2009年10月31日星期六

科学松鼠会

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分而知之

Sat, 31 Oct 2009 18:26:05 +0800

香山红叶又红了。人们都习惯把山上红颜色的叶子都叫红叶,不过红叶的形状,身材各异,颜色也不一致,它们的父母(植株)也是高高矮矮。这些长着红叶子的植物真的是一家吗?依靠红叶子这样的标准区分植物可行吗?早在两千年前,亚里士多德的高足——古希腊的哲学家迪奥弗拉斯图就提出了类似的问题——我们得到了什么(植物)?我们怎样区分它们?这两个问题的提出为植物分类学的发展史拉开了序幕。

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很多现代学科都起源于生产实践活动——天文学起源于历法的制定,几何学起源于土地测量,化学则起源于寻找灵丹妙药的炼金术。植物分类学也不例外,因为我们每天都要跟植物打交道,有的可以填饱我们的肚子,有的可以治疗我们的疾病,有的可以愉悦我们的心情,怎样区分这些性情迥异的植物,更好地利用它们,就成了植物学家的首要任务。在这个认知过程中,草药的使用极大地推动了植物分类学的进步。比起那些为了猎奇心理欣赏奇花异草的观众,医生们更加迫切地需要了解每种植物的特性,以及可以将它们与其他植物区分的方法。否则,一旦开出错误的药方,或者抓错药,后果都是不可想象的。今天,我们拿本植物图谱或者植物志就能检索出常见植物的名称,还能查出它的家庭出身(科、属)。就是这样一个看似简单的方法,却凝� �了人们两千年的智慧。

首先要解决的问题,就是怎样描述植物,那些特征需要描述?一般来说,一株完整的开花植物(被子植物)由根、茎、叶、花、果这五部分组成。每个组成部分都有很多特征,就拿叶片来说,有的叶片边缘是光滑的,有的边缘却有锯齿;有的叶片表面有毛,而有的叶片则是光洁如玉;有的叶片是椭圆形的,而有的则是掌状的。最初的描述者自然不会注意到如此多得细节。同时,植物描述还缺乏相应的术语,由于文字描述的混乱,很多截然不同的植物却拥有一个同样的名字(异物同名),而有些植物在不同地方却有很多名字(同物异名)。由于战争和家族衰落的影响,很多经典的植物书(如《植物问考》)都是通过在多个语种翻译传抄,才流传下来,加上誊写人员的小错误,最终出现差错在所难免。植物插图的出现,为文字提供了重要补充,像魏 ��兹这样优秀植物画家将野生植物完美地呈现在人们面前。尽管有的画作中掺杂了一些虚假迷信成分,有的过于简单,但是植物插画的出现,为描述植物提供了重要工具,并成为植物书的重要组成部分。描述好植物形象,只是植物学工作的第一步,更重要也更艰难的下一步工作就是,将这些纷繁复杂的植物区分开来。最初的古希腊的分类标准带有浓重的"实用主义"色彩,把植物分成食用植物,酿酒植物,染料植物等等,简直就是大杂烩。植物在书中的排序则是按名称的首字母排列。这样的植物书的实用性可想而知,不果,将植物按照一定的规则排列已经是一个重大进步了。植物学家们一直在寻找合适的分类特征,植物的生活环境,植物体的大小(乔木,灌木,草本),叶片形态都相继当过分类特征。然而,这些分类方法的效果都不尽如人意。� 到卡尔·林耐将花器官作为重要特征引入分类学,才找到一种较为有效的方法。

植物分类学的发展还与研究和传播手段的发展密切相关。为了便于对比植物,了解植物生长过程中的特征,在意大利建立了第一座植物园。蜡叶标本制作技术的出现,让植物学家可以接触到更多的来自不同地域的植物,同时统一的拉丁文术语也促进了成果的交流。由于最初的植物书都是手抄本,书中的插图也都是手绘的,所以这样的书是不可能公开发行的,即使是植物学家也不一定能看到。这就大大限制了成果的交流和学术的进步。印刷术和雕版技术的发展使得批量生产植物书成为可能,毫不夸张地说,印刷业的发展为植物学的发展注入了强劲的动力。另一方面,航海事业的发展,人类活动和交流区域的扩大,将越来越多的新奇植物带到人们面前,也为植物分类学家提供了更为广阔的舞台。

至此,基本理论的成熟,技术的进步,让人们看到了回答迪奥弗拉斯图两个基本问题的曙光。然而,事实并非那么简单,即使是当时最复杂的林耐分类系统也不能区分所有的植物。时至今日,我们依然在描述,依然在划分,从形态到细胞,从花粉到DNA,我们用分子遗传信息构建了植物的族谱。然而,每当人们觉得可以回答问题的时候,回头一看,我们仅仅是距离真相更近一些罢了。就像物理学家在寻找宇宙的起源,数学家在寻找世间万物涌动变化的基本模型,大家都在不停地接近真相,那明天能否能解开谜底,谁也说不清。

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《环球科学》2009年第11期精彩导读

Sat, 31 Oct 2009 00:00:34 +0800

【封面故事】

"聪明药"来了?
撰文/加里·斯蒂克斯(Gary Stix)
服一粒药,会让头脑更清醒、反应更敏捷,让长时间工作的我们依然精神奕奕。这样的"聪明药",一直让我们梦寐以求。不过,现在市场上流行的利他林等药物,效果其实并不比一杯咖啡好多少,还可能让人上瘾。不过,科学家也带了好消息:多种能真正改善认知功能、治疗痴呆症的药物已逐渐进入临床试验,距问世并不遥远。

 

"聪明药"研究简史
撰文/褚波

【能源】

石油 100年都用不完
撰文/莱昂纳多·玛格瑞(Leonardo Maugeri)

全球石油消耗量急剧增加,石油储量逼近耗竭,灾难性的能源危机已迫在眉睫。这个观点几乎家喻户晓,数十亿人为此忧心忡忡。这篇文章或许可以让我们稍稍松一口气:我们对石油储量的估计其实并不准确,而且,技术的进步会让我们从油田中开采到更多的石油——至少在未来的100 年间,石油产量还将持续增长。
 

【信息技术】

量子隐私
撰文/塞思·劳埃德(Seth Lloyd)

其实这并不是一个秘密:我们在互联网上的每一个动作,都会留下"足迹",成为有心人搜集自己隐私的线索。好在,量子加密技术将改变这一切,为我们的网络隐私加上牢不可破的保护层。

量子密码进入产业时代
本刊记者 申宁馨
 

【医学·健康】

突破疫苗预防局限
撰文/纳沙莉·加尔松(Nathalie Garcon)
米歇尔·戈德曼(Michel Goldman)

面对艾滋病、疟疾等特定传染病,传统疫苗显得力不从心,因为这些疾病的致病原能通过多种方式躲避免疫攻击,让疫苗无法发挥作用。不过,科学家已找到突破传统疫苗预防局限的方法:在疫苗中添加新型免疫刺激因子,激发更强烈更有针对性的免疫反应,极大地增强疫苗效果。这样的疫苗甚至能预防癌症、阿尔茨海默病等非传染性疾病。

疫苗研究:冰火两重天
本刊记者 褚波

音乐为什么能感动你我
撰文/卡伦·施罗克(Karen Schrock)

这是达尔文所说的人类最神秘的特性:不论肤色和语言,也不论性别和年龄,我们都对音乐情有独钟。究竟音乐是如何进化出来的,又如何触发大脑中的神经元,唤起喜悦、忧伤、感动或悲伤的感情?

本能来自父亲 智慧来自母亲
撰文/梅琳达·温纳(Melinda Wenner)

每一个孩子的身上,都打着父母的烙印:容貌、性格、行为举止,甚至智力,都能找到父母的影子。这种神奇的现象,要归功于"印迹基因":它让来自父母双方的染色体维持着一种奇妙的平衡,塑造出"孩子"这个生命体。更让人吃惊的是,父母双方对孩子的影响绝不平等:我们的本能行为是由父亲遗传,而语言和社会执行能力则来自母亲。
 

【考古学】

亚马孙丛林里的失落之城
撰文/迈克尔·J·黑肯伯格(Michael J. Heckenberger)

亚马孙这个词,似乎意味着莽莽苍苍的丛林、凶猛神秘的野兽,是地球上最后一片原始雨林。但这不过是我们自以为是的假象:在欧洲人进入前,这片丛林中密布着市镇、农田,那些古代市镇的规模甚至远远超过现代土著人的聚居区。而学习他们当时建设市镇、耕种造林的方法,对拯救亚马孙这片全球最大的"绿肺"也大有裨益。

【天体物理学

莫须有的黑洞

撰文/卡洛斯·巴尔塞洛(Carlos Barceló)
斯特凡诺·利贝拉蒂(Stefano Liberati)
塞巴斯蒂亚诺·索内戈(Sebastiano Sonego)
马特·维瑟(Matt Visser)

爱因斯坦的广义相对论预言,大质量恒星死亡后会形成黑洞;霍金则根据量子论预言,黑洞会随机发射粒子而蒸发消失。两大预言合在一起会导致信息丢失,违背量子力学的一大基本原理。不过,量子力学有望解决这一矛盾:真空极化会在黑洞即将形成的极端条件下增强,或许有能力抗衡引力,让传说中的黑洞永远不可能真正形成。

【产业圆桌】

转基因:农业的出路

【前沿扫描】
2009年诺贝尔奖揭晓
品尝光线
人造电子细胞器
寻找鳄鱼杀手
不是彗星惹的祸?
迷幻剂:毒品还是良药?
细胞核的建筑学
全球变暖减慢风速?
换种方式上路
LCROSS成功撞月

【专栏】

【小有科观】
疯狂的目的论
撰文/李淼

【生命的壮阔】
中国何时能消灭狂犬病
撰文/严家新

【天人集】
天公无心物自物
撰文/王道还

【怀疑论者】
盗亦有道
撰文/迈克尔·舍默(Michael Shermer)

【反重力思考】
奥巴马不是美国人?
撰文/史蒂夫·米尔斯基(Steve Mirsky)

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太空,最后的疆域?
撰文/劳伦斯·M·克劳斯(Lawrence M. Krauss)

【专家解答】
鲸为何会搁浅自杀


【经典回眸】
最古老的工具制造者◎钩虫◎新兴的石油工业

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