让我们来看看视觉科学的是眼科顾问医生尼克·萨基斯，他将讨论眼病以及我们如何治疗它们，罗恩·道格拉斯将深入了解色觉以及世界是如何通过动物的眼睛呈现出来的。继续关注动物，鲍勃和切尔西揭示了有毒鱼类的数量可能是蛇的三倍，在《厨房科学》中，德里克·索恩让自己在墙上弹了足够长的时间来发现超级球是如何旋转的。
在这一集里
昆虫研究，呼吸新鲜空气
一项关于甲虫的研究揭示了为什么不再有3英尺长的蜻蜓在你的花园里嗡嗡作响(就像3亿年前那样)——这都是因为氧气。来自亚利桑那州中西部大学的亚历山大·凯泽和他的同事们对四种不同的甲虫进行了x光扫描，这些甲虫的体型越来越大，包括长3毫米的三角甲虫和大得多的3.5厘米的黑鳞甲虫。目的是测量气管的相对大小，气管是它们用来将空气吸入体内的。这些气管沿着昆虫身体的两侧延伸，动物通过泵腹使空气进出。但x射线显示，随着体型的增大，气管变得不成比例地大，占据的空间比昆虫体型增长所预计的要多20%。这在身体和腿的交汇处就成了一个问题。连接这两个结构的开口只能变得这么大，限制了可以通过的气管的大小，从而限制了甲虫的大小。根据他们的测量结果，研究小组计算出，甲虫的长度不可能超过15厘米。事实上，目前地球上最大的甲虫物种是来自南美洲的泰坦尼克长角甲虫，它的名字恰如其分，能长到15-17厘米。但是，这是基于当前约21%的氧浓度。 300 million years ago oxygen levels were much higher - closer to 35% - and as a result insects didn't need such big trachea and huge insects, including dragonflies with a three and a half foot wingspan were common.
箭鱼正对目标
德国科学家发现，射水鱼会根据猎物的大小来调整射水的力度。射水鱼瞄准目标，将猎物射到水中。来自埃尔兰根-纽伦堡大学的托马斯·施莱格尔和他的同事们在本月出版的《当代生物学》杂志上发表了一篇文章，他们利用每秒能捕捉5000帧的高速摄影技术，计算出了这种鱼把猎物从栖木上撞下来的力量。有两个主要发现:猎物越大，鱼使用的力量越大。这种效应甚至在以前在水箱中长大的鱼身上也能看到，在水箱中，只要放多少水，它们就会得到食物奖励。研究人员认为，这种效应可以归结为一个简单的原理，即物体越大，它附着在物体表面的附着力就越大。第二个发现是，鱼将它们用来获取午餐的能量最小化。对于更大的目标，他们增加了他们发射的水量，而不是他们发射的压力或速度。这意味着，他们装两倍的冲床，以两倍的能量，而不是两倍的冲床，四倍的能量，这将是如果他们改变压力或体积的结果(因为动能变化与速度的平方，但只有线性与质量)。因此，他们每喝一杯都尽可能地消耗最少的能量，这意味着他们充分利用了用餐时间。
大熊猫是彩色的
尽管大熊猫是黑白相间的，但这并不意味着它们只能看到黑白——因为本周我们有来自美国科学家的消息，他们发现大熊猫不是色盲，而是可以区分颜色和灰色。来自佐治亚理工学院的研究生安吉拉·凯林(Angela Kelling)与生活在亚特兰大动物园的大熊猫“洋洋”和“伦伦”一起工作。她发现它们能够区分颜色和不同深浅的灰色。为了找到答案，她进行了一项为期两年的研究，在研究中，她给两只熊猫三个PVC管道，每个管道都挂在一张纸下面——其中两个管道挂在灰色纸下面，第三个管道挂在红色、绿色或蓝色的彩色纸下面。如果熊猫推彩纸下面的管子，它就会得到一些食物作为奖励。但如果它把一根管子推到灰纸下面，它们就得不到奖励。她用不同的颜色组合重复了一遍又一遍的测试，发现熊猫能够区分彩色纸和灰色纸，因为一旦它们知道彩色纸意味着食物，它们就会更频繁地推彩色纸而不是灰色纸。我们仍然不太了解熊猫的色觉类型，从这项研究中还不清楚熊猫是否能分辨红、绿和蓝。但现在我们知道它们可以分辨灰色和其他颜色，这可能有助于它们在绿色竹子中更好地觅食，它们一天中大部分时间都在吃竹子。
极端的环境改变了鱼的外表
魔鬼洞鳉是世界上最濒危的鱼类之一，因为在野外，整个物种只生活在加州死亡谷的一个岩石池里。现在科学家们已经发现，魔鬼洞的小鱼，一种只有一英寸长的鱼，之所以长这样，部分原因是它们狭小的拥挤环境。一些野生幼鱼被转移到人工饲养场所，以确保在魔鬼洞自然种群灭绝的情况下，该物种能够存活下来，但在避难所繁殖的幼鱼已经开始看起来与它们的野生兄弟姐妹大不相同，它们的身体更深，头部更小。这种人工养殖鱼类外观的变化引发了一个严肃的问题，即如何保护这种稀有物种免遭灭绝。来自加州大学戴维斯分校的肖恩·勒玛和加布里埃尔·内维特开始尝试了解环境变化如何影响小鱼的外观。他们在实验室里研究了一种类似但未受威胁的物种——阿玛戈萨小鱼——为了模拟魔鬼洞的环境，他们把水箱里的水加热，并限制了鱼能吃的食物量。你瞧，阿玛戈萨小鱼开始看起来更像野生的魔鬼洞小鱼了。从积极的方面来看，这些研究表明，鱼类可能比以前认为的更能适应不断变化的环境，但这也可能意味着，如果将人工繁殖的幼鱼重新引入死亡谷的魔鬼洞，试图重建野生种群，它们可能会死亡。这也提出了一个略带哲学意味的问题，如果一种动物的外貌与它所处的环境如此密切相关，那么如果它不是被保存在同一个栖息地，它还是同一条鱼吗?那么，如果野生的魔鬼洞幼鱼都灭绝了，那么把它们关在笼子里真的有什么意义吗?
旋转和弹跳球的科学
本周德里克和剑桥大学的休·亨特教授以及来自诺维奇学校的学生助手詹姆斯和马丁在一起。他们会发现弹跳球的科学原理。
要做这个实验，你需要:
超级弹力球一点点油或凡士林厨房柜台碰到垂直的瓷砖墙
如何做实验:
1 -拿起这个有弹性的球，轻轻地把它滚过工作台面，滚向墙壁。看看它能反弹多远。
2 -在瓷砖上涂一点油或凡士林球碰到墙的地方。
3 -再次将球滚过工作表面看看它能反弹多远。
这是怎么呢
这个实验的重点不仅在于观察球反弹的距离，还在于思考旋转方向是如何变化的。如果你认为球在向墙移动时是顺时针滚动的，那么在回来的路上它一定是逆时针滚动的。这种自旋方向的改变需要能量，但是能量从哪里来呢?
当把球滚到干燥的墙上时，你可能已经注意到它在回来的路上开始反弹。正是这种反弹帮助球改变了它的旋转方向，而墙提供了踢力。
仔细观察，你会发现当球接近墙壁时，它试图继续沿着它的方向向上滚动(即:顺时针)。然而，重力意味着它不能长时间这样做，所以它必须再次下降。这使得球开始反弹并向另一个方向滚动(要查看此效果的图形模拟，请访问休·亨特的网站）.
那么当墙上有油时会发生什么呢?与墙壁干燥的时候相比，球不能再抓住并向上滚动。这可以防止球反弹，并且不能再使用墙壁来改变其旋转方向。
结果是，球开始以错误的方式旋转(即:仍然在顺时针方向)。它能开始逆时针旋转的唯一方法是依靠球和厨房柜台之间的摩擦。然而，当它这样做的时候，球已经失去了所有的能量，完全停止了。
这就是为什么当壁上有油时，球不会滚回那么远。油减少了摩擦力，阻止了球被踢到墙上，使球即使向后运动也能继续向前滚动。
那么我们在其他地方也能看到这种效应吗?在斯诺克比赛中，当球滚向垫子时，你可能会看到球以这种方式弹跳。事实上，你根本看不到这一点，因为垫子是特别设计的，这样球反弹回来时就不会跳起来。坐垫是有角度的，这样球和坐垫之间的接触点就不是恰好在球的一半(就像它撞到垂直的墙一样)，而是在球的表面更高的地方。
眼部疾病和如何治疗
剑桥阿登布鲁克医院的尼克·萨基斯医生
克里斯-所以视觉一定是我们最看重的感觉。
尼克:是的，我认为人们确实非常重视自己的视力。
克里斯-但是你的眼睛到底是怎么工作的呢?
尼克:它将光能转化为化学能，然后转化为电能，然后通过神经传递到大脑中的专门细胞。
克里斯:好的，但是很明显，环境充满了光。它是如何到达眼睛的正确位置的呢?前线发生了什么事?
尼克-它必须是聚焦的。因此，眼睛的前部负责将光线聚焦到视网膜上，视网膜非常专门地接收光线并将其转化为化学能。
但是我认为，大约有一半的人戴眼镜。为什么呢?为什么我们的眼睛出了问题，需要戴眼镜?
问得好。这非常令人不安，特别是在中国和亚洲其他国家。由于眼睛太大而无法将光线准确聚焦在视网膜上的近视似乎正在增加。问题是为什么?
克里斯-但是当一个人近视或远视时，眼睛里到底发生了什么呢?
尼克:问题是视网膜的焦距不对。如果一个人是近视眼，那么视网膜就太靠后了，如果他是远视眼，那么视网膜就太靠前了。
克里斯:好，现在如果我们来看看眼睛到底是怎么出问题的，肯定有很多疾病会让眼睛变得更糟，尤其是随着年龄的增长，除了近视和远视。
尼克:是的，有很多疾病。三种最常见的，也是世界上最常见的，可以治愈的是白内障。这仍然是世界上最常见的致盲原因。
克里斯-那么白内障患者体内到底发生了什么?
尼克:白内障是指晶状体变得混浊。眼睛内的晶状体被设计成保持透明。但随着时间的推移，它的化学结构会发生变化，不再透明。
克里斯:开始有雾了。
尼克:没错。
克里斯-我们知道为什么会这样吗?
尼克:我们知道为什么它会发生在一些患有罕见代谢疾病的人身上。我们真的不明白为什么最终会发生在每个人身上。
克里斯-这是家族的事吗?
尼克:它可以在家族中遗传，虽然不常见。
Chris -所以很明显，现在这么说很常规。
尼克-这可能是世界上最常见的手术:取出晶状体，换上人工晶状体。
克里斯-你到底是怎么做的?
Nick -西方世界有一些高科技设备，但没有高科技设备也可以做得更简单。世界上其他国家的做法更像这样。
克里斯-尼克，给我们讲讲白内障手术的具体细节吧。可能有很多人被告知他们处于白内障的早期阶段，因为这不是一个全有或全无的事情。有些人有一些白内障的变化，这还不够，他们需要立即更换，但总有一天他们会这样做的。那么他们将面临什么呢?
尼克:他们将面临摘除晶状体并用人工晶状体代替的手术。为了做到这一点，我们必须在眼睛上做一个切口，所以这是一个大手术。这就是为什么除非白内障引起个人问题，否则不做手术的原因。也许他们不能很好地阅读或认出他们的朋友在街的另一边。
克里斯-所以你做了一个小切口…
尼克:你在眼睛上做一个小切口，用超声波设备，我们软化晶状体的坚硬部分。这叫做原子核。我们把它吸出来，然后吸出晶状体周围的部分，称为软晶状体物质。我们把一个人工晶状体插入到晶状体所在的胶囊中。
克里斯-如果我说错了请纠正我，但是我们眼睛里的肌肉可以拉伸或压缩晶状体，使其变胖或变薄，这样它就可以在视网膜正常工作时将光线聚焦在视网膜上。那么你植入的人工晶体是否有这种能力呢?
尼克:还没有。有人尝试设计材料和镜片，使其在眼睛内部具有一定的灵活性，但到目前为止，他们还不是很成功。
克里斯:那么这是否意味着做过这种手术的人最终会有点近视或有点远视，这种情况可以纠正吗?
尼克:是的，如果他们愿意，他们可以是远视或近视眼。这取决于个人喜好。近视的人一生都喜欢保持近视，所以我们给他们戴上了一个镜片，让他们保持一点近视，这样他们就可以独立阅读了。
动物视觉和色觉
与伦敦城市大学的罗恩·道格拉斯教授合作
克里斯-嗨，罗恩。刚才你谈到了羊和牛，但是你怎么知道羊能不能认出颠倒的羊呢?
Ron - Helen之前解释了一些关于熊猫如何看到颜色的实验。你可以做很多事情:例如，你可以观察眼睛的结构，这将告诉你很多关于动物能看到什么的信息。你也可以训练它。所以在海伦的例子中，你训练它区分红色目标和不同的灰色目标。如果你把一只动物放在一个旋转的鼓里，鼓上有条纹，它们就会跟着条纹走。这被称为光-运动反应。然后你把条纹变得越来越窄，直到动物不再跟随它，然后你就可以看到它能看到多么精细的细节。所以你使用各种各样的训练技巧。
克里斯:好吧，让我们回到你的专长上来，那就是色觉。有一个古老的问题，那就是狗看不见颜色;他们有黑白视觉。但这不是真的，对吧?
罗恩——不。当然，几乎所有的动物都能看到颜色，只有极少数不能。我认为我们很难想象世界在其他人眼中是什么样子，我们倾向于认为人类对世界的看法和你一样好。的确，人类的色觉很好，如果你把我们的色觉和其他哺乳动物，比如狗和猫的色觉比较，我们的色觉肯定更好，但哺乳动物的色觉相当差。大多数哺乳动物都有两种色素;两种锥体。他们被认为是二色性的，他们看世界的方式更像是一个红绿色差的人。人类有三种这样的色素，被称为三色。
克里斯:是不是因为我们在白天外出，才会有这种强烈的色觉?
罗恩:是的，但是当你看到哺乳动物以外的动物时，我们的色觉就不那么好了。如果你观察鱼类、鸟类和青蛙，你会发现它们有更好的色觉。他们有更多的视觉色素;也许四到五个。它们比人类能分辨更多的颜色。
海伦:我想我最喜欢的是生活在海里的螳螂虾。我说它们的眼睛是世界上最复杂的眼睛之一，它们有八种视觉色素，还有很多其他类型的色素，比如偏振光和光的分布，还有这些神奇的长柄复眼，我说得对吗?
罗恩——没错。螳螂虾就像是世界色觉冠军。如果你把视觉色素的数量和它眼睛里的其他滤光器结合起来，它实际上可以在它的眼睛里分辨出16种不同的色素，和我们的三种相比，这是相当惊人的。
Chris -这就引出了一个问题，为什么，Ron?
罗恩:我认为对人类来说，色觉并不是那么重要。如果你对某人说他们会失去看颜色的能力，他们会有点担心，但这不会是毁灭性的，因为我们的生存并不真正依赖于，也从来没有依赖于我们看颜色的能力。就进化而言，它对区分绿色的、未成熟的浆果和红色的、成熟的浆果非常有用。但如果你把它们和色彩鲜艳的珊瑚鱼相比，颜色在它们的生活中显然比在我们的生活中重要得多。
克里斯:我们到底是怎么看到颜色的?眼睛是如何区分彩色视觉和黑白的?
罗恩:为了看到颜色，你需要比较两种不同类型的细胞的输出，这两种细胞被称为视锥细胞。黑白视觉只依赖于一种被称为杆状体的感光器，因为你只有一种感光器，所以你没有什么可以比较的，所以你看不到颜色。你可以通过比较我们人类所说的红视锥细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞的输出来看到颜色。
克里斯:这是非常需要光的，不是吗，所以它在晚上不太好用。这就是我们在晚上只能看到黑白的原因吗?
罗恩:如果光线很暗，我们只使用视杆，你根本看不到颜色。这是因为看到颜色的能力和看到弱光水平的能力，即我们所谓的绝对灵敏度，或多或少是相互排斥的。所以你要么充分利用光线，要么就能看到颜色，但你不能同时做到这两点。
鲑鱼养殖场和毒蛇
来自美国科学促进会的切尔西·沃尔德和鲍勃·赫森
鲍勃-本周的科学更新，我们将为您带来关于鲑鱼养殖场如何杀死野生鲑鱼的最新消息。但首先，在其他鱼类新闻中，切尔西告诉我们，可能有比任何人想象的更多的有毒鱼类。
切尔西-当你想到毒液时，你可能会想到蛇。世界上大约有450种毒蛇。但纽约美国自然历史博物馆的一项新研究表明，有毒鱼类的数量至少是美国的三倍。世界上至少有1200条有毒的鱼。鱼类学家利奥·史密斯和沃德·惠勒通过将200种已知的有毒鱼类放在他们新的进化树上，并猜测哪些其他鱼类也有毒液，得出了这一估计。然后他们用解剖证实了他们的预测。史密斯解释说，这个估计是非常保守的。
只有当有人真的发表了一篇关于群体中毒液的论文时，我才把他们包括进去。而且，你知道，我们很多人都被其他明显有毒的蚊子蜇过。
切尔西-史密斯说，如果这个数字上升到6000多，他不会感到惊讶，这对经常使用毒液开发新药的药物研究人员来说是个重要的消息。
谢谢你，切尔西。鲑鱼养殖场可以间接杀死35英里半径内的野生鲑鱼幼崽。这是根据加拿大阿尔伯塔大学博士生Martin Krkosek对14000多条鱼进行的为期两年的研究得出的结论。他解释说，鲑鱼养殖场充满了海虱:这种寄生虫对成年鲑鱼相对无害，但对幼鲑鱼致命。
马丁:这些鱼只有一英寸长。它们重约半克。它们没有任何保护性的鳞片，一两个虱子就能杀死它们。
在野外，幼鱼很少得海虱，因为它们在远离成年携带者的地方长大。但Krkosek发现，沿着幼鱼洄游路线的养鱼场可以感染并杀死经过的95%的幼鱼。因此，他说，养殖似乎正在耗尽野生鲑鱼的数量，而不是拯救它们。
切尔西:谢谢，鲍勃。这周就到这里。下次我们将讨论一些草原土拨鼠，它们忙于思考你知道什么而没有注意捕食者。在此之前，我是切尔西·沃尔德。
我是Bob Hirshon，来自美国科学协会。回到你身边，裸体科学家!
冷水洗能杀死细菌吗?
这是一个很好的观点，有一些事情需要记住。你衣服上的气味实际上并不是衣服上的细菌本身。你的身体为细菌创造了理想的栖息地。它们生活在死皮和你喷到身体表面的汗液上。它们会产生微量元素、化学物质和代谢物，像吸墨纸一样被你的衣服吸收，而且它们有点臭。所以你的衣服闻起来不一定是因为它们被污染了。当你洗衣服的时候，你把这些物质洗掉了，这就是为什么它们有一种好闻的味道。你提出的一个很好的观点是，这些温度是否足以中和衣服上的任何细菌。我想，如果你在医院工作，这可能很重要。答案是，洗衣粉中含有很多洗涤剂，而且碱性很强。 It can cause caustic burns if you put it on the skin. It would take some pretty hardy bugs to survive it, but some can. Things like mycobacteria that cause TB can survive in those conditions. You maybe should consider washing at higher temperatures if you think there might be bugs loitering on there.
被视网膜病变损伤的血管会自我修复吗?
我不确定它们是否能自我修复，但情况似乎是，如果你把血糖控制得很好，你患上严重糖尿病视网膜病变的几率就会降低。所以控制好你的糖尿病是非常值得的。你可以阻止它变得更糟，而不是逆转你已经造成的伤害。一旦血管开始在视网膜上增殖，我们知道它们可以用高能激光进行激光照射，它们可以被摧毁。这可以防止它们造成原本会对视网膜功能造成的损害。
为什么我认不出倒过来的脸?
恐怕我一点头绪都没有!虽然我能说的是，虽然我们做不到，其他动物，比如羊和牛，当它们倒过来的时候，也认不出其他的羊和牛，但猴子却能做到。所以这似乎意味着，如果你习惯倒挂，那么这是你可以做到的。据我所知，他们还没有研究过蝙蝠面部识别技术!
为什么黑白比红白好?
我可以坦率地说，我真的不知道这个问题的答案。我怀疑这只是我们习惯的。我们习惯看彩色照片，也习惯看黑白照片。但我们不太习惯看到红色电视或绿色电视。我怀疑这只是我们所熟悉的。
为什么眼睛有时会流泪?
当你在风中外出时，它会刺激眼泪的产生。眼泪很有用，因为它们能保持角膜，也就是眼睛的前部，湿润。它们使眼睛保持光滑和功能。但是如果你在一个刮风的日子出去，你经常会产生一些太多的眼泪，它们充满了整个结膜囊，所以你是在透过水看。所以我怀疑是不同的条件导致的。
有人会近视到晚上还能看见吗?
问题是，在空气中，光线由眼睛前部的角膜和眼睛内部的晶状体聚焦，实际上大部分聚焦是由角膜完成的。角膜之所以能聚焦，是因为空气和水的折射率不同。但是一旦你把你的头放在水里，水的折射率和眼睛里的液体是一样的，角膜不再聚焦光。然后角膜就失去了作为屈光表面的作用。为了回答这个问题，我们的眼睛据说有50屈光度的聚焦能力。45度的屈光度是由于角膜。所以大约四分之三的眼睛聚焦能力是由角膜决定的。当你潜到水下你失去了作为聚焦表面的角膜。所以你必须有45度的近视，这意味着通常你只能聚焦在2厘米多一点的地方。我从没见过度数是- 45的人。
我们怎么能在一夜之间形成斜视呢?
可能是因为其中一块肌肉不能正常工作。有六块肌肉，可能是因为其中一两块肌肉不太好。所以可能是某个地方的神经受到挤压，但由于是在夜间发生的，更有可能是血管堵塞。所以对神经的供应被破坏了神经不能很好地工作。通常情况下，它会在几周内恢复。
海鸟有偏光视力吗?
很多动物都有偏光视力，所以这是一个很好的建议。另一件我认为很有趣的事情是，鸟类会潜入水下。早些时候，我们讨论了人类在水下观察时变得远视的方式;而在水下潜水的鸟类则不然。它们实际上可以容纳高达60度的屈光度，这意味着它们可以真正改变镜片的形状。它们通过将晶状体撞向非常坚固的虹膜，在晶状体的前部形成一个很大的凸起。
为什么我们眼睛里的视锥细胞是红色、绿色和蓝色的?
它们实际上根本不是红、绿、蓝，尽管我们倾向于这样称呼它们。它们实际上是蓝色、绿色和黄色的。长波锥主要吸收黄色而不吸收红色，这就是我们看到黄色的原因。
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