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）

“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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我们一想起孔雀，首先想到的是那又长又大的美丽的尾羽，其实这是雄孔雀的性征。为什么雄孔雀要长这么好看的大尾巴？似乎连小学生都知道答案：为了吸引雌孔雀。但是答案并非如此简单。首先注意到这个问题的复杂性的是达尔文。长一个鲜艳的大尾巴对孔雀的生存一点也没有好处，甚至有很大的坏处，它要浪费很多能量，妨碍孔雀的活动，容易被天敌发现和捕捉到。根据达尔文提出的自然选择学说，这种对生存不利的特征应该被淘汰掉才对。但是为什么雄孔雀，以及许多种类的雄鸟都会进化出这些不利于生存的第二性征呢？

为了解决这个矛盾，达尔文又提出了性选择学说。他认为，虽然雄孔雀的大尾巴对生存不利，但是由于雌孔雀喜欢挑选长着美丽尾巴的雄孔雀为配偶，这种繁殖优势弥补了大尾巴的生存劣势。一代又一代选择的结果，导致雄孔雀都具有了令人叹为观止的硕大美丽的尾巴。达尔文把这种现象称为雌性选择。正是由于雌性的选择，使得鸟类成了被达尔文诩为“所有的动物中最有美感”的动物。

但是，即使是独立发现自然选择机理的华莱士也表示不敢苟同达尔文的这个解释。他认为雄性如果仅仅通过华而不实的宣传来欺骗雌性，未必能够真正经受自然选择的严酷考验。后来的许多生物学家也认为没有足够的证据认为雌性在对雄性作出选择。

到了上个世纪80年代，在达尔文提出这个假说一百多年以后，才有生物学家做实验对此做了验证。实验的设计其实很简单。把一些雄鸟的尾羽剪短，再把剪下来的部分粘到另一些雄鸟的尾羽上，人为加长后者的尾巴。结果发现，尾羽的长度对雄鸟的求偶起着决定性的作用，例如，正常雄燕从飞到繁殖地到找到配偶平均要花8天，那些尾羽剪短的要花上12到13天，而尾羽加长的只需要3天左右。达尔文的假说被证实了。

但是，达尔文留下了一个问题没有回答：为什么雌性会这么“变态”，偏偏去选择这些对雄性而言有害无益的性征？

首先试图回答这个问题的是达尔文之后最重要的进化生物学家之一、英国人费歇。他的思路是这样的：雄性第二性征在萌芽阶段对雄性的生存其实是有益的，例如，稍微长一点的尾羽可能有助于在风中稳定地飞翔。一开始，有些雌鸟碰巧喜欢长尾巴的雄鸟（当然还有些雌鸟喜欢短尾巴的，或者对尾巴的长短不感兴趣），这样它们的后代就同时有长尾巴和喜欢长尾巴这两种基因。由于这时候的长尾巴有生存优势，在自然选择的作用下，长尾巴的基因在群体中保留、传播开来，喜欢长尾巴的基因也沾光跟着保留、传播。最后，所有的雌鸟都具有了喜欢长尾巴的基因，她们全都选择长尾巴雄鸟为偶。她们对长尾巴的喜欢只是“单纯”的喜欢，越长越好，并不考虑长尾巴雄性的生存优势，因此雄性的尾巴被越选越长，长到对生存有害无益，出现了失控。

另一位英国生物学家汉密尔顿认为，长尾巴并非失控的结果，而是雄鸟在向雌鸟炫耀自己有好的基因：你看，我身体多么健康，这么笨重的尾巴我都负担得起！我身上没有寄生虫（如果有寄生虫羽毛就会黯淡无光甚至脱落），放心，我不会把寄生虫传给你和我们的儿女，而且，我天生对寄生虫特别有抵抗力，我们的儿女也会象我一样！

对燕子的研究发现，尾巴长的雄鸟身上确实寄生虫确实比较少，它们的后代也比较不容易感染寄生虫，表明尾巴长的雄鸟确实对寄生虫有可以遗传的抵抗力。而且雌鸟对雄鸟尾巴的偏好，不仅是越长越好，而且是越对称越好。对称性是基因良好的表现，如果有遗传缺陷，就会影响发育，从而破坏对称性。“越对称越好”符合好基因假说，但是并未否定失控假说。

对失控假说的否定来自于一个意外的发现：雄燕的尾巴越长的，也越对称。为什么这很意外呢？因为一般来说，某个器官（比如说燕子的翅膀）越偏离正常值，就会越不对称。尾巴越长反而越对称，这不是失控假说所预测的。在失控假说看来，雌燕只是单纯地选择雄燕的尾巴长度，因此尾巴越选越长，也应该象其它器官那样越来越不对称。这种尾巴长度和对称性的相关性正是好基因假说所预测的。它表明这些长尾巴的雄燕同时拥有异常优良的基因，因此在尾巴很长的情况下仍然能够维持对称性。

孔雀和燕子一样，雄性尾巴越长，也越对称，表明是好基因在起作用。但是，别的物种，比如雉鸡，却是做为雄性第二性征的鲜艳羽毛越大，越不对称，表明是失控在起作用。现在看来两种假说都正确，只不过适用于不同的范围：如果一种雄鸟拥有许多种不同的装饰品（比如羽毛的颜色、大小等等），那可能是失控的产物；而如果他只有一样勾引雌鸟的法宝（比如尾巴的长度），那是在炫耀他的基因。

2007.10.13

（《中国青年报》2007.10.17）

(XYS20071019)

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我们细胞中的遗传物质是由一种被称为脱氧核糖核酸（DNA）的化学物质组成的。一个人体细胞中全部的DNA总称人类基因组，包含了人体的所有遗传信息。遗传信息由DNA中四种不同的碱基（简称A，T，G，C）来编码，它经常被比喻为一部用A，T，G，C四种字母书写的生命之书。这是一本含有30亿个字母的巨著，我们要读懂它，首先需要知道这些字母的排列顺序，也就是测定其序列。

但是我们又知道，其中绝大部分（90％以上）的序列是没有任何意义的。因此，当“人类基因组计划”于1990年在美国正式启动，计划用15年的时间把生命之书所包含的字母按其书写顺序，不管有没有意义全都抄下来时，许多生物学家都觉得非常浪费。这项计划在2003年提前完成，总共花费了30多亿美元。实际上这些钱并非都花在用来测序，其他方面，比如开发更好、更快的测序、分析技术，也花去了很多经费。

在“人类基因组计划”的13年间，由于技术的进步，测序的速度不断地提高，费用也不断地下降。测定第一批的10亿个碱基序列用了4年的时间，而测定第二批的10亿个碱基序列只用了不到4个月。当人类基因组计划刚刚启动的时候，测定1个碱基序列的费用非常昂贵，大约是10美元，而到2001年时，这个费用已下降到了0.1～0.2美元。也就是说，用2001年的技术，花上3～6亿美元就可以把人体基因组全部测定了。

在1998年，一家私营公司塞里拉基因组学公司宣称将用新的方法独立把人体基因组重新测一遍，开始了与人类基因组计划的竞赛。他们用了3年的时间，花了大约3亿美元，完成了目标。他们用的是5个人的基因组混在一起测，但大部分测的是公司创建者克莱格·文特的基因组。文特后来在此基础上把他的基因组全部测定了，在今年9月初公布。由于这并不是一个独立的项目，很难估算究竟花了多少钱来测他的基因组。

每个人的基因组序列都不尽相同，它决定、影响着我们的长相、生理机能、健康状况等等。第一个真正个人化的基因组测序项目测的是詹姆斯·沃森的基因组。沃森是DNA双螺旋结构的共同发现者（因此获得诺贝尔奖），也是人类基因组计划的第一位领导者，让他来创这个记录，再合适不过了。这项工作是“454生命科学公司”与贝勒医学院合作做的，于今年5月份完成，总共只用了两个月的时间，花费不到100万美元。

比起几年前需要花费几亿美元才能测定一个人的基因组的全部序列，这个开支似乎低得不能再低，但是还是只有少数人才负担得起或有那样的机会，只是富人和名人的特权。不过，测序技术还在飞速发展，费用也在直线下降。去年，美国加州的“X奖基金会”宣布，如果有哪个团队能够首先实现在10天之内测完100个人的基因组，每个花费不到1万美元，那么它将获得1千万美元的奖金。按照现在的发展水平，这个目标也许用不了几年就能实现，到那时，就有很多人支付得起测定自己的基因组序列的费用了。

但是这还不够。文特也宣布，哪个团队能首先把测定人类基因组的费用降到不到1千美元，他将奖励他们50万美元。最近，BioNanomatrix公司和“完全基因组学”公司联合获得美国政府的一笔科研基金，其目标是用纳米技术开发出新的测序仪器，能在8个小时之内就测定完一个人的全部基因组序列，花费不到100美元！到那时，只要你愿意，每个人都可以获得自己的“生命之书”的抄本。

但是有这个必要吗？几年前，当人类基因组计划刚刚完成的时候，媒体曾欢呼人类“生命之书”获得了破解。其实不然。测定基因组序列只是相当于把“生命之书”抄写了下来，是否能够破解、读懂它，则是另外一回事。事实上，我们对这部生命之书的意义大部分都还无法理解。在测序技术飞速发展的同时，对基因功能的研究相比之下却是令人尴尬的缓慢。这种状况在短时间内不会有根本的改变。

当然，基因组测得越多，遗传学家就越容易通过比较不同人的基因组序列而鉴别出基因的功能。但是，在现在，以及在未来的几年内，拥有个人的基因组序列，其象征意义和学术价值远大于个人的实用价值。就拿已经知道自己的基因组序列的文特和沃森来说吧，他们能从中了解到多少有用的健康信息呢？几乎没有。研究人员没有发现他们两位有必然会得某种遗传病的基因突变。沃森的基因组中有几个基因突变会增加得癌症的风险。沃森年轻时曾经得过皮肤癌，但是我们不能确定这是否与这些突变有关，也无法知道他以后是否会得癌症。文特的基因组有几个突变与阿滋海默症（老年痴呆）、心脏病和眼睛黄斑变性有关，但也只是表明得这些病的风险比较大，并非必然就会得这些病。

其实，所谓的致病基因往往只是增加得某种疾病的风险，那么我们本人是否有必要知道我们携带着这些致病基因？如果知道，坏处是会增加我们的烦恼，特别是如果携带的是所谓不治之症的致病基因；好处是也许可以设法预防、降低患病的风险。对此文特和沃森的态度有些差异。文特想知道自己携带着的所有致病基因，在了解到自己有增加患心脏病风险的基因突变之后，考虑到他的父亲是因心脏病去世的，他开始服降血脂的药物进行预防。而沃森则要求测序公司在把序列交给他之前，把与阿滋海默症有关的一个基因的数据删掉。他今年已79岁，不想知道自己是否有得阿滋海默症的风险。

随着基因组测序的普及和我们对基因组功能了解的深入，必然要面临着的另一个问题，是所谓基因隐私的问题。你是否愿意公开你的基因组序列？是否愿意让医疗保险公司掌握这方面的数据？文特和沃森都把自己的基因组序列放在了网上公开，觉得这没什么大不了的。但别人未必都这么看得开。这个问题粗一看似乎很简单：立法保护，由本人决定是否愿意公开。但是如果考虑到一个人的基因组序列和他的父母、兄弟姐妹、子女都很大的相似性，这个问题就变得复杂了。未经亲属的同意就公开自己的基因组序列，是否在一定程度上侵犯了他们的隐私？

2007.10.7

（《经济观察报》2007.10.15）

(XYS20071017)

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可能是由于在电视、电影、画册上已司空见惯，很少有人意识到，大象是最独特的动物之一。独特到什么程度呢？动物学家把多达5400种的哺乳动物根据其亲缘关系的远近很吝啬地划分为29个目，而大象就占了一个目——长鼻目。长鼻目仅仅含有三个现存物种，即亚洲象、非洲丛林象和非洲森林象，再也没有别的现存物种能与大象划入同一个目。而我们人类所属的灵长目含有350个物种，我们的近亲可比大象多多了。

大象的独特首先表现在它的庞大。它是现存最大的陆地动物，能长到高达4米，重达7吨，是排在第二位的犀牛的两倍。它的形状也很独特，最引人注目的当然是那长长的鼻子，以及巨大的耳朵。大象还有一个特征比较少有人注意到，那就是身上的毛发极其稀疏。身披毛发是哺乳动物的特征之一，99％以上的陆地哺乳动物都有皮毛，大象是罕见的例外。

有一个科学爱好者注意到了这一点。我收到他写的题为《大象的体毛为何非常稀疏》的小论文，大意是说始祖象的体型变大进化成大象后，身上毛囊的密度自然会大大降低，大象的体毛当然会变得稀疏了。这个解释是经不起推敲的。体型大并不意味着毛发就变稀疏。实际上，已在1万年前灭绝的猛犸象就长着浓密的长毛。如果有必要，现存的大象也可以身披毛发。

猛犸象生活在寒带，需要毛发御寒，而现存大象都生活在热带，没有这个必要。所以大象不长毛的一个因素，是气候。但是，和大象生活在同一个地方的许多哺乳动物，例如斑马、长颈鹿、狮子，都有毛发，为什么大象的体毛却严重退化呢？

哺乳动物是恒温动物，必须把体温维持在一个特定的温度才能保证正常的生理活动，比如大象的体温必须维持在大约36摄氏度，过高或过低都有生命危险。体热是在细胞代谢过程中产生的，它们的总量差不多是固定的，但是环境的温度则是不断在变化的。如果气温低于体温，那么就要防止体热散失，这是毛发的主要功能。而如果气温高于体温，则要想办法尽量把体热散掉。

大象生活在地球最炎热的地带，如何散热要比如何保温更重要。既然体热来源于细胞代谢过程，那么细胞越多，产生的热量就越多，也就是说，身体体积越大，产热越多。体热的散发主要是通过皮肤进行的，身体表面积越大，散热越快。但是，动物体型变大时，体积和身体表面积却不是按相同的比例增长的：体积按立方增大，而表面积按平方增大，体积的倍数增长要比表面积快得多。假如你吹一个气球，让其半径增大1倍，这时候气球的体积是原来的8倍，而表面积仅仅是原来的4倍。

由于体积和表面积不成比例的增长，考虑到大象体型的庞大，散热就成了一个极其严重的问题。大象的体积大约是狮子的30倍，即产生的体热大约是狮子的30倍，但是大象皮肤总面积大约只是狮子的10倍，还有20倍的热量需要设法散掉。因此不能像狮子那样保留妨碍散热的体毛。与此类似，体型排第二的犀牛、排第三的河马，也是没有体毛的。

大象的体积大约是犀牛的2倍，但是表面积仅仅是犀牛的大约1.5倍。把体毛去掉对犀牛是够了，对大象还不够，还必须有其他的办法来帮助散热。什么办法呢？长一对巨大的耳朵。大象的耳朵不仅大，而且薄，里面充满了血管，血流经这里，很容易就把热量散发了。特别是扇动起来，更容易把耳朵里的血的温度快速将下来，能让血温降低5摄氏度，冷却的血在体内循环，帮助把全身的温度降下来。

现存的三种大象，亚洲象体型最小，生活的地区比较靠北方，又是生活在森林中，气温较低；非洲丛林象体型最大，生活在阳光暴晒的热带大草原，气温最高；非洲森林象的体型和所在的环境气温都介于二者之间。这三种象的耳朵，以非洲丛林象最大，非洲森林象其次，亚洲象最小，刚好与大象耳朵的主要功能是散热的说法相符。

猛犸象的体型要比现存大象大，但是由于生活在冰天雪地的寒带，它面临的主要问题是如何保温，因此不仅要身披长毛，而且耳朵也没有必要很大。的确，猛犸象和现存大象相比，什么都大，就是耳朵很小。已知最大的猛犸象耳朵只有0.3米长，而非洲丛林象的耳朵可以长达1.8米。由此可见大象的大耳朵是做为散热器进化出来的，它的其他功能（例如雄象在争夺配偶时会张大耳朵进行示威）则是副产物。

生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大，这叫柏格曼法则。但是，寒冷地区的动物的耳朵等突出物则一般比较小，这叫阿伦法则。这两个法则其实都是对表面现象的概括，为了保温或散热才是真正的因素。

别看大象长得奇怪，其实蕴含着一点也不奇怪的简单的科学道理。

2007.10.3.

（《中国青年报》2007.10.10）

(XYS20071011)

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