在灰烬中繁衍

7 11 2019年

虽然有“飞蛾扑火”的成语,听上去很悲壮,其实飞蛾并不是被火而是被光吸引,更确切地说是“飞蛾扑光”。灯光同样能吸引它们飞扑过来。蛾是夜行动物,选择在夜间出来活动,就是为了能在黑暗中躲避天敌,趋光等于暴露自己的行踪,似乎不应该是它们的习性。它们为何会有如此反常的举动?目前对这个问题的解释还没有定论,常见的说法是飞蛾误把灯光当成了月亮,来为飞行定位,但是灯和月亮不同,与蛾离得很近,在蛾飞行时,它们之间的距离不断地发生变化。蛾试图让灯的方位保持不变,其结果就不再是沿直线飞行,而是一条围绕着灯的螺线,盘旋而来,逐渐接近光源,最后“砰”地撞上灯,或“哧”地被火烧着。学术界对这个解释是有异议的,但不管怎样,“飞蛾扑火”不是真的喜欢火,甚至不是真的喜欢光。

 

有一种昆虫,的确会“扑火”,而且是真的喜欢火。这是一种身长只有1厘米的吉丁科甲虫,美洲原住民对它们有一个很形象的称呼,叫做“火虫”,因为它的身体是黑色的,所以也叫做“黑火甲”。

 

火虫生活在森林里,人们平时难得一见。在很偶然的情况下,有时会见到它们。那时候见到的就不只是一两只,而是黑压压的一大群。在上个世纪40年代,在伯克利的加州纪念体育场观看橄榄球比赛的观众,时不时地就会受到无数火虫的骚扰,甚至还被火虫咬。这些火虫是从附近一片曾经被火烧过的森林飞过来的,吸引它们的是观众手中的烟火——那时候吸烟还非常流行,观众们几乎都是一边看比赛一边吸烟,一个体育场里同时点着的香烟能达到两万多支,这些烟火合起来,就把远处的火虫吸引过来的。在吸烟不再在美国流行而且公共场合禁止吸烟之后,这样的末日景象就再也见不到了。

 

抽烟那么小的烟火都能吸引来火虫,熊熊大火当然更会。1925年8月,壳牌石油公司储存在加州科林加(Coalinga)的75万桶石油被闪电击中,失火燃烧,把储存石油的山谷变成一片火海,烧了三天,吸引来无数火虫。但是科林加位于加州中部干燥的平原地带,周围并无森林,这些火虫是从哪里飞来的呢?昆虫学家分析,它们最可能是来自距离储存石油的地方远达130千米的一处森林。火虫在如此遥远的地方感觉到了,而且在火被扑灭之前赶到。

 

火虫被人为的火吸引来,不是为了骚扰人类,也不是为了扑火自杀,而是在寻找起火的森林,把吸烟烟火和石油火灾误以为是森林野火。加州森林起火的时候,第一时间赶到的往往不是消防员,而是火虫。在大火逐渐熄灭后,消防员会喷水消灭余烬,这时会惹来密密麻麻的火虫的攻击,就像捅了蜂窝一样。消防员为了保护自己,会戴养蜂面罩。皮肤裸露的部位,有可能会被冲上来的火虫划伤或刺伤。

 

火虫奔赴燃烧的森林,因为那是它们繁衍后代的关键所在。在森林还在燃烧的时候,赶来的火虫已开始交配。火焰一熄灭,雌火虫就飞到还有余烬的针叶树上,向烧焦的树皮里产卵。卵孵化以后,幼虫就以烧焦的树皮为食。如果树木没有被烧死,还是活的,在遭到害虫啃食时,会分泌天然“杀虫剂”——树脂保护自己。有的昆虫能抵御树木分泌的天然“杀虫剂”,但是火虫的幼虫不行,如果它们吃活的树木,将会被树脂杀死。所以它们只能以被烧死的树木为食。这听上去似乎很无奈,其实也有好处。野火过后,天敌和竞争者都被烧死或赶跑了,聚在一起交配的火虫不用担心被天敌吃掉,生下的火虫幼虫也可以放心地独享烧焦的美食,直到第二年夏天变成成虫,然后开始去寻找起火的森林,繁衍自己的下一代。

 

森林火灾的发生是很偶然的,并不容易找到。火虫怎么知道哪里的森林起火了呢?甚至能在一百多千米处就能感觉到呢?森林野火最明显的特点当然是熊熊的火焰。会不会是火虫从远处看到了火光才赶来了呢?不太可能是这个原因。火虫是白天活动的,只有在气温达到大约25摄氏度时它们才飞得动。而在白天,火焰不明显,在远处很难看到。森林野火的另一个特点是冒浓烟,烟中的物质可以在风的吹拂下飘得很远。昆虫的嗅觉通常很灵敏。火虫是不是通过感觉烟中的物质知道哪里起火呢?有人做过实验,用烟刺激火虫,并不能吸引火虫过去,因此认为火虫不是靠感觉烟来检测森林野火的。也有人做了实验,分离树木燃烧后散发出的气体,用它刺激火虫的触角,发现能引起反应,认为在火虫的触角上有烟感受器。火虫的烟感受器相当敏感,1 pg/ml浓度的气体就能让其感觉到,相当于一棵松树燃烧的时候,在1千米处感觉到。即便如此,远处的火虫也不太可能通过感受烟来定位森林火灾,因为烟在风的吹拂下飘忽不定,在远处很难定位。它们可能是在靠近起火森林时才让嗅觉派上用场。有证据表明远处的火虫的确不是被烟吸引的。糖厂储存滚热糖浆的容器和炼钢厂的熔炉有时也能吸引来远处火虫的光顾,而它们既没有向外冒火也没有冒烟,和森林野火的唯一共同点是发热。热是以红外线的形式辐射的。那么,火虫是不是通过感受红外线来察觉远处的森林野火呢?

 

动物能够感受红外线并不是一件特别奇怪的事。例如有的蛇在眼睛和鼻孔之间有一个窝器官,就是一种红外线感受器,它们在夜间捕猎时,借此能够通过感受温血猎物身体散发的红外线而“看到”猎物,就像戴着红外夜视镜一样。不过,这是在近距离“看到”的。火虫要在遥远的地方感受到森林野火发出的红外线,需要灵敏得多的红外感受器。在火虫中足靠近胸部两侧,的确有两个窝器官就是用于感受红外线的。每个窝器官含有大约70~90个红外感受器,集中在窝器官的底部。红外感受器是半球形的,直径只有12~15微米。红外感受器的外壳很薄,里面是一个直径10微米的液泡,连着一个机械刺激感受器。森林野火散发出的红外线传来,被红外感受器的外壳吸收,加热里面的液泡,液泡受热膨胀,压迫机械刺激感受器,发出神经信号,这样就让火虫感受到了火。它们飞行的时候,中足翘起,暴露出窝器官,时时感受着红外线的刺激,不断地调整飞行方向,逐渐向火源飞去。

 

森林火灾的火焰温度通常在500~1000摄氏度,发出的红外线波长为2.2~4微米。实验测定的结果,火虫的红外感受器能对波长2~6微米的红外线起反应,而对波长为2.8~3.5微米的红外线最为敏感,表明这个红外感受器就是为感受森林野火进化出来的。那么火虫对红外线敏感到什么程度呢?实验表明,当红外辐射低到每平方米0.6瓦,还能让火虫的红外感受器起反应。这相当于在前面提到的加州科林加石油起火后,在10千米处能感受到。这显然大大低估了火虫对红外线的感受能力,因为火虫是从130千米外的森林赶来的。昆虫学家通过建立模型,推算出火虫红外感受器的灵敏度至少也要是每平方米0.13毫瓦,才能感受到这场火灾。这个灵敏度与射电望远镜相当,远远高于目前市场上的任何一款红外探测器。

 

但是在火虫的周围,还有别的物体会发出热,而只要有热,就有红外辐射,周围物体发出的红外辐射可能比远处传来的森林野火的红外辐射还高,那么微弱的红外辐射淹没在周围的红外噪声中,火虫怎么能够辨别出来呢?这还是个谜。一种可能是,火虫通过对比两侧70~90个红外感受器的不同读数,来过滤掉周围的红外噪声。昆虫对气味的感受就是这样的,它们的触角上有数千个嗅觉感受器,通过分析来自这些嗅觉感受器的信号,排除周围噪声,感受微弱的气味。另一种可能是,火虫利用了“随机共振效应”:在满足某些特定条件(例如,微弱的信号是周期性的)的非线性系统中,噪声的存在反而能够增强对微弱信号的感受能力。我们知道有的动物的感官能够利用随机共振效应。例如蟋蟀利用随机共振效应,能够感受到飞来的天敌不断拍打翅膀时产生的气压的微弱变化。也许,森林野火熊熊燃烧的火焰,散发出的红外辐射给火虫提供了周期性的信号。

 

既然火虫的红外感受器要比已知的任何红外探测器都要敏感,人们就想到了要模仿它设计新型的红外探测器。实际上,已经有几个研究团队根据火虫的红外感受器研发出了仿生红外探测器。研究火虫的奇特行为,不仅能让我们感叹进化的神奇,还具有应用价值。也许,未来有一天,人们也能用仿造火虫红外感受器制造的红外探测器来监测森林火灾。

 

2019.3.7.

 

(《科学世界》2019.4.)

 

 



李国庆不幸得错了性病

3 11 2019年

当当网创始人李国庆、俞渝夫妇闹离婚,互相爆料。其中俞渝提到李国庆与男人滥交,声称保留了李国庆得梅毒的病历、化验单,暗示其得梅毒就是滥交的证据。李国庆回应称:

 

“我的梅毒是大约8年前在一家浴池洗浴染上的,打了6天针后治愈。不要单独摘出来惹大家想入非非。”

 

得了性病,就说是在公共浴池、公共厕所或宾馆染上的,这是很多性病患者的说法,目的当然是不想“惹大家想入非非”。现在李国庆也这么说,还说这是“真相”,我觉得有必要澄清一下,免得误导。

 

梅毒是由于感染梅毒螺旋体导致的。梅毒螺旋体是一种存活条件非常苛刻的细菌,对温度、酸碱度都非常敏感,它必须生活在pH 7.2~7.4的液体中,适宜温度为30~38摄氏度,只要遇热、遇冷、偏酸性、偏碱性、脱水就立即死亡。这就决定了梅毒螺旋体只能在人体体内生存,到了体外,很快就死亡。即便有梅毒患者到公共浴池洗浴,有梅毒螺旋体从梅毒下疳(梅毒螺旋体入侵时形成的伤口)排出来,马上会被浴池里水杀死,是感染不了共浴的人的。同样,梅毒也不会通过公共厕所、宾馆或与梅毒患者的日常接触传染。

 

梅毒传染的途径只有三条。一条是母婴传染,患梅毒的孕妇传染给了胎儿。一条是血液传染,输了梅毒患者的血液被染上了。这两种情形现在很少见了。最常见的是第三条途径,即性接触传染,在性交、肛交或口交时,粘膜或皮肤直接接触到梅毒下疳,梅毒下疳里梅毒螺旋体穿透粘膜或从皮肤小创伤进入体内。男同性恋是梅毒传染的最高危人群,大部分新发梅毒病例都是男男性接触导致。中国男同性恋群体大约10%患有梅毒。

 

总之,在浴池洗浴是不会让人得梅毒的,除非是在洗浴之外还发生了性行为,特别是男男性行为。根据2011年7–12月对中国卫生部-盖茨基金会艾滋病防治合作项目地区的14个城市的调查结果,男男性行为人群浴池组有最高的梅毒感染率(高达12.4%),明显高于酒吧组、网络组、公园/公厕组和其他组。也就是说,在浴池发生男男性行为感染梅毒的风险最高,这是因为在浴池寻找性伴的男男性行为人群流动性较大,更容易有多性伴行为,浴池可以提供特殊的环境和固定的性场所,且更易发生无保护性行为,在快速更换性伴时很难保证安全套的使用。(《不同招募途径的男男性行为人群梅毒感染状况及影响因素分析》,《中华预防医学杂志》2015年05期)

 

其他的性病也主要是通过性接触传染,否则就不叫性传染病了。不过,不同性病病原体在体外存活能力有强有弱,并非都像梅毒螺旋体那么脆弱,所以有的性病偶尔能通过日常接触传染上。例如另一种常见性病淋病,其病原体淋球菌在体外脓液中可以生存几十分钟甚至几个小时,如果外生殖器接触了沾有淋病患者脓液的毛巾、内裤,是有可能被传染上淋病的,虽然可能性非常低,毕竟没法完全排除。如果李国庆得的是淋病,他说是在浴池洗浴得的,虽然可疑,却没法否定有这种可能性。但他得的是梅毒,就不能以此为借口了,所以说,他不幸得错了性病。

 

2019.10.26.



世界上最古老的树

27 09 2019年

在加州东部,耸立着宏伟的内华达山脉,那里有美国本土第一高峰惠特尼峰(海拔4418米),美国落差最大的瀑布约塞米蒂瀑布(739米),美国最大的高山湖塔霍湖(湖面面积490平方千米)……内华达是西班牙语“被雪覆盖着”的意思,即使是七月,内华达山脉的高峰上,依然覆盖着白雪。而在山脉的东部,南边是一望无际的莫哈维沙漠,北边是白山山脉,隔着欧文山谷与内华达山脉遥遥相对,最高峰4344米,为美国本土第四高峰。

 

白山属于美国因约国家森林,和拥有约塞米蒂、红杉、国王峡谷等国家公园的内华达山脉相比,显得人迹罕至。蜿蜒狭窄的盘山公路也会让一些游客望而却步。盘山公路有数公里路段甚至连路肩都没有,车辆紧贴着悬崖缓慢行驶,开车必须全神贯注,小心翼翼,不能被壮丽的风景分心。如此冒险前行,是为了一睹山顶上一片“古代刺果松森林”。

 

刺果松之所以叫这个名字,是因为它的雌性松果上有刺。它是生长在美国西部高山上三种亲缘关系密切的松树的统称:生长于加州、内华达州和犹他州的大盆地刺果松;生长于科罗拉多州、亚利桑那州、新墨西哥州的落基山刺果松;只生长于加州的狐尾松。其中狐尾松是最早被植物学家发现的,为纪念19世纪英国植物学家约翰·巴尔弗(John Hutton Balfour),拉丁学名称之为巴尔弗松,这三种松树在植物学上就统称巴尔弗亚组,因此中国往往把它们统称狐尾松。根据名从主人的原则,我认为还是根据美国的叫法统称刺果松为好,不容易引起混淆。

 

白山古代刺果松森林中的刺果松是大盆地刺果松(以下说的刺果松都指这种刺果松)。它生长在海拔三千米以上的,在几乎没有其他树种(除了少数几种松树)能够生存的干旱、贫瘠的土壤中生长,枝干被风雕塑得盘屈交结,犹如一个放大的盆景。它的木材质地非常密,又富含树脂,因此可以抵御昆虫、真菌、细菌的入侵,即使完全裸露,也不会腐烂,而是像石头那样遭受风霜的侵袭,变得奇形怪状,就像一个巨大的根雕。刺果松最吸引眼球的,就是那些只剩下光秃秃的虬屈树干的老树,第一感觉是它们已经死了。这种感觉有时是对的,你面对的可能是一棵已经死了很多年、但是屹立不倒的死树,有的已经死了几千年。但是更多的时候,再看仔细一点,会注意到有嫩绿的树叶从枝条上长出,表明它还活着。刺果松有一个奇特的属性,树干的一部分死了,不妨碍其他部分继续生存、生长。古老的刺果松往往大部分树干都已死亡,只有窄窄的一小部分树干还活着。这是因为刺果松的根系很特别,每条根分别为一部分树干输送水分和养料,它死了只会让那部分树干死亡,不影响其他部分的树干。对别的树来说,如果大部分根都死了,剩下的根不足以为整棵树提供水分和养料,就会导致整棵树的死亡。而对刺果松来说,大部分根的死亡只是导致与其相通的那部分树干的死亡,不妨碍树干的其他部分继续靠剩下的根生存下去。

 

因此刺果松的寿命极其长,可以长达5000年,是已知的最长寿的生物体。这是亚利桑那大学科学家埃德蒙·舒尔曼(Edmund Schulman)发现的。1957年,他到白山这片刺果松森林普查。众所周知,有一个相当准确的办法可以确定一棵树的年龄,那就是数一数它在生长过程中形成的年轮。简单的办法是把树砍了去数树干横切面的年轮,但这样就把树彻底毁了。为了不伤害珍稀树木,植物学家用一种特殊的工具——生长锥对树干钻孔,获得和铅笔粗细差不多的树芯样本,这样不砍伐树也能获得树的年轮。像刺果松这样树干形状很不规则的树,还需要多处钻孔取样才能获得完整的年轮数据。

 

舒尔曼用这种方法发现很多刺果松的树龄长得令人惊讶,其中最古老的一棵他计算出在公元前2833年发芽,当时已有4789岁。这棵树后来被称为玛土撒拉树,以希伯来《圣经》中最长寿的神话人物命名,其实此人不过活了区区969岁。舒尔曼在发现玛土撒拉树的第二年就去世了,只活了49岁,而这棵树目前还活着,已有4851岁,是世界上活着的最古老的树。为了避免被游客破坏,这棵树的确切地点保密,也不做标识。当然,刺果松那么多,并没有被全都取样数过年龄,完全可能还有比玛土撒拉树更古老的树还活着,未被发现而已。2010年,亚利桑那大学的研究人员汤姆·哈兰(Tom Harlan)声称在白山还有一棵比玛土撒拉树年纪还大的树,树龄高达5062岁。舒尔曼对这棵树取过样,但是来不及去研究其年龄,哈兰是在研究舒尔曼留下的树芯样本时发现的。不幸的是,这个研究人员没有向任何人透露是哪棵树,他研究的那个树芯样本在他去世后别人没能找到,这棵树究竟在哪里,是不是年龄真的有那么大,也就没法确认。所以,玛土撒拉树到现在仍然被公认为是世界上年纪最大的还活着的树。玛土撒拉树不仅还活着,而且还有繁殖能力。1972年,研究人员在研究玛土撒拉树时,发现它长了一个松果,松果里有96颗种子。他们把种子种到土里,全部发芽长成树苗。

 

之所以强调玛土撒拉树“还活着”,是因为历史上发现过一棵年纪比玛土撒拉树还大的刺果松,但是已经死了。1964年,犹他大学地质系研究生唐纳德·科瑞(Donald R. Currey)正在研究气候变化对冰川的影响,他母亲寄给他一期《国家地理》,里面有舒尔曼介绍刺果松的文章,他读了以后第一次知道有这么古老的树。科瑞当时在内华达州的大盆地国家公园做研究,那里也有刺果松,他想,也许通过研究其年轮可以了解冰川在内华达州的变化。他随机看中了一棵被称为普罗米修斯树的古树。一开始,他尝试用生长锥取样,但是一直没能成功。于是他向森林管理局申请砍倒这棵树,以便直接数它的年轮,获得了批准。在护林员的帮助下,这颗树被砍倒,科瑞割下树干圆盘回宾馆数年轮,数了一遍又一遍,恐怖地发现他无意中砍倒了世界上最古老的树:4862岁,而当时玛土撒拉树才4796岁。

 

玛土撒拉树能告诉我们4800多年的历史,但是还有一些死去的刺果松生活的年代比玛土撒拉树还要古老,它们的年轮同样可以告诉我们它们生活的年代的状况。把活着的和死去的刺果松的年轮排列起来,就有了一份长达9000多年不间断的历史记录。这个历史记录非常准确,甚至被用于校对碳14测定年代法。年轮不仅能告诉我们树木的年龄,而且还能告诉我们在树木生长过程中发生的环境(气温、降雨、阳光等等)变化,因为这些变化会影响到树木的生长速度,在年轮中就能表现出来。

 

通过研究刺果松的年轮,有时会有出乎意料的发现。例如,在研究玛土撒拉树的年轮时,科学家发现它在公元前1627年生长特别缓慢,最可能的解释是在那一年有过一次特别大的火山爆发,火山烟灰充满了大气层,长期遮蔽阳光,导致气温下降,让刺果松生长极其缓慢。人类文明史上最大的一次火山爆发是爱琴海的圣多里尼火山爆发,导致位于克里特岛米诺斯文明的毁灭,有人推测亚特兰蒂斯大陆的传说就是因此而来。但是地质学和考古学研究没法确定圣多里尼火山爆发的确切年份,因为当时并没有历史记录。也许它被生活在地球另一端的玛土撒拉树记录了下来?

 

有的对刺果松年轮的研究结果则是意料之中的。亚利桑那大学的研究人员在研究了678棵活的和死的刺果松的年轮后发现,从1951年到2000年这50年间,树木长势特别好,年轮宽度中位数达到0.58毫米,比自从公元前2650年以来任何一个50年间隔的中位数都要大。这是因为这50年气候变暖,导致刺果松生长速度变快了。但是气候变暖并不利于刺果松的生存。它们更适合生长于较为阴凉的环境。在地质史上,加州还有一些地方,例如莫哈维盆地的山麓,曾经有过刺果松森林,后来随着气候逐渐变暖消失了。和以前的气候变暖不同的是,现在的气候变暖是人为造成、变化迅速的,这个最古老的树木,难道要毁于人类之手?

 

2019.8.14.

 

(《科学世界》2019.9)

 

 



每天该走多少步?(扩充版)

25 07 2019年

我住在山脚下,生性喜欢远足、爬山,又给自己定了一个普查当地野生植物的任务,基本上每天都会去野外远足。我并没有给自己定每天要走多少步,但根据手机自带程序的记录,今年以来每天平均行走的步数,恰好是一万步左右。其中最多的有一天走了一万七千多步。有的人很替我担心,每天这么走,会不会走得太多了?会不会达不到锻炼效果反而对身体有害啊?

 

并不止一般人会有这种担心。现在流行健步(也就是快步走)作为健身方式,很多人以一天健走1万步甚至更多步作为目标,这也引起了某些“养生专家”的担忧。2017年4月,中国疾病预防控制中心慢病中心、中华预防医学会健康传播分会、国家体育总局体科所群众体育研究中心等七家专业机构,在云南腾冲联合发布《科学健走腾冲宣言》。对于朋友圈中动辄两三万步的运动量,《宣言》发布相关提示:过度健走可能造成腿部关节的慢性劳损,应避免大运动量地进行单一方式的锻炼。他们的建议是,对于仅以步行作为运动方式的普通成年人,每日步行总量8000-13000步,其中健走5000-8000步,日常生活约3000-5000步。

 

这些部门名头听上去很权威,他们的说法有科学依据吗?是不是每天健走超过了8000步就会伤害身体呢?我们来跟国外相关机构的建议做个对比。美国疾病预防控制中心没有建议每天应该健走多少步。他们的建议是每周至少做150分钟中等强度的有氧运动,或者75分钟高强度的有氧运动,另外还要有2天以上做肌肉增强运动。中等强度的有氧运动就包括健走。假如把中等强度有氧活动都算成健走,每周150分钟,分摊到5天,就是每天健走30分钟。多数人健走的速度是每10分钟走1300步,每天30分钟,就是大约4000步。但是美国疾控中心还建议,对于年纪比较大的人,每周锻炼的时间应该增加一倍,那就是每天健走大约8000步。这个刚好等于中国疾控中心建议的每天健走步数的上限。我怀疑中国疾控中心的建议就是从美国疾控中心的建议转换来的,但是理会错了美国疾控中心的意思。美国疾控中心建议的是下限,不是上限。事实上,美国疾控中心还建议,如果每周运动时间超过300分钟,对身体的锻炼效果会更好,时间越长,效果越好。它并没有规定运动时间的上限。也就是说,如果每天健走8000步以上,对身体的锻炼效果会更好,走的步数越多,效果越好。

 

不过,美国疾病预防控制中心建议的是运动强度和运动时间,这是有很多研究作为依据的。但是我们把它完全换算成健走步数,不一定就很恰当。最好能够直接研究走路步数多少与健康的关系。这样的研究也不少。今年5月《美国医学会杂志》发表一篇论文,研究的就是这个关系。研究人员在2011~2015年间找了18000多名美国老年妇女(平均年龄72岁),让她们连续7天在行走时佩戴记录设备,记下了每天行走的步数。有大约17000人符合实验要求。然后在2018~2019年间跟踪调查这些人的状况,发现有504人已经死亡。这样就可以分析得出每天走路步数多少与死亡率高低的关系了。

 

分析的结果是这样的:行走的确有益健康,能降低死亡风险。每天行走步数每增加1000步,死亡率就降低大约15%。在每天步数达到4400步时,死亡率出现了显著下降,和每天步数2700步相比,死亡风险降低了大约40%。每天行走步数越多,死亡风险就越低,直到每天步数达到7500步时,死亡风险不再下降,也不上升,而是进入了平台。所以每天步数超过7500步并不会增加死亡风险,但是也不再进一步降低死亡风险,就此而言没有害处也没有额外的好处。此外,这项研究也分析了行走速度与死亡率的关系,发现行走速度的快慢与死亡率高低无关,影响死亡率的是每天行走步数的多少,而不是行走速度的快慢。

 

但是这项研究有很大的局限,它研究的是老年妇女,未必适用于中青年人。而且它只研究了每天行走步数与死亡率的关系,而没有涉及身体健康状况。即便每天步数到一定程度以后,不再能进一步降低死亡风险,但是能让身体更健康、降低疾病风险,不也很好吗?所以每天步数超过7500步,有可能仍然能带来额外的好处。事实上,以前有一些研究支持这一点。例如,有一项研究发现,患有高血压的绝经期妇女,每天行走步数从大约5000步增加到1万步,12周后,收缩压降低6毫米汞柱,24周后,再降5毫米汞柱。另一项研究发现,绝经期妇女每天行走步数5000-7500步的,体质指数明显低于每天行走不到5000步的,而每天行走7500-9999步的,体质指数又明显低于每天行走5000-7500步的(不过每天行走1万步以上的体质指数与每天行走7500-9999步的无显著区别)。2010年加拿大公共卫生署资助一批研究人员研究每天步行多少步才能达到健康指南的要求,结论是,想要有正常的体质指数,男人一天要走11000~12000步,女人一天要走8000~12000步。

 

值得详细介绍的是2017年3月英国瓦维克大学研究人员在《国际肥胖症杂志》发表的一项有关研究结果。他们研究的是苏格兰格拉斯哥邮电局的员工。那里的邮递员通常通过走路送信,每天要走很多路。但是邮电局办公室工作人员当然和其他办公室工作人员一样是坐办公室的,上班时间大部分都坐在椅子上,显然走路要比邮递员少很多。这就为研究走路步数与健康的关系提供了机会。研究人员找了该地邮局的111名员工(邮递员和坐办公室的人数差不多)参与研究,这些人有男有女,大部分年龄在40~60岁,没有人患有心脏病。研究人员让他们佩戴记录设备一星期,算出邮递员每天平均要走大约15000步,而坐办公室的人每天平均只走大约5000步。研究人员测量了这些研究对象的身体状况,发现坐办公室的人腰围更大、体质指数更高、血糖控制更差、胆固醇状况更差,也就是说,他们更容易得心脏病。在每天静坐的时间超过5个小时后,每多坐一个小时,得心脏病的风险增加大约0.2%。而邮递员通常有正常的腰围、体质指数、血糖控制和胆固醇状况,得心脏病风险较低。只有那些每天行走步数超过15000步或站立时间超过7小时的人,才没有代谢综合征的指标。所以英国研究人员建议每天至少要走15000步。在中国疾控中心看来,这岂不是要把膝关节给走坏了?

 

认为走路走多了就会导致腿部关节磨损,完全是想当然的无稽之谈。我们可以和跑步做个对比。跑步和健走的活动部位是相似的,只是活动强度要大得多。以前人们也是担心经常跑步会把膝关节跑坏了,有所谓跑步膝的说法。但是近年来多项研究都表明,长跑运动员和跑步爱好者得膝关节炎的风险并不比普通人高,有的研究发现风险反而更低,跑步对膝关节有保护作用(参见我以前写的《运动会损害膝盖吗?》)。既然跑步都不会把膝关节跑坏,健走两三万步怎么可能反而把膝关节走坏呢?除非因为碰撞、扭伤导致膝关节受伤,否则锻炼总的来说对膝关节是有好处的。当然我不是说经常健走、跑步的人就不会得膝关节炎。膝关节炎非常常见,经常健走、跑步的人当中相当一部分也会得,然后就怪罪到健走、跑步,其实他们得不得关节炎跟健走、跑步没有什么关系。

 

从目前的研究结果来看,健走是一种很好的健身方式,只要经常走路,对身体就有或多或少的好处,走的步数越多,锻炼效果越好,至少不会有什么害处。所以如果有时间、有条件,就应该多走路。每天健走1万步,当然是一个主观设定的目标,但是是一个很合理的、值得提倡的目标。中国好不容易有点运动热潮,专家们就看不惯,就出来吓唬人了,还是卫生主管部门的专家呢,还号称是提倡“科学健走”呢,却尽干与其职责、与科学相反的事。

 

2019.6.9.

 

(《科学世界》2019.7.)

 

 



当你遇见老虎

25 06 2019年

(近日我们这里(加州圣地亚哥)的一个自然保护区发生美洲狮袭击一名4岁小孩的事件,同行的10个人都吓跑了,只有小孩父亲留下来与美洲狮搏斗,把它赶跑,小孩只受到轻伤。后来这头美洲狮被护林员找到、杀死。美洲狮攻击人的事件很少见,上次圣地亚哥发生这种事还是20多年前。万一遇到了美洲狮怎么办呢?这篇文章是我两年前写的,没有发过,现在发了供参考。)

 

最近网上很热闹的一件事是,有一个农民工带着全家去宁波野生动物园玩,自己舍不得买票,翻墙过去,刚好进入了老虎的地盘,被咬死了。不久以前也有游客在北京八达岭野生动物园老虎区下车,被咬死了。台湾也发生过有游客掉入老虎圈子里,被救出来只受了轻伤。为什么有的被咬死了有的只受了轻伤呢?万一碰到了老虎要怎么应付呢?从这些零星的事件是无法总结出规律的,那个受轻伤的台湾游客完全可能只是运气好。在一个密闭的空间人和老虎相遇,双方都无处可躲,结局如何就是个运气问题。

 

老虎在中国野外几乎绝迹了。在印度、孟加拉的老虎保护区,还时不时地会发生老虎吃人事件,不过那离中国人太遥远。如果不自己找死或意外地掉进老虎圈,我们和老虎近距离接触的机会是零,不用想着万一要和老虎面对面要怎么应对。另一种大型猫科动物对我们的威胁要大得多,那就是美洲狮。现在有越来越多的中国人到美国、加拿大旅游、生活,由于美洲狮受到保护,数量增加,它的活动范围又和人们居住区、旅游区重叠,偶尔就会发生遭遇美洲狮,甚至遭到美洲狮袭击的事件。近年来在美国、加拿大一年平均会发生4~6起美洲狮袭击人的事件。我住在一座山脚下,几年前就有我认识的人在山里遇到美洲狮,政府因此在山上贴了警示,告诉人们这里有美洲狮,遇到了要怎么对付。

 

美洲狮袭击人的事件,要比老虎、狮子袭击人罕见得多,但是因为每一起美洲狮袭击人事件都有详细的调查、记录,对它的研究反而是最详细的,也一直有人要从中统计出规律,提出应对美洲狮的办法。最常见的一条建议是遇到了美洲狮,千万不要吓得撒腿就跑,原因据说是如果跑起来,反而会激发出美洲狮捕杀猎物的本能,而人是跑不过美洲狮的。有些研究支持这个观点。统计表明,人在遭遇美洲狮的时候,如果处于激烈活动状态,比如奔跑、骑自行车、玩耍、滑雪,那么有25%的概率被杀死,而如果不是在运动,被杀死的概率只有8%。但是也有的研究发现,在遇到美洲狮时,快速逃跑生还的机会反而比较大,选择跑的人大约有一半逃脱掉了,而选择站着不动的人只有26%最终毫发无损地脱离危险。不过,选择逃跑被杀死的概率也稍大一些,是28%,而选择不动的人被杀死的概率是23%。所以究竟该不该跑,很不好选择。

 

不过有一点是比较明确的,如果不跑,那也不要被吓得一动不动,或者是装死。装死的做法有时候能够让熊放弃攻击,对美洲狮这招没用,反而会让它觉得你是个软弱的猎物,可以轻易吃到。应该让它觉得你不是那么好欺负的,盯着它看,敞开外套,举起手挥舞,让它觉得你很高大,对它大喊大叫,挥舞树枝、木棍,扔石头。统计表明这些做法有时能把美洲狮吓住,能够降低美洲狮发动袭击的概率。美洲狮习性比较害羞、小心,这么做是不是也能吓住老虎,就不一定了,老虎比美洲狮更有攻击性,对它虚张声势反而有可能激怒了它。

 

如果美洲狮没被吓住,发动了进攻,那么千万不要转身,因为美洲狮最喜欢的是从后面或侧面进攻,咬住受害者脖子后面的脊椎,转身相当于把自己的弱点暴露给它了。也不要坐以待毙,用棍子、石头甚至赤手空拳反击回去,这样做有时候也能把它赶跑。美洲狮发动进攻后,只有15%的概率能咬死人。特别是如果不是孤身一人,两人或更多人一起反击,几乎肯定会成功。被咬死的成年人都是孤立无援的。但是反击对老虎来说就没什么用了,老虎比美洲狮强悍得多,是最凶猛的猫科动物,它发动进攻后咬死人的概率是78%,而狮子咬死人的概率也只有62%。

 

美洲狮最喜欢攻击小孩,被美洲狮咬死的也主要是小孩。大人和小孩在一起并不会减少美洲狮袭击小孩的风险,但是如果小孩遭到攻击,大人积极解救,会减少小孩死亡的概率。所以在美洲狮出没的地方,带小孩外出要特别注意。不过美洲狮攻击人仍然是小概率事件,人不是美洲狮的猎物,在通常情况下它们是不会出击的。有时人在山上走,美洲狮就潜伏在路旁,看着人不知不觉地经过了。我们要学会和大型猫科动物相处,不要去招惹它,更不要自己找死。

 

2017.2.3

 

 



银河系里有没有外星人?

20 06 2019年

地球之外是否有生命?是否有智能生命?是否有文明?早在两千多年前,古希腊的哲学家就已经在认真思考这些问题了。其中有一位如此写道:“在一片旷野中只有一株麦子,和在无限的宇宙中只有一个生命世界,都是不自然的。”当哥白尼发现了地球不是宇宙的中心后,这些问题又再次被提了出来。既然地球只是一颗普通行星,那么其他行星上面是否也有生命世界?布鲁诺即认为,宇宙是无限的,到处都有生命世界。这种观念被异端裁判所列为布鲁诺的八大罪状之一,使他被处火刑。但之后有天文学家继续思考这个问题,比如惠更斯就写过论文说明外星人应该是什么样子。

 

在进化论确立以后,这个问题的答案是显然的。既然人类不是神创的,而是进化出来的,那么我们有什么理由否认,在浩瀚宇宙的其他地方,也有可能进化出智能生命呢?其他星球存在智能生命,并不只是一种科学幻想,早已是科学界的主流观点,并且还启动了寻找地外文明的科研项目:1960年,科学家们开始监听从茫茫太空中传来的无线电,试图发现其中包含有智能信息。如果其他地方存在高度发达的文明,而他们又像我们一样好奇,热衷于寻找别的文明,最为便宜、方便的方式是发射含有信息的无线电波。这项寻找地外文明的工作持续至今,由加州大学伯克利分校的寻找地外文明研究中心主导,目前又扩展到寻找地外激光信号。以后还计划向离我们最近的恒星比邻星发射微型探测器。寻找地外文明的结果比大海捞针更加渺茫。如果我们能在有生之年发现任何存在地外文明的确切证据,是极为运气的。但是,如果我们不去找,那么运气也许永远不会降临。

 

也一直有人嘲笑寻找地外文明的尝试。有人试图给出理由否认地外文明的存在,提出“稀少地球”假说。按照这个假说,太阳刚好位于银河系适宜带,地球又刚好位于太阳系适宜带,而且刚好又有月球作为卫星,使得地球有一些适合生命出现的特征,在地球进化史上复杂生命、人类的出现又是多么偶然,以此说明人类的出现是小概率事件,我们很可能是银河系中唯一的一群孤独的智者。但是这个推理是经不起推敲的。即使智能生命的出现是小概率事件,也推导不出在银河系中只能发生一次。何况这些理由都是根据我们对地球生命史的了解提出的,而地外智能生命完全有可能和人类大相径庭。

 

物理学家费米曾经从另一个角度质疑地外文明的存在。1950年,费米在一次会议上问道:理论上人类能够在一百万年以后飞行到银河系的各个星球,如果我们能,那么那些比我们早进化一百万年的外星人也应该能。那么为什么他们还没到地球来?他们究竟在哪里?费米的意思是,我们在银河系中很可能是孤独的。其实对这个所谓“费米悖论”很容易反驳:可能没有哪个文明能够在银河系各处殖民,可能我们离其他的文明都过于遥远,可能还没有哪个文明进化到能够在星际旅行的程度,可能已有外星人在很久以前访问过地球又走了,当然也有可能外星人正不为我们所知地观察着我们。

 

1961年,美国天文学家弗兰克·德雷克试图定量地说明外星人存在的概率,提出了一个计算公式。这个“德雷克方程”本来只是开玩笑,没想到现在却被正儿八经地写入了天文学教科书,号称是仅次于爱因斯坦质能方程的第二著名方程。这个方程很简单,人人可以掌握:

 

N = R * f(p) * n(e) * f(l) * f(i) * f(c) * L

 

其中N表示银河系中“通讯文明”(即能发射、监听星际通讯)的数目。右边各项为计算这一数目的参数,*为乘号。

 

第一个参数 R 为每年在银河系中形成的恒星的数目。德雷克最初的估计是银河系平均每年新产生一颗恒星。现在看来这个估计过于保守。按照美国太空总署的最新计算,银河系每年新产生的恒星的质量为0.68~1.45个太阳质量,而新恒星的平均质量大约是0.5个太阳质量,这样算下来银河系每年大约有1.5~3个恒星产生。让我们取个中间数,设定R=2。

 

第二个参数f(p)表示 R 之中具有行星系统的比例。在形成恒星的过程中,星云不停地旋转、坍塌,速度越来越快,最后有两种可能的结局:或者形成两颗恒星即双星,或者只在中央形成一颗恒星,而周围形成了行星系统。一直到上个世纪末,我们都不知道除了太阳系,宇宙之中是否还有别的行星系统。而现在我们已发现了大约4000颗外行星,它们大部分是开普勒太空望远镜在不到10年的时间内通过扫描太空一小块区域发现的。看来行星系统在银河系中普遍存在。德雷克最初估计所有恒星中有五分之一到一半有行星。目前看来这个估计也过于保守。根据最新的观测结果,银河系几乎所有的恒星都有行星系统,即f(p)=1。

 

第三个参数n(e)是一个行星系统中,处于“适宜带”的行星数目。行星要适于生命生存,不能太靠近恒星(太热),也不能太远离恒星(太冷),在两个极端之间有一个适宜带,只有在那里才能有水存在。显然在做此假设时,我们把水当做了生命的必要条件。并不能排除存在不依赖水的生命的可能性,但根据我们的化学知识,水是最适宜生命的。在太阳系中,处于适宜带的行星有三个:地球、金星和火星。德雷克据此估计每个行星系统有1~5个行星处于适宜带。但是并不是每个行星系统都有行星处于适宜带。根据开普勒太空望远镜的探测结果估计,银河系大约有400亿个外行星与地球大小相当、围绕着类似太阳的恒星而且处于适宜带。银河系中大约有1000亿个恒星,而每个恒星几乎都有行星,这样的话n(e)=0.4。但是这个估计是偏保守的,因为它没有考虑到还有三种情况:在不像太阳的恒星的行星系统、不像地球的外行星上、围绕大行星的卫星(例如木星的卫星欧罗巴、土星的卫星提坦)上,都有可能适宜生命生存。考虑到这些特殊情况后,我们姑且假设n(e)=1。

 

第四个参数f(l)表示处于适宜带的行星中实际产生了生命的比例。并不是任何处于适宜带的行星都能产生生命的,还跟行星的地质、地理条件有关系。在太阳系中,有三颗大行星处于适宜带,我们确切地知道地球有生命,金星无生命,火星可能有或曾经有过简单的生命。处于适宜带的卫星欧罗巴、提坦是否有生命我们并不清楚。德雷克认为所有处于适宜带的行星都会产生生命,可能过于乐观。让我们保守一点,设定f(l)=0.5。

 

第五个参数f(i)表示在有生命的行星中,进化出智能生命的比例。这是一个分歧最大的问题。有的认为在地球上经过了三十几亿年的进化,在生存过的几十亿个物种中才有几种有智能,可见智能生命的产生极为罕见。也有的认为我们现在只知道一个生命世界,而它是有智能生命的,就我们所知,产生智能生命的可能性就可算是百分之百。对这个问题,我们不妨这么看:既然智能是一种很好的适应环境的方式,那么在自然选择的作用下,经过无数的试错,只要有足够的进化时间,从无数进化途径中出现一条通向智能,应该是必然的。当然,这并不是说存在一条通向智能生命的直线进化方向,而是说智能进化途径只是同时存在的许多进化途径中的一条,而且这一条也不是注定会产生人类(在其他条件下完全可能产生其他的智能生物)。有了这些说明,我们不妨把这个参数乐观地设为:f(i)=1。

 

第六个参数f(c)表示在智能生命中,能够发明星际通讯技术的比例。这个问题同样难以回答。在地球上,我们知道人类发明了这种技术。让我们再乐观一回,假定所有的文明迟早都会发现无线电通讯技术,将这个参数设为f(c)=1。

 

最后一个参数 L 是一个通讯文明平均能够生存的年数。我们先不管它,把以上的设定结果代入方程计算一下:

 

N = 2 * 1 * 1 * 0.5 * 1 * 1 * L = L

 

这是个有趣的结果:银河系中通讯文明的数目大约等于一个通讯文明平均能够生存的年数 L 。但是没有人能够知道这个 L 究竟会有多大,连估算都无法做到。如果我们按费米显然过于乐观的估计,每个通讯文明的平均寿命为一百多万年,那就意味着银河系中存在一百多万个通讯文明。听上去似乎数目巨大,但是,与银河系存在的大约一千亿颗恒星相比(像银河系这样的星系在宇宙中还有几十亿个),这个数目就微不足道了。它表明通讯文明是非常稀少、分散的,难以有相互接触的机会。

 

没有任何理由认为一个通讯文明能够永世长存。宇宙中有许多外界因素能毁灭生命世界。比如,宇宙中最有威力的现象伽玛射线大爆发,就能使方圆几百光年内的生命灭绝,而我们每年能够观察到几百次这样的爆发。文明的高度发展也许有可能预测、防御这样的灾难,但是另一方面,却也能导致自我毁灭。我们人类也只是近七十年来才进入了通讯文明阶段,但是同时也拥有了完全毁灭自己的能力:且不说我们对自然生态的破坏、对环境的污染、人为导致全球气候变暖,光是现存的核武器储备,就足以毁灭整个地球生物圈几百次。如果我们要在宇宙中发现邻居,如果我们要让邻居们发现,关键是自己要生存下去,并尽可能地延长寿命。

 

2019.4.11

 

(《科学世界》2019.5.)



什么是健康的生活方式?

26 04 2019年

我的文章中,阅读率比较的往往是那些和健康、生活有关的话题。的确,不管是谁,都想知道怎样能有一个健康的身体。现在卖得最火的图书,也是那些健康、养生类的。有的是讲传统养生的。不能说传统养生的东西就都没有可取之处,比如我平时也会打打太极拳,这就属于传统养生。但是传统养生和我们前面讲过的传统医术一样,都含有大量的糟粕,不能不加识别地遵从它。有的是某个所谓养生大师的发明,比如提倡吃某种能包治百病的食物之类的,我把这叫做另类健康观点。在健康的问题上是最不应该追求另类的,那是把自己当成了所谓养生大师的试验品,要付出身体健康甚至生命的代价。在健康问题上是最应该讲科学,最应该听从国际科学界主流的意见,这是根据众多的证据得出的一些结论,虽然不能保证就一定不会出错,但是出错的可能性很小,是最可靠的,要比某个所谓养生大师的个人见解可靠得多。

 

但是科学是在不断修正中发展的,以前的某些结论现在被发现是错的,现在的某些结论以后也有可能被发现是错的。不过,有些基本的原则因为有非常多的科学证据,非常可靠,是不太可能错的。那么什么是健康的生活方式的基本原则呢?

 

第一,避开危险因素。如果一个人喜欢冒不必要的风险,采取自杀性的行动,例如酒后开车,那么平时怎么注意健康都没有用。这一点不难明白。人们难以认识和避免的是那些慢性自杀式的生活习惯,例如吸烟、酗酒,都已经被充分证明了对身体健康有极大的损害,极大地增加了患各种疾病和死亡的风险。因此一个人如果追求健康,却吸烟、酗酒,这是自相矛盾的。此外,阳光中的紫外线会增加皮肤癌的风险,也是导致皮肤老化的主要因素,所以要注意防晒,比如用衣帽、太阳伞遮挡阳光,或者在皮肤裸露的地方涂抹防晒霜。所以这第一条,归纳起来就是不抽烟、少喝酒、遮阳光。

 

第二,饮食结构要合理。身体健康依赖于各种营养素,不能缺乏,也不能太多,为了保证营养,就要做到饮食均衡,食物多样化。不要寄望于某种特殊的食物或“保健品”。同时还要尽量避免吃下某些已知有害健康的食物成分,比如食物中的重金属、反式脂肪酸、各种致癌物,都要尽量避免。

 

第三,做适当的锻炼。适当的锻炼对身体的益处也是早就被充分证明的,但是必须注意,锻炼过度是有害的。

 

第四,要有良好的心态。一个人如果长期处于紧张状态下,会增加多种疾病的危险,所以要学会怎么恰当地处理紧张的局面,尽量过放松的、有智慧的生活。

 

一个人的健康状况和寿命是遗传因素、环境因素和偶然因素相互作用的结果,因此健康的生活方式不能保证每一个人都健康长寿,但是却是保证大多数人健康长寿的最可靠的途径。

 

 



不必夸大杨振宁的学术成就

15 04 2019年

我在前的文章中谈到了如何评价霍金的学术成就和给科学家分等级,很多读者都提到了杨振宁。不知为什么,一提到霍金,有人就想到杨振宁。去年霍金去世时,国内媒体对他用尽了溢美之词,当时就有人不乐意了,说我们中国有个物理学家杨振宁,成就比霍金大多了,怎么不宣传?有人写了一篇长篇文章为杨振宁在中国受冷落鸣不平,说杨振宁是当代牛顿、爱因斯坦,有13项诺奖级别成果,他获得诺贝尔奖的只是次等成就。这就吹得太没谱了。这人显然是把杨振宁做出的重大成果都算成诺贝尔奖级别了。牛顿、爱因斯坦也只有三、四项诺贝尔奖级别成果,难道杨振宁一个人顶四个牛顿或爱因斯坦啊?

 

说中国人冷落杨振宁,也是夸大其词。杨振宁在中国的名气肯定比在国外大多了,中国人谁不知道杨振宁啊?因为中国人第一次获得诺贝尔奖就是1957年杨振宁、李政道获得“诺贝尔物理学奖”,当时他们还没有加入美国国籍,还是中国国籍,所以是中国人获奖。

 

杨振宁、李政道获得诺贝尔奖是因为发现宇称不守恒定律。说这个发现只是次等成果,也是乱说的。它是很重大的一个发现。这个发现说的是什么呢?如果有两个粒子,它们除了旋转的方向是相反的,其他的方面都是一样的,我们可以把它叫做镜像的粒子,就好像一个粒子在照镜子一样。人们以前认为这样的两个粒子,它们的物理性质应该是完全一样的,把它叫做宇称守恒。杨振宁、李政道他们发现,在弱相互作用下,宇称实际上是不守恒的,例如它们的衰变方式是不一样的。这相当于说,这两个相互为镜像的粒子,它们在镜子之内和镜子之外的衰变方式是不同的。他们在1956年做出了这个发现,被吴健雄用实验证实了。在第二年,立即获得了“诺贝尔奖”。这个获奖速度之快是空前的。

 

杨振宁还有另一项工作也有可能获得“诺贝尔奖”,那就是“杨-米尔斯方程”。米尔斯当时只是一个研究生,他和杨振宁共用一个办公室,两个人合作做出了这项研究。

 

物理学研究的一个目的是最终把四种力统一起来,也就是弱相互作用、强相互作用、万有引力、电磁相互作用。但是在目前只是统一了弱相互作用、强相互作用、电磁相互作用这三种力。这个模型叫做标准模型,而杨-米尔斯方程就是标准模型的基础。所以这项研究是非常的重大的。它是在1954年做出的,但是当时没有引起重视,一直到70年代以后,人们才发现了它的重要性。一般认为这才是杨振宁最重大的成就,应该得诺贝尔奖物理学奖,至于为什么这项研究没能获得“诺贝尔奖”有各种各样的猜测。有的认为是因为米尔斯学术水平其实不是很高,诺贝尔奖委员会不愿把奖给他,但又不能只给杨振宁不给米尔斯,干脆都不给。也有人认为因为杨振宁已经得过诺贝尔奖物理学奖了,就没有必要再给一次诺贝尔奖物理学奖了。毕竟,爱因斯坦因为光电效应得了诺贝尔物理学奖之后,并没有再因为相对论得奖。

 

杨振宁得过了诺贝尔奖,还有一项诺贝尔奖级别的成果,这已经足够让中国人骄傲的了,又何必无限夸大他的成就呢?

 

2019.4.1



霍金是第几等的科学家?

14 04 2019年

在前面的文章《霍金是个大骗子吗?》中,我说霍金并不是个大骗子。有人问,那怎么评价霍金的学术成就?他是不是“最伟大的物理学家”?去年霍金去世的时候,中国媒体纷纷给霍金加上了各种崇高的头衔,有说他是最伟大物理学家的,有说他是爱因斯坦以后最伟大的理论物理学家的,也有说他是当代最杰出的理论物理学家的。这些说法都是溢美之词。霍金无疑不是最伟大的物理学家,他不可能比伽利略、牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦这些人更伟大。他也不能说是爱因斯坦以后最伟大的理论物理学家,在爱因斯坦之后还出现了众多伟大的理论物理学家,例如大家熟悉的费曼,他的成就比霍金大。再退一步说,说他是当代最杰出的理论物理学家也不对,健在的理论物理学家有不少人在学术上比他杰出,例如杨振宁。

 

霍金首先是一个理论物理学家,主要是在宇宙学和引力的研究方面做出了重大的贡献,这是非常专业化的高深领域,一般的人不可能理解。但是霍金还是设法做了科普,成为最畅销的科普书作者之一,在帮助公众理解科学方面,他的贡献同样重大。他在科普界的地位,甚至超过了他在物理学界的地位。说霍金是当代最伟大的理论物理学家,是言过其实,毕竟他连诺贝尔奖都没有得过。霍金生前也说过,把他说成爱因斯坦再世,是媒体炒作,他是不认的。但是如果说他是当代最著名的理论物理学家,那就没有问题了。在当代理论物理学家当中,再也找不出第二个人名气这么大了。但是著名和伟大不是一回事。

 

一般之所以觉得霍金很伟大,不是因为他们有资质去评判霍金的学术成就,而是因为霍金身患严重残疾,绝顶聪明的大脑和没法动弹的身体形成鲜明对比,具有传奇色彩,让公众很崇拜。如果因为崇拜某个科学家而对科学产生兴趣,那是好事。但是大部分人只是喜欢八卦,跟风买了霍金的科普书也只是当摆设,没有去读,以致有一种说法,霍金的《时间简史》是卖得最多但是读得最少的书。

 

有人不乐意了,他们说,伟大本来就没有标准,我愿意说霍金最伟大,你管得着?伟大当然是有标准的,不然你干脆说霍金是有史以来最伟大的理论物理学家好了,又何必限定是爱因斯坦之后?这么限定不就是因为认为霍金不如爱因斯坦吗?还有人说,霍金身患残疾,却能够做出重大科学成果,这就是最伟大。霍金身残志不残,当然令人敬佩,但是我们不是在评比哪个残疾人更伟大,而是在评比哪个科学家更伟大,那么就应该以科学成果作为标准。一个科学家在科学史上的地位如何,取决于他做出的科学成果产生了多大的影响。我们根据影响力的大小,可以把科学家分成几等。

 

第一等的科学家是那些领导了科学大革命,开创了科学新纪元的人,他们是无可争议的科学之父,是最伟大的科学家。这样的科学家很少,算来算去,也就伽利略、牛顿、达尔文、爱因斯坦这四个人够格。伽利略、牛顿开创了经典物理的新纪元,达尔文开创了生物学的新纪元,爱因斯坦开创了现代物理的新纪元,其影响无与伦比。而且他们几乎都是自己一个人做出的成果,更凸显了其伟大。这一点很重要,因为现在出现了所谓战略科学家,也叫做科研包工头,做出的科研成果也许很大,但他只是起到领导、组织作用,其实对具体科研成果的贡献并不大。

 

量子力学和爱因斯坦相对论一样,也标志着物理学进入了新纪元。但是和相对论不一样的是,量子力学不是某个人独立开创的,量子之父不是只有一个,而是有好几个。除了爱因斯坦,普朗克、波尔、海森堡、薛定谔等人都对量子力学的建立做出了重大贡献,因为人数多,就只能算是二等的科学家了。二等的科学家还有一类,是对科学做出了划时代贡献的科学家,创建了一门重要的学科,让科学进入了新时代,例如物理学的麦克斯韦、居里夫人、狄拉克,化学的道尔顿、门捷列夫,生物学的巴斯德、科赫、孟德尔、摩尔根、艾弗里、沃森、克里克。

 

第三等的科学家是那些做出了诺贝尔奖级别的成果的。不是获得诺贝尔奖的科学家就都是伟大的科学家,有的人本不应该获奖,还有的人获奖是因为技术工作,例如发明了某种药物,对科学的影响并不大。也不是没有获得诺贝尔奖就不是伟大科学家,有些人是被评奖委员会给遗漏了,还有些人是因为他们研究的领域不在诺贝尔奖颁奖范围。所以我们只能笼统地说诺贝尔奖级别,他们往往是开创了一个新的研究领域。

 

第四等的科学家是那些在某个研究领域做出突出贡献的领军人物。在他们之后的就只是普通的科学家了。

 

那么霍金排在第几等呢?他显然没有开创科学新纪元,不是第一等,也没有开创科学新时代,不是第二等,也没有获得诺贝尔奖或做出诺贝尔奖级别的成果,不是第三等。霍金的工作,主要是在引力研究和黑洞研究这两个领域做出了突出贡献,算是第四等的科学家吧。

 

2019.3.30



再说说近视的原因

26 03 2019年

我以前写过文章,介绍说一个人会不会近视,主要受遗传因素的影响,环境因素相对来说较不重要。土摩托最近发了一篇文章《近视的原因》,说越来越多的证据表明,遗传只占近视原因的很小一部分,绝大部分近视眼都是后天因素导致的,并说我的观点是老黄历了,根本没法解释现在的情况。我上一次写关于近视成因的科普文章是两年前,根据的都是当时最新的科研成果,而这两年来对近视的研究并没有颠覆性的发现,我介绍的学术界定论怎么成了老黄历了呢?

 

土摩托说只要稍微琢磨一下,就可以知道遗传因素是近视主要因素的说法是无稽之谈。他是怎么琢磨的呢?他的理由是,在没有发明出眼镜的古代,近视几乎意味着死亡,如果真有近视基因,那它应该早就被淘汰了,怎么会如此流行呢?

 

这个理由真是应该再琢磨琢磨。首先,它大大夸大了近视对生存的危险性。近视在古代并不几乎意味着死亡。近视只是对生活造成不同程度的不便,并不影响生存。古代对视力的要求不如现在,古人不开车,不看电影电视,轻度的近视甚至自己都未必知道。连盲人在古代都能生存下来,何况是近视呢?可以说,绝大多数近视都是对生存没有影响的,自然选择对此的压力并不大,不至于因此把所有的近视基因都淘汰掉。其次,即使近视像土摩托说的得了就会死,近视基因未必就会被淘汰,因为基因的表达往往离不开环境的诱导,如果没有环境因素的作用,近视基因就不会表达出来,就不会被淘汰掉,而是一代代传下去。再次,基因具有多重作用,即使近视基因有生存劣势,但是它们如果有别的功能,在其他方面有生存优势,那么在这种情况下近视基因就不会被淘汰。最后,像近视这种比较复杂的现象,不太可能是单基因决定的,而是多基因的影响,涉及到很多基因的参与,那么在这种情况下也不容易被淘汰。

 

土摩托还有一个理由,说:“世界各国的近视眼比例差别巨大,同一个国家的城市和农村的近视率差别也不小,遗传因素是解释不了的。”我在以前的文章中已经解释过了,这只能说近视的发生与环境因素有关,但是不能因此否定近视的发生受遗传因素的影响,不能因此就认为近视与遗传因素无关,因为环境因素有可能是在遗传因素的基础上产生作用的。目前比较确定的影响近视发生的环境因素是户外活动时间的长短。但是,父母双方都近视的学生,他们能否近视受户外活动时间的影响要比父母不近视的学生更加明显,这就体现出了基因的作用。

 

所以,要搞清楚近视的发生究竟有没有受遗传因素影响,影响有多大,靠这种“稍微琢磨”是经不起推敲的,需要做遗传学研究才行,例如可以通过研究孪生子的近视情况获得定量的结果。孪生子有同卵孪生子和异卵孪生子两种。同卵孪生子是从同一个受精卵发育来的,他们的基因组完全相同,而异卵孪生子是从两个受精卵发育来的,他们之间的遗传相似性和一般的同胞相似,平均只有同卵孪生子的一半。通过对这两种孪生子进行比较,就可以定量地估计出某种性状的遗传率。遗传率的大小在0和1之间。如果人的视力差异完全是由遗传差异引起的,遗传率为1,如果与遗传差异毫无关系,遗传率为0。2001年英国研究者对226对同卵孪生成年人和280对异卵孪生成年人的研究表明,近视的遗传率高达0.89,也就是说,近视主要受基因控制,与后天因素的关系不大。差不多同时丹麦研究者对53对同卵和61对异卵孪生成年人的研究也得出了相同的结论。

 

土摩托说近视基因应该早就被淘汰了,实际上近年来用基因组技术找到了很多与近视有关的基因。到现在已发现了二十多个以近视(MYP)命名的基因位点。与近视相关的基因位点就更多了,目前已知的已有大约200个(文献1),这只涵盖了近视遗传因素的一小部分,与近视有关的基因实际可能有几百个。

 

土摩托那篇文章主要是为了介绍美国西北大学格雷格·施瓦兹(Greg Schwartz)在2017年2月发表的一项研究,说他在小鼠的视网膜中找到了一种特殊的感光细胞,能够控制眼球的生长发育。“这种细胞对不同颜色的光会产生不同的反应。通常情况下,室内光线的红/绿比比室外光线高,于是这种感光细胞被过度刺激了,不断发出信号命令眼球继续生长,其结果就是眼球越长越长,最终导致近视。”

 

我把这篇论文找出来读了(文献2),里面并没有土摩托说的这些内容。这篇论文和近视几乎没有任何关系,只是报告在小鼠视网膜中发现一种新的神经节细胞(不是感光细胞),未做任何与近视有关实验,只是在讨论部分提了一句该细胞功能如果受扰乱也许与像近视这样的屈光率错误有关。土摩托根据该研究对近视成因的总结,不是论文里的,而是这个教授对大众媒体说的,其实全是想象的,没有任何实验依据。该教授虽然在大众媒体上大吹他发现近视的成因了,还提出了预防、治疗近视的设想,但是在学术界并不受重视。这篇论文发表整两年,总共被引用13次,引用它的论文没有一篇是研究近视的。靠在大众媒体上吹还是不行的。

 

我们在做科普的时候,不要只看一个研究者怎么在大众媒体上说,而要去看看他的论文是怎么写的。而且,也不能过于相信一个研究者的研究结果,还要看他的结果是不是能被别人重复出来,有没有得到学术界的认可。介绍学术界的定论是最保险的。而近视主要受遗传因素的影响,这虽然不符合外行的直觉,却是目前学术界的定论。

 

2019.3.8.

 

文献

 

1.Milly S. Tedja et al. IMI – Myopia Genetics Report. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2019 Feb 28;60(3):M89-M105

2.Adam Mani and Gregory W. Schwartz. Circuit mechanisms of a retinal ganglion cell with stimulus dependent response latency and activation beyond its dendrites. Curr Biol. 2017 Feb 20; 27(4): 471–482.