科学松鼠会 剥开科学的坚果,让科学流行起来 2018-02-23T06:01:44Z http://songshuhui.net/feed/atom WordPress http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg 云无心 http://blog.sina.com.cn/yunwuxin47906 <![CDATA[用甜味剂代替各种糖类有什么好处?]]> http://songshuhui.net/?p=100257 2018-02-18T11:02:10Z 2018-02-23T06:01:44Z 对甜味的偏好是人类的天性。在远古时代,甜味来源于成熟的果实或者蜂蜜,其中的糖可以迅速转化为能量补充体力。

图片来自pixabay

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到了近现代,农业的发达和制糖技术的进步,使得糖极为廉价易得。食用过多糖所带来的健康问题越来越多,最早受到关注的是肥胖以及糖尿病。甜味剂的出现似乎给了人们惊喜——既能带来甜味又没有糖的热量,应该有助于减肥。它不参与糖的代谢,因而不会影响血糖和胰岛素,使得糖尿病人也可以享受甜味。比如美国的老罗斯福总统有糖尿病而又喜爱甜食,糖精的出现就让他极为欣喜。

“甜味剂”并不是一种物质,而是任何能够产生甜味而且被批准用于食品的物质的统称。从最早的糖精开始,目前已经有很多种人工合成和天然提取的甜味剂。它们之间除了“有甜味没热量”这个共性之外,其他方面的性质相差巨大。

近年来,不少科研论文发现,应用最广泛的这几种合成甜味剂,并不像以前认为的那样好。比如说,它们虽然不含热量,但是也不会产生糖带来的满足感,也就可能导致人们吃下更多其他的食物。更重要的是,它们似乎会影响肠道菌的状况,从而导致以前不知道的问题。

甚至许多营养界人士认为,甜味剂对健康的危害比糖还要大。

不过这种说法并不合理。基于目前许多人食用的糖的量,糖或许是饮食中最大的风险因素。不仅仅是肥胖,糖尿病、高血脂、癌症、痛风、龋齿等等,都跟食糖过多有直接或者间接的联系。“少糖”,也成为了健康饮食的“三少”之一(另外两条是“少油”“少盐”)。

从现在的科学证据来看,糖对于健康的影响是直接而明确的。而甜味剂,有一些研究显示特定种类的甜味剂并不像当初认为的那么好,也可能存在着一些影响健康的“可能性”。但是需要注意两点:

第一、每种甜味剂是不一样的,即便是这种甜味剂具有某种“危害”,也不意味着别的甜味剂就如此;

第二、相对于糖直接明确的危害,那些“甜味剂的危害”还只是初步证据,更多地是一种“潜在可能”。它们毕竟经过了现行的安全评估,即便有“没发现”的问题,也未必有糖的危害那么大。

当然,糖和甜味剂的纠结源于人们需要甜味。如果能够接受不甜的食物,那么也就不需要在二者之间纠结了。

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游识猷 <![CDATA[世上最丑的动物,拥有不会老的超能力]]> http://songshuhui.net/?p=100207 2018-02-18T11:01:59Z 2018-02-22T23:01:40Z

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托马斯·帕克(Thomas Park)觉得自己撑不下去了。

帕克是伊利诺大学芝加哥分校的神经学家,正研究裸鼹鼠在缺氧环境里的反应。这种动物跟仓鼠差不多大,但比仓鼠丑很多。设定的实验条件是5%氧气,在这么低浓度的氧气里,人类大概40秒内就会昏迷,然后逐渐死去。

科学家们把裸鼹鼠们放进去,打算一出现异状就停止实验。

五分钟过去了,十五分钟过去了(跟裸鼹鼠体型差不多的小鼠死了),一小时过去了,五小时过去了……科学家们又累又饿,只想回家。

可“缺氧”的裸鼹鼠们依然清醒,四处爬动,甚至还叽叽喳喳地聊天交流。

“它们甚至都没睡觉,比研究者更有精力。”帕克承认。

为了回家吃饭科学家们直接上了0%氧气环境。

这次有了反应,裸鼹鼠们在30秒左右昏了过去,心跳2分钟内就从每分钟200次降到了每分钟50次。

同时放进去的小鼠心跳则一直降,一直降。

完全缺氧6分钟,小鼠的心跳已检测不到。裸鼹鼠的心跳还稳定在每分钟50次。

缺氧10分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%复苏。

缺氧18分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%复苏。

缺氧30分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%……挂了。

也就是说,裸鼹鼠至少能在完全无氧环境里撑18分钟,而且复苏后一切正常——至少外表上没有明显问题。

 


 

耐缺氧只是裸鼹鼠的绝活之一。除了变漂亮,这种动物简直什么都能做到。

绿豆眼长龅牙、皱皮大肚、四肢细短、全身无毛……对于裸鼹鼠来说,可能只有它亲妈和James Blunt认为“You're Beautiful”。图片来源:ferrebeekeeper.wordpress.com

绿豆眼长龅牙、皱皮大肚、四肢细短、全身无毛……对于裸鼹鼠来说,可能只有它亲妈和James Blunt认为“You're Beautiful”。图片来源:ferrebeekeeper.wordpress.com

裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)是种神奇的动物。它们在东非地下挖掘出纵横交错的隧道与洞穴。为了适应东非的干旱气候,当地许多植物会长出大型块茎。然而地底挖掘耗费的能量巨大,大概是行走所耗费能量的3500倍,裸鼹鼠如果单兵作战,很可能在中“块茎大奖”之前就饿死。因此,裸鼹鼠演化出了一套策略——分头寻找,共享食物。100只一起找,总有瞎鼠碰上大块茎的时候。裸鼹鼠平均体重也才35克,每挖到一个几千克甚至几十千克的块茎,整窝就可以吃上数月到一年。

为了节省能量,裸鼹鼠干脆放弃了保持体温。哺乳动物几乎都是恒温的,但裸鼹鼠这个奇葩例外。它们在寒冷时就到近地表的温暖洞穴里挤成一堆,过热时就退缩到深处的寒冷洞穴中降温。

至于生育这件很麻烦很费能的事,索性集中处理,一窝裸鼹鼠可能有几十只到几百只,但其中只有一只“女王”和一到三只“王夫”负责生育,大部分裸鼹鼠不恋爱不生仔,每天只兢兢业业地挖土觅食、打扫洞穴、保卫女王、照顾幼鼠——是不是感觉很像蜜蜂白蚁?的确。分工繁殖、世代重叠、合作照顾幼年后代,这样的真社会性动物里绝大部分都是昆虫,只有两种哺乳类,裸鼹鼠正是其中一种。

裸鼹鼠地下生活示意图,巢穴大的可以延伸到三千米,里面的洞穴各有特定用途,比如专门的厕所洞,专门的育幼洞等等。图片来源:virgoletteblog.it

裸鼹鼠地下生活示意图,巢穴大的可以延伸到三千米,里面的洞穴各有特定用途,比如专门的厕所洞,专门的育幼洞等等。图片来源:virgoletteblog.it

裸鼹鼠的超能力之一,就是耐缺氧环境。地下通风差,氧气含量常会降到9%以下。结果裸鼹鼠不但演化出了超级能抓氧气分子的血红蛋白,甚至还演化出了在无氧情况下利用果糖来供应能量的能力。

别小看这点。绝大多数动物根本就做不到,既不能转运果糖进细胞,也不能无氧代谢果糖,在缺氧时只能勉强将葡萄糖酵解,而酵解反应也很快会因为乳酸等产物堆积而终止。对脑细胞这些耗能高、存储葡萄糖少的的细胞来说,能量断供是灭顶之灾。脑细胞无法维持正常的电化学状态,导致迅速代谢紊乱,进而立刻死亡。

帕克发现,尽管在有氧情况下,裸鼹鼠和其他动物一样规规矩矩地用葡萄糖供能,但在缺氧达十分钟以后,裸鼹鼠就能把自己从“葡萄糖档”调到“果糖档”。裸鼹鼠的心、脑、肝、肾这些重要器官的细胞统统都可以转运并利用果糖,即使遇到缺氧,这些器官在来自果糖的能量支持下也可以多撑一段时间。如果人类有这种天赋,就不会有那么多因为中风而瘫痪或死亡的悲剧了。

 


 

裸鼹鼠的超能力之二,是不得癌症。迄今没有发现任何一只野生裸鼹鼠患癌。

不得癌的原因可能不止一条。首先,裸鼹鼠的基因组里有许多抑癌基因比如ARF基因,而缺少那些跟癌症发生相关的基因。裸鼹鼠的基因组里负责修复DNA的基因拷贝数高,核糖体能制造出基本零差错的蛋白质,还有着大量帮助其他蛋白质正确折叠的分子伴侣(molecular chaperone)蛋白。于是裸鼹鼠的基因组和细胞状态都极其稳定。

其次,裸鼹鼠细胞里有一种透明质酸聚合物,这种分子会触发一个特别强大的机制,“早期接触性抑制”,细胞一旦“感觉太挤了”就会停止分裂。哪怕有细胞癌变,分裂几轮后也会造成细胞挨挤触发这种机制,癌细胞也就无法疯狂增殖了。

另外,裸鼹鼠代谢率低,又长期处在低氧环境中,氧化损伤少。这也降低了裸鼹鼠罹患癌症的几率。

凭着不得癌症这项超能力,裸鼹鼠2013年被《科学》杂志评为“年度脊椎动物”。图片来源:pacscilife.blogspot.com

凭着不得癌症这项超能力,裸鼹鼠2013年被《科学》杂志评为“年度脊椎动物”。图片来源:pacscilife.blogspot.com

在野外,只要不饿死,不患上传染病,不被天敌蛇吃掉,裸鼹鼠轻轻松松就能活上30年。一般来说,动物体型越大,心跳越慢,活得也越长久。根据裸鼹鼠的身型,它的寿命按理该在6年左右。然而裸鼹鼠的寿命足足长出5倍。

而新研究显示,裸鼹鼠不止活得长,似乎还不会老。

 


 

无视时间的裸鼹鼠。图片来源:inverse.com

无视时间的裸鼹鼠。图片来源:inverse.com

裸鼹鼠的超能力之三,不会老。

衰老会导致生理机能减退,更常发生疾病与意外,从而也更容易死亡。衰老的特征之一就是死亡风险上升。青少年的死亡风险远低于老人,这是理所当然的事情。英国数学家本杰明·冈珀茨(Benjamin Gompertz)就发现,在一定岁数后,死亡率会随着年龄增长呈指数型上升。譬如人类就是30岁后每8年死亡风险翻一番。

几乎所有哺乳动物都遵循这条冈珀茨-麦克哈姆法则(Gompertz-Makeham law)。除了裸鼹鼠。

一般来说,100只动物就足以观察到符合冈珀茨法则的死亡曲线。然而研究者罗谢尔·巴芬斯滕(Rochelle Buffenstein)记录了3329只裸鼹鼠30多年来的数据,却发现裸鼹鼠的死亡风险不随年龄增长而上升(甚至还略有下降)。在它们6个月大性成熟后,只要不被实验折腾死,裸鼹鼠的工鼠的死亡风险就基本稳定在每天万分之一,女王的死亡风险甚至更低,在每天十万分之一左右。不管这只裸鼹鼠是1岁大还是15岁大,死亡率都稳定在这个数字附近。如果同样的事情发生在人类身上,就意味着人类哪怕活到几百岁,死亡率也不会明显上升。

即使年纪渐长,裸鼹鼠依然健康活跃,实验室里年龄最大的裸鼹鼠已经活了35岁,而裸鼹鼠女王到30岁仍可生育后代。

四种动物,马、人、小鼠、裸鼹鼠在性成熟(红线Tsex)后的死亡率随年纪变化曲线。图片来源:参考资料1

四种动物,马、人、小鼠、裸鼹鼠在性成熟(红线Tsex)后的死亡率随年纪变化曲线。图片来源:参考资料1

为什么裸鼹鼠不会老呢?还不清楚。我们只知道,这种动物不生癌症不怕痛,社会结构像昆虫,冷血变温像爬行类,利用果糖像植物,逃避衰老像伏地魔……即使地球生态崩坏,裸鼹鼠大概也能跟蟑螂携手坚强活下去。倘若有朝一日人类转了它们的基因,癌症、中风、慢性疼痛、老龄化社会这些问题,没准就解决大半了。

参考资料

  1. Ruby, J. G., Smith, M., & Buffenstein, R. (2018). Naked mole-rat mortality rates defy Gompertzian laws by not increasing with age. eLife, 7.
  2. Park, T. J., Reznick, J., Peterson, B. L., Blass, G., Omerbašić, D., Bennett, N. C., ... & Applegate, D. T. (2017). Fructose-driven glycolysis supports anoxia resistance in the naked mole-rat. Science, 356(6335), 307-311.
  3. Gorbunova, V., Seluanov, A., Zhang, Z., Gladyshev, V. N., & Vijg, J. (2014). Comparative genetics of longevity and cancer: insights from long-lived rodents. Nature Reviews Genetics, 15(8), 531.
  4. Tian, X., Azpurua, J., Hine, C., Vaidya, A., Myakishev-Rempel, M., Ablaeva, J., ... & Seluanov, A. (2013). High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature, 499(7458), 346.
  5. Azpurua, J., Ke, Z., Chen, I. X., Zhang, Q., Ermolenko, D. N., Zhang, Z. D., ... & Seluanov, A. (2013). Naked mole-rat has increased translational fidelity compared with the mouse, as well as a unique 28S ribosomal RNA cleavage. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(43), 17350-17355.
  6. Researchers Find Yet Another Reason Why Naked Mole-Rats Are Just Weird. (2017). NPR.org. https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2017/04/20/524511231/researchers-find-yet-another-reason-why-naked-mole-rats-are-just-weird
  7. Naish, D., & Naish, D. (2016). African Mole Rats: So Much More Than Just the Naked Mole Rat. Scientific American Blog Network. https://blogs.scientificamerican.com/tetrapod-zoology/african-mole-rats-so-much-more-than-just-the-naked-mole-rat/
  8. Oxygen and Human Requirements. (2018). Geography.hunter.cuny.edu. http://www.geography.hunter.cuny.edu/tbw/wc.notes/1.atmosphere/oxygen_and_human_requirements.htm
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红色皇后 <![CDATA[『怪奇物种』无花果与小蜂的相爱相杀]]> http://songshuhui.net/?p=100238 2018-02-18T11:01:28Z 2018-02-22T06:01:06Z

本文来自红色皇后的个人微信公众号“濑尿虾的松鼠窝”

说起榕属(Ficus)植物,北方人想起的可能是枝条纤瘦,叶子奇形怪状的无花果树,南方人想起的,可能是浓阴匝地,气根飘拂的庞然巨榕。不论大小,它们的“果实”都具有高度一致的独特形状。榕属植物的花序叫做隐头花序(Hypanthodium),长成圆滚滚的“坛子”形状,把花包裹在里面。我们看不到花,因此有了“无花果”这个名字。榕属真正的果实是非常小的,属于瘦果类,藏在肥大的隐头花序里面。

榕属的隐头花序。图片来源:cn.freeimages.com

榕属的隐头花序。图片来源:cn.freeimages.com

最有名的榕属水果就是无花果。一些榕树的隐头花序也可以吃。在香港读书的时候,有一回我看到很多小鸟在吃榕树“果实”(确切地说,应该是隐头花序),可能是细叶榕(Ficus microcarpa),然后我也试吃了一下。其实不好吃,很小,里面很多枯萎的花,口感像吃草一样。大果榕(Ficus auriculata)的果实据说可以长到直径十厘米,别名大石榴、蜜枇杷、波罗果,啊,听起来就很好吃。

值得跟吃货一提的,还有薜荔(Ficus pumila),它的隐头花序不好吃,但瘦果含有丰富的果胶,可以做成类似果冻的点心。台湾甜品里的爱玉冰,就是用薜荔的一个变种(Ficus pumila var. awkeotsang)做的。

薜荔的隐头花序和内部的瘦果。图片来源:台湾醒报,拍摄者:郑宇晴

薜荔的隐头花序和内部的瘦果。图片来源:台湾醒报,拍摄者:郑宇晴

在小蜂总科(Chalcidoid)里,有几个科,比如榕小蜂科(Agaonidae),因为和与榕属植物特殊的关系,被称为榕小蜂。榕属植物高度依赖榕小蜂传粉。植物与授粉昆虫的关系,表面上亲密无间,实际上暗藏竞争,榕树(还有无花果、薜荔)与榕小蜂在这方面,更是达到了一个极端的程度。

榕属的隐头花序可以分为两种性别,一种包含能产生种子的雌花,一种包含雄花和不育的雌花,称为瘿花。瘿花也有子房,不是为了结果,而是为榕小蜂幼虫提供发育的环境。榕小蜂的幼虫以子房里的营养物质为食,在瘿花里生长成熟,雌蜂和雄蜂一般在果实内就完成交配(直系亲属交配在膜翅目里很普遍,人类这样就是四宅鹅心,请文明玩梗),这时雄花也成熟了,花粉洒在雌蜂身上。

学名为Ceratosolen capensis的小蜂从瘿花里爬出。图片来源:figweb

学名为Ceratosolen capensis的小蜂从瘿花里爬出。图片来源:figweb

有翅膀的雌蜂爬出它的家,飞到外面寻找其他的隐头花序,从顶端的小窗口钻入。如果她钻进了一个有瘿花的花序,就在瘿花上产卵,榕小蜂的世代也就可以延续下去。如果钻进了只有结果雌花的花序,无处产卵,她就只能困死在里面。无花果的窗口被一层层的组织挡住,很难再一次爬出,有的小蜂在爬进这个窗口时,连翅膀都被硬生生挤掉了。就是牺牲性命的榕小蜂,让无花果的后代得以延续。她身上的花粉落在雌花上,雌花因此结果。然后隐头花序膨大,吸引动物来取食,传播种子。

顺便提一句,现在商业化种植的无花果,有很多是单性结实的,不需要授粉,隐头花序也会膨大,所以你吃的无花果,不一定有榕小蜂的贡献。

还有一些不授粉的榕小蜂,直接从外面钻透隐头花序的“墙壁”,在里面产卵。孵化出来后,或者吃瘿花的子房,或者吃其他榕小蜂的幼虫。

非授粉的榕小蜂Apocrypta guineensis,用产卵器刺穿“墙壁”产卵。图片来源:维基百科,拍摄者:JMK

非授粉的榕小蜂Apocrypta guineensis,用产卵器刺穿“墙壁”产卵。图片来源:维基百科,拍摄者:JMK

榕小蜂的生存,依赖榕树雌花的牺牲,榕树的繁殖,又必然建立在雌性榕小蜂的生命之上。两者都必须依靠对方才能活,但两者的活都意味着对方的死。这种关系已经很难说是友谊或者合作,也许可以说是病娇和病娇的搭配?

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Ent http://entwash.blogbus.com/ <![CDATA[演化有方向性吗?]]> http://songshuhui.net/?p=100202 2018-02-18T11:01:18Z 2018-02-21T23:01:02Z

本文来自果壳网,地址在这里,未经书面许可不得进行商业转载

答案几乎肯定会让你失望:既不是“有”,也不是“没有”。

当然,我们很容易说演化没有某些具体的方向,比如没有“进步”和“倒退”——因为进和退根本就没有良好定义,总不能说通向人类就是进步、远离人类就是倒退;也没有明显的“变大”和“变小”——大象远小于恐龙,可蓝鲸就是地球历史上最大的生物。

但不限定具体方向的话,谈论这个问题就很难了。因为演化作为一个历史事件实在太漫长,在不同的时间尺度上,会表现出不同的行为。

譬如说,你每天的移动有方向吗?假设只看工作日早晨八点钟,那么你可能正在高速前往公司,方向正西;但晚上六点钟,则可能反过来高速前往家里。一天平均下来,虽然发生了移动,但并没有方向。

现在说的不是你一个人,而是这个星球38亿年来每一个曾经生活过的生命;讨论的也不是一目了然的物理移动,而是从发育构架到内脏到外貌的全方位指标。可以想象这个问题有多难。

虽然难,但也可以拆分成几个不那么难的问题来说。这里,我会按照时间来划分。

1微秒:没有,因为没动

在1微秒的时间尺度上,演化当然没方向,因为这么短的时间里它基本上就是静止的。

再长一些呢?

1分钟:没有,因为突变随机

这时候演化就不是静止了,但依然没有方向,因为突变是“随机”的,意外也是随机的。

这里的随机不是平时说的数学随机概念,而是说,“遗传物质发生了什么变化,和这个变化身处什么环境里、能产生什么效果,二者没有联系。”

在19世纪初,几乎所有人都认为遗传作用的方式就是“用进废退”:哪个器官用的多,它在后代里也就长得好。虽然今天我们会把它称之为拉马克主义,但拉马克没有发明用进废退的想法,只是他先用这个想法来解释演化而已。而今天的科学已经否认了这个观点:无论是外界环境还是生物体的使用,都不能指定遗传物质要怎么变。在这个时间尺度上,自然选择没有发挥作用, 所以演化还是没有方向的。(对,哪怕是表观遗传学也没有推翻这个观点,但这件事情又很复杂,此处暂时没法讨论……)

除了突变之外,还有各种各样意外的环境事故可以死人,从而改变一个物种的遗传构成。但在短时间尺度上,这些事故也是随机的。

要是再长一些呢?

1000年:有,取决于环境

等到自然选择能发挥作用的时候,情况就发生了变化。和随机的突变不同,自然选择是有方向的。

但是这个方向并不是更高更快更强,而是朝着“更适应环境”的方向走。它和我们平常理解的方向概念就有微妙的差异。

自然界和人类社会一样,做任何事情都需要成本——只不过这个成本不是钱,而是能量、营养物质和时间之类。如果变高的收益抵不过成本,那生物就会变矮。如果变聪明消耗的能量太多,那生物就会变笨。哪怕同一个环境下,不同生物也会有不同的收支状况,并产生不同的改变。但至少,理论上我们只要知道一个环境的面貌,知道一个生物此刻的状态,就能大致预测它短期内会往哪个方向变化;而现实中,这种预测也有很多成功的案例。演化生物学能够做出预测并接受事实检验,所以它确实是科学。

需要说的是1000年这个时间是很约略的说法,因为不同生物的一代时间相差很大,细菌理想情况只要20分钟,而人类需要20年。(所以细菌抗药性是个很严重的问题,细菌演化比我们快得多——人还没过完半辈子,细菌已经可以从十分敏感演化到刀枪不入了。)曾经有一个广为流传的旧观点说演化速度很慢,万年才能看到;这个观点并不对。演化的速度取决于一代有多长、环境压力有多大。假如你给细菌99.9%的选择压,那一天就能看到明显演化;给麻雀5%的选择压,四五年能看到可测量的演化;而如果给人类0.0001%的选择压,那当然就几百年也看不出大差别了。毕竟,我们和最初的农业定居人类距离不过五百代,这对细菌而言只是一个星期的事儿。

另外值得一提的是,单凭环境不足以决定生物的面貌,必须考虑现有生命的历史和现状,稍长期一点的话还得考虑偶然性。很多人都注意到了“趋同演化”现象——比如澳洲的有袋类和其他大陆哺乳类各自演化出了一批相似的物种,所以有人用这个论证演化是有方向性的,数学家西蒙·康威·莫里斯就据此认为地球上必然诞生智慧生命。但现实中,没有被占的坑恐怕比被占的坑更多。新大陆的猴子有抓握尾,旧大陆却没有;澳洲有袋狼袋獾,可是没有袋蝙蝠、袋长颈鹿、袋大象和袋灵长类。趋同演化是个十分有趣的现象,但远远谈不上普遍规律,自然也无力规定整个演化的方向性。

演化的另一个例子,图片来自pixabay

演化的另一个例子,图片来自pixabay

(也因此, “演化的方向就是适应”这样的说法并不合适, 脱离具体环境和物种谈适应是没意义的。)

但再长一些呢?

100万年:好像没有,因为环境会变

环境是自然选择的标杆,环境变了演化方向也得变。1代的尺度上我们通常还不用考虑环境改变(人类除外,人类改变环境的能力太奇葩),100万年就不行了。

而在这个尺度上,环境的变化十分麻烦。

一方面,环境变化有一定周期性。冰川期就是一个典型例子:过去100万年里,地球正处在大概10万年遭遇一次冰期的循环状态中,上一次在1万多年前结束, 下一次可能会在约5万年后到来。

决定这个循环的主要因素似乎是地球轨道。地球绕太阳运行虽说一年一圈,但其实每圈并非一成不变,轨道偏心率、轨道倾角、地轴倾角等等会发生微小的变化,而这个变化也是有周期的,通常在几万年左右。所以,1万年前也许生物在变得适应温暖环境,但5万年后又要开始适应寒冷环境,几个周期下来,就谈不上有什么方向了。

另一方面,百万年时间尺度,也是地球级灾难开始登场的尺度。比如,3200立方千米岩浆级别的超级火山差不多就100万年一次。这种灾难给环境带来影响太偶然了,实在难以预测。

无论是周期性也好,还是偶然性也好,都谈不上有什么方向。虽然自然选择还在发挥作用,但它的目标不停地变,导致生物演化也失去了明显的方向。

图片来自pixabay

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如果再长一些呢?

10亿年:不知道

这可能是宏演化领域最坑人的一个问题了。

如果回顾一下过去10亿年地球的生命历史,几乎所有人都会产生这样的印象:生命在从简单变复杂。毕竟10亿年前只有极为简单的多细胞动物,而5亿年就有了寒武纪大爆发,4亿年动物登陆,2亿年恐龙诞生,5000万年哺乳动物称霸,20万年有了智人。这么显而易见的趋势,难道不是方向性?

不是。因为从古至今,地球上压倒性多数的生物始终是各色各样的细菌啊。

好吧,就算只有一小撮在变得更复杂,但我们至少可以说生命的复杂性上限在增加,这至少也可以算方向性吧?

不一定。因为没有方向没有偏好的随机事件,也可以产生“看起来”的方向性。

古尔德举过一个著名的例子。夜晚的大街上走着一个醉鬼,街的左边是一堵墙,右边是一道水沟。醉鬼烂醉如泥,他的走路方向完全是随机的,没有任何趋势。第二天人们会在哪里找到他? 水沟里。他会掉进水沟,并不是因为他有喜欢水沟的趋势,而是因为墙挡住了他的路,不能再往左边走了。如果没有水沟,那么这个夜晚越是漫长,醉鬼和墙的平均距离就越远;而不管水沟离墙有多远,只要让醉鬼一直这么走下去,他最后掉进水沟的概率一定是1。

而如果去掉水沟,任凭一大群醉鬼随便漫游,我们会发现他们的轨迹铺满了一大片区域——有的醉鬼离墙近,有的离墙远。一开始所有醉鬼离墙都很近,最后有些醉鬼走到了很远的地方。夜晚越是漫长,走得最远的那批醉鬼,和墙的距离就越远。而我们人类,暂时就是走得最远的醉鬼之一。

当然也可能是醉鬼其实稍微有一点讨厌墙,每往左边走一百步就往右边走一百零一步,这是肉眼无法分辨的,需要统计学——但我们的数据不够。因此,我们只能说“不知道”。

还要再长一些呢?

100亿年:有,我们要么飞向群星,要么都死了

这一条反而是最简单的,因为太阳作为主序星的寿命只剩下50亿年。那之后,太阳会先变成红巨星,亮度急剧增加,吃掉水星和金星,然后要么把地球烤熟、要么直接吞掉烧化。然后,太阳会变成白矮星,地球(如果还存在)陷入冰冷长夜。应该没有什么生命能扛过这一劫,除非它掌握了先进技术文明。

再长的话……那就不是生物演化的问题了。

图片来自NASA

图片来自NASA

 


 

历史上Evolution一词在文化界长期和进步的概念联系在一起,导致它在中国被翻译成了“进化”。但达尔文曾经在笔记上写过“千万别说什么最高级、最低级”,今天的生物学家也已经基本达成共识:生命历史没有那么显而易见的方向性,无法用进退来概括。在这个意义上,“演化”是比“进化”更好的用词。

但是,没有简单进退,并不等于没有任何方向。它的方向问题是一个庞然大坑,无法给出“是”或者“不是”这样简单漂亮的回答。很遗憾的是,在生物界,几乎所有的大问题都是这个面貌。毕竟,和永恒不易的物理定律不同,生命是历史的产物,而历史必定是复杂的——有了人的参与之后,就更加如此了。

(编辑:moogee)

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云无心 http://blog.sina.com.cn/yunwuxin47906 <![CDATA[热传小视频中农民在向甘蔗喷洒“药水”,这是啥操作?]]> http://songshuhui.net/?p=100161 2018-02-18T11:00:27Z 2018-02-21T06:00:03Z

本文来自云无心的个人微信公众号,系腾讯较真平台稿件,未经授权禁止转载

最近网上流传着一段视频,两个人对着堆放的甘蔗喷洒药水,旁白声音问“会不会有毒”,农民笑称“不管它”,而后旁白声音还提到“气味太呛人”。视频虽短,但农民的反应很让人担心。

他们在给甘蔗喷什么药水?会有害吗?

图片来自网络

图片来自网络

为什么要给甘蔗喷药?

甘蔗收割之后并不会停止生命活动,会继续进行呼吸作用消耗有机物,水分不断蒸发,糖分转化,从而导致风味和口感持续下降。更重要的是,它们很容易感染病菌,比如节菱孢霉菌,会产生3-硝基丙酸,是一种很强的神经毒素。而甘蔗是在秋天收获,往往需要储存很长时间才能销售完。在这个过程中,保鲜、防霉就至关重要。

保鲜剂是保鲜防霉的有效措施之一。简而言之,也就是用抗菌剂等“化学药水”去处理甘蔗。尤其是处理刀切面,会大大降低甘蔗变质以及长霉的几率。视频中的农民,应该就是在喷洒某种保鲜剂。

麻烦的事情在于,国家标准并没有对甘蔗保鲜剂做出规范或者推荐。很多广谱杀菌的农药都可能对甘蔗的保鲜防霉“有用”,所以农民也可能采用。而这些农药能否用于甘蔗处理、残留量能否符合安全要求,农民自己未必知道。

甘蔗好吃,要小心

甘蔗是一种高糖农产品。人们能感知到“有点甜”的糖浓度一般在2%,觉得“够甜”的糖浓度是在10%左右,而甘蔗的糖含量能到15%。甘甜而多汁,是甘蔗在人们心中的形象。

但要注意的是,甘蔗很容易发霉变质。中国预防科学院营养与食品研究曾经发布过一项调查,经过三个月的储藏,三分之一的甘蔗样品出现了节菱孢霉感染。而节菱孢霉只是甘蔗可能感染的霉菌中的一种。从安全优先的角度出发,如果甘蔗出现了霉点,果断扔掉好了。

还有一些甘蔗没有发霉,但是中间颜色发红。虽然发红不见得有3-硝基丙酸毒素,但它代表着甘蔗已经被感染,最好也不要吃了。

图片来自pixabay

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如何保存甘蔗

在农业生产中,甘蔗的保鲜储存有各种常规的方法,比如堆放在地里、挖沟储藏、地窖储藏、气调仓库等等。

对于消费者来说,最好的做法是每次少买,尽快吃完。

如果因为种种原因,一时吃不完而需要储藏,那么可以采用下面的三种办法:

  1. 把甘蔗用自来水清洗干净,擦干,剁成需要的长度,用保鲜膜或者塑料袋把两端切口包起来扎好。在冰箱的冷藏条件下,可以保存一两周的时间。如果切口轻微稍微有点变暗、变干,也还可以吃,但风味会下降。
  2. 如果把上述处理的甘蔗装入真空袋,抽真空后放入冰箱冷藏,还能保持更长的时间(比如1个月)。
  3. 如果需要储存更长的时间(比如几个月),可以把清洗切好的甘蔗用保鲜膜或者密封袋包好,放入冰箱冷冻室保存。
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老孙 http://7j1yeo.com1.z0.glb.clouddn.com/405322534.jpg <![CDATA[过年,是为了庆祝日月合璧]]> http://songshuhui.net/?p=100196 2018-02-18T10:59:59Z 2018-02-20T22:59:36Z

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又到了一年中我们最看重的节日,也是最增加体重的节日。一到这个时节,我们计算日期的方式就会自动从公历切换成我们传统历法——夏历。二十三过小年(有的地方是过二十四),到除夕,再到正月十五,一直等到这个春节过完,开始上班,再切换回公历日期。

以除夕夜半为标志,之前是丁酉鸡年,之后是戊戌狗年。除夕之夜,许多地方有守岁的风俗,这个习惯也由来已久。晋代大名士周处《风土记》:“蜀之风俗,晚岁相与馈问,谓之馈岁;酒食相邀为别岁;至除夕达旦不眠,谓之守岁。”这个周处就是我们课本上学过“周处除三害”的那个周处,上山打虎,入水杀蛟,然后从不良少年变成了学霸(别人家的孩子!)。馈岁是送礼,别岁是吃吃喝喝,守岁是通宵不睡,看来传统习俗的力量真是强大,至今我们还是这样过年的。

不过,夏历毕竟是“旧历”了,我们有必要重新,也从新,来理解一下“过年”的这个传统。毕竟,随着许多传统习俗渐行渐远,我们对它既熟悉又陌生了。比如,习惯上我们会把夏历称为阴历,这虽然并不准确,倒也有道理可说,因为我们夏历计算月份和日期,就是按照太阴即月亮的运行来数的。

月亮的日子和月子

我经常会提问(给大家挖个坑):“一个月有多少天?”。很多人不假思索地回答,“28、29、30、31天都有可能”。恭喜这些朋友,对公历掌握得很好,连闰年2月有29天都记得。如果我们翻一下我们日历上的夏历日期,你会发现夏历一个月只有两种情况,29天或30天。

图片来源:rawpixel.com | Unsplash

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我们的时间历法都来自日月运行,尤其是中国传统历法夏历一直使用朔望月,也就是日期遵循月相的变化——月相变化一周期就是一个朔望月。古人观天象,看起来月亮走到太阳的旁边,离得最近(当然此时我们是看不见月亮的,除非发生日食才能看见“黑月亮”),这个时候就叫,称为日月合朔。朔就是夏历的初一。过大约十五天之后,月亮会走到另一边,变成一轮圆月,跟太阳遥遥相望,这个时候就叫望,称为日月相望,望就是夏历十五左右。

在我们日历上,还会写着“腊月大”“正月小”。比如今天这个腊月有30天,就是“腊月大”,我们可以过大年三十;而明天的正月只有29天,就是“正月小”。在有些年份,腊月是小月,大年二十九就是除夕过年了。

每个朔望月的月相变化,朔日为初一,然后是月芽(初二或初三)、上弦月(初七八,半个月亮)、月望(满月)、下弦月(二十二三,又是半个月亮),每个月最后一天称为。《庄子·逍遥游》说“朝菌不知晦朔”,就是说有些东西寿命还不到一天,你不能指望它懂得一个月的事儿。

月相变化示意图,图源:Guokr

月相变化示意图,图源:Guokr

使用朔望月的好处是,夜晚有月亮这个天然指示物告诉还没有手表更没有手机的古代人们,今天是几号,别错过了约会。所见即所得,这种直观对于古人来说显然是很重要的。即使现代公历(起源于古埃及和罗马帝国)里的“月份”虽然已经不再跟月相发生联系,但无论名字(month),还是长度(大约30天),还是个数(12个月),都还带着月亮的痕迹。

初一日月合璧

初生的月芽,俗称新月,也叫蛾眉月。其实“朔”的字形就告诉我们,它的本意是像初生的小草一样的小月芽。《西京杂记》说,“月之旦为朔”。“可怜九月初三夜,露似珍珠月似弓”,每月的月初,太阳从地平线沉下去之后,在西方低空可以看到的那一弯新月,赢得了全世界人们的喜爱。它标志着经历了几天看不见月亮的日子之后,月亮又重新回到了天空,照亮夜晚回家的路。

当然,最初各民族都曾把能够看到这一弯新月的日子作为一个月的开始。这个习俗至今仍保留在伊斯兰教历、希伯来历、印度历和佛历中。这样的历法中要确认在当地能够看到新月出现才开始新的一个月。

新月又叫“蛾眉月”,注意是“蛾”,而不是“娥”更不是“峨”,因为这里“蛾眉”指的是古人常见的蚕蛾细长的触须状。唐代有“蛾眉妆”,女子把眉毛画成蚕蛾触须的样子,可见蚕桑文化对中国文化的影响。唐人有诗描写这种蛾眉妆的流行:

京兆眉(唐·刘方平)

新作蛾眉样,
谁将月里同。
有来凡几日,
相效满城中。

不过在我们祖先把朔日初一规定为“日月合朔”之后,在天文术语里,“朔”和“新月”的含义,就从看得见的月芽,变成了看不见的那个时刻的月亮。从准确性上来说,这样的规定显然要更为合适,因为月芽的可见性因地点而异,因天气而异,还因人而异。

日月合朔,又称“日月合璧”,它的重要性,还跟古人对宇宙的认识有关。古代帝王自称天子,老天爷的儿子,那么天文历法理所当然就是皇家的特权,俗称“皇历”,或者,“黄历”。黄历颁行天下,必须要计算准确。《汉书.律历志上》记载,“宦者淳于陵渠复覆《太初历》晦朔弦望,皆最密,日月如合璧,五星如连珠。”就是说,《太初历》对月相变化、日月五星的运行计算得都非常准确,应该采用。“日月如合璧,五星如连珠”这是古人所看重的天上“祥瑞”,这个表述在春秋战国时写成的《竹书纪年》里就出现了:“凤凰在庭,朱草生,嘉禾秀,甘露润,醴泉出,日月如合璧,五星如连珠。”

“五星连珠”是指水星、金星、火星、木星、土星五大行星聚集在同很小的范围内。比如传说刘邦进入咸阳时,“五星聚于东井”,这一年刘邦被封为汉王,史称汉元年。虽然“五星聚”这种现象可遇不可求,很少发生,可日月合朔,日月合璧,是每个月都有的。所以朔日初一总是古代王朝看重的日子,每逢初一、十五要举行大朝会。王昌龄有诗云“天子坐明堂,月朔朝诸侯”,帝王通过对朔日的强调,彰显顺应天意,君权神授。

大年初一,王朝正朔

既然每个月的初一如此重要,正月初一,作为一年的第一天,就更加重要了。正月初一,又称为新年、元旦、元日、正朔。不过,从1912年民国元年开始,公历1月1日“抢”走了元旦这个名字。到1914年,民国三年,袁世凯大总统签署命令,把夏历的元旦改为春节(原来的春节指的是立春)。到今天,每年由紫金山天文台发布的历书中,我们的“农历年”新年第一天,依然是根据传统来确定的正月初一;而我们的“春节”,则是延续了民国大总统袁世凯的规定。正如本文开头所说,除夕是丁酉鸡年腊月三十,明天是戊戌狗年正月初一。

历史,就像地质学上的地层一样,叠加在我们的现实中。

在中国传统文化里,中央王朝要每年提前计算出来下一年的历书(包括日期、朔望、节气等详细信息),并把“皇历”颁发给各地和周边各国,这叫“班朔”或“颁正朔”。而各地诸侯、周边属国接受“皇历”,不仅仅是使用这一本历书,更重要的是臣服中央政权的标志,即“奉正朔”。正是一年之始,朔是一月之始,正朔就是正月初一,新年元旦,因此“正朔”代指的,是国家正统。

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白居易在《新乐府·骠国乐》记下了缅甸的骠国王子来朝贡的事件,诗中写道“骠国乐,骠国乐,出自大海西南角。雍羌之子舒难陀,来献南音奉正朔。”又比如“皇帝三年颁正朔,使君万里向交州”(元代宋沂《送傅与砺佐使安南》),“天王颁正朔,藩国荷恩荣”(明代王汝玉《送通政寺丞章有常使朝鲜》)则是中原政权派使节出使属国的记录。

在历史上,新王朝建立,都要改正朔,表示按上天意志完成改朝换代。在夏商周秦和汉初,连“正月”都改了。确定“正月”在古代称为“建正”,也就是以哪一个月为“正月”。古代把十二个月和十二地支对应,冬至所在的十一月为子月(子又指北方,冬至北斗的斗炳指北),十二月为丑月,一月为寅月。据说夏代以一月寅月为正月,称“建寅”;商代以十二月丑月为正月,称“建丑”;周代以十一月子月为正月,称为“建子”。以哪个月为一年开始的“正月”,这就是历史上的“三正论”。

其实历史还有过第四种。秦始皇灭六国一统天下之后,为了表示继承正统,以十月亥月为正月;刘邦建立汉朝,也自认为继承三代(可怜,秦始皇建立的中国历史上第一个大帝国被无视了),也以十月为正月,作为一年的开始。到了汉武帝元封七年实行《太初历》,才又按照夏历传统,把一年的开始放回到一月,后世两千多年沿用至今,“正月”也就固定指“一月”“寅月”了。这也是很多学者主张把中国传统历法称为“夏历”的原因。

既然“正朔”意味着以上天的权威号令天下,具有如此重要神圣的政治意义,历代王朝也自然都独占着开展天文工作的权利。“黄历”或“皇历”,只有中央王朝可以制定印刷,禁止民间私自印制,更不许自己编写,违者要杀头。比如在明朝《大统历》封面上印着“钦天监奏准印造大统历日颁行天下伪造者依律处斩!有能告捕者,官给赏银五十两,如无本监历日印信,即同私历。”

太阳的年岁和属相

然后我还有另一个提问(坑):“一年有几个月?”诚然,公历一年是12个月。可夏历却是12个月,或者13个月。公历的闰年不过是在2月加入一天(闰日),夏历的闰年是多出一个月,比如今年丁酉鸡年就有个闰六月。

究其原因,无论是公历,还是夏历,都要以太阳的运行周期为依据。公历只根据太阳来确定日期,平均一年365.2425天,每400年要加入97个闰日(这是1582年罗马教皇格里高利十三世开始规定的,也叫格里高利历,它的前身则是凯撒大帝颁布的儒略历)。公历的好处是,每个月的天数都是确定的,置闰规则也容易理解,所以随着欧洲文明向全世界的传播,成为“公历”。

夏历由于实行朔望月(平均29.53天),一个月29天或30天,12个月只有354天(比如戊戌狗年),所以有时插入一个闰月,那一年就是13个月384天(比如丁酉鸡年)。这样长短搭配,平均年长依然是太阳回归年365.2422天。只是每一年、每个月的长度需要根据24节气、置闰规则、朔望月来具体计算。

所以夏历不是“阴历”(纯阴历指一年只有12个月,不考虑闰月的历法),而是阴阳合历——既要考虑朔望月周期,也考虑太阳回归年周期。可闰月的规定,一年开始(“岁首”)的漂移,也造成了很有趣的现象,比如会出现一年里有两个“立春节气”或者没有立春。

对于按公历工作,按夏历过年,实行“双轨制”的我们来说,有些人对历法存在一些困惑,比如,按哪一种历法来过生日,哪一天才是“周岁”?其实无论公历还是夏历,本质上都是太阳、月亮运行的天文周期。公历的“周岁”对太阳周期是比较准确的,也是印在身份证上的。夏历的“周岁”是按月相再现的日子,对古人来说比较方便好记,今天还有很多人按夏历过生日。两种历法,各有特长,习惯就好,谈不上哪个“更好”。

至于属相,就更有趣了。比如许多人说,民间属相是按照“立春”(俗称“打春”)来算的,因为24节气是严格的太阳周期。可是如果我们仔细看手机上的日历,或印刷的历书,都是紫金山天文台按照传统规则颁布的。属相,或标准名字称为干支纪年,是以除夕、初一作为分界线,丁酉鸡年从正月初一开始,包括13个朔望月,一直到腊月三十;戊戌狗年也从正月初一开始,包括12个月,一直到腊月三十。也就说,“官方历书”是不承认“立春换属相”这种说法的。(杀头的罪)

十二生肖,图片来自pixabay

十二生肖,图片来自pixabay

究其原因,在中国传统历法中,争论的焦点是哪个月是正月(“建正”“岁首”问题),哪一天是正月初一(计算准确的朔望月)。至于24节气,只是确定闰月的辅助,是“指导农事”和帝王祭天之用。一个是关乎天子权威的“正朔”,一个是指导农务的“辅助”,孰轻孰重?毋庸置疑,一年显然是从正月初一开始,到腊月三十结束。

当然,古人也知道一年三百六十五天,但除了天文学家之外,并不会认真对待它,知道一年三百六十日就可以了。比如我们会看到古人写“一年三百六十日,多是横戈马上行”(戚继光),“一年三百六十日,三百五十九日病”(陆游)。甚至古人会把“闰月”作为一种很有趣的现象来描述,比如“诗鬼”李贺写过 “十二月乐词”,其中第十三首写闰月。

河南府试十二月乐词(并闰月) 其十三 闰月(唐·李贺)

帝重光,年重时。
七十二候回环推,天官玉琯灰剩飞。
今岁何长来岁迟,王母移桃献天子。

有趣的是,“立春改属相”的说法,其实是从民国才有的。民国改用公历,并不重视夏历,称为“旧历”,甚至一度想强制彻底废除,只是传统习俗的力量过于强大,只好改为不干涉。既然不重视“旧历”了,民间也就有了印制“老黄历”的自由,爱属什么,也就由民间爱好者自己来制定了。而且由于公历的影响,我们才开始更重视24节气的阳历意义。你看我们现在新华字典上的“24节气”,说的就是公历日期,其实在明晚期以前,根本不知道“公历”为何物(感谢袁世凯大总统)。

(编辑:明天)

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