科學如此美麗

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“科學松鼠會”是一個科學傳播公益團體,由90多個年輕人組成,他們是大學副教授、博士后、研究生、本科生、科學記者編輯和一些公司白領。他們相信科學是美的,希望為公眾“打開科學堅果”,讓“科學流行起來”。他們聚在一起聊科學、開講座、看紀錄片、辨星星、認植物……他們一起寫作的科學博客獲得了2008年德國之聲博客大賽“國際最佳博客”公眾獎。這本書就將帶你走進他們流連忘返的科學世界,一起領略科學無與倫比的美麗。

書名:《當彩色的聲音嘗起來是甜的》

類型:科普讀物

作者:科學松鼠會

出版社:上海三聯(lián)書店

推薦指數(shù):★★★★

當彩色的聲音嘗起來是甜的

一覺醒來,睜開雙眼,看到的是家中熟悉的場景和透窗而入的陽光;工作累了,聽段音樂放松放松;新買的衣服,摸起來手感不錯;飯菜上來了,先是撲鼻的香味,然后是繞舌的美味……這就是我們每天的生活,由視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺五種感覺塑造而成。來自外部世界的信息被各感覺器官所捕捉,經(jīng)過各感覺系統(tǒng)的處理,最終得到一個解釋或是一種感受:朝你微笑的是那個美麗女孩;嘴里的烤雞味道不錯……并由此引發(fā)出接下來的行為:趕快上前打個招呼;再咬一大口,猛嚼一陣……我們在不斷感知,生活也在不斷繼續(xù)。

回蕩著凄婉樂曲的悲劇場景給我們帶來憂傷,沒有人能夠區(qū)分出這憂傷哪部分是來自看到的,哪部分又是來自聽到的。人五種感覺系統(tǒng)的信息來源迥異,運行機制也不盡相同,但它們并不是彼此完全獨立進行工作的,各感覺信息在大腦中被分別處理時,可能存在一定的相互作用,分別處理完畢后還可能會在更高級的皮層區(qū)域得到整合。正因此,我們得到了一個不可分割的憂傷。

不同感覺相互影響最典型的例子是嗅覺與味覺的合作。當我們捏住鼻子,通過品嘗判斷食物的種類時,成功率不會太高,即便像巧克力這樣廣受歡迎的食品也無法脫穎而出。這是因為食物風味的絕大部分信息是由嗅覺提供的,品嘗出來的味道只具有輔助作用,巧克力的甜味要與其特有的氣味融合在一起才能令人無法抗拒。

影響還可以與時間上的先后有關,即前一種感覺信息的處理結果會左右到后一種的處理。比如注視身體的某部分(如手臂)能夠提高那部分皮膚的觸覺敏感性,所以打針的時候還是看著別處比較好。

彼此的信息交流是必要的,但有些時候會出現(xiàn)異常情況,比如:白紙黑字的“2”看起來卻是紅色的;一聽到莫扎特的音樂嘴中就會泛出奶油的味道,或是眼中呈現(xiàn)出快速流動著的色彩斑斕的波紋……

如果你有過類似的經(jīng)驗,不必覺得心中不安,早在1690年,就有科學文獻記載說一個人感到喇叭發(fā)出的聲音是猩紅色的。19世紀末,這種異常生理現(xiàn)象得到了廣泛研究,但隨后不久便被認為是一種幻覺而遭到冷落,直到20世紀80年代重新引起科學家們的興趣,并以“synesthesia”的字樣頻繁出現(xiàn)在學術期刊中。

英文synesthesia由分別代表“聯(lián)合”和“知覺”的兩個希臘文字結合而成,中文翻譯為“共感覺”或“聯(lián)覺”。顧名思義,所謂聯(lián)覺,就是某種感覺刺激在引起相應感知的同時,還會引發(fā)另外一種感知,而能夠帶來這額外感知的刺激卻從未出現(xiàn)。聯(lián)覺能力在一個人的童年時期就已經(jīng)具備,并且通常伴隨其終身,因此聯(lián)覺者往往不認為自己的感受有什么不正常,甚至認為別人也應該如此。小說《洛麗塔》的作者納博科夫就經(jīng)常跟他的母親爭執(zhí)字母“b”是黃褐色還是橘紅色的,“t”屬于淡黃綠色還是淺藍色。很顯然,他母親也是一個聯(lián)覺人。

聯(lián)覺的發(fā)生是自動的,既無法刻意生成又無法抑制。這一點可以由專門給聯(lián)覺人制造的麻煩來證明:如果看到字母“A”會感知到紅色,那么就給他看一個綠色的“A”,這使其需要很努力才能說服自己那字母是綠色的。在此情況下,聯(lián)覺人判定字母真實色彩的時間要比普通人慢,因而該方法通常被研究者用來驗明受試者的正身。

從理論上講,聯(lián)覺可以發(fā)生在五種感覺中的任意兩種或兩種以上之間,但最常見的情形是視覺系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)覺:字形觸發(fā)顏色,字形包括字母、詞語、數(shù)字。跨感覺系統(tǒng)的聯(lián)覺通常是由音樂產(chǎn)生顏色、味道;字形產(chǎn)生味道,等等。在所有聯(lián)覺感知中,顏色的出鏡率最高。聯(lián)覺還是單向的,到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)例外,鋼琴曲帶來藍色,但看到藍色耳邊不會響起鋼琴曲。任何兩個聯(lián)覺者的模式都不會完全相同,一個人眼中的“綠色”可能恰巧也是綠色的,而在另一個人看來卻是紫色的。當然,對后者來說這種經(jīng)驗會為其帶來不便,但不能就此認為聯(lián)覺是一種疾病,它并不由某種生理上的缺陷、障礙所導致,聯(lián)覺者們也都是身心健康的。

但聯(lián)覺畢竟是一種異常的感知,因此引發(fā)了科學家們對其背后神經(jīng)機制的濃厚興趣,而對這些機制的理解也有助于對正常感知過程的研究。最容易想到的解釋是,在處理不同感覺信息的通路間存在著異常的神經(jīng)連接。比如當看到“星期三”這個詞時,視覺系統(tǒng)內(nèi)專門負責對形狀信息進行處理的細胞會作出反應,并通過異常的神經(jīng)連接,使本應只對咖啡色信息進行處理的細胞也同時興奮起來,結果便是咖啡色的“星期三”躍然紙上。同樣的道理,聽覺系統(tǒng)和味覺系統(tǒng)間的異常連接帶來了五味俱全的貝多芬命運交響曲。

看樣子是額外生出來的神經(jīng)連接導致了聯(lián)覺的出現(xiàn),其實正確地說是應該消失的神經(jīng)連接沒有消失。因為大腦在早期發(fā)育過程中不是生成新的神經(jīng),而是將已有的修剪成某種特定的連接模式,使各感覺系統(tǒng)相對獨立地開展工作,以便于將信息分門別類進行處理,提高效率。因此可以說每個人都曾經(jīng)是聯(lián)覺人,當我們還是嬰兒的時候,媽媽的聲音帶有甜甜的色彩和溫暖的香氣。而由于某種原因,部分人腦中的一些多余連接被保留了下來,令他們能夠體驗到只屬于自己的那份獨特感受。

普遍認為產(chǎn)生聯(lián)覺的原因來自于遺傳。一家子都是聯(lián)覺人,而且各擅其長,時常聚在一起交流心得,倒也其樂融融。聯(lián)覺人大部分是女性,男女比例大概為1∶5,因此聯(lián)覺很可能是一種與X染色體相關的遺傳特性。但肯定也要受到后天環(huán)境的制約和影響,那些不時引發(fā)奇妙感受的字詞、音樂可都是經(jīng)驗之得。

聯(lián)覺并不總是帶來煩惱或是無用的,如果每個數(shù)字都代表一種顏色,記住別人的電話號碼就容易得多了。事實上,聯(lián)覺者往往擁有更高的智商、更好的空間記憶能力、更豐富的創(chuàng)造力。這些天分在文學、藝術領域最有用武之地,詩人、作家筆下的美妙意境恐怕不是空穴來風——“微風過處,送來縷縷的清香,仿佛遠處高樓上渺茫的歌聲似的”,朱自清的妙筆是否來自其切身體驗?畫家的每一幅作品都可以是一次獨特的和聲編排,苦澀的大二度音程、干草味的四度音程對音樂家的事業(yè)發(fā)展肯定大有益助。聯(lián)覺人曾在19世紀末的歐洲前衛(wèi)藝術界風光無限,物理學家費曼、作曲家李斯特也均在聯(lián)覺名人榜上占有一席之地。

如果你是一位聯(lián)覺者,感謝這種天賦的能力吧,不管怎樣,它使你的生活更加豐富多彩。

(韓彥文)

并不狂野的未來

多年以前,當我還是個學生的時候,曾經(jīng)參加過一個關于恐龍滅絕的電視節(jié)目。那些中生代的龐然大物的“突然”消失,同其他的物種大滅絕事件一樣,帶著一種神秘的宿命色彩,讓人著迷不已。

生生死死,在我們這個宇宙一隅的最近的幾十億年里,不斷循環(huán)往復,展現(xiàn)著一種尋常的姿態(tài)。既然我們自信地認為審視過了如此之多的生死故事,為何不以史為鑒,把眼光從過去投向未來,大膽做一個預言者呢?

100年后

頻發(fā)的氣象災難在新媒體的助推下一次次提醒我們,不管這是不是一個“不便告人的秘密”,全球變暖的腳步正迅速而踏實地向前行進。100年后,兩極冰蓋將大幅度縮小,海平面上升,大氣、海洋環(huán)流將發(fā)生顯著變化。直面挑戰(zhàn)的,將是北極熊。北極地區(qū)本就是一片大陸拱衛(wèi)的海洋冰蓋,冰蓋的瓦解,使北極熊的生存空間大大減小。大型食肉動物處在生物鏈的頂端,生存需要的領地面積相當可觀,如果北極熊被迫向南方的亞寒帶和北溫帶遷移,將直接面對它們的兄弟——棕熊和黑熊的競爭,穿著白大衣的冰原來客能否在本已擁擠的客鄉(xiāng)拼得一席之地?至于地球的另一端,南極是被海洋拱衛(wèi)的大陸,即使冰蓋消融,南極的企鵝也不會無家可歸,而且也不用擔心其他大陸的大型動物來南極與它們爭奪地盤。

海洋里,海水溫度的上升,空氣中的二氧化碳濃度增加,都給生物鏈底層的浮游植物提供了一個發(fā)達的機會,同時,那些同在海洋食物鏈底層的浮游動物和腔腸動物也會受益(它們基本不用擔心人類的捕撈問題)。前些日子,一艘美國的航空母艦被一大群黏糊糊的水母堵塞了水循環(huán)系統(tǒng),這是一個鮮明的信號。

至于在陸地上,這次“發(fā)燒”還不至于根本上改變陸地的面貌。

500萬年后

時間跨度看起來有點兒大,不過在預言家眼里不過是一瞬。500萬年后,地球重新迎來寒冷時期。在冰期面前,人類的“不便告人”的小動作顯得太微不足道。這時,歐洲的北部,一直到阿爾卑斯山;亞洲的北部,包括我們的首都北京;北美洲,包括紐約、華盛頓,都將被厚達數(shù)百米的冰雪重新覆蓋。

其實地球就如同一個瘧疾病人,冷熱總是交替出現(xiàn)。68億年前到57億年前、47億年前到41億年前、32億年前到23億年前以及從250萬年前直到現(xiàn)在,地球經(jīng)歷了四次大冰期。

在冰期的大陸上,動物和植物需要面對的,是寒冷和干燥(冰川封存了地球上大量的水,導致水循環(huán)減弱)。由于缺少溫度和水分這兩個重要的生態(tài)因子,生命將會變得蕭條。

此時的地球中緯度地區(qū),如今廣大的農(nóng)田,將被冰原和寒冷的沙漠所取代。在這些地方,如果你還能辨別出那些哺乳動物的大概模樣,你會發(fā)現(xiàn)它們都變大了,身披長毛,四肢、耳朵、尾巴都比現(xiàn)在的同類小很多。因為只有這樣,它們才能減少體溫的損失。

而如今低緯度的熱帶雨林,將變成一片草原,這里是投機分子的天堂,劇變給它們提供了機會,而并不荒涼的生境給它們提供了能量。上一次冰期的投機分子是人,這很“讓人意外”。他們從消失的樹端下到地面,解放前肢直立行走,這是250萬年前的事情。而一萬年前,冰川退縮,也就是到了間冰期,當?shù)厍蛟俅巫兊脺嘏臅r候,人利用農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了文明,以至今日。而這一次,嚙齒動物很有投機分子的天賦,它們低調(diào)(食性廣泛,身體嬌小),而且反應迅速(繁殖速度快,提供了比別的哺乳動物更快的演化速度)。如果在下一次冰期的一個短暫的溫暖時候,一只曾經(jīng)啃過我的書箱子的老鼠的后裔復原了一塊化石硬盤的數(shù)據(jù),恰好看到本文的原稿,并破譯了這篇小文,然后奉我為先知,也并不很值得奇怪。

如果沒有意外,500萬年后,奇蹄目動物像馬、驢,偶蹄目動物像豬、牛、羊將很難熬過冰期,取代它們的將是變大了的嚙齒動物——老鼠的后代。而捕食這些大老鼠的,將不是老虎、獅子和狼,這些大型的食肉目動物也同它們的獵物一起消失了,現(xiàn)在小型的食肉動物像貂、鼬的大塊頭后代將是那時的捕食者。

那時的海洋將比現(xiàn)在沉寂許多,寒冷和由陸地河流帶來的營養(yǎng)補給的減少將使浮游生物大量減少,以此為生的藍鯨將成為永遠的回憶,其他的鯨類由于同樣處在食物鏈的頂端,也難逃滅絕的命運。

總的來說,500萬年太短,你還能認識那時多數(shù)的生物。

1億年后

漫長的冰期結束了,漫長的“桑拿期”開始了——炎熱而潮濕的時期。生物圈又開始喧鬧起來。食物鏈金字塔底層的植物的繁盛給金字塔頂層提供了足夠大的空間。在現(xiàn)今的動物里面找不到直接祖先的新一代龐大哺乳動物在森林的邊緣游蕩,它們都長著巨大的耳朵或者滿身遍布肉瘤,以釋放龐大身軀產(chǎn)生的熱量。這時的森林里生長著參天的禾本科植物,看起來像巨大的竹子或者“小”麥。

海平面上升了幾百米,造就了大面積的淺海。如果智慧仍然值得稱道,章魚很有希望成為我們的繼任者,現(xiàn)今的章魚擁有所有無脊椎動物里跟人類最相近的眼和腦的結構,而且章魚有八條靈活的腕足,是天生的打字高手。當然一億年后章魚很可能是靠直接編碼電脈沖而不是發(fā)短信互相交流,它的一條或兩條腕足會演化成專門的信號天線。

與此同時,在廣袤的禾本科森林某棵大麥樹的陰影里,藏著一只食腐的綠色小動物,它的背部皮膚里寄生著藍藻。

這期間,地球磁場發(fā)生了一次磁極倒轉。在地磁減弱的那一段時間里,宇宙射線大量地來到地面,導致生物基因組的大規(guī)模變異,很多生物死去了,幸好,這場輻射災難只持續(xù)了幾百年,這只是一眨眼的時間。然而在這期間,一只“綠色動物”偶然地獲得了迅速突變和修復有害突變的能力。

2億年以后

地球跟隨著太陽系,在銀河系中運轉,此時進入了一小片布滿宇宙碎片的空間。幾塊偶然逃脫太陽引力清掃的“大石塊”與地球迎面相撞,情形如同白堊紀那次一樣。撞擊和后來的大火給大氣層帶來了無數(shù)的灰塵,遮天蔽日。植物得不到足夠的太陽能,大量死亡。受其影響,最先滅亡的是僅靠種植幾種特定植物和放牧幾種特定動物的節(jié)肢動物——現(xiàn)今蟑螂的后代,它們的食物鏈缺乏彈性。然后是巨型的食草哺乳動物和它們的捕食者,龐大的身軀決定了它們需要太大的領地和太多的食物。多數(shù)小型的溫血動物——個頭太小的鳥和哺乳動物也都滅絕了,太小的體形決定了它們會散失太多的能量。

海洋里的情形與陸地上類似,長著天線腕足的章魚也沒能幸存下來。

生物界大洗牌,曾經(jīng)藏在陰影里的“綠色動物”獲得了機會,它們在上次宇宙射線輻射時獲得的迅速突變能力讓它們的基因組整合藍藻光合作用的基因,并演化出一套高效的光合作用體系。僅僅靠晦暗慘淡的陽光和遍地尸體提供的充足的氮源,“綠色動物”獲得了極大的生存空間。它們模糊了動物和植物的界限。

同時幸存下來的還有熟悉的老面孔——那些低調(diào)生物,多數(shù)的細菌和單細胞藻類、單細胞的原生動物、一些水母、一些蠕蟲、生存在地下的幾種昆蟲、幾種軟體動物、幾種魚、一些蜥蜴和龜、幾種演化成地下生活的鳥類,還有看起來很“原始”的嚙齒類。

還有所有的“智慧”生命都未曾注意到的,那些天外來客帶來的不只是毀滅,還有一些奇怪的可以自我復制的小東西,它們并不是由核酸、蛋白質(zhì)構成的。它們是硅基生命,靠地球土壤和巖石中數(shù)量巨大的硅化物生活。它們的故事,又是很多很多年以后的事情了。

再往后的故事,最厲害的預言家也不敢開口了。

還有人問,為什么不說說我們?nèi)祟惖奈磥?一個冒牌的算命人都知道,不能給自己算命。人類未來的故事,還是交給500萬年后那只發(fā)現(xiàn)這篇小文的智慧老鼠去講吧。

(瘦 駝)

毒門秘籍

用毒貴在“巧”而非“毒”,施解之法精妙無比極具智慧,所以即便毒藥一向為名門正派所不齒,我對于武俠小說里那些用毒高手仍然是非常敬仰的。在我看來真正的用毒高手應該是心懷慈悲的御毒大師。“毒手藥王”無嗔是當之無愧的,雖然他本人從來沒有在《飛狐外傳》里露過臉,但從他的入室弟子程靈素身上,足以看出這位藥王神乎其技的用毒本領,更何況他還出過書——《藥王神篇》。

相信很多人也像我一樣,最早對于毒藥的認識是來源于武俠小說的,比如歐陽峰的毒蛇或是絕情谷的情花。這也正是人類最早發(fā)現(xiàn)的兩類毒藥,來源于動物的和來源于植物的毒素,后來隨著冶煉業(yè)的進步,各種礦物元素的毒藥也逐漸發(fā)展起來。

我們所說的動物毒主要是指《碧血劍》里提到過的五毒,蛇、蜘蛛、蝎子、蜈蚣、蟾蜍,等等,聽起來讓人毛骨悚然。蛇毒主要分為神經(jīng)毒和血液循環(huán)毒。前者包括金銀環(huán)蛇毒、眼鏡蛇毒、響尾蛇毒還有蝎毒素,它們作用于運動神經(jīng)與骨骼肌接頭處,阻斷它們之間的聯(lián)系,肌肉不再受到神經(jīng)肌痛的支配,最后四肢麻痹、窒息而死,這些癥狀與中醫(yī)風邪侵襲所致的臨床表現(xiàn)相似,因此也稱為“風毒”。著名的黑寡婦蜘蛛毒也屬于神經(jīng)毒,它的作用機制相反,它能大大促進神經(jīng)與肌肉之間的聯(lián)系,引起肌肉抽搐、痙攣直至精力耗盡。后者作用于心血管系統(tǒng),包括竹葉青毒和五步蛇毒,其臨床表現(xiàn)相當于中醫(yī)的火熱毒癥狀,故稱“火毒”,這種毒素或是損害心肌細胞結構,導致心肌壞死、心力衰竭,或是溶解紅細胞、肢體組織,導致血尿、胸腹腔大出血。這種蛇毒還含有一類血液抗凝因子,會導致血液失凝、血流不止,可見被蛇咬后一味地放血排毒并不是什么明智之舉。所以說,蛇毒并不是“安樂死”,歐陽峰能成為讓人聞風喪膽的“老毒物”,絕對不是浪得虛名。

電視劇里面經(jīng)常會有一個老套的情節(jié),就是用嘴巴吸毒,這在早期排毒過程中還是比較行之有效的。因為這些毒素由淋巴系統(tǒng)攜帶進入血液循環(huán)系統(tǒng),如果是神經(jīng)毒,會再隨著血液循環(huán)分布到全身的神經(jīng)肌肉接頭并沉積下來。因此在你沒有蛀牙且無口瘡的情況下,遇到這種緊急情況不妨做個順水人情。

動物毒并不容易得到,武俠小說里只有那些心腸歹毒同時身份等級比較高的人物才會使用它們,植物毒素才是普通人都能用得起的大眾產(chǎn)品。它們“物美價廉”、容易獲得、可以“批量生產(chǎn)”,是完美的“兵器伴侶”,在冷兵器時代人們常常將它們涂在兵器上以增加殺傷力。烏頭被譽為軍用毒藥之王,快則十幾分鐘就會讓敵人手足發(fā)麻無法呼吸;毒箭木的乳白色液汁也很常用,在西雙版納,它被叫作“七上八下九倒地”,意思是中了此毒,往高處只能走七步,往低處只能走八步,走到第九步,就會倒地斃命。大俠胡一刀大概就是吃了它們的虧。

植物來源的毒藥還有很多,比如大名鼎鼎的斷腸草,田歸農(nóng)用來毒瞎苗人鳳眼睛的就是它,楊過用來醫(yī)治情花劇毒的也是它。它名頭太大,想要“攀龍附鳳”的植物很多,以致它的真實身份存在爭議,一般認為它是雷公藤或者胡蔓藤,胡蔓藤就是沈括在《夢溪筆談》里提到的“人間至毒”鉤吻。再比如馬錢子,毒死南唐后主李煜的“牽機藥”其實就是馬錢子,它常被用來加工成老鼠藥。馬錢子的特別之處在于它引發(fā)的肌肉抽搐最先出現(xiàn)在面頸部,有時候下巴的肌肉也會收縮,因而會使得中毒者的臉孔呈現(xiàn)出詭秘的微笑,這不禁讓人聯(lián)想到《天龍八部》中的星宿老怪丁春秋慣用的毒藥“三笑逍遙散”。

有人研究下毒就有人研究解毒,毒理學的研究早在19世紀初就已經(jīng)開始,19世紀中期各種分析化學成分及有機生物堿的方法就已經(jīng)建立,但解毒絕不是書中描寫的那么簡單,以讓人心情沉重的“鉈”中毒為例,對于一個體重50公斤的人來說0.6克就可以致命,而要想解毒,光活性碳就需要吃25克,此外每天還要吃12.5克的普魯士藍,并輔以洗胃化療。畢竟吃下去立竿見影的九花玉露丸、通犀地龍丸或者通天草都只是傳說。

所以,雖然通篇我們都在談論毒藥,但主旨仍然是要奉勸大家“珍愛生命,遠離毒藥”。

(尢 又)