科学史上著名公案——米德是否受骗

16 09 2008年

玛格丽特·米德(1901-1978)去世的时候,她不仅是美国最著名的人类学家,也是最具影响力的公共知识分子之一。她有一句广为传诵的名言:“永远不要怀疑一小拨有思想、有责任的公民能够改变世界。”显然她自认为就是一名这样的公民。但是在她死后,她的学术观点和能力遭到质疑,她的名声因此受到损害。她的成名和被非议,都是由于她在学生时代出版的一部人类学著作。

米德在1923年获得心理学学士学位后,到纽约哥伦比亚大学攻读博士学位,师从现代人类学创建者之一弗朗茨·博厄斯(1858–1942)。此时遗传学刚刚兴起,遗传决定论非常流行,即认为人性主要是先天由遗传决定的。主张通过强制绝育来纯化种族的“优生学”运动在美国等地也相应地开展起来。博厄斯对此非常反感,不仅从道德上反对“优生学”运动,而且从学术上反对遗传决定论。他认为人性主要是后天由环境、教育、文化决定的,即文化决定论。他让米德去做的研究课题,是证明在所有的文化中青春期的表现并非都是一样的,为文化决定论提供证据。

米德为此在1925年前往美属萨摩亚群岛做田野调查,在那里住了几个月,采访了68名年轻妇女。她发现萨摩亚年轻人所享有的性自由使他们得以顺利地从少年过渡到成年,并不存在西方社会所常见的青春期焦虑和反叛。这就表明至少就青春期的行为而言,后天的文化因素要比先天的遗传因素更为重要。米德据此写成《萨摩亚人的成年》一书,于1928年出版,一举成名。《萨摩亚人的成年》成了畅销书,成了20世纪最流行的人类学著作,一再被选入20世纪100本最重要的书籍,对后来的女权运动和性解放运动有深远的影响。

米德在1929年获得博士学位后,又到其他原始部落进行考察,研究儿童成长、性角色等问题。她共发表40多部著作和几千篇文章,拍摄过几十部电影,内容涵盖性、教育、种族关系、环境问题等多个方面。她被授予28个荣誉博士学位,曾担任美国自然历史博物馆民族学馆馆长,当选美国科学促进会、美国人类学联合会等多个专业学会的会长。

米德崇高的学术地位在死后被动摇了。1983年,米德去世5年后,澳大利亚国立大学人类学教授德里克·弗里曼(1916-2001)出版《玛格丽特·米德与萨摩亚:一个人类学神话的制造与破灭》一书,否定《萨摩亚人的成年》的主要发现。这本书依据的是弗里曼本人在萨摩亚所做的长达4年的田野调查以及对曾接受过米德采访的萨摩亚妇女的重新采访。弗里曼认为萨摩亚年轻人的性生活绝非米德所说的那么开放。年轻的米德过于轻信,把采访对象讲的笑话当成了事实,用来迎合其导师博厄斯的文化决定论观点,后来又被崇拜米德的追随者毫不怀疑地接受。在弗里曼看来,文化决定论就是这样建立在失实的基础上的。1999年,弗里曼出版《玛格丽特·米德的致命欺骗》一书,进一步提出米德被其采访对象骗了。弗里曼采访了米德当年的采访对象之一法阿普拿阿。已80多岁的法阿普拿阿声称,她及其朋友佛佛阿捏造性冒险的故事捉弄米德,而实际上萨摩亚年轻人在性方面是很保守的,法阿普拿阿当时还是个处女。

弗里曼的指控引起了媒体很大的兴趣。弗里曼接受报刊的采访,参加电视访谈,四处发表演说,变成了公众人物,得到了很大的支持。但是学术界的反应则截然不同。1983年,弗里曼《玛格丽特·米德与萨摩亚》一书出版后不久,美国人类学联合会即通过决议,认为该书“写得很糟糕、不科学、不负责任和误导”。此后许多人类学家都出来批驳弗里曼。弗里曼在学术界显得很孤立,但这并未动摇其决心,把这归咎于人类学界主流意识形态对他的打压。《玛格丽特·米德与萨摩亚》在1996年再版时更名《玛格丽特·米德与异端》,他干脆以受迫害的异端自居博取媒体的同情。

有一些批评者认为弗里曼有意等到米德死后再发表其著作,使得米德无法做出回应,这样做很不地道。这个批评不太公平。其实,弗里曼早在1971年就想在美国发表其著作,但被出版社拒绝。1978年,弗里曼曾将书稿寄给米德,当时米德身患胰腺癌,没有给回应,几个月后就去世了。

更多的批评针对的是弗里曼的依据。弗里曼认为米德的调查结果不符合他自己在萨摩亚所做的调查。但是弗里曼是在米德调查的15年后才抵达萨摩亚的(1940-1943),此时在传教士的影响下,萨摩亚的文化已发生了很大的变化,许多萨摩亚人改信基督教,接受了与当时的美国人相同的性道德观。而且,弗里曼调查的地区与米德的并不相同。但是弗里曼在批评米德时,却没有考虑由于地区和时代的不同所可能产生的差异。此外,弗里曼也没有考虑他和米德做为采访者的差异:做为一个中年男人,年轻妇女未必愿意坦率地向他讲述自己的性经历,年轻而瘦小的米德则更容易获得同龄萨摩亚妇女的信任。即使是弗里曼自己的调查结果也表明在当时萨摩亚年轻人在性方面相当开放:20%的15岁萨摩亚人、30%的16岁萨摩亚人和40%的17岁萨摩亚人有过婚前性行为。

弗里曼为了写作批评米德的书而对米德的采访对象重新采访时,这些采访对象已从十几岁少女变成了七、八十岁的老太太,并成了基督徒。一个改信基督教的萨摩亚老人不太可能会承认自己在年轻时的放荡行为。弗里曼的明星证人法阿普拿阿是个高级女佣,按照信基督教的萨摩亚人的道德准则,她必须守住贞洁。虽然弗里曼相信年轻的法阿普拿阿欺骗了米德,但是也有可能是年迈的法阿普拿阿欺骗了弗里曼。

弗里曼把对他的批评全都视为米德的崇拜者的反击。其实许多为米德辩护的人类学家,对米德采用的调查方法和得出的结论都颇有微词。米德《萨摩亚人的成年》一书做为一部通俗著作,其写作方法本来就不像学术著作那么严谨,而且做为文化人类学的开创性研究,在现在看来也存在许多不足。但是把这些不足简单地归为受骗,则未免荒唐,虽然这么做容易获得媒体的青睐。在弗里曼发表他对米德的攻击的同一年,人类学家理查德·古德曼出版《米德的萨摩亚人的成年:一个不同观点》,同样是在批评米德对萨摩亚的研究,但是它太学术化,笔调太温和,因此没有引起媒体的任何关注。

2008.9.10

(《经济观察报》2008.9.15)



脸红什么

10 09 2008年

“脸红什么?” “精神焕发。”“怎么又黄了?”“呵呵呵呵呵呵,防冷涂的腊。”在只有样板戏可看的年代,京剧《智取威虎山》的这段对白就连小孩也爱模仿。一个人突然脸红当然不是因为精神焕发,更可能是因为精神紧张。你如果心里有鬼而感到不安,或者处境尴尬而难堪,或者见到暗恋的人而害羞,或者受到赞扬而不好意思……突然间脸上一热,你知道你脸红了。

这个过程是交感神经的兴奋导致的,意识无法控制,你越想控制自己不脸红,反而会让脸红加剧。这其实是一种应激反应:在你感到不安、难堪、害羞、不好意思的时候,身体大量分泌肾上腺素。这种激素让你的呼吸加重、心速加快、瞳孔放大,为战斗或逃跑做好准备。它同时也让血管舒张,以便增加血液流量,提供更多的氧气。血液中携带氧气的红细胞让皮肤出现了红晕。

这是全身做出的反应,为什么只有脸部的皮肤发红,而其他部位的皮肤颜色看不出变化呢?这有两方面的原因。与其他部位的皮肤相比,脸部皮肤的血管更密集、更宽、更靠近表层,因此它发生的变化更容易被别人觉察到。更重要的是,一般皮肤的静脉只含有α肾上腺素受体,而脸部皮肤的静脉却同时含有α和β两种肾上腺素受体。这两种受体都接受来自肾上腺素的信号,但是性质不同。α肾上腺素受体对肾上腺素较不敏感,而且起到的是让血管收缩的作用,而β肾上腺素受体则相反,它对肾上腺素较敏感,并让血管舒张,更多的血液涌入了脸部皮肤,告诉人们你的不安。

但是,让人们知道你心里不安对你有什么好处呢?或者说,这种脸红的本能是怎么进化而来的呢?这个问题让达尔文疑惑不解,在《人与动物的情感表达》一书中用了整整一章的篇幅来讨论脸红。即使在现在,人为什么会脸红仍然是个进化论的难题。

人并不是一生下来就会脸红的。它是在幼儿园阶段开始出现的,在青春期达到了顶峰,之后逐渐下降,随着年龄的增长,人们变得越来越不容易脸红,或者说,“脸皮越来越厚”了。幼儿园阶段是人的自我意识开始出现、并通过与他人的交往培养社会意识的时期。青春期少年有极强的自我意识,特别在乎别人对自己的看法,而成年人的自我意识又逐渐变得薄弱。脸红的出现和变化似乎与人的自我意识的演变同步。此外,还有其他社会因素与脸红有关。例如,女人要比男人更容易脸红,欧洲人要比亚洲人更容易脸红(这与肤色没有关系,肤色深的欧洲人也能明显地脸红)。

这一切都表明脸红是一种社会交流的方式。脸红虽然不受意识的控制,但是又涉及非常高级的智能。一个人要会脸红,不仅要有自我意识,而且还要能够意识到其他意识的存在,设身处地地猜测其他个体的想法,也就是有移情能力。人类在三岁以后才有移情能力。其他动物只有类人猿才有这种能力。因此,只有人类,也许还有类人猿,才能用脸红进行微妙的思想交流。

这种交流对自己、对他人都有好处。当你在暗恋对象面前脸红时,让对方觉察到你的感情,就有可能让暗恋变成明恋。当你为做错了事而脸红时,就能让人们知道了你的歉意,从而原谅你。当你因为内心的羞愧而脸红时,就会让人们觉得你很诚实、值得信赖,从而愿意和你合作。当然,对人类来说,语言才是最主要的交流方式。但是语言是受意识控制的,可以进行欺骗,而不受意识控制的脸红却能透露真实的想法,这些想法有时是你想用语言掩饰的。脸红发出的信号有时甚至比语言还要准确。

其他灵长类也能用裸露部位的皮肤颜色变化进行交流,例如脸红表示发怒,臀部的红肿表示发情。灵长类对皮肤颜色变化极为敏感,它可能与彩色视觉的起源有关。在哺乳动物中,只有灵长类具有三色视觉,能够看到由三原色组成的彩色世界,其他哺乳动物都是色盲。这是由于灵长类的视网膜中有三种视锥细胞,感受不同波长的光:S视锥的最佳吸收波长大约是440纳米(蓝光),M视锥的最佳吸收波长大约是540纳米(偏绿光),而L视锥的最佳吸收波长大约是560纳米(偏红光)。

为什么M视锥和L视锥的最佳吸收波长如此接近?如果它们能间隔得远一点显然会更加合理(鸟类的三种视锥的最佳吸收波长就是均匀分布的)。原来,这样的视锥波长分布能够最敏感地感觉到别人皮肤颜色的变化:当灵长类的皮肤充满含氧的血液时,其皮肤颜色的波长大约是550纳米。从某种意义上说,我们长着这样一双敏感的眼睛,就是为了能够轻易地看到你的脸红。

2008.9.8

(《中国青年报》2008.9.10)



科学史上著名公案——谁是海王星的真正发现者

4 09 2008年

海王星的发现是科学史上最激动人心的事件之一。1846年9月23日晚,德国天文学家伽勒在柏林天文台发现了它,但是这个发现是根据法国数学家勒威耶的计算做出的,因此从某种意义上说,勒威耶才是海王星的真正发现者。这个发现公布之后,英国天文学界声称英国数学家亚当斯早在1845年9月就已计算出了海王星的位置,比勒威耶还早,只不过没有引起天文学家的重视。这个说法引起了一番国际纠纷,最终还是达成了共识,把亚当斯也做为海王星的共同发现者。

直到上个世纪60年代,才有学者怀疑亚当斯在这一事件中的作用,向格林威治天文台索取记载亚当斯的工作的档案,却被告知找不到了。最后一次借阅这批档案的是格林威治天文台天文学家艾根,但艾根否认这批档案在他手里。艾根后来到智利天文研究所工作,于1998年10月2日去世。他的同事在整理其遗物时,发现了被他窃取的亚当斯档案以及一大批格林威治天文台藏书,重达100多公斤,装成两大箱归还给英国。亚当斯档案至此才被公之于众,不仅动摇了亚当斯做为海王星共同发现者的地位,而且暴露了当时的英国天文学界为了国家荣誉,试图窃取海王星发现权的阴谋。

这个故事要从天王星的发现说起。1781年3月31日晚,德裔英国天文学家威廉·赫歇耳用自制天文望远镜观测夜空时,发现了一个新的天体,他以为可能是一颗彗星。但随后其他天文学家的观测证明了这是一颗大行星,被命名为天王星。1821年,巴黎天文台台长布瓦尔把天文学家历年对天王星的观测记录编辑成天王星星表,并根据万有引力定律推算天王星的运行轨道,惊讶地发现天王星的实际位置偏离了推算出的轨道。是万有引力定律有误,还是有一颗未知的大行星在干扰天王星的运行呢?

1832年,时任剑桥大学天文学教授的艾里向英国科学促进会做了一个报告,介绍这个困扰天文学家的大难题。没有必要怀疑万有引力定律的正确性,那么更可能的情形就是存在一颗有待发现的大行星。要找到这颗大行星,需要解决“逆摄动”问题。如果知道一颗大行星的位置,根据万有引力定律可以计算出它对临近大行星的运行的干扰,也就是天文学上所谓的“摄动”。但是如果反过来,要从某颗大行星受到的“摄动”推算出未知大行星的位置,则要困难得多,当时大多数科学家认为是不可能做到的。

1841年6月26日,在剑桥大学读本科的亚当斯在剑桥书店里读到了艾里的报告,立志要在毕业后攻克这一难题。1843年亚当斯毕业留校任教,通过剑桥天文学教授查里斯向已荣任格林威治天文台台长的艾里索要格林威治天文台的天王星观测数据。1845年9月,亚当斯获得了计算结果,推算出未知行星的轨道,交给查里斯,希望剑桥天文台能据此寻找新行星。但查里斯并不相信亚当斯的计算,不过他还是写信向艾里推荐亚当斯。亚当斯在1845年10月21日两次拜访艾里,都没能见上面,留下了一张便条。保存至今的这张便条列出他的计算结果:新行星与太阳的平均距离为28个天文单位(地球与太阳的距离等于1个天文单位)——比实际距离远了四分之一;它在1845年10月1日的位置为黄经(即天球经度。正如地理学家用经度和纬度标记地球位置,天文学家用黄经和黄纬标记天球位置)323度34分——只比海王星的实际位置差了大约2度。

艾里以后将把这张便条做为亚当斯首先预测出海王星的重要证据,不过当时他并不相信这个大学毕业没多久的年轻人解决了逆摄动难题,何况亚当斯并没有说明他是怎么算出该结果的。但是,艾里还是给亚当斯写了一封信,想进一步了解亚当斯的工作,比如,他是否也能解释天王星矢径(即到太阳的距离)的偏差?亚当斯草拟了回信,但是奇怪的是,他没有把信发出。

艾里没有收到亚当斯的回音,就把这事忘了,直到1846年6月读到勒威耶的论文才又想起来。勒威耶是巴黎综合理工学院的教师,在1845年夏天开始研究天王星摄动问题,并在一年内发表了三篇论文。勒威耶的第一篇论文发表于1845年11月10日,准确计算出土星和木星对天王星的摄动影响,说明这些不足以解释天王星的轨道偏离。勒威耶在1846年6月1日发表第二篇论文,估算出未知行星的大致位置。艾里读到勒威耶的第二篇论文后,觉得其结果与亚当斯的很相似,于是给勒威耶写了封信,问了向亚当斯问过的问题,但是并未透露亚当斯也在做同样的研究。勒威耶很快回信,回答了艾里的问题。

勒威耶的答复让艾里感到满意,也使艾里觉得有必要寻找新行星。但艾里视力不佳,没法自己做观测。他建议查里斯在剑桥天文台秘密从事寻找新行星的工作。查里斯于7月18日开始,根据亚当斯提供的新的计算结果进行观测,但是一无所获。

这一年的8月31日,勒威耶发表了第三篇论文,预测了新行星的质量、亮度和更精确的位置,并呼吁天文学家据此寻找新行星。令勒威耶沮丧的是,似乎没有天文学家理睬他的呼吁。9月18日,勒威耶想起柏林天文台一位名叫伽勒的年轻天文学家曾经给他寄过学位论文,于是给伽勒写了封信,告诉他如果把天文望远镜对准黄经325度的区域,他将会发现还没有人见过的太阳系第八颗大行星。9月23日上午,伽勒收到勒威耶的来信,当天晚上就开始观测,由他用天文望远镜进行观测,报出天体的位置,其助手德莱斯特则在一旁核对星图。几分钟后,伽勒报告在黄经325.9度看到一颗亮度8等的星,德莱斯特大叫“那颗星不在星图上!”第二天晚上他们继续观测这颗星的位置,发现略有移动,表明的确是颗行星。第三天,伽勒写信向勒威耶报告:“你计算出位置的那颗行星真的存在。”

勒威耶写信给包括艾里在内的一些天文学家报告新行星的发现,并建议命名为海王星。艾里、查里斯公开了他们对新行星的秘密寻找过程,并宣布亚当斯早已计算出新行星的位置。他们要求把新行星命名为海神星,显然觉得他们拥有一定的优先权。法国人理所当然地对此表示怀疑:如果亚当斯真的做了准确的计算,为什么不写成论文发表?为什么要在事后才来争优先权?

随着时间的推移,争论逐渐平息。英国王家学会授予勒威耶奖章表彰其贡献,而国际上也承认亚当斯做出了独立发现。但是当初的疑问并未很好地被回答了。亚当斯并非像人们认为的那样不喜欢发表论文,他发表过其他方面的论文。亚当斯没有像勒威耶那样发表其计算结果的真实原因,是因为他对自己的计算方法和结果并无信心,而且一直在改变计算结果,其最终的结果也距离海王星的实际位置很远。

如前所述,艾里、查里斯和亚当斯是在获悉勒威耶的研究后,才开始秘密寻找新行星的。亚当斯根据勒威耶的第二篇论文,修改了计算结果,但是给出的是很不确定的结果,涵盖了从黄经315度到350度的范围。查里斯不得不去观测大片的领域。虽然海王星曾经进入查里斯的观测范围内,但是却没有被发现。查里斯采用的鉴别行星的方法是比较不同时间的观测结果,看有哪颗星的位置发生了变化。由于观测的范围太大,星体太多,查里斯只能挑出最亮的39颗星进行比较。不幸的是,海王星的亮度在查里斯的观测范围内排在第49位,就被漏掉了。在勒威耶的第三篇论文发表两天后,亚当斯给出了其最新的计算结果:黄经315度,仍比海王星的实际位置差了11度。所以,查里斯根据亚当斯的计算花了两个月的时间去寻找都一无所获,而伽勒根据勒威耶的计算几分钟就搞定了。

由于亚当斯从未发表其计算结果,也由于亚当斯的计算结果一直不确定而且偏差很大,将他视为海王星的共同发现者是不合适的。这个事件也告诉我们,在确定发现优先权时,还是应该主要看发表的论文,那是最可靠、最能说明问题的。所谓未发表的成果难免有猫腻,是靠不住的。

2008.8.27.

(《经济观察报》2008.9.1)



科学史上著名公案——波氏兄弟事件

24 08 2008年

波格丹诺夫兄弟是法国的一对孪生兄弟,出生于1949年。他们并非科学界人士,而是电视明星,从事电视科普工作和科幻小说写作,拍摄了一些深受欢迎的科普、科幻节目,被法国大众视为天才的“爱因斯坦兄弟”。1991年他们出版了一本畅销书《上帝与科学》。据说他们在写作这本书时来了灵感,对宇宙创生过程有自己的想法,想到大学进一步深造。但按某些人的猜测,由于这本书的作者介绍中称兄弟俩获得博士学位,波氏兄弟害怕被人揭穿,才急着去拿一个博士学位。

不管怎样,兄弟俩在1990年代初年逾40时先去法国波尔多大学读了两年书,转学去了法国名校布尔戈尼大学一个研究理论物理的著名研究小组。1999年,弟弟以最低等级通过答辩获得数学博士学位,哥哥则未能通过答辩,但答辩委员会决定,如果他能在学术刊物上发表3篇论文,可以再试一次。在2001~2002年,波氏兄弟在《物理年刊》、《经典与量子引力》、《捷克斯洛伐克物理杂志》、《中国物理学刊》等物理刊物上发表了6篇论文。2002年7月,哥哥也以最低等级通过答辩获得了物理博士学位。

兄弟俩本来也没打算在学术界混下去,仍去干他们的老本行——拍电视。他们的论文多发表在级别不高的学术刊物上,本来也会像绝大多数科学论文一样无人注意。但在2002年10月22日,一位德国物理学家在一封电子邮件中向一些同行透露了波氏兄弟获得博士学位的内幕。他认为波氏兄弟的论文是有意捏造的伪科学论文,是波氏兄弟为了暴露学术期刊审稿机制的弱点而搞的恶作剧。这封电子邮件被转来转去,迅速成了物理学界的重大新闻。这个“内幕”有一些不实之处(比如说波氏兄弟的论文答辩是同一天在摄影机前进行的),所以该物理学家后来向波氏兄弟公开道歉。

许多人听到传闻后才把波氏兄弟的论文找出来看个究竟。这些论文研究的是宇宙大爆炸之前的状态,属于量子重力论、超弦理论的领域。据专家评论,它们其实是用一些术语拼凑起来的毫无意义的垃圾论文。这很容易让人联想起轰动一时的索卡尔事件。1996年,纽约大学理论物理学家索卡尔向后现代派文化研究著名杂志《社会文本》投了一篇用量子重力论研究社会文化的论文。论文发表后,索卡尔在另一杂志上宣布那是个恶作剧,那篇论文是用量子力学的术语拼凑起来的毫无意义的垃圾,目的是为了让这份对科学一窍不通却喜欢抨击科学的后现代派代表刊物出出丑。

现在理论物理学家们不能不担心,波氏兄弟事件会不会也是个恶作剧,是人文学界人士对索卡尔事件的报复,目的是要出理论物理学的丑?10月23日,美国加州大学河边分校理论物理学教授贝伊兹即以《物理学被逆向索卡尔恶作剧骗了?》为题,在互联网物理研究讨论组公布此事,引起激烈讨论,有数百个跟贴,包括波氏兄弟、索卡尔以及索卡尔的主要论敌之一、科学知识社会学(一个认为科学知识只是文化建构而非反映客观存在的社会学流派)的头面人物柯林斯都参与了讨论,波氏兄弟并多次以真名和化名答复了对其论文的质疑。美国《纽约时报》、《华盛顿邮报》,英国《独立报》、《自然》杂志,法国《世界报》等报刊也纷纷报道了这一风波,成了一个社会事件。

从那以后,波氏兄弟未再发表过任何论文。但是他们并未放弃“科学研究”。他们创建了一所“国际数学物理研究所”用以研究其物理理论,并制作了一个电视节目和出版了一本书介绍其“学术成果”和对该事件的看法,均被批评充斥着低级的科学错误。2004年12月,他们起诉法国天文学会损害其名誉权,因为该学会出版的科普杂志《天空与太空》发表了一篇批评他们的文章。2006年9月,法庭判决波氏兄弟败诉,命令他们承担法国天文学会的诉讼费用,并赔偿2500欧元。

这场风波的焦点是,波氏兄弟是恶作剧还是真诚地在做科研?他们的论文是毫无价值的垃圾还是虽然有不少错误但是也算正当的论文?这样的论文怎么会通过审稿发表?他们怎么能靠这样的论文获得博士学位?等等。媒体更感兴趣的是,理论物理学的研究是否已玄到了这种程度,以致连理论物理学家自己都难以分清垃圾论文和正当论文?而后现代派反科学人士却想利用这一事件,为索卡尔事件挽回点面子。柯林斯做为一个人文学者,跑到物理学家扎堆的物理研究讨论组发表高论,用意即在此。但是他歪曲了论敌的观点,被一位物理学家以及索卡尔指出之后,不得不向索卡尔道歉。

国内某些追随柯林斯的人文学者也试图把这两个事件混为一谈,怀疑波氏事件是人文学者对科学界反咬一口,暗指这回是轮到科学界出丑,并质问“科学是否与人文一样,发展到了相当深的技术层面,非一般人所能理解?”,“科学家对科学就天然有判断力吗?部分声称的科学工作者对人文就天然敢说三道四,甚至说人文就是胡说吗?一种持老旧科学观的人仍然始终有权以科学权威自称吗?”

我们必须看到,由波氏兄弟事件而联想到索卡尔事件,只是传闻刚开始、事实真相还不明朗时的一种推测。波氏兄弟断然否认自己是在搞恶作剧并尽职地回答对其论文的学术质疑,他们也没有搞恶作剧的动机。做为以科普为业的公众人物,这项丑闻对他们没有任何益处,反而有损其形象(相反的,索卡尔通过恶作剧而成了科学界的英雄和公众人物)。我读了波氏兄弟与理论物理学家在网上的交流,虽然看不大明白其专业内容,但从措辞看,也可以感觉到兄弟俩是很真诚地相信自己做出了重大科学发现,不屈不挠地捍卫自己的观点,而专家们则认为其基本概念不清、专业训练缺乏。这和我见过的一些“科学妄想家”很相似。

其实我们中国人在见多了“假的真文凭”后,并不难理解波氏兄弟的所作所为,无非是娱乐界名人想拿个博士文凭镀镀金而已。其答辩委员会的成员也明白这一点,他们很清楚兄弟俩的学术水平并不够格,只不过或者是觉得不拿报酬读了十年博士没有功劳也有苦劳,何况现在有个博士学位又没什么了不起的(其导师的话),或者觉得可以表彰一下兄弟俩对科普的贡献(一位答辩委员会成员的解释),就勉勉强强让过了。至于其论文竟能在数家学术刊物上发表,那只能是怪编辑、审稿者太不负责任,没有认真看稿,也许兄弟俩来自著名研究小组这一点让编辑和审稿者有了先入为主的正面看法。不够格的、假的、伪科学的甚至“科学妄想家”的论文出现在正儿八经的学术刊物上,并不是很罕见的事。反正现在学术刊物这么多,一个被拒就换一个,总有刊物标准不高或审稿者看走眼的时候。

真要拿这种不够格的论文和文凭的例子攻击科学界,还有的是。这个事件之所以引起关注,是因为一开始被怀疑是恶作剧。但是即使真是恶作剧,也无法用于证明科学家已失去了对科学的判断能力,毕竟个别科学家无法代表科学界,就像个别人文学者无法代表人文学界。索卡尔也一再声称,他的恶作剧“并没有证明文化研究的整个领域,或对科学的文化研究——更不要说科学社会学——是荒唐的。也没有证明这些领域的学术标准是宽松的。(也许是如此,但是这必须建立在其他依据之上。)”他只不过用这个戏剧化的事件吸引大家的注意,随后用“其他依据”证明的确“如此”:出了一本专著《学术欺诈行为》详细揭发了后现代的反科学“大师”们对科学不懂装懂的面目。显然,反科学主义者如果想拿波氏兄弟事件说事,也该去写一本类似的专著揭发科学大师们不学无术的面目才行。

反科学主义者对科学的质问问得实在是本末倒置。科学(特别是前沿科学)已发展到非一般人所能理解的相当深的技术层面,这应该早就是个共识,也许只有“科学妄想家”才不买这个账。该问的是人文是否已发展到了像科学这样的专业化程度。某些人文学者自以为如此,而索卡尔等人已用大量的事实证明了他们不过是用欺诈手段故弄玄虚。人文学科由于缺乏自我修正机制,所以欺世盗名者可以横行,不学无术者甚至能被尊为大师——即使是索卡尔等人的揭发,也无损于他们在人文学界的地位。

但是正是因为科学最终必须建立在客观存在的基础之上,有自我修正机制,所以在国际科学界很少有人会因为假论文而成名,即使欺诈成功引起了注意,最终也会被科学界自己的人揭穿而身败名裂。林肯有句名言:“你可以欺骗多数人于暂时,你可以欺骗少数人于永久,但你不能欺骗多数人于永久。”这只有在科学界才无比正确。即使科学某个领域已发展到只有极少数人才懂的地步,也没有学术骗子横行的空间。波氏兄弟事件由物理学家首先揭发,引起注意后又由多位物理学家加以评议,正是科学有自我修正能力的一个证明。

2008.8.20



科学史上著名公案——牛顿-胡克之争

19 08 2008年

今天一般人知道胡克(1635-1703)这个名字,是因为在初中物理学到的胡克定律:在弹性限度内,弹簧的弹力和弹簧的长度变化成正比。其实胡克在多个领域都做出了杰出贡献:首次用显微镜看到并命名细胞,首次观察到火星和木星的自转,发现双星,首次测量恒星的视差,发明了轮形气压计、液体比重计、风速计里程计、现在还在车辆的传动装置中使用的万向节、钟表的游丝、后来用于相机的可变光圈……,并且还是当时有数的建筑设计师,如此多才多艺,难怪后来有人称之为“英国的达芬奇”。但是在胡克死后两百多年间,他几乎被人遗忘了,直到20世纪他做为大科学家的地位才被确认。这主要是由于他惹恼了一个人,一个比他更伟大、更有势力、最不该去惹的人——牛顿。

牛顿其实是胡克的晚辈。早在1662年,胡克已成为英国新成立不久的王家学会的实验主管,负责演示王家学会的实验,并在次年成为学会会员。而此时牛顿还是剑桥的本科生。1669年,牛顿当上剑桥的教授,开始讲授他的光学研究。1672年年初,牛顿被选为王家学会会员,做为见面礼,他给学会寄去一篇证明白光是不同颜色光的混合的论文,提出光是由粒子组成的,遭到了认为光是一种波的胡克的猛烈抨击。牛顿无法忍受,威胁要退出学会。在学会的书记劝说并提出免去牛顿应缴纳的会费的条件下,牛顿留了下来。

但是在1675年,牛顿发表的另一篇光学论文招来了胡克更猛烈的抨击。胡克认为牛顿论文中的大部分内容是从他在1665年发表的《显微图谱》一书中的有关论述中搬来的,只是做了某些发挥。两人进行了一番貌似彬彬有礼其实暗藏讥讽的通信。牛顿在1676年2月5日致胡克的信中,写道:“笛卡儿(的光学研究)迈出了很好的一步。你在一些方面又增添了许多,特别是对薄板颜色进行了哲学考虑。如果我看得更远一点的话,是因为我站在巨人的肩膀上。”后面这句话被认为是牛顿的谦虚,后来被许多人当成座右铭,但是如果我们知道牛顿其实看重实验和数学计算而蔑视胡克的哲学思考,并且胡克身材不高、驼背得很厉害的话,就可以明白牛顿的这句话并不是在恭维胡克。这场争论的结果是,牛顿疏远了王家学会,而且决定等胡克死后再发表有关光学的论著,在这部1704年——胡克死后的第二年——出版的著作中,牛顿完全不提胡克对薄板颜色研究的贡献。

但此时牛顿还是个崭露头角的年轻教授,面对前辈的批评他只能忍气吞声。1687年《自然哲学的数学原理》的出版才确立了牛顿做为英国科学界第一人的地位。这本书是在哈雷的鼓励和资助下出版的。哈雷、胡克和著名建筑师雷恩都在研究万有引力,也都认为引力的大小与距离的平方成反比,但是他们都无法从引力反比定律推导出开普勒行星定律。1684年,哈雷为此到剑桥大学拜访牛顿,牛顿告诉他他早已解决了这个问题,但是没有公开发表。在哈雷的劝说下,牛顿于1686年将其研究成果写成专著《自然哲学的数学原理》交给王家学会审阅。

在王家学会的会议上,胡克指出引力反比定律是他告诉牛顿的,牛顿应该在专著的前言中提到他的贡献。胡克早在1674年曾经发表过一篇有关引力的论文,提出三条假设:所有天体彼此之间都存在引力;如果没有引力的作用,天体将在惯性作用下做直线运动;物体之间距离越近,则引力越强。这几乎是在定性描述万有引力定律。1679年,胡克写信代表王家学会向牛顿约稿时,进一步提到引力的大小与距离的平方成反比。

牛顿没有参加那次王家学会的会议,从哈雷的来信知悉胡克的要求后,牛顿承认胡克曾经在1679年的信中告诉他引力反比定律,但是胡克对这一定律的描述并不准确。他本人早在大约20年前(1666年)就发现了这一定律,并写信告诉了他人,并不需要从胡克那里获悉。从其他资料看,牛顿所说的是事实。他在1665年就已发现了万有引力定律,并试图用它计算月球的轨道。可惜当时测定的地球半径是错的,牛顿未能获得满意的计算结果,就暂时放弃了这一研究。1670年之后有了更准确的地球半径数据之后,牛顿才重新研究引力问题。在哈雷的斡旋下,牛顿的态度软化,进一步承认胡克的来信刺激了他重新研究引力问题,并且承认胡克告诉了他一些他不知道的实验结果。做为妥协,牛顿提出在《数学原理》的有关部分加一条注解,说明引力反比定律也被雷恩、胡克和哈雷独立地发现。

《数学原理》的出版给牛顿带来了巨大的声誉,也越发让胡克觉得自己的贡献没有得到应有的承认。他在1689年2月15日的日记评论此事时,抱怨“利益没有良心”。1690年2月在王家学会的一次演讲中,他讽刺道:“牛顿帮了我大忙,我本人多年前首先发现并向学会展示的引力性质被他当成自己的发明印刷出版。”他后来又写下一篇未出版的备忘录叙述他与牛顿的争执“真相”。但胡克的抱怨无人理睬。这个事件让他的余生充满了阴影,让他变得越来越抑郁、多疑和忌妒。

1703年,胡克在备受疾病折磨后逝世。几个月后,牛顿当选王家学会会长,并计划给学会找一个新地址。1710年,学会完成搬迁,在这一过程中,胡克的许多收藏和仪器都丢失了。同时丢失的还有胡克的画像。胡克据说长得瘦小、驼背和丑陋,因此不难理解他不喜欢让画家画像。王家学会的画像是唯一的一幅,它的丢失意味着后人再也无法知道胡克究竟长什么样。有人难免要怀疑是牛顿利用职权从中作梗,故意将胡克画像销毁。2003年有一位历史学家声称找到了胡克的画像,但随后被证明是别人的画像。在一份保留至今的文件中有胡克的封印,封印上有一个头像,它是不是胡克的头像?没法确定。

在胡克、牛顿的时代,科学刚刚草创,学术规范还未完善,难免经常出现优先权的争执。胡克不仅和牛顿争,也和荷兰大科学家惠更斯争游丝表的发明权。牛顿与莱布尼兹有关微积分发明权的争执更是出名。若是在现在,许多这类争执都可以避免。现在学术界为了避免争执,也为了鼓励尽早发表成果,奉行的是谁先发表谁就有优先权。虽然牛顿自己发现了万有引力定律,但是既然胡克比他更早发表了有关论文,不管其论文是多么粗糙,牛顿也应该在后发表的论文中提及胡克的成果,明知而不提就有剽窃的嫌疑。

2008.8.3.

(《经济观察报》2008.8.18)

(XYS20080818)



科学史上著名公案——普洛茨事件

6 08 2008年

德国古人类学家普洛茨于1939年出生于柏林,全名为莱纳·普洛茨·冯·齐滕,按惯例应该称其贵族头衔冯·齐滕,为什么不这么叫呢,往下读就知道了。

普洛茨在美国受的专业训练,于1973年在加州大学洛杉矶分校人类学系获得博士学位,师从碳14年代测定法发明人、诺贝尔奖获得者维拉德·利比。当时法兰克福大学正在招聘一名人类学教授,有这么强的专业背景的普洛茨轻易地获得了这个职务,并当上该校人类学研究所所长,成为德国碳14年代测定的权威,在德国发现的古人类化石纷纷送到他的实验室测定年龄,一些比较重要的发现包括:生活于36300年前的“汉诺佛散德人”,被称为“最古老的德国人”;生活于21300年前的“宾硕夫-施派尔女人”;生活于27400年前的“帕德博恩-散德斯人”,被称为“最古老的威斯特法伦人”(威斯特法伦是德国的一个州)……

似乎一具化石交给普洛茨去测定年龄,就能很容易获得“最古老”的头衔。这不免让一些同行起疑,但他们向普洛茨要原始数据,普洛茨总有借口推脱:原始数据被偷了,或者被火烧掉了……以至在古人类学界有一种说法,一个样品如果在测定时被毁坏了,叫做“被普洛茨了”。也有人怀疑普洛茨并不是用碳14方法来测定化石年龄,而是用“心理年代测定法”——随心所欲地编一个年龄。

2001年,格赖夫斯瓦尔德大学的考古学家托马斯·特伯格决定把德国各地博物馆收藏的旧石器时代晚期(距今4万到1万年前)的古人类化石的年龄重新测定一下。他把样品送到了牛津大学做碳14年代测定。结果令他大吃一惊,许多化石的实际年龄要比原先测定的年轻得多,其错误到了荒谬的地步,而它们原先都是由普洛茨测定的:“汉诺佛散德人”实际上只有7500年老,“宾硕夫-施派尔女人”大约生活于公元前1300年,最离谱的是“帕德博恩-散德斯人”,他死于公元1750年左右。

普洛茨是怎么解释如此离谱的结果呢?他指责牛津大学的科学家搞错了,他们没有把涂在化石上用来保护标本的虫漆清理干净,所以测出的结果就年轻得多。收藏“帕德博恩-散德斯人”化石的黑尔讷人类学博物馆对此将信将疑,决定自己测一下,把“帕德博恩-散德斯人”头骨切开后,居然还能闻到腐烂的味道,说明还没有完全石化。

另一起事件促使法兰克福大学校方组织委员会对普洛茨进行全面的调查:普洛茨认为他拥有法兰克福大学人类学系收藏的280具黑猩猩头骨,想以7万美元的价格卖到美国去。

普洛茨拒绝与委员会成员见面,但委员会还是找到12名证人。调查的结果揭露出普洛茨一连串令人啧啧称奇的怪事,用委员会主任的话说,“你不得不大笑,简直令人难以置信”。最荒唐的大概是普洛茨原来根本就不会使用其实验室的碳14年代测定仪器。普洛茨对送来让他测定年龄的化石,不知道怎么用仪器去测,所以干脆编造数据交差,而且他很懂得编造一个又一个的“最古老”化石年龄去迎合德国人的民族情绪。所有由普洛茨测定的化石的实际年龄都要比他说的年轻得多。

另一件怪事是,系里收藏的12000具人骨骼标本,有一些的头骨不见了,看来是被普洛茨拿去卖给其在美国的朋友或牙医了。

委员会还发现,系里原来保存着数千份记录纳粹在1930年代从事残酷实验的文件,都被销毁了,是在普洛茨的命令下销毁的。如果我们知道普洛茨的真实身世,这件事就不奇怪了。据德国《明镜》周刊的调查,普洛茨那个“冯·齐滕”的贵族头衔是假的,他并不是如他声称的那样是18世纪普鲁士著名轻骑兵将领汉斯·约阿希姆·冯·齐滕的后裔,而是二战后逃到美国的纳粹成员威廉·普洛茨的儿子。

与这些相比,普洛茨的其他欺骗行为就简直不值一提了,不过倒可以用来说明他可能先天性爱撒谎。比如,他喜欢在课堂上吹嘘他曾经检查过希特勒和爱娃的头骨,他在纽约、佛罗里达、加州都有房产,与阿诺·施瓦辛格是好友等等。

委员会还发现普洛茨有剽窃其他科学家的研究成果的行为。法兰克福大学在2005年2月公布了其调查结果,其声明说:“委员会发现普洛茨教授在过去的30年伪造和操纵科学事实。”普洛茨则坚称自己是无辜的,对他的调查是一场迫害,化石年龄测定是由他的助手做的,等等。但是在法兰克福大学校方宣布调查结果之前,他自己先辞去了职务。

普洛茨的造假造成了多大的危害呢?最早发现其造假的特伯格说,“人类学将不得不完全改写4万到1万年前的现代人的景象。普洛茨教授的工作似乎证明了解剖学意义上的现代人与尼安德特人曾经共存,也许甚至还一起生过小孩。现在看来这是胡说八道。”神创论者更是对此幸灾乐祸,大作文章,似乎这个造假事件是对进化论的沉重打击,有的甚至设想由此可见古人类化石的年龄都是靠不住的。

这些都是言过其实。我看过上个世纪90年代出版的几本较全面介绍人类进化史的著作,都没有提到这些化石。至少在那个时候,人类学家已不看重普洛茨的结果了。按美国《考古学》杂志的说法,普洛茨造假的化石中,只有“汉诺佛散德人”在80年代曾经一度引起关注,因为有人发现它同时有尼安德特人和现代人的特征,用来支持这两种智人曾经有过杂交的假说,但这种观点向来就有争议。至于其他的化石,许多人类学家听都没有听说过。这些化石对古人类学领域实际上没有太大的意义。

对此大做文章的还有反科学主义者,在他们看来,这个造假事件似乎再次说明必须抛弃“过时的科学观”,“需要改变对科学的看法”,不能再把科学家全都当成道德高尚的绅士,不能认为科学是纯洁的、绝对正确的云云。我不知道有哪个科学家会抱着这种“科学观”。科学研究之所以特别强调可重复性,正是因为科学家知道科学家也是人,也会有主观偏见甚至有意造假,所以才需要由其他科学家对科研结果做独立的验证,看是否能被别人重复出来。正是有了这套自我修正机制,才使得由同样具有人性弱点的科学家所从事的科研能获得超越人性弱点的客观的结果,也使得科学造假即使能骗得一时,也无法一直骗下去,只要有人觉得有去重复验证的必要,就会露馅。普洛茨的造假正是由科学家开始怀疑、检验、认定并修正的,在这整个自我修正过程中,没有神创论者、反科学主义者什么事。如果有需要反思的话,那就是为何普洛茨过了这么久才被揭露出来,虽然一直就有人怀疑他。

2008.7.23.

(《经济观察报》2008.8.3)

(XYS20080805)



一肚子的气

31 07 2008年

在你喝水吃饭的时候,不知不觉地同时也在咽气:每次吞咽同时要咽下大约2~3毫升的空气。咽到体内的空气必须找到一个出口排出去,不然你就要气炸了。你也许以为它们既然比重很轻,会逐渐上浮,从口腔排出去。其实不然,由于消化道的蠕动,咽下去的气将会随着食物逐渐地往下排。如果蠕动停止了,气倒是会试图上升,但是由于消化道的迂回曲折,还是会被堵住,不会跑太远。

吞进去的空气中有一部分,特别是其中的氧气,会被消化道管壁上的毛细血管吸收。等空气抵达大肠时,剩下的主要是氮气了。但是在胃、肠内发生的消化食物的化学反应会产生二氧化碳,与剩余的空气混合在一起。在胃、肠蠕动过程中,气体比其他成分更容易移动,小气泡会相碰融合成大气泡,大气泡最终抵达直肠,随着肛门括约肌一阵颤动,“噗”地排出体外,声音的大小取决于气体的量、排出的速度和括约肌的紧缩程度。这种气体的成分主要是氮气和二氧化碳,如果没有掺杂其他成分,就不会有味道,所以常言道:“响屁不臭。”

常言又道:“臭屁不响。”这些量比较少、通常少到不足以产生声响的气体不是来自吞下去的空气,也不是来自消化反应产生的气体,而是大肠中细菌在发酵、分解食物残渣时产生的。细菌在发酵过程中会产生多种气体,包括二氧化碳,它没有味道,也是空气的成分;氢气和甲烷,它们也没有味道,但是可以燃烧;含硫的气体,它们就有味道了。

那么有味道的气体都有哪些,含量如何呢?一直到1998年,才有科学家定量地研究这个问题。美国明尼阿波利斯退伍军人事务医学中心的研究人员用直肠管收集16名健康者排出的气体。为了确保能排出有味气体,他们在前一天晚上和当天早上各吃了一顿200克斑豆,当天又吃了15克乳果糖。收集来的气体先用色谱和质谱仪器分析其成分,然后让嗅觉敏感的人评定其发臭程度。结果表明,主要的发臭成分是硫化氢,闻起来像臭鸡蛋;其次是甲硫醇,闻起来像烂菜叶;再次是甲硫醚,由于量很少,实际上闻起来还有点香。

即使你不吃不喝,也无法杜绝肚子里的气。大肠中的气有很小一部分既与吞下的空气无关,也与吃下的食物无关。肠壁脱落的死细胞,以及粘液中的粘蛋白,都会成为大肠中细菌的食物,然后就会有气体产生。当血液流经肠道时,血液中的二氧化碳也会泄漏出去。

在任何时候,一个健康人的胃、肠内都有大约150~500毫升的气体,其中大约三分之二是咽下的空气,三分之一是细菌产生的。如果得了某些疾病,气被堵住排不出去,就会越积越多,有的肠梗阻患者体内甚至能积存3500毫升气体。一个健康人每天要从肛门排气7~14次,释放气体总量200~2500毫升。男人排气的次数和量比女人多,这可能是因为男人进食比较多。但是女人产生的气体中有味道的部分比较浓,弥补了其量少的短处,扯平了。

为了减少排气,你也许会想到在进食时注意不要咽下空气,这么做的结果实际上会更糟糕,越是有意识地想要避免咽下空气,咽下的空气的量反而会越多。比较可行的办法是避免或少吃某些食物。被大肠细菌发酵分解从而产生有味道气体的食物残渣,是食物中人体无法消化的部分,特别是糖类,例如纤维素、低聚糖。一般来说,排气的量与膳食中的纤维素的量密切相关。如果你避免吃高纤维食品,就能减少排气。但是高纤维食品有益健康,长期吃缺乏纤维素的食品,会导致便秘,并增加患直肠癌、心血管疾病的风险。

另一种减少排气的方法是吃药。例如,在饭后服用二甲基硅油。它并不能减少气的量,但是能让吞到胃里的空气迅速地融合成大气泡,然后通过打嗝从上面的通道排出去。当然,它对在大肠中才产生的有味气体无效。要减少有味气体,可在吃豆类、全谷等含低聚糖较多的食物之前服用β-半乳糖苷酶制剂。人体本来没有这种酶,所以消化不了低聚糖,都留给了大肠细菌去处理。服用了它,就可以减少细菌的食物,从而减少气体的产生。有一些人体内缺乏乳糖酶,消化不了牛奶中的乳糖,这些乳糖到了大肠,被细菌分解,也会产生大量的气体,并能导致腹泻。这些人在喝牛奶之前服用乳糖酶制剂,就可以避免这种情况。

排出体内气体是人体正常功能的一部分。在做了腹部手术之后两、三天,医生会询问患者是否开始排气,如果排气了,就意味着消化功能恢复,可以开始进食了。这个人人天天都有的正常生理现象在各个文化中却被赋予了贬义,甚至还叫人“不许放屁”,就未免管得太宽了,他自己就做不到。

2008.7.27.

(《中国青年报》2008.7.30)

(XYS20080730)



熊猫的迷离身世

24 07 2008年

动画片中的动物拟人形象有时夸张得太厉害,会让人搞不清楚其原型究竟是什么动物。例如《功夫熊猫》中的鹅爸爸,就被许多人当成鸭爸爸,而师傅则被普遍当成是浣熊。但浣熊原产美洲,似乎不应该出现在古代中国,于是有想象力异常丰富的人从中发现了一个好莱坞的阴谋:中国的功夫是从美国学的!不过,师傅的造型虽然看上去很像浣熊,但其原型乃是小熊猫,由于大熊猫太出名了,让许多人忘了中国还有这么一个其可爱程度并不亚于国宝的小动物。

人们现在一提起熊猫,一般指的都是大熊猫。大熊猫在其产地原来的名字叫花熊、竹熊,的确,大熊猫的体型看上去很像熊,而不像猫,只是脸部有点像猫,有人认为大猫熊才是准确的叫法,虽然很少有人那么叫了,《辞海》直到上一版仍以“大猫熊”为正名,到1999年版才改成“大熊猫”。有人认为这个叫法是以讹传讹。有一个流传很广的故事说,熊猫本来叫猫熊,上个世纪40年代四川展出大熊猫时,标注的名称就是“猫熊”,按科技界的习惯从左往右写,但当时人们的习惯是从右往左读,于是被读成了“熊猫”,这个错误的名字从此传开了。

这则轶事虽然很有趣,但肯定是编造的。实际上,1915年出版的《中华大字典》、1938年出版的旧《辞海》,都已经收了“熊猫”的词条,足以证明“熊猫”一词才是正主。只不过,《中华大字典》指的是小熊猫,旧《辞海》指的是大熊猫。“熊猫”一词很可能一开始指的是小熊猫,小熊猫的大小、形态也的确像猫。以后因为大熊猫被认为是小熊猫的近亲,于是也跟着被叫成熊猫了。

英文中也存在类似的情况。英文的panda最初指的是小熊猫,这个叫法可能源自尼泊尔语。英文也把小熊猫叫做“bear cat”,这显然是中文“熊猫”叫法的由来。而西方人在1869年首次见到大熊猫时,把它叫做“杂色熊”,归为熊科。到了20世纪初,动物学家发现大熊猫和小熊猫有一些相似之处:它们有相同的栖息地,都是少有的以竹子为主食的哺乳动物,而且前肢都有6个趾头,多出来的“假拇指”其实是一节腕骨延长变成的,用以握住竹子。因此二者被认为是近亲,大熊猫也跟着改名panda,并加上“大”、“小”以示区别。

小熊猫长得很像浣熊,早在1825年就已被法国著名动物学家居维叶归入浣熊科。既然大熊猫被认为和小熊猫是近亲,它也就被一起归入浣熊科,被当成是一种大浣熊。但是二者的相似性是很表面的。它们虽然都以竹子为主食,但是食用的竹子部位并不一样,小熊猫主要吃嫩叶,而大熊猫则竿、叶通吃。它们虽然都有6个趾头,但是“假拇指”的构造并不一样。因此也有动物学家认为大熊猫既不是熊也不是浣熊,应该单独给它设一个大熊猫科。

大熊猫究竟是熊、浣熊还是都不是?几十年来动物学家们为此争论不休,各有各的道理。但是,虽然动物学家对大熊猫做了极为细致的解剖研究,其细致程度在食肉目哺乳动物中仅次于猫和狗,但是仍然无法确定大熊猫的归属。对动物的分类传统上依据的是形态解剖、习性等特征的比较,这是定性的研究,带有很大程度的主观倾向,一旦碰到比较独特、没有明显近亲的物种,就不容易达成一致的意见。有没有可能对此进行客观、定量的研究呢?有的,这需要用到分子生物学方法,在分子层面上比较不同物种的蛋白质或基因的序列。

当两个物种从同一祖先分离、走向不同的进化道路之后,由于随机的基因突变,它们的基因将会产生差异,随着时间的推移,差异会越来越大。这样,通过比较两个物种的基因的差异程度,就有可能确定它们的亲缘关系。自1985年起,动物学家开始用分子生物学方法研究大熊猫的分类,许多项研究的结果都相当一致:大熊猫是一种熊,现存动物中,与大熊猫亲缘关系最近的是南美洲的眼镜熊。到上个世纪90年代,根据分子研究的结果,大熊猫一般都被归为熊科。1999年版《辞海》仍把大熊猫归为熊猫科,可谓没有与时俱进,也许明年出新版时会改过来。

麻烦的倒是小熊猫。从分子数据看,它显然不是大熊猫的近亲,但是要确定它的近亲是谁却不容易。最近的一项分子研究表明,这可能是个无解的三体问题:一、小熊猫,二、臭鼬,三、浣熊加上除了臭鼬之外的鼬,这三者彼此之间的亲缘关系距离相当,很难说哪两个的亲缘关系更近一些。因此比较合适的做法是让小熊猫自成一科。

《功夫熊猫》中令人觉得奇怪的一点是为什么熊猫阿宝会有一个鹅爸爸。当鹅爸爸神秘兮兮地要告诉阿宝一个天大秘密时,许多观众还以为他是要告诉其身世。据说续集将会揭开阿宝的身世之谜。没有艺术加工,真实熊猫的身世不也是非常迷离、很有意思的吗?

2008.7.20

(《中国青年报》2008.7.23)

(XYS20080723)



科学史上著名公案——卢姆岛事件

23 07 2008年

卢姆岛是苏格兰西部赫布里底群岛中的一个小岛,面积只有大约100平方公里。它现在是国家自然保护区,是生态学研究的重要基地。但在1957年之前,卢姆岛是私人领地,为棉花大王布洛家族所有。当时该岛大部分还是荒地,生物学家有望在那里发现新物种,但是想在那里从事科研需要获得主人的许可。著名植物学家赫斯洛普-哈里森(1881-1967)获得了研究该岛的动植物群的特权,在上个世纪30、40年代多次到该岛考察,还真的发现那里生存着许多种非常有意思的昆虫、植物。为什么说它们有意思呢?因为虽然这些物种在其他国家并不罕见,但是在英国其他地方的野外从未发现过的。它们可以用来支持赫斯洛普-哈里森一直在主张的“冰原岛峰理论”:赫布里底群岛和英国其他地方不同,躲过了一万年前的最后一次冰川,因此这些物种在其他地方被冰川灭绝了,却在卢姆岛繁衍了下来。

这些证据几乎就是为赫斯洛普-哈里森的观点准备的,而别人又很难有机会上该岛实地考察加以验证,这就不免让大英博物馆植物标本馆馆长等植物学家起疑。他们鼓动剑桥大学的年轻教师约翰·雷文(1914-1980)对此进行调查。雷文和赫斯洛普-哈里森来自两个不同的世界:雷文属于上流社会,父亲是剑桥某个学院的院长,在剑桥受的教育并留校任教,而赫斯洛普-哈里森出身贫寒,是炼铁工人的儿子,靠自学成才,从一名中学教师变成了新成立的纽卡斯尔大学的教授。但是两个世界出现了交点:雷文的专业虽然是古希腊哲学,却业余研究植物学。

我们无从得知为何雷文会乐于盯上赫斯洛普-哈里森,也许是上流社会对暴发户的不满,也许是老牌大学教师对新兴大学教授的蔑视,不管怎样,在1948年,雷文向剑桥大学校方申请到50英镑的经费去卢姆岛考察,并找借口获得了卢姆岛主人的许可和赫斯洛普-哈里森的配合,当然,赫斯洛普-哈里森此时并不知道雷文的真实动机。

一系列意外让雷文不得不缩短行程:他把野营设备给忘在了船上,借来汽油炉,却又把帐篷给点着了。雷文只在岛上待了三天,不过,“由于当时在岛上的赫斯洛普-哈里森教授的好意,我至少看到了一些它最有趣的植物。”这已足以让雷文有了结论。回去后,雷文给《自然》发去一篇简短的报告,在第二年年初登了出来。在报告中,雷文认定赫斯洛普-哈里森在卢姆岛发现的那些有趣植物,其实都是从别处引进的,主要的证据就是它们只有寥寥几棵,构不成一个种群。例如多荚草,赫斯洛普-哈里森在1939年报告在岩石缝隙中发现一棵,到雷文上岛时,除了原始发现处有了4棵,并无别的发现;赫斯洛普-哈里森在1941年报告发现了两片苔草,雷文去了以后,只看到7棵长在一起的苔草。

赫斯洛普-哈里森显然并不常读《自然》,他是过了两年才读到雷文的文章,写了一篇措辞强烈的答复,但是《自然》拒绝刊登。他于是又写了封信指责雷文搞阴谋诡计。雷文在公开发表的文章中并没有明言有人造假,但是在给剑桥大学校方的长篇报告中,就没有那么客气了,他断定:赫斯洛普-哈里森声称在赫布里底群岛“发现”的那些植物和昆虫,要么是编造的,要么是故意从他的花园移植过去的。剑桥大学的专家对雷文的报告进行了一番讨论,决定不将其公开,以免对赫斯洛普-哈里森的声誉造成伤害。雷文将其报告送交学校图书馆封存,要求在他和赫斯洛普-哈里森都死了才能公开。

但是雷文在《自然》发表的文章已足以证实人们对赫斯洛普-哈里森成果的怀疑,何况那些看过雷文给剑桥的报告的植物学家会在私下把情况透露出去。赫斯洛普-哈里森这些有疑问的发现在英国植物志等文献中被悄悄地删掉了。

此后相当长一段时间内无人公开提起这个事件。1980年,雷文去世,在发给剑桥校友的讣告中,提到雷文曾经调查过“一位著名的生物学家”的可疑发现,其报告存在学校图书馆,从未发表。这则讣告给曾经上过雷文的课的剑桥校友、科普作家兼电视制片人卡尔·萨巴留下了深刻印象,一直到1997年,萨巴有机会与一位著名植物学家共餐时,还想起问一下雷文调查的那位著名生物学家是谁。萨巴还获悉,虽然英国植物学界很多人都知道这个事件,但是大家不愿去谈论它,因为赫斯洛普-哈里森的儿子和孙子都是著名植物学家,不想去得罪他们。

这激起了萨巴的兴趣。他从图书馆找来了雷文的报告,又采访了一些植物学家,很快地在1999年出版《卢姆事件:植物学的‘皮尔丹人’是如何被揭露的》一书,把本来只是在学术界小圈子里议论、就要被人遗忘的一个历史事件给捅了出去。

萨巴的书其实并没有提供新的证据,也许最有意思的一个插曲是,萨巴根据赫斯洛普-哈里森在论文上写的通讯地址想去访问其故居,却扑了个空,原来赫斯洛普-哈里森并不住在当地最豪华的那个街区,而是住在附近。萨巴因此认为赫斯洛普-哈里森是天生的骗子,若非如此的话,很难理解赫斯洛普-哈里森的造假动机。雷文在秘密报告中把赫斯洛普-哈里森造假动机归结为一个出身卑微的人野心勃勃地想靠造假一举成名,这显然是上流社会人士的偏见:赫斯洛普-哈里森涉嫌造假时,早已功成名就,已在1928年就成为王家学会会员(相当于英国的科学院院士)。

对赫斯洛普-哈里森造假的指控,都只是一些间接证据,例如他声称在卢姆岛见到的一些昆虫物种,没有别人再见到过。赫斯洛普-哈里森在卢姆岛发现的多荚草、苔草等植物,如雷文所说,无疑是外来物种,但是要说是赫斯洛普-哈里森故意移植的,却也没有直接的证据。它们也可能是外地游客无意中夹带过去的,甚至如有人猜测的,可能是赫斯洛普-哈里森学生们的恶作剧。如果赫斯洛普-哈里森有意造假,可以造得更好,他应该知道只有寥寥几棵植物样本是难以令人信服的,要种也应该种一大片。此外,赫斯洛普-哈里森在卢姆岛的某些发现是真实可靠的,例如他在那里发现的一种斑点兰,后来被确定为是一个新的亚种,不可能是从外地移植的。

即使赫斯洛普-哈里森真的造假,说它是植物学的“皮尔丹人”事件也太夸张了。赫斯洛普-哈里森的发现并不像“皮尔丹人”那么重要,而且很快就被纠正了,并没有导致严重后果。既然没有直接的造假证据,又没有恶劣影响,像剑桥大学那样采取息事宁人的做法,还是可取的。这个事件已无关科学上的对错,旧案重翻并无学术上的意义,有关的只是赫斯洛普-哈里森个人的声誉。他的儿子(曾任王家植物园园长,也是王家学会会员)已在《卢姆事件》出版的前一年去世,他的孙子(莱斯特大学生物学教授)则未见到对此做出回应。

2008.7.16.

(《经济观察报》2008.7.21.)

(XYS20080722)



比目鱼的眼睛

17 07 2008年

达尔文1859年出版的《物种起源》一书,他称之为“一个长篇论证”,想要论证两个大问题:第一,生物是进化而来的。这一点证据非常充足,他完成得很成功,到1872年《物种起源》出最后一版时,达尔文已可以宣布几乎所有的生物学家都接受了进化论。第二,生物是在自然选择的作用下,通过累积微小的优势变异,逐渐进化来的。这在当时基本上只是一个天才的推理,既找不到一个合理的遗传理论来解释,也没有直接的证据,难怪在达尔文生前和身后相当长一段时间内,大多数生物学家都不接受自然选择学说。

英国著名动物学家米瓦特起初是自然选择学说的热情支持者,随后却变成了激烈反对者。1871年,米瓦特出版《物种发生》,列举许多例子试图说明自然选择无法用以解释生物结构的由来,其中一个后来经常被提及的著名例子,是比目鱼的进化。

比目鱼在英文里被叫做“扁平鱼”,这指的是它的身体形状。不过,正如中文名称所表明的,比目鱼最奇特的特征是它的眼睛。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。由于长着一个不对称的扁平身体,侧鳍很小又没有鱼鳔,使得比目鱼难以游动,而习惯于潜伏在海底。对比目鱼来说,两个眼睛都长在一起向上看,在水底可以很方便地监视上方的动静。如果有一个眼睛长在下边,不仅派不上用场,还容易被水底的沙石伤到。

如果比目鱼是从两侧对称的鱼在自然选择作用下逐渐进化来的,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。但是这种斜眼鱼能有什么生存优势呢?在现存的鱼中,并没有一种是长着斜眼的,化石中也找不到这样的过渡型。最接近过渡型的是现存的一种比目鱼——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,但是两个眼睛也都在同一侧。

因此米瓦特认为比目鱼的眼睛形态不是自然选择逐渐形成的,而是在动物“内在动力”的驱使下跃变而来,一蹴而就的。在最后一版《物种起源》,达尔文专门用一章来反驳“对自然选择学说的种种反对意见”,主要就是在反驳米瓦特的《物种发生》举的例子,特别是比目鱼的例子。

达尔文注意到,比目鱼刚出生的时候眼睛其实也是对称的,但是长着长着,随着身体越来越扁平,底侧的眼睛也就逐渐移到朝上的一侧去了。而有某些两眼对称的鱼,偶尔会在水底侧卧,这时它会让下面的眼睛尽量往上看,使头部出现了变形。达尔文的意思是,即使比目鱼的祖先的眼睛有一个长在底侧,也能通过肌肉运动把它移到顶侧去,而由于用进废退,其后代的底侧眼睛就会逐渐变得越来越靠顶部,并被自然选择保留下来。我们没能找到这些过渡型化石,是因为化石记录很不完全。

达尔文在此试图用“用进废退”来弥补自然选择的不足,把拉马克主义和达尔文主义结合起来。但是进入20世纪后,随着遗传学的建立,生物学家不再相信后天获得的性状能够遗传,即使比目鱼的祖先拼命地把下面的眼睛往上拉,也不能让它的后代的眼睛就会变得更靠上。这样,达尔文的解释就存在着先天的不足。一些遗传学家又回头相信跃变论,只不过用基因学说进行了改造。这一学派的代表人物是德裔美国遗传学家高兹史密特,他在1933年美国《科学》发表的一篇著名论文中提出基因大突变论,也举比目鱼的眼睛为例,认为只要通过一个基因突变,就能让比目鱼祖先的眼睛从对称一下子长到一边去,无需过渡形态。

但是,高兹史密特的观点并没能被普遍接受,因为遗传学的研究表明,对生物形态有重大影响的大突变的结果几乎总是产生无法存活的怪物。比目鱼的进化还是必须通过小突变的累积,但是又找不到过渡型做为证明。神创论者幸灾乐祸,经常举比目鱼为例来“驳斥”进化论。

神创论者笑得太早了。比目鱼过渡型化石最近被找到了,而且是两种。这些化石其实早被发现了,有的已在博物馆的仓库里躺了两百多年。芝加哥大学博士生马特·弗里德曼用计算机断层成像术对这些积满灰尘的化石进行研究,认定它们正是预料中的比目鱼过渡型化石: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。

这场持续了100多年的关于比目鱼眼睛进化的争论到此接近尾声了。至于神创论者,他们的思想已经僵化,我们不必指望他们会从此洗心革面,只希望他们以后能诚实一点,不要再嚷嚷“找不到比目鱼过渡型化石”。

2008.7.13

(《中国青年报》2008.7.16)

(XYS20080716)