棕色大熊猫为什么会是棕色，蓝莓又为什么会是蓝色？

以下文章来源于科学大院，作者牧心

本期导读：

1、不含蓝色色素的蓝莓为什么会是蓝色，这个秘密蝴蝶知道

2、人类究竟是否已经主宰了地球？十几年的讨论有了最终结果

3、棕色大熊猫终于实现了熊猫家族拍彩色照片的愿望

4、太阳能电池效率的极限到底是多少？科学家再次发起挑战

5、130亿年前就死去的星系，可能蕴含着新宇宙理论的秘密

蓝莓到底是不是蓝色的？

蓝莓是一种近几年来很流行（也很贵）的水果，看上去确实是呈现蓝紫色的样子；但是如果把表面的蜡质擦干净后，蓝莓看上去是暗红色的。

把蓝莓做成果酱或者蓝莓派之后，更可以清楚地看到蓝莓其实是红色的。

这也就是说，如果没有这层白色的蜡质，蓝莓其实应该是红色的。所以，蓝莓的蓝色应该与这层蜡质有关。

可是这层蜡明明是透明或者白色的东西，怎么会产生颜色呢？

英国布里斯托大学的物理学家Heather Whitney猜想，这可能与这层蜡质的特殊分子结构有关。

于是，为了更好地了解浆果蜡状覆盖物的特殊之处，研究者在扫描电子显微镜下观察了各种表皮覆盖蜡质的水果：蓝莓，李子，俄勒冈葡萄。

这三种水果都带蓝紫色的外观，而且它们都有蜡状覆盖物。因此有理由相信，这几者之间是有联系的。

电子显微镜产生的图像确证了这一点。三种果子的蜡质确实有着类似的分子结构，从照片中可以看出，它们的表面都是一些非球状的微观结构。

而额外的光学实验表明，所有结构都会散射蓝光和紫外光。

更绝的是，科学家将这些蜡质小心溶解在有机溶剂中，然后再重新结晶出来，发现他们依然会自发凝结成这种非球状结构，并且仍然具有散射蓝紫光的能力。

这说明这些蜡质分子并不是随机生长的，而是植物经过精心设计之后才为自己披上的外衣。

那么，植物为什么要让自己看起来是蓝色的呢？

因为许多以水果为食的鸟类都有特殊的蓝色和紫外线视觉，能够非常清晰地辨认出蓝色果实，而蓝莓正是依靠这些鸟类来为自己传播种子。

但是自然界中的蓝色色素太少了，而且大多数都不稳定。化学色素做不成蓝色，那就只好上一点物理手段了。

除了蓝莓等植物以外，蝴蝶和孔雀等动物也都会这种“物理上色”的染色技巧，不必产生不稳定的蓝色色素，就可以让自己看上去是蓝色的。

上图中蓝莓、俄勒冈葡萄、李子中发现的纳米结构反射蓝光和紫外线使果实呈现蓝色。（图片来源：参考文献1）

总结：以后可以用这种材料当车漆，想换颜色了直接擦掉就行！

参考文献

Rox Middleton et al. ,Self-assembled, disordered structural color from fruit wax bloom.Sci. Adv.10,eadk4219(2024).DOI:10.1126/sciadv.adk4219

人类世已死，人类世万岁

每天在浏览各大科学新闻网站的时候总是会发现，各种关于全球气候变化、人类活动影响生物生息的文章络绎不绝，每天都有。

不知你可曾想过，人类是否已经接管了地球的命运呢？人类是否已经开启了一个新的地球纪元呢？

有的科学家也是这样想的。他们认为现在的地球已经不能继续延续当前的全新世了。就好比提到寒武纪我们就想起三叶虫，提到侏罗纪我们就想起恐龙，而目前人类已经是地球的主宰，所以我们应当划分一个一经提及就能想到人类的新阶段。

他们给这个阶段起名叫做“人类世”，并且希望推动全球的地质学家大会进行投票，正式宣布目前的“全新世”终结，地球正式进入“人类世”。

虽然他们寻找了许多人类影响地球命运的例子，但却不够明确。

举例来说，杀死恐龙的小行星撞击留下的摩洛哥悬崖边的两块粘土之间的一层铱，标志着 6600 万年前白垩纪时期的结束。

如果想证明地球已经进入人类世，那就必须也找到一个明确的地层标志，来证明人类对地球产生的决定性影响。

在过去的五年里，有 12 个地点竞相成为候选标志。这其中最令人瞩目的是来自加拿大克劳福德湖约 10 厘米的泥浆。

这些在过去70年里沉积下来的泥浆，记录了 20 世纪 50 年代开始的全球化石燃料燃烧、化肥使用和原子弹放射性尘埃激增的情况，确实深入揭示了人类对地球不可逆转的影响。

但很可惜的是，在刚刚结束的投票上，多数科学家仍然反对“人类世”这一提案，人类世的说法正式被科学界否决了。

或许人类世时代的深度还不足以理解人类对这个星球的改造，或许是出于在自然面前的人类谦卑之心，又或许是认为人类世的开端应该从人类出现开始计算，总之科学界拒绝了为人类盖上特殊的标签。

即使没有得到地质学家的正式认可，人类世仍然存在。

就像数十亿年前蓝藻向大气中注入氧气的大氧化事件一样，人类的确标志着一个巨大的转变，但没有确切的日期。毕竟，地球已经无法回到 100 年前的状态了。充满人类的地球系统变化是集体不可逆转的。

（图片来源：science.org）

毕竟，在没有人类出现在地球上之前，这种原子弹爆炸场景从未出现过

• 总结：耳边响起那首词，“只几个石头磨过，小儿时节……”

参考文献

DOI：10.1126/science.z3wcw7b

中国科学家 揭秘棕色大熊猫的遗传密码

生活中的一切并不总是非黑即白。大熊猫也不是。

多年来，我国的科学家和公众一直对七仔（唯一的圈养棕白色大熊猫）很感兴趣。这是一只在陕西秦岭发现的野生大熊猫，目前居住在西安楼观台野生动物繁育保护中心。

近日，来自中国科学院动物研究所的胡义波研究员和魏辅文院士领导的研究组，在《美国国家科学院院刊》发表了一项研究，揭秘了为什么这只14岁的雄性熊猫有如此不寻常的皮毛。

迄今为止，只有七只棕白色大熊猫被记录在案，它们全部来自中国陕西省的秦岭山脉。

秦岭大熊猫与四川的熊猫有很大不同。之前的研究表明，秦岭大熊猫可能在大约 30 万年前就与四川大熊猫分开了。

研究者关注了七仔的一家——七仔的父母、七仔的伴侣和后代，并将他们的基因信息与我国发现的第一只棕色熊猫“丹丹”进行了比对。

研究人员认为，大熊猫的Bace2基因是一种与色素沉着相关的基因。而棕色熊猫的Bace2版本是错误的，体内的两个Bace2基因拷贝均缺失相同的 25 个碱基对片段。这本质上意味着蛋白质的编码序列被破坏，从而导致蛋白质出现故障。

对圈养的其他 192 只黑白大熊猫的进一步基因测序表明，没有一只大熊猫能够同时拥有两份突变的Base2基因。

研究小组还发现，与黑色熊猫的毛发相比，棕色熊猫的毛发似乎含有更少且更小的黑素体——负责毛发和皮肤色素沉着的细胞器。

这篇论文的突破在于发现基因或基因片段的缺失也可能导致颜色的变化，从遗传学的角度来看，这是一个全新的发现。

科学家们准备进一步研究这个突变基因究竟是如何导致棕色熊猫黑素体的大小和数量发生变化的。

图3 棕色大熊猫七仔 （图片来源：alamy.edu）

• 总结：我熊猫终于能拍彩色照片了！

参考文献

Guan, D. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1212, e2317430121 (2024).

科学家再次刷新太阳能电池效率极限

新加坡国立大学的科学家开发出一种新型三结钙钛矿/硅串联太阳能电池，在 1 平方厘米的太阳能吸收面积上可实现 27.1% 的电力转换效率，创下世界纪录。

太阳能电池可以制造成两层以上，每层由不同的光伏材料制成，吸收不同范围内的太阳能。这就是多结太阳能电池，可以提高太阳能发电的效率。

然而，当前的多结太阳能电池技术存在许多问题，例如能量损失导致电压低，以及设备在运行过程中不稳定。

为了克服这些挑战，新加坡国立大学科学家团队将氰酸盐整合到钙钛矿中，使其性能超越了其他类似的多结太阳能电池。

钙钛矿结构各组成部分之间的相互作用决定了它可以吸收的能量范围。调整这些成分的比例，或寻找直接替代品，可以帮助改变钙钛矿的能量范围。

然而，先前的研究没能找到具有超宽能量范围和高效率的钙钛矿配方。最初在钙钛矿配方中使用的填充物大多是溴化物，而在最新的研究中，科学家们使用了性质类似的氰酸盐作为代替品，来进行实验。

科学家采用各种分析方法将氰酸盐成功整合到钙钛矿结构中，并制备了氰酸盐集成钙钛矿太阳能电池。

在评估性能时，科学家发现，与传统钙钛矿太阳能电池的 1.357 伏特相比，掺有氰酸盐的钙钛矿太阳能电池可以达到 1.422 伏特的更高电压，并且能量损失显著减少。

研究人员还测试了新设计的钙钛矿太阳能电池，在受控条件下以最大功率连续运行 300 小时。测试期结束后，太阳能电池保持稳定，其容量达到 96% 以上。

尽管三结钙钛矿/硅串联太阳能电池结构非常复杂，但它仍然保持稳定，并获得了经认可的独立光伏校准实验室认证的 27.1% 的世界纪录效率。

三结钙钛矿/硅串联太阳能电池的理论效率超过 50%，比此次的27.1%高出不少，这说明这类电池具有进一步提高的巨大潜力。

团队下一步的目标是在不影响效率和稳定性的情况下将该技术升级到更大的模块。

上图为新型三结钙钛矿/硅串联太阳能电池（图片来源：新加坡国立大学）

总结：装在手机上是不是就不用充电啦？

参考文献

Liu, S., Lu, Y., Yu, C. et al. Triple-junction solar cells with cyanate in ultrawide bandgap perovskites. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07226-1

130亿年前“死去”的星系

天文学家观测到一个在130多亿年前突然停止形成新恒星的星系。

由剑桥大学领导的国际天文学家团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一个“死亡”星系，当时宇宙只有 7 亿年的历史，这是迄今为止观测到的最古老的此类星系。

这个星系似乎生得快，死得早：恒星形成的速度很快，停止的速度也几乎同样快，这对于宇宙演化的早期阶段来说是出乎意料的。然而，目前尚不清楚这个星系的“熄灭”状态是暂时的还是永久的，以及是什么导致它停止形成新恒星。

研究结果发表在《自然》杂志上，对于帮助天文学家了解星系如何以及为何停止形成新恒星，以及影响恒星形成的因素在数十亿年来是否发生了变化，可能非常重要。

宇宙的最初几亿年是一个非常活跃的阶段，大量气体云塌缩形成新的恒星。星系需要丰富的气体供应来形成新的恒星，而早期的宇宙就像自助餐一样，想要多少物质就可以有多少物质。

所以，这个星系为什么吃到一半就不吃了呢？真是太不尊重自助餐了。

毕竟，我们目前观测到的死亡星系，都是直到宇宙后期才出现的。

目前的理论很难解释这一仓促的中途离席，因此这一发现可能会催生新的宇宙早期理论。

天文学家此前曾在早期宇宙中观察到死亡星系，但这个星系是迄今为止最古老的——距大爆炸仅 7 亿年，距今超过 130 亿年。

除了最古老之外，这个星系的质量也相对较低。早期宇宙中的其他猝灭星系质量要大得多。

但在进一步的观测和理论计算之后，天文学家表示，虽然在观测时它看起来已经死亡，但在大约 130 亿年的时间里，这个星系可能会复活并再次开始形成新的恒星。

图5 韦伯望远镜发现的古老星系 （图片来源：剑桥大学）

总结：吃自助不积极，思想有问题！

参考文献

Looser, T.J., D’Eugenio, F., Maiolino, R. et al. A recently quenched galaxy 700 million years after the Big Bang. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07227-0

来源 | 科学大院

新媒体编辑 | 陈旦

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