方舟子的Blog

问：我觉得今年夏天特别热，甚至在有空调的房间里都能感觉到。这是不是表明地球气候正在变得更加炎热？

答：是的，地球气候确实正在变得更加炎热。根据联合国政府间气候变化委员会最新（2007年）的报告，全球平均气温在过去的100年中上升了0.74摄氏度，在过去的150年中，最暖的12年中有11年出现在1995年到2006年，其中1998年和2005年是最热的两年。造成这种变暖的原因很可能是人类活动导致的。

人类在过去150年的工业化过程中燃烧煤、石油和天然气等化石燃料，把大量温室气体（主要是二氧化碳）排放到大气中。这些温室气体就像培育蔬菜的玻璃温室一样让地球表面温度升高。变暖的气候也会带来更多的极端气候，例如热浪、暴雨、干旱等等。

不过，仅凭感觉夏天更热并不足以证明变暖。全球气候变暖是科学家根据统计数据得出的结论和预测，这就像说某国的人均预期寿命是70岁，但这并不意味着任何一个人都会在70岁死去。如果仅凭一个更炎热的夏天来证明变暖，那么一个更寒冷的事件（例如2008年中国南方的雪灾）是否证明了气候的趋势是变冷？当然不是。气候是天气的平均状态，具体的天气事件和长期的气候变化趋势并不能直接划等号。可以确定的是，根据气候模型的预计，你很可能在未来遇到更多更热的天气，但是由于天气系统非常复杂，由多种因素决定，某一个特定的天气事件是否可以归结于全球变暖，这需要仔细研究，找到造成这种天气的具体原因。

（编写：柯南）

问：怎么计算一个人的二氧化碳足迹？

答：近些年来，地球气候变暖问题引起了人们越来越多的注意。在促进地球变暖的各种所谓温室气体中，二氧化碳占据了一个主要地位，而二氧化碳恰恰又是与人们日常生活息息相关的一种气体。我们生活中的每一项活动，从自身需要的呼吸，到生火做饭和取暖，到使用电器，到乘车坐飞机旅行，都是一个消耗能量的过程。这些能量来源于各种含碳的矿物（如煤炭和石油及其衍生燃料）的氧化过程。二氧化碳便是这一过程中不可避免的副产品。那么，一个人在他的日常生活中，会因为这些活动导致多少二氧化碳的排放呢？这个问题的答案就是所谓一个人的二氧化碳足迹，也就是说他在地球上留下多少二氧化碳。

当然，每个人的二氧化碳足迹是没法科学地计算的，而只能根据他的生活方式和消费习惯做一个粗略的估计。日常生活中对二氧化碳排放量影响比较大的主要是住房、食物和旅行。比如说，在大城市里住公寓，因为公寓维修、取暖和空调等等每年就平均排放三到十吨的二氧化碳。如果住单独的大房子，排放量还会更多，也就是二氧化碳足迹会更大。普通的轿车如果开上一万公里，也会造成十吨二氧化碳的排放。坐飞机旅行对二氧化碳排放影响更大。一次短途飞行就会（平均每位乘客）排放半吨二氧化碳，而长途飞行平均一次就排放两到三吨的二氧化碳。人们吃的食物在生产过程中也会直接地或间接地（通过损耗能量）造成二氧化碳的释放。尤其是在现代社会，在超级市场买来的食物往往是从千万里外的产地运来的，在运输过程中便消耗了大量的能量并产生二氧化碳。美国的一个自然保护组织估计美国人在食物上平均每人每年排放四吨二氧化碳。

在计算二氧化碳足迹的时候，光知道能源的使用量也并不全面。因为各种不同能源的使用造成的二氧化碳排放量也不同：由水电站发的电排放的二氧化碳比用烧煤发的电就会少得多。因为具体到个人没办法追究其用电的来源，这只能按照其所在地电源的估计平均值来计算。燃烧煤炭每发一度电差不多要产生一千克的二氧化碳，而水电每度则不到一百克。由此可以看出水电站的优势。

知道自己的二氧化碳足迹以及它们的来源可以帮助每个人有意识地检查自己日常生活中的习惯性行为，继而采取行动减少二氧化碳的排放。比如尽可能地节省能源的使用，减少外出旅行等等。

（编写：程鹗）

问：日常生活中有什么办法能做到减少排放二氧化碳？

答：首先你应该考虑节省电能。由于目前中国大部分发电厂是用燃烧煤的方式发电，而燃烧煤会向大气中排放二氧化碳，省电就意味着减少了二氧化碳的排放。你可以选择：1、用节能灯代替白炽灯，同样亮度的节能灯的功率只有白炽灯的几分之一。如果每个家庭都这样做，可以减少大量的二氧化碳的排放。2、选择耗电少的电器，例如节能型的空调、冰箱和洗衣机。目前这些电器在销售的时候都标明了能耗等级。尽量选择节能型的产品。3、使用替代能源。目前最适合家庭使用的替代能源是太阳能。尽管太阳能发电尚未产业化，太阳能热水器技术已经相当成熟。与电热水器和燃气热水器相比，太阳能热水器几乎不会带来二氧化碳的排放。

其次，减少不必要的浪费、延长产品的使用寿命和回收也可以减少二氧化碳的排放。例如，制造一部手机或一张纸都会导致一定数量的二氧化碳被排放到大气中。如果你能尽量延长手机的使用寿命，也就间接减少了排放。同样，回收纸可以减少森林砍伐，而森林可以吸收二氧化碳并把它贮藏起来，因此循环利用纸也就减少了排放。

第三，选择二氧化碳排放更少的出行方式。尽量选择公共交通而不是自驾车，因为这样平均到每个人的二氧化碳排放更少。如果要开车，选择耗油量小的汽车。

（编写：柯南）

问：做饭做菜时有什么办法能节省能源？

答：选用合适的、节能的烹饪工具：一、应根据家庭人数的多少选用大小合适的饭锅，饭锅过大只会浪费能源。二、用高压锅煮食可以节省烹煮时间，不仅减少能耗，而且能保存更多食物中的营养。三、尽量使用微波炉烧水、烹饪。微波炉加热的速度快，能源效益高，和电炉相比，可以使用电量减少25～50％。电磁炉的能源效率也比较高。四、选用传热性能良好的煮食器皿，并且保持清洁以发挥最佳效率。

在烹饪时养成节能的习惯：一、冷冻的食物先自然解冻后再煮，这样可以节省解冻耗费的能源。二、烹煮加的水量只要符合需要即可，不要加水过量，每一点多加的水都要耗费能源加热，延长了烹煮时间。三、烹煮过程中尽量盖上锅盖，减少热量散发，可缩短烹煮时间节省更多能源。四、食物一旦煮沸，就可以调小火候，通常并不需要用大火才能维持沸腾。五、不必等食物煮好了再熄火，可以提前一、两分钟熄火，用炉灶的余热完成烹煮。六、做好计划，烹煮完就用膳，不要过早烹煮，因为给食物保温或再次加热只会浪费能源。

这些方法能省的能源对一个家庭来说可能很有限，但是如果许多家庭都如此，节省的能源加起来就很可观了。

（编写：方舟子）

问：在日常生活中有什么做法能够帮助保护水资源？

答：水是人类生活中不可或缺的资源之一。我们所居住的地球有一个非常庞大的水循环的生态系统，为我们提供着似乎源源不绝的水资源。我们能利用的不仅是随着雨雪降落的水，还有江河湖中的地面水源和通过打井等措施汲取的地下水源。人们从远古时代就学会了兴建水利工程，更好地利用这一资源。

然而，随着人口的增长、集中和工业化的发展，水资源在现代社会中反而正在遭受到各种威胁，以至于许多地方经常发生缺水危机，或因为饮用水的不健康而导致医疗卫生危机。人类生活对水资源的影响主要集中在过分开采使用、因为地球变暖的综合因素导致很多地方的水资源减少乃至消失和水污染等方面。

我们日常生活中的许多看似微小的生活习惯也可以影响到水资源的安全。比如随手把过期的药物或其它化学用品冲入下水道，就会增加水循环中不健康的化学物品和重金属元素。日常生活中的各种污染物，比如机油、蓄电池、杀虫剂和化肥等等，如果不妥善处理而随便丢弃的话，它们最终都很可能被雨水冲刷进我们的用水系统中。

节约用水更是一项保护水资源的重要措施。节约用水不但直接减少对水资源的消费和开采，而且会减少自来水供应过程中对能量的消耗，减少温室气体的排放。这样也能帮助我们的水资源不至于因为冰川的融化而消失。

（编写：程鹗）

问：有些家庭在厨房水池下安装了粉碎机。这对环保有好处么？

答：象绝大部分环保问题一样，这个问题并没有一个简单的黑白分明的好与坏的答案。想要搞清楚这一点，我们需要了解一下粉碎机的工作机理以及城市主要的垃圾处理方法。

家庭在做饭时，会产生一些有机垃圾，如果皮和碎菜叶等。饭后，会有些不会再吃的剩饭剩菜以及不可或不愿食的食物残余物，如肉皮、骨头等。一般情况下，人们将这些东西装到垃圾袋（一般是塑料袋）里，然后扔到垃圾箱中。在几乎所有的美国家庭和一部分的中国家庭中，人们把这些垃圾（除了坚硬如骨头的东西）倒到厨房水池中，推到装在水池下的粉碎机里绞碎，然后放水冲到下水系统中。

如果一个城市有非常完善的下水处理系统，用粉碎机处理废弃食物，不失为一个环保的办法，因为这样做不仅可以减少塑料垃圾袋的使用，还可以减少填埋垃圾的占地和焚烧垃圾对环境的污染。

粉碎机并不费电。一般粉碎机的功率在500到1000瓦之间，比普通台式计算机略高。每次使用粉碎机的时间很短，一般在几秒钟到一分钟（据被粉碎的垃圾数量而定）。粉碎机用水也不多。每天的用水量平均相当于冲几次坐式便桶。

对菜叶果皮等有机垃圾，最好的处理办法是自然母亲的方法——腐烂法，也就是让微生物、真菌和小动物等去分解处理它们，让它们回归自然。有些城市具有此等处理垃圾的能力，但大部分城市并不具备相应的技术和设施。

总之，在一般的中国城市，用粉碎机来处理与食物有关的有机废物，不失为一种环保的选择。

（编写：太蔟）

问：我给孩子购买玩具的时候如何选择比较环保的玩具？都有哪些需要注意的事项？

答：选购玩具的时候你可以考虑两个环境方面的因素。一个因素是你所选购的玩具是否会带来环境健康问题。例如，一些玩具可能使用了含铅的油漆，儿童在接触这些玩具的时候可能会把铅摄入体内（尤其是低龄儿童有时候喜欢吮吸玩具）。一些玩具可能使用了有毒的偶氮染料。还有一些塑料玩具可能添加了邻苯二甲酸酯类增塑剂，这些有毒的重金属和有机物对于正处于生长发育阶段的儿童特别有害。例如儿童铅中毒可能导致智力发育迟钝，而邻苯二甲酸酯类物质可能导致儿童性早熟。

另一个需要考虑的因素是玩具在丢弃后是否会对环境造成影响。例如一些电动玩具（例如遥控玩具汽车）可能使用了镍镉电池作为电源。但是镍镉电池中的镉是有毒的金属，随意抛弃含有这种电池的玩具可能导致镉污染。

当然，还有一个非常重要的因素需要考虑，那就是要避免选择那些对儿童可能产生身体伤害的玩具（例如尖锐或易脱落的物体，含有小磁铁等等）。

在中国，包括玩具娃娃和塑胶玩具在内的几类玩具已经实行了强制认证制度。在选购玩具的时候，尽量选择有认证标志的玩具。

（编写：柯南）

问：如何选择比较环保的家具？

答：为了保护森林资源，购买木制家具时，应选择来自可持续森林的产品，避免使用由珍稀木材制成的家具。寻找商品的 FSC（森林管理委员会）标签是选购环保家具的一个便捷方法，该标签是木制产品的“绿色标签”，表示原料木材来自经营良好的森林，相关森林的经营开发符合对环境适宜、对社会有益并且经济可行的标准。来自废弃家具和建筑的木材或有缺陷的木材经处理后也能制成质量很好的家具，还有一些家具由回收的金属和塑料制成，购买这类产品可以减少资源消耗。另外，竹林生长速度很快，因此竹制产品是很环保的选择。

除了材料差异，家具的设计特征在环保程度上也有很大差别。耐用、容易修理维护的家具可以使用很长时间，减少购买新家具的需求，既节约资源也为消费者省钱，因此即使价格贵一点也是值得的。容易拆装、回收成本低（例如使用的材料较为单一、易于分类处理）的特性则使家具在废弃后能便捷地进入资源回收渠道，而不是终结在垃圾场里。家具中的漆、胶、阻燃剂等化学物质会持续释放出挥发性有机化合物（VOC），污染室内空气，因此环保家具的另一项重要指标是VOC排放量必须符合国家标准。

（编写：碧声）

问：如何做到“绿色购物”？

答：“绿色购物”意味着当你购物的时候，你要考虑到你的决定对环境的影响，即应该优先选择那些节能和节省资源的商品，而且还要避免不必要的消费。具体的原则包括：1、购买能源利用效率高的电器，这样可以减少电能消耗，也就间接减少了温室气体的排放。如今许多家用电器都标明了能效以方便选购。2、购买非一次性的产品。例如，尽管镍氢充电电池比一次性电池更昂贵，由于前者可以反复使用数百次，这大大减少了资源的消耗并减少了可能的污染。3、不购买那些近乎“买椟还珠”的过度包装的商品，这种商品不仅浪费钱，更浪费资源。4、抑制过度的消费欲望，尽量不购买自己几乎用不着的商品，例如不要过于频繁地更换手机。5、购买再生的产品，例如再生纸和再生塑料制品。

（编写：柯南）

问：化妆品会不会对环境或健康造成危害？

答：人类至少从古埃及时代就开始使用化妆品，至今经久不衰。化妆品的原料和制造工艺也随着时代的变迁而改变。今天的化妆品大都采用石油化工材料制作，因此会含有一些对健康不利的化学成分。另外，化妆品中的色彩有些是依靠掺杂含重金属元素而实现的，这些成分很微小，但也是对健康和环境的一种隐患。

因为化妆品五花八门，种类繁多，而且更新换代非常快，其产品往往既没有经过上市前严格的安全实验，上市后也没有严格的监察管理。因此大多数化妆品的成分构成并不为人确知，其潜在的危害也就无法完全了解。幸运的是，化妆品是外用的，而且用量很小，因此至今没有因为使用化妆品而中毒或得病的确切报告。

化妆品往往使用精致而小巧玲珑的容器，这些容器除了装化妆品外没有别的什么用途，只能作为垃圾丢弃。它们不仅在生产过程中消耗能量和资源，作为垃圾也会加重对环境的污染。

（编写：程鹗）

问：我家里有蟑螂和蚂蚁。杀虫剂是杀死它们的最好方法么？

答：杀虫剂不是杀死它们的最好的办法，因为杀虫剂会给家里和环境（通过垃圾）带来污染。预防蟑螂和蚂蚁的最好方式，是根本不让它们有机会进到室内，即便进到室内也无法生存。我们可以把门窗的缝隙封好，安上密实的纱窗。我们可以在地面和墙壁上不留缝隙和孔洞，并去除所有可能滋生害虫的卫生死角。蟑螂和蚂蚁除了巢穴，还需要食物和水才能生存。如果我们把所有食物都封装或冷藏好，不留食物残渣，并及时扔掉垃圾，蟑螂和蚂蚁就断了食物来源。另外，我们应检查厨房和卫生间的管道，修好所有的泄漏处，蟑螂和蚂蚁便没了水源。如果采取以上全部措施，蟑螂和蚂蚁便不会在家里为害了。

另外一个不用杀虫剂去除害虫的办法，是在家里养几条壁虎。壁虎是蟑螂的天敌。它身形小巧，能钻到许多人无法碰到的几角旮旯去消灭害虫。即便壁虎钻不到蟑螂的老巢，它也会等在洞口，出来一个消灭一个。

如果想用化学方法消灭害虫，硼酸是最好的选择。硼酸被美国国家环境保护局（EPA）推荐为控制蟑螂、白蚁、火蚁等害虫的杀虫剂。硼酸会影响这些害虫的新陈代谢，并腐蚀掉它们的外骨骼。可以用硼酸与其它物质（如糖）做成诱饵。直接用干燥硼酸也可以得到同样的效果。直接使用硼酸，硼酸会落进地板的缝隙。蟑螂走过这些缝隙时，脚上便可能沾上硼酸。当它们再试图整理自己的时候，会用嘴舔进硼酸。这会让蟑螂在三到十天内死亡。

（编写：太蔟）

问：使用家用杀虫剂应注意哪些问题？

答：杀虫剂有毒。在使用家用杀虫剂时，一定要先认真阅读杀虫剂包装上的说明，按指令操作。在喷药时，除喷药人外，其他人和宠物要离开室内。喷药人一般应戴橡皮手套和防护眼睛，穿长袖外衣和长裤，穿橡皮靴子。袖口和裤腿不要塞到手套或靴子里头去，防止杀虫剂进入。另外，在喷药时，不要抽烟、喝水或吃东西，也不要揉眼睛和碰嘴。

在喷完药后，应开门窗通风几个小时，还应该用热肥皂水擦洗会接触食物的表面（比如饭桌、灶台等）。用热肥皂水清洗脸部和手。喷药时穿的衣物用具要认真清洗，且不要和正常衣物混洗。

（编写：太蔟）

问：夏天到了，我准备买一些家庭用的驱蚊、灭蚊产品，它们会对人体健康产生什么影响吗？它们对环境是否有毒？

答：你应该购买家庭用的驱蚊、灭蚊产品，例如家用杀虫喷雾剂、电热蚊香片或蚊香液以及避蚊胺。不要在家庭中使用剧毒农药用于灭蚊，那些农药尽管可能对蚊子有很好的杀灭作用，但是对人体也常常有较大的伤害。

目前在商店能买到的家用灭蚊产品通常是采用拟除虫菊酯作为主要成分。拟除虫菊酯是在天然的除虫菊酯（来自除虫菊的一种化学物质）的基础上人工制造的。目前已经有上千种不同的拟除虫菊酯。它对于蚊子而言是一种“神经毒剂”。

在灭蚊产品中最常用的是丙烯菊酯，这是最早人工合成的拟除虫菊酯之一，对人体的毒性低，在正常使用的情况下可以不用担心中毒问题。而且由于它容易分解，进入环境中也不会产生累积效应。它是较安全的一种灭蚊药物。不过，并非所有的拟除虫菊酯都一样安全。例如，根据美国环保署，氯菊酯经口进入人体“有可能致癌 ”。

最常见的驱蚊药物是避蚊胺。蚊子不喜欢对避蚊胺的气味，因此会远离涂抹了它的人体。避蚊胺也对人体很安全，因为使用避蚊胺而产生不良反应的病例很罕见。

（编写：柯南）

问：有人把从宠物店买来的国外动物放生，这样做会有什么危害？

答：国外动物，一般属于本地没有的物种。如果被释放到生态环境中，外来物种可能会对本地物种带来很严重的不良影响。国外动物或在本地没有天敌，从而数量激增，侵蚀本地物种所需的生存资源，或直接捕食本地物种。国外动物一般还携有本地没有的病毒或细菌。一旦这些病毒或细菌扩散开来，可能对对这些病原没有免疫力的本地物种带来毁灭性的打击。

一个例子，是巴西龟。巴西龟又叫红耳龟。原产巴西。巴西龟长得非常小巧可爱，很适合做宠物。有人把它进口到中国。许多中国家庭把它当宠物饲养。因为龟在中国文化里的特殊地位，一些主人选择放生巴西龟。许多主人没有想到的是，小巧可爱的巴西龟竟成了生态危害。巴西龟的适应性和繁殖力都非常强。把它们放生后，因为基本没有天敌，它们数量急剧增长，侵蚀生态资源，对本土野生龟与类似物种的生存带来了严重威胁。

（编写：太蔟）

问：去海边游玩过的朋友往往会带回一些美丽的珊瑚和贝壳做纪念。如何才能让它们继续健康持久地生存呢？

答：珊瑚和贝壳是美丽的。去海边游玩过的朋友往往会带回一些珊瑚和贝壳做纪念。可惜的是，这样带回的只是它们无生命的骨骼和外壳。在自然生态中鲜活的它们动起来，更是艳丽无比，精采万端。这一点，在热带海洋中潜过水、参观过水族馆或是看过海洋动物科教电视节目的人们，会有很难磨灭的记忆。

除了给我们人类带来奇幻的美丽外，珊瑚和贝壳（尤其是珊瑚）还是海洋生态重要的部分。珊瑚礁为海岸提供了良好的防侵蚀保护，也是海边沙摊的主要原材料来源。珊瑚对海水水质及温度非常敏感，可以做为海洋生态状况的哨兵。

近年来，由于人类的活动（向海洋里排放未处理好的废水，以及过频的旅游），海岸线附近的珊瑚礁群落受到了负面的影响。为了保护这些美丽的动物，我们人类应该严格控制向海洋排污，治理有出海口的河流，并将海岸线旅游业对珊瑚礁的影响减至最少。

（编写：太蔟）

    自生命起源到现在的数十亿年间，地球上大约出现过数十亿个物种，而现存的物种只有大约数百万个，也就是说，地球上曾经出现过的物种，99％以上都已灭绝。没有一个物种能够永世长存，现存的物种以后也会一个一个地灭绝。物种灭绝是一个一直在发生的过程，大部分（约占三分之二）的灭绝是由于不同物种之间的竞争、环境的变化等进化因素，分散地发生的，被称为背景灭绝。但是剩下的三分之一的灭绝，却是集中发生的，在比较短的时间内，仿佛祸从天降，许多物种一起灭绝，被称为大灭绝。

    物种大灭绝让地层中的化石分布出现了断层，某类群的化石完全消失了，而被新的化石类群所取代。地质学家根据古生物化石类群的更替现象来划分地质年代，把地质年代划分为古生代、中生代和新生代三个时期，每代之下再分为几个纪。

    古生物化石的更替现象在代与代更替时表现得最明显。从古生代的最后一个纪（二叠纪）到中生代的第一个纪（三叠纪），化石分布存在着最显著的跳跃，表明发生了生物史上最大的一次灭绝：在古生代大量存在的三叶虫到了二叠纪末期（约2亿2500万年前）再也找不到，而且96％的海洋生物物种也都灭绝了。从中生代的最后一个纪（白垩纪）到新生代的第一个纪（第三纪）的化石分布变化也非常明显，这一次的物种大灭绝规模虽然比不上三叠纪大灭绝，却最为著名：在中生代盛极一时，曾经主宰大地两亿年的恐龙，到了白垩纪后期（约6500万年前）完全不见了，同时灭绝的还有大约70％的海洋生物物种。

    生物史上的大灭绝并非只有这么两次。上个世纪80年代末的一项研究表明，生物大灭绝在历史上共发生过大约23次，大约每2600万年发生一次，似乎具有周期性。对于物种大灭绝的发生是否真的如此频繁和有规律，还有争议。但即使是最保守的估计，也认为至少有5次物种大灭绝是非常明显的。物种大灭绝即使不是有规律的周期性现象，也是反复发生过的。那么它为什么会反复地发生？

    恐龙的灭绝最为著名，研究它的人也最多，形形色色的“恐龙灭绝理论”不断地被提出。气候变化、火山爆发是经常被提到的因素。有的恐龙灭绝理论比较有创意，比如说哺乳动物把恐龙蛋吃光了。有的理论则到了荒谬的地步，比如说恐龙是集体自杀的，是被外星人吃光的等等。

    终于，有一个恐龙灭绝理论得到了大多数人的认同。1980年，曾获诺贝尔物理学奖的路易斯·阿尔法雷兹等人提出，恐龙灭绝是由于一颗小行星撞击地球引起的。这样的撞击爆发出巨大的能量，相当于几十万颗原子弹在地球上同时爆炸，足以引起物种的大灭绝。这听上去有点匪夷所思，但是并非空口无凭。阿尔法雷兹等人发现处于白垩纪和第三纪边界的岩层含有高浓度的稀有元素。稀有元素在地球岩层中虽然稀少，在陨石中却含量很高，因此这种异常现象表明在白垩纪后期，曾经有一颗大陨石跟地球相撞。1990年，在墨西哥的尤卡坦半岛发现了一个直径长达180公里陨石坑，被认为就是那次撞击留下的。

    现在已很少有科学家怀疑，在6500万年前曾经发生过一次惊天动地的陨石大碰撞。但是，在那个时间段发生过陨石大碰撞不等于就是它引起了物种大灭绝。在其他地质时期也有曾经发生过陨石大碰撞的迹象，但是当时的化石分布却无任何异常。不少科学家仍然坚持认为火山频繁爆发、气候变化或哺乳动物的兴起才是恐龙灭绝的主要因素。其它的几次大灭绝，我们连发生过陨石碰撞的迹象都难以找到。物种大灭绝是不是还有别的更普遍的因素？

    如果我们能够统计各个地质时期物种灭绝的规模，说不定能从中发现什么规律。但是一个物种的化石数量往往非常稀少，对它们进行统计容易造成误差，如果统计属（相似的物种组成一个属）或科（相似的属组成一个科）的灭绝情况，就要准确得多。这是个极为繁琐的工作。芝加哥大学古生物学家塞普科斯基在图书馆泡了10年，统计化石数量最为丰富的海洋无脊椎动物各个属、科产生和灭绝的时间。这项工作在1993年完成后，又激发了其他人去统计其他类群的古生物的情况。

    把这些数据汇合在一起，计算各个地质时期灭绝的科的数量，不出所料，通常灭绝的规模不大，但是时不时的，会出现灭绝的高峰，最高的5个峰，对应着最大的5次灭绝。这样的结果似乎没有什么新颖之处。但是在1998年，有两位物理学家换了个角度分析塞普科斯基的数据，统计灭绝规模的分布情况，有了出乎意料的发现：灭绝规模每增加一倍，发生的几率就减少为四分之一。

    这表明生物灭绝和地震、森林大火、沙堆坍塌一样，发生的频率也遵循幂律。当我们见到大事件时，总是习惯于认定它必然是由某种特殊的原因引起的。但是我们以前介绍过，幂律表明，大事件的发生因素与小事件的发生因素相同，它们的出现纯属偶然，是处于临界状态的系统发生连锁反应的结果，并没有特别的“大”因素（参见《野火烧不尽》，本版2009年9月9日）。当我们挖空心思要为物种大灭绝寻找特别的原因时，是否也误入歧途？也许，全球生态系统和地壳、森林、沙堆一样也处于临界状态，物种大灭绝和背景灭绝的发生因素并无不同，乃是普通的进化过程中一个罕见的，但是自然而然地发生的结果。

2009.9.14

（《中国青年报》2009.9.16）

    原本湛蓝的洛杉矶天空，变成了灰、红混杂。远处安吉利斯国家森林冒着浓烟。这是洛杉矶郡历史上最大的一场森林大火，从8月26日烧到现在火势才得到部分控制，已烧掉了约6万公顷的林地，占整片森林的20％以上。美国森林服务局认定这场大火的起因是有人纵火。这个认定并不意外。除了被闪电点燃，90%以上的野火都是人为引起的，不管是有意还是无意。人类与森林的接触日益紧密，森林野火发生的频率也就越高。就在同一时间，全美各地还有十几处森林大火在烧着。但是为什么只有安吉利斯的大火严重到成为了新闻？

    一场火灾要能发生和维持，取决于热、燃料和氧气三要素。这三要素只要缺了一个，温度不够高、燃料匮乏或氧气有限，火就无法传播，会慢慢熄灭。在这些要素中，影响野火大小的主要是燃料：树木的湿度、形状、大小、多少、彼此之间的距离、在地面上的排列状况等等都影响着火势的传播，而树木的情况又与树的种类和年龄有关。还有许多环境因素也能影响火势：风能把火吹旺，雨能把火浇灭，河流能阻碍火的传播……有没有什么一般规律能让我们预测一场野火的规模（即森林被焚面积）呢？比如说，哪种规模的野火最为典型？

    1998年，美国康奈尔大学研究人员用计算机模型对森林野火进行模拟。他们在网格上种虚拟的树，每一步骤在某个格子上种一棵，种在哪一个格子上是随机的，每个格子只能种一棵。随着时间的推移，网格上的树就逐渐地多起来。然后，每隔一定数量的步骤之后，程序就往网格上扔下一根虚拟的火柴，扔在哪里也是随机的。如果扔的那个格子上有树，树就被点燃了。如果这棵树相邻的四个格子上有树，火就传了过去。

    他们反复地运行这个程序，统计每次虚拟野火的规模，并没有找到典型的野火规模，却发现野火的发生遵循幂律，野火的规模越大，发生的频率就越低。

    我们以前介绍过，地震、沙堆崩塌的规模大小与发生的频率关系都遵循幂律（参见《像沙堆一样崩塌》，本版2008年6月4日）。幂律表明，大事件和小事件都是由相同的因素引起的，并没有特别的“大”因素。地壳或沙堆处于自组织的临界状态（自身逐渐形成的高度敏感的不稳定状态），在这种情况下任何规模的地震或坍塌都可能发生，大规模地震或坍塌的出现纯属偶然，并无其他的特殊因素，是不可预测的。

    看来发生野火的虚拟森林处于自组织的临界状态，那么真实的森林野火是否也如此呢？康奈尔大学的研究人员统计了发生在美国和澳大利亚的森林野火，同样没有找到典型的野火规模，并且它们也遵循幂律。看来森林的确是处于自组织的临界状态。这一发现不仅不能用来预测野火的规模，反而表明大规模野火的发生是不可预测的。

    不过，研究人员通过计算机模拟发现的另一个现象，却对如何控制野火的规模很有启发。他们用不同的点火频率进行模拟。有的模拟每种125棵树扔一根火柴，有的每种500棵树扔一根火柴，有的则每种2000棵树才扔火柴。点火的频率越低，发生大火的频率就越高。在频率低到每种2000棵树才扔火柴时，这时网格上已密密麻麻布满了树，扔下的火柴通常点燃大量的树木，在许多情况下甚至烧光了所有的树。

    他们把这称为“黄石公园效应”。在1972年之前，黄石公园对野火采取零容忍政策，一旦发现野火就尽量将其扑灭。这就像是模拟程序中超低的点火频率，也出现了类似的后果：1988年黄石公园突发大火，烧掉了32万公顷的森林，占黄石公园面积的36％。

    对任何野火都强行扑灭，这样做让森林不再处于临界状态，而是处于更不稳定的超临界状态：森林里充满了老树、死树、矮树、野草，地面堆满了树枝、树皮、枯叶，这些全都是上好的燃料，只要有了火源，就会熊熊燃烧起来，不可抑制地蔓延开去。野火是不可能完全制止的，只会推迟其爆发，推迟得越久，后果就可能越严重。

    美国林业部门后来意识到了野火也是森林自然生态一个不可或缺的部分，对自然因素引起的野火不再扑灭，任其燃烧（除非威胁到生命、财产的安全）；林务员时不时地还在严格控制下有选择地放火烧掉一部分森林。但是要让森林恢复被破坏了近百年的自然平衡还需要时间。如果美国林业部门早一点放弃对野火零容忍的政策，也许1988年的黄石公园大火就可以避免，安吉利斯国家森林所在的加州也不至于近年来连连爆发森林大火了。

2009.9.6.

（《中国青年报》2009.9.9）

    北大医学部一位副教授因为在他家门口见到中国政府出资免费补叶酸的广告，便在网上发了篇文章质疑有关部门“强补叶酸”的做法。据他说，大多数人已经从食物中得到了充足的叶酸，而高叶酸可能促进癌细胞的生长，导致肿瘤发病的增加。他因此义愤填膺地说：“难道我们的国家真的富到了可以乱花钱，让大家得病的地步了吗？”

    实际上，中国现在还只是在推荐补叶酸，并没有强补叶酸。美国才是强补叶酸，在这位医学部副教授看来，这简直是在投毒。那么被他说得如此恐怖的叶酸究竟是什么东西呢？真的那么可怕吗？

    1931年，英国生理学家露西·威尔斯在印度做研究时发现当地贫穷妇女怀孕时容易得一种恶性贫血，在酵母菌中有一种营养因子可以预防和治疗这种疾病。这种因子起初被叫做“威尔斯因子”，10年后，它首次被从菠菜叶子中分离了出来，因此被定名为叶酸。

    叶酸是一种B族维生素，是细胞分裂合成DNA时不可缺少的成分。如果从膳食中摄入的叶酸太少，DNA的合成就会减少，进而减少了细胞分裂。所有分裂的细胞都会因此受到影响，但是那些快速分裂的细胞受的影响更严重，例如红细胞的生产减少了，就出现了贫血。

    后来让叶酸名声大震的是一种叫神经管缺陷的出生缺陷。人类胚胎在第3周时，出现了一个叫神经板的区域，它的中间部分下陷，边缘隆起，形成神经褶。两侧神经褶逐渐向内侧合拢，到第27天左右，闭合形成神经管。神经管以后分化成脑和脊髓。

    如果神经管没有闭合，就出现了神经管缺陷。这是最严重也最常见的出生缺陷之一，每1000名新生儿中，就有1～2个有神经管缺陷：有的是大脑没有发育好，这种畸形几乎无一例存活；更多的是脊柱骨没有发育好，脊髓突出或暴露在外面，叫脊柱裂。脊柱裂会出现瘫痪、大小便失禁、智力障碍等症状。

    神经管缺陷的发生与多种因素有关。上个世纪50年代，研究人员注意到其中一个重要因素是营养不良。在贫困人口中，神经管缺陷的发生率总是比较高。而且，在冬天和早春受孕的婴儿患脊柱裂的比例比较高，是不是因为受孕时，母亲不容易吃到新鲜蔬菜和水果呢？

    到了60年代，研究人员做动物实验发现，缺乏叶酸能够导致神经管缺陷。随后开始对人进行研究。在80年代和90年代初做的几项临床试验都表明，在孕妇怀孕前和怀孕早期补充高剂量叶酸，能够有效地防止神经管缺陷，让神经管缺陷的发生率降低60～75％。孕妇摄入的叶酸量越高，出现神经管缺陷的风险就越低。

    根据这些研究结果，美国公共卫生服务部在1992年建议所有的育龄妇女每天摄入400微克叶酸。叶酸广泛地存在于各种食物中，富含叶酸的食物包括深绿色叶子蔬菜、柑橘、豆类、全谷等。不幸的是，食物中的叶酸很不稳定，在收割、储存、加工、烹饪过程中，一半以上的叶酸活性都会丧失掉。叶酸是水溶性维生素，水煮时更容易丧失。而且，天然叶酸不容易被人体吸收，只有大约50％能被人体吸收。以叶酸含量最高的叶子蔬菜为例，它们的叶酸含量虽然能高达160微克/100克，但是在考虑到食物叶酸的不稳定性和可吸收性后，每天要吃1千克叶子蔬菜才能满足孕妇对叶酸的要求，这显然是难以做到的。因此，与北大那位副教授说的相反，大多数人难以从食物中获得充足的叶酸。根据美国农业部的估计，多数美国育龄妇女每天从食物中摄取的叶酸只有200微克。

    幸运的是，人类早在1945年就成功合成了叶酸。合成的叶酸极其稳定，可以储存几年都不丧失活性，而且几乎能100％被人体吸收。服用叶酸制剂比靠膳食补充叶酸要可靠得多。虽然医生一般都会建议孕妇服用叶酸制剂，但是神经管缺陷是在怀孕的第一个月发生的，这时候孕妇都还不知道自己已怀孕，等到发现怀孕再补充叶酸就来不及了。为了避免这种情况，怀孕前就应该补充叶酸，但是有大约一半的怀孕是计划外的，为保险起见，所有育龄妇女都应该每天补充叶酸制剂。

    但是并不是每个育龄妇女都知道叶酸的重要性，即使知道了也只有少数人能每天坚持服用叶酸制剂。在食品中添加叶酸，让所有人“强补叶酸”才是最彻底的办法。美国食品药品管理局在1996年做出决定，强制要求自1998年1月起粮食制品添加一定量的合成叶酸。根据添加量估计，每个美国人每天因此额外补充大约200微克的叶酸，再加上从其他食物摄入的叶酸，基本可以满足孕妇身体对叶酸的要求。效果非常明显，在强制添加叶酸实施一年后，美国神经管缺陷发生率降低了26%。加拿大也在1998年采取同样措施，效果更明显，神经管缺陷发生率降低了46%。

    全民强补叶酸有可能使某些人的叶酸摄入量过高，但是说高叶酸会导致肿瘤发病率增加则是危言耸听。目前没有发现叶酸摄入过高有什么副作用。但是高叶酸可能干扰对维生素B12缺乏症的诊断。大约五分之一的老年人缺乏维生素B12，最初的症状是出现贫血。如果他们摄入的叶酸过多，就不会贫血，医生可能因此没有发现他们缺乏维生素B12，耽误了治疗。不过，每天摄入的叶酸要高达1毫克以上才会出现这种情况，按现在的叶酸添加量，是不太可能发生的。公共卫生政策乃是权衡利弊的结果，为了下一代的健康，有时不得不要让其他人群做出一定的牺牲。

2009.8.30

（《中国青年报》2009.9.2）

                              （上）

    “一尺之棰，日取其半，万世不竭。”这是《庄子》记载的惠施的话，现在经常有人把它当做是有关物质无限可分的命题，其实庄子是把它和“卵有毛”、“鸡有三足”等用来狡辩的谬论列在一起的，并不真把它当回事。

    与惠施差不多同时的古希腊哲学家倒是认真地探讨过类似的问题：把一个物体切成两半，再切成两半，如此反复地切，是不是能够没完没了地切下去，还是切到一定程度就无论如何切不了了？德谟克利特（约公元前460－370）认为切到最后就会切到最小的组成部分，再也切不动了。

    德谟克利特用另外一个思想实验来说明这一点。他让我们想像在海边漫步，问道：海里的水是不是连续的？如果一直把水分割下去会怎样呢？他打了一个比方，沙滩远远地看去是连续的，走近了看则是由一粒粒沙子组成的。他设想，如果把水分割成越来越小的水滴，最终会是再也没法分割的“水粒”。因此表面上看是连续的物体，都是由不连续的最小粒子组成的。德谟克利特把这种没法再分割的粒子称为原子，希腊语的意思就是“不可分割”。

    德谟克利特的原子观点是从其老师留基伯（约公元前500－440）那里继承并发展而来的。它最初被提出来，是为了解决古希腊哲学家争论不休的另一个问题：世界是不是变化的？赫拉克利特（约公元前535－475）认为一切事物都在变化中，留下了一句名言：“人不能两次走进同一条河流。”巴门尼德（约公元前520－450）则认为世上根本没有真正的变化，一切变化都是假象。你也许觉得让巴门尼德亲眼看看一些变化就能让他哑口无言，不过巴门尼德并不相信亲眼所见，他认为感官是不可靠的，只有纯粹的抽象推理才能获得正确的认识。做为一名哲学家，他的使命是用推理来破除感官假象。

    巴门尼德是这么推理的：真空是不可能存在的，因为真空就是无，说某种东西是真空，相当于说它是没有东西，这是自相矛盾的。既然真空不存在，那么运动是不可能的，因为物体运动需要真空，没有真空的话就没有物体移动的空间。巴门尼德进而否认存在多个事物，唯一真实存在的只有一个包含了一切的无限事物，它是不会变化的。它如果发生了变化，就意味着要从“无”产生“有”，或者让“有”变成“无”，这都是自相矛盾，不可能的。所以一切运动、变化都是虚假的。

    你也许会觉得巴门尼德的推理偷换概念、牵强附会。不过要驳倒它，却不是那么容易。留基伯试图用原子论来调和“变”与“不变”，“有”与“无”的矛盾。事物的组成单位原子是不变的，不能产生也不能消灭，但是原子之间的重新组合会改变了事物的形状，让它在表面上发生了变化。留基伯同意巴门尼德所说的，事物的运动必须要有真空，但是他认为，既然我们能够感觉到事物的运动，那么一定存在真空。真空和原子，是组成宇宙的两种基本元素。

    巴门尼德的学生芝诺从另一个角度否定运动的存在：你要走完全程，需要先走过给定距离的一半，为此又必须先走过一半的一半，一半的一半的一半……直至无穷，这样的话你相当于呆在原地了。芝诺还有一个更著名的悖论：长跑冠军阿基里斯永远追不上乌龟，也是玩类似的“无限”游戏：当阿基里斯到达乌龟的起跑点时，乌龟又走了一小段路了，阿基里斯必须再走过这一小段路，而乌龟又向前走了．这样，阿基里斯可无限接近，但永远追不上乌龟。为了解决这些运动悖论，留基伯否认事物可以无穷地分下去，假定存在不可再分的最小单位原子。

    德谟克利特把留基伯的原子论创建成了一个精致而完备的体系。根据这个理论体系，宇宙只由原子和真空这两种基本元素构成。原子是最小的、不可分割的、不可见的物质粒子，永恒地存在于无限的虚空之中，既不能被从无中创造，也不能被消灭。原子在数量上是无限的，在形式上是多样的。原子在真空中随机地运动，偶尔能够碰撞在一起结合成团。这些结合有的比较稳定，有的较不稳定。不稳定的结合将很快地分离，而较稳定的结合保留下来，并结合进越来越多的原子。事物的任何变化都是原子的结合和分离引起的。德谟克利特还试图用原子的形状来说明物质的性质，例如水原子是圆球形的，而火原子则有锐利的边缘。

    德谟克利特原子论与现代原子理论有多大的相似之处，其实并不是很重要，更重要的是他在其中体现出来的还原论和决定论的科学思想：试图根据少数基本观念解释整个世界，并且以数学为工具，加以定量的研究。德谟克利特也提出了机械论思想，把宇宙当成一个高度复杂的机器。同时，德谟克利特也是彻底的唯物主义者，在对世界的解释中否认任何超自然的精神因素。他认为神根本就不存在，是原始人由于恐惧和无知，为了解释未知事物而臆造出来。灵魂也不是什么神秘的东西，也是由原子构成的，只不过是最精致、最活泼的原子，人体死亡，原子分离，灵魂也随之消失。

    很显然，在一个几乎所有的人都信奉神灵、迷信超自然力量的社会，德谟克利特的思想观念会被认为是离经叛道的，必然会招致激烈的批评。据说柏拉图（公元前427－347）极其讨厌德谟克利特，曾经声称应该把德谟克利特的著作全部烧掉。柏拉图本人倒是相信原子的存在，并提出了自己的原子论来解释气、土、火、水四种元素的性质，但是在其全部著作中却只字不提德谟克利特。

    柏拉图的学生亚里斯多德（公元前384-322）却完全不相信原子的存在，在著作中对原子论做了一系列反驳。我们现在能够知道留基伯、德谟克利特的原子论思想，在一定程度上还得感谢亚里斯多德对他们的观点的转述，因为他们的著作都已佚失了。亚里斯多德不相信真空的存在，也不相信原子的存在。他认为物质是连续的，可以无限分割下去，不存在不可分割的最小单位。亚里斯多德对原子论有一些具体的责难。例如，原子论认为原子处于不停的运动之中，亚里斯多德问道，原子一开始是怎么运动起来的呢？换句话说，谁给了原子第一推动力呢？按当时的共识，物体要运动起来，就必须有力的作用。

    这个时候的争论还处于哲学争论的阶段，不可能通过实验来证明孰是孰非。古希腊哲学家也不习惯用实验来解决争端。他们宁愿只靠推理来提出和证明某个观点。但是只靠推理往往不能给出定论，一个观点能否被接受，就要诉诸其提出者的名望和权威了。亚里斯多德比德谟克利特更出名也更权威，人们也就更愿意相信他。结果，在德谟克利特之后相当长时期内，除了伊壁鸠鲁（公元前341-270）、卢克莱修（约公元前99～前55）等少数唯物主义哲学家，几乎没有人相信原子论。伊壁鸠鲁对原子论做了一番改造，却给它带来了更多问题。他认为原子不论其大小、形状，都在以相同的速度运动，缓慢地直线下降。果真如此的话，原子又怎么能够相互碰撞呢？伊壁鸠鲁不得不假定，原子在下降过程中，偶尔会突然转向，撞到了一起。

    到了中世纪，天主教会认为亚里斯多德的自然哲学与基督教信仰兼容，将其钦定为不可质疑的官方哲学。这个时候，如果在西方世界还有人公开相信原子论，就会被视为异端，有生命危险。原子论的复兴，在文艺复兴之后才有可能。

                              （中）

    到了文艺复兴时期，宗教势力的压迫在西方世界减弱，又有西方学者对原子论感兴趣。伽利略（1564–1642）就是这个时期最早相信原子的存在的学者之一。但是要让人们接受原子论，首先必须解决一个问题：真空到底存不存在？

    当时的学者普遍认为真空是不可能存在的，就连伽利略也接受亚里斯多德关于“大自然讨厌真空”的说教。伽利略的追随者托里切利（1608-1647）在1643年制造出了气压计：他把一根玻璃管灌满了水银，再倒立放进一碗水银中，玻璃管中的水银柱会下降，顶端部分变空了。那是不是真空？许多人仍然认为那不是真空，而是存在某种不可见的物质。1646年，法国物理学家、哲学家帕斯卡（1623-1662）听说了托里切利的气压计实验，做了重复，认为它证明了真空的存在，而玻璃管里的水银之所以不会全流走，是因为空气压力的缘故，气压的高低可以用气压计测出来。一旦真空被证明是存在的，反对原子论的一大理由就不成立了。法国科学家伽森狄（1592—1655）根据托里切利和帕斯卡的气压实验，提倡原子论，并首次把原子的集合称为“分子”。

    在英吉利海峡的另一头，波义耳（1627-1691）也做了很多真空实验，也相信原子论。但是他不相信原子的运动是随机的，认为原子怎么运动和向哪里运动要由上帝来决定。波义耳相信原子论，还与他热衷于炼金术有关。炼金术士相信物质是由不可见的微粒组成的。这种微粒论与原子论很相似，不同的是炼金术士认为微粒还可以分成内、外两层，水银能够穿透金属微粒，改变其内层结构，从而能将其他金属变成金子。

    牛顿（1642–1727）同样是个炼金术士，他也相信微粒论。他甚至认为光也是由微粒组成的。另一位大学者、法国数学家笛卡儿（1596-1650）也支持原子论，虽然他并不相信真空的存在。此时的原子论与古希腊时期并无太大的不同，仍然只是一种哲学学说，要让人们接受它还必须诉诸权威。有笛卡儿、牛顿这两位大权威的支持，原子论很快就被普遍接受了。不幸的是，这两位权威对原子的看法在细节上存在分歧，和其他哲学学说一样，分歧难以靠争论来解决，要接受哪个版本的原子论，取决于你更愿意相信谁，甚至取决于你是哪国人——多数法国科学家接受笛卡儿的原子论，而在英国则倒了过来，相信牛顿的版本。

    真正为原子论提供了实验依据的不是物理学家，而是化学家。但是在此之前，还有一个障碍需要清除：什么是元素？亚里斯多德认为世界由气、火、水、土四种元素组成（在天上还有第五种元素——以太）。这个观点被视为真理信奉了两千年。炼金术士在此基础上增加了三种元素：汞、硫和盐，但并非指具体的物质，而是分别用来代表金属性、可燃性与非金属性、溶解性。波义耳在1661年发表《怀疑派的化学家》，对亚里斯多德的四元素学说和炼金术的三元素学说都进行了批判，认为这些传统的元素都不是真正的元素。他提出，元素应该是指既不能由其他物质生成，也不能相互转换，无法再分解的某种原始、简单的东西。他并提出，元素的种类有很多，什么东西能被算是元素，要用实验来确定。一百多年后，法国化学家拉瓦锡（1743-1794）在1789年出版的《化学概要》一书中，列出了33种元素，尽管其中有些元素其实是化合物，而且他把光、热也当成元素，但是这是第一张现代意义上的元素表，包含了许多真正的元素，例如氧、氮、氢、硫、磷、碳、铜、锡、铁、锰、汞等等。

    拉瓦锡明确地把元素定义为无法用任何方法分解的物质，并根据实验结果提出了质量守恒定律：在化学变化中物质的质量是守恒的，物质不能被创造也不能被消灭。另一位法国化学家普鲁斯特（1754－1826）根据一系列实验结果，在1799年提出定比定律：每一种化合物，不论是用什么方法制备的，其组成元素及质量都有确定的比例。这条定律在今天看来是明显不过的了，它其实是化合物的定义。但是在当时，化合物和混合物的概念还没有做出明确的区分，因此这条定律的提出受到了许多化学家的反对，他们认为元素能够以任何比例相互结合。

    这两条定律都很容易用原子论来解释。更关键的实验是在1803年由英国化学家道尔顿（1766-1844）做出的。他发现，如果一种元素的质量固定，那么和它结合的另一元素在各种化合物中的质量一定和它成简单的整数比，而不会是分数。用原子论来解释这条倍比定律是最简单不过的了。在1808年出版的《化学哲学的新体系》一书中，道尔顿根据这些定律系统地提出了原子论。

    道尔顿认为，元素是由极为微小的微粒——原子组成的。一种元素的所有原子全都一样，但是与其他元素的原子不同。不同元素的原子能够根据其相对重量（原子量）区分开来。一种元素的原子能和其他元素的原子形成化合物，组成一种化合物的不同元素的原子总是有固定的比例。在化学变化中，原子不能被创造、分割或毁灭。化学反应不过是改变了原子结合的方式。这样，道尔顿把原子论从哲学学说变成了有坚实的实验基础、可以预测和验证的科学理论，为化学研究奠定了理论基础，让化学真正成为了一门科学。

    但是就在道尔顿系统提出原子论的这一年，原子论遇上了一点麻烦。法国化学家盖－吕萨克（1778–1850）发现气体化合体积定律，在同温、同压下，参加同一反应的各种气体的体积互成简单的整数比。例如，氢气和氯气化合生成氯化氢时，三者的体积比为1:1:2。也就是说，一体积的氢气和一体积的氯气生成了两体积的氯化氢。根据道尔顿原子论，同体积气体中所含原子的数目必然相同，这就意味着一原子的氢气和一原子的氯气生成了两原子的氯化氢。这又意味着生成一原子的氯化氢需要0.5原子的氢气和0.5原子的氯气。但是这就与原子是化学反应中不可分割的最小微粒的说法相矛盾了。因此道尔顿干脆否认盖－吕萨克的实验结果。

    之所以会出现这个矛盾，是由于在道尔顿原子论中，没有分子的概念，把所有的物质都看成是由原子直接组成的。意大利化学家阿伏伽德罗（1776–1856）在1811年提出，一个气体分子可由两个或两个以上的相同原子组成，例如氢气分子和氯气分子都是双原子分子，而且在同温、同压下，相同体积的气体都含有相同数目的分子。根据这个观点，从气体化合体积定律可以推导出，一分子的氯化氢需要0.5分子的氢气和0.5分子的氯气，但是这与原子论并不矛盾，因为0.5分子的氢气和0.5分子的氯气分别是一原子的氢气和一原子的氯气，原子并没有被分割。

    阿伏伽德罗的分子论完善了原子论，完满解释了气体化合体积定律，虽然道尔顿本人并不领情。但是这仍然留下了一种可能性：固体、液体不是由原子组成的，而是连续的，只有在蒸发成气体时，才生成了原子。的确也有一些事实让人怀疑固体是否是由原子组成的。比较精确的实验结果发现，在不同的制备条件下，和1克氯气反应的钠的质量会有轻微的变化，并不是像原子论预测的那么确定。合金更成问题。它们的化学成分变化很大，但是却和纯金属一样稳定。

    原子论的最大缺陷是，原子无法被直接观察到，这让许多物理学家无法相信原子是真实存在的。到了19世纪末，原子是否真实存在，成了科学争论的一大热点。

                               （下）

    到了19世纪末，对化学家来说，已无人会质疑原子的存在。这一点并不奇怪，现代化学就是建立在原子论的基础上的，如果不相信原子的存在，也就不可能去研究化学。偶尔有几个顽固分子，例如在担任政府高官期间利用权力禁止教原子论的法国有机化学家贝特罗（1827–1907），此时也都改变了立场。

    但是对物理学家来说，就是另一回事了。在许多物理学家看来，原子仅仅是一种理论假设而已，甚至是没有必要的假设。例如，德国籍物理化学家奥斯特瓦尔德（1853－1932）等人相信唯能论，认为能量是唯一真实的实在，各种现象都可以用能量及其相互转化来解释，物质、原子、分子的概念都是多余的。

    在反对原子论的物理学家中，影响最大的是奥地利物理学家马赫（1838–1916）。他承认原子是一个有用的概念，可以用来解释很多现象，但是这并不等于原子就是真实存在的。由于原子不能被直接观察到，所以马赫认为它只是一个假想的概念而已。在科学史上，也曾经有过类似的概念，例如用来解释燃烧的“燃素”、用来解释热的“热质”，后来都被证明是不存在的。同理，原子也是不存在的。

    只有少数物理学家坚定地捍卫原子论，其中嗓门最高的是统计力学的创建者、奥地利物理学家玻尔兹曼（1844–1906），他的统计力学是建立在原子论的基础上的，如果原子、分子不是真实存在的话，他的主要学术成果也就成了泡影。为此他与马赫、奥斯特瓦尔德展开了激烈的论战。但是在战斗中他显得很孤单，由于无法说服大多数物理学家接受原子论，玻尔兹曼心灰意冷，患上了严重的忧郁症，最终付出了生命的代价——于1906年9月5日自杀身亡。

    可惜的是，在玻尔兹曼自杀两、三年后，原子的存在就被实验直接证实了，原子论在物理学界取得了完全的胜利。原子（或分子）存在的直接证明首先来自对“布朗运动”的研究。1827年，苏格兰植物学家布朗（1773-1858）用显微镜观察水中的花粉时，发现花粉在做不规则的抖动。他接着观察水中的灰尘，发现它们也在抖动，表明这种无规则运动并不是由于生命运动引起的，液体中各种不同的悬浮微粒都能做布朗运动。那么如何解释这个现象呢？1905年，爱因斯坦（1879-1955）在一篇论文中指出，布朗运动是由于周围液体分子的不平衡碰撞导致的，这个现象是分子（以及原子）存在的直接证据，并建立数学模型做了理论计算。1908年，法国物理学家贝兰（1870–1942）用实验证实了爱因斯坦的计算结果。

    贝兰的实验结果出来后，许多反对原子论的物理学家都改变了立场。1909年奥斯特瓦尔德公开表示接受原子论。除了布朗运动的实验，让奥斯特瓦尔德觉得原子论真实可信的还有英国物理学家汤姆孙（1856–1940）对电子的发现。它是汤姆孙于1897年在研究阴极射线管时发现的。阴极射线管是一种抽了真空的玻璃管，一端有电极。给阴极射线管加上电流，就有发光的射线从电极射出。汤姆孙注意到，带正电的板会吸引射线，而带负电的板则排斥射线，因此该阴极射线是带负电的。他推导出阴极射线是由带负电的粒子（即电子）组成的，并计算出电子比最小的原子（氢原子）小大约2000倍，因此它们是原子的组成部分，而不是带负电的原子。由于用不同材料做的电极都能发射电子，汤姆孙认为所有的物质都必定含有电子。

    电子的发现不仅证实了原子的存在，而且表明原子并不是不可切割的，还有比原子更小的粒子。由于物质一般并不带电，既然电子带负电，那么原子内部必然还有带等量正电的部分。汤姆孙设想，原子是一团带正电的云，里面撒着一些电子，就像是撒了葡萄干的布丁。

    怎么验证这个葡萄干布丁模型呢？需要有某种东西小到能够穿透原子。恰好在1900年左右，人们发现放射性现象，有些矿物质会自发地发射出几种射线，其中一种射线是由带正电的阿尔法粒子组成的。1911年，英国物理学家卢瑟福（1871—1937）用阿尔法粒子当子弹射向金箔。阿尔法粒子大约比电子重7400倍，如果葡萄干布丁模型是正确的，那么阿尔法粒子就能全部轻易地穿透金原子，照亮金箔后面的屏幕。

    实验出现了意想不到的结果。虽然大部分粒子穿透了金箔，但是有相当一部分出现了折射，还有少数粒子被反射了回来。这个结果实在令人吃惊，用卢瑟福的话说，就像是海军用15英寸的巨炮射击一张纸，炮弹却被弹回打到了自己。卢瑟福因此认为汤姆孙的原子模型是错误的，并提出原子是由集中了原子的质量、带正电的原子核和带负电的电子组成的，那些发生折射、反射的粒子是正好撞上了坚实的原子核。

    有了卢瑟福的发现，原子的存在已毫无疑义，对原子结构的研究诞生了量子力学。但是马赫至死不相信原子的真实性，毕竟，原子是没法看到的！要用显微镜看到原子似乎超出了人类的认识极限，然而，在1981年，人们用扫描隧道显微镜首次实时地观察到了单个原子在物质表面的排列状态。用这一技术，人们还能对单个原子进行操作，把一个原子从一个地方搬运到另一个地方。如果马赫活到现在，也不会怀疑原子的真实存在了。

    虽然马赫等人对原子论的批评最终被证明是错误的，但是这一争论是相当重要而且有益的。它是正当的学术争论，迫使相信原子论的人们去寻找能够确凿地证明原子的存在的实验证据，让原子论完全、彻底地摆脱了哲学思辨的阴影，让物理和化学有了更坚实可靠的基础。

2009.7.29, 2009.7.31., 2009.8.12.

（《经济观察报》2009.8.3, 10, 24）

【方舟子按：中新网、搜狐等网站从《中国青年报》转载此文时，把标题窜改成与内容不符的《肤色与生殖能力密切相关 “白人”生育劣势明显》，而“万维读者”盗用此文，则干脆将作者名字给删了。】

    黑猩猩的皮肤天生是什么颜色的？“当然是黑色的！”你也许会不加思索地回答。其实你看到的是黑猩猩毛发的颜色。留意一下小黑猩猩的脸、脚掌等没有被毛发覆盖的部分，你会看到它的皮肤颜色其实非常淡。

    在几百万年前的东非，我们人类的祖先和黑猩猩的祖先相揖而别，走上了不同的进化道路。我们可以设想，人类祖先的模样和现在的黑猩猩有些类似，也是深色的毛发覆盖着浅色的皮肤。当人类祖先脱掉了毛发，变成“裸猿”，浅色的皮肤完全暴露了出来，同时也就变成了“白猿”。但是，为什么今天非洲的原住民的皮肤颜色全都很深，以至被夸张地称为“黑人”呢？

    肤色的深浅主要取决于皮肤中黑素的多少和大小。在阳光中的紫外线的刺激下，黑素颗粒的数量和大小也会增加，也就是所谓被晒黑了。黑素是人体制造的天然防晒霜，用来吸收阳光中的紫外线。紫外线如果不被屏蔽掉，不仅会灼伤皮肤，更严重的是，会损害皮肤细胞中的DNA，进而诱发恶性的皮肤癌——黑素瘤。肤色越浅越容易得皮肤癌，例如，美国白人黑素瘤的发病率是美国黑人的十倍。

    显然，人类祖先在脱掉毛发后，必须保护皮肤免受非洲强烈阳光的伤害。答案似乎显而易见：人类祖先的肤色变深，是自然选择的结果，以预防皮肤癌。但是这个答案存在一个漏洞。皮肤癌通常要在长年累月遭受紫外线的损害后才会发生，发作时病人往往已进入了生殖期，早已留下了后代，而自然选择是通过控制后代的多少发挥作用的，对皮肤癌患者的影响很小。

    应该还有别的因素让肤色浅的人的生育能力大受影响，自然选择才会有用武之地。研究发现，肤色浅的人如果暴露在强烈的阳光下，血液中的叶酸就会受到破坏，含量迅速下降。叶酸是一种B族维生素，是细胞分裂合成DNA时不可缺少的成分，任何涉及到细胞快速增殖的生理过程都需要叶酸，叶酸缺乏会影响到许多生理机能。对男人来说，体内缺乏叶酸会影响精子的生产。对女人来说，怀孕时体内缺乏叶酸会导致流产，或者让胎儿出现神经管缺陷，生下无脑儿或脊柱裂（脊椎没有完全闭合）婴儿。这些都与生殖能力的高低直接相关，让肤色浅有了明显的生殖劣势，这可能是人类祖先肤色变深的主要原因。

    在十几万年前，现代人的祖先走出非洲，逐渐扩散到世界各地。当人类祖先迁移到高纬度地区时，肤色又成了问题。在高纬度地区，阳光不像低纬度地区那么强烈，紫外线辐射量大为减少，黑素做为天然防晒霜起到的保护作用很有限，过多了反而对身体有害。原来，紫外线虽然会破坏叶酸、损伤皮肤，却也有一个至关重要的功能：刺激皮肤合成维生素D。人体所需要的维生素D大约有90％是在紫外线的刺激下由皮肤合成的，剩下的10％才从膳食中摄取。

    肤色深的人在热带地区生活时这不是个问题，虽然紫外线大部分被黑素屏蔽了，但是漏网的那一小部分已足够用来合成维生素D了。但是他们到了高纬度地区，就没法获得足够多的紫外线来合成维生素D了。维生素D帮助肠道吸收钙、磷，如果体内缺乏维生素D，就会进而导致体内缺乏钙、磷，影响骨骼的生长，出现佝偻病，这种病在婴幼儿时期就会出现。女性如果在儿童时期缺维生素D，会使骨盆畸形，以后会难产。

    因此在高纬度地区，肤色深成了严重的生存劣势，这些地区的人类的肤色又逐渐变浅了。做为这个观点的一个佐证，在所有人群中，女性的肤色一般比男性的浅，她们皮肤中的黑素要少大约3～4％，虽然人们往往认为这是由于男性偏爱浅肤色女性的结果（进化论把这叫做性选择），但是其深层原因可能与育龄女性对钙的需求量要比男性大得多有关，特别是在妊娠和哺乳期，女性对钙的需求量更大，因此女性肤色较浅，是为了能够让更多的紫外线穿透皮肤，制造更多的维生素D。

    你也许会想到，这个观点有一个反例：生活在北极圈周围的因纽特人（以前叫爱斯基摩人）的肤色并不像北欧人那么浅。不过，因纽特人大量地吃海鱼和海豹油脂，这些食物富含维生素D，已足够满足他们的需求，因此他们肤色变浅的压力没有那么大。而且，因纽特人是在大约5000年前才向北迁移，他们的肤色还来不及发生进化。

    几百年来，人类在世界范围内再次发生了大迁徙，许多肤色浅的人群迁移到了热带地区，而许多肤色深的人群则迁移到高纬度地区。他们的肤色更没有时间发生适应当地气候的进化。何况自然选择的结果并非总是完美，即使是原住民，也有很多人会缺乏维生素D或叶酸。这些人本来要被自然选择所淘汰，但是文明社会不允许一切都“顺应自然”。建议儿童、孕妇补充维生素D制剂，孕妇补充叶酸制剂，成了各国医学界的通行做法。但是医学建议并不能保证人人会遵守，在日常食品中添加营养素是一个更有效也更便宜的措施。今天，美国等发达国家销售的牛奶都普遍添加了维生素D，而美国政府更是在1998年1月起强制要求所有的粮食制品都必须添加叶酸。现代医学让人类具有了抗拒自然选择的能力，可以惠及每一个人，但是它的实现，却需要全社会的认同和参与。
   
2009.8.23

（《中国青年报》2009.8.26）

    1994年起中国开始推行全民食用加碘盐，这项国策显然比计划生育国策的实施容易得多。据2008年的抽查，全国碘盐覆盖率已达到了97.48%。但是最近一段时间，媒体上突然一面倒地爆发出质疑、批评这一政策的呼声。有一位时评家甚至站在政治的高度，把推行碘盐视为“一个让人难以接受的中央集权行为”，“说明我们的社会依然信奉一个万能型的‘全权社会’”，呼吁“还我不吃加碘盐的权利”云云。

    其实这并非一项有中国特色的政策，而是中国政府对联合国呼吁的快速反应。1993年，世界卫生大会通过决议，要求各国用全民食盐加碘的方法消灭碘缺乏病。在此之前，许多国家已经这么做了。其中最早这么做的恰恰是怎么也算不上“全权社会”的瑞士和美国，他们自上个世纪20年代起就已实行全民食盐加碘，消灭了碘缺乏病，在那里好像并没有听到有人抱怨“我们连吃自然盐的权利都没有啊”。

    这次声讨碘盐的发起者是浙江大学医学院的一名退休教授，向媒体控诉碘盐“是个害人的东西”。该教授给我们算了一笔账：中国营养学会的一份报告显示，中国城市居民日均盐摄入量为11克，农村居民达到17克，“这意味着，根据目前市面上多数碘盐中每克盐含碘20～50微克计算，中国人每天摄碘量达到了惊人的220～850微克，远远超过世界卫生组织划定的200微克/天的安全线。”

    有医学院教授的头衔，听上去颇为权威，但是这账却没算对。按照世界卫生组织的估计，碘盐从出厂到销售过程中，碘含量会丧失20％，而在烹饪过程中，又会丧失20％，这意味着中国人每天从碘盐摄入的碘量实际上只有140～540微克，并不那么惊人了。而且，世界卫生组织并没有划定200微克/天的安全线。世界卫生组织的建议是成人每天应摄入150微克碘，孕妇和哺乳期妇女则应增加到200微克，碘盐的含碘量就是根据这个推荐量，考虑耗损和盐摄入量而制定的。

    这是推荐量，并非安全线，如果达不到这个量可能会使身体缺乏碘，超出了却未必就不安全。例如，据调查，美国、加拿大和一些欧洲国家的碘摄入量大约是每日500微克，远超该教授划定的安全线，也没见到他们的医学院教授惊呼“是个害人的东西”。那么世界卫生组织划定的安全线是多少呢？是每天每千克体重30微克碘。对一名60千克体重的人来说，就是每天1800微克。过量的碘很容易通过肾脏从尿液中排出，许多人每天摄入的碘量超过了这一安全线，并没有出现不良反应。日本人由于在饮食中大量地食用含碘量非常高的海藻，每天摄碘量通常高达2000～3000微克。

    有人把吃碘过量说得非常可怕，说是会增加甲状腺癌的发病率，这是没有证据的。有人把近年来国内某些地区甲状腺疾病的增加归咎于推行碘盐，这倒是很可能。国外也发现了这种情况，在碘缺乏地区推行碘盐时，甲状腺机能亢进的发病率会增加。这实际上是人体的一种“自然反应”。碘是甲状腺素的成分，在缺碘的环境中，人体为了合成足够量的甲状腺素，不得不增大甲状腺的体积，那么一旦摄碘量变充足了，甲状腺一时还调节不过来，甲状腺素的分泌量反而过多，就会出现甲亢。但是这是暂时的现象，过一段时间甲状腺的大小和甲状腺素的分泌量都会变得正常。

    有少数人对碘特别敏感，摄入过量的、甚至推荐量的碘会诱发甲状腺疾病，不过这种情况是可控制、可治疗的。相反的，碘缺乏的后果要严重得多。一提起碘缺乏，一般人都知道会得“大脖子病”（甲状腺肿大），其实这种疾病毕竟还可以治疗、逆转，还不是很可怕。碘缺乏病最严重的后果是对智力发育的影响。孕妇如果缺碘，胎儿、婴儿的大脑会出现不可逆转的损害，进而导致不可逆转的智力障碍。儿童如果缺碘，智力发育、学习能力也会受到严重影响，智商低下。即使是在中度缺碘的情况下，儿童智商也会降低10～15。碘缺乏是导致智力障碍的最主要的可预防因素。世界卫生组织在1994年估计，全世界有近16亿人口生活在缺碘环境中，有2千万人因此智力严重受损。在这方面，中国尤其严重。2007年，世界卫生组织估计中国每年还有121.9万新生儿没有得到碘保护。

    有的时评家声称国家应该把补碘的权利交给老百姓自己，根据自身情况自由选择。话听上去很好听，但是只是句空话。一般人平时哪会留意自己或家人的摄碘量够不够，是否应该特地补碘。碘缺乏对婴儿、儿童的智力伤害一旦造成，后悔就来不及了。全民食盐加碘对预防碘缺乏病不仅有效，而且极其便宜，据世界卫生组织的估计，每人每年因此增加的费用只有5美分，几乎可以忽略不计。因此世界卫生组织对消灭碘缺乏病很有信心，并把它当成和消灭天花、小儿麻痹症同样伟大的成就。但愿这一伟大进程不会因为一些中国时评家的口水而付之东流。

    推行碘盐不等于就要杜绝无碘盐。有些人的身体状况不适宜吃碘盐，或者时评家为了捍卫自己的权利死活不吃碘盐，也应有其自由。在高碘地区，并无强推碘盐的必要。不过，这些地方的人如果担心摄碘过量，首先要担心的是海产品。海鱼的含碘量为163～3180微克/千克，平均832微克/千克；虾、贝类的含碘量为308-1300微克/千克，平均798微克/千克，远比碘盐更“害人”。

2009.8.17.

（《中国青年报》2009.8.19）

    进化论是生物学的基础，大家在中学课堂上都学过一点。但是在报刊、书本上我们还经常看到对进化论的质疑，甚至说进化论是一个过时的学说，早就被最新的科学发现推翻了，说得头头是道，让人觉得好像很有道理，用中学课堂上学到的那一点进化论知识，根本对付不了，有些人就跟着怀疑、否定进化论，还把这当成时髦呢。

    有关进化论的争论有的是进化论内部的学术争论，争论的双方都认为生物是进化来的，但是对生物是怎么进化来的，它的细节、机理等等，有不同的看法。这是很正常的。存在这样的争论，说明进化论还是一门很有生命力的学科，还在发展之中。任何一门科学研究都难免会有争论，没有争论就说明这门学科已经死了。有人想用进化论内部的争论来说明进化论靠不住，这是把两个不同的问题混淆起来了：大家争的是生物怎么进化来的，不是争的生物是不是进化来的。

    还有一类有关进化论的争论争的就是生物是不是进化来的。这类争论不属于学术争论。科学界对生物是进化来的这一点是没有异议的，生物进化被当成了一个科学事实。质疑这个科学事实的，基本上都是科学界以外的人，抱着别的目的，主要是由于宗教信仰。如果他们信仰的宗教经书告诉他们生物是上帝创造的，那么他们就只好坚决不接受进化论。但是他们为了迷惑人，又故意说自己是从科学上否定进化论的，列出很多“科学证据”指出进化论的种种不是。这些“科学证据”在生物学家看来当然是不值一驳，却也的确能迷惑不少外行，让他们以为进化论真成问题。

    反对进化论的人经常会说，虽然育种学家培育出了许多动、植物新品种，但是人类无法创造出一个新物种，可见物种是不变的，不是进化出来的。

    品种和物种有什么区别呢？不同的物种之间通常是不能交配繁殖的，而一个物种内的不同品种之间是可以交配繁殖的。比如说，狗的品种大约有1千多种，它们的形态差别很大，但是还能相互交配繁殖，所以属于不同的品种，而不是不同的物种。

    那么我们是不是无法培育出新物种呢？不然。早在上个世纪20年代，俄国生物学家卡普钦科就成功地将萝卜和甘蓝杂交。萝卜和甘蓝不仅是不同的物种，还是不同的属（相近的物种组成一个属）：萝卜属于萝卜属，甘蓝属于芸苔属。杂交的结果，它们的后代绝大部分是不育的，这是预料中的。但是有少数杂交后代可以自行繁殖，而且无法再和萝卜或甘蓝杂交了。这些后代就成了一个新物种。卡普钦科做这个实验的目的不是为了验证进化论，而是想制造出一个有经济价值的新物种：如果这个新物种长着甘蓝的叶子和萝卜的根，那就全株都可以食用，不会浪费了。可惜的是，这种新物种偏偏长着萝卜的叶子和甘蓝的根，一点经济价值也没有。

    像这样把不同属的物种进行杂交，因为它们的亲缘关系很远，所以叫做远缘杂交。有的远缘杂交产生的新物种是有经济价值的。比如将小麦（小麦属）和黑麦（黑麦属）杂交后得到的新物种小黑麦，具有小麦的高产，又有黑麦抗锈病的能力。这种杂交种已在许多地区广泛种植。

    如果是同一个属内的不同种进行杂交，那就更容易创造出新物种了。通过种间杂交的办法，育种学家已培育出大量的植物新物种。光是兰科，已登记的至少有几万个人工种。这些人工种能够自身繁殖，而且无法再跟其他种交配，因而是新物种，而不是品种。许多观赏花卉的“品种”，比如郁金香、鸢尾花的“品种”，事实上都是新物种。

    在自然界，我们也能观察到类似的现象。一类叫做婆罗门参的野花原产于欧洲，在二十世纪初，三种婆罗门参被引进到美国。在随后的几十年间，这三种野花开始在美国西部大量繁殖，混杂生长。它们杂交产生的后代是不育的。但是到了上个世纪四十年代末期，在美国华盛顿州突然出现了两种新的婆罗门参，它们看上去是原来婆罗门参的杂交后代，但是能够繁殖后代，而且无法再与原来的婆罗门参杂交。也就是说，这是两个新的物种。

    动物也能找到产生新物种的例子。大西洋北部的法罗群岛原先并没有家鼠。在大约250年前，家鼠跟着人到了该岛。现在，该岛的家鼠与普通家鼠在形态结构上已有很大的差别，有的分类学家已把它另立为一个新物种。

    质疑进化论的另一个常见理由，是说找不到所谓“过渡型化石”。根据进化论，现有的物种都是从过去的物种逐渐进化来的，那么在进化过程中，就会出现介于旧物种和新物种之间的过渡型物种，它们也能留下化石。而据反对进化论的人说，至今仍然没有科学家找到种与种之间，或类与类之间的过渡型化石。

    这个说法是完全错误的。生物体能够形成化石是很偶然的，因此过渡型不一定能形成化石，形成了也不一定能被人们发现。因此毫不奇怪，时至今天，仍然有许多过渡型化石没能找到，而且可能永远无法找到。但是这并不等于我们没有任何过渡型化石；恰恰相反，我们已找到了许许多多过渡型化石。最著名的过渡型化石是我们在生物课本上学到过的始祖鸟化石。始祖鸟大小和乌鸦差不多，它有一些鸟类的特征，最主要的是长有羽毛。但是，它的大部分特征都是爬行类的，最明显的是长长的尾骨（达二十块）和前肢（翅膀）上有三个分开的指骨，上面长有爪子。可见，始祖鸟很明显是从爬行类到鸟类的过渡型，证明了鸟类是从爬行类进化来的。始祖鸟化石已被发现120多年了。近年来，在世界各地，特别是在中国的辽西发现了很多种与始祖鸟类似的过渡型化石，这些化石已充分证明了鸟类是从一种恐龙进化来的。

    在类与类之间的过渡型化石中，除了始祖鸟，著名的还有从鱼类到两栖类的过渡型（总鳍鱼，鱼石螈，棘石螈）、两栖类到爬行类的过渡型（蜥螈）、十几种从爬行类到哺乳类的过渡型（似哺乳动物爬行类）、陆地哺乳类到原始鲸类的过渡型（巴基斯坦古鲸）。在种与种的过渡型中，最著名的有从始祖马到现代马的一系列非常完美的过渡型，和从古猿到人的过渡型。

    科学家还在不断地发现新的过渡型化石。例如最近发现的比目鱼过渡型化石。长着两个眼睛的动物一般都是左右对称各一个，比目鱼的眼睛却是挤在身体一侧。如果比目鱼是从两侧对称的鱼逐渐进化来的，那么一开始时，有一侧的眼睛只是向头顶移动了一点，变得不那么对称。现存比目鱼中最接近过渡型的是大口鳒（俗称左口），它的一只眼睛接近头顶，似乎刚刚从另一侧迁移过来，但是两个眼睛也都已在同一侧，并非人们心目中的过渡型。以前因为找不到过渡型化石来证明比目鱼的进化，反对进化论的人幸灾乐祸，经常举比目鱼为例来“驳斥”进化论。但是他们笑得太早了。比目鱼过渡型化石最近被找到了，而且是两种。它们的眼睛虽然是一边一个，但是有一侧的眼睛位置偏上，靠近头顶。把这些生活在始新世（距今约4千500万年前）的比目鱼祖先化石与大口鳒和其他现存比目鱼依次放在一起，可以清楚地显示比目鱼的眼睛是如何一步步迁移的。

    反对进化论的人还经常说，生物体的构造是如此复杂而有序，它们不可能是随机自然形成的，而只能是由一个智能设计者有目的地创造出来的。他们经常举的一个例子是人的眼睛。人的眼睛由许多部分组成，缺了视网膜不行，缺了晶状体也不行，而且各个部分的位置都必须很精确，不同时满足这些条件，眼睛就没什么用处，这么复杂巧妙的器官怎么可能是进化来的呢？

    是不是像反进化论者所说的，不完善的眼睛就无法起作用，就不能在进化中发挥功能呢？当然不是。轻度近视要好过高度近视，高度近视要好过失明，还能感受亮暗的失明要好过没有眼睛，并不是只有完善的眼睛才有助于生存。当我们说到眼睛时，马上想到的是人眼，但是并不是所有的动物都长着像人眼一样复杂的眼睛，而是存在着从非常不完善和简单的到完善和复杂的许许多多的不同类型，都是其拥有者的生存所不可或缺的：如果它们的生存不需要眼睛的话，就会完全退化掉，就像生活在黑暗的洞穴的盲鱼那样。最简单的眼睛功能只能感受光明和黑暗，听上去好像没什么用，但是许多动物（例如扇贝）就长着这样的眼睛，可以用它来区别白天和黑夜，甚至可用于躲避敌人（如果周围突然变暗，可能意味着是敌人的身影）。有的简单的眼睛不会动，只能盯着一个方向看，这也很有用处，比如海底动物可以靠它判断哪里是海面。总之，复杂程度不同的眼睛适应不同的生活方式。如果你过的是复杂的生活方式，才需要复杂的眼睛。

    由于眼睛难以形成化石，我们无法从化石直接了解到眼睛是如何进化的。但是，如果我们把现有动物的各种各样的眼睛从简单到复杂排列在一起，那么就可以推导出复杂的眼睛是如何一步步进化出来的。

    寒武纪物种大爆发历来是反对进化论的一个理由。寒武纪开始于5.7亿年前，结束于5.1亿年前，是地质年代古生代的第一个纪。寒武纪之前的地层的动物化石较少，而在寒武纪的地层中，发现了种类繁多的动物化石，有的古生物学家甚至认为动物各门的祖先在这个时期都已出现，称为“寒武纪物种大爆发”。

    反进化论者在介绍寒武纪物种大爆发时，试图给人这种印象：几乎所有的动物都是同时突然出现的，以后只有灭绝而没有进化。其实完全不是这么回事。首先，在寒武纪之前，动物已经过了漫长的进化过程。古生物学家已在世界各地发现了大量的寒武纪之前的多细胞生物乃至动物，寒武纪的动物不是突然冒出来的，而是从这些前寒武纪生物进化而来的。其次，寒武纪的动物并不是“同时”出现的，而是持续了几百万年。再次，“几乎所有动物的门”在寒武纪地层出现并不等于“几乎所有动物的种”在那时候都已出现。事实上，寒武纪的动物一般地只是那个门的原始物种，以后几乎全都灭绝了，后来的物种是进化来的。比如，寒武纪只存在少数几种原始的脊索动物，而丰富多彩的脊椎动物各类群，包括鱼类、两栖类、爬行类、哺乳类和鸟类，都是在寒武纪之后从原始脊索动物逐渐进化来的。现代脊椎动物各物种更都有了几亿年的进化史。

    反对进化论的理由、谣言还有不少，但是只要我们对生物学家多一点信任，对进化论多一点信心，多掌握一些科学知识和科学方法，就不容易被其迷惑。

2009.4.19   

（《中学生天地》A版2009年第7～8期）

    当你亲切地称呼某一个心爱的人“宝贝”的时候，很少有人会意识到，你其实是把她叫做一种贝壳。宝贝的本义是宝贵的贝，是宝螺科（又称宝贝科）贝类的统称。全世界的宝贝大约有200种，共同特征是贝壳为卵圆形，极其光滑，背面布满各种斑点和花纹，腹面有一条缝状开口，开口的两侧各有一排齿纹。甲骨文的“贝”字画的就是宝贝腹面，两侧各画两颗牙齿。后来两侧的牙齿连接成了两条线，下面又伸出两根触角，就成了繁体的“贝”字。

    为什么把这种贝壳称为宝贝呢？不仅因为它是最漂亮的贝壳，而且因为在远古时期它是做为货币使用的，是人类最早使用的货币。所以我们的祖先用“贝”造出了很多与财富有关的字：财、货、贪、贫、贾、资……有的经过简化已看不出和“贝”的关系，例如买、卖。有的在繁体字中也难以觉察与“贝”的关系，在甲骨文中才露出贝的影子，例如：“得”，本字只有右半部分，上面是“贝”下面是“手”，意思是拿到了财富；“贯”，上下部分都是“贝”，是一根绳子把两个贝穿在了一起，本义指的是穿钱的绳子；“朋”，是两串贝，一串5个，本义是钱的单位（10个贝）。

    宝贝成为人类第一种货币，并不偶然，它天生就是当货币的料：美丽、轻便、耐磨损、多数地方不生产、除了用做装饰没有实际用途，而且很关键的一点，它无法假冒，不怕会出现假币。后来人们也用铜铸造宝贝当货币用，但是三岁小孩也很容易把它们与真宝贝区分开来。用陶瓷也许可以制造出可以乱真的宝贝，但是制造的成本必然极高，得不偿失。因此，除了中国，在世界其他地方，特别是亚洲、非洲和大洋洲等许多地方，也都曾经使用宝贝当货币。虽然宝贝有200种之多，全世界的人们却都只选用两种宝贝当货币：黄宝螺（因此也叫货贝）和金环宝螺（也叫环纹货贝）。这是不约而同，还是从共同祖先那里传下来的传统？

    中国从西周末年开始金属贝逐渐取代了天然贝，春秋以后，金属贝也逐渐被其他的货币取代，到秦始皇改革币制时，明文规定禁止用贝做货币。但是在世界其他地方，有的一直到19世纪还在用宝贝当货币。大量的货贝被从非洲东岸支付给不产宝贝的西非，光是1867年一年，从尼日利亚拉多斯港口就运走了3400吨的货贝用来购买含油种子。这必然导致通货膨胀，难怪到19世纪末，货贝就迅速贬值，不值钱了。

    世界上的贝壳已知至少也有好几万种，为何独独选了宝贝当货币？除了宝贝有较规则的形状便于辨认、携带之外，一个重要的因素可能是宝贝与其他贝壳相比，更为光滑亮丽，就像珠宝一样显得更为珍贵。贝壳的表面覆盖着珐琅质，使贝壳有了光泽。但是在生活中珐琅质会磨损，如果长了海藻或藤壶，更会破坏了贝壳之美。宝贝在行动时，它的外套膜通常从壳中伸出来，包住了整个贝壳。外套膜分泌珐琅质，生长、修复贝壳，并保护它不受磨损和寄生物的侵害，所以宝贝的贝壳会一直那么光滑。

    宝贝的外套膜长着很多枝叶，色彩通常非常鲜艳，看上去就像海兔。宝贝外套膜的色彩、图案往往与贝壳差别很大，一旦受到惊吓，就迅速缩回壳内，露出截然不同的贝壳，让捕食者感到困惑。而宝贝长着两排“牙齿”的开口看上去就像一个吓人的大嘴，也许能把捕食者吓跑。

    用货贝当货币有一个缺点，那就是只有一种面值，单纯以个数计算，遇上大宗的买卖就很不方便。一种变通办法是用宝贝的大小设定面值的高低。《汉书·食货志》详细记载宝贝的五种等级和对应的价值，根据的就是其大小。最低一级的宝贝不足一寸二分，值钱三文，这显然指的就是最通行的货贝，平均长度大约2厘米。而最高一级的宝贝四寸八分以上，值钱二百一十文，常见宝贝中能大到这种程度的，只有一种，那就是虎斑宝贝（也叫黑星宝螺），平均长度大约8厘米，能长到15厘米。

    虎斑宝贝不仅是宝贝中最大的，也是最漂亮的。像货贝这样的小宝贝收藏一段时间后会逐渐变得黯淡，但虎斑宝贝的珐琅质非常厚，只要保存得当，很多年都能一直光彩照人。虎斑宝贝的图案也非常美丽，布满大小不一的黑褐色圆斑，就像披着美洲虎的皮。它的图案千变万化，不会有两个完全相同。图案的变化除了遗传的因素，还深受环境的影响。生活在黑暗地带的虎斑宝贝的底色通常较深，而在明亮地带的虎斑宝贝则底色较浅，甚至白化成了白色，这被认为有较高的收藏价值。

    因此虎斑宝贝成了最受欢迎的宝贝收藏品。中国将它列为国家二级保护动物，是所有宝贝中唯一受保护的，按法律规定应该禁止出售、收购。不过你不必担心买不到。在国内海滨旅游城市的小摊上，花几块钱就可以买到品相完好的大型虎斑宝贝。它们并非当地出产，而是从国外进口的。虎斑宝贝在国际上并不受保护，产量极高，用集装箱满世界运输，批发价一个只有大约10美分。在这种情况下，还把虎斑宝贝列为保护动物，除了让政府部门借以收取资源保护费（现行的收费标准是一只50元），以及让觉得自己是在收藏保护动物标本的收藏者产生不必要的愧疚外，没有多大的意义。

2009.8.9

（《中国青年报》2009.8.12.）

    近年来国内有不少人倡导把中国传统文化中的某些内容（例如卜卦、风水、中医）树立为“东方科学”，以与被称为“西方科学”的现代科学相对抗。“东方科学”的主要特色，就是建立在阴阳五行的基础上的。“东方科学”在国际上没能获得承认的原因，据说是由于西方人理解不了阴阳五行。其实在西方历史上，也曾经流行过类似阴阳五行的学说，统治西方思想界达两千年之久，那就是源自古希腊哲学的四元素学说。这个思想体系非常精致、巧妙而庞杂，其“博大精深”的程度丝毫也不比阴阳五行说逊色。

    这个思想可以一直追溯到西方第一位哲学家泰勒斯（约公元前625-547），他是第一个尝试完全用自然因素解释自然现象的人，并提出了这么一个大问题：物质归根结底是由什么构成的？他猜测宇宙万物都是由同一种基本元素构成的，那就是水。

    其他古希腊哲学家都跟着思考这个问题，但是分别给出自己的答案，连师生都会为此互相吵架，真正是“吾爱吾师，吾更爱真理”。例如泰勒斯的学生阿那克西曼德（约公元前610－546）认为基本元素不可能是水，而是某种不明确的无限物质。阿那克西曼德的学生阿那克西美尼（约公元前585－525）则认为基本元素是气，气稀释成了火，浓缩则成了风，风浓缩成了云，云浓缩成了水，水浓缩成了石头，然后由这一切构成了万物。那位留下了“人不能两次走进同一条河流”这一名言的赫拉克利特（约公元前535－475）认为万物由火而生，所以永远处于变化之中。

    恩培多克勒（约公元前490-430年）对此来个兼容并包，综合了前人的这些看法，再添加“土”，就有了水、气、火、土四元素。特别看重几何学的柏拉图（公元前427－347）把四元素几何化，认为组成它们的原子形状分别是体现其性质的一种正多面体：火原子是最为锐利的正四面体，气原子是几乎让人感觉不到的正八面体，水是像小球一样滑溜的正二十面体，土是能够堆砌起来的立方体。

    正多面体共有5种，还剩下一种正十二面体没有元素可与之对应，柏拉图说它是神用来排列天空的星座的。柏拉图的学生亚里斯多德（公元前384－322）认为组成天体的元素与地球不同，是纯粹的“以太”。多了这一第五元素，各种元素倒是可以和各种正多面体一一对应了。不过亚里斯多德不像他的老师那样痴迷几何学，对这种做法并不感兴趣。

    亚里斯多德把四元素学说发展成了一个能自圆其说的体系，看上去很迷人。例如，这个学说能解释为何宇宙以地球为中心，井然有序：土最重，组成了地球的核心；水较轻，覆盖在地球的表面；气、火更轻，笼罩着地球或向上飘扬；以太最轻，位于天上，绕着地球运行。

    亚里斯多德认为，四种两两互相对立的原始性质才是世界万物的本原：冷－热、干－湿。不同的元素是由这些性质按不同比例组合而成的。火是热加干，气是湿加热，水是冷加湿，土是干加冷。因此元素之间是可以相互转化的。例如，把水加热，水中的冷被热取代，水就变成了气。

    四元素学说渗透进了西方传统学术的各个方面，影响最为深远的，是西方医学之父希波克拉底（约公元前460－370）据此提出的四体液学说。它认为人体有四种体液分别与四种元素相对应：由肝制造的血液（气），肺制造的粘液（水），胆囊制造的黄胆汁（火）和脾制造的黑胆汁（土）。人之所以会生病，是由于四种体液失去了平衡所致，治病就是要让体液恢复平衡，因此衍生出了放血、发汗、催吐、排泄等疗法。西方传统医学用整体的观念看待人体和疾病，主要用草药入药，认为不同的草药有不同的冷－热、干－湿属性，可以借助它们让体液恢复平衡。处方往往同时用很多味草药，讲究不同草药之间的相互搭配。这些观念和做法都与中国传统医学很相似。

    第一个认真地质疑四元素学说的学者是英国化学家波义耳（1627-1691）。他在1661年发表《怀疑派的化学家》，对古代元素学说进行了批判，认为它们都不是真正的元素。他提出，元素应该是指既不能由其他物质生成，也不能相互转换，无法再分解的某种原始、简单的东西。他并提出，元素的种类有很多，什么东西能被算是元素，要用实验来确定。对古代元素学说的否定，可以视为化学创建的一个标志。四体液学说的寿命还要长一些，直到19世纪还有很多医生相信，随着现代医学的兴起才遭到了彻底的否定。现在西方学界实际上已无人还相信四元素学说，但是在民间还有人信奉，例如星相术仍然把它当成理论依据之一。

    四元素说其实并不是很离谱，可以把它看做是四种物质形态的象征：土、水、气、火分别对应着固态、液体、气态、等离子态。但是那毕竟只是古人对世界本源的一个充满臆想的朴素看法，不管其体系是多么的博大精深，在现代科学兴起后，在西方就被无情地抛弃。而更为简陋的阴阳五行说却至今风靡中国学界，甚至被当成了科学，继续用它来指导治病看风水，这倒是很有东方特色的。还有人幻想用“东方科学”来拯救“西方科学”、西方文明，则是对西方思想史的无知。

2009.8.2

（《中国青年报》2009.8.5）