太空中的咖啡杯长什么样?

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在太空中,宇航员也可以喝到咖啡,意大利公司甚至还给国际空间站送上了一台正宗的意式浓缩咖啡机。但是,宇航员们却不能用普通的杯子去喝它。

想象一下我们生活中的那些马克杯们,无论是控制其中的液体,还是把这些液体倒到嘴边,我们依靠的都是重力。因此,这些杯子上了太空可就不好用了:微重力环境下,液体不再听从重力的指挥,它们将变得很难控制。咖啡这样热腾腾的液体四处乱飘,麻烦就更大了。

那有什么解决方法?宇航员们如果还想用杯子喝咖啡,那么可以选择一种经过特殊设计的杯子,就像下面这样:

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这个造型,感觉有点清奇……

下面是一个类似杯子的使用演示:

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这是宇航员Don Pettit进行的一个演示。

相比普通的杯子,这种杯子能够更好地在微重力环境下控制液体,并且把饮料送到人们嘴边。实现这个的要点在于杯子不能再是圆柱形了,需要有一个窄窄的尖角,我们可以看到,饮料会自发地顺着这个尖角“爬”上来。这依靠的是毛细现象,毛细现象的基础是固体和液体表面的相互作用,以及液体自身的表面张力,这些作用力在微重力环境下依然会存在。同理,在太空中也依然可以用毛巾吸走水分,只不过你在拧毛巾的时候水滴不会向下滴而已。

开发适合太空使用的咖啡杯,这其实也是NASA为了解微重力环境下液体表现的一个研究,除了做杯子,他们也希望能更多利用毛细现象来让各种液体在太空中也乖乖听话。

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言传身教,远胜学校教育(上)

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本文为《The Gardener and the carpenter》读书笔记第一篇。


每每谈到教育问题,父母们总会问:“应该怎么教孩子学XXX?”这个XXX可以是走路、说话、吃饭,也可以是性格、品质、思想。相比起原始人类,如今的中产阶级父母没有许多照顾孩子的经验,却有丰富的上学经验,认为”教育孩子“便是正式的学校教育。然而,学校在人类历史上存在的时间不过几百年,它来自于19世纪工业化程度迅速扩张的欧洲社会。而人类学习的历史则始于人类出现的那一天,孩子从父母那无意识时获得的信息,远超过父母刻意教学时所得到的信息量。

图片来源:pixabay

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加州大学伯克利分校的儿童发展心理学教授Alison Gopnik在《The Gardener and the carpenter》一书里,将孩子的学习方式分为两大类:

孩子通过观察与模仿他人来学习,心理学家将此称为“观察学习”;

孩子通过聆听他人讲述世界运作的方式来学习,心理学家称为“证词学习”。

这其实也就是中文里所讲的“言传身教”。孩子的学习得以让人类不断进步,我们的文化不停地传承给下一代。


小婴儿在出生之后不久就已经学会模仿了。5个月大的孩子会模仿父母吐舌头和拍手,7个月的孩子会模仿大人说话的腔调,8个月的孩子则已经会模仿怎么玩玩具了。这种模仿行为并非无意识地简单复制成人。模仿可以帮助孩子学会两件非常重要的事情:物体是怎么作用,人们是怎么活动。这种因果关系的理解是孩子们学习这个世界运作法则的重要步骤。

学习因果关系可以通过两种方式:

试错——不停地尝试各种方法,直到找到正确的方式;

模仿——通过观察他人如何成功达到目的,模仿其动作来获得成功。

许多动物——包括苍蝇、毛毛虫、蜗牛等——都懂得通过试错来学习,当他们知道某个动作可以得到奖赏时,就会不停重复那个动作。试错能测试你的行动与结果之间的关系,理解怎么让事情发生。而模仿则只有在比较复杂的动物群体里才会出现。猩猩和乌鸦并不需要通过自己去试错,就能通过观察他人的行为来知道什么样的动作可以获得奖赏。人类则将这种模仿学习的行为发展至极致,孩子可以模仿成人行为来学习吃饭、走路、玩玩具,少年也会模仿经验足够的老人,学会如何做一个律师、工程师和商人。人类的智慧逐步积攒,才使我们拥有一个如此多姿的社会。

加州大学伯克利分校的发展心理学家Andy Meltzoff、Anna Waismeyer和Alison Gopnik对24个月的孩子们进行了一项实验。他们在桌子上放了一辆玩具车和一个闪亮的新玩具,车子两边各放一个盒子。当玩具车撞上左边盒子时,新玩具就会发出亮光,而当玩具车撞上右边盒子时,新玩具则没有任何表现。实验人员在孩子面前演示了好几次之后让孩子们自己来玩。惊喜的是:这些24个月的孩子们会直接忽略那些无效动作,只重复实验人员让玩具发出闪光的动作。当他们将玩具车推向左边盒子时,孩子们的眼睛会紧盯着玩具,等待玩具发出闪光。孩子们并不是简单机械地模仿成人,他们懂得分析成人动作地有效性,并选择只重复那些有效的动作。这种模仿行为也超越了简单的试错行为。从成人的演示中,孩子们学会了如何成功。

但心理学家进行的下一个实验更加好玩。这一次,玩具车变成了遥控车,实验人员不再控制车的行动,而是让遥控车自己运动,撞向左边的盒子让玩具闪亮,或者撞向右边的盒子而没有任何效果。轮到孩子们来玩时,他们并不上前操纵汽车,却是坐在那里一动不动,什么都不做。即使实验人员叫孩子们想办法让玩具闪光,他们也没有任何行动。当遥控车自己开始走动时,孩子们的目光也不会望向玩具。他们没有在遥控车撞向盒子与玩具发出闪光之间建立起因果联系。这是因为孩子们认为,因果联系必须来自他人的行为。孩子们可以从成人的行为中学到了世界运作的方式,但如果同样的世界运作自行发生时,孩子们则无法学到这些因果关系。

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在另一个实验里,实验人员将自己的手臂用毛巾包裹起来,使自己无法无法双手,紧接着,实验人员使劲用头去撞一个盒子,使盒子上方的灯亮了起来。另一个实验人员则没有包裹双手,但依然空着双手,只采用头撞盒子的方法使盒子亮灯。两组18个月的孩子分别目睹了这两个实验现象,然后开始自己尝试亮灯。第一组看见实验人员包裹双臂的孩子们上前,直接用小手按了盒子来亮灯。他们似乎懂得:实验人员是因为手臂不方便才用头亮灯,而他们自己有手,可以很方便地用手来开灯。而第二组的孩子们则模仿双手自由的实验人员一样用头撞灯,他们似乎认为实验人员不用手是有原因的,还是跟她一样撞头吧!

随着孩子们的年纪渐长,他们在模仿学习上的逻辑思维能力就越来越强大。在Alison Gopnik的伯克利实验室里,实验人员会给4岁的孩子展示如何玩一个玩具。他们给玩具实施了三个动作:摇一摇、压一压、再从玩具里拉出一个环,而玩具只有在拉环之后才会唱歌。实验人员重复了五遍这些动作,每一次的动作顺序都不一样,有时拉环动作是第一个动作,那么玩具马上就会唱歌了;有时拉环动作是三个动作的最后一项,玩具只能在最后这个动作结束后才会唱歌。当孩子们接过玩具时,他们直接上来就拉了环,让玩具开始唱歌。他们可以从实验人员的演示中找出使玩具唱歌的有效动作,并不被其他的动作所迷惑。

这些实验说明,很小的孩子就已经具备思维能力,他们的模仿动作并不只是简单复制,而是从观察成人的动作中理解成人的意图和目的,找到成人动作的真正意图。他们模仿的不只是动作本身,而是动作的目的,并通过调整自己的能力来达到相同目的。这也正是人类模仿学习的意义所在,它使得人类将工具的使用代代传承下来,从勺子到斧子,从汽车到iphone,人类的工具不断进化,也不断传承给下一代。

桃子跟着爸爸一起望天

桃子跟着爸爸一起望天


如果你有过做父母的经验,你也许会发现,孩子在模仿成人动作时,也经常会可笑地放大成人一些动作。桃子喜欢模仿爸爸扔球,但轮到她扔球时,她会把手举高高,狠狠地把球往下砸去,像是把吃奶的力气都用了出来,才能让球弹起来时更高一些。桃子还喜欢模仿妈妈喝茶,但每次她用自己的小杯子喝水时,她会把头拼命往后仰,杯子举得特别高,并咕嘟咕嘟地发出声响,仿佛这才是喝水的正确方法。这些夸张的小动作每每总是让人忍俊不禁,是辛苦育儿时的欢乐调剂品。

儿童发展心理学家也发现:孩子很喜欢过度模仿。在一个经典的实验里,心理学家Victoria Horner和Andrew Whiten同时将一个装食物的迷宫盒子和一个用以打开盒子的木棍交给一组孩子和一组猩猩。如果你用木棍把食物前的盒子门锁打开,你就可以吃到食物,但如果你把木棍插在盒子上的洞里,或者用木棍敲盒子,你自然还是拿不到食物的。实验人员在孩子和猩猩面前做了同样的展示。他用木棍打开盒子的门锁,吃到了食物,但也做了很多和拿到食物不相干的动作。轮到孩子和猩猩们来拿食物时,孩子们完全重复了实验人员的一模一样的动作,包括许多无效动作。但猩猩则表现得更聪明一些,它们直接用木棍打开了门锁,迅速把食物吃了。

这个实验结论乍看和Alison Gopnik的伯克利实验室结论完全相反!孩子究竟是否知道模仿动作的目的?伯克利的实验人员们调整了他们的“三动作”实验。这一次他们选用了两个实验人员,一个实验人员表现得非常无知,一直不停念叨:“这个东西怎么回事?我完全不知道怎么用啊!“,另一个实验员则非常自信,告诉孩子:”我知道这东西怎么玩,让我来告诉你。“除此之外,两个实验人员做的”三动作“次序一模一样,玩具也只有在拉环时才会唱歌。奇怪的事情发生了。目睹第一个无知实验员展示的孩子们接过玩具,聪明自信地给玩具拉环唱歌。而目睹第二个自信实验员展示的孩子则重复了与实验员一模一样的动作,包括那些完全无效的不相干动作。

孩子们对成人的态度非常敏感。当成人看似不自信不懂时,孩子则参与观察游戏动作的真正意图,并可以准确找到其动作的因果关系。但当成人像个专家一样教授孩子时,孩子则一模一样地将成人的愚蠢行为都模仿过来了。这个悖论看起来非常不合理,事实上却包含了孩子的学习逻辑:孩子们认为教授他们的成人懂得比自己多,所以过度模仿才可以获得所有成人的知识。

图片来源:pixabay

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这种情况甚至在成人中也经常发生。当我们模仿专家时,用力将每一个细节模仿到位是很有意义的。我们并不理解哪些细节有用,哪些细节并不相干。但我们并不需要读个学位,就可以学电视上的名厨做顿大餐。我们并不需要知道汽车的机械细节,便知道如何开车。我们甚至会从媒体上获得成功人士的经验,并怀着崇拜心情去模仿他们的行为。事实上我们并没有更多数据或体验来理解,在这些成功人士的经验中,哪些是有用的技能,哪些则是不相干的事情。在年幼的孩子心目中,自信的成人都是模仿技能的对象。即使我们做了一些没有意义的事情,孩子也会一板一眼地模仿,认为这可能是很重要的技能。这就解释了在Hormer和Whiten的实验里,孩子们甚至表现得不如猩猩聪明。

过度模仿有另一个重要的意义:传承礼仪。人类生活中有很多习惯完全来自于礼仪文化。原始人只会用手抓东西吃,东亚人则学会用筷子食物,欧洲人左手持叉右手持刀,美国人则用右手拿叉子,阿拉伯人干脆只用右手拿东西吃。这些不同的吃饭方式并不影响人类把自己喂饱,为什么我们还要创造出如此多的生活习惯呢?虽然我们拿个棍子就可以吃饭了,但这些吃饭的礼仪定义了个人的种族、宗教、家乡、信仰。传递这些礼仪的意义并不亚于传播技术。这些社会化的礼仪影响了我们的社交方式和认知,方便我们与他人之间的交往。当你把叉子从左手换到右手上,旁边的欧洲人大概都会抬一抬眉头:啊,美国人来了!

孩子们对于这种社交认知非常敏感。Gopnik实验室又做了一个实验,这一次她将”绑手撞头“的实验加以改进。实验人员依然用毛巾把手臂绑着,用头撞盒子以亮灯。但这次,两组实验人员会在展示前先给孩子们讲话,一组用的是孩子们熟悉的语言,另一组则用外语讲。在这之后,那些看了同语言实验员撞头的孩子们,也会选择晾着双手用头撞盒子;而那些看了”外国人“展示的孩子们,上前就用手按盒子亮灯了。孩子们似乎认为,同语言的人更值得信任,更值得模仿。

理解了孩子们的模仿行为,是否可以帮助我们改变父母的养育方式?孩子们不止会模仿父母的行为,他们还模仿父母的意图,也试图理解父母行为的意义。他们认为父母是权威,甚至当你不知道自己在做什么时,孩子也会一本正经地模仿。当你虔诚地维护自己的文化时,孩子们也会学着你的样子,成为下一代的文化传承。孩子并不只在学校教育时才会认真学习。当我们做家务、逛街、读书、唱歌时,孩子也时刻在观察我们的行为,像海绵一样不停吸收模仿。如果我们希望孩子成为一个什么样的人,我们就应该先把自己变成那样的人。

桃子cosplay不二家

桃子cosplay不二家

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尼斯湖水怪可能真的存在?科学家:我不是,我没说

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尼斯湖水怪又成热门了。有报道说它“可能真的存在”,而且还有“科学研究”,这是怎么回事?

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照例,还是先把结论给大家:

– 是不是有科学家在研究“尼斯湖水怪”?

– 对,是有。

– 他说尼斯湖水怪是真的?

– 不,他没说。

科学家做了啥?

确实有一个研究团队在试图验证“尼斯湖水怪”到底是否存在,以及如果存在的话会是什么。这个团队的领导者名叫Neil Gemmell,他是新西兰奥塔哥大学的一位遗传学家。

科学家们要怎么研究一种连目击都很困难的传说中的东西?他们选择的思路是从尼斯湖中取湖水样本,分析其中散落的“环境DNA”。他们把环境中的这些DNA都收集起来进行测序,并与各种已知生物的基因进行比较,用这种方法来确定湖中都生活着哪些物种。环境DNA分析是生态学常用的一种正规研究方法。

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研究团队采集湖水样本。图片:Kieran Hennigan

需要澄清的一点是,报道中提到分析来自“生物皮肤、鳞片、羽毛”等的DNA,但这并不是说研究者真的收集到了疑似尼斯湖水怪的皮肤或者鳞片。这只是研究者在提到“环境DNA”时说的一般性解释,是说散落在环境中的生物DNA有可能有以上这些来源,所以分析这些DNA就能推测当地有哪些生物存在。

这个研究项目的样本是2018年采集的,原本计划2019年1月公布结果。但据Neil Gemmell的说法,分析结果花了比预想更长的时间,所以目前研究仍处在结果尚未公布的阶段,估计要等到2019年9月才会公布。

科学家没说水怪是真的

具体的研究结果还没有公布,我们也很难对它作出评价。不过可以肯定的一点是,研究者Neil Gemmell本人并不认可“尼斯湖水怪可能是真的”这种报道方法。事实上,他对报道的曲解也相当不满,在社交账号上连发了好几条抱怨。

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研究者:报道标题不是我说的意思。图片:Neil Gemmell / Twitter

根据Neil Gemmell本人的说法,研究团队想表达的意思是:我们对各种解释“尼斯湖水怪”现象的假设进行了验证,发现其中有三种大概是错的,有一种不能排除,它有可能是对的。研究者强调,“有一种解释尼斯湖水怪的理论可能是对的”和“尼斯湖水怪可能是真的”这两句话意思完全不一样。

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研究团队另一位成员Michael Knapp的推文强调了这两种说法的差异。图片:Michael Knapp / Twitter

有多不一样?我举个“雪人”(Yeti)的例子。

和尼斯湖水怪差不多,“雪人”也是一种传说中的神秘生物,有不少人声称自己见过它,甚至还收集到了它的骨骼、毛发样本。解释“雪人”真面目的理论有很多种,有人说它是某种未知的动物,也有人说它其实就是人们已经知道的动物——比如熊。这方面也有科学家对号称是“雪人”的样本进行过DNA分析,结果显示“雪人其实是熊”这个理论应该是对的。

这种情况下,能说科学家证明了“雪人”是真的吗?当然不能。他们证实了关于“雪人”的一种假设,但这种假设恰恰说明人们心目中那个“神秘未知的雪人”是假的。

至于Neil Gemmell的“水怪研究”到底说明了什么,就要等到研究结果正式公布时才知道了。

世卫组织说每天喝水不能超过3.7升?喝水中毒的关键是这个

喝水历来是个热门的话题,“水喝多了也会中毒”也经常被人们用来表达“万物皆有毒,只要剂量足”这一条毒理学基本原理。不过“喝多少是过多”一直没有明确界定,人们也相信“喝不到那个量”。

最近,世卫组织专家表示“每天饮用超过4升水可能会中毒”“建议男性不超过3.7升,女性不超过2.7升”,引起了巨大关注。

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那么,我们到底应该怎么喝水呢?

一、每天应该喝多少水?

人体的生命活动必须要有水的参与,人体内占比最多的物质也是水。我们每天都会通过呼吸、出汗、大小便等等途径失去一部分水——喝水的目的,也就是要把这部分水补上,否则身体就“脱水”了。一个人一天会失去多少水并没有一个统一确定的数值。不同的研究者得出的数据不尽相同,“男性3.7升、女性2.7升”是国外比较广为接受的数值。世卫组织专家建议每天饮水不要超过的量,可能也是根据这两个数字而来的。这个数字是指“每天摄入的水量”,而不是“每天需要喝的水量”——前者还包括食物中所含的水。大体上可以认为每天吃的食物中能提供20%的水,所以通过水、牛奶、果汁、咖啡等饮料摄入的水大概是男性3升、女性2.2升。

中国推荐的水摄入量与此不同,总量是2700-3000毫升。除去饮食中提供的,推荐每天喝水的量是1500-1700毫升。这只是一个笼统的量,并并不是说喝不到1500毫升就“不足”,超过1700毫升就“过量”。具体到一个人需要多少水,还跟体重与活动量等因素密切相关。体力劳动与大运动量的人,出汗多,自然需要的水就要多一些。如果吃的食物中蔬菜、水果、粥、汤比较多,那么从食物中获得的水就会多,需要喝的水就会少一些;反之,如果吃的主要是油炸和烘焙类的食品,食物提供的水就比较少,那么需要喝的水就要多一些。

二、3.7升(2.7升)并不是“安全”与“中毒”的分界线

世卫组织的专家给了很具体数字:每天超过4升可能中毒,建议控制到男性3.7升、女性2.7升。这只是一个大致的“指导值”,并不是说超过4升就会中毒,而不超过3.7升(女性2.7升)就安全。水中毒的原因在于:当体内水摄入过多,会导致细胞内外的渗透压失去平衡,更多的水进入细胞,破坏了细胞的正常结构和功能,对于脑部细胞,这种现象可能是致命的。

这种现象的根本在于“身体的正常代谢能力无法顺利排出体内的水”。就像一个城市的排水系统,正常情况下的大雨能够被排掉因而不至于路面上积太深的水,但如果遭遇几十年不遇的大暴雨,或者上游水库决堤,那么就无法及时排水,市内就会积水甚至被淹没。不同的人就像不同的城市,排水系统的容量各不相同——100斤的人和200斤的人,体内能够容纳的水和相同时间内排出的水,是有明显差别的。

所以,相对于“一天喝4升水”,更关键的是“短时间内大量喝水”。在正常情况下,人们不会一次喝下那么大量的水,但有些特殊情况,比如大运动量之后、在炎热的天气时劳动赶路之后、农药或者饮食中毒之后、打赌或者比赛喝水的时候……人们有可能连续喝下大量的水,也就有水中毒的风险。

三、应该多喝水的时候,还是要多喝

该图片由rawpixel在Pixabay上发布

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所谓“推荐摄入量”是针对一般的情况。在一些特定的环境或者情况下,喝更多的水是有必要的,大家也不要因为担心“水中毒”就不敢喝水。

以下是需要多喝水的情况:

运动:运动会导致出汗而失水,避免“脱水”至关重要。但是,不要在运动之后才喝,而应该在运动前就先喝一些,然后在运动间隙也喝一些,运动之后再喝一些。如果运动很剧烈而且持续时间较长(比如打球一个小时以上),大量出汗不仅失水严重,还同时排出了大量电解质。这种情况下就要考虑“运动饮料”,也就是含有电解质和糖的饮料,避免电解质失衡和低血糖。

湿热环境:温度较高的环境中人体的脱水会很严重,需要大量喝水。如果高温而潮湿,那么不容易出汗,身体表面会维持高温就容易出现热休克。这种情况下,多喝一些水有助于身体降温。

健康问题:患有结石、痛风等疾病的人,需要喝更多的水来降低结石成分的浓度,帮助它们排出。普通人群出现发烧、呕吐、腹泻等症状时,脱水会比较厉害,也需要喝更多的水。

孕妇和产妇:孕妇和产妇也要避免脱水,美国FDA下属的“妇女健康办公室”(Office onWomen’s Health)的推荐是:孕期妇女每天喝水2.4升,哺乳妇女每天3.1升。

在这些情况下,喝水的量会很大,比如哺乳期妇女的3.1升甚至超过了世卫组织专家建议女性“不要超过”的2.7升。关键在于,要把这些水尽量分到一天之中的不同时间去喝,让身体有成分的时间去代谢水,避免“短时间内大量摄入水”,才是避免“水中毒”的核心。

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“抗癌神药”牛樟芝?来扒一扒它的皮

市场上出现了一种抗癌神药牛樟芝,价格不菲,宣称的功能包罗万象,尤其抗癌,具有巨大的吸引力。有网友问:这是一种什么神物呢?靠谱吗?

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这里我们来扒一扒。

牛樟芝是一种独特的真菌

牛樟芝是一种台湾山区的独特真菌,长在“牛樟树”的腐烂部位。牛樟树是台湾特有的珍贵树种,能够满足牛樟芝生长的并不多。

牛樟芝被台湾当地居民作为“神奇灵药”,大致相当于其他地方的灵芝。近些年来,台湾学术界对它进行了许多研究,从中识别出了数以百计的“活性成分”,比如多糖类、萜类、酶、核酸类、小分子蛋白等等。

牛樟树是保护树种,“天然”“野生”的牛樟芝供应有限。随着对它的炒作和吹捧,人工种植和发酵配方也有了很大的进展。在市场上,甚至有“生长牛樟芝的木头”在高价售卖。

传说中的牛樟芝功效

跟灵芝、木耳和各种蘑菇一样,从牛樟芝中识别出的这些“活性成分”具有各种“生理功效”,比如抗菌、抗炎、抗病毒、调节免疫等等。有许多研究通过不同方式去提取牛樟芝中的“功效成分”,用于处理特定的细胞或者进行动物实验,展示了许多“潜在的功效”。

在科学证据上,这些“潜在的功效”“可能的用途”距离“真正有用”还很遥远,但产业界早已迫不及待,开发出了各种“牛樟芝”产品,鼓吹各种神效。在中国大陆,就有许多家企业推出了牛樟芝产品,鼓吹成具有“抗癌、降压、降糖、解读、解酒、抗病毒……”等多种功效的“神药”。

美国NIH下属的癌症研究所对牛樟芝提取物有一段总结评价,认为它有“潜在的”抗血管增生、肝脏保护和抗氧化能力。所谓“潜在的”,也就是只在动物实验和细胞实验中展示过,而没有人体实验的证据。在该网站上查询相关的临床研究,返回的结果是“没有”。

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其实,这也从另一个角度说明,美国癌症研究所可能并不看好牛樟芝提取物的抗癌功效。

在中国大陆,牛樟芝产品甚至涉嫌非法

在中国大陆,农业部以及许多地方政府批准了牛樟芝的种植开发,也因此出现了许多开发牛樟芝产品的公司。但是,这些产品并没有获得合法身份。

首先,它们没有经过新药审批流程,自然也就不是药品。在保健品数据库中,也查不到牛樟芝产品的记录。

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此外,牛樟芝作为一种在大陆地区没有食用历史的物种,要想作为食品销售,需要取得“新食品原料”的资格。然而国家卫计委在2017年回复国家质检总局的质询时明确答复“不是批准的新食品原料”,从而支持了质检总局“牛樟菇(牛樟芝)及其提取物不得用于普通食品,有关检验检疫机构放行含牛樟菇(牛樟芝)的食品属违法行为”的理解。当一种产品本身是非法的,那么消费者买到的所有产品也就不可能是监管背书的“合格产品”。即便不谈它“到底是否有效”“到底是否安全”,它到底是否含有牛樟芝也都无从保障。

牛樟芝并不一定安全

牛樟芝是一种“天然真菌”,许多人也就相信它“安全无害”。但是,那些“生物活性成分”能对癌细胞和病毒产生作用,自然也就可能对正常细胞产生作用。

到底吃多少才能够起到作用?在起作用的“有效剂量”下是否安全?这是任何药物和“功效成分”必须要明确回答的问题。然而迄今为止,关于牛樟芝及其提取物的功效都是基于细胞实验和动物实验的,在人体中到底如何,并没有数据。尤其是在2013年,有台湾媒体曝出“牛樟芝”动物实验导致了细胞异常增生、空洞化的后果,更让它的“安全性”产生了很大争议。

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没有女朋友,可能是因为你不穿女装

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繁殖是生物延续基因的第一大事,所以许多动物都渴望得到性与爱。不幸的是,这种渴望也被许多生物所利用。它们花式行骗,以达到不可告人的目的。自然的“婚恋骗局”种类之繁多,手法之凶残,足以让上到妲己下到卖茶商人的诸多人类自惭形秽。

沉迷“假女朋友”无法自拔

芝加哥大学的盖赛特(A. C. Gaskett)等人在澳洲研究兰花时,发现了一个有趣的现象:隐柱兰属(Cryptostylis)的两种兰花C. erectaC. leptochila,会吸引一种蜂(Lissopimpla excelsa)跟它们交配,来促进自己的“性福”。

学名Cryptostylis erecta的隐柱兰。图片:Poyt448 / wikimedia

学名Cryptostylis erecta的隐柱兰。图片:Poyt448 / wikimedia

许多兰花,比如欧洲的蜂兰(Ophrys spp.)和澳洲的锤兰(Drakaea spp.),都会模仿昆虫的形状和外激素,把自己打扮成雌性昆虫的样子,隐柱兰也是如此。被迷得神魂颠倒的雄性昆虫抱上一朵兰花,花粉会蹭在它身上,等它被另一朵兰花吸引,身上的花粉就送到了另一朵兰花的柱头(植物的雌性生殖器官)上,从而促成兰花的有性繁殖。

被兰花迷得神魂颠倒的蜂,正在与兰花交配。图片:Anne C Gaskett et al. / The American Naturalist(2008)

被兰花迷得神魂颠倒的蜂,正在与兰花交配。图片:Anne C Gaskett et al. / The American Naturalist(2008)

隐柱兰的“骚”操作在兰花中不算太新奇。不过,盖赛特注意到了一个前人不太关注的新现象:很多雄蜂把精♂液留在兰花上了,而且量相当大,甚至肉眼都能看见。她开始为雄蜂们的“雄风”担忧。制造精子是需要能量的,多次交配之后,雄虫的精子量会迅速下降,甚至会耗竭。盖塞特等人做了实验,发现雄蜂跟兰花交配过一次后,交配的意愿会大减(即使对象是雌蜂)——它们的精子储量已经不足了。

蜂留在兰花上的精液(箭头指出处)。图片:Anne C Gaskett et al. / The American Naturalist(2008)

蜂留在兰花上的精液(箭头指出处)。图片:Anne C Gaskett et al. / The American Naturalist(2008)

L. excelsa的雌蜂,不得不面对兰花这个强大的竞争对手。和隐柱兰交配过的雄蜂,可能不再“想”跟她们交配;兰花制造出的信息素,则会迷惑雄蜂的感官,妨碍它们找到真的雌蜂。甚至有研究发现,雄蜂宁可选隐柱兰,也不选真的雌蜂,显然,虚拟的“女朋友”对他们的诱惑更大。

兰花与蜂交配。图片:new scientist / youtube

兰花与蜂交配。图片:new scientist / youtube

兰花把蜂的性生活搅得一团糟,不禁让人担忧,这种做法是不是“竭泽而渔”吗?如果蜂断子绝孙,那谁来给隐柱兰授粉呢?盖赛特指出,隐柱兰阻碍雌蜂受精,长远来说,给它带来的很可能是好处而不是坏处。这是因为,膜翅目昆虫(蜂和蚂蚁)决定性别的方式很奇特,受精卵孵化的都是雌性,未受精卵孵化的都是雄性。所以,即使没有得到精子,雌蜂仍能生育,只不过生下的都是儿子。

如果兰花害得许多雌蜂成了单身,她们会产下更多的儿子,雄蜂越多,给隐柱兰传粉的冤大头就越多。扭曲的性别比例,却会成就兰花的性福。

男扮女装,为蹭热度

据说,男扮女装是蹭热度的好方法。有一种动物就精通此道。

束带蛇(Thamnophis sirtalis)的一个亚种红胁束带蛇(T. s. parietalis),是生活地区最北的美洲爬行类之一。北方气候寒冷,温度对它们至关重要。从冬眠中醒来的蛇体温很低,行动迟缓,无法寻找配偶,也容易成为乌鸦的美餐。所以,它必须快速提升体温,恢复运动能力。为此,一些雄蛇穿上了“女装”。

雄性束带蛇比雌性早三到四周结束冬眠,所以在春天相当长的一段时间里,在外活动的红胁束带蛇,男女比例非常失调。雌蛇一出洞,雄蛇接收到她在空气里散发的外激素,就会“闻香而来”,把她包围起来,像缠毛球一样缠成一个“蛇球”。一个“蛇球”一般包含十到二十条雄蛇,最多可以超过一百条,而中心的雌蛇只有一条。

冬眠后出洞的束带蛇。图片:Huw Cordey / NPL

冬眠后出洞的束带蛇。图片:Huw Cordey / NPL

奇怪的是,有些“蛇球”的中心不是雌蛇,而是雄蛇——这是他的取暖妙招。雄蛇模仿雌蛇的外激素,吸引其他雄蛇(已经暖和过来,能自由活动)把他牢牢裹住。这样,受骗的雄蛇不仅能给他热量,还能遮挡捕食者的视线。不过,骗术也不是十全十美的,“女装”蛇在“蛇球”里裹得太紧,有窒息的风险,还有可能被迫跟雄蛇交配。

还好,“女装”蛇是可以“卸妆”的。蛇类求偶使用的外激素,主要是表皮中的脂类物质,不能像喷香水那样一会儿一变。不过“女装”蛇还是找到了改变自身外激素的办法。那些对雄蛇有很高吸引力的外激素,在低温下仍保持挥发性,而吸引力低的外激素,在低温下几乎没有挥发性。在寒冷的时候,“女装”蛇的皮肤会散发出诱“蛇”的外激素,而吸引力低的外激素会被低温“冻结”。一旦体温升高,吸引力低的外激素也开始挥发,把诱“蛇”的外激素冲淡,吸引效果就大大减弱了。

这样,“女装”雄蛇得到足够多的热量之后,就可以恢复男儿身,从迷惑的雄蛇堆里爬出来,去寻找真正的“小姐姐”了。

“阴阳脸美人”的骗术

头足纲(章鱼、墨鱼等动物)堪称海洋魔术师,它们能够自由改变颜色和体型,假扮成石头、海藻、珊瑚礁或其他动物,“男扮女装”自然也不在话下。生活在澳洲南岸浅水中的澳洲大乌贼(Sepia apama),就是一位精通此道的大佬。

借助变色能力隐藏起来的乌贼,突然伸出触手抓住麻痹大意的猎物。图片:BBC / youtube

借助变色能力隐藏起来的乌贼,突然伸出触手抓住麻痹大意的猎物。图片:BBC / youtube

在繁殖期,雄性澳洲大乌贼会看守着他心仪的雌性,如果其他雄性上门求爱,就会受到他的攻击。乌贼之间的斗争,一般是虚张声势地彼此吓唬,但有时也会爆发真正的打斗,不少雄性身上都带着咬伤的疤痕,甚至触手尖都可能被咬掉。比较弱小的乌贼,无法在刚正面时击败其他雄性,但他们也有自己的办法一亲芳泽。

澳洲大乌贼为了配偶而战。前面较大的两只是雄乌贼,后面较小的是雌乌贼。图片:Georgette Douwma / NPL

澳洲大乌贼为了配偶而战。前面较大的两只是雄乌贼,后面较小的是雌乌贼。图片:Georgette Douwma / NPL

弱小的雄性,会找到一条有配偶的强大雄乌贼,然后趁着这个大块头不注意,悄悄靠近他的“老婆”,向她示爱。求爱的雄乌贼,会改变颜色,让自己身上出现快速流动的黑色条纹,同时张开触手边缘的白色皮膜,像水袖一样飘动;雌性乌贼则身穿白色带深色斑点的“朴素”外衣。有趣的是,弱小的雄性接近雌性,有时会展现出富有“男子气概”的条纹和皮膜,有时却穿着“女装”,皮膜收起,身上的花纹也变得跟雌性一模一样。

“女装”的好处不难理解。如果弱小雄乌贼求爱的行径,被她的“老公”发现了,愤怒的大块头肯定会给弱小者一顿暴打。这时弱小者扮成女性的模样,大块头找不到“情敌”,他就可以免于皮肉之苦。

一个古罗马官员克劳狄乌斯·普尔克尔(Clodius Pulcher)曾经男扮女装,进入凯撒大帝的家,参加一场只有女人能参加的祭祀,传说他和凯撒的老婆关系暧昧。传说的真假难以考证,但是早在几万年前,乌贼就在使用和传说相同的伎俩了。

你是吗,龙舌兰姑娘?图片:《JOJO的奇妙冒险·战斗潮流》

你是吗,龙舌兰姑娘?图片:《JOJO的奇妙冒险·战斗潮流》

澳洲的另一种乌贼,哀悼乌贼(S. plangon),也精通澳洲巨乌贼(和克劳狄乌斯)的技巧,但他们的本事还要更胜一筹。弱小的雄哀悼乌贼,在发现一对乌贼配偶之后,他的办法不是悄悄接近,而是游到他们中间,主动向雌性乌贼示爱。他免于被暴打的依仗,就是高超的女装技巧。他对着雌哀悼乌贼的一面,呈现黑白分明的条纹,这是雄性求爱的装扮,而对着她老公的一面,则是朴素的斑点——跟雌乌贼完全一样。所以,哀悼乌贼“女装大佬”可以在乌贼老公的眼睛底下,明目张胆地追求他老婆。哀悼乌贼是人们已知唯一一种可以边撩妹边穿女装的头足纲动物。

哀悼乌贼的欺骗术。F指示的是雌乌贼,M指示雄乌贼,A和箭头指示图片外的竞争对手,雌乌贼的“老公”。狡猾的雄乌贼对着雌乌贼的一面,呈现雄乌贼的鲜明花纹,对着“老公”的一面,呈现雌乌贼的黯淡花纹。图片:Culum Brown et al. / Biology Letters(2012)

哀悼乌贼的欺骗术。F指示的是雌乌贼,M指示雄乌贼,A和箭头指示图片外的竞争对手,雌乌贼的“老公”。狡猾的雄乌贼对着雌乌贼的一面,呈现雄乌贼的鲜明花纹,对着“老公”的一面,呈现雌乌贼的黯淡花纹。图片:Culum Brown et al. / Biology Letters(2012)

伊藤润二的昆虫版本

另外一种“色诱”的伎俩,在我们看来没有乌贼那么精彩的视觉效果,但手段更加阴险。

甲虫中有一个科叫芫[yuán]菁(Meloidae),这类虫子最著名的特征,是能分泌一种剧毒的物质:斑蝥素。有人认为斑蝥素有壮阳和催情的作用,其实这是谣传。不过,芫菁和性生活确实有点关系——不是人类的性生活,而是昆虫的。

有一种学名为Meloe franciscanus的芫菁,它的幼虫孵出之后,就会成群结队地爬到草茎上,抱成一个团。然后,它们会散发外激素,模仿一种蜜蜂科的蜂(Habropoda pallida)雌性的气味。受到外激素吸引的雄蜂飞过来,给芫菁幼虫一个热情的拥抱,后者就乘机纷纷爬到雄蜂身上。

芫菁幼虫欺骗雄蜂的示意图,芫菁幼虫散发激素,吸引雄蜂,然后爬到他身上。图片:Laura P. Zarcos / wikimedia

芫菁幼虫欺骗雄蜂的示意图,芫菁幼虫散发激素,吸引雄蜂,然后爬到他身上。图片:Laura P. Zarcos / wikimedia

恐怖片就此要上演了?不。这些幼虫不会吃掉雄蜂,甚至不会动他一根毫毛。雄蜂只是芫菁的“专车司机”而已。接下来,如果雄蜂找到一只真正的雌蜂,芫菁幼虫就会趁着雄蜂和雌蜂交配的时候,转移到雌蜂身上。
接下来,雌蜂会执行母亲的职责,造窝产卵,在窝里储存花粉作为幼虫的食物。芫菁幼虫乘机“下车”,从雌蜂身上转移到蜂窝里,把雌蜂辛苦储备的干粮扫荡一空,连蜂卵也一起吃掉。

雌蜂的身上爬着许多芫菁幼虫。图片:John Hafernik et al. / Nature(2000)

雌蜂的身上爬着许多芫菁幼虫。图片:John Hafernik et al. / Nature(2000)

雄蜂心目中美艳多姿的雌蜂,其实是一堆恶心的虫子,并且是吃小孩的“恶魔”。这种兼具《沙耶之歌》和《富江》风格的“剧情”,似乎在证明,现实永远比幻想更神奇。因为现实不需要借助人类的想象力。

上班族如何吃得健康?我的看法跟许多营养师不一样

大家都知道合理饮食对健康的重要性。多数人也都知道“食物多样化”“每天半斤水果一斤蔬菜”“少盐少油少糖”等等健康饮食的原则。不过,真正做起来,就完全不是那么一回事。尤其是广大的上班族年轻一代,早上总是缺觉,有做早餐的时间更愿意用来多睡一会;中午的时间有限,外卖或许是最便捷的解决方案,到了晚上,浑身疲惫地回到家中,也懒得花太多的心思在做饭上。

于是乎,不做饭,不会做饭的人越来越多。

他们,不是不知道怎么吃健康,然而生活的压力使得他们总是在不停地妥协。

不过,享受是自己的,健康也是自己的。今天透支的健康,难免他日偿还。如果想要放纵自己,总能找到充足的理由;如果想要合理饮食保持健康,那么任何困难也总有克服的办法。

我这里想说的,是现代上班族的生活节奏下,如何让自己的饮食符合“健康合理”。

图片来自pixabay

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1、“合理饮食”的两个基本点与一个误区

当我们说“合理饮食”,可以归结为两点:一是各种营养成分都不缺;二是总的热量在合理范围——不饿肚子,也不过剩。

经常看到电视中邀请的“营养专家”评点一道菜或者一顿饭,说“什么什么成分过多,什么什么成分缺乏,如果加入什么什么就合理了”。这是把“合理的饮食搭配”作为了一顿饭甚至一道菜的目标。这完全没有必要,甚至可以说是陷入了一个误区。

“合理饮食”是针对一定时间内的平均。这个“一定时间”,能在一天之内实现就已经很好;在几天一周之内做到,也算是相当不错。所以,去讨论一道菜甚至一顿饭是否“营养均衡”,我不认为有什么意义。

2、许多上班族的饮食“不健康”在哪里

因为生活节奏和通勤压力,很多上班族没有很多时间用于做饭吃饭。典型的饮食方式是这样的:早餐不吃,或者喝杯牛奶吃片面包就匆匆出门,上午吃些零食喝杯奶茶;中午点份外卖,“XX盖浇饭”“XX粉”等等吃饱;下午再吃点零食,喝杯奶茶或者咖啡;晚上大吃一顿,或者睡前再来分夜宵。

整个一天下来,粗粮很少、水果蔬菜很少、油多盐多肉多。

营养专家们说,早餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果;午餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果;晚餐应该吃什么什么,要有粗粮蔬菜水果。他们给出的食谱很好、很全面、很健康,就是有一个不足:上班族们很难去遵循。

3、把握基本原则,愉快健康地吃

其实我们只需要把握健康饮食的基本原则,完全没有必要纠结于一菜一餐如何如何。我说的基本原则是:

1、 控制食物总量,不管是2000大卡还是1800大卡,都是很抽象的数字,也没有必要去精确地计算。“控制食物总量”的方式,是不要吃得“太饱”,吃到“不饿”就行了。控制总量,是现代人最关键的健康饮食要点。

2、 基本食材种类齐全够量,比如半斤水果一斤蔬菜、蛋白类(肉禽蛋奶经常轮着吃)、粗粮坚果做零食、合理饮水(喝茶、黑咖啡、纯水,尽量避免香浓咖啡、网红奶茶、碳酸饮料等等)。

3、 尽量减少重口味的菜品,因为通常都是高油、高盐或者高糖。

在以上食物基础上,哪一顿吃什么,怎么方便怎么来,完全不必纠结每一顿是否“均衡”。

4、举个上班族一天饮食的例子

图片来自pixabay

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早晨起来洗漱完毕,用微波炉加热一杯牛奶,加入即食麦片或者粗粮粉,喝掉。另外可以在冰箱里准备好煮熟的鸡蛋,煮一次吃几天也没问题。加上一个煮鸡蛋,再拿一只香蕉或者其他水果,边走边吃去上班。如果早餐吃的少,也可以到办公室补上。总之,早上吃下一天食物的30%左右,是比较合适的。

中午,吃自带的午餐。前一天晚上做好饭菜,先装一些到饭盒里放进冰箱。第二天拿着上班,在办公室没有冰箱也无所谓,放到中午没有问题。尽量不要带绿叶蔬菜,往往难看难吃,可以带一些根茎类蔬菜,能够很好地保持形态。如果要点外卖,不要点盖浇饭、炒饭之类的,高油高盐高糖都会被吃掉。可以点蒸、煮、炖的排骨或者肉类,菜和饭分开的——只吃肉,不吃肉的汤汁,也可以避免大量的“不健康成分”。更重要的是,不要吃太多主食,不饿就好。更更重要的是,带点可以生吃的蔬菜,比如黄瓜、西红柿、水果萝卜等等。

上午或者下午的工作间隙,如果小饿,可以吃点粗粮零食,或者坚果。

到了晚上,想想白天一天都吃了什么、喝了什么,还有什么重要的营养成分没有吃,比如如果早中两顿没怎么吃深色蔬菜,晚上就补上。除此之外,估算一下大概还有多少热量可以放纵,就可以去“吃点好的”犒劳自己了。比如如果一天都没怎么吃高糖、高脂、高精细碳水化合物的食品,那么吃一份通常所说的“垃圾食品”,比如蛋糕、饼干、薯条、奶茶之类,也没有什么不可以。

本文来自云无心的微信个人公众号,系今日头条签约稿件,媒体转载须经授权

深海鱼眼中的世界,也可以五彩缤纷?

本文来自“我是科学家”项目,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

对于深海鱼类,很多人大概都会有“随便长长就好了”“反正黑咕隆咚看不见”的刻板印象。但最近发表在《科学》杂志上的一篇论文指出,一些深海鱼类不仅能看见,而且很可能有分辨颜色的能力;更出人意料的是,它们这种色觉的实现机制和我们的还不太一样[1]。

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

脊椎动物的“数码相机”

生理学知识告诉我们,脊椎动物拥有着地球上最为先进的视觉系统之一,鱼类也不例外。我们的眼睛差不多是一台高清晰度的数码相机:在眼球的前方,角膜保护下的晶状体就是一个凸透镜镜头,把进入瞳孔的光线折射到眼球后方;随后,这束描绘了我们视野中所有事物的光线,在眼球后壁的视网膜上从光信号变成了神经电信号,传入我们的大脑进行进一步的加工。

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

在数码相机中,从光信号到电信号的转换靠的是电容或者半导体感光阵列;而在脊椎动物的视网膜上,数千万个长长的感光细胞是完成这步转换的关键。在每个感光细胞的“头部”,有层层叠叠的膜结构,其中就嵌着视蛋白。闯进这片“丛林”的光子击打到视蛋白内部的小分子视黄醛,使其分子结构发生改变,随之引发一系列生化反应,最终关闭了细胞膜上的离子通道。被“堵”在细胞外、带正电荷的钠离子不断积累,让感光细胞内外的电压差越来越大,激发了像多米诺骨牌一样沿着细胞膜向前推进的“离子人潮”,也就是神经电信号,由感光细胞向后续的神经元依次传递,奔向视神经的深处。

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

这套“光电元件”的核心就是视蛋白。不同的视蛋白在基因组中由不同的基因序列来编码,对不同波长(也就是“颜色”)光线的敏感度也不一样。在脊椎动物的视网膜上,有两类主要的感光细胞:视杆细胞的头部是个长长的圆柱体,所含的视蛋白是视紫红质(rhodopsin),对蓝绿光最为敏感。视锥细胞的头部则是锥形,每个视锥细胞含有一种对蓝光、绿光或者红光敏感的视蛋白。

 荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

显而易见,两类感光细胞在视觉形成上有着不同的分工:对于有色觉的脊椎动物来说,视锥细胞就是多彩世界的来源——不同的视锥细胞分别采集红、绿、蓝等光线,合成出各种我们感知到的色彩。但是,视锥细胞对光线的敏感性比较差;而我们眼睛里大部分的感光细胞其实是视杆细胞——它们对光子的探测十分灵敏。在夜间或者昏暗环境下,我们看到的没有色彩的图像基本都是视杆细胞的贡献。

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

所以,视杆细胞只有一类,主要负责感光,跟分辨颜色没关系;而视锥细胞提供彩色视觉。视锥细胞种类少的物种,能辨别的颜色就少,比如鸟类有四种视锥细胞,而大部分哺乳类只有两种。

至少,教科书上是这么写的。

是升级改造,还是放弃治疗?

这么精巧的视觉系统,对于很多动物来说是捕食逃命、趋利避害的必需品,在适应性演化的过程中也无疑受到了“特别关照”。比方说,生活在东南亚的眼镜猴,就有着和自己大脑重量相当的大眼睛,视网膜的面积和视杆细胞的密度都十分惊人,以便在夜间的雨林里捕捉昆虫。相反,恰恰也是因为精巧而耗费发育能量,视觉系统一旦弃之不用又很容易退化消失,例如生活在地下的裸鼹鼠、钩盲蛇和生活在洞穴里的鱼类。

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

深海同样是个“暗无天日”的世界。在海面二百米以下的微光层(twilight zone),从水面照射下来的光线已经所剩无几,更不可能支撑植物的光合作用。然而,这里仍是生命的乐园——从上层海水中随机掉落的生物残骸,能在微光层得到有效的“回收利用”。

很多浮游生物还有着奇特的垂直迁徙行为,白天下潜到微光层躲避捕食者,晚上则到上层海水中“上夜班”填饱肚子。为了适应微光层的黑暗世界,很多浮游生物演化出了生物荧光,用于吸引猎物、识别同类和谈恋爱。

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

那么,生活在黑暗大洋中的鱼类,它们的视觉系统又有着怎样的适应呢?是经过了“魔改”还是干脆放弃呢?为了弄明白这个问题,来自欧洲和澳大利亚的研究者收集了一百多种鱼的基因组序列数据,其中包括几个生活在深海的物种,想看看这些深海居民的视蛋白基因有没有什么特殊之处。

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

“对不起,基因多就是可以为所欲为”

人比人气死人,鱼比鱼发论文。大部分鱼类和其它脊椎动物一样,只有一种视杆细胞,用一个RH1基因来编码唯一一种视紫红质蛋白。但是,有四种深海鱼类让科研人员吃了一惊:冰底灯鱼(Benthosema glaciale)有五个不同的RH1基因,鞭尾鱼(Stylephorus chordatus)有六个,而两个银眼鲷科的物种——短鳍拟银眼鲷(Diretmoides pauciradiatus)和银眼鲷(Diretmus argenteus),则分别有18个和38个RH1基因的拷贝!

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

这种多拷贝现象要归结于一种名为基因复制(gene duplication)的一种变异事件。此类事件在基因组中倒是并不罕见,但是在演化历史中,大部分复制产生的基因序列都会逐渐“退化”,丧失合成蛋白质的功能。所以,这么多RH1基因拷贝,也不见得都能正常合成出堪用的视紫红质蛋白。于是,研究者们又解剖得到了这些鱼类的视网膜,从中提取了基因序列合成蛋白质的中间环节——RNA分子进行测序分析。结果表明,对冰底灯鱼和近亲瓦式角灯鱼来说,有三种不同的视紫红质在视网膜中得到了合成,鞭尾鱼有五种,而对于成年的银眼鲷个体来说,这个数字则有14种之多。

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

所谓“不同的视紫红质”,说的是这些蛋白“变种”的氨基酸序列发生了变化,而作为一个视蛋白,序列变化很可能会导致“敏感区”不同。果不其然,通过在体外合成银眼鲷的视紫红质,研究者发现这些不同的变种分别对不同波长的光线敏感,范围一直从447纳米的蓝光到513纳米的黄绿光——这意味着,银眼鲷视杆细胞里的这些视紫红质变种,可能像其它脊椎动物视锥细胞中的各种视蛋白一样,能够区分颜色。

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

当然,研究做到这里,我们仍不能确定地说“银眼鲷的视杆细胞能形成彩色视觉”,这需要行为学的实验来进一步验证。不过,银眼鲷的视杆细胞所跨越的447-513纳米这个色彩区间,恰好是在微光区最常见的、偶尔穿越上层海水的光线波长,因此拥有对蓝绿光敏感的视紫红质对于这些深海鱼类来说很可能是有利的;而这个区间也是各种浮游生物的荧光波长所在,这么看来能够区分不同的蓝和绿就更有意义了。

另外,分子序列演化模型也表明,银眼鲷的这三十多个RH1基因,经历了百万年之久的“正向选择”——也就是说,这些视紫红质变种的出现,很可能帮助银眼鲷完成了对微光层环境的适应,在黑暗中看到了五彩斑斓。

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

2004年,有研究指出一种沙漠守宫没有视杆细胞,但却能在月光下用视锥细胞分辨颜色[2];2017年,研究者发现蛙类的两种视杆细胞能在极微弱的光线下分辨蓝色和绿色[3]。充满了随机性的演化永远是“将计就计”“见招拆招”,造就了适应环境而又千奇百怪的亿万物种。

2019年的“世界生物多样性日”刚刚过去。正如大学老师曾告诉我们的那样——生物学科的最重要规律,恐怕就是“所有生物学规律都有例外”。这些例外不仅丰富着我们的生物课本,也可能意味着新的生物医学突破,新的生态治理办法等等。这是生物多样性的体现,是生命在三十八亿年中从不停歇的脚步回响。 (编辑:Yuki)

参考文献

  1. Musilova, Zuzana, et al. Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science 364.6440 (2019): 588-592.
  2. Roth, Lina SV, and Almut Kelber. Nocturnal colour vision in geckos. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 271.suppl_6 (2004): S485-S487.
  3. Kojima, Keiichi, et al. Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114.21 (2017): 5437-5442.

生活疑问:中性笔笔芯后边的那一段是啥?

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

这个是最近正好想到的问题,就稍微查了一下。似乎不太有人写过科普文章,不过专利倒是有不少_(:з)∠)_

首先,这个东西是有名字的,它叫“随动密封剂”,英文一般叫“ink follower”。

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随动密封剂的功能比较好理解,主要就是防止中性笔的墨水从笔芯后面漏出来,同时防止墨水挥发。它非常粘稠,但又可以随着墨水的使用而流动,以避免密封的部分形成负压,影响正常使用。为了达到这个目的需要随动密封剂:①很稠;②稳定,比如说不能放着放在就干了,也不应该受点震动就粘度突然变小漏出来,等等;③能顺利随着墨水向前移动。

至于随动密封剂的成分,其实是有比较多版本的,不过大体原则是这样几种东西的组合:

① 基础油,一般是本身就有一定粘度、难挥发同时也不会与中性笔墨水混溶的液体,比如可以是硅油,也可以是聚丁烯、液体石蜡等等。

② 增稠剂,可以让基础油变成更稠,并且可以通过分子内或分子间的作用形成类似凝胶的结构。比如增稠剂可以是纳米级二氧化硅。

③表面活性剂等调整流动性和混合状态的添加剂。

专利中一种随动密封剂配方的例子:

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感觉配方还是挺讲究的,毕竟高粘度与流动性存在矛盾,要恰好方便使用也要经过不少调整吧。

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为什么我们费那么大劲,去观察火星上的地震?

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每当音乐厅里的演奏者拨动琴弦时,空气中的质点便会随之振动,并在同一时刻,把这份运动形式继续传递给相邻的质点,以此类推,让振动层层推进,形成声音的涟漪。乐谱的旋律,就这样通过大气,传至你我身旁;把演奏者刻画在琴弦上的心思,留响在你我耳边。

而当这旋律飘入物理的殿堂之时,学者们会说,它的本质,叫做机械波。

机械波是物质内部质点振动行为的传播。不仅大气会振动,万事万物,无论固体、气体、液体,都会产生振动。

这些振动中的大部分,都超出了我们耳膜可以收听到的范围,但与声波并无二致的是,它们同样能够携带信息:无论是发振物质自身的特征属性、还是传播路径中的“崎岖坎坷”,在最终接收到的机械波里,都会留下如实反映的信号。正是由于机械波这种可以穿过(光线无法透过的)物质的特性,使我们得以认识那些无法用双眼直接观察到的世界。它是能够穿透层层障壁的另一套“视线”,帮助我们揭开纵使有千里眼也无法参透的重重谜团。

而这一次,发生振动的,并不是音乐厅里的琴弦,而是宇宙中的一颗天体。

我们的邻居,火星。

来自洞察号的信息

今年4月6号那一天,火星地震了。

这事儿是“洞察号”刚刚告诉我们的。在火星勘探史上,洞察号勘探器(InSight)是一个不折不扣的新兵,上岗至今也就半年左右吧。半年前,人们可是为它好生庆祝了一番——庆祝它成功发射,庆祝它成功入轨,庆祝它成功落在火星表面,庆祝它成功走向今后的工作岗位。

可NASA斥资几亿美元,并不是为了表现人类有本事把一个东西成功送上火星的——这对现今的人类来说已经不是难题啦。人类派它上去,是为了让它踏踏实实在那边干活。

干什么活呢?收听火星大地的振动。

音乐厅的振动里有乐曲的信息,大地的震动里就有大地的信息。洞察号的首要职责就是,当火星地壳发生地震时,接收并确认这些信息,把它如实报告回来,让人类有机会去破译一颗行星的内部结构。

洞察号延伸机械臂,在火星表面放下地震仪丨NASA

洞察号延伸机械臂,在火星表面放下地震仪丨NASA

惊喜来得太快

说实话,人们一开始并没指望它这么快就能收听到一次火星的地震。

在人们的认知里,火星已经不太会震了。它的内部无法进行活跃的地质活动,就像一滩死水,不会频繁掀起机械波的“涟漪”。甚至洞察号的设计者一开始设计这个方案的时候,也并非抱定了确凿的信念、认为就一定能监测到火星上原发地震的产生。因为火星的震动很可能“如此微小,差不多是原子的尺度” ,所以洞察号的地震仪被设计得极度灵敏,甚至能感觉到风与沙尘暴造成的地震波。毕竟和地球不同,火星没有地壳板块运动,没有频繁而剧烈的地震,“火震”更可能来自火星冷却造成的行星表面收缩,或者行星内部深处的岩浆运动。科学家们甚至把期望的筹码押在了外来的小行星身上,指望着兴许哪天会有一颗愣头青般的小行星一头栽到火星表面,靠外来的冲击,激起火星表壳的震荡,然后借助这些外界诱发的震波来探测火星内部结构。

可这才时隔不到半年,洞察号就真的监测到了一次疑似火星地震的信号,而且震源像是来自内部。这次震动不大,相当于一次2~2.5级的地震 。目前数据已经发回地球。NASA的工作人员眼下正在紧密锣鼓地破译这些数据。

正在火星上捕获射线的洞察号丨NASA

正在火星上捕获射线的洞察号丨NASA

地震波在火星内部会进行传播和反弹,从而反应出火星内部的立体构造,原理基本类似于用超声波检查人体内部。有了这些信号,人类就可以“看”到火星地壳内部的结构了:它有多厚的地壳和地幔?它的地壳和地幔分别是什么成分?地壳和地幔内部是否还有更复杂的结构?等等。

回答这些问题,本身就可谓人类太空探测史上的一份壮举。可这些成就就算达成,也不过仅仅触到了科学家们真正意图的冰山一角。

音乐厅里的声波为我们传达的最直观信息,是这首乐曲的结构与组成——旋律的起伏、节奏的快慢、声部的交错……但这些信号,却并不是这部乐章要传达给你的最终目的。它们本身同样是一种媒介,一种传达音乐家心中图景与观念的媒介。换句话说,信息本身承载着更深层的信息。故事本身蕴藏着更扑朔迷离的故事。而科学家真正的野心,便是想弄清这信息背后的信息、故事背后的故事。比如通过火星的内部结构,进一步推测太阳系早期的演化历史。

凝固的叙事篇章

火星已死。

这在目前基本算是一个科学共识了——它的内部热量不足以驱动它进行复杂的内动力地质活动。今日的火星上,没有火山喷发,没有沧海桑田的变换,没有高山的隆起和盆地的断陷。我们在地球上熟知的一切地壳演化与变迁….在邻居火星那里,都几乎找不到存在的痕迹。

毫无生气的火星表面丨JPL - NASA

毫无生气的火星表面丨JPL – NASA

这事儿说穿了,还是因为我们地球自身的环境太过独特,以至于我们把自己家园的这份放到宇宙里可谓独一无二的环境,当成了生活里的稀松平常。事实是,地球处在一个恰好的体积、恰好的距离、恰好的大气含量、恰好的内部结构上。这些作用的共同使然,才让今日的地球内部和表层有着活跃的地质活动,并维持一套能够支撑生命存在的内外圈层循环系统(比如岩石圈和地表圈层之间的碳质循环)。随便换一个星球,上述条件可能就千差万别,我们在地球上见怪不怪的一切环境要素——加上我们生物圈自身——可能都属奢侈。

比如火星。

它体积太小,早早地冷却,早早地关掉了自身内动力地质活动的开关,因此,它整个地壳的结构特征,就随之凝固在了几十亿年前那个逐渐冷却的时代。后续再也没有任何翻天覆地的动荡,覆盖掉那份原初的信息。不像地球,活跃的地壳板块已经抹去了所有早期历史的遗迹。火星这份亿万年后也依旧保存完好的古老岩石圈结构,可以说是太阳系早期岩质行星演化的完好记录。

图丨NASA

图丨NASA

我们应该感谢洞察号,如果没有它,人类至今仍然无法收听到来自火星的地震。听不到火星的地震,我们就失去了一个洞察火星内部结构的重要窗口。没有这份重要的窗口,我们对太阳系早期演化史的认识,不知要在推测层面再停留多少年。真心希望洞察号收获的这批数据里,能够为人类带来一些突破性的知识。

比如一旦发现火星的岩石圈具有水平方向的非均质性,可能就会是板块构造的结果,说明火星早期也和地球一样,大陆频繁挪移,山脉起伏绵延。

比如一旦发现岩石圈具有广泛的水成沉积层,说明火星或曾拥有蓝色的大洋,洋面波光粼粼,海涛乘风万丈。

以及长英质的岩石、热液的矿脉、凝固的岩浆房、巧妙排列的断裂体系…我们在地球岩石圈中见到过的一切丰富的结构与构造,背后都指向一部部独特的环境特征。而如果火星也曾拥有这一切,说明它早期的演化,可能和地球一样复杂、和地球一样活跃,和地球一样生机勃勃。毕竟,咱们自己星球上的太初生命,就诞生在那个翻天覆地的时代。

这一切会不会得到确认呢?目前还暂时无法回答。但至少,火星的地震会忠实记录它内部的一切,岩石圈的振动就如同一部广播,把埋藏在一颗星球深处的言语,播送到它的表层,直面浩瀚的宇宙。倘若确认了今日的火星能够发震,那么可想而知,自它诞生起这46亿年来,从活跃的时代,到冷却的时代,一直至今日,可能有无数次的广播曾经在这颗星球的表面回响过。它一次次诚恳地表述着自己的身世,自己的面貌,表述着自己那横穿悠久时光、却独一无二的故事。

只不过在没有聆听者的时代,这些携带着丰富信息的星之波动,永远只能迎来唯一的结局:振动的能量逐渐耗尽,一点点消散在宇宙那冰冷广袤的寂静中。

这颗星球大概想不到,几十亿年后,自己迎来了第一位聆听者。

它来自另一颗行星,想听到这儿原初的啼鸣。

(编辑:游识猷,李小葵)

参考文献

[1]NASA’s InSight Detects First Likely “Quake” on Mars. (2019, April 23). https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7383