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中国科普博览权威发布_中国科普博览网(2024年12月精准访谈)

内容来源：兔耳朵在线影院所属栏目：观点更新日期：2024-12-04

中国科普博览

【中国科普博览】在太空中食物吃完了怎么办或许可以“吃”小行星！航天员的食物从哪来？目前长时间的太空旅行对人类来说依然是非常困难的，除了幽闭的小空间可能会对航天员带来心理损伤之外，航天器有限的载重如何在人员、水、空气以及食物之间取得平衡也是一个很大的问题。如果这些维系生命所必需的物质完全由地球补充的话，不仅意味着巨大的成本，也意味着我们对太空的探索注定无法走远……举个例子，根据一项科学研究，六位航天员执行一次火星任务，其食物需求将会重达12吨（不含包装的净重），而即使是运载成本较低的SpaceX，其每千克载重的成本也高达2720美元。如果说载人探索火星还属于我们咬咬牙就能够到的水平，那未来要探索木星、土星这种更遥远的行星，甚至是外太阳系，其成本将会高到完全无法承受的地步，而且补给的时效性也会非常低下。正因如此，人们对太空食物的研究从未停下脚步，比如在目前条件下最容易实现的太空农场——直接在空间站或航天器中种植植物并收获——已经在中国和美国的两个空间站中进行了多次实验，并已经在太空中培育出了多种蔬菜，美国的航天员甚至早已在太空吃到了他们种下的生菜、胡萝卜和辣椒等蔬菜。除了蔬菜之外，人们还试图在太空中养殖藻类、蘑菇以及昆虫等。但这些养殖或种植设备都需要进行复杂的设计和长期维护来模拟地球生态系统，才能让动植物们在设备中正常生长，而且若要做到在太空中实现食物自给自足，目前的设备产量还远远不够，还需要增加设备体积和数量，但无疑这会占据大量航天器空间。为了寻找更加简便又节省空间和成本的方法，有科学家将目光投向了小行星——从小行星开采有机物，经过简单处理后喂食给细菌，细菌会消化它们，并形成人类可食用的有机物。并没有开玩笑，小行星中也有有机物！人类对小行星的研究已经进行了数百年——虽然当时我们无法直接从小行星获取样本，但这并不妨碍它们自己过来找我们——每年都会有大量小行星的碎片坠落到地球上，我们将其称之为陨石，根据估算，每年坠落的陨石数量高达1.7万颗。通过长久的研究，科学家们将陨石按照成分大类分为：石陨石，石铁陨石，铁陨石这三大类，并依据陨石中的具体结构和成分，更进一步将这三大类陨石分为更多的陨石组。比如在石陨石之下又按照陨石的结构，将其分为球粒陨石和无球粒陨石，球粒陨石指的就是陨石中存在球状颗粒的类型。据统计，坠落在地球上的陨石中有86%都是球粒陨石。这些陨石中的球粒被认为在太阳系形成之初，由星云物质直接冷却形成的，它们形成后由小球粒结合形成小个头的小行星，小行星们又互相碰撞生长形成如今太阳系内的岩质行星。而那些未能形成岩质行星的小行星们则集中在了小行星带。由于坠落在地球上的球粒陨石的高比例，可以推断在小行星带内的绝大部分小行星的成分也都与球粒陨石类似，而且由于球粒是太阳系内最古老的固体物质之一，对于研究太阳系早期的历史具有重大意义，科学家们对球粒陨石的研究非常上心，并对它们的成分结构进行了详细分析。他们将球粒陨石分为15个不同的陨石组（CI，CM，CO，CV，CK，CR，CH，CB，H，L，LL，EH，EL，R和K），其中以C开头的被归为碳质球粒陨石中，在这些陨石中含有非常高浓度的有机化合物，有些陨石中有机物可能占其重量的5%左右。其中被研究得很深的碳质球粒陨石包括默奇森陨石（Murchison）和塔吉什湖陨石（Tagish Lake ），科学家们在它们中发现了包括酮、烷烃、羧酸、氨基酸、甲烷以及多环芳烃在内的多种小分子有机物，但是其中绝大部分有机物都是大分子有机物，默奇森陨石和塔吉什湖陨石的主要有机物成分见下图。在发现这些有机物之初，自然引发了全球的欢呼，这让人们纷纷相信在外星存在生命，甚至就连地球上的生命也都来自外星，因为当时人们认为只有生命过程才能形成有机物。但是很快，详细的研究发现，在自然状态下，化学反应也能形成有机物，比如氨基酸的形成就仅需一些简单的无机物：此外，这些有机物均由自然的化学反应形成的另外的证据还包括：陨石和地球上的同种有机物在分子结构上是存在差异的，许多都是同分异构体（分子式相同，结构不同）；手性不同，陨石中的有机物既有左旋，也有右旋，但地球上由生命形成的有机物都只有左旋结构。而且随着科技的进步，科学家们也开始在遥远的星云中也发现了有机物的信号，这一切都在告诉着我们，有机物在宇宙中是广泛存在的。时至今日，陨石中、宇宙中存在有机物这种事情已经成为科学界的常识。那么问题来了，怎么才能“吃掉”小行星？由于这些陨石中含量最大的有机物都是一些类似塑料的大分子有机物，直接吃肯定是不现实的，因此科学家们借鉴了一个最新实现的塑料的微生物处理实验。在这个实验中，人们将塑料加热（400-900℃）热解，让大分子的长链有机物破坏形成一系列低分子量的碳氢化合物，然后利用细菌处理这些碳氢化合物，结果发现细菌能正常消化这些碳氢化合物，并大量繁殖。科学家们认为，未来航天员也利用热解的方式处理开采出来的富含碳质球粒的小行星矿物，然后利用细菌消化这些物质，由于细菌生长极为快速，因此它们将会源源不断为航天员提供足够的食物。此外，就在今年，还有科学家通过实验发现，如果直接将陨石打碎成粉，在缺氧条件下，假单胞菌科的一些细菌甚至能直接利用这些陨石粉末生存并长期繁殖下来。这些实验都证明，利用细菌“吃”小行星，人来吃细菌产生的生物质，这可能是一个有前途的太空食物方案。 **为了搞清楚小行星能提供多少有机物，科学家们以小行星贝努（101955 Bennu）为例进行了计算。**小行星贝努是人类目前已经登陆并取回样本的两颗小行星之一，另一颗为龙宫（162173 Ryugu），贝努的直径小于500米，质量为7760万，且其成分与碳质球粒陨石成分相似。经过计算，他们发现，仅小行星贝努，在最低效率的情况下产生的生物质，足够631位航天员一年的食物消耗，而在最高效率的情况下，足够17000位航天员一年的食物消耗。在通过换算后，科学家发现，在最低效率情况下，为了供应一位航天员一年的食物需求，需要处理大约16万吨小行星矿物，在最高效率情况下，则仅需要处理5000吨小行星矿物。虽然这个研究看上去很有前途，但未来的航天员如果真的在执行长期任务时必须以细菌为生的话，这多少惨了点吧？未来还需更多探索发现小行星作为未来航天员食物来源的潜在价值不仅是对传统太空食品供应体系的一次革新，更是人类适应极端环境、实现星际旅行梦想的重要一步。当然，将小行星转化为食物来源仍面临诸多技术挑战与伦理考量，让我们以开放的心态和不懈的努力，继续在这条充满未知与奇迹的太空探索之路上前行。或许在不远的将来，小行星将不再仅仅是宇宙中的孤独旅者，而是人类探索宇宙的亲密伙伴。参考文献： 1.Pilles E, Nicklin R I, Pearce J M. How we can mine asteroids for space food[J]. International Journal of Astrobiology, 2024, 23: e16. 来源: 中国科普博览图1：中国空间站上产出的蔬菜（图片来源：CCTV）图2：国际空间站上进行蔬菜种植的设备（Veggie）（图片来源：NASA）图3：国际空间站中种植出来的辣椒（图片来源：ISS Research）图4：Allende陨石上的球粒（图片来源：Wikipedia）图5：默奇森陨石和塔吉什湖陨石的主要有机物成分（图片来源：自制）图6：由简单无机物形成氨基酸（最右侧化学式）的化学反应方程式（图片来源：Wikipedia）图7：氨基酸的手性示意图，它们的结构镜像对称，但是无法通过平移重合到一起（图片来源：上，Wikipedia，下，作者）图8：小行星贝努（图片来源：Wikipedia）图9：通过计算得到的小行星贝努能提供的最低（橘色方框）和最高（红色方框）食物量（图片来源：参考文献1）

「科普冷知识」香蕉是芭蕉科芭蕉属大型单子叶草本植物，也就是说，香蕉是草，不是树。「团团爱分享」「千万IP创科普」@中国科普博览

「科普冷知识」恐龙并不能像蜥蜴那样随意地将舌头伸出口腔。相反，它们的舌头很可能像短吻鳄那样固定在口腔底部，短而平扁，不能伸出口腔。「千万IP创科普」@中国科普博览

【中国科普博览】为了修复生态，他们决定在户外播放“音乐” 我们都曾聆听过大自然的声音，无论是儿时还是独自旅行时，这些声音总是令人怀念，虽然这种声音可能有数百种不同的来源，但它们总是让我们觉得莫名好听、和谐。随着科技的快速发展，这些来自大自然的声音在不仅成为珍贵的个人回忆，也开始成为极为重要的科研数据，甚至是帮助我们恢复生态系统的重要工具。声学监测的另一个妙用起初，科学家们也只是进行偶尔和短期的声音数据收集，用于研究单个的濒危物种或是入侵物种的分布、习性等，比如我们经常就能在一些科学新闻中见到鸟类的观测和声音收集，这些收集活动也往往都是偶尔、短期的活动。科学家提出，通过建立长期的声学监测站，收集并分析监测站附近的绝大部分动物的声音，通过对声音的分辨，判断出这种声音属于哪种动物，以及这种动物的活动频率和范围，从而实现对动物的多样性调查。传统的动物多样性调查往往需要人工，费时费力，也不一定能收集到所有的动物数据，但声学收集设备小巧方便，还不怎么扰动环境，因此会是非常好的动物多样性调查手段。基于此，澳大利亚的科学家建设了一个由360个永久声音监听站组成的声学数据收集网络。而且这种声学数据确实能充分反映当地的生态系统的多样性，因此自然也能作为监测当地生态系统多样性变化的指标。举个例子，澳大利亚弗伦奇（French Island）经常遭受山火袭击，科学家们就采集到了同一个地点遭受过山火前后的的24小时内的声学信号，可以明显看出其数据的不同，这种数据就反映了当地生态多样性的区别。在这个想法出现之后，另外一个想法也自然而然地出现了：能否在受损的环境中不断播放未受损环境下的声音，从而引诱动物重返受损环境中，这样可以快速修复受损环境。这一个想法并不是毫无来由的，因为我们人类已经有了很长时间的使用声学诱饵的经验。其中我们最熟悉的可能就是海洋捕鱼业，渔船会使用声学技术驱赶或引诱鱼群到特定区域。而利用声学驱赶鱼群的技术在我国明朝时候就出现了，叫作敲舟古技术，渔民敲击船板将鱼驱赶集中，然后张网捕捞，这种技术的捕捞量非常大，一度让我国东南沿海的黄花鱼等鱼种濒临灭绝，因此已经被禁止使用了。声诱捕捞技术则是通过在水中播放鱼类摄食、求偶、集群等的声音，来诱导相应的鱼群集中进行捕捞。这个技术在20世纪70年代开始发展，无论是日本、俄罗斯还是美国、瑞典等国家都有非常成熟的应用。但是最近科学家们研究的重点可不在如何引诱鱼群上，而是在诱发不同动物的特定反应上，因为很多动物实际上是通过声音信号触发繁殖、迁徙、警报等不同行为的。在这些方面的研究中，有科学家成功利用特定声音引诱青蛙、海鸟、蝙蝠、鱼类等前往不同的栖息地；还有科学家研究过利用交配的声音引诱青蛙和蝾螈通过高速铁道的地下隧道；还有科学家研究过利用降雨和青蛙的叫声来触发青蛙的繁殖行为等。利用声音保护环境的尝试基于这样一些研究，就有科学家成功利用声音进行了环境保护的尝试，其中一项尝试就是修复牡蛎礁。牡蛎礁曾是世界各地河口的常见景观，牡蛎们密集聚集在浅海处的礁石上生长，形成大型牡蛎礁，从而为多个物种提供了栖息地和避难所，也为河口处提供了天然防波堤。但是这些年来由于人们的过度捕捞，以及石灰生产，全世界的牡蛎礁的退化都极为严重，据估计，全球目前85%的牡蛎礁都已经消失了。因此全球各地都在探索如何重建牡蛎礁，一般使用的方法比较昂贵，首先需要在海岸浅滩处投放消过毒的死亡牡蛎壳、混凝土或石灰石碎片——因为捕鱼往往会把这些地方的坚硬基质摧毁，而牡蛎的生长又需要附着在一些坚硬物质上。再通过人工养殖牡蛎幼虫投放到这些区域。但其实真正能定居下来的牡蛎幼虫少之又少，所以牡蛎礁修复过程无法一蹴而就，需要年复一年地投放和修复，既花钱又花时间。有澳大利亚的科学家团队就使用了他们自己录制的正常礁石处的声音，在需要修复牡蛎礁的地方重复播放这些声音，结果发现，在3个月内，引诱到的前来定居的牡蛎幼虫数量是不播放声音的区域（对照组）的4.4ⱱ.6倍，其中在3月份，其引诱数量甚至是对照组的18倍。除此之外，还有科学家在已经受损的珊瑚礁处播放正常珊瑚礁的声音，从而引诱到了大量生活在珊瑚礁处的鱼类群落，使得该处鱼类的物种丰富度增加了50%。由于我们目前也面临着珊瑚礁退化的危机，这种方法也就让我们有更多的手段来减缓珊瑚礁生态系统退化的速度。不止动物，声音甚至对细菌和真菌都有作用！上述这些研究都是针对动物的。最近，也有科学家发现，声音不仅对动物有效，还对细菌和真菌有效。在其中针对哈茨木霉菌（Trichoderma harzianum，一种真菌，可以用作杀菌剂，抑制其他真菌生长，从而帮助植物的根部正常生长）的实验中，向它们播放白噪声后，它们从第三天就开始超速生长，在5天的实验期内，它们的生长速度提高的7倍，孢子数量增加了4倍。大家都爱“音乐” 这一发现无疑对于陆地上的生态系统恢复具有重要意义，毕竟土壤生态系统是支撑动植物生长的基础。可能未来有一天，当我们漫步森林的时候会听到大喇叭正在播放白噪声或莫扎特或贝多芬，但那不是给我们听的，是给树和土壤听的。图1：澳大利亚的声学观测网络图2：声学观测设备的架设非常简单图3：对澳大利亚弗伦奇岛上同一个地点遭受山火前后的声学数据对比图4：利用声学诱惑青蛙前往无青蛙区域定居的实验，黑框为之前无蛙定居的实验区，星号为播放声音的设备所在位置，红色和橘色的点均为青蛙图5：牡蛎礁图6：牡蛎礁修复实验的区域，黑色星为实验区，白色星为对照区，右下图为水下播放设备设计图图7：(a)为接受了声音刺激的真菌，其中(b)是(a)的统计结果，(c) (d)为对照组

细胞脱水，神经元化学絮乱……酒进入人体后会引起怎样的变化？中国科普博览的微博视频

「科普冷知识」很多人都把戴胜误认为啄木鸟，其实不是。戴胜属于戴胜目、戴胜科，有几个亚种；而啄木鸟则是鴷形目、啄木鸟科100多种鸟的统称。而且啄木鸟没这种配色，也没有这么细长的嘴。「千万IP创科普」@中国科普博览

「科普冷知识」我们知道动物会装死，但装死也是要付出代价的。很多动物在假死状态下身体并非完全放松，而是会耗费格外大的能量以保持特有的僵直体态。很多种动物的假死状态过于逼真，以至于可能会因心脏骤停或者窒息而死。「千万IP创科普」@中国科普博览

「科普冷知识」论喝酒，你可能都比不过大黄蜂……近期发表在《美国科学院院报》上的一篇论文指出，这种大黄蜂似乎可以经常性地、近乎无限量地摄入极高浓度的酒精，却不会有任何不良反应，甚至不会酒精中毒。「千万IP创科普」@中国科普博览

「中国天眼发现脉冲星已超1000颗」宇宙浩瀚，每一次的观望都迎来了新的发现；科技强国，每一次的飞跃都离不开背后的心酸岁月。「大树分享」 via.中国科普博览 @微博校园@教育之江杭州ⷦ𕙦𑟦 ‘人学院

「科普冷知识」为了躲避人类的采摘，其中一种雪兔子——绵头雪兔子的高度已经在近一百年间出现了严重的下降，也就是说雪兔子越来越矮了。因为在强大的人工选择压力下，只有长得矮小的才得以保存下来。（图中纵坐标均为高度，横坐标为时间）「千万IP创科普」@中国科普博览