 《三思科学》电子杂志
2002年第8期 总第14期
2002年8月1日
目 录
封面
封面故事
[柯南]台风！台风！
编者的话
[柯南]我们身边的外星人
新闻
[毛磊]病毒烹调术
[柯南]吃种子的鸟
[碧声]最早的人
[碧声]防御系统启动
[刘华杰]超自然信念与脑化学
[春上莱茵早]咕咕叫与眼冒金星
[碧声]简讯：
├ 嘤其鸣矣，求其友声
├ 冰期与厄尔尼诺
├ 在烈日和酷暑下
├ 吃相优雅的蛇
├ 巧克力的起源
├ 激光打开细胞之门
├ 更老的宇宙，更多的铁
├ 疟原虫的悠久历史
├ 把疫苗吃下去
└ 打破第二定律
求知
[九歌]陆生动物群(二)
[黄力民]音乐中的数学
[江华]抗生素：万用灵药？
[李淼]弦论通俗演义(十八)
译述
[道金斯]设计信仰制导的导弹
[卡尔·萨根]数以十亿
《自然》：通过设计的进化?
博物
[刘华杰]房上仙子：瓦松
[佳肴]鱼龙
[九歌]大山雀
[柯南]七月流火
观点
[陶世龙]还是文豪的势力大？
[赵南元]也谈科学与人文
历史
[高山]发现量子(一)、(二)、(三)
[春上莱茵早]春上莱茵
[柯南]温彻斯特硬盘
辨伪
[柯南]别闹了，月亮先生！(后编)
[方舟子]达尔文晚年忏悔了吗？
书评
[江华]我读《死亡的脸》
[高山]《量子》简介
[柯南]新书推荐：生命科学史、我
的大脑敞开了
网络
[柯南]科普网站推荐：人类的进化,
北京昆虫网、计算机历史博
物馆
版权声明·订阅与投稿须知
三思科学杂志社
本期责编 碧声
下期责编 异调
三思科学网站
©2002,All Rights Reserved.
|
 |
嘤其鸣矣，求其友声
在茂密的丛林中，模仿同类的叫声，可能是鹦鹉建立社会联系的重要手段。美国康奈尔大学的鸟类学家Jack Bradbury的一项研究，或许可以解释为什么鹦鹉那么善于学舌。
Bradbury在7月份于加拿大蒙特利尔举行的国际行为生态学大会上报告说，他和同事们研究了生活在哥斯达黎加丛林里的黄顶锥尾鹦鹉( orange-fronted conures, Aratinga canicularis )。这些鸟儿每天暂时地集结成群，共同寻找食物和栖息。它们相遇时，一些鸟儿发出特别的Chee（气~）声，每只鸟儿发出的Chee声都不太一样。模仿其它鸟儿的声音，似乎相当于向对方发出邀请“我们在一起吧”。
科学家用扩音器播放他们录制的Chee声，招来了一群好奇的鹦鹉，努力模仿扩音器发出的声音进行回应。大概四、五声之后，它们就能学得很像，尽管它们从前可能从没听过这种调子。集结成群后，鹦鹉们就要换成另一种声音，意思是“我们飞走吧”。如果扩音器发出的声音不能及时转换成这种调子，鸟儿就会失望，从而停止模仿。
大约有30~60%的时候，鹦鹉们会回应同类的叫声。一只鹦鹉是否作出回应，似乎取决于它是知道即将前往觅食的所在，还是打算跟着其它鹦鹉去找食。Bradbury认为，模仿是这种鹦鹉在丛林中进行通信交流的好方法。有动物学家认为，模仿叫声（效鸣）可能是鹦鹉普遍擅长的一种功能，对不同种类的鹦鹉有不同的用处。
冰期与厄尔尼诺
厄尔尼诺现象近来每几年就光顾一次，而冰期出现的周期则是成千乃至上万年，这两种看起来完全不在同一时间尺度上的现象之间会有联系吗？两个美国研究小组对地质记录的检验表明，在几万年前，北半球陷入冰期时，类似厄尔尼诺的现象出现在热带太平洋地区。这一发现可以帮助我们更好地理解和预测地球气候的迅速变迁，也使气候系统显得更加复杂。这一成果发表在7月12日的美国Science杂志上。
在热带太平洋海域，西部通常比东部温暖。但厄尔尼诺现象来临时，信风减弱，暖水东移，给东太平洋地区带来大量降雨，使秘鲁等国家陷于洪涝；与此同时，印度尼西亚和澳大利亚则苦于干旱。厄尔尼诺之后经常继以拉尼娜现象，即东太平洋地区水温异常降低。科学家分别在太平洋东西两边的印度尼西亚和加拉帕戈斯群岛研究气候变化的地质记录，得出结论认为，冰期与热带太平洋的厄尔尼诺现象之间存在某种关系。以往人们认为，北半球较为寒冷时，热带太平洋可能应处于拉尼娜现象时期。新研究则发现，与冰期对应的是厄尔尼诺现象。人们还不清楚这其中的具体机制和因果关系。
在烈日和酷暑下
万物生长靠太阳，但阳光太强烈、天气太热，也是不好的。英国科学家用转基因手段培育出了一种植物，它耐强光和高温的能力比普通植株要强。这种方法或许可以用于培育更能耐受恶劣条件的农作物，而且不必担心“基因污染”，因为其间并没有使用来自其它生物的基因，只是把植物本身具有的一个基因复制了一份。
植物接受光照，产生一种称为活性氧的物质，用它来制造糖类。如果光照太强、活性氧生产过剩，就会破坏植物细胞里的光合作用场所——叶绿体，使叶子褪色、产生黄斑，乃至枯萎死亡。植物本身已经进化出了对付这种情况的方法，例如产生叶黄素来破坏过多的活性氧，疏散阳光带来的多余能量。
英国谢菲尔德大学的科学家在7月份的Nature杂志了报告说，他们对拟南芥（这本来是一种没有经济价值的野草，但由于生长周期短等优点，是科学研究中重要的“模型植物”，就像动物实验中的果蝇）进行处理，把一个对叶黄素合成非常重要的基因复制了一份，增加叶黄素的产量。这样培育出的转基因拟南芥，在气温40℃摄氏度、光照强度相当于赤道地区正午光照强度的一半多一点的环境中生长了两个星期，明显地比在同样条件下生长的普通拟南芥要健康。
吃相优雅的蛇
蛇吃东西通常是囫囵吞下去的，它们也有牙齿，但不用来咀嚼。童话《小王子》里面，孩子画了一条刚刚吞下一头大象的蛇，被大人误以为是一顶帽子。事实上蛇不大可能吞下大象，它能吞下多大的东西，取决于它的嘴能张多大。不过美国科学家新发现了两种吃相优雅的蛇，它们会把猎物撕碎了、一块一块地吃。
杰勒德水蛇(Gerard's water snake, Gerarda prevostiana)是分布在南亚的一种蛇，人们在它的消化道中发现了螃蟹的碎片，整个螃蟹的尺寸远远大于蛇嘴所能张开的最大尺寸，这让人很费解。科学家在7月份的Nature杂志上报告说，他们使用红外线照相机观察发现，当杰勒德水蛇捕获体形较大的螃蟹的时候，它会用身体环成一个圈围住螃蟹，用嘴把螃蟹撕碎，最后吞下螃蟹碎片。杰勒德水蛇的亲戚Fordonia leucobalia也会这样吃东西，它们进化出的这种进食方式非常令人意外。世界上有2700多种蛇，迄今为止，只发现了这么两种蛇会这样的吃法。
巧克力的起源
人类与巧克力的甜蜜故事开始的时间，可能比我们原先认为的至少还要早1000年。科学家在中美洲国家伯利兹出土的一个有2600年历史的玛雅陶瓶中，发现了可可的残余物。在此之前，人们发现的最早的巧克力消费的考古证据属于公元400年。
美国科学家在7月18日的Nature杂志上报告说，杂志上报告说，他们使用新型光谱分析技术，在这个属于公元前600年的陶瓶里发现了制造巧克力的原料——可可豆特有的化学成分特征，其中含有约500种植物成分。这个黑色敞口陶瓶是在属于伯利兹北部的Colha遗址出土的，该地区曾经是玛雅文明的中心地带。可可是玛雅人日常消费的食物之一，常与玉米、辣椒和蜂蜜等搭配食用。陶瓶上有把手和长长的瓶嘴，有点像茶壶，研究人员猜测它可能用来把可可混合物倒到另一个容器里来制造巧克力泡沫。
激光打开细胞之门
对于基因疗法，我们关心的通常是“进行什么样的基因改造”。但隐藏在背后的问题“怎样实施基因改造”也很重要，因为既要有效地使外源基因与机体本身的DNA相结合，又要尽量少对细胞造成破坏。德国科学家研究出了一种基因移植的新工艺：用激光在细胞膜上打开一个很小的孔。
弗里德里希·席勒大学的Uday Tirlapur 和Karsten Konig在7月份的Nature杂志上报告说，他们使用超高频（脉冲时间间隔为10^-15秒级别）高强度的近红外激光脉冲，在哺乳动物细胞上打出小孔，将一段环状DNA释放到小孔中。这段DNA编码一种发出绿色荧光的蛋白质。结果，接受处理的细胞成功地发出绿光，并正常分裂。而没有受到激光“手术”的细胞则不发光。
目前常用的一种基因移植技术是电穿孔，即用电脉冲暂时提升细胞膜的渗透性。另一种技术是把需要移植的基因装在某种能侵入细胞膜的载体上，比如经过特殊处理的无害病毒。这种两方法都不能准确选择需要处理的细胞，移植的效率也较低。新的激光脉冲穿孔技术比它们优越，将促进基因疗法、DNA疫苗接种技术发展。
更老的宇宙，更多的铁
德国科学家发现，一个遥远类星体含有大量的铁，铁含量比例比太阳系还要高出几倍。类星体是非常古老的天体，它们诞生时宇宙还很年轻，而铁元素形成需要漫长的时间。这种异常高的铁含量，可能意味着宇宙比人们从前猜测的更老。
类星体是在照相底片上看上去像恒星的天体，它们异常明亮、遥远，有着巨大的红移，据猜测可能是剧烈活动的星系核。在那里，物质跌入巨大的黑洞，发出大量X射线。德国马普学会地外物理研究所的Günther Hasinger等人，利用XMM-NEWTON空间X射线望远镜，分析了类星体APM 08279+5255发出的X射线。这个类星体的红移为3.91，它诞生时，宇宙年龄大约是现在的1/10。它本来就很明亮，光线在到达地球的途中又经过了一个引力透镜的放大，因此格外明亮，适宜用于研究早期宇宙的情形和巨大黑洞附近的情况。光谱分析表明，这个类星体中心的铁含量异常高，铁－氧元素比例比太阳系高出3到5倍。目前人们对宇宙年龄的估计为150亿年左右，因此这个类星体诞生时，宇宙可能只有15亿岁。与之相比，太阳系形成于宇宙大爆炸之后90亿年。
大爆炸之初产生的元素只有氢和氦，所有的“重元素”都要是在后来形成的恒星的热核反应炉中合成的，然后在超新星爆炸中被抛入星际空间。这些星尘一部分参与形成新的恒星和行星（例如太阳和地球），另一部分则被星系中央的黑洞吸收。在核反应中，铁是最稳定的元素，无论是使它裂变还是聚变，吸收的能量都比放出的能量要多，产生大量铁需要很长时间。因此，这样古老的一个类星体里，铁含量甚至高于年轻得多的太阳系，是很反常的情况。对此只有两种解释：一是存在我们未曾知道的、更有效的铁元素产生机制，一是宇宙比想象的更老。目前看来，后一种似乎更有理些。
疟原虫的悠久历史
金鸡纳霜的传奇，可能很多人都听过。但传奇之后的事实是：全世界仍有几亿疟疾感染者，每年约有270万人因此死亡。疟原虫的抗药性使原本廉价有效的药物渐渐失去威力，医学研究人员几乎是在疲于奔命地开发抗疟新药和疫苗。对疟原虫基因组的新研究则使前景更加令人担忧：疟原虫的基因多样性可能比原先认为的更大，预防和治疗疟疾也比人们想象的更困难。
疟原虫通过蚊子传播给人，近年来有科学家提出，大约在3000~5000年前，大部分疟原虫灭绝了，剩下的少部分成为了现代疟原虫的共同祖先，这被称为“疟原虫夏娃”假说。根据这种理论，由于进化的时间短，不同种类疟原虫之间的基因差异可能不太大。如果真是这样，就有可能研制出适用于世界不同地区的“通用”疟疾疫苗和药物。但事实似乎并非如此。
一个美国研究小组在7月份的Nature杂志上撰文说，他们以来自世界各地的多种恶性疟原虫为研究对象，分析其3号染色体上的204个基因的单核苷多态性（SNP），即不同种类疟原虫的对应基因之间的微小差异。他们得出结论说，现代疟原虫的共同祖先可能产生于10~18万年前，几乎与现代人类祖先差不多同时出现，历史比以前认为的几千年要长得多。研究者还在疟原虫基因组中辩认出一个基因，它与疟原虫产生对抗疟常用药氯喹产生抗药性密切相关。以前的研究认为，抗氯喹的疟原虫曾在南美和东南亚分别独立地产生过一次。新成果则表明，疟原虫的基因多样性比原先认为的更大，抗氯喹疟原虫可能至少独立地产生过四次，其中东南亚和巴布亚新几内亚各一次，南美两次。
把疫苗吃下去
人长大了，就知道对疫苗心存感激，但小孩子总是怕打针。或许再过几年，新一代的孩子们不用再对着针头哭泣，父母只要哄他们吃一碗莴苣，麻疹疫苗接种就算是完成了。澳大利亚科学家在7月份的《病毒学》(Journal of Virology)杂志上报告说，他们给实验鼠喂食一种转基因植物，成功地提高了实验鼠对麻疹的免疫力。
研究人员先给实验鼠注射一种DNA麻疹疫苗，使鼠的肌细胞产生麻疹病毒蛋白，刺激免疫系统制造抗体。注射之后21至90天，再给它们喂食转基因烟草的叶汁，这种烟草能产生同样的麻疹病毒蛋白。结果表明，食用烟草叶汁的实验鼠，体内麻疹抗体含量比食用普通食物叶汁的实验鼠要高很多。DNA疫苗与植物疫苗的联合作用，使实验鼠体内产生了数量足以用于在人体内抵御麻疹的抗体。科学家还培育出了能产生病毒蛋白的转基因莴苣和稻谷，他们计划下一步用恒河猴和狒狒进行试验。
尽管对实验鼠有效的方法不一定对人有效，但人们仍对此成果感到振奋。麻疹每年夺去约80万人的生命，其中许多是非洲发展中国家的婴儿。目前普遍使用的麻疹疫苗是针剂，造价较为昂贵，需要冷藏，并需要专业人员用洁净针头进行注射，这些因素给发展中国家的麻疹免疫工作造成困难。一种安全有效、廉价、只需要吃下肚即可的转基因植物疫苗有望解决这些问题。不过，即使此类疫苗在人体试验中有效，转基因作物的种植和销售许可问题仍可能妨碍到它们的推广使用。
打破第二定律
世界是一个缺乏奇迹的赌场，热力学定律是赌场中不可违反的准则。第一定律（能量不能无中生有）的意思是“你不会赢”；第二定律（能量从一种形式转换为另一种形式时，会以释放热能的形式有所损失）则是说“你休想得失相抵”，久赌神仙输，一直赌下去你终究会输光。与拉斯维加斯不同的是，你不能选择离开热力学的赌场。不过，尽管从全局来说庄家总是赚的，玩家偶尔赢几把也没什么出奇。科学家最近在实验中证明了一个久已存在的猜想：在几千个分子或原子的微小尺度上，能量变化可以暂时违反第二定律。
澳大利亚国立大学的Denis J. Evans及其同事在7月份的《物理学评论通讯》上报告说，他们用激光约束微小的胶体颗粒，观察颗粒的运动轨迹，研究周围水分子的热运动对颗粒的影响。在短暂的时间（短于两秒）和微小的尺度上，研究人员观察到了熵减小的现象，胶体颗粒的动能在分子热运动的作用下有所增加，违反了第二定律。这证明了麦克斯韦在一百多年前作出的论断：第二定律是统计原理，不是数学原理，它依赖于物体包含大量分子的事实。在足够小的分子团里，也可能出现违反第二定律的情况。这一实验表明，我们对宏观世界的感受，不能简单地类推到微观世界，大型系统的运作规律，对小尺度系统——例如未来的纳米机器——未必适用。不过，以这种方式违反第二定律，并不能积累足够的能量改变物体的宏观表现，第二定律在大尺度上仍稳如磐石……玩家偶尔赢几把是可能的，但总的来说庄家稳赚不赔。
|
|
