三月 2019

神秘人鱼惊现东海,童话故事真的要实现了吗?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

2019年2月29日,中国科学家洪尔等人在国际知名期刊《PAC》上发表封面文章《贾氏中华人鱼——海生哺乳类新物种》,在世界上首次对一种分布于中国东南沿海的神秘人鱼类生物,进行了完整的研究和描述,并且根据模式标本正式命名了新物种Naeryoua chinensis。论文对该物种分类地位的确定在国际博物学界引发了激烈争论。

神秘的人鱼为何物?

文章中提到的人鱼其实在世界各地文化中出场频率都颇高,不过均是以想象生物的身份。《山海经》中就曾提到一个人鱼国度:“氐人国在建木西,其为人,人面而鱼身,无足。”

最经典的“美人鱼”形象则源自西方, 最早可追溯到古代两河流域的女神阿塔伽提斯,在误杀了自己的凡人情侣之后因羞愧跳入河中,变为人首鱼身。另一位著名的美人鱼是亚历山大大帝的妹妹帖撒罗妮加,在兄长去世后跳爱琴海自杀未遂,变成人鱼盘问过往船只亚历山大大帝是否健在,如果答案不是“他活着,统治并征服世界!”就怒发冲冠,掀起风暴令船毁人亡。在希腊神话中,海中仙女塞壬(Siren)有着类似的设定,以歌声引诱水手把船驶入险境,或者溺水而亡。

《荷马史诗》中奥德修斯把自己绑在桅杆上,让水手以蜂蜡堵住耳朵,以抵抗塞壬的美丽歌声。画家:Herbert James Draper  / wikimedia.org

《荷马史诗》中奥德修斯把自己绑在桅杆上,让水手以蜂蜡堵住耳朵,以抵抗塞壬的美丽歌声。画家:Herbert James Draper / wikimedia.org

当然,让美人鱼的形象深入千家万户的还是文学巨匠安徒生——“她的皮肤又光又嫩,像玫瑰的花瓣,她的眼睛是蔚蓝色的,像最深的湖水。 不过,跟其他的公主一样,她没有腿;她身体的下部是一条鱼尾。”在《海的女儿》中,小美人鱼继承了古代神话中人鱼的优美歌声,而她的命运也同样和凄美的悲情故事联系在一起。美女身材外加一条分叉大尾巴的形象还出现在其他艺术作品中,比如《加勒比海盗》和《美人鱼》;而今天全世界许多水族馆里的“美人鱼”表演,也都是人身鱼尾的形象。

美女形象配上曼妙的鱼尾,总是令人赏心悦目,难怪水手们会执迷不悟。但是等等!你不觉得有哪里不对吗?

人鱼,到底该怎么游泳来的?

要想弄清楚鱼人到底是什么鱼,我们必须先强行科普一点脊椎动物比较解剖学知识。

首先,我们来思考一个问题:鱼和人的区别到底在哪?

我们通常所说的“鱼”主要包括软骨鱼类和硬骨鱼类。前者包括鲨鱼、鳐鱼、蝠鲼等等,而日常生活中能见到的绝大多数鱼类属于硬骨鱼类中的“辐鳍鱼”。乍一看,美人鱼的形象非常符合鱼的设定:下半身常常覆盖着鱼鳞,而鱼尾和可能存在的鱼鳍都被设定成典型辐鳍鱼的附肢骨骼形态——由平行向外辐射的棘条撑开成薄薄的一片,没有肌肉组织。

银高体鲃的臀鳍和尾鳍,是不是跟你想象中美人鱼的尾巴差不多?图片:W.A. Djatmiko /  wikimedia.org

银高体鲃的臀鳍和尾鳍,是不是跟你想象中美人鱼的尾巴差不多?图片:W.A. Djatmiko / wikimedia.org

可是再仔细想想,无论是软骨鱼还是辐鳍鱼类,你见过鱼儿像水族馆里的小姐姐那样“趴”在水里上下摆动“尾鳍”的吗?

答案是否定的。 简单来说,鱼类的肌肉结构决定了它们不能“弯腰”:以中轴骨骼(就是鱼身体正中的那整条鱼刺)为界,鱼的躯干肌肉分为左右两部分,我们可以想象一条鱼交替收缩身体左右两侧肌肉时,竖起来的尾鳍就会相应地向左右两侧摆动,由此提供前进的动力。

左右摆尾很easy,上下摆?对不起,你还是炖了我吧。图片:Giphy

左右摆尾很easy,上下摆?对不起,你还是炖了我吧。图片:Giphy

严格来说,“鱼”其实不是演化史上一个独立的类群,因为更加高等的两栖类、蜥形类(包括爬行类和鸟类)和哺乳类都是从硬骨鱼中一支所谓的“肉鳍鱼”演化而来,和现存肺鱼的亲缘关系比较近。上面所说的左右摆动尾鳍这种推进方式,我们在两栖类的大鲵和各种蝌蚪中都还能看到。《山海经 · 北山经》有云:“……其中多人鱼,其状如䱱[tí]鱼,四足,其音如婴儿,食之无痴疾。”这里的“人鱼”描述的应该就是大鲵。

中国大鲵的尾巴就是左右摆动来推动身体前进的。图片:J. Patrick Fischer / wikimedia.org

中国大鲵的尾巴就是左右摆动来推动身体前进的。图片:J. Patrick Fischer / wikimedia.org

所以应该叫美人鲸???

那么“经典款”美人鱼可以“拍水”的扁平尾巴又是从哪儿来的呢? 这就要说到更高等的海生哺乳类了。

哺乳动物中有三个独立类群在演化过程中下了海:鲸豚类、鳍脚类(海狮、海豹和海象)和海牛目(儒艮、海牛)。鲸豚类和海牛目的物种有着扁平的尾巴,而鳍脚类的鳍状后肢也是扁平而不是“竖直”的。相应地,和鱼类不同,它们游泳时主要是上下摆动身体作为驱动力。

座头鲸的泳姿。小美人鱼的尾巴是不是跟这个更像?图片:giphy.com

座头鲸的泳姿。小美人鱼的尾巴是不是跟这个更像?图片:giphy.com

这些动物的泳姿就和水族馆的小姐姐们很像了。你问为什么?当然是因为大家都是哺乳类啊!和鱼类不同的是,我们哺乳类很善于“弯腰”,想想有多少健身的人心心念念八块腹肌你就能明白。对哺乳类来说,“扁平的尾巴或鳍脚 + 腹肌和背侧肌肉”完成的“摆动” 动作,就是产生游泳动力的最优解。要是给水族馆的美人鱼小姐姐们安上一个竖直的尾巴……你倒是问问她们答不答应。

当然,中外文化里也不是没有比较实诚的人鱼形象,比如“哈利·波特”系列电影中,黑湖里的人鱼真的是左右摆动身体游泳的。我国唐代以后出现的人首鱼身俑,虽然不算是“美人鱼”,但也是如假包换的鱼尾巴。

南唐人首鱼身俑。图片:kknews.cc

南唐人首鱼身俑。图片:kknews.cc

分析到这,这个“鱼人”之谜就比较明朗了:经典的人鱼形象明明就是——披着鱼皮的哺乳动物啊! 而且你可能听说过,美人鱼的传说起源于儒艮或者白鲸,这样看来,美人鱼真的是跟鱼没有半毛钱的关系了。至于相似的鳞片和尾巴,只是艺术处理需要而强加的设定啦。

至于开头那篇科学研究?“鱼人”当然是愚人节的玩笑啦,毕竟期刊《PAC》不就是物种日历的英文名嘛!

后记:美人鱼美丽而魅惑的形象深入人心,《太平广记》里甚至提到“临海鳏寡多取得,养之于池沼。交合之际,与人无异。”这样一来,弄明白人家其实不是鱼也是一件幸事——不然想象下,海的女儿们是靠产卵后体外受精来繁殖,岂不幻灭?

如何从透明中变出五彩斑斓?你只需要一杯热水,再加上这样道具……

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

当潮湿温暖的空气遇到凉凉的眼镜片、镜子或者其他类似的表面,冷凝的小水滴总是会在上面蒙上一层“薄雾”。这层雾看起来是什么颜色?

你可能会说,当然是白色啦!毕竟它都是由无色透明的小水珠组成的嘛。

但是,事情没有这么简单。在特定的情况下,原本无色的小水珠其实能形成一层五彩斑斓的雾!

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(这个真的是水。原视频来源:参考文献1)

而且这还不是最厉害的。真正最厉害的是——这层五彩斑斓的水雾发在了《自然》上,而且还登上了2月28日的期刊封面:

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(封面图片:Sara Nagelberg)

彩色的水雾到底是怎么回事?下面我就来详细讲讲。

如何拥有同款彩色水雾?

想要观察到和Nature封面研究同款的彩色水雾,首先需要准备一个聚苯乙烯材质的透明塑料培养皿。只要有了这样道具,剩下的事情其实都很简单:只要在培养皿里倒上一些热水,盖上盖子,并用一束白光把它照亮即可。下面是我自己测试的结果。实验中用的是准直LED光源,我这里没有专门的光源,只是靠房间顶上的日光灯。虽然效果没有那么好,但色彩确实看得很清楚了:

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(毫无PS的作者手抖自摄……动图经过加速,实际时间十秒左右)

从实际观察来看,从盖上盖子起水雾色彩的分布一直都在变化,这些色彩肉眼明显可见的时间并不会维持很久。而如果在显微镜下观察这些彩色水雾,会发现这些微米级的小水滴边缘都有一个明亮的“彩色光圈”。不同大小的液滴“光圈”颜色各不相同。

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(在显微镜下看,每个小水滴的边缘都顶着一个彩色的光圈。我知道这个图很像画的,但确实不是_(:з」∠)_图片来自原论文,大图的下方的比例尺是200μm,小图的比例尺是1cm。)

彩色从哪儿来?

首先需要说明:这不是一道迷你版的彩虹,也不是一个个超小号肥皂泡。水雾上的色彩形成原因和颜色的分布规律都与这两种常见现象不同。

研究者发现,彩色水雾其实是两种光学现象共同作用的结果:一个是全反射,一个是干涉。

当光线从折射率大介质入射,并且角度超过一个临界值时就会发生全反射。

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(动图来源:QuantumBoffin)

而当光线从上方入射时,它就很容易沿着培养皿下壁的液滴边缘发生全反射(如下图)。光线可能会从不同的路径发生全反射,这些路径的长度不同,因此光线最终出射时就产生了相位差。具有相位差的光线彼此发生干涉,就能让白光变成不同的色彩。

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(全反射与干涉的共同作用让微米级小液滴产生色彩。截图来源:MIT)

这个效应取决于液滴的折射率,同时也非常依赖液滴的大小和形状。一定要选择塑料而不是玻璃的培养皿就是为了让挂壁的水滴形成合适的形状。

为啥要研究这个?

这种小液滴的虹彩现象最初是艾米·古德林(Amy Goodling)和劳伦·扎扎尔(Lauren Zarzar)两个人发现的。当时他们在研究一些培养皿上的透明小液滴(不过并不是水),研究中突然发现液滴看起来格外地蓝,这激起了他们的研究兴趣。

除了满足好奇心,这项研究也为人们提供了一种制造结构色的新思路。虽然培养皿盖子上的小液滴没法保持稳定,但把液滴换成聚合物小颗粒也可以实现同样的效果。而且研究者们也为这种现象建立了模型,可以预测不同条件下的颜色规律。

然而,这种虹彩现象的效果非常取决于光源和观察角度,这一点会限制它的应用前景。

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(转一转角度,液滴的虹彩看起来就完全不一样了。这里展示的并不是水滴,不过原理类似。原视频来自参考文献1)

不过,能在家里拥有一个Nature封面同款我还是非常开心的……

参考资料

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0946-4

http://news.mit.edu/2019/water-droplets-structural-color-0227

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被色诱的雄蜂,你没发现自己交了个假女友么?

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都说日历娘的萌点崎岖,emmm……我写这篇文章的心路历程也很崎岖。

蜂兰(Ophrys apifera),Hans Hillewaert摄于意大利西西里岛,图片:Hans Hillewaert / Wikimedia Commons

蜂兰(Ophrys apifera),Hans Hillewaert摄于意大利西西里岛,图片:Hans Hillewaert / Wikimedia Commons

大概这种哈哈大笑的小丑长相的确很喜人吧。然而,小丑背后的故事不会总是天真无邪的,蜂兰(Ophrys apifera)也不例外。如果你是十六岁以下或不能面对赤裸裸真相的小盆友,请看完第一张图后就此打住吧。

倾情服务,只为一锤子买卖

首先,蜂兰是一种兰花。这一群从白垩纪末就在地球上盛开的花朵,岁月经年,如今已个个堪称奇葩。它们的三枚花瓣中有一枚特化成“唇瓣”,千奇百态不单似嘴唇,比如这里哈哈大笑的小丑身体。其实这种为飞行的传粉昆虫提供降落平台和跑道标记的做法倒也不是兰科独门绝技,只是它们的平台款型略嫌丰富(极大的丰富)罢了。而兰科的独创是绝大部分成员都把雌雄生殖器官长在了一起成为“合蕊柱”。

蜂兰合蕊柱侧面,箭头所指的黄色部分是花粉块,另一个花粉块还在盔状的花药里没有掉出。图片:BerndH / Wikimedia Commons

蜂兰合蕊柱侧面,箭头所指的黄色部分是花粉块,另一个花粉块还在盔状的花药里没有掉出。图片:BerndH / Wikimedia Commons

如图,蜂兰合蕊柱上面的高耸头盔是雄性的花药,下面好像小丑的额头凹陷进去的空间是雌性的柱头,它们为传粉昆虫提供“一站式服务”,“收发快递”都在一起。花药里的花粉打包成有细长柄的花粉块,黄色的成熟花粉块被外力扰动会掉出,如上图箭头所指的那样。下方柱头上有粘盘,花粉块只要进入那里,一整块花粉里的足量精子都有机会与子房里的繁多胚珠结合。如此造化,让大多数兰花的传粉变成了要么颗粒无收、要么赢家通吃的一锤子买卖。为了做成这“买卖”,兰花们对虫子们有温情、有利诱,也有坑蒙拐骗、绑架勒索,可谓机关算尽。

雄蜂:我可能交了假女朋友

蜂兰属名Ophrys是希腊语“眉毛”的意思,因为唇瓣边缘毛茸茸的,故本属又常被称作“眉兰”,不过它们总是打蜂类的算盘,比如我们的主角,种加词apifera意即“有蜂的”。眉兰们多生活在地中海和西亚,阿尔卑斯山北边最远到过类似当年罗马帝国的疆域,然而它们在罗马共和国建国前很久就已经成精,称之为“妖孽”毫不为过。其妖法:色诱。

一只正在为蜂兰传粉的长角长须蜂Eucera longicornis。 图片:ekermeur.net

一只正在为蜂兰传粉的长角长须蜂Eucera longicornis。 图片:ekermeur.net

蜂兰的香气是复合的烃类物质,几种脂族、杜松烯和萜类的精准配方香型可以逼真地模仿雌蜂的性外激素,让“闻香识女人”的雄蜂神魂颠倒,蜂拥而至。而由唇瓣、侧瓣和合蕊柱模仿的雌蜂虽然在人类看来有点灵魂画风,但显然足以骗过心里火烧火燎的雄蜂。而唇瓣的“眉毛”其实是在模仿蜂类的体毛,这样可以让来访的蜂抓牢,诱导它们到正确的体位,并留下真实的触感。大卫·爱登堡爵爷曾一本正经地说:有时因为来的雄蜂太多,沉醉于性外激素的它们甚至等不及花儿上的空位,开始抱住另一只雄蜂不可言说……(请想象幼小的我看到这一段时打开新世界大门的惊叹!)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被褐花眉兰Ophrys fusca吸引的地蜂科物种Andrena sp.,请问,至少有多少只?图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被褐花眉兰Ophrys fusca吸引的地蜂科物种Andrena sp.,请问,至少有多少只?图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

当然,妖孽们在1862年就引起了达尔文老师傅的注意,他记载道: “蜂们如对付必须打倒的小恶魔一般,向那些花儿们发起攻击”,并对此行为的原因感到着迷,因为显然,蜂类不会从兰花那里得到任何奖励。后来,法国人波漾(Pouyanné,译成这两个字比较符合本文的气氛)提出了也许蜂兰长得像雌蜂是欺骗性拟态,如今我们把它叫做“拟交配”(Pseudocopulation)。最终,着急的雄蜂还是会意识到“我可能交了假女朋友”,遗恨之前的莽撞已经让它头上黏住了花粉块的长柄,怎么也取不下来,只能悻悻离去。

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被花粉块长柄黏住的雄蜂。图片:YouTube(UP:Gota Xemco)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被花粉块长柄黏住的雄蜂。图片:YouTube(UP:Gota Xemco)

然而故事没有到此结束,带着花粉块的雄蜂还会飞向另一只“雌蜂”。研究发现,它不会再去找已经确认的“假女朋友”,并不是由于它真的长了记性,而是它把那朵花儿的香氛归为不受欢迎的雌蜂的外激素(比如不友好的或已经交配过的雌蜂)。

而妖术登峰造极的是昆虫眉兰Ophrys insectifera,它的花粉块有直立的柄,只有萎蔫下垂时才有可能自花授粉,因此一朵花在失去花粉后会在正巧接近花粉块柄萎蔫时主动下逐客令,变成不受欢迎的香氛,让余兴未尽的雄蜂乖乖去把花粉交给另一朵花。

正在为昆虫眉兰Ophrys insectifera传粉的掘土蜂Argogorytes mystaceus。图片:J. Claessens & J. Kleynen / Wikimedia Commons

正在为昆虫眉兰Ophrys insectifera传粉的掘土蜂Argogorytes mystaceus。图片:J. Claessens & J. Kleynen / Wikimedia Commons

脸盲的人类,你们知道什么

也许大多数人类都是脸盲,昆虫眉兰Ophrys insectifera被认为长得像蝇类而在英语里叫蝇兰(Fly orchid),虽然它明明是靠蜂类传粉的。而另两种O. sphegodesO. fuciflora被认为像蜘蛛,因此叫做早蛛兰和晚蛛兰(Early / Late spider orchid),而它们分别是由地蜂属Adrena和分舌蜂属Colletes传粉的。

与蜂兰同属、也可以欺骗地蜂的早蛛兰Ophrys sphegodes,因为长得像蜘蛛得名,摄于英国南部Folkestone。图片:GkgAlf / Wikimedia Commons

与蜂兰同属、也可以欺骗地蜂的早蛛兰Ophrys sphegodes,因为长得像蜘蛛得名,摄于英国南部Folkestone。图片:GkgAlf / Wikimedia Commons

也有高阶脸盲如叶蜂眉兰O. tenthredinifera,传粉者主要是蜜蜂科条蜂属的Anthophora pillipes,而非学名所指的叶蜂科。唉,罢了,植物和昆虫分类都很难,不全怪人类。

叶蜂眉兰,扫描二维码看更多。摄影:余天一

叶蜂眉兰,扫描二维码看更多。摄影:余天一

不过蜂类眼里的世界是我们难以想象的,它们的可见光波段与人类不一样,加上复眼视觉,这些兰花看上去也许非常逼真……或者它们也不在乎那么多,只要找到头在哪边就可以上了,比如黄花眉兰O. lutea和前面BBC里出现过的褐花眉兰O. fusca就是采取的让地蜂科昆虫的腹部沾上花粉块的体位,让唇瓣拟态了雌蜂的头部。最重要的还是精确配比的性外激素,不同的眉兰属物种的香味能吸引的冤大头也是各自专属的,通过它模拟的性外激素的差异,可以用来界定分类尚不明确的眉兰属物种。

假戏真做,蜂岂不是损失惨重?

拟交配现象并不只有眉兰属才有,其它兰科成员也有不少精妙的情色骗术。另一个著名的例子是分布于澳大利亚的铁锤兰属Drakaea,它利用当地土蜂会抱起没有翅膀的雌蜂飞到空中交配的行为,在拟态雌蜂腹部的唇瓣基部巧妙地长出活动的关节,意图起飞的雄蜂会随着这种机关的运动一头撞上合蕊柱。而同在澳大利亚的姬蜂和隐柱兰属物种Cryptostylis spp.假戏真做时过于投入,因此被研究者观察到损失了不少精子。

分布于澳大利亚的铁锤兰Drakaea glyptodon,唇瓣由一个活动的杠杆链接在花朵上,为了让蜂类抱起它时头部撞向合蕊柱。图片:Mark Brundrett / Wikimedia Commons

分布于澳大利亚的铁锤兰Drakaea glyptodon,唇瓣由一个活动的杠杆链接在花朵上,为了让蜂类抱起它时头部撞向合蕊柱。图片:Mark Brundrett / Wikimedia Commons

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,打算抱着“雌蜂”起飞的土蜂,中了铁锤兰的机关。图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,打算抱着“雌蜂”起飞的土蜂,中了铁锤兰的机关。图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

真的很替蜂们担心,不是么?被兰花骗那么惨,会不会真的由于损失过大而自己生殖不成功呢?好在,似乎兰花这些凶狠的骗术都只作用于可以孤雌生殖的非社会性蜂类,因此就算真的损失了几个单倍体的雄蜂,雌蜂们仍然可以自己再生一批,让种群的基因库不受太大冲击。至于为什么会这样,大概是兰花和蜂类一方产生更高明的骗术,另一方发展更好的减损手段而不断博弈的结果吧,有点红皇后的协同演化的意思。

红皇后:“你必须尽力地不停地跑,才能使你保持在原地。”图片:DirectConversations

红皇后:“你必须尽力地不停地跑,才能使你保持在原地。”图片:DirectConversations

在兰花这边,也不是存心作恶。眉兰属有一些种类就是模仿蜂的栖息地而不是拟交配的,只开房不陪睡。不过,为了模仿蜂的洞穴,兰花也用上了蜂类传达聚集信息的外激素,研究者通过谱系统计推断眉兰属进行拟交配的物种的祖先性状时发现,也许通过模拟蜂类栖息地,眉兰在形态和化学上都已经预先适应了以后可能用到的骗术。毕竟,一旦用过就效果拔群,停不下来了。

其实这些高明的骗术让眉兰属成功传粉的概率只有5%~10% ,然而这对于整个种群的繁殖来说已经够了,成功受精的眉兰花每一朵可以产生12000~14000枚种子。这些种子里都有通过有性生殖才能发生的基因重组,因此保证了种群的遗传多样性,也就是物种在演化的基因长河里立足的根基。性是如此的重要,因此它甚至被演化用来设置这样反讽般的骗局。

一道冰川,阻隔了牛郎织女

最后,回到我们的主角蜂兰。也许是因为第四纪的大陆冰川覆盖过欧洲阿尔卑斯山以北的大部分地区,蜂兰的传粉者并没有跟上冰川消退的脚步回到曾经的分布区,因此,生长在北欧的蜂兰竟然大部分是严格自花授粉的,主动适应了自交,只有在地中海边的它们还能施展那古老的媚惑。

1777年《伦敦植物志(Flora Londinensis)》的蜂兰绘图,让我们不要只看在历史资料里看到它们曾经生活在这里。图片:William Kilburn / Kew

1777年《伦敦植物志(Flora Londinensis)》的蜂兰绘图,让我们不要只看在历史资料里看到它们曾经生活在这里。图片:William Kilburn / Kew

透过这张蜂兰的全身图我们可以想见,还好地下有充满营养的块根,让蜂兰能在孤独的北欧存续生息。它们或许会由于遗传结构变得单一,前途堪忧——这就像是命运的玩笑。

想到这样的蜂兰,我总不禁忧虑:我们这个物种在这颗星球上带来的剧烈变化,又会使多少演化中多年相爱相杀的伙伴,因为应变的步调不一致而被迫分离呢?

睡前喝酒、喝牛奶,能够帮助睡眠吗?

睡眠是人生中花时间最多的事情,多数人一生中大约有三分之一的时间在睡眠中。成年之前,充足的睡眠有利于身高,也有利于大脑发育;到了青壮年时代,合理的睡眠有助于保持充沛的体力和敏锐的脑力;到了老年,睡得好不仅是健康的标志,也是幸福的来源。

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然而不是所有人都能想睡就睡,许多人都有“想睡睡不着,睡着了没睡好”的状态。于是,各种“帮助睡眠”的方法也就别具号召力。

睡前喝口白酒,或者喝杯红酒,被许多人认为有助于睡眠。这大致来源于喝醉了的人很容易呼呼睡去。

酒对睡眠的影响吸引了许多科学家的目光,也有很多研究发表。总体而言,睡前喝一点酒,可以帮助人们更快地“入睡”。但是,“更快入睡”只是睡眠的一个方面。身体休息得如何,睡眠质量跟睡眠时间同样重要。在睡眠中,人体的肌肉和大脑并不处于一直不变的状态,而是存在着“由浅入深”的循环。在深度睡眠时,人会进入梦境。在这种状态下,人体能够得到最大程度的休息和恢复。喝酒会促进人体更快从清醒进入睡眠状态,但是会减少深度睡眠的时间。所以,虽然酒后入睡得快一些,睡的时间可能长一些,但是睡眠质量并不好,醒来之后的身体感觉,并不像真正的“充足睡眠”那么好。

简而言之,不管是喝白酒还是喝红酒,表面上看可能“帮助入睡”,但实际上并不能起到“改善睡眠”“更好休息”的作用。

在生活中,还有许多人会在睡前喝一杯牛奶来帮助睡眠。这种做法的“理论依据”是:牛奶中有比较多的色氨酸,经过血脑屏障进入松果体,作为原料合成褪黑素。而褪黑素是调控人体睡眠的激素。

这个理论能够自圆其说,不过实际上不见得有多大用。一方面,色氨酸只是牛奶中的氨基酸之一,想要获得足够的色氨酸,需要摄入大量的蛋白质,也就会同时摄入大量的其他氨基酸和牛奶中的其他物质。在美国,也有一些商家把色氨酸纯品作为膳食补充剂销售,宣称能够改善睡眠以及还有其他功效。不过,FDA并不认可这些功能,所以它们也就只是作为膳食补充剂销售,给消费者“信则灵”的选择。

不过,牛奶毕竟是一种不错的食物,睡前喝一杯至少不会有什么坏处。一种常见的推荐是,保持不饱不饿的状态,对于良好的睡眠是有帮助的。而合适的食物,是少量的蛋白类食物(比如牛奶、奶酪、酸奶、豆浆、豆干等等),加上一些粗粮类食物。前者提供氨基酸,后者缓慢消化,保持血糖的持续稳定。

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新药来了,专治产后抑郁

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FDA刚刚批准了一种专门针对产后抑郁的抗抑郁药。这个药是brexanolone注射液,上市的商品名叫Zulresso 。

brexanolone分子|sagerx.com

brexanolone分子|sagerx.com

这种药的优点是——

①见效快,使用24~48小时就会开始缓解中到重度抑郁。相比之下,目前其他抗抑郁药要连续吃2~4周才开始见效。在临床试验中甚至出现过一个这样的案例——在最初24小时内,患者不吃不喝,退缩在自己的世界里,不和别人沟通。点滴brexanolone24小时后,患者精神一振,面带微笑,和其他病友交谈,简直是完全变了个人。

②药效持续长,打一次,药效可以持续一个月。

③不影响母乳喂养。这个药物在体内本来就天然存在,只是分娩后会大幅减少, 所以本身也比较安全。它是一种内源性神经活性类固醇,孕酮的代谢产物之一。 药物很少进入母乳。所以如果想母乳喂养,用药几天后就可以恢复母乳。

④即使患者对已有的抗抑郁药耐药,新药也依然可能有效,因为药物起效的具体机制不同。

当然,这个新药也有缺点——

①必须住院连续点滴60小时(2.5天),过程中患者可能非常困倦甚至昏厥,因此必须在医院由医护监护。同时监测血氧含量。也因为可能突然晕倒,在点滴过程里患者不能单独和孩子在一起,需要有其他照顾者陪伴。

②贵。目前美国售价是差不多34000美元,不包括住院费在内。

产后抑郁影响母婴与整个家庭,是必须重视的疾病 |bostonsp.com

产后抑郁影响母婴与整个家庭,是必须重视的疾病 |bostonsp.com

不管如何,终于开始有了专门针对产后抑郁的药物。由于激素水平急剧变化、育儿负担重、睡眠不足等因素,有些妈妈会得上产后抑郁——疲惫,悲伤,暴躁,焦虑,失眠,没有食欲,回避亲友,对任何事都提不起兴趣,觉得自己无助或者没有价值,无法自制地产生“自己拖累了周围人,孩子应该拥有更好的妈妈,孩子和自己未来都会不幸”之类的消极念头……

产后抑郁并不是“矫情”,而且可能比大多数人想象的更常见。美国疾控中心认为,大概九分之一的产后女性经历过抑郁。许多新妈妈因此饱受折磨。孩子也无法和母亲建立情感连接。最极端的情况甚至会危及母亲和孩子的生命。有些人抑郁严重,2~4周内自杀风险极高。有些人对普通抗抑郁药已经有了抗药性——多了一个选择,也许就能改变她们的人生。

参考资料

  1. FDA approves first treatment for post-partum depression. (2019). https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm633919.htm
  2. Kanes, S., Colquhoun, H., Gunduz-Bruce, H., Raines, S., Arnold, R., Schacterle, A., … Meltzer-Brody, S. (2017). Brexanolone (SAGE-547 injection) in post-partum depression: a randomised controlled trial. The Lancet, 390(10093), 480–489. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(17)31264-3
  3. Depression Among Women. (2019). https://www.cdc.gov/reproductivehealth/depression/index.htm‌

记录更新!世界上最小的元素周期表有多小?

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世界上最小的元素周期表有多小?最近这个记录又更新了。新的迷你元素周期表记录诞生在诺丁汉大学,这个刻在硅片上的超小元素周期表只有14µm*7µm那么大。

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一张局部细节图:

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整件作品除了元素周期表本体之外,还包括了两个人的微缩人像:德米特里·门捷列夫(Dmitri Mendeleev)以及尤里·奥加涅相(Yuri Oganessian)。门捷列夫应该不太需要介绍了,而后面的这位是个原子核物理学家。

奥加涅相身份特别的地方在于,他在世时名字就被用来命名了化学元素(118号元素Og,汉字是气字头下面是奥,我打不出来)。有此待遇的人目前为止一共只有两个(另一个是格伦·西奥多·西博格,名字命名了106号元素𬭳),而还活着的就只有奥加涅相一个人了。

下图就是包括人像的全貌:

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(左边是门捷列夫,右边是奥加涅相。人像比较复杂,所以比周期表本体还是大多了)

那么,这么小的元素周期表是怎么做的?大致过程如下:首先利用电子束光刻(electron beam lithography)把图案刻到聚合物薄膜上,制成“模板”。然后再利用反应离子刻蚀(reactive ion etching)把“模板”的图案刻到硅片上,最终表面还会沉积上一层金的薄膜。

其实,上一个“最小元素周期表”的记录也来自诺丁汉大学。那个版本比较好玩的一点是它刻在了化学家马蒂亚·波利亚科夫(Martyn Poliakoff)的头发上面。这个英国化学家同时也是油管上的化学科普网红,估计不少化学爱好者都看过他的视频。

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(头发上的元素周期表。大小是89.67μm*46.39μm)

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(这位就是头发的主人Martyn Poliakoff)

这个记录还会继续更新吗?那就要看他们有没有这个兴致,以及刻蚀技术未来如何发展了_(:з」∠)_

信源:https://www.chemistryworld.com/news/new-record-set-for-the-worlds-smallest-periodic-table/3010233.article

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“奶餐粉”没上315,但我觉得危害更大

市场上出现了一种名为“奶餐粉”的产品,从包装到营销广告说得天花乱坠。宣称是“代替奶粉,比奶粉更富有营养价值的的代餐粉”。

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这里的“奶粉”,其实是指牛奶干燥得到的固体。也就是说,它就是奶粉加了一些“营养强化成分”的冲调饮料。但是在中国,“奶粉”通常是指婴幼儿配方奶粉,尤其是在与“宝宝”处于同一语境中。而这个“奶餐粉”,从销售价格上看,与婴幼儿配方奶粉也出于同等层次。也就是说,它给消费者的带来的印象是“比婴儿配方奶粉更富有营养价值的代餐粉”。

真实情况如何呢?

“奶餐粉”宣称给婴儿食用了吗?

在奶餐粉的包装上没有明确宣称它可以给婴儿食用,但是有“适合辅食添加初期及以上人群”。按照婴儿喂养指南,一般婴儿在6个月之后就会开始添加辅食,“适合辅食添加初期”就意味着它可以喂给婴儿。再加上说明中的“比奶粉更富有营养”,毫无疑问是在暗示消费者可以用它来代替配方奶粉给婴儿食用。

而在媒体记者的调查中,某奶餐粉公司的客服则直接宣称称“其奶餐粉可以给6个月以上宝宝吃”,另一家奶餐粉的客服甚至宣称“其奶餐粉可以给3个月的宝宝吃,可替代奶粉”,而其招商经理则宣称“7、8个月大的宝宝不愿意喝奶粉可以改喝奶餐粉,可以完全替代奶粉”。

奶餐粉只是一种“固体饮料”

在产品标签上,这些产品明确标识了产品类别是“固体饮料”。固体饮料的国家标准对于营养元素含量并没有具体规定。所以,国家标准的角度说,这样一款“添加了一些营养成分的奶粉”作为固体饮料销售,并不违法。不过,婴儿配方奶粉虽然在形态上也是固体饮料,但是它跟一般的固体饮料有明显差别。婴儿配方奶粉有专门的国家标准和特殊的管理规范,比如配方上对于几十种营养成分有都有明确的含量规定,生产资格上要得到政府的专门审批才可以生产。

用奶餐粉喂养婴儿,会怎样?

婴儿是指0到12月龄的孩子。在婴儿期,应该以母乳作为主要营养来源;如果实在不能实现母乳,那么婴儿配方奶粉是可以接受的选择;除此之外,任何动物的奶以及其他饮料都不适合喂养婴儿。也就是说,拿一种“固体饮料”去代替“奶粉”喂养婴儿,很可能造成婴儿的营养不良。奶餐粉,不管营销文案写得多么吸引人,它也都只是一种普通的“固体饮料”,并不符合婴儿配方奶粉的标准。如果真的拿去喂养婴儿,那么其潜在的危害并不在“大头娃娃奶粉”和“三聚氰胺奶粉”之下。

此外,奶餐粉涉嫌虚假标注

在某款奶餐粉的包装上,配料表如下:

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而营养成分表如下:

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按照国家标准关于标签的规定,配料表中超过2%的组分必须按照用量从大到小的顺序排列。也就说是,按照这款产品的配料表顺序,“大豆蛋白粉、乳清蛋白粉、乳粉和麦芽糊精”的用量是依次递减的。这个顺序给消费者的印象是:产品主要是由蛋白质和乳粉组成的,而麦芽糊精只占很少的比例。

但是在营养成分表中,蛋白质的含量是20%,脂肪是8%,而碳水化合物是66%。在这款产品中,脂肪的来源只有乳粉和DHA藻油。而DHA的含量是1000毫克/100克,也就是1%。这也就意味着,100克奶粉中的7克脂肪,都是来自于乳粉。在全脂乳粉中,脂肪:蛋白质:碳水化合物:其他成分的典型比例约为26:26:40:8。如果100克奶餐粉中有7克脂肪,那么就意味乳粉约为27克。27克乳粉会带来7克蛋白和11克碳水化合物。100克奶餐粉中的蛋白质为20克,除了来自于乳粉的7克,剩下的13克来自于大豆蛋白粉和乳清蛋白粉。大豆蛋白粉的蛋白含量为90%,分离乳清蛋白粉的蛋白含量也是90%(浓缩乳清蛋白粉的蛋白含量要低一些,一般为80%),那么二者加起来不超过15克,它们提供的碳水化物只有1克左右。虽然料表中的低聚果糖和低聚半乳糖也是碳水化合物,但在产品标签上另外说明低聚果糖的添加量是10毫克/千克。这就意味着100克奶餐粉中的66克碳水化合物中,有50克以上是麦芽糊精。

也就是说,按照该产品的营养成分和配料表,可以推算出它的四种主要原料是:麦芽糊精(超过50%)、全脂奶粉(约27%)、大豆蛋白粉和乳清蛋白粉(二者加起来大约15%)。所以,它们在配料表中的排列顺序与实际情况不符,是违规的。如果配料表不违规,那么营养成分表就与实际情况不符,将是更为严重的违规。

除了这个标注违规,奶餐粉的包装上还宣称“促进发育,提高智力,增强抵抗力”。作为普通食品的“固体饮料”,宣称这样的“功效”也是违规的。

如果说“标注违规”“虚假宣传”只是骗钱的话,鼓吹能够“代替奶粉喂婴儿”那就是害人了——这种号称“新西兰进口奶源,澳洲科研技术,专为中国宝宝调配”的奶餐粉,那就是“专门忽悠中国父母,专门危害中国宝宝”了。

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万物皆可盘,今天教你几个高级“盘”法!

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

每年的3月14号是圆周率日(π Day)。与元宵节、中秋节一样,这是一个以圆润物体为icon的纪念日。大自然里有各种各样的圆,产生圆润形状的方式也是千奇百怪,当今最流行的一种方式,莫过于——盘。

这个π还不够圆润,盘它!图片:雪梨

这个π还不够圆润,盘它!图片:雪梨

腹内有乾坤 盘出滚圆石

下图这些大理石方块经过了50天的打磨,外形也“盘”得相当圆润。不过,制造这些石块的“操盘手”不是喜爱文玩的中年大叔,而是鸵鸟。这些石头是在鸵鸟的肚子里“盘”出来的。

从方方正正到圆圆润润。图片:Wings, Oliver / The Royal Society

从方方正正到圆圆润润。图片:Wings, Oliver / The Royal Society

在许多鸟类的消化系统里,都有一个特殊的消化器官——砂囊(gizzard)。砂囊包裹着发达的肌肉,是一种颇受吃货欢迎的食材,烤串中的“鸡胗”就是鸡的砂囊。砂囊的功能是处理坚韧的食物(比如植物的茎叶、种子)。鸟类平时会吞下一些沙粒或碎石,储存在砂囊内,食物进入砂囊之后,砂囊外侧的肌肉会不断收缩,推动食物和沙粒互相摩擦,将食物磨碎。

鸡的消化系统,旁边标着数字3的是砂囊。图片:Lucyin / wikimedia commons

鸡的消化系统,旁边标着数字3的是砂囊。图片:Lucyin / wikimedia commons

作为最大的鸟,只吃些沙粒是无法满足鸵鸟的进食需求的,它吃的是整颗的石子。一只鸵鸟砂囊里的石头重量,能占到它体重的1%。鸵鸟“盘”石头发出的声音,人耳都听得见。欧洲传说中,鸵鸟什么都能吃。在迪士尼的动画片里,还让嘴馋的鸵鸟吞了一个闹钟,这可能就是受到了鸵鸟“吃石头”行为的启发。

史上最巨型“操盘手”

鸵鸟“盘”石头的声势虽大,比起它的远古亲戚来,还是小巫见大巫了。蜥臀目蜥脚亚目恐龙,也就是我们熟悉的那些长脖子,长尾巴的巨型植食恐龙,也有在肚子里“盘”石头的“怪癖”。

属于蜥脚亚目的梁龙(Diplodocus)。图片:Debivort / wikimedia commons

属于蜥脚亚目的梁龙(Diplodocus)。图片:Debivort / wikimedia commons

有时,古生物学家会在蜥脚亚目恐龙的化石骨架里,发现一些小石子,表面磨得十分光滑。蜥脚亚目恐龙的牙齿不能咀嚼,古生物学家理所当然地认为,这些石头的作用,应该和鸟类砂囊里的石头一样,是用来磨碎食物的。但恐龙专家奥利弗·文斯(Oliver Wings)和马丁·桑德尔(P. Martin Sander)有不同意见。他们认为,蜥脚亚目恐龙肚子里的石头,用来代替牙齿,根本就不够用。

蜥脚亚目肚子里的石头。图片:Wings, Oliver / The Royal Society

蜥脚亚目肚子里的石头。图片:Wings, Oliver / The Royal Society

首先,鸵鸟砂囊里的石头虽然“圆”,但一点也不“润”,表面干干巴巴,磨损得很厉害;而恐龙体内的石头油光锃亮,跟鸵鸟肚子里的石头完全不同。其次,在蜥脚亚目体内发现石头的几率不高,如果石头是磨碎食物用的,那就是必需品,为什么不是每只恐龙胃里都有石头?第三,在恐龙肚子里发现的石头总量,最多有15公斤;这个量虽然多,但蜥脚亚目都是体重几吨甚至几十吨的大块头,石头和体重的比例太小了。

文斯和桑德尔认为,蜥脚亚目恐龙吃下石头,可能另有原因,比如为了补充矿物质,或者不小心误食。这些石头进到恐龙胃里之后,随着胃的运动,慢慢磨损,最后被“盘”得光滑锃亮。成了我们今天看到的“圆润”样子。

盘出“满面油光”的万人迷

想盘出“圆润”的文玩,不仅要手上勤快,还要“油腻”——用人体分泌的皮脂,制造“油光锃亮”的效果。说到“油腻”,很多人都会露出鄙视的眼神。但自然界有一类动物,它们的分泌物同样“油光锃亮”,但它们的产品不仅没有人嫌弃,还成为了高端奢华的代名词。

这种产品就是珍珠。珍珠虽然名贵,但它的材质并不怎么“高贵”。打开一个贝,你在贝壳内层看到的光溜溜的东西,就是构成珍珠的主要成分——珍珠质,珍珠质是贝类外套膜分泌出来的,成分是碳酸钙的结晶。能分泌珍珠质的贝类,理论上都能产珍珠,在许多双壳纲的贝类里,和腹足纲的鲍鱼里都发现过珍珠。常见的产珍珠贝类,有海水里的珠母贝(Pinctada spp.),和淡水里的三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)。

在图卢兹博物馆展出的黑蝶真珠蛤(Pinctada margaritifera)外壳,亮闪闪的都是珍珠质。图片:Didier Descouens

在图卢兹博物馆展出的黑蝶真珠蛤(Pinctada margaritifera)外壳,亮闪闪的都是珍珠质。图片:Didier Descouens

如果贝壳里掉进了沙粒之类的异物,外套膜表面的细胞,就会陷进外套膜里面。陷入内部的细胞围绕着沙粒,不断分泌珍珠质,最后就会造出珍珠。换句话说,珍珠形成的过程,就是贝类在体内“盘”自己的外套膜,不断积累分泌物的过程。

从贝壳内取出珍珠。图片:Keith Pomakis / wikimedia commons

从贝壳内取出珍珠。图片:Keith Pomakis / wikimedia commons

一般说来,珍珠越圆,价值越大,但贝类也能“盘”出一些不“圆润”的产品,同样引人注意。早在12世纪,中国人就开始利用贝类分泌珍珠质的能力,制造奇特的工艺品。用铅粒做成佛像,塞入贝类的外套膜和贝壳之间。外套膜分泌的珍珠质,会把佛像包裹起来,粘在贝壳上。这样,贝壳上就出现了一个珠光灿烂的小佛像。

被珍珠质包裹的佛像。图片:Hannes Grobe/AWI / wikimedia commons

被珍珠质包裹的佛像。图片:Hannes Grobe/AWI / wikimedia commons

这个文玩的味儿,正!盘!

文玩爱好者喜欢盘核桃,另一种植物的种子,也吸引着另一批“操盘手”。Ceratocaryum argenteum是一种帚灯草科,木果灯草属的植物。它们吸引的对象,是自然界制造圆润形状的专家——蜣螂。

屎壳郎推粪球的绝技世人皆知。在古埃及,人们还把蜣螂视为太阳神的象征,将它的工作和太阳升起联系起来。其实蜣螂“盘”屎是为了“护食”。在大自然里,一泡热翔落地,会吸引无数的昆虫。蜣螂会把屎“盘”成圆球,推着球走得远远的,把它埋起来。这样,它就可以独占这份珍贵的食物资源,不用和其他昆虫争食。

道路千万条,安全第一条;盘屎不规范,亲虫行泪。图片:giphy

道路千万条,安全第一条;盘屎不规范,亲虫行泪。图片:giphy

C. argenteum的种子直径约一厘米,形状浑圆,恰似蜣螂制造的粪球。这类植物的种皮里的挥发性物质,跟羚羊粪里的成分十分相似,所以,它的种子散发着一股浑然天成的翔味。蜣螂闻“香”而来,把种子当成了一顿美餐。像对待真正的粪球一样,把它推到远处,再盖上土。翔味种子的外皮太硬了,蜣螂不能吃它,也不能用它喂幼虫。植物却从中得到了好处。蜣螂“盘”种子,埋种子的过程,起到了传播种子的作用。

相比人类的“盘”,自然界生物们的“盘”法更多,但也多了几分无奈,毕竟人类是为娱乐而“盘”,而它们却是为了生存而“盘”。

今天我们用的金子,都是从天上掉下来的

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科学家说,当年天上掉过金子,哗啦啦地掉!它们的总量比今天各国央行的储量加起来还要多很多,地球被砸得苦不堪言。

——等等!年早就过完啦,现实一点好不好,开什么国际玩笑嘛。

不,这可真不是玩笑,是科学家在顶级科学期刊《自然》上发表的科研成果[1]。

那地球自己的金子呢?从小到大我们都知道黄金是大地的宝藏,现在可好,你告诉我地球自己不产金子?

当然产。哪有大地不产黄金的道理!只不过,我们没动它分毫。换句话说,我们至今用的所有金子都来自天上,而地球本土的黄金呢,至今仍原封不动在地下“宝库”中封存着。这个宝库在哪儿呢?在这颗星球的最深处,那是生命完全无法存活的炼狱,坚固的铁都能融化为铁汤。

……

没关系,我知道这需要一点时间来理解。毕竟金子嘛,不把人晃晕怎么能叫金子呢?在我们彻底被金光闪闪的事实晃晕前,请抓住最后的清醒,一起来了解一下这颠覆常识的故事背后,到底是什么来历吧!

地球自家的金子,早被存进了最深处

地球形成于46亿年前。在最初的混沌时代,太阳系没有八大行星,只有气体和无数细小杂乱的尘屑。它们围着太阳疯狂飞舞,轨道杂乱交错,不停地相撞,不停地融合。在千百万年的尺度下逐渐增大,最终形成后来的各个行星。

尘埃聚合成星球是一个剧烈的能量转化过程,尘埃高速飞行的动能在相撞过程中转化为内能,释放出高温,以此融化自身,进而焊接起来,越聚越大。当行星的原型逐渐形成之后,自身庞大的引力会将更多的气体、尘屑和小天体吸引到自己的表面。当后者砸下来的时候,同样把自己的动能全部贡献给了星球的内能。这份巨大内能最终令整个星球充斥着极高的温度,在这个温度下,哪怕坚固的岩石也纷纷融化。当时的地球是一团岩浆的海洋。在行星聚合过程中飞进来的尘屑和小天体纷纷解体,融解在这汪宇宙的岩浆池中。

正在聚集成型的地球,就是一团岩浆的海洋。图片来源:《自然》

正在聚集成型的地球,就是一团岩浆的海洋。图片来源:《自然》

既然是液体,其中的物质便会受到重力和浮力的控制而运动。当体积相等时,密度更大的物质会拥有更大的质量,因而受到更强烈的地心引力,得以克服自己的浮力,向星球深处(引力中心)运动;与此对应,当质量相等时,密度小的物质又会拥有更大的体积,受到的浮力更大,于是就倾向于浮到岩浆海的表面。

当然,这只是对岩浆海中复杂动力学行为最简单的梳理。虽然这两种力的作用机制太简单,最终却给整个星球带来了宏观的演化趋势:重的物质越来越富集于地球深处,轻的物质越来越富集于地球表层,久而久之,地球的岩浆海里出现了分层。当温度逐渐冷却,物质们开始结晶的时候,就把这种分层的特征凝固为了星球的圈层结构。

这便是行星分异,是球状天体形成内部圈层结构的必经过程。

再说回到人人都喜欢的金子。虽然金元素不是构成地球的主要元素,但在地球形成之初,自带的金子数量也是颇为可观的。曾有研究认为,地球上的金储量约为1600万亿吨。这么多金子,到底又是多少呢?换个更直观一点的说法——这些金子差不多够给整个地球表面铺一层半米厚的黄金甲。

如果能把地球形成时自带的金子都挖出来,能给整个地球表面铺满一层半米厚的黄金甲。图片来源:Bjorn Holland

如果能把地球形成时自带的金子都挖出来,能给整个地球表面铺满一层半米厚的黄金甲。图片来源:Bjorn Holland

可惜,作为密度相对较大的元素,金子也得遵循行星分异的规律。在早期地球还是一汪岩浆池的时候,这么多的金子就随着铁一道,沉到了地球的最深处,从此再也不见天日了。

照这个照理来讲,地球表层将不再会有金元素的富集。这显然并非我们今天看到的实情。只要想见到,我们很容易找到金子(但属不属于你的就不好说了,哈哈)。如果地球的金子都随着原初时期的行星大分异沉入地球深处,为啥我们今天在地表还能挖到这么多金子呢?

其实,有一种非常简单直接的方案,就可以在地球自身的金子全部“沉沦”后,让地表依然充斥着金色的光辉。想到是啥了吗?

对,让天上往下掉金子就行了。

炼狱时代,黄金如雨

道理很简单:随着行星分异逐渐完成,地球岩浆海逐渐冷却,表层逐渐凝固成岩石圈,再砸进来的小行星——只要吨位不是太大,别砸穿地表,那么它们所携带的一切物质,就可以顺利留在地表。不过,也得满足一些条件才行。比方说,地球在岩浆海凝固之后,必须先得消停一阵子。否则,如果小行星持续高频次地给地球输送内能,地球表面就不会凝固那么快。后来从天外飞来的金子,仍然会一头栽进岩浆池,最终的结局依然是沉到地球深处。

所以,今天的我们想要有金子可挖,当年的地球就需要有一个时间差——从分异完成后到再度遭受撞击,两者之间要有一个相对平静的时间差。

地球的行星分异发生在距今46亿-45亿年前。从这个时间点开始算起,直到距今38亿年前,中间这8亿年的时光被称为冥古宙(Hadean)。冥古宙的词源来自于冥界之王哈迪斯(Hades),不用想也知道,这段时间肯定如同地狱般煎熬。但冥古宙这炼狱般的8亿年并非全程都充斥天地大撞击。科学家根据天体演化模型和陨击坑的实际测年统计发现,冥古宙撞击的频度明显具有两个峰值:第一个峰值出现在46-45的冥古宙前期——这是上面刚说过的星球聚合期。没有这冥古宙早期疯狂的陨击与聚合,就不会有八大行星的形成。这个时期最庞大的撞击物能有火星那么大,一头栽在地球上,很可怕。

关键是第二个峰值。它出现于距今42亿-38亿年的冥古宙后期。此时,八大行星早已经形成好几亿年,地球早就凝固了下来。可科学家发现,这段时期,小行星陨击活动又突然加强了。这个事情地球自身没有地质记录——我们地球的地质活动太活跃,早就把当时地表的一切破坏完了。相反,我们的卫星月亮,由于表面地质作用停滞,把当时的一切都成功记录了下来。今天你拿望远镜看月球,会发现它表面上布满密密麻麻的陨击坑,惹得人密集恐惧症直犯,这些陨击坑几乎都是距今42亿-38亿年前这段时期形成的。

距今42亿-38亿年前,已经凝固成型的地球,遭受了小天体的又一轮密集轰炸。图片来源:earthspacecircle

距今42亿-38亿年前,已经凝固成型的地球,遭受了小天体的又一轮密集轰炸。图片来源:earthspacecircle

这次陨击事件的原因至今众说纷纭。主流意见认为,以木星为首的巨行星在这段时间内调整了位置,从自己原有的轨道上飞了出去(不是去流浪!)。木星是太阳系最大的行星,它的体量手撕地球都轻松无比。当它调整轨道时,途中那些乱七八糟的小杂屑自然构不成挡路资格,轻易被它的引力甩开,高速飞进太阳系内带。这些密密麻麻的小天体对于地球来说犹如炸弹,犹如陨石雨,犹如轰炸机的饱和式袭击。于是,这个发生在冥古宙后期的密集陨击事件,就有了一个形象的名称——后期重轰炸。

以往我们提起后期重轰炸,往往三句不离它的最大恩赐——水。事实上,被木星抛进来的这些炸弹,一个个都是“脏雪球”,主要成分以水为主。无数的脏雪球活生生在地表汇聚出了一个圈层——也就是我们熟知的这片蓝色海洋。脏雪球带来的可不光是水。水融化了,脏东西也留了下来。这些脏东西都是什么呢?各种原始岩石成分,各种元素化合物,当然,里面也有不少值钱货——比如金子。

至此故事就结束了。回过头重新看这次陨击事件,可能你会感觉画风都变了:明明奔着一通饱和式轰炸把你地球砸到伤痕累累去的,结果变成了“砸一拳,就送点儿金子”。最后可好,地球啥事儿没有,金子和水却都留下了。

这是最坏的时代,却也是最好的时代。地球从此覆盖着蓝色的海洋,怀揣着璀璨的黄金,进入到没有袭击、没有轰炸、平平淡淡的后续几十亿年。

金,79号元素,化学性质极其稳定。图片来源:umods

金,79号元素,化学性质极其稳定。图片来源:umods

宇宙的金,地球的金,文明的金

这就是地球表面我们摸得到的那些金子的来历。

金,周期表第79号元素,在太阳系的物质构成中,以微量元素的形式存在,化学性质极其稳定,因此无法成为生物圈可用的能量来源。换句话说,生命并不需要它。自冥古宙之后生命登上地球舞台以来,第79号元素一如既往地卑微存在着。既不是能量来源,也不是危险物质,又有哪个生物会去注意它呢。大地的杂质,好吃吗?并不好吃。那么走开。

谁也没想到,38亿年之后,这个繁衍不息的生物圈,孕育出了智慧。这个智慧是社会性智慧,要同时面对稀缺性和多元性两大命题。稀缺性令人们对价值的保有趋之若鹜;而多元性主要体现为劳动分工,人们需要不同分工之间的协同交互,需要不同资源之间的统筹分配。

于是第一次,生物圈里产生了一种崭新的诉求。他们需要一种合适的符号,来量化稀缺性、量化多元性。为了彰显、为了结算、为了交易、一切,为了最终的延续与繁荣。于是,一种性质稳定、含量稀少的物质就走进了他们的视野。79号元素,这种大地的杂质,从此有了一个崭新的名称:货币。

我们每个人都会用自己的价值观念和偏好去看待黄金,但大概不可否认的是:在文明的进程中,它的确扮演过、扮演着、而且还要继续扮演只属于它的重要角色。在文明之外呢,它是天外来客,是地心宝藏。听起来似乎都是人们无法触及的领域。但没关系,有金子的地方,终归会引发人们探索与开拓的欲望。金子的作用是表述价值,而开拓的含义则是——创造价值。

只是,创造价值的过程中,请不要梦想天上掉金子这种美事儿,因为——几十亿年前就掉完啦!(编辑:Steed)

参考文献

Willbold et al. 2011. The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment, Nature, vol 477, 195-199. doi: 10.1038/nature10399

超中二app!它能在你的手心引发一场“大爆炸”

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

今天我要来安利一个超帅超中二的app,它叫“Big Bang AR”。

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(App store截图)

这个增强现实软件由CERN(欧洲核子研究中心)与Google Arts & Culture合作推出,它能在你的手心引发一场“虚拟大爆炸”,并在7分钟的互动影片中带你领略138亿年的宇宙诞生史。

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(图片来源:Google Arts & Culture)

按软件说明在手机摄像头前伸出一只手,握紧拳头,再慢慢松开……标志着宇宙诞生的大爆炸就在你手心展开了!

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(太中二了!)

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接下来,你会首先看到各种基本粒子的诞生,它们又会彼此结合,形成更复杂的粒子,以及星系。

夸克们走到一起,形成质子和中子(动图中只截了质子的部分):

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原子开始形成:

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app中可以举着手机在星云中四下环顾:

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也可以点击“引爆”一颗生命走到尽头的恒星,欣赏超新星爆炸:

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(超新星爆炸的时候屏幕上还提示“move back”,难道往后撤点就能不被炸到吗_(:з)∠)_)

在这里还可以看太阳系中的行星如何诞生:

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最终,就看到我们的地球啦~

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当然,这毕竟是CERN的科学家参与的app,只看个热闹还不够。Big Bang AR每个章节呈现的内容都配有对应的科普解说词(英文,同时可以选择打开英文字幕),以及相关拓展阅读。

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(选“read more”可以了解相关信息)

界面下方的坐标轴还显示着事件对应的时间:

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而看完宇宙诞生的过程之后,你还可以在app中拍一张“恒星自拍”,骄傲地宣布自己体内充满来自宇宙大爆炸与远古恒星的化学元素~

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(虽然拍出来感觉看不清脸_(:з」∠)_)

试玩之后,总的感觉这个app大概就是一个比较酷炫的互动科教短片,不过张开手就引发一场大爆炸这么中二的能力我个人非常喜欢!这个应用是免费的,目前已经在苹果和谷歌的应用商店上架,有兴趣就来玩一玩吧~

信源:

https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/download-big-bang-your-smartphone

↑这个链接里面有下载地址,也可以直接搜索。至于说版本不兼容的问题我就解决不了……

除特别说明外,本文图片均来自手机录屏和截图。

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