实验室小玩物:指尖陀螺离心机

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最近发现了一个有点意思的小玩意儿:指尖陀螺离心机。

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动图来源:Biohacking Space Peshawar

这东西一般是用3D打印对市面上的指尖陀螺做一点改装。它可以把装有少量样品的ep管固定在上面,通过指尖陀螺的旋转来对样品进行离心。

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动图来源:Alan

如果觉得只装3个ep管显得不过瘾的话,还可以选择下面这种豪华版设计……

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图片来源:makendo

在装备齐全的实验室面前,指尖陀螺离心机只能算一种科学范儿的小玩物,估计也不会有哪位实验员真的用它来离心样品。不过在条件不足的地方,这个思路可能还真有实用价值。

事实上,今年1月份还有一篇关于“指尖陀螺离心机”的论文发表,这篇论文专门探讨了用指尖陀螺作为离心机分离血浆的可行性。他们在指尖陀螺上固定了装有血样的细管,在经过了4-7分钟的旋转之后,可以成功地让30%的血浆分离出来,纯度可达99%。

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研究者的设计是这样的,上面贴的细管子里就是血样

条件很落后的地方也需要从血液样本中分离血浆用于疾病监测,但有些地方不仅没有正规的实验室,甚至可能连供电都成问题,这时候只需要动动手指的指尖陀螺离心机就可以派上用场了。我个人非常喜欢这种实用向的“低科技”研究。

不过,这项研究固定血样的方式和3D打印的版本相当不同,那些装ep管的设计能不能真的有效分离就不知道了……

文中提到的研究:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.8b04860

PS:如果对3D打印的指尖陀螺离心机有兴趣,可以在这里看到其中一个版本的相关文件→https://www.thingiverse.com/thing:2415507

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喝绿茶导致急性肝炎?真相是这样的

前段时间,许多国外媒体纷纷报道了“一位16岁少女喝绿茶导致急性肝炎”的事情。绿茶被认为是一种很健康的饮料,能喝出急性肝炎,也是在太吓人了一些。

实际上,这篇病例报告是2015年发表在《英国医学杂志病例报告》(BMJ Case Reports),不清楚为什么最近又被翻了出来。

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“喝绿茶导致急性肝炎”,这到底是怎么回事呢?

喝的到底是绿茶还是绿茶提取物?

在报告中提到,这位16岁的少女出现急性肝炎的症状,通过自述和检查,没有发现其他导致肝炎的因素。后来医生详细询问,注意到该少女此前3个月一直在服用网购的绿茶产品来减肥。医生怀疑该产品是病因,停止饮用该茶品后,肝脏指标很快恢复正常。文中并没有指明她所网购的绿茶产品是什么。不过从她所说的“大多数成分是中文写的”来看,应该是一种多种成分的“绿茶减肥产品”。因为中国生产的绿茶茶叶并不会宣称“减肥”功效,也不会有“多种成分”。

绿茶提取物伤肝,这并非第一例

绿茶是一种很健康的饮料,几乎是无糖无脂无热量,富含抗氧化剂。而绿茶提取物则是通过溶剂提取得到的产物,其中的各种成分都得到了浓缩。有临床研究显示,人们一次喝下1.6克绿茶提取物没有问题,但也意味着喝更多也就不好说了。

美国NIH对绿茶的综述中指出:喝绿茶不会伤肝,有一些流行病学调查甚至显示经常喝绿茶有助于降低转氨酶,但是绿茶提取物可能具有肝毒性。在一项更年期后的女性服用绿茶提取物的临床研究中,6.7%的服用者出现了转氨酶升高,而对照组则只有0.7%。NIH的网站上搜集了一些服用绿茶提取物伤肝的病例,并指出文献中提到过的病例超过50起。虽然这相对于服用绿茶提取物的总人数并不算多,但也足够引起人们的重视了。

基于这些病例的总结显示,绿茶提取物导致肝功能指标受损通常在服用3个月内就会出现,停止服用后会很快消失。

为什么绿茶提取物会伤肝?

在“绿茶伤肝”的病例中,基本上都是绿茶提取物或者浓缩物,很少有直接喝绿茶导致的。《英国医学杂志病例报告》的那篇报道中,也探讨了可能的原因。作者认为,是提取物的加工中添加的物质导致了肝毒性,尤其是用于减肥的绿茶提取物产品。此外,如果茶叶中农残超标,也有可能导致肝毒性。

其实,绿茶提取物肝毒性也可能来自于其中的核心成分儿茶素。儿茶素是茶多酚的一种,在绿茶中含量很丰富。2018年,欧洲食品安全局发布过一份儿茶素的专家报告,结论是每天摄入800毫克以上的儿茶素可能导致转氨酶升高。800毫克儿茶素,大致相当于10多克绿茶中的儿茶素完全泡出来。对于一般的喝茶者,还是喝不到这个量的。不过如果服用绿茶提取物,就很容易超过了。

绿茶还能喝吗?

该图片由apple deng在Pixabay上发布

该图片由apple deng在Pixabay上发布

不管是NIH的总结还是《英国医学杂志病例报告》上的那篇报道,都认为绿茶是一种很安全和健康的饮料。

只要喜欢喝,大可以放心地接着喝。对于儿茶素,其实它是绿茶中茶多酚的主要成分,是绿茶“健康功效”的关键。当然,如果考虑到欧洲食品安全局这个“超过800毫克可能升高转氨酶”的结论,把每天所用的绿茶控制到10克,也就完全不需要纠结了。如果还需要喝更多的茶,可以再喝一些其他的茶类,比如红茶、白茶、乌龙茶、黑茶等等。在这些茶类中,儿茶素被氧化成了其他形式,比如茶黄素、茶红素等等。

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动图欣赏:耐药细菌的诞生

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这张动图展示了一些显微镜下的大肠杆菌,延时拍摄对应的实际时间为135分钟。

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在这个过程中,除了视野内细菌数量的增加之外,我们还可以观察到细菌颜色的变化:一些原本呈现绿色的细菌随着时间推移产生了红色。

事实上,这是科学家们在利用荧光标记直观地观察耐药基因如何在细菌之间传播。那些由绿变红的细菌,就是从其他邻近的细菌那里获得了含有耐药基因(同时也被研究者加进了红色荧光蛋白基因)的DNA分子。

细菌的DNA不仅能够传递给自己的后代,还可以在个体之间进行横向传播。这种基因横向传播的过程被称为“细菌接合”:细菌个体会通过性菌毛把自己和另外一个细菌连起来,并向对方传递质粒DNA分子(如下图)。这种机制导致耐药基因更容易快速地在细菌之间蔓延。

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(细菌接合的示意图,黄色的圆圈就代表质粒)

这个动图来自最近的一项研究,研究者们用荧光标记实时观察了细菌耐药基因的散播过程。他们分别给供体的耐药基因和受体细菌加入了不同颜色的荧光标记,这样就能在显微镜下清楚地区分耐药基因的供体,已经接受了耐药基因的受体,以及还没有接受耐药基因的受体细菌,方便验证不同条件下耐药性传播的情况。

以图中的实验为例就是,原本就耐药的基因供体是红色的,没获得耐药基因的细菌是绿色的,在实验中获得耐药基因的受体细菌可以同时检测到红色和绿色的荧光。实验中涉及的耐药基因是一个针对四环素的基因,产生的蛋白质负责把药物排出细菌体外。

这里只是简单说了一下实验的观察方法,其实这个研究还有更多结论的,详情可以看原论文:Role ofAcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistanceacquisition byplasmid transfer

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退伍军人呼吁“管一管蔬菜”?缺乏专业常识的责任心只能误导公众

网上流传着一则“退伍军人王雷生”的呼吁,说是各种蔬菜都浸了“防腐剂”,于是疾呼“谁来管一管这些!谁来救一救我们的孩子!政府是干什么的?”

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这位“退伍军人王雷”是否真有其人我们不得而知,所描述的现象有具体的时间、地点、有对当事人的询问,看起来也有可能是事实。如果现象属实,那么他的担心和呼吁很可能也是出于社会责任感。但是,当这种社会责任感的基础是缺乏专业常识,也就可能变成对正常生产经营的妖魔化,不仅对公众无益,反而是一种危害。

蔬菜用保鲜防腐剂处理是合法操作

在蔬菜上面有许多微生物。如果不是马上吃掉,而是要经过相当长时间的保存、运输,环境中的微生物也会跑到上面。如果不有效地处理掉这些微生物,那么蔬菜就会很快腐烂。现代社会,产业分工、地域分工越来越细化。蔬菜的保存和运输必不可少,杀菌也就有了很大的必要性。如果没有很好的保鲜保存手段,大城市里的人即便还能有蔬菜可吃,价格也会大大增加。

杀菌剂并不是洪水猛兽。有很多杀菌剂毒性小、效率高,被批准用于蔬菜的处理,比如过氧乙酸、抑霉唑、咪鲜安、特克多、噻菌灵等等。只要按照规范使用,就可以既实现了蔬菜保鲜,又不危害健康。

可以说,这位退伍军人的“谁来管一管?政府是干什么的?”质问毫无道理。政府的监管,不是要迎合公众不专业、不切实际的要求,而是根据科学数据进行风险评估,决定什么样的“杀菌剂”“保鲜剂”可以用在蔬菜处理中,如何使用既能够保障安全,又能够有效地降低蔬菜的产销成本。

蔬菜使用防腐保鲜剂是国际常规

在国外的超市里,有很多切好、装好的“即食蔬菜沙拉”。消费者买回来之后,不需要进行清洗等其他操作,直接加上沙拉酱就可以吃。这样的蔬菜,就需要经过清洗和杀菌剂处理。

该图片由Mogens Petersen在Pixabay上发布

该图片由Mogens Petersen在Pixabay上发布

类似的产品在中国的高收入群体中也开始流行。不过在中国,多数人都还是要进行清洗和烹饪之后才食用。能够被批准使用,也就意味着很容易清洗掉,即便有少许残留,也不会危害健康。

除了杀菌保鲜剂,还有其他的蔬菜保鲜手段

除了杀菌保鲜剂,还有一些其他的“非天然方法”来保存蔬菜。

一种是辐照处理。它主要使用伽玛射线、X光或者高能电子束去处理各种食物。这些射线能够引起细胞DNA的损伤,从而杀死致病细菌、停止蔬菜水果的进一步代谢从而防止食物霉烂、发芽、长虫等等。这是一种非常好的技术,操作简单,能耗少,无公害,安全可靠,堪称“绿色技术”。在过去的几十年中,科学家们做了几百项研究来检验人们提出的种种质疑,结果都证明辐照食物是安全的。在法律上,也有四十多个国家批准了它的使用。但是,“辐射”这个词太让人恐惧了,人们仅仅因为这个名称就对它产生了巨大的抵触。技术已经发明好几十年,而应用却依然很有限。

另一种是速冻保鲜。清洗好的蔬菜,在高温水中进行短时间的烫漂,在杀灭细菌的同时让蔬菜中的酶失去活性,再进行速冻,相当于把蔬菜的营养状态“固定”了下来。虽然这会造成一定的营养损失,但是在冷冻储存的过程中,营养就几乎不会再损失了。总体而言,虽然“冷冻­——化冻”对于口感有比较明显的影响,但营养成分得到了很好的保持。

新鲜的蔬菜无论是口感还是营养成分都是最好的,但并不是所有的地方、所有的时候,都有条件吃到新鲜的蔬菜。在现代社会,保存和运输已经无法避免,而抗菌保鲜技术的使用,就是让食物在保存和运输中损失得少一些。

我们应该呼吁政府加强对从业者的监管,促进他们“合法规范”地使用抗菌保鲜剂等现代技术去处理食物,而不是看到“奶奶没有用过的东西”就作为异端,就认为“不法商贩”在害人。

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太空中的咖啡杯长什么样?

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在太空中,宇航员也可以喝到咖啡,意大利公司甚至还给国际空间站送上了一台正宗的意式浓缩咖啡机。但是,宇航员们却不能用普通的杯子去喝它。

想象一下我们生活中的那些马克杯们,无论是控制其中的液体,还是把这些液体倒到嘴边,我们依靠的都是重力。因此,这些杯子上了太空可就不好用了:微重力环境下,液体不再听从重力的指挥,它们将变得很难控制。咖啡这样热腾腾的液体四处乱飘,麻烦就更大了。

那有什么解决方法?宇航员们如果还想用杯子喝咖啡,那么可以选择一种经过特殊设计的杯子,就像下面这样:

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这个造型,感觉有点清奇……

下面是一个类似杯子的使用演示:

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这是宇航员Don Pettit进行的一个演示。

相比普通的杯子,这种杯子能够更好地在微重力环境下控制液体,并且把饮料送到人们嘴边。实现这个的要点在于杯子不能再是圆柱形了,需要有一个窄窄的尖角,我们可以看到,饮料会自发地顺着这个尖角“爬”上来。这依靠的是毛细现象,毛细现象的基础是固体和液体表面的相互作用,以及液体自身的表面张力,这些作用力在微重力环境下依然会存在。同理,在太空中也依然可以用毛巾吸走水分,只不过你在拧毛巾的时候水滴不会向下滴而已。

开发适合太空使用的咖啡杯,这其实也是NASA为了解微重力环境下液体表现的一个研究,除了做杯子,他们也希望能更多利用毛细现象来让各种液体在太空中也乖乖听话。

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尼斯湖水怪可能真的存在?科学家:我不是,我没说

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尼斯湖水怪又成热门了。有报道说它“可能真的存在”,而且还有“科学研究”,这是怎么回事?

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照例,还是先把结论给大家:

– 是不是有科学家在研究“尼斯湖水怪”?

– 对,是有。

– 他说尼斯湖水怪是真的?

– 不,他没说。

科学家做了啥?

确实有一个研究团队在试图验证“尼斯湖水怪”到底是否存在,以及如果存在的话会是什么。这个团队的领导者名叫Neil Gemmell,他是新西兰奥塔哥大学的一位遗传学家。

科学家们要怎么研究一种连目击都很困难的传说中的东西?他们选择的思路是从尼斯湖中取湖水样本,分析其中散落的“环境DNA”。他们把环境中的这些DNA都收集起来进行测序,并与各种已知生物的基因进行比较,用这种方法来确定湖中都生活着哪些物种。环境DNA分析是生态学常用的一种正规研究方法。

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研究团队采集湖水样本。图片:Kieran Hennigan

需要澄清的一点是,报道中提到分析来自“生物皮肤、鳞片、羽毛”等的DNA,但这并不是说研究者真的收集到了疑似尼斯湖水怪的皮肤或者鳞片。这只是研究者在提到“环境DNA”时说的一般性解释,是说散落在环境中的生物DNA有可能有以上这些来源,所以分析这些DNA就能推测当地有哪些生物存在。

这个研究项目的样本是2018年采集的,原本计划2019年1月公布结果。但据Neil Gemmell的说法,分析结果花了比预想更长的时间,所以目前研究仍处在结果尚未公布的阶段,估计要等到2019年9月才会公布。

科学家没说水怪是真的

具体的研究结果还没有公布,我们也很难对它作出评价。不过可以肯定的一点是,研究者Neil Gemmell本人并不认可“尼斯湖水怪可能是真的”这种报道方法。事实上,他对报道的曲解也相当不满,在社交账号上连发了好几条抱怨。

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研究者:报道标题不是我说的意思。图片:Neil Gemmell / Twitter

根据Neil Gemmell本人的说法,研究团队想表达的意思是:我们对各种解释“尼斯湖水怪”现象的假设进行了验证,发现其中有三种大概是错的,有一种不能排除,它有可能是对的。研究者强调,“有一种解释尼斯湖水怪的理论可能是对的”和“尼斯湖水怪可能是真的”这两句话意思完全不一样。

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研究团队另一位成员Michael Knapp的推文强调了这两种说法的差异。图片:Michael Knapp / Twitter

有多不一样?我举个“雪人”(Yeti)的例子。

和尼斯湖水怪差不多,“雪人”也是一种传说中的神秘生物,有不少人声称自己见过它,甚至还收集到了它的骨骼、毛发样本。解释“雪人”真面目的理论有很多种,有人说它是某种未知的动物,也有人说它其实就是人们已经知道的动物——比如熊。这方面也有科学家对号称是“雪人”的样本进行过DNA分析,结果显示“雪人其实是熊”这个理论应该是对的。

这种情况下,能说科学家证明了“雪人”是真的吗?当然不能。他们证实了关于“雪人”的一种假设,但这种假设恰恰说明人们心目中那个“神秘未知的雪人”是假的。

至于Neil Gemmell的“水怪研究”到底说明了什么,就要等到研究结果正式公布时才知道了。

“抗癌神药”牛樟芝?来扒一扒它的皮

市场上出现了一种抗癌神药牛樟芝,价格不菲,宣称的功能包罗万象,尤其抗癌,具有巨大的吸引力。有网友问:这是一种什么神物呢?靠谱吗?

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这里我们来扒一扒。

牛樟芝是一种独特的真菌

牛樟芝是一种台湾山区的独特真菌,长在“牛樟树”的腐烂部位。牛樟树是台湾特有的珍贵树种,能够满足牛樟芝生长的并不多。

牛樟芝被台湾当地居民作为“神奇灵药”,大致相当于其他地方的灵芝。近些年来,台湾学术界对它进行了许多研究,从中识别出了数以百计的“活性成分”,比如多糖类、萜类、酶、核酸类、小分子蛋白等等。

牛樟树是保护树种,“天然”“野生”的牛樟芝供应有限。随着对它的炒作和吹捧,人工种植和发酵配方也有了很大的进展。在市场上,甚至有“生长牛樟芝的木头”在高价售卖。

传说中的牛樟芝功效

跟灵芝、木耳和各种蘑菇一样,从牛樟芝中识别出的这些“活性成分”具有各种“生理功效”,比如抗菌、抗炎、抗病毒、调节免疫等等。有许多研究通过不同方式去提取牛樟芝中的“功效成分”,用于处理特定的细胞或者进行动物实验,展示了许多“潜在的功效”。

在科学证据上,这些“潜在的功效”“可能的用途”距离“真正有用”还很遥远,但产业界早已迫不及待,开发出了各种“牛樟芝”产品,鼓吹各种神效。在中国大陆,就有许多家企业推出了牛樟芝产品,鼓吹成具有“抗癌、降压、降糖、解读、解酒、抗病毒……”等多种功效的“神药”。

美国NIH下属的癌症研究所对牛樟芝提取物有一段总结评价,认为它有“潜在的”抗血管增生、肝脏保护和抗氧化能力。所谓“潜在的”,也就是只在动物实验和细胞实验中展示过,而没有人体实验的证据。在该网站上查询相关的临床研究,返回的结果是“没有”。

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其实,这也从另一个角度说明,美国癌症研究所可能并不看好牛樟芝提取物的抗癌功效。

在中国大陆,牛樟芝产品甚至涉嫌非法

在中国大陆,农业部以及许多地方政府批准了牛樟芝的种植开发,也因此出现了许多开发牛樟芝产品的公司。但是,这些产品并没有获得合法身份。

首先,它们没有经过新药审批流程,自然也就不是药品。在保健品数据库中,也查不到牛樟芝产品的记录。

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此外,牛樟芝作为一种在大陆地区没有食用历史的物种,要想作为食品销售,需要取得“新食品原料”的资格。然而国家卫计委在2017年回复国家质检总局的质询时明确答复“不是批准的新食品原料”,从而支持了质检总局“牛樟菇(牛樟芝)及其提取物不得用于普通食品,有关检验检疫机构放行含牛樟菇(牛樟芝)的食品属违法行为”的理解。当一种产品本身是非法的,那么消费者买到的所有产品也就不可能是监管背书的“合格产品”。即便不谈它“到底是否有效”“到底是否安全”,它到底是否含有牛樟芝也都无从保障。

牛樟芝并不一定安全

牛樟芝是一种“天然真菌”,许多人也就相信它“安全无害”。但是,那些“生物活性成分”能对癌细胞和病毒产生作用,自然也就可能对正常细胞产生作用。

到底吃多少才能够起到作用?在起作用的“有效剂量”下是否安全?这是任何药物和“功效成分”必须要明确回答的问题。然而迄今为止,关于牛樟芝及其提取物的功效都是基于细胞实验和动物实验的,在人体中到底如何,并没有数据。尤其是在2013年,有台湾媒体曝出“牛樟芝”动物实验导致了细胞异常增生、空洞化的后果,更让它的“安全性”产生了很大争议。

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上班族如何吃得健康?我的看法跟许多营养师不一样

大家都知道合理饮食对健康的重要性。多数人也都知道“食物多样化”“每天半斤水果一斤蔬菜”“少盐少油少糖”等等健康饮食的原则。不过,真正做起来,就完全不是那么一回事。尤其是广大的上班族年轻一代,早上总是缺觉,有做早餐的时间更愿意用来多睡一会;中午的时间有限,外卖或许是最便捷的解决方案,到了晚上,浑身疲惫地回到家中,也懒得花太多的心思在做饭上。

于是乎,不做饭,不会做饭的人越来越多。

他们,不是不知道怎么吃健康,然而生活的压力使得他们总是在不停地妥协。

不过,享受是自己的,健康也是自己的。今天透支的健康,难免他日偿还。如果想要放纵自己,总能找到充足的理由;如果想要合理饮食保持健康,那么任何困难也总有克服的办法。

我这里想说的,是现代上班族的生活节奏下,如何让自己的饮食符合“健康合理”。

图片来自pixabay

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1、“合理饮食”的两个基本点与一个误区

当我们说“合理饮食”,可以归结为两点:一是各种营养成分都不缺;二是总的热量在合理范围——不饿肚子,也不过剩。

经常看到电视中邀请的“营养专家”评点一道菜或者一顿饭,说“什么什么成分过多,什么什么成分缺乏,如果加入什么什么就合理了”。这是把“合理的饮食搭配”作为了一顿饭甚至一道菜的目标。这完全没有必要,甚至可以说是陷入了一个误区。

“合理饮食”是针对一定时间内的平均。这个“一定时间”,能在一天之内实现就已经很好;在几天一周之内做到,也算是相当不错。所以,去讨论一道菜甚至一顿饭是否“营养均衡”,我不认为有什么意义。

2、许多上班族的饮食“不健康”在哪里

因为生活节奏和通勤压力,很多上班族没有很多时间用于做饭吃饭。典型的饮食方式是这样的:早餐不吃,或者喝杯牛奶吃片面包就匆匆出门,上午吃些零食喝杯奶茶;中午点份外卖,“XX盖浇饭”“XX粉”等等吃饱;下午再吃点零食,喝杯奶茶或者咖啡;晚上大吃一顿,或者睡前再来分夜宵。

整个一天下来,粗粮很少、水果蔬菜很少、油多盐多肉多。

营养专家们说,早餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果;午餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果;晚餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果。他们给出的食谱很好、很全面、很健康,就是有一个不足:上班族们很难去遵循。

3、把握基本原则,愉快健康地吃

其实我们只需要把握健康饮食的基本原则,完全没有必要纠结于一菜一餐如何如何。我说的基本原则是:

1、 控制食物总量,不管是2000大卡还是1800大卡,都是很抽象的数字,也没有必要去精确地计算。“控制食物总量”的方式,是不要吃得“太饱”,吃到“不饿”就行了。控制总量,是现代人最关键的健康饮食要点。

2、 基本食材种类齐全够量,比如半斤水果一斤蔬菜、蛋白类(肉禽蛋奶经常轮着吃)、粗粮坚果做零食、合理饮水(喝茶、黑咖啡、纯水,尽量避免香浓咖啡、网红奶茶、碳酸饮料等等)。

3、 尽量减少重口味的菜品,因为通常都是高油、高盐或者高糖。

在以上食物基础上,哪一顿吃什么,怎么方便怎么来,完全不必纠结每一顿是否“均衡”。

4、举个上班族一天饮食的例子

图片来自pixabay

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早晨起来洗漱完毕,用微波炉加热一杯牛奶,加入即食麦片或者粗粮粉,喝掉。另外可以在冰箱里准备好煮熟的鸡蛋,煮一次吃几天也没问题。加上一个煮鸡蛋,再拿一只香蕉或者其他水果,边走边吃去上班。如果早餐吃的少,也可以到办公室补上。总之,早上吃下一天食物的30%左右,是比较合适的。

中午,吃自带的午餐。前一天晚上做好饭菜,先装一些到饭盒里放进冰箱。第二天拿着上班,在办公室没有冰箱也无所谓,放到中午没有问题。尽量不要带绿叶蔬菜,往往难看难吃,可以带一些根茎类蔬菜,能够很好地保持形态。如果要点外卖,不要点盖浇饭、炒饭之类的,高油高盐高糖都会被吃掉。可以点蒸、煮、炖的排骨或者肉类,菜和饭分开的——只吃肉,不吃肉的汤汁,也可以避免大量的“不健康成分”。更重要的是,不要吃太多主食,不饿就好。更更重要的是,带点可以生吃的蔬菜,比如黄瓜、西红柿、水果萝卜等等。

上午或者下午的工作间隙,如果小饿,可以吃点粗粮零食,或者坚果。

到了晚上,想想白天一天都吃了什么、喝了什么,还有什么重要的营养成分没有吃,比如如果早中两顿没怎么吃深色蔬菜,晚上就补上。除此之外,估算一下大概还有多少热量可以放纵,就可以去“吃点好的”犒劳自己了。比如如果一天都没怎么吃高糖、高脂、高精细碳水化合物的食品,那么吃一份通常所说的“垃圾食品”,比如蛋糕、饼干、薯条、奶茶之类,也没有什么不可以。

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深海鱼眼中的世界,也可以五彩缤纷?

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对于深海鱼类,很多人大概都会有“随便长长就好了”“反正黑咕隆咚看不见”的刻板印象。但最近发表在《科学》杂志上的一篇论文指出,一些深海鱼类不仅能看见,而且很可能有分辨颜色的能力;更出人意料的是,它们这种色觉的实现机制和我们的还不太一样[1]。

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

脊椎动物的“数码相机”

生理学知识告诉我们,脊椎动物拥有着地球上最为先进的视觉系统之一,鱼类也不例外。我们的眼睛差不多是一台高清晰度的数码相机:在眼球的前方,角膜保护下的晶状体就是一个凸透镜镜头,把进入瞳孔的光线折射到眼球后方;随后,这束描绘了我们视野中所有事物的光线,在眼球后壁的视网膜上从光信号变成了神经电信号,传入我们的大脑进行进一步的加工。

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

在数码相机中,从光信号到电信号的转换靠的是电容或者半导体感光阵列;而在脊椎动物的视网膜上,数千万个长长的感光细胞是完成这步转换的关键。在每个感光细胞的“头部”,有层层叠叠的膜结构,其中就嵌着视蛋白。闯进这片“丛林”的光子击打到视蛋白内部的小分子视黄醛,使其分子结构发生改变,随之引发一系列生化反应,最终关闭了细胞膜上的离子通道。被“堵”在细胞外、带正电荷的钠离子不断积累,让感光细胞内外的电压差越来越大,激发了像多米诺骨牌一样沿着细胞膜向前推进的“离子人潮”,也就是神经电信号,由感光细胞向后续的神经元依次传递,奔向视神经的深处。

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

这套“光电元件”的核心就是视蛋白。不同的视蛋白在基因组中由不同的基因序列来编码,对不同波长(也就是“颜色”)光线的敏感度也不一样。在脊椎动物的视网膜上,有两类主要的感光细胞:视杆细胞的头部是个长长的圆柱体,所含的视蛋白是视紫红质(rhodopsin),对蓝绿光最为敏感。视锥细胞的头部则是锥形,每个视锥细胞含有一种对蓝光、绿光或者红光敏感的视蛋白。

 荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

显而易见,两类感光细胞在视觉形成上有着不同的分工:对于有色觉的脊椎动物来说,视锥细胞就是多彩世界的来源——不同的视锥细胞分别采集红、绿、蓝等光线,合成出各种我们感知到的色彩。但是,视锥细胞对光线的敏感性比较差;而我们眼睛里大部分的感光细胞其实是视杆细胞——它们对光子的探测十分灵敏。在夜间或者昏暗环境下,我们看到的没有色彩的图像基本都是视杆细胞的贡献。

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

所以,视杆细胞只有一类,主要负责感光,跟分辨颜色没关系;而视锥细胞提供彩色视觉。视锥细胞种类少的物种,能辨别的颜色就少,比如鸟类有四种视锥细胞,而大部分哺乳类只有两种。

至少,教科书上是这么写的。

是升级改造,还是放弃治疗?

这么精巧的视觉系统,对于很多动物来说是捕食逃命、趋利避害的必需品,在适应性演化的过程中也无疑受到了“特别关照”。比方说,生活在东南亚的眼镜猴,就有着和自己大脑重量相当的大眼睛,视网膜的面积和视杆细胞的密度都十分惊人,以便在夜间的雨林里捕捉昆虫。相反,恰恰也是因为精巧而耗费发育能量,视觉系统一旦弃之不用又很容易退化消失,例如生活在地下的裸鼹鼠、钩盲蛇和生活在洞穴里的鱼类。

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

深海同样是个“暗无天日”的世界。在海面二百米以下的微光层(twilight zone),从水面照射下来的光线已经所剩无几,更不可能支撑植物的光合作用。然而,这里仍是生命的乐园——从上层海水中随机掉落的生物残骸,能在微光层得到有效的“回收利用”。

很多浮游生物还有着奇特的垂直迁徙行为,白天下潜到微光层躲避捕食者,晚上则到上层海水中“上夜班”填饱肚子。为了适应微光层的黑暗世界,很多浮游生物演化出了生物荧光,用于吸引猎物、识别同类和谈恋爱。

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

那么,生活在黑暗大洋中的鱼类,它们的视觉系统又有着怎样的适应呢?是经过了“魔改”还是干脆放弃呢?为了弄明白这个问题,来自欧洲和澳大利亚的研究者收集了一百多种鱼的基因组序列数据,其中包括几个生活在深海的物种,想看看这些深海居民的视蛋白基因有没有什么特殊之处。

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

“对不起,基因多就是可以为所欲为”

人比人气死人,鱼比鱼发论文。大部分鱼类和其它脊椎动物一样,只有一种视杆细胞,用一个RH1基因来编码唯一一种视紫红质蛋白。但是,有四种深海鱼类让科研人员吃了一惊:冰底灯鱼(Benthosema glaciale)有五个不同的RH1基因,鞭尾鱼(Stylephorus chordatus)有六个,而两个银眼鲷科的物种——短鳍拟银眼鲷(Diretmoides pauciradiatus)和银眼鲷(Diretmus argenteus),则分别有18个和38个RH1基因的拷贝!

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

这种多拷贝现象要归结于一种名为基因复制(gene duplication)的一种变异事件。此类事件在基因组中倒是并不罕见,但是在演化历史中,大部分复制产生的基因序列都会逐渐“退化”,丧失合成蛋白质的功能。所以,这么多RH1基因拷贝,也不见得都能正常合成出堪用的视紫红质蛋白。于是,研究者们又解剖得到了这些鱼类的视网膜,从中提取了基因序列合成蛋白质的中间环节——RNA分子进行测序分析。结果表明,对冰底灯鱼和近亲瓦式角灯鱼来说,有三种不同的视紫红质在视网膜中得到了合成,鞭尾鱼有五种,而对于成年的银眼鲷个体来说,这个数字则有14种之多。

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

所谓“不同的视紫红质”,说的是这些蛋白“变种”的氨基酸序列发生了变化,而作为一个视蛋白,序列变化很可能会导致“敏感区”不同。果不其然,通过在体外合成银眼鲷的视紫红质,研究者发现这些不同的变种分别对不同波长的光线敏感,范围一直从447纳米的蓝光到513纳米的黄绿光——这意味着,银眼鲷视杆细胞里的这些视紫红质变种,可能像其它脊椎动物视锥细胞中的各种视蛋白一样,能够区分颜色。

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

当然,研究做到这里,我们仍不能确定地说“银眼鲷的视杆细胞能形成彩色视觉”,这需要行为学的实验来进一步验证。不过,银眼鲷的视杆细胞所跨越的447-513纳米这个色彩区间,恰好是在微光区最常见的、偶尔穿越上层海水的光线波长,因此拥有对蓝绿光敏感的视紫红质对于这些深海鱼类来说很可能是有利的;而这个区间也是各种浮游生物的荧光波长所在,这么看来能够区分不同的蓝和绿就更有意义了。

另外,分子序列演化模型也表明,银眼鲷的这三十多个RH1基因,经历了百万年之久的“正向选择”——也就是说,这些视紫红质变种的出现,很可能帮助银眼鲷完成了对微光层环境的适应,在黑暗中看到了五彩斑斓。

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

2004年,有研究指出一种沙漠守宫没有视杆细胞,但却能在月光下用视锥细胞分辨颜色[2];2017年,研究者发现蛙类的两种视杆细胞能在极微弱的光线下分辨蓝色和绿色[3]。充满了随机性的演化永远是“将计就计”“见招拆招”,造就了适应环境而又千奇百怪的亿万物种。

2019年的“世界生物多样性日”刚刚过去。正如大学老师曾告诉我们的那样——生物学科的最重要规律,恐怕就是“所有生物学规律都有例外”。这些例外不仅丰富着我们的生物课本,也可能意味着新的生物医学突破,新的生态治理办法等等。这是生物多样性的体现,是生命在三十八亿年中从不停歇的脚步回响。 (编辑:Yuki)

参考文献

  1. Musilova, Zuzana, et al. Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science 364.6440 (2019): 588-592.
  2. Roth, Lina SV, and Almut Kelber. Nocturnal colour vision in geckos. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 271.suppl_6 (2004): S485-S487.
  3. Kojima, Keiichi, et al. Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114.21 (2017): 5437-5442.

生活疑问:中性笔笔芯后边的那一段是啥?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

这个是最近正好想到的问题,就稍微查了一下。似乎不太有人写过科普文章,不过专利倒是有不少_(:з)∠)_

首先,这个东西是有名字的,它叫“随动密封剂”,英文一般叫“ink follower”。

vrain-ink-follower-1

随动密封剂的功能比较好理解,主要就是防止中性笔的墨水从笔芯后面漏出来,同时防止墨水挥发。它非常粘稠,但又可以随着墨水的使用而流动,以避免密封的部分形成负压,影响正常使用。为了达到这个目的需要随动密封剂:①很稠;②稳定,比如说不能放着放在就干了,也不应该受点震动就粘度突然变小漏出来,等等;③能顺利随着墨水向前移动。

至于随动密封剂的成分,其实是有比较多版本的,不过大体原则是这样几种东西的组合:

① 基础油,一般是本身就有一定粘度、难挥发同时也不会与中性笔墨水混溶的液体,比如可以是硅油,也可以是聚丁烯、液体石蜡等等。

② 增稠剂,可以让基础油变成更稠,并且可以通过分子内或分子间的作用形成类似凝胶的结构。比如增稠剂可以是纳米级二氧化硅。

③表面活性剂等调整流动性和混合状态的添加剂。

专利中一种随动密封剂配方的例子:

vrain-ink-follower-2

感觉配方还是挺讲究的,毕竟高粘度与流动性存在矛盾,要恰好方便使用也要经过不少调整吧。

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