2013搞笑诺贝尔奖一箩筐：科学家会武术？！

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物理学奖：“铁掌水上飘”并非浪得虚名？


2013年的搞笑诺贝尔奖（Ig Nobel）成绩公布，其中物理学奖颁给了意大利科学家阿尔伯托·米内蒂（Alberto Minetti）、尤里·伊万年科（Yuri Ivanenko）、吉尼那·卡佩里尼（Germana Cappellini）、纳迪亚·多米尼西（Nadia Dominici）和弗朗西斯科·拉夸尼蒂（Francesco Lacquaniti），因为他们发现，一部分人有能力在池塘的水面上飞奔而不沉下去 —— 前提是，如果这些人和那个池塘在月球上的话。

                               
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在水面上飞奔是只有少数动物能够完成的一项绝活。事实上，大部分能够成功完成这一“壮举”的生物都是水黾科昆虫，它们利用表面张力漂浮在水面上，支撑自己轻盈的体重。但是，由于表面张力与周长成正比，而体重与体积成正比(差不多与周长的立方成正比)，所以表面张力无法承载更大的动物。


大一些的动物采用另一种策略避免自己沉入水中，那就是奔跑：它们用充沛的体能踩击水面，产生水动力(hydrodynamic force)，反作用于腿部，以支撑它们的体重。双冠蜥就是具备这种能力的典型代表，它们通过超快速踩水(每秒8次)，能够在水面上奔跑。北美䴙䴘在求偶时也会高速踩水，每秒达到7次，最远可以在水面上飞奔超过20米 —— 而它们的体重，可以达到1.5千克。

                               
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双冠蜥通过超快速踩水(每秒8次)，能够在水面上奔跑

在各类武侠片里，大侠们借助轻功能够轻易在水面上打斗，但现实生活中，科学家通过研究双冠蜥在水面上奔跑的行为，计算得出了一个毫不出奇的答案：我们太重太弱，无法在水面上奔跑。按照估算，水动力不可能承载起我们的体重，除非我们能以超过30米/秒的速度踩击水面 —— 这个速度需要的肌肉力量是普通人的大约15倍。


一种方式可以稍稍绕开这一限制，那就是增大脚掌的面积 —— 或者说，穿着巨大的鞋子或者脚蹼来奔跑，不过，有科学家计算过，就算一个人的体力非常好，踩水的速度非常快，能够达到10米/秒，他要在水面上飞奔，脚掌(鞋底)面积也必须达到1平方米才行。


于是，意大利的那帮物理学家就想到了另一个点 —— 减轻体重。当然，他们不是在提倡减肥，而是假设在更小的重力环境下来研究这个问题。确切地说，他们研究的是：穿着相对较小的脚蹼（不到0.1平方米），在较弱的重力环境下（大约是地球重力的20%），特定的踩水动作能否让水面支撑起人体的重量。


至于为什么要这么做，他们在论文中给出了回答：“据我们所知，以前还没有人在这样的重力环境下测试过人到底能不能在水面上奔跑。”


他们在研究中采用了理论与实践相结合的办法。尽管人类和蜥蜴不论是体形还是体态都大相径庭，他们还是把前人研究双冠蜥时发展出来的水动力模型，套用到了人类身上。除此之外，他们还设计了一套实验装置，让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水。通过这两种方式，他们找出了让人能够像双冠蜥和北美䴙䴘那样在水面上飞奔所必须的踩水频率、重力大小和质量的正确组合。

                               
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那些意大利科学家还设计了一套实验装置，让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水

当人体质量为66千克，脚掌（脚蹼）长度为0.17米，踩水速度为2.504米/秒，每次踩水持续时间0.295秒时，他们的模型预言，低于0.22倍地球重力加速度的环境中，人就有可能在水上跑起来。


踩水速度和踩水持续时间的数据是他们在实验中获取的，这是人类在地球环境下体能足以维持的数值。他们的模型还表明，在月球重力环境下（0.16倍地球重力加速度），每秒踩水1.7次的话，能够在水面上奔跑的人，但体重不能超过73千克，否则还是会沉下去。


接下来，轮到人体实验华丽登场了！他们的实验表明，人能够在水面上跑起来的最高重力加速度，大约是0.22倍地球重力加速度。在不到0.1倍地球重力加速度的环境中，所有自愿者都能够“水上飘”。重力加速度越大，就会有越多的人沉到水里。他们在实验中还发现，自愿者选择的踩水频率和踩水速度与重力环境无关，所以就算真的到了月球上，人类可能也会以同样的方式踩水。


这项研究到底有什么意义呢？当然不是为了到月亮上去玩“水上飘”。这些意大利科学家在论文中写道，“这些问题涉及比较生理学。”这一点倒是很显然，因为他们把蜥蜴模型套用到了人类身上。“除此之外，对水面上这种运动模式的重组和适应，或许有助于设计制造仿生机器人，也有助于寻找新的运动技能。”好吧，这就有些让人挠头了。


或许，要等到人类重返月球的时候，这项研究才能够有真正的实用价值吧。


化学奖：洋葱为什么“催人泪下”？


做回锅肉要用洋葱做配菜，我想也没想，手起刀落，可眼睛逐渐感到一股浓烈气体的刺激，眼泪也流了出来。洋葱释放出的这股浓烈的气体究竟是什么？为何会使人流眼泪？它是否对人体有害呢？


催泪因子：含硫气体


洋葱中的催泪因子（lachrymatory factor，LF）主要是由一类烷基半胱氨酸硫氧化物（ACSO）经一些特殊的酶作用而产生的。最早的时候，人们一直以为催泪因子只是由蒜氨酸酶单独作用产生，直到2002年日本学者发现洋葱中还存在另一种关键酶的作用 —— 催泪因子合成酶（lachrymatory-factor synthase）。这种酶也影响洋葱催泪因子的产生。


完整的洋葱细胞只存在风味前体物质烷基半胱氨酸硫氧化物（ACSO），这种物质是一类含硫的物质（硫是洋葱生长过程中重要的元素，也是形成辣味的元素），目前发现种类主要有4种：即S-甲基-L-半胱氨酸亚砜（MCSO）、S-丙基-L-半胱氨酸亚砜（PrCSO）、S-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜（1-PeCSO）和S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜（2-PeCSO），其中，1-PeCSO占最多，ACSO在鲜洋葱中占0.668%，其中80%为PeCSO，其他只占20%。其中，风味前体物质在细胞质中，而蒜氨酸酶在液泡中，相互过着和平的日子，互不打扰。


但当用刀切洋葱的时候，细胞受到外力作用破碎，液泡中的蒜氨酸酶就会获得与ACSO接触的机会，并将ACSO水解成硫代丙醛-S-氧化物，同时还生成丙酮酸和氨，其中，硫代丙醛-S-氧化物就是导致人眼睛流眼泪的主要成分，也被人们称之为催泪因子。


这些分解产生的物质有热辣味并使嘴唇有灼烧感，由于具有挥发性，它还可以刺激人眼部角膜的神经末梢，人体则通过神经系统活动命令泪腺分泌泪液，把刺激性物质冲走。这就是洋葱使得人们情不自禁留眼泪的原因。


如何避免洋葱的“催泪弹”？


切一次洋葱就要哭一次，这样的经历的确不好，人们试图找到解决的办法。


蒜氨酸酶的参与是产生刺激性气味的必要因素，所以，要想减少刺激性气体的产生，必须尽量避免蒜氨酸酶的作用。


温度对酶催化反应速度的影响很大。酶催化反应都有一个最佳温度。温度越低，反应速度越慢；当温度升高，反应速度加快；但温度过高会导致酶逐渐变性。如果蒜氨酸酶变性失活也就无法催化生成催泪物质，这也是为什么炒洋葱的时候不会催泪的原因。


而洋葱经低温处理后，催泪物质有减少，可能就是因为低温导致蒜氨酸酶的活性降低，在冷冻及融化过程中，蒜氨酸酶的活力不可逆的损失近40%。所以，如果担心洋葱导致流眼泪，切之前，先把洋葱放冰箱冷藏室放几个小时，或者放冷冻室约半小时，将洋葱的整体温度降下去，但又不至于冻住了。


除了蒜氨酸酶，催泪因子合成酶也非常关键。催泪因子合成酶作用于催泪因子合成过程中的关键物质，这个特殊的反应让科学家们想到，可以通过基因技术将催泪因子合成酶控制住，使得这种酶无法产生作用，这样就阻止催泪物质的产生。目前已经研发出这样的转基因洋葱，但还没有大规模生产食用。


科学家们研究来研究去，家庭主妇们早就发现最简单的办法：刀上沾些水再切洋葱。洋葱产生的刺激性气体都是溶于水的，所以，如果怕弄到眼睛里，可以将洋葱泡在水里剥或者切。当然，研究发现盐水和糖水泡对洋葱风味物质的吸附作用会更好。


洋葱是健康食品？


很多人都很不喜欢洋葱，不仅是因为它会让人流泪的刺激性，还因为食用后口中长久不散的难闻气味，引发社交尴尬。虽然含硫气体让洋葱气味难闻，“催人泪下”，但有很多研究发现，洋葱中的含硫气体可能对健康有好处。


研究发现，新鲜洋葱汁中的含硫化合物有抑制细菌繁殖的作用，对于洋葱本身是一种保护作用；洋葱组织降解产生的硫代亚磺酸酯，则有助于抗哮喘和消炎；从洋葱中提取出的一些物质还有低血糖、降低胆固醇的效果，对减少癌症发生风险也有一定促进作用。不过，通常来说，洋葱都是作为调味增加香味的配菜使用，大家无需过分迷信洋葱的健康作用，而将它作为主菜食用。

                               
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生物-天文学奖：仰望星空 低头滚屎


你或许以为屎壳郎只会埋头吃屎，但实际上它们异常地关注着天空。来自南非和瑞典的科学家发现，在非洲的夜晚，雄性蜣螂会在银河轻柔星辉的指引下，滚着屎球儿沿直线前进。他们的研究报告1月24日在《生物学进展》（Current Biology）上发表。


我们都知道鸟类和人类会依靠星星导航；但是，研究人员表示，这是第一个表明昆虫身上具有这种能力的有说服力的证据。这也是已知的首个动物依靠银河而不是星星辨识方向的例子。


瑞典隆德大学（Lund University）的玛丽·达克（Marie Dacke）说：“即使是晴朗、没有月亮的夜晚，许多甲虫仍旧能分辨方向，沿直线前进。这使我们怀疑这些甲虫利用星空进行定向 —— 这一壮举，就我们所知，以前从未在昆虫身上被确认。”


达克和她的同事发现，在星空下蜣螂能够滚着粪球走出一条直线，但在阴天时就失去了这样的能力。在天文馆里，在完整的模拟星空下和在只显示一条弥散的银河时，这些甲虫都好好地走在直线上。


研究人员解释说，这样的观察结果是说得通的 —— 夜空洒满了星星，但绝大多数星星对蜣螂的小复眼来说都太暗了。


达克的同事、隆德大学的生物学教授埃瑞克·沃伦特（Eric Warrant）说：“在阴天时屎壳郎走不了直线 —— 就只是转圈圈而已！好在南非这里阴天不多。”不过，他补充说，在其他地方生活的屎壳郎会需要别的能力来导航。
雄性蜣螂在找到一个合适的牛粪堆后，会把一小块粪弄成一个球，然后滚着粪球儿离开。雄性滚粪球的目的是为了吸引雌性，后者会在交配成功后把卵产在粪球上。因此，沿直线滚着粪球对于雄性屎壳郎而言非常重要，这样可以保证它们不会返回原地，在那里遇见其他雄性把自己的粪球偷走。


南非金山大学（Wits University）的马库斯·伯恩（Marcus Byrne）教授和他的研究团队此前证实，蜣螂会使用太阳、月亮以及偏振光进行定向。在实验中，他们给甲虫戴上“帽子”以使光线无法进入甲虫眼中。


伯恩团队还发现，在蜣螂找准了用于定位的光源后，会爬上粪球表演一出定向之“舞”。

                               
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制造粪球

                               
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戴上了“帽子”的屎壳郎

                               
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戴“帽子”的屎壳郎

                               
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马库斯·伯恩(Marcus Byrne)在金山天文馆(Wits Planetarium)进行实验

现在，后续研究证实了屎壳郎也会用银河进行定位。这一结果预示着，其他夜行性昆虫也有可能用星星引导它们夜间的活动。


对屎壳郎来说，并不是所有的光源都同样有用。研究者进行了一系列实验，观察蜣螂在单一光源和多种光源下的定位情况，并根据结果推测蜣螂对可用光源有一个使用优先次序，比如当月亮和银河同时出现时，它们只会利用其中的一种。沃伦特还说：“有趣的是，这种偏好顺序在每一只屎壳郎都是不同的，这意味着屎壳郎的这种能力并不像想的那样天生固定！”


公共卫生奖：鸭子与“小伙伴”


我怀着无比严肃的心情搜到了这篇论文。和普通的论文一样，第一段照例是介绍研究的背景，可我硬生生被背景中那庞大的信息量给闪瞎了狗眼……


这篇论文是关于鸭子吃了人类的小伙伴以后，如何界定该不该截肢的，可是我们又很奇怪，鸭子是那么矮小的动物，又没有尖锐的牙齿，要怎么吃掉那阳物呢？我们在背景里找到了答案。原来在20世纪70年代，泰国的妻子面对花心的丈夫，选择了“你不给我幸福，我也不给你性福”这样一种两败俱伤的报复手段。这种手段具体说来就是“等到丈夫入睡后，迅速地用菜刀将丈夫的命根子切下”。用论文的原文来说，这种方法在当时“很时尚” （fashionable）。         
                  

丈夫自然是要痛醒的。那么倘若被丈夫从妻子手中抢回了他的尘柄，连忙跑到医院就诊，并成功缝合，岂不是不能起到报复的作用了吗？别急，人民群众的智慧是无穷的。当时一般的泰国家庭都是建立在支撑柱上，而屋子下面都是留给猪，鸡或者鸭子（终于出现关键词了！）来住的，而一般的泰国家庭不幸又经常开着窗子。于是手起刀落之后，顺便对窗外做一个抛物运动也就很顺理成章了（你们考虑过小伙伴的感受吗？）。


有调查称，某三家大医院在7年的时间里处理了100起这样的病例，因此外科医生也积累了相当多的经验（这是种什么样的经验……）。鉴于将来可能出现的这种病例，医生希望能将他们的经验广而告之，造福更多男同胞。
在详细分析了18例病例后，文章作者认为微创手术（microsurgical technique）是用于治疗的最好方法。可是毕竟微创手术需要很多器材的支持，不是所有的医院都能做得起来的。因此文中讨论了一种更具有普适性的手术方案，被称为“地洞法”——将离群的小鸡去皮并连回原位之后，把它埋在包裹蛋蛋的皮肤下，仅露出鸡头。6~8周之后，再用这层皮肤包裹重见天日的阳峰。


关于手术的具体细节原论文里描述得很精彩，这里附上截图一张，其余的图片大家可以去围观原文。

                               
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除了手术方案之外，其他细节的处理也很值得赞(tǔ)扬(cáo)。在与技术相关的篇章里，作者讨论了如何处理那些被截下的样品，我们可以在其中看到各种送样的方式。其中值得表扬的是用塑料袋装满了冰块带来的，而最有泰国特色的是用香蕉叶子包起来带来的……不管送来的时候是什么样子的，一般都要对样品进行生理盐水的冲洗和除污。之后作者也介绍了如何对患者进行安抚，包括告知患者“虽然要住一段时间的医院，但是生理功能是可以得到恢复的。”


事实证明作者并不是撒善意的谎言，他们提供的手术方案确实简单易行成功率高。只要没被肢解，没腐烂，没被鸭子吃掉，那么基本上还是能修复的。有什么依据？其中某一名病人声称在手术后的1个月就忍不住啪啪啪了好吗！

鸭子是本文的重点