Tin tứcKhi tìm cách cải thiện cuộc sống con người, các nhà phát minh thường tìm đến thiên nhiên. Động vật và thực vật đã tiến hóa qua hàng thiên niên kỷ để phát triển mạnh trong môi trường của chúng, mang lại một kế hoạch chi tiết tuyệt vời cho sự đổi mới.
Ví dụ, năm nay, các nhà khoa học từ Trung Quốc và Thụy Sĩ đã ra mắt miếng dán vận chuyển thuốc giống như giác hút của bạch tuộc. Thiết bị hình cốc hút bám vào bên trong má bệnh nhân và truyền thuốc bằng đường uống, không cần kim tiêm.
Và lấy cảm hứng từ hải sâm mềm mại, các kỹ sư đã phát triển một robot từ tính, có thể thay đổi hình dạng, có thể hóa lỏng khi đun nóng và tái hình thành khi nguội. Một ngày nào đó, phát minh này có thể có những ứng dụng y tế, chẳng hạn như loại bỏ những chất có hại khỏi dạ dày bệnh nhân; nó cũng có thể giúp lắp ráp các mạch điện khó tiếp cận hoặc hoạt động như một chiếc ốc vít đa năng.
Những đột phá của ngày hôm nay có thể truyền cảm hứng cho công nghệ của ngày mai. 7 khám phá khoa học trong năm nay dưới đây có thể dẫn đến những phát minh mới.
Nọc độc của sâu bướm Asp đục lỗ trên thành tế bào
Mặc dù sâu bướm có lông có thể trông như vô hại, nhưng bạn đừng tiếp cận và vuốt ve chúng.
Bên dưới vẻ ngoài mềm mại của chúng, sâu bướm Asp ẩn giấu một mạng lưới gai chứa đầy nọc độc đầy đe dọa. Mặc dù sâu bướm ấu trùng chỉ dài hơn một inch nhưng vết đốt của chúng có thể khiến một người trưởng thành phải nhập viện.
Năm nay, các nhà khoa học đã phân tích cách thức hoạt động của chất độc cực mạnh của chúng. Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng 7 trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, nọc độc của sâu bướm asp có chứa một loại protein có khả năng thay đổi hình dạng bất thường. Khi chất độc chạm tới bề mặt bên ngoài của tế bào, protein này sẽ tạo thành hình dạng giống như chiếc bánh rán, sau đó đục một lỗ xuyên qua thành tế bào. Các chất độc do vi khuẩn như E. coli và Salmonella tạo ra sẽ xâm nhập vào tế bào theo cách tương tự.
Đồng tác giả nghiên cứu Andrew Walker, nhà sinh học phân tử tại Đại học Queensland, Australia, cho biết, bằng cách bắt chước bản chất đục lỗ của protein của sâu bướm, các kỹ sư có thể phát triển các các để “đưa thuốc vào bên trong tế bào nơi chúng cần hoạt động”.
Công việc đó có thể mất ít nhất một hoặc hai thập kỷ. Nhưng lĩnh vực nghiên cứu này có thể có nghĩa là một ngày nào đó, nọc độc của sâu bướm có thể không chỉ mang lại sự đau đớn mà còn mang lại cảm giác nhẹ nhõm.
Gấu ngủ đông không bị đông máu
Từ những chuyến bay dài đến nghỉ ngơi trên giường sau phẫu thuật, thời gian ít vận động kéo dài có thể làm cong tĩnh mạch, khiến máu ứ lại và làm tăng nguy cơ đông máu hoặc huyết khối tĩnh mạch sâu. Nhưng những con gấu ngủ đông phần lớn nằm yên trong nhiều tháng liền là những bậc thầy không hoạt động mà không bị đông máu.
Để tìm hiểu cách chúng làm điều đó, các nhà khoa học đã theo dõi những con gấu nâu ở Thụy Điển trong những tháng mùa đông và mùa hè. Họ trấn an những sinh vật to lớn và lấy mẫu máu vào cả hai thời điểm trong năm. Trong một phòng thí nghiệm tạm thời tại hiện trường, họ đã phát hiện ra một loại protein có sự thay đổi theo mùa: Được gọi là HSP47, nó xuất hiện ở mức độ cao trong mùa hè nhưng gần như không tồn tại trong thời gian ngủ đông, theo một bài báo đăng trên tạp chí Science vào tháng 4.
Dựa trên nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học hiểu rằng HSP47 có liên quan đến việc giúp tiểu cầu liên kết với các tế bào bạch cầu để chống nhiễm trùng. Vì vậy, bằng cách giảm lượng protein trong thời gian ngủ đông, có vẻ như những con gấu đang thiết lập một biện pháp bảo vệ chống lại cục máu đông.
Hiểu HSP47 có thể có ý nghĩa y tế. Nó có thể giúp các bác sĩ xác định ai có nguy cơ mắc bệnh huyết khối cao hơn. Hoặc nó có thể cung cấp phương pháp điều trị phòng ngừa ở bệnh nhân ung thư và những người đang hồi phục sau phẫu thuật, những người có nhiều khả năng hình thành cục máu đông hơn.
Kim Martinod, nhà khoa học y sinh tại KU Leuven ở Bỉ, cho biết: “Phương pháp điều trị lý tưởng cho bệnh huyết khối tĩnh mạch sâu sẽ ngăn ngừa cục máu đông hình thành ở những nơi không cần thiết, đồng thời không ngăn cản cơ chế đông máu bình thường của cơ thể bạn. Điều này có khả năng là như vậy.”
Một số loài giáp xác có đôi mắt sáng bóng giúp chúng trốn tránh kẻ săn mồi
Tôm ấu trùng có thể hòa nhập vào môi trường xung quanh nhờ cơ thể trong suốt của chúng - Ảnh: Boonyakiat Chaloemchavalid qua iStock
Để sống sót trong đại dương, rất nhiều sinh vật lựa chọn cách ngụy trang. Nhưng một số người lại đưa nó lên một cấp độ khác: Những con vật ma quái về cơ bản ẩn mình khỏi ánh sáng, với cơ thể trong suốt gần như biến mất khỏi tầm nhìn. Mực thủy tinh sử dụng chiến lược này cùng với các dạng ấu trùng của một số loài cá, nhưng nó có một cạm bẫy. Đôi mắt của sinh vật phản chiếu ánh sáng, tạo ra một chút ánh sáng có thể làm lộ vị trí của chúng cho kẻ săn mồi. Đôi mắt trong suốt sẽ không hoạt động vì một số sắc tố đen nhất định rất cần thiết cho thị giác.
Tuy nhiên, một số tôm và ấu trùng tôm đã phát triển để khắc phục nhược điểm này. Đôi mắt của chúng được bao phủ bởi một tấm kính điều khiển ánh sáng giúp điều chỉnh ánh sáng của chúng một cách hiệu quả với màu nước xung quanh. Bằng cách này, những loài giáp xác nhỏ bé có thể trở nên vô hình.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science vào tháng 2, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra vật liệu phức tạp hình thành nên loại kính che mắt này. Nó thực sự bao gồm những quả cầu nhỏ, mỗi quả chỉ rộng một phần tỷ mét, được làm từ một chất gọi là isoxanthopterin.
Với nghiên cứu sâu hơn về những quả cầu nhỏ này, các nhà nghiên cứu có thể khám phá ra cách cải thiện công nghệ xử lý ánh sáng trong các tấm pin mặt trời, viễn thám và truyền thông, theo quan điểm đi kèm với bài báo.
Benjamin Palmer, đồng tác giả của nghiên cứu và là nhà hóa học tại Ben- Đại học Gurion của Negev ở Israel, nói với Alice Klein của New Scientist.
Hoặc, vì những quả cầu thủy tinh nhỏ xíu tạo ra màu sắc đồng nhất, nên cấu trúc này có thể truyền cảm hứng cho những loại sơn thân thiện với môi trường hoặc thậm chí là sơn móng tay.
Bướm chúa có thêm lực nâng từ các điểm trên cánh của chúng
Không có loài bướm nào khác được biết là hoàn thành chuyến đi hai chiều, hướng về phía nam vào mùa đông rồi quay trở lại phía bắc khi nhiệt độ ấm áp, giống như loài chim.
Những con côn trùng này có thể đi được 100 dặm trong một ngày, tổng quãng đường lên tới 3.000 dặm trước khi chúng đến đích cuối cùng. Để tiết kiệm năng lượng, chúng thường di chuyển theo dòng không khí. Và, theo một nghiên cứu được công bố trên PLOS One vào tháng 6, kiểu cánh của loài bướm cũng có thể mang lại động lực cho chúng.
Theo nghiên cứu, khi bướm vua bay, sự chắp vá của các màu tối và sáng trên mép cánh của chúng tạo ra kiểu sưởi ấm và làm mát không đồng đều. Với các vùng tối ấm hơn một chút và các phần màu trắng lạnh hơn một chút, các túi không khí xoáy nhỏ có thể hình thành xung quanh các đốm. Những dòng xoáy này có thể cung cấp thêm lực nâng cho côn trùng và giảm lực cản trên cánh của chúng bằng cách thay đổi cách không khí di chuyển qua con bướm.
So sánh kích thước điểm giữa các loài vua và các loài khác đã ủng hộ ý tưởng này. Những con bướm không di cư có những đốm trắng nhỏ hơn bướm vua, cũng như một số loài bướm không di cư, thuộc về các thế hệ sinh ra vào mùa hè không thể sống sót để chứng kiến thời gian di cư vào mùa thu.
Các nhà nghiên cứu cho biết việc bắt chước các đốm trắng của bướm vua có thể giúp các kỹ sư tạo ra máy bay không người lái hiệu quả hơn.
Đồng tác giả Mostafa Hassanalian, kỹ sư cơ khí tại New Mexico Tech, người đã tạo ra máy bay không người lái từ loài chim phân loại, cho biết: “Máy bay không người lái của bạn sẽ có thể chở được nhiều hàng hơn vì màu sắc này giúp chúng có thêm lực nâng”.
Cây sa mạc hút độ ẩm từ không khí bằng muối đặc biệt
Khi nói đến việc kiếm sống mà không cần nhiều nước, các sinh vật sống ở sa mạc là bậc thầy về đổi mới.
Một số loài động vật, chẳng hạn như quái vật Gila, đã trở nên thành thạo trong việc tích trữ nước trong cơ thể. Và thực vật có thể mọc rễ sâu để lấy nước uống từ lòng đất xa xôi.
Nhưng một loại cây thích nghi với khô hạn lại chuyển sang một nguồn khác để lấy độ ẩm: không khí.
Cây bụi khẳng khiu gọi là athel tamarisks hút nước mặn từ đất và bài tiết muối từ lá của chúng. Sau đó, vào ban đêm, những tinh thể này cho phép chúng thu thập nước từ không khí.
Các nhà khoa học đã cắt một nhánh từ cây thánh liễu athel và mang nó về phòng thí nghiệm của họ. Họ đặt nó trong một căn phòng được kiểm soát môi trường nhằm mô phỏng các điều kiện sa mạc: 95 độ F và độ ẩm 80%. Sau hai giờ, cành cây với các tinh thể muối trên lá đã thu được 15 miligam nước. Khi họ thử nghiệm cùng một nhánh mà không có muối, nó chỉ thu được 1,6 miligam.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra các thành phần của muối và nhận thấy nó chứa ít nhất 10 vật liệu khác nhau, cho phép nó hút nước từ không khí, ngay cả ở độ ẩm tương đối thấp 55%. Một trong những thành phần này là lithium sulfate, có thể thu thập nước ở độ ẩm thấp nhất.
Các tác giả viết rằng những loại muối này do thực vật sản xuất tự nhiên nên có khả năng an toàn với môi trường. Việc xác định chúng có thể giúp các kỹ sư cải thiện phương pháp hút hơi ẩm từ không khí ở những vùng thiếu nước.
Tạo đám mây, một quá trình thêm tinh thể vào các đám mây để thúc đẩy chúng tạo ra mưa, đã được sử dụng ở các quốc gia như Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất để chống lại tình trạng khô hạn và ở Pakistan để giảm thiểu sương mù.
Marieh Al-Handawi, nhà hóa học tại Đại học New York, Abu Dhabi và tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố.
Những con côn trùng được gọi là xạ thủ bắn nước tiểu để tiết kiệm năng lượng
Những loài côn trùng nhỏ bé được gọi là xạ thủ uống lượng nước gấp 300 lần trọng lượng cơ thể chúng mỗi ngày.
Chúng chỉ ăn nhựa xylem từ thực vật, một chất có năng lượng thấp chứa 99% là nước vì vậy chúng phải loại bỏ nhiều chất lỏng dư thừa. Kết quả là bọ đi tiểu gần như liên tục.
Nhưng cách điều đó xảy ra thật đáng ngạc nhiên: Một xạ thủ tạo ra một giọt nước tiểu trên một phần phụ linh hoạt gọi là kim hậu môn. Chiếc bút cảm ứng quay dọc theo một bản lề, sau đó phóng tia nước ra khỏi con bọ ở tốc độ cao.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications vào tháng 2, các nhà khoa học phát hiện ra rằng, thật kỳ lạ, những giọt nước tiểu di chuyển trong không khí nhanh hơn 40% so với bút cảm ứng. Thành tích này, trong đó đạn bay nhanh hơn thiết bị phóng của nó, được gọi là “siêu động cơ”.
Thông qua video chuyển động chậm và kính hiển vi, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một tay bắn tỉa đã sử dụng bút cảm ứng của mình để nén giọt nước, tạo ra sức căng bề mặt giúp tích trữ năng lượng cho đến khi giọt nước được giải phóng vào thời điểm thích hợp – giống như cách một thợ lặn tính thời gian cho cú nhảy của họ bằng một cú nảy của một tia nước. bảng để có thêm lực nâng.
Đối với các nhà khoa học, khả năng này thật hấp dẫn, vì nó khiến các loài động vật bắn tỉa trở nên khác biệt với tất cả các loài động vật khác: Không có loài nào khác được ghi nhận là đạt được siêu động cơ.
Các kỹ sư có thể lấy gợi ý từ những người bắn tỉa – cơ chế mà lũ bọ sử dụng có thể dẫn đến những cách tốt hơn để loại bỏ nước khỏi các thiết bị điện tử; ví dụ: một chiếc đồng hồ thông minh có thể đẩy chất lỏng ra ngoài thông qua rung động của loa. Có lẽ siêu lực đẩy cũng có thể truyền cảm hứng cho các công nghệ làm mờ bề mặt của kính bảo hộ hoặc kính bằng cách rung chúng.
Cá voi đầu cong có thể sửa chữa DNA của chúng giúp tăng khả năng chống ung thư
Trong thế giới động vật, tỷ lệ mắc bệnh ung thư rất bí ẩn: Theo thống kê, những động vật lớn hơn, có tổng số tế bào nhiều hơn, sẽ mắc bệnh ung thư thường xuyên hơn những động vật nhỏ hơn.
Nhưng nhìn vào voi và cá voi, điều đó không phải như vậy - tương ứng, những sinh vật to lớn này có số lượng tế bào gấp khoảng 100 và 1.000 lần con người, nhưng tỷ lệ ung thư của chúng thấp hơn nhiều.
Sự mâu thuẫn này, được gọi là nghịch lý Peto, từ lâu đã khiến các nhà khoa học bối rối. Nghiên cứu trước đây đã tiết lộ một gen ở voi dường như có tác dụng ngăn chặn các khối u, gợi ý câu trả lời cho vấn đề này. Năm nay, các nhà khoa học đã tìm thấy hai loại protein ở cá voi đầu cong có thể liên quan đến việc sửa chữa DNA, tăng khả năng chống ung thư của động vật, theo một bài báo in sẵn được xuất bản trên bioRxiv vào tháng 5.
Cá voi đầu cong là loài động vật có vú sống lâu nhất trên Trái đất, với tuổi thọ có thể vượt quá 200 năm. Nghiên cứu cho thấy khả năng sửa chữa DNA của cá voi có thể là một trong những chìa khóa kéo dài tuổi thọ của chúng.
Số lượng tế bào của cá voi đầu cong có thể sửa chữa DNA của chúng nhiều hơn gấp hai lần so với tế bào của bất kỳ loài nào khác. Và các tế bào cá voi đã làm tốt hơn nhiều trong việc sửa chữa DNA một cách chính xác – tế bào người, bò và chuột thường sửa chữa cẩu thả, thực hiện những bổ sung hoặc xóa không chính xác vào chuỗi DNA. Những sai lầm như vậy cũng có thể làm tăng nguy cơ ung thư.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các protein có tên CIRBP và RPA2 phổ biến hơn nhiều ở cá voi đầu cong và đóng vai trò trong việc sửa chữa gen này. Có lẽ, các nhà khoa học cho biết, việc điều chỉnh các protein như vậy ở người có thể giảm thiểu thiệt hại cho DNA.
Orsolya Vincze, nhà sinh thái học tiến hóa tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp, người không tham gia vào nghiên cứu, nói “Có lẽ chúng ta đã có giải pháp cho thuốc trị ung thư trong tự nhiên rồi. Chúng ta chỉ cần tìm ra nó.”
