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火星车新成员:“罗莎琳•富兰克林”

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根据欧空局的计划,在2021年5月,他们的新火星车将在火星着陆。这是ExoMars火星探测计划的一部分,这一研究项目旨在探寻过去和现在火星上是否存在生命的迹象。除了探寻火星地表,新火星车上搭载的钻孔机还可以深入火星土壤进行取样,最深可以取得地表下两米的样本进行分析。

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这个火星探索计划的细节我其实并不了解,也没法给大家做深入的介绍。不过有个理由让我很想提一下它:就在上周,这辆火星车刚刚被命名为“罗莎琳•富兰克林”。

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这是参考了约36000条民众意见之后选出的名字,正是为了致敬那位为确定DNA双螺旋结构做出重要贡献的英国物理化学家与晶体学家。

1952年,罗莎琳•富兰克林拍下了那张被称为“照片51号”(Photo 51)的著名图片,它展示了DNA晶体的X射线衍射图样,这是确定DNA双螺旋结构的关键证据。但在当时,她的贡献并未得到足够的认可。1962年,沃森与克里克因为DNA双螺旋结构的发现共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。而富兰克林1958年就因支气管肺炎及卵巢癌病故,没有机会获得同样的荣誉。

她曾经错过了诺贝尔奖,而在六十年后,“罗莎琳•富兰克林”号火星车即将启程。它将在那颗遥远的红色星球上继续探寻科学与生命的答案。

信源:

https://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ESA_s_Mars_rover_has_a_name_Rosalind_Franklin

https://www.bbc.com/news/science-environment-47151778

文中图片来源:ESA

化石骨架化身机器人,它还在跑步机上走了两步

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,首发于果壳网的微信公众号,未经许可不得进行商业转载

如何了解一种动物的运动姿势?科学家可以把它们带进实验室,让它们在跑步机上行走,然后直接进行观察。

那如果是活在上亿年前、只剩下化石的古生物呢?面对一副不会动的骨架,我们怎么知道它活着时究竟是肚皮贴地,还是用四肢撑起身体,怎么知道它的四肢如何摆动?

这一次,就让复刻版机器人替它走跑步机吧!

这只只有骨架的机器动物名叫“OroBOT”,它的原型Orobates pabsti生活在二叠纪早期(大约是2.9亿年前),那时脊椎动物登上陆地还不是很久。通过28个电机的控制,OroBOT迈开四肢,扭动脊柱,以不同的姿态在跑步机上行走,帮助研究者们推测这种早期陆生动物最有可能采取的行走姿势,从而进一步了解陆生四足动物的演化。

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(Orobates pabsti化石,图片来源:Thomas Martens)

Orobates pabsti不仅年代足够早、有完整的骨骼化石,而且还有对应的足迹化石可以参考,因此它被选为了研究对象。研究者们对化石进行断层扫描,建立了全身骨骼的三维模型。同时,他们还观察了若干种现生动物的行走姿势作为参考。怎么观察呢?依然是要请它们上跑步机,而且这一次同时还要进行x射线透视,把运动中的骨骼看个清楚。

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(一只正在走跑步机的蝾螈,它为本研究提供了参考数据。视频来源:biorob2.epfl.ch)

收集好了参考数据,接下来就要测试各种不同的行走姿势了。这些测试很多都通过计算机模拟进行,但实际让机器人出来走两步依然非常重要:这能帮助研究者更好地验证模拟结果,进一步了解各种走路姿势的能量消耗与平衡性。

在测试了数百种参数组合之后,研究者认为,这种史前四足动物的行走方式比预想的更加“先进”:它们已经能用四肢支撑起身体,并且行走的平衡性和能量效率也不错。也就是说,史前四足动物们可能在比科学家预想更早的时期就已经掌握了高效的行走方式。

如果你想感受一下以不同姿势行走的Orobates pabsti,还可以访问研究者建立的网站:https://biorob2.epfl.ch/pages/Orobates_interactive/

原论文:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0851-2

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今日新知:在紫外光下,这种小动物会变成亮眼的粉红色

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2017年5月的一个夜晚,生物学家John Martin正在他的后院里打着紫外光手电四处观察。他原本是想用紫外光看一看地衣,但却被一只偶然路过的小家伙吸引了目光——这是一只滑翔而过的美洲飞鼠(Glaucomys volans),在紫外光的照射下,它变成了格外亮眼的粉红色。

在普通的光线下,这些啮齿类小动物的皮毛并没有那么惊艳。它们的背部是深浅不一的棕灰色,肚子的一面则是浅浅的乳白色。在此之前,没有人注意过它们在紫外光下是什么样子,而这亮眼的粉红色荧光迅速引起了研究者们的兴趣。

这会是普遍存在的现象吗?研究者们通过野外观察和自然博物馆里的标本展开了进一步调查。结果显示,美洲飞鼠属(Glaucomys)所有现存的三个物种确实都存在这种粉红色的荧光现象。虽然荧光强度有所不同,但一百余个标本基本每一个都在紫外光下显示出了粉红色,无论雄性还是雌性个体都是如此,在野外观察到的5个个体也有同样的荧光。

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(这是其中的一个标本,左边是可见光下的照片,右边是395nm紫外光下的样子。图片来源:Allison M. Kohler et al)

这些亮粉色的荧光对飞鼠而言有什么用吗?现在这一点还没人知道。它或许是某种视觉信号,也可能只是凑巧出现的现象。不过真是一种很神奇的隐藏颜色呢……

最近这个意外的发现发表在了Journal of Mammalogy上,相关论文见:https://academic.oup.com/jmammal/advance-article-abstract/doi/10.1093/jmammal/gyy177/5299493?redirectedFrom=fulltext

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无糖食品里的“糖醇”,到底是个什么东西?

随着公众健康意识的提高和营养常识的普及,“吃糖过多不利健康”的观念深入人心,“少糖”成了健康饮食的基本原则之一。“无糖食品”,也就成了健康饮食的一大方向。不过喜欢“甜蜜”是人类天生的口味偏好。很多人在口头上大谈健康,而在行动上却选择甜味。

做出“无糖食品”并不难,但“无糖而甜”才是消费者真正的需求。

十九世纪末糖精面世以来,“有甜味而不是糖”的甜味剂就一直在批判和质疑中默默地赢得更多的拥趸。一百多年的发展,市场上有了很多种甜味剂——有合成的,有天然的;有甜度极高的,也有价格便宜量又足的;有“甜味纯正的”,也有“后味发苦”的……

图片来自pixabay

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对于饮料类食品,这些“高甜度、无热量”的甜味剂取得了巨大成功。但是在月饼等烘焙食品中,它们的空间就很有限。原因在于,糖在这些食品中的作用并不仅仅是提供甜味,还负责结合水分、增加稠度、甚至与氨基酸发生美拉德反应等等。高甜度甜味剂只能解决甜的问题,而对这些作用无能为力。如果使用它们,这些食品的口感就会大大受影响。

近几年“无糖月饼”越来越多,而味道和口感似乎没有受到太大影响。从配料表和营养标签上可以看出,它们的确不含糖,而出现了诸如“麦芽糖醇”的东西。

这个麦芽糖醇,到底是什么东西呢?

在化学上,“糖”是指“多羟基的醛或者酮”。醛和酮的特征基团是一个羰基,可以机上一个氢原子而变成“醇”。这样来自于糖的“醇”就被称为“糖醇”。麦芽糖醇就是麦芽糖加氢还原而得到。在生产中,它是把淀粉水解成麦芽糖浆,然后在催化剂的作用下与氢气反应,就得到了麦芽糖醇。

催化加氢是个“化学反应”,所以糖醇跟传统的“天然产物”就有了不同的出身;但它们毕竟来源于淀粉,跟糖精、阿斯巴甜、甜蜜素等纯粹的“化学合成产物”也有明显的不同。如果非要给它们“天然”还是“合成”的标签,也就会争得不可开交。

麦芽糖醇有甜味,比麦芽糖还要甜一些,不过不如蔗糖那么甜。糖对健康的不利影响,主要源于消化吸收之后引发的胰岛素变化等一系列生理反应。麦芽糖醇被吸收的比例很低,对血糖的影响比蔗糖要小得多,所以美国糖尿病协会指出,糖醇食品对于控制血糖是有利的。它们也不会被口腔中细菌所发酵,也就不会导致龋齿。

除了消化吸收率低,被吸收的糖醇在代谢之后产生的热量也比相同量或者相同甜度的糖要低得多。中国的国家标准规定,糖醇的热量值按“10千焦/克”来计算——这个热量值,稍高于纤维“8千焦/克”,大大低于糖和淀粉的“17千焦/克”。而比较特殊的赤藓糖醇,则是按照0热量来计算。跟糖相比,糖醇在满足人们的口腹之欲时,对于控制体重就会友好一些。

虽然已经不是糖,但是在食物中,它还是能有保水、增稠和填充的作用。这些特性,使得糖醇可以在糕点、冰激凌之类的食品很好地代替糖。

需要强调的是,糖醇并不像其他的那些高效甜味剂一样“无热量”。因为甜度不高,它们在食品中的用量比较大,产生的热量也还是不可忽略的。换句话说,它们在热量和影响血糖方面,只是“比蔗糖要好很多”,而不是“没有影响”。此外,大量食用糖醇可能导致腹泻——好在这个“大量”的数值也确实有点大,对于成年人大约是每天90克麦芽糖醇。正常情况下,人们可能也不会吃到这么多。

麦芽糖醇只是糖醇的一种。把不同的糖加氢还原,可以得到不同的糖醇,现在常用的还有木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇等等。跟麦芽糖醇一样,它们不会导致龋齿、对血糖的影响很小、相同甜度下热量比糖要少得多,摄入量过高可能导致腹泻。不过不同的糖醇在具体特性上有所不同,比如木糖醇的甜度比蔗糖还要高一些,而“安全摄入量”要低一些,成人推荐控制量是每天50克,而儿童是每天20克——这个量也不算少,但如果不加节制的吃,也还是可能超过的。

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消泡、放糖、豆花:关于豆浆豆腐的三个问题

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豆浆豆花都是大有人气的大豆制品,没有喝过豆浆吃过豆花的中国人大概很少,但即使如此,人们对关于这些食品的常识还很欠缺。下面这三个问题,就是有时候会听到的疑惑。

豆浆里的“散泡止沸剂”是什么?有害吗?

做豆腐时,人们会添加一种叫“散泡止沸剂”的东西。有些人就会问,这种添加剂对人体有害吗?这也符合广告人民群众对食品添加剂的抵触和抗拒心理。所谓的“散泡止沸剂”并不是一个规范的名称,而是“望文生义”的生活名词。其实,在食品行业里,它的规范名称就是“消泡剂”。消泡剂不是一种物质,而是各种能够消除泡沫或者抑制泡沫产生的的物质。也就是说,泛泛地说“消泡剂”是否对人体有害,是没有意义的。

做豆腐的过程中有一步是熬煮豆浆。豆浆中有大量蛋白质,还有一些皂苷。它们都具有表面活性,在加热搅拌的过程中能够形成大量泡沫。豆浆中含有相当多的蛋白酶抑制剂。如果没有失去活性,就会抑制蛋白酶的活性,影响人体对蛋白质的消化吸收,而皂苷具有苦涩味,含量较高的话会导致恶心呕吐。大量泡沫形成的温度大概只有七八十度,这个温度不足以让蛋白酶抑制剂和皂苷失去活性。如果不消泡,大量泡沫的产生会让温度难以继续升高。所以,消泡是一个难以避免的操作。

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泡沫的产生过程,就是具有表面活性的分子,比如蛋白和皂苷,吸附到空气和水的表面,降低了表面张力,使得空气和水的界面(即泡沫)能够稳定存在。不过,降低表面张力只是水气界面稳定存在的必要条件,而不是充分条件。这些泡沫要稳定存在,还需要水气界面上的表面活性分子分布均匀,界面上的流变学性质稳定均一。消泡剂的作用通常是破坏泡沫表面的“局部”结构,表面张力和表面流变学性质在局部位置发生突然改变,使得泡沫液体层中形成很大的液体流动,从而失去稳定性而破裂。

能够消泡的物质很多,消泡能力各不相同。在民间,人们用植物油来消泡,效率不高但也能达到目标。在现代生产中,有很多被批准作为食品添加剂使用的表面活性剂,安全性也不成问题。当然,市场上还存在着各种“工业消泡剂”,比如用于处理废水的消泡剂,那就存在安全风险,不能用于豆浆止沸了。

每天喝豆浆放多少糖最好?

这个问题的答案,取决于“最好”是什么意思。

如果“最好”是指“最好喝”,那么完全取决于自己的口味偏好。有的人喜欢很甜,有的人喜欢“微甜”,不存在一个普适的“最好”的量。如果从统计角度来说,大多数人喜欢的甜度大致在10%的蔗糖——也就是说,一杯200毫升的豆浆,需要20克左右的糖。

对于现代人,糖是不健康饮食的主要因素之一。世卫组织建议的糖控制量是成年人每天不超过50克(最好控制到25克以内)。为了喝一杯豆浆而摄入20克糖,实在是有点多了。如果从健康角度出发,那么不放糖才是“最好”的。

不过对于大多数人来说,“原生态”的豆浆口味并不容易被接受。“好吃”也是食物的一个重要方面,如果强求“无糖”去强迫自己喝“不好喝”的豆浆,也不是一件愉快的事情。如果因为“加糖不好”而干脆连豆浆也不喝了,也就无法获得豆浆的营养,总体上说也不见得“最好”。

解决这个矛盾有两种方式:

一、在“口味”和“健康”之间寻找一个自己的“平衡点”,也就是尽量少糖而风味还可以接受。

二、采用一些合适的甜味剂,比如麦芽糖醇、木糖醇等等获得适当的甜味。

多吃豆腐脑对身体好吗?

豆腐脑是豆浆凝固得到的食品,在不同的地区形态稍有不同,也有“豆花”“豆腐花”“老豆腐”等不同的称呼。总体而言,都是在豆浆中加入凝固剂形成的凝胶。豆腐脑的“老嫩”取决于豆浆的浓度和凝固剂的用量,越“嫩”的含水量越高。一般而言,北方所说的“豆腐脑”含水量更高,用筷子夹不起来,只能用勺吃,而南方的豆花更为成型,能用筷子夹起来吃。

图片来自Wikipedia

图片来自Wikipedia

豆腐脑的主要成分是水,含量能到90%甚至95%以上。营养成分中含量最高的是蛋白质以及大豆油,也有多种矿物质和维生素。不加调料的豆腐脑相当于豆浆外加一点钙镁凝固剂。因为极高的含水量,一碗豆腐脑中其实没有多少营养成分。虽然是凝胶状,但比起相同重量的牛奶来,营养物质还要少一些。不过,如果不考虑水,只考虑其中的营养物质,那么豆腐脑中主要是蛋白质和不饱和脂肪,而牛奶中除了蛋白质和饱和脂肪,还有大量的乳糖,相对来说,豆腐脑又要稍微“优越”一些。不过豆腐脑中的钙含量远远低于牛奶,对于补钙而言又是牛奶完胜。

需要注意的是,这里说的是不加调料的豆腐脑。通常情况下,吃豆腐脑都需要加入卤或者糖。糖是健康饮食中需要控制摄入的营养成分,而卤中含有大量的盐,也是需要控制摄入的成分。所以,不管是咸味还是甜味,都增加了豆腐脑的“不健康成分”。

总体而言,豆腐脑还是一种很好的食物。其实“多吃”也多不到哪里去,哪怕每天吃一碗(通常一碗大致在200毫升左右),不管是“营养成分”还是盐/糖这些“不健康成分”,量都不多,对于身体的影响也就有限。

『异兽志』古人叶公好龙,今人好尼斯湖水怪

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本文是宾州州立大学民俗学教授丹德尔(Peter Dendle)的论文,《现代与中世纪的隐匿动物学》的阅读笔记。

隐匿动物学(Cryptozoology),是指和隐匿动物(cryptid)相关的一种文化活动,隐匿动物,是指现代传说里的虚构动物,比如尼斯湖水怪、大脚野人。虽然科学通常能证明隐匿动物不存在,但很多人仍然相信,世界上有水怪、野人。对于相信科学的人而言,隐匿动物粉丝的行为,可能是很可笑的。但是丹德尔写文章分析隐匿动物学,并不是为了证明他们的可笑,而是为了搞清楚背后的民俗学原理。为什么人们会相信世界上有水怪、野人呢?

大脚怪的雕塑。图片来源:pixabay

大脚怪的雕塑。图片来源:pixabay

首先,要搞清楚一件事,“隐匿动物”并不是“未知的动物”。科学界经常发现新动物,有一些动物,比如大猩猩,原先人们认为它们只存在于传说故事里,后来也被科学证明是存在的。但“隐匿动物学”并不是科学,它是民间传说(forklore),它对发现真实的新动物不感兴趣。

“隐匿动物学”和真正的动物学的一个重要差别是,“隐匿动物学”几乎只对那些巨大、奇异、恐怖的动物感兴趣,而现实中那些微小的动物,比如螨虫、浮游动物,虽然有很多新物种有待人们去发现,却引不起隐匿动物粉丝的兴趣。隐匿动物粉丝想见到的,是那些令人惊异的怪兽。

“隐匿动物学”所追求的,不是真实的动物,而是幻想中的怪兽。历史上任何一个时期,都有对怪物、异兽的幻想。但是现代的“隐匿动物学”与古代的幻想又有不同。古代人对怪物的态度,是对未知事物的恐惧,对广大野蛮世界的焦虑,而现代的“隐匿生物学”,对怪物的态度是完全相反的。这是因为,我们对世界的认识,已经和古代完全不同。

中世纪书籍中的怪鱼插图。图片来源:commons.wikimedia

中世纪书籍中的怪鱼插图。图片来源:commons.wikimedia

二十世纪初,地球上基本所有的地区,都已经被人类探索过了。人们对什么地方拥有什么动物,什么动物是真实存在的,什么动物是虚构的,也有了充分的认识。也就是说,这个世界上已经很少有“未知”了。与“未知”的消失同时出现的,是对于动物保护意识的崛起。人们开始意识到,人类的活动对物种和自然,造成了很大的破坏,人们对自己的行为感到内疚,开始努力保护野生动物。
未知不再存在,保护意识崛起,“隐匿动物学”就是在这样的文化背景下产生的。它的特征,也跟这样的文化背景密切相关。

古老地图上的怪物。图片来源:vintage-maps-prints

古老地图上的怪物。图片来源:vintage-maps-prints

我们先看看“未知不再存在”,对于“隐匿动物学”,有什么样的影响。有很多隐匿动物的故事,都发生在已经高度开发的地区,比如欧洲大陆,或者北美。有人相信这样的地方还有人猿、恐龙之类的生物,从科学上说,是极其可笑的,但它反映了人对于这个“已知”世界的不满。隐匿动物的粉丝觉得,人们对这个世界太熟悉了,这样很无聊,所以要用幻想,重新赋予这个世界野性与神秘。

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丹德尔说,许多关于隐匿动物的故事和所谓的“研究”里,都有一种古老的冒险主义的气氛。隐匿动物的粉丝,把他们想象成“第一代的博物学家”,也就是在很早以前,科学刚起步的时代研究动物的人。那个时代的人,跟着当地的向导,在未知的荒野里探险,发现新动物。在那个时代,世界是充满神秘和刺激的。人们相信隐匿动物,有一个原因是,他们希望能重返这个充满刺激和冒险的时代。

二十世纪初的书籍上,博物学家猎虎的图片。图片来源:commons.wikimedia

二十世纪初的书籍上,博物学家猎虎的图片。图片来源:commons.wikimedia

然后再看“保护意识崛起”。丹德尔说,人们相信隐匿动物的存在,还有一个重要的原因就是,用幻想的动物,填补被人类杀光的动物的空缺。许多隐匿动物粉丝,都认为隐匿动物是已经灭绝的动物。比如大脚野人是古人类,亚马逊雨林里的mapinguari是地懒。如果这些生物并没有消失,我们对破坏自然的负罪心理,就能少一些了。

很有趣的是,虽然隐匿动物的粉丝心目中的怪物形象,经常是狰狞可怖的,但他们对隐匿动物的态度,不是恐惧、厌恶,而是尊重、保护。

斯卡梅尼亚郡(Skamania County)曾通过一个条例,如果谁打死了大脚怪,最高可处以1万美元的罚金和五年的监禁。不丹的野生动物保护区(Wildlife Sanctuary)有650平方千米的土地,是划给“Mirgu”(不丹对西藏雪人的称呼)的——当然,这些动物都是不存在的,而且这些保护措施的制定者,也未必相信其存在。比如不丹设立保护区的真正原因,是用雪人的传说,招徕游客来旅游。但这可以说明人们对隐匿动物的态度。

人们对隐匿生物的态度里,是不是包含着缅怀已失去之物的情绪呢?。图片来源:pixabay

人们对隐匿生物的态度里,是不是包含着缅怀已失去之物的情绪呢?。图片来源:pixabay

丹德尔在网上看过一个隐匿动物爱好者的发言,她说:她最大的恐惧就是,人类对环境的破坏太厉害,我们还来不及见到隐匿动物的美好,它们就会因人灭绝。隐匿动物如果灭绝,对我们而言,将是很大的损失。相信隐匿动物的存在,虽然荒唐无稽,但隐匿动物的粉丝这种担忧的心态,却跟我们对现实动物的担忧是共通的。隐匿动物学不是动物学,但它是一个时代的人之思想情感的反映。

参考资料

Dendle, Peter. 2006. “Cryptozoology in the Medieval and Modern Worlds”. Folklore, Vol. 117, No. 2 (Aug., 2006), pp. 190-206.

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公园里那些光秃秃的红枝条……是啥?

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没听说过红瑞木这种植物,一点也不奇怪。尽管它是中国北方极常见的园林观赏灌木,但很少有人会特别留意。红瑞木开小白花,结小白果,花果均不起眼;叶子是重要识别特征,但非专业人士也看不出来。

这种状态的红瑞木,我劝你直接放弃。图片:Opioła Jerzy / wiki commons

这种状态的红瑞木,我劝你直接放弃。图片:Opioła Jerzy / wiki commons

这种植物在园艺界有个非常奇葩的用途:观茎。因为树皮是红色,又是分枝能力很强的灌木,很容易形成景观——但这个景观要等到秋天叶子落光了才能呈现出来。

到了秋天,红瑞木就开始释放它们的威力了。图中是著名观茎品种“西伯利亚”,听上去就冷得发抖对不对!图片:Bruns Pflanzen

到了秋天,红瑞木就开始释放它们的威力了。图中是著名观茎品种“西伯利亚”,听上去就冷得发抖对不对!图片:Bruns Pflanzen

想象一下:冬天的华北大地,万物萧瑟;放眼望去,非黄即灰,所见皆是枯树枝子。且慢!这一片枯树枝子有所不同,它是红色的!此情此景,如果你非要说它是冬天难得的鲜艳色彩,我也只好报以尴尬而不失礼貌的围笑了。

奇怪“坑”里的红瑞木

红瑞木(Cornus alba L.)属于山茱萸科山茱萸属。为什么植株明明是红色,却要用alba(白色)做种加词?不是给它起名的林大爷罹患色盲,而是因为它的果实是白的。如果不凋落的话,在密密麻麻的红色枯树枝子里倒也不失为一种点缀。不过这果子有毒,看看就得了,别动嘴。

红瑞木的果实。图片:glebe farm hedging

红瑞木的果实。图片:glebe farm hedging

山茱萸科是一个很小的科,最鼎盛的时候也只有十五个属、不到一百二十个种,但它却经历过频繁而剧烈的分类学调整,近几年更是被APG折腾得死去活来。山茱萸科在《中国植物志》收录的九个属里,自领一科而且连目都换了的有两位,即青荚叶属(Helwingia,冬青目青荚叶科)和鞘柄木属(Torricellia,伞形目鞘柄木科);另投他科的也有两位,即桃叶珊瑚属(Acuba,丝缨花目丝缨花科)和单室茱萸属(Mastixia,山茱萸目蓝果树科);剩下五位中的四位(灯台树属Bothrocaryum、梾木属Swida、草茱萸属Chamaepericlymenum和四照花属Dendrobenthamia)按照流行观点都并入了广义的山茱萸属(Cornus)。

花期中的灯台树。图片:crocus.co.uk

花期中的灯台树。图片:crocus.co.uk

在最新的APG IV系统里,山茱萸科除了山茱萸属以外,还吞并了八角枫科,委屈后者做了一个属(八角枫属Alangia),于是总共有两属八十五种。此外,在APG III被吞并的蓝果树科,在APG IV又被踢出去了。蓝果树科的珙桐身为国家一级保护植物,却被山茱萸科始乱终弃,可叹。

珙桐:“???”图片:S. Rae

珙桐:“???”图片:S. Rae

“垃圾分类”要做好

如此剧烈的改变,当然不是因为当代分类学家吃饱了撑的没事干,而是前人对这个类群缺乏深入了解。

据多识植物百科统计,最广义的山茱萸科包含了APG IV系统里6个目、9个科的物种,是典型的“垃圾箱分类群”。之所以是垃圾箱,是因为所有子房下位、胚珠下垂、果实常为肉质的真双子叶植物都被放到了山茱萸科里,而它们之间巨大的形态差异却被有意或无意地忽视了。

原来同属山茱萸科下的单室茱萸属植物(左)与青荚叶属植物(右)。图片:Vinayaraj / wiki commons;Alpsdake / wiki commons

原来同属山茱萸科下的单室茱萸属植物(左)与青荚叶属植物(右)。图片:Vinayaraj / wiki commons;Alpsdake / wiki commons

类似的垃圾箱还有广义百合科、玄参科等等。如今,在分子生物学的帮助下,人们终于有能力把这些垃圾箱分拣清楚了,真是可喜可贺。

“垃圾箱”里也能捡到宝

山茱萸科这么乱,还有一个可能的原因:它所在的山茱萸目是菊超目最基部的类群,保留了一些比较原始的性状,因此菊超目里各处特征模糊、身份成疑的物种就容易往这里塞。但另一方面,研究山茱萸目对于了解菊类植物的起源和早期演化也十分重要。

2007年,美国昆虫学家小乔治·波依纳(George Poinar Jr.)在产自缅甸胡康河谷的琥珀中描述了一朵花瓣合生、子房下位的花,将其命名为Eoëpigynia burmensis(姑且直译为“缅甸曙上位花”),并认为它是山茱萸目的成员。

Eoëpigynia burmensis的照片和复原图。图片:G. Poinar Jr. et al. (2007) J. Bot. Res. Inst. Texas 1(1): 91-96

Eoëpigynia burmensis的照片和复原图。图片:G. Poinar Jr. et al. (2007) J. Bot. Res. Inst. Texas 1(1): 91-96

尽管大家对小波依纳身为昆虫学家却频频捞过界发表植物化石新种的行径颇有微词,但他对这朵花的分类处理还是比较可信的。这样一来,被子植物中出现最晚的菊类植物的起源时间就被提到了一亿年前。换言之,在白垩纪中期的时候,被子植物所有的主要演化支都出现了。恐龙时代的后半截,地球已经是一个繁花似锦的世界。

在红瑞木的现生近亲中,也诞生过了不起的科学发现。譬如我们发现草茱萸(Cornus canadensis)是植物界最快运动纪录的保持者。与山茱萸属主流的木本物种不同,草茱萸是只有20厘米高的多年生草本,它们分布于东北亚和北美,中国的长白山就有。草茱萸的花组成头状花序,外面围着四枚白色的总苞,看上去还挺萌的。

草茱萸的花序。图片:James St. John

草茱萸的花序。图片:James St. John

高速运动的部分就藏在每一朵花里。草茱萸的花未开之时,雄蕊的花丝是弯折的,并被花瓣包裹着。花药成熟时,花丝和花瓣都已经蓄积了很强的应力。此时如果有外力触动(比如访花昆虫)甚至纯粹是因为空气湿度的变化,花瓣就会迅速展开并反折,花丝也瞬间伸直,把花粉抛射出去。整个运动在万分之五秒的时间内完成,花粉被加速到3米每秒的速度,抛射到2.5厘米高的地方;雄蕊产生的最大加速度达到24000米每二次方秒,相当于重力加速度的2400倍。这个研究2005年发表在《自然(Nature)》上。

高速摄影机拍摄的草茱萸释放花粉过程。图片:J. Edwards et al. (2005) Nature 435: 164

高速摄影机拍摄的草茱萸释放花粉过程。图片:J. Edwards et al. (2005) Nature 435: 164

颜值出众的山茱萸们

就算是同在观赏植物领域,山茱萸属也有很多美貌的成员,颜值能甩红瑞木八条街。比如说,正副二位科长——欧洲山茱萸(Cornus mas)和山茱萸(C. officinalis),都是春华似流金、秋实如玛瑙,不仅好看,果子熟透了还可以吃。

花季的山茱萸。图片:pxhere.com

花季的山茱萸。图片:pxhere.com

成熟的山茱萸果。图片:Alpsdake / wiki commons

成熟的山茱萸果。图片:Alpsdake / wiki commons

又如四照花亚属(Subgen. Syncarpea)和狗木亚属(Subgen. Cynoxylon),前者在东亚,后者在北美,都是具有花瓣状大型总苞的木本植物,开花时相当壮观,风韵和玉兰相似而较为秀雅。我在北美旅行时,经常被盛放的四照花(通常是C. kousa的品种)吸引而驻足流连。

花期的四照花(C. kousa)。图片:wiki commons

花期的四照花(C. kousa)。图片:wiki commons

花期的大花四照花(C. florida)。图片:pixabay.com

花期的大花四照花(C. florida)。图片:pixabay.com

不知道为什么,国内园林甚少栽培四照花,基本上都要到野外才能一睹芳容。也许有气候的因素,华北地区对四照花来说可能过于干燥了——所以大家还是将就一下,看看红瑞木的枯树枝子就好。

我们曾拥有过两个月亮?玉兔二号或许能告诉你

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在懵懂的咿呀学童眼里,神话大概是认识世界的启蒙起点。夜晚那轮明亮的玉盘,被描述为一片美丽的宫殿。宫殿里有月神嫦娥,也有砍桂树的吴刚,而在桂树的枝桠底下,还有不停捣地着药钵的小兔子。随着年龄渐长,孩子们的神话,逐渐替换成了现代科学体系下精确的名词:桂树和月民的身影,变成了色泽黯淡的月球盆地——月海;而玉盘背景上的银光,则成为了高耸而明亮的月球高地——月陆。

熟悉的月球正面,深色的部分是低洼的平地,被称为“月海”,构成了美丽传说中玉兔和桂树的形象。丨图片来源:NASA

熟悉的月球正面,深色的部分是低洼的平地,被称为“月海”,构成了美丽传说中玉兔和桂树的形象。丨图片来源:NASA

不过,科学世纪的月球故事,没有让这轮玉盘的奥秘消减丝毫,反而带来了更多的疑问。

月球的两面截然不同

地球上的昼夜交替,为我们直观传达着星球会不停自转的观感。但有心人会发现:无论你在什么时候抬头看月球,看到的永远都是同一张“月宫桂树”的图景,几乎没有半点偏移,就仿佛月球从来不转动似的。这种现象的本质,乃是月球的公转和自转周期相同。于是,在地球上看过去,月亮就永远以一面朝着地球,而另一侧则永远背对着地球。

永远背对地球的那一侧,被人们形象地称之为“月之暗面”。随着嫦娥四号成功登月,对月球背面的关注也突然多了起来。可是,如果打开月球背面的完整照片,映入脑海的第一印象想必会令你大吃一惊:它和月球正面之间的地貌差别太大,根本就像是另一颗截然不同的星球。

月之暗面,很少看到深色的月海,几乎全是明亮而又坑坑洼洼的月陆。跟月亮的正面有着迥然的区别。丨图片来源:NASA

月之暗面,很少看到深色的月海,几乎全是明亮而又坑坑洼洼的月陆。跟月亮的正面有着迥然的区别。丨图片来源:NASA

在正面,黯淡低洼的月海占了表面积31%之多,这些月海和明亮的月陆之间斑驳陆离、交相辉映,构成了美丽神话中的形象图案。然而在背面,月海却仅有区区2%,苍白的月陆覆盖了一切,其上布满了密密麻麻的陨击坑,简直让人密集恐惧症直犯。由于月陆比月海的颜色更浅,可以说“月之暗面”不仅不暗,甚至比正面还要更明亮。

明暗背后是成分的差异

月陆和月海明亮程度的不同,本质上是构成这两种地貌的岩石成分不同。科学家们用”色率“这个概念去描述岩石成分差异所带来的感官上的差异,它被定义为岩石中镁铁质矿物的单位体积百分比。由于镁铁质矿物一般都呈现黯淡的色泽,所以岩石中镁铁质矿物越多,颜色上也会显得更暗。月陆的成分是斜长岩,这种岩石几乎清一色由钙长石(CaAl2Si2O8)组成,其间几无镁铁质矿物伴生。月海则截然相反,由玄武岩构成,这是来自地幔的原始岩浆喷出地表凝固而成的一种岩石,含有较多的原始矿物,譬如辉石和橄榄石。由于这些矿物都是铁镁的硅酸盐,月海整体在色泽上也就颇为黯淡。

月球圆乎乎的外观,表征着它是一颗达到了静力平衡的球体。此外,它又不像地球那样几十亿年内部持续活跃,导致岩石圈板块永远在地球表面到处移动。月球地壳自凝固起,几无活跃的构造活动。在这两个事实为前提,结论只能是“月球各处岩石圈的成分理应均衡”。

可事实呢?正如前面所说,月球正面与背面岩石圈成分几近天壤之别,就仿佛月球有意要把自己身姿最丰富的那面秀给地球,而把自己的麻子脸悄然藏在咱们看不到的角度似的。

为什么月球两面判若两个世界?最保守的回答自然是:不知道。这就是月之暗面,人类从未踏足的未知边界。由于缺乏实地资料,人们只能语焉不详地梳理这颗卫星的简史,而把开拓的可能性留给一代又一代的旅人。

就是在这样一个时间节点上,嫦娥四号踏上了45亿年前的异星陆地。

月球车玉兔二号驶上月球背面的地表,在满是月壤的地面上留下了两道车辙丨图片来源:中国国家航天局

月球车玉兔二号驶上月球背面的地表,在满是月壤的地面上留下了两道车辙丨图片来源:中国国家航天局

也许曾经存在两个月亮

月球诞生于45亿年前。这泱泱45亿年的岁月被分为五个阶段,尽管每一个阶段里的记忆都无法清晰追溯,但一些标志性的大事件,多少为这颗银色卫星的编年史,竖起了一座座恢弘而又分明的信标。

太初之时的第一信标叫做大冲击。一颗叫做忒伊亚的原行星撞上了地球,巨大的冲击力撕裂了地球的地壳,击碎了地球的地幔,把无数碎片抛向地球外侧轨道,这些碎屑围着地球构成了如同今日土星一般的星环,而后逐渐融合,形成了今日的月球雏形。

第二信标是结晶分异。无数碎屑的融合,令它们的动能转换为新生月球的内能。初形成的月球表面,因而维持着熔融态的炽热岩浆海。随着岩浆海逐渐冷却,内部物质纷纷达到凝固点开始结晶。比重较大的镁铁质矿物纷纷沉入深处,形成月球的地幔;而比重较轻的斜长石则漂浮在岩浆海的表层,逐渐凝固为明亮的月陆。

大撞击之后,无数碎屑围绕地球形成星环,它们是构成原始月球的原材料。丨图片来源:educatinghumanity.com

大撞击之后,无数碎屑围绕地球形成星环,它们是构成原始月球的原材料。丨图片来源:educatinghumanity.com

这些事情发生在距今45亿-39亿年前的前酒神纪(Pre-Nectarian)。由于月球大地构造作用的匮乏,岩石圈应力微弱,此时形成的雏生月陆理应是一片平坦的。

第三信标,是著名的后期重轰炸(LHB, Late Heavy Bombardment),发生在酒神纪至雨海纪(39亿-32亿年前)。木星等外侧大行星进行轨道调整,将无数小行星抛向了太阳系内侧,如同炮弹一样对内侧轨道天体——包括地球和月球在内——进行无差别高频轰炸,从而构成了今日月陆上密集的陨击地貌。在后期重轰炸期间,月球内部的结晶分异也在持续进行。月海玄武岩大部分喷发于晚雨海纪(38亿-32亿年前),而一经喷发,便形成了今日可见的月海轮廓。

而后的爱拉托逊纪(32亿-11亿年前)和哥白尼纪(11亿年前至今),由于月球内部地质活动和太阳系行星际事件整体消停,对月球地貌的整体塑造作用几乎可以忽略。

至此月球简史完结。然而,这里显然缺失了重要的一章,因为其中没有任何一个事件,可以说明月球两侧成分的高度差异性。固然,后期重轰炸作为一种外因,可能在轰击月球的过程中导致非均质性,但这好歹是一个以亿年为时间单位、以亿万公里为空间跨度的事件,月亮走位再风骚,也不至于亿万年里只有一面挨炸吧….. 何况对月面陨石坑进行测年统计也表示:两侧陨石坑的形成年代皆集中于42亿-38亿年之间——换句话说,当时月面两侧接受陨击的几率是均等的。

显然,这其中应该插入一些事件,来解释月球这种不正常的“偏向性”。于是,有人给出了一个大胆的假设[1]:我们的地球一开始,可能有两颗月亮。

玉兔二号在试图寻找第二个月亮

第二颗月亮在哪儿,后来被天狗吃了吗?当然不是。根据这一假说,第二颗月亮(姑且按照天文学家的命名法则,称之为“地卫二”好了)之所以在今日的夜空中消失不见,是因为它在形成之后不久,便撞在了今日仍在的这颗月亮上[2]。在这种假说里,两颗月亮皆形成于地球和忒伊亚相撞之后,由溅飞至地球轨道的碎片融合而成。由于碎屑吸积的随机性,月球和“地卫二”之间有着先天的角速度差异。不久之后,两者便发生了撞击。第二颗月亮如同泥巴似地糊在了月球背面,导致背侧地壳明显加厚。

按照假说,在围绕地球的星环聚合成卫星之后不久,“地卫二”就撞上了原始月球的背侧,从而使月球的背侧的地壳发生加厚,进而影响后续月球两侧地质演化的差异性。丨图片来源:NASA

按照假说,在围绕地球的星环聚合成卫星之后不久,“地卫二”就撞上了原始月球的背侧,从而使月球的背侧的地壳发生加厚,进而影响后续月球两侧地质演化的差异性。丨图片来源:NASA

而后的故事依然相同:后期重轰炸期如期而至。只不过,那些撞向背面的天体,由于遇到了一个“加厚版”的月陆,不容易砸穿,自然也就无法为地幔深处熔融的岩浆提供涌至地表的裂隙通道。而正面的“原版月陆”较薄,在小行星撞击中惨遭砸裂,就为岩浆的上涌提供了通道。当这些来自月幔的原始岩浆汩汩流出,如同洪水一般注入到地表陨石坑内,便在月球正面形成了诸多低洼而平坦的月海。

事实是否真的是这样。目前唯一的回答仍然是:不知道。毕竟这只是一个假设,只能提供一种可能性来解释月球两侧的巨大差异。至于这种可能性是否与事实匹配,只有实地调查者才有进一步的发言权。作为目前人类向月球背面派遣的仅有的实地调查者,嫦娥四号,连同月球车玉兔二号,已经安然降落在了南极-艾托肯盆地。这个疑似遭受了月幔混染的背侧盆地,用一种同时混溶了月陆与月海的奇异光泽,阐释着可能已经触手可及的未知奥秘。

月球车玉兔二号的车轮,在真空中无声地前进。在那个你我永远无法目视的月之暗面,它和嫦娥四号的眼眸也同样永远无法回望你我所在的蓝星。但是,它们在那个世界勇敢探索而获取的新知,会借由鹊桥之手传回我们这个世界。成功登陆月之暗面,这本身已经在人类文明探月史上增添了新的一页。我们更期待,它们传回的新知,也能够在月球这颗古老卫星的简史上增添新的一页。

第二只玉兔,说不定真有机会证实曾经存在过的第二颗月亮呢!

参考文献

[1] Richard Lovett, 2011. Early Earth may have had two moons. Nature: Nature News.

[2] 更近期的版本里甚至还会出现三颗、四颗….等等更多的小月亮,参见:太初纪元,诸月争辉——月球起源再一说

想要轻薄透气的电路?在皮肤上贴点金吧

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今天主要想分享一张我最近在CHEMISTRY in PICTURES网站上看到的照片:

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看起来这只手仿佛是被涂了两道金色的颜料,不过这里展示的其实是一种轻薄透气的皮肤电路,而且还是真·金子做的。

近年来,可以贴在皮肤上的电路在科研界很受关注。只要加上合适的传感器,这些轻便的电路贴片就能用来实时监测人的健康状况,同时也可以实现很多交互控制功能,总之就是很方便。但是,不少皮肤电路的设计是要贴一整块基质在皮肤上(比如说一块硅胶薄膜),这样透气性不好,时间长了容易对皮肤造成刺激。

而我们在图中看到的这种金的皮肤电极能够解决这个问题。它不需要额外的基质,而且我们看到的金色贴片部分其实是一个网状结构,对皮肤出汗和透气的阻碍也比较小。

这个电路是怎么做的呢?首先研究者用静电纺丝的方法得到了一些聚乙烯醇材质的纳米纤维(直径在300-500nm),并把纤维交织成网状。接下来,他们会在这些纳米纤维网的一侧表面沉积上70-100nm厚的金。实际使用时,研究者会把这些薄薄的纳米导体放在人的皮肤上再喷上水。PVA会溶解在水中,同时起到粘合的作用,让剩下的网状金导体贴合到皮肤上。

测试显示,这种网状的纳米导体能很好地贴合皮肤,活动手指不会影响电路的功能,而且它也确实更少引起皮肤不适。如果想要完全去除贴上的电路也非常容易:只要洗个澡就行了,毕竟负责粘合的PVA非常容易被水洗掉。

相关报道:

http://cen.chempics.org/post/181910548417/golden-touch-to-the-naked-eye-it-looks-like-this

https://cen.acs.org/articles/95/i30/Gold-nanomesh-creates-breathable-electronic.html

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小绵羊人畜无害的“羊设”怎么来的?

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本文来自物种日历作者@飘飘 & @卢平。

我们在火锅汤底的翻滚中见到它,在冬日的冷风中裹紧它;它是BBC定格动画里为主人操碎了心的小羊肖恩,是疯狂动物城里看似温顺的隐藏大反派……

它,就是绵羊(Ovis aries)。

温顺可爱的绵羊们。图片:Pixabay

温顺可爱的绵羊们。图片:Pixabay

小绵羊,真实的傻白甜

人们总觉得绵羊傻傻的、笨笨的、智商不高的样子。这种刻板印象,主要源自绵羊的群居性。

但也非常可爱呀。图片:Misja Smits / Buiten - beeld

但也非常可爱呀。图片:Misja Smits / Buiten – beeld

温顺的绵羊简直就是家养动物的楷模。当大概四只以上的绵羊同时在场时,它们就会表现出群聚的行为,每只羊都会想要跟着其他羊一起行动,谁先动谁就是领路羊。再加上绵羊相对比较胆小,主要靠跑来躲避敌害,有些时候会产生一些群体性失控事件,也无法防御野兽袭击。因此,一些更理智和有防御力的动物就成了牧羊人的好帮手,比如更有主见也更暴躁的山羊,忠实聪明的牧羊犬,还有富有攻击性的……羊驼Vicugna pacos或大羊驼Lama glama

羊群的大羊驼守卫,气场满满的霸道总裁。图片:Paul Keleher / wikipedia

羊群的大羊驼守卫,气场满满的霸道总裁。图片:Paul Keleher / wikipedia

您的牧羊犬守卫已上线。图片:Janko van Beek / Buiten - beeld

您的牧羊犬守卫已上线。图片:Janko van Beek / Buiten – beeld

中国是世界上绵羊饲养量最大的国家,而新西兰和澳大利亚人均饲养量称霸全球。1982年,新西兰人均拥有22只羊;据新华社今年年初报道,新西兰近年来绵羊饲养量严重下降——人均拥有量已经低于六只了呢 (手动斜眼)。

肉毛乳皮皆可用

根据绵羊不同的用途,可以分为肉用羊、毛用羊(可再细分为细毛羊,半细毛羊和粗毛羊)、乳用羊和皮用羊(可再细分为羔皮羊与裘皮羊)。当然这些分类并不是完全独立的,比如粗毛羊往往也是优质的肉用羊,但它的毛主要适合制作羊毛地毯。深受我国吃货喜爱的小尾寒羊就属于粗毛羊,而湖羊和滩羊品种就属于皮用羊。

让澳洲闻名的美利奴羊就属于细毛羊,细毛羊的一个特点就是羊毛会不停的生长,一年需要剪5次,新西兰曾经有一只美利奴羊跑进了山洞中躲了7年,结果被人发现时身上的羊毛足足有27公斤!大名鼎鼎的绵羊油也来自于羊毛剪下后洗出的油脂。和商家宣传的不同的是,绵羊油并没有什么特别神奇的护肤作用,它和人类皮脂的相似程度也不高。

图中是澳大利亚的一群细毛美利奴绵羊。图片:By Cgoodwin / wikipedia

图中是澳大利亚的一群细毛美利奴绵羊。图片:By Cgoodwin / wikipedia

与大多数的养殖动物类似,人们偏好雌羊,雄性羊即使留下也往往会阉割掉,特别是在肉用羊中,如果没有在公羊小时候及时阉割,会导致羊肉的质量下降卖不出好价钱。此处一个关于绵羊的冷知识:绵羊存在性偏好——有8%的绵羊是同性恋,绵羊是对同性伴侣有终生偏好的少数物种之一。

在很多国家,绵羊奶制成的奶酪也十分有名。绵羊奶的乳脂含量是牛奶的两倍,十分适合制作成奶酪,而由于绵羊的饮食结构往往比山羊简单,绵羊奶酪的风味也不像山羊奶酪那么冲,有机会尝试不要错过。

山羊与绵羊,羊羊各不同

说起绵羊,很多人就要问这个物种和山羊的异同。这两个驯化物种都来自偶蹄目牛科的羊亚科羊族,但是山羊的祖先是山羊属的野山羊(Capra aegagrus),而绵羊的祖先欧洲盘羊(Ovis orientalis)则是属于盘羊属。二者的关系,大致相当于人和黑猩猩。

山羊的祖先:山羊属的野山羊。图片:Eric Dragesco / ardea.com

山羊的祖先:山羊属的野山羊。图片:Eric Dragesco / ardea.com

绵羊的祖先:盘羊属的欧洲盘羊。图片:Christian Biemans / NIS

绵羊的祖先:盘羊属的欧洲盘羊。图片:Christian Biemans / NIS

无论绵羊还是山羊,它们的眼睛都有着一对长方形瞳孔。绵羊作为一种标准的食草动物,长在脑袋两侧的眼睛加上这种瞳孔形状,能带给绵羊超过270°的超宽视野,从此妈妈再也不用担心小羊看不到大灰狼啦!
横向的视野还可以让绵羊在逃跑时能看清楚前后的地形。当它们吃草的时候一低头,其眼球上的肌肉还能进行自动调节,保证绵羊瞳孔的长方形长边仍然平行于地面。

一边低头吃草,一边暗中观察。你可以尝试一下,反正我把眼睛转疼了也做不到。图片:Andreas Cappell / wikipedia

一边低头吃草,一边暗中观察。你可以尝试一下,反正我把眼睛转疼了也做不到。图片:Andreas Cappell / wikipedia

从外形上来看,我觉得绵羊和山羊的最显著区别可能在于羊角。山羊们大多继承了祖先野山羊向后弯曲、高高耸起的漂亮大角,不那么长,但基本都是向后向外伸出。绵羊很多品种没有角,而有角的品种自然也是继承了野生祖先的特征——它们的角是“盘”起来的。

哪怕浑身小卷毛,羊角的形状也出卖了这只安哥拉山羊。图片:Erica Peterson / wikipedia

哪怕浑身小卷毛,羊角的形状也出卖了这只安哥拉山羊。图片:Erica Peterson / wikipedia

另外,山羊的尾巴是翘起来或者向后平伸的,而绵羊的尾巴无论大小都会下垂。有胡子的一定是山羊,而只有绵羊是“兔子嘴”,上唇中间有裂。

当然,这两种还有一个非常重要的共同点——能吃,好吃,特好吃!冬意渐渐浓,不如来一顿火热的涮羊肉,或者一碗热气腾腾的羊肉汤,驱散冬日严寒吧!