蚊子为什么没有被雨滴砸死？

①漫步细雨中对于人们来说，或许是浪漫而惬意的，但对体积微小的昆虫而言，譬如蚊子，雨中漫步简直是一场灾难。一滴雨的重量可达到蚊子体重的50倍之多，人们所谓的毛毛雨，在蚊子看来，不亚于一辆辆甲壳虫汽车从天而降。但是，在这“甲壳虫汽车雨”中，蚊子却能够毫发无损，这是什么原因呢？

②为破解这一谜题，美国佐治亚理工学院的胡立德教授与美国疾控中心合作，对雨中飞舞的蚊子进行了高速摄像，以观察蚊子被雨滴击中瞬间的行为。

③通过视频，胡立德教授与他的研究小组分析了雨滴击中蚊子不同部位的各种情况，计算出蚊子被雨滴击中的瞬间所受到的作用力，以及其后随雨滴向下移动的距离。他们发现，蚊子并不像人们可能推测的那样去躲避雨滴，也不会因遭到雨滴的冲击而受伤，秘密之一就在于蚊子体重极轻。

④原来，蚊子被雨滴击中时并不进行抵挡，而是与雨滴融为一体，顺应它的趋势落下。如果雨滴击中蚊子的翅膀或腿部，它会向击中的那一侧倾斜，并通过“侧身翻滚”的高难度动作，让雨滴从身体一侧滑落；当雨滴正中蚊子身体时，它先顺应雨滴强大的推力与之一同下落，随之迅速侧向微调与雨滴分离并恢复飞行。

⑤研究者还发现，当雨滴击中栖息于地面的蚊子时，雨滴的速度在瞬间减小为0，这时蚊子就会承受相当于它体重10000倍的力，足以致命。当蚊子在空中被击中并采用“不抵抗”策略时，它受到的冲击力就减小为其体重的1/50至1/300，此时，这雨滴就像一根极细小的羽毛压在了蚊子身上——这是蚊子能够承受的。

⑥虽说蚊子柔弱如风中柳絮会被雨滴砸得摇晃不定，但正是由于它体重极轻，雨滴在与蚊子碰撞的过程中几乎没有减速，它的动能也几乎没有转化为能量击打在蚊子身上，而是让蚊子瞬间加速下降，从而化解了高速下降的雨滴带来的巨大冲击。这就像是“以柔克刚”，达到“四两拨千斤”的效果，小小的蚊子还是个太极高手呢！

⑦蚊子在雨中安然无恙的另一个秘密，是覆盖它们全身的细毛具有疏水性。这种防水的细毛使得蚊子与打在它身上的雨滴保持分隔状态，从而使蚊子能够迅速摆脱雨滴重新飞起，在雨滴将它们砸落地面造成致命伤害前成功逃生。

⑧胡立德教授的这一发现引起了广泛关注。事实上，这项研究不只是跟蚊子有关。在应对自然之道上，动物往往有着比人类更丰富的经验，它们在千万年的进化过程中拥有了适应生存环境的生理结构和功能。研究动物应对大自然的特殊本领，可为科学家和工程师提供新的设计思想，解决机械技术上的诸多难题——比如，如何更好地设计微型飞行器，让它们能像蚊子这类昆虫一样，在雨中轻盈地飞翔。  （有删改）

“鸽子为什么能千里归巢?乌龟为什么能记住自己的产房?科学家们发现，这些动物之所以具有远距离的定向定位能力，一个共同的秘密就是在它们体内，有一种磁性钠米微粒。正是这种磁性纳米微粒对地球磁场的作用才使它们不会迷路。”

    万盏花灯齐放，十里秦淮通明。在观众们屏住呼吸翘首期待中，享誉全国、美不胜收的秦淮灯会如期而至。夫子庙，老门东，灯光璀璨，令人目眩神迷。中华门城堡上的古代人物灯组，配合大型灯光秀，讲述着金陵往事，演yì着时代交响。传统灯艺与现代科技交相辉映，相得益彰，为春节的到来增添了浓浓的喜庆气氛。

能让生命延续的色素

    ①地球上，生命经历了漫长的演变与进化，才形成了现代社会中形形色色、复杂多样的生命个体。然而，如果有人告诉你，这一切都要归功于一种拥有11亿年历史的古色素，你是否会瞪目结舌，不敢相信自己的耳朵？

    ②澳大利亚国立大学领导美国、日本及澳大利亚地球科学局的研究人员共同进行了一项研究，研究人员在西非国家毛里塔尼亚撒哈拉沙漠托德利盆地的海相页岩层中，发现了一块距今已有11亿年历史的岩块。敲碎岩块后，研究人员从中提取并分析了古代生物分子，发现了一种古老的色素。这种色素没经过稀释之前，它的颜色范围在血红到深紫之间，稀释后则会呈现亮粉色。据统计，这是迄今为止世界上最古老的完整色素。

    ③那么，这种古老的亮粉色色素是怎么形成的呢？

    ④这个亮粉色色素来自于含有叶绿素的分子化石，是由住在古老海洋中的古老光合生物制造，而这片古海洋早已消失。但是，研究人员在分析这个亮粉色色素分子的结构时，竟然发现了产生这个亮粉色分子的有机体是微小的蓝绿藻。蓝绿藻是单细胞生物，没有细胞核，但是细胞中央含有核物质，呈颗粒状或网状，染色体和色素均匀地分布在细胞质中。有些蓝绿藻含有较多的藻红素，藻体就多呈红色。

    ⑤但是，产生这种亮粉色色素的蓝绿藻对推进生命起源又有什么作用呢？

    ⑥研究表明，蓝绿藻处在古海洋食物链最底层，占主导地位，它是地球上出现最早的原核生物，也是最基本的生物体。蓝绿藻是最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起到了巨大作用。有不少蓝绿藻可以直接固定大气中的氮，以提高土壤肥力，使作物增产。

    ⑦古海洋中的蓝绿藻是简单生物的食物来源，构成了生物界简单的食物链。但是，随着地球上大型活跃生物的出现，它无法为复杂的生态系统提供更多的能量，这也是大型的复杂生物直到地球历史后期才出现的原因。

⑧约在6.5亿年前，经过地球和海洋生物的进一步演变与进化，古海洋中蓝绿藻的主导地位开始消失，取而代之的是现代海洋中处于食物链最底层的微型藻类。微型藻类虽然很小，却比蓝绿藻大1000倍。这些较大微粒的藻类可以作为较大生物的食物来源，为复杂生态系统的进化提供所需的能量，让地球上包括人类在内的大型动物繁衍生息。

（选自《知识窗》2019年04月刊）

高质量的睡眠有利于清除大脑垃圾

    从“熬夜有害健康”到“熬夜会让人变傻”，这些说法几乎已成为一种常识，但是其中的奥秘并没有得到充分解读。美国波士顿大学神经科学家劳拉·刘易斯团队发表于 2019年10月31日《科学》杂志上的研究结果有可能进一步揭示其中的机理。

    刘易斯团队对13名志愿者进行研究，让他们带上脑电帽，在核磁共振机器里睡觉。脑电图会显示，一个人处在哪种睡眠状态；核磁共振会测量血氧水平，显示有多少血液退出大脑，又有多少脑脊液流进大脑。研究人员则对二者的相关性进行观察和记录。

    从人的大脑里血氧浓度的明显变化可以知道，人在睡眠时，血液会大规模、周期性地流出大脑。每当大脑中的血液大量流出，就给大脑腾出了一定空间，脑脊液则会趁虚进入大脑，对大脑进行冲洗和清洁，去除大脑中的毒素，其中就有导致阿尔茨海默病（老年性痴呆）的β-淀粉样蛋白。

    大脑中的血液与脑脊液的交替其实是由睡眠时的脑电波来控制的。人的睡眠是有节律的，这体现在脑电波节律上，通常与睡眠的不同阶段相关。睡眠过程的节律是，快速眼动睡眠和慢波睡眠交替进行。快速眼动睡眠会伴随高度活跃的脑电信号，在这个时候会出现梦境；慢波睡眠则只会伴随低活跃的慢脑电波，因此慢波睡眠也被称作深度睡眠，决定了人能获得好的睡眠质量。

    刘易斯等人发现，在志愿者进入深度睡眠阶段时，脑脊液经特定脑区过滤后周期性地进入大脑，并且环绕整个大脑流动。而且，在脑脊液进入大脑之前的数秒钟前，血液会迅速退出大脑，给大脑腾出更多的空间，并且还会伴随有节律的慢波脑电信号。血液退去和脑脊液进入大脑并在大脑中循环的现象是平均每20秒就会进行一次。

    这个研究至少说明了一些问题。一是人们要在熟睡时，或者说有质量的睡眠（深度睡眠）时，大脑中的血液才会退出，给脑脊液腾出空间，让其进入并清洗大脑。同时，脑脊液对大脑的清洗与脑电波有关，可能是由活跃度低的慢脑电波触发或主导的。此外，脑脊液清洗大脑后，会带走大脑中的一些毒素、垃圾和污染物，因而会让人在睡醒后大脑变得清新和充满能量，让人神清气爽，精力充沛。

    在刘易斯等人的研究发现之前，已经有一些研究发现了同样的现象。美国罗彻斯特大学神经科学家迈肯·内德加德的团队在2013年发表于《科学》上的一项研究早就提出，大脑有一套排污系统，人在睡觉时可通过该系统将清醒时产生的毒素蛋白排出去，这个排污系统就是脑脊液的循环，也称作脑淋巴系统。脑脊液平时充斥在大脑周围以及脊髓中，会利用脑部血管周围的一些小通道进入大脑组织。

    内德加德等人发现，睡眠中的小鼠大脑中的组织间隙比那些清醒时小鼠大脑中的组织间隙要大60%，这就让流经这些区域的脑脊液能有效清除大脑中的有毒代谢产物。为了弄清脑脊液清洗掉的废物是什么，研究人员采用了荧光标记物标记β-淀粉样蛋白。因为，对阿尔茨海默病的病因的主流学说是，大脑中β淀粉样蛋白沉积和 Tau蛋白过度磷酸化导致人的认知退化和痴呆。

    研究人员通过荧光标记物标记β-淀粉样蛋白观察到，小鼠在睡眠中，β-淀粉样蛋白流出脑子的速度比正常清醒时的速度快2倍。这也证明，在睡眠中，脑脊液进入大脑的确能清除大脑中的毒素和废物，如β-淀粉样蛋白。不过，这一研究结果是在小鼠的大脑中观察到的。现在，刘易斯团队在人的大脑中观察到同样的现象，既是重复验证了这一结果，又证明了脑脊液在睡眠时清洗大脑不是从动物推论而来，而是在人身上得到直接证明，并且还证明，脑脊液清洗大脑的过程是与睡眠节律同步进行的。

    还有一个比较好的旁证是，人的睡眠姿势也可能有效帮助脑脊液清除大脑中的废物。2015年，美国纽约州立石溪大学的本维尼斯特团队采用动态增强的磁共振成像技术对大脑中的淋巴系统进行扫描，结果发现，大脑中的脑脊液在侧卧睡姿中表现得最为活跃，清除大脑中的废物也最有效。

    [选自《南斱周末》（2019年11月18日科学版，有删改）]

    （链接一）

    数据显示，我国有各类睡眠障碍者约占人群的38％。在青少年中，睡眠不足的问题也普遍存在。今年“世界睡眠日”发布的《2019中国青少年儿童睡眠白皮乢》显示，我国有62.9%的青少年儿童每天睡眠不足 8小时，青少年儿童普遍缺乏睡眠。而睡前接触电视、手机、电脑等电子产品，是导致青少年睡眠质量差的重要原因，需要引起学校、家长和全社会的重视。

    [节选自《人民日报》（2019年11月14日09版）]

    （链接二）

    睡眠质量差直接影响了孩子的身心健康与学习成绩。调查显示，36.5%的睡眠质量差的孩子会出现肥胖症，而在睡眠状况优的孩子中，这一比例仅为3.7%。此外，还有40.5%的睡眠质量差的青少年儿童会出现神经衰弱或抑郁，而在睡眠状况优的孩子中，这一比例仅为1.4%。从学习成绩看，在睡眠状况优的孩子中，分别有45.4%、34.1%的孩子在班级排名中分别位于前5%和 6%～20%。而在睡眠状况差的孩子中，则有41.9%的排名在班级的75%以后。专家呼吁，睡眠不足会对青少年儿童的记忆力、情绪等产生负面影响，社会应关注孩子的“欠眠”问题，共同呵护青少年儿童的睡眠，帮助他们茁壮成长。              

（节选自《2019中国青少年儿童睡眠指数白皮书》）