客观日本

东北大学实现“巴西果效应”可视化,大颗粒上浮、小颗粒下沉

2021年12月21日 生物医药

日本东北大学研究生院医工学研究科的Atul Srivastava博士(当时)和石川拓司教授与该研究生院工学研究科的菊地谦次副教授等人组成的研究团队发现,微颗粒内沉淀的塑料垃圾等物体在水中会因为酵母发酵时产生的二氧化碳气泡而逆重力上浮。

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周围颗粒进入随着埋藏物体下产生的气泡的运动而形成的空腔内的现象实现可视化。(供图:东北大学研究生院医工学研究科菊地谦次副教授)

研究团队在发酵容器内混入难以生物降解的人造物质(硅橡胶等),调查了引起环境问题的塑料垃圾等对自然界的生态系统产生了什么影响。在发酵容器内混入的人造物质反复进行随着附着的发酵气泡从容器底部浮到水面后再下沉的上下运动,对容器内部进行搅拌。营养物质因此而抵达容器内各处,促进了酵母的增殖。该结果表明,乍看上去以为会阻碍酵母生长的人造物质实际上可以促进酵母增殖。

另外,研究团队还发现了在人造物质被埋入周围的微颗粒中的情况下,微生物发酵产生的气泡可以移动尺寸达微生物本身10亿倍物体的“微生物巴西果效应”。此外,研究团队还通过Ⅹ射线成像法和基于随机微分方程的理论分析,明确了有生命存在的潮湿环境中的非平衡耗散物理现象。

菊地副教授表示:“这可以称为源自微生物的巴西果效应,是一种值得关注的现象。我们成功地可视化测量了在湖底、河底或海底等土壤堆积的环境下,被埋藏的物体随着土壤的流动和颗粒潜入而浮到水面上的物理现象。希望能利用该成果为调查在土壤中休眠的微生物和病毒复活,以及未知病原体出现的机理做贡献。”

■巴西果效应:在震动的作用下,混合坚果中的大粒巴西果会跑到小粒花生的上面,用来指晃动尺寸不同的粉末混合物后,大颗粒上浮小颗粒下沉的物理现象。

文:科学新闻
中文:JST客观日本编辑部