科学松鼠会 剥开科学的坚果,让科学流行起来 2018-06-24T23:20:59Z http://songshuhui.net/feed/atom WordPress http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg <![CDATA[数学家会赌术,谁能挡得住?]]> http://songshuhui.net/?p=101500 2018-06-24T20:10:58Z 2018-06-24T23:20:59Z zhuang-fortune-formula-1

世界一面是黑,一面是白,你看到的是灰色,或换言之,一面是有序,一面是熵增,合起来是混沌,威廉·庞德斯通在写这个故事之前,早已把这一切想到透彻。

Fortune's Formula里面的三个主要人物,两个来自于他从前所就读的麻省理工大学,都曾是那里的教授,还有一个则是前述两名教授之一在贝尔实验室的前同事。简言之,正儿八经的三个科研人员,其中一名甚至是世界顶级的科学家。他们和世界上所有其他科学家一样,想要从事物的运转之中,找到某些可以为人类所理解、运用的规律,而同时,他们也和世界上所有其他人类一样,为财富所着迷,进入了一场有财阀、黑帮、政府、民众所共同参与的金钱游戏。这些发生在六十多年前的轶趣,放到今日也一点都不陌生,所谓太阳底下并无新鲜之事,只不过当年是计算机技术的崛起改变了游戏规则,如今可能会是区块链的发展要再次写下颠覆……

呵呵,谁知道呢?

Bell Labs

Bell Labs

成立于1877年的美国电话电报公司AT&T,在这个故事开始的阶段起到了至关重要的作用,20世纪早期,和其他所有提供通讯业务的公司一样,他们的线路被用于这块大陆上如火如荼的赌博活动——很显然,在那个没有互联网的时代,如果你能更早地通过以光速传达的电报来获知一场赛事的输赢,无疑是占到了下注先机。而之后随着该公司确立起它独一无二的垄断地位,它也就有了更多资本来实现一些自己都不曾预想的不可思议。1925年,AT&T收购了Western Electric公司的研究部门,成立了一个独立实体,叫做“贝尔电话实验室”,简称贝尔实验室。据说AT&T会拿出每年产值的3%来支持实验室的科研,截至1996年被拆分给朗讯之前,这里一共产生了11位诺贝尔奖获得者(获奖研究为8个)、16位美国国家科学/技术奖章获得者和4位图灵奖获得者……简直是大牛加工厂。

这些大牛当中,最牛的一位,当属克劳德·艾德伍德·香农。

Claude Elwood Shannon, 1916-2001

Claude Elwood Shannon, 1916-2001

当我决定读一读这个中译本叫做《赌神数学家:战胜拉斯维加斯和金融市场的财富公式》的书时,也正是因为看到现代信息论之父香农的名字出现在其中。低调而神秘的他,生于1916年4月30日,被认为是可以和同时代的爱因斯坦比肩的天才。现代计算机所使用的二进制运算思想即由此人所提出,而他1948年所发表的信息论论文,更是奠定了整个数字化时代的技术理论基础,我们今天所享受的一切信息服务,不夸张地说,都部分受惠于他。

他在上个世界50年代产出了许多跨时代的研究论文,然而1958年受聘于麻省理工数学系后,却产出不多,这一方面是因为香农本人兴趣杂涉猎广,另一方面他又是一个力求完美的人,在全部相关问题解决之前不会想发表出来。1960年11月,他的一位年轻同僚、也是刚受聘于麻省理工数学系不久的爱德华·索普前来求见,说自己有一篇关于21点策略的文章想请他帮忙。

Edward O. Thorp, 1932-

Edward O. Thorp, 1932-

21点又名黑杰克,1700年即已盛行于法国赌场的一种纸牌游戏,1930年代末合法进入美国赌场,取代骰子成为最受欢迎的赌博游戏。索普毕业于加州大学伯克利分校,记忆力超群,从小就很有赚钱头脑,1958年圣诞节期间,他到拉斯维加斯的赌场中认真地玩了几天,这是因为受到另一位数学家罗杰·鲍德温的启发,后者在一篇论文里用当时还不常见的计算机(这个计算机和我们现在理解的计算机还不一样,是人形的,或仅仅是计算器而已……)来算胜率。之后,索普用自学的Fortran语言编程证明了牌面为5的牌已出现的次数会影响玩家的胜率。他想在《美国国家科学院院刊》发表这个成果,然而被告知只有国家科学院成员去提交才行,所以想到了本系唯一一位有资格提交的教授,香农。

见面后,香农不仅同意帮这个忙,而且还给出了一点关于标题的建议,后来这个A Favorable Stratery For Twenty-One被作为正式标题而采纳,当我从美国国立生物技术信息中心(NCBI)网站上按图索骥把这篇文章下载下来之后,看到联系人一栏写的赫然正是香农,它出乎意料的简单,只有不到三页,但它开启了另一个更重要的合作——接下去半年内,索普和香农居然在后者家中一起捯饬出一台轮盘赌博预测机。站在21世纪的第18个年头,距离香农的102周年诞辰也不到几天而已,我们仔细审视这台机器,发现它也许可以称得上世界上第一台可穿戴计算机。他们两家人——香农及其夫人贝蒂、索普及其夫人薇薇安——在第二年春天,紧张兮兮地带着这台机器去拉斯维加斯进行了一场实战,并不得不借助夫人们的长发作掩护,限于机器那恼人的线路接触不良问题,此行并不算成功。

索普本人却因为21点的论文被《波士顿环球报》和其他一些重要媒体的报道,引起全美国赌徒的注意,他受到了诸如伊曼纽尔·基梅尔和埃迪·汉德等一众超级外围下注庄家的信件邀请,请他一起前往赌场玩牌,以验证理论的有效性。出行前,香农建议他采用约翰·凯利准则来下注。

John Larry Kelly, 1923-1965

John Larry Kelly, 1923-1965

约翰·凯利就是本书第三个关键人物,英文书名Fortune's Formula即来自于他1956年发表在《贝尔系统技术期刊》上的论文A New Interpretation of Information Rate中所描述的公式:Gmax=1+ p log p + q log q=R。他是香农在贝尔实验室的同事,被很多人认为聪明才智仅次于香农,其研究方向是那个时代还极其高难的语音合成规则。他俩交集不多,但显然彼此欣赏。凯利在观看电视上一档赌博节目《64000美元的问题》并了解其诈骗性运作之后,发现了一个与信息论相关的数学赌博规律,并专门来跟香农请教。他的想法可以描述如下:某位赌徒提前知道了某场赛事的内幕消息,那么他该如何利用这个先机进行下注?

任何有过赌球经验的人都会知道,知道内幕不意味着必赢,一个极端情况是,你以为会赢的那支球队(它赢的几率也只是一个百分数而已)偏偏被掀翻,而你出于贪婪已将所有钱都压给了它,于是一下子倾家荡产,则连翻本的机会都不会再有。但另一种极端情况则与此相反,你非常谨慎,每次只敢拿一点点赌资出来,于是尽管掌握了内幕,财富的上涨也非常有限。

这里存在着一个最佳下注比例的问题。

香农早年在处理信息熵问题时敏锐地注意到,让信息高效传达的关键,不是耗费更多带宽去携带信息,而是想办法让噪音带来的错误概率降到最低,凯利天才般地联想到了这当中运用的数学运算可以拿来帮助赌徒,他的想法也得到了香农的肯定,在后者鼓励下很快就发表了这篇文章。

威廉·庞德斯通在书中把凯利公式的极致形式Gmax=R评价为和质能方程E=mc2一样大胆漂亮,Gmax表示最大可能收益率,R指的是香农理论中的信息传输率。质能方程暗示着最小颗粒物质包含着巨大的能量,而Gmax=R则表明几个字节就足以创造出人们梦寐以求的金钱收益。在实际应用中,凯利公式还有不同推导形式,此处就不赘述。

在这个故事的第二部分,香农和凯利的数学成果共同成就了赌神一般的索普,他走上赌场,也从此走上开挂的人生。凯利系统比此前任何一种按比例押注的系统都要高效,娴熟掌握这个方法的索普让赌场们闻风丧胆,他甚至不得不像电影里所描述的那样,竭尽所能地隐姓埋名掩藏身份,才能获得进赌场的机会。

更后来,他把这个致胜法宝用到股票市场,做起对冲基金,还对当时的主流投资组合理论“马科维茨理论”发起了冲击。与此同时,克劳德·香农也没有闲着,他研究如何利用股票的波动来赚钱。只有约翰·凯利,似乎未曾涉足过赌博或股票有关的任何金钱角逐。

看到这里,你也许会觉得,唔,这真是一个非常美妙的系统。但我要告诉你的是,真实并非如此简单,经济学家萨缪尔森对凯利系统是持否认态度的,他证明了其所导致的财富分布,就像曼哈顿或者世界上更多现存金融系统所呈现出来的那样,会让富者愈富,贫者愈贫。换言之,一个追逐利益的系统越有效,就会带来越大的财富不公,因为财富的总量是一定的。

半个多世纪前发端的这场信息技术革命,它所产生的后果,表现为当今这个世界的经济分布,那么,回到现世中来,是否会有基于新技术革命(可能正在发生,也可能是一种幻觉)的系统,将改写这种分布?我想,它应该只是时间问题,后果还不可预知。

本文已经发表于《经济观察报》

《赌神数学家:战胜拉斯维加斯和金融市场的财富公式》

《赌神数学家:战胜拉斯维加斯和金融市场的财富公式》

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李清晨 <![CDATA[你揭晓了输血安全的奥秘,世人没有忘记你的功勋]]> http://songshuhui.net/?p=101413 2018-06-17T20:17:12Z 2018-06-23T23:15:38Z

本文来自李清晨的微信个人公众号,经作者意见进行了修改,未经许可不得进行商业转载

昨天门诊夜班,上午又做了一个大手术,毕竟岁月不饶人,手术结束安排完术后的琐事,身体已经感觉到疲乏了,好在术中情况比术前估计的要好一些,孩子有机会活着出院,下一步只能再说了,我术前跟家长交代说,先活下来,这是第一步,后面的事情再说,也许随后又有新的技术出现,孩子会有转机也未可知呢,说这话的时候,我其实心里也没底,这种九死一生的手术,不是万般无奈谁会想开这一刀呢?生活有时很残忍,医生不得不传递坏消息,如何充分告知又不至于将家长的精神打垮,经常是个伦理上的难题。

步行回家的路上,耳机里响着辽远苍凉的音乐,我仿佛是一个刚刚经历过一场惨胜的士兵,正荷戟彷徨在古战场上。

回想术中的细节种种,仍不免心有余悸,输红细胞2个单位,麻醉医生处变不惊,手术室内的操作紧张有序,我知道,今天医生所能执行的一切救治手段,都有前人艰苦的探索,比如输血,这在今天的手术室乃至病房里早已司空见惯,但人类为找到安全输血方法的过程,却异常坎坷。

北京大学人民医院血液科病房今日的输血量,照片提供者:叨客阿拉丁

北京大学人民医院血液科病房今日的输血量,照片提供者:叨客阿拉丁

且不说中古时期人类对输血的探索包含着惊悚、野蛮臆想和迷信,其实直至近代,人类在输血的过程中也还困惑不已。

詹姆斯•布伦道(James Blundell,1790—1877)是英国当时著名的生理学家和医生,他发现因出血濒死的狗,若及时输人另一只狗的血液即可获救,由此产生了将人的血液输给严重大出血的人以挽救其生命的设想。既然输狗血可以救狗命,那么救人命自然需要人血。作为后人,我们无论如何都觉得这本是自然而然的思路,不过这种想法可能仅仅是事后诸葛亮似的自以为是,如果我们知道中国人在上个世纪60年代那个疯狂的时期甚至还大范围流行过给人打鸡血以治病强身的热潮,可能就不会太苛责古人了。

1818年12月22日,布伦道为一个罹患胃癌(当时还没有胃癌的诊断,称其为幽门硬化)而濒死的病人,输入了14盎司(约400毫升)的人血(动用了好几个献血者,中间间隔数分钟),病人果然获得了一定程度的好转。但毕竟晚期胃癌在当时是不可治的,对身体造成的破坏也是多方面且严重的,输血仅是对胃癌造成的贫血情况有改善而已,病人还是在56个小时之后死掉了。

工欲善其事,必先利其器,布伦道为输血设计了一系列别出心裁的装置。但由于当时的医生们尚不知道无菌操作的观念,也不知道如何抗凝,更不知道血型不合会导致致命性的溶血反应,因此再巧夺天工的设计也不能保障输血的安全实施,批判的声音自然不绝于耳。输血之路,即使找对了正确的方向,若没有傻子一般在崎岖中执著的坚持,最终也难以踏上成功的坦途。

1818年至1829年,布伦道共实施例10例人人之间的输血,其中4例获得了成功。第一个成功的病例是一位产后大量出血的妇女,她在接受了丈夫8盎司(约230毫升)的血后侥幸逃过了鬼门关,成为人类历史上第一个经由输血起死回生的产妇。这个病例后来发表在1829年的《柳叶刀》(Lancet)杂志上。这时,布伦道已经旗帜鲜明地对异种输血进行了批判,在肯定了异种输血的危险性后,主张同种输血。随后,大量产后失血的病人因此而获救。

布伦道在这时便清晰地记录了有些病人在输血后出现的“发热、背痛、头痛和酱油色尿”这类典型的溶血反应,只是他尚无法给出合理的解释。

布伦道在这一时期对输血发展的贡献可以说是至为关键的,但匪夷所思的是,英国国家传记词典中,关于布伦道的词条,却只字未提他对输血方面的突破性贡献,倒是记载了他于1877年逝世时,身后留下了35万英镑的巨额遗产。

1881年霍尔斯特德(美国现代外科之父)为治疗他姐姐的产后大出血,用针筒抽出自己的血液以救急,他写道,当时的情况十分危急,姐姐濒临死亡,我冒着莫大的风险,侥幸救治成功。霍尔斯特德的这一次尝试很可能也是受到了布伦道的启发。

继布伦道的研究之后,欧洲又有一大批生理学家通过自己的研究支持布伦道的发现和所提出的观点——摒弃异种输血,提倡同种输血。随着输血例数的逐渐增多,拜输血所赐活命的人自然不少,但输血的安全性仍然不能令人满意,悲剧时有发生,医生们继续关注着那些莫名其妙的死亡。为什么有的人能获益,有的人反而速死了呢?

关于血液时而能救人性命时而能促人速死的特性,古希腊人早在神话时期就有所隐喻,相传医神阿斯克勒庇俄斯曾担任军医为战士疗伤,挽救了很多生命,受到了民间广泛的崇拜。一个偶然的机会让他从智慧女神雅典娜那里得到了一小瓶神奇的血液:从左边取药就能成为致命的剧毒,从右边取则可为起死回生神药。

这与人类早期在探索输血救命的过程中遭遇的情形何其相似啊,只不过医神似乎能控制这瓶血液的药效。相传希波克拉底乃是医神的后裔,根据希波克拉底誓言,“仰赖医神阿波罗•阿斯克勒庇俄斯及天地诸神为证,鄙人敬谨直誓,愿以自身能力及判断力所及,遵守此约……”

这个誓言昭示着希波克拉底并没有忘记自己的血脉传承,可惜,那个可以控制血液效果的技术希波克拉底倒是没有继承下来,否则后人又何至于要付出如此的代价来重新探索呢?

不过既然是神话,自然就只能姑妄听之,当不得真,解决输血奥秘的钥匙,只能是科学手段。

1865年法国化学家路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822—1895)提出了疾病的细菌学理论;两年后英国外科医生约瑟夫·李斯特(Joseph Lister,1827—1912)提出了著名的外科无菌原则,这在医学史上乃是具有里程碑意义的大事件。无菌原则随即被顺理成章地引入输血的操作规程(很难想象当时用于输血的器具都没有规范消毒吧);同时,人们也在探索更好的方法来阻止血液凝固。

这些探索都是为了不断改进输血的安全性,但最头疼的事依然没有解决:为什么有的病人在输血后会出现布伦道所描述的那种情况(发热、背痛、头痛和酱油色尿),甚至有的还会因此而死去呢?当医生们遭遇到这种现象越来越多的时候,就有人试图探究这背后的秘密了。问题充分暴露之日,也便是问题解决之时。

两位德国的病理学家率先在溶血的问题上取得了认识上的突破。1874年,埃米尔•潘弗克(Emil Ponfick,1844—1913)在描述异种输血后发生的溶血反应时,首先提出那种病人输血后排出的深颜色的尿不是血尿,而是血红蛋白尿。他最早提出血红蛋白一词,认为患者尿中的血红蛋白来源于供血者的血球破坏。他警告波罗的海医师协会要警惕异种输血的危险。

伦纳德•兰多伊斯(Leonard Landois,1837—1902)对既往大量输血病例进行了分析,并结合自己的研究于1875年发表了输血研究论文,提出如果一种动物的血细胞进入另一种动物的血清中,血细胞就会发生凝集或崩解。他认为输血失败和死亡病例是由于“血液不合”导致的溶血反应。既然异种之间的输血会发生溶血反应,那么人与人之间那些失败的输血案例是不是也是由于同样的原因呢?从此,人们的思考和探索逐步集中到“溶血反应”这一问题上来,有关研究开始向纵深展开。经过几百年艰难的探索,以无数条枉死的人命为代价,输血术中最关键最核心的秘密终于要被揭开了。

1899年,英国病理学家塞缪尔•乔治•沙托克(Samuel George Shattock,1852—1924)发现,当正常人的红细胞进入肺炎病人的血清中时,将发生凝集。他认为这与近期学者发现的肥达反应(伤寒血清凝集试验,用以诊断伤寒副伤寒)是同一原理,并将此结果于次年发表在《病理学杂志》(Journal of Pathology)上,推断这是炎症患者特有的现象。

回顾这一发现,以我们今天的知识,不免要为沙托克万分遗憾了,他已经摸到了发现血型之路的大门口,却只在门缝瞥了一眼就跑开了。假如他继续扩大试验人群,用不同人的红细胞和血浆相混合,也许发现血型这一具有里程碑意义的世纪殊荣,就将归属于他了。可惜,虽然他也试验了健康人之间血清与红细胞的混合,其结果却恰恰支持了他最初的假设,因为他发现没有凝集现象的发生。

根据这一试验结果,我们不难推断出这一可能:在他前面的试验中,健康人与病人不是同一血型,所以他观察到了凝集现象,而后面仅以健康人为研究对象进行试验时,又恰好选的全是同一血型的人,因此没有发生凝集……真是好一个阴差阳错与造化弄人,如果说前人们在不知血型的秘密之前,异体输血因是恰好是同型输血而救人成功实属侥幸的话,那么因同样的原因而与血型的发现这一历史殊荣失之交臂的沙托克就实在是太不走运了。

走运的人是奥地利生物学家卡尔•兰德斯泰纳(Karl Landsteiner,1868—1943),1900年他仅用自己及五名健康同事的血液分别混合其红细胞和血清就找到了正确方向。他发现,各个体的血清不与自身红细胞发生凝集反应(如果自体的红细胞和自己的血清也要发生凝集反应,恐怕这个世界上早就没有几个活人了,统统得死于自发溶血),而他的两名同事之间的红细胞与血清交叉混合以后,则都会发生凝集反应。

兰德斯泰纳还发现他自己的血清可分别凝集两位同事的红细胞,而两位同事的血清并不能凝集自己的红细胞。原来红细胞与血清混合后是否会发生凝集并非如沙托克所猜测的那样是炎症患者特有的现象,而是另有可循的规律。根据混合后血细胞是否会凝集,兰德斯泰纳将血液分为 A、B、C 三型(其中C后被更名为O 型)。

他认为不同血型的血液,其红细胞各含有不同的凝集原,而血浆中又含有不同的凝集素,在输血时,如果特定的凝集原与相对应的血清凝集素狭路相逢,血液就会发生凝集,凝集成群的红细胞可以堵塞毛细血管,在补体的作用下红细胞即可发生溶血反应,此前数百年间因输血而发生的无数悲剧背后的神秘机制,终于被彻底揭示。

1901年,兰德斯泰纳发表了那篇有关血型分类的著名论文《正常人血液的凝集作用》。次年他的学生在更大的人群(155 例)中进一步证实,除了前述A、B、C三型外,还有第四种例外血型。这些人的血清与A、B、C红细胞均不发生凝集反应,但其红细胞可被A、B、C血清所凝集,表明其红细胞上存在 A、B两种凝集原,而血清中却没有可凝集A和B的凝集素。可兰德斯泰纳当时却认为这一发现只是一种例外情况,并没有将其作为一种独立的血型来考虑。

直到1906年,有学者再次负责对当时的研究报告进行复查确认时,才明确了第四种血型的存在——AB型。至此,ABO血型系统的四种血型才全部被发现。

随着近年来免疫学的进展,我们逐渐认识到红细胞凝集实际上就是一种免疫现象,凝集原就是抗原,凝集素就是抗体,红细胞凝集的本质就是抗原-抗体反应,而血型就是红细胞上特异抗原的类型。兰德斯泰纳不仅描述了人类红细胞表面抗原的差异,而且建立了免疫反应中的一个重要原则——即抗原及其相应的抗体不能同时存在于一个正常个体中。

历史发展至此,其余的事似乎理应水到渠成了,毕竟人类已经为输血这一技术付出了太多的代价。可事实却是,ABO 血型的重要性及其在输血中的意义并没有如我们想象中的那般很快引起人们的重视。

直到1911年美国血清学家Ottenberg 建立了临床鉴定ABO 血型方法,并建议选择ABO血型相符的血液相输, 这样才能避免输血反应。但这期间仍有一些学者在著述中无视同血型输血的理论,继续误导医生们的实践。

虽然几乎所有的人都厌恶流血与死亡,近代人类历史上两次大规模的群体性厮杀还是出现了,一个个鲜活的生命在流淌了大量的鲜血之后,绝望地死掉了。

血,血,血!只有安全地给大量失血的伤员及时输入血液,才有可能挽救他们的生命。由于战伤而大量失血的事件不断发生,用输血的方法挽救伤员生命的需要显得十分迫切。就这样,在疯狂杀戮进行的同时,就在那些大人物威风八面运筹帷幄的同时,尚有无数无名的医生,为挽救伤员进行着积极的探索和艰苦的努力。

二战时宣传输血的海报

二战时宣传输血的海报

于是一系列的进步先后出现:德国医学家率先利用兰德斯泰纳的理论,将凝集反应应用于输血前的配血试验,只有红细胞和血清混合后不发生凝集的人之间才能进行输血。此一项举措便挽救了大量伤员,该方法得以在战火中迅速推广。1914年至1915年间,比利时人、阿根廷人、美国人分别独立地找到了用枸缘酸纳使血液不凝固的方法,使血液可以离体保存,将人与人之间直接输血变为间接输血,这就使血库的建立成为可能。

1933年,苏联的列宁格勒医院建立了世界上首个血库,1937年美国芝加哥的库克镇医院建立了美国的第一个血库,甚至连苦难深重的中国也在1944年于昆明建立了第一个血库——军医署血库,以满足抗日战争对输血的需求,我们且以当时落后的中国为例,看看输血技术是如何在弥漫着杀戮与死亡气息的战场拯救救伤员的宝贵性命的。

位于昆明的这座血库是在美国医药援华会的帮助下建立的,血库主任为易见龙。该血库在昆明运行一年余,共采得血液总量约300万毫升,输血技术在滇西战役中初次显示效力,是年秋,一名军医从厮杀最艰苦的腾冲前线报告,在战地急救中接受过血浆输注的伤兵,只有百分之一殉国,凡得血浆救治之兄弟无一不称颂血浆之伟大……由于政治方面的原因,今天的中国人大都对这段历史不甚了了,极有限的文献提及这座军医署血库时也有意含糊其辞地将其改称为昆明血库。

输血技术终于在几次战火的洗礼中日臻完善。当我们回望这段一波三折的历史,在无尽的唏嘘感慨当中,不禁对血型发现之前那段输血的历史倍感惊讶——我们居然在黑暗里摸索着爬行了那么久!可是当血型终于被发现时,人们却没能及时认识到它对输血技术发展的深远意义。所幸,兰德斯泰纳的贡献并没有被忽略太久,在战火中猛醒过来的人类世界,于1930年将诺贝尔医学奖授予ABO血型的主要发现者兰德斯泰纳。

血型的故事到此并未结束,1939年,两位医生发现一位O型血的妇女在输入了她丈夫的O型血之后,她的血清居然可凝集其丈夫的红细胞,这却是为何?后来这位妇女又产下一个死胎,胎儿死亡的原因是发生了严重的溶血性贫血,这两者又有什么关系?

1940年兰德斯泰纳与另外一位合作者又发现了人类的另一个血型系统——Rh血型系统,在前面的例子中,该妇女为Rh阴性血,其丈夫是Rh阳性血(大多数人为这种情况),在第一次输血时,在该妇女的体内就生成了会攻击Rh阳性血细胞的抗体,此后,她在一生中都会不断产生Rh抗体作为其血液的一部分,当她怀孕时,如果胎儿恰好拥有了遗传自父亲的Rh阳性血,那么母体就会对这个胎儿造成攻击,导致其死于溶血。这一发现进一步提高了输血技术的安全性,并为防止Rh血型不合导致胎儿溶血死亡提供了理论依据。

继上述ABO血型系统和Rh血型系统之外,其他科学家们不久后又陆续发现了MN、P、K、Fy、Jk、Le、Diego等更复杂的血型系统,(P和MN血型系统也是兰德斯泰纳与其他合作者共同发现的)只不过这些血型系统通常不做常规检查,以至于很多临床医生也不甚熟悉,通常一旦发生难以解释的溶血反应,就必须做相应的检查以逐个排除。二战后白细胞抗原(HLA)系统的发现,更是为器官移植供体的选择提供了强大的安全保障,这项进步后来获得了1980年的诺贝尔生理学或医学奖。

更多新的血型系统的秘密所以能够被充分揭示,全是拜兰德斯泰纳所开创的血清学检测方法之所赐,这一系列研究也为近代免疫学的发展提供了重大帮助,他所开拓的研究领域和他的学术思想, 远远超越血型的范畴,深刻地影响着免疫学的发展。

据说兰德斯泰纳是个不喜欢张扬的人。得知自己获得诺贝尔奖时,他正在实验室里工作,后来一直忙到很晚才回家,夫人早已睡了。兰德斯泰纳甚至没有叫醒她,跟她分享这一从天而降的喜讯。面对媒体的采访,他告知记者,不希望在获奖正式文告之外加上任何赞美之词,以免有自吹自擂之嫌。

1939年,他成为洛克菲勒研究所的名誉退休教授,但他退而不休,还像从前一样以极大的热情专注于科研工作,直至1943年7月24日他在实验室工作心脏病突发时,其手中还擎着吸量管,这一天成了他最后的一个工作日,住进洛克菲勒研究所医院后,他还因担心他的试验而挣扎着想出院……这一回,他的愿望没能实现,两天后,他在这所医院里去世。

后人尊称兰德斯泰纳为血型之父,他的身形先后被印上了邮票和钞票。是他打开了血型研究的大门,在整个20 世纪,他的同道们共检测出25 个血型系统,包括270 多个血型抗原;是他使临床输血技术的安全性大大提高,因这项技术而获重生的人每年都以百万计。

1997年版奥地利1000先令钞票上使用了他在维也纳大学实验室工作的形象

1997年版奥地利1000先令钞票上使用了他在维也纳大学实验室工作的形象

奥地利发行的兰德斯坦纳邮票

奥地利发行的兰德斯坦纳邮票

2005年5月24日,在第五十八届世界卫生大会上,192个世界卫生组织成员过通过决议,将每年的6月14日定为国际性纪念日“世界献血者日”。

这一天是兰德斯泰纳的生日。他的功勋,世人不会忘记。

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窗敲雨 <![CDATA[青草的气味是怎么来的?]]> http://songshuhui.net/?p=101472 2018-06-17T20:17:46Z 2018-06-23T06:16:08Z

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

说到清新的气味,不少人都会想到割草机刚刚修剪过的草坪。如果揉碎几片草叶,也会闻到这种“青草味”,这种气味是怎么产生的呢?

图片来自pixabay

图片来自pixabay

平时,植物的叶子也会产生少量挥发性物质,但当受到损伤的时候,挥发性物质的产生量会增加很多。损伤(比如说被割草机切割)会促使草叶中的酶催化分解脂肪,这个过程首先产生亚麻酸和亚油酸,接下来这些脂肪酸被其他酶进一步氧化和分解,产生一系列碳链更短的小分子(包括含6个碳原子的醛、醇和酯类),而这些小分子物质就是“青草气味”的来源。这些物质常被统称为“绿叶挥发物”(Green leaf volatiles)。

在这里面,对草坪气味贡献最大的一种分子是顺-3-己烯醛(如下图)。它的嗅觉阈值非常低,只有0.25 ppb(ppb=parts per billion,十亿分率),也就是说空气中真的只要稍微有一点点就能够闻到。这种化合物不太稳定, 很容易重排成反式-2-己烯醛(一般也被叫做叶醛)。

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(顺-3-己烯醛,青草味的代表化合物)

在损伤中产生的这些挥发性物质其实是植物对抗病原体和动物啃食的武器。它们可以发挥多种功能,例如在邻近的植物之间传递化学信号,吸引捕食者把吃植物的昆虫吃掉,或者产生一些抗菌作用等等。

不过显然,这种防御机制对割草机并没有什么用……

参考:

http://www.compoundchem.com/2014/04/25/what-causes-the-smell-of-fresh-cut-grass/

http://www.chm.bris.ac.uk/motm/hexenal/hexenalh.htm

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云无心 http://blog.sina.com.cn/yunwuxin47906 <![CDATA[这种鸡贼的产品,把食药局的工作人员都难住了]]> http://songshuhui.net/?p=101462 2018-06-17T20:17:41Z 2018-06-22T23:16:07Z 当你看到这样的产品标签,这样的牛奶会有什么样的印象?

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又要避光又要低温,保质期才28天,该是种很“新鲜”“优质”的牛奶吧?

一位食药局工作的朋友是这么说的:

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食药局的工作人员觉得这样的产品是忽悠消费者,但却无能为力。因为要有违法才能执法,而它并没有违法之处。它的忽悠,是通过“合法地诱导消费者脑补”来实现的。

这类产品执行的产品标准是GB25190,全名是《GB 25190-2010 食品安全国家标准 灭菌乳》。按这一国家标准生产的产品,称为“全脂灭菌乳”是合法规范的。但是,这个“灭菌乳”是指什么呢?标准中明确指出:

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也就是说,这个“灭菌乳”可以有两种类型:一种是“超高温灭菌乳”,即通常说的UHT奶;另一种是“灌装灭菌奶”。这样的产品经过了充分加热,可以在常温下长期保存,也就是大家通常说的“常温奶”。

与常温奶相对的,是“巴氏灭菌奶”,也就是大家通常说的“鲜奶”。巴氏奶执行另一个国家标准编号是GB 19645—2010,加工要求跟灭菌乳相差很大。鲜奶杀菌不完全,需要全程冷链,保质期也比较短。相对于常温奶,巴氏奶的风味要好一些,价格也要贵一些。

“灭菌奶”和“巴氏奶”的区别在于加工工艺。对于消费者来说,看到的只是终产品:常温奶常温保存,保质期长;巴氏奶低温保存,保质期短。

但是,食品的保存条件和保质期是厂家自己决定的。国标只是要求厂家“保证安全”——把不需要冷藏的食品标注“低温保存”,把可以长期保存的食品标注“短保质期”,完全不违反国家标准。

厂家这么做当然不是为了“更安全”,而是让消费者把这种产品“脑补”成巴氏奶,或者跟巴氏奶一样“新鲜”。因为厂家没有这么说,一切都是消费者“自己以为”的,所以也就不能说是虚假宣传。

这也就是食药局工作人员明知这是误导消费者,却无法可依,对它束手无策的原因。

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最后需要指出:透明袋包装是一种被淘汰的牛奶包装方式。厂家在包装上指出“严禁在日光下晾晒”“避光储存”,其实是明知透明袋包装不利于牛奶品质的保存,而通过这种“我承认它不好,告诉你如何减小损失”的方式来“把坏事变成好事”。消费者应该明白:奶制品行业发展到今天,淘汰了透明袋与玻璃瓶而采用纸盒装、塑料桶、不透明袋,都是直接高效地解决问题的技术进步。

把被淘汰的工艺导致的问题作为“卖点”,无疑是当今“网红经济”的特色之一。

本文来自云无心的微信个人公众号,系今日头条签约稿件,媒体转载需经作者授权

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窗敲雨 <![CDATA[想打架吗?这条小鱼“气”到两眼发黑]]> http://songshuhui.net/?p=101468 2018-06-17T20:17:34Z 2018-06-22T06:16:06Z

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

平时,孔雀鱼(Poecilia reticulata)的眼睛是漂亮的银色(虹膜部分),但有时候,它们的眼睛却会突然整个变黑。

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(图片来源:EDGAR SU / REUTERS)

据说,这种眼睛颜色的变化发生得十分迅速,一眨眼的工夫可能就会发现鱼儿的眼睛突然变色。这种眼睛变色背后具体的机制目前尚不清楚,或许孔雀鱼们是通过神经在控制色素细胞的大小。

过去科学家们就观察到,发黑的眼睛似乎是孔雀鱼“生气”的表现——眼睛变黑的个体总是更富于攻击性。而最近的一项研究对此进行了验证。

眼睛变黑在这些小鱼之间究竟传递了什么样的信息?为了验证这一点,研究者们特意制作了可以调整眼睛颜色、个头的机器假鱼来做实验(他们最初的想法是直接做一个“美瞳”给活鱼戴,但是这个计划以失败告终……)。

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(粘隐形眼镜上去还是太困难了吧……图片来源:Robert Heathcote)

实验结果显示,眼睛变黑确实起到了威慑其他鱼的作用,但如果贸然使用也会付出代价。当实验用机器鱼的个头比其他鱼大的时候,眼睛变黑能减少其他鱼从它那里争夺食物的情况。但如果眼睛变黑的鱼比身边的鱼个头小,看起来战斗力不行,那么其他鱼反而会更多地上前找茬,尝试抢夺它的食物。比起“生气”,变黑的眼睛或许更像“有本事就来打架”的挑战状。

这是最近读到的一个冷知识,遗憾的是原论文并没有提供孔雀鱼眼睛变色过程的视频,还挺想看看到底有多快的。

确认过眼色,是想打架的鱼……

原研究:https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)30550-5

相关报道:https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/06/guppy-eyes-they-feel-the-anger-between-you-and-i/561899/

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方弦 http://fwjmath.wordpress.com/ <![CDATA[把空水杯放耳朵上,会有一种大海的声音,这是为什么?]]> http://songshuhui.net/?p=101347 2018-06-17T20:17:29Z 2018-06-21T23:16:03Z 我小时候第一次到海边,第一次比拳头还大的螺壳,就做了每个人都做过的事情:把螺壳拿到耳边听一听。我听到了一些声音,仿佛来自很远的地方,而有些人似乎把它叫做大海的声音。当然,要听这种声音,不一定要螺壳,拿个空的水杯也行,甚至就用手罩住耳朵也可以。但是似乎在海边听到的,更加清晰,更像大海。

这种声音是怎么出现的呢?似乎没有东西发出任何声音,那我们听到的是什么?

图片来自pixabay

图片来自pixabay

我们可以做几个小实验观察一下。

首先,我们注意到,无论是螺壳还是水杯,都没有办法完全罩住耳朵,耳朵和容器之间总有缝隙,其中的空间总与外界相连。如果想办法将这些缝隙堵死,你会发现声音好像消失了,或者至少是变小了很多。这就说明,这个声音跟外界有关系,很有可能就是来自外界。

然后,为了验证这一点,我们可以做一个小小的对比试验:在房间里开一下风扇或者空调,调到噪音比较大的模式,然后听一下水杯;再把风扇或者空调关掉,再听一下水杯;最后躲进被窝再听一下。你会发现,似乎外部噪音比较大的时候,水杯中听到的声音也比较大;如果没什么噪音的话,听到的声音也比较小。因为其他条件都是一样的,所以这说明,水杯中的声音应该来自外部的噪音,但跟水杯和耳朵缝隙之间的空气流动没什么关系。

最后,我们听声音的时候,会发现听到的声音似乎跟容器的形状有关。可以用不同的水杯或者容器来对比,而更方便的方法就是用手虚握拳罩在耳边,然后用另一只手将虚握的拳头另一端的开口覆盖又打开,你会发现声音,尤其是音调明显发生了变化。

如果要考虑音调的变化的话,我们已知最熟悉的例子就是各种吹奏乐器。吹奏乐器之所以能发出声音,是因为其中的空气形成了共振腔,会将簧片或者吹嘴的声音修饰为能引起内部空气和乐器本身共振的声音。如果参照这个原理的话,水杯的声音也就很好解释了:水杯和耳朵之间形成了一个共振腔,其中的空气通过共振可以集中某些频率的声音,而外部的噪音就是“吹奏”这个共振腔的“演奏者”。这就可以解释之前我们观察到的现象了:如果将缝隙堵上,外部噪音的空气振动无法传到内部,当然也不会听到声音;如果外部就没有什么噪音的话,没有人“吹奏”,自然也没有声音;我们能听到的声音,取决于能使共振腔中的空气产生共振的频率,所以改变共振腔的形状,声音也会随之改变。

图片来自pixabay

图片来自pixabay

可以说,“大海的声音”,实际上就是外部窸窸窣窣的细微声音的振动,通过缝隙传到耳朵和螺壳之间的共振腔中,被空气的共振所集中,然后被我们听到而已。之所以我们会留意这种声音,是因为共振腔只会集中某些频率的声音,所以我们听到的声音有特定的音高和音色,就像乐器一样,而跟外面杂乱的噪音不一样。而之所以在海边听到的“大海的声音”更加清晰令人印象深刻,是因为海边不停有高低起伏的海浪声,也给我们听到的“大海的声音”赋予了一种特别的节奏。

也许令人意想不到的是,类似的想法也可以用来形象地解释量子力学中的一种神秘现象:卡西米尔效应。人们发现,如果在真空中将两块不带电的金属板平行放置,当它们贴得很近的时候,两者之间会产生一种神秘的力量,尝试将它们拖到一起。跟“大海的声音”一样,人们一开始不知道这个力的来源,因为似乎没有任何施力物体。但后来人们发现,通过量子力学可以解释这个现象。

在量子场论的眼光中,真空并不空,而是充满了无法探测的电磁振动。这些振动有着不同的“声调”,而能够传到两块金属板之间的,就只有一部分“声调”的电磁振动。这种选择性就是卡西米尔效应的来源。当然,这里的解释非常粗浅,只是一种直觉上的解释,要完全正确的解释卡西米尔效应,还是要去认真学习相应的物理理论和公式。

图片来自Wikipedia

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