上阵父子兵

1 02 2007年

   近日南方一份周刊刊登了一篇反对反伪科学的文章,声称打击伪科学会打击科技创新,举的例子是:“去年的诺贝尔化学奖颁给了两位研究RNA的美国科学家,而
在20世纪90年代末RNA研究刚进入国内时,方舟子就联合国内一些学术权威对之大肆批判,说‘RNA水平研究’是‘杜撰’、‘痴人说梦’和‘招摇撞骗’
云云,将中国的RNA研究扼杀在萌芽中。”这真让我哭笑不得,不仅这个事例纯属捏造,而且我恰恰自己就做过所谓“RNA水平研究”,曾经是去年诺贝尔化学
奖唯一得主、美国斯坦福大学教授罗杰·孔伯格的同行,和他有一面之缘。

   
上个世纪90年代初,我还在美国大学攻读生物化学博士的时候,也正是对真核生物的转录现象研究最热门的时候。世界上的生物可以分成两大类:细菌、蓝藻等低
等生物的细胞没有真正的细胞核,叫原核生物,其他含有真正细胞核的生物则统称真核生物,包括人。转录现象是最基本的生命现象之一,它指的是遗传信息从脱氧
核糖核酸(DNA)传递给了核糖核酸(RNA),也就是说,如何以DNA做模板来合成RNA。为什么人体的每一个细胞都含有相同的一套基因组,却会出现不
同的形态和功能呢?这就跟转录过程的调控有关。癌症、代谢疾病等多种疾病,也与转录出现了异常有关。

   
原核生物的转录过程比较简单,一般是由一个RNA聚合酶和一个转录因子来完成的,在上个世纪七、八十年代对它已经研究得比较透彻了,大家就开始转向和我们
的健康更密切相关的真核生物的研究。这时情形变得极为复杂。不仅真核生物的RNA聚合酶要比原核生物的复杂得多,而且其转录过程需要众多蛋白质因子的参
与,已知大约有60种,最主要的是5种普遍转录因子,其中有一个是我的导师首先发现的,也是我当时的研究课题。这些因子有什么样的结构和功能,彼此之间是
如何相互作用的?显然,要阐明如此复杂的现象需要许多实验室的分工合作。

   
我有幸目睹和参与了这个巨大的谜团是如何逐步被破解的,错误的认识是如何提出而又被很快地纠正的。这项研究成果几乎是日新月异的。我记得当时《科学》杂志
曾请学界权威预测21世纪的科技进展,不少人都提到真核细胞的转录之谜将会得到破解。而其实进入21世纪不久,这个现象的奥秘大体上都已被搞清楚了。

   
既然这项研究如此重要,从中产生诺贝尔奖获得者就只是个时间问题了。这个领域的头面人物大约有四、五个人,我们当学生的有时候也会争一争诺贝尔奖委员会会
挑选出哪三个人。所以,当听到诺贝尔奖委员会最终决定只让罗杰·孔伯格一人代表“今天化学和分子生物学最为活跃的研究领域之一”(孔伯格的获奖演讲)获奖
时,我觉得有些意外,不由得胡猜会不会和他的父亲亚瑟·孔伯格的影响有关。老孔伯格同样在斯坦福大学当教授,并早在1959年获得诺贝尔生理学或医学奖。

   
我和老孔伯格也有一面之缘。与小孔伯格是在参加学术会议时见到的,与老孔伯格则是有一年他到我们系做学术报告,我碰巧被系里指派负责放幻灯。老孔伯格研究
的是另一个基本的生命现象:遗传信息的复制,即什么样的酶在复制DNA。1958年,他发表论文报告说他从大肠杆菌中发现、分离、纯化出一种能够合成
DNA的酶——DNA聚合酶,并成功地在细胞外用这种酶合成了DNA。一年后,诺贝尔奖委员会以空前绝后的速度表彰了老孔伯格的发现:1959年老孔伯格
和他以前的导师塞韦罗·奥乔亚分享诺贝尔生理学或医学奖,他是因为发现了DNA的酶合成,而奥乔亚是因发现了RNA的酶合成而获奖的。

   
这个奖颁发得的确有些仓促。在老孔伯格获奖十年之后,人们才知道,他所发现的DNA聚合酶并非细菌真正用于复制DNA的酶,在细胞内执行这个任务的是另一
种新发现的酶——DNA聚合酶III。老孔伯格的酶(被命名为DNA聚合酶I)只是在DNA复制中起修补作用(不过,这种酶后来在分子生物学研究和遗传工
程中发挥了巨大的作用)。值得老孔伯格欣慰的是,新的酶是他的二儿子托马斯·孔伯格在哥伦比亚大学读书时发现的。托马斯现在是加州大学旧金山分校的生物化
学教授。
   
老孔伯格的妻子是他的实验助手,他们一起共发现了一百多种参与新陈代谢的酶。他的自传有一个恰如其分的的题目叫做《为了酶之爱》。他的儿子能继承父业并发
扬光大并非偶然。他们从小就被老孔伯格带到实验室参与简单的实验,像罗杰·孔伯格说的,科学理性成了他们的第二天性。也许老孔伯格应该再写一本自传,题为
《酶之家》。

2007.1.29.

(《中国青年报》2007.1.31.)

(XYS20070131)

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“不死的细胞”疑云

30 01 2007年

   卡雷尔是生物医学史上一位传奇人物,这倒不是因为他在1912年由于在血管外科手术的开创性贡献而获得诺贝尔医学奖,而是因为他在同一年做了一个更为惊人的培养“不死的细胞”的实验。

   
卡雷尔原是法国医生,1904年移民美国,到洛克菲勒研究所从事基础研究。1910年,美国生物学家罗斯·哈里逊报告发明了体外培养技术,把脊椎动物的组
织从体内切割下来后,放在体液中培养,这些细胞不仅能够存活,而且会继续生长和分裂。卡雷尔及其助手也试着把成纤维细胞从鸡胚胎的心脏分离出来放在鸡血清
中培养,每天更换培养液。从1912年1月17日开始,他们培养了16个样本。到当年9月份,只剩下了一个样本还活着,其他的都死了。

   
这时,卡雷尔发表论文宣布,他已找到了能让生物体组织在体外无限生存下去的培养条件。这个硕果仅存的样本似乎验证了卡雷尔的预言,就那么一直存活下去。卡
雷尔后来几次发表论文报告这个结果。1938年,卡雷尔离开洛克菲勒研究所,回到了法国。这个神奇的组织培养被他的合作者埃布林带到了一家公司继续培养。
卡雷尔在法国成为纳粹同伙,1944年去世。两年后,埃布林人为停止了培养,将它扔掉。

   
也就是说,这些从鸡胚心脏分离的成纤维细胞被持续培养了34年。如果考虑到有纪录的鸡的最长寿命为12年,这个实验似乎证明了只要给予合适的环境,鸡的细
胞就可以无限地分裂、生存下去,并没有内在的机制限制细胞分裂的寿命。卡雷尔的这个实验经过夸大后(其中一个版本是,卡雷尔让鸡的心脏在体外跳动了34
年),不仅对学术界,对大众也有影响。它似乎给了渴望长寿的人们一个希望:只要能找到合适的生活条件,人就不会衰老。直到几年前,国内一家推销“抗衰老”
假保健品的公司的宣传材料还声称,卡雷尔的鸡细胞之所以能不死,是因为使用了他们推销的那种“魔法分子”。

   
在卡雷尔做组织培养实验时,为了防止细菌污染,卡雷尔要求实验人员像做外科手术一样全身穿戴防护服和面具。这么苛刻的实验条件使得很多生物学家不愿意去重
复该实验,那些下了决心去尝试的人也没有人能够重复出卡雷尔的结果。即使在现在,用现代体外培养技术培养,也没有人能让鸡成纤维细胞的存活时间超过44个
月。
   
但是在1961年之前,没有人公开怀疑卡雷尔的实验结果。这一年,美国生物学家海弗里克完成了一篇论文,报告他们在体外培养人的胚胎成纤维细胞的结果。海
弗里克用的方法是将细胞放进培养皿中培养,让它们分裂、生长,直到铺满培养皿。在培养皿铺满一层细胞后,正常的细胞就会停止增殖。然后,将其中一小部分细
胞转移到另一个新鲜的培养皿中培养。海弗里克发现,即使在最合适的培养条件下,成纤维细胞也无法无限增殖下去,而是大概分裂了50代后就停止。

   
这篇论文被海弗里克投寄的第一家刊物退稿。审稿者指出:众所周知,只要条件合适,细胞在体外可以无限分裂,肯定是他们的培养条件出了问题。这篇论文在转投
另一家刊物发表后,已成为上个世纪60年代发表的大约2百万篇生物医学论文中被引用次数最多的论文之一,影响巨大。与卡雷尔的实验结果不同的是,海弗里克
的这个发现,后来被无数的实验室所证实。脊椎动物正常体细胞的分裂次数是有限的,这种现象被称为“海弗里克极限”。这个现象看来和衰老有关,但是究竟和衰
老有何关系,到现在也还不是很清楚。也有的细胞出现了突变,分裂次数不受限制,但是它们的生长也失去了控制,变成了癌细胞。换言之,某些癌细胞不存在“海
弗里克极限”,可以无限分裂下去。
   
但是卡雷尔实验用的并不是癌细胞,而是正常的成纤维细胞,为什么也会出现不死的奇迹?海弗里克认为是因为卡雷尔培养技术有问题,每天更新的鸡血清不纯。当
时的离心技术很粗糙,在血清中还含有新鲜的鸡细胞,也就是说,卡雷尔在无意中不断地加入了新的细胞进去,而不是最开始的那些细胞。

   
也有人早就怀疑其中有诈。1980年,芝加哥大学退休教授布克斯鲍姆回忆说,他曾经在1930年去洛克菲勒研究所拜访过卡雷尔实验室。当时卡雷尔在国外度
假,由埃布林接待。埃布林带他参观了实验室,但是却不让他看“不死的细胞”,声称担心受到污染。布克斯鲍姆背着埃布林找到了一位女实验员,请她带他去看
“不死的细胞”。结果他一眼就看出那些细胞已经快死了,于是女实验员秘密告诉他:如果这个细胞系死了,卡雷尔会很不高兴的,因此我们就时不时地往里面添加
新的胚胎细胞。
   
对这个指控,卡雷尔实验的一位合作者反驳说,这名女实验员反对纳粹,对卡雷尔的政治信仰很不满,想要败坏卡雷尔的学术声誉,她的说法是靠不住的。其他参与卡雷尔实验的人则不愿意就此事发表评论。

   
那么,卡雷尔究竟是实验操作有误还是有意造假,我们到现在只有猜测和孤证,不好下结论。有一点是肯定的:“不死的细胞”实验结果是靠不住的。正常体细胞的
分裂次数有限已被确认为一个科学事实。但是我们也没有必要因此贬低卡雷尔做体外组织培育的成就。要知道,在卡雷尔做实验的时候,抗生素还没有被发明出来。
在现在,往培养液里添加抗生素就可以有效地防止细菌污染,组织培育技术变得很简单,一名生物系高年级本科生就可以做到。但是,在没有抗生素的年代,能够把
一个组织培养样本不受污染地持续培养了34年,即使有意无意地在不断地添加新细胞,也算得上是一个传奇了。

2007.1.23.

(《经济观察报》2007.1.29)

(XYS20070129)

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“龙骨”的由来

24 01 2007年
    
虽然有的中国人自称“龙的传人”,但现代人都知道龙是神话中的虚构动物。古人则不然,不仅相信龙是实际存在的,而且还用它入药。《本草纲目·鳞部》所列的第一味药,就是“龙”,为上品药。李时珍引经据典,对龙的形态、习性、好恶做了介绍,因为这关系到如何正确地用药:“医家用龙骨者,亦当知其性之爱恶如此。”

   
龙入药的部分包括龙骨、龙齿、龙角、龙脑、龙胎、龙涎。其中龙胎号称产自巴蜀,不知是什么东西。今天中药用到的“龙脑”又名冰片,是用龙脑树的树干蒸馏制成的产品,来源明确,似乎不该被误会为龙的脑。龙涎现在知道其实是抹香鲸肠胃的分泌物,被误传成了“群龙所吐涎沫”。至于龙骨、龙齿、龙角,都是同一种东西,现在也还是中药的一种,其实是古代哺乳动物的化石。

   
李时珍记载了古人对“龙骨”由来的争论,以及他自己的看法。争论的内容是,龙骨究竟是死龙的尸骨,还是活龙的蜕骨?这又涉及到一个问题,龙究竟会不会自然死亡?李时珍认为龙是神物,似乎不会自然死亡,但是根据《左传》、《述异记》、《博物志》等古籍的记载,又可以知道的确有自然死亡的龙,所以“龙骨”应该是死龙之骨。虽然有争论,也只是细节问题,对于化石是“龙骨”,古代中国人并无人怀疑过。

   
比李时珍早两千年,古希腊哲学家色诺芬尼就已经对化石做了描述,正确地推测出化石是生物——而不是神物——的遗迹。他在意大利西西里岛的采石场发现了鱼的化石,又在马耳他岛发现了海洋软体动物的化石,据此得出了一个在当时相当超前的结论:山脉必定曾经位于海中,地球在历史上多次交替出现世界性大洪水和干涸。

   
但是在基督教在西方占据统治地位后,化石的由来反而又变得不明不白了。既然《圣经》记载了世界只有短短几千年的历史,那么显然不能认为化石是生物体经历了长期的历史过程而遗留下的遗迹。当时流行的观点认为它们是和生物体没有任何关系的自然形成的石头图像。离奇一点的观点则认为它们是动物交配时精液溅到岩石上长出来的类似生命的东西。与这些观点相比,中国古人说化石是“龙骨”反而显得更先进了。

   
但是认为化石是动物遗迹这种离经叛道的观点一直顽固地存在着。到17世纪下半叶,终于有几名著名博物学家通过仔细比较化石和生物体的构造,令人信服地证明了化石必定来源于生物体。一旦化石的生物起源被确认,那么如何解释遗留在山上的海洋生物化石,便成了难题。与《圣经》记载调和的唯一希望,是认为化石是在诺亚大洪水中灭亡的动物的遗迹。但是这个希望,在发现化石是分层分布的之后,就被彻底地粉碎了:仅仅一次的大灾难,如何能使化石形成分层分布,而且每一层都有独特的动物和植物的化石?世界肯定要比《圣经》所说的古老得多。

   
另一个问题是:化石所代表的生物,有许多在现在似乎不存在了。例如,人们很早以前就在马耳他岛发现有奇怪的类似舌头的石头,古罗马博物学家老普利尼认为它们是在月亏的时候从天上掉下来的。1666年,意大利托斯卡纳的渔民抓到了一条大鲨鱼,托斯卡纳大公命令将之送给正在当地行医的丹麦博物学家尼古拉斯·斯蒂诺解剖研究。斯蒂诺发现这种鲨鱼的牙齿与“舌石”的石头非常相似,只是“舌石”要大得多。他因此推断“舌石”是某种巨鲨的牙齿化石,但是这些巨鲨都已灭绝了。

   
然而,一个万能而且仁慈的上帝怎么会允许他的创造物灭绝呢?一些虔诚的博物学家认为这些物种并非真正灭绝,而是还躲在某个偏僻的地方有待发现,例如可能在某处的海洋里,就生活着被认为已经灭绝的巨鲨。

   
不过,法国古生物学家居维叶还是能够令人信服地举例说明,至少有某些物种已经灭绝了。他不以容易引起争议的海洋生物为例,而是选择了陆地生物,而且是最能引起人们注意的大型哺乳动物。他指出,有许多种大型哺乳动物(例如猛犸象、乳齿象)的化石与现存的哺乳动物(例如亚洲象、非洲象)类似,然而又不相同。如果这些化石所代表着的大型哺乳动物还生存着,那么是很容易发现的,既然它们在世界各地都未发现,那么可以认定它们已经灭绝了。

   
一旦知道地球的历史极为古老,而且物种会灭绝,进化论也就呼之欲出了,而这一切都是由于认定了化石的生物起源。正当欧洲发生这场思想革命的时候,中国学者还丝毫也不怀疑化石是龙骨,而且是上品神药。

2007.1.22.

(《中国青年报》2007.1.24.)

(XYS20070124)

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时尚酿成的悲剧

23 01 2007年
    
在美国众多的国家公园中,佛罗里达南部的大沼泽地公园是唯一一个获得三项国际荣誉的:国际生物圈保护区、世界遗产地和国际重要湿地。这片看上去几乎是无边无际的“草之河”,一向被视为涉禽(白鹭、鹭鸶、朱鹭等)的天堂。1832年春天,美国著名鸟类学家奥特朋到这里观察,感叹涉禽数量之多竟能遮天蔽日:
“我们观察到巨大的涉禽鸟群从头上飞过,飞向其夜栖地……它们的数量如此之多,有段时间实际上遮盖了阳光。”

   
但是现在我走进大沼泽地公园,却只能想像奥特朋当年目睹的壮观景象了。每走一段距离还可以见到几只涉禽在优雅地捕鱼,数量却绝算不上惊人,反倒是在路上随处可见的美洲鳄鱼更能给人留下深刻的印象。公园提供的资料说,我们今天看到的涉禽数量,不及当年的十分之一。

   
但是我们今天还能看到它们的存在,已属万幸。这些美丽的鸟类一度濒临灭绝,原因在于它们在繁殖季节不幸地长出了美丽的大羽毛。欧洲贵妇人用鸟羽装饰帽子的风气据说始自法国路易十六时期。那位后来被革命党送上断头台的玛丽王后有一个晚上突然来了灵感,在帽子插上鸵鸟和孔雀的羽毛,获得国王的赞赏,于是贵妇们竞相仿效。

   
“鸟帽”在西方国家中真正成为时尚并从欧洲传入美国,则是十九世纪下半叶的事了。这时候,鸟帽乃是地位和美丽的象征。它能代表地位,因为一顶用珍稀鸟羽制作的鸟帽的价格在当时高达上百美元(相当于现在的几千美元),非一般人消费得起。当时的服饰设计崇尚“自然”,鸟羽被认为代表着大自然的美丽。为了体现出对大自然的热爱,有的帽子上放上了一整只小鸟标本,甚至是好几只小鸟标本,戴着这样的标本,就像是顶着一个鸟巢。

   
这些用这种方式热爱大自然的贵妇人,却给大自然之美带来了毁灭性的破坏。巨额的利润刺激了无数猎人为了获得最被珍贵的白鹭和鹭鸶的大羽毛,奔赴大沼泽地。他们在枪杀了鸟类之后,只拔取、带走大羽毛,而把鸟的尸体丢弃不顾。因为他们猎捕的是繁殖期的成鸟,成鸟的死亡意味着它们哺育的幼鸟也必死无疑。美国鸟类学家联合会在1886年估计,当时每年有600万只北美鸟类为了制造鸟帽而被杀害,也有人估计,这个数量实际上高达每年2亿只。

   
与此同时,另有一些贵妇人决定用另一种方式热爱大自然。她们成立环保组织奥特朋学会,呼吁改变戴鸟帽的时尚,呼吁政府立法保护鸟类。这时,白鹭大羽毛的价格已涨到黄金的两倍,光是纽约市就有8万多名女工靠制作鸟帽为生,要对抗如此巨大的经济利益,光靠爱心的呼吁是徒劳的。到1900年,美国联邦政府终于通过法案禁止受保护的野生动物的运输和销售,这时大沼泽地的白鹭和鹭鸶的数量已仅剩几千只。立法并不能完全禁止偷猎。有3名看守人为了保护鸟类而被偷猎人杀害。在1911年伦敦的一次拍卖会上,一下子就卖出了近13万支白鹭羽毛。

   
如果不是在第一次世界大战后妇女时尚发生了重大改变,大沼泽地的涉禽肯定会完全灭绝。自上个世纪20年代起,妇女流行留短发,没法再戴鸟帽了,鸟羽退出了市场,对涉禽的屠戮也随之终止。到30年代,大沼泽地的涉禽数量攀升到了大约25万只。不过,大沼泽地做为鸟类天堂的日子已经一去不复返,此后由于对大沼泽地不合理的开发破坏了涉禽的栖息地,50%的湿地消失了,涉禽的数量又逐渐下降,在90年代时仅剩不到一万对。近年来由于美国政府花重金治理和保护大沼泽地,涉禽数量据报道增加到了近7万对,但是前景仍然很不确定。

   
大沼泽地的另一种著名居民美洲鳄鱼遭遇了相似的命运。在涉禽被大量屠戮的同时,美洲鳄鱼也难逃厄运。不仅鳄鱼肉被视为美味,而且鳄鱼皮被视为是制作皮带、皮鞋和钱包的绝好材料。小鳄鱼甚至也被捕杀,整只剥了做成标本装饰钱包。而且这个时尚一直没有改变。在上个世纪20-30年代大沼泽地的涉禽数量开始恢复的同时,美洲鳄鱼却变得极为稀少。美国童子军的创始人丹尼尔·伯德当时曾经在大沼泽地考察了一年半,仅找到4条成年美洲鳄鱼。1946年大沼泽地成为国家公园后,美洲鳄鱼获得了保护,其命运才发生了戏剧性的变化,出现了一个罕见的奇迹:现在,那里栖息着一百多万条美洲鳄鱼。

   
但是像美洲鳄鱼一样仅仅通过法律保护就能让其摆脱濒临绝种境地的现象毕竟只是例外。人们的非理性追求往往不是法律能够杜绝得了的。在1987年,老虎被列入濒危野生动植物种国际贸易公约时,全世界还有几十万只老虎在野外求生。而今天,经过了20年的保护,野生老虎的数量却降到了不到3千只,已难逃灭绝。除了栖息地的破坏,一个主要的因素是偷猎,为了满足亚洲黑市对虎骨、虎鞭的需求。没有任何科学证据表明虎骨、虎鞭有特殊的药效,所以把虎骨、虎鞭当宝贝乃是一种迷信,一种崇拜老虎神威的古代巫术的残余。要拯救这种美丽的动物,应该尽量改变崇拜虎骨、虎鞭的“时尚”,而不是像某些人设想的那样通过豢养老虎并销售其虎骨、虎鞭来迎合乃至刺激荒谬的“时尚”。

2007.1.16.

(《经济观察报》2007.1.22)

(XYS20070122)

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血迹里的秘密

18 01 2007年

    我很喜欢看美国探索频道的“新侦探”节目。在节目中有时会出现这样的镜头:有人向警方报告其家人失踪了,警察来做调查,在失踪者家中搜索了一番,并未发现异样。往地上、墙上喷洒试剂,关上百叶窗,却发现地上、墙上有一块块的东西在发蓝光,表明那是血迹。原来失踪者是在家中被杀的,死前大量流血,只不过杀人者把房间清洗过了。你有没有想过警察用的是什么药剂,它为什么能把肉眼看不见的血迹检测出来?

   
警察喷洒的试剂的主要成分是过氧化氢和鲁米诺。鲁米诺是一种人工合成的有机化合物,早在1853年就被合成出来了。到了1928年,化学家首次发现这种化合物有一个奇妙的特性,它被氧化时能发出蓝光。几年以后,就有人想到利用这种特性去检测血迹。血液中含有血红蛋白,我们从空气中吸入的氧气就是靠这种蛋白质输送到全身各部分的。血红蛋白含有铁,而铁能催化过氧化氢的分解,让过氧化氢变成水和单氧,单氧再氧化鲁米诺让它发光。这种检测方法极为灵敏,能检测只有百万分之一含量的血,即使滴一小滴血到一大缸水中也能被检测出来,由此可知犯罪分子是多么难以把现场清洗干净了。

   
明白了鲁米诺发光的道理,就会知道这种检测方法其实并不那么可靠,不要一喷上鲁米诺试剂发现地上一片蓝光就大叫“有血”。既然鲁米诺发光是氧化导致的,这就意味着有很多氧化物以及能起催化作用的金属也能让鲁米诺发光,这其中包括日常使用的次氯酸漂白剂。如果犯罪分子用漂白剂清洗过现场,就有可能干扰鲁米诺的使用。这两种发光情况略有不同,漂白剂导致的发光是快速闪现的,而血迹导致的发光是逐渐出现的。有经验的侦探通常能对二者做出区分,不过也不一定都能做到。

   
怎么办呢?可以采取几种办法,一种是让现场干燥几天,漂白剂的干扰作用就会消失,而血迹即使过了许多年,还能让鲁米诺发光。另外一种办法是使用某种能抑制次氯酸的干扰作用的化合物。很显然不能使用抗氧化剂,因为那会把血迹与鲁米诺的反应也抑制住了。人们针对次氯酸的化学结构,例如针对它含有的氯原子,找到了合适的抑制物。最保险的办法是在用鲁米诺发光法检测到疑似血迹的物质后,用别的方法确定那的确是血迹。人们发现,血迹在被鲁米诺处理过以后,它含有的遗传物质DNA并没有被破坏掉,还能从中提取出来做鉴定。这样就几乎万无一失了。

   
类似的原理也被应用于医学临床检测。体检时有一项常规检查叫做查“便潜血”,这指的是消化道出血量很少,夹杂在粪便中的红细胞又被消化分解掉了,无法用肉眼和显微镜发现出血状况。这时可用化学试剂进行检测。医生用滤纸沾一点患者粪便,然后滴上含有四甲基联苯胺和过氧化锶的试剂。过氧化锶会产生过氧化氢。如果粪便中含血红蛋白,血红蛋白中的铁就会把过氧化氢分解成单氧,无色的四甲基联苯胺与单氧反应后变成了蓝色。

   
在人体体内新陈代谢过程中也会产生过氧化氢。过多的过氧化氢会对身体产生损伤,会导致衰老、癌症等后果。体内过氧化氢会与血红蛋白反应,形成高铁血红蛋白,使血红蛋白不能再结合、运输氧气,导致缺氧。为避免出现这种情况,血液中有过氧化氢酶能随时把过氧化氢分解成水和氧。在过氧化氢酶的保护下,正常人体内高铁血红蛋白的含量只占血红蛋白总量的0.5%。有的人体内缺乏过氧化氢酶,其高铁血红蛋白可达30-40%,需要用维生素C、甲基蓝之类的还原性药物进行治疗。

   
过氧化氢在体内也能发挥有益的作用,例如白细胞中产生的过氧化氢能用于消灭入侵体内的细菌。国外有人据此鼓吹一种“生物氧化疗法”,往病人静脉注射过氧化氢,声称能够用于杀灭体内的病菌、病毒,治疗各种疑难杂症,包括癌症、艾滋病等等。事实上并没有证据表明这种疗法确实有效,反而很危险,过量的过氧化氢进入血液,会破坏红细胞,导致溶血、贫血,甚至死亡。

   
不过,过氧化氢的确可以用做药物。常用来处理伤口的双氧水的主要成分就是过氧化氢。血液中的过氧化氢酶将双氧水中的过氧化氢分解产生氧气,因此双氧水涂到伤口上后就会冒泡,这样就有助于清洗伤口。同时,过氧化氢也能破坏细菌的细胞膜从而杀死伤口上的细菌,其中一个原因,就是因为细菌和人体细胞不一样,它没有过氧化氢酶,没法分解过氧化氢来保护自己。

2007.1.14.

(《中国青年报》2007.1.17)

(XYS20070117)

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科学与宗教能够调和吗?

10 01 2007年
   “科学家错了400年?”这是塞到我的信箱的一份传单的标题。收信人写的是“现在住户”,可见是一份四处散发的传单。邮寄者为位于美国堪萨斯州的“地心圣经基金会”,目的是想要给那些“心灵开放”的人赠送一本“能转变你的世界的免费书籍”。据称从这本书中能够获悉4个世纪以来科学家们没有告诉你的天大秘密:天文学家有意忽视了在19世纪70和80年代证明地球静止不动的实验结果;相信日心说的科学家没法解释一些天文、地理现象,不得不采用改头换面的地心说模型;地心说能够比日心说更好地解释所有的现象……

   
我们从小就知道,日心说在16世纪中叶由哥白尼提出后,一度受到罗马教廷的打压,布鲁诺为此献出生命,伽利略则受到了迫害,但是科学最终取得了胜利,连罗马教廷也不得不在上个世纪为伽利略平反,“地球绕着太阳运行”在今天已成为受过教育的人都知道的科学事实,为什么还会有人声称没有任何证据能证明日心说的正确,所有的证据反而都表明地球是静止的呢?

   
原因也是因为宗教。这份传单声称,地球的动静问题是科学与《圣经》发生真正冲突的唯一地方,也是所有教会放弃《圣经》的权威性的出发点,因为《圣经》明确说明地球是上帝创造的宇宙的中心,如果地球不是宇宙的固定中心,那么地球上的生命和人自身都会变得没有意义。

   
的确,《圣经》充斥了地球中心论的说法。既然人是上帝根据他的影像创造出来的万物之灵,而大地又是上帝赐给人的居住所,那么认为大地是宇宙的中心是最自然不过的事情。在《圣经》看来,上帝造太阳、月亮、星星,都是为大地而造,为了用它们来普照大地,管理昼夜,在上帝创世的时候,大地是作为创造的中心的。《圣经》中也多处提到太阳是绕着大地转动,而大地是静止不动的。当初教会认为伽利略叛教,根据的是《圣经》中的一句话:“(神)将地立在根基上,使地永不动摇!”

   
事实上,在《圣经》看来,地不仅不动,而且根本就不是球形的,而是平的。这本来没有什么奇怪的,因为《圣经》是古人写的,当然会反映出古人的天地观。基督教原教旨主义者坚信《圣经》准确无误,每一句话都必须从字面上理解,那么就必须坚信日动地心说是正确的,而地动日心说是错误的。甚至还必须坚信天圆地方——美国有一个据称有几千名成员的地平学会,就是根据《圣经》而有如此荒唐的信仰。那些声称进化论已被最新科学成果推翻的神创论者,也是由于宗教信仰而无视、歪曲科学证据,与地心论者、地平论者其实并无本质区别。

   
现在经常见到有国内学者宣扬科学与宗教调和论,嘲笑那种认为科学与宗教存在冲突的传统说法是过时观点。这些人真应该到美国,特别是到宗教保守势力强大的美国南方见见世面。美国密歇根州立大学教授乔恩·米勒最近主持完成了一项调查,美国有三分之一的成年人坚决拒绝接受进化论,比例比其他发达国家高得多(欧洲各国成年人接受进化论的比例都在80%以上,日本为78%)。米勒认为导致这个差距的最主要因素就是原教旨主义信仰对美国的影响。

   
美国著名生物学家爱德华·威尔逊最近在给达尔文文集写的后记中指出,想让科学与宗教和睦相处,不仅不可能,也不值得。他认为二者发生冲突的战线一直是生物学,这门科学的发展继续在扩大着科学与宗教之间的鸿沟。他呼吁用一种新的世界观——科学人文主义(即建立在科学基础上的人文主义)——取代在21世纪正变得越来越危险的宗教。

   
正如我收到的那份传教传单所表明的,科学与宗教的战线并不限于生物学,即使是在天文地理,科学也没有取得完全的胜利。只不过生物学的成果对宗教信仰的打击更为重大和深刻,所遭受的抵抗也就更为强大和持久。

   
美国也有许多学者,甚至包括一些科学家,主张科学与宗教不冲突。但是他们的动机与国内那些为了反对科学的学者却未必相同,更多地出于要在一个宗教势力强大的国家为科学争取更多的生存空间的考虑。我能够理解这些人的良苦用心,但是更尊敬威尔逊的坦率和坚定。妥协也许会暂时改善处境,但是真正的胜利还需要靠坚守和进攻才能获得。

2007.1.5.
(《中国青年报》2007.1.10)
(XYS20070110)


假做真时真亦假的“神秘现象”【旧作】

31 12 2006年
以善于表演“飞翔术”、“悬浮术”和让大型物体瞬间消失的美国魔术师大卫·科波菲尔最近到中国巡回演出,引起了轰动。中国媒体上出现了一些破解其魔术秘密的文章,不管这些文章是否真说中了机关,都是一件很煞风景的事。我曾多次在电视上见过科波菲尔的表演,也往往想不明白他究竟采用了什么障眼法。但是魔术的魅力正在于此。你知道它是假的,但是又不明白是怎么一回事,就有了一种迷人的神秘感,而一旦被说破,就趣味索然了。所以,还不如保留和欣赏一个神奇的艺术梦境。对智力正常的人来说,不会把梦境与现实混淆,当然也不会因为不知科波菲尔的窍门何在就把他当成了神人。
但是却偏偏有人要把魔术当现实,把科波菲尔当神人。在1999年春天,美国《时代》周刊采访李_洪_志时,有如下一段对话:
《时代》:在你的著作中你谈到有人会飞,但是你说他们不应该向众人显露。这是为什么?
李:这和西方天堂里的神不该让常人看到是一回事,因为常人不能理解其意义。
《时代》:你见过有人飞离地面吗?

李:我知道很多这样的人。

《时代》:你能不能描述一个你知道的例子?

李:大卫·科波菲尔。他就能飞,而且他做过这样的表演。

李_洪_志本人是否真的相信科波菲尔会飞,不得而知,但是法_轮_功的信徒们却不得不从此如此相信。不知科波菲尔在知道有人相信他真的会飞时做何感想(怎么就没有中国记者想到去问他一下?),反正他一直保留着魔术师的身份,用正当的方式谋生,并没有因为有那么多的人不了解其魔术的秘密就宣布自己具有特异功能,否则我们倒是要请他在舞台下也飞飞看。但是有许多技术比他低得多的业余魔术师却把魔术表演当成特异功能招摇撞骗。一般的人不容易觉察其手法,但是因为没有预先知道是魔术表演,就很容易身在梦中而不觉了。不过,这种欺诈手段很难逃过职业魔术师的法眼。何祚庥、林自新和庆承瑞在《张宝胜败走麦城》描绘了这样的一幕:
“主持人宣布,张宝胜将表演另一个项目,将一块糖塞在刚才由何祚庥签名的密封的信封里。接着,张宝胜就将这一‘密封’的信封卷在一支钢笔上,让坐在一旁的×部长握在手中。为了‘培养情绪’,张宝胜离开了会场。

这时,魔术师提曰利说:‘×部长,你能否“打开”一下,看看你拿的信封,是否仍是何老师签字的那个信封?’×部长打开一看,果然已经‘掉包’。这已不是原先署有航天生理所的那只信封,而且封口敞开,里面什么也没有!至于那个签上6个‘何’字,并‘密封’的信封,已被张宝胜掉换去进行‘透视’了。”
如果不是碰巧有一位魔术师在场,张宝胜又会加一重神奇色彩。对这种有意骗人信以为真的魔术,必须揭露也应该揭露,因为那是欺诈,而不是艺术。有人狡辩说:“即使有99次特异功能表演被证明是欺诈,也不能证明第100次就一定不是真的。”说这种话的人,不知在现实生活中如果被某人欺骗了99次,是否还会心甘情愿地再相信一次?常识告诉我们,只要有1次被证明了是欺诈,就有理由怀疑其他99次都不是真的,只不过没有被逮住而已。
有时候,骗局是无意中造成的。英国作家塞缪尔·巴特勒(Samuel
Butler)在1901年出版过一本讽刺小说《重访埃瑞璜》(Erewhon
Revisited),描写一位名叫希格斯的人访问一个叫埃瑞璜的边远国家,在那里住了一段时间后,乘气球逃离。20年后他故地重游,惊讶地发现那里出现了一个崇拜他的宗教。他被当成了乘坐“太阳车”升天的神,被称为“太阳之子”,在“太阳之子城”有一座庙宇专门供奉他,他以前的谈话成了“圣经”。我们先别嘲笑埃瑞璜人的愚昧。这个故事并不那么离奇。1947年7月一个军事气球在美国新墨西哥州罗斯威尔坠毁,到现在还有许多人坚信那是一架外星人的飞碟。而许多所谓不明飞行物,其实也不过是气球一样的一点也不神秘的人造物体。
还有许多“不明飞行物”,则是自然现象,在未经训练的眼中,才变得神秘。那些迷信神秘现象的人经常开大自然的玩笑。1996年,两位青海作家声称在青海德令哈市白公山下发现了许多“神秘铁管”,据说“即使它不是外星人的作品,也很难相信它是自然力形成的”。初步化验结果表明其主要成分是氧化铁,可能是由铁管经万年风化作用形成。人类在5000多年前才掌握了冶炼铁的技术,万年前的铁管只能是外星人的杰作了。这两位作家因此在其文章中将发现“铁管”的山洞称之为“外星人洞”。最近国内报纸又纷纷炒作此事,声称在青海发现“外星人遗址”,事情越闹越大,地质学家们只好出来澄清说他们早就研究过那些“铁管”,学名叫铁质结核,是铁元素经过水流的侵蚀,与水中的硫化氢结合,自然演化形成的,“连奇特都谈不上”。
谜底揭开后,有人撰文指责这些地质学家扫了大家的兴,破坏了一个旅游资源。当初炒作此事的目的,也许不过是为了创造出一个旅游胜地。有些人开大自然的玩笑,却抱着更阴险的动机。李_洪_志为了证明在几亿年前曾经存在过一个高度发达的“史前文明”,在《转_法_轮》一书中介绍说:
“再说远一点的,非洲有个加蓬共和国有铀矿石,这个国家比较落后,自己不能够提炼铀,把它出口到先进国家。1972年,法国一家工厂进口了这种铀矿石。经过化验发现这种铀矿石都是被提炼过、利用过的。觉得很奇怪,就派出科技人员去考察,许多国家的科学家都去考察。最后证实这个铀矿是个大型核反应堆,而且布局非常合理,我们现在的人都不可能创造出来的。那么,什么时候建成的呢?是20亿年前,它运转了50万年。”
人类第一个核反应堆是1942年12月在费米的领导下,在芝加哥大学的体育馆建成的。如果早在20亿年前就有了核反应堆,那是多么神秘的现象!这究竟是怎么一回事呢?
铀元素在自然界中主要以两种同位素的形式存在,即U238和U235,这两种都是放射性同位素,会缓慢地发生衰变,不过半衰期都非常长,分别为约45亿年和7亿年,前者与地球的年龄大致相当,也就是说在地球形成时的U238还有大约一半保留到现在。U235比较容易发生裂变,可用它做核燃料,但是它在自然界中占的比例很低,在现在,每100,000个铀原子中,只有720个是U235,即比例为0.00720。在用铀做核燃料时,需要提炼、“富集”U235,使其比例增加到大约3%。
1972年6月2日,法国一家核燃料加工厂的一名科学家在分析一批铀矿时,发现U235的比例偏低,为0.00717,似乎曾经被使用过。一开始,他以为是有核反应堆的核废料掺杂在里头,但这个可能性很快被排除了,因为这批样品并没有核废料所应该有的很强的发射线。追踪这批铀矿的来源,发现它们来自加蓬共和国的奥克劳(OKLO)铀矿,那里出产的某些铀矿与其他地方的铀矿都不同,有比较低的U235比例,氩、铅等核裂变产物的组成也与现今的正常值不一样,这表明它曾经有过以U235为核燃料的核反应堆,现在发现的是其“化石”。因为该核反应堆的历史悠久,而铀裂变产物的半衰期只有几百万到几千万年,这些裂变产物到现在已经衰变完了,所以检测不到核废料所该有的强烈放射性。这个现象,因此被称为“奥克劳天然核反应堆”。
自然界中也会存在核反应堆?这听上去很奇怪,但是在专家眼中,并不神秘。其实早在1953年,加州大学的乔治·维色里尔(George
W. Wetherill)和芝加哥大学的马可·英格兰姆(Mark G.
Inghram)就指出20亿年前的铀矿石可能产生天然链式反应。在1956年,美国阿肯萨斯大学的日裔核化学家黑田和夫更归纳出了天然核反应堆成立所需要的条件,这些条件,在奥克劳铀矿的数十个矿床中,有十几个恰好都符合。第一个条件是U235在铀中的比例必须比较高。由于U235的半衰期比U238要短,在以前U235的比例自然要比现今的高,做一个简单的计算就可知,在大约20亿年前,U235的比例可达到人工核反应堆所用的比例,即3%。也就是说,天然核反应堆应该产生于20亿年前。通过测定奥克劳铀矿中各种同位素的含量,我们可以推测其核反应堆的确在约20亿年前开始运行,大约运行了1百万年。这个“大型”核反应堆的功率其实非常小,在1百万年间总共只烧掉了约5吨U235,功率只有区区十几千瓦,比任何一个发电站都小,而位于加州中部的一个核电站一年就要烧掉3吨U235,功率高达2301兆瓦。
第二个条件是铀的总含量比较高。在奥克劳,有数十个矿床(这些矿床最大的有双人床那么大)含有高浓度的铀,有的纯二氧化铀的含量高达70%。
第三个条件是矿床中中子吸收剂的含量必须足够低。一个U235原子吸收了一个中子后,发生裂变,分裂成两种裂变产物,同时释放出两、三个中子,新产生的中子又可被其他U235原子吸收,引发新的裂变。但是如果周围存在镉、硼或稀土元素等中子吸收剂,将裂变产生的中子吸收,就会终止了这个链式反应过程,从而无法发生持续的裂变。在奥克劳的一些铀矿矿床中,基本上不含中子吸收剂,使得链式反应可以持续下去。
第四个条件是减速剂的含量必须足够高。核反应堆中的减速剂能使裂变产生的中子减速,这样它们不会快速逃逸,才能继续和其他U235原子核反应,产生新的裂变。在人工核反应堆中,一般采用石墨做减速剂。黑田和夫当时也把石墨的存在做为天然核反应堆的必要条件,因此未能在全世界的铀矿中找到满足这一条件的。现在我们知道,水中的氢原子核也可以做减速剂。在奥克劳,曾经有大量的水流经铀矿,铀矿的孔隙中保留了足够的水做为减速剂,使链式反应得以持续。
最后一个条件是反应堆的截面积必须足够大,这样裂变产生的中子才会多于逃逸反应堆的中子,才有足够的中子供链式反应使用。在奥克劳的反应堆中,截面积长度最小为1米,宽度最小为15厘米。一个反应堆的截面积如果比这还小,那么即使核反应能够发生,也不可能维持足够的时间。
总之,奥克劳反应堆不过是大自然表演的“魔术”而已,科学家早就预测了其存在,并无神秘可言,无需乞灵于“史前文明”。那些练法_轮_功的物理、化学博士其实也知道这一点,但是既然其教主已经把奥克劳反应堆定性为“史前文明”,他们也就只好跟着鼓噪,反过来指责科学家们心灵闭塞。如果你耳闻目睹了神秘现象,就应该想想那是不是有人故意或大自然无意所做的“魔术”表演,是不是谁都像你一样疑惑不解,不知其中奥秘。记住,你自己无法解释的,不等于就一定是谁都无法解释的。

2002.8.17.
(原载《科学世界》2002年第9期)


不必害怕转基因大米

22 12 2006年

   自从中国启动转基因水稻审批程序,转基因大米有可能上中国人的饭桌这一消息在2004年年底披露之后,转基因大米的安全性问题就引起了媒体的广泛关注。国内媒体几乎一边倒地质疑转基因大米的安全性,甚至怀疑这是某些转基因技术研究人员为了经济利益拿中国人民的健康做试验的一场阴谋。与之相比,《转基因水稻——中国惊雷》一文还是比较客观、准确的。但是该文称:“食用转基因大米会有什么后果,它对国家的生物多样性会带来什么影响,中国的研究人员和政府官员都知之甚少。只有未来才能告诉我们,中国把希望寄托在这种风险未知的食物上是否押对了宝。”这种说法是很草率的。而对据说“正在单枪匹马地致力于检验转基因食品的潜在危险”的国家环境保护总局南京环境科学研究所研究员薛达元所提出的反对意见,该文也没有给出相应的回应,让读者不免对转基因大米心存疑虑。本文将对薛研究员的反对意见做出回应,目的就是想消除读者这种不必要的担心。

   
薛研究员称,对中国转基因大米是否有毒性只进行了一项研究:一些小白鼠被用转Bt基因大米喂养了3个月。结果没有检测到任何不良反应。“但是,这些研究不足以让我们做出让十多亿老百姓每餐食用转基因大米的决定。”实际上,这项研究可以说是多余的。美国农业部并不要求对Bt蛋白作动物毒性试验。这是因为Bt毒蛋白是已知对人体最安全的天然杀虫剂之一。我们敢下这个结论,是因为我们对Bt毒蛋白的作用机理有了非常透彻的认识。

   
Bt毒蛋白虽然号称“毒蛋白”,其本身实际上对昆虫也是无毒的,要被昆虫吃进去以后,才在昆虫肠道中被蛋白酶加工成有毒性的蛋白毒素,与肠道细胞表面上的受体结合,造成昆虫肠道穿孔。昆虫因此不再进食,1-3天后就饿死了。

   
但是这种情况不可能发生在人身上。这有几方面的原因。我们在吃食物时一般是要加热、煮熟才吃的,Bt毒蛋白是一种蛋白质,蛋白质加热后会变性,实验表明,Bt毒蛋白在60摄氏度的水中煮一分钟就失去活性。即使是生吃也没有关系,Bt毒蛋白只有在昆虫肠道碱性环境下才能加工成有毒的蛋白,而人的胃环境是酸性的,并且人的肠道细胞表面不含有毒素蛋白的受体,因此不会中毒。被人吃下去的Bt毒蛋白,会像其他蛋白质一样被消化、分解掉。

   
美国使用Bt毒蛋白做为生物农药已有几十年的历史,大面积种植含Bt基因的抗虫害转基因作物也已有十来年的历史,迄今未发现一例人畜因吃这种作物中毒的。用老鼠和绵羊做的实验也表明吃Bt毒蛋白不会影响哺乳动物的身体健康。

   
薛研究员的另一个反对意见是:“转基因水稻的秧苗会和野生水稻的秧苗杂交,导致后者彻底灭绝。”理论上,种植杂交水稻或任何人工培育的水稻品种的秧苗同样会和野生水稻的秧苗杂交,导致后者彻底灭绝,那么我们是否也应该反对种植杂交水稻或任何人工培育的水稻品种呢?转基因水稻与其他人工培育的水稻品种的差别在于多了那么一、两个外源基因,与水稻基因组含有的数万个基因相比,是微不足道的。如果不担心人工培育的水稻品种的基因会“污染”野生水稻,为什么就特别在乎这一、两个外源基因呢?实际上,正是因为这一、两个外源基因的存在,使我们很容易对转基因水稻是否“污染”野生水稻进行检测、追踪,从而保护那些未受“污染”的野生水稻,相反地,要检测、追踪杂交水稻对野生水稻的“污染”,就很难了。

   
薛研究员还有一个反对意见,是昆虫将会对转基因作物产生抗性。这种情形几乎必然会出现,但是并不构成反对转基因作物的理由。正如细菌会对抗生素产生抗性并不成其为反对使用抗生素的理由。对此,我们需要考虑的是如何采取措施尽量避免或延缓昆虫抗性的存在。即使某个地区的昆虫对某种抗虫害转基因作物产生了抗性,也没有什么可怕的,并不意味着“转基因植物对农业的种种好处也将化为乌有”。它不过意味着那种抗虫害转基因作物已不适合在那个地区种植,需要研究、种植其他类型的抗虫害转基因作物了。

   
就像任何一门技术,转基因技术使用不当,也会出现问题,但是这些问题在其他传统育种技术中也都会存在,没有必要因此就特别害怕它。转基因技术其实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、环保问题,传统作物同样也有。由于采用了更精确的技术和受到更严格的管理,转基因作物和食品可能甚至比常规作物和食品更安全。

2006.11.8.

(载法国《新发现》(Science & Vie)中文版2006年12月)

(XYS20061222)

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没有科学是万万不能的

20 12 2006年
    
近年来人文学者在文章中批几句“科学主义”已成为显示自己见解高超的一种时髦。且不说像我这样喜欢去给别人挑科学错误的人经常被戴上“科学主义者”的高帽,就连欢迎赛先生的“五·四”先贤们现在也被一些人称为是想搞科学主义。这个科学主义究竟是什么样的可怕怪物呢?

   
按照《牛津英语词典》的定义,科学主义通常是个贬义词,是用来指相信科学知识和技术万能的信仰,也用来指认为物理科学的研究方法能够取代其他领域(例如哲学以及人类行为学和社会科学)的研究方法的观点。按照这个定义,科学主义有两方面的含义,一是认为科学万能,二是认为科学方法具有普适性,能用于传统上被认为是非科学的其他领域。

   
因为这是一个用来贬损、丑化他人的词语,所以未必真能反映出被贴上科学主义标签的人的真实观点。如果真有人相信科学万能论,那只能说这个人不太了解科学的本质、方法和精神。人们对科学知识的掌握和应用受制于客观规律,因此科学不可能像宗教、迷信那样自称能创造“奇迹”。科学与万能二者之间存在着根本的冲突,“科学万能”就跟“科学宗教”、“科学迷信”一样在语义上是自相矛盾的。所以我不知道是否真存在科学万能论这种信仰,那些被称为信仰“科学万能论”的人,其实不过是相信没有科学是万万不能的。

   
但是认为科学方法具有普适性,能够应用于社会科学和人文学领域,却并不荒唐,而且早已变成了现实。“科学主义”一词出现于19世纪下半叶,科学的蓬勃发展已经开始触及到人文领域时,引起了某些人文学者的反对,他们试图用“主观”的人文研究方法来对抗“客观”的科学研究方法,批评那种想把科学方法应用于人文学研究的思想为科学主义。

   
这种对抗是徒劳的。传统上被认为与科学无缘的一些领域,在今天已经在广泛地应用科学方法,例如社会学、经济学、心理学、政治学、伦理学乃至宗教学。这是
“科学主义”的胜利。可以预料,科学方法在以后将会得到越来越广泛的应用,不断地冲击着人们的传统观念。毕竟,科学方法是人类所能掌握的最可靠的研究方法,当然值得推广。即使不能应用于研究一切问题,在学术上做一下尝试也无妨。就连一直被国内某些人文学者抬出来做为反对科学主义的旗手的哈耶克,也极力主张用生物学成果来解释社会现象,算得上是一位科学主义者。

   
许多人认为科学只能揭示客观事实,而不能提供价值判断,后者应该由哲学、宗教去做。这种观点并不恰当。客观事实会直接影响到价值判断,准确的价值判断也离不开客观事实。没有科学基础或违背科学事实的价值判断必然是盲目的。科学成果在今天对人们的世界观、价值观正发挥着越来越重大的影响。宇宙、意识、起源、人性……这些概念在以前只是哲学、宗教问题,在今天却是个科学问题。宇宙学、进化论、遗传学、认知科学、生态学等等科学学科的研究成果都在挑战传统观念,影响甚至直接提供价值判断。

   
当然,还有许多领域、许多问题是科学一时无法解决的,甚至以后也难以解决的。但是科学还没能去占领这些角落,并不等于现在盘踞在那里的种种说法就是合理的。既然科学方法是发现客观真理的最可靠的方法,如果连科学都还无法做出回答,我们有什么理由相信其他的方法——比如神学的方法、迷信的方法——提供的答案反而是合理的呢?例如,关于人类的起源,在从前有无数的神学说教、民间传说,在进化论出现后,人们就知道它们全是虚妄。

   
今天在中国引起关注的科学真伪问题,实际上根本就没有涉及到未知的科学问题,也没有进入科学之外的其他领域,而全都是在科学研究的领域,而且科学已经提供了明确的答案的,只不过反对者不愿承认或不了解而已。如果仅仅是因为认为在科学的问题上,没有科学是万万不能的,坚持要用科学方法、科学知识检验那些想到科学领域把水搅浑的非科学、伪科学学说,就成了科学主义,那么,当这样的科学主义者,其实光荣得很。“科学主义”这个贬义词,由于反科学人士的滥用,在今天的中国,反而要变成褒义词了。

2006.12.18.

(《中国青年报》2006.12.20)

(XYS20061220)

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在人类的感觉之外

8 12 2006年
   法布尔的《蝉》被选入中学语文课本时,删去了“蝉的音乐”部分。在这个部分,法布尔介绍了他做的一个著名实验。一般人认为蝉发音是为了喊叫同伴,但法布尔认为这个意见是错误的。他借来两支土铳,在树下连开了两枪,声如霹雷。但是树上的蝉仍然继续歌唱,一点没有受到枪声的影响。于是法布尔认定:蝉好像一个极聋的聋子,对自己所发的声音是一点也感觉不到的!

   
其实蝉并非聋子,它身上也长着类似于人类的耳鼓的膜可以感觉声波,只不过能探测的声波频率范围比较窄,大致在3000到15000赫兹之间,但是这已足够让它们很清楚地听到其同种发出的声响。

   
我们很容易先入为主地以为其他动物有着和我们一样的感官,因为蝉没有听到我们能听到的声响,就以为它必定是极聋的聋子。人耳能感知的声波频率范围要比蝉宽得多,在20到20000赫兹之间。低于20赫兹的次声波和高于20000赫兹的超声波是我们无法听到的。但是大象却用次声波相互通讯,而蝙蝠和蛾子之间却在进行一场超声波战:蝙蝠能发射和探测超声波用以侦察猎物,而蛾子也能探测蝙蝠发出的超声波加以躲避。在这些动物看来,我们人类也是聋子。

   
人眼能够看到的光的波长范围大约在红光的770纳米到紫光的390纳米之间,因此我们把这个范围的光称为“可见光”,波长大于770纳米的红外线和低于390纳米的紫外线都是人眼看不到的。但是响尾蛇在夜间能够看到老鼠体温散发出来的红外线,蜜蜂则可以看到花瓣上的紫外线组成的图案,据此飞向花中心的花蜜和花粉。有的昆虫能够通过吸收或反射紫外线相互通讯。还有许多昆虫和鸟能依靠空中的紫外线分布导航,即使太阳被云彩、山峦、建筑物遮挡,它们也能通过感觉偏振光而确定太阳的具体位置。

   
人类的嗅觉更是乏善可陈。嗅觉最灵敏的人也只能最多分辨数千种味道,而狗能分辨出数百万种味道。大多数哺乳动物的嗅觉都比人灵敏得多,它们仅凭气味就能分辨敌友、发现猎物。

   
还有许多动物具有在人类看来非常神奇的“第六感”。例如,从单细胞的原生生物到哺乳动物都能利用体内分泌的化学物质——外激素——相互联系。蛾用外激素寻找配偶,蚂蚁用外激素调节社会行为、标记食物线索,哺乳动物用外激素标记领地、发出警告以及寻找配偶。人类用以感觉外激素的器官犁鼻器已经完全丧失或高度退化了,人类是否也能用外激素进行无意识的通讯是一个还没有定论的问题,争议本身就说明人类即使存在这种“第六感”,也是微不足道的。

   
有的“第六感”对我们来说更是完全陌生的。许多昆虫、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类动物都能感觉地球的磁场,用它来导航。有些动物(例如信鸽、鲸)甚至能通过感觉磁场强度的细微变化确定自己所在的位置。许多水生生物能够探测到其他动物体内散发出的电场,并进行电子战:鲨鱼能够通过探测猎物的电场进行捕食,有的鱼类则能自己发射电场,通过探测电场变化发觉捕食者。

   
有的人因此认为人类与其他动物相比,各项感官都退化了。汇总各种动物之长比人类之短,显然是不合适的。动物感官的差异,是适应环境的进化产物。我们的祖先没有进化出某种感官,或者某种感官出现退化,根本原因是没有这方面的需求,甚至要加以避免。例如,紫外线能对细胞中的遗传物质造成损伤,会导致癌变。为了保护视网膜,人眼就不能去感觉阳光中的紫外线,紫外线在进入人眼时,大部分都被角膜中的黄色素吸收、过滤掉了。而对于寿命短暂的昆虫、鸟类,它们不必担心视网膜癌变的危险,就可以去感觉、利用紫外线。

   
人的某些感官能力其实在动物中极为突出,例如人的视觉分辨能力和色彩感觉能力就非常发达。视觉是人类接受外部信息的最主要途径。我们看到一件陌生的东西,首先会仔细端详其形状和颜色,而其他哺乳动物则可能是过去闻闻其味道。大多数哺乳动物是色盲,但是人眼却能感觉、分辨极为丰富的色彩,这对生活在森林中以果实为主食的人类祖先至关重要,他们远远地就能把成熟的果实与不可食用的不成熟果实和叶子轻易分辨出来。有一个有趣的假说认为,人眼之所以对黄光特别敏感,是因为那是成熟香蕉的颜色。

   
当然,由于我们拥有无与伦比的大脑,感官也就相对不那么重要了。发达的大脑让我们能够通过制造和使用工具弥补感官的不足,而科学也让人类不能感觉的其他感官世界不再神秘,甚至可被利用了。

2006.12.04.
(《中国青年报》2006.12.6.)
(XYS20061208)