科学松鼠会

[新生]寒武纪：生命大爆炸

Thu, 18 Mar 2010 09:53:00 GMT

蝴蝶的玫瑰可能依然留在

几亿年前的寒武纪

怕镜花水月终于来不及

去相遇……

林夕作词、王菲演唱的这首《寒武纪》或许让很多人熟悉了这个奇怪的名词。在歌曲中，它以寒武纪后生生物的诞生寓指爱情的诞生，但是现实中的寒武纪浪漫更加多彩——多细胞生物大量起源，生物多样性剧增，奠定现今几乎所有动物的形态构架，堪称“生命大爆炸”。

新生，从这里开始。

图1 寒武纪生命的艺术复原图，比阿凡达诡异多了~

【生命的起源，以及问题的起源】

19世纪的地质学家们在石头中摸索了很久，终于为大地建立起一套时间尺标。而后，他们发现，生命在这把尺子上，似乎有一个开端。牧师/地质学家/饕餮之徒威廉•巴克兰（此公曾任威斯敏斯特教区长，发现并描述了第一头恐龙化石，家中不但摆满了矿石和标本，还养着来自世界各地的奇异动物以供自己享用和款待宾客）于1836年提出，动物化石记录在地层中并非一直存在。后来，随着古生代地层体系在一片争吵声中逐渐建立起来，大家意识到，寒武系地层(1)似乎是生命活动的一个截然的底界；更靠下、也就是更古老的地层中，突然就变成了一片沉寂。为什么？是因为工作还不够，更早的化石尚未被发现？是因为最早的生物难以保存为化石？还是说，在寒武纪之前，地球根本就是没多少生命的沉寂荒原？

达尔文坚定地相信第一种解释。在《物种起源》中，他多次强调：世界上大部分地区还没有开展过地质勘探，而新地质发现将生物的首现时代大大提前的情况，已经屡见不鲜——虽然这些提前没有一个是提到寒武纪以前的。生命的突然出现倒是不与自然选择矛盾——本来自然选择就不管生命起源的问题；但是达尔文深受莱伊尔的影响，否认自然界的任何“突变”。这种突发的“大爆炸”，在他看来一定是假象。

然而地质学和古生物学的发展并未如达尔文所料。远征考察接二连三，基础研究突飞猛进，而寒武纪的突然性却随着化石的增加而愈发明显，愈发引人注目。确实，生命的起源年限不断上移，而今已经抵达三十八亿年前；但是那些全都是单细胞生命，而多细胞生物似乎却顽固地止步于五亿多年前的寒武纪早期附近。当然，争议的声音也不是没有：譬如1899年，古生物学家查理•沃科特(Charles Walcott)在蒙大拿前寒武地层中发现一些垂直的管道，看起来很像蠕虫钻出来的；但是这些虫子本身并没有留下任何化石，因而也无法排除非生物作用形成的可能性。何况，比起寒武纪化石而言，这种例子也太少了。

图2 沃科特发现的遗迹学名叫做Planolite，此图是别处发现的同类遗迹。现在学界倾向于认为这玩意确实是生物扰动所致，但是仍然不敢下最后的定论。

及至二十世纪初，全球寒武系地层已经相互连成一片，几乎全都指向一个结论：多细胞动物化石好像是在寒武系地层里突然出现一般——不过在地质历史上，“突然”二字对应的时间可不是指上帝六天创造万物，而是几百万年。

不过，比起时间坐标的突兀，更令人惊叹的却是另外一点：除了一种叫做“苔藓动物”的奇特生物之外(和植物中的苔藓没有联系，但长得有点像)，几乎所有的重大生物类群全在寒武纪出现了。这一集体亮相让进化论原理之一——“共同祖先理论”有点尴尬：如果说所有生物都有共同祖先，那么这么多身体构造大不相同的生物怎么会集中在这么短的时间里出现呢？理论上倒不是不可能，但是实在过于特殊了。因此很多人怀疑，这种突然性不过是化石保存的问题：之前的生物并不比寒武纪少很多，只不过由于缺乏硬骨骼等原因，没能保存为化石。

【克劳德的挑战：寒武纪大爆发】

这时普雷斯通·克劳德(Preston Cloud)出场了。虽然不能说他发明了“寒武纪大爆发”这个概念，但他确实是第一个严肃考虑此可能的人。在1948年的一篇文章里，他指出，我们看到的“突然爆发”可能并非假象，而恰恰反映了寒武纪时的一次重大演化革命。换言之，在寒武纪可能发生了快速的、爆炸式的辐射演化，在短时间内产生了大量的新类群。诚然，后来发现在寒武纪之前不久出现过软体的埃迪卡拉动物群，但是它们数量上远不能和寒武纪相比，且形态上也差异过大，很可能并非现代生物祖先。和宇宙大爆炸不同，寒武纪的爆发并不是指生命的起源，倒更像生命的绽放——从平淡无奇的单细胞生物一跃成为华丽丰盛的多细胞世界。这对整个生物圈而言，无疑是一次伟大的新生。

但是为什么偏偏是寒武纪？克劳德倾向于认为，在那时大气氧含量超过了一定程度，足以支持多细胞生物的成长。绝大部分真核生物的生存都需要氧气。对于单细胞而言，全部的氧气都可以靠细胞膜的渗透获得；但是当多个细胞聚集到一起时，体积增大而相对表面积减小，就需要更高的氧气浓度才能够用。当然再往后可以用其他的方法补救，比如演化出鳃、肺和血液循环；但是这第一个门槛必须迈过去。

证据呢？克劳德指出，在海水中二价铁离子和氧气是不兼容的，相遇就会氧化形成三价铁进而沉淀，形成所谓“条带状含铁建造”。这种沉积物曾经遍布太古宇的地层，但在大约18亿年前突然不再形成了。由于氧气可以不断生成，而铁却无法补充，这个停止只能有一种解释：海水里的二价铁在此时被耗尽；而氧气也终于可以开始积累了。克劳德估计，按照这个速度，差不多在寒武纪，氧气足够达到可以维持多细胞生物的浓度。当然，这个估计的证据并不很充分，但是他的挑战已经摆上了擂台：如何证明寒武纪是或者不是一次真正的爆发？如果是，原因又是什么？

【布尔吉斯页岩，自然界的宏大实验？】

达尔文时代对于寒武纪早中期最大的认识就是所谓的“小壳化石”：顾名思义，就是各种各样类似小贝壳的化石，体积很小又往往破碎严重，很难看出什么所以然。在1948年克劳德提出寒武纪大爆发假说时，虽然化石丰富了许多，但是仍然处在“正常”的范围之内。只有当著名的“布尔吉斯页岩”被重新发现之后，人们才意识到寒武纪是一次多么壮丽的绽放。

其实去年不但是达尔文诞辰两百周年，也是布尔吉斯页岩发现的一百周年；它是由查理·沃科特——就是发现前寒武生物遗迹的那位——1909年在加拿大布尔吉斯山间小路偶然发现的，当时他已59岁。可惜，布尔吉斯位处偏远山区，马是唯一的交通工具；他本人当时更关注于前寒武的生命，而他的考察队规模又太小（连他的妻儿都随他一同来打下手），种种原因导致他在布尔吉斯页岩上没有花太多的精力。之后的十五年野外考察里，其中只有五个发掘季度用在了布尔吉斯页岩上，用于整理和描述的时间也不是太多。因此，尽管他在论文中将此处描述为“含量最丰富、保存最精美的中寒武世化石”，但是他在描述分类时仍然沿用了当时的分类学惯例，结果是六万件标本全部归入了已知的门类。1927年他逝世之后，布尔吉斯有一段时间几乎被遗忘了。

但是三十多年之后，当莫里斯（Convay Morris）等人重拾对布尔吉斯的研究时，惊讶地发现很多物种的身体构型非常特殊，很难归入传统的分类单元之中。一时间，许多人开始考虑为这些奇形怪状的东西建立新的纲甚至门。班特森（Stefan Bengtson）在1977年提出，有可能寒武纪大爆发的规模比克劳德以为的还要大，实际上这场爆发可能是自然界一次狂放的实验，前无古人后无来者；其间创造出了各式各样的“怪物”，它们大部分是不成功的试验品，不久即告灭绝，只有少数存活下来，成为后来其它物种的祖先。

这个假说确实非常令人振奋。当一部分生命在寒武纪第一次抵达足够的复杂程度时，它们看到了怎样广阔的世界啊！万物新生，一切景物都是新鲜的，一切可能性都在眼前。倘若果真如此，那么寒武纪的新生无疑是生命史上最重要、最激动人心的一刻。因此，著名古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德，笔者的偶像，在此假说的基础上出版了Wonderful Life 一书（中译本《奇妙的生命》）。书中描述了布尔吉斯页岩里种种奇特得超出我们想象的生物，结论是：寒武纪大爆发是生命的终极实验。他甚至认为，倘若我们把整个生命历史倒回开头重放一遍，那么实验结果很可能与现在大相径庭——或许是那些怪物在寒武纪存活下来，而我们会变成连自己都认不出来的形态；智慧生命甚至可能都不会诞生。

这本书文笔生动，内容有趣，读来毫无晦涩之处，因此在外行人当中获得广泛好评，影响极大。（可惜江苏科技出版社的中译本就翻译得一塌糊涂，错译比比皆是……这年头科普著作的翻译问题很大啊。）然而学术圈子里，这本书却掀起了轩然大波。

【“怪物”的真实面目……】

问题的关键在于这些物种到底是不是全新的结构，是不是和已知物种毫无联系？布尔吉斯重发现之初，大家激动之下，建立新类群时往往大手大脚；但是更深入的研究表明，很多怪物不过是外表奇特，骨子里还是按照和已知生命同样的蓝图构建的。班特森本人在1991年发表了一篇文章，标题”Oddballs from the Cambrian Start to Get Even”，以巧妙的双关语表达了他的观点：这些生物“并不是看上去那么奇怪”。

寒武纪奇怪的生物中，怪诞虫Hallucigenia算是头一号。最早的标本中，这种生物似乎是用七对尖刺支持自己的身体，而背上则伸出一列触角，这样的生物连科幻小说都没有描写过，以致莫里斯用了Halluci这个词根为它命名——“让人产生幻觉的”。然而，80年代在中国发现了另一个丰盛的寒武纪化石群——澄江化石群。这里的新发现表明，怪诞虫被人们完全弄反了，其实触角有两排，向下支持身体；而尖刺是向上的！改正之后它完全可以归入“叶足动物”，这是一类古生物学家熟悉的类群。

图3 怪诞虫四格。1是化石里的样子，当然，压扁了……人们曾经以为，立体图应该是2那样，后来才发现触角少了一排，所以更可能是3那样……4是复原图。

另一种奇特的生物微瓦霞虫Wiwaxia，看起来好像一只带刺的龟壳，沃科特当初把它归入了环节动物，莫里斯则认为这么诡异的生物足以单立出一个门，不过后续研究表明沃科特很可能大方向是对的——它很可能以环节动物为祖先。最让人恼火的棘皮动物也有了很大进展：寒武纪的棘皮动物门里出现了21个纲，原先纲纲之间几乎找不出联系，人称“进化草坪”——不是一棵树，而是一片草坪，草与草之间没有联系；但是现在更深入的研究似乎也能把草根们连在一起了。虽然工作远未完成，但是从趋势上看，我们很有可能最终让诸多怪物都各归其位。

图4 微瓦霞虫的水彩复原图。感觉像一只大菠萝……

【问题归来，未完待续】

怪物安置好了，树建立起来了，老问题也回来了：假如寒武纪不是一次大实验，那么又如何解释它的突发性？它是真的突然爆发还是经过了前寒武的长期积累方才崭露头角？寒武纪本身暂时无法提供更多的答案了，我们需要回到寒武纪之前，探寻那些沉默的年代里发生了什么。所谓的前寒武埃迪卡拉动物群是一次失败的进化尝试吗？反复出现的遗迹化石到底和生命活动有怎样的关系？寒武纪之前是否发生了什么重大环境突变？现代分子生物学的分子钟技术对此有何说法？中国的震旦纪陡山沱化石群又提出何种证据？欲知后事如何，请听下回分解。

注1：(本注释无关紧要，可以不看~)地质学描述过去时期的术语有一套规范。当描述地质历史上的时代时，单位从高到低是宙、代、纪、世，层层嵌套；譬如说某种牙形石出现的时间是显生宙、古生代、寒武纪、芙蓉世。但是当描述这个时代所形成的地层时，则要分别换成宇、界、系、统。因此，文中会出现“寒武纪”和“寒武系地层”这两种说法

李献计的“差时症”真的存在吗？

Thu, 18 Mar 2010 08:04:00 GMT

前段时间大热的国产动画短片《李献计历险记》好评如潮。影片中，主人公和他的女友都是“差时症”患者。根据影片描述，“差时症”可以有两种表现，一种是一段短暂的时间，在感觉上漫长化。每秒都被延伸到无比漫长，好像永无尽头。另一种是把一段极长的时间，在感官上短暂化。这样的定义科学吗？那到底有没有差时症呢？

体温升高，时间变慢

假设“差时症”存在，从字面上来考虑便是“有一种病，它让时间出现了偏差”。既然是让时间出现了偏差，那我们如果想了解它，就自然先得认识一下时间。

1889年，法国哲学家柏格森在《时间与自由意志》中最早提出了两种时间的理论。他将时间分为了客观时间和主观时间。客观时间是我们通常意义上理解的自然时间、空间时间。而主观时间说的是我们的心理时间。柏格森认为我们传统意义上是用空间的固定概念来说明时间。按照过去、现在和将来的依次延伸发展的。而在和其不同的心理时间中从来没有过去、现在和将来的界线，这三者是互相渗透的。因而心理时间是具有弹性的，人越是进入意识深处，空间时间越不适用时，只有心理时间才是具有意义的。

对于“差时”现象最早的研究者是美国心理学家侯格兰德。1933年，他照顾患流感发高烧的妻子时，发现即使只离开一会儿，妻子也抱怨他去得太久。他让妻子估计1分种的长度，结果妻子认为37秒便是1分钟。当她的体温越高，对时间的估计越少。侯格兰德怀疑这是因为大脑内有一个内在时钟，体温的升高会让它的速度变快。此后一系列的实验都说明了这一点，比如对脑袋加热，或者让人待在高温房间中，都会使人觉得时间过得慢，或者说其脑内的时钟走得快，速度可以快大约20％。

疾病导致感知障碍

在病理学中也有一种精神疾病和“差时症”很相似———时间感知障碍。

时间感知障碍是四种知觉综合障碍中的一种，是指人体在感觉时间体验时与自然时间存在差异。这样的现象，一般情况下发作时间短至一两分钟，长则可能出现半天、十几小时，甚至更长。

对于时间感知障碍产生的原因和激励，目前尚无明确的结论。有人认为这与人格因素有关，可能是人格本身的病态变化的反映。在病理学中时间感知障碍一般都是伴随一些疾病出现，比如精神分裂症，在发热、服用兴奋剂之后也可能发生时间感知障碍。

大脑中的嘀嗒时钟

现在，我们可以说，“差时症”的确存在了———只是没有影片中表现的那样夸张。

那我们对时间的感知为什么会出现偏差呢？这就要说到大脑中的“时钟”了。现在，我们已经知道大脑的计时能力分成三个“域”：一端是生理节奏“域”，控制24小时周期内的睡眠和清醒等；另一端是毫秒计时“域”，负责计算精细的运动任务；中间部分，被称作间隔计时“域”，这是我们可以感知时间流失的系统区域。

神经学家已经开始研究人脑的计时原理，也研究了那些时间感知因疾病或脑损伤而失真的病人。结果发现，间隔计时是一种非常复杂的被称作“巧合检波”的模式。简单来说“间隔计时系统”就是大脑中某一区域的神经元负责我们的运动、注意、记忆等活动，它们产生的脑电波被检波识别，便整合成时间流失量的估量值。因此，神经元的信号传递和脑波产生便对这种评估能力产生了影响。这也可以解释一些我们现实中的现象。如我们已经知道服用精神类药物、发热等情况必然会对人的神经传递有所影响，某些吸毒者很可能因此影响到多巴胺系统的释放程度从而产生时间感知障碍。还有一些情况，如深度睡眠时大脑所产生的脑波与清醒时比会缓慢一些，因此，有时候我们猛然醒来如果没有外界参照物的提示，很大程度上无法准确评估时间。

总有一天，我们会弄清“差时”的真相。

文字编辑：拇姬

已发表于：新京报《新知周刊》

15年的数学难题 —— 分Pizza

Wed, 17 Mar 2010 03:41:00 GMT

我是一个“西瓜控”，不管夏天还是冬天，都喜欢吃。要是一人独享西瓜的话，我都是一刀两半，然后拿勺子大口大口地吃，痛快。可是如果和家人朋友一起分享的话，那只好把西瓜切成一块一块的，大家一人一块的这么吃。可是面对西瓜，我总会邪恶地挑大块的吃，以免“吃亏”。如果两个人分瓜，一人一块轮流吃下去，谁会吃得多呢？又怎么才会吃得多呢？

你或许不知，这也是一个有趣的数学难题呢，虽然不像哥德巴赫猜想这么有名，但它也整整经历了15年才终于在去年被成功解决。

问题最早在1967年《数学杂志》上被提出，好事之人叫厄普顿（Upton），但他关注的不是分西瓜，老外嘛，爱分Pizza。因此问题如下：如果有一个Pizza，经若干刀分成若干份之后，两个人按照顺时针（或逆时针）的顺序一人一块来吃的话，谁能吃得多呢？这个问题看似很白痴，有人会说，每个人都取来自己分得的Pizza，然后称一下不就知道了吗？但这个问题在数学家眼中，却是另一个世界。

问题的开端：切2刀和切偶数刀

数学家磨刀霍霍，开始考虑各种情况。第一，如果每一刀都经过Pizza的圆心的话，那当然不管切几刀，两个人都会分到一样多。实际上人们分Pizza不可能精确地都切过圆心的，所以问题来了：如果每一刀交错点不在圆心上，那两个人谁能分的多呢？

显而易见，切两刀的话，那Pizza会分成四份（见下图）。如果两刀的交错点不在圆心，那么一定会有一块大一些，也就是包括Pizza圆心的那一块。结果不难推出：吃到Pizza圆心的那个人会分得更多Pizza，也就是图中白色的两块Pizza。

如果切4刀，6刀，8刀或更多的偶数刀的话，结果就有所不同了——两个人会分得一样的Pizza。（见上图）这个问题并不是很难证明，不用很难的代数知识就可以解决。厄普顿也就是做了这个工作，分析了所有偶数刀的分发结果。可如果是切3，5，7，9刀呢？这才是真正难题的开始。厄普顿并没有研究这个，它也就一直沉寂到了1994年。

真正的难题：切奇数刀的话

数学家迪尔曼在1994年的时候同样是在《数学杂志》上再次提到了这个Pizza难题，并且邀请广大数学家们来解决：如果切奇数刀会怎么样？他自己计算了，如果切3刀的话，吃到Pizza中心的人会分得的更多。然后另一个数学家马布里加入了这个研究，他计算了切5刀的情况。结果正好相反，吃到Pizza中心的那个人会分得更少。如果继续计算下去，再增加两刀达到7刀的时候，结果又反过来了……每到下一个奇数，结果好像就颠倒一次。（见下图）

如何分析所有奇数的情况呢，这似乎才是问题的关键所在。迪尔曼和马布里两人由此展开了他们漫长的数学解密征途。这个问题看似简单，但是要做到严格的数学证明，并不容易，就像历史上那些著名的数学难题一样，需要精密而且精巧的方法，才能解决。

经过了漫长的15年，他们才终于征服了这个Pizza难题。15年，就研究了怎么分一个Pizza，听上去有点滑稽，但对于数学理论来说，这是一个不可忽视的贡献。具体的解决方法，我想我和大家都不能完全看懂，在此就不赘述，大致上他们把问题转化了一下：把“每多切一刀，两个人相比谁多谁少”由一个正负值的来表示。为了分析这个正负值是如何变化，他们需要一个代数模型来计算。经过多年来在无数的代数学已有的模型中辛勤搜索，他们终于从一篇1979年的论文中找到了所需的模型，然后问题迎刃而解。结论也就是——切3，7，11，15刀（4N-1刀）时，吃得到Pizza中心的人会分得更多；切5，9，13，17刀（4N+1刀）时，吃到中心的人分得少。

问题是解决了，结论是证明了，不过有人问，这个给我们的工业生产带来什么好处了吗？没有，暂时还没有。数学的美，不在于那些，而在于其精巧的思路和严谨的逻辑，这才是一个有一个数学难题真正的魅力。不过这至少让我知道了，如果我和另一个人分西瓜的时候，如果切了偶数刀的话，那就一人分一半；如果切了奇数刀的话，那我有50%概率多吃到西瓜。也就是说不用想太多了，总体来说，西瓜总是平分了的。但是对于看了本文的朋友们，你们现在应该有足够的自信大胆切奇数刀，然后保证自己能吃到更大分的Pizza（或者西瓜）吧。

（最后特别感谢小庄，小方，郑然对本文的帮助，排名先后不代表贡献大小，谢谢）

智利地震震“歪”了地轴?

Tue, 16 Mar 2010 04:43:00 GMT

Tony Phillips　文　　Shea　编译

从波及范围图可知，上个月发生在智利的8.8级地震是非常强烈的。但到底有多强烈？美国宇航局的科学家说它震“歪”了地轴。

美国宇航局喷气推进实验室的地质学家理查德·格罗斯（Richard Gross）说：“如果我们的计算是正确的，智利地震使得地球的形状轴偏移了大约8厘米。”

[图片说明]：美国地质勘探局公布的智利地震图（左）。

你也许会认为地球突然倾斜了8厘米。但这并不是“形状轴”所指的。格罗斯说：“形状轴并不是按照地球是如何倾斜的来定义的，而是根据地球是如何平衡的而来的。”

地球并不是一个完美的球形。大陆和海洋在地球上也不是均匀分布的。例如，北半球多陆地，南半球多海洋。这些不对称的结果就是，地球在它自转的同时还会摆动。形状轴正是地球物质的平衡轴，而自转轴也会绕着它摆动。

格罗斯说：“智利地震所造成的物质移动足以改变整个地球的质量平衡状态。”

形状轴的偏移并不是什么新鲜的东西。对于其自身而言，由于“冰后回弹”形状轴每年会移动大约10厘米。在上一个大冰期之后约1.1万年，许多厚重的冰盖消失了。这减轻了地壳和地幔的“负担”，使得地球得以“伸展筋骨”回弹到更接近球形的状态。这一回弹过程仍然在进行，因此很自然地形状轴也会随之移动。

2010年2月底的智利地震对地球形状轴的影响相当于以往正常情况下一整年的偏移量。这是真正的由地震造成的偏移——并非“逗你玩”。

然而，到目前为止这一切都是计算和怀疑。“我们还没有实际测到这一偏移，”格罗斯说，“但我正在计划中。”

其中的关键是全球定位系统（GPS）。“使用全球GPS接收机网，我们可以高精度地监测地球自转，”他说，“地球自转和地轴指向的变化会影响我们从地球轨道上的卫星所接收到的信号（的相位和时间）。”

GPS已经用来监测地球自转的季节变化。它发现，潮汐、风、洋流以及地球熔融核心的环流模式都会有规律地影响地球转动。例如，1月中的某一天通常要比6月中的某一天长1毫秒。这一大致6个月的变化主要就是由季风造成的。此外还有时间跨度为周、年、十年和世纪的变化。

[图片说明]：观测到的由潮汐、风、洋流和其他因素造成的地球日长变化。摘自《Treatise on Geophysics》（2007）第3.09章“Earth Rotation Variations–Long Period”，作者Richard Gross。

地震会给GPS信号“加料”，格罗斯相信他能找到它。

“为此我必须在GPS的地球自转测量中减去潮汐、风和洋流的影响，”他解释说，“在这之后地震的效果就会显现出来。”

最近的新闻报道都集中在智利地震对地球日长的影响——它使得地球自转周期缩短了1.26微秒。这是事实。但相对于风和潮汐这一效应完全可以忽略，因为后两者的作用是地震的数千倍以上。

正如格罗斯所指出的，真正的新闻是地球形状轴可能发生的偏移。他对此的看法非常“喷气推进实验室”化：“我们用来监控行星际探测器的天线都位于地球上。如果我们的监控平台发生了偏移，我们需要了解它。”

[图片说明]：国际地球自转服务所报告的自2009年1月起的地轴正常摆动。坐标网格单位为毫角秒，1毫角秒=1/3,600,000度。

之前还没有测量到过由于地震所造成的地轴变化。2004年格罗斯曾尝试寻找苏门答腊9.1级地震所造成的偏移，但他没有发现有关的信号。由于靠近地球赤道，因此苏门答腊地震对地球形状轴的改变并不明显。虽然智利地震的烈度要小一些，但它也许会造成更大的偏移。

发现的舞台已经搭好。“计算机开足了马力。潮汐、风和洋流的模型也从来没有这样好过。智利的地震应该会产生一个更强的信号。”

格罗斯希望几个月内就会答案。因此不要走开……

[Science@NASA 2010年3月11日]

海地地震与智利地震真的没有关联吗？

Mon, 15 Mar 2010 06:04:00 GMT

作者：comic（地球物理学博士），感谢松鼠空错的协助。

2010年2月27日智利8.8级大地震之后，同样的灾难接二连三又在各地上演了多场，很多网友对这个阶段密集来临的地震群表示担忧，他们认为地震间可能产生了有如“蝴蝶效应”的连锁反应，太平洋火圈已经被点燃了！联系到此前在国内产生不小轰动的灾难电影大片《2012》，不少人“心有惴惴”。

东太平洋海岸一只普通的蝴蝶，不经意间扇了扇翅膀，导致其身边的气流发生了微小的变化，但这股气流随之破坏了更远的气场，由此发生一系列连锁反应，最终引发了西太平洋的一场风暴。这就是著名的蝴蝶效应，大意是指微小的扰动可以导致结果的极大差异。很多人会立刻表示质疑：一只蝴蝶怎么可能会引起飓风呢？蝴蝶才多少重量？但这种研究令无数科学家着迷，地球物理学家们也希望能从中得到启示，为此还专门召开国际会议探讨这种非线性的混沌理论。

蝴蝶真能引起飓风吗？如果我们把7.3级的海地地震释放的能量作为1，那么8.8级智利地震的能量算下来就有178，能量相差很是悬殊。如此看来，海地地震看起来倒是像一场小挠痒痒？

则两者到底有无关联？这个问题，要从地震触发谈起。

不容易不等于不可能

地震之间的关联性问题又叫做地震触发，也就是说一次地震发生后，会引起一定距离范围内的某个地方或者多个地方发生新的地震。如果用中国人擅长的系统论思维研究地震触发问题，当然很容易理解。因为地球是一个系统，所谓牵一发而动全身，地震与地震之间应该存在关系。但若要科学论证他们之间的关系，就不那么容易了。

不容易并不等于不可能，科学家们正在努力寻求找到这种关联的理论与原理。

1992年6月28日，美国南加州的Landers发生了7.3级地震，而在之前的4月23日，Joshua Tree发生过6.1级地震，而Landers地震之后的3个小时又发生了Big Bear的6.5级地震。随后美国科学家根据相关理论计算了地震发生引起的应力/应变变化结果，认为Landers地震对Big Bear地震具有触发作用。因此，关于地震触发的这种现象得到了观测事实的肯定。在随后的数年时间里，与地震触发现象有关的科学问题成为地震学界的一个研究热点问题。如果这个现象普遍存在，那么，它将为地震预报提供一种新的思路。这无疑为地震预报科学难题提供了一个可能的突破方向。

静可动，动亦可动

实际上事情往往没有那么简单。有些地震后产生了新的地震现象，而有的地震发生后没有产生任何新的地震现象。这里还涉及了地震发生的临界现象问题。临界状态的意思好比：一头不堪重负的骆驼，再增加一根稻草就能压垮它，同理，一个地方本来就处于快要发生地震的边缘了，也就很容易被激发。

在Landers地震之后，善于建立模型和寻找理论的西方科学家，根据日本研究者提供的不同断层面特征，设计了相应的模型和计算程序来模拟地震后所产生的应力/应变变化。向程序提供地震的震源机制解和地震发生造成的破裂面形态与规模，以及地震所在地区的介质特征参数，就可以得到地震破裂直接产生的应力/应变变化（被叫做静态应力/应变变化）。

根据弹性半空间下的断层模型和理论，可以发现这种地震直接引起的应力或应变的大小随着距离的增加而衰减，与距离的3次方成正比，也就是说，如果当位置从震中变到震中距为x的某处，作用在x处的应力变化就减小为震中附近应力/应变的1/x³。由此可见，如果不是一个地区的能量积累到临近发生地震的状态（即临界状态），单凭发生了一个地震，所能引起的另一个地震的范围非常有限。通过各个专家计算的结果总结，认为能够触发地震的应力最小值是0.02MPa。由这类静态应力/应变引起的地震触发叫做静态触发。而且通常是大地震触发小地震。按照这个说法，海地地震是不可能触发智利地震的，因为能量差别太悬殊了。

这并非唯一的解释，有人又发现，地震发生后被人们感受到的地震波是一个不应该忽视的因素。Gomberg等计算出地震波作用所能产生的瞬间应力大小，可达到比上面计算出的静态应力高数倍的水平。那么，很显然，一个地震后在很短时间内就有可能通过地震波作用而使另一个地震波可以到达的地区发生地震。这类地震触发现象叫做动态触发。这也是国际上公认的地震触发现象。这类触发可以是很远的地区，只要地震波到达得了的任何地区都是有可能的。但是，动态触发的地震之间时间间隔不能太长，太长了就不能被叫做直接的动态触发。最近的例子是2004年苏门答腊地震后，远在1万多公里外美国的一个火山区的地震活动却突然增强了。如果这些遥远火山区的地震活动是由苏门答腊地震直接作用触发的（静态触发），那么这个距离就太远了。但距科学杂志报道，苏门答腊地震产生的地震波围绕地球跑了几圈，而且还激发了地球的自由振荡现象。显然，科学家们支持苏门答腊对这个火山地区的地震产生了动态触发。

以上的静态触发现象和动态触发现象各自只解释了部分的地震触发问题。静态触发给出了地震触发所需要的最小应力值，但不能解释远距离的触发问题；而动态触发可以解释远距离触发问题，但不能解释远距离内地震发生数日或数月后才发生的新地震。

美国的科学家纽凤林博士及其小组在圣安德烈斯断层的超深钻孔内进行试验，他计算了地震发生导致断层应力增强的过程，同时发现了在这个增强过程中断层带孔隙和裂隙中存在的流体流动起了很大的作用。

但是，这些理论现在还属于比较前沿的领域，没有被大多数的主流科学家所接受。观测事实表明，现象是客观存在的。如何能够被广泛接受需要一定的时间和积累更多的观测资料。尤其在那些观测台站很少的地区，建立更多的观测台站就是首当其冲的任务了。

按照这个观点，智利地震可能还受到了琉球地震的动态触发。这一点需要智利科学家提供观测结果予以检验。但是，如何理解海地地震与智利地震的关联呢？按照单一断层理论，智利地震距离海地地震那么远，而且在海地地震发生很多天后的那么长时间，海地地震与智利地震之间没有直接可以作用的断层关系，海地地震怎么能作用到智利的那个位置？

单一断层模式VS块体动力学

回过头来，再看此次对海地地震和智利地震的关系的有关言论。主流科学家认为，海地地震和智利地震的发生无关。比如，墨西哥国立自治大学地质物理学院主任卡洛斯・巴尔德斯接受新华社记者专访时说，这两次地震并不存在任何关联，原因是“海地地震是加勒比板块同北美洲板块碰撞造成的，而智利位于环太平洋火山地震带，这次地震是由纳兹卡板块同南美洲板块碰撞摩擦造成的。”（连接）。

上述观点其实是源于地震孕育发生的单一断层理论。

虽然这种说法目前被大多数西方科学家所接受，但并非无懈可击。有了挑战，就有了机遇。

中国科学家在板块动力学理论的基础上，结合中国大陆的地震活动性特点，正式提出了“地震孕育的块体动力学思想”，这个理论认为，几条断层边围成了一个构造地块（好比三条线圈成的一个三角形块块，4条线圈成的一个四边形块块，这个小的块块儿就犹如一个小的构造板块）。一个构造地块在大陆漂移过程中是作为一个整体在运动着，地震不是某一条断层的单独作用问题，而是与该断层有关的多个地块之间的相互作用问题，地块的某一边（一条断层或断层带）发生地震后，可能引起这个构造地块产生一个整体的运动，从而导致地块的其它边（其它几条断层或断层带）发生地震。这种思想使人们对地震孕育过程的理解变得更加符合实际，似乎也可以用来更好地解释地震触发问题。

回到此次智利地震。尽管海地地震是加勒比板块和北美板块之间的事情，智利地震是纳兹卡板块和南美板块之间的事情，但块体动力学思想告诉我们，南美板块和北美板块之间通过加勒比板块相联系，它们之间存在相互作用关系，至于作用力多大，取决于板块之间相对运动的速度。于是又落到需要根据观测资料来说话。最直接的观测证据可能来自GPS给出的地表位移场和震源机制解，或者来自智利这边的钻孔应力/应变变化的实际观测结果（目前还不知道智利这边是否有这些观测，有待将来更多数据的获取和分析）。

如此一来，有人会问：如果海地地震能够引发智利这个更大的地震，那岂不是智利地震会引发更大的某个地震吗？

这一点就有必要再回到观测资料上来。

根据前面的静态触发和动态触发的特点以及断层带上流体压力的大小等观测资料，可以诊断智利地震可能引发未来哪些地区的地震活动。这些工作相关部门正在进行。

完备观测系统，可解后顾之忧

既然地震之间可以通过各种内在的因素存在关联，那么是不是所有大地震之后就可能导致新的大地震发生呢？从前面的论述已经可以知道，当然不是！这里面还涉及到一个地震触发的条件，即临界状态。

有很多地球物理手段可以观测到这种临界状态，例如地表断层的跨断层形变，钻孔应变/应力，全球定位系统GPS给出的板块或块体的地表位移，大地电磁，地下水，一个区域的小地震活动特征等。

目前，全世界有不少的国家和地区在开展以上的观测，比较广泛开展的观测是GPS和地震活动性观测。中国是唯一在全国范围内开展上述全部观测方法的国家。我们有关的科学家正在加紧处理这些观测资料。如果真的存在可能的临界状态的地区，应该可以有所察觉。至少在中国大陆有观测能力的地区是可以的。但是比较遗憾的是，一些观测效果好的台站也往往是地热资源丰富的地区，这些台站正受到地热资源和地下水资源开发的强烈影响。这为准确判断临界状态的区域带来了很大的难度，也是地震预报面临的瓶颈之一。

地震触发问题是极具有挑战的课题，目前现象被肯定，但触发的原理还正在探索中。虽然主流观点认为发生在不同断裂上的地震很难触发，但在块体动力学思想的框架下，也不能排除海地地震与智利地震之间的关系。同时，静态的触发不能解释，但动态的触发导致海地地震附近的流体流动增强也很难排除，而且智利地震发生还可能受了琉球地震的动态触发，以及地球、太阳、月亮及火星的特殊关系得影响。这需要未来密集的观测资料，需要雄厚的资金支持。所以路还很长。

“飞行模式”到底管用吗？

Sun, 14 Mar 2010 11:59:00 GMT

最近有新闻报道，在大连到浦东的一架飞机上，某男不顾劝阻，偏要把手机开至“飞行模式”，而不关闭电源。结局是悲剧的：他被罚款2000元。看到这个新闻，我想到了三点。第一，大连是出过空难的地方，难免让人有点阴影；第二，与不关手机相比，“不听劝”是个更加严重的行为，要知道，对于飞行中被告知的飞安规则，如果强行不服从，是有可能被视为劫机的，那就不是2000元的问题了；第三，“飞行模式”是手机厂商的一厢情愿，其效果并不稳定，没有得到航空部门的认可，这是一个事实。所以，我们不妨假设，如果手机就是正常开机的，那么它对飞行安全能有多大影响？这一点，就是我们这篇文章的主题。

飞机上禁止使用手机，是FCC（美国联邦通讯委员会）在1991年实施的一项规定，理由是手机发射的无线电波，可能会干扰地空通讯。这个规定被公众广泛接受，一直执行得很好，但在民航业内，对此却存在大量的争议。美国波音公司，以及探索频道等多方部门，通过各种手段，做了大量实验。但是，直到现在，他们也没有找到证据，证明手机能够对地空通讯产生任何值得一提的影响。当然，他们也不能证明没有影响，因此，尽管FCC屡次摇摆不定（最近的一次是2007年），还是维持了原议。

既然手机能发射无线电波，为什么不能证明它影响地空通信？这是因为，航空信号用的是118MHz频段，而国内GSM手机用的是900MHz左右频段，WIFI信号频率更高，它们相差这么大，理论上是不能干扰到一起的。然而实际上，因为手机采用的是跳频脉冲的方式发射信号，所以会产生许多不同频率的次生电波。这些次生电波尽管很微弱，但面对机载通讯设备的超高灵敏性，就显得不太让人放心了。在不能确定是否有明显危害的情况下，本着安全第一的原则，手机就成了飞机的敌人，因为民航是经不起“临床检验”的。手机们对此纷纷表示，自己感到很委屈。

那么，历史上有没有因手机未关而引发的飞行事故呢？您别说，还真有一起。2009年，美国一架在起飞滑跑时，副机长的手机突然来电话了。驾驶舱里铃声大作，机长觉得十分恼人，而这位可敬的副机长，自然也愣了神，耽误了应答地面呼叫。尽管没造成什么后果，但这仍被视为一起安全事故，手机就是通过这样的方式，成功地干扰了一次“地空通讯”，也算是报了个仇。除此之外，有些空难也被怀疑是手机引起的，比如有人一直怀疑奥地利5·26空难的原因是，手机干扰造成发动机在空中打开了反推，但是，这都没有可靠的证据。

FCC规定不能使用，但实际中却没有明显的例子，这令我们糊涂了，到底能不能用？为此，我特意利用“职务之便”，问了几位机长。然而，得到的答案同样令人糊涂。

机长甲：完全不影响的，只是大家还是比较害怕，怕万一。美国一个小组做过实验，用比手机强很多的信号源，一点干扰没有。

机长乙：一个两个，或者十个，都没影响。但是你想想，要是一飞机200多个手机一起开机搜信号，会怎么样?

机长丙：频率是不同，但不见得没影响。就好比你竖着耳朵在听小提琴，旁边却有人敲锣打鼓。

这三种说法是如此的不同，可见机长们对此也是各有各的看法（开头说的那个哥们也许遇到了机长丙）。手机究竟是否有影响，还是没法定论。

有的读者要问了，你写了这么多，却没有定论，那我们能不能开手机？其实，这个问题对于乘客来说，并不是一个问题：坐飞机就要遵守飞机的规则，我们讨论这些科学道理，并不等于可以破坏规则，它也许无益，但一定无害。您想想，飞机上面又没有移动电话基站，打开也没有信号，反而费电，你开着干嘛呢？另外，飞机上面关手机，已经成为了现代文化的一部分，它体现的是一种文明和对他人的关怀。从这个角度上讲，把手机掏出来，关了它吧，跟旁边的人搭个讪，聊聊天，比听音乐更解闷。

造UFO的地球物理学家

Sun, 14 Mar 2010 05:42:00 GMT

在二战后期，美国飞行员在海上飞行时每人都被要求携带一些小金属球，如果在飞机不幸被击落时跳伞，落到大海上，穿着救生衣无助地四处飘荡，就要扔一颗金属球到海里。起初，这些美国大兵也不明白为什么要这么做。日本、德国军方俘获这些小球后，切开一看，里面什么也没有，只有空气，他们对于这种“秘密武器”也大惑不解。

这个秘密和一个叫做莫里斯·尤因（Maurice Ewing，1906-1974）的人的研究有关。他是美国著名的地质学家和海洋物理学家，曾经担任过美国地球物理学会主席和美国地震学会主席，在地震波、海底地形、地球板块构造等很多方面都卓有成就，1953年他与另外一位科学家一起发现了大西洋裂谷。他还曾创立了世界上一流的海底研究所：拉蒙特地质所。让轴心国将士们心慌不已的小金属球，其实是一种尤因发明的帮助同盟国将士们通知组织“我落水啦”的信使——它们会在海洋水体中的“SOFAR声道”发生爆炸，传出遇险信号。

很多人都知道在空气中的速度是340米每秒，但这个数字不是固定的。由于太阳光只能照射到海洋表面，海洋中水的温度会随着深度的增加变得越来越低，大多数的海洋生物都生活在靠近海洋表面的几百米以内；另一方面，海洋中水的压强是随着深度的增加变得越来越大。随着温度和压强的不同，声音的速度也会变化。温度越高，压强越大，声音传播的速度就越快。在海洋中较浅的深度，温度很高，声音的速度会很快；在海底很深的位置，水压强很大，声音传播的速度也很快。但是在水下600米到1,200米之间的这一段“高不成，低不就”的深度，水温度不算高，水的压强也不算大，导致声音在这一深度的水中传播速度比浅海和深海的速度都要低。尤因发现的这一深度的水域被称为“SOFAR声道”。

那么这里声音的传播速度比上下水层都低又会怎么样呢？声波在不同传播速度的水层之间传播时，会改变传播的方向，发生反射，这样在SOFAR声道内，声波可以被“困”在这一深度，而不传递到其他深度。这一水层像一个通道一样集中了声道内产生的声音的能量，但同时对与来自其他水的声音又会将其“反弹”回去，保证通道内声音不受干扰。SOFAR声道可以使声音传播到数公里以外甚至更远，当声音在其它深度都已经听不到的时候，在600米到1,200米深度依然存在。SOFAR声道是茫茫海洋中天然的“耳机”。

飞行员身上的那些金属小球内部充满着空气，空气的对金属球壳的压强不变的，当金属球被扔到海里之后，由于重量超过海水的浮力，会不断沉下去，海水对金属球外表面的压力越来越大，金属球在内外不平衡的压力差之下会开始变形、破裂，最后到一定程度在水压之下炸开，发出巨大的响声。尤因在制作这种圆球时选择了合适的材料和球壳大小厚度，使这些“SOS金属球”刚好下沉到600米到1,200米的深度爆炸，产生的声音会在SOFAR声道里传播，而美国军方在很多地区水下的这一深度都安装了声音探测器，当接收到小球爆炸的声音后就可以判断飞行员落水的时间和地点展开救援。

人类在20世纪四十年代才发现SOFAR声道现象，而在海洋里生存已久的鲸鱼们早就知道了这个秘密，座头鲸经常会游到这一深度，发出声音和几公里以外的同伴远距离交流。

在二战结束后的几十年间，美国海军建立了用于跟踪潜在敌人的舰船和潜水艇的全球系统SOSUS,目前已形成一个庞大的水下传声器网络，用大约30 ,000 海里长的海底电缆与海岸站相连接，这一整个系统依据的也是尤因发现的SOFAR声道。

而尤因在二战中为美国大兵们做了一件好事之后，一发不可收拾，他在四十年代末将目光转向了头顶的大气层。

在大气层中，随着高度的增加，温度会越来越低，在山顶四季覆盖着积雪，在空中凝结着云层，但是这一趋势到15公里左右发生了逆转，因为在这一高度有臭氧层，臭氧层会吸收太阳照射的紫外线同时也吸收了大量的能量，使这里的大气层温度上升。这样在大气层中，两头温度高，中间温度低，在15公里左右的高度也会出现一个和海洋中SOFAR声道类似的“低声速区”。

此时，正值美苏两国冷战开始，苏联开始了自己的核武器计划，不断试验原子弹、氢弹。尤因认为原子弹的火球上升到15公里左右的声道区域后会产生声音，可以发射携带着录音设备的高空热气球到这一高度进行探测。

美国军方听从了他的建议，在1947年开始了秘密的“莫古尔计划”，向空中发射了很多携带录音设备的热气球。有意思的是，当时的录音带都是一个个大的圆盘形状，而这些圆盘后来无辜的成了外星人的“飞碟”。

1947年7月8日，有一个搭载着录音带的热气球以外坠落在美国新墨西哥州罗斯威尔，美国军方为了防止秘密计划泄露，迅速派出荷枪实弹的士兵们将现场的残骸全部收走。但当地的《每日新闻报》已经根据自己了解的信息，得知现场发现了“金属碟形物”，于是刊出消息：“空军在罗斯威尔发现坠落的飞碟。”这条新闻马上被《纽约时报》等各大报刊转载，传遍美国全国和世界。

当时报纸的报道

后来，传媒关于这件事的报道也越来越离奇，有记者声称在现场发现了“身长100到130公分，体重18公斤，无毛发、大头、大眼、小嘴巴，穿着怪衣服的外星人尸体”，“美国空军将外星人尸体取回进行解剖”。

在此后的几十年间，这一事件被很多世界各地的UFO爱好者称为“罗斯威尔事件”，每年都有大量游客到美国南部的新墨西哥州的“出事现场”一探究竟，在罗斯威尔当地还建造一个以UFO为主题的博物馆。一些UFO爱好者相信外星人曾经乘坐飞碟到访过罗斯威尔，认为事件中美国空军将“飞碟的坠毁事故”作为军事机密不公布，美国军方则予以否认，但是又不方便在冷战期间公布探测苏联核爆炸的计划，就谎称“是在发射气象热气球”敷衍了事。但这样的解释反而又引起了更多人的质疑。

直到1994年，美国空军发表了一份关于“罗斯威尔事件”的完整报告，详细介绍了当时使用热气球在大气层中的声道探测苏联核爆炸声音的“莫古尔计划”细节。不过时至今日，仍然有一些UFO爱好者不相信军方的解释，坚持认为外星人造访过罗斯威尔。在另一个世界长眠的尤因恐怕不会预想到一个小小的热气球会引发这么大的“血案”。

文字编辑：小庄

注：本文参考了《未来总统的物理课》一书作R·A·穆勒在美国加州大学伯克利分校的物理学课程课件。

未来星际旅行的十条途径

Sun, 14 Mar 2010 01:31:00 GMT

Michael Marshall　文　Shea　编译

1961年，尤里·加加林（Yuri Gagarin）成为了第一个进入外层空间的人类。8年后，尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）和巴茨·奥尔德林（Buzz Aldrin）成功地着陆到了月球的表面。这是目前所到过的最远距离。

除了预算问题和政治意愿之外，最大的障碍是我们目前的空间飞行技术——化学燃料火箭——无法用于长距离的深空飞行。虽然我们已经可以把机器人探测器送往了外太阳系，但是整个行程要花上好几年的时间。

对于造访其他的恒星，根本就是不可能的任务。“阿波罗”10号是迄今速度最快的载人空间飞行器，最高速度达到了每小时39,895千米。即使以这个速度飞行，那么到达距离我们最近的、4.2光年远的比邻星也要花上12万年。

因此，如果我们真的想进行深空星际旅行并且前往比邻星以及更遥远的地方，那么就需要新的技术。下面你将看到其中最有趣的10种新技术。这些技术的可行性大相径庭。其中一些，如果我们真想的话，兴许明天就能实现，而另一些也许根本就不可能。

离子推进

传统的火箭通过向后喷射气体来向前推进。离子推进器使用相同的原理，但与喷射高温气体不同，它们喷出的是带电粒子（离子）。

由此产生的推力非常微小，但关键的一点是，对于产生相同的推力而言离子推进器所需的燃料要比传统火箭少。如果它们能长期稳定地工作，最终也能把飞行器加速到极高的速度。

一些探测器已经采用了离子推进器，例如日本的“隼鸟”探测器和欧洲空间局的SMART-1月球探测器，并且这一技术也正在不断地完善。

其中特别有希望的是可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）。它和通常采用强电场加速离子的离子推进器不同，VASIMR使用无线电频率发生器（并非类似无线电广播的发射器）来把离子加热到100万℃。

[图片说明]：可变比冲磁等离子体火箭。版权：Ad Astra Rocket Company。

其原理是，在强磁场中离子会以一定的频率转动，随后无线电频率发生器会被调整到这一频率，为离子注入额外的能量，进而大幅度增加推力。

初步的测试结果非常吸引人。如果一切顺利，VASIMR可以在39天里把人送往火星。

前景：几年

核脉冲推进

如果这里的一些想法能让你觉得还不是那么不可能的话，那么下面这个看起来绝对让人难以置信。这个想法是，定期地向后方引爆核弹来驱动飞船。

美国国防部高等研究计划局（DARPA）曾经在代号为“猎户计划”的项目中认真地研究了核脉冲推进。其目的是设计出一种快速的行星际旅行方案。

即便以现在的标准来看，DARPA的设计也非常“巨大”，它需要建造一个巨大的激波吸收器，外加一个用于保护乘客的辐射防护罩。

这看上去似乎能奏效，但引人关注的是如果它在大气层中发射失败的话，后果将不堪设想。当首批核试验禁令颁布以后，这一计划最终于20世纪60年代被取消。

虽然有这些担心，但是猎户计划的设计仍然是现有的技术可以达成的，一些科学家仍然在继续提出新的核脉冲推进方案。理论上，一艘由核弹驱动的飞船可以达到光速的十分之一，这使得到距离我们最近的恒星只需要40年。

前景：完全可能，但需降低风险

核聚变火箭

核脉冲推进并不仅仅是空间飞行技术，还要依赖核能。

核动力火箭可以利用火箭上的裂变反应堆所产生的热量来喷射气体提供推力。但是就威力而言，它们根本无法和核聚变火箭相比。

通过原子之间的聚合，核聚变可以释放出巨大的能量。绝大部分的聚变反应都采用被称为“托卡马克”的装置把自身束缚在磁场中。

不幸的是，托卡马克装置都极为笨重，因此核聚变火箭都专注于另一种触发核聚变的方法，被称为“惯性约束聚变”。

在惯性约束聚变中，高功率能量束（通常为激光）取代了托卡马克中的磁场。通过剧烈引爆一小块燃料弹丸导致外层爆炸，进而推动内层物质触发核聚变。随后磁场会被用来引导所产生的高温等离子体从飞船尾部排出。

20世纪70年代英国行星际学会详细地研究了这一类型的核聚变火箭，它们可以在50年内——对于人类而言这一时间跨度尚可承受——把人类送往另一颗恒星。

美中不足的是，尽管已经攻关了几十年，但是至今还没有一个可以工作的核聚变反应器。

前景：可能，但至少还要几十年

星际冲压发动机

所有的火箭，包括核聚变火箭，都有相同的根本问题。为了获得更高的加速度，就必须携带更多的燃料，这就会使得飞船变得越来越重，最终又减缓了加速。因此，如果你真想进行星际旅行，就应该避免携带任何燃料。

1960年物理学家罗伯特·巴萨德（Robert Bussard）提出的星际冲压发动机就能干净地解决这个问题。它是一个如上文所述的核聚变火箭，但它并不携带核燃料，而是通过电离周围宇宙空间中的氢，并且使用“电磁网”将它们吸入飞船做为燃料。

[图片说明]：星际冲压发动机。版权：NASA/MSFC。

星际冲压发动机的问题并不是前面提到的没有可运转的核聚变反应器，而是其所需电磁网的大小。由于星际空间中氢的数量非常少，于是这张电磁网必须要有数百甚至上千千米宽。

一种办法是从地球向星际冲压发动机将要经过的路线发射其所需的燃料，由此飞船就可以不必使用巨大的电磁网。但这就意味着飞船必须按照预先设定的路线飞行，同时这也使得往返其他恒星的旅行变得极为困难。

前景：巨大的技术挑战

太阳帆

这是解决燃料携带问题并且达到超高速的另一技术，但代价是时间。

就如借助地球大气层中风能的风帆，太阳帆汲取的是太阳光中的能量。太阳帆已经在地球上的真空室中成功地进行了测试，但轨道测试却屡遭不幸。

2005年，“宇宙”1号发射失败。另一个“纳米帆-D”也因火箭发射失败而告终。

[图片说明]：太阳帆。版权：Rick Sternbach/Planetary Society。

虽然有这些问题，但太阳帆仍然是非常有前景的技术——至少在太阳系内如此，因为其中阳光的光压最大。但是由于重量问题，对于载人星际旅行来说太阳帆还是不行。

前景：完全可能，但有局限

磁帆

作为太阳帆的一个“变种”，磁帆由太阳风推动，而非太阳光。

太阳风是自身具有磁场的一股带电粒子流。其想法是，在飞船周围包裹上一层和太阳风极性相反的磁场，通过磁场间的排斥作用飞出太阳系。

另一种变体则是“空间蛛网”，它使用从飞船延伸出的带正电的导线来排斥太阳风中的正离子。

[图片说明]：“空间蛛网”。版权：Allt om vetenskap/alltomvetenskap.se。

磁帆或者类似的技术还可以利用行星的磁场来改变自身的轨道，甚至飞跃行星际空间。

然而，就自身而言，太阳帆和磁帆都不适合星际旅行。当它们逐渐远离太阳的时候，阳光和太阳风的强度就会迅速下降。结果是它们无法达到飞往其他恒星所需的速度。

前景：仅适用太阳系旅行

能量束推进

如果太阳无法提供足够的能量来推动星际飞船达到高速，那么也许我们可以通过向飞船发射能量束来做到这一点。

这一技术就是激光烧蚀，即通过从地面上发射出的强激光来使得飞船上的一块金属板逐渐蒸发产生推力。

类似地，物理学家和科幻小说家格雷戈里·本福德（Gregory Benford）及其兄弟詹姆斯·本福德（James Benford）提出为飞船装配涂有特质涂料的太阳帆。从地球上发出的微波可以灼烧这些涂料产生推力。这可以加快行星际旅行的速度。

另一种则是使用磁化等离子束推进，它可以加速磁帆。

当进行星际旅行的时候，最好的办法可能是使用激光来推动光帆。罗伯特·福沃德（Robert Forward）在1984年的一篇论文中首次提出了这一构想。

能量束推进也面临着严重的挑战。能量束必须在远距离上精确的瞄准目标，飞船必须要能极为高效地利用输入的能量，产生能量束的装置必须非常强大——在某些情况下其所需的能量甚至超过了目前人类的总能量输出。

前景：极具挑战

曲速引擎

1994年物理学家米盖尔·阿尔库比雷（Miguel Alcubierre）首次提出了类似《星际迷航》中的弯曲引擎。

这一引擎将使用尚未被发现的、具有负质量和呈负压的“特异物质”。由此可以扭曲时空，造成飞船前方的空间收缩、后方的膨胀。被包裹在这一“弯曲泡”中的飞船就能在不破坏相对论的情况下超光速飞行。

不幸的是，曲速引擎存在一系列的问题。首先，维持这一弯曲所需的能量就超过了宇宙的总能量。其次，它会产生大量威胁宇航员生命的辐射。另外，也没有证据表明存在这样一种特殊的物质。

更为关键的是，2002年发表的计算证明，对于飞船而言无法往“弯曲泡”的前方发送信号，这就意味着宇航员将无法操控飞船。事实上，无论能提供多少能量，物理上似乎都不可能产生这样的“弯曲泡”。

前景：显然不可能

虫洞

自从爱因斯坦的广义相对论被广为接受以来，虫洞已经从理论上被证明是可以存在的，它是联接时空的隧道状捷径。发明了“黑洞”一词的物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）创造了这个词。

问题是它在现实中存在吗？如果存在，我们能从中穿过吗？很不幸，两者的回答都是“不”。

如果虫洞要想存在，就必须要由上文中阿尔库比雷所提出的特异物质来稳定，而目前还没有发现这样的物质。

[图片说明]：虫洞。版权：NASA/Les Bossinas。

另外，虽然可以用特殊的负能量场来维持虫洞处于张开的状态，但进入虫洞的任何物质或者能量都会立即使得它关闭。

不过，20世纪90年代物理学家谢尔盖·柯兰斯尼可夫（Serguei Krasnikov）提出了一种可用于旅行的不同虫洞。由于自身可以制造出特异物质，因此这一类型的虫洞可以自我维持。

另一大反对虫洞的理由是，如果虫洞可以用于穿越空间，那它也就能成为某种时间机器。这将破坏因果律。

前景：几乎肯定不可能

超太空折叠

如果宇宙在我们所处的三维空间之外还存在更多的空间维度，那就有可能驾驶飞船穿越它们。不过这一想法源自一位晦涩的物理学家，他的想法还没有被绝大多数的物理学家所接受。

前景：理论尚不完善

（本文已刊载于《百科知识》杂志2010年第4期）

[New Scientist 2009年12月21日]

健忘的传奇（三）

Sat, 13 Mar 2010 03:43:00 GMT

H.M.的新记忆

六十年代，布伦达通过一系列设计精巧的实验展示了一个令人惊异的事实：在失忆的亨利脑中，某一些记忆功能，却被保留了下来。

她让亨利完成这么一项任务：她给了他一支铅笔，一张画着双线五角星的纸片，让他沿着五角星的轮廓，在双线间再画出一个五角星来。可是，在整个过程里，亨利面前的一个挡板遮住他的视线，使得他无法看见这张画片上的五角星，只能通过一面镜子中的影像来完成任务。由于镜像左右颠倒，亨利最开始画得歪歪斜斜，完全无法笔走直线，但是经过好几天的重复，亨利的表现大为提高，到最后，他完全可以对着镜子，流畅地画出五角星来。他学习的速度虽然比正常人稍慢，可是毕竟能够学会，而且学会后却并不比别人忘得快——在一年之后，他依然可以较为流畅地完成这一项任务。

自然，亨利全然不记得自己曾经反复做过这件事，每次画画，对他都是崭新的经历。甚至某一次，当他流畅地画出五角星时，他惊讶地说：“这么简单？我还以为会很困难呢！”

记忆与学习是紧密联系在一起的一对姐妹。我们之所以能够不断学习新知，正是因为我们的大脑能把每次遭遇新知识的短时记忆转化成长时记忆存放起来。记不住任何事件的亨利，却能通过训练，学到动手操作上的新技能。这使得布伦达意识到，在海马之外，还有别的记忆可以生成。海马固然重要，却只掌握着某一类特定记忆的转化，在亨利大脑所剩的其他部分里，另一种记忆正在悄然生成。

这种记忆功能，也是长时记忆的一种，我们现在叫做“程序性记忆”（procedural memory）。它与亨利不能学会的“陈述性记忆”（declarative memory）——我们每天对日常事件的记忆以及对新概念的吸取——相反，常常与全身或局部运动有关（所以在某些时候被称为“肌肉记忆”）。它能帮助我们完成日常生活里的许多看来毫不起眼的任务。正是依靠它，从小到大，我们学会了如何穿鞋带，如何辫辫子、如何游泳、骑自行车、开车、弹奏乐器、飞快地打字……这种记忆的过程往往很难用语言来描述，学习的过程相对缓慢，可是一旦掌握，它可以在我们的脑中存留很长的时间。由于和运动相关，程序性记忆的生成与小脑、纹状体、运动皮层一类的脑区有关。

实际上，亨利能学会的，还不止于此。

六十年代末，又一位女科学家加入了研究H.M.的行列。她就是布伦达手下的研究生，苏珊·科金。此后四十年间，苏珊获得了博士学位、在麻省理工承担教职、建立脑科学与行为实验室，而她对亨利的研究，一直延续了下来。实际上，在亨利死后，第一时间接到消息，奔赴医院对亨利大脑进行最后一次“在位”核磁共振成像扫描的人，就是苏珊。

如果说，H.M.研究早期的主要成就在发现他不能记得什么，那在研究的后期，最激动人心的发现则来自于他还能制造什么记忆。

在一个实验里，苏珊给亨利出示几幅杂志画片，让他盯着看上一阵。过上十分钟、一天、或者三天之后，苏珊给他出示同一张画片，外加一张他没看过的画片，询问他哪一张看起来更加眼熟。在这个测验中，亨利表现得不错。虽然亨利完全不记得自己看过什么杂志和画片，但他缺失了一部分重要组织的大脑，却能奇妙地在潜意识里记录下关于画片的粗略印象，让他对看过的画片产生说不清道不明的熟悉感觉。

在一种叫做“重复启动”的心理学测验上，亨利的成绩也正常。这种测验通常先向被试展示一系列单词，随后让他们做完形拼写填空的任务。通常被试填空的结果，会受到事先所见的单词的影响：譬如面对“pic____”，如果被试事先看到的单词中有“picture”这个词，出于心理暗示，他们更倾向于用picture来完成填空，而不是picnic，或者pick。这再次说明，虽然亨利不可能说出先前自己看到了什么单词，但他的大脑中却确实留下了关于这个单词的一些长期的“记忆”。有趣的是，如果事先展示的单词里包括五十年代之后才出现的新词汇，这种重复启动的暗示效应就消失了。

苏珊后来还发现，亨利可以准确地画出自己居住的单元房的地图，而他是在手术之后才搬到这里的。苏珊推测，也许是在许多年间、日复一日的起居坐卧中，亨利以极其缓慢的速度，也许通过不断重复的肌体运动的帮助，慢慢地获得了关于这个特定空间的感知和记忆。

更为有趣的是，虽然亨利几乎不记得手术之后世界上发生的任何事情，他却对一些名人有着模糊的印象。譬如在音节提示下，他能够说出当时美国总统是布什，能够叫得出里根的名字，知道肯尼迪——甚至还知道他死于暗杀。苏珊推测，大脑其他部分有可能也在记忆形成之中起到作用，丧失了海马之后，亨利的大脑也许在许多年间尝试利用其他区域的神经元，创造出零星的新知识。

最初，当布伦达的镜像实验结果被发表出来时，人们以为这种与肌肉运动有关的记忆，很可能是一个特例。而现在，随着研究越来越深入，越来越多的“特例”被发现，现在形成了一大类被笼统称为“非陈述式记忆”（non-declarative memory）的记忆方式。这些记忆在海马外的脑区中悄悄成形，深藏在我们的潜意识中，在日常生活里扮演着极其重要的角色，却因为并不向我们提供明晰的事件与概念而极少有人能够意识到他们的存在。数十年来，这些“非传统形”的记忆形式浮出水面，为我们研究人类的意识与潜意识，起着非同小可的作用。现在，科学家们已经意识到，记忆不是单一的形式，海马与记忆的关系，也不像我们最初所以为的那样简单直接。颇有哲学意味的是，当年是亨利帮助科学家们将记忆明确定位在小小一块海马上，提出简化而有效的记忆生理模型；而现在这同一个亨利，又使得科学家们将眼光拓展到海马之外，在大脑其它部位搜寻更为复杂却同样激动人心的记忆机制。

曾经埋藏在大脑深处、黑匣子一般难解、梦境一般虚无缥缈的记忆，现在终于慢慢向人类揭露出它内部的构造，以及背后庞大而错综复杂的神经生理基础。近年来，神经科学的研究已经深入到分子水平，许多曾经无法解答的玄妙问题，现在已经有了看得见摸得着的答案。

最后的篇章

亨利步入了风烛残年。

自从二十七岁的手术之后，亨利就丧失了独立生活的能力。他先和父母生活，后来搬去接受亲戚照料，再后来进入老人院。他一生爱看电视，爱做填字游戏——他坚信这种活动能帮助他记住单词。他喜欢和人聊天——虽然他转头就忘掉聊天的内容。他聪明、风趣、充满幽默感，并常有妙语涌出。当他面对研究者所提出的，让他无法回答的问题时，譬如 “你吃过饭了吗”，他常常说：“我不知道，我正在和自己争论这件事。”这句话，现在已经成为苏珊实验室里学生和博士后研究员嘴上的口头禅。

亨利甚至喜欢善意地捉弄人。有一次，他和苏珊走在麻省理工的校园，苏珊问他：“你知道我们在哪里吗？”亨利立刻说：“怎么啦，我们当然在麻省理工！”苏珊惊讶地看着他，他得意地大笑，指着身边一个学生的T恤，上面正印着MIT三个字母。

对于研究者，亨利是一个最好的被试。他脾气温和，易于相处，永远乐意尝试那些奇奇怪怪的测试和任务，并总是欢迎科学家们的到来。他不记得任何人——包括苏珊，但他对她感到亲切，如果苏珊问他：“我们见过面么？”，他会说：“见过，在高中。”在他那个“仿佛从梦中醒来”的世界中，他平静地生活，接受自己失忆的现实，并常常以此自嘲。苏珊曾问他：“你做过什么尝试让自己记住事情么？”他狡黠地笑着说：“我怎么会知道，因为就算我尝试过，我也记不住哇！”他还常常敲打着自己的脑袋，感叹道：“这个榆木疙瘩！”

九十年初，亨利和他的监护人签下协议书，同意死后捐献大脑。二零零八年十二月二日，八十二岁的亨利因为呼吸衰竭，在老人院去世。他的遗体很快被转移到麻省总医院（Massachusetts General Hospital），在那里接受扫描。与此同时，圣迭戈的脑科学家雅各布·安内瑟教授（Jacopo Annese）连夜飞往东海岸，与麻省的医生一起将亨利的大脑小心翼翼地取出，按照严格的程序进行了甲醛固定。

次年二月，安内瑟再赴东岸，将大脑样品带回圣迭戈的大脑观察实验室。亨利生前，从未造访加州。在他死后，他的大脑却远赴千里，在这个阳光海岸，为他的传奇掀开了新的一页。

于是回到本文开始时的那一幕，在亨利去世一年之后，他的大脑被切成两千四百多片七十微米厚的样品——在安内瑟和同伴的努力下，仅仅两片样品被切片机破坏，绝大多数完美无缺。雄心勃勃的安内瑟计划对一些切片染色，利用计算机重构技术，构建出亨利大脑内部神经元连接的三维信息图，并将它储存在加州大学圣迭戈分校的超级计算机中心里。这一工程完成之后，所有的信息将向世界上所有的科研工作者公开，成为一个像“Google地球”一样可供公众搜索的数据库。

苏珊评价过：“H.M.大脑无以伦比的价值在于，我们拥有他五十多年的行为学数据，包括各种记忆与认知功能，甚至感觉和运动功能方面的测试。”而现在，随着对亨利大脑内部神经网络结构的揭示，这个神经科学上最重要的被试，将再一次为科学家们连接思维意识与其背后的生理基础提供无比珍贵的机会。这将为H.M.在神经科学史上所作出的巨大贡献的书写最后的篇章，而且，是异常重要的一章。

当年那个年轻的女科学家布伦达已经九十高龄，银发苍苍，却依然在加拿大继续从事着科研教学的工作。每当她回忆自己一生的科研历程，她总是说，自己格外强烈的好奇心成为许多发现的关键。当一个十一岁的女孩问起她为什么要成为科学家时，她说：“如果你看看诗歌、音乐和小说，在眼下它们与几百年前的一样好。可是科学却不同，我们现在所作出的发现，将永远比过去作出的更好。科学总是新的，它永远会让我们的生活变得更加有趣。”

如果亨利知道自己在这一过程中起到了怎样的作用，他无疑会相当欣慰。因为在这个健忘的老人身上，有一些信念，终生不曾失落。他总是希望，科学家们在他身上发现的一切，能够帮助到其他的人。

“亨利，明天你打算干些什么？”在一段录音中，苏珊曾经这么问他。

“我想，任何对别人有用的事情。”亨利苍老的声音做出了平静的回答。

—————-

1. 值得一提的是，亨利被摘除的内侧颞叶中并不仅仅含有海马，还有杏仁核、海马旁回等其他结构。哪怕在布伦尔进行了详细比较研究、基本排除了海马旁会导致亨利失忆的可能性后，她也在1957年的文章中坦陈，究竟是否应该把亨利的记忆损失全部归于海马，还需要进一步确定。海马在记忆上的功能，是后来许多科学发现逐步确定的，但这篇文章首次明确指出了这种联系。

2．卡尔的这两个看法，从今天神经科学的发展来看，并非全然错误，实际上大脑确实具有一定的全息性和可塑性。

3．在有的情况下，不一定是接受信息的神经元在接受上变得更加高效，也可能是提供信息的神经元提高自己的提供方式，不过前一种机制现在认为更加常见。

编辑：小庄

健忘的传奇（一）

健忘的传奇（二）

[新生]大学新鲜人，有点无奈

Fri, 12 Mar 2010 10:21:00 GMT

嘿，新鲜人们，新的学期又开始了。大学生活已经进行了半年多，你感觉好不好？

也许现实不及理想中美妙，不过没关系，你要知道，那句话怎么说来着：“战士啊，当你知道世界上受苦的不止你一个时，你定会减少痛楚……”

现在我们都知道，随着高等教育扩招政策的执行，越来越多的学子得以进入象牙塔，成为大学校园里的一名新鲜人。当大学生的数量越来越多，大学的“独特社会性”也越来越凸显出来。

当我们的社会，包括家长的目光都盯住大学排名、专业热度、毕业就业率这些问题时，我们是否也需要关心一下大学新鲜人们的心理呢？

【三不】不满意、不适应、不知道

我们把孩子送进了大学，想象着他们将来毕业、工作、成家立业，就松了一口气。但孩子们却对这样的生活表现出了如此多的不：不满意、不适应、不知道。

一家门户网站教育频道做了一份2009级大学新生月度跟踪调查，调查结果告诉我们：最新一批的大学新生中，有35%的本科生对大学表示不满意。根据调查，对于48类专业的满意度无一超过50%，个别专业的满意度甚至低于10%。

除了对专业的不满意，学生们说，体会最多的就是面对独立生活的无知。是的，这种凌乱的寝室景象你一定不陌生：堆成小山的衣服，或者试图洗干净但依旧隐约看见油渍的衬衫。

我就曾撞见过这样有趣的一幕：推开某间寝室，一位偷偷帮孩子们擦地的家长居然像犯错的小学生一样试图躲起来，继而跟跟我们解释说自己是物业的人员，顺便来帮帮忙。老师们都很无奈，因为就在几天前新生报到的时候，这个家庭大包小箩12个亲属一齐送孩子来校的场景实在令我们难忘。

为了更加深入的了解孩子们的情况，又利用了自己在大学教课的机会，在最后一节课的时候便和学生闲聊起来。

作为一名09级新生，来自江西的女孩瑶瑶回想起刚刚踏入大学校园的那段日子：一切都显得那么新鲜。跟着学长学姐们准备迎新晚会，那些以前只在电视屏幕上观赏的舞台灯光，如今她也可以置身其中……她充满了各种幻想和期待。

然而，随着独立生活的到来，越来越多的事情让她感到不适应——是从小小的寝室开始的。瑶瑶的寝室里，另外3位女孩分别来自天津、武汉和哈尔滨。四个女孩来自四个地方，天南海北的差异，有时难免有些摩擦和小问题。以下就是一个小例子：依依每天晚上10点半一定要上床睡觉，这样一来，其他3位女孩想一起来段卧谈便很难；没有了卧谈会，又习惯晚睡的靓靓只好躲在被窝里和远在家乡的男朋友煲电话粥，即使声音小，也难免让大家怨声载道，但又不能说什么。

至于其他，不管男孩女孩，小到每天早上抢着用热水，大到奖学金、入党、竞选干部这些竞争的时刻，大大小小的矛盾总会多多少少的出现——

就像“2009级大学新生月度跟踪调查”中显示的：如今的大学新生们普遍反映，迈入新的社会后他们不满意，他们不适应，他们不知道，而在所有的不满意、不适应、不知道中，屈居首位的便是那微妙的人际关系。

【四理】：间歇心理、茫然心理、落差心理、怀旧心理

很多老教师或是上了年纪的人常抱怨：“看看现在的孩子，都是娇生惯养的，出来什么也不会，还天天宣扬什么个性，跟别人处不来就是有个性？”

其实，如果我们细细想来，之所以大学新生们会出现上述的“3不”是有原因的，可以归结到他们的4种心理。

首先是间歇心理。

在我国的教育体系中，高考是一个极其明显的转折点。为了这个标志性的考试，无数的学生以及他们的家长在前面12年甚至更长的时间里卯足劲地奔波。各式各样的练习题、补习班充斥着孩子的生活。而一旦考上大学，便犹如解放——这便引发了间歇心理。经过多年长跑，孩子们获得了许多知识，然而他们的心理能量却也严重透支。他们想要尽快逃离老师和家长的约束和唠叨，想尽情上网、玩游戏、看电影，想去逛街、打球，无拘无束。由于心理彻底放松，又离开了父母的约束，喘喘气、歇歇脚的想法深植心中，学习上无动力，行为上也提不起劲。

其次是茫然心理。

如果你去大学生中问一圈你打算做什么，你在上了大学是为了什么。我想很多人无法给你一个明确的答案，或者仅仅是一个模糊的方向。

来自德国的支教老师卢安克说过：“中国的教育变得只是为了满足一种被社会承认的标准，而似乎不是为了小孩。小孩在满足这个标准的过程中，脱离了他的天性，脱离了他的生活。在这里教育难道是只为了获胜？我不想继续跟学生一起奔跑着参加这场竞赛——这场一直匆忙地奔跑着，最后自己都不知道跑的路是不是属于自己的竞赛。”

在高中时我们之所以努力奋斗，是因为家长和老师将高考作为了我们生存的唯一标准，所有人都是明确的知道自己的方向的——几本的线，多少分。而来到了大学，没有人再盯着你写作业，没有人再作为拐棍告诉你下一步怎么去做。我们的孩子便失去了生活的方向，茫然起来。其实很多很多的孩子是非常好的苗子，他们聪明领悟力强，他们有能力有干劲，然而他们就是不知道路在哪里。他们习惯了别人为自己铺好石板、指好方向，犹如看到飞盘的灵犬一般可以迅速完成任务，却不知道自己为何要这么做，只知道它得到的命令就是如此。据调查，在我们身边89%的大一新学和73%的大四毕业生均存在着这样的迷茫感。

再次，落差心理。

“成王败寇”的思想是我们的特色。在高中的时候，我们的标准很单一，主要就是成绩，在很多很多人眼中成绩好就是好孩子。而进入大学，进入这个人数更多、更加多元化的小社会，我们标准不仅仅只有成绩，这样的变化颠覆了新生们的认知体系。每个人无法登上每一项金字塔塔尖，甚至许多原来地方的精英，从小到大回回拿一百分又多才多艺的孩子，进入全国性的人才圈后变得那么普通。还有一些家庭贫困的孩子看到了更加缤纷的社会，看到别人手中潮流的新品，而感到自卑。这种人生的重新洗牌，便带给了许多新生落差心理。

除了迷茫落差和间歇的心理，其实我们每个人都有一层怀旧心理。

当今的大学生一般都是独生子女，他们拥有极其强烈的独立意识，追求个性话的个人本位思想严重，往往在集体生活中容易表现出格格不入，唯我独尊。加之大学生活远离父母、亲友，如果在之前的家庭生活中又缺乏生活自理能力和人际交际能力，习惯于依赖家庭，这部分学生都会产生怀旧心理。

不仅仅只有这四类，正是在面临人生新的改变时容易出现这样那样的心里想法，我们便容易滋生困惑。但学会面对这些困惑也正是每个大一新生步入学校后所要经历的新的一件人生课程。

【五调】：自我调适、学校调剂、社会调整、家庭调节、朋辈调处

越来越多的大学其实已经注意到了这样的问题，因此绝大多数学校也都设置了一些新生教育。但是面对这样的人生转折，我们每个人还是应该以自我的力量进行调适。不仅仅是大学新生，于很多刚刚走进社会的青年来讲其实都是一样的。当我们从一个习惯了的环境中迈出脚步，步入一个新的环境中时，如果可以培养好自己适应环境的能力，那你就会赢在起跑线上。不要去抱怨别人没有给你什么，你要去想你能怎么才能获得那些。除此之外我们积极乐观的心态也是极其重要的，我们每个人都应该树立良好的人生观，辨识自我，找到真正属于自己的那条路那个目标。以每一次新的开始作为新的挑战，而不仅仅是上一次的结束。积极的自我调适，向着梦想追风前行。

而作为育人摇篮的学校，仅仅关注是不够的。在关注学生学习成绩、培养学术研究的同时，也要给予大家人生的教育，完善中等教育的不足。将我国传统的因材施教的优秀思想继续发扬，根据学生实际特点进行调剂，真正的做到以学生作为中心，一切为了学生。

既然说到学校，不得不说说大的社会环境。随着社会的进步，对于教育对于人生的认可，我们有些普遍流行的思维也应该随之进步了。在这一点上我们似乎可以有一些“非主流”的变化，让我们的孩子能够在这个社会环境下，及时适时的拥有正确的价值观、人生观和世界观。让我们的孩子们可以在良好的社会氛围中成长。

当然除此外家庭上的支持和教育，学长学姐以及同伴朋友间相互的调节处理都是可以帮助我们大一新生们、帮助我们的社会未来的主人们及时的走出迷茫，及时的找到自己的。但愿社会各界的共同努力，让我们以后的学生们能够尽量少的有着如此多的困惑与无奈。

（感谢某高校D503寝室的小朋友友情提供图片。）

水果催熟

Fri, 12 Mar 2010 05:47:00 GMT

古代埃及人通过划伤无花果树促进果实成熟，古代中国人把青涩的梨关在房间里熏香，现代花贩们可以把云南的花剪下来运到北京去开，而水果贩子们，则用“药水”把青香蕉催熟……在这一切看似无关的现象背后，都藏着一只看不见的手——乙烯。

乙烯在中学化学里就出现了，不过多数人听到它，首先想到的还是冒着白烟、管道交错的化工厂——没错，它是现代工业中主要的化工原料之一。然而，它又是如何与水果的成熟联系在一起的呢？

乙烯与植物，寻找那只看不见的手

19世纪，美国和俄罗斯的许多地方已经利用木炭不完全燃烧得到的气体来点灯照明——人们很早就注意到那些气体在管道输送中会泄漏一部分，1864年，还有人注意到了管道周围的植物长得跟正常的不同，比如枝条更加繁茂。

正如许多重大的科学发现那样，机遇总是垂青于那些细心和好奇的人。1901年，一个名叫奈留波夫（Dimitry Neljubow）的俄国植物生理学家——当时还是一个研究生——在圣彼得堡的一个实验室里种豌豆苗。他发现在室内长出的豌豆苗比室外长出来的更短、更粗，不垂直向上长而是往水平方向长。在排除了光照等因素的影响之后，他把目光投向了空气。由于照明气体的存在，室内空气中含有一些室外没有的成分。最后，奈留波夫找出了影响豌豆苗生长的成分——乙烯。而植物“短、粗、横向长”也就成了检测乙烯泄漏的“三项指标”。

科学的车轮滚滚前进，到了1917年，一个叫做达伯特（Doubt）的科学家发现乙烯会促进水果从枝上落下，由此乙烯与水果“催熟”的关系露出了一丝端倪。不过，此前的这些结论都是基于外源乙烯的。直到1934年，英国科学家甘恩（Gane R.）才从成熟的苹果中分离检测到了乙烯的存在，乙烯作为一种“植物激素”引起了更多的关注。现在，植物学家、农学家们不仅搞清楚了乙烯如何产生、如何影响水果成熟，更重要的是学会了利用它来调节水果的“熟”与“不熟”。于是，本文开头所列的那些风牛马不相及的事情，被这只看不见的手联系了起来。不过，水果的生与熟又是如何定义的呢？

水果如何成熟

尚未成熟的水果是“青涩”的，一般而言硬而不甜。青来源于其中的叶绿素，涩来自于其中的单宁，而硬主要是果胶的功能，不甜则是因为淀粉还没有转化成糖。等到应该成熟的时候，植物中就会产生乙烯。乙烯一起，水果中的各部分就像听到进攻的号角，纷纷起身，开始了夺取成熟的战斗。那一刻，“它不是一个人”：有酶来分解叶绿素，甚至有新的色素产生，于是绿色消失，而红、黄等代表着成熟的颜色出现；一些激酶分解了酸而使水果趋向中性；淀粉酶把淀粉水解成糖而产生甜味；果胶酶的到来则分解掉了一些果胶，从而让水果变软；还有一些酶分解水果中的特定化合物而释放出某些气体，于是不同的水果就有了不同的香味……

自然成熟的水果，也意味着种子已经成熟。变得香甜可口，客观上是满足了人和其他动物的食欲，对于植物来说是让动物们传播种子而付出的酬劳。这大概也能解释为何水果好吃而种子却不能被消化——可以随着动物们的活动而流浪远方，在各个角落里生根发芽。

不知道是为了方便被吃掉，还是为了即使没被吃掉也能够回归大地，不是瓜类的植物也同样会“果熟蒂落”。达伯特发现乙烯会促进这一过程。当乙烯到来时，“蒂”中的细胞就活跃起来。尤其是果胶酶，分解了果胶之后，果实和母亲的联系就变得格外脆弱，稍有风吹草动它们就离开了母亲的怀抱。所以，如果牛顿真的是被苹果砸出了万有引力的灵感，那么实在是应该感谢那一刻附于苹果身上的乙烯们。

遏制乙烯，保鲜的关键

对于科学，许多人关心的只是“对我有什么用”。而许多科学上的发现，对我们还真是没有什么具体的用处。不过，乙烯的“植物激素”作用不在此列：明白了它的作用，即使我们不是杨贵妃，也可以吃上万里之外的新鲜水果了。

水果一旦成熟，即使被摘下了，内部的生化反应还是难以遏制。比如说，糖转化成酒精、水果进一步变软……我们的肉眼看到的，就是水果“烂掉”了。而且，这个过程发生起来非常迅猛。比如香蕉，只要几天就够了。

既然知道了一切过程尽在乙烯的掌控，那么我们就可以“擒贼专擒王”，控制住乙烯就好办了。比如香蕉，在很生的时候收割下来，放置在乙烯产生最慢的温度下（科学家们已经发现这个温度是13℃~14℃），就可以放置很长的时间而不烂掉。如果包装的箱子或者箱内有能够吸附乙烯的材料，就更有助于把乙烯的浓度控制得更低，大大延长保存时间。到了需要的地方或者时候，把昏睡的香蕉们用乙烯“唤醒”，就可以在几天之内变熟。一般而言，热带和温带的水果对乙烯都很敏感，除了香蕉，通常还有芒果、猕猴桃、苹果、梨、柠檬等采取这样的方式。

我们经常见到高档的水果被纸或者泡沫包着。不过这不仅仅是为了好看或者“高档”。就像人体受到外界刺激会产生防御反应，从而导致某些生理指标变化一样，水果“受伤”了也会刺激乙烯的分泌。在运输过程中，摩肩接踵的水果们难免磕磕碰碰，虽然只是小伤但也足以使得它们产生更多的乙烯，加速成熟和腐烂。而成熟变软又使得它们更加容易受伤。良好的包装减少了这种受伤的机会，有助于减少损失。

产生乙烯，催熟的关键

虽然乙烯与果实的关系被人类认识不到100年，但是对它的应用却有着久远的历史——通常所说的经验，有时候的确蕴藏着科学的机理。

中国古人采下青的梨，会放在密封的房间里对它们“熏香”。不清楚古人们是如何发现这样可以促进青犁的成熟，但是这与今天的水果催熟在原理上是一样的。香是一些植物原料做成的，“熏香”的燃烧不完全，产生的烟气中可能含有一些乙烯成分。

古代埃及人的应用看起来更加“神棍”。他们在无花果结果之后的某一时期，会在树上划出一些口子，说是可以让果实更大，成熟更快。而现代科学研究却证实这种看起来“神棍”的做法是合理的。1972年发表在《植物生理》（Plant Physiology）上的一篇论文证实，无花果结果之后的16~22天，对果树进行划伤处理的一小时之内，乙烯的产生速度会增加50倍。相应地，接下来的三天之中，果实的直径和重量会分别增加到2倍和3倍，而没有划伤的则只有小幅度的增加。在中国农村，核桃结果之后人们也经常在树上砍出伤痕，或许也是同样的原因。

古人的经验是无意识地应用了乙烯与植物生长的关系，而现代农业中则是有的放矢。那些经过保存运输的“生”水果，在分销之前需要进行“催熟”操作。乙烯是气体，使用起来显然不方便。现在一般用的是一种叫做“乙烯利”的东西。它本身跟乙烯是完全不同的化学试剂，最后会在植物体内转化成乙烯。因为它是固体，工业产品以液态方式存在，使用的时候进行高度稀释，所以使用很方便。低浓度的乙烯利安全无害，所以不用担心它“催熟”的水果有害健康。不过，高浓度的乙烯利可以燃烧，对于人体也会有一定损害，废弃之后还可能对环境和水质有一定污染。这也是它倍受“环保人士”和“自然至上者”们质疑的主要原因。

乙烯利的应用不止于此。它还被广泛应用于促进农作物生长和果实成熟，比如在西红柿、苹果、樱桃、葡萄、黄瓜、南瓜、菠萝、甜瓜、棉花、咖啡、烟草、小麦等作物的生产和销售中，都可以找到它的身影。

在某些地方，还有人用电石来催熟水果。电石与空气中的水反应，会释放出乙炔。有研究发现乙炔也有一定的催熟能力，不过所需要的浓度要远远高于乙烯。乙炔本身倒也没有什么问题，但是工业上使用的电石可能含有砷等有毒物质，所以这种“催熟剂”在很多国家是非法的。

如何让家里的水果变软

一般来说，香蕉、苹果、葡萄之类的水果如果是未成熟采摘的，在分销之前都经过“催熟”才上市。但是芒果、柿子、猕猴桃，可能没有经过催熟或者没有完全熟透就摆上了货架。

如果买到的是这样的水果，最简单的当然是耐心地等到它们“慢慢变老”。如果想加速它们的成熟变软，也可以采取一些措施。虽然中学化学里有制取乙烯的实验，不过建议不要在家里通过这种方式来进行。乙烯利等“催熟剂”也不建议使用，一方面不便宜，另一方面高浓度的乙烯利也有一定的危险。为了早点吃到水果而发生事故，哪怕只是把手灼伤，也是一件得不偿失的事。

所以，还是采取一些天然的、温柔的、完全没有危险性的方法比较好。因为苹果和香蕉都能产生相当量的乙烯，所以把它们和要催熟的水果，不管是梨、柿子、芒果还是猕猴桃放在一起，用袋子装起来，都能起到一定的“催熟作用”。考虑到香蕉比较容易坏，而乙烯主要由香蕉皮产生，也可以吃掉香蕉放香蕉皮就行了。

另外，从理论上说，伤害水果会促进乙烯的释放。在民间，有在柿子上插秸杆促进变软的说法，而西方也有“一个烂苹果破坏一整筐”的谚语。所以，在要催熟的水果上无关紧要的部位（比如蒂上）扎一些伤痕，或者直接在袋子里放敲坏的苹果，或许也有助于加速它们的成熟变软。

“催熟水果”好不好

说起水果催熟，基本上是千夫所指。希望吃到“自然成熟”的水果，本身无可厚非。那些在树上就成熟了水果，也完全可能味道更好。但是，成熟了才采摘的香蕉，运到北京或许只有少数人能够吃得起。而无论再有钱的人，也不可能在另一个季节吃到它们。

所以，把天然成熟的水果和未成熟采摘然后催熟的水果来相比，实在是一件没有意义的事情。天然成熟的水果再好，没有的吃也枉然。而现代农业技术所带来的这些“非自然”的产品，至少让寻常百姓也可以超越时间和空间的限制，吃到这些水果。这个待遇，实际上比杨贵妃的荔枝也还要高一些。而且，一旦在心理上适应了，这些“不自然”的水果，也并不是“自然至上者”们所鄙薄的那样难吃。至于营养，且不从生物学上去比较，与没有吃的相比，“不自然”的水果还是要有营养得多。

(发表于《新发现》，文字编辑：刘睿)

不粗不细说偏头疼（二）

Thu, 11 Mar 2010 06:10:00 GMT

（二）麦角胺二三事

黑麦上有时会寄生一种叫做麦角菌的霉菌。历史上不乏食用这种霉菌污染的黑麦而中毒的记载。有些中毒者会体验奇妙的迷幻，有些则倒霉遇到肢体坏死。这个东西慢慢有了浓厚的迷信色彩。不知从何时开始，人们注意到在中毒过程中，偏头疼症状会有所减轻。研究药物的人发现，从这种霉菌中分离出来的以麦角胺（Ergotamine）为代表的麦角生物碱是诸现象的主因。不过由此认为可通过服用麦角胺治疗偏头疼则显然过于草率，尤其对偏头疼这种极为复杂的病而言。

首先，从情绪的变化到耳鸣、从视野的部分消失到搏动性疼痛，偏头疼的症状异常繁复。如何通过症状的变化来判断“治疗效果”是首先要解决的问题。另外，偏头疼的疼痛并不稳定，同一次发作中疼痛会有波动，不同次发作的强度也不同。在这个情况下确定产生影响的外部因素更为困难。最重要的是，偏头疼所有的症状均有明显的自限性，治不治都会好转。

所以，如果只凭服用麦角胺和疼痛缓解这两者的时间先后关系，就认为能治疗偏头疼，将会得出错误乃至好笑的结论—— 别说吃麦角胺，即使吃秤砣，4到72小时之后，疼痛也会消失。只要不嫌弃自己，试一辈子都没问题。但是我们能由此认为秤砣有利于头痛的好转，然后吃一辈子秤砣吗？显然不能。

即便服用麦角胺的确对头疼有缓解，还是不足以证明头痛的好转是因为麦角胺的作用。也许在这个过程中疾病本身在好转，也许用药方式对患者产生了影响，又也许是其他非药物性的什么原因也说不定。比如，可能是因为看见某个姑娘长地特别，让人暂时不敢疼痛；或者是大家聚在一起，疼痛容易自行缓解；又或者，患者心理上的变化对病情有好处。

为了搞清麦角胺是否真的有效，临床研究者决定用一种特殊的方式考察麦角胺和偏头疼的关系。

他们募集了大量偏头疼的患者，观察他们发作时的症状，将这些患者身上反映偏头疼病情的症状进行程度上的划分，以便进行量的比较。

然后将他们随机分成两组，并安排给一组患者注射麦角胺，另外一组注射生理盐水。并且有专人负责操作。并保证这些患者和研究操作者都不知道具体谁用的是什么药物。因为有时候患者对药物效果的期待，以及医务人员有意无意的暗示，都会对疾病的发展产生影响，这样设计实验的话，这些影响对两组病人来说就没有差别了。

实验完成后，研究者发现注射麦角胺这一组患者用药前后症状有明显差异，注射盐水的这一组，没有明显差异。

也就是说，这些患者生活环境、衣食住行、用药方式等等都一样，包括给他们打针的人——因为不知道谁用的是什么药物，对所有患者来说也不会有差别。而注射盐水的，偏头疼症状没有变化；注射麦角胺，症状有所缓解。

在其他所有相关因素都不变的时候，一个因素变化，带来了不同的结果。这说明导致这个结果变化的，就是这个变化的因素，而不是其他。由此我们是不是可以认为，在这个实验中导致症状缓解的，是两组之间唯一的差异：麦角胺呢？

这个推理方式，是形式逻辑中确定因果关系的差异法。在这个研究中运用差异法的关键在于如何设计实验，保证除了麦角胺之外，两个实验组中相关因素都相同。

影响这两个实验组的诸多因素中，除了一个是麦角胺，一个是生理盐水，其他的条件都相同。但是这两组患者是“相同”的吗？如果他们并不相同，那么导致两组患者治疗前后出现效果差异的原因，很可能是人和人之间的差别。

很明显，人和人的确是不同的。

个体之间存在差异——高矮胖瘦男女、每个人疼痛发生的快慢、持续长短、以及对药物的反应速度等等，种种特征都不同。

不过人类作为一个独立的种系、作为一个整体，各种生理数据将汇聚成以独特方式分布着的数据群。以中国人的身高为例，有不足半尺的婴孩，也有昂藏八尺的姚明，但是当我们统计全部人口，会发现身高这个数值集中在一米七左右，并以这个数值为中心，人们各自的身高值以一个特殊的曲线方式构成全部人群的数据群。而当我们随意抽取足够多的人，再统计一次他们的身高，会发现尽管个体的身高各不相同，但是这些身高数据的分布情况，和前面的全部人口的分布，非常相似，几近相同。

除了身高这个数据，血压、体重等各项生理指标，也都以这种方式存在着。

也就是说，人和人固然不同，人群和人群却可以是相同的。

基于这个原理，就全部偏头疼患者群的头疼时间而言，尽管每一个人的头痛时间的确不等，有的4小时，有的7小时，有的24小时，有的72小时，等等等等，这些不同的时间值，最终会表现出某个规律。当我们从这个总的人群中随意抽出足够多的两群人，再统计一次，会发现这两群人头疼时间所表现出的规律，和总人群的规律是一样的。也就是说，这两者的规律，也是一样的。

同样的道理，只要数量足够多，这两组不仅在头疼时间上一致，在疼痛剧烈程度、前兆症状等各个方面也是一样的。所以，我们只要保证人群数量足够大，就能保证他们作为整体，足够地“相同”。也是基于此，实验中所设立的两个大数量人群构成的试验组，的确是“相同”的。那么，也许麦角胺在每一个个体身上产生的效果也许会有所不同，但是这种药物对“相同”的人群的作用，是一样的。

所有的外因保持不变，人群的内在属性也是一样的，能导致偏头疼症状的缓解的，就是麦角胺了。

这就是典型的随机双盲对照实验。这是形式逻辑中用于确定因果关系的差异法在医药研究方面的应用。这种逻辑思维方式很早就出现，但是随着近代科学的发展才得以成熟，不仅用于包括医药生物在内的科学研究，也普遍用于社会学、经济学等各方各面。除了在决定“相关因素”之外，在判断事物之间的因果联系时使用差异法，并不完全依赖某项具体学科的知识。所以，无论对生物现象的解读采取什么样的角度，在逻辑上建立不同事物之间的因果联系时，都会像确定麦角胺和偏头疼的联系这样，能而且必须能通过这种检验。

在确定了麦角胺的确能缓解偏头疼之后，人们进一步用大量实验找到了麦角胺在一个很狭小的范围内和偏头疼的缓解在剂量上的相关性。这些定量的探索将麦角胺的效果从人群过渡到了个体，进一步验证了服用麦角胺和缓解偏头疼之间的因果关系同时，让人们在治疗药量和中毒药量之间游刃有余。原来的毒药，成为现在的良药。

继鳄鱼和颅骨钻孔之后，人们曾像神农一样尝试着各种可能。可是直到麦角胺出现在偏头疼的探索历程里，这种病痛带来的痛苦才在历史上第一次得到了有效的缓解。这段研究为大量患者送来了福音，也证明当时的人们已经掌握了用于判断复杂现象之间的因果关系所需要的逻辑方法。不过，说麦角胺成为人类和偏头疼斗争史上的里程碑，却还不仅仅是这个原因。

在人类和疾病斗争的过程中，以药物为代表的诸多治疗措施一直发挥着巨大的作用。不仅因为可以直接干预疾病的发展、缓解患者的痛苦，它们还能促进人们对疾病的探索和理解。

以药物为例，它们对疾病造成的影响就像火漆上的封印。我们可以根据印章的样子推想印痕，也可以根据印痕猜测印章。同样，如果人类充分了解了疾病，可以根据疾病的特点推测药物的性质；对药物的理解，也能帮助我们理解疾病。显而易见，这个过程需要在了解我们的身体前提下，在逻辑上确定药物的确能影响疾病——证明药物是有效的。

尽管我们对药物以及疾病，甚至我们自身允许有不止一种的解读角度，但是疾病和药物之间的相互关系，其基础是逻辑。这种基于逻辑的联系，以及确定这种联系的方式，不会因解读疾病和药物属性的方式而有所不同。实际上，只有在这个前提下，我们才能获得对药物和疾病属性探索的指引，以及对已有的认识进行验证——从某种程度上说，这更重要。

只要我们建立了这层逻辑联系，有时候不了解药理，也不知道病理，也可以用药物控制疾病。比如人类用金制剂治疗风湿，在很长一段时间里，既不知道风湿的具体原因，也不知道金制剂是怎么针对这些具体原因发挥作用的。

但是如果病药之间的联系缺乏逻辑验证的过程，一旦药病二者的理论体系试图接触，混乱，甚至矛盾就有可能出现。而这种混乱和矛盾不仅无法帮助我们获得知识，还使我们无法及时纠正错误。在治疗偏头疼历史上持续了几千年的钻孔术（Trepanation）就是一个例子。古代人对疾病的错误理解，让他们采用了错误的治疗方式。在形式逻辑发展成熟之前，他们无法检验钻孔术是否真能控制偏头疼，当然，也肯定无法知道这种治疗其实对疾病的发展是有害的。于是这个错误一直无法被纠正。从石器时代到十六世纪，不知道多少偏头疼患者还要额外遭受钻孔术的折磨。

而麦角胺则不同。

麦角胺进入人们的视野时，偏头疼的神经病理说和血管病理学说刚刚在无法调节的矛盾中暂时折中，形成了神经-血管学说，认为神经的病变为主，血管病理性变化为辅，然后在血管-神经循环中，导致偏头疼发作并持续。在麦角胺被证明的确对偏头疼有效之后，它影响中枢神经的效能以及强烈的缩血管属性——这也是它导致迷幻和肢体缺血坏死的原因 ——为神经-血管说提供了第一份切实的证据：也许神经学说这一块还需要证据，但是血管病变毫无疑问是和偏头疼有关了。至此，麦角胺不仅成为了偏头疼患者的第一个救星，还帮助我们在对这种疾病的理论认识方面踏出了坚实的第一步。

在接下来的将近一百年的时间里，科技快速发展进步。人们发现了三叉神经在偏头疼中的重要位置，逐渐意识到原来的神经-血管假说在大方向上正确，但是在细节上有很多错漏。

通过各种各样的实验，病理学家发现前兆和发作两个阶段之前，还有一个始发阶段（initiating trigger）——不过除了能确定这个始发阶段大概发源于脑干（brainstem），具体细节还不得而知。一旦这个过程开始，某些脑组织的血流供应就会减少，当血流量减少到一定程度，和这部分脑组织相关的先兆症状也就会出现；当血流减少量不是很明显的时候，先兆症状就不会出现，但是一旦开始，疼痛终究会发作：在血流减少一段时间之后，支配血管的植物神经被触动，释放神经活性物质，不仅让血管发生代偿性的扩张，还和由此引起的感觉冲动一起刺激三叉神经感觉支。受激的三叉神经变得敏感，释放进一步扩血管的神经物质，激发疼痛，又刺激脑部其他功能区域，产生一系列伴随症状。而三叉神经自身的特点，导致疼痛区域模糊不定，以及发作过程中引起脆弱伤感或者烦躁不安等等情绪上的变化。

三叉神经-血管学说作为一个新的理论框架，不仅能解释偏头疼的主要临床表现，和它的前身不同，它所描述的病理过程涉及的大量神经活性物质也都被找了出来。除了一般的帮助神经实现调节血管功能的神经递质（去甲肾上腺素、乙酰胆碱）之外，诸如血管活性肽、P物质、一氧化氮等物质的作用和发挥作用的方式也都搞得清清楚楚。大量针对这些关键物质的药物陆续问世，而这些药物又验证或者启发人们找到更多的相关细节。药物和理论互相促进，到了上世纪中叶，偏头疼的三叉神经-血管学说在神经生理学、生物化学，以及药学的共同支撑下，形成了一个相当完备的理论框架。基于这些成就，人们很大程度上摆脱了偏头疼的困扰，甚至学会在日常生活中如何控制生活以及饮食习惯以预防偏头疼的发作。在这种疾病前，人们不再是原来那副受气包的样子。

尽管如此，还是有不少患者，对已有的药物反应不佳。这种现象很好理解：三叉神经-血管学说尽管看起来挺完整，这个理论框架的核心区域还是一片空白：偏头疼究竟从何而来？（快完了）

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这一部分，主要说的是第一种用于治疗偏头疼的药物如何被发现，以及如何被证实有效，以及如何根据药理促进偏头疼病理学发展的故事，涉及到了一些在现代医学发展过程中依靠的逻辑学、统计学的知识。因为我觉得这样讲故事，对比较不同医学体系认识疾病、认识药物的方式会有点意义。这些东西，是现代医学的重要组成。了解了这些，也许能促进对包括中医在内的诸多事物的思考。

[新生]动物如何“坐月子”

Thu, 11 Mar 2010 01:45:48 GMT

我虽早已步入生育年龄，且已婚近两年，但尚未有要孩子的意愿。因此，就经验而论，我尚未见识过女人坐月子，也毫无伺候“月子”的经历。

但是，我自认为了解动物，比了解女人更多一点儿。

那么，动物会不会“坐月子”呢？它们在本该是“月子”的这段时间，会做些什么？

先说说野生动物。

无脊椎动物说起来就没意思了，譬如那些六足的昆虫，它们把卵产在各种适宜孵化的地方，雌虫产卵之后便振翅一飞，不知活跃去了哪里，该吃吃，该喝喝。

脊椎动物的情况复杂些。很多人都听说过或在电视上看过，大麻哈鱼（即鲑鱼）逆流而上产卵，中途又遭棕熊的毒手，成为腹中餐。到达目的地的鲑鱼，产卵之后，大多一命呜呼，就别提什么坐月子了。

这就是为生命延续所付出的高昂代价。

但大多数鱼类还是会继续生存下去。鱼类产卵之后的行为，大致有3种类型：无亲体护卫型，产卵之后这类鱼便拍屁股走了，它们不管不顾自己的卵，产后便去觅食；亲体护卫型，这类鱼通常会筑巢产卵，产后要照顾幼体；亲体携带型，将鱼卵随身携带，或置于口腔内，或放在额头上，甚至像海龙有专门的孵化囊，产后亲体还要照顾幼体。从这三类来看，似乎无亲体护卫型的鱼类最注重产后休整，根本不顾儿女的死活；而后两者最辛苦，产后甚至不吃不喝、无微不至地照顾幼鱼，又无暇坐月子了。

两栖爬行动物方面，大概多数也是产后溜之大吉的主儿。许多蛙、蟾蜍、蝾螈等把卵产在有水或潮湿的环境后，一般规律也是一走了之。有些种类则会照顾卵或幼体，例如负子蟾就是背着卵生活。

通常，那些产后不操心自己孩子的种类，都会很快恢复到正常生活状态；而付出更大心血的种类则会消耗更长的时间、更多的体力，月子没坐成，反而搭进了自己的身体。至于海龟家族，奉行的是周游列国式的生活，它们在海水中自由游弋几十年，性成熟后在一个宁静的夜晚回到它们的出生地——某处沙滩。母海龟上岸，挖掘一个大坑，产下上百枚乒乓球似的卵，继而覆盖之，慢吞吞地划回大海，产后的生活依然照旧。

鸟类则有些不同，它们颇有些“坐月子”的范儿。多数鸟类产完卵后，需要孵化，民间称为“趴窝”。孵卵的行为和“坐月子”有些相似。有些鸟类是单亲孵化，有些则是双亲共同轮流孵化。母鸟把鸟蛋产在窝里，然后卧在里边，靠体温孵化幼雏。孵化的过程，也是一种变相的产后修养。

（双角犀鸟）

犀鸟是一类大型鸟类，生活在亚非的热带地区。雄犀鸟把雌犀鸟用淤泥封闭在树洞内，雌鸟生产之后就不出家门了，全靠雄鸟一人端茶送水、喂食喂饭。这看上去，真有点像坐月子呢。巢穴一旦被封住，只留一个小开口，供雌雄犀鸟两个嘴对嘴地衔接食物即可。被封闭在产房内的雌犀鸟卧窝不起，不下树，不招风，整个“坐月子”时间长达40天，这些日子就是孵化期。犀鸟大概是鸟类世界中最会享受坐月子之福的鸟了。难道它们的“养生之道”就是它们长寿的秘诀吗？

那么，那些与人类最亲近的哺乳动物呢？

哺乳动物类群也甚多。天上飞的，地上跑的，水里游的，无所不包。篇幅所限，难以一一赘述。

（高原鼢鼠）

我曾见过一篇高原鼢鼠的繁殖行为的论文，挺有意思。高原鼢鼠生活在青藏高原东部，其学名现为Eospalax fontanierii baileyi，它现在是虎骨最理想的替代品。研究者描述了这种鼢鼠的产仔行为链，产后是这样的：用嘴咬断脐带，拱舔幼崽，使其干燥洁净；舔咬外阴部，清除血污，促使胎盘产出，食胎盘；产间休整，或静止休息，或清洁自身，或照顾幼崽，或取食。产仔结束后，母子同居于产前搭建的产巢，巢穴中有很多草料。母鼠在巢中取食，只有排泄和拖取食物时才离开幼崽。哺乳期最长可达50天。看来，高原鼢鼠的主要目的也在于照顾孩子，而非坐月子，保养自己的身体。

再来说一说与人类最亲近的灵长类罢。我在野外只研究过蝙蝠，此外，捡过一些果子狸和长臂猿的粪便，并没有机会观察猴子或者类人猿生产之后的情景。于是我特意请教我们动物研究所的一位专家，她早年曾在北京大兴的濒危动物驯养繁殖中心饲养过金丝猴和猕猴。这位老师告诉我，金丝猴通常晚上生产，产后，她们大多会舔舐自己的孩子。有的母猴吃掉自己的胎盘，有的则弃之不食。并且，吃胎盘者每次生产之后都会这样做，不吃胎盘者每次生产之后均不吃。

以往，许多动物研究者都认为，很多哺乳动物为了恢复体力，会吃掉自己的胎盘，包括那些食草类。但是，在豢养条件下的野生动物更容易被人类观察到，通过这些观察，我们发现，并不像之前人们臆想的那样，她们都为了身体健康而吃掉胎盘，不食者所占比例至少在一半左右。

生产、护理完幼崽后，通常母猴子就睡觉了。第二天，除了继续喂奶以外，母猴子并没有特殊的行为表现出“坐月子”的迹象。她们仍然像平时一样活动、取食，食物的质与量也没有显著性差异或变化。在猕猴方面的观察，也大致如此。就是说，这些猴子们除了因为多了个“累赘”，略显步态稳重外，并没有其他迹象以示那是在“坐月子”。

事实上，野外比在圈养下的条件要差得多，那些野生动物们风餐露宿，风吹雨打，绝大多数的雄兽也不会“伺候”产后的雌兽。从另一方面分析，野生动物，特别是那些被捕食者就更不会坐月子了。试想，非洲草原的羚羊、角马、斑马……青藏高原的藏羚羊、藏原羚、野驴等等食草动物，它们在生产幼崽之后，如果想坐月子，哪怕是在地上卧着休息会儿，都是一种危险的奢侈。因为，周围虎视眈眈的狮子、猎豹、鬣狗，或者狼、猞猁都在等待着美味上桌，垂涎三尺地盯着它们呢。连刚出生的幼兽都要在最短的时间内站起来，并和妈妈一起奔跑才能保住小命。

相比之下，食肉动物稍微好些，它们可能存在一个短暂的“月子”期，因为许多食肉类，诸如虎、豹、熊，甚至大熊猫等，在繁殖期会有一个产仔的巢穴，母兽会呆在巢穴内哺乳幼崽，直至幼崽断乳。这样一来，母兽由平时的漫游式生活，转而更多的时间在巢穴内度日。当然这个主要目的在于喂养孩子，间接地恢复自己的体力吧，但实际上由于照顾后代需要耗费更大的精力和时间，一般来说哺乳期的野生兽类能量消耗更大，所承担面临天敌的风险更大。但这种生存策略进化的好处，就是后代存活率大大提高了，物种得以高效地延续。

下边再略谈下牲畜和宠物的问题。

关于牲畜，我们以猪为例。大家知道，家猪体型很大、很笨拙，产仔数量又多，所以在猪的饲养管理方面，需要人类的助产。由于助产卫生搞得不好，或如猪圈不干净，消毒不力，猪就会得病，正是所谓的产褥热（兽医学的称谓，与人的医学的称谓相同，呵呵）。得了这个病之后，不坐月子都不成了。此时，人们要给母猪打针消炎，时刻观察症状，并采取治疗措施。看上去，相当于照顾月子了。

由于宠物受主人的宠爱，如今很多宠物狗、宠物猫们在生产完之后，也得到优待。好心的主人会无微不至地照顾自己的宠物，给她们吃最有营养的猫粮狗粮，甚至给她们做好小棉被盖着小狗狗小猫猫的。现在，有很多宠物医院甚至推出坐月子服务。宠物们可以享受住院坐月子的服务，她们的产房不仅干净整洁，而且宠物的孩子们还住在保温箱或育幼箱内，由专人护理幼崽和产妇。她们的口粮也由动物营养师特别搭配，保证月子期间营养丰富而均衡，使之体力恢复且更加健康活泼。这套坐月子服务，据说在一般的宠物医院，服务一周就要两三千元，颇为豪华奢侈。

【多说几句】

动物如何“坐月子”？要回答这个问题，首先应该明确概念。此处，有两个名词，一曰“动物”，二曰“坐月子”。

广义而言，动物是多细胞真核有机体的一大类群，一般以有机物为食料；人也是动物界之一种，隶属于灵长目人科人属。再说坐月子的概念。在妇产科学或护理学领域，所谓“坐月子”，是指一段产后时期，称为“产褥期”。有些医学教科书这样解释：产褥期是指胎儿、胎盘娩出后的产妇身体、生殖器官和心理方面调适复原的一段时间，需6-8周，也就是42-56天。在这段坐月子的6-8周时间内，产妇应该以休息为主，尤其是产后15天内应以卧床休息为主，调养好身体，促进全身器官各系统尤其是生殖器官的尽快恢复。

好了，概念大致如此。但是，我的疑惑随之而来：我的表姐在美国加州生活快20年了，她育有两子，但是她产后在医院呆了不到24小时就出院了，出院后并没有像国内产妇那样，要“坐月子”——我国民众对“坐月子”还有一套“规矩”，比如要在被窝里呆着、不能下地、不能招风、不能洗澡，甚至不能触摸铁器，连剪刀、指甲刀都不成。但表姐不仅没有卧床不起，而且，没过几天就操劳起家务来，再过几天，就去上班了。我再询问那些在美国生过孩子或者了解美国产妇的人，他们都表示，在那里没有“坐月子”一说。不光是美国人，很多外国人，包括一些东半球的人并不像国人这么讲究坐月子。

为此，我查阅了Wikipedia，实在不知道哪个英文单词可以与国内的坐月子这一名词对应。譬如，在英语里有puerperium一词，一般译为产后期、产褥期。但是，我查阅了著名的工具书——Webster’s New World-Medical Dictionary（韦氏医学辞典），这一单词被释义为：The time immediately after the delivery of a baby（婴儿出生后的立即时刻），显然immediately一词不会是国内医学教科书的“产后15天”，更不可能是6~8周了。因此，国内有的人将产褥期等同于puerperium是不合适的。事实上，puerperium所关注的是一种产后热（puerperal fever）的疾病，因为在生产后不久，例如1~3天内，子宫（通常胎盘位置）可能遭到感染，所以出现了出热症状。按此逻辑，puerperium限定的时间一般不超过3天，甚至应该局限在产后几个小时之内。但是国内许多妇科书籍所云之“产褥热”或“产褥感染”，对应英文为puerperal fever和puerperal infection，这是把“产后”和“产褥”混淆了。另观一些英汉词典，把childbed翻译为“产褥”、“分娩”，但是很显然，如果产褥等于分娩的话，那么产褥期即俗称为坐月子，怎么可能是分娩呢？所谓分娩应该是准备生产到婴儿脱离子宫、出生的这段过程。但是在国外（我国亦如此），生产之后有休假则是非常普遍的，通常也纳入法律之中，就是说产妇休假，工资照发；此外，丈夫也有几天的假期。产假一般时间从几周到几十周不等，诸如福利待遇甚好的北欧国家，丹麦给52周的产假，挪威给56周，瑞典多达480天（约68周，但并不是全给工资的）。但是，在美国是没有产假的，如果想要12周的产假，则是没薪水的。虽然全世界多数国家都给产假，并且还照发工资，但是这些国家的产妇们很少像中国人这样坐月子的。

似乎扯远了，这本来和动物是否坐月子的问题不太着边。我只是想弄清楚坐月子的概念，至于上边的妇产科学中一些概念的定义，妇科专家来解释最合适了。我的“考证”不足以为凭。不过，我大致认为，坐月子是中国的一种中医传统文化，没有太实际的生物学意义。上文中关于动物方面的论述，更可以印证此观点。

木星的四大谜案

Wed, 10 Mar 2010 03:40:00 GMT

木星在中国古代被称为“岁星”。它绕太阳运行一周的时间为12年，与地支相同。这一特性使得木星成为了天空中一个巨大的时钟，具有纪年和修订历法的重要意义。

此外，中国古代还认为木星与农业之间有着特殊的联系。《淮南子·天文训》中有一段文字讲道（大意）：岁星所在之处五谷丰登，第三年会有饥荒，第六年进入衰落，第十二年又开始兴盛。在《史记》、《汉书》等史书中也明确记载岁星是主管农业的星官，地位极为崇高，并且有专门建造的庙宇来供奉岁星。这一祭祀制度甚至一直延续到了晚清。

[图片说明]：2000年12月7日由“卡西尼”探测器所拍摄的木星照片。照片左下角的黑色斑点是木卫二所投下的影子。版权：NASA。

无独有偶，古巴比伦人把木星视为他们的主神马尔杜克，他在诸神中地位最高。他们还利用木星为期12年的轨道来定义黄道星座。在古罗马，木星被称为朱比特，是罗马神话中的众神之神，相当于希腊神话中的宙斯。

尽管自望远镜发明之后，人们才对木星的物理性质开始有了深入的了解，但是古人对木星“王者”地位的猜想却是完全正确的。木星在太阳系的八颗行星中，无论是质量还是体积都独占鳌头。它的质量达到了太阳的大约千分之一，超过了其他行星质量总和的2.5倍。它庞大的体积更是需要1,300多个地球才能把它“填满”。

虽然在伽利略首次把望远镜对准它之后的400年里木星一直没有逃脱地面望远镜的窥探，近几十年来更是有不少探测器频繁光顾，但是“行星之王”却依然保持着它的威严和神秘。它身上的四大谜案一直让天文学家们挥之不去。

木星的内部是个什么样子？

木星被认为拥有一个高密度的核心。在它之上则是一层参杂有氦的液态金属氢——氢被充分压缩之后经过相变而产生的。再往外就是由液态和气态氢组成的木星大气。

除了这些“粗线条”的描述之外，天文学家对于木星内部核心可谓知之甚少。他们通常假设木星的核心是由岩石组成的，但是当谈及它具体组成的时候，大家又莫衷一是。原因就在于对超高压下物质的性质几乎一无所知。虽然地球上的实验室也正在想尽办法来模拟木星内部的极端物理状况，但是这些实验目前所能仿真的程度和本身的误差都远没有达到让人满意的程度。

于是，与其从内部着手也许不如从外部深入。通过对木星重力场的测量，推测出它可能有一个质量为12～45个地球质量的核。核的存在倒是和木星是从一个岩质或者冰质核心通过吸积原太阳星云中的氢和氦而形成的理论相符，但是随着时间的流失高温的液态金属氢会将核心物质融化，并且通过对流将其带到木星的其他地方。因此木星的内核也许早就被“侵蚀”殆尽了，而目前的低精度测量根本无法给出一个具有决定性的结论。

[图片说明]：木星的内部结构到底是什么样子？版权：JPL/NASA。

另外，观测还发现了一个有意思的现象，木星能发出相当于它所接收的阳光20倍的辐射。这些辐射都来自其内部液体的对流，因此木星可能都具有绝热并且充分混合的内部结构。假设木星是均匀的并且完全由对流来冷却，再假设木星所辐射的能量是45.5亿年前它形成时所残留下来的，那么由此得出的木星辐射功率和观测到的值很接近。但是木星并不是均匀的，具有显著的分层结构。

那么，木星的内部到底是什么样子？也许木星的云顶可以给我们一些解答。虽然木星的大气中充满了湍流，但是大气中的云带却是极为稳定的，一个多世纪以来几乎没有发生过变化。这是否意味着这些云层具有很深的“根基”呢？下一代的木星探测器将对木星的重力场进行详尽地测量，期望能从局部的重力变化中反演出云带的构造，进而得知木星的内部结构。

木星是怎样形成的？

从1995年首次发现到2009年8月，已经发现360颗太阳系外行星。其中绝大部分是通过测量宿主恒星的视向速度变化而发现的。在这些太阳系外的行星中，绝大多数又是距离恒星较近的高温气态巨行星。作为气态巨行星的代表，木星为我们提供了一个足不出“户”就能研究它的这些“远亲”的机会。了解木星的形成过程也会为了解气态巨行星的形成提供重要的线索。

气态巨行星的形成牵涉到两种可能的机制：核心吸积和引力坍缩。顾名思义，核心吸积事先需要一个大约10个地球质量的固体冰质或者岩质核心，随后它会吸积周围的气体形成木星这样的气态巨行星。核心吸积过程必须按部就班地一一进行，所以历时较长。与之形成对比的是引力坍缩机制。由于恒星周围行星盘中的局部引力不稳定性，气态巨行星可以直接由此坍缩而成。虽然可以借此方式快速形成，但是这一过程需要一个大质量的行星盘，而且在不稳定性出现之前还要等上相当长的一段时间。为了甄别这两种机制，就需要了解这些气态巨行星的组成，尤其是氧元素的丰度（含量）。显然，木星提供了一个“近在咫尺”的机会。

[图片说明]：在行星盘中形成的气态巨行星。版权：NASA/FUSE/Lynette Cook。

为了了解氧在木星中的丰度，就需要了解木星中含有多少水。由于形成于距离太阳较远的地方，太阳的热量不会破坏具有挥发性的物质。因此木星很可能现在还保留着和原太阳星云相同的物质丰度，这同时也意味着木星中水的含量就像是一块被埋藏在木星内部的远古“化石”。

不幸的是，测量木星中水的丰度却并非易事。它们在木星的云顶中都凝聚成了冰晶，很难从远距离进行测量。因此必须深入木星内部，在那里水会呈现为液态。但这说起来容易做起来难。“伽利略”木星探测器曾在木星不同的深度测量了水的丰度，但是结果却和任何一个理论模型都对不上。因此不是理论模型都错了，就是探测到的数据本身具有特殊性。现在科学家们相信“伽利略”正好降落进了一片干燥的下沉气流，因此其中仅有少量的水，于是也就无法真正地反映出木星中有多少氧。

氧是宇宙中仅此于氢和氦的第三大元素，但是它对于木星的组成而言仍然是缺失的一环。同时木星中的水也是一个巨大的谜，并不仅仅因为它反映了太阳系中氧和氢的含量，它还和木星的天气系统息息相关。在木星上可以看到巨大的闪电和雷暴，这些都是由水操控的天气过程的最底层表现。

木星的大气从哪儿来？

如果说木星中的氧元素隐藏着原太阳星云的秘密，那么木星中的其他重元素则暗含着木星大气由来的玄机。

在“伽利略”木星探测任务之前科学家们认为，在太阳系形成的早期冰质的星子会俘获重元素，并且将它们带入形成中的气态巨行星内部。如果真是如此的话，通过比较现在木星和太阳的重元素组成就能告诉我们木星是如何长成现在这个样子的。

[图片说明]：木星巨大的磁场以及木卫一向木星输入离子。版权：John Spencer。

与预想中木星和太阳具有不同的重元素比例不同，“伽利略”探测器发现两者具有相同的重元素丰度。唯一的不同是，木星的含量是太阳的3倍。虽然还不清楚这一结果的真正含义，但是它却实实在在是个问题。木星比太阳含有更多的硅和碳好解释——它可能在形成的过程中“吞噬”了许多小行星。但是木星富含氩这样的稀有气体就无法解释了。

或许木星形成于行星吸积的晚期，当时这些气体还非常丰富。或者木星形成时的位置并非是现在它所处的地方，是事后才迁移过来的。如果木星确实形成于目前所在位置的话，那么太阳星云的温度就会比原先设想的更低。

对这个问题的回答还直接关系到地球的大气和海洋是从哪儿来的？对于地球而言，由于更为靠近太阳，挥发性物质难以被保存，因此地球上的水很可能来自彗星。

木星的磁场是如何产生的？

木星有着太阳系行星中最强大、延伸范围最广的磁场。它的强度是地球磁场的14倍。假设木星的磁场从地球上能用肉眼看到的话，那么它所延伸的范围足有两个满月的直径那么大。在现实中，木星的磁场可以延伸大约160万千米，是太阳直径的10倍左右。

产生木星磁场的内部“发电机”和木星的自转轴之间有11°的夹角，它是如何工作的几十年来也一直是个谜。综观地球的历史，地磁场曾发生过数次南北极翻转的事件，那么木星的磁场是不是也发生过类似的现象？为了回答这些问题唯有近距离飞临木星的两极才能寻找到答案。

但是这样也会造成巨大的风险，因为探测器在木星的两极必须要面对具有破坏性的辐射环境。在那里木星强大的磁场会加速带电粒子形成太阳系中最强烈的极光。

[图片说明]：哈勃空间望远镜所拍摄到的木星极光。版权：JPL/NASA。

美国宇航局的钱德拉X射线天文台对木星的极光观测发现，其中有高度电离的粒子撞入了木星两极上空的大气。X射线谱显示，木星的极光是由高价氧离子以及其他元素的离子所造成的。这就要求这些离子在木星的极区要被加速到百万伏特的高能量状态，暗示着木星极光的成因与地球的可能截然不同。

在地球上，极光是由于太阳风暴中的高能粒子扰动地球磁场所产生的。来自太阳的粒子也可以产生木星的极光，但木星的极光来自于另一种机制。由于木星的高速自转、强大的磁场以及来自木卫一火山活动喷出的大量粒子，因此木星有巨大的电子和离子储备。这些带电粒子被束缚在木星的磁场中，并且会被不断地加速撞入木星极区大气产生极光，所以木星的两极几乎总是存在极光活动。

如果产生极光的粒子来自太阳，那么这些粒子中应该含有大量的质子，它们会产生紫外极光。在“钱德拉”观测的期间，哈勃空间望远镜也对木星进行了紫外观测，只发现了微弱的紫外暴发。综合两者的观测，木星极光是由于束缚在木星极区上空的氧和其他元素的离子被加速所造成的。虽然引发极光的源头清楚了，但是产生极光的具体细节还需要木星探测器亲临现场才能告诉我们一个究竟。

尽管木星身上有着这些兴许在短时间内无法解开的谜题，但是让我们暂时把这些留给天文学家和未来的木星探测器。在此国际天文年之际，让我们不妨用望远镜去一窥行星之王的身姿，去感受一下它那看上去犹如大理石一般的“材质”，去体会一下400年前当伽利略首次在目镜中看到它时的那份激动。

（本文已刊载于《天文爱好者》杂志2009年第12期）

《食品公司》与科学无关

Tue, 09 Mar 2010 15:18:00 GMT

纪录片《食品公司》在观众中引起了巨大反响。它所记录的“内幕”让很多人觉得“触目惊心”，一时间对现代食品工业的愤怒再次被点燃。它实际上不是一部“科学纪录片”，而是对资本主义生产方式的讨伐。但因为种种原因，中国的观众似乎并不关注“资本主义”，而更在乎借助这个纪录片来判断自己该吃什么不该吃什么。

那么，撇开了政治经济问题，这部纪录片在技术领域存在什么样的问题呢？影片一开始指出，过去50年中食品生产加工方式的变化比以前10000年中发生的还要大，隐含了“变化就是不好的”的潜台词。这个潜台词忽略了一点：科学技术的发展越来越快，几乎每个领域在过去50年的变化都比过去10000年的要多。事实上，变化不是问题，变化给我们带来的东西是好是坏才是问题。但片子却回避了这一点。很多人一谈到食物的问题，必定追求“自然”。问题是，农业生产本身就是一种“非自然”的活动。以我们的各种主粮为例，它们的野生品种没有一种可以被直接食用，所以过去10000年间，这些物种的变化远大于它们在过去1000万年间的情况。古人把新鲜的肉腌制起来，留待以后，这种变化同样非常巨大。再比如，把动物圈养起来，让鸡鸭失去飞行能力，其变化也并不比把它们关进现代化的鸡舍更小。

影片另一个煽情点是工业化养鸡方式：大量的鸡挤在一起，品种与饲料的改良让它们的生长期大大缩短，为了防止大规模饲养带来的流行病，往往还要使用抗生素。为了长肉而改良出来的品种几乎失去了行动能力。小鸡被人随意扔来扔去，更让人同情心泛滥。如果影片讨论的是“动物福利”，这些说法应该算是很有力的。可在食品的问题上，我们只需要讨论这样的鸡肉“有没有营养”，“有没有害”，“卖多少钱”……

《食品公司》无心回答这些问题。制作者再一次通过“煽情”来传达自己的“理念”。观众们一旦接受这些煽情，往往会忽略那些本该是基本常识的东西。比如说，在“传统”的食品生产中，与此类似的“不人道”的方式并不罕见，肉畜往往在很小的时候就被阉割，它们饲料的质量也无法得到保证，常被喂以泔水以及霉烂的食物；禽类被强行灌饲，只为了制作著名的鹅肝和烤鸭……

当然，现代食品工业本身并非毫无问题，但是社会需要的是如何解决具体的问题，而不是简单的反对。当《食品公司》仅仅被当成批判资本主义的样本时，它或许并没有太大的问题，但要靠它来探究餐桌的奥秘，就不太恰当了。

文字编辑：拇姬

新京报《新知周刊》

[新生]光和热，你好哪一口？

Tue, 09 Mar 2010 10:06:00 GMT

“万物生长靠太阳”；

“太阳光给我们送来了光和热”；

“绿色的叶片可以利用阳光把水和二氧化碳做成动物和植物都需要的‘面包’”……这些似乎已经是人所共知的小儿科知识。

不过，泡在地球原始海洋中第一个生命体可不是这么认为的。

能量来自“热水锅”？

在一口热水大锅里，一个生命体正在慢慢分裂，变成两个一模一样的个体，转瞬间，刚刚分裂出的新生命体又被扔进了冷水锅，这时，冷水锅里的生命原料会依照这个生命体的模样组装出新的“拷贝”，直到下一次被扔进热水锅，分裂出新的个体。

这些听起来就像神话故事或者玄幻小说中的桥段，不过，依照最新的进化理论，这是不折不扣的地球生命的进化正史。

依照最新的生命演化理论，最初的地球生命就是一小根线状的RNA（核糖核酸）分子加上一个脂类分子外壳。RNA分子是重要的模板，分散在水环境的核苷酸分子会依照RNA的模样排排站队，同时相邻的核苷酸分子会粘合在一起，形成一个与模板RNA交缠在一起的RNA分子，这些过程在一个冷水区域完成的，随后，他们会被水流推向热水区域，缠绵的新老RNA在高温下分离，脂分子膜也一分为二，新的生命就诞生了。在这个过程中，核苷酸与RNA模板的结合，以及核苷酸之间的连接都是自发的。惟一需要用到的能量，就是热水池中把缠绵在一起的新老RNA分子拆散的热能。

可是，这种自发的过程的弊端也是显而易见的，拼装效率低，不能保证拼装的准确性。好在没过多久，有蛋白质分子冲进脂分子外壳，与RNA分子拉帮结伙协助拼装，最终绑定在了一起。不过蛋白质机器是需要能量来开动的，并且，如果简单地用热水来提供能量，只能像煮鸡蛋一样，把蛋白质“煮熟”以至失活。

那么，能源从哪里来呢？

细胞中的“拦河大坝”

三峡大坝的机房里，水轮发电机的叶片被大坝上游冲下的江水推动旋转，蕴涵在水流中的能量变成了电能，并入电网。我们在电力驱动的地铁列车上上下下，品着电热咖啡壶中飘出的浓香，看着电脑屏幕上绚丽的画面，毫无疑问，电力是目前人类社会通用性最强的能源。

其实，在细胞中也存在这样的通用能源，那就是三磷酸腺苷（ATP，有时也被称为腺苷三磷酸）。小到DNA复制，大到细胞分裂和细胞伸缩运动都少不了他们的身影。这些由一个腺苷和三个磷酸分子顺次拼起来的分子力道之所以巨大，关键是尾巴上的两个磷酸之间的就像有一个压紧的弹簧（高能磷酸键）一样，一旦需要就可以断裂，释放出巨大的能量，把蛋白质送到合适的位置，或者把二氧化碳和能量同时“压缩”在葡萄糖里。在你读这段文字的时候，大量的ATP正在被你的眼睛、大脑，还有点鼠标的手指消耗着。

在细胞中，确实有“拦河大坝”，不过蓄积的不是水能，而是H⁺浓度。就像水会从高处流向低处一样，H⁺也有从溶液的高浓度区域向低浓度区域“流动”的倾向，并且它们的流动也像水流一样，可以推动“水车”或者“水轮机”。为了蓄积这些能量，细胞中的一些膜结构（类囊体膜）开始充当水坝，并且这些膜上还装上了发电机——ATP合成酶，当“水坝”两边的H⁺从高浓度一侧流向低浓度一侧时，就推动ATP合成酶，生产出所有生命的通用能量——ATP。（PS：病毒之所以非要寄生在其他细胞身上，就是因为它们没有合成ATP的系统。）

生命能源问题貌似迎刃而解。不过，在发电过程中，水坝上游的存水会因为下泄而越来越少，又该如何补充呢？对于，三峡大坝来说，海水被太阳光加热至后，变成水蒸气，继而被送上高原，成为循环不息的天上来水。那么在细胞中，如何把H+“抬到”膜结构的高浓度一侧呢？

坚守在无光的世界

在地球诞生最初的日子里，由于地壳运动活跃，海洋中几乎到处都有向外吐热水的喷口。除了高温，它们还给生命送来了“燃料”——H₂。H₂燃烧可以把火箭推上太空，烧开水自不用说，不过在细胞中可得温柔一些。最初的那些生命（古细菌），选择了二氧化碳而不是氧气（说实话，那时候地球上也没有什么氧气，光合作用还没开始）作为助燃剂，燃烧后释放出甲烷。有了燃烧清洁能源提供的能源，自然可以搬运H⁺了。

（至今仍有些生物生活在海底热泉附近，终生不与阳光发生一丁点关系。）

很遗憾，到目前为止，我们对这些古细菌利用氢和二氧化碳的过程的了解还很少。不过，你也不用担心，因为这种“燃烧供能”很快就不是主流了——随着地球地质活动的减缓，海洋中热液喷口越来越少，喷出的氢也成了稀缺资源。

最终，一个不愿看地球脸色行事的细菌站出来说，“我们要用光！”

一个新的时代就这样开启了。

阳光捕手

用微波炉煮粥热饭已经成为我们生活的一部分，在微波炉中，微波扯着水分子猛烈晃动，微波的能量就变成了水分子运动的能量，这样食物就被加热了。

同样是电磁波的太阳光，跟微波炉里的微波在本质上并无区别，它们身上都携带着能量可以作用于个头更小的电子。我们可以把原子核看成地球，电子就像在周围运行的卫星。如果要把卫星送上高空的轨道，需要火箭提供动力，相应的，当卫星从高空轨道返回到低轨道或者地面时，则会释放出能量。同样在电磁波的作用下，电子可以在轨道间跳来跳去（跃迁），吸收或者放出能量，更重要的是，这种电子的跳跃行为，可以在原子之间传递，当一个原子的电子从高轨道跳下后，能量传递给旁边原子的电子窜上高轨道，太阳光的能量就这样在专门的原子间（天线分子）传递下去，直到能量被汇集到一个反应中心分子身上。

由于收集到的能量巨大，反应中心分子的电子连同大量能量一下就被“崩飞”了出去，沿着“H⁺大坝”开始奇异之旅。在高能电子“飞行”中，一个叫PQ的醌类分子会把它拦下。为了正负电荷的平衡，PQ会在“H⁺大坝”的下游俘获一个H⁺，当它把再次把电子投出的时候，会把H⁺释放到大坝上游。这样一来，H⁺就被源源不断地送上了大坝，从而形成H⁺浓度差，推动ATP合成酶运转起来。

当然，在这个过程中，还有一大帮辅助分子帮忙，辛勤地进行电子传递和能量输送过程。于是，大名鼎鼎的光合作用开始了，地球生命史迎来了辉煌的篇章。今天，我们还能从光合细菌身上看到营建第一个“H⁺大坝”的生命的影子——原始、简陋，却孕育了生命的未来。

顺便提一下，这里所说的电子轨道高低，是指轨道能量的高低，与电子到原子核之间距离的远近没太大关系。电子在原子核外的轨道并不是连续的，只有能量合适的电子才能运行在特定的轨道上，当然要在这些轨道间跃迁也需要特定数量的能量。也就是说只有特定能量（即特定波长，因为波长跟能量呈反比）的电磁波才能驱动这个过程。太阳光是个不同波长的电磁波搅和在一起的大杂烩，所以特别颜色的光被吸收，如今我们看到的满眼绿色，实际都是植物“吃”剩下的残羹冷炙。

（在适合波段的光的作用下，质子被送上叶绿体中的“光合大坝”，并从ATP合成酶（图片下部）处倾泻而下，合成ATP。）

另外，光合反应中心在电子传递游戏中投出了第一个球，为了维持正负电荷守恒，它需要从其他地方的抢电子。最初，在光合细菌中提供电子的是硫化氢（H₂S），这种东西在地球上可不多。后来，水分子中的电子成了新兴的蓝藻的掠夺对象，同时氧分子被释放了出来（我们赖以生存的，就是光合生物的代谢产物！看来被光合生物戏耍的还不只是我们的眼睛）。

（蓝藻的出现勾勒出绿色世界的轮廓。）

为了陆地上的阳光

光合作用运转起来，最初的能量收集工作都是在海水里进行的。很快（地质历史的一瞬间，其实也过了好多亿年），随着陆地面积的不断扩张，开始有不安分的家伙要到陆上一搏了。

对于初来乍道的光合生物来说，陆地可是个凶险的地方：水分稀少，空气干燥，紫外线强烈。为了避免被烤焦和保证光合作用的顺利进行，一个被我们称为叶片，细胞间有着细致分工的“集团”建立了起来。

为了保存水分，集团组建了一只护卫队将工作场所紧密地包裹了起来，这就是表皮。这些紧密排列且透明的细胞不仅可以牢牢锁住水分，它们还准备了类黄酮等色素，将大量紫外线从阳光中截留下来，降低对进行光合生产的细胞的伤害。

然而，仅有坚实的表皮还远远不够，因为光合作用还需要进行气体交换。如果表皮仅仅是一层严实的外壳，那二氧化碳也进不去，氧气也出不来，整个反应也就无法进行了。因此植物在表皮上还留下了许多可以开合的进出关口——气孔。有了这些关口，植物就可以在适当的时候引入二氧化碳放出氧气，并且可以在水分过多时，适当排出水分。这样一来，表皮内部的细胞（叶肉细胞）就可以安心的进行光合作用了。

（图片中的一张张“小嘴”就是植物的气孔，掌管着植物跟外界的水分和气体交换。）

后来，植物向高山、极地和戈壁等等极端环境挺进，“光合生产集团”也在做相应的部署：低矮的长相和厚厚的表皮，帮助高山植物抵挡强烈的紫外线；把进行光合作用的细胞搬到茎上，帮助沙漠植物节约了水分；细胞糖浓度和离子浓度升高，帮助极地植物御寒。就像人类开发核动力装置，反物质引擎以进行星际探索一样，生命世界也在不断摸索着新的能源供给。

（以高山上的雪莲为代表，“光合生产集团”将触角伸向可以想象到的每一个有光地方。）

新的物种就这样不断产生出来……

说起来，也许，还有我们完全陌生的生物能量系统，正在月球和火星上等待我们的发现。

护肤品的大小把戏

Tue, 09 Mar 2010 03:19:00 GMT

“你该去磨一磨你那粗大的毛孔了，童鞋。”每次见到闺中好友Lily，都会忧心忡忡将我脸蛋审视一番，说不定还伸手上来摸两下。她最近乐于向我推荐一款玫琳凯的微晶焕肤微粒了，说明书里的功效写着“即刻祛除老化角质，促进肌肤新生，扶平细纹及收敛毛孔”云云，据说能够将你们个个整修得“吹弹欲破”。

“但亲爱的，除了氮化硼粉末和硅酮，那里头还有什么呢？”在她循循善诱之下，我尝试性微晶了一次——挤丁点儿膏体以水兑一下，就着T字区揉啊揉，然后伸长脖子俯到水龙头下去……揩干脸后，我非常不好意思地问了她这个问题。当然，接下去说话的人还只能是我自己。

简单说，由氮原子和硼原子构成的晶体就叫做氮化硼，主要有三种结构，其中六方体的晶体结构类似于层状石墨，只不过是白色而非黑色的而已，它具有良好润滑作用，可用作各种工业用途，如在轴承和滑动零件处减少摩擦。而硅酮指的是有机硅化合物和硅氧烷相互连接成的一类聚合体，自上个世纪80年代以来就在化妆品行业中受到重视，因其润滑性和生物适应性而被广泛使用。Lily竭力声称的细腻光滑之功效，在我看来多出自于这两种材料的物理特性。换而言之，你感受到的滑并非本质的肌理的滑，却是皮肤被附上了一层“膜”所致。

然而迄今磨了大半年之久的Lily确乎已乐此不疲，早准备好一管管买将下去，并坚信从岁月那里窃取了容颜常驻的妙法，在她充满危机感的想象中，一旦不磨了，很有可能就会出现“像你们这样又粗又涩”的严重后果。

曾几何时，我周围的女人们几乎都开始被化妆品广告和时尚杂志忽悠，在一件比一件更琐碎的有关皮肤的事情上纠结。事无巨细，只要被告之“这会加速你的衰老”，就如五雷轰顶，恨不得马上砸钱下去纠正过来。比如说洗脸吧，面对偶尔泛出的油光，多少人在水性乳液和卸妆油之间举棋不定啊，过度执着的结果就是拼命洗，以至于一位日本美容专家曾指责人群患上了“洗脸症候群”。而事实上，一个人每天洗脸过甚是很糟糕的——因为皮肤本来有一定自洁功能，当借助外力清洗过于频繁的话，就会出现功能紊乱，所以那些脸洗得越多的人若粉刺痘痘也越多，可别怪罪是妈妈没生好。再说化妆水喷雾大行其道吧，君不见空调房间里、飞机座舱中，总有人以一定频率拿着瓶子扑哧扑哧，特别是在干冷季节来临之时，殊不知这很可能导致你皮肤原有的水分和新喷上去的化妆水一起流失，所谓得不偿失。

以上两种做法显然都是有问题的，重点在于，完全无视了皮肤固有的调节功能而横加干预。如果这两条和你无关，也别高兴得太早，且看看还会不会存在如下强迫心理：没有抹精华液就觉得这一天仿佛老了5岁，没有抹眼霜就相信鱼尾纹会加速到来……罢罢罢，让我告诉你吧，那些价钱比一般保湿乳液昂贵了至少5倍以上的精华液充其量就是多放了一点硅酮而已，而它看起来稀拉通透的形态只不过因为少了点增稠剂。眼霜也同理，它与面霜的成分差异远远不会够得上你需要在其间多支付的不合理差价。

是时候好好思考一下了：护肤品啊护肤品，到底在我们生活中玩着什么样的一个把戏？

当被问之世上有没有“护肤品依赖”这种事体，大多数美容师会是摇头否认，而产品开发师会相对客观，他们告诉我说，就像有不少女孩子喜欢戴帽子一样，除去是一种习惯之外，更可能的，那背后的重要含义在于给她带来了安全感，如果只有那些更厚的、更有仪式感的帽子能带给她这种感觉的话，也只能买下去戴下去了。

“我从来不理会那些贵得离谱的化妆品，”一起度过大学四年的下铺、在一家也算较有影响的化妆品厂牌工作了有6年多的安琦，煲电话粥时告诉我，“它们的成本真的太贱了，也许价格的百分之一都不到，我们支付的是广告和包装费用。”

很多化妆品添加成分，都以近似于神话的面目来到了铜板彩页，绘声绘色的文字配图描绘它如何倾注了科学家的灵感和心血、并具有梦幻般的美丽功效，柏姿的植物肉毒，兰寇的玻色因，雅诗兰黛海洋拉娜的海藻活性精萃……无不如此，或许很少有人想得到，这些内容不过是一次广告策划会上头脑风暴的结果。

但来自正规品牌的产品，的的确确，在安全性上面更有保障，这一点安琦也不想否认。卫生部颁发的2007版《化妆品卫生规范》中列举有1286种禁用物质和406种限用物质，并针对各种可能对人体造成危害的物质规范了将近毒理学试验方法、卫生化学检验方法、微生物检验方法和人体安全性功效检验方法，浩瀚繁琐的名词加操作步骤非是形式而已，仅仅说明，皮肤之事不可马虎，须在严格检控之下方可进行。规范中提及的绝大部分化学成分，在合格化妆品中的检出百分比甚至比在药品中还要低，一般而言，大厂牌会较严格地执行这些检验。而现实中，不少唯利是图的商人乃无视这些规范，尝试以各种狡诈手法突破约束，把不负责任的产品推向市场。为了避免成为牺牲，消费者切记，远离那些没有出处的、听上去很美的诱惑。

央视曾在2006年报道了一桩“葡萄籽抗敏平抚液晶”事件，数十名在美容院中使用此产品的女性短期内肤质获得了极大改善，而停用几天后就出现脱皮浮肿，程度重者无异于毁容。后经调查，发现非法制造商以糖皮质激素地塞米松（一种强效的细胞调节剂，属于1286种禁用之列）添加入平常护肤品，谎称用的是“全天然植物萃取物”，诱发顾客产生“依赖性皮炎”，致使她们只能像吸毒成瘾那样不停歇地使用，否则就会面目全非。这里的“依赖”二字，比戴不戴帽子，可要严重可怕得多了。

本文已刊发于《南都周刊》

[新生]父亲手记·我为什么捐了脐带血

Mon, 08 Mar 2010 10:07:00 GMT

等待飞飞出生的时候，护士拿来了一摞“要不要捐献脐带血”的表格。不捐，没关系；要捐，就填表，以便她要根据填好的表格通知接生的医生做准备。

于是，“脐带血保存”这个事情再次进入我的大脑。

1、

几年前飘飘出生，有朋友问我：脐带血保存了没有？按照他的说法，现在到处宣传保存脐带血的重要性，不把这笔钱花了都不好意思跟人打招呼——现在孩子这么金贵，要是不为孩子购买这份“生命保险”，总觉得自己不负责任，甚至多少有点负罪感。

他是个工薪族，保存脐带血的那笔费用虽然可以承受，但也不算轻松。但比起费用，他更关心的是：这个东西有多大用和保存的可靠性有多高。

我说听说过这事儿，不过产科医生和儿科医生都没有提过建议保存，我随便看了一下介绍，也觉得没什么必要，就没有保存。至于可靠性倒不是问题，从技术上说，长期保存血液难度并不大。因为我没有推销个人观点的嗜好，也没有问他最后交了那笔“生命保护费”没有。

我问那位护士那些表格是干嘛的。她说是脐带血库收集脐带血用的。跟献血一样，如果愿意就填表，孩子出生之后产科医生就把脐带血收集起来交给血库。这些血将来会被提供给公众或者科研机构使用。如果不愿意，就不用管了，医生会把脐带直接扔掉。

作为两个在生物医学领域边缘混迹的“科学人士”，孩子的妈妈和我对于建立这样的公用脐带血库是完全支持的。于是填了那一堆表格。

2、

但我感到好奇：美国的医生根本没有向我们推荐为自己的孩子保存脐带血。在飞飞出生之后，我忍不住探究了一下个中原因。

干细胞移植是现代医学中一个极其热门的话题。对于许多血液和遗传方面的疾病，干细胞移植可能是救命的手段。而本来要丢弃的脐带血中含有相当多的造血干细胞，又不存在配型的问题，因此被视作婴儿出生时宝贵的“副产物”。（来自他人的干细胞存在“配型失败”的风险，一个人与兄弟姐妹配型成功的可能性是25%，而与其他人配型成功的可能性就更低了。）

“自己的脐带血永远不会配型失败，保存自己的脐带血，以备将来的万一”成了保存脐带血的“理论基础”，也成了许多商业性保存机构宣传的诉求。

不过，美国儿科学会不推荐自己保存脐带血。他们认为，“保存脐带血”的营销方式主要是在利用孩子出生时父母脆弱的感情来得到认同，却在其中隐瞒了许多事实。

在美国儿科学会的公告中，专家明确指出了：使用自身干细胞来治疗疾病目前还主要是一种设想，而不是现实。

——虽然理论上说是可能的，一些实验也显示这样的疗法将来可能成为现实，但是这个“将来”有多远？

3、

那些存血机构经常宣称近在咫尺，科学家们却没有这么乐观。

另外，脐带血的数量是有限的，通常只有几十毫升。这几十毫升脐带血中，包含的干细胞数目，只够针对儿童的移植，

这意味着，这份保险要发挥功用，只能在一个有限的有效期内，而这份有效期，并没有商业宣传中形容的那么长。

虽然将来的医学发展有可能减少对脐带血量的需求，但这同样只是一种还没有科学进展支撑的“希望”。最重要的是，目前没有科学数据支持“使用自己的脐带血是有效的”。

商业机构的宣传，着眼点仅是“自己的脐带血没有配型的风险”，却避开了另一个问题：如果疾病是来自于遗传因素——这在血液病中很常见（比如白血病）——那么自己的脐带血干细胞也会携带同样的基因，因此并不能真正解决问题。

从逻辑上看，科学家们将来或许能够解决这个问题——因为我们无法知道将来的医学会发展到什么程度，无法知道这种可能性能否实现、何时实现。但是，商业机构却把“可能”渲染成了“现实”。

基于生物医学发展的现状，世界骨髓捐献协会（WMDA）、美国儿科协会（AAP）以及欧盟都不鼓励普通人保存脐带血以作“生命保险”。这些机构认为，只有当一个孩子具有血液或者遗传方面的缺陷，保存相同父母的其他孩子的脐带血才被认为有现实意义。

有了儿科学会的明确态度，就不难理解医生们不为商业存血机构做推销了。在美国，如果医生不顾科学事实和儿医学会的公告，为商业存血机构做了推销，会被当作违反了职业规范。如果这医生还从存血机构获得了某种利益，那么问题就更加严重。

不管是飘飘或飞飞，从孕育到出生的10个月中，我们没有收到过保存脐带血的宣传。

4、

即使是捐给公共的脐带血库，医院也没有做任何有倾向性的介绍，只是很轻描淡写地通知了我们有这么一回事而已。捐献后，对于个人没有任何好处，只有一张血库发来的明信片。医生和医院也得不到什么利益——血库会为取血的医生提供一点劳务费，不过据说多数医生也放弃了，而把取血的劳动作为一种公益。

事实上，现在世界上有很多脐带血干细胞移植治疗成功的报道，但是这些干细胞，并不是来自自己的脐带血。

这就要说回来：我为什么要捐献脐带血？

因为我知道，建立公用脐带血库的意义在于，让社会上多数的脐带血都进入公用的“脐带血库”，虽然不相关的人配型成功的概率很低，但只要可选的样本量很大，依然存在配型成功的很大可能。这是个很简单的算术题：即使异体配型成功的概率低到万分之一，但只要有了10万个可选的样本，配型成功的机会依然可观。

可惜的是，当国外捐献脐带血成为主流的时候，我们还是停留在“为自己留下希望”的虚虚实实的宣传之中。

————————来自另一位新妈妈级松鼠Denovo的非专家连线————————

比起骨髓造血干细胞来说，脐带血造血干细胞移植最大的优势在于：比较不容易产生排异反应，这是因为脐带血尚未进行免疫分化，因此不容易造成宿主免疫系统的排斥。即使是异体移植，如果配型成功，病人成活几率较高。目前西方的公共脐带血库远远大过中国的，这意味着西方人寻找配型将更容易些。

而对于自体移植来说，最大的问题是两点，云无心在文中都有提及：

1，倘若是遗传因素导致的疾病，自身干细胞将无法治疗，因为干细胞中也存在同样的遗传因素

2，脐带血干细胞数量稀少，单份脐带血移植供给成人远远不足。

以我家小松鼠的脐带血为例。收集到的血量一共是49.72毫升，其中带核细胞数为2.99×10^8，即近三亿个。

这个数目看似很高，但成功进行脐带血移植的最低要求是，受体（即病人）每公斤体重需要三千万带核细胞，越多越好。以一位成年人（假设70公斤重），要成功进行脐带血移植，就需要二十亿带核细胞，这数目要比脐带血中的高出一个数量级。

现在，“脐带血干细胞扩增技术”（通俗地说，不断复制脐带血干细胞，以大量增加数目，用于成体移植）是一个热门研究领域。难点在于，干细胞在增殖过程中很容易产生分化，从而失去其部分多能性（pluripotency），不能分化为所有的血液细胞，也就无法治疗疾病。而且，现在扩增出的干细胞主要还是靠表型测定来定量，但是我们并不十分清楚，同样表型的扩增干细胞，是否仍然具有原初干细胞同样的分化能力。有一些研究表明，扩增干细胞要达到同样的效果（例如在治疗白血病时，要在一个月之内产生多少白细胞），需要的量比原初干细胞为高，也就是说，扩增干细胞中的确已经有部分失去其多能性。

另外，公共脐带血库收取血样的标准（主要是在血量和干细胞数目上）比商业机构高很多，也就是说，即使是签署了捐献协议的父母，孩子脐带血经过严格的质量检查后也未必能够进入血库，而商业机构为了满足家长，即使细胞数目较低也会进行保存。

不过，在新加坡，只要签署了捐献协议，不论脐带血是否能够进入血库，将来都有优先搜索使用公共血库的权利。

虽然我叽叽歪歪了这么多，貌似保存脐带血只有千万分之一的意义，但是，在小松鼠爸爸的要求下，我们还是为小松鼠保存了脐带血。用她爸爸的话来说：万一将来扩增成功呢？万一可能用到呢？我不想冒哪怕千万分之一的后悔的风险。不就是交钱吗，钱能解决的事都不是大事！

（我替他补充：可是宝宝的事都是大事！我时常觉得，跟这个亲爹相比，我整个儿就是一后妈呀。）

悲剧并不只是《海豚湾》

Mon, 08 Mar 2010 04:41:00 GMT

刚刚得到的消息，《海豚湾》获得了第82届奥斯卡奖的最佳纪录长片奖。在入围本届奥斯卡最佳纪录片奖提名的作品中，《海豚湾》无疑是最血腥的一部。制作者拍摄到日本南部太地町渔民“土法捕杀海豚”的场景———海豚血染红了海湾。

从艺术和观点输出的角度来说，这部影片是十分成功的。互联网上也因此出现了一浪又一浪的针对捕鲸行为的谴责。压力如此巨大，以至于在2009年“太地町海豚捕杀季”里，除去被卖给各国海洋馆用作表演的之外，不少宽吻海豚被放回了大海。请注意，虽然日本渔民的捕鲸行为引起了国际社会的高度关注，但大规模捕杀小型鲸类的行为并不只出现在日本，丹麦、加拿大等国也存在类似的“屠杀”。他们的猎捕对象分别是长肢领航鲸和一角鲸，场面之血腥并不亚于“太地町大屠杀”。

《海豚湾》所涉及的问题确实存在。日本渔民每年都会绕开国际捕鲸委员会（IWC）的禁令，以“科研”为幌子到南大洋猎捕灰鲸、大翅鲸和长须鲸。这确实是一种可耻的行为，那些大型鲸类的生存状况十分糟糕，现存的大翅鲸可能已经不足12000头，而且它们的繁殖率很低，这使它们的种群恢复速度极慢。

但《海豚湾》仍然存在不少技术上的问题，比如它多次指责IWC不把宽吻海豚等小型鲸类列入禁捕名单。事实上，这些小型鲸类动物的数量并未受到现有捕猎规模的影响。以宽吻海豚为例，其种群数量虽没有确切统计，但是分布极广，十分常见。要求将其列入禁捕名单似乎并不合理。当然，人们很难接受这些“微笑使者”会变成“盘中餐”的现实。它们拥有发达的智能和上翘的嘴角。大家都愿意在水族馆里看一看它们。

呆在水族馆里会比出现在餐盘里更幸运吗？自1938年第一个以海豚表演为卖点的水族馆开业以来，类似的商业机构在世界各处遍地开花。看过海豚表演的读者很难想象它们的真正处境。自上世纪70年代开始，欧美各国相继出台了一系列规范以保证这些海洋哺乳动物演员的基本生存。按照欧洲水生哺乳动物协会制定的规范，一个容纳5只海豚的水池最小面积为275平方米，水深不得低于3.5米。换句话说，比人体量大一倍的海豚的最小生存空间仅有50平米大的一间房子大小。你可以想象一下，它们在那里生活得多憋屈。

终于，1985年澳大利亚率先禁止鲸类表演。1993年，英国最后一家海豚馆关门。2005年，智利和哥斯达黎加下令禁止一切鲸类的圈养活动。与之形成鲜明对比的是我国的“海豚馆”正在大江南北遍地开花。随之而来的是媒体上隔三差五可以见到这样的“感人故事”———人们又成功把异物从海豚的胃里取了出来。曾经有一位海洋哺乳动物饲养员这样对我抱怨：“好好的海豚，谁会没事儿吃气球玩儿呢？”

当地时间2月24日，在美国奥兰多海洋世界，29岁的雄性虎鲸“帝力空”（Tillikum）杀死了一名女驯兽师。虎鲸是体型最大的海豚。也许“体力控”只是用一种极端的方式告诉人们，虽然它们嘴角永远迷人的上翘，但它们并不高兴。

文字编辑：拇姬

已发表于新京报《新知周刊》

《环球科学》2010年第3期精彩导读

Sun, 07 Mar 2010 22:51:00 GMT

【封面故事】

“赤裸”的真相
撰文／尼娜·G·雅布隆斯基（Nina G. Jablonski）
如果没有赤裸光洁的皮肤，人类不会是人类：160多万年前，全球降温致使环境变化，食物减少，水资源匮乏，我们的祖先不得不开始长途迁徙。运动量增加导致产热增多，大脑等热敏感组织极易受损，人类生存面临危机。如果没有体毛脱落这个人类进化史上的关键转变，人类将不复存在。

人类体毛进化研究简史
撰文／董为

【汽车】

超级发动机让汽车更省油
撰文／本·奈特（Ben Knight）
能源匮乏、温室效应——地球面临的一系列危机，让道路上行驶的汽车背负了越来越沉重的责任。好在，科学家告诉我们，除了向清洁能源转型，我们还可以改造发动机，用更少的油，行驶更远的距离。

【环境】

氮污染：地球生命隐形杀手
撰文／艾伦·R·汤森（Alan R. Townsend）
罗伯特·W·霍瓦特（Robert W. Howarth）
氮肥的发明使全球粮食产量剧增。大量使用氮肥却造成了全球氮循环失控，带来了许多负面影响：藻类爆发、生物多样性丧失、疾病风险增加，甚至可能加剧全球变暖。但是为了保证全球粮食供给，我们不得不使用氮肥。我们应如何寻找一条更可持续发展的道路，来消除氮的负面影响？

【医学·健康】

细菌的信息战
撰文／B·布莱特·芬利（B. Brett Finlay）
释放毒素只是细菌最普通的攻击策略，信息战才是它们的主要进攻方式：控制细胞通讯系统，改变细胞骨架结构，利用细胞机器，使人体细胞甚至免疫细胞沦为傀儡，帮助它们入侵更多的细胞，轻松突破人体防御系统。基于细菌的致病策略，科学家将研究出比抗生素更有效更安全的新型抗菌疗法。

突破色觉禁区
撰文／文森特·A·比洛克（Vincent A. Billock）
邹鸿鹏（Brian H. Tsou）
你见过红绿色吗？这里不是指颜料混合出来的泥棕色，也不是红光和绿光一起打出来的黄色，更不是画家用红点和绿点构成的图案。红色和绿色属于对立色，因而不可能同时存在于一点。但科学家巧妙地避开颜色对立规则，让人同时看到两种对立颜色。研究这些有悖基本色视觉理论的现象，或许可以揭示大脑识别颜色的机制。

聪明的脑袋什么样
撰文／理查德·J·海尔（Richard J. Haier）
每个人都有自己独特的优势和劣势，即使是IQ分数相同的两个人，认知能力也不相同。这是因为在解决同样的问题时，每个人都以其独特的脑区组合方式运用大脑的某些区域。或许通过影像技术观察人们的脑区组合模式，就可以确定他们在哪些领域能够有更出色的表现。这对于教育、职业咨询等领域将有更大的帮助。

不理性的高IQ
撰文／基思·E·斯塔诺维奇（Keith E. Stanovich）
IQ高的人总是能做出正确的选择吗？有些人IQ超高仍然会犯一些跟其他人一样的小错误。这是因为智力测试并不能测量出所有的智力和认知能力水平。或许我们需要给现在所说的智力重新定义——那只是IQ测试中能够测量的那一部分。

全球肥胖的幕后推手
撰文／哈尔·阿尔科维茨（Hal Arkowitz）
斯科特·O·利林菲尔德（Scott O. Lilienfeld）
50年来，全球肥胖人口急剧增加。导致这场全球流行病的真凶，是我们不断改变的生活环境和饮食习惯：高热量食品无处不在，越来越多的人缺乏运动。

【社会学】

寻找另一半的科学方法
撰文／尼古拉斯·A·克里斯塔基斯（Nicholas A. Christakis）
詹姆斯·H·福勒（James H. Fowler）
人海茫茫，谁才是陪你度过一生的那个人？如果你还在寻找，请一定阅读这篇文章，用科学的方法，将帮助你最快和另一半相遇。

【生态学】

鲸的遗产：独特生态系统
撰文／克里斯平·T·S·利特尔（Crispin T. S. Little）
全世界最大的哺乳动物——鲸死后会去向哪里？沉入海底的巨鲸尸体将供养一个独特的生态系统长达上百年。科学家还在鲸残骸上发现了奇特的新物种，这也许能让我们进一步了解海洋化能合成生物的起源与进化。

【天文学】

恒星的艰难诞生
撰文／埃里克·T·扬（Erick T. Young）
一团星云在自身重量下坍缩，核心变得越来越密、越来越热，最终点燃了核聚变反应，一颗光芒四射的恒星就此诞生——这是在小学课本上就讲过的基础知识，但天文学家仍被其中一些细节所困扰：形成恒星的星云从何而来，为什么会坍缩？大多数恒星形成于密集的星群，彼此会如何影响？最耀眼的大质量恒星又如何突破理论限制而最终形成？

【前沿扫描】
失落的巨兽
钻石“地球”
电玩告别手柄
宽带接入更开放
沉船有毒
皮肤也能听
狂蟒之灾
对面的老鼠看过来
男性激素的“反作用”

【专栏】

【生命的壮阔】
“被流行”的“甲流”？
撰文／严家新

【遗憾人生】
后基因组时代的生物安全
撰文／谢蜀生

【临界质量】
合成生物学的真实前景
撰文／劳伦斯·M·克劳斯（Lawrence M. Krauss）

【怀疑论者】
还是种地要紧
撰文／迈克尔·舍默（Michael Shermer）

【反重力思考】
温室香蕉
撰文／史蒂夫·米尔斯基（Steve Mirsky）

【专家解答】
我们会永久失去自己的指纹吗

【经典回眸】
改善土壤◎居里夫人◎疫苗接种