喂鱼多了，鱼会认得我吗？| 一周趣科学vol.50

海底的"粉丝"：野生鱼竟能认出潜水员

在地中海的一个研究站，科学家们遇到了一个有趣的问题：每年野外考察季节，总有一些当地鱼类会尾随潜水员，偷走他们用来做实验奖励的食物。更令人惊讶的是，这些野生鱼似乎能认出曾经携带食物的特定潜水员，只跟随他们而忽略其他人。

为了验证这一现象，德国马克斯·普朗克动物行为研究所（MPI-AB）的团队进行了一系列实验，结果发现：野生鱼确实能通过外部视觉线索区分不同的人类！这一发现发表在《生物学快报》上，表明鱼类可能与特定人类建立差异化关系。

研究团队在地中海8米深的水下研究站点进行了实验。这里的野生鱼已经习惯了科学家的存在。实验在开放水域进行，鱼类作为"自愿参与者"可以自由来去。

实验的第一阶段是训练鱼类跟随特定潜水员。潜水员小美穿着醒目的红色背心，一边游泳一边喂鱼。随着时间的推移，她逐渐去掉了明显的视觉线索，最终只穿着普通的潜水装备，并在鱼类跟随她游完50米后才喂食。

接下来，实验进入第二阶段：测试这些鱼是否能区分小美和另一位潜水员小帅。两位潜水员的装备略有不同，尤其是潜水服和脚蹼的颜色。实验开始时，鱼类会同时跟随两位潜水员，但小帅从不喂食，因此从第二天起，跟随他的鱼就变少了。然而，当两位潜水员穿着完全相同的装备进行实验时，鱼类还是能区分他们。科学家们认为，这强有力地证明了鱼类是能认识潜水员的。

这项研究不仅证实了许多关于动物（包括鱼类）能识别人类的报道，还通过在完全自然的环境中进行的专门实验进一步推进了这一领域。

科学家们认为，既然野生鱼能快速学会使用特定线索识别个体潜水员，那么许多其他鱼类（包括我们的宠物）也可能通过识别某些模式来认出我们。这种机制是跨物种个体间特殊互动的基础。

试图观察潜水员的鱼 

（图片来源：马克斯普朗克研究所）

参考文献：

Maëlan Tomasek, Katinka Soller, Alex Jordan. Wild fish use visual cues to recognize individual divers. Biology Letters, 2025; 21 (2) DOI: 10.1098/rsbl.2024.0558

昆虫触角+无人机=救援神器

无人机在救援、探测等领域的应用越来越广泛，但传统的无人机依赖视觉传感器导航，遇到潮湿、低光、灰尘等环境时，往往“抓瞎”。现在的无人机大多靠摄像头、热成像仪或激光雷达（LiDAR）来“看路”。这些视觉传感器在光线充足、环境干净时表现不错，但一旦遇到火灾现场的浓烟、地震后的灰尘，或者夜晚的低光环境，就很容易“失灵”。

自然界中，许多动物靠嗅觉导航。比如，雄性蚕蛾能闻到几公里外的雌性信息素，精准定位目标。这种能力让科学家们眼前一亮：如果把昆虫的嗅觉系统“移植”到无人机上，岂不是能解决视觉传感器的局限？

于是，日本信州大学团队联手开发了一款“生物混合无人机”。他们把蚕蛾的触角装到无人机上，再结合一套电子信号处理系统，让无人机也能“闻味儿”。这款无人机的核心是蚕蛾的触角。触角上有大量嗅觉感受器，能灵敏地捕捉空气中的气味分子。研究人员还设计了一种“阶梯旋转算法”，模仿昆虫在追踪气味时的停顿行为，进一步提升探测精度。为了让触角和无人机更好地“合作”，团队重新设计了电极和传感器，还用漏斗状的外壳减少空气阻力，并在内部涂上导电涂层，降低静电干扰。经过这些改进，无人机的嗅觉范围从原来的不到2米，提升到了5米。

这款“嗅觉无人机”的应用场景非常广泛：在地震、火灾等灾难现场，它能通过气味快速定位被困人员，为救援争取宝贵时间。在化工厂、天然气管道等场所，它能嗅出危险气体泄漏，防患于未然。

研究人员表示，这项技术的目标是让无人机在灾难救援中发挥更大作用。传统救援依赖人力搜索，效率低、耗时长。而这款无人机能通过气味快速定位幸存者，为救援人员提供精准指引，拯救更多生命。

无人机上装了蚕蛾触角，是真的触角（左上）

 （图片来源：参考文献）

用石头去除大气二氧化碳

斯坦福大学的化学家们开发出了一种新工艺，能够将常见矿物转化为自发吸收大气中二氧化碳并将其永久封存的材料。这一突破性研究发表在1月19日的《自然》杂志上。

在自然界中，硅酸盐矿物会与水和大气中的二氧化碳反应，形成稳定的碳酸氢盐离子和固体碳酸盐矿物，这一过程被称为“风化”。然而，自然风化需要数百年甚至数千年才能完成。自20世纪90年代以来，科学家们一直在寻找通过“增强风化”技术加速这一过程的方法。

斯坦福大学的研究团队在实验室中开发并演示了一种新工艺，能够将缓慢风化的硅酸盐转化为更具反应性的矿物，从而快速捕获和储存大气中的碳。这一新方法的灵感来源于已有数百年历史的水泥制造技术。水泥生产的第一步是将石灰石在约1400摄氏度的窑中转化为氧化钙，然后将其与沙子混合，从而制成水泥的关键成分。斯坦福团队在实验室中使用了类似的过程，但他们用含有镁和硅酸盐离子的矿物替代了沙子。加热后，这两种矿物发生离子交换，转化为氧化镁和硅酸钙——这两种碱性矿物能够快速与空气中的酸性二氧化碳反应。

在室温下，研究人员将硅酸钙和氧化镁暴露于水和纯二氧化碳中。两小时内，这两种材料完全转化为新的碳酸盐矿物，二氧化碳中的碳被永久封存。为了更接近现实环境，研究团队还将湿样品直接暴露于空气中（空气中的二氧化碳浓度远低于纯二氧化碳）。在这种条件下，碳酸化过程需要数周至数月完成，但仍比自然风化快数千倍。

斯坦福团队表示，这种方法可以用于工业规模的二氧化碳捕获。例如，将氧化镁和硅酸钙撒在大片土地上，从周围空气中去除二氧化碳。

目前，研究团队正在测试将这些矿物添加到农业土壤中的应用。随着矿物的风化，它们会转化为碳酸氢盐，最终永久储存在海洋中。研究人员估计，每吨反应材料可以去除一吨大气中的二氧化碳。

这项研究不仅为应对气候变化提供了新的工具，还为农业和工业带来了潜在的经济和环境效益。未来，随着技术的进一步发展和应用，我们或许能够更有效地应对全球变暖的挑战。

自然界中的硅酸盐岩石风化形成绿色的碳酸盐

 （图片来源：维基百科）

参考文献：

Yuxuan Chen, Matthew W. Kanan. Thermal Ca2+/Mg2 exchange reactions to synthesize CO2 removal materials. Nature, 2025; DOI: 10.1038/s41586-024-08499-2

无线充电新突破：谐振调谐整流器

你有没有想过，未来的世界可能不再需要充电线？无线充电技术（Wireless Power Transfer, WPT）正让这一想象逐渐成为现实。

这项技术背后隐藏着一些复杂的挑战，而科学家们最近的一项创新或许能彻底改变无线充电的未来。

无线充电系统依赖于谐振电路，这些电路通过电磁场将能量从发射端传递到接收端。在并联补偿接收器中，电容器会与接收线圈的电感“共振”，从而降低电路的阻抗，提升能量传输效率。简单来说，谐振电路就像是一个“能量调音师”，确保能量能够高效地从发射端流向接收端。

然而，问题来了：这些电磁场可能会干扰其他电子设备的正常工作。为了控制这种干扰，科学家们通常会调整系统的操作频率。但这样一来，调制频率和谐振频率之间就会出现“不匹配”，导致能量输出大幅下降，系统效率大打折扣。为了解决这个问题，过去的方案通常依赖于额外的硬件或复杂的电路。这些方案虽然有效，但也带来了新的问题：能量损耗增加、控制设置复杂、设备体积变大。显然，这并不是最理想的解决方案。

最近，韩国仁川国立大学的Dukju Ahn教授带领的团队提出了一种全新的解决方案——谐振调谐整流器（Resonant Tuning Rectifier, RTR）。这项技术的核心在于它的极简设计，能够自动调整有效电容，使谐振频率与系统的电流同步，从而补偿调制频率和谐振频率之间的差异。与现有方法不同，RTR不需要额外的电源组件或复杂的反馈电路。它只需使用一个简单的传感器线圈来提取相位信息，并不会影响系统性能。这种设计不仅简化了结构，还大幅降低了能量损耗。为了验证RTR的效果，研究团队开发了一个2.2千瓦的汽车无线充电原型。测试结果显示，RTR能够在70毫秒内补偿频率调制（80-90kHz），并在设备未对准的情况下保持稳定的能量输出。更重要的是，系统的效率从3.5%提升到了8.1%，这在无线充电领域是一个巨大的进步。

RTR的意义不仅限于无线充电。Ahn教授指出，这项技术还可以应用于感应加热、等离子体生成和能量转换等领域。它的高效、稳定和极简设计，为未来的无线能量传输系统提供了全新的可能性。

随着无线充电技术的普及，RTR的出现无疑为这一领域注入了新的活力。它不仅解决了现有技术中的关键问题，还让无线充电变得更加高效、稳定和实用。或许在不久的将来，我们真的可以告别充电线，享受真正的无线生活。

电车无线充电示意图 

（图片来源：https://www.businesswire.com/）

参考文献：

Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho, Dukju Ahn. Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2024; 71 (12): 15664 DOI: 10.1109/TIE.2024.3390737

兰花“寄生”在真菌上

是的，你没看错，虽然微生物一般才是寄生生活的，但是有些兰花竟然“放弃”了光合作用，转而从真菌那里“偷取”养分。这种独特的生存策略让科学家们大开眼界。

大多数兰花与真菌有着密切的共生关系。它们通过光合作用产生的糖分，与真菌交换水分和矿物质。然而，有些兰花却“偷懒”了——它们完全放弃了光合作用，彻底依赖真菌获取养分。这种“寄生”行为让植物学家们感到非常好奇：为什么一种植物会放弃光合作用，转而“偷取”真菌的养分呢？

细花山兰是一种特殊的兰花，它既能进行光合作用，也能从真菌那里获取多达一半的养分。这种“半寄生”的特性让科学家们有了研究的机会：这种寄生行为究竟是为了弥补营养不足，还是另有好处？当细花山兰生长在腐烂的木头附近时，它会“切换”到那些能够分解木头的真菌，从而大幅增加从真菌中获取的养分。有趣的是，它并没有完全放弃光合作用，而是“双管齐下”，既自己制造养分，又从真菌那里“偷取”养分。这些兰花长得更大，开的花也更多。研究团队的负责人解释说：“这些兰花不仅仅是在弥补光合作用的不足，它们实际上是在增加整体的营养储备。这种寄生行为与植物活力的提升之间的直接联系，是我们最令人兴奋的发现。”

既然寄生行为有这么多好处，为什么只有不到10%的细花山兰会这么做呢？答案可能在于环境条件。研究人员发现，只有在腐烂的树干附近，才能看到这些寄生个体。要成为“寄生者”，兰花需要从通常的共生真菌切换到能够提供更多养分的真菌。而这些合适的真菌只出现在腐烂的木头附近，并且只有在木头分解的特定阶段才会出现。换句话说，兰花并不是“想寄生就能寄生”，它们只能在特定的环境下才能“偷取”养分。这种机会并不常见，因此只有少数兰花能够享受到这种“营养加成”。

尽管这项研究揭示了兰花寄生行为的一些奥秘，但仍有许多问题有待解答。比如，是什么触发了兰花长出珊瑚状的根茎？环境因素是否会影响兰花从真菌中获取的养分量？

兰花的寄生行为不仅让我们看到了植物界的“狡猾”一面，也揭示了自然界中复杂的生态关系。下次你在森林中看到一朵兰花时，不妨想一想：它是否正在与真菌玩一场“偷窃”游戏呢？

寄生在真菌上的兰花长得更大

（图片来源：参考文献）

参考文献：

“Subterranean morphology underpins the degree of mycoheterotrophy, mycorrhizal associations, and plant vigor in a green orchid Oreorchis patens” by Kenji Suetsugu and Hidehito Okada, 19 February 2025, The Plant Journal.DOI: 10.1111/tpj.70045

作者：牧心