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想造龙吗 科学为你而来

没有喷火龙的奇幻世界是不完整的。SpaceX公司创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)甚至想要让一个半机器人版本成为现实,他于4月25日在twitter上写道。但是如果有人要制造一条龙,它怎么能得到它的火焰呢?大自然似乎具备了龙点燃世界之火所需的一切条件,不需要喷火器。这种生物只需要一些化学物质,一些微生物——也许还需要一条沙漠小鱼的提示。

火有三个基本的需求:点燃火焰的东西,保持燃烧的燃料和燃烧时与燃料相互作用的氧气。最后一种成分是最容易找到的。氧气占地球大气的21%。更大的挑战是点燃和助长火焰。

拉斯维加斯内华达大学的生物学家Frank van Breukelen指出,要想制造出火花,需要的只是燧石和钢铁。如果龙有一个像鸟的胃一样的器官,它可以储存吞下的岩石。在鸟类中,这些岩石帮助它们避开牙齿的缺失,使它们能够分解坚硬的食物。在龙的内部,吞下燧石可能会摩擦一些钢铁,引发火焰。van Breukelen说:“也许你拥有的是一种像燧石一样的鳞片,它们可以互相点击。”如果火花接近一种非常敏感的燃料,那就足以点燃它。

但有些化学品并不需要最初的火花。自燃分子一接触空气就会燃烧起来。德克萨斯州奥斯汀市圣爱德华兹大学的化学家Raychelle Burks说,考虑一下铱元素。当它成为各种分子的一部分时,它会燃烧不同的颜色。其中一个燃烧的是暖色调的橙色或红色。另一个则是紫罗兰色。(这是在乔治·r·r·马丁(George R.R. Martin)的《权力的游戏》(Game of Thrones)系列中获得僵尸冰龙蓝色火焰的一种方式。)

不幸的是,铱并不常见,尤其是在生物学中。“元素周期表上有很多很酷的元素,但是(生物)只使用了一些,”伯克解释说。

华盛顿美国大学的化学家马修·哈廷斯(Matthew Hartings)指出,龙可能会在离家更近的地方发现其他会自燃的化学物质。“如果你生活在一堆岩石中,你就能接触到大量的铁。”

铁能与另一种化学物质硫化氢发生反应。这是一种易燃气体,闻起来像臭鸡蛋,给天王星新的标志性气味。它存在于原油中。当硫化氢和铁结合在一起——例如,在生锈的油管中——结果就是硫化铁。把它和空气结合,你就得到了爆炸性混合物。当天然气管道或储罐爆炸时,硫化铁有时是罪魁祸首。

另一个爆炸性的选择来自安妮·麦卡弗里(Anne McCaffrey)的电视剧《珀恩的龙骑士》(The Dragonriders)。McCaffrey描述了她的龙啃咬含磷的岩石,磷是一种由一个磷原子和三个氢原子组成的化学物质。在气体形式中,磷化氢是极易燃的,与氧接触就会爆炸。它的毒性也很大:仅仅七滴液体就能杀死一个人。

燃烧打嗝

虚构的龙经常喷出燃烧的气体。但是,Hartings说,气体会带来问题。他指出,天然气不断膨胀,以填补可用空间。为了控制火势,龙必须承受压力。

因此,像磷酸盐这样的化学物质并不是完美的龙火解决方案,Hartings说。磷化氢的沸点是-84°摄氏度(华氏-120°)。在室温(或龙息)下,这是一种气体。“你必须真正压缩它,”他说,让它成为龙可以储存和使用的液体。

另外,Hartings指出,气体是很难控制的。如果一条龙向风里吹了一些炽热的气体,火焰可能会回冲到这个生物身上,把它的脸烤焦。他解释说:“如果你推动的是液体而不是气体,那么你控制火焰喷射的机会就大得多。”

Hartings指出,液体也可以帮助避免自燃。带有可燃气体的液体一接触空气就会着火。速度是关键。“只要你射得足够快,(这些)粒子直到离你的脸足够远的时候才会撞到空气中,”他说。

伯克思认为,液体和气体的结合可能会更好。在气溶胶喷雾中,微小的液滴悬浮在加压的气体中,当它被释放出来时,气体就会喷射出来。如果龙发射气溶胶喷雾,它可能看起来像气体,具有液体的一些特性。伯克指出:“在精细的气溶胶喷雾中,它看起来就像龙在喷火。”气溶胶会扩散开来,她说,“它一击中空气就会爆炸!”

一些炽热的东西,一些可疑的东西

自然界中大量的液体会燃烧。生物已经产生了两种可能对龙有用的物质:乙醇和甲醇。这两种都是经常用作燃料燃烧的酒精。

“当然,我们知道酵母可以制造乙醇,”Hartings说。这些单细胞真菌把糖转化成酒精。这就是它们被用来酿造啤酒和制造其他酒精饮料的原因。一条龙带着满满一肚酵母并不像它看起来那么傻。酵母是生活在人和其他动物体内的微生物群落的一部分。

甲醇首先需要甲烷。反刍动物——包括牛、山羊、长颈鹿和鹿——在消化过程中产生甲烷。某些细菌可以将甲烷转化为甲醇,Hartings指出。一条龙的饮食中含有足够的纤维来制造甲烷,它可以把这些气体传递给它的细菌伙伴,细菌伙伴会把这些气体转化成甲醇。

但是这些细菌同事可能根本就不需要。魔鬼洞里的小鱼根本不在乎它们。这种鱼是一种在“魔鬼洞”(Devil’s Hole)——内华达一个天然加热池中发现的非常罕见的小物种。van Breukelen和他的同事已经证明,这种鱼可以在必要的时候自己酿造威士忌。

魔鬼洞的气温达到33°C(91°F)。一开始水中只有很少的氧气。当天气变热时,氧气含量会下降得更低,以至于鱼无法呼吸。所以蛹鱼停止使用氧气。相反,它们以厌氧方式产生能量,不需要氧气。在这个过程中,他们的身体产生乙醇。

van Bruekelen和他的同事在2015年的《实验生物学杂志》(Journal of Experimental Biology)上发表了一篇研究报告。

在类似的情况下,一条龙可以生产乙醇。然而,van Breukelen说,事情并没有那么简单。“我认为没有办法保存乙醇。我不认为你能储存它,”他说。原因是:它渗透了一切。他解释说,乙醇“直接穿过细胞膜”。这些包括围绕细胞和器官的细胞膜。当蛹生下乙醇时,这种化学物质会在整个鱼体内循环。它不会作为浓缩物聚集在某些囊或器官中。因此,任何制造乙醇的龙都很难储存足够多的乙醇以使火焰燃烧起来。

pupfish不会让世界着火,龙也不会。一个是小鱼,另一个不是真的。但如果穆斯克想要弄清楚如何让他的半机械人龙照亮世界,他不需要看化石燃料。大自然保护了他。

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