方舟子的Blog

（摘自《方舟子带你走近科学》，陕西师范大学出版社2007年11月出版）

法学教授刘大生曾寄给我几篇文章，有的是法学文章，也有的是杂文。其中有一组他写于1998年的文章《关于向日葵的陈述及对话》，大意是说经过他自己专门的观察，发现向日葵并不像一般人认为的那样其花盘随着太阳转动；从逻辑上看向日葵不可能转动，“那么粗硬的东西，怎么好随意转动呢？”；所有的工具书只说向日葵转而不说它如何转，说明编撰者们在这个问题上是“囊中羞涩”，“肚里无货”，根本说不出来。但是所有的工具书和教科书都说向日葵是向日的，欺骗了全世界60亿人。他写了一篇《向日葵如何向日？》的文章揭穿这个大骗局，投了几家报刊，都未被接受，只好拿到网上发表，也没有引起反响。他觉得很悲哀，“为了反愚昧、反欺骗、反荒唐”，想在网上再次发表，呼吁“向日葵仅仅向东，向日葵并不向日。中小学教师们，文学家们，科普作家们，工具书的编撰者们，请您们慎重，不要再愚弄全人类了。”

其实只要观察过向日葵的人，都难免有同样的困惑，虽然未必像刘教授那么愤怒。比如作家张抗抗写过一篇散文《向日葵》，她在天山脚下发现一大片背对着太阳的向日葵，在夕阳西下时，“却依然无动于衷，纹丝不动，固执地颔首朝东，只将那一圈圈绿色的蒂盘对着西斜的太阳。”不由发出一连串的疑问：“那众所周知的向阳花儿，莫非竟是一个弥天大谎么？”“究竟是天下的向日葵，根本从来就没有围着太阳旋转的习性，还是这天山脚下的向日葵，忽然改变了它的遗传基因，成为一个叛逆的例外？”“它们一定是一些从异域引进的特殊品种，被天山的雪水滋养，变成了向日葵种群中的异类？”……在我读幼儿园的时候，我家的阳台上曾种过一株向日葵，我也曾奇怪它怎么是一动不动的，没有像儿歌唱的那样“葵花朵朵向太阳”。不过我没有那么多疑问，只把原因归咎于没把向日葵种好。

（绽放的向日葵一起朝向东方。）

向日葵原产北美洲，在1510年被西班牙殖民者带回欧洲，万历年间又由传教士传入中国。西方博物学家都注意到向日葵的向日性，明末清初的学者在记载向日葵时，也都特别提及其向日性，1688年出版的《花镜》说得更是详细：“向日葵，一名西番葵。高一、二丈，叶大于蜀葵，尖狭多刻缺。六月开花，每杆顶上只一花，黄辦大心，其形如盘。随太阳回转，如日东升则花朝东，日中天则花直朝上，日西沉则花朝西。”中国原来的葵指的是葵菜，也有向日性，唐宋诗人曾反复吟咏，如杜诗：“葵藿倾太阳，物性固莫夺。”（藿的意思是豆叶）梅尧臣《葵花》诗：“此心生不背朝阳，肯信众草能翳之。”刘克庄诗《葵》：“生长古墙阴，，园荒草木深。可曾沾雨露，不改向阳心。”可见自古以来“葵”就与“向阳”紧密联系在一起。我怀疑向日葵的名称由刚传入时的“丈菊”、“西番菊”而改叫“向日葵”、“西番葵”，即与其向日性有关，以致现在说的“葵花”变成专指向日葵，甚至使某些注家误以为唐宋诗人所说的葵花也指向日葵了。

（古人说的“葵”指的是葵菜，开白色喇叭花，也有向光性。）

那么向日葵究竟向不向日？难道这真是一个几乎愚弄了所有人的大骗局？答案是：要看处于什么生长阶段。像工具书那样笼统地说向日葵“常朝着太阳”，是不准确的，这是引起无数人的误解、张抗抗的疑惑和刘大生的愤怒的原因。向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间，的确是向日的，其叶子和花盘在白天追随太阳从东转向西，不过并非即时的跟随，植物学家测量过，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳升起。但是，花盘一旦盛开后，就不再向日转动，而是固定朝向东方了。刘大生、张抗抗观察的是已盛开的向日葵，所以只看到它们一动不动地面向东方。

绿色植物向日，实际上是为了充分地利用阳光进行光合作用，因此向日性实际上是向光性。古人虽然很早就注意到植物的向日性（至迟在三国时期就已注意到，曹植《求通亲亲表》说：“若葵藿之倾叶，太阳虽不为之回光，然终向之者，诚也。”），但只将之解释为“物性”，用来做比喻，却没有想到要用科学方法研究其奥秘。最早研究植物向光性的是——还会有谁——生物学之父达尔文。他在随贝格尔号环球旅行时，随身带了几只鸟，为了喂养这些鸟，又在船舱中种了一种叫草芦的草。船舱很暗，只有窗户透射进阳光，达尔文注意到，草的幼苗向窗户的方向弯曲、生长。但后来几十年间，达尔文忙着创建进化论，直到其晚年，才着手进行一系列实验研究向光性的问题，在1880年出版的《植物的运动力》一书中总结了这些实验结果。达尔文是用草的种子做这些实验的。草的种子发芽时，胚芽外面套着一层胚芽鞘，胚芽鞘首先破土而出，保护胚芽在出土时不受损伤。达尔文发现胚芽鞘是向光性的关键。如果把种子种在黑暗中，它们的胚芽鞘将垂直向上生长。如果让阳光从一侧照射秧苗，胚芽鞘则向阳光的方向弯曲。如果把胚芽鞘尖端切掉，或用不透明的东西盖住，虽然光还能照射胚芽鞘，胚芽鞘也不再向光弯曲。如果是用透明的东西遮盖胚芽鞘，则胚芽鞘向光弯曲，而且，即使用不透光的黑色沙土掩埋胚芽鞘而只留出尖端，被掩埋的胚芽鞘仍然向光弯曲。达尔文推测，在胚芽鞘的尖端分泌一种信号物质，向下输送到会弯曲的部分，是这种信号物质导致了胚芽鞘向光弯曲。

（达尔文通过一系列实验证明胚芽鞘的尖端含有导致向光性的信号物质。）

达尔文的发现随后引起了生物学家们浓厚的兴趣。1913年，丹麦生物学家波义森－简森（Peter Boysen-Jensen）进一步验证了达尔文的推测。他切下胚芽鞘的尖端，在切面上放上一层凝胶，再把尖端放回去，胚芽鞘的向光性保持不变。但是如果在中间放的不是凝胶而是不通透的云母片，向光性就消失了。而且，只有把云母片插在切面背光的一面，才会防止向光性，如果是插在向光的一面，则向光性正常。这就表明信号物质是从胚芽鞘尖端传递到胚芽鞘背光的一面，使那里的细胞生长速度要比向光的一面快，导致弯曲。1918年帕尔（A. Paal）证实了波义森－简森的结果。他在黑暗中切下胚芽鞘的尖端，用光照射该尖端后再放回胚芽鞘的切面，但是放的时候偏离中心，放在一侧，他发现胚芽鞘生长时就往另一侧弯曲。1925年索丁（H. Soding）发现，如果把胚芽鞘尖端切掉，则胚芽鞘的生长受抑制，但是如果把切下的胚芽鞘尖端放回去，则胚芽鞘的生长恢复正常，表明胚芽鞘尖端含有刺激细胞生长的信号物质。1926年，一名荷兰研究生文特（Fritz Went）用一个简单的办法分离出了这种信号物质。他切下燕麦胚芽鞘的尖端，把它放在琼脂上放数个小时，然后把琼脂放到胚芽鞘残部，发现琼脂能刺激胚芽鞘的生长，表明有能刺激生长的物质从胚芽鞘尖端渗透到了琼脂中。这种物质后来被称为生长素。两年后，文特发明了一种办法定量地测定生长素的活性。他把渗透了生长素的琼脂放在燕麦胚芽鞘残部的一侧，在黑暗中，燕麦胚芽鞘将向另一侧弯曲。如此在黑暗中生长一个半小时后，测定胚芽鞘的弯曲度，越弯曲，则说明琼脂中含有的生长素活性越强（比如说，用的胚芽鞘尖端越多），这种测定法后来被称为燕麦测试法。文特也发现，是生长素的不均匀分布导致植物的向光性。让光从一侧照射胚芽鞘尖端，然后将胚芽鞘尖端切下放在两块琼脂上，在原来背光和向光的一侧各放一块。几个小时后用燕麦测试法分别测定这两块琼脂所含生长素的活性，发现背光的那块几乎是向光的那块的两倍。

（波义森－简森的实验证明信号物质是一种能从上向下扩散的物质。）

（文特用琼脂分离出了生长素。）

(文特用燕麦试验法测定生长素的活性。)

那么这种生长素又是什么化学物质呢？可惜的是，胚芽鞘尖端所含的生长素的量实在是太少了，没法将之提取、纯化和测定其化学结构。科学家们只能用从其他来源提取的物质用燕麦测定法测定其生长素活性。1931年，荷兰科学家科格尔（Fritz Kogl）和哈根－史密特（Arie J. Haagen-Smit）首次从人尿中提取出了一种能刺激植物生长的物质，称之为生长素A（即三醇酸）。科格尔后来又从人尿中提取出了几种生长素，其中活性最强的是β－吲哚乙酸，这种物质实际上早在1885年被从发酵液中提取出来了，只不过人们当时不知道它是一种生长素。β－吲哚乙酸成了人们所发现的第一种真正的植物生长素，也是最主要的生长素。现在我们在分子水平上对生长素的作用机理有了一定的了解，不过有许多细节仍然搞不清楚。简单地说，是这样的：光（以蓝光最有效，用微弱的蓝光照射一、两秒就能引发向光性）照射到芽的尖端，被光受体（某种蛋白质，包括一种被称为趋光蛋白的黄素蛋白）吸收，激发生长素的合成。光同时刺激在向光面和背光面的生长素的合成，但是背光面的生长素合成量要高三倍。在芽尖合成的生长素经由维管组织向下传输，与细胞膜上的蛋白质受体结合，刺激细胞壁拉长。由于背光面的生长素浓度较高，导致背光面的细胞被拉得较长，从而朝着向光面弯曲。生长素还有许多特性，其中一种是：如果含量太高，它将抑制而不是刺激植物的生长。

（β－吲哚乙酸化学结构图。）

（向光性是由于生长素在背光面堆积，刺激那里的细胞伸长产生的。）

现在我们再回到向日葵。显然，向日葵的叶子和花盘之所以能朝着太阳转动，不必像刘教授设想的那样“除非在它的脖子上安装一个轴承”。在阳光的照射下，生长素在向日葵背光一面含量升高，刺激背光面细胞拉长，从而慢慢地向太阳转动。在太阳落山后，生长素重新分布，又使向日葵慢慢地转回起始位置，也就是东方。

在花盘盛开后，向日葵也停止了生长，而把花盘固定朝向东方。为什么最后要面向东方而不是其他方向或朝上呢？这可能是自然选择的结果，对向日葵的繁衍有益处。向日葵的花粉怕高温，如果温度高于30摄氏度，就会被灼伤，因此固定朝向东方，可以避免正午阳光的直射，减少辐射量。但是，花盘一大早就受阳光照射，却有助于烘干在夜晚时凝聚的露水，减少受霉菌侵袭的可能性，而且在寒冷的早晨，在阳光的照射下使向日葵的花盘成了温暖的小窝，能吸引昆虫在那里停留帮助传粉。

通过以上的介绍，我想已足以消除刘大生、张抗抗以及某些观察过向日葵的大人、小孩的困惑了。他们不轻信常识，能够自己做观察验证，敢于挑战权威，这是难能可贵的。可惜的是他们的观察既不系统也不细致，又没能查阅足够的专业资料，因此疑惑不解，甚至匆忙地得出了受骗的结论。在科学问题上，仅有探索、怀疑精神是不够的。当然，一些辞书、科普文章不严谨的甚至错误的说法也要负一定的责任，应该做出相应的修改。

达尔文在1859年出版《物种起源》一书时，小心翼翼地避免讨论人类的起源，只在结束语部分暗示了一句：“我看到在遥远的将来会有广阔领域供重要得多的研究。心理学将会建立在一个新的基础之上，亦即每一智力和智能必然都是经由级进而获得的。人类的起源及其历史将会得到阐明。”

它暗示的结论很明显：如果进化论是正确的，那么人类必定是从猿进化来的。进化论之所以引起许多人反对的一个重要原因也是由于这个结论。达尔文很清楚这一点，不能贸然地提出一个容易引起争端的论点，而必须有充分的证据。经过12年的精心准备，达尔文出版了研究人类进化的专著《人类的由来与性选择》。在确认了大猩猩和黑猩猩是最近似于人的动物之后，他预言：

“因此，非洲在从前非常可能是那些与大猩猩和黑猩猩密切相近的已灭绝猿类的栖息地；而由于这两个物种是现在人类最亲的同类，在某种程度上，我们早期的祖先生活在非洲大陆要比在其他地方更为可能。”

但是在当时，达尔文的这个预言完全被科学界忽视了。做为万物之灵的人怎么可能诞生在“低等”的非洲大陆？欧洲和亚洲似乎是更合适的地点。达尔文之后最有影响的进化论学者、德国动物学家海格尔就认为亚洲的猩猩和长臂猿才是人类的近亲，从猿到人的过渡型——他将它称为“缺环”——应该到亚洲去找。

受海格尔的影响，荷兰医生杜布瓦特地到荷兰的殖民地印度尼西亚当军医，以便能在那里寻找“缺环”。1892年，杜布瓦特在爪哇岛发现了“爪哇人”化石。他认为这就是猿与人的“缺环”。1921年，“北京人”化石的出土更是轰动一时。这似乎都证明了海格尔“亚洲起源说”的正确，以至于1924年第一具南方猿化石在南非出土时，学术界的权威们都认为那不过是一种跟人类没有关系的早期猿类。

到了上个世纪50年代，随着更多的南方猿化石在南非出土，证明南方猿具有猿一样的脑袋，人一样的下颌，而且能够直立行走，学术界才基本有了共识：南方猿才是真正的猿人“缺环”。达尔文是对的，非洲是人类的故乡。之后，寻找猿人化石的舞台逐渐从南非转移到了东非。到现在，在东非发现的猿人化石已多得难以统计，起码也有几千具。而且这些化石构成了一个相当完整的人类进化谱系，表明人类是如何在非洲从南方猿、能人、直立人到智人一步一步进化出来的。

在亚洲、欧洲发现的最早的古人类化石（包括“爪哇人”、“北京人”）都属于直立人，没有比它们更早的了，这说明直立人不是在当地进化出来的，而是在大约100万年前先在非洲进化出来，然后再走出非洲，分散到亚洲和欧洲的。

在非洲、亚洲和欧洲还都发现了智人（也即现代人）的化石，那么他们是各自从当地的直立人进化出来的（“多起源说”），还是从某个地方的直立人进化出来，而后迁移过去的呢（“单起源说”）？在80年代之前，古人类学家们都相信多起源说。但是1987年之后的遗传学研究结果对这一信条提出挑战。

我们体内的基因是记载人类进化的“分子化石”，因此遗传学研究也能让我们了解人类的进化历程。例如通过比较世界各地的人们的基因序列，发现非洲人的遗传变异要比其他地方的人高。我们可以推测，其他地方的人的变异较少，是因为他们实际上只是原来非洲人的一个分支。这说明人类的共同祖先的确来自非洲。这与化石证据相符。问题在于，通过追溯基因谱系可以算出，现在所有人的共同始祖大约生活于20万年前的非洲。但是在亚洲和欧洲发现的直立人的生活年代比这个年代久远得多，比如，“北京人”生活在大约50万年前，从时间上看不可能是中国人的祖先。

怎样解决这个时间上的矛盾呢？遗传学家认为人类有过两次走出非洲。第一次是大约100万年前直立人那次。第二次，则是在大约20万年前，智人在非洲首先从直立人进化出来，分布到世界各地去，消灭了当地的直立人。根据这个说法，所有的现代人都是非洲智人的后代，中国人也不例外。

从进化生物学的角度看，单起源说也更为合理。按照现代进化论的观点，一个新物种的出现是特定条件下的特殊事件，是不可重复的。多起源说却认为直立人这一物种在不同的地方分别独立地演变成了新的相同物种智人，这种可能性极低。

由于有了众多遗传学证据，单起源说已成为国际学术界的主流学说。一些中国学者之所以仍然坚持中国人有自己独立的起源，大概是出于“民族感情”。但是感情不应该凌驾于科学事实之上。何况，承认中华民族和世界其他民族一样都是非洲人的后裔，无损于民族尊严，正如承认人类是从古猿进化来的，无损于人类尊严。

2007.11.30

（《中国青年报》2007.12.5）

(XYS20071206)

一名读者问我：为什么亚非草原上的食草动物都是棕黄色的，没有一种演化成与植被颜色相似的绿色的？而且，绵羊全是白色的，按理，白色在草原上该是非常醒目的，容易被天敌发现。这是人工选育的结果吗？

是的，白色绵羊的确是人工选育的结果。绵羊是第一种被驯化的反刍动物，是大约1万多年前从生活在西亚山区的摩弗仑羊驯化、培育出来的。摩弗仑羊的皮毛是棕色的，背上是一条黑色条纹。羊的相近物种的皮毛颜色也是棕、黑或灰色的。只有阿拉斯加大角羊是白色的，显然是因为适应冰天雪地的环境。

不仅没有一种野生的羊是绿色的，而且极少有哺乳动物长着绿色的皮毛（据我所知，只有个别的蝙蝠、猴子的身体某些部位长着橄榄绿颜色的毛发）。大部分哺乳动物都是棕色或灰色的。这与其他类别的动物形成了鲜明的对比：绿色的昆虫、鱼、青蛙、蜥蜴、蛇、鸟极为常见。

动物身体颜色的一个主要作用是伪装。自然界到处都是绿色的植被，因此不难理解有那么多的动物进化出了绿色的身体。但是为什么哺乳动物不这么干呢？

动物有两种办法让自己的身体成为绿色。一种方法是合成绿色的色素，这是水螅、海绵、毛毛虫、螳螂采用的办法。但是哺乳动物毛发中并无绿色的色素，而是黑色和红黄色两种色素，用它们没法混合形成绿色。

其实，所有四足动物的色素都只有这两种，那么两栖类、爬行类和鸟类是怎么让自己变成绿色的呢？它们利用的是光的衍射。青蛙皮肤上特殊的细胞能衍射蓝光，与黄色素混合，就形成了绿色。变色龙能够快速改变身体的颜色与环境背景融为一体，也是通过改变其皮肤上衍射细胞的形态做到的，而不是通过改变色素。鸟羽的五彩斑斓则是靠其羽毛上特殊的显微衍射结构与色素相结合的结果。哺乳动物即使像青蛙、变色龙那样用皮肤细胞衍射光，也会被毛发遮盖掉，而它们纤细的毛发又不像羽毛那样容易进行衍射，因此无法利用这种方法形成绿色。

但是，如果有必要，哺乳动物也可以进化出一种形成绿色的方法。例如树懒的皮毛上长着藻类，就让皮毛看上去变成绿色的了。当它们以每分钟几厘米的速度慢吞吞地在树上移动时，这身绿色就起到了很好的伪装作用。那么为什么其他哺乳动物不让自己也变成绿色的？

哺乳动物并不都像树懒那么懒。为了维持体温，哺乳动物普遍必须快速地运动、捕食，而不能像青蛙、蜥蜴等冷血动物那样长时间静止不动。快速运动的身体是很难通过伪装掩盖自己的行踪的。不管变色龙如何善于伪装自己，一旦活动起来，还是很容易被发现的。因此对喜欢运动的哺乳动物而言，消极的伪装相对来说变得不是那么重要。它们更着重于开发主动逃避的手段，尽早发现天敌并快速地逃逸。要躲也主要是躲在洞穴中。

当然，哺乳动物也有静止或缓慢行动的时候，伪装并非全无用处。哺乳动物大多在地面活动，长着棕色、灰色的皮毛容易与泥土、落叶、树干打成一片，在这种生活环境中，棕色、灰色的伪装效果其实比绿色更好。

哺乳动物的天敌主要也是哺乳动物。而大多数哺乳动物都是色盲，无法分辨绿色和其他颜色。它们的世界是灰色的。它们更容易分辨的是色彩的强弱对比和图案。只要皮毛的颜色不要过于鲜艳，就不容易被其他哺乳动物发觉，而条纹、斑点等图案也有助于与背景融合。这是大多数哺乳动物的皮毛以棕色、灰色为基本色，并夹杂其他颜色的条纹、斑点的另一原因。

和哺乳动物不同，鸟类有非常好的色彩视觉，对绿色和其他颜色都极其敏感。不过，由于鸟类能够飞翔，对它们来说，伪装更不重要。它们长着五颜六色的羽毛的主要用途不是为了伪装，恰恰相反，是为了突出自己，向异性炫耀。由于大多数哺乳动物是色盲，这也使得它们不能用皮毛的华丽来吸引异性。

有些鸟类在地面生活，它们的飞行能力不强甚至无法飞行，需要防范哺乳动物的捕食，必须善于伪装自己，而这些鸟类的羽毛颜色也以棕色、灰色为主，并夹杂条纹、斑点，和哺乳动物一样。

2007.11.25

（《中国青年报》2007.11.28）

(XYS20071128)

（摘自《方舟子带你走近科学》，陕西师范大学出版社2007年11月出版）

“用进废退”是一个相当直观的现象。不是吗？经常锻炼的人肌肉发达，久卧病床的人肌肉萎缩。问题是，这后天获得的性状能不能遗传给下一代？尽管现代生物学发现了基因型和表现型的区分，已一再证明不能改变基因的后天获得性无法遗传，许多人仍然天真地相信“用进废退”是遗传、进化的一个机理。以前就有人问我，如果“用进废退”是错误的，为什么生活在黑暗溶洞中的鱼的眼睛退化？又有人问，人的尾巴为什么消失了？难道不是因为尾巴对我们没用，我们不用它而导致的吗？

（法国动物学家拉马克在1809年出版的《动物哲学》一书中首次系统地表述了生物进化的观念。他认为“用进废退”是生物进化的机制。）
人类和猿类都是没有尾巴的，但是他们的祖先猴子却是有尾巴的。尾巴从有到无，是一种退化现象。如何解释退化现象，曾经让达尔文颇为苦恼。他提出了两个机理：一是由于不使用或者说“废退”，二是由于自然选择。

我们从现代进化论的角度来看看达尔文提出的这两个机理。“用进废退”应该拆开来看：“用进”，即认为动物频繁地使用某个器官，就能导致这个器官在后代中变得越来越发达，这是用后天获得性遗传解释适应环境的进化，是与现代进化论相冲突的。但是“废退”却未必跟现代进化论相冲突。在现代进化论看来，“废退”其实是在自然选择不起作用之后，有害突变累积的结果。以尾巴的消失为例，与尾巴有关的基因从长远地看总是会发生突变的，而绝大部分突变都是有害的。在尾巴具有功能的时候，自然选择就会把有害的突变淘汰掉，避免它们累积下来。但是一旦尾巴失去了功能，它是发达还是退化都对个体的生存、繁衍没有影响，自然选择就不再去管，有害的突变得以保留、累积，尾巴也就越来越小、越短，直至消失。

（这种生活在美国黑暗的石灰石洞穴淡水中的穴鱼（Amblyopsis rosae）眼睛已完全退化了。）
如果尾巴的消失是由于自然选择引起的呢？那是因为没有尾巴要比有尾巴更有生存优势。但是，仅仅这么说是毫无意义的，如果以“生存优势”一语来解释一切，自然选择倒真的成了同义反复了。关键是要找出究竟有什么样的“优势”。尾巴也是由骨肉组成的，也会受伤、流血。在尾巴有功能的时候，受伤、流血只好忍受。但一旦尾巴成了可有可无的累赘，它会受伤、流血就成了一种生存劣势了。更重要的是，组成尾巴的细胞要新陈代谢，需要有营养供应；拖着尾巴走路，也要消耗额外的能量。如果能省下这些给无用尾巴的营养、能量，分给更重要的器官，比如说大脑，岂不是更好？因此，在这种情况下，自然选择就有利于无尾巴的，而要淘汰掉有尾巴的。

这两种机理哪种正确呢？达尔文本人举棋不定，认为两种都有可能。在《物种起源》一书中，有一节是讨论退化现象的。达尔文以几种动物为例，其中一个讲的是鼹鼠眼睛的退化：

“鼹鼠和某些穴居的啮齿类动物的眼睛的大小只剩下了残迹，并且有的眼睛完全被皮和毛所遮盖。这种眼睛的状态很可能是由于不使用而渐渐缩小的缘故，不过恐怕也有自然选择的帮助。南美洲有一种穴居的啮齿动物，叫做吐科吐科或栉鼠（Ctenomys），它甚至比鼹鼠更有深入地下的习性；一位常捉到它们的西班牙人向我保证，它们的眼睛常常是瞎的。我养过的一只，它的眼睛的确是这种情形，解剖后才知道是由于瞬膜发炎。由于眼睛经常发炎对于任何动物必定是有损害的，并且由于眼睛对于具有地下生活习性的动物肯定不是必要的，它们的形状缩小，上下眼睑黏连，而且有毛覆盖上面，在这种情况下可能是有利的；倘若如此，自然选择就会有助于不使用的效果。”

（在南美洲地下生活的栉鼠虽然长着眼睛，但是经常是瞎的。）
达尔文在这里显然认为“废退”是主要的，自然选择只是起了辅助作用。但是如果自然选择起作用，我们就没必要再考虑别的机理了，因为自然选择是非常有威力的，可以逐渐地使生物结构发生改变。眼睛退化对地下动物来说，究竟有多大的优势呢？达尔文只考虑到了眼睛发炎，其实还有另一个明显的优势他未提到：眼睛是很脆弱的、容易受伤的器官，而且一旦受伤，往往是致命的。在地下钻来钻去，特别是象鼹鼠那样把头当成推土机挖隧道，眼睛更容易受到伤害，那么，让已经不发挥作用的眼睛退役，就是一种很明智的选择。

近来的研究发现，鼹鼠的眼睛退化，还有别的优势，有助于我们理解那些不象眼睛这么脆弱的器官的退化。这项研究是以生活在中东地区的一种盲鼹鼠（Spalax ehrenbergi）做为材料的。这种盲鼹鼠看上去象是一条毛绒绒的香肠，它的头部除了嘴巴有开口，露出尖锐的、用来挖土和咬食树根的牙齿，就再也没有任何开口了。它是完全失明的，如果用强光照射它，它也不会有任何反应，甚至连脑电波也不起变化。但是如果你在它的旁边鼓一下掌，它的脑电波就会起变化。它虽然目不能视物，却能感到振动。事实上，振动是它们相互通讯的方式。盲鼹鼠在一年的大部分时间内都是独居的，它们用头撞撞窝顶，振动传了开去，其他盲鼹鼠感觉到了，也用头撞撞窝顶，就这么长长短短用一种电报式密码互相通讯。如果你在它的窝上方的地面上跺跺脚，它可能也会撞撞窝顶答复。在交配的季节，盲鼹鼠就靠“电报”求爱，雄鼹鼠寻声挖洞追踪，运气好的话就挖到了雌鼹鼠的闺房，交配之后就离开；运气不好的话钻进了别的雄鼹鼠的老窝，就难免有一场厮杀。

（生活在中东地区的一种盲鼹鼠。）

盲鼹鼠的眼睛其实并没有完全消失。如果我们解剖它的头部，会发现在毛和皮肤之下，一对腺体包着的小眼睛，直径只有0.7毫米，体积只有同等大小的小鼠的眼睛的1％。这对眼睛没有瞳孔，晶状体也已萎缩，是无法成像的。但是它们还有视网膜，膜上有锥细胞，里面有能够感光的的视蛋白，数量只有小鼠的4％。那么盲鼹鼠的眼睛为什么没有完全消失，这么一对藏在皮肤底下的小眼睛有什么用呢？由于里面还有视蛋白，还能感受到白天和黑夜的不同——即使是在皮肤底下，也还是能感光的，就象你闭上了眼睛，也还能感到是光明还是黑暗，所以有的人开着灯睡不着觉。盲鼹鼠也是这样，当它们把土推出洞外时，它们皮下的小眼睛也能感到外面是白昼还是黑夜。它们的眼睛中有褪黑素，根据光周期调节鼹鼠的活动。实验证明的确如此。如果在实验室中我们通过改变光亮颠倒白天和黑夜，盲鼹鼠的活动也随着改变。如果让光明时间变短，黑暗时间变长，模拟冬天的到来，盲鼹鼠的体内代谢也随之改变，准备抵抗寒冬了。如果我们把盲鼹鼠的眼睛摘除，它的这些光周期反应就都消失了。

（盲鼹鼠是完全失明的。）

（褪黑素是一种能调节睡眠周期的激素，它的分泌量和光的强弱有关。）

相应的，盲鼹鼠的大脑皮层功能也发生了改变。它控制感觉漫射光和光周期的皮层区和小鼠的一样大小，但是控制视觉成像的皮层区则几乎消失了。大脑是一个很“昂贵”的器官，虽然只占盲鼹鼠体重的1.3％，却消耗了它吸收的氧气和葡萄糖的20％。控制成像的皮层占整个大脑的10％，平均来说占了盲鼹鼠能量分配的2％（实际上这部分皮层的能量消耗在大脑皮层中是最高的，并不只2％）。视网膜也是一种“昂贵”的器官，它的氧气消耗是身体平均水平的100倍。因此，让视觉退化，可以省下超过2％的能量。地下是一个异常缺氧的环境，那里既没有风可以冷却身体，潮湿的土壤也使流出的汗不容易散发掉，因此盲鼹鼠总是尽量使能量的消耗越低越好（它们的基础代谢率明显比地上的动物低），能省下2％的能量消耗是一个很大的优势，可以将之用于更有价值的活动，比如挖洞寻找食物，哺乳后代等等。就象一个穷人，恨不得把一分钱掰成两半花，如果能把一年的工资省下2％，就可以备一时之需了。
盲鼹鼠大脑皮层中控制视觉成像的部分虽然消失了，但并不是被当成废物空在那里，事实上，它被改为用来控制触觉，因此盲鼹鼠用于控制触觉的皮层区域，几乎是小鼠的两倍。触觉对盲鼹鼠来说是非常重要的，前面已说过，它们主要是通过感触振动互相通讯的。当它们在黑暗的地底下挖掘隧道时，也靠触觉的指引。它们也需要很好的听觉接收别的盲鼹鼠发来的“电报”，需要很好的嗅觉寻找植物的根和闻其他盲鼹鼠的尿判断敌友。它也有非常好的磁场导向感觉，在迷宫般的隧道中不会迷路，借此躲过蛇的追捕。所有这些感觉都要在大脑皮层中占据一定的位置，那么，抛弃原本多达10％的视觉皮层，改造成别的感觉皮层，就是一种很好的节省策略。

（实验证明，盲鼹鼠有非常好的磁场导向感觉，在迷宫中不会迷路。）

由此可见，身体某个部位的退化，包括尾巴的消失，的确是有可能用于“补脑”的。在这里，起作用的，还是自然选择。自然选择不仅能够创造新器官，也能改造、摧毁旧器官。

1839年1月，30岁的达尔文与大他一岁的表姐爱玛结婚。达尔文此前曾对是否要结婚犹豫不决，在笔记本中写下结婚的好处与坏处加以比较。排在结婚好处第一条的是“孩子”。结婚当年年底，达尔文夫妇有了第一个儿子。此后一直到爱玛48岁，他们共生下了10个子女。其中有3个夭折：二女儿玛丽仅活了3星期，小儿子查尔斯在2岁时死于猩红热，大女儿安妮在10岁时死于肺结核。

后来有人把达尔文子女的夭折归咎于近亲结婚。这是没有道理的。在达尔文的时代，儿童夭折是日常生活的一部分。在当时的英国，大约五分之一的婴儿没能活到1岁。即使是10～15岁的儿童，死亡率也高达千分之五，是现在的25倍。猩红热在当时对儿童是一种能够致命的常见传染病，达尔文的朋友、后来被称为“达尔文的斗犬”的托马斯·赫胥黎也有一个儿子三岁时死于猩红热。至于肺结核，在当时更是医院不予收治的可怕的不治之症，在死亡原因中排在第一位。

近亲结婚既没有给达尔文的子女带来更高的夭折率，也没有影响到他们的身心健康。没有夭折的两个女儿和五个儿子都很长寿（67～93岁）。大儿子是银行家，二儿子是数学家、剑桥大学教授，三儿子是植物学家、剑桥大学的教授，四儿子是工程师、皇家地理学会会长，五儿子是科学仪器设计者、剑桥市长和皇家学会会员，可谓个个有成。只有2岁夭折的小儿子根据达尔文的观察记录以及从照片判断，当是当时还不知道的一种遗传病——唐氏综合征（先天愚）患者，但这显然是由于爱玛是个超高龄的孕妇导致的：45岁以上的孕妇生下唐氏综合征婴儿的概率高达30分之1。

达尔文把他的子女当成了科学观察的对象，一出生就开始详细地观察和记录他们的一举一动，从中收集证据用来证明人类的情感与动物并无本质区别，必定是经过进化而来，而不是上帝创造的。在他看来，孩子的夭折也是一个自然事件，并非上帝的安排。医学也许有一天会发现疾病的自然因素和治疗方法，但是宗教对此毫无用处。

爱玛则是个虔诚的基督徒，面对孩子的死亡，特别是她和达尔文最宠爱的大女儿安妮死亡，和当时的多数人一样，从宗教信仰中寻找安慰：希望安妮能上天堂，等自己死后与她在天堂上再见。但她也不能明白上帝把安妮从她身边夺走的目的何在。她珍藏了安妮的一些遗物，放在一个书箱中。它们至今还在达尔文后人的手中。

达尔文此前已向爱玛明确表示过，虽然他曾经是剑桥神学院的学生，但是他不相信基督教。他仔细推敲过基督教的教义，发现没有证据和理由能够让他接受基督教。但是他还和爱玛、子女们一起上教堂参加礼拜仪式。在安妮死后，达尔文彻底地告别了基督教，不再参加礼拜仪式，星期天把家人送到教堂，自己则留在外面等他们。安慰他的，只有安妮留下的美好回忆——在安妮死后一周，他写下了一篇安妮回忆录。

安妮究竟得了什么病，当时并无明确的记载，其死因也只简单地写着“发烧”。但是从其发病过程和症状看，现在一般认为安妮得的是肺结核。在当时没有任何药物可以真正治疗肺结核。实际上，当时对绝大部分疾病都没有真正有效的药物，流行的药物大多含汞、砷等重金属，或者是鸦片之类的毒品，不仅不能治病，反而能对身体造成进一步的伤害。

在安妮患病后，达尔文根据一位名医的建议，每天对安妮进行“水疗”，例如用湿布包裹患者全身，猛烈揉搓5分钟。在家中治疗无效后，达尔文把安妮送到了那位名医的疗养院，在其指导下进行水疗。一个月后安妮就死在了那里。在安妮生命的最后几天，达尔文日夜陪伴在她身边，每天写信向因怀孕留在家中的爱玛汇报情况，留下了详细的记录，读之令人心酸。

安妮死于1851年。当时医学界对肺结核的病因一无所知，有的认为它是消化不良引起的，有的认为它是一种遗传病——这让经常患病的达尔文更感到内疚。事实上当时对传染病的病因都一无所知。26年后，德国医生科赫发现炭疽杆菌，首次证明传染病是病菌引起的。在读了科赫的论文后，达尔文评论说：“我还清楚地记得在二、三十年前我对自己说，如果能够证明传染病的起源，那将会是科学的最大胜利；而我现在很高兴看到了这一胜利。”5年后，科赫发现了结核杆菌。1921年据此出现了能预防结核病的疫苗（卡介苗）。但是一直到1944年链霉素的出现，才有了真正能够治愈结核病的药物。

孩子是父母能够得到的最好礼物，而孩子的夭折也给父母带来了最大的痛苦。我们应该庆幸现代医学的进步大大降低了出现这种痛苦的可能性，这是达尔文时代的人们所难以想像的。它确实算得上是科学最大的胜利之一。

2007.11.18.

（《中国青年报》2007.11.21）

(XYS20071121)

在野生华南虎从人们的视野中消失二十多年后，陕西一位农民声称清楚地拍摄到了野生华南虎的照片，并要高价出售，自然会让人起疑。和许多读者一样，我对这些照片的第一印象是，那上面的老虎皮毛颜色鲜艳亮丽得不像是真的，倒更像是用颜料“画”出来的。特别是白色的部分过分的光亮洁白，不像是真实的虎毛。如果把照片用图像处理软件处理，调高色彩饱和度（即降低彩色中的白色光含量），会发现老虎的颜色偏蓝，有些白色的部分变成了蓝色。

除了色温的异常外，不少网友还从透视、入射光线、闪光灯使用等各个方面做了分析，证明那是一只用喷绘打印机打印的纸老虎。有一位网友模拟制作了一只纸老虎，放在树林中用相同型号的照相机拍摄，出现了类似的效果，老虎的颜色同样异常鲜艳，白色部分同样光洁、发蓝。这是为什么呢？

这与喷绘使用的纸张有关。纸其实是一种植物纤维制品，今天造纸的基本方法和蔡伦时代使用的也没有太大的不同，简单地说，就是把木材等原料做成纸浆，冲洗、滤去杂质和水份，留下纤维素，再经压榨、干燥，就变成了纸张。

自己在家里也可以如此制造手工纸。如果你见过用植物原料而不是废纸制造过的手工纸的话，会发现它们的颜色发黄。植物纤维素本身是白色的，纸张发黄主要是因为木质素掺杂在其中引起的。纤维素和木质素都是植物细胞壁的主要成分，要把它们完全分离开并不容易。在把植物原料制作成纸浆时，如果只是简单地利用机械磨解，不加化学药液处理，这样获得的纸浆还保留着大部分木质素，用它制造的纸不仅发黄，而且发脆，只适合用来做纸板或新闻纸等短期用品。

在制作纸浆时，加入洗涤碱之类的药液能让大部分木质素溶解掉，剩余的木质素仍会让纸张发黄。要提高纸张的白度，需要加入氯之类的药液对纸浆进行漂白，把木质素中的发色基团破坏掉，进一步清除木质素。但是用漂白剂很难把木质素完全清除干净，如果过量漂白又会损害纤维，降低纸张的强度。所以经过漂白处理的纸张还残余着一点木质素，还不够白。如果想要得到高白度的纸张，还需要另想办法。

为什么我们会觉得某件物体是白色的呢？那是因为它反射白光，被我们的眼睛感受到了。光是一种电磁波，波长范围在380到780纳米之间的光线能引起人的视觉，叫可见光。白光就是全部可见光均匀混合而成的。有的物体能吸收某些波长的光，而把其他波长的光反射掉，这样它就有了颜色。木质素中的发色基团能吸收蓝光，含木质素的纸张反射的光中蓝光比较少，可见光少了蓝光就成了黄光，纸张就发黄了。

根据这个原理，要让纸张进一步变白，有两种方法。一种办法是用减法，把多余的黄光去掉，这可以通过往纸浆中加入适量的蓝色染料做到。这些染料之所以是蓝色的，是因为能吸收可见光中的黄光，剩下的光线合起来就变成了蓝色的了。只要加入的蓝色染料比例合适，就能刚好把木质素反射的多余的黄光都吸收掉，只剩下白光。但是这么做的结果是减少了反射光，纸张虽然变白了，亮度却也降低了。

更好的办法是用加法，增加反射光中的蓝光，和原来的黄光混合就成了白光了。在纸浆中添加荧光增白剂可以做到这一点。荧光增白剂能吸收波长为300－400纳米的紫外光线，使分子进入激发态，激发态分子回到能量较低的基态时，多余的能量幅射出来，发出荧光。在这一过程中能量减少了，发出来的荧光的波长也变长了，大约是450纳米，刚好是与黄光互补的蓝光。这样，纸张的颜色不仅变白了，而且由于反射光增多，也变得更加光亮。

高级文化用纸都添加了荧光增白剂，所以把用这种纸喷绘的老虎图像放在太阳底下，颜色显得特别鲜艳，而白底则显得光亮洁白，因为阳光中的紫外线会激发它发出蓝光。

常用的荧光增白剂有致癌作用，所以不要用文化用纸包装食品。食品包装纸、纸巾按规定是不能加荧光增白剂的。但是市场上有不少食品是用含荧光增白剂的纸包装的，有一些企业为了增加劣质纸的白度，也在纸巾、纸杯中添加荧光增白剂。甚至还有为了让面粉、蘑菇显得洁白好看，故意给加上荧光增白剂的。它们比把纸老虎当真老虎来骗人更可恶，纸老虎至少害不了人。

2007.11.10

（《中国青年报》2007.11.14）

20余年来，虽然全国各地一直有人声称在野外见到华南虎，但都没有确证。陕西省更是自1964年就没有野生华南虎的记录。因此陕西镇坪县一名农民突然展示一系列在野外拍摄到华南虎的照片，也就难免令人起疑。我对这些照片的第一印象是，照片上老虎的皮毛鲜艳得不像是真的，与周围环境并不协调。老虎美丽的皮毛并不是为了让人观赏，而是为了伪装，能与周围的植被融为一体，民间称之为“烂草黄”，就很好地说明了这一点。老虎需要伪装当然不是为了躲避敌人，而是为了便于捕食猎物。老虎只有靠偷袭才能成功地进行捕食，必须能巧妙地隐藏自己的踪影。一只皮毛如此显眼的老虎在野外的命运大概只有饿死。

如果这是一只喷绘而成的纸老虎，颜色如此鲜艳就可以理解了。白纸通常含有增白荧光剂，在阳光下会发紫蓝色。有一位网友喷绘制作了一只纸老虎放在树林中拍摄，出现了相同的效果。另有不少网友从入射光线、透视、反光等各个方面对照片进行分析，都表明那是一只平面老虎。有一位网友甚至找到了用来拼凑这只老虎的身体的原始照片，条纹非常相像。老虎身上的条纹就像人的指纹，没有两只是完全相同的。

但是当地政府坚信照片上的华南虎是真老虎，将其做为当地还生存着野生华南虎的证据，并初步确定将把约140平方公里的地域全部划定为华南虎核心保护区。假如照片上的华南虎是真的，假如当地真的还有野生华南虎，这个保护区能起到什么作用呢？

野生虎是独居动物，有极强的保护领域习性，在其势力范围内容不得其他老虎，民间所谓“一山不容二虎”。特别是雄虎，其活动范围比雌虎大，有时能涵盖雌虎的活动范围，但是不能容忍有其他雄虎在其领域活动，两只雄虎相遇能引发激烈的争斗，甚至导致一方死亡。那么一只老虎的领域有多大呢？虎位于食物链的顶端，主要以大中型草食动物为食，要维持一只虎的生存，需要有足够的猎物，其生存环境中猎物密度越大，虎需要的领域就越小。印度著名的孟加拉虎保护区干哈国家公园猎物丰富，一只虎所需的领域最小，但是一只雌虎也要占去大约10平方公里的地盘，一只雄虎则要占去30平方公里的地盘。野生东北虎生存的环境猎物稀少，活动范围要大得多，一只雌虎可能需要400平方公里，一只雄虎可能需要1000平方公里。其他亚种的虎的领域大小介于二者之间，例如在泰国干旱热带森林中一只印支虎占领的区域在100平方公里左右。一只华南虎在陕西所需的领域不可能比在南方还要小，就算与印支虎相当，那么镇坪政府所划定的保护区范围也不过只能供两头华南虎生存。

因此，即使在镇坪一带还有华南虎，也只是零星的残余，不可能是一个能够长期繁衍的群体，失去了保护的意义。一个高等动物物种是不可能靠几头甚至几十头而繁衍下去的。当一个群体太小时，首先面临的一个问题是，很难一直保持合适的雌雄比例。在自然状态下，下一代是雌是雄的概率相等，因此一个大群体可以维持雌雄比例大致相等。但是在一个小群体中，这个平衡很容易因为概率事件而被破坏。例如，简单的概率计算表明，如果一个群体只剩三个个体，那么它们全都是同一性别的可能性为四分之一，如果它的个体数目一直不变，几代之内就很可能因为全都剩下同一性别的个体而灭绝。一个活生生的例子是，1977年新西兰峡湾地区一个岛上最后一群猫面鹦鹉虽然还有18只，但是全都是雄的。

小群体另一个难以避免的危险是近亲繁殖。目前养在动物园中的华南虎有68只，它们全都是30多年前6只（2雄4雌）华南虎的后代，平均近交系数超过0.25，相当于兄弟姐妹之间或父母与子女之间交配繁殖，长期如此必然导致遗传品质的下降，遗传多样性的消失，从而走向灭绝。这68只华南虎中，又只有5只（2雄3雌）能成功繁殖后代。华南虎的灭绝已不可避免，即使靠人工圈养也无济于事。

一个群体要避免近亲繁殖，能够长期健康地繁衍下去，至少需要几百头个体。因此其他虎亚种在野外也都岌岌可危，华南虎的悲剧正在重演。数量最少的苏门答腊虎和东北虎野生的都分别只有400～500只，数量最多的孟加拉虎野生的也不足2000只。另外还有大约600～800只野生马来虎和1200～1800只野生印支虎。这就是现存的野生虎数量，如果考虑到其中有繁殖能力的不到2500只，没有一个亚群体有多于250只有繁殖能力的个体的话，情形就更加严重。目前圈养的虎的数量已超过了野生虎。也许虎做为一个物种可以靠人工养育而繁衍下去。但是圈养的虎还能算是虎吗？不如说是大猫。

虎是最大的猫科动物，也是最完美、最凶猛的捕食者。在自然界，虎没有天敌，它甚至比狮子、棕熊都更凶猛：古罗马斗兽场经常表演狮虎斗，都是虎获胜；而在野外，棕熊有时会成为东北虎的猎物。虎曾经是如此成功，从南到北遍布亚洲各地。虎的唯一敌人是人类。一百年间世界上野生虎的数量从10万只减少到只有几千只，完全是人类导致的：破坏了其栖息地，消灭了其猎物，以及直接的捕杀。即使是在保护区，偷猎仍然是个严重的问题，为了猎取虎皮当装饰品，以及为了获得虎骨、虎鞭做中药，虽然没有任何证据表明它们有任何的药效。虽然虎制品的交易已被世界各国禁止，我国也早已取消虎制品的用药标准，但是华人对虎制品的神奇药效的迷信，使虎制品国际黑市屡禁不绝，价格攀升，促使众多老虎死于偷猎者的枪下。

不管人们还抱有多大的希望，不管地方政府、媒体如何炒作，华南虎的命运己经无法挽回。但是其他亚种的虎还有生存的希望。如果我们不想让这个美丽的物种在野外彻底消失的话，应该关注的是如何拯救虎整个物种，包括如何破除对虎骨、虎鞭的迷信。

2007.11.1

（《经济观察报》2007.11.12）

(XYS20071110)

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世界上什么大型哺乳动物最耐渴？人们马上会想到骆驼。的确，骆驼极其耐渴。在炎热干燥的沙漠中，人如果24小时不喝水将会因为脱水而死亡，但是骆驼却可以长达一周不喝一滴水也能生存下来。骆驼能有这样的本事，主要是因为它能够在体内大量地储存水分，一次能够饮用相当于其体重30％的水，然后再慢慢地消耗掉。另外，骆驼也很能忍受脱水，即使身体失去了25％体重的水分也没事，而人一旦失去10％体重的水分，就是致命的。

但是与生活在非洲撒哈拉地区半沙漠地带的弯角大羚羊相比，骆驼的这点本事就算不上什么了。弯角大羚羊（以下简称大羚羊）可以长达10个月不喝一滴水。在炽热的沙漠中，一只大型哺乳动物怎么能够如此长时间不喝水也活得好好的？

哺乳动物做为恒温动物，一般必须把体温保持在大约38摄氏度才能维持正常的生理功能。但是在撒哈拉地区，白天的气温通常高于38摄氏度，最热的时候能超过50摄氏度。在如此炎热的环境中，哺乳动物主要通过让体内的水分蒸发的方式（出汗或喘气）来散热。这是一种很有效的降温方法，每克水份蒸发掉时能带走2.4千焦的热量。但是，这种方法有个缺点，如果不即时补充水分的话，身体就会很快地脱水。

为了保持身体水分，大羚羊既不出汗也不喘气，而是用一种奇特的方式来应付炎热的气温：把体热储存起来。这就意味着它的体温会不断地上升。大羚羊能够忍受高达46摄氏度的体温，超过了这个温度才不得不出汗把体温降下来。骆驼也有类似的防止出汗的机制，但是它只能忍受41摄氏度的体温。

维持如此高的体温除了避免出汗，还有个好处：因为体温与气温接近，空气可以传给身体的热量就少了。但是，大羚羊发如此高的“高烧”，为什么却不会妨碍其正常生理功能呢？许多细节还不清楚，不过我们大体知道它是如何防止头脑发热的。来自大羚羊心脏的血液由颈动脉送往大脑时，经过头部一个叫海绵窦的地方，在那里颈动脉变成了数百条细细的小动脉。在海绵窦还有许多流向心脏的小静脉，它们来自鼻腔，其中的静脉血在流经鼻腔时，被空气冷却了，它的温度要比动脉血低。这样，小动脉血的热量就会传递给静脉血，从而使血液在进入大脑时得到了冷却，温度能降低3摄氏度，防止对温度最敏感的大脑受到伤害。

白天储存在体内的热量，到了气温较低的晚上，就会逐渐释放出去。这时候，大羚羊又能让体温一直降到36摄氏度以下，这样在第二天白天时能储存更多的体热。

大羚羊的肾脏能够非常有效地减少尿中的水分，它的尿是高度浓缩。不过，它的尿中毕竟还有些水分，它的粪便也要含有一点水分才排得出去，这样，大羚羊还是会损失一些水分，为了防止脱水，仍然需要补充水分。在无水可饮用时，它只能通过食物来补充水分。大羚羊常吃的草水分并不多，在白天只含有1％的水，不过，到了晚上，随着气温的下降和湿度的上升，这些草的水分含量会增加20倍。大羚羊白天不进食，只在黄昏和夜间进食，能保证最大限度地吸取食物中的水分。

大羚羊还有一种独特的获得水分的方式。食物中的营养成分例如碳水化合物，在新陈代谢时能产生水。因此，实际上所有的动物都能通过这种方式间接地获得水分。不过，这个代谢过程需要氧气参与，而每次呼吸都会带走体内的水分。通常情况下，呼吸时损失的水分多于代谢过程中产生的水，是得不偿失的。大羚羊却有办法改变这个产出比。这个方法其实很简单。在晚上，大羚羊一边让白天储存的体热散发，一边开始非常缓慢地做深呼吸。深呼吸能吸入更多的氧气，通过新陈代谢制造更多的水分，而夜晚空气湿度比较高，通过呼吸散失的水分就比较少，这么一来，大羚羊就能通过一晚上的深呼吸让体内累积更多的水分。

就这样，通过白天储存体热晚上散发和浓缩尿液避免水分丧失，夜间进食摄取食物中的水分，深呼吸制造代谢水等方式，大羚羊巧妙地适应了既炎热又缺水的半沙漠环境。这种适应性是如此成功，使弯角大羚羊曾经是撒哈拉地区数量最多的大型哺乳动物之一，一度多达数十万只。

但是，再成功的物种也难逃人类的毒手。几十年来，为了获取羚角、皮毛、肉，或仅仅为了好玩，军人、商人、猎人们乘着汽车，挥舞着枪支，对弯角大羚羊进行了大屠杀。到上个世纪90年代，弯角大羚羊已在野外被消灭得干干净净。现在只剩数千只被人工圈养生存了下来，其中大多数养在美国德州的牧场。弯角大羚羊历经数百万年进化而来的那套巧妙的适应方式没有了用武之地。一个物种如果失去了其野外栖息地，丧失了其主要习性，即使能继续繁衍，也只是徒具其形，近乎灭绝。

2007.11.1

（《中国青年报》2007.11.7）

(XYS20071107)

电视台在播放1996年拍摄的美国电视电影《格利佛游记》，与原著相比改动很大，故事主题变成了是否应该相信别人向你讲述的离奇故事，主线则成了格利佛在海外漂泊8年回来，没人相信他的奇遇，将他投入疯人院，幸而在听证会上他的儿子出示了从小儿国带回来的微型羊羔，证明他的确去过小人国，才被释放回家。

斯威夫特的这部奇书本是一部讽刺寓言，后来很不幸地经常被改编成供儿童阅读的童话。不管是寓言还是童话，都不会有人无聊到去计较其内容是否合理。但是现在真实性成了故事焦点，不相信格利佛奇遇的人成了反面人物，我们就不妨较真一下。如果有人像格利佛一样说他曾经去过其国民的身高只有人类的12分之1的小人国，或身高是人类的12倍的大人国，我们是否应该相信他呢？

以前我已介绍过，由于体积的倍数增长要比横截面积快得多（体积按立方增大，面积按平方增大），生物体按比例放得越大，二者就越悬殊，肢足就越不堪身体重负，到一定程度后就无法支撑了（见《不可能的怪物》，本版2007年8月22日）。把人放大12倍，相当于体积（也即体重）增大到1728倍，但是大腿的横截面积只增大到144倍，这样的巨人会被重力压垮，是站不起来的。

如果把人体缩小到12分之1又会如何呢？同样由于体积和面积的缩小比例不同，会出现问题，不过问题不是出在重力，而是散热。人的体热来源于细胞代谢过程，身体产生的总热量与身体体积大小（细胞总数）相关，而散热则与身体表面积大小相关。人体缩小到12分之1，则身体体积以及身体产生的热量减少到1728分之1，但是身体表面积仅仅减少到144分之一。因此小人的身体散热速度要比我们快得多（快12倍），将会因为难以维持恒定体温而冻死。

在现实中有很多恒温动物比小人国里的小人还小，它们又是如何生存下来的呢？它们的身体结构和生理功能发生了一些变化，解决了散热的问题。让我们来看一个极端的例子。按体重算，世界上最小的哺乳动物是小臭鼩，成体体重平均为1.8克，体长约4.5厘米。但是这是一种相当成功的小动物，分布范围很广，在亚、非、欧州许多国家（包括中国）的森林、丛林中都能发现它们。

小臭鼩虽小，也是一种哺乳动物，必须把体温维持在大约38摄氏度才能生存。它是怎么办到的呢？哺乳动物用以保温的一个重要方法是长出厚厚的皮毛减少体热的散失。但是对小臭鼩这么小的动物来说，这个方法不可行，那将会让它变成一个小毛球，无法动弹。

小臭鼩能够采取的策略，只能是增加体热的生产，以此弥补体热的散失。为了加速产生体热的代谢过程，需要大量地摄入两样东西：食物和氧气。小臭鼩每天要吃下大约相当于其体重的2倍的食物，而且都是营养丰富的动物性食物（昆虫、蜘蛛等）。做为对照，一头大象每天要吃300公斤食物，听上去似乎很惊人，而其实只占其体重的4％，而且还都是些低能量植物。

小臭鼩对氧气的消耗更是惊人。在热平衡的环境（气温35度）中，其氧气消耗率为每千克体重每分钟消耗100毫升，当气温降到22摄氏度时，氧气消耗率增加到270毫升，最高可以达到1000毫升，分别是人类的25，67和250倍。为了能吸入这么多的氧气，它的肌肉每分钟要收缩900次。在颤抖时其肌肉速度能达到每分钟3500次。颤抖是在寒冷环境下快速产生体热的重要方法，由于肌肉的快速收缩，能使细胞产热提高4倍。

吸入体内的氧气进入血液，随着心脏的搏动输送到全身各处参与产热的代谢反应。为此，小臭鼩的心脏需要快速地搏动，能达到每分钟1500次，远远超过了所有恒温动物的心跳速度，已达到心脏所能承受的搏动极限。但是这么快的心跳还不能满足需求，小臭鼩还要有一个大心脏，每次跳动能输出更多的血液。哺乳动物的心脏重量一般占体重的0.6%，而小臭鼩的心脏所占的份量则是其3倍。

泰国猪鼻蝙蝠有时也被称为最小的哺乳动物，它的体长比小臭鼩还小（3.4厘米），但体重略大（2～2.6克）。恒温动物除了哺乳动物，还有鸟类。世界上最小的鸟是生活在古巴的吸蜜蜂鸟，它的体长为5厘米，体重为1.8克，与小臭鼩相当。看来这是恒温动物所能达到的最小极限了。而变温动物由于没有体热问题，不受这个限制，例如最小的爬行动物侏儒壁虎体长只有1.6厘米，最小的青蛙体长只有1厘米。而无脊椎动物更是可以小到用肉眼都看不见，例如最小的昆虫（一种缨小蜂）其成虫的体长只有0.139毫米，甚至比单细胞原生生物草履虫还小。

文艺作品偏爱离奇和幻想，不愿轻信的人们经常成为其嘲笑对象，而事实上真理往往在怀疑者的手中，有时比文艺作品的幻想更为奇妙。

2007.10.26.

（《中国青年报》2007.10.31.）

(XYS20071031)

有几位读者在读了《大象为什么不长毛？》（本版2007年10月10日）之后，不约而同问了这么个问题：人为什么也不长毛？严格地说人是长毛的，而且还不少：分布在人的皮肤上的毛囊的数量并不比其他哺乳动物少。但是除了头顶、腋下、阴部这些特殊部位，我们绝大部分的体毛又细又小，皮肤看上去是裸露的，这在哺乳动物中显得很突出，在灵长类动物中更是绝无仅有，因此有的动物学家干脆把人叫做“裸猿”。

其他猿类身上长满了体毛，但并非一直如此，在它们刚出生的时候，除了头部有毛发，身体其他部位的皮肤也是裸露的。所以在这方面人类很像幼猿。事实上，人类还具有许多幼猿的特征，例如头与身体的比例比较大、脸平直、牙齿比较小等等。幼年的黑猩猩看上去要比成年的黑猩猩更像人。人就像永远长不大的小孩。这种现象，叫做幼态延续，它可能是某些控制个体发育的调控基因发生了突变引起的，使得人类的整个发育速度变慢，发育过程延缓。这一点很重要，它让人类的大脑在出生后相当长的一段时间内还会继续增大、发育，并让人的一生一直像小孩一样有学习的能力，而黑猩猩虽然在幼年时有极强的学习能力，但是一旦成年，这种能力就基本丧失了。

所以人类体毛不发达，可能只是幼态延续的产物。但是这一产物为什么能一直保留下来？毛发的丧失有没有什么生存优势呢？毛发虽然是哺乳动物的特征，但也有一些哺乳动物为了适应环境而失去毛发，例如水生哺乳动物（鲸、海豚等）的身体是光洁无毛的，对它们来说体毛纯属累赘，会影响游泳速度（出于同样的原因，游泳运动员也流行把体毛剃干净），因此在自然选择作用下，它们的体毛逐渐丧失了。有人认为在人类从古猿进化出来的过程中，曾经有个时期也是水生或半水生的，皮肤光洁就是适应水生环境的结果。人体还有一些特征似乎也与此有关，例如人的婴儿不怕水，很会游泳，而小黑猩猩则很怕水，容易被淹死；人的体型比其他猿类更接近于适合游泳的流线型；人的皮下有脂肪，适宜在水中漂浮，而其他猿类则没有，等等。因此，在有些人看来，人不仅是裸猿，还是“水猿”。

“水猿说”虽然很有趣，却没有化石证据来支持它。从古猿进化到人的各个阶段的化石都被发现了不少，但都不是在水生环境中发现的。而且，化石证据表明，人类似乎是在很晚期（几万年前）才学会捉鱼来吃的，在那之前虽然有的人群生活在海边，也不懂得捉鱼，没有在他们的食物化石中发现鱼骨头。这也与“水猿说”相冲突。

因此，“水猿说”虽然几十年前就被提出了，却一直只是一个另类假说。主流的说法认为人类是在非洲大草原上进化出来的。据此，有人提出，人的体毛丧失是为了适应非洲大草原炎热的气候。当我们的祖先走出森林来到大草原，在炽热的非洲太阳直射下打猎为生，就会面临着其他猿类不会遇到的一个难题，即如何保持身体的冷却。这个理由与解释大象为什么没有毛相似。但是，对大象这种庞然大物来说，如何把体热尽量地散发掉是个严重的问题，而对人来说，这个问题却不是那么明显。因此这个解释并没有被普遍接受。

如果我们换一个角度，就会发现在大草原上没有体毛的生活其实是很糟糕的。没有毛发的保护，皮肤很容易被阳光灼伤，在奔跑时也很容易被草叶、树枝划伤（我们没有像大象那么厚实的皮肤），晚上气温降下来，身体也难以保温。因此没有体毛其实是一种生存劣势。那么它为什么没有被自然选择淘汰掉呢？达尔文首先指出，它就像雄孔雀大而无用的尾巴一样，是性选择的结果。也就是说，人类在挑选配偶时，喜欢体毛细小这一性征。男性在择偶时要比女性更看重相貌，导致女性体毛比男性更细小。

为什么人类在择偶时会挑选这一特征呢？它可能是“我有好基因”的广告：裸露出光洁的皮肤能表明自己很健康，特别是表明自己身上没有寄生虫，不会传染给对方（参见《孔雀为什么长着大尾巴？》，本版2007年10月17日）。人类走出森林，在地上建立固定的住所后，虱子之类的寄生虫成了健康的重大威胁。

那么为什么人的头顶、腋下和阴部还保留着毛发呢？头发无疑对大脑有保护作用，但是人的头发不加修剪的话能够长到1米以上，却是不正常的，在动物中绝无仅有，明显是一种生存劣势，比如很容易被树枝缠住，被天敌捉住。它的出现可能也与性选择有关：人类在择偶时喜欢长发飘飘的异性。在今天，头发仍然是一种性象征。至于腋毛、阴毛，更与性有关了，它们是性成熟的标志，而且长在腺体发达的部位，能用于收集、散发外激素吸引异性的注意。

2007.10.22.

（《中国青年报》2007.10.24）

(XYS20071024)

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