科学平行：全球热议的科学话题

本书汇集中国科普研究所科学媒介中心几位作者的41篇科普文章，聚焦时代热议的科学话题，能够带读者领略科学家的科研成果和他们探索科学的过程，从多个侧面认识和探求科学的真相。它不仅解释了诸多科学现象，还讲述了科学与普通人之间存在的种种关联，让科学理论更贴近生活，让科技力量更致力于人类。

本书涵盖八个话题。“健康直播间”以独特角度讲述健康及医学科学领域的发展；“宇宙大冒险”“环保集结号”领略太空的魅力；其他五个话题，分别从智能生活、动物行为、生理疾病、科学突破等方面展现了科学与大众的关联：“揭秘黑科技”了解AI技术等前沿领域的新概念；“疯狂动物城”关于人类亲密伙伴的有趣发现；“解忧杂货铺”解答人们的生活疑问和科学为日常生活注入的活力与趣味；“科研新视窗”聚焦诺贝尔奖趣闻及科学突破；“海底总动员”感受大洋深处的独特魅力。

主编
王挺，中国科普研究所所长，研究员。《科普研究》编委会常务副主任、主编。中国科普作家协会党委书记、副理事长。长期从事科学传播、科学文化建设等研究。《国家科普能力发展报告(2019)》《国家科普能力发展报告(2020)》主编。
钟琦，中国科普研究所研究员，长期从事媒体科技传播、科普信息化等研究，著有《媒介·科技·传播：大众传媒科技传播现状研究》《中国科普互联网数据报告》等。
副主编
武丹，博士，中国科普研究所副研究员，研究方向为大众传媒科技传播。                         胡俊平，博士，中国科普研究所副研究员。研究方向为科普信息化与媒介科学传播。

目录

Chapter1揭秘黑科技
01马斯克的版脑机接口设备有哪些独特之处？2
02 Al小鼠如何动起来？7
03抗癌黑科技——微型机器人10
04灯泡的新应用——还原声音和窃听13
05被机器人吐槽，你会怎么办？17
06动画片“进化”到智能动画，虚拟情境中能学到新知识吗？20
07足球可以踢得更科学24

Chapter2疯狂动物城
01狗狗是如何读懂人类情绪的？30
02狡猾的捕食者——座头鲸34
03黑猩猩朝树扔石头是在演奏“摇滚乐”吗？38
04火烈鸟也有长期固定的亲密伙伴41
05壁虎的脚掌有什么神奇之处？45
06天国神鸟——极乐鸟48

Chapter3解忧杂货铺
01破解百年难题：冰为什么这样滑?54
02背单词的黄金时间竟然是睡觉之前？58
03为什么有的材料能防火？62
04酒精检测仪是如何鉴别酒驾的？65
05关于红外线，你需要了解这些知识69
06神奇的地质地貌景观73

Chapter4科研新视窗
01上阵父子兵——趣谈诺贝尔奖获得者中的父与子80
02《科学》杂志评出近十年的年度头号科学突破85

Chapter5健康直播间
01吃不胖的秘密92
02边看电视边玩手机，小心你会悄悄变笨95
03脱发或被治愈98
04春困秋乏夏打盹，午睡是门技术活儿102
05个体基因定制版治疗方案将成趋势105
06仿生眼：让视觉障碍者重见光明109
07过敏会遗传吗？113
08“懒癌”基因被发现，你的懒可能是天生的116
09艾滋病治愈案例：“柏林病人”后又出现“伦敦病人”120
10糖尿病该如何治疗？

Chapter6宇宙大冒险
01“中国天眼”的视神经——可动光缆128
02太空中“共舞”的双黑洞132
03妖星荧惑有多神秘？135
04金星可能存在“生命印记”？138
05其他行星上日落时是什么颜色？141

Chapter7环保集结号
01为什么倡导“零浪费”的生活方式？146
02我们有机会将全球气温增幅控制在2℃以内吗？151
03全球风速迅速增长，预计还将持续十年？156
04环保的荧光灯真的环保吗？160

Chapter8海底总动员
01中国深海潜水器中的“龙”系列166
02海浪为什么会发出神秘“蓝光”？170
03珊瑚得了“白化病”还能自救吗？174

前言
人类一直致力于科学的发展与创新。当前，全球新一轮科技革命正在深刻影响着世界发展格局，并改变着人类的生产生活方式。科学并不是小众的狂欢，无论是看似离我们很远的尖端科技，还是有关日常生活的发明创新，科学对每一个人都产生着不同程度的影响。认识科学、了解科学、掌握科学，无疑会提升每个人的科学素养。
科学的世界绚丽多彩，包罗万象。随着科学技术的突飞猛进，信息传播手段变得丰富多样，科学正在以更形象、更生动、更广泛的方式渗入社会的每一个角落。以正确的方式揭开科学的神秘面纱，并充分利用现代传播手段，以普通人乐于接受的方式进行传播，让公众更好地获取科学知识，是当前科学传播的重中之重。
中国科普研究所科学媒介中心致力于搭建科学家和媒体之间的沟通平台，促进双方相互理解和交流，共同做好面向公众的科学传播工作。该中心长期跟踪全球科学议题，尝试描绘年度科学传播的概貌，精选年度好文结集出版。本书汇集该中心几位作者的41篇科普文章，聚焦全球热议的科学话题，带读者领略科学家的科研成果和他们探索科学的过程，从不同侧面认识和探求科学的真相。本书不仅解释了诸多科学现象，还讲述了科学与普通人之间存在的种种关联，让科学更贴近生活，这是“科学平行”这个书系的价值与意义所在。
本书涵盖八个话题。其中“健康直播间”延续了《科学平行：读懂你身边的世界》的内容，从独特的角度讲述健康及医学科学领域的发展；“宇宙大冒险”“环保集结号”让读者领略太空的魅力，以及科学与生命及其生存环境之间的有机联系；其他五个话题，分别从智能生活、动物行为、生理疾病、科学突破等方面展现了科学与大众的关联。我们将“揭秘黑科技”放在了本书的开头，以此吸引读者了解AI技术、抗癌机器人等前沿领域的新概念；“疯狂动物城”描绘了关于人类亲密伙伴的有趣发现；“解忧杂货铺”解答了一些人们生活中的疑问，让读者感受科学为日常生活注入的活力和带来的趣味；“科研新视窗”聚焦于诺贝尔奖趣闻及科学突破；“海底总动员”带读者感受大洋深处的独特魅力。
后，向各位作者致以诚挚的感谢！他们以自己的智慧学识为本书提供了大量专业性素材，感谢他们对科学的热忱和坚持，这是科学媒介中心继续前行的重要基石和动力。
编者
2021年9月12日

01狗狗是如何读懂人类情绪的？
狗狗与人类的关系非常特殊，是世界上一种独特、珍贵的关系。毋庸置疑，人类可以读懂狗狗的情绪，但关于狗狗能否读懂人类的情绪这一问题，还有很多争论。
在过去的几年里，科学家进行了大量实验，以研究狗狗是否有能力识别人类的情绪。研究表明，狗狗主要通过视觉和听觉结合、听觉、嗅觉三种途径来识别人类的情绪。
通过视觉和听觉结合线索识别人类的情绪
一项新研究表明，狗狗能够将人类高兴或悲伤的面部表情与其相应的声音进行匹配，通过视觉和听觉线索来识别人类的情绪。
在这项研究中，狗狗们被命令坐在两个屏幕前，研究人员在两个屏幕上为狗狗们展示高兴或愤怒的人脸图片，同时配以人类相应情绪的声音。
通过观察17只来自英格兰的宠物狗，研究人员发现，当展示高兴的人脸图片和相应情绪的声音时，狗狗们盯屏幕的时间长；但给同样的图片配以无感情的声音时，狗狗们则表现得不感兴趣，盯屏幕的时间较短。
在另一项研究中，照片上的人类表现出六种基本情绪（恐惧、快乐、愤怒、惊讶、悲伤和厌恶）之一，研究人员观察狗狗在只看到这些人脸照片时的反应，发现狗狗会像人类一样使用左右脑来控制身体。大多数狗狗在看到快乐的表情时，头会向右转——表明它们用左脑处理正面情绪；在看到生气、恐惧的表情时，头会向左转——表明它们用右脑处理负面情绪。此外，当看到人类明显的情绪变化时，狗狗的心跳会显著加快。
在上述两项研究中，狗狗事先没有接受过任何相关训练，研究人员也没有让其对所展示的图片或音频预先熟悉。研究人员称，作为高度社会化的物种，狗狗能识别人类情绪的能力是非常有用的，这种能力可能是先天的，也可能是经过很多代的驯化后才得到的。
通过听觉线索识别人类的情绪
我们都知道狗狗的听觉非常敏锐，尤其是当你打开一盒新鲜狗粮的时候。研究发现，狗狗还能仅仅依靠听觉来识别人类的情绪。
在这项研究中，研究人员在房间中央放置一碗狗狗的食物，两边各安装了一个扬声器，用来播放相同音量的人类非语言声音，例如以笑声作为快乐的声音，以尖叫声作为恐惧的声音。
科学家想通过这个实验，了解狗狗听到特定的声音会把头转向哪边，观察结果将帮助研究人员确定狗狗是依靠大脑的哪部分来感知人类情绪的。
研究发现，当狗狗听到左侧扬声器里的尖叫声时，头会向左转；当它们听到右侧扬声器里的笑声时，头会向右转。但播放厌恶和惊讶的声音时，狗狗们并没有显示出明显的扭头行为，研究人员猜测，这是因为情绪的体现更依赖于具体情境，如果没有更多的信息，狗狗们可能不知道如何理解厌恶和惊讶的情绪。
总体来说，狗狗似乎只用耳朵就能听懂人类的情绪，至少可以理解快乐、恐惧的情绪。
通过嗅觉线索识别人类的情绪
有句谚语说：“动物能嗅出我们的恐惧。”研究发现，狗狗真的能“闻”到恐惧和其他情绪，而且也能切身体会到这些情绪并做出相应的反应。
发表在《动物认知》杂志上的一篇研究报告显示，狗狗仅仅通过嗅觉就能识别人类的情绪，并以此来调整自己的情绪和情感。当它们的主人“闻”起来很开心时，狗狗也会表现得很开心，对周围的陌生人更好奇；但当它们的主人“闻”起来很害怕时，狗狗会表现出很害怕的样子，并且会避开陌生人。
研究人员做了一系列有趣的实验，实验对象包括四十名男性狗主人、他们的狗狗——拉布拉多和金毛，以及一名陌生人。研究人员让狗主人们分别观看《闪灵》和《奇幻森林》两部电影，以表达出恐惧和快乐的情绪，并采集他们的汗液样本。然后，他们把主人、狗狗和陌生人带到同一个房间里，并让狗狗闻各个人在恐惧或快乐时的汗液样本。
研究结果显示，狗狗的情绪和反应与狗主人被采集样本时的一致。当闻到恐惧汗液样本的味道时，狗狗心跳加快，表现出更多的压力迹象，倾向于忽略陌生人，并向其主人寻求安慰；当闻到快乐汗液样本的味道时，狗狗对陌生人表现得更放松，还会好奇地嗅他。
尽管我们并不知道这种反应究竟是源于人类对狗狗的驯化，还是因为狗狗天生就有同理心，但这项研究无疑加深了人类对狗狗的了解。狗狗能够把来自不同感官的信息组合起来识别人类的情绪，它们是被观察到有这种能力的生物——除人类自身之外。
下次和狗狗玩耍的时候，你可以试着看看它能否感受到你的情绪。
02狡猾的捕食者——座头鲸
座头鲸捕食是自然界中一种非常奇妙且震撼人心的景象，在食物充足的夏季，一头成年座头鲸每天会花费近20小时捕食，一天就能够吃掉超过一吨的食物。那么，它们是怎样进行捕食的呢？
冲刺式捕食法（lunge-feeding）
海洋中的庞然大物以非常小的海洋生物为食，这好像说不通，但是须鲸科鲸鱼——其中包括座头鲸——就是如此。座头鲸通过吞食大量的磷虾和小鱼来生存，当发现磷虾群或鱼群后，座头鲸会侧着或仰着身体加速猛冲，在接近鱼群或虾群时张开大嘴，下颌的褶皱张开，借助冲力将海水和食物一起兜进嘴里，再通过上颌那些梳子状的鲸须把海水过滤出去，将食物留在口中。
但是，鱼群通常反应迅速，会快速散开，座头鲸经常无法如愿获得丰盛大餐。那么，座头鲸还有更好的捕食办法吗？
陷阱捕食法（trap-feeding）
一篇研究文章称，有些座头鲸会设置陷阱来捕食分散的鱼群中的幼年鲱鱼。鲸鱼专家通过对加拿大温哥华岛海岸附近的座头鲸进行观察和研究，发现在鱼群密度较小的情况下，座头鲸会把嘴张开一半，露出水面，给小型猎物一种错觉，认为这里有个安全的“避难所”。
此时，为了躲避潜水鸟类（常见的是海雀）的捕食，这些鱼便自觉地聚集在座头鲸的嘴里或嘴的附近，此时，座头鲸便会“趁火打劫”，用它的胸鳍把鱼推进嘴里，从而诱捕成功。这种新的捕食策略被称作“陷阱捕食法”，座头鲸用此方法觅食，比在鱼群密度较大时用冲刺式捕食法觅食所消耗的能量要少。
研究人员自2011年以来就一直在观察这种捕食法，他们表示，这种方法正逐渐被座头鲸普遍用于觅食：研究开始时，只有两头座头鲸被证实会使用陷阱捕食法，到2015年，这一数字上升到了16头，而目前已经有超过20头座头鲸学会了对更小、更分散的幼年鲱鱼群使用这种策略。
这些结果表明，座头鲸有能力创造和学习新的觅食策略，这有助于它们更有效地捕食特定的猎物。
气泡网捕食法（bubble-net hunting）
2018年4月5日，美国杜克大学海洋机器人和遥感实验室的一架观察鲸鱼的无人机，在南极海岸拍摄到一对鲸鱼合作捕食的场景。这对鲸鱼顺时针、呈螺旋状地向上绕着磷虾游动，每隔一会儿就通过气孔释放出一串串气泡，将磷虾圈在当中，然后继续绕圈呼出气泡，使气泡圈的范围越来越小，从而用它们“织成”的气泡网将磷虾困在一个很小的区域内。当时机成熟时，这两头鲸鱼便从气泡圈底部向上垂直冲出，张开巨口，将浓密的磷虾群兜进口中。这就是著名的“气泡网捕食法”。
也许你会问：气泡能有多大威力，怎么可能挡得住磷虾群？事实上，由座头鲸喷出的气泡“织成”的气泡网的直径可以达到30米，如此巨大的气泡连成串，威力还是相当惊人的。
鳍状肢帮助捕食（pectoral herding）
一项研究表明，为了一口能够吞食更多的鱼，座头鲸还有新的捕食花招：吹完气泡网后，座头鲸用它们的鳍状肢在气泡网里助攻，制造第二个屏障，它们上下移动鳍状肢，引导鱼类向它们张开的嘴巴中游动。
这种方法的捕食效率更高。