果壳超强的——科学可以证明 |一周科技

原创 见文末 果壳

欢迎收看一周科技。本周你将看到：①果壳强韧的秘密；②人造“变色龙”；③数万年前的穴狮宝宝；④人生代谢曲线；⑤能快速止血的胶水。

坚固果壳

吃到没有开口的开心果十分令人崩溃：这些小小的坚果外壳坚硬而强韧，绝不会被人轻易咬开。本周，一项研究揭开了开心果壳坚固的秘密：一切源于其中3D拼图般的细胞结构[1]。

核桃与开心果壳，以及组成它们的细胞结构 | SEBASTIAN J. ANTREICH

研究者动用断层扫描、电子显微镜、原子力显微镜等多种方法，对核桃和开心果的壳进行了细致的分析。结果显示，这两种果壳都由“3D拼图结构”组成。每一块“拼图”都是长着厚厚细胞壁的死细胞，它们有很多复杂的凸起，和相邻细胞形成牢固的锁扣。每一个“拼图细胞”平均与14个邻近细胞勾在一起，彼此难以分离。

视频：果壳中彼此牢牢锁住的“拼图细胞” | Sebastian J. Antreich/Science Magazine

而在这两种壳中，开心果壳更加强韧，也更擅长吸收冲击。这是因为组成开心果壳的“拼图细胞”有更多凸起，并且会形成类似球形关节的锁扣。借鉴这种3D互锁结构，或者直接对废弃果壳进行加工，或许能制造出性能卓越的新型材料。

人造“变色龙”

在本周《自然-通讯》的一项研究中，研究者展示了一只“机器变色龙”：它可以感知周围背景的颜色，并迅速改变“体色”，让自己融入背景[2]。

视频：边爬行边变色的“机器变色龙” | Seung Hwan Ko

在这里，机器人变色依靠的是热致变色液晶，这种材料的结构和色彩随着温度改变。液晶层下方整合了数层银纳米线制成的加热器，它们可以选择性加热液晶局部，从而呈现彩色花纹。“变色龙”的肚子上装有检测背景颜色的传感器，信号输送到控制系统，就可以通过加热器控制颜色的展示了。利用这种方法，可以在半秒内匹配环境颜色。

热致变色液晶本身并不是新鲜事物，不过这项研究提供了一种利用简单系统实现伪装效果的新思路。然而，这种变色伪装也有缺点，例如颜色效果会受到环境温度的影响。

穴狮宝宝

穴狮（Panthera spelaea）是现代狮子的亲戚，但它们在1.3万年前就已灭绝了，因而可供研究的标本也十分有限——但现在，科学家找到了两头穴狮幼崽，其中一头连胡须都清晰可见[3]。

连胡须都保存完好的穴狮幼崽，它生活在距今约2.8万年前 | Love Dalen

这头雌性穴狮幼崽被命名为Sparta，2017年被发现于西伯利亚的冻土中；次年，在相距15米的地方，人们又发现了一头雄性穴狮，命名为Boris。Sparta可能是目前保存最完好的冰河时期动物，毛发、皮肤、牙齿都保存完整，毛发颜色比Boris更深。研究发现，这两头穴狮幼崽死亡时只有1～2个月大。虽离得近，但它俩其实相差了上万年，Sparta来自约2.8万年前，Boris则生活在4.3万年前。

没有人知道两只小穴狮为何会在幼年夭折。它们的肋骨脱臼，头骨和身上的其他骨骼也有损伤，研究者认为这些不是捕猎者或食腐者造成的，而可能是滑坡等自然现象造成的。穴狮生活的时间恰逢地球冰期，冻土的覆盖让它们得以保存过上万年的时间，成为毛茸茸的木乃伊穴狮。

人生代谢曲线

在本周《科学》的一项研究中，科学家们分析了人类一生不同阶段的代谢与能量消耗变化，并从中发现了与预想有所不同的规律[4]。

代谢随着年龄而变——但变法和人们预想的不太一样 | pixabay

这项研究纳入了来自29个国家6421位被试的代谢实验数据，他们的年龄从8天到95岁不等。数据显示，小婴儿是真正的能耗大户：假如拉平体型差异，1岁婴儿的每日能量消耗会比成年人多50%。在出生后的第一年里，人的能量消耗迅速上升，接下来又缓慢下降，在20岁左右达到平稳的成年人水平。在20-60岁之间，人的能量消耗水平保持平稳——这样看来中年发福似乎也不能怪代谢变慢。接下来，能量消耗在老年时期又会缓慢下降。当老人达到90岁以上时，能量消耗大约比中年人少了26%。

代谢的变化规律可以帮助人们了解人类发育与衰老，并制定更合理的营养与健康策略。

藤壶胶水

受藤壶的启发，研究者开发了一种新型的组织胶水：即使伤口被出血覆盖，这种胶水也可以在15秒内牢牢将组织粘住[5]。

向藤壶学习做胶水 | pixabay

藤壶可以把自己牢牢粘在船底、岩石甚至鲸的身上。这些表面潮湿而且并不洁净，但藤壶的粘合却丝毫不受影响，这是因为它们会把粘合剂分散在排斥水的油性基质当中。研究者模仿藤壶，将粘合剂微粒分散到硅油当中制成了胶水。硅油可以“推开”血液，让粘合剂顺利地与组织表面形成交联，快速封住伤口、止住出血。动物实验显示，这种粘合剂可以快速止住肝脏出血，并且比现在市面上的止血剂起效更快。

这种“止血胶水”有望用于创伤急救，或者帮助凝血功能障碍患者快速止血。

参考文献

[1]https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.210399

[2]https://www.nature.com/articles/s41467-021-24916-w

[3]https://www.mdpi.com/2571-550X/4/3/24/htm

[4]https://science.sciencemag.org/content/373/6556/808

[5]https://www.nature.com/articles/s41551-021-00769-y

作者：麦麦，窗敲雨

原标题：《果壳超强的——科学可以证明！|一周科技》

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