米高和700米宽，是因为在过去的一千年里，它在缓慢向西移动的过程中迅速增长。阿伯里斯威斯大学地理与地球科学系的GeoffDuller教授说："这项研究实际上就是失踪沙丘的案例--我们在地质记录中看不到它们的原因一直是个谜。只是因为有了新技术，我们现在才能开始揭开它们的秘密。这些发现可能会让很多人大吃一惊，因为我们可以看到这个巨大的沙丘形成得如此之快，而且它正以每年约50厘米的速度在沙漠中移动。这些梦幻般的星形沙丘是世界自然奇观之一。"伯克贝克大学和伦敦大学学院的查理-布里斯托教授补充道："利用地面穿透雷达来观察这个星形沙丘的内部，使我们能够展示这些巨大的沙丘是如何形成的，并建立一个新的模型，以便地质学家更好地了解在岩石记录中应该寻找什么来识别这些神奇的沙漠地貌。"科学家们的突破性研究表明，星沙丘的形成时间与地球历史上的"少干纪"（YoungerDryas）--一个突然变冷的时期--相近。研究还发现，沙丘停止生长的时间长达8000年。在该遗址发现的陶器也表明，在大旱来临之前，较湿润的环境（也许是扩大的季风）稳定了沙丘。这项研究利用阿伯里斯特威斯大学开发的发光测年技术，发现了沙子中的矿物最后一次暴露在阳光下的时间，从而确定了它们的年龄。阿伯里斯威斯大学的杜勒教授补充道："阿伯里斯特威斯开发的发光测年技术正在揭开世界上最具挑战性气候的一些秘密，这真是一种殊荣。它们让我们对地质学有了深入的了解，这可能会产生更广泛的影响，包括用于水资源和碳储存的地质沉积物。"杜勒教授的最新发现使用了与他发现世界上最古老木结构时相同的发光测年技术--这项研究发表在去年的《自然》杂志上。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425560.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425560.htm