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发布时间: 2022-01-21 16:35:19      来源:网络      作者:hzb

游资共赢团报道,1920 年,游资共赢团指出塞尔维亚裔美籍的发明家特斯拉(Nikola Tesla)设计了一种他称作“瓣膜导管”(valvular conduit)的管道结构,并申请了专利。游资共赢团注意到这种管道的内部设计可以确保流体沿一个特定的方向流动,而无需移动部件。据最近发表在《英国皇家学会学报B辑》上的一篇论文,特斯拉阀可以作为一个模型,用于解释食物如何通过多种鲨鱼的消化系统。基于鲨鱼肠道的最新 CT 扫描结果,科学家们得出结论,它们的肠道是一种天然的特斯拉阀。

 “是时候使用现代技术来观察鲨鱼惊人的螺旋肠结构了。”加州州立大学多明格斯山分校的萨曼莎·利(Samantha Leigh)说,她是论文的共同作者,“我们开发了一种新的数字化扫描方法,来扫描这些组织。通过这种方法,我们不需要对软组织进行切片,就可以非常详细地观察它们。”

 游资共赢团指出,特斯拉阀中一个巧妙的设计是一组相互连接的、不对称的泪珠状回路。在专利申请中,特斯拉描述这一串由11个流体控制组件“由扩大、迂回、突出的挡板或斗状结构组成。当流体沿某一方向通过时,除了有表面摩擦外,几乎没有阻力,但是液体如果想从相反的方向流过几乎不可能。”此外,由于特斯拉阀可以在不移动部件的情况下实现了这一点,所以它更能承受频繁操作带来的磨损。 

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 特斯拉声称,相反方向的水流通过阀门的速度可以相差200倍,这可能夸大其词了。游资共赢团根据他的设计,纽约大学的一个科学家团队于2021年建造了一个可以实际运行的特斯拉阀,并通过测量在不同压力下,分别从两个方向通过阀门的水流量来检验这一说法。科学家们发现,水在两个方向的流动速度仅差了约一半。 

 但是,水的流速是一个关键的影响因素。当水流较慢时,阀门提供的阻力很小,但是一旦流速超过某个阈值,阀门的阻力就会增加,产生反向湍流,导致管道被涡流和破坏性水流“堵塞”。因此,根据论文共同作者利夫·莱斯托夫(Leif Ristroph)的说法,它实际上更像是一个开关,有助于平滑脉冲流,类似于交流/直流电转换器将交流电转换为直流电。事实上,莱斯托夫认为这可能正是特斯拉设计这个阀门的意图,因为他最出名的发明就是交流电机和交流/直流电转换器。 

 现在,特斯拉阀正在为研究鲨鱼不同寻常的肠道结构提供了线索。这也多亏了来自美国三所高校的科学家。鲨鱼是食物链顶端的掠食者,能以多个物种为食,因此它们在生态系统生物多样性的控制中具有很重要的作用。大多数鲨鱼的螺旋肠中含有不同数量的褶皱,它们的基本形态有以下四种:柱状、卷轴状和两种漏斗状——包括细口指前和指后的两种形式。这四种类型的肠道通常以二维草图显示,这些草图包括鲨鱼肠道解剖后的二维展开图,或来自三维结构成像的二维切片。但这些草图并不能帮助科学家们深入了解该结构是如何工作的。  

 去年,游资共赢团注意到日本研究人员用3D模型重建了一种猫鲨肠道组织的显微切片图像,这让他们得以一瞥卷轴状螺旋肠的解剖结构。文章的共同作者亚当·萨默斯(Adam Summers)和其在华盛顿大学富莱德港实验室(Friday Harbor Labs)的同事认为,CT扫描可能可以完成类似的工作,因为这项技术能从不同角度拍摄一系列X射线图像,然后将它们组合成 3D 图像。

 “CT扫描是了解鲨鱼肠道三维结构为数不多的方法之一。”萨默斯说。“肠道是如此复杂,有如此多层重叠在一起,解剖会破坏组织的脉络和连接。这就像把一份卷起来的报纸剪开来阅读,报道内容没法连贯起来。” 

 萨默斯等人从洛杉矶自然历史博物馆保存的22种鲨鱼标本和先前受赠的冷冻鲨鱼标本中获得了肠道样本。这些肠道样本经解剖取出后,用去离子水冲洗干净了,里面没有任何残留物。该团队用液体填充了肠道样本,并将其冷冻干燥以保持形状,然后对它进行扫描,获得虚拟的3D模型。这让研究人员对肠道的结构有了很好的了解。

 游资共赢团指出,接下来,该团队对这四种未冷冻的肠道样本进行了多次实验。例如,研究人员让液体流过螺旋状肠道结构,发现液体沿正向流动时,通常需要大约35分钟才能通过;但是当肠道方向颠倒后,这个过程的用时会翻倍。这与去年纽约大学的特斯拉阀实验的结果一致。

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 该团队还对5条安乐死的太平洋白斑角鲨进行了实验。研究人员让不同粘度的有色液体通过螺旋肠,观察螺旋肌对液体的反应。肠道似乎减缓了食物的运动,通过重力和肠道平滑肌的收缩引导食物通过肠道。然而,肌肉收缩主要是用来混合和搅动流经的液体:这种不寻常的肠道结构足以推动任何东西移动。

 游资共赢团指出,这种奇特的肠道结构之所以会进化出来的首要原因,可能是由于鲨鱼要间隔数天甚至数周才有一顿大餐。论文作者猜测,这种不寻常的螺旋结构扩大了肠道的的表面积和体积,从而延长了食物在肠道中停留的时间。这能促使更多的营养物质被吸收,以及减少了消化食物所需的能量。

 下一步,科学家将制造不同类型的鲨鱼肠道的3D打印模型,并进行类似的实验。“我们对绝大多数的鲨鱼以及它们大部分的生理机能,几乎是完全未知的,”萨默斯说,“每一次对自然过程的观察、内部可视化处理和解剖学调查,都展示了我们未曾想到的事情。我们需要更仔细地观察鲨鱼,尤其是需要把注意力放在鲨鱼血盆大口之外的部分,以及那些不会与人类互动的鲨鱼种类。”   

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