科学松鼠会 » Ent http://songshuhui.net 剥开科学的坚果,让科学流行起来 Wed, 20 Sep 2017 23:04:48 +0000 zh-CN hourly 1 http://wordpress.org/?v=4.3.12 http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg » Ent http://songshuhui.net 32 32 为什么要去遥远的土星寻找生命 http://songshuhui.net/archives/98583 http://songshuhui.net/archives/98583#comments Sun, 17 Sep 2017 23:06:58 +0000 http://songshuhui.net/?p=98583 本文作者:Ent

第一天,我们创造了海洋。研究者用氮气通进蒸馏水里,驱逐其中的残留氧气,然后向其中加入氯化铁,令水变成棕色。我们注入了少许硫化钠,看着形成的二硫化亚铁一点点沉积下来,在瓶底生长成空心的烟囱。

第二天,我们等待生命在这里诞生。

当然,生命并不会真的在这个小小烧杯里出现——至少在我们的有生之年不会。但是这一小瓶奇怪的化学物质,确实是四十亿年前那个陌生地球海洋的面貌。生命曾经在这里诞生过,而在我们的太阳系里,生命或许就在这样的一个环境里诞生着。

而我们已知的最好环境,就在卡西尼的身边。

谁在为原始汤上发条?

达尔文创造了原始汤的概念。他想象生命诞生在“某个温暖的小池塘里,有氨和磷酸盐,有光、热和电”,“化学形成的蛋白质准备就绪等待更复杂的变化”。继承这一路线的霍尔丹则简明扼要地称之为“热稀汤”。

让这个想法进入教科书并成为几乎所有人眼中基本常识的,则是斯坦利·米勒。1953年,还是研究生的他把水、甲烷、氨气和氢气混合在一起,制造了一个他假想中的早期地球还原性大气,然后利用电火花来模拟闪电。从中他得到了各种各样的小型有机分子,甚至包括多种氨基酸。这个实验轰动了世界,甚至登上了《时代周刊》首页,人们一度认为生命起源问题就此解决。

斯坦利·米勒和他的实验。图片来源:Roger Ressmeyer/Corbis

斯坦利·米勒和他的实验。图片来源:Roger Ressmeyer/Corbis

斯坦利·米勒和他的实验。图片来源:Roger Ressmeyer/Corbis

只不过后来研究者发现它面临两个问题:

第一,原始地球的大气环境并没有充满还原性气体;
第二,反应到此为止,无法继续进行下去了。

米勒是一个生物化学家,他所处的时代是生物化学最辉煌的时代,这让大部分生命起源领域的人把精力都投入了“生命的原材料从何而来”这个问题。但是驱动生命的除了物质,还有能量。把一锅灭菌的氨基酸汤密封起来装个罐头,等待一亿年,生命也不可能从中诞生;万物熵增,生命的熵减之所以不违反物理定律靠的就是这个外来的能量输入。

我们日常所见的所有地球生命,依靠的都是阳光。但是把阳光转化为可用能量的过程复杂得可怕,是所有生物系学生的噩梦之源,最早的生命绝无可能利用它。米勒实验使用模拟闪电迈出了合成的第一步,然而真实世界的闪电短暂而粗暴,不但每次的能量会很快散去,而且足以摧毁任何稍微复杂一点的分子。哪怕在烧杯里,米勒也无法靠闪电让氨基酸聚合成链、发挥生命功能。

而没有稳定的能量注入,热稀汤就永远只能是热稀汤。自然条件下氨基酸太浓的时候也能发生聚合,但是首先原始大气其实几乎都是氮气和二氧化碳,还原性气体稀缺,可能产生的氨基酸微乎其微,溶解在水里就更稀了;其次,就算机缘巧合一个浅滩小池塘蒸发得到了浓汤,或者从彗星之类的天体获得了有机分子,那么在小分子聚合成大分子之后,汤就又会变稀,令大分子反过来趋向于水解回到小分子状态(这个问题对于RNA尤其严重)。

然而除了阳光和闪电,地球上还有第三种能量来源隐藏在海底。这种能量易于使用,连续不断,又天然产生;虽然总量不大也分布有限,不过这对最初的生命而言都不是问题。这就是深海泉口的化学能。

大洋深处的白色烟囱

人类想象中的海底通常是冰冷黑暗而死寂的,这一想象在1977年4月21日被无情地打破了:阿尔文深潜器的驾驶员达德利·福斯特撞翻了一个柱状海底结构之后操纵机械手把温度计放了进去,结果拿出来的时候化得就剩下一根芯。很快船员们发现,这里不但有数百摄氏度的灼热海水,全靠海底高压才不致沸腾,这样奇葩的环境里居然还有大批从未见过的生命!因为船员无一是生物学家,根本没有携带任何相关试剂,所以最初一批标本,都是泡在伏特加里带回岸上的。

冒出汩汩“黑烟”的热泉口。图片来源:NOAA

冒出汩汩“黑烟”的热泉口。图片来源:NOAA

这些充满热水的海底空心柱被毫无诗意地命名为“黑烟囱”。火山活动为它提供热量来源,但让它活起来的不是热量而是硫化氢;硫化氢和氧气的反应驱动了一整个生态系统,无需阳光注入。现代黑烟囱生态系统的唯一弱点在于它只能形成在火山活动区域附近,不同区域相距遥远。但是另一个暂时性的硫化氢来源弥补了这个缺憾:当巨鲸的躯体从海面坠落沉入深海之后,它的鲸骨中的硫会以硫化氢形态缓慢释放出来,在几十年里形成不同黑烟囱之间的绿洲;这就是鲸落。

很快有研究者提出,这些烟囱可能是生命起源之地。米勒反击说,它们温度太高,酸性太强,哪怕高度特化的生命可以在这里存活,最早的氨基酸也不可能在这里聚合。再说,40亿年前到哪儿去找氧气和硫化氢反应呢?

黑烟囱的环境确实过于严苛了,但是海底烟囱并非只有这一种。2000年,人们在大西洋发现了“白烟囱”,喷出的是相对温和的水,包含的气体是氢气。在附近的微生物体内,这些氢气和二氧化碳反应,同时生成能量和有机小分子。今天的白烟囱身处氧气的包围之中,大半由碳酸盐构成;但是最初的原始海洋里它会是铁硫化物,几乎肯定还包含一些镍。这样一个由铁、镍和硫组成的原子簇直到今天还存在于微生物的催化酶核心,它们携带了一点点远古的痕迹保留至今。这些白烟囱的远古形态,是今天生命起源领域最热门的候选人之一。

第一个发现的白烟囱群位于大西洋中部,被称为“失落之城”。图中的这个白烟囱高度约为9米。图片来源:University of Washington/Woods Hole Oceanographic Institution

第一个发现的白烟囱群位于大西洋中部,被称为“失落之城”。图中的这个白烟囱高度约为9米。图片来源:University of Washington/Woods Hole Oceanographic Institution

但是毕竟“真正”的白烟囱已经消失了。蓝细菌在二十多亿年前就让氧气占领了地球,永远地改变了大气和海洋的化学面貌,虽然这为后续包括我们在内的一切生命奠定了基础,但也让真正的铁硫化物烟囱无法再形成。除了实验室模拟,还有别的办法吗?

有,在天上。

一座活跃的冰火山

从19世纪开始人们就幻想地球的最近邻——火星和金星上有生命存在。60年代人类的探测器将金星的可能性排除了:金星的浓密二氧化碳大气层带来了失控温室效应,地表数百度的高温不会有水。而火星经历几十年的搜寻也没有发现地表液态水,虽然有可能还有微生物存活,但是寻找它们太困难了。

现在我们意识到,远离太阳的冰冷之处其实反而可以有液态水。遥远距离意味着它们得不到足够的太阳光,表面如果有水也是冰封一片,但潮汐力和放射性元素的热量,却足以在这里形成冰下海洋。

土卫二(恩克拉多斯)就是这样一个星球。卡西尼探测器发现它的表面虽被水冰覆盖,但在南极地区有很多孔洞,从这里它把自己的海洋连续不断地喷向太空,迄今为止已经找到了超过100个这样的冷火山。事实上,它喷出的海洋构成了一整条土星环:天文学家早就通过计算发现土星的E环不稳定,本应该在几十万年之内就分崩离析,它能存留至今必定有持续的新物质输入。卡西尼证明,这些物质绝大部分就是土卫二的喷泉。

喷射中的土卫二。图片来源:NASA/JPL/Space Science Institute

喷射中的土卫二。图片来源:NASA/JPL/Space Science Institute

而就在今年,卡西尼发现这些喷泉里还包含了数量巨大的氢气。这些氢气远超平衡态应有的量,证明一定有某个未知过程在源源不断地产生新的氢气,注入冰层下的海洋里。

过去证据已经表明土卫二的海水确实在和海底岩石发生化学反应。具体反应细节并不完全清楚,但是很有可能和地球上水与岩石反应产生氢气的过程类似。倘若果真如此,那么它也许就已经具备了原始生命最重要的条件之一。这还不是生命的证据,当然更不是说它适合人类居住——但是,可能真的会有生命的萌芽在这里出现,甚至已经出现。

艺术家想象的土卫二内部结构。在冰层下面有活跃的地质运动。图片来源:NASA/JPL-Caltech

艺术家想象的土卫二内部结构。在冰层下面有活跃的地质运动。图片来源:NASA/JPL-Caltech

这就是为何卡西尼在围绕土星做出无数发现之后,终章必须和土星化为一体的根本原因。一旦探测器的燃料耗尽,地面人员就不能控制它的轨道,无法保证不会和土卫二或者其他有可能诞生生命的土星卫星(比如土卫六泰坦)相撞。

在卡西尼出发前,人们对土星的卫星还知之甚少,根本不认为它有生命可能,所以卡西尼项目被归为不需消毒的一类。直到卡西尼抵达之后,研究者才发现自己的错误。万幸的是,卡西尼携带的惠更斯探测器落在了土卫六的陆地上而非海洋里,并且土卫二还是安全的。但是这个失误不能再犯第二次了。的确,撞上的概率很小,但是生命从无到有的诞生需要时间太长,充满了太多的偶然,而又太重要了。迄今为止,我们所知道的所有生命都同出一源,对生命根基的了解只有一个数据点。纵然比不上发现外星人,找到一个外星生命的独立萌芽,也堪称历史上最重要的瞬间了。(编辑:花蚀)

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鱼中的医生告诉你,鱼生到底有多艰难 http://songshuhui.net/archives/97974 http://songshuhui.net/archives/97974#comments Wed, 26 Jul 2017 23:21:19 +0000 http://songshuhui.net/?p=97974 本文作者:Ent

裂唇鱼(Labroides dimidiatus)靠给大鱼吃寄生虫为生,因此俗名清洁鱼或者医生鱼。我在CalAcademy的水族馆见过,留下的印象也就是在大鱼身边看两眼、咬一口走人,哦不走鱼。

但是当时没意识到的问题是:这么小到看不见的一口,得咬多少才能吃饱?

工作中的清洁鱼。拍摄者:Alex Mustard

工作中的清洁鱼。拍摄者:Alex Mustard

1996年 Alexandra Grutter 在海洋生态学进展上发了文章。他们观察了大堡礁的野生裂唇鱼,结论是这些鱼平均每天要吃掉1218只寄生虫(大部分是巨颚水虱科的)。

没错,1218只。它们平均每天花256分钟觅食,所以觅食状态下是每分钟吃掉4.8只。这哪里是医生看病的节奏,果农摘苹果还差不多……

但是就算在大堡礁,也不能一天跑遍一千多条鱼吧?(其实它平均检查两次才能吃到一只虫,所以是检查了两千多次。)其实,一条清洁鱼一天会访问同一条鱼几十次。而且野生环境里清洁鱼不止一条,所以一条典型的客户——比如黑鳍粗唇鱼(Hemigymnus melapterus)——每天会接受144次检查,吃掉61条寄生虫。

“谁叫我?”图片来源:underwaterkwaj.com

“谁叫我?”图片来源:underwaterkwaj.com

然而最可怕的数据是:平均而言黑鳍粗唇鱼身上只有11条寄生虫啊!

这个数字怎么会比每天被吃掉的虫子少呢?其实不难理解。想象一个不断上菜不断来客人的流水席,任何时候桌上的菜可能只有十几道,但是一天下来被吃掉的菜可以远远超过这一数字——只要客人够多,周转够快,就没问题。这样的场景在海洋生态里很常见。

但这就意味着,这些可怜的黑鳍粗唇鱼,成了这道流水席上的餐盘子。

对于清洁鱼而言,这样的生活似乎倒还不错,它们每天睡11个半小时,剩下时间里只有4个半小时用来觅食,周围到处是取之不尽的食物,趁客户不备还能咬一口美味的体表黏液层,只要别被其他围观客户发现就行(2011年有实验表明,当别的鱼在围观的时候,清洁鱼会变得更收敛更诚实)。与其说这是当医生或者清洁工,不如说是自助餐吧。

学名为Epinephelus tukula的大型石斑鱼在接受清洁鱼的“口腔护理”。 拍摄者:Jurgen Freund

学名为Epinephelus tukula的大型石斑鱼在接受清洁鱼的“口腔护理”。
拍摄者:Jurgen Freund

可是想象一下客户面临的鱼间地狱:黑鳍粗唇鱼每天生活在寄生虫的包围中,环境里不停地有虫子趴上来,虽然有清洁鱼时不时来咬走,但马上又会有新的寄生虫补充,就这样陷在无尽的寄生循环里。甚至人为干扰也没有用:研究者给捕获的鱼打了药之后放归,但最多6天之内,它们的寄生虫就全部回复到打药之前的水平……

这时候再想想自然界里有25%的生物是寄生的,想想各种塞满寄生虫的野生动物,好像也就能够理解了呢。

参考资料

Alexandra Grutter. Parasite removal rates by the cleaner wrasse Labroides dimidiatus. Mar Ecol Prog Ser Vol.130:61-70, 1996.

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丹麦海域生蚝泛滥,到了吃货大显身手的时候吗? http://songshuhui.net/archives/97504 http://songshuhui.net/archives/97504#comments Thu, 15 Jun 2017 18:40:49 +0000 http://songshuhui.net/?p=97504 本文作者:Ent

其实科学家到现在还不能确定,丹麦的生蚝最初是哪儿来的。

这里说的是作为入侵物种而“泛滥成灾”的太平洋牡蛎(Crassostrea gigas),不是丹麦自己的欧洲牡蛎。过去的十多年间,这种生蚝在丹麦、挪威和瑞典迎来了大范围爆炸,成批占领贻贝的生存空间,甚至开始入侵本土生蚝持有的潮下带。悲观者担心,按照这个趋势扩散,北海周边的沿海生态系统将被改写。

19927138 - oysters with lemon

网上常说“吃货消灭入侵物种”,其实,很多入侵物种被引入的最初原因,就是“吃”。图片来源:123RF

但作为原产日本附近的生蚝,它是怎么抵达丹麦的呢?可能的来源之一是不太远的荷兰。1964年,荷兰的生蚝养殖者引入了这个物种,用来满足吃货。这是它在北海周边的第一个明确记录。

荷兰人并不是在犯傻。这已经是1964年,六年前查尔斯·埃尔顿关于入侵物种的开山研究已经出版了,四十年前生蚝入侵美国沿海的场景他们也没忘。他们的引入有充足的理由:在原产地,这种生蚝只在水温20度以上的时候才会繁殖,北海温度根本到不了这个程度。无法在野外自然繁殖,怎么可能失控呢?

看过《侏罗纪公园》的人都知道,这样的flag不能立。但是,这还是1964年。

因此没有人预料到,1975-1976年北海遭遇了一次“反常”的温暖,生蚝突然开始繁殖了。仅仅两个夏天,数百万生蚝就牢牢占据了东斯海尔德河口。

1.2 爆发牡蛎

丹麦小镇Ribe的海岸上堆满了蚝壳。图片来源:munchies.vice

更没人意识到,气候变化的大背景下,北海水温的上升是持续的。之前以为是偶然的繁殖事件,很快就变得家常便饭。到90年代,荷兰全部海岸线都已被生蚝占领,还在继续向东扩散。德国和丹麦也有自己的生蚝引种尝试,生蚝们大概是在海岸线上渐渐汇合了,终于造成今天的局面。

一些研究者寄希望于靠吃来控制生蚝数量。然而很多海岸地区人烟稀少,甚至不通公路,收获生蚝的人力和基建成本太高,商业不划算。而且,因为密度太大,这些生蚝的平均质量并不好,游客带着筐挑拣是一回事儿,大规模开发是另一回事儿。这还没有算上北海的富营养化污染问题呢。

话说回来,当年的养殖尝试也没几个获得成功。吃货的一厢情愿,并不能战胜商业逻辑。

很难预测生蚝入侵会带来怎样的长期后果。没见过的人可能难以想象,但生蚝是一种造礁生物。厚实的壳体在沿岸层层累积,会彻底改变海岸的面貌,甚至影响海水的流动、降低海底的氧气浓度。在有些海岸,这样的改造是有益处的;但另一些海岸里生蚝的入侵就会对原本的生物产生强烈冲击。

Bed of exposed Common / Blue mussel (Mytilus edulis) on rocks at low tide, Cornwall, England, UK

附着在英国海岸礁石上的紫贻贝(Mytilus edulis)(考虑到密恐,放了一张比较小的图)。图片来源:naturepl,拍摄者:Simon Colmer

在瓦登海南侧,人们已经看到了许多令人担心的迹象。这里的潮间带主要贝类原本是紫贻贝,它是当地鸟类至关重要的食物。但面临生蚝的入侵,紫贻贝正在节节败退。

而太平洋生蚝拉丁名的字面意思就是“巨大厚壳牡蛎”,欧洲鸟类似乎大多还没有学会如何撬开这些厚重而锋利的壳。十多年前研究者就已经观察到,随着生蚝的扩张,一种以紫贻贝为食的本土鸟类——蛎鹬(Haematopus ostralegus),正变得越来越少。一旦生蚝的外壳堆积成礁,甚至人类也难以踏足,有些原本可以旅游的海滩已经因此而被迫废弃。

1.4 蛎鹬

蛎鹬的宣传画。拍摄者:Mark Greco

蛎鹬不会知道,为什么它可以吃的紫贻贝越来越少,海岸渐渐都被一些厚壳的大家伙占据;生蚝也不会知道,它的繁衍和扩张正在毁掉一片海域的生态,令最初带它们来到这里的人类感到无所适从。它们都只是在各自的境遇里努力寻找一条出路而已。

如果北海沿岸最终被生蚝占领,会发生什么?新的贝礁生态是什么面貌?鸟类要去哪里觅食?沿海渔业和旅游业会变成什么样?会不会传播新的疾病?现在是不是已经太晚了?

没人知道。但可以肯定的是,吃货的锅最后还是要自然界去背。

 

参考资料:

The invasive Pacific oyster, Crassostrea gigas, in Scandinavia coastal waters: A risk assessment on the impact in different habitats and climate conditions. Per Dolmer et al., 2014.

 

 

 

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如果一棵树的倒下无人听见 http://songshuhui.net/archives/97412 http://songshuhui.net/archives/97412#comments Mon, 12 Jun 2017 23:34:25 +0000 http://songshuhui.net/?p=97412 本文作者:Ent

1964年8月6日,一个名叫唐纳德·卡雷的研究生在加州白山砍倒了一棵树。

没有任何人觉得这是什么大事儿。

白山的刺果松(Pinus longaeva),这是一种生长在美国西南部高山区的松科树木。图片来源:russgeorge

白山的刺果松(Pinus longaeva),这是一种生长在美国西南部高山区的松科树木。图片来源:russgeorge

卡雷是北卡教堂山大学的学生,拿了一小笔经费横跨大半个美国,来到这里寻找古树,研究冰期气候。他所使用的方法叫做“树轮学”:在树干上钻孔,抽出一小段树芯,测量它的年轮宽度。不同年份的气象条件会影响树的生长,从而影响年轮;如果能找到一棵一千年的古树,就能获得过去一千年的气象记录。

有一棵编号为WPN-114的刺果松(Pinus longaeva)看起来很合适,然而他的钻孔尝试遇到了很多挫折。他手里最长的钻头有71厘米,仍然无法获得连续的树芯,而且在四次尝试之后两根全部折断。且不说在深山里没处买新的钻头,就算能买,对于穷学生而言也不便宜。

因此他决定把这棵树砍倒。

当地的巡林员收到了他的砍伐请求。巡林员没觉得这是多大的事儿。他认识卡雷,知道树轮学是热门领域,完整横截面有充分的科学价值,比单纯的树芯更有说服力。刺果松并非什么参天大树,虽然很粗,但高度顶多到七八米;这片森林里的大树少说也有几百棵, WPN-114又不是什么重要的景点,砍就砍了吧。

所以,在那个无人注意的夏日,卡雷和林业部门派来的伐木工一起砍倒了这棵无甚出奇的树。几份树轮截面被取下来运走作为研究,剩下的部分不知所踪。没有任何人觉得这是什么大事儿——

——直到卡雷回到实验室,发现这棵树有4862条年轮。

WPN-114的截面之一局部,现存亚利桑那大学树轮实验室。图片来源:aboutvirus.info

WPN-114的截面之一局部,现存亚利桑那大学树轮实验室。图片来源:aboutvirus.info

刺果松正常情况下每年产生一圈年轮,但是在环境过于恶劣的时候会无法生成,所以年轮的数量总是低于实际年龄。根据经验,这棵树应该至少有4900岁,甚至可能超过5000岁。

换言之,那天他砍倒的,是地球上已知最古老的单体生物。在它发芽的时候,人类刚刚发明了地球上最初的文字。

卡雷的论文在1965年发表,但几年之后才被人们注意到。愤怒的公众指责林业部门颁发砍伐许可太过随便,可又有什么用呢?争吵的最终结果只能是更严格地管理疑似古树的砍伐,把当时已知的第二古树的地点隐藏起来不对外公布,还有把这片森林划成国家公园。卡雷本人亲自参与了国家公园的游说。

2004年,已经是知名地理学家的卡雷因病去世,享年70岁。八年之后,人们在白山找到了另一棵刺果松,年龄约为5062岁。终于,他不必以“杀死了最老生命的人”之名而载入史册了。

但是毕竟,1964年的那个夏天,有一个人在加州白山砍倒了一棵树。

WPN-114的断根,没有生出新的不定芽。图片来源:维基百科

WPN-114的断根,没有生出新的不定芽。图片来源:维基百科

白山的刺果松迄今为止依然是单体生物最长寿命纪录的保持者。有一些植物体拥有更长的寿命,但它们不是单一生命,而是无性繁殖代代传承的克隆体,如犹他州的颤杨“潘多”。克隆体的准确寿命难于计算,如瑞典的欧洲云杉Old Tjikko年龄就遭到了G. L. Mackenthun(2016)的质疑,其实际年龄可能只有几百岁。
所有可靠的古树记录可以在OLDLIST数据库查询。

参考资料:
Donald R. Currey (1965). An Ancient Bristlecone Pine Stand in Eastern Nevada. Ecology Vol. 46, No. 4, pp. 564-566.

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http://songshuhui.net/archives/97412/feed 4
我们无法让一头鲸平安离去 http://songshuhui.net/archives/97328 http://songshuhui.net/archives/97328#comments Fri, 19 May 2017 23:13:14 +0000 http://songshuhui.net/?p=97328 本文作者:Ent

3月12日,一只抹香鲸游进了大亚湾近海。它受了伤,身上缠着渔网,精疲力尽,终于搁浅在浅滩上无助地呼吸,等待死亡降临。

人类出动了。

渔民、公益潜水员、沿岸各水域的渔政部门、在或不在当地的各路专家……一起展开了救援,并一度帮助它向着较深的水域移动。然而最终,或许是体力透支,也或许是声呐系统出了问题,它再次搁浅,并在越聚越多的市民的围观之下停止了呼吸。

解剖时,专家在它腹中发现一只雄性抹香鲸宝宝,已经夭折。

当地部门运送搁浅的抹香鲸尸体

当地部门运送搁浅的抹香鲸尸体。图片来源:新华社

大型鲸类搁浅都是极难救助的,因为它太大了。庞大身躯难以有效移动,甚至贸然接近都对人而言很危险。虽然鲸是哺乳动物,能在空气里呼吸,但是它们的皮肤无法适应日晒和干旱,会以类似严重烧伤的状态剥离脱落;而它的内脏脱离了水的浮力也无法支撑自己,最后还是会衰竭窒息。

搁浅而死,可能对于一头鲸是最痛苦的死法。

搁浅的虎鲸

搁浅的虎鲸。图片来源:The SeaDoc Society

对于无法救治的鲸,许多救助人员会认同安乐死。然而,对大型鲸类执行安乐死却十分困难。如伍兹霍尔的海洋学家Michael J. Moore所言,固然是因为安乐死的需求总是缺乏预备、出乎意料地到来,但也是因为,和利润丰厚的商业猎鲸相比,没有收益的安乐死实在难以得到投资。

比如,在西澳和南非,安乐死是使用炸药的。一篇报告记录了4次安乐的努力:Powergel炸药被放置在鲸的喷水孔后部,在鲸身上缠绳索、以推土机牵引来让鲸的位置稳定(推斗兼做防爆盾),两侧再堆上沙袋,围观群众退到500米之外,引爆炸药造成死亡。全部准备过程经常需要数天之久。

听起来一点都不安乐。

志愿者往搁浅的抹香鲸身上浇水

志愿者往搁浅的抹香鲸身上浇水。图片来源:ABC

然而就算这样的方式都不能保证成功:其中一次,一条长10.5米的大鲸在第一轮675g炸药引爆后并没有立刻死亡,使用.300温彻斯特麦格南射击后也没有死亡,又引爆第二轮1300g炸药才终于死去。(在此之后,炸药都增加到了至少2kg。)

对较小的鲸,美国兽医学会允许使用枪械射击的方式,但是需要使用.50或者.577这样的大口径猎枪,准确地垂直穿透枕骨,才能有效破坏脑干,立即致死。这不但对执行者的枪法有要求,还需要他极为熟悉鲸的解剖结构,判断内部器官的位置——会带来更大的不确定性。

和这些方式相比,化学手段安乐死似乎看起来是更容易的选择。然而,对大型鲸类使用毒剂存在比较麻烦的环境顾虑——因为根本不可能把尸体完全处理掉,残留毒剂将对前来食腐的动物造成威胁。2011年的一个案例报道了一只澳洲牧羊犬在吃了使用戊巴比妥安乐死的鲸肉之后陷入了昏迷,最终经历两次洗胃,在三天后苏醒。美国的规定禁止在无法处理尸体的时候使用巴比妥类药物。

在这样的限制下,救护人员有时会选择在麻醉状况下进行手术安乐死。2004年的一例露脊鲸安乐死,使用了一支35厘米长的针头在眼后注射了共计445毫升的不同麻醉药物,然后切开了尾部大血管。流血1小时又4分钟之后,鲸才终于死亡。

用注射药物的方式为搁浅鲸鱼实施安乐死

用注射药物的方式为搁浅鲸鱼实施安乐死。图片来源:wunc.org

2014年研究者开发出了一种新的方法:在麻醉后心肌注射大剂量氯化钾。然而这一方法需要能直接刺穿鲸躯体——这意味着长达1米、直径2厘米的巨型针头,必须专门生产。因为鲸的搁浅无法预料,如果没有事先的准备是无法使用这一手段的。

而这些庞然大物依然在搁浅,大多数时候救助人员依然做不了什么。

一位参与过多次安乐死的兽医这样描述他的经历:“在沙滩上见到一头鲸,是一种全然不同的感受。你看到它在动,在呼吸,看到它淹没在水中时不能见到的全貌。你看到它的肌肉在几十厘米的鲸脂下抽动。你还常常能看到它遭受折磨的明显证据:螺旋桨的划痕,渔网纠缠的伤口,沉重的呼吸,巨大的皮肤水泡,消瘦的身躯,还有腐食动物留下的伤害……海鸥根本不会等它到死。”

到头来,虽然人类有数千年的猎杀鲸的经验,却连一种理想的让它安然离开的方式都没有找到。

参考资料

Michael J. Moore. Overview of euthanasia of large whales, IWC/A10/E1.

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论雷龙的第二次倒掉和恐龙的重新分家 http://songshuhui.net/archives/97124 http://songshuhui.net/archives/97124#comments Thu, 20 Apr 2017 23:41:27 +0000 http://songshuhui.net/?p=97124 本文作者:Ent

本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系sns@guokr.com

雷龙(Brontosaurus)这个恐龙界的明星,在1903年认定为和更早命名的迷惑龙(Apatosaurus)同属,因为雷龙晚出所以名字无效,引发了众多雷龙粉丝的愤怒。但2015年一个新研究认为雷龙和迷惑龙其实不一样,所以又把这个名字挽救了回来。

然而在3月23日,《自然》发表的一篇文章认为,我们对恐龙的内部划分出了问题,过去蜥臀目和鸟臀目两分的方案是错的,其实蜥臀目里有一部分恐龙和鸟臀目更近。

(想知道蜥臀目和鸟臀目是什么意思?请戳这里,阅读果壳网的文章,了解恐龙家的族谱)

如果这个新的方案是成立的,那么在其他一切不变的前提下,包括雷龙(还有以果壳网命名的果壳綦江龙Qijianglong guokr)在内的一大堆恐龙,就要掉出恐龙行列了。

……等一下,这看起来只是一个分类方式的内部变动,雷龙怎么就躺中枪了呢?

雷龙躺枪全图解

什么是恐龙?一群中生代大型爬行动物的统称?没错,但不精确。学术界现在所使用的定义,是Padian & May 在1993年提出的一个看似奇怪的表述:“恐龙包括这些生物:三角龙(Triceratops),麻雀,它俩的最近共同祖先,以及该祖先的所有后代”。
为啥选这么奇怪的定义,稍后再说。但这个定义用图解表示,就是:

旧版分类

旧版分类。底稿来自antares,增添了标注。图片来源:antares

现在,新研究认为,麻雀所在的这一枝应该挪到右边的大枝条上。结果……

新版分类

新版分类。底稿也来自antares,增添了标注。图片来源:antares

什么,雷龙突然就被踢出了虚线区域的恐龙定义!有没有王法了!

某同学对此的第一反应是:一个内部调整就搞出这么大幺蛾子,难道不是这个定义有问题?为什么要采取这么一个莫名其妙的定义啦?

这是因为,这个定义的背后,是自达尔文以来全部现代生物学的本质啊。

一个并不奇怪的定义

按照恩斯特•迈尔的总结,达尔文理论有两大支柱:自然选择,共同祖先。在各种文章里几乎都是前者得到了较多的关注,后者相对被忽视了。但事实上,对大部分领域的生物学而言,后者的地位恐怕更加核心。

共同祖先说的是什么呢?是说全部的生命都可以放在同一棵演化树上。根据这棵树,我们可以判断出任意两个物种之间有什么样的亲缘关系。

这件事情很重要,因为生物学的哪一个领域都脱离不开物种间的比较。比方说,人身上这么多的基因,光盯着看的话,不可能都知道每一个基因是干啥的;一定要在大肠杆菌、酵母、果蝇、小鼠和斑马鱼里寻找类似的基因,看看不同物种间这个基因有何变体,各自处于怎样位置,才能真正了解人体内这个基因的一切。而演化树为这样的比较提供了至关重要的基础框架。如果你都不知道两个物种的亲缘关系如何,不知道是在10亿年前还是10万年前分的家,那么它们的基因要从何比起呢?

正因为这棵树实在太重要了,所以生物学家逐渐达成了共识:当我们给一个类群下定义的时候,我们应该尽量让这个定义包含生命树上的正好一簇完整的枝条,不多,也不少。这就像是给我家下定义的时候一样:如果包括了家里的所有人却偏偏漏掉了我的亲弟弟,这是不合适的;如果包括家里人的同时莫名其妙还带进了隔壁王叔叔,这也是不合适的。

根据它们在进化树上的位置,鸟类应当包含在恐龙的定义里!图片来源:deviantart,作者skia

根据它们在进化树上的位置,鸟类应当包含在恐龙的定义里!图片来源:deviantart,作者skia

所以,回头看一下恐龙的定义:“恐龙包括这些生物:三角龙,麻雀,它俩的最近共同祖先,以及该祖先的所有后代”。这个定义,正好满足这个“完整枝条”的标准:先从枝条上的两个点出发,回溯到它俩的共同祖先,然后再把从这里出发的所有小枝都容纳进来。用演化生物学的术语来讲,这就是一个“单系群”。

旧版分类

旧版分类。底稿来自antares,增添了标注。图片来源:antares

Padian & May 给出这个定义时使用的是麻雀和三角龙,但其实没什么高深的理由:麻雀还活着,而三角龙是最晚灭绝的恐龙之一。并不一定非要用这俩,毕竟,这个定义的关键是在那个最近共同祖先(上图的黑点点),如果选别的物种能上溯到同一个祖先,那也完全没问题。比如有些研究者建议用禽龙(Iguanodon)和斑龙(Megalosaurus),只是因为这两种恐龙是古生物学家的老前辈,理查德•欧文(Richard Owen)最初定义“恐龙”时,描述的两种恐龙而已。都是传统,无所谓谁和谁。

这一切都很好,前提是我们的演化树本身是对的。如果我们把演化树搞错了,那这一切就全完蛋了。

树倒猢狲散(不对)

虽然一定有一个真实存在的演化树,但正如我们不能保证重现的人类历史是真的,搞出来的演化历史也可能……不是真的。如果这样的事情发生,那就是大事故了:所有和恐龙相关的研究,都得重新审视。

在这个案例里,就是因为演化树的重组,导致原本好好的定义,现在突然把雷龙给丢掉了。

新的恐龙演化树

新的恐龙演化树,兽脚类恐龙(及它的后代鸟类)离开蜥臀类,加入了鸟臀类。图片来源:BBC

当然你可以说这是定义的不好,如果当初我们选择的这两个物种不是三角龙和麻雀,而是三角龙和雷龙,那就没这事儿了。话是这么说,但谁也不能预测未来,谁也想不到演化树会以这样的方式搞错了呀……如果当初我们选择了三角龙和雷龙,结果发现演化树是以另一种方式搞错了,是三角龙和雷龙应该扔下麻雀自己在一起,那就会变成鸟和霸王龙等等被扔出恐龙家族了。总而言之,因为无法预料演化树会出现什么幺蛾子,所以你无论如何选择作为出发点的两个物种(甚至好多个物种),都不能一劳永逸杜绝乱套的可能性。

而如果你不用演化树的方案来做分类,那可能会出现更大的悲剧。比如,恐龙曾经使用过“蜥臀目加上鸟臀目”这个定义,现在新研究一出,蜥臀目本身不再是一簇完整枝条,那整个定义都变得不好了。

根据过去的定义,一些最大的陆地动物,可能会被开除“恐龙籍”。图片来源deviantart,作者scotthartman

根据过去的定义,一些最大的陆地动物,可能会被开除“恐龙籍”。图片来源deviantart,作者scotthartman

……那咋整?

其实也没事儿,反正旧演化树都被推翻了,定义也重新下一个呗。在这个新的树下,过去被认为是恐龙的东西,本身依然是一簇完整枝条,所以只要我们把新的定义设为(比方说)雷龙,麻雀,它俩的最近共同祖先,以及该祖先的所有后代,那就又能让原来的恐龙各归其位了。

而如果将来这个演化树又被新的证据推翻了,那就……再改改呗。还能咋办嘛。

总之,如果这个论文被学界接受了,那么肯定最后恐龙的定义(内涵)是要修改的,但外延不会变,开除恐龙中的大明星雷龙,人民群众绝对不会接受的(开除果壳綦江龙我们也不干呀)。最终在新的定义下,原来的“恐龙”还会是恐龙。至于恐龙内部类群全部重排、相关研究全部重来什么的,那都是科学家的事儿了。(当然,同样大的可能是,最后学界表示不接受这个新分类……)

(想了解这篇论文将会给恐龙家谱带来的巨大改变,请戳阅读原文,阅读果壳网介绍这次“大分家”的文章)

但是根据演化树进行分类的这个基本原则,不太可能发生大的变化。毕竟演化,是照亮一切生命科学之光啊。

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