2009年9月12日星期六

科学松鼠会

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矮山羊漫游奇境记

Sat, 12 Sep 2009 11:56:29 +0800

编者按:这是一个试图用不同笔触描写真实中有点不真实色彩的科学实验Biosphere 2的尝试,需要说明的是,它其实是一个投名状,它用一种简单的特别打动了评委,嗯,那种东西可以理解为:科学写作的快乐。

 

我叫史蒂文,是一头普通的尼日利亚矮山羊。

等会等会,先别急着走开,我是一头见过大世面的山羊。

在我还好不算短暂的一生中,我率领了500头善牛信羊,劈开红海,拯救了地球!

什么,你不信?

那我吸引到一打漂亮矫健的母羊,并和她们一起周游过世界呢?

还不信呀……

好吧,我被抓去做了一项实验,这下你总该信了吧。

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移民火星?好呀好呀!

 

事情还要从一次稀里糊涂的重大决定说起。

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我出生在美国田纳西州一个中等规模的农场里。在这里,我和我的女朋友凯特小姐过着平静–但说实在的–平静的有点乏味的生活。

我以为我的一生就要这样浑浑噩噩的度过的时候,机会降临了。

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我清楚的记得,那是我2岁生日不久后的一天,我正在主人屋外的围栏里嚼干草,思考我的羊生。

这时候一辆越野车驶了过来,在我家主人门前停住,跳下来几个陌生人。

主人将他们迎了进去,我看到他给他们倒了咖啡,然后大家坐下来谈事情。

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大约一小时后,屋里的人走了出来。我赶紧埋下头,装出一副什么都不懂的笨样子。

Bio2Ext

可他们却径直的走进了我的围栏,好像……是来找我的!

"这些是科学家,史蒂文。"主人介绍道。他很爱我,常常跟我说话。

"咩……"我回答道。

"嗯……这些科学家来,是想问问你,呃,有一个模拟未来人类太空移民计划的实验,叫做生物圈2号……"

"咩?"这次我真的听不懂了。

"呃,就像去火星住,你知道火星吧史蒂文?你以前在电视上见过的。"

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我的心快要蹦出来了。火星!听起来就很酷!

改变命运的时刻终于到来了。

我赶紧答应了下来,还替我的心上羊凯特小姐也答应了下来。

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就这样,我,凯特小姐,还有另外三头母羊,一起搭上了去生物圈2号的卡车。

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不想上当受骗的话,一定要学好地理

 

"史蒂文?史蒂文?"

"嗯?"我正睡的迷迷糊糊的,睁眼一看,凯特小姐在旁边叫我。

"怎么啦?"

"我们好像到地方了。"

"什么?!这么快?"我一下子清醒了,挣扎着站了起来。

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我试着吸了一口气,我竟然还能呼吸!周围都是炙热的干燥的空气!

这时候我的视野清晰了起来,周围的景象让我始料不及。

好像一次地球大搬家,我旁边关着一群聒噪的鸡,几头丑陋的疣猪不安分地哼哼唧唧,还有好多高的惊人的参天大树,一些相比之下显得很可怜的小灌木,连土壤一起捆着运过来的鲜草,青蛙,蜘蛛,几大桶我叫不上名字的虫子……

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我以我右前蹄的名义发誓,这绝不是在火星!

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"喂,我说……猴子老兄?"我冲着旁边的几只长相怪异的猴子喊道。惊现安东尼!

"夜猴,我们是夜猴,从南美洲来的,叫我安东尼好了。"其中一只褐色的回答,蓬松的大尾巴让他看上去更像一只大猫,"这是戈多,这是吉本芭娜娜,打呼噜的是胖哥约瑟。"

"很高兴认识你们……呃……我想问问我们到底在哪啊?"

"亚利桑那,我们在亚利桑那,没看见那些仙人掌吗?我们在亚利桑那。"

"亚利桑那?美国的亚利桑那?"

"当然啦,"安东尼打量着我,"听你有美国南方口音,怎么会不知道亚利桑那?"

"我是从田纳西来的,不过,我是来参加一项火星实验的……"

"火星?你疯啦?这儿是亚利桑那,不过我们的确是来参加一项实验的。未来如果地球环境恶化,他们人类没准要搬到外星球去,好吧,火星只是可能性之一。"

"那我们来干什么?"

"看到前面那个大玻璃罩子了吗?以后我们就要住在那里了。以后人类搬家的话,也得在外星球盖这么个大罩子,当然比这个大得多,这个就是先试试看靠不靠谱。"

"哇……"

"恩,那个大罩子是全封闭的,气密性好着呢,是NASA设计的封闭性生态实验装置的300倍,甚至比正儿八经上过外太空的航天飞船还要因为要严实30倍!对了,咱们这个实验是为了和地球生物圈作比较,所以叫做生物圈2号。"

"哇……你说的这些我从没听说过……"

安东尼审视着我:"农场来的吧?"

"恩……"

"家养动物听说的事儿少,这很正常。不过没事,以后咱们就是邻居了,有什么新鲜事我告诉你。"

"谢谢你,安东尼。"我冲他微笑了一下。但愿我看上去没有那么虚弱。

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夜幕降临了,疲惫的凯特小姐伏在我旁边睡着了,哦,她总是那么的沉静和美丽。

听着她均匀的呼吸,我惊魂未定的心,也终于慢慢平静了下来。

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在密封罐子里生活可不是闹着玩的

六个月过去了,我渐渐适应了新的生活,甚至,我有点爱上了新的生活。

是的,如果真有诺亚方舟这回事的话,它也只赶得上生物圈2号的冰山一角。

这是一个真正的微型地球。

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超级大罐头我们有从委内瑞拉和波多黎各搬来的热带雨林,有从法属圭亚那和澳大利亚弄来的热带稀树草原,沙漠中的大多数物种来自墨西哥下加利福尼亚州,海里的珊瑚是从巴哈马群岛和墨西哥尤加旦半岛附近的水域搜集来的,沼泽里的红树林则是从佛罗里达的一个地方移栽过来的。

为了避免这些生态类型间相互干扰,它们之间还专门做了独立的生态区将彼此隔开。比如,热带稀树草原和沙漠之间隔了一条灌木丛带;热带雨林周围种上了浓密的姜科植物,以保护雨林内部那些惧怕强光的弱小植物;而海洋周围,则种上了竹子防止海水里的盐分渗到外面去。

和我们一起搬进来的八名科学家,每天要花上几个小时摆弄各种仪器,其他的时间,大部分人都要在密集农业区耕作,因为他们所有的食物,都来源于此。

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我和夜猴安东尼成了朋友。夜猴们主要住在大罩子另一头的热带雨林区,不过试图让猴子乖乖地待在一处,实在太困难了点。事实上,他们到处乱逛,对我来说倒不是什么坏事,因为这样我就经常能听到好多奇闻轶事,比如2月份出生了一只夜猴宝宝,成为第一个诞生在生物圈2号里的新生命(不过目前,好像谁都不肯承认自己是新生猴的爸爸……)

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有一天晚上,安东尼跑过来和我聊天(夜猴是唯一一种昼伏夜出的高级灵长类动物,他们具有强大的夜视能力,这是他们最引以为傲的一件事。所以如果下次你想结识一只夜猴的话,恭维他最好的办法就是夸奖他的视力。),我问他最近有什么见闻。呃……应读者要求小露个脸~

"嗯,史蒂文,好像出了什么乱子,对,大乱子。"

"怎么了?"

"刚才我去人类的厨房拿了点吃的,听到他们在一起讨论什么东西,每个人似乎看起来都很慌张。"

"天啊,一定发生了什么大事。"

"是的,我留下来听了一会……好像氧气正在从我们的罩子里消失!"

"什么?"我不敢相信自己的耳朵,深深地吸了一口气,好像那样能嗅出空气中的危险一样。

"事态很严重,"安东尼蹲在我围栏的横梁上,接着说,"我们的任务才刚刚进行了1/4的时间,但是氧气已经从20.9%下降到了17.4%,照这个速度降下去,一年半以后咱们没有谁能活着出去。"

"那会不会是哪里漏气了?"

"那不可能,他们算过了,咱们这儿的年气体泄漏率只有6%,氧气下降到这份上,不可能是漏气的问题。"

"但是……我们有科学家,科学家可以补救的吧?"我有点慌了。

"恐怕收效甚微。"安东尼学着人类的样子,耸了耸肩。

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疯狂科学家玩转"试管地球"

team work always~

我心中的一座大厦倒塌了。我一直都很崇拜这八个科学家,他们就像我田纳西老家的主人一样,聪明又善良,没有什么事能难得倒他们。

八名居民来自美国、英国和比利时,是植物学、农学、海洋生态学、生理学和工程通讯学方面的专家。八个人在选拔的时候,经过了严格的测试和各种技能的培训,但是他们进入生物圈2号的时候,只有三条规定:第一,循环利用一切;第二,自给自足,坚决不食嗟来之食;第三,可以随便谈恋爱,但不许怀孕。

到目前为止,大家对这三条规定的执行情况,还是令人满意的。比如说,八个人里面冒出了两对恋人。

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收获啦我见过他们把死去的植物和动物废物做成肥料,收获的粮食秸秆给我们做饲料;把大气中的水蒸气冷凝下来作为饮用水;他们甚至坚持不使用农药,在农田里引入有益昆虫,或者用肥皂水制成喷雾剂消灭害虫。

我还见过他们巧妙地利用热带稀树草原来调控大气中的二氧化碳。原理其实很简单,这种草原具有非常明显的湿季和干季之分,湿季的时候,草原中的草疯长,吸收大量的二氧化碳来进行光合作用,大部分的草能长到一米以上;但是干季一到,它们就一蹶不振,懒得再对生态环境做出什么贡献了。在生物圈2号中,降雨是用人工灌溉系统控制的,这样就可以通过控制降水,来"打开"和"关闭"稀树草原,并及时把长高的草收割贮存起来,不让植物中固定的碳再变成二氧化碳跑到大气中去。这帮聪明的人类,甚至给稀树草原起了个很洋气的名字叫"生物阀"。

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他们还跑到海边去野餐,或者在稻田里举办一场"稀泥"式摔跤;他们常常一个人跑去沙漠里探险,到雨林里寻求片刻安静,或者潜到海底跟鱼群嬉戏;他们甚至形成了两个"帮派",没事就打打嘴仗以缓解压力(这是人类在与世隔绝的状态下的一种典型行为)。

但就是这么好的一群人,竟然也束手无策了。

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隐形的杀手

天地颠倒了过来,一条无形的锁链紧紧地勒住我的脖子,让我无法呼吸。我试图挣扎,可是力不从心。

一阵惊厥,我又一次从睡梦中惊醒。

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"简,我们只有14.5%的氧气了。"我隐约听到围栏外有人说话。

"那是什么意思?"

"这意味着我们现在生活在13400英尺,也就是海拔4080米的地方,亲爱的,"我辨认出这是简的男朋友泰伯勒的声音,"而如果氧气继续下降到13.6%,我们恐怕就没法活下去了,那是人类生存的极限。"

简是个乐观果敢的女人,但此刻她的声音里,却渗透出无法抑制的紧张:"那我们该怎么办?"

"我们求援吧……向外界。"泰伯勒心不在焉地玩弄着手指,一边艰难地挤出了这几个字。

简沉默了。我知道她在想什么。生物圈2号计划最大、甚至可以说是唯一的目的,就是探索人类到底能不能在一个封闭的空间中创造和维持一个完全自给自足的新世界。向外界求援?当你在外太空居住的时候也要向外界求援吗?

但现在,稀薄的氧气只能迫使她点头同意。

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很快,哥伦比亚大学两名地球化学方面的专家杰夫和华莱士,受邀前来调查氧气消失的神秘事件。

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SealingBio2他们首先把注意力放在了支撑起生物圈2号的金属框架上。金属虽然坚固美观,但它们有个不大好的习惯,就是一见氧气就死缠着不放,硬要和人家结合形成金属氧化物,也就是我们平常看到的"锈"。生物圈2号里有这么多钢铁框架,会不会是它们掳走了宝贵的氧气呢?

人们赶忙去翻老账,调查生物圈2号的建筑资料,但结果却非常令人失望。生物圈2号的资助者、石油暴发户爱德华·巴斯花重金请来的设计师和建筑学家们可不是吃素的,为了防止生锈以及便于到时候推卸责任,他们全部使用了防锈材料作为这个大温室的骨架。

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不久后,杰夫在对土壤成分的化验中发现,生物圈2号的土壤中养分含量要远远高于地球上土地最肥沃的地方。原来,在设计生物圈2号的时候,设计者担心这个全新的生态系统过于稚嫩,土壤不足以供养植物的生长,因此特意从一个牲畜饮水的地方挖来了大量淤泥拌在土里,淤泥里含有多的可怕的营养成分(牛羊粪便、尿液、仙人掌块茎、半发酵的枯枝败叶等等)。但是人们却忽略了另一个事实:并不是只有植物,才对这些臭不可闻的成分情有独钟。在别的生物噩梦连连的时候,混在土壤里一起搬进来的微生物们,却终于来到了它们梦寐以求的天堂。永远享用不尽的饕餮珍馐,弟兄们,玩命呼吸吧,尽情繁殖吧!

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原来是生物圈2号里过于肥沃的土壤,导致土壤微生物疯狂繁殖。而微生物呼吸消耗的氧气,远远要多于植物光合作用所能产生的氧气。事情似乎就是这么简单,但是,如果这样的话……似乎还有一样东西凭空消失了……

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根据常识,氧气的消耗必然伴随着同样数量二氧化碳的放出,这可能是地球上最为基本的一个动态平衡了。当初科学家们放了多达3800种动植物进来,满以为这个微缩的伊甸园也能像玻璃窗外的地球一样自给自足。但在"试管地球"中,这一平衡居然被无情地打破了!

的确,因为冬季光照不足,植物们食欲不佳,没有像几位科学家预期的那样,吸收大量的二氧化碳来进行光合作用,这解释了生物圈2号内二氧化碳含量的上升。但是这点可怜的上升,跟摄人心魄的氧气消失量相比,丝毫不成比例……

根据氧气含量下降的速度推算,微生物呼吸所制造的二氧化碳应使生物圈二号内的二氧化碳达到惊人的浓度,约相当于正常大气含量的300倍。但奇怪的是,实测浓度却只有正常大气的10倍。

那些该死的二氧化碳究竟跑到哪里去了呢?

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slide12这时候,杰夫突然回忆起中学化学课上学过的一个简单反应:二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙。他恍然大悟,立刻把目光聚焦在生物圈2号内用于制造悬崖、堤岸等景观的混凝土上,因为混凝土的主要成分,正是要命的氢氧化钙!

测定了这些混凝土中碳的含量后,真相终于大白了:混凝土中固定了大量的碳,其含量恰好等于从空气中消失了的那部分二氧化碳。

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原来这些沉默的大石头,给吞噬氧气的罪魁祸首微生物提供了逍遥法外的庇护所。

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不散的宴席

 

"史蒂文。"

我回头望去,我的凯特在叫我,此时她已经是三只羊宝宝的母亲了。

我走到她旁边,和她并肩站在一起。

我们都知道,最后的时刻快要到来了。

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行星上唯一的大夫!就指着他活啦~去年6月,氧气含量下降到了不容忽视的地步,无奈只能请求生物圈外的人们把纯氧输送进来。8名科学家不同程度地出现了缺氧病症状,这种症状非常类似于高原反应,主要表现为头痛、恶心、乏力。因为夜间呼吸暂停,人们越来越频繁地从梦魇中醒来,惊恐地发现自己无法呼吸到一口饱满的空气,最后只能借助呼吸机才能入睡。简和69岁的罗伊大夫甚至需要通过吸氧来维持神志清醒。到后来,8名居民中的4名需要通过服用乙酰唑胺(一种利尿剂)来缓解缺氧症带来的不适。

外面的世界更是满目疮痍。用来吸收二氧化碳的牵牛花疯狂的生长,侵吞了农田;饥饿的科学家们生产不出足够的粮食,只能把种子储备吃掉,勉强过活,最后大家的平均体重下降了16%;二氧化碳含量不断攀升,藻类大量繁殖,遮天蔽日,使得海洋里的珊瑚受到了严重的威胁;大部分的脊椎动物都死了,传粉昆虫全部灭绝,所有的空间都被黑压压的蚂蚁和蟑螂霸占着……

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我的朋友安东尼,死于一场悲惨的事故。有一天他来玩,被一个科学家看到,以为他是来偷粮食的,一怒之下就崩掉了他。长期受到缺氧症的困扰,生物圈2号的居民们变得暴躁多疑,无法理智的思考,彼此之间的猜忌越来越深,口角也时有发生。两个世界的人

……

……

一阵喧闹打断了我的思路,沉睡了两年的气密门开启了,有人推着我们往外走。

叹息一般地,金属做的密封门在我们身后沉重地关上,随后外门开启。

我们,就这样突然地暴露在亚利桑那干燥又荒凉的空气中。

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天空居然是这样广阔,我显然已经习惯了透过巨大的钢架观察支离破碎的天空。

我回头望着那个绝望的大罩子,想为它最后做点什么。可是我什么也想不起来,什么也忘不掉。

那一刻,我心中升起的悲壮,五味俱全。

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我叫史蒂文,是一头普通的尼日利亚矮山羊。

对,我很普通,在自然面前,我什么都不是。

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科虫周记(六)

Fri, 11 Sep 2009 16:19:16 +0800

隐私,安全02

眼看夏天已经过去,可H1N1流感还没有要过去的意思。今年开春以来,这个只有26022个碱基的小东西真把人类折腾得够呛。根据美籍华裔黑客黄欣国的计算,H1N1病毒的基因序列中包含的信息量大约是3200字节,相比之下,人类的DNA则容纳了850000000字节的信息。其实,这种差距还不值得大惊小怪,数数细胞,你会发现更大的区别所在:人体有上万亿个细胞,病毒可连最基本的细胞都算不上呢。然而恐怕正是因为人体的庞大,才更容易受到小小病毒的攻击。一个复杂的系统总有顾不到的地方,只要被瞄到了薄弱环节,表面再怎么耀武扬威实质也是不堪一击的。这就是所谓的木桶原理:一只木桶能装多少水取决于最短的那块木板——此话听起来拉风,其实和咱们老祖宗传下来的"千里之堤溃于蚁穴"差不多意思。

很多时候让人头疼的不是没有确保系统安全的手段,而是需要投入极大的成本才能保证足够的安全。关于这一点,只要看看上飞机前近乎不近人情的安检大概就能一目了然。日常生活中若是也这么做,讨伐老大哥的声浪估计能把政府大楼推翻在地。所以当英国环境局官员在托里奇河发现一条食人鱼尸体的时候,他们除了无力地呼吁两声"大家不要乱扔东西,没砸到人砸到花花草草也是不好的"之外,也没办法采取什么更加有力的措施。据说分析结果显示,这条食人鱼一直吃的都是甜玉米(素食主义者?),因此它可能本是一只宠物,大概是因为长得太大,水族箱里放不下,于是被扔到了河里。幸好英国的寒冷气候不适合食人鱼生存,不然大闸蟹可就有伴了。

外来生物的入侵好歹算是已经意识到的问题,但有些领域的安全还是没有引起足够的关注。8月4日卫生部发布了建立电子病历的征求稿,上海市也正在计划在3-5年内建成覆盖全市医疗卫生机构的信息共享平台,然而如何保证患者的健康档案不被泄露,似乎并没有怎么认真考虑过。有没有堕过胎、有没有整过容、有没有家族病史、有没有传染性疾病……一旦推行了电子病历,一应以上信息都有可能被人轻易看到。实际上目前医疗信息安全保障措施确实近乎空白,在医院排队候诊的时候,大屏幕上除了显示号码之外,往往还会把就诊人的姓名一并放出来,仿佛完全没有意识到患者的隐私权一样。这是为什么?谁来给个解释?

(感谢 竹刀鱼 同学供图)

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