研究人员用激光做饭
想象一下，你想煮什么就煮什么，厨师能够为你量身定制食物的形状、质地和味道，而这一切只要按下一个按钮就可以了。
美国哥伦比亚大学的工程师们一直在研究如何利用激光烹饪和3D打印技术组装食物。机械工程教授Hod Lipson的“数字食物”团队已经建立了一个完全自主的数字厨师。
“我们注意到，虽然打印机可以生产出毫米精度的原料，但没有一种加热方法可以达到同样的分辨率。”该实验室的博士Jonathan Blutinger说，“烹饪对许多食物的营养、风味和质地至关重要，我们想知道是否可以开发一种用激光精确控制这些特性的方法。”
近日，在发表于《npj食品科学》的一项新研究中，该团队探索了各种烹饪方式，他们将蓝光（445纳米）和红外光（980纳米和10.6微米）照射在鸡肉上，以此作为模型食物系统。他们打印了鸡肉样品（3毫米厚）作为试验物，并评估了一系列参数，包括烹饪深度、显色、保湿，以及激光烹制和火炉烹制肉类的味道差异。他们发现，激光烹制的肉类收缩幅度小50%，水分含量保持较高，并显示出与传统烹制的肉类相似的风味。
Blutinger说：“事实上，我们的两位盲试者更喜欢激光煮熟的肉，而不是传统煮熟的肉，这显示了这项新兴技术的前景。”
为何有人不喜欢西兰花
许多儿童和成人都不喜欢芸苔类蔬菜，如西兰花、花椰菜、卷心菜和抱子甘蓝等。芸苔属蔬菜和人类唾液之间的相互作用会影响口腔内气味的形成，而这又可能与个体的感知和喜好有关。
现在，澳大利亚研究人员在《农业和食品化学杂志》上发表论文称，这些挥发性化合物水平在父母和孩子之间是相似的，这表明共享口腔微生物群。他们还发现，高浓度导致孩子们不喜欢这些蔬菜。
芸苔属蔬菜含有一种称为S—甲基—L—半胱氨酸亚砜的化合物。当这类植物组织中的一种酶起作用时，会产生强烈的硫磺味，一些人口腔微生物群中的细菌也会产生相同的酶。不过，硫挥发物的产生量存在较大差异。
此前研究表明，成年人唾液中的这种酶水平不同，但儿童是否也有不同的水平，以及这是否会影响他们的食物偏好，目前尚不清楚。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织的Damian Frank进行了这项研究，希望调查儿童和成人唾液中硫挥发产物的差异，并分析这如何影响人们对芸苔属植物的接受程度。
研究人员使用气相色谱—嗅觉测定—质谱法来鉴定生的和蒸熟的花椰菜、西兰花中的主要气味活性化合物。然后，他们让98对6至8岁的儿童/父母对关键气味化合物进行评分。二甲基三硫化物散发着腐烂、含硫和腐臭的气味，是儿童和成人最不喜欢的。
然后，研究小组将唾液样本与生花椰菜粉混合，分析随时间推移产生的挥发性化合物。他们在个体之间发现了硫挥发物存在巨大差异，并且儿童通常与他们的父母具有相似的水平，这或可由相似的微生物群组解释。
唾液中产生大量硫挥发物的儿童最不喜欢生的芸苔属蔬菜，但这在成年人身上没有发现，他们可能随着时间的推移学会了忍受这种味道。
研究人员说，这些结果为为什么有些人喜欢芸苔属蔬菜而其他人（尤其是儿童）不喜欢提供了一个新的潜在解释。
受种子启发的飞行微装置
科学家研制出一种新飞行装置，受到风力传播的植物种子启发，或可应用于环境监测或通讯。这种飞行装置可以携带有源电子载荷，从而可建立新的潜在范围的无电池无线设备。相关研究9月22日发表于《自然》。
植物种子有各种形状大小，其中一些可利用风力传播，散播遗传物质繁殖种群。这些形状可分为四类：降落伞形，如蒲公英；滑翔机形，如翅葫芦；直升机形，如梣叶槭和大叶枫；及扑翼或飞旋形，如毛泡桐或臭椿。
一个装有测量空气颗粒物污染水平电路的3D飞行器 图片来自西北大学
受风力传播种子的启发，美国伊利诺伊州西北大学的John Rogers和同事设计了一系列飞行器，大小从微型（小于1毫米）到大型（大于1毫米）。他们使用模拟和风洞实验，研究了改变设计参数如飞行器直径、结构和翼型的空气动力学影响。
在直升机型和飞旋形种子中，旋转行为加强了这些装置的稳定性和飞行行为。这些设计可以集成简单电子器件，其中一例包含有一个检测空气颗粒物的电路。
一个10x10飞行器矩阵 图片来自西北大学
在同时发表的新闻与观点文章中，康奈尔大学的Farrell Helbling写道： “这些装置可以构成动态传感器网络，用于环境监测、无线通讯节点，或基于互联网连接设备网络即物联网的各种其他技术” 。
Helbling补充说，仍需要做进一步工作，以理解飞行器在风中会有怎样的行为，其他设计（降落伞形和滑翔机形飞行器）表现如何，但她认为目前的工作为增进飞行器能力铺平了道路。
我国人工合成淀粉研究取得原创性突破
9月24日凌晨，《科学》杂志刊发了中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）在淀粉人工合成方面取得的重大突破性进展。该研究在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料。中科院副院长、中科院院士周琪表示，当今世界正面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑世界格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳转化利用与粮食淀粉工业合成，正是应对挑战的重大科技问题之一。
论文通讯作者、中科院天津工业生物所所长、研究员马延和介绍，中科院天津工业生物所从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六化合物，再进一步合成直链和支链淀粉。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
论文第一作者、中科院天津工业生物所副研究员蔡韬介绍，如果未来该系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。
国内外领域专家评价认为该成果是“典型的0到1原创性突破”，是“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破，是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”，“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”，“将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
该研究工作获得了中科院重点部署项目、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目前瞻性的资助和支持，是国家合成生物技术创新中心的重点研究方向。
富氮分子三环喹唑啉具有多电子氧化还原活性
在国家自然科学基金与中国博士后科学基金的资助下，暨南大学化学与材料学院教授宾德善/李丹团队基于富氮分子三环喹唑啉（TQ）构筑了一种二维导电金属有机框架（MOF）材料Cu-HHTQ，并研究了其在锂离子电池中的应用。相关研究近日发表于《德国应用化学》。
锂离子电池在移动电子设备、电动汽车、储能电站、智能电网等领域有重要的应用，近年来其研究受到广泛的关注。有机电极材料因其具有资源丰富、环境友好、结构可设计、理论容量高等优点，引起了研究者的浓厚兴趣，但有机电极材料易溶于有机电解液、电导率低、反应动力学缓慢等的缺点制约了其应用。
研究人员设计合成了基于TQ的金属—有机框架（MOF）二维导电材料Cu-HHTQ，研究了其在锂离子电池中的应用。TQ作为一种富氮共轭稠环分子具有良好的氧化还原活性，结合配位节点CuO4的氧化还原活性，Cu-HHTQ获得了多重氧化还原活性位点，实现了作为高比容量锂离子电池负极材料的应用。
二维导电MOF长程有序的结构使其不溶解在电解液中，具有高循环稳定性，其多孔性以及高电导特性可以加速离子和电子的传输，因此可能成为具有高倍率性能的电极材料。研究发现，得益于Cu-HHTQ的高电导率特性、多孔特性以及多电子氧化还原特性，其作为锂离子电池负极材料表现出了较高的比容量、良好的倍率性能以及优异的循环稳定性。Cu-HHTQ在600 mAg-1的电流密度下可逆比容量达到了657.6 mAhg-1，循环充放电200圈后仍有83%的容量保持率，这在现今报道的导电MOF材料中处于较高水平。
为了探索获得的导电材料的电化学储锂机理，研究人员对TQ分子进行电化学测试，并通过理论计算研究了其锂化反应过程，首次验证了TQ具有多电子氧化还原活性。将TQ构筑在导电金属—有机框架Cu-HHTQ中能够有效提高其作为锂离子电池负极材料的比容量。
作为自下而上制备的材料，导电MOF为固定氧化还原活性分子提供了有效的平台。基于新型氧化还原活性单元TQ的有机电极材料设计与合成值得进一步研究，通过网格化学原理将多个氧化还原活性部分组装到高性能电极材料中被证实是一种行之有效的策略。
含“金”量低？新型铂基催化剂袭来
氢燃料电池是未来能源脱碳的重要方向，而制备电池所需的铂基催化剂，存在活性低、用量大、成本高的问题，是导致氢燃料电池“叫好不叫座”的关键。
在10月22日发表于《科学》的一项研究中，中国科学技术大学教授梁海伟团队与北京航空航天大学教授水江澜团队合作，通过高温“硫固体胶”的合成方法，成功研发出一系列高性能铂基氢燃料电池催化剂，这对降低氢燃料电池成本，推动其大规模产业化具有重要意义。
“长大”的烦恼
催化剂是燃料电池的核心材料之一，占燃料电池电堆成本的40%以上。2020年9月，财政部、工信部等五部门联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，明确指出要重点支持催化剂等关键材料和零部件的研发突破。
氢燃料电池因高效、清洁、无碳等优点，逐渐成为燃料电池界的“网红”。但目前打造“网红”所需成本仍然过高，尤其是铂基催化剂的使用。
铂族金属是金属中的贵族，因熔点高、强度大、电热性稳定、催化活性好等特点，广泛用于氢燃料电池等领域。但世界上铂族金属资源高度集中，80%以上位于南非。
而氢燃料电池阴极需要使用大量铂基催化剂来催化氧还原反应，铂资源的匮乏和高成本严重制约了燃料电池大规模产业化。
梁海伟告诉《中国科学报》，目前市场上使用较多的催化剂主要是铂碳催化剂和铂合金催化剂。但因其活性不高，铂的用量也较大。
他认为，降低铂的用量，是氢燃料电池发展必须解决的问题，而提高铂基催化剂的活性就是一种高效途径。“与普通的固溶体合金相比，金属间铂合金在活性和稳定性方面都更具优势。”
但金属间铂合金的合成必须经历高温，高温又会造成铂合金纳米颗粒在碳载体上流动并团聚“长大”。一旦纳米颗粒“长大”，就会失去其优势，催化剂活性就会严重降低。
为了打破这一“死循环”，防止颗粒“长大”，研究团队想，“能不能让颗粒像胶水一样固定在碳材料上呢？ ”
为此，他们采用了一种新颖的硫限域方法，即“硫固体胶”合成方法。该方法利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用，将铂基合金纳米颗粒在高温下像固体胶般“粘”在碳载体上，以防止其“长大”。
最后，研究人员实现了在保持颗粒尺寸小于5纳米的同时，完成双金属原子的有序化过程，合成得到了一系列小尺寸的铂金属间合金，建立了一个拥有46种合金催化剂的“材料库”。
实际上，梁海伟在德国做博士后期间，就开展了小分子合成不同碳材料的相关研究。回国后，他带领团队制备了一类硫含量很高的多孔碳材料。
他告诉记者，国际上也不乏团队开展硫掺杂碳载体合成的研究，但将其应用于铂金属间合金的合成，这是首次。
在梁海伟看来，这得益于学科交叉的优势。“只做金属间合金合成，就很难想到使用硫限域的方法；而只做硫限域研究，自然也想不到应用于金属间合金合成。”
传统理论错了吗？
基于构建的46种催化剂“家族”，研究人员测试并筛选了大量催化剂的性能。他们发现铂合金催化活性与其表面应力存在强关联性：在很宽的压缩应变范围内，其氧还原活性随着压缩应变的增加呈现单调上升趋势。
有趣的是，这一现象有悖于经典理论预测的火山关系趋势。
“按照之前的理论预测，应变太小太大都不好，适中才好。也就是说，应变和活性会是一种火山曲线关系。显然，我们的实验结果并非如此。”梁海伟说。
这让研究人员产生很多疑问，难道理论预测是错误的？或者，测试的应变并不是真实的应变？
梁海伟认为，目前的研究还不足以证明孰对孰错。“但在科学上，若没有大量的合成和性能测试，是看不到这个构效关系的。”
“这起码提供了一个新的指南，如果能进一步增大应变，就能够继续增大催化剂活性，有望将催化性能进一步推向峰值。”他说。
实际上，这种新构效关系的发现，是团队最“意外”、也最精彩的收获。
2016年，梁海伟留学回国后，就开始带领团队开展此项研究。很快，他们就研发了46种铂基合金催化剂“家族”，并于2018年第一次投稿。
投稿并不顺利。其中一位审稿人认为，合成催化剂和催化剂性能之间的关联性不强，研究不具备很强的科学性。
为此，研究团队又花费一年多的时间补充数据，并测试、筛选了大量催化剂的性能。在分析数据时，他们发现了这一有趣，又违背传统理论的现象。随后，他们重新调整了论文内容。
审稿人认为，“这项研究展示的尺寸小于5 纳米的金属间化合物纳米颗粒对催化应用至关重要。作者向我们展示了系列二元和多元铂基金属间化合物的尺寸控制合成，令人印象深刻。”
梁海伟说，“5纳米左右可以说是一个临界点，颗粒尺寸越大，表面原子所占据的比例就越低，会造成很多铂原子的浪费。”
在他看来，修改前后的论文，风格完全不同，也发现了更具科学性的现象。“坦率讲，我们很感谢审稿人提出的意见。”
实际上，补充数据的过程是漫长繁琐的。“团队间彼此支持的力量，是可以互相传递的，也是让我们在困难面前能坚持住的重要原因。”梁海伟说。
对于这一悖于经典理论预测的现象，他表示，接下来将会进一步验证为何不同，“很多时候，眼见未必为实。”
有望降低成本
根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%，将与汽油、柴油并列成为终端能源体系消费主体。
“我们从合成的46种催化剂‘家族’中筛选出几种高活性催化剂，使低铂氢燃料电池性能达到了目前世界先进水平。”水江澜说。
他告诉记者，合成的铂镍合金催化剂活性，是目前商业铂碳催化剂活性的5倍以上；为达到相当的氢燃料电池性能，他们合成的合金催化剂铂用量也只需要商业铂碳催化剂铂用量的1/10。
但梁海伟也指出，目前，氢燃料电池催化剂的研究，国外技术仍是全面领先。“这项研究在科学上具有一定价值，但距离产业化还有一定距离。”
一方面需要解决量产的问题，降低催化剂的制备成本。另一方面需要实现碳载体改性，增强局域氧气和质子传输阻抗。“前者难度不是很大，后者仍是一个很大的挑战。”梁海伟说。
微生物催化生物陶瓷可用于骨再生
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁团队提出微生物催化活性矿物诱导成骨的思想，并利用微生物催化作用构建生物陶瓷支架表面微纳米结构用于骨组织再生。研究成果发表于《先进材料》。
吴成铁告诉《中国科学报》，受自然界中微生物矿化现象的启发，研究团队通过微生物催化作用在传统陶瓷材料（硅酸盐）表面生长出具有生物活性的纳米碳酸钙矿物，将传统陶瓷材料与微生物基活性材料相结合用于骨组织工程（如图所示）。
骨骼是一种复杂的生物矿化组织，由微纳米尺度的有机（细胞、蛋白质）和无机（羟基磷灰石、碳酸钙）材料组装而成。理想的生物材料需要具有优良的骨传导性与骨诱导性，能高效促进新生骨的形成。而生物材料植入体的表面与宿主细胞直接接触，其物理化学特征是生物材料成功应用的关键因素之一。越来越多证据表明，材料表面的微纳米形貌及其化学特征能有效调控细胞的成骨活性。然而，传统的三维打印陶瓷支架的表面改性主要基于水热法、有机模版法等化学方法，这种非生物调控的矿化过程不利于晶体尺寸与结晶度的控制，从而限制了其生物学效应的高效发挥。
为此，研究团队利用产脲酶菌的代谢作用在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层。期间，微生物首先粘附在基底陶瓷表面，在脲酶和碳酸酐酶的催化下提升微环境中的pH与CO32-浓度。同时，细菌细胞壁表面的负电性基团吸附Ca2+，促进碳酸钙颗粒的结核与生长。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，并对骨髓间充质干细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有更好的促进作用。在皮下植入和大块骨缺损修复动物实验中，微生物催化的表面生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促骨组织再生的优良生物活性。
“综上所述，微生物催化的生物活性材料用于骨组织再生是一种微生物与组织工程相结合的新方法，这种策略为生物医学材料的制备提供了新思路。” 吴成铁说。
相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等基金支持。
坚硬木刀能切牛排
最锋利的刀具要么是钢制成的，要么是陶瓷质地。这两者都是人造材料，必须在极端温度下锻造。
现在，研究人员已经开发出一种制造锋利刀具的更可持续方法：使用硬化的木材。10月20日，相关论文发表在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Matter上。研究人员使用一种新方法，将木材的硬度提高了23倍，用这种材料制成的刀比不锈钢餐刀锋利近3倍。
美国马里兰大学材料学家、该论文通讯作者李腾（音译）说：“这把刀可以很容易地切开半熟牛排，效果和餐刀差不多。”硬化的木刀也可以清洗和重复使用。研究人员认为，它有望替代钢、陶瓷和一次性塑料刀。
李腾团队还展示了该新材料可以用来制作像传统钢钉一样锋利的木钉。与钢钉不同，该团队开发的木钉可以防锈。研究人员表示，这些木钉可以用来钉3块木板，而且不会出现任何损坏。除了刀和钉子，李腾希望，在未来，这种材料还可以用来制作更耐刮擦和磨损的木地板。
实际上，木材加工已经有几个世纪的历史了，但是木材在制作家具或建筑材料时，只经过蒸汽和压缩处理，成型后会存在一定的反弹。“环顾日常生活中使用的硬质材料，你会发现其中很多都是人造材料，因为天然材料不一定能满足我们的需求。”李腾说。
“纤维素是木材的主要成分，它的强度与密度比大多数工程材料（如陶瓷、金属和聚合物）都要高，但我们目前对木材的使用几乎没有发挥它的全部潜力。”李腾说。尽管木材经常用于建筑，但它的强度不如纤维素。这是因为木材的40%~50%是纤维素组成的，其余的由半纤维素和木质素组成，木质素起到黏结剂的作用。
李腾团队试图去除木材中较弱的成分，同时不破坏纤维素骨架。“这是一个两步的过程。”李腾说，“第一步，我们脱去木材的部分木质素。一般来说，木材是非常坚硬的，但去除木质素后，它变得柔软、有弹性。第二步，我们采用热压法，对经过化学处理的木材施加压力和热量，使其致密并去除水分。”
在材料被加工和雕刻成所需的形状后，研究人员为其涂上矿物油以延长使用寿命。纤维素容易吸收水分，所以这种涂层可以在使用过程中以及在水槽或洗碗机清洗时保持刀的锋利。
利用高分辨率显微镜，李腾团队检查了硬化木材的微观结构，以确定其强度来源。“一块材料的强度对缺陷的大小和密度非常敏感，比如孔洞或凹槽。”李腾说，“该两步过程大大减少或消除了天然木材的缺陷，那些在枝干运输水或其他营养物质的渠道几乎消失了。”
而且，这种木材硬化过程可能比制备其他人造材料更节能，对环境的影响也更低，尽管还需要更深入的分析来确定。研究人员表示，第一步需要在100摄氏度的化学溶液中煮沸木材，这些化学溶液有可能分批重复使用。相比之下，制造陶瓷需要将材料加热到几千摄氏度。
“在厨房里，我们有很多可以长时间使用的木块，比如切菜板、筷子或擀面杖。”李腾说，“如果你不断磨快它们，并进行常规保养，这些刀也可以多次使用。”
“九章二号”量子计算原型机问世
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，完成对用于演示“量子计算优越性”的高斯玻色取样任务的快速求解，求解速度比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）。
量子计算机在原理上可通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面，获得比经典计算机更强的算力。早在1981年，诺贝尔奖获得者费曼就提出了量子计算的初步想法。大规模量子计算机的物理实现，是世界科技前沿的重大挑战之一。
2020年，潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，处理高斯玻色取样的速度比超级计算机快一百万亿倍，使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。同时，“九章”还克服了谷歌基于“悬铃木”超导处理器的随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。
今年，潘建伟团队在“九章”的基础上，进行了一系列概念和技术创新，于近期成功研制出“九章二号”。他们设计并实现了受激双模量子压缩光源，显著提高了量子光源的产率、品质和收集效率，将光源关键指标从63%提升到92%；通过三维集成和收集光路的紧凑设计，多光子量子干涉线路增加到了144维度；通过动态调节压缩光的相位，实现对高斯玻色取样矩阵的重新配置，演示了“九章二号”可用于求解不同参数数学问题的编程能力。
根据目前已正式发表的最优化经典算法，“九章二号”在高斯玻色取样这个问题上的处理速度比最快的超级计算机快亿亿亿倍，比“九章”快100亿倍。“九章二号”1毫秒可算出的问题，全球“最快超算”需30万亿年。
相关成果10月26日以“编辑推荐”的形式发表于《物理评论快报》。著名量子物理学家、加拿大卡尔加里大学教授巴里·桑德斯认为，这是“令人激动的实验杰作”。
原生生物缓解气候变化
气候变化对地球上相互联系和依存的生命网络意味着什么呢？美国研究人员表示，人们或许可以从几盎司的微生物汤中窥见未来。
每一滴池塘水和一茶匙的土壤都充满了成千上万被称为原生生物的微小单细胞生物。它们数量众多，据估计，其重量是地球上所有动物体重之和的两倍。
20多万种已知的原生生物经常被忽视。但杜克大学生物学助理教授Jean Philippe Gibert说，随着气温变暖，它们可以在缓冲气候变化的影响方面发挥重要作用。
研究人员表示，这是因为它们吞噬细菌，并在呼吸时将二氧化碳释放到空气中，就像人类呼气时一样。但是，由于细菌占地球生物量的比例超过了除植物以外的任何其他生物，因此它们是二氧化碳的最大自然排放者之一，而二氧化碳是导致全球变暖的温室气体。
在近日发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，研究人员通过创造一个微型生态系统测试了气候变暖对以细菌为食的原生生物的影响——每个玻璃烧瓶里装着10个不同种类的原生生物。
烧瓶被保存在从60华氏度到95华氏度的5种温度下。两周后，研究人员观察了在每种温度下存活的物种，并测量了它们在呼吸过程中释放的二氧化碳量。
研究人员发现，每个物种对温度的反应都可以通过对其大小、形状和细胞内容物的一些简单测量来预测。这些因素共同影响着整个群落的呼吸速率。
他们还发现，通过测量细胞的大小和形状，并将它们插入一个数学模型，可以非常接近于其微型生态系统在现实中的运行状态。
研究人员说:“我们实际上可以利用所知的特性和温度反应之间的关系，将其扩展到整个生态系统层面。”这项工作很重要，因为它阐明了“气候变化将如何改变微生物群落，以及这将如何反向影响气候变化的速度”。