人造的树叶会发电

郭雅婧

    这恐怕是世界上最为奇怪的树叶了：它没有粗细不等的叶脉，取而代之的是各种电子元件；它也没有心形、扇形或是菱形这样的形状，而是像一张单薄的扑克牌；甚至于，它连普通树叶常见的颜色都没有，看上去就像一块亮晶晶的遮光板。但它却能像树叶那样进行光合作用。一片人造叶子被放入3.7升水中，在阳光下迅速地产生了相当于一个发展中国家的家庭一天的能源需求。

    事实上，人造叶子是一个技术概念，并不专指某一片叶子。这种技术主要是模拟真实植物的光合作用原理：用人工材料制成小巧轻薄的片状，浸泡在水中，经过太阳光的照射，水被分解为氧气和氢气，这些气体储存起来可用于发电。所谓的“叶子”，只是一块高级的太阳能电池。

    一直以来，人们都在寻求利用“不需要付费”的太阳能源，然而捕获并使用太阳能却需要耗费很大的财力，这让很多在太阳能上动脑筋的人望而却步。传统的太阳能电池板造价并不昂贵，它的大部分开销都在于布线，而人造叶子很好地解决了这一问题。

    同传统太阳能电池板一样，人工叶子的基础材料依然是硅，只不过运用的是三结非晶硅。虽然在转换效率上不如传统的晶体硅，但这种非晶硅价格低廉、耗能少，更利于推广。同时，叠层的设计将非晶硅分子用磷酸盐加以固定，使它们就像是捆在一架车上的几匹马，不但保证了分解水时所需要的能量，还使其更加具有稳定性。

    更令学界关注的是“穿”在硅外面的催化剂。催化剂使硅板不再像普通太阳能电池那样依靠电线工作，反应速度和强度大大提高。在过去，催化剂大多采用的是锰基。目前，采用钴等作为催化剂，相比于需要不断修复和代谢的锰基，钴等有强大的“自组装”能力，它能让自己分分合合，不需要再加入额外的材料。这弥补了20多年前第一片“人造叶子”的先天不足。据说，这样的一片“人造叶子”的光合效率大约是自然树叶的10倍。用钴、镍等元素作为催化剂，不但解决了稳定性的问题，还因为廉价而有了投入商业用途的可能。

    如今，这个梦想似乎近在咫尺，但还面临许多严峻的挑战。目前，人造叶子遇到的最大挑战是如何捕捉氧气和氢气并储存它们，以备在没有阳光时使用。

（有删改）

生物电脑

    ①1946年，世界上第一台计算机诞生，这个庞然大物开创了一个电脑时代。从那时候起，人们不断革新、创造，把庞然大物的体积一减再减，现在我们所见的台式电脑、掌上电脑等都是老电脑的后代。这一切，取决于电子管技术向大规模集成电路再向超大规模集成电路的发展，但是，科学家们认为，超大规模集成电路的小型化已经到了接近极限的程度，要由此再进一步已非常困难。

    ②解决之路在哪里呢？

    ③生物技术是一个方面。科学家们发现，生物分子之间遵循着化学和物理作用的规律，在分子的相互作用过程中，一些生物大分子形成了生物电路，这种生物电路具有类似于计算机的信息处理、传输甚至逻辑运算能力，所以人们把具备这种有机物的计算机叫做生物电脑，这已经是第五代计算机了。

    ④根据科学家的设想，生物电脑的外部是用一种非常薄的玻璃膜制成的，内部装有由蛋白分子构成的有机生物芯片。由于有机生物分子的生物芯片比半导硅芯片上的电子元件小得多，甚至可以小到几十亿分之一米，所以，生物电脑的芯片是非常微小的。而且，生物芯片本身具有独特的立体结构，密度极高，动作速度快。

    ⑤最神奇的是，这种生物分子构成的分子集成电路也同一般生物一样，能够自我修复，一旦出现故障，它能自动排除并恢复常态。

    ⑥另外，由于生物分子是利用化学反应进行工作的，所以需要的能量非常小，释放的热量也极少，不存在现在计算机存在的元件发热问题，这样就极大降低了能耗，提高了机器的可靠性和使用寿命。

    ⑦生物电脑的研究始于20世纪60年代至70年代，到目前已取得了不少成绩。相信用不了多久，我们就可以告别传统电脑，迎来我们的新朋友——生物电脑！

海洋是未来的粮仓

    ①资源短缺，是当今人类面临的最严重的环境问题之一。能否妥善地解决这一问题，直接关系到人类未来的生死存亡。

    ②资源短缺的表现之一，是可耕土地资源不足。可耕土地资源不足造成粮食生产的增长赶不上人口增长。正是出于这样的认识，许多人纷纷发出警告：地球将无法养活超过100亿的人口。然而，一些乐观的人士反对这种危言耸听的说法。他们认为，虽然陆地上可耕土地的开发已近极限，但地球还有广阔的海洋可供开发，海洋完全有可能成为人类未来的粮仓。

    ③当然，海洋所能提供给我们的并不是传统意义上的粮食——大米、小麦和玉米等，而是广义的粮食——其它能够满足人类营养需要的食物。一些海洋学家指出：位于近海水域自然生长的海藻，每年的生长量已相当于目前世界小麦年产量的15倍。如果把这些藻类加工成食品，就可以为人类提供足够的蛋白质。

    ④其实，把藻类作为食品，我们并不陌生。仅就我国沿海来说，人们比较熟悉的可食用藻类就有：褐藻类的海带、裙带菜、羊栖菜、马尾藻，红藻类的紫菜、鹧鸪菜、石花菜，绿藻类的石莼、浒苔等。近几年，人们还培育出一些藻类新品种，这些藻类在人工的精心养殖下，产量不断翻番。

    ⑤除海藻类，海洋中还有丰富的肉眼看不见的浮游生物。有人做过计算，在不破坏生态平衡的前提下，若能把它们捕捞出来，加工成食品，足够300亿人的需要。

⑥至于海洋中众多的鱼虾，则更是人们熟悉的食物。由于过度捕捞和海洋污染，近海的鱼虾数量已近极限，很多国家为了争夺有限的近海资源纷争不断。但是我们还可以开辟远洋渔场，发展深海渔业。例如，南极的磷虾，每年的产量可高达50亿吨。只要磷虾的捕获量每年达到1亿～1.5亿吨，就比当今全世界一年的捕鱼量多出1倍以上。何况，在远洋和深海中还有许许多多尚未被我们充分开发利用的海洋生物资源，其巨大潜力是不言而喻的。

    ⑦综上所述，我们说海洋完全有可能成为人类未来的粮仓。

（选文有改动）

材料 一：

   作为华夏文明的创造物，龙的形象自诞生之日起便一直传承于中国人的生活之中：原始社会，先民崇信它的神力，塑其形以通天；阶级社会，帝王视其为祥瑞，皇家物遍布龙形，民间也不乏龙的影子，民众祈雨有它，端午竟渡有它，节庆社火有它；现代社会，在与世界诸民族的文化交流中，中华儿女又以“龙的传人”自居……纵观中国历史，在迭代的文化延续中，华夏先民绘龙形、信龙灵、传龙事、冠龙名，龙被塑造成了中国文化中最具象征意义的民族文化标志物。

（选自《百科知识》2024年第1期）

材料二：

   中国人对龙的想象和崇拜，在新石器时代就已经存在。在中华大地上，龙的图腾崇拜悠久而广泛。河南濮阳西水坡遗址发现了6500多年前用蚌壳摆成的龙形，内蒙古赤峰红山文化遗址出土了5000多年前的C形玉龙，山西衰汾陶寺遗址出土了4000多年前的陶制彩绘龙盘。

   就出土的铸造、绘画、雕刻文物来看，龙的形象在漫长的历史发展过程中不断丰富，日渐丰满。据宋代罗愿的《尔雅翼》，龙形有九似：“角似鹿，头似驼，眼似兔，项似蛇，腹似蜃，鳞似鱼，爪似鹰，掌似虎，耳似牛。”【甲】

（选自《人民日报》海外版）

材料三：

   中华文明多元一体，星光璀璨。从考古发现看，早在距今6000年左右，河南省濮阳 市濮阳县西水坡遗址就有了龙的造型。这条龙用蚌壳砌成，昂首弓背，前爪扒，后腿蹬， 尾巴像在摆动，考古专家形容这架势如同飞龙邀游沧海。中原在造龙，东北也在造龙，

   距今5000多年的辽宁牛河梁红山文化遗址，出土了一只“猪龙”。猪龙模样与蚌龙差异 很大，是用玉石雕刻成的，也称玉猪龙。那时能将玉器制作得如此精美，着实令人感佩。 【乙】

（选自《光明日报》）

材料四：

   龙是中华民族的图腾，具有刚健威武的雄姿、勇猛无畏的气概、福泽四海的情怀、强大无比的力量，既象征着五千年来中华民族自强不息、奋斗进取的精神血脉，更承载着新时代新征程亿万中华儿女推进强国建设、民族复兴伟业的坚定意志和美好愿望。甲辰龙年，希望全国人民振奋龙马精神，以龙腾虎跃、鱼跃龙门的干劲闻劲，开拓创新、拼搏奉献，共同书写中国式现代化建设新篇章。

（选自《习近平：在二O二四年春节团拜会上的讲话》）