狗能闻到人身上的“压力”味；能让牛少放屁的一种方法

本周科学榨菜上新啦！课代表为你快速梳理近期科学界有趣又有料的新鲜事！科学新鲜报，早看早学到~

本期导读

1. 新型材料制成从空气中取水的机器；

2. 狗狗能感受到主人身上的情绪压力；

3. 新方法突破有望开创新的元素周期；

4. 致幻蘑菇暂时封锁大脑的同步信息；

5. 饲料中添加红藻可以让牛少放点屁；

01

从空气中“凭空”取水的机器

前段时间，课代表去敦煌旅行时，第一次亲眼目睹了望不到边的大沙漠，也体会到了那种几百公里全是沙子的绝望感。

在沙漠中生存的一大问题是缺水。当然即便在干旱的沙漠里，空气中也是有水蒸气的，只不过人不能靠喝水蒸气活着。

空气中的水分子是可以吸附在物体表面上的，然而这一过程是可逆的，所以物体表面是抓不住水分子的。

但是如果一个物体的表面积特别大的话，那么水分子就会“流连忘返”，一直处在吸附-解离-吸附-解离的过程中，也就无法逃离这个物体的表面了。

美国犹他大学的工程研究人员Sameer Rao的最新研究，就利用了这一原理。他设计的装置能够从空气中“吸”出液体水来，即便在干旱的沙漠中也能工作。

研究者使用一种称为金属有机骨架的特殊吸湿材料。这种材料的特点有两个。首先，它们的内部充满了分子级别的孔道和表面，因此拥有巨大的内部表面积。

研究者表示，重量仅为一克的这种材料内部就会有跟两个足球场一样大的表面积。在这种情况下，没有水分子能够逃离，而是一直被困在吸附-解离的循环里。

而第二个特点就是，这种材料的专一性特别高，只吸附水分子，而不吸附别的物质。这样一来，就可以保证水的纯净程度，可以直接饮用。

到这里还有一个小问题需要解决。这些水分子被困在了材料里不假，但是怎么把它们取出来呢?

科研人员另外引入了一个小型加热装置，对这种材料加热，其中的水分子就获得了足够的能量，能够挣脱材料的束缚，于是就形成液态的水流了出来。

在概念验证实验中，这一装置的原型机实现了每公斤吸附材料每天生产5升水的目标。由于该装置的体积与15升水相当，也就是说，三天之后，这一装置所能提供的水就比与机器同体积的包装饮用水更多了。

举例来说，如果你打算在沙漠里穿行4天，那么带这台机器就比直接带水要更划算一些。

目前，收集大气水分的技术层出不穷，但目前还没有哪项技术能够用于干旱环境。研究者相信，这项发明能够为生活在干旱地区的人们提供更多的清洁饮用水。

图1 研究者与他们设计的原型机 

（图片来源：犹他大学）

课代表总结：这东西真做出来了，就去撒哈拉沙漠门口卖！

参考文献：

Nathan P. Ortiz, Sameer R. Rao. Compact rapid cycling fuel-fired atmospheric water harvesting device for all-day water production. Cell Reports Physical Science, 2024; 102115 DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102115

02

人的情绪压力能传染给狗狗

人们早就已经知道，压力和情绪是会传染的。如果一个人压力过大，那么他身上的味道会让周围的人也不由自主地感觉到情绪低落。

英国布里斯托大学领导的一项新研究则表明，不光是人类，连狗都能够感受到人类压力的味道而变得悲观起来。这项研究发表在近日的《科学报告》杂志上。

研究小组一共选择了18只狗和它们的主人来进行实验，这18只狗的年龄从八个月到十岁不等，包括西班牙猎犬、拉布拉多、金毛、贵宾犬以及几只田园犬。

首先，科学家先对狗进行了位置辨别训练，在不同的位置放上碗，只有在特定位置放碗时，碗里才会有小零食；而在其他位置放碗时，碗里就没有零食。

很快，狗狗们都学会了零食出现的位置：只有在这些位置放碗时，它们才会跑过去；其他位置放碗时，它们连动都不动。

等它们学会后，研究者偶尔也会在除了上面训练过的位置之外的新位置放一个碗。

乐观的狗心想：“这里没出现过碗哎，要不要过去看看？说不定有小零食呢？”

悲观的狗心想：“这里没出现过碗哎，肯定是骗我白跑一趟的，肯定没吃的。”

正常情况下，有的狗会去察看新碗，而有的则不会过去，这说明有的狗比较“乐观”，而有的狗比较“悲观”，这很正常。

此时，科学家让狗的主人开始做数学测验，于是大家开始紧张地答题，压力倍增。

答完题，让每个主人的狗分别去闻一下自己主人身上的汗液味道，然后再重放刚刚的“新碗”实验。

结果发现，18只狗中愿意去察看一下新碗的狗只有2只。这表明，人类身上的“压力”气味让狗变得更加悲观了。

与此相反，让狗主人听音乐放松，再让狗去闻主人身上的味道，然后重复“新碗”实验，发现大多数狗在看到新碗时都想去察看一番。

这进一步说明了，轻松愉悦的人类气味可以让狗变得乐观起来。

所以，狗通人性可不是随便说说的哦。研究人员认为，理解人类压力如何影响狗的健康，是养育宠物狗和训练工作狗（如援助狗）时的一个重要考虑因素。

图2 实验区域，狗在椅子附近，而碗随机出现在对面 （图片来源：参考文献）

课代表总结：狗：“一身班味……”

参考文献：

Z. Parr-Cortes, C. T. Müller, L. Talas, M. Mendl, C. Guest, N. J. Rooney. The odour of an unfamiliar stressed or relaxed person affects dogs’ responses to a cognitive bias test. Scientific Reports, 2024; 14 (1) DOI: 10.1038/s41598-024-66147-1

03

新方法的突破为制造120号元素带来希望

美国劳伦斯伯克利国家实验室的科学家在近日宣布，他们首次利用钛离子束合成了一种已知的超重元素——116号元素鉝。

在升级实验室设备后，研究团队计划使用类似技术尝试合成120号元素。迄今为止合成的最重元素是118号元素鿫，于2002年首次合成。

通过制造新元素，科学家加深了对宇宙运作方式的理解，并填补了原子核行为及其极限的理论模型——例如它可以容纳多少质子和中子。

化学家们对下一组元素特别兴奋，因为它们将落入元素周期表的新行列。元素 119 和 120 将是元素周期表第八行上的前两个元素。

在这一行中，科学家有望发现具有迄今为止从未见过的电子结构或轨道的原子。科学家认为，这将提供一组全新的轨道供我们研究和探索其化学性质。

为了制造新元素，研究人员使用粒子加速器将离子束与固体靶中的原子对撞，希望引发核反应，产生具有更多质子和中子的元素。

114至118号元素都是通过用钙离子束轰击由锕系元素（第七周期元素）制成的靶产生的，钙有20个质子，可以向靶原子中最多添加20个质子，让它的元素序号增加20。

然而，要用钙离子束探测120号元素，就需要含有 100个质子的元素做靶子。但是这些元素太不稳定了，还没来得及实验，就已经衰变掉了。

因此，唯一的出路是使用比钙离子含有更多质子的离子。

科学家选择了钛离子，钛比钙多了两个质子，一共有22个。因此，如果用钛来合成120号元素，那么只需要选择含有98个质子的锎，而锎的稳定性尚可。

钛离子束真的很难制造。钛的熔点接近1700 ºC，是钙的两倍多。要制造钛束，必须加热到足以使离子蒸发的程度，但却必须非常小心，因为距离钛蒸汽几厘米的地方，需要放置一个需要在极低温度下工作的装置。

经过多次的努力，研究者用钛离子轰击94号元素钚，成功获得了116号元素鉝。

如果轰击94号元素能成功，那么没有理由不尝试一下98号元素。但科学家经过计算分析表明，这种轰击必须以正确的能量值持续进行一百多天，才有可能获得一次成功。

只要有了方法，就能够看到希望。科学家估计，6年内他们的实验能够获得成功。

图3 研究人员正在调试此次合成的仪器 （图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室）

课代表总结：目前看来120号元素是一种奇迹，但奇迹在科学上永远不能完全排除。

参考文献：

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-02416-3

04

致幻蘑菇能够关闭大脑中的“同步服务器”

科学家长期以来一直在思考：为什么致幻蘑菇能够扭曲我们对时空的感知？

美国华盛顿大学圣路易斯医学院神经学副教授Nico Dosenbach为了探索致幻蘑菇到底是如何起作用的，不惜以身试药。这一试不要紧，试出一篇《自然》文章来。

他的同事喂他服用了大剂量的裸盖菇素，这是一种强力的致幻剂，见手青跟它比起来不值一提。当他开始晕倒时，他钻进了磁共振机器里。

Dosenbach在文章中描述道，他感觉自己变成了一台平板电脑，还带有电源开关，一按下电源他就眼前一亮，再按一下他就眼前一黑。

他的大脑扫描结果显示，与不服用药物相比，服药后的大脑在很多位置都出现了变化，但最大的变化出现在大脑的“同步服务”区域。

这一区域为人类生活提供最基本的自我、空间和时间感觉。比如听一首歌大概几分钟、去一趟便利店大概多远、吃一碗面大概会不会饱等等。

服药之后，大脑中负责“同步服务”的区域的神经元之间的连接几乎被切断，这也许可以解释为什么人们会出现幻觉——因为日常生活中的时空现在显得非常陌生了。

从另一个角度来说，大脑这个思考自我与世界关系的系统暂时完全取消同步。

图4 巴西裸盖菇 （图片来源：维基百科）

课代表总结：非专业人士，切勿模仿！！！不要瞎吃蘑菇！！！

参考文献：

Siegel, J.S., Subramanian, S., Perry, D. et al. Psilocybin desynchronizes the human brain. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07624-5

05

给牛吃海藻可以减少温室效应

我们都知道，引起全球气候温室效应的主要气体是二氧化碳。除了二氧化碳之外，甲烷气体也在温室效应中起了很大作用。

甲烷气体虽然比二氧化碳少很多，但是甲烷吸收红外线的能力却比二氧化碳高了数十倍，所以也是一种不可忽略的因素。

那么地球上的甲烷是怎么产生的呢？说出来你可能不信，甲烷的主要产出来自牛羊等牲畜的……屁。

一头正常的牛每天能够产生大约500克甲烷，而地球上有15亿头牛。如果再换算成每年的排放量，那这将是一个天文数字。

换句话说，牛打嗝和胀气会加剧全球变暖。

美国宾夕法尼亚大学兽医学院的 Dipti Pitta近期在《mBio》杂志上发表文章，报道了他的团队关于如何减少牛产生甲烷的研究。

方法很简单：给牛喂红藻。

牲畜体内产生甲烷，是因为它们在反刍的过程中，会依赖胃中的微生物对食物中的纤维素进行发酵，才能够消化食物。

而这其中的一种被称为甲烷球菌的微生物表现非常活跃，在帮助牛羊消化的同时，自己也在大量合成甲烷，于是这些气体通过打嗝或者放屁的方式进入了地球大气。

研究人员发现，一种学名为Asparagopsis taxiformis的海洋红藻能够有效克制甲烷球菌。

给奶牛喂食高剂量的这种红藻之后的两个月内，几乎完全消灭了奶牛瘤胃中的甲烷球菌，而奶牛打嗝和放屁所排出的甲烷含量减少了90%。

该研究还探索了参与甲烷生成的酶活性。结果表明，与对照组相比，当奶牛被喂食红藻时，它们胃里参与甲烷合成的酶减少了。

作者还指出，除了能让甲烷减少之外，红藻还能对牛胃中的微生物产生其它的正面影响。例如，喂食红藻之后，牛胃中产生丁酸的细菌明显变多了，而丁酸是奶牛可以吸收的营养物质。

过去的工作曾发现了许多种能够降低牲畜甲烷排放的物质，此次研究旨在探明为什么一种海洋生物也能做到这一点。

图5 牛的身体器官示意图。牛的消化道有大量微生物帮助消化，同时产生甲烷 （图片来源：freepik）

课代表总结：土豆烧熟了，再加牛肉。不须放屁！试看天地翻覆。

参考文献：

Nagaraju Indugu, Kapil Narayan, Hannah A. Stefenoni, Meagan L. Hennessy, Bonnie Vecchiarelli, Joseph S. Bender, Reeti Shah, Grace Dai, Satvik Garapati, Charles Yarish, Sergio C. Welchez, Susanna E. Räisänen, Derek Wasson, Camila Lage, Audino Melgar, Alexander N. Hristov, Dipti W. Pitta. Microbiome-informed study of the mechanistic basis of methane inhibition by Asparagopsis taxiformis in dairy cattle. mBio, 2024; DOI: 10.1128/mbio.00782-24

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