2009年12月25日星期五

科学松鼠会

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闲侃圣诞树SP1版——绿树红花映圣诞

Fri, 25 Dec 2009 17:10:08 +0800

1什么是圣诞节的标志?除了红衣白胡子的圣诞老公公,恐怕就是挂满星星,彩灯和小礼物的圣诞树了。圣诞树是什么树?它跟耶稣基督的生日又有什么关系呢?

又快到圣诞节了,马路两旁的商场饭店早早地摆出了他们精心装扮的圣诞树,在门上也挂上了漂亮的圣诞花环。虽说都叫圣诞树,可是形象差别还挺大。有的像松树,有的像柏树,还有的干脆就是个抽象的圆锥体,更绝的是有的商家把路旁的银杏什么的打扮打扮也权当圣诞树了。那正宗的"圣诞树"究竟长啥样呢?那些圣诞花环上的植物跟耶稣之间有什么关系呢?火红色的"圣诞红"是不是穿红衣服的圣诞老人喜欢的花呢?

耶稣没有碰过"圣诞树"(此部分为基础版,已阅读的读者可略过)

跟耶稣有直接关系的似乎只有一棵棕榈树。传说圣母怀胎十月,有天出门散步,在一棵棕榈树下停下来歇脚。这棵棕榈树温柔地用枝叶把圣母围了起来,将寒风统统挡在外边。耶稣就是在这个"绿色帷帐"中诞生的。不过因为《圣经》中明确记载,耶稣是出生在马厩里的。抛开真假,这则圣诞树传说还是有情有理的,首先,中东地区的棕榈树很多,但是要碰到一两棵松树还真是件稀罕事;其次,棕榈树叶片宽大,倒也是个遮风挡雨的地方。不过,此传说中的诞生地与经典差异过于明显,应该算作道听途说的野史吧。

其实,圣诞树是从耶稣诞生1500多年后(公元16世纪)才出现在圣诞节场景中的。最开始,也没有什么实际的用途,就是用来烘托节日气氛。一位修道士本着节俭的原则,砍来一棵小杉树,在上面挂上糕饼,红果和蜡烛,让附近的孩子们度过了一个愉快的圣诞节。后来,人们竞相模仿,树上的挂件也变成铃铛、雪花、小礼物还有彩灯了。既然是娱乐道具,也就没有诸多种类限制,因地制宜,松树杉树都可以拿来用。选松杉,无非是因为它们在严冬还保持着绿色(针状或者叶形以及针叶外面的蜡质帮助它们躲过冬季寒冷和干旱的侵袭),显得生机盎然。再者,锥形的树冠有利于进行装饰,简直就是为圣诞礼物准备的架子。你要这样理解也没关系,其实松杉树想是做个免遭因积雪和狂风的毒打的防御造型。

树搬回来了,礼物挂上了。如果隔天起来,发现叶子都掉光了,岂不大煞风景。有些杉树,比如铁杉,落叶的速度可比人脱发快多了。有一次笔者在野外采标本,回到住地已经很晚,决定第二天再处理铁杉标本,结果第二天早上醒来,发现郁郁葱葱的枝杈已经变成了枯枝落叶。相对来说,冷杉属的成员的"固发"工作做得比较好,并且能保持青翠,适合做长期的摆设。甚至第二年还可以用,只要有足够的存储空间。

圣诞花环的中国血缘

如果房间不够宽敞,或者不想打扰小杉树们的正常生活的话,在房间里挂个圣诞花环也是个不错的烘托节日气氛的选择。除了长青的松柏枝,作为点缀的"圣诞冬青"也是花环上的必备元素。不过,"圣诞冬青"的长相和我们平常所说的冬青却不尽相同,叶子边缘的尖刺,让它看起来不像普通冬青那么友好。实际上,所谓的圣诞冬青与冬青同属一科的表亲,它的大名叫做枸骨。

枸骨有不少小名——鸟不宿、老虎刺、猫儿刺等等,不管哪个名字听起来都显得很彪悍。也是,叶子上有那么多尖刺,有哪个不识趣的动物会凑上前去呢。不过,枸骨也不是没有访客,有些小鸟就挺喜欢它们的。虽然这里不是歇脚的好地方,但是鸟儿们实在是禁不住枸骨那些红色果实的诱惑,纷至沓来分享美餐。一般来说,红颜色对鸟儿的吸引力就像臭鸡蛋味对苍蝇的吸引力一样强烈,如果你稍加留意就会发现,像樱桃、枸杞、山楂等等,这些小鸟喜欢啄食的野果都是鲜红色的。在红色的吸引下,鸟儿也就顾不得枸骨叶片上的尖刺了。

不仅是鸟儿,"圣诞冬青"之所以被人们相中,也是因为它们的果实圆玉润、鲜艳欲滴,并且成熟之时又恰逢圣诞。在餐桌上和门厅前放上红艳艳的果实和绿油油的叶子,节日气氛自然被一下子烘托出来了。虽然枸骨在欧美圣诞节装饰中已经是领衔主演,其实它却有着纯正的中国血统。枸骨的老家在我们的我国长江中下游地区,后来才被欧洲带回家装点圣诞节的。原来,圣诞节的花环上还有中国元素。

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槲寄生助阵有情人

除了打扮光鲜圣诞树和圣诞花环,在传统的圣诞装饰里还有一个经常隐而不漏的成员,那就是槲寄生。之所以不招摇,是因为它们有着特殊的"任务"。按照圣诞节传统习俗,凡是女子站在槲寄生下面,任何人都可以亲吻她。槲寄生,通常被挂在在室内门框或天花板上。顽皮的男孩子,常故意把女孩子引到槲寄生下面,理直气壮亲吻她。也许这就是邂逅的美丽所在吧,而槲寄生与它"依恋"的大树(为槲寄生提供水分和养分)之间的联系也是从一次"邂逅"开始的。

随着贪嘴的小鸟在梨树或者苹果树上的一次随地便便,躲藏在鸟粪里的槲寄生的种子就找到了新家。它的根系会很快穿透苹果树的树皮,与树干中运输营养的筛管和运输水分的导管相连。在苹果树的滋养下,槲寄生会很快结出肉呼呼的果实,引诱下一只小鸟前来搬运种子。

虽然槲寄生显得有些"狡诈",但是它的的金色枝干和不落的绿色叶片还是会为节日增添不少生气。200632143555404

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烘托气氛的"红花瓣"

传统的圣诞植物只能为大家展示绿叶和果实,多少有些单调。为了烘托节日气氛,新的花朵成员加入了,那就是圣诞红。

这种花似乎就是为制造圣诞节的气氛而生的,他们开花期间适逢圣诞节。并且火红的"花瓣"就像一簇簇火焰,在冰冷的雪夜,有什么比这更能点燃人们的激情的呢。稍等,我们把镜头再推回去,那些花瓣似乎跟平常的不太一样,它们看起来更像是红色的叶片。没错,这些大片大片的"花瓣"实际上花序的苞片,它们的主要任务是在开花前保护幼小的花朵,并且在开花后,招引那些为花朵传粉的动物朋友们前来吃花蜜。在这些大"花瓣"里的那些绿色"小碗"才是真正的花朵。

对于圣诞红来说,用苞片当招蜂引蝶的路标是相当合算,大多数花朵的苞片(如玉兰、蔷薇)在开花之后就脱落了。圣诞红不仅废物利用,还让花序里的绿色小花省去了制作引导传粉者标志的费用,真是一举两得。

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看着圣诞树、圣诞花环和圣诞红,使劲想中国传统节日中有什么植物装饰。似乎检索不到合适的答案,除了端午节挂在门上的艾蒿和菖蒲勉强算作装饰(其驱赶蚊虫的实用性似乎比装饰性更高些)。也可能是我们的冬天不像欧洲的那么长,秋天过后,用不了多久我们就能看到新绿了吧。

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致命呕吐

Fri, 25 Dec 2009 17:09:14 +0800

1一个新生命的到来对于绝大多数家庭来说,无疑是大喜事一桩,尽管可以预见到未来的种种麻烦,新晋级的父母们仍会打起百倍精神准备迎接挑战。但有些麻烦却不那么好对付,至少仅有热情是远远不够的,也许一个不经意的疏忽就会导致严重的后果,比如说宝宝的呕吐。对于那些一过性的,偶发的,轻度的呕吐,通常不必要过于紧张,而有些生后早期即发生的,持续的剧烈的呕吐,就极可能是重大、甚至是致命性疾病的提示,我们姑且将这一类呕吐称之为"致命呕吐"。这类呕吐虽然是小概率事件,但未雨绸缪总好过事到临头手忙脚乱。

我在夜班急诊遇到过这样一个病例,孩子出生30个小时,呕吐,腹胀,状态差。家长打开小被以后,我发现其腹部明显膨隆,就问家属:"这孩子有屁眼么?""有啊,怎么没有呢,你看看"一个老太太打开了孩子的尿布,原来在其正常肛门的部位,仅有一极狭窄的小孔,约火柴杆粗细,周围仅有极少量黑色胎粪,并没有正常的肛门形态,小孔周围成薄膜状,隐约可见其未排出的黑色胎粪。"快把孩子包起来,住院,手术,这是肛门闭锁的一个类型,不手术孩子没有生存机会,快!"我赶忙开了入院单,安排其住院急诊手术——不然,这孩子必死无疑。家长好像还有很多问题,我告诉他们一律住院以后再沟通——哪急哪缓啊。

据文献报道肛门直肠畸形的发生率在1500名新生儿中就有1例,考虑到我国庞大的人口基数,此类患儿的总数还是挺吓人的。很多外科医生在见着自己孩子的第一面就是把孩子的俩腿分开检查一下孩子有没有肛门——这显然是被吓着了。其实医学专业而外的家长如果稍微细心点,也能尽早发现问题,而这个家长直到孩子发生呕吐,仍未意识到真正的问题所在,好在生后30个小时来就诊还不算太晚。

因为肛门闭锁属于消化道最末端的梗阻,因此患儿通常不会打吃第一口奶就开始吐,所以导致部分家长没能在第一时间就发现问题。实际上消化道自上而下的任何一个部分若存在先天的闭锁都会导致梗阻,而且通常位置越靠上发生呕吐的时间就越早。在这一类疾病当中,以食道闭锁最为凶险,直到现在对我国的医院来说对于该病的治愈率仍是一项代表其新生儿外科技术水平的标志。虽然早在1670年人类就已经有对食道闭锁的报告,但在上世纪70年代以前本病的死亡率一度极高,近年来随着外科及其相关技术的整体进步,治愈率才有所提高,在一些先进地区其治愈率已接近90%。

食道闭锁通常都能在很早的时间内为家长察觉就是因为患儿在第一次喂奶的时候就会出现呕吐、呛咳,而且唾液过多会不断地自口腔外溢。对那些产前检查就发现母亲羊水过多的患儿,生后家长则尤其有注意其呕吐的情况。只有尽早手术,孩子才有机会活命。好在这种异常凶险的疾病发病率在我国较低,约为4000例新生儿中有1例。

通过上述两种情况,我们可以举一反三,那便是食道以下肛门以上的任意一部位存在闭锁都将导致患儿严重的呕吐,而且多在当天即可出现。但有一种情况,需要特殊提一下——先天性肥厚性幽门(幽门即胃的出口)狭窄,此类患儿生后早期多半无明显异常,吃奶及大小便都正常,但生后2~3周开始发生呕吐,频繁且剧烈,也偶有推迟到生后7~8周才出现呕吐的病例。这是因为患儿幽门环肌肥厚和增生是一个过程,只有达到使其幽门管狭窄到引起梗阻的程度患儿才会出现呕吐。跟上述消化道闭锁的情况比较起来,幽门狭窄似乎不那么凶险,但若任其发展,患儿也有性命之虞。因为随着呕吐的加剧,由于奶水的摄入不足,患儿最初体重不增,以后则迅速下降,发病2周而未经治疗的患儿,其体重可以较初生时体重低20%左右。而且由于发病初期呕吐导致 ��量的胃酸丧失,可引起患儿体内发生碱中毒,并出现相应的症状。也许正是由于这种呕吐出现相对较晚,因而家长对此缺乏足够的警惕,导致前来就诊的患儿中往往多数都已存在严重的营养不良。中国医科大学曾连续记录过24例幽门狭窄的患儿,其中只有3例是在患病后2周内入院,平均的病程为28.3天。该疾病在欧美每300~900个活婴中就有一例,在我国约3000个新生儿中有一例,而且男婴占90%以上。

很多家长可能要问,这些疾病的病因是什么,如何预防,有没有办法在孕期就发现这些疾病呢。遗憾的是以目前对这类疾病的认识水平尚无任何一种行之有效的预防手段,产前检查通常也极难准确判定此类疾病的存在。仅食道闭锁可能在产前检查中发现异常(如果超声检查发现羊水过多、胎儿胃泡影消失及食管上端明显扩张则高度怀疑食管闭锁的存在,而这又是对产科超声医师较高的要求)。

前面说的三种情况都是属于必须以外科手段来解决的呕吐,但大家须知道的是致命呕吐却远不只这三种情况。头外伤、很多感染性疾病等均可以引起患儿的呕吐。总之,如果患儿的呕吐是剧烈而持续且患儿一般状态逐渐变差的必须及时求助于专业医生。

(已发表于《时尚育儿》,2009. 12 )

图片出处:google图片

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不说布鲁克林大桥(二)

Fri, 25 Dec 2009 13:10:14 +0800

华盛顿·奥古斯塔斯·罗柏林

华盛顿·奥古斯塔斯·罗柏林

不说布鲁克林大桥(一)之 你猜要说啥?

老罗柏林相比,华盛顿•罗柏林的人生看起来要顺利的多,至少他父亲怎么说也是个美国富农。小罗柏林自小接受系统的教育,毕业后就到他父亲的桥梁建设工地上实习去了。1861年美国爆发内战,小罗柏林投笔从戎,成为了一名光荣的美军战士。五年的戎马生涯,这个小伙子屡建战功,还找到了他心爱的姑娘—— 后来成为了他妻子的艾米丽•沃伦(Emily Warren),他的上司沃伦将军的妹妹。

内战结束后,华盛顿•罗柏林荣升上校,衣锦还乡重拾旧业继续他和老罗柏林的桥梁建造工作。在和父亲一起建造了著名的辛辛那提大桥之后,偕妻子游历欧洲,一同学习包括沉箱法在内的各种先进建桥技术。1868年,夫妻二人回到美国,罗柏林上校成为老罗柏林主持的布鲁克林大桥工程中的助理工程师。他的生活很幸福,有着清晰的未来:子承父业,成为一个和他父亲一样的桥梁工程师。
而老罗柏林的意外逝世,给罗柏林上校带来了他人生中最重要的一次变故。1869年8月,罗柏林上校接替父亲的职位,成为布鲁克林大桥总工程师。突如其来而又似乎命中注定的使命,让罗柏林夫妇绽放出夺目的光彩,也为之付出了惨重的代价。
早在1867年愚人节,纽约政府就通过了建设布鲁克林大桥的立法,但是对桥梁建设的各方各面都提出了具体要求:除了塔、基、锚、缆等桥梁部件的严格标准,还对桥梁建造中的财务也有限制。除此之外,还有诸如建桥过程中不得在任何超过蓝图中桥塔的位置使用桥墩,以及要求桥梁净高在涨潮时不少于40米,保障河面航运不受阻碍等等约束明文。
尽管老罗柏林以及这座大桥的另外一位设计师维尔海姆•海登布兰德(Wilhelm Hildenbrand)为之殚思竭虑筹划了十几年,而且罗柏林父子在桥梁建造方面早已积累了大量的成功经验可为借鉴,可东河的水文地质状况对建造这座大桥所提出的苛刻要求,远非当时的传统建桥技术所能满足的。仅仅将近500米的桥梁跨度这一项,在当时就被认为根本是不可能的。
东河的宽度意味着悬索桥必须有一个前所未有的桥梁跨度,这需要两座极为强壮且高大的桥塔。而在水面之下承受这一切的桥基是建造过程中的重中之重,它必须建造在河底坚固的岩石层上,才能保证整座桥梁的承重没有问题。如何建造这样一个扎根东河岩石河床的桥基,是最重要的技术难关。可是在所通过的建桥法案中,明确指出在施工中不得妨碍东河的航运。因此别说涸泽断流,就是桥桩超过了预定的施工范围,纽约政府都会起诉罗柏林。所以传统建造方式无论如何也做不出负担这个级别的桥体重量的水下桥基。
罗柏林上校决定采用气压沉箱法,在建造桥基的同时建造桥塔。

Triger process示意图

Triger process示意图

沉箱法最早出现在欧洲。这种技术的前身,要追溯到物理学家丹尼斯•裴品(Denis Papin)。他在1689年首先提出在潜水钟(diving bell)中注入空气,以保证水下作业者不至于窒息。这种技术几经改良在理论上日趋成熟,最后由法国矿业工程学家雅克•特里杰(Jacques Triger)引入陆地,发展成为采矿业中的"特里杰法"(Triger process)。

这种方法用压缩空气保证在浸水矿区仍能获得干燥的工作环境。很快,这个方法进一步发展,又回到水的世界,变成著名的"沉箱法",用于满足桥梁建造中特殊的水下作业要求。沉箱法随即演变出很多种类,其中最为复杂的就是罗柏林上校将启用的气压沉箱法。

1870年1月,布鲁克林大桥工程终于全面开始。

沉箱法示意图

沉箱法示意图

用气压沉箱法建造布鲁克林大桥的桥基,首先需要按照桥塔截面的大小,建造一个大箱,然后将箱子口朝下沉入水中。在箱顶有气压泵向箱内注入将压缩空气,将其中的水排空。另外从河床到箱顶,还有一个吸淤管,管内充满水以保障工作间压力正常,一根长长的机械爪在管中上下搬移沙石。最后,还需要一个两级变压管道,将工人从外界正常气压环境,送入高压工作间。这些工人就在这个充满空气的箱子中按要求清理河床,将沉淤填入吸淤管口下面的水池,通过吸淤管送走。等河床清理到满足建造要求后,混凝土会被注入箱内,这个巨大的沉箱最后将成为支撑桥塔的桥基的一部分。

气压沉箱法实地图

气压沉箱法实地图

这些沉箱可想而知有多大。就面积来说,东河西岸的那个就有1630平方米,每个沉箱的内空高达2.7米。这些庞然大物由拖船拉到既定地点,入水锚定后工人们就立刻开始在箱顶用花岗岩石材建造桥塔。随着桥塔重量的不断增加,沉箱受压"着床",并借力不断深入河床中的泥沙层,而桥塔中的气压机则日夜不停的将空气注入。
水下的工作间是一个高气压环境,因此工人们必须经过变压管道才能进入。变压管道中部是一个隔离舱,工人先由外界进入这个舱,然后舱门密闭,高压气体注入,舱内压力慢慢升高。当内外气压相同,工人才打开进入工作间的门。无论工作间,还是变压管道,其中的气压维护和调节都要非常细致小心。

工程日复一日地的进行,工人们渐渐觉得不舒服,情况变得有点不对劲。而两位工人的相继死亡,更是让人们明显感觉到了不祥之意。经过战场考验的罗柏林上校没有受到丝毫的影响,仍然坚持隔三差五下到沉箱工作间考察指导地基建设的工作。不久,罗柏林上校突然瘫痪,更多的工人紧接着莫名死亡,危险的气息日渐浓厚,人们忐忑不安,工地上谣言四起,布鲁克林大桥被诅咒了!

尽管那时人们了解潜水员病,但是布鲁克林大桥工地上没人想到工地遭受的诅咒,和潜水病一样来自我们不停吸入的空气。
很早以前的渔民,就了解潜水的危害。看到大部分喜欢莽莽撞撞地快速上浮的潜水者,都会遭受某些特殊病痛的折磨,渔民们意识到从水下上浮的时候,要特别小心地控制速度。尽管如此,常年潜水的人还是容易觉得关节酸痛,像是生了水锈。这一系列和潜水有关的病痛,历来被统称为潜水病。
以现代医学的观点说,潜水病就是"氮过量病"。在常规气压环境下,人体内部组织液中,溶解着饱和量的氮。这些气体的溶解量将随着外界的压力变化而出现波动。压力大,体液能溶解的氮就多,反之则少。当外界压力降低,溶解进体液的氮气就会被释放出来。一般来说,我们能通过呼吸,从肺部将这些多余的氮气吐出去。但是一旦外界压力降低的速度过快,一定时间内体液中的氮来不及通过肺离开身体,它们就会从体液中分离,形成气泡。这些极微小的气泡首先会出现在肌肉关节等部位,影响局部的组织健康,产生类似关节炎或者是肌肉发炎的一系列病痛。当气泡越来越多,血液系统中就会出现大量小气泡融合成的大气泡,形成气体堵塞血管。一旦脑血管被堵塞,患者就有瘫痪甚至死亡的危险。

在沉箱中工作的人,就像那些深潜的渔民,所处的是一个高压环境。随着呼吸,大量的氮气就会溶进体液,而当他们通过隔离舱离开沉箱的时候,减压过程稍有过快,他们就会像快速上浮的潜水者一样,在体内形成大量的气体。

除了少数重症患者直接死于急性的心脑血管疾病,大部分患者体内,气泡集中在关节。随着症状的加剧,患者不得不靠弯腰来缓解腰背部异常的酸痛。这时他们的体态,特别像当时一些女演员喜欢摆出的翘屁股造型(Grecian Bend),于是人们就将这种疾病叫做"翘屁股病"( The Bends)。

其实只要注意减压速度就能有效预防这种情况,不过在当时,连医生也没有意识到翘屁股病就是潜水员病,威胁工人健康安全的就是氮气。为罗柏林上校治病的医生还煞有介事的将这种疾病命名为沉箱病(Caisson Disease)。

时至今日,古怪拗口的沉箱病以及不甚雅观的翘屁股病有了一个统一的名字"减压病"( Decompression Sickness)。及时吸氧和高压舱已经能有效控制这种疾病。可是就像老罗柏林一样,罗柏林上校生不逢时,只能在瘫痪中忍受减压病的折磨。
大桥的建设因罗柏林上校的病情一度陷入危机。再也不能在现场指挥工程的进行,让在病榻中挣扎的罗柏林几乎萌生退意。在这个布鲁克林大桥和罗柏林上校的命运紧紧纠缠在一起的关键时刻,他的妻子艾米丽•沃伦•罗柏林勇敢地站了出来,承担起协助罗柏林完成这一家族使命的艰巨任务。

(待续)

—————————–

The Bends这个词,现在多数翻译为”弯曲病”,但是我认为这个翻译实为不妥。就像文中说的,这个名字是因为患者必须摆出特殊的姿势,酸痛才能缓解。这种病的名字来自布鲁克林大桥的工地,首先命名的是在那里工作的的工人,他们自然不关心是否"雅致"。这个词是雅致的"弯曲"还是粗鲁的"翘屁股"就显而易见了。实际上,这种病在当时还有 更为粗鲁的名字,暗示该病的患者像是在准备"肛交"。有了这样的意指,"翘屁股"而非"弯曲"显然更真是贴切,虽然翻译的确讲究雅致。

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