科学问答

长期以来，研究人员一直对氢感兴趣，因为它是宇宙中最常见的元素，也是为恒星提供动力的核聚变反应的燃料。核聚变涉及到轻原子，如氢，或其同位素氘或氚一起反应，形成较重的元素。问题是，为了让原子核反应，你必须让它们靠得很近，因为它们彼此排斥，这是非常困难的。要得到一个合适的反应速率，你要么需要很高的温度，要么需要很高的密度，这很难，因为氢是气体。

由于这个原因，科学家们一直对寻找密度更大的其他形式的氢很感兴趣，其中一种早就为人所知的是金属氢，它存在于木星等行星的中心，密度接近水的密度。

然而，瑞典哥德堡的研究人员一直在利用催化剂和电场分裂氘分子，并研究通过向产物发射激光将电子从一对原子中剥离出来会产生什么。这意味着你有两个带正电的原子核彼此靠得很近，它们会在所谓的库仑爆炸中迅速分离。

研究人员正在测量被抛出的粒子的能量，并发现一些粒子的能量似乎是金属氢的60多倍。这将涉及到约2.3pm的键长或密度为水的13万倍的材料。

这是非常有趣的，因为如果原子核开始时靠得这么近，它们聚变所需的能量就会比传统方式少得多，尽管寿命当然是以纳秒为单位来衡量的，而且科学家到目前为止只制造了非常少量的这种材料。

大多数电脑和电视显示器实际上是通过发光来工作的，无论是让传统电视和等离子屏幕上的荧光粉屏幕发光，还是让现代液晶显示器上液晶面板后面的荧光灯管发光。这在一个黑暗的房间里很好，但是如果你在一个明亮的日子里在外面，阳光完全压倒了屏幕上的光，当然，所有的光都消耗了大量的电力，所以显示器往往是耗电的。

解决方案是制作一种像纸一样的显示器，反射来自外部的光，所以不管它有多亮，你仍然可以看到画面，而且你不产生光，所以它需要更少的能量。有几种技术可以做到这一点，比如一些电子书阅读器上的电子墨水，但它们的变化非常缓慢。

然而，辛辛那提大学的研究人员可能有一个解决方案，可以在视频速度下为你提供全彩。他们的技术是将墨滴夹在两个疏水表面之间。通常情况下，表面张力会将墨滴拉入一个球体，并使其位于像素中心的一个小井中。但如果你施加一个电压，墨水就会被吸引到外表面，它会扩散到整个像素，从而改变墨水的颜色。如果你去掉这个场，液滴又会缩小，如果你把像素变小，它可以很快地转换。目前，他们的原型机可以在50毫秒内切换，这对于视频应用来说已经足够快了，但他们认为他们可以将其改进到1毫秒左右，这远远快于所需的速度。

这仍然是一个原型，但他们有单色显示器工作，他们认为没有理由不能把它们卷起来，所以在几年的时间里，你可能会随身携带一个这样的显示器在你的口袋里。

海伦，我有个问题要问你。格伦·科尔森说:“鱼会睡觉吗?”

海伦·斯卡尔斯:我想戴安娜几周前在“每周问题”中谈到过鱼是否有眼睑，它们没有。那么他们能睡觉吗?答案是肯定的，但这也取决于你如何定义睡眠，因为在人类进入睡眠的过程中，我们大脑中一个叫做新皮层的区域的脑电波模式会发生变化，而鱼类的新皮层区域的发育与哺乳动物不同。

所以很难用同样的方式来说明睡眠对鱼的真正意义，但它们确实如此。如果你算上新陈代谢率降低和活动减慢之类的事情，那么它们似乎确实在睡觉，而斑马鱼，一种淡水鱼，已经在实验室进行了研究。如果你看他们，我认为这是一个很好的想法。你可以在白天观察它们，它们实际上会打盹，它们的尾巴下垂，它们在一天中的特定时间停止活动，它们看起来确实在睡觉。

这是一件事，在南极洲，实际上直到去年他们才发现了第一个冬眠的鱼，除了泥鱼，它们会在天气干燥时进行呼吸，保持自己的生命。在南极洲，它们实际上会放慢速度，停止进食，心率也会减慢。他们在这些鱼身上使用心率监测器来观察发生了什么，我们认为这可能是因为南极洲的冬天变得更暗了。事实上，天黑了，因为没有太阳，它们很难找到猎物，因为猎物还在外面，但它们是视觉狩猎者，周围没有光，它们很难找到食物，所以它们会停下来。

克里斯·史密斯:他们只是睡觉。

Helen Scales -他们有点像熊。有些熊整个冬天都不睡觉。它们实际上每隔几周就会醒来，四处逛逛，找点食物，然后回去睡觉。南极鳕鱼似乎也在这么做。

克里斯·史密斯:这很有趣，因为格伦写了一些他看到的东西，这个问题是由他自己看到的东西引起的。他说:“几年前，我在科尔特斯海的一次夜间潜水中，我们真的看到了一条鱼以不同的方式睡觉。洞穴或角落里的鱼醒着，但只有轻微的反应。还有一些鱼躺在海底，看起来像是在呼呼大睡，它们对我们的潜水光一点也不感到不安，还有一些鱼把自己裹在一个粘液茧里，就像一条保护毯。”

他说:“我怀疑它们也会做噩梦，因为当我们看到一条大海鳗慢慢地游过海底，在它们打盹的时候停下来嗅一嗅可能的食物，然后选择它最喜欢的食物，但海鳗却不理会这些被包裹着的鱼。”他认为是一种濑鱼(他觉得这很有趣)因为他说鳗鱼通常觉得它很好吃。

海伦·斯凯尔斯:是的，它们是鹦鹉鱼，它们生产这种睡袋，我们认为这使它们无法嗅觉，捕食者闻不到它们，但也有其他鱼类在晚上醒来。事实上，如果你去夜间潜水，你会看到一个完全不同的生态系统，因为白天睡觉的动物往往会出来。它们通常是红色的，因为实际上，这意味着它们在晚上是看不见的，因为当光被水吸收时，红色被吸收了。所以当你在夜间潜水时，你会看到白天和黑夜的鱼的变化。

克里斯·史密斯——我自己的看法是否定的，因为我长期临阵退缩。但是他们说“脚冷手冷心暖”，所以我没事。但是并没有真正的证据表明在寒冷中外出与感冒有关。这是一个流传的都市传说，“不要湿着头发出门，因为你可能会感冒。”唯一支持这一观点的证据是在斯堪的纳维亚半岛对那些进行剧烈运动的人进行的一些研究，他们发现，在这些人身上，暴露在极端寒冷的环境中，服用一些维生素C确实有助于抵御感冒，但总的来说，感冒并不会增加患病风险。实际上是身体接触到病原体才会增加患病风险。唯一的例外是，如果你非常非常冷，你冷到你的粘膜受损，你的鼻子在你嘴里的衬里，当然你可能会让自己，如果你皮肤破裂或粘膜破裂，更容易受到细菌感染。所以你必须小心，但实际上没有任何证据表明感冒或洗头与患肺炎或感冒或病毒有联系。所以你可能没事，埃米尔。

克里斯·史密斯:换句话说，地球上有大量的生命，它们都是某个祖先的后裔，这些祖先一定是在39亿年前开始的，我们认为地球上的生命就是在那个时候开始的，我们今天在地球上是如何拥有如此巨大而惊人的基因多样性的?

答案是我们使用DNA作为遗传物质一些生物体使用RNA，它们是两种相关的分子进化和遗传的基础是遗传物质必须被复制并在配子中代代相传，换句话说，就是精子和卵子。

在复制DNA的过程中，这项工作是由酶完成的——细胞中的微型机器，它读取DNA链，然后(希望)复制一个相同的DNA链;然后你就完成了基因信息从一个细胞到另一个细胞的忠实传递。但是偶尔也会发生错误，并且错误发生的原因有很多。其中之一是那些进行复制的酶会犯错误，就像我在复制一本书一样，我面前有一本书打开了，我正在读这本书，在第二本书上做新的拷贝，我可能会错过复制，犯一些错误。其次，环境中有些东西会破坏DNA。环境中有毒品，有化学物质;环境中也有辐射，可能是紫外线辐射，可能是你摄入体内的化学物质，你可能生活在阿伯丁，呼吸着那里花岗岩中释放出来的氡气。任何进入你身体的放射性物质也会损害DNA。如果这种情况发生在制造配子、精子或卵子的细胞上，就会导致突变——DNA的变化。这可以导致DNA自我重组，DNA片段可以被复制，这意味着有机会出现新的基因组合; and once they emerge they can then get co-opted or changed or manipulated in order to do other jobs; and we know this happens because if you look in human DNA you can find the ghosts of genes long dead hidden in our genetic closet. You can find for example, lots of old genes that used to make our haemoglobin which are now no longer effective, and no longer functioning. They're called pseudogenes. But this is where we have copied the genes somehow and then its becomes deactivated but it's still in the genome. Now some other process could come along and reactivate that gene and use it for something else so it's a way of making genetic diversity.

另一种发生的方式是转座子，你有一些可以跳跃的遗传物质它们把自己从你的遗传物质中取出来放在别的地方带着DNA片段，所以这是另一种重新排列你的基因组并产生新形式的基因序列的方式这些基因序列可以成为其他重要的基因。最后一种方法是病毒，因为病毒——某些类型的病毒实际上是把它们的遗传物质插入宿主的DNA中。HIV会这样做，其他病毒，逆转录病毒也会这样做一个很好的例子是有一种海蛞蝓，它被称为Sacoglossan海蛞蝓，它吃藻类当它吃海底的藻类时，它会得到含有叶绿素的叶绿体，这些是藻类内部的小体，含有绿色色素，使藻类能够捕捉阳光，蛞蝓抓住这些叶绿体，把它们放进自己的皮肤里，保持它们的生命，这样蛞蝓也可以利用阳光的能量来获取能量。有趣的是，蛞蝓不得不从藻类中窃取一些基因，以便为自己细胞中的叶绿体提供能量。研究人员认为，唯一可能发生的情况是，一种病毒首先将这些基因添加到蛞蝓中。

所以答案是，这很复杂，但似乎有了自然和进化，几乎一切皆有可能。

我们首先采访了麦考瑞大学大脑行为和进化系的讲师安迪·巴伦。那么摇摆舞是如何进化的呢?当一只觅食的蜜蜂找到了好的食物，她就会回到蜂巢，她会跳摇摆舞，舞蹈中的这些动作非常精确，象征性地代表了到食物来源的方向和距离。然后其他的蜜蜂跟着舞者，它们读懂了这些特定方向的动作，然后它们走出蜂巢去寻找食物。现在我们知道的是，表演舞蹈和解读舞蹈完全是本能的。所以我们不得不推断，这整个复杂的，符号交流系统是由蜜蜂基因组编程的。我完全不知道基因组是如何在如此复杂的情况下运行的，我想也没有人知道;但是有九种蜜蜂，还有跳舞的矮蜜蜂，花蜜蜂——这些是最原始的蜜蜂——它们没有欧洲蜜蜂那么复杂的方向信息;我们熟悉的蜜蜂。也许在数百万年之后，这个警报信号被改进，增加了更多的空间特定信息，随着时间的推移，你得到了某种舞蹈和象征性的摇摆舞。 But again, look, as to how the bee genome and how the bee brain have been modified by the evolutionary process to give bees this dance language, really we still have absolutely no idea, but it's a great question - it is an absolutely fantastic question.We also asked Jurgen Tautz head of the Bee Group at the University of Wurzburg in Germany.The recruitment of nest mates to food source is very important in all social insects. Most primitive we find this represented in bumblebees; where forager bumblebees, after returning to the nest, simply are just alarming their nest mates to give them the simple message: I've found something interesting to go for but there is no information whatsoever about the location. The next step then we find in stingless bees - so experienced bees which know where to go and non-experienced bees leave the nest together and they arrive at the desired location in groups. Then we find in the honeybees this dance language where bees inside the nest, tell their nest mates through this dancing movement about the geographical location. Between the stingless bee recruitment and the honeybee recruitment there's really a big gap in evolution. The reason why I think that the dance language as you find in the honeybee has evolved and not like in bumblebees or stingless bees has also to do with the precision of the nest they are building. The combs make the surfaces on which the dance is performed and these combs are extremely regular and they hang absolutely perpendicular so the direction of gravity inside the nest can be used as a direction of reference. Bumble nests are very sloppy, and stingless bees' nests, they are also not very regular so there would not have been the opportunity to evolve such a language in other closely-related species.

海伦·斯卡尔斯:这是个好问题;从根本上说，光合作用实际上始于海洋——水下——因为那里是植物和藻类最初进化的地方。然后他们搬到了陆地上。

因此，光肯定会进入海洋的上层，光合作用过程就是在那里捕获光并将其转化为能量——实际上是转化为碳水化合物，这是食物链中其余部分所依赖的。

藻类必须维持在海洋的上层，因为一旦你进入海洋的深处，首先红光会被吸收，这就是为什么海洋看起来是蓝色和绿色的。光确实能到达那里，但它必须在高层中保持自己。

例如，如果你看珊瑚礁，它们的组织里有植物——藻类，这些类型的珊瑚必须通过在大珊瑚礁上生长来维持自己，在巨大的层中沉积碳酸钙，这些层不断堆积，随着海平面上升，它们必须保持自己的步伐，以保持自己在可爱的，阳光明媚的，美丽的热带海洋中，我们都喜欢去浮潜和潜水。

但当你深入到更深的地方，它们就会逐渐消失，有些珊瑚的组织中实际上没有光合藻类;它们和其他动物一样靠捕食为生。它们从水中捕获病毒，这些是生活在深海的生物。

所以你确实看到了这个分区。你可以在海滩上看到类似的东西，不同类型的海藻使用不同类型的色素来利用光线，无论是在有很多光线的开阔区域，还是在光线开始被吸收的地方。

戴夫:这就是海藻呈红色的原因吗?因为如果它在深水中，它不会吸收红色;蓝光可以一直照射下去，所以它吸收蓝色而不吸收红色?

海伦·斯凯尔斯:有些海藻是红海藻，没错，红海藻是藻类的一种分支。它们有不同类型的色素，这些色素会消耗掉绿光和蓝光，而红光会被反射回来，这就是它们看起来是红色的原因。

克里斯·史密斯:所以最重要的是，基本上，海洋中的光合作用和陆地上的光合作用几乎没有什么区别，因为它们都是相同的过程。它只是被稍微调整了一下，以利用可用的光，而不同波长的光在水外面比在水里稍微多一些，但最重要的是，它们几乎都是一样的。

海伦·斯凯尔斯:是的，它在海洋中非常重要。如此多的光合作用在进行，二氧化碳在这个过程中被固定在海洋中，我们知道这也非常重要。

克里斯·史密斯:当然，因为海洋是地球上最大的二氧化碳汇，不是吗?