这个鱼的头顶为什么要长牙齿？什么，为了方便交配？ | 一周趣科学vol.78

斑点鼠鱼头顶长出了牙齿——不是吃东西用的

斑点鼠鱼（Hydrolagus colliei）是一种棕色的、几乎半透明的鱼，有着黄色的大眼睛，身上布满了白色的斑点。你可能不太相信，它是鲨鱼的远亲，但不咬人，也不好吃，在海洋中基本就是路人甲的存在。

这种鱼唯一有点特殊的地方就是额头上的白色小包。大家一直以为，这个鼓包上长出来的应该是类似于鱼鳞一类的结构，但科学家在最新研究中发现：这是牙齿。

是的，就和我们嘴里的牙齿一样的结构和成分，这个小鼓包上长了一圈牙齿。

嘴里长牙天经地义，头顶长牙有啥目的？科学家对此百思不得其解，于是他们观察了更多的斑点鼠鱼，分析它们头顶上长着牙齿的小包到底有什么差异。

观察过数百条斑点鼠鱼后，研究人员发现，雌性斑点鼠鱼的额头上也有小的、像粉刺一样的结构，就像幼年雄性一样。但与雄性不同的是，它们的小鼓包并没有长得很大，而且从未长出完整的牙齿。

于是科学家假定，这种长牙的小包跟性别有关。想到这里，科学家联想到了这种鱼的远亲——鲨鱼。原来，许多种类的雄性鲨鱼在交配时会咬住雌性厚厚的颈部皮肤，于是有人猜想，雄性斑点鼠鱼在交配过程中也会用头顶的牙齿来“咬”住雌鱼。

经过观察之后，这一猜想很快得到了验证：雄鱼确实在交配中会用头顶的牙齿咬住雌鱼的胸鳍。这一行为有助于雄鱼在交配过程中保持稳定，防止滑脱。研究人员进一步发现，头顶牙齿的发达程度与雄鱼的成熟度和繁殖能力呈正相关，牙齿越完整，交配成功率越高。这表明该结构是性选择的结果，可能在吸引雌性或竞争配偶中也起到一定作用。

这些发现为这种深海生物提供了新的认识，同时也颠覆了进化生物学中一个长期以来的假设，即牙齿只在口腔中生长。

斑点鼠鱼及其头顶牙齿的特写（图片来源：参考文献）

课代表总结：雌鱼：“你人还怪好嘞！”

参考文献：

K.E. Cohen,M.I. Coates, & G.J. Fraser,  Teeth outside the jaw: Evolution and development of the toothed head clasper in chimaeras, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (37) e2508054122, https://doi.org/10.1073/pnas.2508054122 (2025).

超级电容器储电性能堪比铅酸电池

莫纳什大学的科学家们近日研发出了一项具有优异储能能力和功率输出性能的超级电容器，他们正在将这一技术商业化，有望为研发充电更快的电动汽车、更高效的可再生能源存储以及高性能电子设备铺平道路。

电容器虽然也能存储电能，但是它与电池的储存原理不同。电池是把电能转化为其它形式的能量储存起来，通常是化学能；而电容器则是直接以电荷的形式来储存电能的。

这样的原理决定了电容器的储电能力取决于它的面积——打个比方，电容器就像是停车场，其中“停着”的每个电荷都占据一定的面积。一般来说，电容器的面积有限，因此能储存的电荷也比较有限，一般只用于电子电路中电荷的暂存，我们在许多电路板上看到的小圆柱就是电容器。

在近日发表于《自然·通讯》的研究中，科学家制造出了一种新型碳基材料，这种材料能使电容器存储与传统铅酸电池相当的电能，同时功率输出速度远超常规电池。

该技术的核心在于团队开发的一种名为“多尺度还原氧化石墨烯（M-rGO）”的新型材料架构。通过快速热退火工艺，研究人员制备出具有高度弯曲结构的石墨烯，其内部形成了非常宽阔的有效载荷表面积，最终获得的材料同时具备高能量密度与高功率密度，很少有材料能同时具有这两种特性。

数据表明，当组装成软包电池器件时，这种超级电容器展现出高达99.5 Wh/L的体积能量密度和高达69.2 kW/L的功率密度，并且表现出优异的快速充电能力与循环稳定性。研究者表示，这些性能指标是碳基超级电容器迄今报道的最佳数据之一，说明这种技术在储能能力上可与电池媲美，而且在功率输出方面则远超电池。更重要的是，这种材料没有传统铅酸电池的污染风险。

作者称，该技术现已进入商业化阶段，目前已实现这种石墨烯材料的商业级量产。团队正与储能合作伙伴携手，将这些突破性成果应用于既要求高能量又需要快速功率输出的产业化场景。

层状石墨烯、D-rGO和M-rGO的结构和离子传输示意图（图片来源：参考文献）

课代表总结：这样的话，未来的电池是不是再也不会漏液了？

参考文献：

Jovanović, P., Sharifzadeh Mirshekarloo, M., Aitchison, P. et al. Operando interlayer expansion of multiscale curved graphene for volumetrically-efficient supercapacitors. Nat Commun 16, 8271 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63485-0

北极硅藻在零下十五度的海冰中滑冰

如果你切下一块北极海冰放在显微镜下观察，你大概不会期待能发现什么：不过是些冰冻的水、被封存的沉积物，或许还有几簇处于休眠状态的微生物。

但若凑近细看，你会发现在冰晶内部纤细的脉络间，单细胞的硅藻正在来回穿梭，就像我们在溜冰场滑冰一样丝滑。

近日研究人员发现，这些硅藻的活跃程度超乎想象，温度降至-15℃时，它们仍然能在冰面上溜来溜去。这项发现为我们窥探北极冰封表面之下那个隐秘而活跃的世界打开了一扇窗，相关文章发表在《美国国家科学院院刊》上。

科学家表示，这些北极硅藻能分泌一种黏液聚合物，就像绳索一样一端系着“锚”以附着在冰面，另一端被硅藻牵拉着获得前进动力。

进一步分析表明，这种“绳索”的工作原理与人类肌肉竟然非常相似，也是依赖肌动蛋白与肌球蛋白的相互作用。跟人类肌肉不同的则是，这些动力装置在-15℃仍能正常运作。

更惊人的是，温带气候区的同类硅藻在接近-1℃时就停滞不前，而与它们相比，北极硅藻在冰点温度下的移动速度几乎快了十倍。

那么，这些藻类为什么不选择在一个位置躺平，而是要在冰上滑动呢？

原来，北极海冰是多孔基质，其间布满微小的海水通道。这些细微脉络让硅藻得以栖息在光线透射、盐度适宜的精准微区。硅藻会选择冰芯中光照、营养和盐度最佳的特定深度，若静止不动，它们可能错失这些稍纵即逝的生存窗口。在漫长的极夜与寒冬里，保持移动可能关乎生存。

通过在水中添加荧光微珠追踪运动轨迹，团队绘制出硅藻移动时产生的力学图谱。这些微珠如同雪地脚印，记录下细胞下方的隐形轨迹。

北极硅藻是极地食物网的关键基石。它们支撑着由磷虾、海豹乃至北极熊组成的整个生态系统。若这些生物不仅在冰中存活，更能移动、导航并改造环境，这将彻底改变我们对地球最极端环境中物质与能量流动的认知。

A：硅藻分子马达工作原理。B：硅藻留下的粘液，显示了其运动路径（图片来源：参考文献）

课代表总结：硅藻日日于无人处苦练冰嬉……

参考文献：

Q. Zhang,H.T. Leng,H. Li,K.R. Arrigo, & M. Prakash,  Ice gliding diatoms establish record-low temperature limits for motility in a eukaryotic cell, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (37) e2423725122, https://doi.org/10.1073/pnas.2423725122 (2025).

科研人员研发出首例氢负离子原型电池

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、曹湖军与副研究员张炜进团队，在氢负离子导体开发及其应用方面取得重要进展。该团队开发出新型核壳结构氢负离子电解质，并构建出首例氢负离子原型电池。

我们在前面电容器的研究中已经提到，电池是把电能转化为其他能量储存起来的，而且目前各类储能电池都是将电能储存为化学能。大家常用的锂电池就是将电荷储存在锂离子里进行储电，需要时再从锂离子上取出电荷。当然，锂离子是不能单独存在的，还需要搭配一些其他离子和正负极，才能形成完整可用的电池。

以常见的磷酸铁锂电池为例，这种电池每克的理论储能上限不到200毫安时（mAh），也就是说一个20000mAh的电池的重量不可能少于100克。所以，买充电宝时可以注意一下，重的充电宝容量未必真够，但是轻的充电宝容量一定不够。

如果能用更轻的元素来储电，那么每克电池所能储存的电量就会更多了。世界上最轻的元素就是氢元素，因此用氢来储能理论上可以获得更高的克容量。

但问题在于，氢在通常状况下是气体，用氢气储能的装置也就是常说的氢燃料电池，这种电池虽然技术还算成熟，但最大的问题是充电不容易。

因此，科学家看上了氢负离子。它电子密度高、易极化、反应性强，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。氢负离子电池是该领域的重要研究方向。

在此次研究中，团队研制出室温超快氢负离子导体，并且研发了兼具优异的热稳定性与电化学稳定性的理想电解质材料。基于这种电解质材料，该团队利用经典的储氢材料氢化铝钠（NaAlH4）作正极，贫氢的二氢化铈（CeH2）作负极，组装出如下的氢负离子原型电池：

CeH₂ | 3CeH₃@BaH₂ | NaAlH₄

理论计算表明，这种电池每克能容纳2354mAh的电量，比磷酸铁锂电池高了10倍。也就是说，只需要10g电池就能做一个20000mAh的充电宝了。

在实际测试中，该电池首次放电时，容量高达每克984mAh，虽然不到理论极限的一半，但已经超过现有的大部分锂电池了。经过20次充放电循环后，它仍能保持每克402mAh的容量。

团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，并点亮了黄色LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。这标志着我国科研人员实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。

氢负离子电池示意图（图片来源：参考文献）

课代表总结：如果用这个做电池，是不是手机可以一周不充电了？

参考文献：

https://www.cas.cn/syky/202509/t20250918_5082670.shtml

如何将毛发转化为可降解材料

哈佛大学的研究人员发现了某些盐化合物分解蛋白质废物（如羊毛和羽毛）的化学机制。这一发现使得蛋白质回收过程更加温和、更加可持续。

纺织和肉类加工行业每年产生数十亿吨的羽毛和毛发等废弃物，这些废弃物都富含角蛋白，这是一种存在于头发、皮肤和指甲中的强韧纤维蛋白。

这些蛋白是动物覆盖在身体表面用于自我保护，因此它的物理和化学性质都非常稳定，对这一类动物废弃物的处理总是充满挑战。将蛋白质分解成其组成部分通常需要在大型污染设施中使用腐蚀性化学品，很难有其他任何经济高效的方案。

研究人员结合实验与分子模拟后发现，溴化锂溶液会以一种完全出乎意料的方式与蛋白质分子相互作用，它并非直接与蛋白质结合，而是通过改变周围水分子的结构，从而创造更有利于蛋白质自发展开的环境。

事实上，溴化锂离子会导致水分子转变为两种不同的类型：正常水和被盐离子捕获的水分子。随着正常水体积的减少，蛋白质会由于环境热力学的变化而开始展开，而不是像其他变性方法那样被直接撕裂。

研究人员表示，只要让水变得不那么像水，就可以破除角蛋白的“防备心”，从而让蛋白质自行展开。他们通过测试纤连蛋白等更简单的蛋白质也得到了类似的结果，这表明存在一种普遍的机制。

这一发现使研究人员能够设计出一种更高效的角蛋白提取工艺，轻松将蛋白质从溶液中分离出来，而无需使用刺激性化学品。

此外，这还能为全新的生物材料行业提供启发，将头发或鸡毛等大量废物转化为低成本的再生材料，例如可能作为传统塑料的替代品。

经过处理的蛋白质可以用来模铸、3D打印、表面覆盖、纤维制造以及薄膜铸造 （图片来源：参考文献）

课代表总结：写这篇的时候把帽子戴好了，可不敢让我的头发看到我在研究怎么融掉它！

参考文献：

Yichong Wang, Junlang Liu, Michael M. Peters, Ryoma Ishii, Dianzhuo Wang, Sourav Chowdhury, Kevin Kit Parker, Eugene I. Shakhnovich. Entropy-driven denaturation enables sustainable protein regeneration through rapid gel-solid transition. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-61959-9

牧心，科普作者。