植物的“五官”
①植物像其他动物一样,有功能各异的“五官”。加拿大渥太华大学生物学博士瓦因勃格做了一个有趣的实验,他每天对莴苣做10分钟超声波处理,结果其长势远比没受处理的莴苣要好。之后,美国的一个学者对大豆播放《蓝色狂想曲》音乐,20天后,听音乐的大豆苗重量竟然高出未听音乐的四分之一。这些实验说明,植物虽然没有具体形态的耳朵,但它们的听觉能力却非同寻常。不相信?那么请你面对含羞草轻轻击掌,看看含羞草闻声后是否会迅速将小叶合拢。
②许多植物具有“慧眼”识光的能力,它们自知日出东山,夕阳西下,从而把握了自己开花和落叶的时间,如牵牛花天刚亮就开花,向日葵始终朝阳。植物不仅能“看见”光,还能感觉出光照的“数量”和质量,某些北方良种引种到南方,颗粒不收,就是因为植物的“眼睛”对异地的光线不习惯。植物的“眼睛”对光色也非常敏感,不同植物可识别不同光线,以促进自身的生长与发育。植物的“眼睛”原来是存在于细胞中的一种专门色素——视觉色素,植物凭借这种“眼睛”,从根到叶尖形成完整而灵敏的感光系统,对光产生既定反应,如花开、花合、叶子向左向右、变换根的生长方向等。
③植物界中不仅有靠根吃“素”的植物,而且还有靠“口”吃“荤”的植物,食虫植物(也称食肉植物)便是这类植物。这些植物的叶子变得非常奇特,它们形成各种形状的“口”,有的像瓶子,有的像小口袋或蚌壳,能分泌消化昆虫的黏液,还能分泌香味,许多昆虫因为闻到香味,而跌入了陷阱之中!植物靠“口”捕食蚊蝇类的小虫子,有时也能“吃”掉像蜻蜒一样的大昆虫。它们分布于世界各地,种类有500多种,最著名的有瓶子草、猪笼草、狸藻等。
④真是奇怪,植物还有嗅觉灵敏的特殊“鼻子”。例如,当柳树受到毛虫咬食时,会产生抵抗物质,3米以外没有挨咬的柳树居然也产生出抵抗物质。这是为什么?原来,植物有特殊的“鼻子”——感觉神经,当被咬的树产生挥发性抗虫化学物质后,邻树的“鼻子”能及时“嗅”到“防虫警报”,知道害虫的侵袭将要来临,于是就调整自身体内的化学反应,合成一些对自己无害,却使害虫望而生畏的化学物质,达到“自卫”的目的。
⑤更为惊奇的是,植物还具有相当特殊的“舌”的功能,它能“尝”到土壤中各种矿物营养的味道,于是使植物“拒食”或“少食”自身不喜欢的矿物质,多“吃”有用的营养元素。如海带就有富集海水中碘元素的能力,忍冬丛喜欢生长在地下有银矿的地万。植物的“舌”功能选择性非常强,如果吃了自己不喜欢吃的矿物就会长成奇形怪状。例如蒿在一般土壤中长得相当高大,但如果“吃”了土壤中的硼就会变成“矮老头”。植物将土壤中的矿物元素或微量物质聚集到体内的现象称为“生物富集”。人们通过生物富集现象可以找到相应的地下矿藏,也就是植物探矿。如今,植物探矿已成为寻找地下矿藏的重要手段之一。
⑥目前,生物科学的研究工作常常得到植物“五官”功能的启发,相信在不久的将来,一定会有累累硕果。
【链接材料】科学家利用不同的植物对不同的噪声敏感程度不一的特性,制造出噪声除草器。这种除草器发出的噪声能使杂草的种子提前萌发,这样就可以在作物生长之前用药物除掉杂草,用“欲擒故纵”的妙策,保证作物的顺利生长
金龟子科中有一些贪食树根或农作物根的品种,给农业造成大害。而松树金龟子的危害,照我看来,成不了灾。它的幼虫有烂叶、朽木吃就足够了。成虫也只是啃啃松针,从不贪得无厌。如果我是松树林主人的话,我对它造成的小损失不会太放在心上。茂密的松树被吃掉些树叶,损失点松针,算不得重大事件。别去打扰它吧!它是暑天暮色的点缀,是夏至那天镶在天幕上的漂亮首饰。
奇招击退红潮
丹丘生
① 在湖泊和海洋里,当藻类一生二,二生四,四生八……这样漫无节制地繁殖起来的时候,就形成了红潮。红潮来时,因藻类生长吸收了太多的氧气,致使当地的水域严重缺氧,大量水生植物窒息而死,此外,红潮还会在水中释放出神经毒素,使与之接触的人感染上呼吸道和神经系统疾病,甚至患上癌症。
②一直以来,人们都对红潮束手无策,他们所能做的,只是听天由命,按事物发展盛极必衰的规律,耐心等待着红潮自己消失,但现在,科学家终于找到了一种消除红潮的办法——用超声波消除藻类。
③藻类之所以能漂浮在水面,而不会沉到水底,是因为它们身体里含有一种浮力细胞,里面含有氮气气泡,它们就像藻类与生俱来的“救生圈”,靠着这些气泡的浮力,就使整棵植株漂浮在水面上。
④而人们就抓住了藻类的这一特点,用特定频率的超声波引起浮力细胞里的气泡共振,当共振达到一定强度,气泡就会把细胞胀破,使得藻类失去浮力的支撑而下沉。一旦失去了水面的阳光,藻类在水下很快就会死亡。
⑤最近,一个英国研究小组利用三种不同频率的超声波对项圈藻进行了测试。他们发现,尽管三种频率的超声波在一定程度上都能起作用,但效果最好的是频率接近1兆赫的超声波,这个频率刚好是项圈藻中浮力细胞的共振频率。
⑥不同种类的水藻,因为大小不等,它们的共振也是不一样的。所以,这项技术可以有针对性地去除某一种类的水藻。此外,这种除藻办法不会伤及其他的水生植物,因为其他的水生植物的细胞对于超声波来说太致密了,不容易引起共振。
⑦由于高频率超声波在水中传播时,会很快被吸收,譬如1兆赫的超声波作用范围半径只有20米,所以这项技术在小范围的湖泊和池塘里,比在动辄方圆千米的大海里更为实用。
(选自2013年第1期《大科学》)
莫让睡眠被偷走
①“春眠不觉晓,处处闻啼鸟。”一觉睡到大天亮的感觉真好。可如今。这却成了很多人的奢望。
②《2018中国睡眠指数》报告显示,在睡眠质量欠佳的人群中,普遍有一定程度的“入睡困难”。约有四分之三的人在晩上11点以后入睡,有三分一的人是在凌晨1点后入睡,晚睡晚起的“猫头鹰型”和晚睡早起的“蜂鸟型”作息占到六成以上,仅有17.5%的人能保持“早睡早起”的习惯。
③现代人睡眠质量差的原因主要来自工作压力和电子产品两方面。近日,一篇名为《毎天2点睡觉,37岁年轻父亲查出胃癌晩期》的文章引起人们关注。主人公刘凌峰是有名的“拼命三郎”,业务多、压力大,几乎每天都是凌晨两点之后才睡觉,最拼的一次是连续工作70个小时没有合过眼。像他这样熬夜晩睡的人在全球范围内都较为普遍。另外,睡眠质量差的人。有许多都是电子产品的重度依赖者。互联网从业者睡眠质量普遍较差;自媒体人和程序员是失眠最严重的人群。网约车司机、快递员和广告人的睡眠质量也普遍较差。同时,有四分之一的人失眠是因为玩手机。
④我们的大脑中有个被称为视交叉上核的地方,即中枢时钟。这个中枢时钟每天根据地球自转周期校对一次、它的角色就是总监工,根据视觉感受器接收到的视神经传来的信息进行分析判断,通过分泌激素告知体内其他细胞统一协调工作和休息。共中,由松果体分泌的褪黑素就是帮助调节睡眠的重要信号之一。它会根据周围光线的明暗变化作出反应。要在黑暗坏境中待上足够长的时间,身体就会分泌出褪黑素,帮助入睡。当太阳升起,随着光照渐强,人体就会停止分泌褪黑素。并开始分泌血清素(一种刺激情绪的神经传递素),它将和褪黑素此消彼长。
⑤太阳光中的蓝光会抑制褪黑素的分泌,提高人的灵敏度和各方面表现。但在天黑以后,蓝光就成了一种不良光线。目前市面上电脑、智能手机等电子产品的屏幕所发出的光线基本上属于蓝光。人体视觉感受细胞对蓝光特别敏感,当细胞感受到蓝光后。就会发出信号通知中枢吋时钟,中枢时钟就会认为天亮了,迸一步减少褪黑素的分泌,造成内分泌等一系列身体机能的紊乱,甚至导致疾病。
⑥睡眠不足会影响容顔。在睡眠不足时,体内会释放出更多的应激激素——皮质醇。过量的皮质醇会分解皮肤中的胶原蛋白。使皮肤变得粗糙且缺乏弹性。
⑦睡眠不足还会损害人的注意力。据统计,因疲劳驾驶而造成的交通事故占总数的20%左右,重特大伤亡事故中约40%是疲劳驾驶造成的。有专家称,“睡眠不足,已成为一个世界性的道路安全问题”。
⑧睡眠“负债累累”、就会危害到我们的健康。研究证明,长期失眠会将导致认知功能衰退、抑郁、焦虑等心理疾病,免疫系统衰退、高血压、心脏病、糖尿病风险増加,甚至提升乳腺癌、胃癌、结肠癌的风险。
⑨对青少年来说,睡眠严重不足会造成生长激素分泌減少,影响生长发育,会降低记忆的储存、重组和整合能力,容易造成学习能力降低。
⑩北京大学第六医院院长陆林强调:“充足的睡眠有助于保护脑神经细胞功能;帮组体力、脑力恢复。”可见睡眠已成为人类健康生活的试金石。提高警惕,莫让你的睡眠被偷走!
泥土的清香自哪儿来
①雨后,我们常能闻到泥土的清香味儿。这些清香从哪儿来呢?据专家研究,它来自土中一种叫“放线菌”的细菌。
②土壤是种类繁多的细菌的乐园。在显微镜下,你会观察到这样一类与众不同的细菌:别的细菌多是圆形、椭圆形的,而它们看起来却是丝状的。那些丝状细菌有的像一棵树,树上有时还着“果实”,有的像一根草,仿佛还开着花,煞是好看。这类细菌生物学上统称为放线菌。
③放线菌是一种单细胞生物,所以你看到它长得像一棵树也好,一根草也罢,其实都只是一个细胞。那些奇形怪状的丝,是它的菌丝。菌丝覆盖了很大的空间,这对于寻找食物大有好处。放线菌能释放出一种化学物质,正是这种物质,让我们能闻到一股泥土的清香。
④为何雨后泥土的清香让人感受更明显呢?
⑤因为放线菌是一种生命力很强的细菌,它们一般喜欢在温暖、湿润的环境下生存。当土壤干旱的时候,它的菌丝就会在头部长出孢子。放线菌渐渐枯死后,留下的这些孢子只要遇到合适的条件,又会发芽,长成一个个放线菌。
⑥下雨时,雨水冲开了土壤,这些睛天时埋在土中的孢子长成的放就线菌随着空气中的小液滴四下弥漫。当它们被吸入鼻孔,我们就能感觉到一股泥土的清香。土地干旱越久就有越多的放线菌孢子存在,所以雨后泥上的清香在久旱之后尤其明显。
⑦放线菌的作用当然不只是让人闻到清香,它也是生产抗生素的宝库。时至今天,人类已经发现了50000多种抗生素,其中就有4000多种是从放线菌中提炼出来的。如链霉素就是从土壤中一种叫“灰色链线菌”的放线菌中提炼出来的。四环素、氯霉素、庆大霉素等抗生素也都是从放线菌中提炼出来的。
⑧放线菌的作用还不止于此,我们平常烹饪时调味用的味精,也是通过它们制造的。如今,它们还是科学家研究生物发育、加胞分化的便利材料。
啄木鸟真的是益鸟
①啄木鸟一直被人们誉为“森林医生”,是益鸟。但近日,一篇宣称啄木鸟的“啄木”行为破坏树木、加速树木死亡的自媒体文章广泛传播,称啄木鸟绝非“益鸟”。事实真的是这样吗?
②其实,鸟本无好坏之分。无论是啄木鸟,还是其他鸟,都是人类的朋友。人类往往按照是否有利于农林业生产经营、是否造成经济损失等,将鸟划分为“益鸟”或“害鸟”。然而,从生物多样性保护的角度看,所有鸟类都是生态系统的组成部分。正是多样的生物促进了整个生态系统的动态稳定,为人类提供了赖以生存的自然环境。
③啄木鸟确实偏好在“生病”的树上觅食,科学工作者野外观察发现,啄木鸟的啄洞虽然会为某些病菌、害虫的滋生提供入口,但是,一般来说,不会导致树木死亡。即使啄洞会导致少量树木死亡,对于整个森林生态系统而言也基本没有影响,因为森林本身就是一个动态系统,树木有生有死,整个森林生态系统才会健康运转。
④从促进生物多样性的角度来说,啄木鸟发挥着重要的积极作用。啄木鸟属于初级洞巢鸟,自己开凿树洞并在洞内繁殖。同时,还为次级洞巢鸟(指没有啄洞本领,需要利用啄木鸟的旧洞进行繁殖的鸟类)提供“住所”。例如猫头鹰和大山雀,它们很多时候就需要利用啄木鸟的旧洞进行繁殖。如果某区域没有初级洞巢鸟,那么次级洞巢鸟也很可能消失。不仅如此,啄木鸟的啄洞还能为花鼠、貂等哺乳动物提供繁殖栖息场所。可以说,啄木鸟在整个森林生态系统的群落组织方面发挥着举足轻重的作用,是名副其实的“基石”物种。
⑤此外,啄木鸟“森林医生”的称号可名不虚传。山东省泰安林科所(今山东省泰山林科院)在1000多亩杨树林中连续3年开展实验,研究发现啄木鸟对天牛、柳瘿虫、黄刺蛾等害虫都有很好的防治作用。其中,仅光肩星天牛就由原来100株树80个幼虫降低至0.8个幼虫。
⑥可见,啄木鸟对森林生态系统的影响总体上利远远大于弊,真的是“益鸟”,值得大家携手保护。
(选自《光明日报》,有删改)
①啄木鸟一直被人们誉为“森林医生”,是益鸟。()
②仅光肩星天牛就由原来100株树80个幼虫降低至0.8个幼虫。()
骆驼的抗沙标配*
张云广
①穿行于瀚海中的骆驼是以酷热、干燥、贫瘠等为特征的沙漠极端环境中的成功生存者。历史上穿越沙漠的古商队中有马队、驼队,但骆驼显然更具优势,享有“沙漠之舟”的美誉。而这一切都源于其拥有一套高效运作的抗沙标配。
②骆驼是一种极不挑食的动物,陆地上近百分之八十的植物都在其食谱范围内,即使是一些看起来十分坚硬的东西,也会在其反复咀嚼和消化液的强力作用下转换可以吸收的汤汁。骆驼的反刍能力惊人,它的脸颊内侧密集分布着手指状指向后侧的突起,这些突起的作用是留住食物,特别是能够留住从胃里反刍出来的食物,以便再次进行咀嚼,其反刍次数可以高达五十次之多,从而最大限度地对食物进行吸收和利用。
③骆驼不仅是高效利用食物的专家,还是节能减排的高手。骆驼的腿部有着发达的跟腱结构,这些跟腱如同橡皮筋一样,弹力十足,大大削减了其长途跋涉时所耗费的能量。瘦死的骆驼比马大,而骆驼的膀胱相对其庞大的身躯来说,就显得有些小了,骆驼排泄出的尿液量也很小,而其中所含的水分极少。骆驼体内有许多条小管汇聚到肾脏的中心部位,使肾脏具有强大的过滤功能,尽可能地回收尿液中的每一滴水。超凡的减排能力使骆驼在一次性喝下一百升水的情况下,可以行走一百千米的路程,所以在沙漠中即使骆驼不喝水也能生存很长一段时间。
④此外,作为标志性部位的驼峰是骆驼最重要的资源储备基地,而且驼峰部位的皮肤厚度有一厘米,里面是被脂肪化了的细胞组织,这样的细胞组织为骆驼在非常时期提供了能量上的补给和保障。这些脂肪具有很好的隔热能力,同时能把脂肪汇聚于一处,并非遍布周身,这样的布局正是为了方便其他部位能够更好地散热,堪称一大科学布局。
⑤骆驼自身的降温制冷机制还远不仅于此。休息时,骆驼采用的是跪地姿势,带着厚厚的老茧,还有可以耐得住高温侵袭的胸椎骨,起着重要的支撑作用。这样一来,骆驼的整个胸腔得以远离地面,免受流沙的灼烫之苦。同时,骆驼的四肢与胸椎骨支起的空间会有气流通过,也发挥了一定的降温功能。
⑥最让人称奇的是骆驼保护大脑的策略。骆驼的鼻甲很大,横截面呈卷轴状(或呈洋葱圈状)结构,由一层膜覆盖着的薄骨构成,里面充满了血管,并一直延伸到头骨的后面。鼻甲不仅表面积很大,而且表面很潮湿,伴随着呼吸作用时的水分蒸发,覆盖鼻甲的血管得以冷却,并形成相对凉爽的空气。这些凉爽的空气在头骨深处与从心脏输送上来的高温血液相遇,然后通过更为细小的血管实现了冷与热的交换,这使得相对低温的血液也能够流向大脑,保证了大脑良好的工作状态。
⑦总之,骆驼为适应在极端环境下生存而实践出的“成果”,已经全部装备到位,我们人类还在把其折射出的理念作为攻关课题而不懈努力着。
【注】标配,标准的配备。
总之,骆驼为适应在极端环境下生存而实践出的“成果”,已经全部装备到位……
①细菌和病毒都是可以致病的微生物,但它们的特征区别很大。细菌虽然小,要在光学显微镜下才能看得见,但它除了拥有生命的基本单位核酸之外,还有一大套赖以生存的配套设施。包括作为居住“公馆”的细胞壁,储存营养物质的“仓库”,以及进行新陈代谢的“化工车间”。依靠这些。细茵能够摄取外界的物质并加工成需要的能量。
②而病毒就更小了,也可怜得多,且不奢谈“库房”和“车间”,就连作为保护外壳的“茅草房”也没有。实际上它只有一个分子大小,用电子显微镜才能看得见。整个家当也只是一条表示生命的核酸而已。如果拿人来做比喻,细菌最起码也有条裤子,有只讨饭碗,有根打狗棒。所以细菌虽然必须在人体内部的良好环境中才能繁殖,但处在恶劣环境中仍能生存较长的一段时间。而病毒则像个刚出生的婴儿,除了它的生命和一张吃奶的嘴外便一无所有,毫无独立生存的能力。因而病毒只能寄生在人或动物的细胞内部,靠“窃取”细胞里的现成营养才能生存。一旦被排出体外,病毒就活不了几个小时。
③大部分抗生素对细菌起作用,是因为抗生素可以抑制细胞繁殖,干扰它们形成新的遗传结构或者细胞壁。而正因为病毒只能寄生在别人的细胞内,自己不能完成这些生化反应。所以抗生素对病毒全无作用。
④病毒的生存能力既然这么弱,为什么还会那样猖獗呢?例如埃博拉的感染力极强,病死率可达80%。实际上大多数病毒远没有那么可怕,有的也不会使人得病。冠状病毒本来致病的能力并不强,问题在于“变种”上。变异的病毒和原来的不同了,它可能是无害的,但也可能变成“杀伤力”更大的病毒。然而我们不必担心它会因反复变异而使杀伤力次第增大。因为就杀伤力而言,变异就像赌博,总是有输有赢,不断地赢下去的机率是微乎其微的。至少有史以来还没有过这样的记录。如果有过,可能现在就没有我们的存在了。
⑤必须指出的是杀伤力的大小不仅取决于病毒一方,更重要的是人群的免疫力。变种冠状病毒之所以为患甚大,很重要的一个因素是人类还没有接触过这样变种后的新病毒。当人群有足够多的人产生了抗体之后,这种病毒对人类的威胁也就小得多了。
邯郸弘济桥
舒乙
①我在邯郸市永年县看到了一座宛如赵州桥的姊妹桥的桥。它叫弘济桥。此桥已默默无闻地耸立在滏阳河上大约一千四百年。前几年,在评定为全国重点文物保护单位之前,居然还在通行走车,状态极佳,相当完好,神气十足,令人赞叹和叫绝。
②远远看去,弘济桥像赵州桥一样,外观真好看,给人一股潇洒飘逸的感觉,的确是人类智慧的结晶,是一种奇思妙想的结果,好像是天外飞来的彩虹。桥小有桥小的好处,大型桥由于跨度大,显示的往往是工程技术的高超和先进,反而没有赵州桥和弘济桥这种中等桥那么有整体感和艺术感。弘济桥不算大,略小于五十米,可以一览无余,整体感极佳,仿佛是一件可以用眼细品的艺术品,瞧着特别舒服。它是那样的既稳重又俏皮。头一眼的感觉就是特别匀称,特别空灵,在安详中不失灵动,在敦实中不失柔媚,透着一股东方美的神韵。
③它的确是一件大艺术品,是人类工程界的一绝。
④赵州桥已维修过多次,而弘济桥却突显得更原汁原味,除了在明万历年间大修过一次,主要是换了望柱和护拦板,其余皆是原状原样原物,呈现出十足的原真性。一看那桥面就知道,完全是一付沧桑的原态,总体起伏不平,石块都缺了楞角,而且由于常年被车辆磨圧,被穿流的人流踩踏,每坱石料的表面都变得很光滑。幸亏所选的石料异常结实。石料里以一种青色砂石为主,间或也有花玉石,还有海底层积岩,居然还有一些古生物化石露出表面,上面有清晰可见的三叶虫和蛤螺!这绝对是世上独有。
⑤大石料都用铁朿腰连接,当年没有水泥呀。铁朿腰又名铁蝴蝶,也都完好,仍起着连接作用,而且比比皆是,透着一种有历史感的真实和悠久。
⑥弘济桥甚至比赵州桥还多着一些细节上的精致,比如,石块之间有内藏的榫卯结构;在每个桥拱上都有半圆状的石质勾连线,宛如突出来的眉额,增加了桥侧面的立体感和层次感;桥体两侧都有颇为复杂的浮雕,除了中央部位的大兽头之外还刻着四爪龙、奔马、连理花纹等等。勾连线除了在结构上的加固作用之外,可能还有为侧面精美浮雕遮雨的作用;桥面上还有一个小小的“潮音孔”,发大水时随着水流和气流的加速会发出警报声。这些都使弘济桥显得更加精美。
⑦两侧桥肩是敞肩,上有一对“撞”,即腹拱,它们除了减少筑桥的用料和桥的总重之外,有辅助泄洪作用,减少了水的侧圧,非常科学,同时又很好看,很有图案美和几何图形的灵机妙算,而且给纤夫打开了穿桥的通道。这种设计在世界上领先了好几百年。
⑧桥拱由半圆形变为圆弧形也是一种工程创意的突破,桥高降至6.02米,而不是半径那么高,减少了桥面因过高的桥拱而带来的上下不便,纵向的十八道细长拱券石既增加了桥拱的稳定性和施工的方便,也是一种革命性的设计理念的突破,在筑桥史上都是了不起的进步。
⑨现在,在“撞”的下方,明显有纤绳在桥拱表面石料上留下的磨痕,不止一条,说明在这座古桥下曾有不少大船通过,纤夫们可以穿过“撞”,在岸边上来回拉纤。
⑩那时河中有南北向的船经过,可直达天津;而桥面上东西向有车辆和行人经过,是通往山东和河南的咽喉要道。弘济桥的存在证明了古代邯郸的繁华和重要。
人体器官有可能自愈吗
①自愈,顾名思义是自己愈合之意。自愈能力是人体修复自身缺损、维持生命健康的能力。有些自愈能力是人体原本就具有的,依靠遗传而获得。而科学家所要追求的是,在人体器官出现病变时,以科学手段遏制病变,使器官自己恢复到正常状态。
②美国科学家在实验室中的小白鼠身上发现 了一种可快速修复组织的特殊基因。就因为携带了这一基因,本来会长出肿瘤的小白鼠摆脱了“宿命”,不仅没有患上癌症,反而生长迅速,体格健壮。这一发现令科学家们大为振奋。在此之前,这种特殊的基因被认为通常只能在发育的胚胎中起作用,在成年生物体中则会丧失活性。
③“激活”衰老的细胞,重启它们的生长机能,这样的研究并非刚刚出现。在此之前,这个领域最重大的突破就是培育出诱导多功能干细胞。但新发现的这种特殊基因则更加强大,它在成年生物体中也能增强组织的修复能力。如果把生病的人体比作一台感染病毒的电脑,诱导多功能干细胞所起的作用就像磁盘格式化,即将所有的数据全部清空,一切从生命最初发育的阶段开始;而新发现的这种特殊基因则像杀毒软件,清除病毒但不丢失已有数据,保持电脑的健康运行。这就是说,已经成年的生物体,也能以此来修复自身组织器官的损伤。
④这种特殊的基因是如何发挥作用的呢?我们的身体是通过基因调节来认知自己正处于哪个生长阶段的,这种特殊基因类似于一个调节器,它可以让体内的基因误以为机体正处于更年轻的状态,从而使衰老或病变的组织器官的生长机能再次被激活,完成自身修复。
⑤除此之外,科学家还从人体神经系统调节方面进行了器 官自愈的研究。他们研制出了一种微型植入器,把它植入人体,让它来监控并促进器官自愈。
⑥人体的各个器官都不是各自孤立的,而是在神经系统的调节控制下,相互作用,密切配合,从而使人体成为一个统一的有机体,实现正常的生命活动,微型植入器正是利用了这一原理。它在被植入人体后,开始监控人体器官的健康状况,一旦探测到一个器官受到病毒感染、出现损伤或者变得衰弱时,它便会刺激神经系统,通过人体的神经系统调节使这个器官自己恢复健康,然后再度正常工作。
⑦虽然这一研究目前还处在实验阶段,但展现了诱人的前景。许多难以治疗的疾病可以通过神经系统调节得到更有效的治疗,微型植入器或许能从根本上改变医生诊断治疗的方式,取代对药物治疗的依赖。
⑧科学发现让前景乐观起来,然而,要让神奇的科学之光照进现实,道路还很漫长。但这些都不会阻碍科学前进的脚步,相信不久的将来,人体器官自愈将不只是个梦想。
这种特殊的基因被认为通常只能在发育的胚胎中起作用,在成年生物体中则会丧失活性。
知了清韵(节选)
秦自民
①相貌平平,甚至微不足道的蝉,在中国的传统文化中却具有不容忽视的审美价值,有着丰富的美学意蕴,被当作神圣的灵物,代表着纯洁与清高。
②商周青铜器上有与实物相像的蝉纹,也有蝉形几何图案作为装饰,却没有蝴蝶、蜻蜓、萤火虫等现代人喜闻乐见的其他昆虫。道家给蝉的羽化赋予了重生的含义。先秦到汉代流行将玉蝉作为殉葬品,寓意精神不死。蝉的若虫从污浊的泥土中脱身而出,蜕皮羽化为洁净的成虫,体现了出淤泥而不染的气质。更重要的是,古人以为蝉饮露水,是高洁君子的象征。《荀子大略》云:“饮而不食者,蝉也。”因此,玉蝉深受文玩收藏爱好者的喜爱,也有人将其作为饰物佩戴。汉晋时代的达官显贵则喜欢在朝冠上加上蝉形的饰物,称为“蝉冠”或“蝉冕”,后来“蝉冠”就成了高官的代名词。唐朝刘长卿有诗云:“入并蝉冠影,归分骑士喧。”
③自东汉魏晋时期起,蝉就成为了文人最爱讴歌的昆虫之一。班昭、蔡邕、曹植、傅玄等文史大家都作过《蝉赋》。曹植的《蝉赋》以绮丽的语言、细腻的笔触,描绘了蝉的生活习性及其备受天敌进攻的处境。蝉品格“清素”,正直清高,与世无争,以蝉比“贞士”,曹植首开先河。西晋陆云的《寒蝉赋》将蝉推向神坛,说蝉有文雅、清白、廉洁、俭朴、诚信等美德。郭璞也作有《蝉赞》:“虫之清洁,可贵惟蝉。潜蜕弃秽,饮露恒鲜。”赞扬蝉拥有出污秽而不染,饮晨露而洁净的宝贵品质。从此,卑微鄙陋的蝉在文人心目中就更加高洁完美。
④事实上,蝉并非餐风饮露的清洁之虫,而是树木的破坏者,一生都对植物有害。蝉的成虫和若虫都是“树木吸血鬼”,都拥有刺吸式口器,口器下唇延长成喙,上、下颚特化成针状,适于刺入植物组织中,啜饮树木的汁液,侵吞树木的营养,从而危害树木的生长。雌蝉的锯状产卵器十分锋利,即使是较硬的桃树、荔枝树等植物的树枝它也能刺插进去。每只雌蝉一生要在二三十根枝条中产卵100多颗。产卵造成新梢枝条组织损伤,切断了树枝的运输系统,阻碍了水分和养分的运输,这样树枝就会因为营养不良、水分不足而慢慢枯死。南宋诗人范成大也许知道蝉是害虫。他在《初归石湖》中云:“当时手种斜桥柳,无限鸣蜩翠扫空。”说他当年亲手栽种在斜桥水畔的柳树因为没人照料,如今无数的鸣蝉已经将原本翠绿的树叶破坏殆尽了。
⑤自然界的所有生物都是互相依存、互相制约的。蝉虽然伤害树木,通过尖利的口器刺进树木中啜饮汁液养活自己,但它的若虫疏松土壤也有利于植物的生长。集中爆发的周期蝉尸体还为森林提供了大量的有机肥。更重要的是,蝉是生态系统食物链中重要的一环。蝉缺乏防御手段,是螳螂、狩猎蜂、大山雀、黄眉、柳莺等众多捕食者心仪的美食。
(选自《百科知识》2020.6B,有删改)
造个芯片这么难
①芯片是怎么被造出来的?为什么我们造芯片难度那么大?要回答这些问题,就得从芯片的工作原理说起。
②众所周知,只要是电子产品,就离不开芯片。芯片通常分为两种:一种是功能芯片,比如我们常说的中央处理器(CPU),就是带有计算功能的芯片;另一种就是存储芯片,比如电脑里的闪存(Flash),是一种能储存信息的芯片。
③这两种芯片,本质上都是载有集成电路的硅片。怎么理解呢?就是我们在一片硅片上,按照设计刻出一些凹槽,在凹槽里填充一些介质,从而使硅面上形成许多晶体管、电阻、电容和电感,让这片硅成了复杂的电路,得以实现一些特定的功能。所以,我们才会看到芯片放大图上有那么多弯曲、平行的凸起和纹路。
④听起来不难,做起来可要命。芯片的诞生分三个步骤,分别是设计、制作和封装,难度依次减弱。现在全球芯片设计基本集中在美国,制作集中在中国台湾地区和韩国,中国大陆大部分承担的是封装工作,也就是把芯片装到板上拿出去卖。可以说,在芯片的电路设计这个领域,中国的竞争力远不如美国和韩国。
⑤设计难,制作也不简单。我们来看具体过程。首先,需要提取纯硅,就是把二氧化硅(其实就是沙子)还原成硅单质,把硅打成硅锭切片,就得到了硅片—这相当于芯片的地基。这个步骤简单,我们的技术做得很不错。
⑥有了硅片后,就要在上面涂上一层胶,名为“光刻胶”。这是一种感光胶状物,当用紫外线加透镜去照射某一个部位,胶面会发生变化,之后利用化学原理进行腐蚀,光照过的部分就会被腐蚀掉,留下凹槽。此时,往凹槽里添加硼、磷等介质,就会出现一个半导体或者电容。以此类推,我们再涂一层胶,再照,再腐蚀,再掺入……不断重复,像搭房子一样搭出一个复杂的集成电路,也就是芯片的核心部分。
⑦然而,以上说的只是光刻技术的基本原理,实际操作起来要复杂得多,还会涉及波长等问题。光刻最主要的器械就是光刻机,这项技术长期被荷兰、日本、德国垄断,一台机器要花七八亿元人民币,而且他们只优先提供给中国台湾、韩国等地的大客户。中国大陆也有自己的光刻机,但是和世界先进水平比,差距还很大。
⑧现在看来,中国要真正做出自己的芯片,顶层设计和光刻技术是两大难题。但我们也有理由相信,以中国的科研实力和技术积累,突破这两个难关只是时间问题。
今年四月份,美国政府一个禁止向中兴通讯公司出口芯片的命令使这个拥有9万多名员工的中国上市公司几近瘫痪。此次事件引发国人热议,为什么我们不能实现芯片自给自足呢?
中国适合走向“汽车社会”吗?
①2009年,中国以1300多万辆汽车首次超越美国,成为世界汽车产销第一大国。中国人虽然理应享受汽车文明,但中国不可能像西方国家那样,达到那么高的汽车拥有率。原因如下:
②第一,土地制约。城市街道交通拥堵,不少街道两侧摆满了车,远远看去就如一条长龙,不少住宅区、公共绿化带等也都成了“停车场”。中国已占用了太多的良田、林地、草原用于新建、扩建公路。占地面积数量大的高速公路通车总里程已突破5万公里,相当于美国的近60%;而占地面积相对较少的铁路总里程仅有8.4万公里,只相当于美国的1/3.这说明中国交通发展向汽车倾斜的程度超过了美国。
③第二,能源制约。美国的汽车普及率已超过50%,如果中国的汽车普及率达到美国的水平,到2020年预计中国将有6.9亿辆汽车。若以每辆汽车每年平均耗油2吨来计算,中国的总耗油量将达13.8亿吨,相当于目前全球每年石油贸易量的86%.这可能吗?即使普及电动汽车,也只不过是改变了使用能源的种类。中国超过70%的电能来自化石燃料中最具污染力的煤,这种状况在今后相当长的时期内也难以改变,电动汽车的普及不可能明显缓解能源的制约。
④第三,环境制约。汽车尾气排放正在成为最大的污染源。如果今后二三十年中国的汽车普及量达到6.9亿辆,就意味着未来废气排放量相当于当前世界所有的汽车排放的总和。
⑤受土地、能源、环境这三大因素的制约,中国是否适合做一个“汽车轮子上的国家”呢?
(文本一)
11月10日8时12分,中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底 , 坐底深度10909米。
全海深载人潜水器——“奋斗者”号是国家“十三五”重点研发计划“深海关键技术与装备”专项支持的深海重大科技装备。
(文本二)
“奋斗者”号总设计师叶聪告诉记者,走向深海并不容易,第一个问题就是海水带来的高压。万米载人潜水器要承受1000个大气压,相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。这么大的压力加在潜水器上,对潜水器的材料、结构设计等,都提出了巨大挑战。经过多年上千次的优化测试,中国自主研发的全新高强高韧钛合金为“奋斗者”号找到了制造坚固“铠甲”的材料。
搞定材料只是万里长征第一步,想要成功下潜万米,还需要极其精密的制造、冷弯、焊接技术,保证球舱的可靠性。研发团队改进焊接方式,把焊缝多、工期长的传统“瓜瓣焊接”改为焊缝少、可靠性高的“半球焊接”。“奋斗者”号钛合金载人椭球形舱体直径达2米,是世界最大的载人舱体,标志着我国钛合金材料技术和焊接加工技术已经达到国际领先水平。
本次海试任务采用了“双船”保障模式,即为了支持“奋斗者”号成功完成海试,使用了“探索一号”支持船和“探索二号”保障船的“双母船”保障模式,累计可以搭乘科考队员120人。
“探索一号”总长94.45米,型宽17.9米,排水量6250吨,续航能力大于1万海里。“探索二号”由海洋工程船改造而成,今年6月完工。值得一提的是,“探索二号”CTD绞车及收放装置、100吨门架式潜水器布放回收系统、10吨20米折臂伸缩吊等6项关键设备均实现国产化。
(文本三)
马里亚纳海沟深处,那巨大压强的海水,却没有把“奋斗者”号压扁,除了材料“黑科技”它酷似鸡蛋的形状也功不可没!
有实验证明,以一个平板圆形为基础,阻力为1,那么圆球形为0.3,鸡蛋形可以减小到0.1,所以很多潜水器均是鸡蛋的形状,以此来减小阻力。为了保证载人量,载人舱要足够大,鸡蛋形状这个空间是比较理想的。鸡蛋是椭球形的,这种形状可以使它的表面均匀受力,当受力面积比较大的时候,能平均到每个点的力比较小,鸡蛋的形状可以把力量分散到各个角落,增强了抗压能力。鸡蛋的抗压能力有多强?4颗鸡蛋可以承受超过24kg的重量,再大一点的鸵鸟蛋可以承受一个100多斤成年男子的重量。
(文本四)
人类为何热衷深海探索?
这不仅是好奇心使然。海洋面积占地球面积71%,海水占地球水资源总量97%,深海区域是探索包括生命起源和地球演化在内重大科学问题的必由之路,而进入大洋深渊开展科考并获得科研样本是深入推进相关研究、作出原始和基础性贡献的重要条件。
深海蕴藏着极其丰富的资源,也吸引着人们去探索它的奥秘,勘探矿产资源。1994年生效的《联合国海洋法公约》规定:国际海底及资源是全人类的共同继承财产。这块“区域”总面积约为2.517亿平方千米,占海洋面积的69.7%,主要海洋资源有油气、可燃冰、金属矿产等。有些资源只有深海才富有,比如分布在水深4000~6000米海底的富含铜、镍、钴、锰等金属的多金属结核,这些多金属结核具有商业开发潜力的就达700亿吨;还有在海底山表面的富钴结壳、分布在大洋中脊和断裂活动带的海底热液硫化物。
海底丰富的资源,让面临资源危机的人类看到了希望。围绕大洋,世界已形成深海采矿、深海生物基因技术、深海技术装备制造等产业群。因为深海海洋经济前景广阔,以占有更多资源为目的的“蓝色圈地”在科技强国间悄然展开,“谁拥有海洋,谁就拥有世界”正为实践所证实。
进入二十一世纪,发展深海经济成为各沿海国家的重要战略举措。美国、英国、加拿大、俄罗斯、日本等相继出台了国家战略计划,加大了对深海科技的投入。我国撒向深海的巨网也已全面铺开,据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,将重点研究海底“可燃冰”勘探开发技术、金属矿产资源海底集输技术等。
研制像“奋斗者”号这样的大深度载人潜水器,可以带动我国深海能源、材料、结构、通讯导航定位等高新技术和产业全面发展,不断拓展新的应用领域,同时也显示了我国在深海科技领域的科技实力。
①中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底。(“坐底”在文中的含义是什么?)
②中国自主研发的全新高强高韧钛合金为“奋斗者”号找到了制造坚固“铠甲”的材料。(请从说明文语言角度简要分析加点词语的表达效果。)
鲸落——一只鲸鱼最后一次拥抱大海的方式
①2020年4月,中国“深海勇士”载人潜水器完成本年度的首次科考任务,并收获了一个重要成果——在中国南海1600米深处发现了鲸落,这也是我国科学家第一次发现该类型的生态系统。
②你知道吗?鲸落其实是一个很残忍又悲壮的过程。当一只鲸鱼预感到自己快死亡的时候,它会悄悄寻一片深海域,然后孤独地等待最后时刻的到来。等到气息消绝之后,鲸鱼巨大的身体便会沉落到漆黑的深海。而此刻,那些聚集在鲸鱼旁边的海洋生物便会蜂拥而至,疯狂吞食鲸尸。从鲸鱼停止呼吸的那一刻起,到巨大的身体被分食干净,大概需要4-24个月的时间。而在这段时间里,除了早就守候在鲸鱼旁边的海洋生物外,还会有成千上万只海洋生物被鲸鱼血肉的腥味吸引过来,等到它身上90%的皮肉被消解之后,这群嗅着味道来的海洋生物才慢慢散去。但这还只是开始,在这些海洋生物离开之后,一些体型较小的甲壳类生物便会在鲸尸上安家落户,接着啃食鲸尸上残余的软组织,它们会在鲸尸上停留大约两年的时间。尽管鲸尸的最后一丝血肉也被蚕食干净了,但鲸落的过程还远远没有结束;等甲壳类生物离开之后,食腐蠕虫和厌氧细菌开始进入鲸骨中,分解并吸食其中丰富的脂类,它们要在鲸骨中生活50到100年。这样,在鲸骨中的养料被吸食殆尽后,鲸鱼的残骸便在海底逐渐化作礁岩,成为一些海洋生物的寄居场所,这场盛大且漫长的仪式才算画上了句号。
③所以,鲸落不仅指死掉的鲸鱼缓缓沉入海底,不断被分食、分解的漫长过程,还指深海中依赖鲸鱼尸体中所含的有机质而生存的底栖生态系统。据不完全统计,在北太平洋的深海中,至少有43个种类的13490个生物体都是依靠鲸落而生。鲸尸从海平面沉落至深海,然后在长达上百年的被分食、分解的过程中,成为海洋里最温暖的绿洲,给贫瘠的深海带来了巨大的养分,就像《禅定荒野》里面说的那样,“鲸落海底,哺暗界众生十五年”。
④一鲸落,万物生,这才是鲸落真正的样子,美丽又残忍,残忍却包容。生于天地,死于天地,最后赠与自然。它给漆黑冰冷的海底带来了几十年甚至上百年的繁荣,它供养了深海上百种无脊椎生物,反哺这片养育了自己的海洋。鲸落,是一只鲸鱼最后一次拥抱大海的方式。
(有删改)
3D生物打印新突破
尚凯元
①最近,以色列特维拉夫大学的科研人员使用人体组织制造出了世界上第一颗3D打印心脏,给需要通过“换心”来延续生命的晚期心衰患者带来了新希望。
②自上世纪60年代前后的首例肾脏和心脏移植手术相继成功以来,器官移植的临床技术日臻完善,手术成功率也在不断提高。然而在很多国家,器官等待者和捐献者的数量相差很大。即便有幸等到合适的器官并成功移植,术后的排异反应也仍然会对患者生命构成威胁。多年来,实现器官的完全“复制”,成了医学界的梦想。
③2010年,全球首台生物打印机使用培养的人体细胞制造出首例血管,使得3D打印人体器官成为可能。2013年,一位心脏病专家完成了第一颗3D打印“心脏”,不仅外观与患者心脏高度吻合,还能够怦怦跳动。不过,这个用塑料制成的“心脏”,仅可用于研究手术方案。确切地说,它只是一个“心脏模型”。
④最新打印出来的这颗3D心脏不仅有细胞、心室和心房,还有着纵横交错的血管。本次打印所用的“墨水”,源于患者体内提取的脂肪组织。其中,分离出的细胞在经过编辑之后成为诱导多能干细胞,之后又分化出构成心脏主体的心肌细胞和构成血管的内皮细胞。分离出的非细胞成分则被转化为了“个性化凝胶”,它如同盖房子的“水泥”,能够固定细胞的位置,并起到细胞外基质的作用,促进这些“小砖头”发育生长,建立连接,最终重组为功能器官。由于打印“原料”来自患者自身,因此不用担心排异反应的发生。
⑤不过,这颗3D心脏目前仅具备收缩功能,研究人员还需通过进一步的培养,“教”会心脏细胞协同工作以实现泵血功能,之后再进行动物移植实验。距离真正应用于人类心脏移植,还需要做更多的工作。除了心肌细胞和血管之外,心脏还包括成纤维细胞、神经细胞、脂肪等,如何调和不同种类细胞的生长环境尚有待研究。此外,由于心脏扫描技术和打印机的分辨率有限,目前还不能打印出心脏中的所有血管。
⑥器官移植不仅包括心脏,还包括肝脏、肾脏等。此次研究人员在器官打印方面尝试着“啃了块最硬的骨头”。
⑦从术前分析所用的医学模型到植入人体的钛合金骨骼,从简单的组织再到功能复杂的器官,科研人员在生物打印领域不断实现新突破,也给患者带去了新希望。
(选自《人民日报》2019年7月2日)
我们为什么要睡觉
袁 越
①地球上绝大部分陆生动物都要睡觉,人类自然也不例外。但动物们为什么非得睡觉呢?睡眠的功能到底是什么?
②从进化的角度来看,睡眠似乎对动物的生存很不利。你想啊,动物睡觉时对外界刺激的反应极为迟钝,很容易被天敌抓住。如果有动物进化出不睡觉的能力,岂不是会比那些需要睡眠的动物更有生存优势?可惜这样的事例极为罕见,迄今为止尚未在陆生动物中发现过。
③曾经有人相信动物的睡眠需求是由阳光周期决定的,但后续研究发现,即使生活在暗无天日的洞穴中的动物也需要睡觉,这说明睡眠需求和光照周期无关。
④不管真正的原因到底是什么,我们每个人都知道,硬挺着不睡觉的感觉是很糟糕的。20世纪60年代,美国加州圣地亚哥市的一位名叫兰迪·加德纳的高中生决定挑战一下不睡眠极限,在几位科学家的轮番监督下保持不睡眠长达7天零25分钟,创下了人类不睡觉最长的世界纪录。据说最后那几天他出现了严重的精神问题,具体表现为认知障碍、情绪失控和短期记忆力丧失等等,甚至还出现了幻觉。但是,结束试验之后他休息了两天就完全恢复了,此后好像也没有留下什么后遗症。这说明不睡觉造成的损伤似乎并不是永久性的,很容易恢复。
⑤按照这个思路,有些科学家认为,睡眠的主要作用可能就是清除脑神经细胞产生的代谢废物,废物堆积过多当然不好,但如果堆积时间不长的话,只要通过补觉来清理一下,就能完全恢复原状。所以一个人偶尔熬个夜不是什么大问题,只有长时间睡眠不足才会对身体有害。
⑥那么,大脑产生的代谢废物主要靠什么来清理呢?答案是脑脊液。这是一种像水一样清亮的液体,可以在脑组织和脊髓之间自由流动,其功能有点像清洁液,可以通过反复地冲洗将神经细胞产生的废物清理出去。脑脊液是如何冲进大脑开始“干活”的呢?美国波士顿大学的劳拉·路易斯博士通过实验证明,人类脑脊液的流动和睡眠状态密切相关。每当志愿者进入深度睡眠,脑脊液就会大量涌入脑组织,开始打扫卫生。
⑦为什么只有在深度睡眠时脑脊液才会流进脑组织中去呢?原来,脑神经在工作时需要消耗大量氧气,这些氧气是被血液带进来的。人在清醒时(以及在非深度睡眠时)脑神经一直持续放电,耗氧量居高不下,血液必须保持高速流动,并充满整个脑组织,这样才能保证脑神经的氧气供应。处于深度睡眠阶段时,脑神经元放电模式趋向一致,要么大家一起放电,要么集体同时休眠。当脑神经集体休眠时,耗氧量快速下降,血液流速降低25%左右,空出的部分则由脑脊液来填补。换句话说,人类大脑在深度睡眠时放慢了脑神经放电的频率,从而减少了对血液的依赖,脑脊液便可趁机进入大脑,开始清理工作。睡眠就是通过这种方式为大脑打扫卫生的。
⑧路易斯博士的这项研究成果发表于2019年1月1日出版的《科学》杂志上。她相信,如果未来的科学家们能够掌握控制脑脊液流动的方法,就能动员起人体自身的清洁工,把脑部产生的所有废物全部清理出去,从而更好地保护我们的健康。
⑨当然,在这一天到来之前,我们也可以自救,方法就是好好睡觉,别老熬夜了。
(选自《大众健康》,有删改)
链接材料:新冠肺炎疫情对身体素质的大考,让一样人人皆有的武器备受瞩目——那就是免疫力。就像机器用一段时间需要检修一样,睡眠就是人体免疫系统的“维护”时间。如果总是贪黑、熬夜,健康防线很容易被病毒攻破。
(节选自《读者》)
①这说明不睡觉造成的损伤似乎并不是永久性的,很容易恢复。
②睡眠的主要作用可能就是清除脑神经细胞产生的代谢废物。
雨水落到河湖里,渗( )入到地下,都对岩石有破坏作用。即使在海洋中,海水也在不断地冲击着岸上的石bì( )。如果大量的水结成了冰,形成冰河,它huǎn( )慢地移动着,破坏作用就更大了,就好像一柄铁扫帚从地上扫过,刨( )刮着所遇到的一些石头。
地面上和地下的生物,也没有放弃对岩石的破坏。
当然我们也不能忘掉人的作用。例如,在建筑兰新铁路的时候,一个山头在几分钟内就被诈掉了,这相对地质作用的速度可要快多了。
渗()入 刨()刮
石bì() huǎn()慢
地面上和地下的生物,也没有放弃对岩石的破坏。
鲜红未许佳人见,蝴蝶争知早到来
①“柳畔鸳鸯作伴,花边蝴蝶为家”,蝴蝶离不开花儿,花儿也离不开蝴堞,蝴蝶与开花植物的相互适应是协同进化的典范。
②那么,地球上是先有蝶还是先有花呢?以前科学界认为:虹吸式口器的出现是适应吮吸花蜜而发生的进化。然而,荷兰进化生物学家蒂莫·范尔代克等人最近的研究显示,虽然在当今的地球生态系统中蝴蝶扮演着关键的授粉角色,但早在开花植物之前蝴蝶就已存在。只不过在进化的早期——大约2亿年前蝴蝶刚出现时,它们可能靠吮吸水滴和破损叶片的渗出物来补充水分。至今,仍然有少数蝴蝶保留了这种原始特性,例如,枯叶蛱蝶和琉璃蛱蝶主要以腐烂的水果或树液为食。另一些蝴蝶则将这种原始特性发扬光大,例如,炎热的夏天,燕凤蝶常在溪滩上一边吸水,一边从尾部有节奏地射水,利用水分带走热量,降低体温。
③随着进化历程的推进,裸子植物出现了,蝴蝶很快就尝到了裸子植物分泌的营养物质的甜头。不过,原始蝴蝶对裸子植物仅仅是单方面利用,直到大约1.5亿年前开花植物诞生后,蝴蝶在吸食花蜜时也起到了传粉作用,双方形成了互利关系,于是蝴蝶和开花植物就开始协同进化。
④“鲜红未许佳人见,蝴蝶争知早到来”是唐朝诗人戎昱《写槿花》中的精彩诗句,从中我们也可以看到蝴蝶对于鲜花的热爱。“时逢舞蝶寻香至”,春暖花开之时,蝴蝶与花共舞。蝶是花卉的爱情使者,花卉是蝴蝶的食品供应商,二者合作共嬴。
⑤然而,蝴蝶既有天使般可爱的模样,也有魔鬼般恶毒的心肠。它们在与花卉合作时也经常夹带一点“私货”:悄悄把虫卵产在这些植物的枝叶上,以便其幼虫孵化出来时不愁吃喝。例如,菜粉蝶就是这样对待十字花科植物的。用咀嚼式口器啃食植物的蝴蝶幼虫可能是害虫,但是,蝴蝶的成虫却是益虫,它们帮植物传粉授精,在维持生态平衡方面功不可没。
⑥花和蝴蝶相互依存,断掉任何一环,都可能引发一系列难以预料的问题。苏轼有一句诗特别有名:“明日黄花蝶也愁”。秋天,菊花独放,是蝴蝶唯一的依傍,重阳节后菊花色香大减、即将凋零,迷恋菊花的蝴蝶,也不禁愁眉紧锁。美国气象学家爱徳华·罗伦兹也曾说:亚马逊丛林里一只蝴蝶偶尔扇动几下翅膀,两周后可能会引发得克萨斯州的一场龙卷风。
⑦在生物界中确实存在着类似的“蝴蝶效应”:一个看似微不足道的行为,如因为喜欢花朵的芬芳而随手采摘,或者为欣赏蝴蝶的美丽而随意捕捉,都可能对我们赖以生存的生态环境产生不可预测的影响。正如社会生物学的奠基人爱德华·威尔逊所言:“地球表面的土壤、水大气层,经由生物圈的活动,进化了几亿年才达到现在这种状态。而这个由生物构成的极端复杂的生物圈,其中的活动都是极精确但又脆弱的能量流动及有机物质的循环,各部分紧密相连,环环相扣。”
(作者:秦自民,文章有删改)
蝶是花卉的爱情使者,花卉是蝴蝶的食品供应商,二者合作共赢。