Nature 和 Science 上有哪些非常有趣而又脑洞大开的文章？

balabala

小弟大四本科生一枚，近期要进入实验室做实验，在实验准备阶段阅读了一些文章，其中不乏nature，science这种高水平期刊上的文章。小弟发现其中一些文章很有意思，源于生活而又脑洞大开，对于科研有很多启发，希望诸位前辈能够多多补充，小弟在此感激不尽。
先举几个例子让大家感受下：

首先是江雷院士在nature上的两篇文章：water repellent legs of water strides.这篇文章是讲水黾这种生物为什么能够站立在水面上而不沉没，是由于水黾腿的“超疏水效应”。 Directional water collection on wetted spider silk.是讲蜘蛛丝的集水效应，蜘蛛丝如何收集空气中的雾气小液滴并实现定向输运的，这对于解决干旱地区的饮水问题有很大帮助。
由于小弟是做超疏水的，所以对“水”相关的文章关注颇多。此外，2001年的一篇nature也描述了一种沙漠甲虫收集雾气的行为（water capture by desert beetle),作者认为是甲虫壳背面的亲水疏水的特殊结构使得这种沙漠甲虫有了收集雾气的能力，使得它能够在沙漠中生活下去。
2011年的一篇nature（bio inspired self repairing slippery surfaces with pressure stable omniphobicity)则是受猪笼草的启发，作者设计了一种抗粘附的表面，这种表面可以抵抗任何外来液体的黏附，实现表面自清洁、受伤后自愈合的特点，因而有希望在恶劣的环境中工作，实现材料的自清洁。

这些文章都是受生命现象的启发，对于我们这些做惯了基础研究的人来说，无异于是“脑洞流”的科研文章。下面还有几篇文章很有意思，也一起说一下：洗完头之后头发为什么常常聚集成束？（Nature:Elasrocapillary coalescence in wet hair)以及著名的咖啡环效应（Nature:Supression of the coffee ring effect by shape dependent capillary interaction) 似乎都与高中学的毛细作用有关系。此外，江老师课题组有关于仙人掌集水的文章，发表在nature communication 上也很有意思（A multi structural and mutil functional integrated fog collection system in cactus)也是相当的脑洞大开。还有茶壶效应、麦片效应等现象的研究也很有趣，大家可以自己百度。

以上我列举的文章，我自己读后都感觉颇受启发。所谓“有所发现，有所发明，有所创造”，科研的灵感往往来源于生活中细致入微的观察和对现象独特的理解。小弟这里只是列举了文章的名字而没有给大家链接，实在是由于小弟用pad编辑，操作多有不便，请诸君多担待。希望诸君能够多多共享这些有趣的文章或者生活现象，大家一起学习交流，小弟在此感激不尽。
原文地址：https://www.zhihu.com/question/37266206

感恩由您

Science前几年发过一篇非常有趣的文章：“吃瓜群众”的比例，对群体最终的“决策”有很大影响。

文章的模型很简单：一种小鱼分两组，第一组偏好的方向是 ，第二组偏好的方向是 （两个都是向量）。各自偏好的强度，由向量的“长度” 刻画。在仿真[1]中，每条小鱼实际的游动方向满足两个原则：避免碰撞；每一时刻，小鱼实际游动的方向，由附近其它小鱼的偏好按各自偏好强度的加权平均决定。此外，不失一般性，不妨设第一组小鱼的数量多于第二组，即 。




图1 左半部分：N1=6，N2=5，w1的长度=0.3时，变化w2得到的模拟结果；右半部分，保持N1、N2、w1不变，变化w2（不同颜色）和N3（横轴）得到的模拟结果。纵轴是游向w1所指目标的比例

鱼群最终向哪个方向游动？见上图，两组偏好强度相等时，几乎所有鱼都游向第一组的偏好；增强第二组偏好的强度，鱼群逐渐被掰向 方向。然而，如果在鱼群中逐渐增加第三组“吃瓜鱼”（即 ，没有明确偏好的方向），鱼群行动的变化非常有趣：游向第一组“多数鱼”偏好目标的比例，先上升再下降，最后稳定在一个较高的比例。当“吃瓜鱼”比例很高时，第二组的偏好强度，对鱼群的行动影响甚微。




图2 作者用真鱼做的实验。确实，随着吃瓜鱼数量N3的增加，游向第一组方向的比例增加

直觉角度的理解：既然每条鱼游动的方向，都由周围的选择决定。增加随波逐流的鱼，会因此“放大”第一组“多数派”鱼的影响，游向第一组方向的比例也因此增加；然而，如果没有方向的鱼太多，占据压倒性地位，“多数派”也无法施加足够的影响。作者训练了一群偏好不同颜色的小鱼，在鱼缸里做了实验。结果见上图：确实，没有偏好的鱼越多，游向第一组偏好方向的比例就越高。

总之，鱼群中的个体“不偏不倚”，不代表说这条鱼对鱼群最终的“决策”没有影响。“吃瓜鱼”的数量增加，只要数量不是太多，“多数派”鱼的影响力会因此显著增加，“少数派”鱼对最终游向的影响会显著减弱。类推到其它领域：同样是群体决策，如果每个个体的决定都依赖于周围个体的决定，“吃瓜”个体的数量增加，可能也会产生类似的效应。主观上不偏不倚，不代表客观的影响没有偏向。

[1] 原文还尝试建立了有解析解的模型，得到了相近的结论。

文献来源：Couzin, Iain D., et al. "Uninformed individuals promote democratic consensus in animal groups." Science 334.6062 (2011): 1578-1580.

队长是我

《论美国人是如何忘记他们的总统的》


认知心理学研究的一个有趣文章，2014年发表在《科学》上。
这篇文章是基于一个跨度长达40年的研究结果完成的，然后向我们完美的展示了美国人是如何遗忘他们的总统的。
我简单翻译一下。
Henry L. Roediger III在1974年、1991年、2009年，分别在圣路易斯华盛顿大学给大学生做这方面的测试，给他们5分钟的时间让他们写下尽可能多的总统，另外一个测试是让他们把这些总统的顺序也列出来。
然后在2014年，Henry L. Roediger III和K.A. DeSoto又对接近500个年龄区间在18至69岁的成年人做了同样的测试。
结果就是下面这个样子：



A图是1974年、1991年、2009年的大学生能记住的总统名字和顺序情况，B图是2014年成年人整体能记住的总统名字和顺序情况。
这个趋势曲线惊人的一致。排名和曲线随着时间的推移基本保持不变。
如果不考虑顺序，只要回忆起名字就算，那结果会杂乱一点：



总结一下结果：
几乎每个人都可以说出来乔治·华盛顿，约翰·亚当斯，托马斯·杰斐逊和詹姆斯·麦迪逊，之后大众的记忆力骤降到接近零。然后，美国内战期间的林肯，安德鲁·约翰逊和尤利西斯·格兰特是另一个记忆高峰，然后再次骤降到接近零，直到罗斯福和哈里·杜鲁门再出现一个高峰。
之后，大多数总统的记忆随着时间的推移而消失。大多数婴儿潮一代（40后到60后）记得理查德·尼克松，杰拉尔德·福特和吉米·卡特，但不到四分之一回忆起赫伯特·胡佛或卡尔文·柯立芝。大多数70后80后参与者都记得布什总统，但不到四分之一回忆起了德怀特·艾森豪威尔。
很显然这个结果没有出乎我们的意料：美国人往往会回忆起最近服务的总统以及美国历史上的前几名。他们还记得主导历史事件的人，比如结束奴隶制（林肯）和第二次世界大战（富兰克林·罗斯福）。
这个跟我们知道的个体记忆曲线很像：大脑进化，使现在或将来最有用的技能和知识是最容易记忆的。如果一个技能没有被使用或排练，它会消失。
所以这篇文章提出一个简单的理论来解释这种不均匀、可预测的总统记忆曲线，文化模仿模式。总统被“使用”越少 （例如被看到，听到，写到，被称为），这个名字就变得越来越不容易记忆。像华盛顿和林肯这样的人不会褪色的一个原因是，他们到处都有提醒：纪念碑，钞票和硬币。
而反例，比如杰拉尔德·福特，理论上来说他应该不太会被遗忘，因为在美国所有总统中，福特的上台方式绝对是最特殊的、独一无二的。没有经过选举，他的总统和副总统职位都是“递补”得来的，因前任犯下错误而让他“捡”了便宜。所以有人也称他为“意外总统”。但是研究结果表明，尽管他很特殊，但是十年内他的公共记忆将会被大大缩小。
这篇文章按照这个理论预测了杜鲁门，艾森豪威尔，肯尼迪，林登·约翰逊，尼克松，福特的公众遗忘曲线。


显然，再过20年，肯尼迪肯定还会被美国人记得，尼克松也大概可以，艾森豪威尔基本上就已经不太行了，其他杜鲁门，约翰逊，福特基本上可以跟美国人的记忆说再见了。
所以今天众所周知的领导人，不管是奥巴马总统还是特朗普总统，很有可能，将在短短的几十年中全部失去公众的记忆。
这个研究的意义在于，第一次通过一个40年跨度的研究，表明了集体记忆（比如整个国家）的健忘度，与一个个体（比如一个学生学单词的时候）的健忘度，是一致的。也就是说社会文化学跟生物学似乎在这个方面是可以相通的，虽然这两个系统的工作方式截然不同。所以这是一个非常令人兴奋的研究，它把历史和个人心理结合起来，并且发现了这个对应关系。我想这个是它为什么可以发表在《科学》上的原因。

当然这是论美国人是如何忘记他们的总统的。如果放到其他国家，是不是会有同样的结论呢？我不确定。

长长的路

今天在朋友圈看见的一个关于Science 的乌龙
该篇文章标题为“ Neural mechanisms for lexical processing in dogs”
大意为：犬类对词汇加工的神经机制
具体讲的是  
在语音处理过程中，人类听众可以单独分析词汇和语态提示，从而达成交际内容的统一表示，而狗狗对语言（尤其是人类语言）的分析形式是否与人类一样是通过分离和整合词语和语调来分析的，这一点并没有被揭示。
于是 A. Andics 等人通过给狗做了个脑部的磁共振
用以下四种不同的方式给狗狗发送指令：

• 称赞的词语 称赞的语气
  
• 称赞的词语 中性的语气
  
• 中性的词语 称赞的语气
  
• 中性的词语 中性的语气
  

研究后发现：

• 犬类左脑偏向处理有意义的词
  
• 犬类右脑主要用于区分定义词和为定义词的语音语调
  
• 最终在脑部的“primary reward”区域（后译为“主要奖励区域”）
  

这与人类的语言处理模式相类似
该文最终被收录在  Aug. 2016 Science 353 (6303), 1030-1032
你以为这样就完了么？那就大错特错了！！




先让老夫喝口水“咕噜咕噜”

然而该作者在近日发表声明说自己把脑子弄反了
。。。。。。。。。
大家都知道，人被推进核磁共振里是这样的


宛若进棺材板
而正常的狗，并不会像这样


这样


还有这样


这些个网红柴柴一样
坦胸露乳的瘫软在床上
而是像


这样进入扫描器的
原文中所说的左脑其实是右脑
。
。。
。。。
。。。。。
。。。。。。。
附上文章修改页面

Andics A, Gábor A, Gácsi M, et al. Neural mechanisms for lexical processing in dogs.[J]. Science, 2016, 353(6303):págs. 1031-1032.

清风寡欲

x在这里要强烈推荐一位迎接着永恒的东风，踏着学生身体登上科学高峰的男人-David Hu。（just kidding）



画风变化太快。


此人非常热爱小动物，PHD期间在MIT跟着John Bush就发了两篇Nature（2003,2005），一篇是讲水黾的运动，还有一篇是讲昆虫的半月形运动，这个跟作者给的例子差不多，先当个引子。






后面David Hu毕业了，最后去了Georgia Tech当了PI，然后在关爱小动物的道路上一去不复返。。。（下面的文章有些不是science，nature级的，但是为了故事有趣完整，我还是放了几篇PNAS）

蚂蚁篇：
密集恐惧症慎入。
不知哪天，Prof.Hu在自己的院子里溜达，然后发现了一坨火蚁，他一招降龙十八掌拍过去，结果被火蚁一记“斗转星移”震的深中内伤，于是他祭出了自己的法器：水桶。刹那间，一条水龙向火蚁们袭去，但是，火蚁们动作有序，缩成一团，组装成一叶扁舟，成功卸去了水龙的大招。Prof.Hu两连败后羞愧难耐，拿出笤帚，将他们扫进袋子交给了学生，学生开动各种仪器，使出浑身解数，最后得出结论：火蚁兵团的力学性能太好，不怕洪水。
“看来只能把你们交给贝爷了，鸡肉味，嘎嘣脆” Prof.Hu关上了电脑，笑着留下了口水。







2011年，他们在PNAS发了篇paper研究火蚁的自组装能够防水来躲避洪水。





蚊子篇：
不知道何时Prof. Hu脑洞大开，望着窗外的大雨，悲天悯蚊，想想这些小生命该怎么躲过这场劫难呀，于是做了点实验，2012年，发了篇PNAS，模拟了雨天的蚊子，最后得出结论：因为他们质量比较轻，所以在自然的降雨中他们是可以存活的。
“你们不用担心在雨天挂掉啦” Prof. Hu望了望在网里苦苦躲雨的蚊子，开心的笑了。





蛇篇：
不知道又是哪天，Prof.Hu望着窗外的难得一见的降雪，想到了自家后院的小蛇，怕他们冷，于是给他套上了衣服，然后发现他的小蛇爬行就很困难了，出于好奇，就把小蛇带到实验室开始研究他们的运动，还制作了不同角度的斜坡让他们来爬，最后整理结果发了篇PNAS，而那条小蛇也因为不断爬行产生了足够了热量，成功活过了这个冬天。
“You are so energetic” Prof.Hu望着这条有活力的小蛇，开心的笑了。








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尿尿篇：
不知道又又是哪天，Prof.Hu尿急奔向厕所，拉开拉链以后伴随着一声清脆的流水声，刹那间的精神升华让Prof.Hu望着自己的小伙伴陷入沉思，想到三岁那年在金坷垃的故乡和大象进行的那一场尿尿比赛，最后自己以1s的微弱优势胜出，胜利者的荣耀伴随着Prof.Hu走过了童年。 ”那我们的尿尿时间到底和物种有多大的关系呢？“Prof.Hu想到了这点赶紧给自己的学生买了几张去动物园的门票，经过了很多的分析，计算，建模，终于得出结论：尿尿的时间不随体型而改变。




“老伙计，我终于带你挂名了”，哎，太猥琐了，我编不下去。。。

“The first question my listeners will have is, is this a joke?" 哈哈哈，每次看到这句话我都想笑。





最后，以上几篇的中文介绍部分纯属瞎编，初版特别猥琐的一些部分我也进行了一些修饰，如有雷同，不胜荣幸。Prof.Hu实验室的画风和研究方向我还是很中意的。
最后再附上找到的一个关于David Hu的中文介绍，大家可以从多角度对这位科学家进行了解。他于2015年凭借蚊子躲雨获得菠萝科学奖，凭借动物尿尿获得诺贝尔物理学奖（搞笑届）。另据来自georgia tech的学姐透露，他们实验室的宝贝仪器是一台照相机，经常要专门请人过来拍照，因为项目的问题，拿到NSF的grant获得的争议非常大，一派认为他不务正业，另一派说这才是真正的science。哈哈，科学，不就是为了给人类带来乐趣的吗？
科学顽童胡立德 ~ 南方人物周刊 南方人物周刊
注：图片来源全是Prof.Hu主页以及paper截图，感兴趣的可以去看看（我给的是主页里面pdf，应该任何人都能access）
【1】
hu biolocomotion lab【2】
http://hu.gatech.edu/Publications/Hu03.pdf
【3】
http://hu.gatech.edu/Publications/Hu05.pdf
【4】
http://hu.gatech.edu/wp-content/uploads/2015/11/Hu15-rheometer.pdf
【5】
http://hu.gatech.edu/Publications/Hu12-mosquitoes.pdf
【6】
http://hu.gatech.edu/Publications/Hu09.pdf
【7】
http://hu.gatech.edu/Publications/Hu14-urine.pdf
【8】
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%83%A1%E7%AB%8B%E5%BE%B7
【9】
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%8F%A0%E8%90%9D%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%A5%96

卡卡

记得刘慈欣以前有篇科幻《球形闪电》，讲的是和西瓜一般大的基本粒子。
但是和专业的科研人员比起来，大刘的想象力还是不够疯狂！
前一段时间，几个台湾的研究者试图用和星系团一般大的基本粒子来解释并拟合暗物质。。。
最后他们发现，这样的粒子模型拟合出来的暗物质，符合迄今为止的所有观测数据

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加上一点科普性的说明：
尽管关于暗物质我们已经有了一些观测证据，但是我们目前还是不知道暗物质到底是什么。关于暗物质的模型有很多，这是我见过的最奇葩的。该论文作者认为，如果暗物质的基本粒子的质量为10^-23eV，很多很多这样的巨粒子形成一个超级大的波色-爱因斯坦凝聚态，可以很好的解释目前几乎所有的观测数据。质量这么小的粒子，康普顿波长大概是星系或者星系团的量级。通常我们近似地把粒子的康普顿波长当作粒子的经典半径。因此在这个理论模型下，你可以把暗物质想象成星系那么大的许多原子叠在一起的这么一陀东西