来源:果壳

2021年又快过完了,在这一年里科学家又为我们展示了许多新鲜有趣的科学现象。照例,本文将以十分主观的标准评选出本年度十大科技动图/视频——相信我,它们绝对值得一看。

断头重生 

海蛞蝓向人类展示了惊人的再生能力:它们有时候能自行断头,然后再从头上长出新身体。

自行断头的海蛞蝓(Elysia cf。 marginata),左滑可以查看刺激动图版 | Sayaka Mitoh and Yoichi Yusa

研究者从两个物种的海蛞蝓身上观察到了这种惊人的再生现象[1]。脱离了旧身体的海蛞蝓头仍可移动、进食,并能在3周内重新长出完整的新身体,失去了头的身体则会逐渐死亡。现在,人们仍不清楚这种再生的具体原理,不过从藻类食物中“偷取”的叶绿体或许是为海蛞蝓头提供重生能量的关键。

水熊虫走路 

水熊虫走路是什么样?可爱程度超乎你的想象。

一只水熊虫低调路过 |  Jasmine A Nirody et al。

在一项有关水熊虫步态的研究中,研究者们记录下了杜氏高生熊虫(Hypsibius dujardini)行走的样子[2]。这些小家伙行走的平均速度为163微米/秒,相当于每秒走了半个身长。研究显示,水熊虫的步行模式与昆虫等节肢动物类似,虽然二者无论个头还是身体构造都有很大差别。

折不断的冰 

在今年之前,我从未见过这么弯的冰:它弹性十足,即使弯曲成近乎圆圈依然不会折断[3]。

这真的是一条冰(动图经过加速) | Xu et al。

普通的冰碴很容易折断,但如果让冰生长成纤细的单晶,则能极大提升它们的弹性,我们在图中看到的就是这样的单晶冰纤维。在低温环境下,研究者在针尖施加电场,让水蒸气分子在电场作用下慢慢生长,形成了这些纤细的单晶冰。

除了富有弹性,这些单晶冰纤维的透明度也很高,因此它或许具有传输光的潜力——不过,必须在低温下保存会限制它的应用。

倒立行走 

因为一种基因缺陷,兔子被迫选择倒立行走。

倒立行走的兔子 | M。 Carneiro et al。/PLOS Genet。

视频中的家兔来自一个名叫“sauteur d’Alfort”的特殊品系,它天生无法协调运用后肢,因此常会用前肢倒立行走。在今年的一项研究中,人们终于弄清了这种缺陷出现的原因:它源于RORB基因的突变[4]。突变导致脊髓神经元功能异常,进而影响了肢体运动的协调性。

研究能帮助人们了解脊髓控制肢体运动的机制,不过兔子们看起来真的好惨……

猫咪封印术 

猫咪对盒子执着到了什么程度?有时它们甚至会坐进一个完全不存在的“盒子”——那只是贴在地板上的方框图案,而且连方框本身都是靠视错觉脑补出来的。

这也能算盒子?| Gabriella Smith/Twitter

猫喜欢盒子这样封闭的小空间,而2017年时网友们发现,甚至只是用胶带在地板上贴出象征性的平面方框都能吸引猫咪坐进来。在今年的一项研究中,人们对这种现象进行了实验,还把“平面盒子”演变出了视错觉版本:是四个缺角圆形围起的视错觉图案,人看了会脑补出一个正方形区域。

从研究者目前收集的数据来看,比起看不出方框的对照组,猫咪更愿意坐在实线或视错觉圈出的方框里[5]。当然,研究样本量还很小,结论也有待证实。

意面花朵 

意大利面也内卷了(误):只要在水里煮一煮,这种新型意面就能从扁平变立体,甚至卷成一朵“玫瑰花”。

吸水膨胀后,意面自发地卷成了一朵立体的“玫瑰花” | Morphing Matter Lab/Carnegie Mellon University

卡内基梅隆大学的研究者设计了这种“变形意面”[6]。在常规的扁面片上加入设计好的凹槽纹路,就能让它们在水煮时发生不均匀的吸水膨胀,变成预设的立体造型。“变形意面”扁平的初始状态能更紧密地塞进包装盒,这样可以减少包装材料和运输成本,同时它依然可以保留丰富的造型与口感。

空中动画 

这不是后期特效,而是真正漂浮在空中的小动画。利用无需屏幕的“空中立体投影”,研究者再现了经典科幻影片场景的微缩版本[7]。

通过控制和照亮悬浮的小颗粒,研究者制造了“凭空显现”的动画效果 | Brigham Young University

在这里,我们看到的动画效果其实源于一个悬浮在空中的小颗粒,它被一束光照亮,并在另一束激光的控制下按预设轨迹移动。这个快速运动的小光点在空中画出轨迹,人眼就看到了仿佛“凭空出现”的动画效果。这种名叫“optical trap displays”的技术最早诞生于2018年,而现在它的改进版又有了更丰富的展示效果。不过,目前这些“凭空显现”的立体投影尺寸还很小。

泡泡开花 

泡泡也有绽放的瞬间:它被戳破时没有碎成小液滴,而是变成了一朵小花。

泡泡开花(高速摄影) | Fuller Lab

斯坦福大学的研究者记录下了这种“泡泡开花”的有趣现象[8]。会“开花”的不是普通的肥皂泡,而是蛋白质溶液吹出的泡泡。这种液膜具有粘弹性,因此泡泡破裂时的表现变得有些像气球:后者在被戳破时也常会像花瓣一样裂开。泡泡破裂的过程时间很短,研究者要用每秒2万帧的高速摄影才能记录下“开花”的瞬间。

松鼠跑酷 

在摇摇晃晃的树枝间移动,松鼠如何决定从哪里起跳?为了得到这个问题的答案,研究者让狐松鼠(Sciurius niger)挑战起了跑酷。

视频:松鼠的跳跃挑战 | UC BERKELEY

实验显示,松鼠会综合起跳“树枝”的稳定程度与目标距离来决定何时起跳,而前者的影响又比后者更加关键[9]。尽管有时着陆姿势略显狼狈,但在实验中从未有松鼠失足跌落。松鼠们用灵活的动作迅速适应了种种挑战,它们甚至还自发用起了踢墙跳的跑酷动作。

松鼠会失手,但不会掉杠 | Nathaniel H。 Hunt et al。

博士说唱 

最后,再让我们重温一下今年最棒的科学rap吧!这是今年Dance Your PhD舞蹈大赛的总冠军作品。

Jakub Kubečka, Ivo Neefjes, Vitus Besel et al。

在视频中,芬兰赫尔辛基大学的几位博士生展示了他们的研究课题:用计算机模拟研究大气中的分子团簇——这些东西正是帮助云朵形成的关键。博士生们用rap歌词介绍了自己的工作,还有喝咖啡、跑程序、码论文的日常,同时画面则是充斥着五毛特效的魔性舞蹈。当然,他们也没忘了顺嘴diss一下别的科研民工:我是第一作者,而你只能当个“et al。”!

参考文献

[1] https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00047-6

[2] https://www.pnas.org/content/118/35/e2107289118/

[3] https://science.sciencemag.org/content/373/6551/187

[4] https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009429

[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168159121001258

[6] https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabf4098

[7] https://www.nature.com/articles/s41598-021-86495-6

[8] https://www.pnas.org/content/118/30/e2105058118

[9] https://science.sciencemag.org/content/373/6555/697

作者:窗敲雨

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