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在你做梦的时候,大脑正忙着 “清理垃圾”|一周科技

撰文 | 王烁   茴香   油麦菜

责编 | 攸淇

1、鱼鳍背后的秘密:强度和韧性如何兼得?

鱼鳍内不含肌肉组织,但是却异常灵活。鱼类通过控制鱼鳍,可以轻易的实现加速、体态变化,而且在保证一定强度的同时,又拥有非常好的韧性。这一特性对于工程上研究柔性器械有非常高的参考意义。8月11日发表在《科学-机器人学》杂志的文章称,研究人员已经揭示了鱼鳍背后的工程秘密。

他们发现鱼鳍是由20-30根坚硬的线条组成,但是每根鳍条可以像手指一样单独操纵,这些硬质鳍条又包裹在柔软的胶质之中,然后达成强度和韧性的完美平衡。这样使得鱼鳍有双重能力,它可以很容易的变形来改变体态,但是在推水的时候又可以保持刚度,保证推水的力度。这些特性对于装甲、飞行器的设计有极高的参考价值。

文章链接:

http://dx.doi.org/10.1126/scirobotics.abf9710

2、科学家首次获得二维状态 “超固体”

超固体虽然叫 “固体”,可是它却一点都不坚硬。超固体是一种矛盾相,这种状态下的原子会排列成有规则的晶体,但是同时可以像超流体一样无摩擦地流动。你可以想象一个冰做成的管子放到水里的感觉。此前这种物质状态一直仅存在于理论之中,直到2019年,才在实验室内实现了超固体状态,但是当时只有一维状态。

8月19日在《自然》杂志发布的文章称,他们通过超冷原子体系首次把超固体拓展到了二维状态。研究人员本想利用氦(He)原子来做这项研究,因为随着压力的变化,氦原子状态非常容易进入超流体态,但是最后没有成功。后来研究人员又将实验对象换成镝(Dy)原子,因为它在现有元素中磁性最强,在磁相互作用下,原子能够自发地组织成液滴,并按照一种特定的模式进行排列。研究人员最终用它成功创造出3排原子组成的二维超固体。二维超固体的发现极大拓宽了物理学家的研究视角,也给物理学家进一步研究这种奇异物质状态提供了机会。

图片和文章链接:

https://www.nature.com/articles/d41586-021-02191-5

3、壁虎仿生机器人,能在垂直平面安全着陆

热带雨林中的动物为了躲避天敌和捕食,常常需要紧急跳跃并降落在垂直的平面上。延时摄像机记录了亚洲扁尾壁虎的着陆过程,它们不擅于滑翔,当进行紧急跳跃或短距离俯冲时,头朝下接触到垂直平面时的速度能达到6.0±0.9米/秒。如果是一辆汽车以这种速度撞上树干那一定是异常惨烈的事故,但是扁尾壁虎却 “毫发无损”。机器人与生物学交叉领域的研究人员近期在《自然通讯生物学》上发表的一项科学研究表明,壁虎在跳跃时利用柔性的大尾巴调整姿势,然后在前肢接触到垂直平面时,尾巴和后肢已准备好支起头部和躯干向后倾斜103±34°保障软着陆。

研究人员据此建立了一个动态的数学模型,指出尾巴在落地时有防坠反应(FAR),并通过测量一个具有由前足接触触发的主动尾反射的柔性机器人在着陆时的脚部力量来验证这一模型。实验表明,带有主动尾巴反射的机器人可以稳定成功着陆在垂直平面,并且在一定区间内尾巴越长,脚部需要输出的力量就越低。

视频和文章链接:

https://www.nature.com/articles/s42003-021-02378-6

4、在你做梦的时候,大脑正忙着 “清理垃圾”

为什么动物会做梦?做梦的时候大脑在忙些什么?近期发表在《细胞报告》上的研究对这一问题做了解答。研究人员通过双光子显微镜,在非麻醉状态下直接观察了小鼠在清醒和睡眠状态下大脑毛细血管(脑细胞和血液之间交换营养和废物的地方)中红细胞的流动情况。

他们发现,在多个大脑皮层区域,平均毛细血管脑血流量在快速眼动睡眠期间(也就是梦境活跃期)大量增加,而在主动清醒和非快速眼动睡眠期间则没有差异,而脑血流量对于维持能量供应和清除神经元活动产生的  “垃圾”——代谢副产物至关重要。在分子水平上,这一机制主要由腺苷A2a受体负责,如果敲除小鼠的A2a基因,睡梦期间的脑血流量不会明显增加,清理 “废料” 的能力也就明显下降。

文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109558

5、熬夜会 “伤心”,尤其是女孩子

房颤一般随着年龄的增长,发病率显著提高,然而,在现在年轻人中,房颤的发病率也明显提高。除了遗传因素外,以及我们常说的戒烟、限制饮酒外,还有哪些方式可以预防房颤,改善心脏健康?

近期在《欧洲心脏杂志》发表的一篇论文中,研究人员分析了283657名参与者平均时长达10.4年的数据,探索了熬夜对房颤的影响。研究发现,经常熬夜的人房颤和冠心病的发生风险显著提高。尤其是经常熬夜的女性和缺乏锻炼的人,发病风险相比其他人更高。这一研究意味着熬夜会 “伤心”,减少熬夜、增强体育锻炼可以改善心脏健康。

文章链接:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03779-7

6、做运动选白天还是夜晚?生物钟或起决定作用

通过运动可以达到强身健体或者减肥增肌的目的。如果在每天运动时间有限或者不变的情况下,如何实现运动表现最优呢?近日,魏茨曼科学研究所 Gad Asher 团队在《美国科学院院报》发表新论文,利用小鼠模型系统地研究了生物钟和运动能力之间的联系

研究者发现,小鼠日间运动耐力的差异是由生物钟决定的,并依赖于两种生物钟蛋白PERIODs 和BMAL1。这两种蛋白以一种时间依赖的方式,通过食物消耗和肝糖原储存的差异改变运动能力。不仅如此,可能晚间运动比日间运动,运动表现会更优。这一研究也许意味着,合理饮食,晚间运动,也许效果更佳。

文章链接:

https://doi.org/10.1073/pnas.2101115118.



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