自给自足的人体生物能发电

       ①随着煤炭、石油等资源的日趋枯竭，环境恶化日趋严重，一些科学家为了开发更多的新能源，已把研究课题转向人类自身的生物能这一领域，利用人体生物能发电现已初见成效。

       ②人体中存在着一些化学物质，它们之间在发生反应时会产生化学能量。像新陈代谢过程中，葡萄糖和氧分子的反应就有能量释放出来。若稍加利用，这种能量就可以转化为电能。根据这一原理，科学家开始了人体生物电池的研究。

③据专家介绍，人体生物电池的电极是由两根长2厘米、直径约1/7000纳米的碳纤维制成，在每根碳纤维的外层还涂有一种聚合物，此外还有一种作为催化剂的葡萄糖氧化酶。聚合物的作用是将碳纤维与葡萄糖氧化酶连接成一个电路，而葡萄糖氧化酶则是用来加速葡萄糖与氧分子的化学反应。这种人体生物电池在37℃、pH为7.2的环境下工作，这很接近人体血液的温度和酸碱度。它产生的动力可以驱动一个监控糖尿病的小型传感器。

       ④人体生物能发电还有其他形式。当一个人坐着或站立时，就会持续产生重力势能。此时，若能采用特制的重力转换器就能将这种能转换成电能。美国有一家公司将发电装置埋在行人拥挤的公共场所，外面是一排踏板。当行人从踏板上走过时，体重压在踏板上，使与踏板相连的摇杆向另一个方向运动，从而带动中心轴旋转，启动与之相连的发电机。

       ⑤除此以外，人体生物能中的热能也可被利用。人每天都要散发大量的热能，而且是通过辐射传播出去。一般一个50千克重的成年人一昼夜所散发的热量约为2500千卡。利用人体的热能制成的温差电池，可以将人体的热能转换成电能。这种温差电池做得很精致，只要放在衣服口袋里就能工作。它可以起到电源的作用，给助听器、袖珍电视机、微型发电机等供电，可谓是自己发电自己使用。

       ⑥人体能源可以说取之不尽，用之不竭，而且没有污染。如此神奇的能源是我们每个人都具有的，充分利用它，便会为我们的社会节约更多的能源，希望这种新型的能源会越来越多地造福于人类。

    ①口渴是人体一种独特的保护机制，它可使人体免于脱水，当体内水分一旦恢复平衡，这种“保护性”的感觉即随之消失。望梅止渴则是中国流传了两千多年的典故，《世说新语》中记载曹操告诉饥渴的士兵“前有梅林”，使“士卒闻之，口皆出水”，最终坚持走到水源处。只是“望梅”真的能止渴吗？

    ②实际上，“渴”是一种极其复杂的生理现象。科学家通过实验发现，改变体液的容量、浓度会影响“渴”的程度。例如，增加食盐（氯化钠）的摄入量，会增加机体细胞外液中溶质的浓度，就会感到口渴。这是因为溶质具有渗透压，会导致细胞脱水。大脑的某个部位感觉到这种脱水，人就会产生渴感，而喝水后，体液得到稀释，渴感就诮失了。

    ③另外，人体血量的变化对渴感也有影响。有研究显示，血量变化10%时就可以刺激渴感。这也是为什么人受伤后，如果失血过多，就会感到口渴，而喝水补充血量，渴感就能被抑制的原因。

    ④那么新的问题来了，大脑又是如何感知渴觉呢？时至今日，这仍是一个科学家们不能完全解答的问题。

    ⑤为了弄清楚这个问题，近日美国的一个研究小组设计了一套实验装置。这个装置能够对小鼠血液、大脑神经元活动、环境温度以及进食饮水状况进行实时监测。他们发现小鼠脑内穹窿下器中存在着一套能预测口渴并调节体液不平衡的神经元群。

    ⑥美国加利福尼亚大学旧金山分校的扎卡里·奈德及同事报告称，这些神经元不仅可以监控血液的变化，还能在进食和饮水时监控来自口腔的信号，这些信号包含摄取食物与饮水的温度信息等。这些神经元将来自口腔的信息与血液成分信息结合，实时“预测”正在摄取的食物和饮水将如何影响体液平衡，从而对饮水行为进行调节。

    ⑦研究者们表示，这个发现有助于解释为什么吃得太快会让我们感觉口渴，以及冷饮为何特别解渴等问题。

    ⑧总而言之，“渴”能告诉人们什么时候需要饮水，需要的水量是多少。如果“渴”的时候不喝水，血液和体液的成分得不到调节，身体所需要的水分不能得到满足，“渴”是不会被真正缓解的。从这个角度来说，“望梅”是不能止渴的。

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！

气候可能影响语言的形成和演化

严毅梅

    ①人类一直好奇：为何唯独我们这个物种才有语言？语言是如何变成现在这个样子的？为此，从事现代生物学、当代语言学、考古学和古人类学等相关学科研究的科学家，研究了人类语言的起源和演化。最新的研究表明，气候可能影响了语言的形成和演化。

    ②美国迈阿密大学的迦勒·埃弗雷特博士和他的研究团队发现，某一地区的湿度可能对当地的话言造成影响。他们研究了3700多种语言，发现629种声调多变的语种，大多出现在非洲和南亚的湿热地区，北美、亚马逊和新几内亚的潮湿地带以及中国以南的地区，比如越南语、缅甸语等：而声调平和的语言如蒙古语、埃及语等，大都出现在干燥或干旱的地区。

    ③我们知道，声带是负责人类发声的器官。发声时，先吸入空气，然后将声带内收和拉紧，并控制呼吸，呼出的气流冲击声带引起振动而发出声音：而声调是由声带振动时的长度、张力、质量和位置决定的。

    ④今日多数的欧洲语言被认为源于6000多年前的原始印欧语。它最早是由气候干燥的黑海北部草原地带的先祖所使用的。因为吸入干燥的空气会令声带干涩，缺乏弹性，所以较难发出声调复杂的话言。因此，埃弗雷特认为干燥的气候可能使住在该地区的人的语言声调平和。与干燥的气候相比，湿润的气候使人的声带更富有弹性，从而能够发出更多的声调。因而声调多变的方言一般出现在气候潮湿的地区。比如粤语中共有9个声调，而北方人利习惯了普通话的4个声调。

    ⑤埃弗雷特认为，这意味着在漫长的岁月中，气候是影响语言形成和演化的要素之一。这也就解释了为什么刚开始学习一门新语言时难度较大，因为控制声带的肌肉必须调整才能发出新的声调。

（选自《青少年科技博览》，有删改）

自小就对海洋充满好奇的张明，参加了学校“我爱深蓝”研究性学习小组，经常与同伴们一起研究探讨。“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”被写进了二十大报告，张明和同伴们深受鼓舞，动手整理了一组有关近年我国海洋强国建设方面的材料。

材料一：

2021年我国海洋生产总值数据表

（摘编自《2021年中国海洋经济统计公报》）

材料二：

①我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”于2023年3月26日在广东珠海举行启航仪式，前往文昌海域进行海上安装和调试。

②浮式风电平台是一种可在水中漂浮并捕捉风能发电的装备，通过在浮体内部注水压载，实现在水中漂浮并保持平衡状态，以克服海水对风机基础的晃动作用。“海油观澜号”是我国第一个工作海域距离海岸线100公里以上、水深超过100米的浮式风电平台。

③随着一系列关键技术的突破，我国已成为世界第一大风电整机装备生产国，产量占全球的一半以上，形成了完整的具有领先水平和全球竞争力的风电产业链和供应链。不断推陈出新的大型机组，让海上风电这一清洁能源的造价大幅下降，推动我国海上风电装机规模超过300万千瓦，持续保持世界第一。

（整理自2023年3月26日央视新闻网）

材料三：

①新华社北京10月29日电：记者28日从中国科学院获悉，“探索二号”科考船携“深海勇士”号载人潜水器完成一系列海试任务，并成功地在海底布设大深度原位科学实验站，将实现深海长周期无人科考。

②原位科学实验站是近年来由我国提出的一种新型深海装备技术体系，它以深海基站为核心，可携带多种无人潜水器，并可接入化学/生物实验室等平台，在深海原位开展系列科学探测和科学实验。据中国科学院深海科学与工程研究所副研究员陈俊介绍，与从海底取样后拿到陆地实验室检测的传统海洋调查方式相比，在深海原位进行科学实验，可以避免因环境变化导致的样本数据损坏或缺失。

③此次布设的原位科学实验站配置了兆瓦时级锂电能源系统，在能量密度方面实现了新的突破，可支撑原位科学实验站在海底连续工作半年以上。后续，该原位科学实验站还将接入更多智能化无人实验、探测及信息传输系统，实现深海长周期无人科考。

整理自2022年12月19日《光明日报》）

材料四：

①近日，我国迄今水下考古发现的体量最大的木质沉船——长江口二号古船在长江口水域成功实施整体打捞。专家称，长江口二号古船“背负”着中国近代经济贸易史、长江黄金水道航运史和近代海上丝绸之路等重要史料，将是近代上海作为东亚乃至世界贸易和航运中心的珍贵历史见证。

②对中国古代海上丝绸之路以及海上贸易、国际交往等历史的研究挖掘，需要对大量文献资料进行深入研究，更需要水下文物实物的例证。对水下文物的探测离不开多波束探测声呐系统、旁侧声呐、海洋磁力仪等先进科学设备的帮助，也正是这些先进仪器，使我国水下文物考古摆脱了“大海捞针”式工作。如今的水下沉船考古，可以依托精准的海洋探测技术和先进的载人潜水设备等展开，实现水下考古由浅海向深海的迈进。

（整理自陈城《科技赋能人类对文明的探索》）

材料五：

①2017年至2021年，每年全年监测的综合评价结果表明，全国近岸海域水质总体稳中向好。2021年主要超标指标为无机氮和活性磷酸盐。

②2017年-2021年全国近岸海域各类海水水质面积比例表（单位：%）

（摘编自《中国海洋生态环境状况公报》，2017-2021年）