方舟子的Blog

    提起主粮，许多人想起的是水稻和小麦。其实玉米也是非常重要的主粮。对美国来说尤其如此，全世界的玉米有近一半产自美国。玉米是美国最重要的作物，不仅总产量在所有作物中排第一（2009年总产量3.34亿吨），总产值也是第一（2009年总产值486.6亿美元）。
    这么高的产量当然不可能都做食品，大部分玉米被用来做成饲料、酒精等，剩下的才供人食用：主食有用玉米粉做的各种面食以及早餐吃的玉米碎片，蔬菜有煮玉米粒、玉米棒，零食有爆米花、玉米片，烹饪用玉米油，还有更多的玉米被提炼成淀粉、油、糖浆、甜味剂加到成百上千种饮料、食品中，把这些都加起来，美国人饮食中对玉米的人均消费量超过了小麦。对那些还保留着传统饮食习惯的墨西哥裔美国人来说，玉米更是重要，用玉米粉做的饼、卷、片等面食是墨西哥餐的主食。
    上个世纪90年代初，对居住在美国德州南部里奥格兰德山谷的墨西哥裔妇女进行调查时，有个意外的发现：她们生下的婴儿有非常高的神经管缺陷，是其他美国人的6倍。多数神经管缺陷的婴儿无法存活，活下来的通常也有严重的残疾。此前已有研究表明，如果孕妇饮食中缺乏B族维生素叶酸，就会显著地增加胎儿神经管缺陷的发生率。那么德州的这个案例是不是和墨西哥裔妇女的饮食有关呢？
    谜底一直到10年以后才揭晓。对危地马拉、中国、南非等地的研究表明，在以玉米为主食的地方，神经管缺陷的发生率都比较高，大约是世界发生率的6倍。莫非在他们吃的玉米主食中含有某种有害健康的毒素？
    是的，不过这种毒素不是玉米本身含有的，而是感染玉米的微生物产生的。玉米被害虫咬了以后，在伤口处会长出一种叫镰刀霉的霉菌。玉米收割后如果存储不当，也会长这种霉菌。镰刀霉分泌一种致命的毒素叫伏马毒素。粗加工（例如把玉米粒磨成粉）和一般的加热不能破坏其毒性。其他主粮也含有伏马毒素，但是含量要比玉米低很多。在里奥格兰德山谷墨西哥裔婴儿被发现神经管缺陷发病率高的那段时间，当地玉米中伏马毒素的含量偏高，是正常含量的2～3倍。
    那么伏马毒素是怎么导致神经管缺陷的呢？前面提到，孕妇饮食中缺乏叶酸会显著地增加胎儿神经管发生率。因此医学界一直建议准备怀孕的育龄妇女和孕妇服用叶酸制剂预防神经管缺陷，而美国政府更是在上个世纪90年代决定强制要求在粮食制品中添加一定量的合成叶酸。不幸的是，伏马毒素恰恰能够干扰人体细胞对叶酸的吸收，因此如果孕妇吃的玉米主食被伏马毒素污染的话，即便她们的饮食中有丰富的叶酸，也起不了什么用。
    伏马毒素对其他人也有害。伏马毒素早就被认定是致癌物质，在以玉米为主食的地区，食管癌的发病率也比较高。即便你吓得从此不敢吃玉米，也躲不过去，在以玉米为原料的早餐食品、快餐食品、啤酒等多种食品中都能检测到伏马毒素。
    也许有人会说，那好，以后我只吃用最“健康”、最“天然”的玉米原料做的食品，例如用符合“绿色食品”或“有机食品”种植标准的玉米做的食品。但是，有机玉米由于难以控制病虫害，其伏马毒素的含量反而可能高于普通玉米。2003年9月，英国食品安全局抽查了市场上6种有机玉米粉产品和20种普通玉米粉产品，发现6种有机玉米粉产品的伏马毒素含量都高得离谱，是允许量的9～40倍！这6种有机食品不得不都下架。
    解决这个问题有一个相反的做法，那就是种植抗虫害转基因玉米。抗虫害转基因玉米转入了一个来自一种土壤细菌的基因（根据该细菌学名的拉丁文缩写简称Bt基因），能够分泌Bt蛋白质，该蛋白质能杀死玉米的主要害虫玉米螟虫和类似的害虫，却对其他昆虫、牲畜和人完全无害。因此种植Bt转基因玉米能大幅度减少农药的使用，并能增产5～15％，对农民和消费者的好处都是实实在在的。自1996年转基因玉米在美国开始商业化种植以来，推广得非常快。目前美国种植的玉米80％以上都是转基因品种，其中大部分是Bt玉米。
    食用Bt玉米不仅安全，而且更有益健康。由于Bt玉米减少了虫害，相应地也就减少了玉米被分泌伏马毒素的镰刀霉感染的机会。美国、法国、西班牙、意大利、阿根廷、土耳其等国的研究都表明，Bt玉米中伏马毒素的含量很低，通常只是有机玉米或普通玉米的十分之一到二十分之一。遗憾的是中国还未批准Bt玉米的种植。
    许多人反对转基因作物，是因为把它们当成了违反“自然”的人造怪物。这些人往往还迷信不用化学农药、化肥的“有机食品”会更健康。但是就伏马毒素的危害而言，反而是有机玉米的健康风险要比转基因玉米高得多。其实，我们今天种植的所有玉米品种，不管是有机还是转基因，没有一个是“天然”的，都是人类几千年来精心培育出来的人造品种。玉米的祖先墨西哥大刍草才是真正“天然”的，但是它结的穗只有指头大小，每穗不到10粒谷粒，崇尚天然的人士是否愿意提倡种它、吃它？

2010.3.21

（《中国青年报》2010.3.24）

【按：该文部分内容归纳自以前的有关文章。谎言重复千遍，真相也不妨重复说明。】

                              （上）

    反对种植转基因作物的人们，并非都是由于科学上的疑虑（且不说其理由是否站得住脚），有的是出于其信仰，认为人类不应该种植“不自然”的作物。但是人类今天种植的作物，没有一种是“自然”的，全都是人工改造过的。这个改造过程发生于大约1万年前的新石器时代，人类开始尝试种植粮食的时候。在种植过程中，发现有的植株有人们想要的性状（比如产量比较高、味道比较好），于是其种子被保留下来，继续种下去。在下一代中，又选择“品质”最好的往下种，这样一代代地选择下去，就能得到“优良”品种。达尔文后来把这个过程称为“人工选择”。
    这个过程非常缓慢。在新石器时代，“驯化”一种野生植物要花上千年的时间。1719年，英国植物学家费尔柴尔德发明了一种创造作物新品种的方法——杂交育种，把作物的不同品种进行杂交，在其后代中选育具有优良品性的品种。到了20世纪初，遗传学的创立为作物育种提供了理论依据，植物学家用杂交育种方法创造出了许多在农业生产上有巨大实用价值的新品种。这些新品种都是自然界原先没有的。
    但是不同物种之间的杂交很难成功。在1930年代，植物学家发现使用秋水仙碱能够有效地克服远缘杂种不育的难题。之后又发明了细胞质融合技术，把来自两个物种的细胞融合在一起，从中培育出杂交后代。有了这些技术，杂交打破了物种障碍，杂交育种不再限于物种内部。两个不同的物种之间，甚至不同的属之间的杂交成为了可能。比如，通过把属于不同属的小麦和黑麦杂交，创造出既有小麦的高产又有黑麦的抗锈病能力的新物种小黑麦。
    在第二次世界大战之后，一种新的育种技术——诱变育种获得了广泛应用。它通过使用化学诱变剂或辐射来诱发种子产生基因突变，从中筛选出具有优良性状的新品种。比起杂交育种，诱变育种更加“不自然”，因为它直接改变生物体的遗传物质，创造出了新的基因。
    这些方法都属于经典育种技术，育种学家在使用这些技术时，其实是相当盲目的，并不知道他们给植物新品种引入了什么基因。从遗传学诞生日起，人们就梦想着有一天能够直接而精确地改变生物体的基因，或者说，对生物体实施“遗传工程”。这只有在分子遗传学诞生以后，才成为可能。
    第一次遗传工程是1971年在美国斯坦福大学的生物学家伯格实验室完成的。他们把噬菌体λ的DNA片段插入猿猴病毒SV40的基因组，首次在体外将来自不同物种的DNA重组起来。这个重组DNA分子由于含有哺乳动物病毒序列，有可能被结合进哺乳动物细胞的染色体中；又由于含有噬菌体λ序列，有可能在细菌（例如大肠杆菌）中扩增。虽然由于许多人担心扩增含有病毒序列的大肠杆菌的危险性使得伯格中断了进一步的实验，但是伯格实验已为未来的遗传工程绘制了蓝图：用细菌扩增重组DNA，并把重组DNA引入生物体中。
    伯格在1971年6月冷泉港会议上首次报告其实验结果时，就引起了分子生物学家们的担忧：伯格采用的病毒SV40是一种致癌病毒，这种研究有可能培育出携带致癌基因的重组大肠杆菌，由于人体肠道内就生长着大肠杆菌，一旦重组大肠杆菌从实验室中逃逸，就有可能在人群中传播它们所携带的致癌基因。1973年1月22－24日在加州阿斯洛马举行会议讨论重组DNA技术的危险性问题。这一年的3月份，波义耳、科恩实验室大大改进了重组DNA技术，成功地进行了“分子克隆”。他们采用细菌的质粒做为重组DNA的载体。质粒是一种环形的DNA分子，携带着能抵抗抗生素的基因，一旦进入细菌细胞中，就能自动大量地复制，并表达被重组进去的基因。这个实验进一步引起了分子生物学家们的担忧。美国科学院建立了一个专门的委员会，由伯格任主席，在1974年同时给《美国科学院院刊》和《科学》写了一封信，建议分子生物学家自愿地暂停重组DNA实验，召开一次讨论会讨论重组DNA技术潜在的危险性。会议于1975年2月24－27日在阿斯洛马举行，衡量了重组DNA技术的潜在危险，建议继续从事这方面的研究，同时应采取措施降低实验的危险性。1976年6月23日，美国国家卫生院在阿斯洛马会议所提出的建议的基础上，公布了重组DNA研究规则。与此同时，欧洲国家也制定了类似的规则。
    阿斯洛马会议之后，科学界有关重组DNA技术的争议告一段落，但是在媒体的煽动下，在公众中却出现了恐慌。人们担心重组DNA实验会创造出新的病原体，引发致命流行病，会创造出难以控制的怪物，会被用于改变人类基因组，导致“优生学”运动，等等。其中最主要的，是担心会从重组DNA实验室逃逸出新的病原体。这种恐慌在1976－1977年间达到了顶峰。就在美国国家卫生院公布重组DNA研究规则的同一天，麻省剑桥市长针对哈佛大学拟建一个用于重组DNA技术研究的新实验室，举行了一次听证会，然后禁止哈佛大学建造实验室。在经过了几个月的争论之后，市政委员会听从专家的意见，推翻了市长的决定，同意建造该实验室。与此同时，参议员爱德华·肯尼迪抨击科学家们想要自我管理重组DNA研究，举行国会听证会打算通过立法限制重组DNA研究。1977年，美国科学院举行大会时，示威者举着反科学牌子冲进会议室，抢夺话筒。国会又多次举行听证会，并提出多项法案严厉限制重组DNA研究。美国科学界在美国科学院的领导下奋起抗争，没有一项这样的法案获得通过，而到了1978年底，这场媒体和立法恐慌就基本平息了。
    为什么这场恐慌能在如此短的时间内就获得平息？通过举行一系列的评估会议，科学界出示了大量的证据，让公众们相信，只要遵循国家卫生院制定的规则，重组DNA技术就是安全的。同时，科学界也让公众们明白，以重组DNA技术为代表的遗传工程不仅能够帮助科学家们从事生物医学方面的基础研究，而且有着与公众切身利益息息相关的应用前景。这些应用前景包括：将人的基因重组进细菌质粒，让细菌大量地生产具有重大医疗价值的生物制剂；改良农作物，使它们能抵抗虫害、疾病或具有固氮能力；检测、治疗人的遗传病。生物学家们很快用实验结果表明他们并不是在开空头支票。1977年秋天，波义耳实验室用重组细菌合成人生长激素抑制素，证明了用细菌合成人体蛋白质是可能的。1978年，Genentech公司的科学家首先把人胰岛素基因克隆进大肠杆菌，并成功地让大肠杆菌合成人胰岛素。1979年和1980年，人生长激素和人干扰素也先后在重组细菌中合成出来。1982年，重组人胰岛素成为第一种获准上市的重组DNA药物。
    1980年，分子生物学家首次把外源DNA结合进了植物细胞中。由于从一个植物细胞就可以克隆出一株植物，因此这个结果意味着人们很快就可以培育出转基因植物。3年后，第一种转基因植物（一种携带了抵抗抗生素基因的烟草）诞生了。1985年，能抗虫害、病害的转基因作物开始了田间试验。1992年，中国种植了世界上第一批商用转基因作物——转基因烟草。1994年，市场上首次出现了转基因食品，一种软化缓慢的西红柿。
    目前，转基因作物已得到广泛的推广、栽培和使用。最常见的是转入抗除草剂基因，这样的转基因作物可以抵抗普通的、较温和的除草剂，因此农民用这类除草剂就可以除去野草，而不必采用那些毒性较强、较有针对性的除草剂。其次是转入抗虫害基因，用得最多的是从苏云金芽孢杆菌克隆出来的一种基因，有了这种基因的作物会制造一种毒性蛋白，对其他生物无毒，但能杀死某些特定的害虫，这样农民就可以减少喷洒杀虫剂。转基因技术也可用于改变食物的营养成分，例如减少土豆的水分，这样炸出来的土豆片更脆；降低植物油中的不饱和脂肪酸，能延长储存期限；消除虾、花生、大豆中能导致过敏的蛋白质，这样原来对虾、花生、大豆过敏的人也可以放心地吃它们了。通过转基因技术让水稻变成“金大米”，制造胡萝卜素（在人体内变成维生素A），有助于消灭在亚洲地区广泛存在的维生素A缺乏症。转基因技术可提高稻米中铁元素的含量，以减少以大米为主食的人群当中常见的贫血症，也可提高稻米的蛋白质含量。在研究、开发中的其他项目还包括用转基因技术让作物具有抗旱、固氮、抗病能力等。
    由于转基因作物的巨大优势，推广非常快。全球已有25个国家批准了24种转基因作物的商业化种植，种植面积由1996年的170万公顷发展到2009年的1．34亿公顷，14年间增长了79倍。其中最常见的转基因作物是转基因大豆、棉花、玉米、油菜。转基因大豆已经占全球大豆种植总面积的72%，转基因棉花占全球棉花种植总面积的47%。美国是转基因作物最大的生产国，转基因玉米、大豆、棉花都占种植面积的80％以上。美国也是转基因食品最大的消费国，在美国市场上，大约70％的食品含有转基因成分。
    但是在转基因作物迅速推广的同时，社会上也出现了反对的声音。和重组DNA药物的推广不同的是，反对推广转基因作物的呼声不仅没有很快平息下去，反而在“环保组织”、政客的推动下，愈演愈烈，并时不时地引起社会恐慌。

                               （中）

生物学界对转基因作物的危害性本来并不存在争议。1998年情况有了变化，苏格兰一位名叫普兹太的免疫学家在英国电视上接受采访时声称，根据他的研究结果，转基因土豆对老鼠有毒，能损害老鼠的内脏和免疫系统。这个节目播出后，在英国乃至整个欧洲都引起了轰动，舆论大哗，人们纷纷怀疑转基因食品的安全性。普兹太的实验结果以后被反对转基因作物的活动家反复提及，是反对转基因的一个“经典”研究。那么，这项研究的实质究竟是怎样的呢？
普兹太用的是转入了来自雪花莲的凝集素基因的土豆。凝聚素是一类能够让血液中的红细胞凝聚起来的蛋白质，所以叫凝集素。许多植物都能制造凝集素，昆虫吃了它，会被杀死，所以可以用它来杀害虫。但是许多种凝集素对人和哺乳动物也有毒副作用，因此在生产上比较少使用。不过也有例外。人们发现，雪花莲的凝集素有很强的杀虫作用，但是对人和哺乳动物无毒，因此有人往土豆转入雪花莲凝集素基因，制造出能抗虫害的转基因土豆。这种转基因土豆在上市之前，必须确认它无毒。普兹太的工作就是研究它究竟有没有毒性。他向老鼠喂食这种转基因土豆，发现老鼠的消化道出现了病变的迹象（胃粘膜变厚、肠道小囊变长等），得出结论说这是转基因食物所导致的。
普兹太在电视上宣布他的实验结论的时候，他实际上还没有完成全部实验。按照科学界的惯例，他应该在完成实验之后，写成论文，经过同行审稿通过，在学术刊物上发表论文，然后才向大众媒体宣布他的发现。普兹太所在的研究所的领导见他违背学术规范，向公众提前公布未成熟的实验结果，引起不必要的恐慌，觉得他败坏了研究所的名声，决定给他处以停职的处罚，后来又强迫他退休。普兹太当时已经68岁，本来也该退休了，但是在这种情况下强迫他退休，就很容易让人联想到是因为他发表了不同的学术观点而受到迫害。普兹太从此被反对转基因的人士当成了敢于反抗黑暗的科学界的英雄人物。
英国王家学会当即对普兹太的实验结果进行了调查，指出这项实验的设计和操作都存在着问题，得出结论说，如果根据这项实验认为转基因食物会危及健康，将是错误的。许多生物学家也对普兹太实验提出了批评。普兹太的实验存在的问题包括：试验的动物太少，不足以得出有统计意义的结果；缺乏合适的空白对照，以及用于喂养老鼠的膳食营养结构不平衡，后者也可能导致观察到的病变。我们做实验应该有一个对照，一模一样的两组老鼠，一组喂转基因土豆，一组喂同一品种的非转基因土豆，结果再来比较，看看有什么差异才能说明问题。而他并没有用同一品种的土豆做对照，用的是另一品种的土豆。两种土豆的成分本来不一样，那么，吃这两种不同土豆的老鼠的身体有不同的变化，我们就不知道是不是由于转基因引起的，还是别的成分差异引起的。
值得指出的是，普兹太是用生土豆喂老鼠，而人们一般只食用煮熟的土豆，食物中的有毒成分在加热后往往就不再具有毒性。生土豆本来就含有一种叫做龙葵素的有毒物质，对胃肠道黏膜有较强的刺激性，还能麻痹神经和导致血细胞溶血。而且，吃生土豆很不容易消化，有可能让老鼠的胃肠出现类似的病变。因此，有很多因素可以用来解释普兹太所观察到的现象，并不能归结为就是转基因引起的。
第二年，普兹太把论文提交著名的医学刊物《柳叶刀》发表。多数审稿人都对之提出批评，认为该论文的质量没有达到发表要求。《柳叶刀》编辑部解释之所以决定发表这篇论文，是因为它已引起了公众关注，干脆公开出来让大家看个究竟，并不意味着认同其结果。但是后来那些反对转基因的人反而说，《柳叶刀》做为权威的医学刊物都发表了这篇论文，可见它是没有问题的。
    普兹太研究的那种转基因土豆并没有上市，即使他的研究没有问题，也无法说明已上市的其他转基因食品的安全性就有问题。其他研究组的研究结果得出了与普兹太不同的结论。有多项研究表明，转基因土豆、转基因西红柿和转基因大豆对动物的健康和生理活动都无影响。
在普兹太事件之后，媒体和学术期刊上偶尔还会出现报道称转基因食品对实验动物造成损伤。但是这些报道都很有争议，未能获得权威机构的认可。例如，2005年5月22日，英国《独立报》披露了转基因食品巨头“孟山都”公司的一份秘密报告。据报告显示，吃了转基因玉米的老鼠，血液和肾脏中会出现异常。这则报道引起了许多人对转基因食品安全性的担心。根据孟山都公司就此事发表的声明和提供的相关资料，所谓“血液变化和肾脏异常”其实指的是血液成分和肾脏大小的差异，而它们都在正常范围内，并非病变。孟山都公司虽然声称由于商业秘密问题无法公布实验结果全文，但是在申请上市时，全文已提交政府有关部门审核，并获得通过。
在转基因食品安全问题上，并不存在别人无法重复的秘密实验。不管孟山都愿不愿公布结果，其他实验室都完全可以重复、验证孟山都的实验结果。对这种转基因玉米MON863，澳大利亚新西兰食品标准局（FSANZ）在2003年做过安全性评估，结论是：“在评估MON863玉米时，未发现潜在的公共健康和安全问题。根据现有申请所提供的数据以及其他途径得到的信息，源于MON863的食品可被视为与源于其他玉米品种的食品同样安全和有益健康。”该评估报告特别指出，这类抗虫害转基因作物1995年起就已在美国种植、食用。
    人们除了担心吃转基因食品会对身体健康有害之外，还担心种植转基因作物会危及生态环境。抗虫害转基因作物分泌的毒性蛋白，除了毒死特定的害虫，有没有可能也毒死其他生物？我们给作物转入抗虫害基因是为了抗害虫，例如培育抗虫害转基因玉米是为了保护玉米的叶子不让害虫吃，但是如果这种玉米的花粉飘落到周围的杂草上，那些不算害虫的昆虫，比如说大斑蝶在吃杂草时把玉米花粉也吃进去，会不会把它们也毒死了呢？如果会的话，转基因玉米的花粉就可能会对生态环境造成一定的破坏。
    1999年5月，美国康奈尔大学洛希实验室向英国《自然》杂志报告说，他们用沾有抗虫害转基因玉米花粉的草叶喂养大斑蝶的幼虫，发现这些毛毛虫生长变得很缓慢，死亡率高达44％。这项研究成了反转基因技术的人士反复引用的“经典”研究，他们认为转基因玉米是大斑蝶数量减少的罪魁祸首。但是这个研究结果也备受非议，被揭露出来的问题包括：别人无法重复其实验结果，实验用的大斑蝶幼虫被强制只喂食沾转基因玉米花粉的草叶而没有其他选择，以及实验用的转基因玉米花粉含量过高。2000年起在美国三个州和加拿大进行的田间试验都表明，抗虫害转基因玉米的花粉并没有威胁到大斑蝶的生存，在实验室里用这类花粉喂大斑蝶的幼虫，也没有发现影响其生长发育。根据美国环境保护局的估计，草叶表面上转基因玉米花粉的数量达到每平方厘米150粒时，也不会对昆虫造成危害；而在田野中，草叶表面所沾的玉米花粉数量只有每平方厘米6到78粒。而且玉米的花粉非常重，扩散不远，在5米之外，平均每平方厘米的草叶上只有1粒玉米花粉。因此在自然环境中，转基因玉米花粉不会危害大斑蝶幼虫。大斑蝶数量减少的原因，更可能是过度使用农药和破坏了它的生态环境。种植抗虫害转基因作物恰恰可以减少农药的使用，有利于保护生态环境。
    还有一项研究表明，抗虫害转基因玉米的根部能分泌毒性蛋白，可能会在土壤中累积起来危害其他生物。这项研究做法是，将玉米长在培养液中，从培养液提取毒性蛋白喂养天蛾幼虫。其他研究者发现，如果将玉米长在土壤中，其根部分泌的毒性蛋白会迅速被降解掉，而失去了毒性。显然，对抗虫害转基因作物对其他生物的影响值得进一步研究，但应该尽量接近自然环境，才有说服力。
    反对转基因作物的人士还提出了所谓基因渗透或基因污染的问题。例如，转基因作物的花粉被风或昆虫带到野草的花中，会不会使抗除草剂或抗虫害基因转入野草中，使得野草也有抗除草剂或抗虫害的能力？如果两个物种之间亲缘关系很远，是不可能杂交的，因此这种可能性极低。2001年2月英国《自然》杂志发表了一项在英国进行的长达十年的研究结果，发现转基因土豆、甜菜、油菜和玉米并没有将基因污染给周围的野草。
    但是如果两个物种亲缘关系很近，或者有一些共同的特征（例如染色体数目相同），则有可能产生基因交流。因此，人们担心转基因作物的基因会“污染”其同种非转基因作物，特别是其野生的亲缘物种。这种担心有一定的道理，在学术界也很受重视。2001年11月，美国加州大学伯克利分校两名研究者在《自然》杂志发表一篇论文，宣布在墨西哥的玉米中发现了转基因玉米的一段“启动子”序列和基因序列。由于墨西哥是世界玉米多样性的中心，这个发现引起了很大的关注。反科学组织据此宣称墨西哥的玉米与被转基因玉米“污染”。许多专家对这篇论文提出了批评，指出他们发现的“启动子”序列是他们采用的实验技术导致的人为假象，而那段“外源”基因序列在玉米中本来就有。墨西哥小麦玉米改良中心对全国各地采集来的玉米样本进行检测，都没有发现“基因污染”。2002年4月《自然》杂志发表社评认为，回过头来看这篇论文的结果不能成立，本来就不该发表。

                              （下）

“转基因食品的安全性还没有定论”，这是媒体上常见的说法。这个说法是不准确的。国际权威机构都一致认定目前被批准上市的转基因食品是安全的。2002年，非洲南部一些国家的政府就转基因食品的安全性问题向联合国咨询，联合国在8月27日发表声明说：“根据来自各国的信息来源和现有的科学知识，联合国粮农组织、世界卫生组织和世界粮食计划组织的观点是，食用那些在非洲南部做为食品援助提供的含转基因成分的食物，不太可能对人体健康有风险。因此这些食物可以吃。这些组织确认，至今还没有发现有科学文献表明食用这些食物对人体健康产生负面作用。”在有关转基因食品的问答中，世界卫生组织指出：“当前在国际市场上可获得的转基因食品已通过了风险评估，不太可能对人体健康会有风险。而且，在它们被批准的国家的普通人群中，还没有发现食用这些食物会影响人体健康。”
    当前对转基因作物、转基因食品的指责和担忧，其实是在某些极端组织的有意误导之下，由于普通公众对生物学知识的缺乏，而出现的社会恐慌。围绕它的争论，并无多少的科学含量，很难再称得上是一场科学争论。
    在这些反对一切生物技术的反科学极端组织中，影响最大的是“绿色和平”组织。“绿色和平”的创始人之一、前主席帕特里克·摩尔在与该组织决裂后，反思说：“环保主义者反对生物技术、特别是反对基因工程的运动，很显然已使他们的智能和道德破产。由于对一项能给人类和环境带来如此多的益处的技术采取丝毫不能容忍的政策，他们实现了斯瓦泽的预言（即环保运动将走向反科学、反技术、反人类）。”不幸的是，普通公众并不总能认识到这一点，许多人把这些极端组织视为社会正义的化身，信任它们的程度超过了信任国际权威机构。
    更不幸的是，普通公众通常缺乏评价转基因食品的安全性所必需的科学素质。许多人担心吃了转基因食品会把自己的基因转掉，甚至攻击转基因食品会让人“断子绝孙”。他们显然是害怕转入转基因作物中的那段外源基因在被食用后会跑进体内，把人体基因也给转了。这种担心是很荒唐的。所有的生物的所有基因的化学成份都是一样的，都是由核酸组成的。不管转的是什么基因，是从什么生物身上来的，它的化学成份也和别的基因没有什么两样，都是由核酸组成的。这个基因同样要被消化、降解成小分子，才能被人体细胞吸收。所以这个外源基因是不会被人体细胞直接吸收、利用的。
    国际上有一位反对转基因技术的重要人物对此很不以为然，曾在一本反对遗传工程的著作中声称“食物中的基因能被人体利用”。如果这种可能性存在的话，我们不应该仅仅担心人体会吸收、利用了被用来做转基因的那个基因，也应该担心人体会吸收、利用了食物中成千上万个其他的基因。因为所有基因的化学成份完全一样，如果人体有可能吸收、利用某个外源基因，也就可能吸收、利用其他外源基因。那样的话，我们吃任何食物，都有可能被转了基因！既然我们在吃其他食品时从来就不担心里面的基因会跑到我们体内，为什么偏偏要担心转基因食品呢？
    有人要求保证转基因作物百分之百安全、绝对没有风险才能种植、供食用，这种要求是完全不合理的。转基因技术就像所有的技术，同样有可能带来风险。经常被提及的比较可能发生的风险主要有两种。一种是健康方面的风险。转基因作物往往是过量地制造某种外源的蛋白质，如果该蛋白质是对人体有害的，当然不宜食用。如果它是过敏原，也可能让某些特定的人群出现过敏。另一种是生态方面的风险。例如，人们担心转基因作物的基因会“污染”其同种非转基因作物，特别是其野生的亲缘物种。
    但是风险并不等于实际的危险。转基因作物的风险是可以控制的。为了避免健康方面的风险，对人体有害的蛋白质和已知的过敏原不会被用于制造转基因作物。在转基因食品上市之前，都按要求做过实验检测其安全性。一般是先做生化实验检测，看看转基因作物与同类作物相比，在成分方面出现了什么变化，这些变化是否有可能对人体产生危害，然后做动物试验，看看转基因食品是否会对动物的健康产生不利的影响。这其实是检测食品安全性的常规做法，不只是对转基因食品才如此。如果不信任这一常规方法，那么是不是也应该质疑其他食物的安全性？为了避免生态方面的风险，许多专家建议对转基因作物的栽种范围做出一定限制，例如不要在有野生的亲缘物种的地区种植相应的转基因作物。
    转基因技术与传统育种技术相比，有其独特性，比如，它可以打破物种的界限，将动物、微生物基因转入植物中。但是，不同物种的基因的化学性质都是一样的，调控机理也相似，所以这种操作并不会产生什么“违背自然规律”的怪物。从总体上来说，转基因技术仍是传统的育种方法的延伸，只不过比传统育种技术更为精确，更有目的性，更容易控制而已。转基因作物所面临的健康、生态问题，传统作物同样也有。例如，有的用杂交方法培育的土豆新品种，就含有高含量的毒素，会对人体造成伤害。用传统方法培育的新品种的基因同样有可能“污染”其野生的亲缘物种。正如美国食品药品管理局（FDA）的报告指出的：“FDA没有发现也不相信，正在开发中的、用于作为食品和饲料的新作物品种一般会带来安全或管理问题。”欧盟委员会的报告也指出：转基因作物并未显示出给人体健康和环境带来任何新的风险；由于采用了更精确的技术和受到更严格的管理，它们可能甚至比常规作物和食品更安全。
    的确，转基因技术在某些方面要比传统的育种方法更安全可靠。传统的育种技术无法控制某个基因在哪里和如何表达，同时改变了许多基因（对此我们往往一无所知），难以检测产物对环境的影响，并且可能培育出有害健康的性状（对此我们可能一时无法觉察）。而转基因技术可以准确地控制基因的表达，只动了一个或少数几个我们已知其功能的基因，容易检测产物对环境的影响。人们既然并不担心传统育种技术会造成危害，为何却要对转基因技术吹毛求疵？
事实上，已上市的转基因食品不仅是安全的，而且往往要比同类非转基因食品更安全。种植抗虫害转基因作物能不用或少用农药，因而减少或消除农药对食品的污染，而大家都知道，农药残余过高一直是现在食品安全的大问题。抗病害转基因作物能抵抗病菌的感染，从而减少了食物中病菌毒素的含量。化学农药的过度使用，是当前破坏环境的主要因素。推广抗虫害转基因作物，可以大大减少甚至避免化学农药的使用，既减轻了农药对环境的污染，又减少了用于生产、运输、喷洒农药所耗费的原料、能源和排出的废料。2005年4月29日，《科学》杂志发表中美科学家合作完成的论文《转基因抗虫水稻对中国水稻生产和农民健康的影响》指出，转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6%，农药施用量减少80%，节省了相当大的开支，同时还降低了农药对农民健康的不良影响。中国每年有大约五万农民因为使用农药而中毒，其中大约有五百人死亡。
    当前已大规模种植的转基因作物主要是抗除草剂和抗虫害品种，它们能减少农药的使用，降低生产成本，增加产量，主要是对农民、环境有益，对消费者的好处还不是那么直接。新一代的转基因作物能改变食物的营养成分，将会让消费者更切身地体会到其好处。就像普通公众当初由于从重组DNA药物获益而迅速消除了对重组DNA技术的恐慌一样，也许新一代转基因作物的出现，也能让人们更普遍地接受转基因食品。

2010.3.4.,3.10.,3.17.

（《经济观察报》2010.3.8.,3.15.,3.22.）

    这一段时间转基因食品的话题又变得异常火爆。在各种场合，我经常被问到转基因的问题，大家最关心的是它是不是安全。在我费尽口舌解释了为什么转基因食品并不可怕之后，听者往往将信将疑，然后盯着我问：“你自己吃转基因食品吗？”

    我当然吃，而且已不知不觉吃了十几年。美国转基因食品开始大规模地上市是在1996年，最早推广的转基因作物正是美国人的主粮之一——玉米。现在美国市场上的玉米80％以上都是转基因的，主要是抗虫害转基因玉米。“虫子不吃的，人能吃吗？”这种中国式的疑问在美国似乎从来就没有人提出过。

    除了玉米，大豆、土豆、西红柿、油菜等主要农作物的转基因品种也在美国大量种植。据统计，美国市场上的食品大约70％含有转基因成分。而且美国政府不要求转基因食品做标记，不给消费者这方面的“知情权”。所以，对长期在美国生活的人来说，根本就躲不开转基因食品，除非你只吃号称不含转基因成分的“有机食品”。我从来就不买价昂物丑的“有机食品”，当然早就不知不觉吃进了大量的转基因食品。

    不要以为我对此感到很委屈，如果让我来选，我还是会选择吃转基因食品。中国要求对某些转基因食品做出标记，比如用转基因大豆榨的油，就要求标注“含转基因成分”。虽然在中国超市里也能见到标注“不含转基因成分”的大豆油在推销，我还是会毫不犹豫地买转基因大豆油。为什么呢？

    第一个理由是转基因食品通常比同类非转基因食品便宜，因为其生产成本比较低、产量比较高。有人说种植转基因作物其实既不能降低成本也不能增产，如果那样的话，农民种转基因作物干什么？难道是因为热爱转基因所以赔本也要种？事实当然并非如此。由于种植抗除草剂转基因作物能消灭杂草并减小劳动强度，种植抗虫害转基因作物能节省80％的农药，生产成本随之下降，产量也相应地提高了。例如抗虫害转基因玉米能增产5～15％，抗虫害转基因水稻能增产6％。

    第二个理由是转基因食品比较安全。和同类作物相比，抗虫害转基因作物能大量地减少农药的使用，也就比较不用担心农药残留的问题。而且，转基因食品受到了更严格的监管，风险其实要比传统作物更低。转基因食品在上市前都按要求做过实验检测其安全性。一般是先做生化实验检测，看看转基因作物与同类作物相比，在成分方面出现了什么变化，这些变化是否有可能对人体产生危害；然后做动物试验，看看转基因食品是否会对动物的健康产生不利的影响。而用传统育种方法培育出的新品种很少被要求做这类安全检测，就稀里糊涂地上市了——它们并非就不存在安全问题，例如有的用杂交方法培育的土豆新品种，就含有高含量的毒素，会对人体造成伤害。

    第三个理由是转基因食品更为环保。虽然“可能会破坏生态”常常被做为反对种植转基因作物的一大理由，但是这种可能性并没有变为现实。相反地，种植转基因作物已经实实在在地发挥了保护环境的作用，原因很简单：少洒了大量的农药。这既减轻了农药对环境的污染，又减少了用于生产、运输、喷洒农药所耗费的原料、能源和排出的废料，还保护了益虫和其他生物，减少了人畜接触杀虫剂而中毒的危险。

    便宜、安全又环保，为什么不选择它呢？现在种植的转基因作物以抗虫害和抗除草剂为主，主要是让农民获益，对消费者的好处还不是那么直接。新一代的转基因作物能改变食物的营养成分，将会让消费者更切身地体会到其好处。例如，通过转基因技术，减少土豆的水分，这样炸出来的土豆片更脆；消除虾、花生、大豆中能导致过敏的蛋白质，这样原来对虾、花生、大豆过敏的人也可以放心地享受这些美味。用转基因技术让水稻制造胡萝卜素（在人体内变成维生素A），有助于消灭在亚洲地区广泛存在的维生素A缺乏症。转基因技术可提高稻米中铁元素的含量，以减少以大米为主食的人群当中常见的贫血症……

    这一切离我们并不遥远，有的已经在实验室里研发出来，有的本来已可以大规模种植，只不过受妖魔化转基因食品的舆论影响，一时无法推广。但是不管怎样，未来的农业必定是转基因作物的天下。不管是故意的阻挠，还是无知的恐慌，都改变不了这一趋势，只不过是妨碍了它早日造福人类而已。

2010.3.15

（《中国青年报》2009.3.17）

    提起动物学家，大家马上想到的是那些研究珍稀野生动物的，黑猩猩、大熊猫、狮子、老虎之类，似乎这些或漂亮或聪明或威武的动物才有意思，为之长年待在深山老林、草原荒漠才令人敬仰。但是英国动物学家尼克·戴维斯却选择在剑桥大学的植物园里观察一种毫不起眼的常见小鸟——篱雀，而且十年如一日，先后跟踪了那里427只成年篱雀的生活，在繁殖季节，几乎每天都要去拜访它们。
    篱雀样子很像麻雀，羽毛颜色黯淡，看上去很单调。19世纪英国博物学家兼牧师莫里斯曾经盛赞这种小鸟，号召其教区的教徒们以它为榜样，过一种低调、谦逊而正派的生活。不过，在戴维斯的眼中，这种样子低调的小鸟的生活可是一点也不谦逊、正派。他描述道：
    “一对篱雀在一起觅食，安详地跳进树丛中。到那里以后，雄鸟跑到一边，雌鸟去了另一边。一旦出了雄鸟的视线，雌鸟立即飞进附近的矮树丛里，和藏在那里的另一只雄鸟交配。过后她立即和她的配偶汇合，做出好像什么都没有发生过的样子。”
    虽然鸟类常常被当做爱情的象征，天鹅、爱情鸟、鸳鸯之类经常成为诗人讴歌的对象，但是它们的相亲相爱显然不是出于感情，而是为了传播基因。它们的生活被达尔文法则决定了：留下尽可能多的后代。雌、雄为此走在了一起，但是它们的利益并不总是一致的，其生理特征导致了它们的目标有所差异：雄性是要尽可能多地播种，雌性则是要尽可能多地养育自己的后代。对雌性来说，对自己最有利的婚姻形式是一妻多夫制（多一个丈夫就是多一个养家的帮手），其次是一夫一妻制，再次是一夫多妻制。对雄性来说，则倒了过来，最好的形式是一夫多妻制（能有更多的后代），其次是一夫一妻制，再次是一妻多夫制。
    雌雄在长期进化过程中相互博弈的结果，让大多数鸟类都采用了一夫一妻制，这样做似乎对雌雄双方都公平。但是篱雀这种外表单调的小鸟却有着最丰富的婚姻形式：一夫一妻制、一夫多妻制、一妻多夫制都存在着，还普遍存在多夫多妻制。甚至在剑桥大学植物园这么个小群体（一群大约只有80只）篱雀中，这四种形式全都同时存在，一夫一妻制、一夫多妻制、一妻多夫制、多夫多妻制在雌鸟中分别占了32％、7％、23％、38％。那些采取一夫一妻制的，是在双方都没能吸引来第三者的情况下的无奈选择，而那些采取多夫多妻制的，则似乎是陷入了僵局。
    戴维斯发现，那些表面上是一夫一妻制的家庭，雌鸟通常也会主动勾引第三者来交配，这么做会鼓励第三者为雌鸟的后代提供食物。而雌鸟的原配一旦发觉，会尽力把第三者赶走。根据达尔文法则，第三者应该根据是否与雌鸟成功地交配来决定要不要为雌鸟的后代服务。如果交配成功，雌鸟的后代中有可能有第三者的种，第三者去帮忙才会增加自己的基因传播的机会，不然就是在做无偿服务了。
    戴维斯的观察发现，第三者基本上是根据这一法则行事的。在第三者与雌鸟成功交配后，有80％的可能会为幼鸟提供食物。而如果交配失败，只有9％的可能会提供食物。而且第三者会根据成功的程度来调整帮忙的程度：交配的次数越多（意味着留下自己的后代的几率越高），就越努力去提供食物。
    雌鸟勾引第三者的好处非常明显。一窝由母亲和两只雄鸟养育的幼鸟（平均一窝有2.95只能成年），要比由一雌一雄养育的幼鸟（平均一窝有1.21只能成年）更容易存活，在会飞时体重也更重。甚至原配雄鸟也有可能由此获益。戴维斯的计算表明，如果一窝幼鸟中有60～70％是原配雄鸟的种，那么让第三者参与进来，对原配雄鸟也有好处。但是原配为什么通常要把第三者赶走呢？这似乎表明他很“清楚”他的后代不可能达到这个比例。戴维斯对幼鸟做亲子鉴定（对比DNA），证明的确如此。在那些由第三者参与养育的幼鸟中，平均来说只有45～55％是原配雄鸟的后代。在这种情况下，原配雄鸟当然最好防范第三者。
    篱雀多姿多彩的家庭生活，其实是两性既合作又冲突的结果，双方都想利用对方来为自己留下尽可能多的后代。这个适用于所有有性的生物的道理，却是由一种不起眼的小鸟如此鲜明地证明了。

2010.3.1

（《中国青年报》2010.3.3）

    1967年，美国社会心理学家米尔格兰姆从哈佛大学向内布拉斯加州和堪萨斯州的296名居民写了一封信，请他们参与一项科学实验，将一本印刷精美的哈佛大学“护照”转寄给波士顿的一位股票经纪人。米尔格兰姆给出这位经纪人的名字，但是没有告知地址。如果参与实验者认识这位经纪人，就直接寄给他，否则就寄给他们认为最可能认识此人的亲友代为转寄，如此持续下去，直到寄到经纪人手里。寄的时候在“护照”上记下邮寄记录，并给米尔格兰姆寄一张明信片，让他知道这些“护照”的行踪。
    大部分的“护照”没有到达目的地，因为收到它的人并没有按要求继续去寄它。有64份“护照”最终寄到了经纪人手里。有的只经过一、两个人就寄到了，有的则经过九、十人的辗转相托，平均来说，寄了5.5次。这个实验似乎验证了此前有人提出的一个假说：最多经过5个人，也就是经过6步，就可以把世界上的任意两个人联系在一起。这后来被称为“六度分离”。
    虽然米尔格兰姆的实验结果由于设计和操作上的缺陷，受到了一些心理学家的质疑，但是其他的实验结果也表明，世界的确不大。在互联网的时代，人们不再习惯通过邮局寄信，可以改用电子邮件重复米尔格兰姆的实验。2002年，美国哥伦比亚大学大学的研究人员向166个国家的6万多网民发去一封连环信，请他们转给随机选中的位于13个国家的18名收信者之一，结果发现大部分信件在转了5～7次后就寄到了收信人。2007年，微软研究人员对2亿4千万名MSN用户的300亿条短信进行分析，发现MSN用户之间的距离是6.6步。
    世界是如此的小，因为这并不是一个有序的世界。如果世界是有序的，人与人之间的距离有时会非常遥远。如果你要把一个围棋子从棋盘的一端很有秩序地沿着连线一步一步地移到棋盘的另一端，将会有很多步。但是如果在移动时允许时不时地走捷径一步跳到远处的点，就会很快地抵达目的地。在现实世界中，人们的交往有一定的秩序（例如有相似背景的人容易相互认识），组成朋友小圈子，但是也时不时会结识其他朋友圈的人——正是这些“捷径”让世界变得很小。在这个“小世界”中，如果有3亿人（等于美国人口的90％，假定剩下的10％为忽略不计的儿童），每人认识30个亲友，那么可以算出人与人之间的距离是5.7。如果有60亿人（等于世界人口的90％），人与人之间的距离则是6.6。
    在世界上还有很多更小的世界，其成员通过某种特殊的形式联系在一起。例如在数学界，数学家们通过共同发表论文发生联系。有史以来发表论文最多的数学家据说是匈牙利数学家鄂尔多斯（1913～1996），他一生发表了大约1500篇论文。这些论文大部分是和人合写的，鄂尔多斯的合作者多达511位。鄂尔多斯的多产在1969年引起注意后，数学界开始用“鄂尔多斯数”来表示某个数学家与鄂尔多斯的距离：鄂尔多斯本人的鄂尔多斯数是0，他的论文共同作者的鄂尔多斯数是1，与这些人合写过论文的人的鄂尔多斯数是2，依此类推。当代大部分数学家（20多万人）都能如此这般与鄂尔多斯发生关系，获得自己的鄂尔多斯数，平均是4.65。
    在电影界也有一个“培根数”。美国演员凯文·培根以多产著称，他在网上被称为“好莱坞宇宙的中心”，据说好莱坞的所有演员都能在银幕上直接或间接地与他联系上，不多于6步。在上个世纪90年代美国因此出现一种“凯文·培根的六度”游戏。在现在网上有程序可以自动算出某个演员的“培根数”，比如章子怡的“培根数”是2：她在2007年动画片《忍者神龟》中与劳伦斯·费歇本一起配音，而后者在2003年《神秘河》中与培根一起出演。对“互联网电影数据库”的统计表明，全世界有一百多万名演员都能和培根拉上关系，平均“培根数”只有2.98。
    实际上培根并不是“好莱坞宇宙的中心”，有500余名演员比培根更“中心”——其他演员更容易和他们联系上。他们的差别并不大，与他们联系的平均步数都在2.7～2.9。并没有哪个演员特别突出。类似的，在物理学界有“爱因斯坦数”，在围棋界有“秀策数”（秀策是19世纪日本棋圣）。有趣的是，由于鄂尔多斯曾经在纪录片中露过脸，又喜欢下围棋，所以他既有“培根数”（4），也有“秀策数”（不多于5）。
    世界很小，这个发现并不只是用来玩游戏，还有更实际的意义。例如，它让我们明白，一种新兴的传染病能够以可怕的速度传播，从一个偏远的地方很快地传遍全世界，只需要一、两个远途旅行者，他们提供了联结世界的“捷径”。
    只有当人们彼此能够交流时，世界才会变得很小，否则，世界就会大到像是在不同的世界。当米尔格兰姆做连环信实验的时候，中国正在进行“文化大革命”。如果米尔格兰姆把收信人设为某个中国人，其结果可想而知：那些“护照”将会被挡在国门之外。外来的糟粕，例如传染病，也难以进入闭锁的国门，代价是，新的思想、观念同样难以传入。一个与世隔绝的世界，注定是一个落后的世界。

2010.2.21

（《中国青年报》2010.2.24）

（发表时最后一段被删，让文章失去了意味。）

    上个世纪50年代，一个名叫C.P.斯诺的英国科学家和小说家出版了一本著名的著作《两种文化》，指出科学与人文学在现代社会中被割裂成两种无法交流的文化，而这成了解决世界问题的主要障碍。这本名著国内先后出过三个译本，但是三个译本的译者的英文水平都让人不敢恭维。比如书中有一段后来经常被引用的话，是用并不复杂的英文写的，三个译本却都译错了。这段话说的是：
    “我曾经多次参加过一些聚会，与会者根据传统文化的标准都被认为受过良好的教育，并且他们一直兴致勃勃地对科学家没有文化修养的现象表示难以置信。有那么一两次，我被激怒了，问与会者他们当中有多少人能够描述热力学第二定律。他们的反应很冷淡，回答也是否定的。然而，我所问的问题，在科学领域其程度相当于问：你们读过一本莎士比亚著作吗？”
    然而时代毕竟不同了。在现在，如果再向人文学者问同一个问题，有许多人不仅会向你描述一番他们理解的热力学第二定律，而且还会自以为比物理学家更懂热力学第二定律，甚至兴致勃勃要用它来处理科学问题或社会问题呢。热力学第二定律和哥德尔不完备定理、测不准原理、光的波粒二相性一起，成了人文学者最喜欢引用的四大“科学原理”。
但是高中物理并不介绍热力学第二定律，许多经常把热力学第二定律挂在嘴上的人，实际上并不理解它讲的是什么。热力学第二定律通常有三种表达方式：一、热不可能自发地、不以消耗功为代价地从低温物体传到高温物体；二、任何热力循环发动机不可能将所接受的热量全部转变为机械功；三、在孤立系统内实际发生的过程中，总是使整个系统的熵的数值增大。
    前两种表述听上去过于“机械”，人们最爱引用的是第三种表述，也称为“孤立系统熵增原理”。熵可以被通俗地定义为混乱度，所以第三种说法可以通俗地表达为：在孤立系统，混乱程度总是变大，或者说，由组织至分解，由复杂变简单，由秩序至混乱。由于进化论认为简单的生物能够自发进化成复杂的生物，神创论者因此根据热力学第二定律的通俗说法，断言进化论违背热力学第二定律。
神创论者在引用热力学第二定律的通俗说法时，完全无视了其前提：孤立系统。所谓孤立系统，是指与外界不发生相互作用，即与外界无热量、功和物质交换的热力学系统。地球不是一个孤立系统，它与外界有能量交换：吸收太阳能和散发热量；又有物质交换：陨石坠落；所以它是一个开放系统。在开放系统中，熵可增可减，可以由简单变复杂，无序变有序。即使是在一个孤立系统中，也有可能在全体熵值变大的同时，局部的熵值减小。
在自然界中，“自发”由简单变复杂，无序变有序的现象屡见不鲜。所有的生命现象（比如鸡蛋变成小鸡、小鸡变成大鸡）都是这种“违背”热力学第二定律的现象。即使是非生命现象，这种现象也不少，雪花、沙丘、晶体、旋风、石钟乳的形成，都是大家熟悉的例子。
    “熵”的崇拜者并不仅限于宗教信徒。美国有一位学文科出身的社会活动家里夫金在1980年出版《熵：一种新的世界观》，原著在美国已绝版，在里夫金现在的简介中甚至不好意思把这本书列入。但是正所谓墙里开花墙外香，这本书自从1987年被译介到中国来，其声名在中国就长盛不衰，它对“热力学第二定律”的歪曲性介绍做为课文被选入高中《语文》去误导没能在物理课上学到热力学第二定律的中学生。近来国内一位哲学系教师出版一本“环保”著作《未来的世界是垃圾做的吗》，也是根据“里夫金对热力学第二定律的表述”演绎而成。
    这位哲学系教师声称，地球的命运就是成为一个大垃圾堆，科学技术的进步不仅不能解决垃圾问题，反而只是加速这个世界末日的到来。“即使能源危机能够解决，垃圾问题仍然无法解决。因为输入越强大的能量，会产生越多的垃圾。”“按照《熵》的作者里夫金对热力学第二定律的表述：能量总是从能用的变成不能用的，物质总是从可用的变成不可用的。在全球化的物资和能量转化链中，低熵状态的原始森林、矿藏、天然水体，最终必然变成高熵状态的垃圾场。垃圾，是一切物资和能量无可逃脱的宿命。”“对此，大部分人仍然乐观：等到将来，科学发展了，这些填埋的垃圾还是可以再回收利用的。然而，这个幻想违背了热力学第二定律。”
    问题是物理学上并不存在里夫金表述的那个“热力学第二定律”。那是没有学过普通物理学的里夫金杜撰出来的，和神创论者一样，是对热力学第二定律的第三种表述“孤立系统熵增原理”的歪曲。如前所述，地球并不是一个孤立系统，而是一个开放系统，从外界（太阳）吸取了大量的能量。而只要有外界能量的输入，就可以使整个系统的熵值减小，让垃圾转变成可用的物质。所谓“输入越强大的能量，会产生越多的垃圾”的说法，不仅不是依据热力学第二定律得出的，而是从根本上违背热力学第二定律的。
    这位哲学系教师以唱衰科学、反科学主义为己任，却如此信奉一位文科学者杜撰出来的“科学定律”，以之做为昭示世界未来的“科学指南”，这不是很讽刺吗？

2010.2.8

（《中国青年报》2010.2.10.）

    最近我参加了中央电视台一个辩论节目，主题是外星人有没有到过地球。相信外星人到过地球的主要嘉宾是一位来自台湾的电视主持人，现在也在大陆的卫视主持百科节目。他据说去过180多个国家，自称是一位“考古学家”，而他满世界“考古”的目的，似乎就是为了证明外星人到过地球。
    果然，在节目拍摄过程中，这位电视“考古学家”不断地出示各种各样的实物或图片，声称它们不可能是古人造得出来的，只能归功于外星人：在青海“外星人遗址”找到的神秘管状物、埃及金字塔、复活节岛石像、纳斯卡线条……
    他自己觉得神奇无比的，就以为别人都会和他一样百思不得其解。其实在专家看来，他出示的这些证据都没有什么神秘、难解之处。青海的“神秘管状物”经地质学家化验分析，发现乃是沉积而成的铁矿石，并不含有地球上没有的“外星元素”。埃及金字塔、复活节岛石像、纳斯卡线条无疑都是古人建造的。在尼罗河岸遗留着当年为建造金字塔开采石头的场地，至今在那里还可以找到开采了一半的石头和当时使用的工具；考古学家曾经用古埃及技术仿建金字塔，并在金字塔附近挖掘出了建造工人的营地、墓地和尸骨。在复活节岛上也遗留着采石场，用来雕刻石像的石斧和一些石像半成品还扔在那里；考古学家多次组织人马，用原始的办法搬运、树立起了石像。在纳斯卡线条的尽头的地下，还残留着当年供绘制线条定位用的木桩；美国肯塔基大学的研究人员曾经用当时的方法很快就绘制出了类似的大型线条图案……
    这位电视“考古学家”对此不以为然，认为这些观点都是过时或外行的，似乎那些多年潜心研究的专家的见解还不如一位“到此一游”的观光客。即使这些遗迹真有未解之谜，就能说它们是外星人造的吗？为什么不留待以后的科学研究？即使你坚信科学永远无法给出解释，为什么不说是超人、神仙、鬼怪造的？对外星人的信仰，与对超人、神仙、鬼怪的信仰并无不同，都是一种迷信——没有证据就盲目地相信。
    现场的观众大部分都举牌表示相信外星人到过地球。并不是这场节目的观众素质就特别差，我参加过多场类似的节目录制，观众都是如此。古人普遍相信鬼神，今人则流行相信外星人或类似神秘的东西。迷信在古今中外都如此盛行，让人怀疑那是否是人类与生俱来的一种本能。人们本能地要为事情的发生找出原因，在自己难以理解时，迷信的解释也聊胜于无。即使在明知有科学解释时，也宁愿继续迷信，因为幻想通常要比事实更让人感到舒服。受过良好教育的人，甚至包括部分科学家，也难以摆脱内心对迷信的欲求，例如对另类医学的推崇，对神灵的崇拜——在美国，有40％的科学家、7％的国家科学院院士，还相信神的存在。
    迷信有其生理基础。2002年，瑞士神经生物学家找了20名迷信者（迷信神、鬼、阴谋论等等）和20名不信者，让他们看一系列的幻灯片。这些幻灯片显示的都是人脸照片，有的是真实的人脸，有的则是用不同人脸的不同部位拼凑出来的。结果表明，迷信者更容易把那些拼凑出来的脸当成真实的人脸。然后，研究人员让实验对象服用一种能够增加大脑中神经递质多巴胺的含量的药物，再用一组新的人脸重新做实验。这一回，所有的实验对象都更容易把拼凑的人脸当成真实的人脸。这意味着大脑中多巴胺含量高的人更容易以假当真、无中生有，也就更容易迷信。
    如果迷信有生理基础，那么有没有迷信的基因呢？美国国家卫生院的遗传学家怀疑一个叫VMAT2的基因和迷信有些关系。这个基因调节人脑中多巴胺、5-羟色胺、肾上腺素、去甲肾上腺素等神经递质和激素的含量。这个基因有不同的版本，其中一个版本会增加这些神经递质、激素在大脑中的含量，而心理测试表明，具有这个版本的基因的人最迷信。
    如果迷信是一种本能，它是怎么进化来的呢？在人类进化的早期，迷信的人可能有某种生存优势。在一个充满风险的环境中，疑神疑鬼不失为一种保护自己的好办法。一有风吹草动，迷信的人就会当成不祥之兆被吓跑，不迷信的人在多数情况下可以嘲笑迷信者的胆小怕事，但是万一真有狮子躲在草中，就要付出生命的代价。迷信在人类社会中还可能有别的积极作用。比如，它能够提供心理安慰、凝聚人心、激发士气。
    但是，时代早就变了。在现代社会中，人们已无需借助迷信来保护自己，在许多情况下，迷信起到的是破坏作用，应该尽量避免。例如，对另类医学的迷信危害健康，对鬼神的迷信妨碍科学教育，对风水的迷信损失钱财。但是不幸的是，我们还长着一颗石器时代的大脑，要人们抗拒本能，学会理性地看待事情，是一项艰难的使命。

2010.1.25.

（《中国青年报》2010.1.27）

    《19世纪的科学女王》（《中国青年报》2010-01-27）一文提到达尔文，属于我的“专业”，我就说几句。

“88岁那年，萨默维尔完成了人生的最后两部著作。其中一部是《分子和显微科学》，插图的制作者是后来因提出进化论而大名鼎鼎的达尔文。”

萨默维尔主要是翻译、编写了几本很流行的教材和科普著作，为科学普及做出了贡献，但是本人并没有做出什么学术成就，称之为“科学女王”是言过其实了。《分子和显微科学》就是一本科普著作，出版于1869年，而达尔文早在10年前就出版《物种起源》，已大名鼎鼎，学术地位比萨默维尔高多了，不可能去为她（或别人）的书制作插图。事实是，1866年，萨默维尔通过莱尔夫人（莱尔是达尔文的老师）转告，希望能在《分子和显微科学》中使用达尔文1862年出版的研究兰花的著作（这本书的书名很长，通常简称《兰花的传粉》或《兰花》）中的插图，达尔文说他本人会很高兴让她使用插图，但是萨默维尔应该找《兰花》一书的出版商获得许可。后来《分子和显微科学》用了《兰花》的14幅插图，萨默维尔在书中鸣谢达尔文，如此而已。下面是1866年达尔文答复莱尔夫人的信。

Darwin, C. R. to Lyell, M. E., [19? Oct 1866]

Friday

My dear Lady Lyell

I should be delighted & honoured by Mrs Somerville’s using any of the diagrams in my Orchid book. But it is more Mr Murray’s affair than mine. If this note were shown to him I have no doubt he would give permission & do what is necessary.

Pray believe me yours sincerely
Ch. Darwin

附：
19世纪的科学女王

本报记者 王波
中国青年报 2010-01-27

    家里供应的蜡烛明明已经够多，女仆却一再抱怨不够用。威廉·乔治·萨默维尔决定调查个究竟。

    答案很快就找到了。问题出在女儿玛丽·费尔法克斯·萨默维尔（Mary Fairfax Somerville）身上。这个13岁的孩子，每晚点着蜡烛在卧室里看书。这让她的父母非常愤怒，因为她手里捧的是欧几里得的《几何原本》。这在那个年代不可接受。

    1789年，9岁的萨默维尔被送进女子贵族学校，接受一年的正式教育。父母希望她能学会豪门女子应有的姿态和礼仪，毕竟他们家世显赫，美国总统乔治·华盛顿家是他家的亲戚之一。

    她最终没有令父母失望。不过，也正是这一年的教育，培养了小女孩持续一生的阅读兴趣。此后，萨默维尔每年都要参加女子学校。除了缝纫、弹钢琴和画画等上层女子应具备的技能，她也喜欢上了社交活动。

    一本女性时尚杂志上的智力游戏题，则让她的兴趣开始转移。这个被朋友们称为“耶德堡玫瑰”的女子，竟然喜欢上了数学。

    可惜女子学校没有数学课，萨默维尔便找到哥哥的导师，请他解释一些基本概念。

    一次绘画课上，老师建议一个男生去研究欧几里得的《几何原本》，以便深入了解透视理论。萨默维尔无意间听到了，便把书名悄悄地记在了心里。但她很清楚，自己亲自去买这样的书，肯定不大合适。她再次想到了哥哥的导师。

    只是到手的《几何原本》她还没来及看完，家人便发现了一切。在母亲看来，一个女孩子竟然对数学感兴趣，“这是一种耻辱”。父亲则担心女儿会因此患上精神疾病。

    他们不仅没收了《几何原本》，也不许萨默维尔接触任何与数学有关的书籍。

    在萨默维尔即将20岁那年，双亲把她嫁给了她的远方表兄。尽管受过良好的教育，他并不希望妻子学习数学。在他眼里，妇女根本就没必要接受教育。萨默维尔只能遵从丈夫的意愿。

    4年之后，如丈夫所愿，萨默维尔生下两个儿子。然而，丈夫却不幸去世。

    他留下的丰厚遗产，足以令萨默维尔衣食无忧。她决定开始继续专心学习数学。由于亲友反对，她只能与一些数学家悄悄通信。

    再婚则为她带来转机，新任丈夫非常支持她在数学和科学上的兴趣。他们举家搬到伦敦，经常参加皇家学会的科学讲座，并与欧洲众多科学家建立起深厚的友谊。

    萨默维尔也不需要再遮遮掩掩。在自家花园里，她做了一系列实验，并将发现写成论文。丈夫参加皇家学会的会议时，欣喜地向人宣读妻子的论文。这让人们认识到，萨默维尔可以娴熟地写作科学论文。

    机会很快来临。1827年，萨默维尔收到朋友亨利勋爵的信。勋爵询问她是否愿意将拉普拉斯的法文著作《天体力学》翻译成英文，但所有的工作必须以她丈夫的名义进行，以免在社会上引起非议。

    萨默维尔接受了这项富有挑战性的工作，并要求翻译工作秘密进行。因为她害怕译本不能被读者接受。她不想让人知道自己的失败。

    事实证明，他们的担心完全多余。萨默维尔用3年时间完成的工作，质量远超出勋爵的预期。即便是拉普拉斯本人也赞不绝口，认为这个女人深入浅出地解释了他那些精确而深奥的理论。这本1831年出版的书，不仅很快销售一空，还成为剑桥大学的标准教科书。

    英国皇家学会也被这个女人的工作所震惊。他们请来一位雕刻家，为萨默维尔雕刻了半身像，放在皇家学会的荣誉室里。3年之后，她完成了《物理学的关联》一书，这被后人视为“比翻译《天体力学》更大的成功”。

    1835 年，萨默维尔被选为英国皇家天文学会第一批女性会员。在伦敦的知识分子中，她已是知名人物。但在意大利罗马学院访问时，主人却没给她面子。这个学院天文台的天文望远镜，处于欧洲顶尖水平。萨默维尔请求用望远镜观测哈雷彗星时，遭到拒绝。天文台称，这里只训练男性观测员，所有仪器禁止女性使用。

    这或许激发了萨默维尔支持女权和妇女教育的热情。当约翰·斯图亚特·密尔向议会提交请愿书，争取妇女的选举权时，萨默维尔第一个签名支持。

    不过，这个女人把更多的精力还是放在了科学上。88岁那年，萨默维尔完成了人生的最后两部著作。其中一部是《分子和显微科学》，插图的制作者是后来因提出进化论而大名鼎鼎的达尔文。至此，萨默维尔的研究领域，也由从前的天文、物理和地理，拓展到显微结构。

    3年后，她去世的消息传来，伦敦的报纸毫不吝惜地将“19世纪科学女王”的称谓，送给了这个享年91岁的女人。

                             （上）

    45亿4千万年，误差1％，这是今天科学界测定的地球年龄。这个年龄漫长得超出人们的想像能力。“人生不满百，常怀千岁忧。”几千年的岁月已是人类能够想像的最漫长的历史时间。难怪直到今天，仍有许多所谓“年轻地球论者”无视科学证据，坚信地球的年龄只有几千年。
    对古希腊自然哲学家来说，这不是一个问题。他们普遍认为世界是极其古老的，或无始无终永恒存在着，处于循环往复的变化之中。亚里斯多德在《气象学》一书中，阐述了这一观点：
    “地球的相同部分并非总是潮湿或干燥的，而是随着河流的出现和干涸而发生变化。而且，陆地和海洋之间的关系也发生了变化，一个地方并非总是陆地或海洋，以前是陆地的，变成了海洋，而现在是海洋的，有一天将变成陆地。……但是地球的整个有机过程是逐渐发生的，与我们的寿命相比，其时间间隔是极其漫长的，因此这些变化没有被观察到，在能够对这个过程从头到尾加以纪录之前，所有的民族都已衰亡、毁灭了。”
    基督教在西方占据统治地位之后，这种世界观就成了异端。基督教《圣经》详细地记载了从亚当开始的人类的家谱。理论上，回溯这些家谱，即可以推算出神创造世界的时间。事实上，《圣经》对家谱的记载有的很含糊甚至自相矛盾，要推算出准确的日期是不可能的。因此在推算时还要参考其他资料，估计一代人的平均时间（通常按一个世纪三代计算）和君王平均在位的时间（通常按20～25年计算），当然还免不了臆想。
    最早这么做的是叙利亚安提俄克的主教西奥菲勒斯（约115～180）。169年，为了反击异教徒对基督教的批评，他通过研究《圣经》推算出世界是在公元前5529年创造出来的。他承认这个数据未必很精确，但是即使有50年甚至200年的误差，也足以反驳异教徒认为世界历史很漫长的观点。后来的神学家也如法炮制，虽然推算的结果各不相同，但是都认为世界历史只有几千年，不超过1万年。例如在基督教神学史上地位崇高的古罗马神学家奥古斯丁（354～430）曾推算出世界历史为6321年。
    这些推算中，以爱尔兰首席主教詹姆斯·乌瑟（1581～1656）的最为出名。他在1650和1654年发表两部著作，推算出上帝在罗马儒略历710年10月22日傍晚时创造天地，相当于公元前4004年10月22日傍晚。奇怪的是，乌瑟认为上帝创造世界的年份是儒略历710年而不是儒略历1年，那么在太阳被创造出来之前的710年没有太阳，怎么纪年呢？乌瑟和当时的人们都没有注意到这个矛盾，乌瑟的推算被普遍接受，自1701年起被印在了英国出版的《圣经》上。
    就在乌瑟发表其推算的时候，启蒙时代已经开始了。启蒙先驱们至少在私下里对《圣经》不以为然，不再相信地球是上帝直接创造出来的，而是自然形成的。在1644年出版的《哲学原理》一书中，法国哲学家笛卡儿（1596～1650）设想地球可能源自一颗炽热的恒星，这颗恒星冷却后，掉进了环绕太阳的以太“旋涡”中，变成了地球。另一个法国人德梅耶（1656～1738）进而试图根据自然现象来推算地球的年龄。推算的结果要比根据《圣经》推算出的古老得多。德梅耶深知这么做要冒着受到教会迫害的风险，因此他把这个观点写成了文学作品，虚构了一位法国传教士与一位印度哲学家的对话，由后者表述出来。这位印度哲学家显然是德梅耶的化身，他的名字特里梅德（Telliamed）是德梅耶特（de Maillet）的倒写。即便如此，德梅耶也不敢出版这部著作，只供朋友们传抄，在他死去10年后，《特里梅德》才出版。
    德梅耶认为地球曾经完全被水淹没，其证据就是在内陆高山上发现的海贝化石。之后，地球的水慢慢掉进了以太“旋涡”中，导致海平面逐渐下降。德梅耶指出，在迦太基、亚历山大城、艾可等地，有一些建筑原先是建在海平面的，现在都远离海平面了。根据这些建筑的位置和建造时间，可以算得海平面每100年大约下降3英寸。那么，从世界最高峰的海拔高度，可以推算出地球的年龄大约有20亿年。
    在今天看来，德梅耶的推算当然经不起推敲。地球从来没有完全被水覆盖。高山上的海贝化石不是由于海平面下降留下的，而是由于高山从海平面以下隆起带来的。他也忽视了，同样在地中海一带，还有很多地方的地面反而下陷到海平面底下，沉入了海底。德梅耶试图根据海平面下降来推算地球年龄，是站不住脚的。但是德梅耶第一个猜测到地球的年龄可能长达几十亿年，而不是只有几千年。世界要比《圣经》所记载的古老得多。更重要的是德梅耶采用的研究方法：不是把《圣经》或某部宗教著作当作依据，而是去研究自然现象，试图找到能用以测定地球年龄的规律。
    德梅耶的宇宙观深受笛卡儿的影响。但是这种旋涡宇宙观在当时已经过时。取而代之的是牛顿（1642～1727）的宇宙观。在1687年出版的《数学原理》一书中，牛顿提出物体散热的速率和物体的大小成反比。他认为，一个烧得通红的直径1英寸的铁球会在1小时后失去所有的热量，那么，一个和地球一样大的炽热铁球（直径大约4千万英尺。1英尺＝12英寸），就要花上5万多年的时间才能冷却下来。
    牛顿并不是在计算地球的年龄，但是他为后人计算地球年龄指示了一个重要方向：通过计算地球从最初的炽热状态冷却到现在的温度所需要的时间，就可以知道地球的年龄。法国博物学家布封（1707～1788）是沿着牛顿指示的方向前进的众多学者中的第一个。他认为太阳系是一颗彗星撞击太阳形成的，在撞击下，太阳抛出的气体和液体形成了各个行星和卫星。其中的一个就是地球。接下来布封要计算地球从一个熔球到冷却到现在的温度所需要的时间。为此他首先需要知道熔球冷却的速度。他用10个直径相差半英寸的铁球做实验，把它们加热到通红，然后测量冷却到室温所需要的时间。他发现冷却时间和球的直径大致成正比，由此外推到地球大小，算出地球从熔球冷却到现在的温度需要96670年。
    但是地球毕竟不是铁球。布封重复实验，这回用的不是铁球，而是组成和地球的组成相近的球。根据实验结果算出地球的年龄是74832年。虽然这是布封印在书上的结果，但是他私下承认这可能大大低估了地球的年龄。他注意到，暴露在阿尔卑斯山的沉积岩层非常深，而岩石沉积的速度又极其缓慢，这些都说明地球年龄远远不只几万年。在一份没有发表的手稿中，布封对地球年龄重新做了几次估计，结果都比他发表出来的长得多。其中的一个估计是，地球有近30亿年的历史。
    布封不敢发表这些估算，显然是担心激怒宗教势力。说地球只有几万年的历史也许还能被教会容忍，说地球有几十亿年的历史，就会被认为是在和教会作对了。在布封小心翼翼的文字背后，隐藏着更具革命性的力量。他是第一个用实验方法研究地球年龄的，也是第一个认识到地球的面貌是在自然力量持续而均一的作用下形成的，今天我们所观察到的地质过程，与过去的相同——这种思想后来被称为均变论。因此通过观察地球漫长的历史过程中在自然力的作用下发生的缓慢变化，可以推算出地球的年龄。布封采用的具体推算方法是错误的，思想观念却是正确的。

                             （中）

    到了19世纪，科学家已无需担心由于发表离经叛道的观点而受到宗教界的迫害。科学界实际上已无人相信地球如《圣经》所记载的只有几千年的历史。各种证据都表明地球的年龄必定非常古老。但是究竟老到什么程度，物理学家和地质学家（以及生物学家）却有不同的看法，发生了一场持续几十年的大争论。
    物理学家延续牛顿、布封的传统，试图根据地球的冷却来估算地球的年龄。牛顿、布封的估算未免过于粗陋，要做较为精确的计算，需要用到热力学的方法。创建热力学的关键人物英国物理学家威廉·汤姆逊（后来成为开尔文勋爵）（1824～1907）成了最佳人选。
    汤姆逊在1852年写了一篇简短的论文，指出在能量转化过程中，总会有一部分能量变成热量耗散掉。这意味着地球、太阳系乃至整个宇宙也都在逐渐散热，持续冷却下去。当时已知的化学反应能够补充一些热量，但是远远不足以补偿散发的热量。换言之，地球在过去必定比现在热，曾经热得生命无法生存，在将来则会比现在冷，会冷得不适合人类居住。假定地球一开始是完全熔化的，之后热量从地球内部传导到地球表面耗散掉，地表逐渐冷却到现在的温度，那么如果知道了地球的初始温度、岩石的热导率和现在地表的温度梯度，就可以算出地球的年龄了。
    汤姆逊在1862年的一篇论文中就是这么算的。但是他所需要的三个数据在当时都不确定，只能先做一番估计。汤姆逊把地球的初始温度设为3870摄氏度。他认为这是岩石熔化的温度，但是当时并没有这方面的实验，其实也就是瞎猜的。对岩石热导率，汤姆逊倒是自己做了测量，分别测了沙、沙岩和辉绿岩的热导率，把它们的平均值做为地球岩石的热导率。至于现在地表的温度梯度，有一些数据，但是彼此差别很大，汤姆逊挑了其中的一个。据此，汤姆逊计算出在9千8百万年前地球从熔化状态开始凝固下来。考虑到数据可能有错，汤姆逊给出一个比较大的估算范围，下限是2千万年前，上限是4亿年前。
    尽管汤姆逊的估算所用的假设很成问题，数据也很不确定，但是在此后的几十年内却被认为非常权威。毕竟，汤姆逊是当时首屈一指的大物理学家，身上笼罩着无数的光环：连续6年当选王家学会会长，被授予爵士和男爵爵位，成为第一个入选英国上议院的科学家……不相信这样的权威还相信谁呢？
    地质学家们却不以为然。一亿年的历史听上去已极为漫长，但是在地质学家看来却过于短暂，与他们观察到的地质现象不符。汤姆逊的估算也让达尔文深感苦恼。达尔文的自然选择学说认为生物进化是一个逐渐改变的过程，需要无比漫长的时间才能进化出现在我们见到的如此众多、如此丰富多彩的生物物种。但是按照汤姆逊的估算，只有最近的2～4千万年地球才冷却到能够让生命生存，这个时间框架显然远远少于达尔文所需要的时间。实际上，汤姆逊之所以选择在《物种起源》出版3年后挑起有关地球年龄的论战，就是针对达尔文的自然选择学说而来的。汤姆逊做为一位虔诚的基督徒，是广义的神创论者，虽然接受进化论，但是相信生物进化是在上帝的指导下进行的。
    地质学家有自己的办法估算地球的年龄，例如根据岩层的厚度。当时的地质学家已经知道沉积岩是水中的物质沉积而成的。那么，如果知道沉积的速度和一组沉积岩的厚度，就可以计算花了多长时间形成这组沉积岩。如果知道了所有沉积岩的总厚度，就可以知道花了多长时间形成所有的沉积岩，那么就可以知道地球的年龄的下限。但是这样的估算很难做到精确，最主要的缺陷在于物质沉积的速度并不是均一的，根据情况变化很大。而且沉积岩的总厚度也难以知道，特别是寒武纪之前的岩层很不完全，而那段时期占了地球历史的大部分。
    因此达尔文无法具体地估算地球的历史究竟有多长，但是他有理由相信它必定是非常古老的。例如，当时英国地区沉积岩的已知总厚度是77584英尺，美国密西西比河的泥沙沉积速度据估计是10万年600英尺，即每166.67年沉积一尺。按这个沉积速度，英国沉积岩花了1千2百万年才形成，而实际的沉积速度可能比那慢得多，因此所用的时间也就长得多。在另一个例子中，达尔文估计要用大约3亿年的时间才能把一个高度为500英尺的悬崖侵蚀成现在的韦尔德平原（假定侵蚀速度是每百年1英寸）。
    但是物理学家用别的方法估算出的地球年龄却都比较接近汤姆逊的估算。当时的物理学家认为，太阳最初从星云凝聚，达到现在的大小和亮度，只用了大约2千万年的时间，地球的年龄当然不可能比这老。当时太阳核聚变还未被发现，他们计算的时候，错误地假定了太阳能够发光是引力收缩释放出的能量导致的。物理学家采用的另一种估算方法是海洋中盐分的累积。海洋中的盐来自水土的流失，据此估算出海洋的年龄大约是8千万到1亿年。就连达尔文的二儿子、剑桥大学的天文学家乔治·达尔文也独立地验证了汤姆逊的估算。乔治·达尔文假定地球和月球是在熔化状态下分离形成的。在月球引力作用下，地球的海洋出现潮汐。潮汐摩擦会让地球自转速度变慢。乔治·达尔文估算出自月球从地球分离出去，到潮汐摩擦让地球自转减慢到现在的速度，大约用了5千6百万年的时间，与汤姆逊的估算相当。
    这些根据物理定律所做的计算，看上去要比达尔文本人的估算准确得多。在地球年龄的问题上，物理学家似乎更有发言权。达尔文无法反击，只能说“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。“达尔文的斗犬”托马斯·赫胥黎则抨击说，汤姆逊的计算貌似精确，其实是基于错误的假设。达尔文相信地球的年龄至少有几十亿年老，生物才有足够的进化时间。我们今天知道达尔文、赫胥黎是对的，而物理学家们算错了。在地球年龄问题上生物学家比物理学家更靠谱，这很有讽刺意味，不过，后来证明物理学家算错的，也是物理学家。
    1895年，汤姆逊以前的助手约翰·佩利（1850～1920）发现了汤姆逊估算的一个漏洞。汤姆逊把地球当成了固体。但是如果地球内部是液体，地球内部的导热率就要比汤姆逊估计的高得多，地球的年龄相应地要比汤姆逊计算的大得多（地球内部导热率高使得地表温度增高，冷却时间变长）。佩利算出地球的年龄大约有20～30亿年。但是佩利的观点在当时没有造成什么影响。
    放射性现象被发现以后，汤姆逊计算的另一个大缺陷也暴露了出来。汤姆逊假定地球内部没有热源，地球形成以后就一直在冷却。1903年，法国物理学家居里（1859～1906）发现放射性同位素镭能够释放出热量，乔治·达尔文和几个物理学家几乎同时指出，这表明汤姆逊的假定是错的，地球内部放射性同位素产生的热量足以平衡汤姆逊假设的冷却效应。1904年，核物理之父卢瑟福（1871～1937）在汤姆逊出席的一次报告会上，指出了这一点。卢瑟福以后也将由于他的物理学上的重大贡献被授予爵士、男爵，获得诺贝尔奖，学术地位不亚于汤姆逊。不过在当时，他还只是个崭露头角的年轻物理学家，要当面挑战德高望重的权威，不免战战兢兢。卢瑟福在回忆录中生动地描述了这一幕：
    “我进了昏暗的房间，很快发现开尔文勋爵就在观众中，并意识到我有麻烦了，我的报告的最后部分是关于地球年龄的，而我的观点和他的观点相抵触。开尔文很快睡着了，这让我松了一口气，但是在我讲到关键部分时，我看到老家伙坐直了，张开眼睛，恶狠狠地盯着我！我突然灵机一动，说：‘开尔文勋爵已限定了地球的年龄，条件是没有发现新的热源。这个高瞻远瞩的观点指的就是我们今晚讨论的东西，镭！’瞧！老家伙对我发出了微笑。”

                                （下）

    放射性现象的发现不仅推翻了此前物理学家对地球年龄的低估，而且让准确测定地球年龄成为可能。
    放射性现象的发现纯属意外。1896年，法国物理学家贝克勒尔（1852～1908）在准备实验时，惊讶地发现铀盐已让包在厚黑纸里的底片感光，表明铀盐发射出能穿透黑纸的射线。两年后，皮埃尔·居里（1859～1906）和玛丽·居里（1867～1934）夫妇发现钍元素也能发出类似的射线，把这种现象命名为“放射性”。之后，居里夫妇发现了两种具有放射性的新元素——钋和镭。
    卢瑟福和索迪（1877～1956）一起为放射性年龄测定奠定了理论基础。他们发现放射性现象是由于元素的自发衰变造成的。在衰变过程中，一种元素变成了另一种较轻的元素，同时发射出射线。一种放射性元素的衰变速率是固定的。这样，如果知道了某种放射性元素的衰变速率和衰变产物，就可以根据衰变产物的量计算出用了多长的时间产生这些产物。
    卢瑟福在1905年首先想到了可以用这种办法来测定岩石的年龄。当时，他已经知道铀、镭发射出的阿尔法射线其实就是氦，那么，通过测量岩石中铀和氦的比例，以及铀产生氦的速率，就可以知道岩石的年龄。用这个办法，他测定两块岩石的年龄大约是5亿年。卢瑟福谨慎地指出，这只是下限，因为有一部分氦可能从岩石中逃逸了，导致测定的氦含量比实际的要少，测定的岩石年龄也就偏小。
    在同一年，美国化学家波尔特伍德（1870～1927）注意到铅总是出现在含铀和钍的矿石中，推测铅是铀和钍衰变的最终产物。在卢瑟福的建议下，波尔特伍德开始通过测量铀矿石中的铅含量来计算岩石的年龄。他测了26份岩石样本，发现它们的年龄在4亿到22亿年之间。这表明地球的年龄至少是22亿年。
    波尔特伍德的结果于1907年发表在地质学杂志上。尽管这个测定结果符合地质学家的预想，他们却对此没有什么兴趣。地质学家对物理学家、化学家闯入他们的领域的举动仍保持戒心。波尔特伍德没有做进一步的研究，后来患了抑郁症，自杀身亡。卢瑟福的兴趣也转移到其他方面。
    在其他人都放弃的时候，只有英国地质学家霍姆斯（1890～1965）坚持了下来。早在1911年霍姆斯还是一名本科生时，就开始用铀－铅法测定岩石的年龄，并测出最古老岩石的年龄是16亿年。此后，随着对放射性现象、放射性同位素的研究的深入，霍姆斯一直在改进其测量结果。但是直到进入20年代，霍姆斯的工作才逐渐受到重视。此时，地质学家已发现地层的沉积速度并不是恒定的，因此想根据现在地质变化的速率来精确地算出地球的年龄是不可能的，只能借助放射性方法。1931年，美国科学院指定一个委员会专门研究地球年龄的测定问题，由霍姆斯执笔的委员会报告认定放射性年龄测定法是测定地球年龄的唯一可靠的方法。
    有关放射性测定法的争议消失了，接下来就是如何尽可能准确地测定地球的年龄。岩石越古老，当然就越接近地球的年龄。目前测定的最古老的岩石年龄大约是38～39亿年，其中有的是沉积岩，含有更古老的矿物晶体。已知最古老的矿物晶体是在澳大利亚发现的锆石小晶体，年龄至少为44亿年。但是用地球岩石无法直接测定地球形成的年龄。这是因为地球由地壳、地幔、地心几部分组成，由于板块运动，新的地壳持续地产生，然后又被循环，岩石始终处于变化之中，其结果是，地球最早形成的岩石已不存在。
    整个太阳系是由同一片星云形成的，形成太阳系各个天体的过程所花的时间相对来说比较短，可能不到1亿年。太阳系其他天体的年龄也就基本等于地球的年龄。因此，有关地球年龄的最好证据反而不是来自地球，而是来自月球和降落到地球上的天外来客——陨石。月球上不存在板块运动，可以在上面找到月球刚形成时就有的岩石。对阿波罗号带回来的月球岩石的测定结果表明，最古老的月球岩石大约是44～45亿年。对许多陨石的测定结果，年龄也都在45亿年左右。现在被普遍接受的地球年龄45.4亿年（1％误差），根据的是美国地球化学家帕特森（1922～1995）在1956年发表的测定结果，测的是一块在美国亚利桑那州恶魔谷发现的陨石。
    地球年龄大约45亿年，科学界对此已无疑义，它做为一个科学事实已有50多年的历史。但是在科学界之外，仍然有许多人不能接受这一事实。这主要是基督教原教旨主义者，他们坚信地球的年龄只有大约1万年。这些“年轻地球论者”的依据是基督教《圣经》，但是却给自己披上科学的外衣，试图动摇放射性测定法的科学基础。
    简单的放射性测定法有两个假设：一、在岩石刚刚形成时，只有母元素（例如铀），子元素（例如铅）都是后来由母元素衰变形成的。二、自岩石形成以后，没有母元素、子元素逃逸出去，也没有母元素、子元素从外界渗透进来。显然，这两条假设如果有一条不成立，就会影响到测定结果，因此就受到了“年轻地球论”的质疑。
    但是存在这两个假设并不会让放射性测定法变得毫无价值。在许多情形下，有足够的依据可以认定这样的假设是完全合理的，而且也可以通过对同一个样本用不同的同位素、不同的测定方法进行核对。实际上，现代放射性测定法普遍采用的是等时线法，通过测量同一种元素的不同同位素的量，以及通过测量在同一时间形成的不同物体（例如岩石中的不同矿石晶体），取消了这两个假设。因此“年轻地球论者”对此的质疑是没有道理的。
    放射性测定法还有一个基本假设，某种放射性元素的衰变速率是恒定不变的。如果这个假设不成立，测定的结果当然就靠不住。因此“年轻地球论者”最喜欢攻击这一假设。但是这一假设有充分的量子力学理论依据，攻击它也就是在攻击量子力学。这个假设也被实验所证实：物理学家做了很多试图改变衰变率的实验，对放射性同位素施加不同的温度（高达2000摄氏度，低达零下186摄氏度），不同的气压（从真空到几千个大气压），不同的引力场和磁场，都未能显著改变衰变率。
    而且放射性测定法的结果已被别的方法所独立验证，例如日震年龄测定法。上个世纪60年代，天文学家发现太阳表面在有规律地振荡，称为日震。日震波的传播与太阳的组成，特别是太阳中心的氦和氢的相对含量有关。自太阳诞生以来，其内部就一直在进行着把氢聚合成氦的核聚变。因此，通过日震测定太阳中心氦的含量，就可以计算出太阳的年龄。用这个方法测出的太阳年龄大约为45.7亿年，与用放射性测定法测出的吻合得很好。
    当代“年轻地球论者”对地球年龄的质疑没有任何科学含量，不能算是科学争论，也无法通过学术争论获得解决。这是宗教与科学的冲突，这些偏执的信徒还生活在17世纪乌瑟主教的时代。

2009.12.23.
2010.1.6.
2010.1.13.

（《经济观察报》2010.1.4,11,18）

    提起庞然大物，我们往往会想到象。象是现存最大的陆地动物，最大的非洲丛林象的身高能超过4米，体重能达到12吨。象刚生下来时的体重通常就有120千克。它们是如此庞大，以至我们习惯充满敬畏地称之为“大象”。
    但是有一种象的形象很难让人将它冠以“大”字，它们成年时身高还不到1米，体重只有大约100千克，和猪的大小差不多——猪鼻子插葱有时的确是可以装象的。这样的矮象一定很可爱，可惜它们只生活在更新世，已在大约1万年前全部灭绝。
    矮象并不是大象的祖先，在它们之前大象早已进化出来。相反地，矮象是从大象进化来的。这些矮象的化石是在地中海的西西里岛和马耳他岛发现的。在地中海的其他岛屿，也有类似的矮象化石出土。大约600万年前，地中海的海水被部分或全部蒸发了，生活在大陆的大象得以迁移到这些岛屿。后来随着海平面的上升，这些大象的后代与世隔绝，在岛上进化成了猪一般的矮象。
    为什么大象的后代变成了“猪”了呢？在回答这个问题之前，我们需要先问一下，为什么大象要把身体弄得那么庞大呢？原因很简单，身体庞大是它们保护自己的法宝。当大象的身体大到连老虎、狮子也望而生畏时，大象就没了天敌，可以自由自在地吃草。但是身体庞大也意味着要消耗大量的食物。一头成年大象每天要吃上一、两百千克的植物。而一个大象群体为了避免近亲繁殖，通常有几百头大象，它们消耗的食物量大得惊人。
    在地中海的岛屿上，没有大型的肉食动物需要抵御，大象身体庞大的优势消失了，劣势暴露了出来。在岛上，资源非常有限，没有足够的食物来维持一个大象群体，身体大的象饿死，身体小的象由于需要的食物量也少，反而容易生存下来。要维持一个500头大象的群体，可能至少需要几千平方千米的空间，但是要维持一个同等数量的矮象群体，有几十平方千米的地盘可能就足够了。这样，在自然选择的作用下，大象的身体就变得越来越小。
    不仅大象如此，其他大型食草动物到岛上繁衍后，由于没有天敌，也由于缺乏食物，它们后代的身体也会逐渐地变小。甚至人类也是如此。2003年在印度尼西亚的弗洛里斯岛发现的史前“矮人”（已在大约12000年前灭绝），身高只有大约1米。
    但是对俗称老鼠的啮齿动物来说，情形却正好相反。老鼠体型小的原因，也是为了避免被天敌吃掉，因为身体小容易躲藏。到了岛上以后，没有那么多天敌，甚至根本就没了天敌，没有必要再躲躲藏藏，身体小的劣势就暴露出来了，因为身体太小，热量容易散失，而且能吃的食物种类有限，比如粗一点的植物就咬不动。对老鼠来说，身体大一些反而更有优势。在岛上生活的啮齿动物的身体通常要比在大陆生活的大很多。例如在弗洛里斯岛上原来生活着一种窟山鼠（已灭绝），和猫一样大。
    不过，和在乌拉圭发现的一种豚鼠相比，窟山鼠就是小巫了：这种乌拉圭豚鼠比牛还大，体长3米，高1.5米，重达1吨，比矮象还要大得多。幸运的是这种可怕的硕鼠生活在200～400万年前。在当时，巴拿马地峡还未出现，南美洲和北美洲是分离的，南美洲实际上是一个大岛，北美洲的剑齿虎等天敌还过不去享用这些硕鼠。现在还生活在南美洲的花背豚鼠是硕鼠的近亲，而花背豚鼠的体长只有80厘米，体重只有15千克，这在现在啮齿动物中已经算是大的了。
    当大型的哺乳动物迁移到岛屿，它们的身体通常会逐渐矮化，而小型的哺乳动物则相反，它们的身体会逐渐巨化。这种现象被称为“岛屿法则”。这个进化速度会非常快。对88种岛屿哺乳动物（其中一半是啮齿动物）的调查表明，它们的进化速度要比大陆哺乳动物快两倍。
    人类的文化进化其实也存在类似的“岛屿法则”。对人类社会来说，“岛屿”并不一定是地理意义上的。开放的岛国可以包容世界，自我封闭的大陆国家却是文化的岛屿。一个国家如果闭关锁国成了世界的孤岛，那么由于缺乏来自外部的竞争压力和文化交流，也会很快地让伟人矮化，鼠辈巨化。这样的国家，会一时成为“矮象”和“硕鼠”的天堂。但是不论是可爱的矮象还是可怕的硕鼠，终究还是都灭绝了。

2010.1.18.

（《中国青年报》2010.1.20）

【按：在《中国青年报》登出的版本写错了花背豚鼠的体重，误把“15千克”写成“75千克”，重得离谱了。若有转载，请更正一下，以此为准。】