伽利略有没有说过“然而它还在动”?

30 06 2020年

1633年6月22日,伽利略穿着表示忏悔的白衣,跪在宗教裁判所大厅上,聆听对其宣扬哥白尼日心说一案的判决。由红衣主教组成的审判团判决:

 

“认为太阳是世界中心,不会移动,这个主张在哲学上是荒谬、虚假的,是异端邪说,因为它与《圣经》所述不符。认为地球不是世界的中心,会动,而且还绕着太阳动,这个主张在哲学上是同样荒谬、虚假的,在神学上至少是错误的信仰。”

 

对伽利略的处罚分成三部分:命令伽利略放弃、诅咒、憎恶日心说这一异端邪说;将其撰写的《关于两个主要世界体系的对话》列为禁书(实际上伽利略的所有著作此后都被列为禁书);判其正式囚禁,方式由裁判所决定。

 

据说,伽利略在听完判决之后,低声嘟囔了一句:“然而它还在动。”但是这个传说与正式的记载不符。此前,在审讯过程中,伽利略已按要求宣布放弃日心说。在判决后,他根据判决的要求,再次发表声明,“放弃、诅咒、憎恶”日心说,并发誓以后不再讲述或评价日心说。如果他这时候有任何不满让别人觉察到,是非常危险的,只会激怒裁判所加重对他的处罚。

 

我们可以理解伽利略的软弱表现。虽然他被判决囚禁,但具体的执行方式未定。因此,对他来说,最有利的就是要表现得心悦诚服,争取得到宽大处理。对是否判决伽利略有罪,审判团里是有不同意见的,十名成员有三名没有签名。如果伽利略表现得好,那些支持他的红衣主教和贵族才有斡旋的余地。审判团显然对伽利略的认罪态度很满意,在判决的第二天将正式囚禁改为家中软禁。

 

伽利略与天主教会的恩怨,始于1610年。那一年,伽利略出版了一本名为《星的信使》的小册子,报告他首创用望远镜做天文观测的发现。这些发现与托勒密地心说相矛盾,而与哥白尼日心说相符。他发现,木星有四颗卫星,而根据托勒密地心说,所有的天体都应该围绕地球运转才对。更要命的是,他还发现金星的亮度和月亮一样有周期性的盈亏变化,这只能用金星围绕着太阳运行才能解释,是日心说最有力的证据。

 

但是托勒密地心说是天主教会认定的权威理论,而且,基督教《圣经》明显也是认为地球是世界的中心,是不会动的。《圣经》中多处提到太阳是绕着大地转动的,例如:“它(太阳)从天这边来,绕到天那边去,没有一物被隐藏不得它的热气。”《圣经》里还有一个著名的故事,约书亚让太阳停止转动而使时光停止流逝,这很明显地认为时间是由太阳的绕地运行决定的。《圣经》也多处提到地是不会动的,例如:“(神)将地立在根基上,使地永不动摇!”《圣经》是古人写的,其写作者和当时的人们一样认为太阳绕着大地转,这本不奇怪。但是后人将其视为不可质疑的经书,也就难免会与科学的进步发生冲突。

 

伽利略的性格和布鲁诺不同,并不是果敢决绝、义无反顾的人。他不想公开抛弃《圣经》,更不敢否定天主教会的权威。他试图调和《圣经》与科学发现的矛盾,争取天主教会接受日心说。

 

矛盾在1613年开始爆发。一名哲学教授提醒伽利略的保护人托斯卡纳大公梅第奇,虽然伽利略的天文观测结果是可信的,但是这与《圣经》的说法冲突。伽利略以前的学生、比萨大学数学教授卡斯特里在场听到了这番对话,写信向伽利略报告。伽利略回了一封七页长信,其主要内容是,对《圣经》关于天文的说法不能从字面上理解,不能因此说日心说与《圣经》有冲突。这封信和伽利略的许多信一样被人传抄、阅读,其中的一份抄件落到一名多明我会修道士手中,作为伽利略宣扬异端邪说的罪证交给宗教裁判所。

 

当时在佛罗伦萨的伽利略听到消息后,写信向罗马的一个朋友抱怨说他的信被篡改,附上了原信,请朋友转给宗教裁判所。我们现在知道,这封“原信”其实是伽利略后来做了润色的,改掉了一些激烈措辞,但是认为日心说与《圣经》不冲突的主要观点并没有改变。随后,伽利略动身前往罗马去为自己辩护,试图说服教会接受日心说,却遭到惨败。宗教裁判所在1616年2月判决,日心说是与《圣经》冲突的异端邪说,伽利略不许传授日心说,也不许为其辩护。

 

但这个判决并没有真让伽利略放弃日心说。他在1632年出版《关于两个主要世界体系的对话》,以辩论的方式展现日心说和地心说的是非,表面上不偏不倚,实际上却揭露了地心说支持者的愚昧。本来,这本书的写作得到教皇的支持,教皇甚至要求伽利略把他支持地心说的理由写进书中。等到书出来了,教皇才发现自己成了笑柄,下令禁止该书的销售,并启动审讯伽利略的程序,于是有了本文开头的那一幕。

 

伽利略没有在判决后当场嘟囔“然而它还在动”,这是可以肯定的。那么有没有可能,伽利略被软禁时,曾经向来看望他的朋友或学生嘟囔过这句话,因此传开了呢?

 

上个世纪初,科学史家安东尼奥.法瓦罗(Antonio Favaro)对这句名言的来源做了深入的调查,发现它最早出现在一名意大利人于1757年在伦敦出版的《意大利图书馆》一书中:

 

“他(伽利略)获得自由的那一刻,仰望天空,俯视大地,跺跺脚,说,它还在动,意思是地球在动。”

 

该书的出版距离伽利略受审已有120多年,并非同时代的人的记载,也就不可信,而且,从这段描述看,这明显是为了突出伽利略的光辉形象而做的虚构。因此法瓦罗撰文认为这句话是后人编造的。

 

但是在1911年,法瓦罗收到比利时人凡贝勒(Jules Van Belle)的来信,信中附上他收藏的一幅画的照片。它画的是伽利略被囚禁在地牢中,用钉子在墙上刻画出地球围绕太阳,并写上“然而它还在动”。凡贝勒称,该画由一名西班牙画家做于1643或1645年。如果是真的,这意味着在伽利略1642年去世后不久,这句话就已众所周知,说明伽利略生前已在传了。

 

这幅画的发现改变了科学史学界的看法。从那以后多数学者认为,虽然伽利略没有在接受判决时嘟囔那句话,但是很可能在软禁期间向某个访客说过。

 

但是有个关键的问题被学界忽视了:凡贝勒手上的那幅画真的是17世纪的作品吗?这幅画后来下落不明,有的艺术史家根据其照片判断,它更像是19世纪风格的画作。这引起了美国天文物理学家马里奥.利维奥(Mario Livio)的怀疑。他的调查找到了这幅画的下落,2007年安特卫普的一次拍卖会上,凡贝勒的曾孙将这幅画卖给了一名私人收藏家。拍卖行的专家没发现该画有签名,但鉴定它是19世纪的作品。但是由于对隐私的保护,拍卖行并没有公布这幅画卖给了谁,其他专家没法去做进一步的鉴定。

 

利维奥的调查还有一个有趣的发现,比利时一家艺术博物馆收藏着法兰德斯画家凡马尔德希姆(Romaan-Eugeen Van Maldeghem)画于1837年的画作《伽利略在狱中》,几乎与凡贝勒的画一模一样。

 

这有两种可能性,要么凡马尔德希姆临摹了一幅17世纪画作,要么有人临摹了凡马尔德希姆的画作。利维奥找到了19世纪出版的两本介绍法兰德斯画家的书,里面都把《伽利略在狱中》列为凡马尔德希姆的原创画作。这两本书分别出版于1842年和1859年,当时凡马尔德希姆还活着,没有人怀疑其画作的原创性。再考虑到这幅画被艺术史家们一致认定是19世纪风格,而伽利略受审在19世纪才成为画家流行的题材,定论就有了,凡贝勒手上的画并非17世纪的作品,而是有人临摹了19世纪的画作,那时候“然而它还在动”这个传说已人尽皆知,不能作为伽利略曾经说过的证据。

 

所以“然而它还在动”这句话不过是后人出于同情伽利略而杜撰出来的,没有证据表明伽利略生前曾说过这句话。伽利略是否在内心说过,我们当然无从知晓。但我们可以相信的是,虽然伽利略为了避免受到更严重的迫害而在表面上屈服,却不可能真正放弃日心说,那是他亲眼观测得出的结论,而正如他在致卡斯特里的信中说的,那些宗教权威人士并不具有判定科学的能力,他们“恶毒而且愚昧”。

 

虽然被软禁家中,伽利略仍然在从事他最擅长的科学研究,秘密撰写另一部划时代的著作,采用的仍然是《关于两个主要世界体系的对话》的形式,甚至对话的人物都完全一样。这本书在1638年送到宗教裁判所管不到的荷兰出版,那就是奠定了现代物理学基础的《两种新科学》。他就以这种方式,蔑视了宗教裁判所的判决。

 

2020.5.13.

 

(《科学世界》2020.6.)



蜱虫是一种神奇的生物

27 05 2020年

蜱虫是一种神奇的生物,如果你不被它咬到的话。

 

我住在山沟沟里,天天往野外跑,属于吸引蜱虫的高危人群,但是直到现在,我才第一次见到蜱虫。有一天,我看到山道旁边盛开着一片妖娆的琴颈花,便过去拍摄。只见一只像小蜘蛛的东西沿着我的裤脚快速往上爬。定睛一看,是一只蜱虫。在把它拿掉之前我给它留影,回家后找出蜱虫图鉴进行比对,认定是加州一带常见的太平洋海岸蜱虫。

 

蜱虫有几百种,数量较多的是长着硬壳的蜱虫,太平洋海岸蜱虫就属于硬壳蜱虫。蜱虫需要吸血才能变态(从幼虫变成若虫,再由若虫变成成虫)、蜕皮、性成熟和产卵,所以一生中它要多次吸血。有时候蜱虫和蚊子、吸血蝙蝠等其他吸血动物一样,会主动出击去寻找猎物。虽然蜱虫和蜘蛛一样长着八只脚(都属于蛛形纲动物),跑起来速度也不算慢,但四处乱跑毕竟太浪费能量,所以更多的时候,它采取的是“守株待兔”的方式,爬到草尖上,用后面的脚抓住草叶,身体倒挂着,朝下张开第一对脚,随着草叶摇曳,一直那么等着,等到有猎物经过,就从草尖上掉下来,掉到猎物身上。

 

蜱虫怎么知道有猎物经过呢?用眼睛看吗?不是的,蜱虫只有一对简单的眼点长在第二对脚上,用于分辨光线的强弱,并不能成像。有些种类的蜱虫甚至没有眼点。在蜱虫前肢的前端,有一个只有它们才有的特殊感受器。这是德国动物学家哈勒在1881年用光学显微镜发现的,所以叫哈勒感受器。这才是对蜱虫发现猎物和寻找配偶至关重要的器官。

 

在电子显微镜底下,可以更明白地看清哈勒感受器的结构。它分成两部分,前面是一个小坑,后面是一个大一些的小室。小坑是一个化学感受器,能够感受周围的二氧化碳浓度的变化。如果二氧化碳浓度突然升高,意味着有动物经过,是它呼吸时呼出的二氧化碳导致二氧化碳浓度的变化。蜱虫最喜欢的宿主是哺乳动物,哺乳动物身体都会散发丁酸——呕吐物的气味主要就是丁酸的味道,在一般情况下气味当然不会那么浓烈,但哈勒感受器也能感受到。

 

哈勒感受器后半部分的小室以前也被认为是化学感受器,但它的构造就像是一个针孔相机,具有会聚光线的作用,会聚可见光对蜱虫没用,但是如果能会聚红外线就很有用,因为哺乳动物是温血动物,会散发出一定范围波长的红外线,如果能探测到红外线,不就可以知道“血源”的到来了吗?这让人联想到这个小室可能是一个红外线感受器,实验也表明蜱虫能够用它探测到哺乳动物身体散发出的红外线。在蜱虫周围放一块金属板,在金属板温度是室温时并不能吸引蜱虫,但是把金属板加热到37摄氏度,蜱虫就会立即向金属板爬去。根据实验结果算出,一只哺乳动物远在四米处散发出的红外线也能被蜱虫感受到。

 

所以,蜱虫就倒挂在草尖上,伸出前肢,感受着二氧化碳、丁酸、红外线,等着有猎物从身边经过。蜱虫的一生就是在等待中度过的。它的生活史的每一个阶段,都需要吸血来完成。雌蜱虫把卵产在落叶覆盖的地面,幼虫孵化出来后,爬到小型哺乳动物或鸟类的身上吸血,然后掉到地上蜕皮,由6条腿变成8条腿,成为了若虫。若虫会爬到比较大一点的哺乳动物身上吸血,然后再次掉到地面蜕皮变成成虫。最后一次吸血,雄蜱虫是为了性成熟并与雌蜱虫交配,雌蜱虫则是要为产卵做准备。它们要吸大型哺乳动物的血,例如鹿。

 

守株待兔当然是很低效的捕猎方式,不过蜱虫有的是时间,可以耐心地等待几个月,甚至更长的时间。大英百科全书说蜱虫为了吸一次血可以等上三年。不知道这是怎么算出来的,难道真有动物学家追踪一只蜱虫达三年之久?在等待的时候,蜱虫的新陈代谢非常低,就像处于休眠状态,所以可以忍饥挨饿这么长时间。它们在真空中甚至也能存活半小时。

 

终于等来了猎物,蜱虫掉到了猎物身上后,并不急于下嘴。这是难得的美餐,要好好享用。它们会在猎物身上到处走动,短则十几分钟,长则一、两个小时,寻找比较隐秘、皮肤比较薄的部位再开始吸血,例如腋下、大腿根,有的蜱虫喜欢钻到耳朵里。在蜱虫的唾液中,有上千种蛋白质,它们有的具有抗凝血作用,确保在吸血过程中血液不会凝固,源源不断地流进蜱虫身体;有的具有抗炎症作用,在它们叮咬的地方不会出现炎症,宿主不会感到痛、痒,觉察不到。这一点很关键,因为雌蜱虫不像雄蜱虫那样吸一点血就知足去找配偶了,而是要一直吸上一、两周甚至更长时间,直到把自己吸成了一个血球,吸进的血液是体重的几百倍,才脱落了,掉到地上产卵。在吸血过程中,蜱虫的细胞快速分裂,让身体变大,才能容下这么多血液。

 

如果一只动物身上寄生了很多蜱虫,被吸走了这么多血,甚至会导致贫血。人倒不必担心会被蜱虫吸得贫血,因为错误地把人当成其他哺乳动物跑到人身上来的蜱虫毕竟是个别的,被吸走一点血没什么大不了的。麻烦的是蜱虫身上往往会有细菌、病毒,会让人感染上十多种疾病,有时会是致命的。去年10月美国前参议员凯.哈根死于波瓦桑病毒引起的脑炎,就是因为她在野外远足时被蜱虫叮咬染上的。蜱虫传播的疾病中最常见的是莱姆病,每年美国大约有30万人染上这种病。莱姆病虽然不致命,但有一部分人即使经过了治疗仍然长期会有关节疼痛、虚弱等症状。

 

莱姆病在美国主要发生在东部和中西部,加州属于低风险地区,莱姆病发病率是二十万分之一,而东部康乃狄格州(最早鉴定出莱姆病的莱姆镇就在该州)是它的一百倍。加州蜱虫很多,其中一种(西部黑腿蜱虫)也是莱姆病病菌的载体,为何莱姆病并不流行?

 

在加州生活着一种叫西部强棱蜥的蜥蜴,不知为何,西部黑腿蜱虫的若虫喜欢吸的不是哺乳动物而是这种蜥蜴的血,有一项研究发现,这种蜱虫的若虫90%都吸这种蜥蜴的血,在一只西部强棱蜥身上往往能找到几十只蜱虫在同时吸血。但是西部强棱蜥却不会被莱姆病病菌感染。加州大学伯克利分校研究人员把这种蜥蜴的血抽出来,放进莱姆病病菌,一小时之内病菌就被杀死了,而它们可以在老鼠血液里活三天。如果把西部强棱蜥血液煮过后再加入莱姆病病菌,就不会被杀死了。这说明西部强棱蜥的血液中有一种蛋白质能够杀死莱姆病病菌,蜱虫若虫吸过它们的血后,自己体内的病菌就被清除了,等它们变成成虫再去叮咬人,传播莱姆病的风险就降低了。加州西部黑腿蜱虫只有1%-2%体内有莱姆病病菌,而康乃狄格州的鹿蜱虫(莱姆病病菌的主要载体),30%-60%体内有莱姆病病菌。

 

虽然与其他地方相比,在加州被莱姆病病菌感染的风险比较低,但毕竟还是有风险的,而且蜱虫还能传播别的疾病。所以自从发现了蜱虫之后,我就很注意预防蜱虫叮咬。在衣服和裸露皮肤喷高浓度的避蚊胺,除了可以驱蚊,也可以干扰蜱虫的感受器,让它们探测不到人。回家后要仔细看看衣服上是否有蜱虫,所以去野外最好穿浅色衣服,便于发现蜱虫。洗澡时要察看身上是否已被蜱虫咬上,特别是要检查隐秘部位。如果发现了蜱虫叮咬,用镊子夹住蜱虫口器,往上拔出,把蜱虫扔进马桶冲走。蜱虫通常要吸血一两天后其体内病菌才会传入人体,所以即时发现其叮咬是不用太担心的。除虫菊酯能够杀死蜱虫。美国市场上有用除虫菊酯浸泡过的绑腿,套在袜子外面,把裤脚塞在里头,就可以防止蜱虫、特别是其若虫附着,这很重要,因为蜱虫若虫只有芝麻大小,肉眼很难发现。

 

蜱虫是一种神奇的生物,但是注意不要被它咬上。

 

2020.4.16

 

(《科学世界》2020.5.)



“群体免疫”不等于放任自流

15 04 2020年

不久前我写了一篇文章《遏制新冠病毒只能靠“群体免疫”》,澄清首都医科大学校长饶毅对“群体免疫”的错误理解,科普了“群体免疫”这个概念。不料这篇文章引起了一场风波,连累发表该文的微信公众号被销号。饶毅本人没有公开回应,倒是有一些网红、营销号一起来围攻我,骂我“太冷血”、“没人性”、“言论何其毒也”。一个自称“科学公园”的伪科学网站更是因此接连贴出谩骂我的大字报。

 

“群体免疫”是有免疫学知识的人都知道的一种现象,也是传染病可能产生的一种结果。因为不喜欢一种现象或结果,就去骂科普这种现象或结果的人,以为这样就可以无视这一现象或结果吗?

 

一种传染病出现以后,只能有三种结果:一、它被完全消灭,从此消失。二、它一直在人群中流行。三、它没有被消灭,但是由于人群中有足够多的人对它具有免疫力,其传播被遏制住了,我们就说对这种传染病有了“群体免疫”。

 

现在没人相信新冠病毒有可能被完全消灭,那么它就只剩下两种结果,要么一直流行,要么由于“群体免疫”而遏制其传播。那些攻击“群体免疫”的人,难道是希望新冠病毒一直流行?

 

他们当然不至于这么“冷血”。他们之所以攻击“群体免疫”,是把它当成了一种防疫策略。要达成群体免疫,有两个途径,一个是让足够多的人接种疫苗,一个是有足够多的人在被病原体感染、痊愈后产生免疫力。这些“热血”的人只想要疫苗接种,不想接受第二种途径,他们所说的“群体免疫”,其实只是针对这一种。然而,疫苗的研发需要很长的时间,而且疫苗有可能不成功。那么在疫苗上市之前,你不愿意让人们被病毒感染,又能怎么办?整个社会一直停摆下去,直到疫苗上市吗?准备停摆多长时间才放弃?一年、两年还是十年?

 

这些攻击“群体免疫”的人,把它当成了放任自流的防疫策略,号称用小学算术算一算就可以知道要达成群体免疫需要死多少人,然后就可以骂科普“群体免疫”的人“太冷血”、“没人性”。例如,有人这么算,世界人口有77亿人,要达成对新冠病毒的群体免疫需要60%人口也就是46亿人被感染,按我说的病死率0.5%(含无症状感染者)算,也要死2300万人,太吓人了,太冷血了,太无人性了。

 

假如真要死这么多人才能达成群体免疫遏制新冠病毒的传播,那也只是一个残酷的事实,跟指出这个事实的人是否冷血、有没有人性有什么关系?1918年流感大流行时,如果有人算出全世界要死五千万人之后流感大流行才会结束,也要骂他太冷血、没人性吗?

 

何况认为群体免疫是遏制新冠病毒传播的必然途径,并不等于就是要放任自流,无所事事。我们仍然可以采取一些措施来尽可能降低死亡率。老人和有基础病的人是新冠病毒感染的高危人群,把他们保护起来(例如建议他们在疫情期间尽量不要外出,禁止去老人院探访),就可以极大地降低死亡率。采取保持身体距离等措施减缓病毒的传播速度,免得重症病人太多让医疗系统崩溃,即所谓“拉平曲线”,也可以降低死亡率。随着治疗经验的提高、护理技术的改进,还可以进一步降低死亡率。如果发现了特效药,或者病毒在传播过程中毒性减弱,那么死亡率还能降低。总之,最终死亡的人数是不会像用小学算术算出来的那么恐怖的。并不是会小学算术就可以来指点怎么防疫了。

 

目前不管采取什么措施,极端也好,淡定也吧,最后都会殊途同归,迟早都要等达成群体免疫才能结束新冠疫情。区别只在于一个是长痛,一个是短痛;一个对经济、生活影响大,一个对经济、生活影响小。至于要死多少人、多长时间才能达成群体免疫,没人能准确知道。甚至也可能没能形成群体免疫。如果病毒容易变异,感染痊愈者对它的免疫力只能保持很短的时间,那么是没法形成群体免疫的。例如,人们对导致普通感冒的冠状病毒的免疫力只能保持几个月,所以得了普通感冒,还会再得。如果新冠病毒也那么容易发生变异,就不可能形成群体免疫,疫苗也不会有效,新冠病毒就会一直在人群中流行。难道这是攻击群体免疫的人愿意看到的结果?如果那样的话,才叫“太冷血”“没人性”。真有人性,就应该希望能实现群体免疫。

 

2020.4.6.



遏制新冠病毒只能靠“群体免疫”

27 03 2020年

新冠病毒疫情在英国发作的初期,英国政府采取比较淡定的态度,没有像其他国家那样采取关闭学校、禁止大型集会之类的强硬措施。英国政府首席科学顾问的解释是,英国政府将疫情高峰延缓至夏季,如果有60%的人对新冠病毒有了免疫力,就能获得“群体免疫”,可以阻隔下一波新冠病毒的流行。

 

英国政府的这种做法受到了很多批评,被说成是故意要让大家感染新冠病毒,以建立群体免疫。中国学者中,对此批评最严厉、影响最大的是首都医科大学校长饶毅,他写了一篇题为《英国首相的“群体免疫”谎言》的文章,流传甚广。在饶校长看来,没有疫苗,是根本不可能形成群体免疫的,所以英国首相(其实提出者是英国政府首席科学顾问)是在说谎。为什么呢?饶校长说:

 

【群体免疫现象的意思是:如果少数人不肯打疫苗,但是大多数人接种了疫苗,因为大多数人有免疫力,病毒就难以传播,这样就可能病毒碰不到没有接种疫苗的人,所以呈现“群体免疫现象”。

 

这完全不支持英国首相的政策。在一个新的病毒出现,全体人民没有疫苗,极少数可能有先天免疫力的情况下,不遏制病毒传播,把全体人民暴露在病毒面前,是不可能出现群体免疫现象的。会出现的是:凡是感染了会死的就死去,感染了不会死的就获得免疫,继续活下去。这种现象是英国著名科学家达尔文提出的“物竞天择?适者生存”。

 

如果英国相信现任首相,还可以推广用这种方法,全面取消医疗。】

 

英国政府的做法是否合理、可行且不说,饶校长对此的批评错得离谱,暴露出他缺乏免疫学常识。

 

饶校长认为只有打疫苗才能形成群体免疫,这是错的。只要一个群体中对一种病原体具有免疫力的人数足够多,就能形成群体免疫阻隔病原体的传播,与这种免疫力是怎么来的没有关系:可以是疫苗接种获得的,也可以是被感染痊愈后获得的,甚至可以是天生就对该病原体具有抵抗力。需要多少比例的人具有免疫力才能形成群体免疫,与病原体传染力(基础传染数)有关。根据新冠病毒基础传染数可以算得,大概60%的人对其具有免疫力就能形成群体免疫。所以英国政府首席科学顾问才以让60%的人具有免疫力作为“目标”。

 

但饶校长认为,没有疫苗,这个目标是不可能实现的,因为“少数天然有抵抗力的人,他们不可能堵住病毒在人群的传播。”饶校长所谓“天然有抵抗力的人”,应是指天然不会被新冠病毒感染的人,例如细胞与新冠病毒结合的靶点发生突变,让新冠病毒没法入侵细胞。这样的人如果有的话,也是极少数。

 

但是饶校长似乎不知道,要对新冠病毒具有抵抗力,还有第三条途径,那就是被新冠病毒感染后痊愈了,体内有了针对新冠病毒的抗体,也就对它具有了免疫力。虽然新冠病毒被媒体和某些专家渲染得非常恐怖,但其实它是比较温和的病毒,在确诊病例中,有80%症状轻微,不经任何治疗就能痊愈。而且,在对钻石公主号邮轮的全体乘客和意大利一个小镇的全体居民全部做了核酸检测后发现,被新冠病毒感染的人有一半以上从被感染到转阴时都没有症状,如果不对所有的人做检测,这些人就不会被统计进去。所以,被新冠病毒感染的人,90%以上没有症状或有轻微症状,他们痊愈后就有了免疫力。可见,要让60%的人具有免疫力,并非不可能。

 

如果某种传染病能通过普遍感染获得群体免疫,是不是像饶校长说的可以“全民取消医疗”呢?是不是就要搞社会达尔文主义呢?当然不是。大部分的疾病不是病原体引起的,人体不会对其产生免疫力。即使是病原体导致的疾病,其中有一部分人体也没法对其产生免疫力。即使是能产生免疫力的疾病,也需要用药物和支持疗法救治重症感染者。所以医疗还是很有必要的。

 

但是,对新冠病毒能够产生群体免疫,并不意味着就可以顺其自然。毕竟,被新冠病毒感染的人,有大约10%是重症(基数包括了无症状感染者),他们是有死亡危险的,需要救治。目前的研究结果,新冠病毒感染死亡率大约0.5%。如果不对病毒的传播做出干预,被感染者数量指数增长,重症患者数量也急剧上升,导致医疗系统崩溃,就会让病死率超高,就像武汉、意大利发生的那样。

 

在舆论压力下,英国政府没能再淡定下去,也禁止大型集会、关闭学校,下一步还可能“封城”(西方国家所谓“封城”其实是对商业活动和居民行为做出某些限制,例如禁止餐馆、酒吧营业,居民无生活、工作、医疗、健身需要不要外出,和中国的“封城”不是一个程度的)。这么做的目的又是为了什么呢?

 

当一种传染病爆发时,人们首先想到的是能否把它完全控制住不让它传播开去?甚至让它完全消失?当年的萨斯不就被消灭了嘛。但是萨斯和新冠病毒感染病有很大的不同。萨斯病情往往比新冠病毒严重,病死率高得多,而且有很明显的症状,那就是发烧,通过排查发烧的人,就能把萨斯患者都找出来隔离,从而切断病毒的传播。新冠病毒感染则不然,没有明显的症状,并不是被感染者都会发烧,甚至一半以上的感染者什么症状都没有。对这种比较温和的病毒,要将它完全消灭是不现实的。即使采取让整个社会停摆的极端措施,把病毒传播暂时压制下去了,一旦社会恢复运转,病毒又会开始传播了。

 

既然没法完全控制病毒传播,那么退而求其次,尽量减缓病毒传播的速度,让感染者数量缓慢增加,不要让医疗系统崩溃。这就是目前欧美各国采取的防疫措施,所谓“拉平曲线”,不要让感染人数出现急剧上升的高峰。长期来看,可能并不能减少感染者的数量,但是如果能做到感染人数上升平缓,医疗系统不超负荷,重症患者能得到及时救治,就能减少死亡,降低病死率。

 

真正要完全控制病毒的传播,需要借助疫苗。但是,即使一切顺利,疫苗的研发、试验、大规模生产也要一年以上的时间,这一次的疫情是指望不上的。何况疫苗的研发很可能不会成功,毕竟,很多传染病到现在也没能做出疫苗。所以,没有疫苗,新冠病毒会一直在人群中传播,等到大部分人被传染上,60%以上的人对其具有免疫力,传播才会被遏制,除非新冠病毒像流感病毒那样很容易发生大的变异,让此前获得的免疫力失效。可见,不管是靠疫苗接种,还是由于大部分人被感染获得免疫力,要遏制新冠病毒,最终仍然离不开群体免疫。

 

2020.3.19

 



冠状病毒是个什么东西

23 03 2020年

最近我女儿的科学课举行了一次辩论,辩论的题目是:病毒是不是生物?辩论的结果大部分同学认为病毒不是生物,理由是:细胞是生命的基本单位,病毒不是细胞,所以不是生物。

 

生物学界一般也不把病毒当做生物,理由也是病毒没有细胞结构。病毒实际上只是由蛋白质外壳包裹着的一段遗传物质——核酸,结构非常的简单。

 

但是,核酸和蛋白质都是生物大分子,这就使得病毒虽然不是生物,却具有生命的某些特征。其中一个重要特征是遗传,即能够复制自己产生后代。这个使命当然是由遗传物质来完成的。遗传物质首先要能自我复制。生物的遗传物质都是DNA(脱氧核糖核酸),而且都是双链,即有两条互补的DNA链,复制的时候两条链解开,分别合成互补的新链,一个双链DNA就变成一模一样的两条双链DNA了。病毒的遗传物质有的是DNA,也有的是RNA(核糖核酸)。今年闹得沸沸扬扬的新型冠状病毒属于RNA病毒,它的遗传物质是单链RNA,复制的时候用这条RNA作为模版合成一条和它互补的新RNA,然后再合成和新RNA互补的RNA,这些RNA就和最早的RNA一样了。

 

核酸是用核苷酸作为材料合成的。我们人体细胞合成DNA所需要的核苷酸最终是用我们从膳食中摄入的某些营养素合成的。但是病毒里面没有核苷酸,也不能自己合成核苷酸(或者说,病毒没有新陈代谢的能力。新陈代谢是生命的特征之一,这也是病毒不被认为是生物的另一个理由)。它们只能去利用细胞里现成的核苷酸。

 

遗传物质携带着遗传信息,这些信息要表达出来才能执行功能,功能主要是由蛋白质来执行的。所以遗传物质携带的遗传信息主要是蛋白质的编码,也就是基因。对生物来说,要让遗传信息表达出来,先以DNA为模版合成和它互补的RNA,然后以RNA为模版合成蛋白质。对冠状病毒来说,它跳过了第一步,直接就用RNA做模版合成蛋白质。但是这一步需要在核糖体里完成,而且需要氨基酸作为合成蛋白质的材料。这二者病毒都不具备,它们也只能去利用细胞里现成的核糖体和氨基酸。

 

所以,病毒要复制自己,就必须入侵细胞,打入细胞内部。但是细胞有细胞膜保护,不是随便能进去的,需要有进入细胞大门的钥匙。在冠状病毒的蛋白质外壳上,有一根根的突起,让它看上去像西方国家的王冠,所以叫它冠状病毒。这些突起就是打开细胞大门的钥匙,是一种蛋白质(称为S蛋白)。要打开细胞大门,钥匙要能和细胞膜上的锁吻合。这些锁是某种分布在细胞膜上的蛋白质,称之为受体。不同病毒能结合的受体不尽相同。对新型冠状病毒来说,它的受体是血管紧张素转化酶2,简称ACE2。从这个受体的名称可以看出,它原本的作用是用来转化血管紧张素的,在调节心脏功能等方面发挥作用,并不是用于迎接病毒的,只不过被病毒利用了,把病毒误当成了它要催化的底物和它结合,然后病毒趁机把它的遗传物质送进了细胞中。ACE2在人体很多器官、组织中都有,包括呼吸道上皮细胞,特别是肺泡的上皮细胞。所以肺就成了新型冠状病毒的主要入侵部位。

 

冠状病毒进入细胞后,利用细胞里的“车间”和原料来复制新的病毒。一方面,要复制病毒的遗传物质。但是要复制RNA,光有核苷酸不行,还要有复制酶作为催化剂。病毒基因组编码了复制酶,它首先利用细胞里的核糖体合成了复制酶,然后在它的催化下复制遗传物质。另一方面,还要根据病毒基因组制造病毒自带的蛋白质。病毒能尽可能地利用细胞中现有的蛋白质,只制造细胞中没有但是是病毒繁殖所必需的少数几个蛋白质。对冠状病毒来说,这些蛋白质包括一种和遗传物质结合的蛋白质(N蛋白),两种构成病毒外壳的蛋白质(M蛋白和E蛋白),以及S蛋白。此外还有几个用于对付免疫系统的蛋白质。基因组和蛋白质都复制好了,就可以组合成新的病毒颗粒,然后释放到细胞外,去入侵别的细胞。细胞被病毒充分利用后,就死了。所以病毒对它入侵的生物体具有毒性,能让生物体生病。生物体为了消灭入侵的病毒,调动免疫细胞前往被入侵的器官,引起炎症反应,因此加重了病情,有时还来不及杀光病毒反而把自己搞死了。

 

核酸在复制的过程中有时会产生错误,例如把核苷酸放错了位置,根据模版本来应该放某种核苷酸,却放了别的核苷酸,核酸序列发生了改变,这时我们就说发生了突变。生物体对此有一套纠错机制,但是不能完全避免,所以突变总是会发生的。病毒没有或只有简陋的复制纠错机制,而且病毒复制速度要快得多,所以病毒非常容易发生突变。尤其是对于冠状病毒这样的单链RNA病毒来说,更容易发生突变,因为它只有一条链,发生了突变就会遗传下去。而且冠状病毒的基因组是RNA病毒中最大的,多达3万个“字母”,“字母”越多,复制时就越容易出错。

 

通过对比不同病毒的基因组序列,看看它们之间有多大的相似性,再根据突变的速率,就可以推算出它们是在什么时候发生分化变成不同的病毒的,从而重建病毒的进化史。例如,新型冠状病毒与一种蝙蝠冠状病毒的基因组序列有96.2%是相同的,据此可以推算出这两种病毒在25-65年前有共同祖先,也就是说,新型冠状病毒是不久以前才从某种蝙蝠冠状病毒(不一定是上述做比对的那种)进化来的。新型冠状病毒与萨斯病毒的基因组序列只有79.5%相同,说明二者亲缘关系比较远,在几千年前它们的祖先就已经分化走上不同的进化道路了。所有的冠状病毒都是在大约一万年前从一个共同祖先进化出来的。一万年对生物进化来说只是一瞬间,甚至不足以进化出一个新物种——今天的人类与一万年前的人类都是一个物种,但是一万年已经足以进化出无数种病毒了。可见病毒变异、进化速度之快。

 

病毒的突变有的没有改变蛋白质编码,对病毒的属性不会有影响。但是有的突变会改变蛋白质编码,有可能让蛋白质序列、功能发生改变,就能够改变病毒的某些属性,例如能让病毒入侵新的细胞类型,甚至入侵别的物种。突变也可能改变病毒的毒性,病毒的毒性会因此变强,但也可能变弱。病毒没法在细胞外繁殖,也没法在细胞外长时间生存,它只有在细胞中才能不停地繁殖下去,一旦释放到体外,找不到新的细胞入侵,很快就会失去活性。所以一旦病毒把生物体杀死,生物体内的病毒也就同归于尽,没法继续传播了。所以毒性强的病毒因为很快就把宿主杀死了,传播其后代的效率就比较低,而毒性弱的病毒能让宿主更长时间地传播自己,其后代就会越来越多。病毒对宿主的影响越小,其传播的效率就越高。可见,虽然病毒突变的结果既可能让其毒性变强也可能让其毒性变弱,但是毒性弱的病毒比毒性强的病毒更有生存优势,总的进化趋势是毒性越来越弱,弱到甚至对宿主的生活不产生影响,和平共处。

 

这正是在蝙蝠中发生的情形。蝙蝠由于会飞翔,活动范围广,很容易被传染病毒,而且蝙蝠在洞穴里密密麻麻地挤在一起群居,病毒很容易在蝙蝠之间传播。蝙蝠可能是哺乳动物中携带病毒最多的。光是在云南省一种蝙蝠的身上就检测到了5000多种冠状病毒。但是蝙蝠身上虽然病毒众多,除了个别的例外(例如狂犬病毒),这些病毒对蝙蝠的生活却没有影响,不会让它们生病,因为经过长期的进化,病毒已经和蝙蝠和平共处了。

 

但是,如果蝙蝠上的病毒入侵人体,那就是另一回事了。人体从未遇见这种病毒,进化才刚刚开始,病毒就可能会伤害人体,甚至是致命的。不过,人们很少和蝙蝠有直接的接触。但是,如果某种哺乳动物捕杀蝙蝠,就可能被蝙蝠身上的病毒感染,而人再捕杀这种哺乳动物,蝙蝠病毒就会转移到人体。这种哺乳动物,就成了把病毒从蝙蝠传播给人类的中间宿主。

 

幸运的是,人和蝙蝠虽然都是哺乳动物,但是生理还是有很大的差异,能在蝙蝠上寄生的病毒即使接触到人体也不一定能入侵人体细胞,即使能入侵人体细胞,也不一定能在人与人之间传播。只有在很偶然的情况下,蝙蝠的某种病毒发生了突变,让它既能入侵人体细胞,又能在人与人之间传播,这时就出现了一种新型人类传染病。蝙蝠身上虽然有成千上万种冠状病毒,但到现在只有七种能在人与人之间传播,有四种只是导致症状很轻的上呼吸道感染(普通感冒)。大约15%的普通感冒是冠状病毒引起的,因为不会死人,也就没有引起人们的重视。还有三种冠状病毒(萨斯病毒、中东呼吸综合征病毒和新型冠状病毒)能感染下呼吸道,导致肺炎,有时是致命的,才引起人们的重视乃至恐慌。如果我们不改变生活方式,如果我们继续以捕杀、食用野生哺乳动物为乐,这种恐慌就没法避免,每过一段时间就会发生。

 

2020.2.8

 

(《科学世界》2020.3)

 



不宜要求普通公众戴口罩

2 02 2020年
自2019新型冠状病毒肺炎在武汉爆发以来,中国医学专家一直在强调公众在公共场合要戴口罩,把这作为防疫的重要手段。武汉、南京、无锡、广东等市、省政府先后发布防疫通告,在公共场所实施佩戴口罩的控制措施,不戴口罩者要被处罚。
这些建议、要求是不符合国际惯例的。世界卫生组织、美国疾控中心从来就不建议把在公共场合戴口罩作为防疫措施。在新型肺炎爆发之后,这些机构发布的防疫指南也没有建议普通公众在公共场合戴口罩。新加坡卫生部发布的指南甚至明确指出:“身体若无不适,一般上无需佩戴口罩。”可见,强制公众戴口罩防疫,是很有中国特色的。
这些防疫通告,只是泛泛地要求佩戴口罩,对口罩的类型并无要求,似乎以为不管什么样的口罩戴上了就有作用。实际上,市面上的口罩大多数是用于防尘、吸异味的,对于预防病毒传染没有任何用处。要预防病毒传染需要佩戴专业的医用口罩:外科口罩能对阻隔飞沫传染起到一定的作用,而N95(或更高级别)口罩的阻隔作用更佳。这也是医护人员使用的两种口罩,他们在一般情况下佩戴外科口罩,在特殊情况下佩戴N95口罩。
既然医护人员在用,是不是就可以要求普通公众也用呢?是不是可以更详细地要求公众佩戴外科口罩或N95口罩呢?不是的。
首先是使用的环境不同。医护人员身处病毒浓度高的医疗环境,面对的是传染性很强的病人,在这种情况下就很有必要通过戴口罩来减少被飞沫传染的风险。而在一般的公共场合,环境完全不同。如果是在开阔或人烟稀少的场所,例如街道、公园、体育场,没有被飞沫传染的风险,也就完全没有必要戴口罩。如果是在密闭而且人群密集的公共场合,即使碰巧有传染病患者,保持一米以上的距离就不会被飞沫传染,刚好近距离接触患者被其飞沫传染上的风险微乎其微,戴口罩的作用也就不大。绝大部分人都是在医院或与患者有密切接触(例如共同生活)而被传染的。
有人会说,虽然公共场合传染的风险低,戴总比不戴好啊。这就涉及到另一个问题:戴并非总比不戴好。如果佩戴不合适,戴了等于没戴。戴口罩要完全盖住口和鼻,并紧贴脸部,不能留有空隙,才能起到防护作用。没有专业的指导并养成习惯,一般人很难正确佩戴外科口罩,更难正确佩戴N95口罩,N95口罩需要使用专门的工具测试密合程度,才能保证防护效果,所以不建议普通公众使用。在湖北省的新闻发布会上,省秘书长戴口罩鼻子露在外面,武汉市长戴的口罩干脆是反着的,这都起不到防护作用。领导一线防疫的官员尚且如此,更不要说一般人了。
口罩是很好的病原体吸附、孵化器,如果使用不当,比不戴口罩还糟糕。口罩容易吸附病菌、病毒,是不能触碰其外层的。但是我们经常能看到戴口罩的人忍不住去摸口罩外层进行“调整”,这样手指上就沾上了病菌、病毒,如果手再摸自己的脸、眼睛,就会感染自己;如果手再摸别的地方,就帮助传播病菌、病毒。口罩如果摘下来(例如因为要吃饭),就要换新的,如果口罩脏了、湿了、时间长了,也要换新的,否则反而容易被传染。但实际上一般人很难这么做,时间长了,更难坚持这么做。换下的口罩要装进袋子里再丢弃,如果随意丢弃,也是在帮助传播病菌、病毒。网上已有用过的口罩随处可见的照片、视频,以国人的卫生、环保素质之差,出现这种情况不难预料。
一般人只有在两种情况下才有戴口罩的必要,一是自己被感染了,戴上外科口罩避免传染给别人;二是照顾患者,需要与患者近距离接触,应该正确地戴好外科口罩降低被传染的风险。
所以,要求公众都戴口罩,未必能起到防疫作用,反而可能适得其反。何况也没有那么多的口罩能满足人人戴口罩的需求。如果中国人人戴口罩,至少一天一换,一天就要有十几亿只口罩,而按工信部的说法,中国口罩的产能是每天800万只,最高能达到2000万只,远远满足不了需求,其结果是导致口罩被抢购一空,真正需要口罩的医护人员和患者反而没有口罩可用。湖北省长在新闻发布会上一再修正湖北口罩产能,从108亿只到18亿只到108万只,可见他们在作出强制人人戴口罩的决定时,并不清楚口罩的实际产能,没有考虑到供求问题。
国际医学界公认预防感染的最佳方法是经常用肥皂洗手至少20秒种,如果没有洗手条件,可以用含酒精的湿纸巾擦手。但是经常洗手毕竟很麻烦,不如戴口罩简单,似乎把口罩一戴就百病不侵了。强调戴口罩,满足了国人喜欢投机取巧的心理,所以才如此风行,成了一种仪式,甚至成了爱国服饰、道德标志,谁敢有异议,人人得而诛之。
2020.1.27


研究太极拳健身效果并不荒唐

14 01 2020年

福建中医药大学官网2019年12月27日发布消息《我校获批国家重点研发计划重点专项》称:近日,我校陶静副校长主持的“太极拳对2型糖尿病及脑卒中功能康复效果的临床研究”获国家重点研发计划“中医药现代化研究”重点专项2019年度项目立项,资助经费880万元,实现我校在国家重点研发计划中“零”的突破。

 

这则消息随即在网上流传,转的人都是对此冷嘲热讽,例如认为与其花这么多钱研究太极拳健身效果,不如用来研究跳广场舞的效果。很多人把这条消息转给我,无非也是希望我出来批一批。

 

这几年出了几个招摇撞骗的“太极大师”,搞得太极拳名声不佳,因为有些人的思维就是这么简单,“太极大师”在擂台上被人痛打了,就表明太极拳一无是处,不仅打不了架,连健身也是骗人的。例如有人就建议说这个课题应该找格斗运动员徐晓冬去验证。难道是要他去找课题组负责人打一架?

 

还有一些人自以为很懂科学很有科学素养,一眼就看穿了太极拳不可能有保健作用。他们不知道太极拳是世界卫生组织和各国医学机构都推荐的锻炼方式,例如世界卫生组织在2010年出版的《关于身体活动有益健康的全球建议》封面上放的第一张照片就是一个中国老人在打太极拳(https://www.who.int/dietphysicalactivity/publications/9789241599979/en/ ),又如,与网上传说的太极拳会损伤关节相反,美国风湿病学会有条件地推荐膝、髋骨性关节炎患者打太极拳(http://mqic.org/pdf/2012_ACR_OA_Guidelines_FINAL.PDF )。

 

国际医学机构推荐太极拳,因为这是一种特殊的心身锻炼方式(mind-body exercise)——指把动作、意念和呼吸控制结合在一起的锻炼方式,和广场舞和其他锻炼方式不同。国际上大量的临床试验证实太极拳对改善身心功能和多种疾病的康复有益。2016年《加拿大家庭医生》杂志刊登的一篇文章比较全面地综述了关于太极拳的临床研究(https://www.cfp.ca/content/cfp/62/11/881.full.pdf )。截止到当时,共有来自21个国家的500多项关于太极拳的临床试验和120篇有关综述,总结如下:

 

有优秀的证据表明太极拳有益于防止摔倒、骨性关节炎、帕金森病、慢阻肺康复、提高老年人的认知能力。有良好的证据表明太极拳有益于抑郁症、心脏病和脑卒中康复、老年痴呆。有一般的证据表明太极拳有益于提高癌症患者的生活质量、纤维肌痛、高血压、骨质疏松。现有证据表明太极拳对糖尿病、风湿性关节炎、慢性心脏衰竭没有直接益处。此外,有优秀证据表明太极拳能提高身体状况不佳的人的平衡能力和供氧功能,有良好证据表明太极拳能增强下肢肌肉,有一般证据表明太极拳有益心理健康和改善睡眠。没有研究发现太极拳会让病情恶化,发生的不良反应都是轻微的,主要是肌肉骨骼损伤。文章的结论是,有充分的证据证明太极拳的保健作用,医生可以根据证据推荐病人打太极拳。

 

上述综述认为太极拳对糖尿病无直接益处,但2019年的一篇综述认为太极拳能改善2型糖尿病患者的空腹血糖、糖基化血红蛋白、胰岛素抵抗、总胆固醇含量、体质指数、血压等指标,并能提高其生活质量。(https://www.medicaljournals.se/jrm/content_files/download.php?doi=10.2340/16501977-2555 )

 

可见,研究太极拳对2型糖尿病及脑卒中的功能康复效果,是有以前他人的研究作为基础的,并不荒唐。有些人看到这是“中医药现代化研究”重点专项,又是中医药大学研究的,就想当然地认为这是骗人的。其实太极拳属于中国传统武术和养生法,跟中医药没有关系,而中医药大学虽然有不少骗人的“中医大师”混在里头,但也有用生物医学方法做研究的科研人员。我搜了福建中医药大学近年来关于太极拳保健效果的研究论文,用的就是现代医学研究方法,是正常的科研。有人认为现在中国的科研都靠不住,所以这种项目就是骗钱的。如果那样的话,应该反对中国投钱做任何科研,而不要只拿太极拳的研究说事。投钱研究太极拳保健效果,总比投资研究中药好,至少害不了人,也没法拿着“研究成果”去推销产品骗钱。

 

有些人认为我之所以为太极拳研究辩护是因为我自己就在练太极拳,把这当成我的一个污点。但是我介绍太极拳的保健作用,不过是在科普国际医学界的观点,引用的是医学文献,并没有现身说法。倒是这些人对国际医学界关于太极拳的研究一无所知,却想当然地否定太极拳的保健作用,还自以为比我更懂科学,表现得很没有科学素养,而且狂妄。

 

2020.1.5

 



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)