冷浪漫-3

动物如何“坐月子”？要回答这个问题，首先应该明确概念。此处，‘两个名词，一日“动物’’，一日“坐月子”o广义而言，动物是多细胞真核有机体的一大类群，一般以有机物为食料人也是动物界中的一种，隶属于灵长目人科人属。所谓“坐月子”，有些医学教科书这样解释：产褥期是指胎儿、胎盘娩出后的产妇身体、生殖器官和心理方面调适复原的一段时间，需6～8周，也就是42～56天。概念大致如此，但是，疑惑随之而来：我的表姐在美国加州生活快20年了，育有两子，但每次产后在医院都待了不到24小时就出院r，而且，没几天就操劳起家务来，再过几天，就去上班了。很多外国人，包括一些东半球的人都不像国人那么讲究坐月子。我实在不知道哪个英文单词可以与坐月子这一名词对应。英语里有puerperium一词，一般译为产后期、产褥期。但是，《韦氏医学辞典》将这一单词解释为“The time immediately after the delivery ofa baby"，显然“immediately"一词不会是产后15天，更不可能是6～8周了。因此，将产褥期等同于puerperium是不合适的。事实上，puerperium所关注的是一种称为“产后热”的疾病，因为在生产后l—3天内，子宫（通常胎盘位置）可能遭到感染，出现发热症状。按此逻辑，puerperium限定的时间一般不超过3天，甚至应该局限在产后几个小时之内。另观一些英汉词典，把childbed翻译为“产褥”、“分娩”，但是很显然，这两者不应该混淆。在国外（我国亦如此），生产之后休假非常普遍，通常也纳入法律规定之中，但是那些国家的产妇们很少像中国人这样坐月子。总而言之我大致认为，坐月子是中国的一种中医传统文化，没有太实际的生物学意义。文中关于动物的论述，更可以印证此观点。197生命大爆炸Ent（美国加州大学伯克利分校整合生物学博士在读）蝴蝶的玫瑰可能依然留在几亿年前的寒武纪怕镜花水月终于来不及去相遇……林夕作词、王菲演唱的这首《寒武纪》或许让很多人熟悉了这个奇怪的名词。在歌曲中，它以寒武纪后生物的诞生寓指爱情的诞生，但是现实中的寒武纪更加浪漫多彩——多细胞生物大量起源，生物多样性剧增，奠定了现今几乎所有动物的形态构架，堪称“生命大爆炸”o新生，从这里开始。生命的起源，以及问题的起源1 9世纪的地质学家们在石头中摸索了很久，终于为大地建立起了一套时间尺标。而后，他们发现，生命在这把尺子上，似乎有一个开端。牧师、地质学家、饕餮之徒威廉?巴克兰( WilliamBuckland，他发现并描述了第一具恐龙化石，家中不但摆满了矿石和标本，还养着来自世界各地的奇异动物，供自己享用和款待宾客）于1 836年提出，动物化石记录在地层中并非一直存在。后来，随着1 98古生代地层体系在一片争吵声中逐渐建立起来，大家意识到，寒武系地层①似乎是生命活动的一个截然的底界；在更靠下、也就是更古老的地层中，突然就变得一片沉寂。为什么？是因为工作还不够，更早的化石尚未被发现？是因为最早的生物难以保存为化石？还是说，在寒武纪之前，地球根本就是没多少生命的沉寂荒原？达尔文坚定地相信第一种解释。在《物种起源》中，他多次强调：世界上大部分地区还没有开展过地质勘探，而新地质的发现将生物的首现时代大大提前的情况已经屡见不鲜一 虽然这些提前并没有把新物种出现的时代提到寒武纪以前。生命的突然出现倒是不与自然选择矛盾——本来自然选择就不管生命起源的问题，但是达尔文深受莱伊尔( Lyell)的影响，否认自然界的任何“突变”o这种突发的“大爆炸”在他看来一定是假象。然而，地质学和古生物学的发展并未如达尔文所料。远征考察接二连三，基础研究突飞猛进，而寒武纪的突然性却随着化石的增加而愈发明显，愈发引入注目。确实，生命的起源年限不断上移，而今已经抵达38亿年前；但是那些全都是单细胞生物，而多细胞生物似乎顽固地止步于五亿多年前的寒武纪早期附近。当然，争议的声音也不是没有：比如1899年，古生物掌家查尔斯?沃尔科特(Charles Walcott)在蒙大拿前寒武地层中发现了一些垂直的管道，看起来很像蠕虫钻出来的，但是这些虫子本身并没有留下任何化石，因而也无法排除非生物作用形成的可能性。何况，比起寒武纪化石而言，这种例子也太少了。及至20世纪初，全球寒武系地层已经相互连成一片，几乎全都指向一个结论：多细胞生物化石好像是突然出现在寒武系地层里一般——不过在地质历史上，“突然”二字对应的时间可不是指上帝用①地质学描述过去时期的术语有一套规范。当描述地质历史上的时代时，单位从高到低是宙、代、纪，世，层层嵌套。比如说，某种牙形石出现的时间是显生宙、古生代、寒武纪，芙蓉世。当描述这个时代所形成的地层时，则要分别换成宇、界，系、统。因此，文中会出现“寒武纪竹和“寒武系地层竹这两种说法。1996天创造万物，而是几百万年。不过，比起时间坐标的突兀，更令人惊叹的却是另外一点：除了一种叫做“苔藓动物”的奇特生物之外（和植物中的苔藓没有联系，但长得有点像），几乎所有的重大生物类群全在寒武纪出现了。这一集体亮相让进化论原理之一一 -“共同祖先理论”有点尴尬：如果说所有生物都有共同祖先，那么这么多身体构造大不相同的生物怎么会集中在这么短的时间里出现呢？理论上这倒不是不可能，但是实在过于特殊了。因此很多人怀疑，这种突然性不过是化石保存的问题：之前的生物并不比寒武纪少很多，只不过由于缺乏硬骨骼等原因，没能保存为化石。克劳德的挑战：寒武纪大爆发这时普雷斯顿?克劳德(Preston Cloud)出场了。虽然不能说他发明了“寒武纪大爆发”这个概念，但他确实是第一个严肃考虑这种可能的人。在1948年的一篇文章里，他指出，我们看到的“突然爆发”可能并非假象，而恰恰反映了寒武纪时的一次重大演化革命。换言之，在寒武纪可能发生了快速的、爆炸式的辐射演化，在短时间内产生了大量的新类群。诚然，后来发现，在寒武纪之前不久出现过软体的埃迪卡拉动物群，但是它们在数量上远不能和寒武纪的生物群相比，且形态上也差异过大，很呵能并非现代生物祖先。和宇宙大爆炸不同，寒武纪的爆发并不是指生命的起源，倒更像生命的绽放——从平淡无奇的单细胞世界一跃成为华丽丰盛的多细胞世界。这对整个生物圈而言，无疑是一次伟大的新生。但是为什么偏偏是寒武纪？克劳德倾向于认为，在那时，大气中的氧含量超过了一定程度，足以支持多细胞生物成长。绝大部分真核生物的生存都需要氧气。对于单细胞生物而言，全部氧气都可以靠细胞膜的渗透获得；但是当多个细胞聚集到一起时，体积增大而相对表面积减小了，这就需要更高浓度的氧气。当然，再往后可以用其他的方法补救，比如，演化出鳃、肺和血液循环系统，但是这第一个门槛必须迈过去。证据呢？克劳德指出，在海水中，二价铁离子和氧气是不兼容的，相遇就会氧化形成三价铁进而沉淀，形成所谓“条带状含铁建造”o这种沉积物曾经遍布太古宇的地层，但在大约1 8亿年前突然不再形成了。由于氧气可以不断生成，而铁却无法补充，这个停止只能有一种解释：海水里的二价铁在此时被耗尽，而氧气也终于可以开始积累了。克劳德估计，按照这个速度，差不多在寒武纪，氧气足够达到可以维持多细胞生物的浓度。当然，这个估计的证据并不很充分，但是他的挑战已经摆上了擂台：如何证明寒武纪是或者不是一次真正的爆发？如果是，原因又是什么？布尔吉斯页岩，自然界的宏大实验达尔文时代对于寒武纪早中期最大的认识就是所谓的“小壳化石”：顾名思义，就是各种各样类似小贝壳的化石，体积很小且往往破碎严重，很难看出什么所以然0 1 948年，克劳德提出寒武纪大爆发假说时，虽然化石丰富了许多，但是仍然处在“正常”的范围之内。直到著名的“布尔吉斯页岩”被重新发现之后，人们才意识到寒武纪是一次多么壮丽的绽放。其实，2009年不但是达尔文诞辰200周年，也是布尔吉斯页岩发现的100周年；它是由查尔斯?沃尔科特一 ?就是发现前寒武生物遗迹的那位——1909午在加拿大布尔吉斯山间小路偶然发现的，当时他已59岁。可惜，布尔吉斯位处偏远山区，马是唯一的交通工具；沃尔科特本人当时更关注前寒武的生命，而他的考察队规模又太小（连他的妻儿都随他一同来打下手），种种原因导致他在布尔吉斯页岩上没有花太多的精力。在之后15年的野外考察中，只有5个发掘季度用在了布尔吉斯页岩上，用于整理和描述的时间也不是太多。因此，尽管他在论文中将此处描述为“含量最丰富、保存最精美的中寒武世化石”，但是他在描述分类时仍然沿用了当时的分类学惯例，结果6万件标本全部归人了已知的门类0 1 927年他逝世之后，布尔吉斯有一段时间几乎被遗忘了。但是三十多年之后，当康韦?莫里斯(Conway Morris)等人重拾对布尔吉斯的研究时，惊讶地发现很多物种的身体构型非常特殊，很难归人传统的分类单元之中。一时间，许多人开始考虑为这些奇形怪状的东西建立新的纲甚至门。斯特凡?本特森( Stefan Bengtson)在1977年提出，寒武纪大爆发的规模可能比克劳德认为的还要大，实际上这场爆发可能是自然界一次狂放的实验，前无古人，后无来者，其间创造出了各式各样的“怪物”，它们大部分是不成功的试验品，不久即告灭绝，只有少数存活了下来，成为后来其他物种的祖先。这个假说确实非常令人振奋。当一部分生命在寒武纪第一次发展到足够复杂的程度时，它们看到了怎样广阔的世界啊！万物新生，一切景物都是新鲜的，一切可能性都在眼前。倘若果真如此，那么寒武纪的新生无疑是生命史上最重要、最激动人心的一刻。因此，著名古生物学家斯蒂芬。杰伊?古尔德(Stephen Jay Gould)，笔者的偶像，在此假说的基础上出版了《奇妙的生命》（肋以如咖，Life）o书中描述了布尔吉斯页岩里种种奇特得超出我们想象的生物，结论是：寒武纪大爆发是生命的终极实验。他甚至认为，倘若我们把整个生命历吏倒回开头重放一遍，只要其中任何一个实验条件发生轻微的变化，实验结果很可能与现在大相径庭——或许那些怪物在寒武纪会存活下来，而我们则会变成连自己都认不出的形态，智慧生命甚至可能不会诞生。这本书文笔生动，内容有趣，读来毫无晦涩之处，因此在外行人当中获得了广泛好评，影响极大。然而在学术圈子里，这本书却掀起了轩然大波。“怪物”的真实面目问题的关键在于这些物种到底是不是全新的结构，是不是和已知物种毫无联系？布尔吉斯得到重新发现之初，大家激动之下，建立新类群时往往大手大脚，但是更深入的研究表明，很多怪物不过是外表奇特，骨子里还是按照和已知生命同样的蓝图构建的。本特森本人在1991年发表了一篇文章，以巧妙的双关语表达了他的观点：这些生物“并不是看上去那么奇怪”o在寒武纪奇怪的生物中，怪诞虫(Hallucigenia)算是头一号。在最早的标本中，这种生物似乎是用7对尖刺支持自己的身体，而背上则伸出一列触角，这样的生物连科幻小说都没有描写过，以致莫里斯用了“Halluci”一 让人产生幻觉的——这个词根为它命名。然而，20世纪80年代，研究者在中国发现了另一个丰盛的寒武纪化石群——澄江化石群。这里的新发现表明，怪诞虫被人们完全弄反了，其实触角有两排，向下支持身体，而尖刺是向上的！改正之后它完全可以归人“叶足动物”，这是一类古生物学家熟悉的类群。人们曾经以为，怪诞虫的立体图应该像上图那样，后来才发现触角少了一排，所以其形态更可能是下图所描绘的那样。203另一种奇特的生物微瓦霞虫( Wiwaxia)看起来好像一只带刺的龟壳，沃尔科特当初把它归人了环节动物，莫里斯则认为，这么诡异的生物足以单立出一个门，不过后续研究表明，沃尔科特在大方向上很可能是对的——它很可能以环节动物为祖先。最让人恼火的棘皮动物也有了很大进展：寒武纪的棘皮动物门里出现了2 1个纲，原本纲与纲之间几乎找不出联系，人称“进化草坪”——不是一棵树，而是一片草坪，草与草之间没有联系，但现在更深入的研究似乎也能把草根连在一起了。虽然工作远未完成，但是从趋势上看，我们很可能最终让诸多怪物都各归其位。问题归来怪物安置好了，树建立起来了，老问题也回来了：假如寒武纪不是一次大实验，那么又如何解释它的突发性？它是真的突然爆发，还是经过了前寒武的长期积累方才崭露头角？寒武纪本身暂时无法提供更多的答案了，我们需要回到寒武纪之前，探寻那些沉默的年代里发生了什么。所谓的前寒武埃迪卡拉动物群是一次失败的进化尝试吗？反复出现的遗迹化石到底和生命活动有怎样的关系？寒武纪之前是否发生了什么重大环境突变？现代分子生物学的分子钟技术对此有何说法？中国的震旦纪陡山沱化石群又提出了何种证据？我们还有许多问题需要思孝和解答。204我们都是星星的孩子老孙（中国科学技术大学天文学博士在读）2009年，那是生物学家和天文学家的狂欢之年。达尔文诞生200周年、《物种起源》发表150周年、还有伽利略开创望远镜天文学400周年纪念，从年初延续到年尾。不过，生物学和天文学的“瓜葛”从400年前就开始了。达尔文赖以观测生物微观结构的显微镜最初就是伽利略发明的0 400年后的今天，天文学家又告诉我们，其实生命，包括我们自己，也都是星星的孩子。1 9世纪关于太阳发光的讨论在遥远的古代，太阳就被封为威力巨大的神灵，直到今天，幼儿园的小朋友都会念“万物生长靠太阳”，不过，科学地认识太阳的本质却是晚近才发生的事情。由音乐家转行的天文学家威廉?赫歇尔（William Herschel，他发现了天王星）在他的著作《天文学》（A Treatise D力Astronom.y）中热情洋溢地表达了这个观点：“阳光是地球表面几乎所有运动的最终根源。阳光带来的热量产生了风，由于阳光的‘生气’，无机物转变成了植物，并进一步支持动物和人类的活动；在煤层中，阳光的动能效率沉积下来又能够为人类所用o"歌颂归歌颂，对于阳光从哪里来，与赫歇尔同时代的科学家们始终不能肯定。追问太阳如何发光，其实也就是问太阳的年龄，这其实是同一个问题。这个问题的难度在于，人们很难解释太阳发出的巨大能量。在一个平常的夏日，把棱长为l厘米的冰块放在阳光下，大约40分钟就可以完全融化（这里是粗略估算），让我们假想一下，假如有一个厚度为l厘米，半径为1.5亿千米（地球到太阳的距离）的冰壳，包裹在太阳周围，那么这个庞然大物也将在40分钟内瓦解冰消。什么样的物理机制能够散发如此之多的热量？1 9世纪的物理学家们最熟悉的也是宏观上最常见的力，就是伟大的牛顿爵士提出的引力01855年，德国柯尼斯堡大学的生理学教授赫尔曼?亥姆霍兹（Hermann Helmholtz）在一次颇有影响的演讲中提出，太阳辐射的巨大能源来自巨大质量的引力收缩，引力能转化为热能，然后使太阳发光。同年，开尔文勋爵(Lord Kelvin)也提出了他的观点，他基本同意亥姆霍兹的观点，只是在具体机制上略有不同，他认为阳光是由于彗星不断地撞击太阳产生的，这些彗星的引力能产生太阳必需的热能。物理学家们很清楚，要想发光，就必须为太阳提供能源，这是1 9世纪热力学家们酌共识。根据开尔文勋爵提出的热力学第二定律，热量会自发地从热的物体流向冷的物体，很显然，如果没有外来的能源供应，太阳、地球都会逐渐冷却，生命就无法继续在地球上生存。开尔文勋爵是热力学的主要奠基人之一，他的观点在科学界拥有举足轻重的地位。与物理学家们关心太阳发光机制不同，生物学家和地理学家们关心的是太阳光的效应，他们擅长的是从各种生物、地理现象出发，推算这些现象持续的时间，也就是地球与太阳的年龄。1 859年，达尔文在他发表的《物种起源》第一版中对地球的年龄做了粗略的估算，依据来源于腐蚀作用下英格兰威尔德峡谷的形成要多长时间。他算出威尔德峡谷的“剥蚀时间”大约是3亿年，206显然，在这3亿年里，地球上足以产生名目繁多的物种。正如赫歇尔说的，阳光是生命和地理现象进化的动力，达尔文估算了地球的年龄，也为太阳的年龄提供了一个下限。不过达尔文的自然选择理论遭到了开尔文勋爵的坚决反对。虽然天文观测表明，没有那么多的彗星来支持开尔文的理论，不过开尔文把他的理论修正为引力能量来自于太阳形成时吸收的彗星。1 862年，开尔文自信满满地宣称：“彗星理论无疑是正确的，它对于太阳热能的解释是毋庸置疑的，理由如下：1．除了化学反应的理论之外，没有任何一种自然的解释值得考虑；2．化学反应的效率比较低，即使最强的化学反应的能量也不足以解释太阳热能，太阳质量产生的化学能只能让太阳发光3000年；3．彗星理论可以证明太阳寿命在2000万年以上，这不存在什么困难o"开尔文根据太阳的质量和直径，计算了这样一个物体能够辐射出来的引力能，估计太阳的寿命约为3000万年，从而对达尔文推测地球寿命超过3亿年的论断表示了怀疑，进而认为达尔文所谓的“自然选择”也是不太可能实现的。1 9世纪，许多科学家对地球和太阳的年龄进行了估算，理论物理学家们根据当时已知道的能量类型，估算太阳寿命至多为千万年的量级，而地埋学家和生物学家们则认为，为了产生地理学的变化和生物进化需要的能量，太阳至少已经闪耀了几亿年。由于开尔文在科学界的巨大权威及其在理论物理学方面的造诣，达尔文对自己的估算结果产生了深深的怀疑。他在最后一版《物种起源》中，删去了所有对时间尺度的提法。达尔文在1 869年写给自然选择理论的另一位发现者华莱士( Wallace)的信中抱怨说，开尔文关于世界年龄的观点是他最烦恼的事情之一。今天我们知道，实际上开尔文勋爵的观点是错误的，达尔文的想法更接近真实情况。根据对陨石的放射性测算，太阳的年龄约为46亿年。不过这也说明，在19世纪的时候，科学界已经达成了一种207共识，任何领域的研究结果都必须受制于基础物理学定律。开尔文没有想到的是，当时人们对于物质结构的理解还仅限于原子一分子的层次，而支持太阳发光的能源恰恰来自更深层的结构，因此对于太阳发光的理解还有赖于基础物理学的进一步发展。放射性的短暂迷局理论物理学家、地理学家和生物学家之间的争论在1896年出现了转机，在前一年，德国科学家威廉?康拉德?伦琴( Wilhelm Conrad Roentgen)发现了X射线，在1 896年，法国科学家安东尼?贝克勒尔(Antoine Becquerel)在试图研究X射线的过程中发现了天然放射性——某些物质（比如铀盐）能够使照相底板感光，这种放射性来自原子核内的转变01903年，皮埃尔?居里(Pierre Curie)和他的年轻助手注意到，同样具有放射性的镭盐可以持续产生热量。再由实验结果得知，每克纯镭每小时可以产生IOO卡①的热量。这些发现让物理学家们逐渐明白了一个事实：一种此前没有注意到的能源被发现了。爱德华。威尔逊(Edward Wilson)和达尔文的第二个儿子乔治?达尔文（George Darvvin，他是一位天文学家兼生物学家）立刻提出，放射性可以作为太阳发光的钝源。正在蒙特利尔的麦克吉尔大学担任物理学教授的欧内斯特?卢瑟福( Ernest Rutiherford)也发现，放射性元素伴随着0【衰变也会放出大量热量0 1 904年，他宣称：“能够释放大量热能的放射性元素的发现，延长了地球上可能存在生命的时间期限，使得地理学家和生物学家们提出的进化过程所需的时间条件可以得到满足o"放射性元素的发现使理论物理学家不再纠缠于引力能的计算，开始考虑来自原子核内部的能量。不过天文观测发现，太阳的主要成分是最简单的氢、氦元素，其中并不存在数量巨大的放射性物质。①l卡约等于4.186焦耳。而且对于大量恒星的观测表明，恒星释放的能量与其温度直接相关，而放射性元素释放能量的多少和温度并没有任何关系。然而，理论物理学家们来不及为这个问题担忧，因为20世纪初迅猛发展的物理学让他们迅速找到了太阳发光的正确答案。爱丁顿的核聚变假说1 905年，正在苏黎世专利局工作的爱因斯坦从他的狭义相对论推导出了著名的质能关系式E=rric2(E代表能量，m代表质量，c代表光速)，这个简洁有力的公式至今无数人为之着迷。它将质量纳入了物理学最为“放之四海而皆准”原理一 -能量守恒原理之中。但它和太阳发光有什么关系呢？1 9 1 9年，理论天文学家亨利?罗素（Henry Russell，这是个美国人，不是法国哲学家罗素）总结了天文学中关于恒星能源的研究线索，他指出，最重要的线索应该是恒星内部异常的高温01920年，英国的物理学家兼化学家F．W．阿斯顿( F.W.Aston)发现了解决这个问题最重要的实验线索。他在寻找氖元素的同位素时，对许多原子的质量做了最精密的测量，其中就包括氢和氦这两种太阳里最丰富的元素。他发现，含有两个中子两个质子的氦原子的质量要比4个只含有1个质子的氢原子要轻一点。杰出的天文学家亚瑟?爱丁颇(Arthur Eddington)爵士立刻意识到了阿斯顿测量结果的重要性。就在同一年，爱丁顿向英国科学促进会做了一个报告，指出阿斯顿的测量结果证明，根据爱因斯坦的质能关系，通过将氢元素转变为氦元素可以支持太阳发光。氢通过燃烧变成氦，其间会损失大约0.7%的质量，原则上说，太阳可以燃烧……1000亿年！ （当代进一步的计算结果是1 00亿年）这是个令人惊异的结果，大大超出了此前关于太阳年龄的所有推算。而爱丁顿以他同样令人惊异的预见，提出了这种“恒星能源”与将来人类社会的关系：“既然恒星能够自由控制这种亚原子的能源保持长期有效运转，那么看来离人类能够控制这种潜在的能量以满足人类的福利又进了一步……”这个“可控核聚变”之梦，在能源危机频发的今天显得更加可贵，目前正在法国建造的国际热核聚变实验堆(ITER)正是爱丁顿之梦的现实版。据乐观估计，30～50年后，人类可以用上这种“恒星能源”o解决恒星能量之谜爱丁顿爵士提出“核聚变”的时候，这还仅仅是一个假说，究竟如何实现这种聚变还没有人知道。而且从经典物理的角度来说，氢原子核（只有1个质子）本身带有正电荷，同样的电荷靠近时，根据平方反比关系的库仑定律，两者之间的排斥力会趋于无限大，“聚变”根本就不可能实现。不过这个“不可能”随着描述微观世界的量子力学的进展逐渐变成了“可能’’o1 928年，在德国哥廷根大学工作的苏联物理学家、天文学家乔治?伽莫夫（George Gamow）提出了“伽莫夫因子”，指出当两个带有相同电荷的粒子靠得足够近的时候，存在一定的几率可以克服库仑势垒结合在一起，把它们拉在一起的是强作用力（一种不同于引力和电磁力的新作用力），用伽莫夫因子可以很好地解释放射性衰变的速率010年之后，已经定居美国的伽莫夫和他的学生泰勒(Taylor)又用伽莫夫因子来证明在高温祭件下恒星内部可能存在核反应，计算的结果让他们相信，恒星内部确实存在极高的温度。1 938年，冯?魏察克( Von Weizacher)发现了一个核反应循环链，以碳元素为催化剂，通过碳一氮一氧的连续反应，可以把4个氢核合成为氦核（现在称为CNO循环），只可惜他没能计算出这个反应的产能速率，也没有得出这个反应需要的温度。太阳发光问题的最终解决是由汉斯?贝特(Hans Bethe)完成的。贝特是一位资深的核物理学家，他撰写的3篇关于当时已知的核物理知识的评论分析被他的同事们称为“贝特圣经”o良好的核物理学训练为他解决恒星能源之谜奠定了坚实的基础01938年4月，伽莫夫在华盛顿组织了一个关于恒星内部结构的小型研讨会。在这个会议上，天体物理学家们列出了他们已经知道的关于恒星的知识。贝特发现，尽管天文学家们还不知道恒星能源的具体知识，只是基于能源来自恒星中心（附近）的假设，但他们已经得到了非常好的结果。这次会议之后仅仅过了6个月，贝特就完成了恒星内部氢元素燃烧成为氦元素的基本核物理过程。贝特提出了“质子一质子链反应”，这种反应过程是太阳或者较小质量的恒星能量的主要来源，而冯?魏察克发现的CNO循环则在比太阳更大质量的恒星中占据主导地位。第二次世界大战结束之后的20年中，一批杰出的物理学家和天体物理学家，如福勒( Fowler)、霍伊尔(Hoyle)等，纷纷投入到恒星核反应的工作中，对贝特的理论进行完善。太阳如何发光——恒星核反应理论是现代天文学最重要的成就和基础之一，有了它，科学家们就可以解释更多的恒星、星系，以及整个宇宙的演化历史。在恒星这个核反应“熔炉”中，最初的氢、氦这两种简单的元素经过加工，锻造出了元素周期表中的各种元素，才有了我们所看到的这个五彩缤纷的世界——我们都星星的孩子。-—四_一‘===—1-'l_____罩rr—一二，—■●●-——1r’一艺术卷首语?让科学松鼠和当代艺术互动起来小庄艺术家阎实告诉我们，准备带着他的“笑脸”（觑砜秽凡傥）系列来科学嘉年华现场。在一个1 90厘米×1 90厘米的木框里头，1 04个红色海狸球（一种可以在地面自由无规则滚动、遇到障碍物会自动躲开的电动玩具）组成的笑脸，被摆放于296个普通蓝色玩具球中。红球里面隐藏了一个配重结构，开动马达后，它就会携带着自己的动能东撞一下西碰一下把周围打乱，逐渐消解体系的原有秩序，直至初态完全不可辨认。艺术家在这里提出了他的思考：不可计算的东西并非毫无意义，无论规则多么简单，都有可能失控。（作者：阎实）2 1 S“笑脸”让人想起了不少科学研究中利用系统的不稳定性来创造某种pattern的模型，最著名的有“图灵斑”0 1952年，计算机之父艾伦?图灵(Alan Turing)插科打诨发表了《形态发生的化学基础》一文，在其中建立起了一个化学系统的简单数学模型。在初始条件下，该系统是均匀的，但它会由于其中某些化学物质的扩散而变得不均匀。这听上去违反常识，因为一般来说，扩散会趋于均匀，如我们很熟悉的二氧化氮扩散实验：两个以玻璃管相连的烧瓶，一边是红棕色的二氧化氮，一边是无色空气，抽除中间的隔离物后，两边颜色很快便趋向一致。但这位天才中的天才——图灵大爷称，自然已经给出了关于这个论断的最好例证：对称的椭圆形卵细胞不就能长成不规则的动物躯体吗？这篇论文的精彩之处还在于提出了由于这种均匀态失稳，该系统会自动组织出一些有序变化的定态图纹。后世将这一过程称为图灵失稳，而图纹则被命名为图灵斑。二十多年后，德国马普生物发展研究所的两位科学家在实验室中完美地演绎了图灵失稳，他们设计了一个反应一扩散体系，通过使用显色剂，得到了一些类似于动物表皮的条状花纹。后来，美国德州大学和法国波尔多大学的科学家们在此基础上，开发出了迄令最好的研究图灵斑的次氯酸盐一碘化物一丙二酸体系。这个简单而富于变幻的三次元体系被人用来解释世界上一切动物身体上出现的皮毛图案：老虎、蛇、斑马…．杜尚(Duchamp)以来，艺术便开始不遗余力地消解着“美”，艺术之美，至安迪?沃霍尔(Andy Warhol)那里消失殆尽，而科学却似乎在做着相反之事，一切研究的根本似乎都是为了得到有序和直达数学公式的简约美。这对自希腊时期便携手相伴走过人类最重要文明历程的兄弟，正处于一种微妙而挣扎的关系中。今时今日，几乎所有艺术表达都会或多或少受到科学的牵制和影响，亚历山大-考尔德(Alexander Calder)在20世纪50年代展出的神经元装置、赫拉曼?弗格森(Helaman Ferguson)20世纪末以来的数学雕塑，概莫如此。是科学更强大了吗？非也，著名科学博主乔纳?莱勒(JonahLehrer)在他的《科学的未来是艺术》一文中写道：“最基本的一点是，现代科学在对万事万物的统一认识方面取得的进展微乎其微。我们不知道的东西不是越来越少了，而是恰恰相反，因此我们的大多数基础科学被神秘所弥盖。麻烦不在于我们不知道所有的答案，而在于我们甚至不知道问题是什么。”他认为，解决这一问题的关键在于如何将艺术家的直觉和感知世界的方式引入科学研究，对基础科学而言尤其如此。以物理学和神经系统科学为例：前者研究现实的构造——那些不可见却定义了我们世界的法则和粒子，后者研究我们对这个世界的理解——为了解人类这种复杂的动物去剖析大脑的秩序。这两门科学在当下遇到的困境都与从业者的想象力已经达到了极限有关。我们不得不这样来理解艺术与科学的关系：两者有点类似于混沌理论中洛伦茨吸引子的作用痕迹——从各自的初态出发，既有靠近，更有远离，而结果永远无法预测。剧作家史蒂夫?马丁(Steve Matin)在他的幽默话剧《毕加索遇上爱因斯坦》中设想了一个场景：1 904年，毕加索和爱因斯坦在巴黎的一家小酒馆中相遇，他们以其充满智慧、幽默的语言，热烈地讨论着“美”、“物理”、“欲望”、“相对性”和“新世界”o翌年，爱因斯坦发表了狭义相对论；3年后，毕加索则以《阿维农少女》震撼艺界。这个虚构是如此美妙，它所隐含的深意即便遥远地过去了那么久，也仍然那么具有预言性，我们会尝试用不同的标准和尺度去复制它。21 7把根留住陈复加（摄影：施夏夫；拍摄地：牛津）庞大的树桩横七竖八躺了一地，每个都有五六个人合抱那般粗壮。走近看树桩表面，龟裂而层层瓦解的树皮下，细小的纤维集合成束，形成了苍劲的纹路，沿着深深浅浅的轨迹朝上延伸，很容易想象，它们也曾经努力向上，以期拥抱天空。树桩底部巨大的虬根盘根错节，大多以板状根的形式向四面八方次生生长，形成支撑枝干的巨大侧翼，底部纤细的须根相互纠缠。本是安稳的静物，却无2 1 8声地展示着无序的热闹。在热带雨林多雨潮湿的环境中，这些树根为了避开土壤深处的稀薄空气，尽力在表层土壤中沿着地面逶迤延伸，支撑着高大粗壮的树干。最令人触目惊心的是树干的截面，浅色的芯木森森地袒露在外，裂痕从树干中心朝四周扩散，似乎可以听到每一根纤维断裂的声音。这不是非洲雨林里的惨烈一幕，而是林立于伦敦这座钢筋水泥城市里的艺术品《雨林魅影》(Ghost forest)o在伦敦中心闹市区的特拉法加广场，1 0个巨大的树桩立于街头，围绕着高耸的纳尔逊柱雕——如果这些树不曾倒下，那么它们也可以如那46米高的柱雕一般高高在上，俯视着非洲加纳森林中的万物生息，包括人类。英国艺术家安吉拉?帕尔默（Angela Palmer）长于苏格兰爱丁堡，在牛津大学与伦敦皇家艺术学院取得学位。后来，她成为了一名记者，工作足迹远至中国香港。如大多数人一般，她也曾在各种模糊的环保宣传中迷失以致麻木。思想的骤变源于与一位科学家的交谈：地球上每隔几秒钟，就会消失一片足球场那么大的热带雨林。帕尔默难以平静，决心以自己的力量唤起大众的注意。她最终寻到了艺术的门下：也许大众可以对抽象的数字无动于衷，但艺术作品的视觉震撼总能触动一些敏惑的心灵。帕尔默前往加纳雨林做田野调查，并寻得一些由于自然风暴，或有计划采伐留下的巨大树桩，运回欧洲做艺术展示。她精心挑选了几种极具商业价值的树木。如硬白梧桐( Triplochiton-scleroxylon)，这是一种上好的家具木材，良好的热阻性能使其成为建造桑拿木房的绝佳原料，非洲落腺豆（Piptadenia Africana）则因难得的韧性被运用于建筑中l密度高的罂粟尼索桐(Nesogordonia papaverifera)断裂强力很高，可用于制作地板、木凳等。人类的舒适生活里处处都有它们的身影，而为追逐商业利益的无规划滥伐却使它们日益陷入了危机。将每个约20吨重的树桩完整运回欧洲，并保存树桩的自然完整，特别是被帕尔默称为“地球的神经末梢”的细小须根，并非易219事。牛津大学环境变化研究所与工程科学系的科研人员参与了搬运树桩的项目。他们仔细计算树桩的体积与重量，用工业平台搬运树桩，并运用。计算机辅助软件模拟设计树桩在伦敦特拉法加广场摆放的位置，以确保这些庞然大物安全抵达伦敦展台。来自遥远森林的伤口果真触动了许多人。巨大的树桩遮住了视线中的水泥高楼，树木的芬芳掩盖了汽车尾气的气味。几乎所有观众都会伸手触摸粗糙的树皮表面，将手指缠绕于纠结的须根中，闭眼呼吸清新的木质气息。有人想到了童年时在大自然中嬉戏的美好时光，有人感叹于森林对人类日常生活的巨大贡献，更多的人开始为这些远方逐渐逝去的生灵伤怀。雨林的“魅影”离开伦敦后，又在联合国气候变化大会期间到达了丹麦哥本哈根，以提醒参会代表滥伐森林对气候变化造成的影响。树桩们最后来到牛津自然历史博物馆，在此展览一年，供科学家们进行植物学、生态学等方面的研究，并作为博物馆150周年纪念展的一部分。国际气候变化与生物多样性课程也将在此举行。如果我们依然希望森林可以源源不断地为我们提供舒适的生活，并保持生态环境的和谐，那么我们必须研究怎样智慧地把“根竹留住。也许，世界是它们的，也是我们的，但终究，我们还是希望有它们酌陪伴。◆关于树木的知识1．在软木中，层叠的中空式的管胞能够支撑树冠的重量，并传递水分。这种中空结构可以有效地提供强大的支持力，同时不增加结构的重量，减少树木生长过程中的能量消耗。在工业设计中，这种“三明治”结构早已被广泛运用于建筑、飞机等机械制造业中。大自然的进化结果与人类经验的结晶不谋而合。2．树木木质部分的细胞壁有着漂亮的纤维复合材料式的微观结构。它由强度高的纤维素纤维、韧性强的木质素与半纤维素组成。纤维素纤维负责支持整体结构，包裹在其中的木质素等负责传递纤维之间的力，大大降低了整个结构的质量。类似的纤维复合材料结构因质量轻强度高，在工业界得到了广泛应用，碳纤维复合材料已成为空客A350、波音787等新型飞机的卖点。发达数字时代的抒情诗人艺术是创造能力的一种状态，包括了真正的推理过程。——亚里士多德木遥刘慈欣在一篇科幻小说《诗云》中，设想了一个化身为李白的外星人试图利用技术手段来实现诗歌创作。尽管外星人的科技水平发达到了不可思议的程度，然而要想用程序创作出媲美李白的诗歌似乎仍然是不可能完成的任务，甚至让程序来鉴赏一首诗是否出色也过于困难了{刘慈欣本人写过一个作诗机的软件。但是很显然，他并不相信机器算法能够成为像人类一样的诗人。他是过于悲观了么？大多数人都根深蒂固地认为，艺术创作（特别是高质量的精英艺术创作）和人的心灵密切相关，而任何形式和技巧层面的解析和实现都只能触及它的皮毛。尽管这种作用多少显得有些神秘而难于言表，可是恐怕没有谁会怀疑，在巴赫的《恰空》和达?芬奇的《蒙娜丽莎》之中，有某种专属于人性的神圣和崇高之处。但是另一方面，一部人类的文明史，基本上也就是人类的领地不断被人类所发明的机器占领和取代的历史。人工智能和机器学习技术的发展使得让机器程序创作出能够以假乱真的艺术作品早已不再是幻想。《哥德尔、艾合尔、巴赫：集异璧之大成》（Go'del，Escher,肋如？An Eternal Golden Bra以）一书的作者侯世达(DouglasHofstadter)，曾经这样描述他在听到并亲自弹奏一首短小精致的钢琴作品后的感受：“尽管能间或听出些小瑕疵，这首曲子还是给我留下了深刻的印象，因为它似乎在倾诉着什么。如果谁告诉我它是出自人手，我绝不会怀疑它的表现力。这首曲子听来有些怀旧，带点波兰味道，而全无抄袭嫌疑。它是崭新的，而又毫无疑问地刻上了‘肖邦风格，的烙印，却不令人觉得情感空乏。我的的确确受到了震撼：抒情的乐曲怎么能从一个从未听过一个音、从未活过一秒钟、从无一丝一毫情感的程序中写出来？”这首作品是一首仿制的肖邦马祖卡舞曲，出自加州大学圣克鲁兹分校作曲学教授戴维?科普(David Cope)的EMI（音乐智能实验）程序之“手”o这个程序的原理是首先研究一名真实的作曲家的作品中不同层面、不同类型的抽象结构，然后以新的形式重组这些结构，从而得到一部仿制作品。这听起来像是儿戏，但效果惊人。侯世达曾经在纽约伊士曼音乐学院举办的一次讲座中，先后播放了上面提到的那首伪肖邦作品和另一首真正的肖邦作品，并且让听众们（大多数是音乐专业的师生）判断哪一酋是真正的肖邦作品。大多数听众选择了错误的答案。毫无疑问，这是极其戏剧性的一幕。我们知道，在计算机科学中，有一条著名的图灵实验法则：一个人使用任意一串问题去询问一个思维正常的人和一台机器，如果经过若干询问以后他不能出现实质的区别，则我们认为此机器具备人工智能。与此类似，如果机器创作的艺术作品和人类作品在人类欣赏者眼中是不可分辨的，那么我们有什么理由否认机器可以在艺术创作领域里完全取代人的作用呢？如果一个人放弃关于艺术创作的种种玄学般的神秘信仰，而认定一切艺术作品都只不过是某种抽象的形式组合，那么用逻辑和数学来研究美的奥秘就是一种顺理成章的尝试01933年，哈佛大学数学系教授、当时美国最重要的数学家之一乔治?伯克霍夫(George Birkhoff)出版了一本出乎同行意料的小书——《美学测度》（Aesthetic肘如肌陀）讨论了用数学公式衡量并刻画艺术作品的美学价值的可能性。在书中他断言：如果美学理论是科学的，那么它就必须从分析的角度加以审视，必须将其自身理解为艺术的纯形式的一面。这本书并没有引起很大反响，反而招致了不少批评，这恐怕是因为他的理论实在过于粗糙。作为理论的核心，他认为一个对象的“美的程度”可以用公式来计算。美=有序度／复杂度。其中有序程度和复杂程度对于不同类型的艺术作品有不同的定义方式。例如，对于每一个多边形而言，都可以用一种特定的算法算出一个美的得分：多边形的美的得分同样的方式也被他应用在音乐、绘画、建筑和诗歌上。毫不令人意外，这种异想天开的“美学理论”很快就被人们抛诸脑后了。但是这一理想并未消失。在20世纪下半叶，它以崭新的形式重新出现在人们面前。一方面，这得益于电子计算和人工智能理论的迅猛发展，另一方面，现代艺术观念极大地改变了人们对艺术作品的认识和期望。毕竟，让今天的电脑模仿米开朗基罗( Michelangelo)或者黄宾虹的创怍仍然是过于困难的任务，但是对普通欣赏者来说，224很多现代艺术作品看起来不过只是幼稚随机的线条和色彩的涂抹，而这样的作品用机器算法实现起来一点也不困难。从19 77年开始，加州大学圣迭戈分校的艺术家哈罗德?科恩（Harold Cohen）开始编写一组名为“Aaron"的电脑程序，赋予其绘画的模式和功能。这些作品起初只是纯然随机的线条和色块，随着程序日渐复杂，它开始“学会”画出更复杂的对象，例如石块和植物，以至于人像。科恩曾经带着Aaron的作品在国际上多家画廊内展出。一开始，大多数观众拒绝相信这是纯粹由电脑生成的作品。当科恩解释了这些作品的创作原理之后，观众们又断言说这些作品中体现出了某种统一的“个性”o这是个有趣的事实，因为这些作品除了都生成自同一算法之外别无共同点。这是不是意味着，所谓的艺术个性其实不过是一种程序性的算法模式而已呢？编写Aaron程序的基本思路就像教会一个没有见过大自然的孩子画出大自然一样教会电脑画画。也就是说，用语言为它定义出所有可能的物体的样子，以及这些物体倾向于如何排列在空间中，然后令其自由随机发挥即可。这一过程可以完全是技术性的，不牵涉任何层面的美学观念，例如“平衡”或者“和谐”之类，然而其作品却会自发地体现幽特定的艺术性选择。当然，我们可以认为，电脑在这里并不真的是进行完全“自发”的创作。虽然每一幅画的生成过程不受干预，但是科恩本人的美学观念毕竟以一种并不直接的方式隐藏在了编程过程中。如果换一个人来编写Aaron的源代码，哪怕遵循同样的技术性原则，其结果也可能大相径庭。但是这一事实并不构成对这一方案的“客观性”的否定，它恰恰说明，无穷丰富的美学选择和艺术个性可以通过简单的技术手段实现和遍历。如果事实真的如此，那么考虑到电脑的海量计算能力，它的艺术“创造力”将是人类无可匹敌的。迄今为止，科普教授的EMI程序已经远远不满足于仿制一两首肖邦或者贝多芬的小曲子，而是把目光投向了复杂得多的大型音乐2 2 S作品。它创作过若干独立的音乐作品，根据普罗科菲耶夫( Prokofiev)未完成的第十钢琴奏鸣曲的片段补完了全曲，甚至还写作了一部名为《马勒风格》的歌剧。正如我们前面提到的那样，它和Aaron一样早已轻松地通过了艺术领域的图灵测试，可以被认可为一位颇为高产的作曲家了。而它今年还不到30岁，一切才刚刚开始。苛刻的批评家也许会断言说：无论如何，EMI和伟大的巴赫之间永远存在着一条无法跨越的鸿沟，正如Aaron永远不可能画出和《蒙娜丽莎》同样杰出的作品，作诗机也写不出超越李白的诗作一样——尽管他们事实上并不能证明这一点。退一步讲，就算它们真的永远充其量只是二流的艺术家好了。可是就在我们触手可及的未来，这样一批不知疲倦、不会枯竭、不依赖于生活环境、不受限于观念桎梏、拥有无限可能性的“二流艺术家”的出现，难道不会带来艺术史上最为空前的革命吗？摄人魂魄的雕刻白鸟面对一系列晶莹剔透、结构严整、形状奇异的玻璃雕塑，你一定想不到，那些作品并非取材于艺术家头脑中疯狂的想象，而是英国年轻艺术家卢克?杰拉姆（Luke Jerram）根据多年来生物学的研究成果完成的一套仿生作品，他模仿的对象，正是渺小到无法用普通显微镜仔细观察却能够对人类一击致命的物质——病毒。卢克?杰拉姆的一系列致命雕塑的名单看起来让人毛骨悚然：人类免疫缺陷病毒(HIV)，可导致获得性免疫缺损综合征(AIDS，艾滋病)；冠状病毒，带来了2003年肆虐东南亚的非典型性肺炎(SARS)；HIN1流感病毒，刚刚在全球掀起一阵恐慌；天花，从人类诞生之初就追随我们，20世纪70年代才被封存的高致死病毒；还有一种并非病毒却也可能致病甚至致命的著名细菌——大肠杆菌。雕刻一 一个粗略的仿制品作为一个雕塑与装置艺术家，同时也是色盲症患者，卢克很早就意识到，传统科学研究和科普作品为了方便观察与介绍，使用染色技术或者用彩色图片表示原本无色或单色的细菌和病毒，这实际上扭曲了人类对微生物的认识。他希望自己的一系列玻璃雕塑能够使观者通过与未着色的病毒的近距离接触，引发人类对病毒与自身关系的新思考a22 7他的艺术创作过程并不简单，每件成品都耗费了数月甚至更长的时间。为了保证作品的科学性，卢克需要了解病毒学领域的最新进展。通过与英国布里斯托尔大学的微生物学家安德鲁?戴维森(Andrew Davidson)博士的沟通合作，从2003年的第一个HIV开始，到天花病毒、冠状病毒，再到几年后的第二个个头更大的fflV，直至最近的HIN1，卢克的“病毒”随着科学前沿的推进越来越贴合它们的真实样貌，但关于病毒的结构，总有科学的未解之处，卢克需要用自己的想象去填补。把精心设计的草图变为成品又是一个难题，因为工艺挑战很大，卢克请了3位玻璃师傅——金?乔治（Kim George），布莱恩?琼斯（Brain Jones）和诺曼?维奇（Norman Vietch）一 一做技术支持，协助吹制。实际上，要维持玻璃雕塑的平衡与稳定很难，有的病毒因为结构特殊，即使大家费尽心思，烧出来的模型仍因不能承受自身的重量而破碎。卢克该系列的第一个作品将令人胆寒的HIV病毒雕塑成25厘米大小，恰可捧在手心细细端详。当你凝视着这件巧夺天工的造物，想到卢克为此花费的大把心机与时间，就不能不感叹自然界中的另外一些“艺术家"，它们无时无刻不在进衍着这样的创作，无需学习知识与技能，作品却更加精妙，而速度，远远高于卢克。入侵一 一段体液中的旅程艾滋病的缔造者——HIV比起它的仿制品一 卢克的病毒雕塑，唯一的缺陷是不能拿出来放在桌子上展览，它离开体液环境就不能存活，因而只能通过血液、性或者母婴交流3种途径传播。跟病毒家族的其他成员相比，它的传播能力不算强。乙肝病毒能在空气中存活好几天，冠状病毒只要附着在潮湿颗粒物上就能存活一天以上，就连流感病毒，都能在空气中存活两小时。比之它们，mV无法让更多的人染病，却能在自己的领地稳扎稳打c它若“有幸竹随体液进入某人的身体，便开始物色适宜自己栖2 2 8居的细胞，用表面那些小凸起去试探各种细胞，看看自己能抓住哪个。而它迟早会找到人体免疫系统的“辅助性T细胞谚（Th细胞）头上，因为这些细胞表面的CD4蛋白分子恰好是HⅣ那些小凸起的“另一半”o借着这层关系，HIV登陆到Th细胞的表面，进而将自己塞进了这类细胞。与此同时，在这个不幸感染了mV的人类体内，战斗的号角已经吹响，免疫系统开始像对待任何一种病毒一样，出动警力四处搜索破坏分子，见一个杀一个，毫不手软。自组装一 一场小感冒登堂人室的病毒下一步行动就是组装自己的克隆大军，它们当然比卢克要驾轻就熟o mV展开外衣——那一层衣壳，露出了里面的无字天书也就是它的装配说明书——遗传物质RNA，和制造军队的几个榔头扳手一 转录与合成用的蛋白酶。打开装配说明书，榔头扳手们捡起Th细胞体内俯拾皆是的螺丝角铁（合成蛋白质的氨基酸、合成遗传物质的核苷酸），就开始自顾自地组装起来。装配好的各种零件们各自默默地组合起来，衣壳蛋白粒围拢在一起，将遗传物质和扳手们包裹在中间，250个衣壳蛋白粒最终合成一个二十面体．，一切就绪，克隆部队出发！这个疯狂的创作过程对于人体来说，就如以往那些病毒感染般平常，身体各部分的警察部趴——免疫系统——也同时蓄势待发，杀掉入侵者不难，关键是要分辨清楚出自己人和克隆部队。在出发前的誓师大会上，各个警察分队等待着能够绘制通缉犯头像的Th细胞们来部署工作，却发现它们中很多都缺席了。警察局里出了内鬼，刚被HIV洗脑的居然是会画像、能指挥的Th细胞们！好在fflV没来得及克隆太多，只有少数Th细胞被策反，大部分仍在坚持工作，还不断有新的Th细胞被生产出来奔赴前线指挥作战，告诉大部队什么样的家伙要立刻抓起来法办。在感染几周之后，情况似乎得到了控制，感染初期的发热、乏力、恶心、腹泻、咽炎等流感样症状渐渐消失，这个倒霉的人以为自己只是刚刚从一场普通感冒中走出来，不曾想，HIV雕刻自身的本能不会就此轻易放弃。变脸一 一场旷日持久的战争HIV几乎全军覆没，但它们并没有就此罢休，幸存者躲避在淋巴结中，还在顽强地进行雕刻。这时，它们的撒手锏显出了威力——变脸。HIV的装配说明书是写在烂糟糟的厕纸上，不像我们，刻在上好的竹简上。这些粗心的家伙每一次复制都可能把抄错的无字天书塞进自己体内，它们也不在意这些错误，后代们继续照着这个装配说明雕刻，活不活得了看自己的造化，于是这样一步步地将错就错，继续组装，继续突变……谁也没有注意到，病毒的脸偷偷地在改变。可怜警察部队（免疫系统）拿着刚画好的头像来搜捕的时候，HIV已经变了模样，等它们回去重画头像时，发现负责这事的Th细胞又有一部分被感染了，连忙先把叛变的Th细胞处理掉，再造出一批Th细胞来更新通缉犯画像，继续出击。HIV写在烂厕纸上的装配说明书成了它的撒手锏，这种复制过程的高度变异性使得它能在10年内幻化出我们人类需要数百万年才能变异出的上百张脸孑Lo免疫细胞一边要铲除异己，一边耍更新自己的通缉库，开始还能控制住局势，渐渐地就变得疲于应付了。在这场旷日持久的拉锯战中，它们不知不觉地落于下风。此时，染病者对于身体中的战争浑然不觉，从表面上看，没有任何症状。如果偶感风寒，或者痢疾拉肚，警察就会比平常更忙乱些，一边对付HIV和被它策反的警察局指挥官，一边加紧壮大警察队伍，消灭新来的痢疾或者感冒病毒。虽然要不断地拆了东墙补西墙，但还勉强能维持治安。这段潜伏期短则仅有两年，长可至IO年，甚至于有人感染十余年仍未发病，警察部队拼尽全力保全主人的生命系统，但谁都知道，骆驼的背上总有那最后一根稻草。借刀杀人一-个以失败告终的胜利没人确切地知道最后的爆发会在什么时候，也的确有感染者一直没有发病，他们成了科学家攻克艾滋病的希望之一，但大多数人都在IO年之间丧失了最后的阵地，当HⅣ变异出足够多的脸孔，再没有足够多健康的Th细胞来绘制各种通缉犯的肖像时，它终于站在了胜利的终点，人体的免疫力下降为零。HIV是借刀杀人的高手，它做出一副无辜的样子看着艾滋病人患上其他各种疾病：感染、肿瘤、器官衰竭……艾滋病发病期的各种病症几乎都与它没有直接关系，却全是因为它拖垮了免疫系统才得以乘虚而人。一些原本无法对健康人构成威胁的细菌，甚至真菌一 -免疫系统正常时可以轻易消灭一 一却在艾滋病人体内长驱直人，如人无人之境，最终造成致命威胁，而人类发明的各种治疗手段原来都需要免疫系统配合，此时，倏然化为隔山打牛。高等生命的智慧和长期进化的本能在这一刻双双束手无策。到了这个阶段，病人最多只能再坚持两年…．到了一切归于平静的时刻，这对殊死搏斗了十余年的敌人默默地躺在一起，谁也无力再改变什么，只能等待着自己的生命被解构，谁是赢家又能怎样？也许，在某处，在某刻，它们的子孙后代们还会进行另一场耳争，但此时，一切归于平静。尾声没有科学家确切知道HIV病毒从入侵、复制、潜伏到爆发的全部过程，未来若干年之内，这些细节也不大可能全部被研究清楚，更遑论雕刻出一个完美的玻璃模型了o mV只承认“存在即合理”，它凭着生命的本能，或者说凭着生物大分子的生化反应本质进行自组装、潜伏、变异…．有人说，你拿病毒与卢克相比并不公平，是的，它们用了上万年的时间学会雕刻自己，卢克不能模仿其万一，本也不足为怪。在要求与其他生物，包括拥有高等智慧的人类，共存于自然界的平等权利的过程中，HlV与寄主彼此通过漫长而规模浩大的血腥屠杀，共同演化出各自的精妙结构。‘个艾滋病人看到卢克做的HIV病毒模型的照片时，在网站上留下了这样一段话：“您的雕塑，即使在照片上看来，也显得那么真实，远远超越了我以前看到的任何图片。我凝视着它们，凝视着在我身体里成千上万的这些家伙，它们将伴我余生。这种感觉很奇怪，看着我的敌人，可能最终夺走我生命的敌人，发现它们竞如此美丽。”雪花史桔子帮小帮主又是一年圣诞，穷困潦倒的天文学家开普勒( Kepler)徜徉街头，他很沮丧——粗心大意的鲁道夫二世（RudolfⅡ，神圣罗马帝国皇帝，开普勒的庇护人）忘记发薪水已经好几个月了。开普勒对朋友真够意思，尽管兜里没有一文钱，还是妄想送上一份礼物。他仰天长叹：“啊，上帝，除了nothing之外，一个拥有nothing、工资nothing的人还能送什么呢？”结果，上帝从天堂给他扔下来一个nothing—nothing，德语nix，相同的拼写在拉丁语中的意思正是“雪花”o开普勒思量着，雪花捧在手里送去会化，而且总不好叫朋友从温暖的壁炉边跑到冰天雪地中来接受这份礼物。科学家别的不会，会写paper啊！开普勒洋洋洒洒顿成一篇拉丁语论文，并及时昭告天下，里边所问的问题我们小时候都问过，那就是雪花为什么6条腿？由于急着要送出礼物，他没空花300年时间先发明X射线衍射技术，于是摇头晃脑地推测说，六边形、三角形和正方形是仅有的能紧密排布成一个平面而不留白的形状（不信你画画）o至于雪花为什么不是三角形和正方形，他说，你看，人家小蜜蜂的窝都是六边形……问题就这样被糊弄过去了。合上论文，首页写上：H一份给朋友的新年礼物”一这份很轻的礼物是名副其实的“情意重”0 400年来，每当我们提到雪花研究，都会首推这篇诞生于贫寒与友情的学术论文。但是，天文学家的观察终究不拘小节0 20年后，伟大的数学家笛卡尔才第一次详述了雪花的外形——“科学巨人”的眼光非比寻常，除了不同形态的六边形，他还记录了1 2条腿或一个棱柱上下加盖儿的罕见雪花。“完美的六边形啊！边如此的直，夹角如此相等，粗手大脚的人类简直没戏……我绝对想象不出这些完全对称的六角小精灵如何在自由的空气与狂躁的风中悠闲地降生。咦？或许正是风神信手令小精灵在云朵上下翻飞，并在那里托住了它们轻盈的身躯，使它们来得及左顾右盼，遵照自然固有秩序的启蒙，把自己琢磨成六片棱角的模样。”时光机继续运转，生物学家无处不在。哲学家笛卡尔在荷兰的床上（笛卡尔很喜欢床）写下上述言论不久，罗伯特?虎克( Robert Hook)便端起亲手打磨的显微镜，排除万难，将周遭一切小东西塞到镜头下偷看。在其著作《显微图谱》（Micrograph妇）的书页中，干树皮小室（cell，细胞）、小花、小草、苍蝇、跳蚤等“生物”聚在一起开party，突然指着一页惊叫：“咦？这些六片棱角的异类是什么？！”——尽管那些手绘只是毫不惹眼地点缀在书页的边角，但意义非凡，此乃人类首次具体记录雪花之形态。当年，罗伯特?虎克毫无疑问是在室外观察的（他画画还很快），而且当地温度、湿度变化多端～．此处略去二百多年，因为人类并无什么大长进，直至1885年……近代科学，美国通常都会瓜分一份田，这次真的是一位农民——威尔逊‘本特利( Wilson Bentley)o当然，此人兼有“雪花晶体摄影师”的头衔，不仅因为他第一个在底片上留下了雪花的身影一 一系“雪花微距照”，更因为这样的身影共有5000幅，其中“没有任意两个彼此相同”o“雪花微距照”产生于冰天雪地中一架连了显微镜的相机匣子。死神选择在圣诞夜前夜，让这位“雪花男人”(the snowflake man)在自家农场踏雪而去，去寻找雪花的源头。临行前不久，他说：“雪花是美的奇迹，人们无法看到并仰慕这种美是无比遗憾的事。每一片都是绝作，并无备份，一朵晶莹的雪花消融，一份独特的设计就将再不为人们所见。美这样逝去，不留下半点足迹……镌悲伤的故事讲到这里为止。让我们转动地球仪一 ．20世纪50年代，亚洲人终于在这个故事中登场。日本北海道的中谷宇吉郎被聘为核物理学家，只是没有核物理研究资源……他只好用“金箍棒打苍蝇”，结果打得很有成效，因为当地雪花资源丰富。此人虽然不如本特利能照美人相，然而毕竟是科班出身——他并没有只选最光鲜、最对称的雪花模特，而是全面记录了各种“雪型”，并进行了系统分类。最为重要的是，笛卡尔的诅咒竟被打破了！谁说人类粗手大脚的，谁说人类没戏的？中谷宇吉郎就做了一个给笛卡尔看，然后又是一个，又是一个，又是一个． ．都被记录在《自然和人造的雪花晶体》（．Snow crystals？Natural and artzjicial）之中。中谷宇吉郎的"雪型“雪花研究后浪推前浪，如今的“雪花人竹当数美国加州理工大学的利布雷希特( Libbrecht)o前年，他的雪花照片被做成邮票，飘到了世界各地，当然也包括那些永远见不到雪的角落，甚至连庞大的美国国家航空航天局也不愿放过小小的雪花，他们利用人海战术对所有地球人收集雪花形态。八卦说了一大片，该上科学了。雪花需要自由，如果你往杯子或者湖里灌水，然后冻宅们，冰就只有顺从杯子和湖的形状，但只要生成于“虚无竹的空间，同样的物质却会绽放成六片棱角的花，这是什么原因呢？当年如果有X射线晶体衍射，能看到雪花内部，开普勒就不会困惑了。雪花由水分子组成，这个球棍模型是水分子排布的方式。“一粒沙里见世界”，小单元是六边形，水分子以不同速度粘到这个单元的各个面，最终形成的大雪花便也是六边形。如果纵向发展比较快，就会形成一根六棱柱的针，如果横向发展，就成了超级矮胖的六边形和六角星。如果先纵向发展再横向发展，就形成了两边加盖的棱柱。至于什么时候瘦高，什么时候矮胖，原理并不很清楚，现在我们只知道温度、湿度都不能脱了干系。比如，湿度低时，雪花形态比较单一，湿度越高，雪芬形态越复杂，湿度偏高处才有那些极长和极大片儿的个体——这或许就是哲学家笛卡尔所谓的“自然固有 秩序”o所以然，之后的然慕容引刀（漫画家，“刀刀狗竹之父）其实我曾在不止一个场合表示过，自己小时候的理想是长大后做一个科学家！白头发白胡子白大褂，疯疯癫癫地在一堆仪器里蹿上跳下，不时弄得蒸汽四下里喷发。这理想一直保持到二年级时的一次数学考试，我撞到了一道应用题，是关于水池的。小明要放水，小红要注水，然后问多少时间放完（也许是注满）o这吃饱了饭瞎折腾的水池啊！我不停咬着铅笔，耳边听着同学们像蚕宝宝吃桑叶那样刷刷的书写解答着，我却一笔也答不出来。我觉得自己的脸越来越热，汗滴落在试卷上，偷偷抬眼看老师，他倒是忙着在擤鼻涕，可我绝望得快要哭了。这之后我断了当科学家的念想，甚至都没了什么劳什子的理想。直到后来，我发现原来画画也蛮好玩的。说起来，画画是件不求甚解的事。那些看着有趣好玩值得把玩的细节是经不起当场推敲的。在我自以为对绘画有些开窍了的时候，我觉得比画画更有意思的其实是做个有感受力的人。就像一个人赤裸地躺在山冈上，有阳光丝丝渗人身体，有风吹拂每根汗毛，有草的清香在鼻端似有若无，有远处海的呼吸绵长又温柔。身体的每个感官都是打开的，每种感受都是活跃的精灵互相串合，在身体里发酵成一种无法言说的醇醉。我木太能接受眼看着赏心悦目的美女施施然走过，心里却有另一个声音在说，这只是一堆碳水化合物的组合。科学能做的是弄清来龙去脉、成分结构，是知其所以然。我知道以自己的智商很难弄明白这些都是怎么回事。以往总是想着，让科学的归科学吧，让艺术的归艺术…但，有一天我接到了一个电话，这电话在某种意义上有点改变了我的人生。电话里的声音说：我们又磕开了一堆坚果，你可以来吃了。我知道她是谁，是那个叫做“科学松鼠会”的神秘组织的小头目之一。她一边喝令我吃啊吃，一边把一份秘密文件“塞”了过来。“可是……”“没有什么可是啦，你看就是o"“如果我看不懂．． ”“不会看不懂啦，就为你们文艺人士写的科学美文。竹于是在半夜里，半信半疑打开了这个文件，层层叠叠，发愁不知从何看起，那个水池的噩梦也突然开始升腾，幻化出一张张脸。正拔腿想跑，却见一只松鼠跳出来，到跟前拍拍我的肩膀，说：“莫慌莫慌，我是一只研究心理学的松鼠，特来拯救你。“你看到了很多花花绿绿的颜色是吧，现代研究表明，色彩是有表情的，有邪恶黑、机警红、微笑绿、美味黄……”啊！这样子，我立马就安静了。虽说所以然还在远远的地方等着，可色彩，这是和我有关的然，怕什么！喜欢。穿上白大褂跟着她进去逡巡一番。现在，我终于知道了一个牟着画笔的科学家是个什么样子。Contributor0.618／武汉大学心理学学士DNA／美国肯塔基大学医学院生殖内分泌学博士后Ent／美国加州大学伯克利分校整合生物学博士在读Serena／美国加州大学圣迭戈分校神经生物学博士白鸟／南开大学环境科学硕士薄三郎／上海第二军医大学麻醉学博士在读陈复加／英国牛津大学动物学博士在读大长杆君／中国科学院生态学硕士桔子帮小帮主／美国芝加哥大学生物学博士蓝枫／天津师范大学心理学硕士在读，国家二级心理咨询师老孙／中国科学技术大学天文学博士在读梁嘉歆／华东师范大学心理学硕士量子熊猫／北京师范大学认知神经科学与学习研究所硕士在读毛利华／北京大学心理学系副教授猛犸／哈尔滨理工大学管理科学与工程专业学士木遥／美国加州大学应用数学博士史军／中国科学院植物研究所植物学博士瘦驼／山东大学生物科学专业学士水龙吟／美国科罗拉多大学物理学博士在读苏椰／南京航天航空大学计算机科学与技术专业本科在读想娶奶茶／浙江大学理论物理学博士在读小庄／华东理工大学高分子专业硕士杨杨／烟台大学环境工程学学士悠扬／美国密歇根州立大学心理学博士在读尢又／美国纽约州立大学石溪分校神经生物学博士后圆儿／美国普林斯顿大学计算神缢学博士云无心／美国普度大学食品工程专业博士张劲硕／中国科学院动物研究所动物学博士图书在版编目(CIP)数据冷浪漫／科学松鼠会著．一北京：中国书店．2010.12 ISBN 978-7-80663-964-1 I．①冷… II．①科… …．①自然科学一普及读物IV．①N49中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第2 1 9349号冷浪漫科学松鼠会著出版发行经销特邀策划责任编辑特邀编辑封面设计版式设计插图内文制作毋国蠢名(010)63030890北京市琉璃厂东街1 1 5号 邮编1 00050新经典文化有限公司电话(010) 68423599 邮箱editor@ m新华书店小 庄 杨 杨 陈复加 猛 犸辛 迪秦 薇金 山蔡阳阳高梦雅王春詈印刷三河市三佳印刷装订有限公司开本640毫米×960毫米 1／1 6印张 15.5字 数209千版次 201 1年3月第1版印次 201 1年3月第1次印刷书号 ISBN 978-7-80663-964-1定 价28.00元版权所有．未经书面许可．不得转载．复制，翻印．违者必究。他们做了—件很好的事，而他们的热烈会让你有冲动去了解这群人 想 么。一旦领会到其中的理性之光，将惊讶于这些想法的丰富和成熟。——许知远作家，出版人有一些瞬间迸发的想象和灵感被这群年轻人抓住了，整理出来，用文字形式拿去和同龄人分享，这其中涉及怎样思考世界，怎样不断完善这些思考，是另一场一青春无悔"o——老狼歌手将那些严谨明晰的道理以轻松有趣的语言讲给他人听，这些与我们日常体验平行的认识像轻风吹拂田野般地梳理着可视的繁杂现实a只知道眼前大概是怎么回事显然不够，还需要维护好已知的和未知的部分，我们会发现，关于认知的主体我们知道的很少，通过看清其中的一两块拼图，试图想象整个图面的格局怎样，景致如何，这是我放不下这本书每一篇文章的理由，每个人，都窥视，每次都有所发现。一艾未未艺术家COLD ROMAN11C