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Architecture firm Foster + Partners unveils innovative lunar infrastructure design, collaborating with NASA and 3D printing pioneers Branch Technology. The concept illustrates essential power and communication systems required for sustainable lunar surface operations

点亮月球:月球南极太阳能塔

点亮月球:月球南极太阳能塔 当人类憧憬在地球以外建立永久基地之时,一项具有前瞻性的基础设施工程设计正为我们的太空未来引路开航。 月球能源新构想 在探索其他星球可持续前哨站的过程中,能源生产是一项巨大挑战。由知名建筑事务所Foster + Partners与Branch Technology公司合作的一个创新项目,为月球崎岖地形提供了量身定制的解决方案。他们为月球南极设计的这座50米高太阳能塔,是以建立长期月球探索和居住所需的基础设施为目标。该项目获得了美国国家航空航天局(NASA)小企业创新研究(SBIR)第一阶段计划的支持,可能彻底改变我们在太空中获取能源的方式。 “月球南极是太阳能的’宝库’,”Foster + Partners的首席设计师埃琳娜·马丁内斯(Elena Martinez)表示。”在长约14个地球日的月昼期间,其高地几乎持续沐浴在阳光中。垂直塔结构能高效捕获这种能量,无需在其他位置可能需要的复杂跟踪系统。” Architecture firm Foster + Partners unveils innovative lunar infrastructure design, collaborating with NASA and 3D printing pioneers Branch Technology. The concept illustrates essential power and communication systems required for sustainable lunar surface operations. Image credit: Foster + Partners 为月球前沿而建 为月球建造结构将工程学推向极限。这座塔必须能承受在酷热的月昼和严寒的月夜之间超过300摄氏度(540华氏度)的极端温差,同时要足够轻,以便从地球发射,又要足够坚固,能在月球六分之一的重力下支撑太阳能电池阵列。 Branch Technology公司在3D打印和先进材料方面的专业知识至关重要。团队正在探索使用月壤——月球表面松散、布满尘埃的土壤——作为建筑资源的方法。这种方法可以大幅减少从地球运输的材料量,在航天飞行中,每一克都至关重要。 “我们正在为一个外星世界设计建筑,”Branch Technology的发言人戴维·金(David […]

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Harnessing the power of motion: Scientists reveal how specially selected microscopic beads can convert everyday movements into electrical energy through friction, potentially revolutionizing wearable technology and offering new pathways for sustainable power generation.

微小运动大能量:吉米达尔博士(Dr. Ignaas Jimidar)揭示摩擦发电新时代

Self portrait, Image credit: Ignaas Jimidar, 微小运动大能量:吉米达尔博士(Dr. Ignaas Jimidar)揭示摩擦发电新时代 在可持续能源领域,科学家正利用创新的“摩擦纳米发电机”(TENGs)技术,从日常摩擦中获取电力。近期,比利时布鲁塞尔自由大学(VUB)的伊格纳斯·吉米达尔博士(Dr. Ignaas Jimidar)团队取得关键进展:他们发现使用特殊的三聚氰胺-甲醛微珠,能凭借其独特的物理特性,显著增强材料接触时的电荷转移效率,从而产生更强的电流。这项成果已于2025年2月5日发表在《Small》期刊上。 有趣的是,研究揭示了微珠尺寸与所带电荷的关系:较大的珠子倾向于带负电,较小的则带正电。通过优化微珠的大小和成分,团队在不依赖昂贵材料的情况下提升了能量产生效率。 这项技术为开发自充电可穿戴设备等应用开辟了新途径,不过在实际应用中,仍需克服可靠性和规模化生产方面的挑战。我们就此项工作与吉米达尔博士进行了交流。 故事起源 问:是什么激发了您探索利用微小塑料珠收集电能的兴趣?答:最初源于我们想开发一种不需要溶剂的“干法”组装技术,目标是用更可持续的方式来制造有序的微观结构。这种干法工艺速度很快——大约只需要20秒,而且容易扩大生产规模或实现自动化,不像传统的“湿法”工艺那样需要等待溶剂缓慢蒸发。在探索这项技术的应用时,我们与里加工业大学和墨尔本皇家理工大学研究摩擦纳米发电机(TENG)的同行进行了交流。我们意识到,我们制造的微粒结构本身就形成了摩擦发电所需的规整表面形态(拓扑结构),这正好可以替代传统上昂贵的压印或蚀刻等制造方法。这感觉是一个非常自然的结合点。 问:您的学术背景相当多元化,是如何开始研究这些微珠的?答:我的求学之路确实跨越了几个领域。我在苏里南学习机械工程起步,之后到荷兰攻读应用物理学和流体动力学。读博士时,我转向了化学工程领域,在一个项目中偶然接触到了粉末和微珠。这里面的物理现象非常吸引我:颗粒材料的研究与流体动力学有共通之处,但在粉末这样的微观尺度上,微粒间的表面力远比重力更重要,这和我们平时看到的宏观玻璃弹珠的行为很不一样。后来,为这些特别的材料开发无需溶剂的组装方法,更让我觉得兴味盎然。 Diagram illustrating the operational mechanism of triboelectric nanogenerator surfaces. Image credit: Ignaas Jimidar 科学理解 问:能简单解释一下这些微珠之间的摩擦是如何产生电力的吗?答:基本上就是我们日常生活中经历的静电现象,比如用气球摩擦头发——接触和摩擦导致了电荷在不同物体间转移。有趣的是,其精确的微观机制至今尚未被完全弄清楚。现有的理论包括电子转移、材料本身的微小转移,或者多种过程同时发生。像湿度这样的环境因素会极大地影响起电效果,增加了复杂性。最近的研究甚至挑战了一些旧的假设,《自然》杂志上的一项研究表明,即使是化学成分完全相同的材料,比如两块反复接触的硅胶,也能分别带上相反的电荷,这可能是由于表面极其细微的差异或接触方式的不对称造成的。 问:微珠带上正电荷还是负电荷是随机的,还是可以控制的?答:确实存在一定的随机性,尤其是在相同材料相互作用时,要解释为何一个表面会倾向于带正电,而另一个表面倾向于带负电,仍然很困难。你甚至可能在同一个表面上观察到不同电荷的“斑块”。不过,通过谨慎地选择不同材料进行搭配,我们通常可以大致控制它们的起电行为。但这种现象对环境非常敏感——湿度和温度都会影响电荷的产生和积累——这是实际应用中的一个主要障碍。 问:为什么特别选择三聚氰胺-甲醛微珠呢?答:老实说,最初是因为我们的供应商正好有现成的这种材料!但从科学角度来看,它们之所以有效,是因为三聚氰胺-甲醛作为一种聚合物,异常坚硬。当这种硬质微珠压在较软的材料上时,其刚性能增强表面的实际接触面积,从而显著提高充电效果。 问:量子物理原理在这种电荷形成中扮演了角色吗?答:有些研究人员确实从量子角度来探讨这个问题,研究电子能带结构以及接触过程中可能的电子俘获现象。然而,研究摩擦起电效应非常有挑战性,因为极其微小的表面变化,或者像一层薄薄的水膜这样的因素,都可能彻底改变结果,这使得分离和确认单一机制变得异常困难。 问:发现较大的珠子带负电、小珠子带正电,这对您的研究方法有何影响?答:这个发现直接影响了我们选择材料的策略。为了最大化电荷产生,我们意识到应该将具有互补特性的材料配对使用:用较硬的材料制作小尺寸微珠(以增强正电荷),同时用较软的材料制作大尺寸微珠(使其倾向于带负电荷)。这种组合能够放大材料间的电荷差异和电势差,从而提高功率输出。 Electron Microscope Image showing the surface of a Triboelectric Nanogenerator (TENG) with microscopic bead structures. Image credit: Ignaas Jimidar

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Foster and Partners (also Foster + Partners) is a British international architecture firm with its headquarters in London, UK

重塑传奇:福斯特+合伙人(Foster + Partners)展示英国曼联新球场愿景

Foster + Partners has revealed their visionary design for a new Manchester United Stadium as part of the Old Trafford neighborhood transformation. The architectural firm shared renderings showcasing not only the stadium itself but also the reimagined surroundings—featuring parks, mixed-use developments, an outdoor cinema, and an upgraded train station. These concept illustrations will guide upcoming

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Aurora Boreale, Lapponia, Finlandia by Roberto Sysa Moiola, Outdoor photographer, Italy

从阿尔卑斯山巅到北极风光:罗伯托·西萨·莫约拉(Roberto Sysa Moiola)的奇幻之旅

Self portrait, Image credit: Roberto Sysa Moiola 从阿尔卑斯山巅到北极风光:罗伯托·西萨·莫约拉(Roberto Sysa Moiola)的奇幻之旅 在这个被转瞬即逝的快照淹没的时代,意大利摄影师罗伯托·西萨·莫约拉(Roberto Sysa Moiola)却独树一帜,他所追寻的是偏远景观中那狂野的灵魂。从芬兰冰冻湖泊的晶莹闪烁,到挪威罗弗敦群岛的风暴肆虐悬崖,他的镜头捕捉到了地球未被驯服角落的原始壮丽与脆弱脉动。 最近,我们与他坐下来聊了聊,探寻他25年职业生涯背后的坚韧、美感与气候变迁。 Hiker man walking on empty road covered with ice during a storm, Barents Sea, Berlevag, Varanger Peninsula, Finnmark, Norway, Image credit: Roberto Sysa Moiola, 徒步者的镜头 莫约拉的旅程始于阿尔卑斯山,他一生的后院。”我最初是个热爱徒步的人,”他回忆道,”住在山里,我总在跋涉,那些惊艳的景色不断召唤我去拍摄。”起初只是为了定格记忆,逐渐演变成一种召唤,将他带向世界各地。 Man with snowshoes admiring the scenic sky at dawn over a winter forest covered with

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Highly porous tin foam, developed through specialized processing techniques. This material, shown in the image, was studied by an interdisciplinary team at HZB to evaluate its performance as a battery electrode.

锡泡沫电池电极内部演变:X射线成像的新发现

Dr. rer. nat. Sebastian Risse, Image credit: HZB Dr. Francisco Garcia-Moreno, Image credit: HZB 锡泡沫电池电极内部演变:X射线成像的新发现 科学家们发现,将锡转化为高孔隙率的泡沫结构或许能解决下一代电池面临的最大挑战之一。这一创新方法,来自柏林亥姆霍兹中心(HZB)的最新研究,可能为能量存储开辟新路,让相同体积容纳更多电量——想象一下,智能手机或电动车电池续航更持久。 超越石墨:金属电极的潜力 几十年来,锂离子电池依赖石墨电极在充放电时传递锂离子。石墨虽稳定,但其理论容量仅为372 mAh g⁻¹,促使研究者寻找更高能量密度的替代品。锡以993 mAh g⁻¹的理论容量——几乎是石墨的三倍——脱颖而出。“锡资源丰富、无毒,且能储存更多锂离子,”HZB的共同作者塞巴斯蒂安·里瑟博士(Dr. Sebastian Risse)说。这项研究已发表在《先进科学》上。然而,问题在于:锂离子进入时,锡体积膨胀高达260%,导致龟裂和性能衰退。 Schematic diagram illustrating the operando cell architecture used for discharge/charge experiments. The components include: (A) current collector, (B) Sn electrode, (C) Celgard separator, (D) lithium chip, (E-F) steel spacers, (G) steel

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“Breathtaking Burst” by Chris Wilson, Wood sculptor, USA

木魂灵动,雕刻大师的自然颂歌

“Arctic Gyrfalcon” and Chris Wilson, Image credit: Chris Wilson 木魂灵动,雕刻大师的自然颂歌 在克里斯·威尔逊(Chris Wilson)的创作天地里,时光仿佛凝滞,朴实的原木在静谧中被赋予灵魂。他以精湛的匠心,将这些木料雕琢成令人叹为观止的野生动物雕塑,将自然界那稍纵即逝的灵动之美定格成永恒。他的作品如同一首首生命赞歌,诉说着大自然的细腻与力量。 走进他的艺术世界,你会看见一只蜂鸟,纤小而灵巧,悬停在紫罗兰色的锦葵花前。它的羽翼纹路细腻入微,仿佛与自然本身媲美,让人屏息凝视。一只白色猎鹰则傲然屹立于墨黑的岩石之上,炯炯有神的目光流露出猎手不容侵犯的威严。四只山鹑在金色夕阳的映照下,仿佛被琥珀封存,展翅飞翔的姿态如同一场无声的天空舞蹈,流淌着韵律之美。而那只野鸡,优雅地跃向空中,羽毛在飞扬间如展开的扇面,构成完美的平衡,底座上纤细的草茎静静诉说着一片原始生态的诗意。 “Foxglove Flurry”, Image credit: Chris Wilson 威尔逊的艺术造诣已然超越了纯粹工艺的藩篱——每一件作品都是他对自然万物的深情礼赞,引领观者在审美愉悦之余,回望与反思人与自然的共生关系。作品中蕴含的真实性不仅仅源于其精湛绝伦的雕刻技艺,更植根于他与创作主体之间达成的某种心灵共振。 从天资卓绝的艺术少年到当代野生动物雕塑领域的璀璨明星,威尔逊艺术生涯的轨迹清晰地勾勒出他对艺术的至诚奉献与对环境保护的不懈倡导。他独树一帜的创作方法论巧妙地将精益求精的技术执行与对自然界近乎通灵的感知融为一体,每一件佳作都是他多年潜心观察与不断提升艺术感悟力的见证。 在最近与威尔逊的深度对谈中,我们探寻了他个人叙事、艺术哲思与灵感源泉交织的内心世界。以下访谈片段将为读者揭开这些令人惊叹的木雕生命背后,那颗充满创造力的艺术之心。 “Family Tree” Pileated Woodpeckers and Swallowtail Butterfly, Image credit: Chris Wilson 寻道启蒙:雕琢艺术的初心 您的艺术之旅始于四十五年前,在玛丽琳·阿恩和加里·登茨勒等导师的引领下。他们的指导如何塑造了您今日的艺术风貌? “我深感荣幸,能得遇如此卓越的导师。我的母亲早早地洞察了我的创造力,引领我进入一所特殊的艺术学校。在那里,我涉猎了绘画、油画和版画等多种艺术形式,但立体艺术始终令我心驰神往。阿恩小姐将我引荐给了加里·登茨勒先生,他那栩栩如生的木雕猛禽,在我十四岁时便深深地触动了我。导师与家人的支持,使我得以全情投入于这份热忱之中。” 观察之艺,是您创作的核心,从搭建鸟舍到野外写生,无不体现着这一点。近距离的观察,如何为您的雕塑注入灵魂? “艺术,仰赖于敏锐的观察。我们家中的鸟舍——那被戏称为‘鸭子丽兹卡尔顿酒店’的所在——为我提供了近距离观察水禽解剖、色彩及行为的契机,这些都是创作出真实作品的关键。” 威尔逊的作品,不仅捕捉了动物的解剖学精准,更赋予了它们精神与情感的真实性。 “Emerging Crane” Sandhill Crane, Image credit: Chris Wilson 木之灵韵:心与自然的对话 为何木材能如此深刻地契合您的艺术愿景,相较于其他媒介而言? “木材蕴藏着温暖与历史的沉淀,这在其纹理与质感中清晰可见。从整块木料中雕琢,能使材料本身的天然之美与雕塑相得益彰。每一道细腻的刀痕,都记录着我的创作历程。偶尔,我会将木材与金属巧妙结合,以营造视觉上的冲击力,并采用石质底座,通常是花岗岩或板岩,以提供一种厚重而沉稳的对比。材料之间的相互作用,丰富了视觉与触觉的双重体验。” 威尔逊对材料的深思熟虑,体现了他对主题、媒介与环境之间和谐共生的哲学理念。 情感的联结 您的雕塑作品,流露着与自然之间深厚的精神联结。您希望观赏者从中体会到怎样的情感? “我力求唤起观赏者内心的喜悦、惊叹与积极的情感,通过编织故事,强调自然界万物之间的紧密相连。我衷心期盼,观赏者不仅能欣赏到野生动物的绝美姿态,更能从中汲取灵感,投身于自然保护的行列。” 这份精神层面的深度,使得威尔逊的雕塑作品卓尔不群,引领观赏者与自然展开一场意义深远的对话。

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Heatherwick Studio, Belvedere, Early concept renders by Heatherwick Studio, Architecture firm, UK

城市空间再想象:赫瑟维克(Heatherwick Studio)改造路易斯维尔市(Louisville)的贝尔维德尔

Heatherwick Studio, Belvedere, Early concept renders, Image credit: Heatherwick studio 城市空间再想象:赫瑟维克(Heatherwick Studio)改造路易斯维尔市(Louisville)的贝尔维德尔 在美国肯塔基州路易斯维尔市(Louisville)的中心枢纽,一栋历史悠久的地标建筑正焕发着崭新活力。贝尔维德尔(The Belvedere)——这座气势恢宏的高台广场,俯瞰着奔流不息的俄亥俄河——正处于转型蜕变的关键时刻。这项备受瞩目的改造工程,预期将为肯塔基州这座首府城市赋予崭新的时代意涵。 与河流重逢 半个世纪以来,贝尔维德尔一直是路易斯维尔市民俯瞰俄亥俄河的城市阳台。这座1973年首次向公众开放的宏伟广场——占地相当于四个标准足球场——曾是这座城市公共空间的璀璨明珠。然而,尽管坐拥第四街与第六街之间的黄金地段,多年来的疏于养护已使其光彩渐失,这处蕴含无限可能的场所,与其本应服务的社区逐渐失去了共鸣。 在这一背景下,享誉全球的英国赫瑟维克工作室(Heatherwick Studio)应邀参与改造。这家设计机构因纽约小岛公园(Little Island)和伦敦煤场广场(Coal Drops Yard)等富有变革性的项目而声名卓著。他们为贝尔维德尔构想的未来远超简单翻新的范畴——这是对美国中西部城市公共空间的一次深刻重构。 “贝尔维德尔拥有非凡潜力,可以蜕变为路易斯维尔市及其市民的全新绿色’客厅’,”赫瑟维克工作室执行合伙人兼集团负责人斯图尔特·伍德这样描述道。”我们的设计将精心编织俄亥俄河滨,并将其与周边广阔公园系统无缝衔接,创造前所未有的城市体验。” 飘带与河流 早期概念设计图展现了贝尔维德尔与现有样貌截然不同的崭新气象。一座宛若飘带般蜿蜒起伏的亭阁成为视觉焦点——其有机流动的建筑语汇,巧妙呼应着下方俄亥俄河的粼粼波光。这座建筑仿佛悬浮于由硬质铺面渐变为葱郁绿洲的环境之上,曲径幽深,引领游人步入一幕幕精心铺陈的河畔景致。 此项设计的精妙之处,在于其兼顾双重核心:既尊重场域居高临下的绝佳视野,又同时强化与河流及周边城市纹理的连结。设计者屏弃了传统城市广场的硬朗几何线条,转而拥抱更为师法自然的笔触,令建筑与景观之间的界线趋于消弭,浑然一体。 经由重新构思的贝尔维德尔,其魅力将不仅止于视觉层面。作为一处多元复合场域,它将能兼容并蓄地承载各式活动,从盛大的文化庆典到私密的聚会晤谈皆能在此找到适切的空间,为路易斯维尔市擘划出一座能随城市脉动而灵活变化的多功能场所。 Heatherwick Studio, Belvedere, Early concept renders, Image credit: Heatherwick studio 社区驱动的愿景 或许更为关键的是,此项目的协作精神。赫瑟维克工作室并非将设计方案强加于城市之上,而是积极邀请路易斯维尔市民共同参与,形塑贝尔维德尔的未来样貌。通过一月份举行的一系列公众会议,市民们踊跃贡献真知灼见与殷切期盼,这些宝贵意见皆悉数融入了持续演进的设计方案之中。 伍德先生强调,工作室秉持着力求实现响应式设计的承诺,以反映在地独特性与市民共同愿景。他指出:”我们一直以来都悉心倾听社群的声音,深刻感受到人们对于此地能发生令人振奋、耳目一新之变革的强烈渴望。” 这种公众参与的模式,亦获得了市府领导阶层的鼎力支持。路易斯维尔市长克雷格·格林伯格在其城市状况演讲中公开了此项概念设计,更将此项目誉为城市发展进程中的关键时刻:”贝尔维德尔已届五旬,岁月痕迹斑驳可见。我们是要放任其持续龟裂颓废,抑或是开创崭新格局,成就一番宏大而富胆识的作为?” 超越美学:市民更新 贝尔维德尔的振兴,不仅仅是视觉美感的提升,更体现了美国城市日渐深厚的共识:优质公共空间乃是维系市民福祉与经济活力的基石。 城市滨水区域,曾几何时为工业用途所主导,继而沦为未能善加利用的水泥广场,如今正被重新视为能够促进社群连结与环境永续的珍贵资产。赫瑟维克工作室的设计,对此转变尤为敏锐,着重于绿意空间、行人优先,以及能跨越不同族群背景、吸引多元体验的设计理念。 此项目亦标志着路易斯维尔的雄心壮志,欲跻身于美国众多正经历文化与建筑复兴的中型城市之列。借由委托国际知名的设计工作室操刀此备受瞩目的项目,路易斯维尔已将自身定位于更宏大的城市复兴叙事之中,冀望透过独特的场所营造,实现城市面貌的焕然一新。 Heatherwick Studio, Belvedere, Early concept renders, Image credit: Heatherwick studio 里程碑项目

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Mother earth, summer lush greens cradle all life 2024 168x112x3 (95) by Li Wei Chen, Artist, Taiwan

山嵐入夢:陳俐維的藝術世界與靈魂之旅

Self portrait, Image credit: Li Wei Chen 山嵐入夢:陳俐維的藝術世界與靈魂之旅 在基隆獅球嶺的幽谷之間,一位幼女每日穿梭於陰翳山徑,心中盡是惶恐。數十寒暑後,這位曾畏懼林巒的孩子,卻以畫筆將心靈深處的幽美山色展現於世,躋身國際藝壇的台灣畫者。她是陳俐維,憑藉獨創「砌畫」技法在藝術領域篆刻不凡印記的創作者。 Saha falling feathers 2024 116x112x3 (95), Image credit: Li Wei Che 從憂懼到瑰麗:童年的蛻變與啟悟 「兒時在山中成長,於我而言毫無美感可言,唯有畏懼與不安。」陳俐維追憶道。每日歸途所經的山谷,暗影如魂;然而,獅球嶺上恣意奔跳的光陰與夕照下等候泥水匠父親的身姿,又為她的童年增添了暖意與自然之美。這些看似矛盾的記憶在她心中交織成網,直至十二歲隨親遷往市區,十八歲辭別基隆,她曾立誓不再言及此地。 歲月如梭,不覺四秩,命運的轉捩點悄然臨至。婚姻的破碎猶如山間霧靄消散,卻揭示了心靈深處蟄伏已久的藝術渴求。彷彿冥冥之中自有定數,意念先於筆觸,一股無形的力量引領她拾起畫具。當筆尖初觸畫布,令人驚歎的是,童年山嵐的意象竟如泉水般自然湧現,縱橫交錯於畫紙之上。「待我描繪成形,方悟其美原為恐懼所掩蔽。」透過每一抹色彩的交融,每一刀肌理的堆疊,她與昔日自我達成和解,讓沉睡於心靈深淵的山水意境昇華為藝術創作的甘泉。 Keep beauty in blooming 2020 38x90x3(16) 33x100x3(16) 33x104x3(17) 33x100x3(16) 38x90x3(16) , Image credit: Li Wei Chen 父親的遺贈:「砌畫」技藝的誕生 陳俐維的「砌畫」技法獨樹一幟,近似浮雕的立體效果令人驚豔,源自父親的泥水匠藝術。兒時,她常佇立於工地,注視父親以砌刀抹勻水泥。「他無形中將技藝注入我的血脈,」她言道,「當我開始創作時,自然而然運用了他的方法。」父親以砌刀糊口,她則以畫刀開拓藝術新境。這種無師自通的手法,使她的作品既具層次,又蘊含個人印記。她後來始悟此份傳承,一次採訪中脫口而出「砌畫」一詞,歸家後恍然大悟:「豈非父親的背影與我的身姿重疊?他的抹刀與我的畫刀,一脈相承。」 Mother earth, spring breeze and rain breathe life anew 2024 168x112x3 (95), Image credit:

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Octopus bimaculoides in repose, Cassady Olson, Ragsdale Lab

八臂无限运动:揭秘章鱼非凡的灵活性

Clifton Ragsdale, PhD, Neurobiology, Image credit: Jordan Porter-Woodruff 八臂无限运动:揭秘章鱼非凡的灵活性 章鱼以其智慧和惊人的身体能力而闻名,其中最令人印象深刻的莫过于它们八条触手的灵巧性。这些灵活的附肢可以扭转、弯曲和卷曲,几乎可以进行无限范围的运动,使章鱼能够在周围环境中穿梭自如,操纵物体,并以惊人的精度捕捉猎物。但究竟是什么赋予了它们如此精细的控制能力呢? 芝加哥大学的研究人员揭示了这一谜题的关键:一种独特的神经系统,它能协调章鱼触手的复杂运动。这项突破性研究于2025年1月15日发表在《自然通讯》杂志上,揭示章鱼的触手并不仅仅由中央大脑控制,而是由组织成段的分布式神经元网络控制。这使得每只触手都能精确独立地运动,同时保持整个身体的协调。想象一下,就像有八个迷你大脑在完美和谐地一起工作! 我们与该研究的资深作者Clifton Ragsdale博士进行了交谈,以了解更多关于这些迷人发现的信息。 Octopus bimaculoides in motion, Image credit: Cassady S. Olson, Ragsdale Laboratory 从哺乳动物到软体动物:一段演化之旅 问:是什么让您从研究哺乳动物大脑转向研究章鱼的神经系统?答:我的科研之路始于系统神经科学,最初专注于研究脊椎动物和哺乳动物的脑回路,后来转向了神经发育的分子生物学。在获得终身教职后,我对拥有大型大脑的无脊椎动物神经系统产生了兴趣,这自然而然地将我引向了头足类动物。其中,普通章鱼尤其令我着迷,因为它的神经系统极其复杂——它总共拥有大约5亿个神经元,其中8000万个在中央大脑(相当于一只老鼠的大脑),1.2亿个在视叶,3亿个分布在八只触手上。 这种庞大的神经结构提供了一个绝佳的机会,让我们可以利用现代分子生物学、细胞生物学和其他当代技术,来增进我们对复杂神经系统如何演化和运作的理解,尽管我们需要克服许多研究障碍。 章鱼腕足的独特性 问:为什么特别关注章鱼的腕足,它们的神经系统是如何运作?答:与其他头足类动物(如鱿鱼)相比,章鱼的腕足具有独特的复杂性。虽然两者都有类似的附肢,但章鱼的腕足具有多种功能,包括探索、行走和捕食。它们的吸盘是复杂的化学感应器官,既能感觉又能尝味,拥有的味觉受体比鱿鱼的吸盘更加多样化。赋予了它们感知周围环境的惊人能力。 每条腕足包含大约4000万个神经元——相当于章鱼中枢脑半球的神经元数量。与其将此视为周围神经系统,不如将其视为中枢神经系统的一部分,类似于我们对其他动物的视网膜和脊髓的分类。可以说,章鱼基本上有八个“脊髓”,每条腕足一个。 虽然这些腕足在被切断后可以独立运作——在数小时内表现出感觉-运动反应——但这种能力并非章鱼独有,因为小鼠断开的脊髓同样可以控制运动并表现出感觉-运动反应。然而,章鱼腕足的复杂性和自主性水平是无与伦比的。 章鱼的视觉:不仅仅是“眼见为实” 问:章鱼有视觉能力吗?人们很容易过于关注它们的腕足,以至于可能会忘记它们还有眼睛!答:人们常常误以为章鱼的腕足就是它们的“眼睛”,这可能是因为腕足上具有感知功能的吸盘。但事实并非如此,章鱼拥有非常发达的眼睛和出色的视力。大而复杂的眼睛是大多数软体头足类动物的标志。实际上,如果你观察章鱼眼睛中光感受器细胞密度时,你会发现它与高视力动物(如灵长类动物,包括我们人类,甚至像鹰和隼这样的猛禽)中的光感受器细胞密度相当。如此高的光感受器密度表明章鱼具有非常高的视觉敏锐度。 有趣的是,章鱼复杂的视觉系统为我们呈现了另一个迷人的谜题。 它们的视觉系统,就像它们生物学的许多其他方面一样,似乎与脊椎动物的系统发生了趋同进化。演化在两个谱系中独立地得出了相似的复杂解决方案。这就引出了根本性的问题:它们是如何独立实现这一点?更关键的是,章鱼的眼睛和脊椎动物的眼睛在基本层面上是否遵循相同的原理运作,还是它们使用了完全不同的机制?我们还不知道这些问题的答案,这正是为什么头足类动物视觉是现代分子和细胞探索如此引人入胜的领域。在我的实验室里,我们渴望利用现代生物学的强大工具来解决这些关于软体头足类动物的开放性问题,因为还有大量令人兴奋的生物学奥秘等待着我们去发现。 分节:腕足灵活性的秘密 问:章鱼腕足神经系统的分节是如何具体地促成其执行如此复杂的弯曲、扭转和卷曲动作的非凡能力?答:把章鱼的腕足作为一个整体来看——它是一种具有抓握能力的结构,与我们所拥有的任何结构都不同。当你观察章鱼的运动时,你会注意到它们的腕足中没有骨骼。相反,它们完全由肌肉、神经组织和结缔组织以及吸盘组成。这种类型的结构被称为“肌肉水静压支架”(muscular hydrostat),类似于大象的鼻子或人的舌头。“肌肉水静压支架”能够实现几乎无限自由度的运动。 有趣的是,章鱼腕足内的肌肉结构在其整个长度上都是一致的。如果你在腕足的不同位置进行横切,你会看到相同的肌肉排列。这是一个重复的结构。如果你观察腕足的运动,并不是只有某些部分可以弯曲;整条腕足都能够弯曲、扭转、伸长和收缩。 虽然大脑显然会指示弯曲发生的位置并控制抓取等动作,但腕足的重复结构使我们推测其神经系统也可能以模块化、重复的方式组织。我们设想可能有类似的模块化神经回路沿着腕足的长度重复。这种分节的神经系统在其他蠕虫状生物中可见,例如环节蠕虫甚至昆虫幼虫。我们认为,一般来说,分节是控制蠕虫状身体或附肢的有效方法。 然后,我们的研究重点是探索腕足的神经回路。我们发现了这种神经元分节,并且令人惊讶地发现,每条腕足长度上的节段甚至比我们最初预期的还要多。这些节段似乎沿着腕足重复,但每个节段在与其相互作用的特定肌肉方面似乎都表现出局部的特化,从而产生了分工。然而,尽管存在这种局部特化,但这些节段沿着腕足保持了相似的基本结构。 除了这一初步发现之外,我们还需要进一步的研究,特别是在生理学方面,以充分了解这种分节的功能意义,以及它如何协调章鱼腕足令人难以置信的复杂运动。 Octopus bimaculoides holiding a sea shell, Image credit: Cassady S. Olson, Ragsdale Laboratory

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Scientists engineered regular white fat cells to become energy-consuming beige fat cells. When placed in the body, these modified cells competed with cancer for nutrients, effectively suppressing five different cancer types during laboratory testing

饿死癌细胞:工程脂肪细胞如何革新癌症治疗

Nadav Ahituv, PhD., Professor in the Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences and Director of The Institute for Human Genetics at UCSF, whose work focuses on “finding switches to regulate, or turn on and off genes,” is receiving a grant from the National Cancer Institute (NIH) to further develop this fat cell therapy for cancer.,

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