自闭症的前世今生

作者:仇子龙(中国科学院神经科学研究所)

墙角是他们的宇宙

在1930年代的维也纳和1940年代的巴尔的摩,奥地利的阿斯伯格(H.Asperger)医生与美国的坎纳(L. Kanner)医生不约而同地注意到一类奇怪的孩子,他们仿佛只活在自己的世界中,不愿与别人交流,成为“星星的孩子”

这些孩子往往有一些重复刻板的动作,不太说话或者语言模式古怪,缺乏沟通和语言交流,他们给这种病起了一个名字:自闭症(autism)

在距离自闭症被发现后的半个多世纪中,医生们还发现自闭症儿童除了具有经典症状外,其中少数人还具有机械记忆力超强与对数学、音乐有特殊才能的现象。

近年来,随着社会大众对自闭症的不断关注,大量国内外描写自闭症的影视作品纷纷出现,让人们对这种神秘的疾病充满了好奇。

自闭症究竟是什么原因导致的?目前自闭症的发病率究竟有多少?能否治愈?

随着医学与科学的逐渐发展,临床医生与科学家紧密合作,已对自闭症的起因与发展有了一些了解,科学家也在研究自闭症的过程中发现,人类许多精神症状与基因关系密切,在研究自闭症的过程中,人类也更深刻地认识了自身。

先天生成与后天形成

最早研究自闭症的时候,坎纳医生认为,这种疾病可能是父母对孩子的过分冷漠而导致的,也正因为这样,“自闭症是完全由后天因素导致的”这个观点曾经流行了很长时间。

自闭症

直到有研究者发现,在一个家庭中,如果一个孩子患有自闭症,其他孩子也是自闭症患者的概率大大上升;家族中出现自闭症患者,家族内其他成员罹患自闭症的概率也大大上升。这些说明自闭症具有比较明确的家族遗传模式,提示自闭症与遗传因素密切相关。

疫苗疑云与遗传之谜

1998 年国际医学学术期刊《柳叶刀》(Lancet)发表了一篇报道,英国韦克菲尔德(A. Wakefield)医生发现8 位儿童在接种了麻疹、腮腺炎和风疹疫苗(MMR)后一个月内开始出现了自闭症症状,因而怀疑MMR疫苗接种有可能导致自闭症。

麻疹疫苗

此研究掀起一场轩然大波,无数家长担心孩子安全而不敢给孩子接种MMR 疫苗,而在之后的十余年中,疫苗与自闭症的关系始终扑朔迷离。

2010年2月,经过严格的调查发现,这篇文章的作者对研究的原始数据存在着选择性选用,而且存在收受律师协会贿赂等情节,《柳叶刀》宣布撤销了这篇引起很大争议的文章,韦克菲尔德也被英国吊销了行医执照。

美国疾病控制与预防中心在2011-2013年接连发布了一系列研究结果,通过大规模的数据分析及实验证明,8种用于小儿免疫接种的主要疫苗十分安全,不会导致自闭症。

尽管官方已出具权威的报告,民众始终很难完全放心,究竟给孩子接种疫苗是否安全?随着科学研究的进展,这些未解之谜慢慢被揭开。

首先,必须寻找导致自闭症的罪魁祸首——遗传因素。

科学家从20 世纪最后10 年开始了寻找自闭症易感基因的竞赛。有趣的是,遗传性疾病与基因突变的关系也在对自闭症的研究中得到重新认识。

传统的观点认为,遗传性疾病往往可以找到少数几种明确的致病基因,比如镰状细胞贫血往往由编码血红蛋白的基因发生突变所致,各种癌症也往往与癌基因的突变紧密相关。

但是,当研究者在收集成百上千例自闭症患者及其直系亲属的遗传样本后,运用经典的基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)方法,却极少能找到自闭症患者中出现明确的致病基因。

并发现,自闭症患者中发生的遗传突变往往因人而异,各人之间大多不一样,很少有共同的致病基因,基因组关联分析法在寻找自闭症致病基因的过程中陷入了困境。

恰恰在这个时候,生物学一场革命的悄悄到来,给自闭症致病基因的筛查带来了希望。

人类基因组计划

在世界各国科学家共同努力下,人类基因组终于在20 世纪最后10 年被成功破译,组成人类基因组的30 亿个碱基被测序完成,这个庞大的项目被称作人类基因组计划(Human Genome Project),人类终于可以对自己的遗传信息有全面的认识。

基因发展

那么,在基因组测序已经变成检测基因突变的日常手段的现在,我们该如何寻找自闭症的致病基因呢?

目前的基因组测序比较常用的方法包括获取基因组全部信息的全基因组测序(whole-genome sequencing,WGS)和获取编码蛋白外显子组全部信息的全外显子测序(whole-exome sequencing,WES),由于测序准确、价格便宜,全外显子测序成为科学家寻找遗传疾病致病基因普遍采用的一种方式。

在过去5 年中,尤其是在2014 年,一系列通过收集上千例自闭症病例的研究,利用全外显子测序等方式全面寻找了自闭症可能的致病基因,找到的相关基因突变约100 多个。

这100 多个基因的突变是如何导致自闭症的?

神经科学研究

既然遗传学无法破解基因突变与自闭症的相互关系,那么可否借助神经科学的研究,来确定某种基因的突变究竟是否会导致自闭症呢?

自闭症是一种精神疾病,同属于精神疾病范畴的还包括精神分裂症、双向情感障碍及抑郁症等。

精神疾病不同于神经退行性疾病,如阿尔茨海默症(又称老年痴呆症)与帕金森病等等,并没有明显的神经元病变。

面对精神疾病患者,往往需要磁共振等脑成像工具来对大脑进行无创伤的研究,而自闭症患者往往是少年儿童,他们往往很难与人正常沟通,不易采集高质量的脑成像,因此世界各国对于自闭症的脑成像研究一直进展缓慢。

对神经生物学家来说,首先要解决的问题是,究竟这些在自闭症病人中发生突变的基因对神经系统有哪些重要的功能?

科学家在对自闭症的遗传分析中发现,许多突触蛋白的编码基因发生了突变。

突触(synapse)是大脑的基本组成单元,是神经细胞之间进行通讯的基本单位,突触中有许多蛋白质有重要功能,突触本身具有可塑性,也就是对突触进行一系列的刺激后,突触会发生更容易激活或更容易抑制,这种可塑性很可能是大脑进行学习记忆和情绪反应等认知功能的神经生物学基础。

突触

突触结构图

找到了那些与神经细胞突触传导功能关系密切的基因后,需要探究其发生突变后所产生的结果。

首先,在自闭症患者中这些基因突变是否影响其编码蛋白的正常功能;其次,运用基因工程方法,在模式动物(例如啮齿类或非人灵长类)中引入自闭症相关的基因突变,在含有同样基因突变的动物模型中,观察是否有可能出现类似孤独症的症状。

突触蛋白与自闭症

在自闭症患者身上发现的一大类基因突变都发生在一些在突触中起粘联功能的蛋白的编码基因中,这类突触粘联蛋白负责把突触连接起来。

这个家族蛋白中的神经配蛋白(neuroligin)位于突触的接收端,而神经连接蛋白(neurexin)位于突触的信号发放端,它们相互作用使神经细胞间得以进行正常的信号传递。

在自闭症中的遗传筛选分析大多都是如此,研究者找到很多在自闭症患者身上发生突变的基因,都是以前被发现有重要功能的蛋白编码基因,当它们被发现在自闭症患者中有突变的时候,研究者才意识到它们的重要性。

聚德霍夫在得知neuroligin-neurexin家族蛋白的编码基因在自闭症患者中发生突变后,立即进行了大量研究工作,其中最著名的研究即是2007 年将在自闭症患者中找到的一个基因突变neuoroligin3 R451C 移植到小鼠中,将小鼠的同源基因neuroligin3 也在同样位点做了基因突变,这个携带有与人类自闭症相同突变的小鼠居然表现出与人类自闭症患者非常相似的表型,表现出重复刻板的行为和不愿意与同伴小鼠进行交往等行为。

托马斯·聚德霍夫

托马斯·聚德霍夫

研究发现,携带neuroligin3 R451C突变的小鼠大脑中,抑制性突触比正常小鼠的多,功能更强。

而这项研究首次成功地在小鼠中显示了人类自闭症的表型,也提示人们可以用基因工程的方法,在动物模型中模拟人类自闭症,探讨发病原因,并筛选改善和治疗自闭症的药物。

基因的“过犹不及”

在自闭症的遗传学研究中,除导致突触蛋白结构变化的编码基因突变外,近年来还发现有另外一类的基因突变,表现为一段染色体区域的倍增或缺失,即拷贝数变异(copy number variations)。

拷贝数变异也是在完成了人类基因组测序之后才被发现的。由于染色体区段的缺失往往导致基因的丢失,而染色体区段的倍增则会导致基因过多,原来除了基因突变导致蛋白质丧失功能,居然某些基因过多也会导致对神经系统的破坏。

2009 年医生和科学家发现,在一些严重自闭症患者中,一个甲基化DNA 结合蛋白MeCP2 (methyl CpG-binding protein 2)的编码基因出现拷贝数的倍增。

MeCP2 是一个甲基化DNA 结合蛋白,具有调控基因表达的重要功能。1999 年佐格比(H. Zoghbi)教授发现一种严重的神经发育性疾病要要瑞特综合征(Rett syndrome)也与MeCP2 基因突变密切相关,95%的瑞特综合征患者携带的MeCP2 基因发生缺失功能的突变,因为瑞特综合征患者有部分与自闭症患者类似的表型,早期也被归为自闭症谱系障碍的一种(autism spectrum disorders)。

这些证据表明,基因表达的表观遗传学调控与神经系统的发育与功能密切相关,如果失调可能导致神经发育性疾病,例如自闭症等。

拥抱月亮的孩子

经过数年的深入研究,科学家发现MeCP2 蛋白质确实对神经元的突触功能有重要影响。

研究者陆续制作了多种MeCP2 基因敲除与转基因的小鼠模型,来观察如果小鼠携带有过多的MeCP2 蛋白,是否能表现出类似自闭症的表型。

2006 年佐格比研究组将人MeCP2 基因转入小鼠后,惊奇地发现携带人类MeCP2 基因的转基因小鼠表现出焦虑水平上升和社会交往行为缺陷等类自闭症表型。

这个小鼠模型极大地推动了自闭症的研究,人们可以研究过多的MeCP2蛋白究竟如何影响大脑发育,更重要的是,这个模型是否能告诉我们含有自闭症基因突变的哺乳类大脑在发生社交障碍的时候,大脑里究竟发生了什么。

免疫导致的自闭症动物模型

2007年帕特森(P. Patterson)教授研究组发现用给怀孕母鼠注射白介素6(IL-6)的方法可以诱导子代小鼠出现明显的类自闭症与精神分裂症表型,这种方法被称为母源免疫激活(maternal immune activation,MIA)。

研究者发现,在MIA 诱导的类自闭症小鼠模型中出现了代谢系统紊乱,而改善代谢紊乱的药物居然可显著改善MIA 小鼠模型的自闭症表型。

这些研究结果令人振奋,但是同时必须认识到,自闭症的起因多种多样,用MIA 方法诱导的模型是否能够完全模拟人类自闭症还需深入研究。

虽然在小鼠中引入与人类自闭症相关的突变,进而研究自闭症基因突变如何影响大脑发育已经有很多重要发现,但是人们始终疑惑的是,像自闭症这种复杂的精神疾病,能否用啮齿类来准确模拟呢?能否确定小鼠的类自闭症状是否与人类的自闭症足够相像呢?

人类的大脑沟回很多,整体大脑的体积与复杂程度,是啮齿类动物的大脑完全无法比拟的。目前在小鼠中尝试成功的一些神经疾病药物结果,在人类病患身上的临床试验很少获得成功。

因此,是否可以用进化上与人类尽可能相近的生物来构建自闭症动物模型还是一个问题。

2016年1月,中国科学家运用基因工程方法,首次得到了携带自闭症基因MECP2的转基因猴,并证明这些携带有人类自闭症基因的转基因猴可以稳定的将自闭症基因传至下一代。

自闭症研究中使用的转基因自闭症猴

研究中得到的转基因自闭症猴(作者 供图)

这些携带人类自闭症基因的MECP2转基因猴表现出与人类自闭症病患非常相似的重复刻板行为,与社交行为障碍,对这些转基因猴的脑成像研究正在开展,这些模型将为我们提供基因与大脑结构关系的第一手证据,为我们认识基因怎样影响灵长类大脑发育与结构提供重要线索。

有了这些携带人类疾病基因的灵长类模型,就有可能在更接近人类的动物系统中研究这些基因突变怎样改变灵长类动物大脑,进而获得更接近人类的药物筛选系统。

自闭症研究的未来

自闭症研究让我们认识到,人类的复杂社交行为有可能是通过精妙的神经环路来调控的,因此对自闭症的科学研究,将为深入认识人类社交行为的神经环路基础提供重要线索。

得益于DNA 测序技术的飞速进步,未来对自闭症的遗传分析可以更加深入和全面,可以揭示以前无法找到的基因突变与染色体结构变异。

在对疾病基因的神经生物学研究方面,科学家也将积累更多的数据,有助于对某些基因突变是否与疾病相关的判断。

相信在不远的将来,神经科学在自闭症动物模型中的研究,定会帮助我们找到基因突变如何导致自闭症的机理和有效的干预方法。

想温暖他们的心灵

4月2日世界自闭症日,让我们一起守护星星的孩子(图片来源:创意画报)

参考文献

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(原文见于《科学》杂志,中科院神经所供稿,科学大院发布时略有删节和修改,转载请联系cas@cnic.cn)二维码

新发现的“神兽”郑氏斗战翼龙,“新”在哪儿?

作者:蒋顺兴(中国科学院古脊椎与古人类研究所)

《西游记》中有真假两个孙悟空,古生物界有两个因“悟空”得名的翼龙属种。

《西游记》里的孙悟空神通广大,擅长七十二般变化,是西天取经途中至关重要的角色。而古生物界这两个“悟空”,同样意义非凡。

它们一个于2009年被命名为“悟空翼龙”,一个于今年2月被定名为“斗战翼龙”,前者是非翼龙类向翼龙类演化的关键过渡环节,后者是悟空翼龙类进一步演化的一个翼龙类型。

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郑氏斗战翼龙复原图(赵闯 绘)

关于翼龙,关于这两个属种,特别是新发现的郑氏斗战翼龙,你想了解的,都在这儿了。

翼龙VS恐龙,啥啥分不清楚

一直以来,很多人都有一个误区,就是把翼龙当做恐龙。其实,翼龙虽然和恐龙生活在同一个时代,但却并不是会飞的恐龙,而是和恐龙一起同属于被称为主龙类的爬行动物。

现生能进行主动飞行的脊椎动物仅有鸟类和蝙蝠,而翼龙则是第一个能够进行主动飞行的脊椎动物,在大约2.3亿年前的晚三叠世,翼龙已经开始书写他们称霸天空的历史。

而在6500万年前的白垩纪末期大灭绝中,翼龙彻底地从地球上消失了,唯一给我们留下的就是那些或完整,或稀少的翼龙化石。

如何识别翼手龙?

在翼龙存活的1.7亿年历史中,出现了各种各样的翼龙类型。

按照传统的分类系统,翼龙目可分为长尾的“喙嘴龙亚目”(非翼手龙类)和短尾的翼手龙亚目(翼手龙类),前者较为原始,后者相对进步。

而自系统发育学在翼龙研究中被应用以来,其结果都显示仅有翼手龙类是一个单系类群,即由一个共同祖先和其所有后裔共同组成的自然存在的分类单元;而“喙嘴龙亚目”是一个包括翼龙目所有基干类群在内的复系类群,复系类群是人为划分的分类单元,在现代的研究中一般避免使用,所以多称其为非翼手龙类。但是由于“喙嘴龙亚目”一词使用历史较长,知名度较高,所以目前在很多读物中仍然可以见到。

翼手龙类都具有愈合的鼻眶前孔,翼掌骨明显加长,缩短的尾部和退化的第五脚趾,这些特征与非翼手龙类明显不同。很长时间以来,翼手龙类和非翼手龙类之间存在着明显的间断,而以上任一特征都可以用来区别这两大类。

自从2009年中国辽西悟空翼龙和达尔文翼龙的发现和研究以来,翼手龙类的起源逐渐清晰起来。

以悟空翼龙和达尔文翼龙为代表的悟空翼龙类具有翼手龙类和非翼手龙类的镶嵌特征,其头部骨骼类似于翼手龙类,具有愈合的鼻眶前孔;颈椎和翼掌骨相对加长,加长程度大于非翼手龙类而小于翼手龙类;其加长的尾部和特别发育的第五脚趾则十分类似于非翼手龙类。

2011年和2012年在德国以产出始祖鸟而著名的晚侏罗世索伦霍芬灰岩中先后发现了两件未命名的翼龙标本,其头骨形态与产自同一产地的翼手龙类的翼手龙属没有明显差别,头后骨骼也较为相似,然而其尾椎数量和长度都略大于翼手龙类,而明显小于非翼手龙类。其第五脚趾具有类似于非翼手龙类的两个趾节,但每个趾节都已经十分退化。所以,这一未命名的类型被认为是非翼手龙类向翼手龙类演化的最后一个环节。

郑氏斗战翼龙,悟空翼龙的下一阶段

今年2月16日,《科学报告》(Scientific Reports)发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所与临沂大学地质与古生物研究所关于翼手龙亚目起源研究的最新成果。这一研究报道的翼龙化石属于侏罗纪燕辽生物群,标本产自辽宁建昌玲珑塔,被命名为郑氏斗战翼龙(Douzhanopterus zhengi)。

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翼手龙的起源、演化(作者 供图)

对郑氏斗战翼龙化石进行的形态学和系统学研究认为,斗战翼龙在颈椎、尾部、翼掌骨和脚部这几个翼龙演化的关键特征上都比悟空翼龙类更加进步,系统发育分析也支持这一观点。相比德国发现的未命名类型,斗战翼龙在尾部表现更为原始,系统位置也较德国未命名类型更加原始。斗战翼龙的发现和研究使得从“喙嘴龙类”—悟空翼龙类—斗战翼龙—德国未命名类型—翼手龙类这样一个翼手龙类起源和演化的链条更加完整清晰。

这件翼龙标本之所以叫斗战翼龙,也是基于翼龙的演化进程的。

在翼手龙亚目起源的过程中,悟空翼龙类最早在头部向翼手龙类开始发生演化,而斗战翼龙首次在头后骨骼方面向翼手龙类开始演化,所以斗战翼龙是悟空翼龙类演化的下一个阶段。孙悟空在《西游记》中千变万化,这才有了悟空翼龙这个名字,代表了两大类翼龙之间发生变化的环节,而孙悟空历经磨难,最后被封为斗战胜佛,也正是代表了斗战翼龙是悟空翼龙类演化的下一个环节。

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超震撼!遥感卫星图像里的博鳌及海南

图/文:中国遥感卫星地面站卫星数据深加工部

三月的博鳌亚洲论坛,吸引了全球的目光。春天的海南岛,以开放的姿态迎接论坛、拥抱世界。

本期,中国遥感卫星地面站卫星数据深加工部的小伙伴利用高分一号、二号卫星数据,制作完成一组海南岛的美图。让我们一起来欣赏~

首先,我们当然要来看看博鳌亚洲论坛永久会址的卫星遥感图片:

看不清?

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还是看不清?

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有一点清楚了~

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这次总算看清楚了~

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每年的博鳌亚洲论坛年会就在这里举行,早在2008年,这里便被评为国家4A级旅游景区。

看完博鳌,让我们再来看看整个海南岛。

前方高能,一大波美图来袭!

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印开蒲:Ta的美,曾令西方折服~

作者:印开蒲(中国科学院成都生物研究所)

编者按:

它是许巍歌中哼唱的蓝莲花,是开在第三极的“荒野丽人”,是西方“植物猎人”爱不释手的美丽身影,它是绿绒蒿。

 

每到夏秋之季,被誉为“世界屋脊”的青藏高原百花盛开,而在这些纷繁众多的美丽高山花卉中,最能代表青藏高原地质历史和环境演变的,就是有着“荒野丽人”之称的“绿绒蒿”。

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绿绒蒿中之一——总状绿绒蒿(Meconopsis  horridula  var.racemosa)

与青藏高原一起成长的绿绒蒿

相信到过青藏高原的旅游者,在高山灌丛和草甸中第一眼瞥见绿绒蒿时,惊奇和喜悦会油然而生,感叹在这被称为“生命禁区”的苍凉荒野大地上,竟然也会生长出如此艳丽的花朵。

绿绒蒿属的植物,花茎亭亭玉立,花冠硕大,色彩艳丽,惹人眼球,是青藏高原上最著名的观赏花卉之一。

根据最新发表的专著,罂粟科的绿绒蒿属植物全世界约有79种,约有80%的种类产于中国,主要分布于四川西部、云南西北部、西藏东部以及青海和甘肃南部,从海拔3000米的高山灌丛草甸到5500米的高山流石滩地带,到处都可以看到它艳丽的身影。

其实,绿绒蒿属植物的发生和发展与喜马拉雅山脉的隆起有着直接的联系。

在距今1000万年~2000万年前的地质年代第三纪,喜马拉雅造山运动进入高潮,南亚印度板块迅速向北飘移,并俯冲于欧亚板块之下,使该地区地壳发生强烈褶皱隆起与断裂,形成了今天的青藏高原。

也由于200万年以来的第四纪,造山运动更为强烈,使这里成为地球上海拔最高的陆地。

一方面,喜马拉雅造山运动使中国西南部地区的地貌格局变得山川纵横,成为第四纪期间发生的三次冰川的庇护所,很多古老的生物种类在这一地区得以保存。

另一方面,在青藏高原隆起过程中,更多的生物种类则是不断地改变自身的生物学形态,去适应环境的变化,绿绒蒿属植物就是其中之一。

分布于喜马拉雅高山地带的,随着海拔的升高,为适应高原上气候寒冷、干旱和大风的环境,通过一系列外部形态的改变,如花冠的结构和颜色、植株的高度,主根变得粗状、肥厚,茎和叶片上生长密被绒毛等,来应对环境的变化。

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五脉绿绒蒿(Meconopsis quintupliner

研究也表明,在青藏高原地区的绿绒蒿,会随环境变化向两个分支演化。

一支向大花绿绒蒿演化,从云南东北部水平延伸至喜马拉雅山南坡的尼泊尔;而另一支向锥花绿绒蒿演化,沿西藏南部向西分布,锥花绿绒蒿又向总状绿绒蒿和花茎绿绒蒿演化,形成了川西绿绒蒿和长果绿绒蒿。

随后,长果绿绒蒿演化出了具盘绿绒蒿,这些种类的分布区域在向西和西北发展的同时,其生长的环境逐渐向高海拔的灌丛、草甸甚至高山流石滩地带发展,有的种类直逼5000米以上的雪线。

上世纪七八十年代,研究人员在海拔5000米靠近雪线的流石滩地带,发现了多种绿绒蒿和水母雪莲、绵参、红景天等高山植物共同生长在乱石缝中,尤以绿绒蒿最为抢眼,似乎对来自四周的“暴力”不屑一顾,展现出旺盛的生命力。

长期以来,在世界各国热爱花卉的人心目中,绿绒蒿几乎成为地球“第三极”青藏高原上空气稀薄荒野的象征。

征服西方的东方之花 

其实,绿绒蒿从中国西部引种到西方已有100年的历史。

1860年第二次鸦片战争以后,许多外国传教士相继来到中国西部,在传播福音之余,另一项重要工作是植物采集。随后,一批专业的“植物猎人”被派到中国西部收集奇花异卉,绿绒蒿便在此时被带入了欧洲园林。

1889年~1890年,英国自然科学家普拉特(A.E.Pratt)两次进入四川康定和泸定县贡嘎山地区,首次向西方介绍生长在青藏高原的黄花全缘叶绿绒蒿介绍给西方,被西方人称之为“黄罂粟”

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全缘绿绒蒿(Meconopsis integrifolia

普拉特在日记中描述:“黄色罂粟花在阳光照射下会发出绸缎般炫目的色彩”,这让狂热的西方花卉爱好者感到了一种难以忍受的诱惑。

1903年,另一名23岁的英国“植物猎人”欧内斯特·亨利·威尔逊(Ernest Henry Wilson)被维奇园艺公司派到中国西部,此次目的便是收集可供栽培的全缘叶绿绒蒿的种子。

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欧内斯特·亨利·威尔逊(Ernest Henry Wilson)

在这以前,1899年~1902年期间,威尔逊已经到过中国一次,并成功收集了包括珙桐在内的2600种植物,让他在西方园艺界渐露头角。

1903年3月22日,威尔逊乘坐蒸汽轮船到达上海市,与早已在此等候多日的宜昌市朋友汇合,这些人是几年前曾陪同他在中国收集植物的忠实助手。

当时,从四川内地雅安到藏区康定市,每年数以千吨的茶叶、盐、布匹等必需品全靠人背,然后再将藏区的羊毛、兽皮和药材背回内地,背夫身负的重量,少则50公斤,多的重达140公斤。

在空气稀薄的高原上,他们每走几十上百米,就要用打杵支撑着背夹歇上一会儿,随后又继续上路。威尔逊曾经在日记中写道:“这真是一项残忍的劳动。”

历尽艰辛,威尔逊于7月14日到达了位于康巴藏区东部的古城打箭炉,也就是今天四川甘孜藏族自治州的州府所在地康定市。

之后,威尔逊一行缓慢地继续向高处前进,由于高山缺氧,每走几步就必须停下来喘一口气,终于在海拔3300米一处开阔的地带,他一眼就看见了一株正在盛开的黄色罂粟花。

威尔逊在日记中写到:“由绿绒蒿、银莲花、报春、龙胆、翠雀花、点地梅、兰花、千里光、鸢尾、百合以及色彩多样的马先蒿组成的地毯,就像色彩华丽的彩虹,高山草地以其迷人的风光凝聚着人们的目光。”

在成功完成了对全缘叶绿绒蒿的收集之后,威尔逊决定前住四川西北部的松潘,去收集另一种开红花的绿绒蒿,——在离开英国前夕,他曾经在皇家丘园的标本馆看到过这种绿绒蒿的干燥标本。8月10日,他从成都出发,经都江堰,沿着岷江河谷溯源而上,于8月27日到达了川西北重镇松潘古城。

1903年8月30日,在5个士兵的护卫下,威尔逊从县城北门出发,离开古镇向山里进发。一路上他向当地人打听这种开红花的草本植物,但当地人似乎对他心存戒心而闭口不谈。

当晚住在一个简易的民房内,屋内两个火堆发出的浓烟薰得他睁不开双眼,并差点让他窒息而死,好不容易熬到天亮,第二天又继续寻找,终于在距县城30英里处见到了梦寐以求的红花绿绒蒿。

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红花绿絨蒿(Meconopsis punicea

他在日记中满怀深情地写到:“1903年8月31日,在海拔11000英尺地带,在灌木丛生的大草原上,我最先发现了它——我的红色罂粟花绊住了我,仿佛要我验证它的身份,它就是我要寻找的植物情侣”。

20世纪苏格兰植物学家乔治·泰勒(George Taylor)也曾经这样描述红花绿绒蒿:“没有哪一种植物能够像它这样享有最高、最奢华的名号。凡是能一睹其自然风釆的人,看见它们用斑斓的色彩装饰着四周的小灌丛时,都会歌颂它们一番。所有初次邂逅这种花的人都会因它而发狂”。

此后,威尔逊在四川西部收集了多刺绿绒蒿、川西绿绒蒿、五脉绿绒蒿、总状绿绒蒿等,并成功让其在西方的花园之中盛开,在大洋彼岸获得了“华丽美人”的誉称。

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川西绿絨蒿(Meconopsis henrici

自从威尔逊在四川松潘成功引种了红花绿绒蒿后,他先后3次来到这里,对这座中国西部边城留下了深刻的印象,产生了十分依恋的情怀,1910年8月25日,当他即将离开松潘返回成都时,他在日记中写到:“如果命运要我留在中国西部,我将选择松潘而不是其他地方”。

从1899年~1918年,威尔逊一共5次来到中国,其中4次到中国西部,将65000份植物标本(包括4700种植物)和1500多种植物种子带回西方,为东西方科学文化交流和西方园艺的发展做出了巨大贡献,被西方称为“打开中国西部花园的人”和“中国的威尔逊”。

愿她永远盛开在青藏高原

除了观赏价值外,绿绒蒿在藏族历史文化长卷里,有着更为重要的意义。

在藏传佛教中,度母是观世音菩萨的化身,其中最重要的两个化身为绿度母和白度母。在藏区寺庙墙壁绘制的唐卡上,度母手中都会拿着一枝花,这便是被称为来自天上的仙草“八瓣莲花”。

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手持“八瓣莲花”的白度母(图片来自网络)

然而高原上并没有莲花生长,经过仔细观察,研究人员发现度母手中仙草的花瓣和叶片,形状都和绿绒蒿极为相似。

1997年,研究人员开始追寻“植物猎人”威尔逊的足迹,从湖北西部神农架到四川西部高原,通过威尔逊当年拍摄的照片图像以及他对沿途动植物和景观的文字描述,并结合现实的情况相对比,研究该地区100年来的环境变化,并发现,这些地区植物的数量正在逐渐减少。

以绿绒蒿为例,1908年6月24日,威尔逊在翻越汶川和小金两县交界处的巴郎山垭口时,他对绿绒蒿是这样描述的:“在海拔11000英尺以上,华丽的全缘叶绿绒蒿盛开着巨大、球形、内弯、亮黄色的花朵,在山坡上盛开,延绵好几英里。千万朵无与伦比的绿绒蒿,2英尺-2.5英尺高的茎秆耸立于其他草本之上,呈现出一派壮观的景象。”

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全缘绿绒蒿花特写

而100年后,当研究人员来到这些地方,情况已发生了明显变化,绿绒蒿的数量已大不如从前,任何一位专业或业余的旅行者,恐怕都难以用威尔逊当年使用过的词汇来形容他们看到的景象了。

造成绿绒蒿数量减少的原因有多种。

第一,近几十年全球气候的变化加剧,植物的生长环境发生改变,它们短期内还难以适应;第二,草场过度放牧,牛羊的踩踏对花卉植物的生长也造成一定影响;第三,随着西部地区交通条件的改善,往日的茶马古道上,游客数量激增,尤其是自驾车游客,较旅行团有更多的机会接近自然,一部分人环境意识薄弱,习惯釆摘野花拍照,而绿绒蒿又最为惹眼,首当其冲受损;第四,绿绒蒿是藏药配方中不可缺少的药材,有30多个配方都要用到。藏医认为绿绒蒿具有清热、解毒、利尿、消炎的功能,用于治疗肝脏和肺部疾病,藏药产业的发展对绿绒蒿的需求量不断增大,从而被大量采集。

面对上述诸多复杂的不利因素,我们还有能力去挽救这些正在消失的“仙草”吗?

答案是应该肯定的。

遵循人与自然和谐发展规律,自然资源的可持续利用,是解决上述问题的有效途径,研究人员根据多年的观察和研究,也可以相应采取有针对性的措施。

应对全球气候变化,我们可以从自身每一件小事做起,节约资源,减少碳排放。过度放牧的问题,各级地方政府可以通过调整产业结构、加大生态保护资金投入进而解决。

减少和杜绝游客对花卉植物的损伤,可以通过加强景区管理、提高全民环境意识来解决。减少藏药对野生资源的依赖,可以将原料由釆集野生变为人工栽培。

作为游客,我们也可以为绿绒蒿的保护和发展贡献一份力量。

当我们秋天来到西部地区,在野外看到成熟的绿绒蒿果实时,可以打开果实外壳,取出壳里像芝麻般大小的种子,均匀地撒播在绿绒蒿植株的附近地上,无须覆盖泥土。

这样,几年后当你再次来到这里,会惊喜地发现,这里已经变成了一小片花海,这里必须提醒大家:千万别把绿绒蒿种子带回家。离开高原,在低海拔和高温、富氧的地区,专业园艺家也不容易让绿绒蒿成活。

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让我们共同关心绿绒蒿的未来,愿它永远盛开在青藏高原。

(原文见于《森林与人类》2016年第4期,中科院成都生物所供稿,科学大院发布时有删减和修改)二维码

钱学森院士:技术科学的研究之路

作者:钱学森(中国科学院院士)

在《“分分合合”的三类科学》一文中,我们介绍了现代科学分为自然科学、技术科学和工程技术三类。而其中,说起技术科学,可以说它是自然科学和工程技术的综合,但也有不同于自然科学,不同于工程技术的地方。

“数学”——研究技术科学的工具

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因为技术科学是工程技术的理论,有它的严密组织,研究它就离不了作为人们论理工具的数学。

这个工具在技术科学的研究中是非常重要的,每一个技术科学的工作者首先必须掌握数学分析和计算的方法。也正因为如此,某一些技术科学的发展,必定要等待有了所需的数学方法以后才能进行。

例如,近几十年来统计数学的成就就使得好几门技术科学(如控制论和运用学) 能够建立起来,所以作为一个技术科学工作者,除了掌握现有的数学方法以外,还必须经常注意数学方面的发展,要能灵敏地认出对技术科学有用的新数学,快速地加以利用。

作为一个技术科学工作者也要不时对数学家们提出在技术科学中发现的数学问题,求得他们的协助,来解决它,这样看来,技术科学与自然科学各部门的研究没有什么大的差别。

但是实际上技术科学中的数学演算一般要比自然科学多,数学对技术科学的重要性也就更明显些。

也因为技术科学中数学计算多,有时多得成了工作量中的主要部分,这使得许多技术科学的青年工作者误认为数学是技术科学的关键。

而他们忘了,数学只不过是一个工具,到底不过是一个“宾语”’,不是“主语”。

因此我们可以说:一件好的技术科学的理论研究,它所用的数学方法必定是最有效的;但我们决不能反过来说,所有用高深数学方法的技术科学研究就都是好的工作。

认识问题才能更好的解决问题

我们在前面已经说过:数学方法只是技术科学研究中的工具,不是真正关键的部分。

那么,关键的是什么呢?

技术科学工作中最主要的一点是对所研究问题的认识。只有对一个问题认识了以后才能开始分析,才能开始计算。

但是什么是对问题的认识呢?这里包含确定问题的要点在哪里?什么是问题中现象的主要因素?什么是次要因素?哪些因素虽然也存在,可是它们对问题本身不起多大作用?

要能做到这一步,我们必须首先做一些预备工作,收集有关研究题目的资料,特别是实验数据和现场观察的数据,把这些资料印入脑中,记住它,为做下一阶段工作的准备,下一个阶段就是真正创造的工作了。

创造的过程是:运用自然科学的规律为摸索道路的指南针,在资料的森林里,找出一条道路来,这条道路代表了我们对所研究的问题的认识,对现象机理的了解,也正如在密林中找道路一样,道路决难顺利地一找就找到,中间很可能要被不对头的踪迹所误,引入迷途,常常要走回头路。

因为这个工作是最紧张的,需要集中全部思考力,所以最好不要为了查资料而打断了思考过程,最好能把全部有关资料记在脑中,当然,也可能在艰苦工作之后,发现资料不够完全,缺少某一方面的数据。

那么为了解决问题,我们就得暂时把理论工作停下来,把力量转移到实验工作去,或现场观察上去,收集必需的数据资料。

所以一个困难的研究题目,往往要理论和实验交错进行好几次,才能找出解决的途径。

分析问题,建立模型是关键

把问题认识清楚以后,下一步就是建立模型。

模型是什么呢?

模型就是通过我们对问题现象的了解,利用我们考究得来的机理,吸收一切主要因素、略去一切不主要因素所制造出来的“一幅图画”,一个思想上的结构物。而这仅仅是一个模型,不是现象本身。

因为这是根据我们的认识,把现象简单化了的东西,它只是形象化了的自然现象。

模型的选择也因此与现象的内容有密切关系。同是一个对象,在一个问题中,我们着重了它本质的一方面,制造出一个模型。在另一个问题中,因为我们着重了它本质的另一面,也可以制造出另一个完全不同的模型。

这两个不同的模型,看来是矛盾的,但这个矛盾通过对象本身的全面性质而统一起来。

例如,在流体力学中,在一些低速流动现象中,空气是被认为不可压缩的,无黏性的。在另一些低速流动现象中,因为牵连到附面层现象,空气又变为有黏性的了;在高速流动现象中,空气又变成可压缩的了。

所以同是空气,在不同的情况下,可以有不同的模型,这些互相矛盾的模型都被空气的本质所统一起来。

技术科学的工作者必须要能彻底掌握这些客观规律,必须知道什么是原则上可行的,什么是原则上不可行的,譬如永动机就是不可行的,我们也可以说唯有彻底掌握了自然科学的规律,我们的探索才能不盲目,有方向,自然科学的规律是技术科学研究的指南针。

分析计算才会有最终的结果

有了模型了,再下一步就是分析和计算了。

在这里我们必须运用科学规律和数学方法,但这一步是“死”的,是推演。

这一步的工作是出现在科学论文中的主要部分,但它不是技术科学工作中的主要创造部分。它的功用在于通过它才能使我们的理解和事实相比较,唯有由模型和演算得出具体数据结果,我们才能把理论结果和事实相对比,才可以把我们的理论加以考验。

由前面所说的技术科学工作方法看来,也许有人要问:技术科学的研究方法又有什么和自然科学研究方法不同的地方呢?

我们可以说,这里没有绝对的差别,但是有很重要的相对差别。

以自然科学和工程技术来对比,工程技术里是有比较多的原始经验成分,也就是没有严密整理和分析过的经验成分。这些东西在自然科学里一般是很少的,就是因为某一问题分析还不够成熟,不可避免地含有经验成分,那也是自然科学家们要努力消除的。

但在技术科学里就不同了,它包含不少的经验成分,而且因为研究对象的研究要求的不同,这些经验成分总是不能免的。因此这也影响了技术科学的研究方法,它在一定程度上是和自然科学的研究方法有所不同的。

我们也可以从另一个方面来说,技术科学是从实践的经验出发,通过科学的分析和精炼,创造出工程技术的理论。

所以技术科学是从实际中来,也是向实际中去的。也正因为如此,技术科学工作者必须经常和工程师们联系,知道生产过程中存在的实际问题,有时一个技术科学工作者也直接参加解决生产中发生的问题,以取得实践的经验。

这样看来,一个技术科学工作者的知识面必然是很广阔的,从自然科学一直到生产实践,都要懂得。不仅知识广,而且他还必须要能够灵活地把理论和实际结合起来,创造出有科学根据的工程理论。

有了工程理论, 我们就不必完全依赖工作经验,我们就可以预见,这正如有了天体力学的理论,天文学家们就可以预见行星的运动,预告日蚀、月蚀等天文现象。由这一点看来,工程理论又是新技术的预言工具。

(内容来源于《院士谈力学》,略有删节和修改,转载请注明出处并保留下方二维码)二维码

 

当我们阅读外语时我们在阅读什么?

作者:袁杰(中国科学院心理研究所)

编者按
在世界已然成为地球村的这个时代,我们绝大多数人都需要学习或正在学习至少一门外语,虽然我们无法像《降临》中的女主角一样,因为学习了一门外(星)语便可以预知未来,但阅读外语的过程中,我们的大脑确实发生着许多有趣而丰富的故事。

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电影《降临》截图

语言学家路易斯在与外星人七肢桶(heptapods)的接触中,学会了七肢桶的非线性文字与语言,因此像七肢桶一样,拥有了预知未来的能力。——这是美国著名华裔科幻作家特德·蒋(Ted Chiang)的巅峰之作《你一生的故事》(Story of Your Life),以及据其改编的好莱坞电影《降临》(Arrival)中的故事。

在故事中,路易斯预知到了她悲剧性的未来——她的丈夫会离她而去,她的女儿也会因罕见病先她而去,但是,她却无法改变这未来;路易斯挣扎之后的选择是拥抱她悲剧性的未来,这也正是这个故事的魅力所在。

另一位作家在课堂上讲授特德·蒋的这部作品时,向学生们提出了一个问题:如果有可能的话,是否愿意学习七肢桶的语言并拥有这种能力?结果,大部分学生的回答是:不愿意,因为这种能力只能预知未来却不能改变未来。

幸好我们学习的外语不是七肢桶的语言(我们绝大多数人学习的是英语),所以我们不必面对路易斯所面临的艰难选择。那么,当我们阅读外语时我们在阅读什么呢?阅读外语时,我们是直接用外语思考呢,还是会将其翻译成母语?如果翻译的话,我们翻译的是语言的哪些部分?我们的大脑会如何处理外语中的情绪呢?

这其实是认知心理学领域的重要命题。中国青年心理学家吴燕京在英国威尔士班戈大学(University of Wales, Bangor)学习心理学时,也曾问过类似的问题。

在正式揭开上述谜底之前,我们先来认识一个认知心理学上的重要概念——N400成分

N400,语义加工与启动效应

在研究语言加工时,心理学家们给志愿者连续呈现一组一组的词对,让他们判断每组词对中相继呈现的两个词语在语义上是否相关;与此同时,在志愿者完成这项行为判断任务时,研究者们会通过脑电帽在头皮外记录他们完成任务过程中的脑电波(EEG)。

既然任务是判断词对是否语义相关,那么实验自然包含两种条件,语义相关条件(比如,“妻子”与“丈夫”)与语义不相关条件(比如,“苹果”与“桌子”)。也有研究者在句子中去操控这两个条件,比如“小明吃了苹果”属于语义正常条件,“小明吃了桌子”则属于语义违反条件。

研究者通过脑电波分析方法,分别将两种条件中所有词对的第二个词(或者句子中操控的关键词)对应的脑电波进行叠加平均,发现两种条件的脑电波在第二个词呈现大约400毫秒(0.4秒)之后都出现了一个负走向的波,即N400

负波的英文名称为Negativity,组合400毫秒的时间窗口,该成分被命名为N400。

更为重要的是,研究者们发现语义不相关条件诱发的N400波幅比语义相关条件诱发的N400波幅更大(如下图所示)。

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喇叭右侧是以声音形式播放的两种条件的句子,“约翰晚餐吃了西兰花”属于语义正常条件(黑线),“约翰晚餐吃了民主”则属于语义违反条件(红线)。左侧为戴在志愿者头顶的脑电帽,采集到的EEG数据经过放大器与数据处理,得到中央的N400成分波形图,右侧为N400效应在大脑头皮上的分布图,颜色越深代表N400效应越大。中央的蓝色竖线为关键词的起始点,横轴为时间,单位为毫秒;纵轴为脑电波的电压值,单位为微伏。心理学家们大多习惯将负值朝上,正值朝下。这种方法被称为事件相关电位(ERP)。

这一结果表明,志愿者们在看到词对的第二个词400毫秒之后,就完成了对语义相关条件与语义不相关条件的区分——语义的违反诱发了大脑更强的神经反应;换言之,我们的大脑阅读词汇时,在400毫秒左右就完成了语义加工的任务,获知了词语的语义信息

采用类似的方法,心理学家们还发现我们的大脑在170毫秒左右完成了人脸加工的任务(N170),在600毫秒左右完成了语法加工的任务(P600,600毫秒左右出现的正波)。

N400成分除了与语义加工有关,还被发现与无意识的启动效应有关。一组词对中的两个词语如果完全相同,第一个词语的出现会促进人们对第二个词语的加工,这种促进效应就被称为启动效应。

好了,介绍完相关概念后,我们进入正题。

阅读外语时,母语对我们做了什么?

当我们阅读外语时我们是否会将它翻译成母语?熟练掌握一门外语的双语者在阅读外语时,是像电影《中国合伙人》教给学生的那样直接“用英语思考”,还是会受到母语无法磨灭的影响呢?

这是吴燕京问的第一个学术问题,同时也是心理学界一直存在争论的一个问题。吴燕京在其导师纪尧姆·蒂埃里(Guillaume Thierry)教授的指导下,开始了对这个问题漫长的探索之旅。

吴燕京想到了一个十分精巧的实验方法来研究这个问题。他正是在上面我们介绍的与N400成分有关的这两项心理加工过程的基础上,设计出了他的实验方法。

像经典的N400实验一样,他给在英国留学的中国留学生志愿者观看一组一组的英文词对,同时记录他们的脑电波。志愿者们需要完成的任务也是判断词对的语义是否相关。

由于这个任务是告知了志愿者的,显露在外,因此被称为外显任务。吴燕京的实验方法精巧之处在于,他还设计了一个内隐的因素,也就是志愿者不知道的因素。这个因素就是英文词对中的两个词语翻译成中文后,是否包含相同的汉字。

比如,Post-Mail(邮政-邮件)与Wife-Husband(妻子-丈夫)词对都属于语义相关条件,Train-Ham(火车-火腿)与Apple-Table(苹果-桌子)词对都属于语义不相关条件。同时,Post-Mail与Train-Ham翻译成中文后都分别共享一个汉字(邮与火),Wife-Husband与Apple-Table翻译成中文后则都没有共享的汉字。

当然,有人可能会说,Wife-Husband也可以翻译成“老婆-老公”呀,这样就共享一个“老”字了。这是个好问题,翻译的确不是唯一的;不过由于每种条件都包含40组这样的词对,这种个别的特殊情况通常对平均的实验结果影响甚微。此外,该实验还包含英语单语者志愿者作为对照组,他们毫无中文学习经验。

而关于对实验结果的预期,首先语义相关性这个外显因素的经典N400效应必须出现,那就是相比语义相关条件,语义不相关条件诱发的N400成分波幅要更大,否则就说明实验的基本操控是失败的。实验预期中更关键的是,“翻译成中文后是否有汉字重复”这个内隐因素是否也会出现N400效应。

如果熟练双语者在阅读外语词语时,不会将词语翻译成中文,而是直接“用英语思考”,那么英文词对翻译成中文后有汉字重复与没有汉字重复这两种条件应该在N400成分上没有区别,因为双语者不将其翻译成中文,所以这个内隐因素的操控就应该是无效的。

但是,如果熟练双语者在阅读外语词语时,会同时将词语翻译成母语,那么英文词对翻译成中文后有汉字重复(简称汉字重复条件)与没有汉字重复(简称无汉字重复条件)这两种条件就应该在N400成分上产生差异了,也就是应该产生启动效应。像语义无关条件一样,无汉字重复条件将应该比汉字重复条件诱发波幅更大的N400成分。

阅读图片来源:poppur

情况都介绍清楚了,那么,最终的实验结果究竟是怎样的呢?

首先,实验在双语者中发现了外显因素语义相关性的N400效应,说明实验的操控是有效的。

但是遗憾的是,在总体上该实验没有发现内隐因素汉字重复性的N400效应。不过,研究还是发现了部分的效应,那就是在特定情况下无汉字重复条件与汉字重复条件在N400成分上出现了差异。

具体而言,当英文词对语义相关时,翻译成中文后有无汉字重复在N400成分上没有差异,也就是英文词对没有被翻译成中文,比如“Post-Mail”与“Wife-Husband”;只有在英文词对语义不相关时,有无汉字重复才出现了差异,比如“Train-Ham”(火车-火腿)与“Apple-Table”。

这个差异主要表现在类似“Train-Ham”的条件N400波幅最大,因为这些语义无关但翻译成中文后却又有重复汉字的词对让双语志愿者的大脑甚是疑惑,于是产生了最大的N400神经反应。

这一结果部分地回答了吴燕京提出的问题,那就是在特定条件下,熟练双语者会在阅读外语时将其翻译成母语,而在有的条件下母语并未在阅读外语时被激活。

这个结果虽然不那么尽如人意,但是也同样具有学术价值;2004年,这项研究的论文发表在学术期刊《神经报告》(NeuroReport)上。

这并不是故事的结束,恰恰相反,好戏才刚刚开始。

吴燕京没有止步于此,他相信双语者阅读外语时会激活母语,而且无需依赖特定的条件;他同样相信,经过努力,自己可以用实验证据证明这一点。

阅读外语时,母语的影响是普遍的还是特殊的?

认知心理学的精髓在于实验操控,没有得到预期的实验结果,原因很可能是实验操控不够精细。作为第一项研究,实验操控存在这样或那样的问题,几乎在所难免。

吴燕京一一找出了这些不够精细的地方。具体而言,实验材料的选取主要存在三个问题:英文词对的词性不统一,既有实词也有抽象词,比如,Novel-Violin(小说-小提琴);汉字重复条件的某些词对翻译成中文后重复汉字出现的位置不一致,重复汉字可能出现在一个词的词首,却出现在另一个词的词尾;英文词对中的词语翻译成中文后词长不固定,比如,小说-小提琴,词语既有两个字的也有三个字的。

针对这三个问题,吴燕京重新选取了一批实验材料,保证所有词对的词性一致,都是实词;保证英文词对翻译成中文后重复汉字出现的位置一致,要么都在词首,要么都在词尾;保证英文词对翻译成中文后词长一致,都是双字词。

此外,吴燕京还将每个条件中的词对数量从40组增加到50组;而且新的研究既包含视觉版,还包含听觉版。更为重要的是,新研究还包含了一组中文单语者志愿者作为对照组,给他们呈现的实验材料不再是英文词对,而是翻译成中文之后的中文词对。

果然,新的研究在双语者中既发现了外显因素语义相关性的N400效应,也发现了内隐因素汉字重复性的N400效应。

该研究结果表明,熟练双语者阅读外语时会激活母语,而且不依赖于特定的条件。同时,由于志愿者的行为反应数据并未发现内隐因素的效应,该效应仅出现在脑电波数据中,因此双语者阅读外语时将其翻译成母语的过程是无意识的

阅读

志愿者的主观意识是不知晓这个翻译过程的,于是吴燕京将这个过程称为“无意识翻译”。换言之,新的研究不仅回答了我们阅读外语时是否会将其翻译成母语这个问题,而且还超乎预期——新研究不仅发现会翻译成母语,而且翻译的过程是无意识的。

2007年,新研究的论文以封面文章的形式发表在著名的期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。

阅读外语时,我们翻译成母语的究竟是什么?

近乎完美地回答了第一个问题之后,吴燕京继续提出了第二个问题。我们阅读文字时,会看到文字的字形,会获知文字的语义,还会知晓文字的读音。那么,既然我们阅读外语时会将其翻译成母语,我们翻译的究竟是语言的哪一部分呢?是字形,是语义,还是语音呢?吴燕京继续“打破砂锅问到底”。

他在上述实验方法的基础上,对实验设计进行了调整,将上述两项研究铸就的利箭一分为三,一箭三雕,分别瞄向字形、语义与语音。

当然,严格来说,应该还是一箭双雕,语义这个因素是需要排除在外的。因为无论是外语,还是母语,不同的语言只是形式,语义概念都是相同的;不管是Apple,还是苹果,指的都是亚当夏娃在伊甸园里偷吃的禁果,都是传说砸中牛顿脑袋的那个水果,都是传说毒死图灵的那枚毒果,都是乔布斯“咬”了一口的那个水果。

而且,对于双语者而言,语义是两种语言联接的结点,外语和母语都能激活这些语义结点;我们学习外语时,正是希望在字词句篇章等多个水平上夯实这些结点。

回到实验设计上来,吴燕京依然给熟练双语者呈现英文词对,依然让志愿者完成词对语义是否相关的外显任务,英文词对依然包含语义相关与语义无关两种条件,依然预期外显的语义相关性出现N400效应。

而且,语义相关条件仅仅只在语义上相关,翻译成中文后既无语音的重复,也无字形的重复,比如,Heaven-Hell(天堂-地狱);作为对照条件的语义无关条件则在以上所有因素上均不相关,比如,Sports-Wealth(体育-财富)。

这项研究的精彩之处在于,他还设计了两个内隐条件。一个内隐条件是英文词对翻译成中文后某个汉字读音相同(简称语音相同条件),而且也仅只读音相同,比如,Experience-Surprise(经验-惊讶);另一个内隐条件是英文词对翻译成中文后某个汉字共享字形(简称字形相同条件),而且仅只共享字形,比如,Accountant-Conference(会计-会议)。

值得提醒的是,这两个内隐条件中的词对都是语义无关的;因此,对于完成语义判断任务的志愿者而言,该研究中语义相关与语义无关的真正比例是1:3,而非前两项研究中的1:1。

语音相同条件与对照条件的对比,可以考察我们阅读外语时翻译到母语的是否是语音;字形相同条件与对照条件的对比,考察的是我们阅读外语时翻译到母语的是否是字形。如果这两个条件的N400波幅小于对照条件的波幅,则说明我们阅读外语时将语音或者字形翻译成了母语。

研究首先发现了外显的语义相关性的N400效应;更为重要的是,研究还发现语音相同条件诱发的N400波幅小于对照条件的N400波幅;而字形相同条件与对照条件在N400成分上却毫无差异。

结果表明,当我们阅读外语时我们翻译到母语的是语音。换言之,当我们阅读外语时我们在阅读什么?答案是,当我们阅读外语时我们同时听到了来自母语的召唤声。

2010年,这项研究的论文发表在神经科学领域的旗舰期刊《神经科学杂志》(The Journal of Neuroscience)上。

阅读外语时,我们如何处理不同的情绪?

以上三项研究选取的实验材料都是中性情绪的英文词汇,而人类的喜怒哀惧等丰富的情绪在几乎所有语言中都普遍存在。那么,我们阅读不同情绪的外语词汇并将其翻译成母语时,是会区别对待,还是一视同仁呢?

这是吴燕京问的第三个问题,他选取了三类最普遍的情绪,积极情绪,消极情绪,以及中性情绪。同样地,他这一次也对实验方法进行了微调。

阅读苹果 图片来源:昵图网

不变的是,他依然给熟练双语者呈现英文词对,依然让志愿者完成词对语义是否相关的外显任务,英文词对依然包含语义相关与语义无关两种条件。一个变化在于,语义相关条件这次仅作为填充条件,比如,Love-Rose(爱情-玫瑰),但是不再参与实验分析;另一个重要的变化在于,除了作为对照条件的语义无关条件,比如,Weather-Gender(天气-性别),还包含积极情绪条件(Honesty-Program,诚实-程序)、消极情绪条件(Failure-Poet,失败-诗人),以及中性情绪条件(Aim- Carpenter,目标-木匠)。

不难发现,这三种情绪条件都是在上一项研究结论的基础上设计的,英文词对翻译成中文后都是语音相同;如果这些条件的N400波幅小于对照条件的波幅,则说明我们阅读外语时将相应条件的情绪词汇翻译成了母语。

三种情绪条件分别与对照条件进行对比,可以分别考察我们阅读外语并将其翻译成母语时对三种不同情绪词汇的翻译情况是否相同。研究发现积极情绪条件与中性情绪条件诱发的N400波幅都小于对照条件的N400波幅;而消极情绪条件与对照条件在N400成分上却毫无差异。

结果表明,当我们阅读外语时我们选择性地将积极情绪与中性情绪词汇翻译到了母语,而将消极情绪词汇挡在母语的门外,留在了外语世界里

一方面,消极情绪,比如恐惧,对我们人类的生存与进化至关重要;但是,另一方面,消极情绪词汇,比如暴力,也会对我们产生消极的影响。

有研究发现,母语跟我们自身的心理距离更近,外语的心理距离更远。当各种情绪以外语呈现时,我们如果将消极情绪翻译成母语,那么消极情绪的影响就被扩大了;为了保护我们免受消极情绪的影响,我们的大脑自动地将消极情绪挡在了母语的门外,只将积极情绪与中性情绪请了进来。

2012年,这项研究的论文也发表在《神经科学杂志》。

这一发现也与我们的日常生活经验相吻合。有些人想说一些羞于启齿的话时,比如情话或者脏话,为了减轻这些话对自己造成太大的心理压力,他们选择用外语说出这些话,比如“I love you !”

不同国家的“我爱你”

该发现还与一项于2015年发表在《皮层》(Cortex)杂志上的研究具有逻辑上的一致性。

《皮层》的研究是让熟练掌握英语的德语志愿者阅读分别以德语和英语呈现的《哈利·波特》片段,同时采用功能性磁共振成像技术(fMRI)扫描志愿者的大脑神经活动。这些片段也分为积极、消极与中性三种情绪。

该研究发现,志愿者以母语阅读《哈利·波特》片段时,相比中性情绪条件,快乐情绪条件激活了大脑的情绪加工网络,包括著名的杏仁核(amygdala);而在外语条件下,快乐情绪的激活消失了。

进一步的多体素模式识别(MVPA)分析发现,由母语内容激活的大脑信号训练的模型对三种不同情绪状态的分辨能力也比外语条件下的分辨能力更强。这种MVPA方法的另一个名字更著名,那就是“读心术”或者“读脑术”。

这项研究也支持了母语跟我们自身心理距离更近这一观点,我们的大脑对以母语呈现的小说中的积极情绪反应更强烈

在吴燕京的最后一项研究中,如果双语者将消极情绪词汇翻译成母语,我们大脑的反应可能也很强烈;为了避免强烈的消极情绪可能造成的消极影响,在可以选择的情况下,我们的大脑将其拒之门外。

阅读外语时,我们的道德标准会变化吗?

一个经典的道德两难问题是,你站在铁轨上方的桥上,正在驶来的火车即将撞死铁轨上的5个人,而你身前有1个胖子;如果你将胖子一脚踹下去,胖子掉在铁轨上会挡住

一孕傻三年?核磁共振表示:你想多了!

作者:徐娟芳(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)

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我们常听人说一孕傻三年,意思是当女性怀孕后,记忆力会有衰退的迹象,常常丢三落四,通常我们叫此为“孕傻”或“婴儿脑”状态。不过,这种说法有科学依据吗?

之前有很多关于怀孕对认知功能的研究,但基本都是从激素的角度来解释怀孕的影响,以人脑为观测对象开展深入研究,此前几乎没有先例。

灰质、海马体减少,然后呢?

前不久,荷兰莱顿大学神经学家Elseline Hoekzema等在Nature 的子刊Neuroscience上发表了一项研究成果,希望改变这种局面。

Hoekzem等人使用磁共振成像技术,对初次怀孕并生育的25名女性进行脑部扫描:首先是怀孕前,然后是在其生完孩子3周和几个月后。

为了排除其他因素的干扰,研究人员还对20名未怀孕且未生育过孩子的女性,19名初为人父和17名没有孩子的男性进行了脑部扫描。

然后,研究人员开始利用计算机对磁共振扫描结果进行灰质分析。

他们发现,无论是自然受孕还是体外受精而怀孕,只有初为人母者才会出现灰质减少的现象。

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怀孕后大脑灰质变化(图片来源:nature)

这难道就是“一孕傻三年”的证据?没那么简单!

灰质体积萎缩不代表着这会导致孕妇智商和记忆力的降低。该研究也没有发现怀孕妇女和未怀孕妇女在记忆上有明显的差异。

原来,虽然怀孕期间宝妈大脑中处理及回应社交信号的区域灰质面积有所缩减,但其实这并不是坏事,该部分区域与妈妈们生产后响应自己宝宝需求的区域几乎重合,这表明,脑结构的这种变化,或许是为了让初为人母者脑相关区域能更高效地运作,以更好地回应宝宝的需求并及时察觉到周围环境中的威胁因素。

事实上,通过磁共振成像扫描,再利用计算机进行分析,可以百分之百地判定女性是否怀孕过。

除了灰质的变化,怀孕期间主要负责记忆的海马体也会产生类似的变化,并且,这些变化至少会持续两年。看起来跟“一孕傻三年”在时间上倒是很接近嘛。

在后续的跟踪研究中,Hoekzem等人发现,两年后,参与实验的25位母亲中的11位,在没有再次受孕的情况下,其脑部磁共振成像扫描结果显示,她们孕期失去的灰质并没有补回来,而海马体基本恢复。

脑容量下降,认知水平下降?

除了灰质和海马体变化容易引起误会外,对于怀孕对认知的影响,人们可能还存在很多的理解误区。

比如:英国的奥特利基博士和他的同事们研究发现,女性孕期脑容量会降低4%,这个发现经常会被误认为是变“傻了”的证据。

实际上我们要清楚,脑细胞的记忆功能并不是由脑容量起决定性作用的,而是由代表记忆作用的神经细胞起决定作用的。

另外,美国科学家格林也曾做过对比试验:选择254名孕产妇和48名未曾生育的女性,分阶段测试了她们的记忆力。结果发现,孕产妇在听声音记词的测试中略处下风,但在记数列和人脸的测试中两组女性不分高下。

这个研究结果充分显示无论在短期还是长期的认知水平上,怀孕并不会给女性带来明显变化。

以上的研究结果都不能表明怀孕会变傻,所以,宝妈们和家里有宝妈的,不贸然否定,不跟风盲从,才是科学的魅力。

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如何get到一个“天文数字”?

作者:王铮(中国科学院国家空间科学中心)

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哈勃空间望远镜观测制成的NGC 2683星系图(图片来源:美国航天局NASA)

我们都知道,太阳与地球之间的距离非常遥远(虽然它是距离我们最近的恒星),遥远到什么程度呢?地球的平均直径是12,742.02公里,太阳的直径大约是地球的109倍,而太阳到地球的距离大约是地球直径的1万2千倍。

想象一下,如果我们把地球和太阳放置在一个足球场大小的空间里,并且把太阳看作一张常见的1米宽的书桌的话,那么我们从太阳这边看过去,地球就相当于这个足球场另一端的一个指甲盖。

按照这个比例,八大行星的边缘海王星与太阳的距离大约要30个足球场那么长,同样按照这个比例,离太阳最近的恒星比邻星到我们的距离则大概是走了地球赤道的3 / 4那么远,而我们可以观测到的宇宙的尺度是到比邻星距离的上亿倍。

宇宙浩瀚,天文上动辄就是如此大的数值,难怪会有“天文数字”的说法了。

我们常说到的“光年”就是这样一个货真价实的天文数字,它表示的是光在宇宙真空中沿直线传播一年所经过的距离,光的速度非常快,一秒钟就能行进大约30万公里,并且还是恒定不变的,所以1光年就是9460730472580800米。

这是一个什么概念呢?举例来说,我们常见的民航飞机的速度大约是每小时885公里,也就是说,坐飞机飞行1光年需要大约122万年的时间。

这个距离太大了,我们不可能有这样的尺子去实际量一量,或者开着汽车计算一下轮胎转了多少圈。

那么,我们常听说外太空的星系、星球距离我们多少多少光年,这么“天文数字”的距离是怎么计算出来的呢?

测量宇宙的方法之视差法

1938年,德国天文学家贝塞尔发表了一种测量恒星到地球距离的方法,一直沿用至今。

他用照相的方法先记录恒星相对于其周围恒星的位置,然后6个月之后,再用照相的方法记录该恒星的位置,而此时的地球已经绕着太阳运行到了轨道的另一侧,相当于位置相差了2个日地距离,这个距离虽然在茫茫宇宙中并不大,但在我们所能感知的范畴内却已经是非常远的距离了。

如果用我们的眼睛去看一颗距地球100光年之内的恒星,此时相对于背景更为遥远的恒星,这颗恒星会发生显著的移动,这是因为我们在地球轨道的另一端以稍微不同的角度观察它,没看明白?没关系,下面的示意图表示的就是这种关系,结合着图来看,是不是就理解了?如图中所示,我们把所观测恒星的这种移动称为视差。

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视差法计算恒星到地球的距离

在图中我们近似的画三角形,地球到太阳的距离称为一个天文单位,此时可以计算天体到太阳的距离d,因为这个距离非常非常远,比地球到太阳的距离远得多,近似认为这个距离d大约等于地球到该天体的距离。

当这个三角形的角度p为一个角秒(1°的3600分之一)时,其到地球的距离记为秒差距(英文Parsec,缩写pc),它也是天文学上的一种长度单位。这个单位比光年还大,1 秒差距约等于3.26光年,或约30.86万亿公里。

用上面介绍的这种方法测距离,结合使用地面上的望远镜,我们可以精确地测量50光年以内的恒星到地球的距离,50光年后的精度会迅速下降,而200光年之内,想要对距离做出合理的推测,还需要结合恒星的类型和年龄。

上个世纪的后半叶,这种方法几乎已经到达了极限。尽管人们不断改善望远镜,但空气中始终存在湍流,也就是气流会向不规则的方向乱流,这种情况会扭曲我们看到的星星的光,也就是我们常说的星星会闪,这些湍流使恒星的图像扭曲,不能准确测量微小的位置差别,使得其到地球距离的测量精度受到影响。

在地球上的望远镜会受大气影响,那在天上呢?

很多人一下子就想到了哈勃太空望远镜,其实在哈勃望远镜之前,已经有一颗人造卫星上天,专门用于测量遥远星星的视差,从而计算距离,它就是1988年由欧洲航天局设计和发射的依巴谷卫星(High Precision Parallax Collecting Satellite,高精视差测量卫星),缩写为Hipparcos。

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依巴谷卫星

依巴谷卫星位于近地点507公里、远地点35888公里的狭长椭圆轨道,工作了6年,它专门设计用来测量最亮的10万颗恒星的视差,由于没有大气的干扰,它的精度比地面望远镜高出10-100倍。

它的观测对肉眼可见的每颗恒星到地球的距离进行了大幅更新,距离在40光年以内的恒星距离通常可以精确到1光年,在40-400光年范围的可以精确到10光年,之后精度会迅速下降,在1000光年左右的距离上测量与原先合理的推测相差不大。

1997年,欧洲航天局出版了基于依巴谷卫星探测制成的“依巴谷星表”和“第谷星表”(指的是卫星测量实验的两个阶段,第谷这个名字也是来自丹麦天文学家第谷),并制成“千禧年星图”,包含了全天区上百万颗最暗达到11等的恒星,以及一万余个非恒星天体。

但是,1000光年还是不够远,单是我们所处的银河系,它的直径就超过了10万光年,其中大部分的恒星都无法进行视差测量,更不用说那些更遥远的星系了。

这些无法用视差进行测距的恒星以及星系是上面提到的视差测量的背景,被看做是“不会移动”的,那么,像它们距离地球这么遥远的距离要如何测量呢?

测量宇宙的方法之光谱法

天文学家们想到了另一种估计距离的方法。

首先,他们假定如果恒星有相同的温度和光谱——这可以通过分析星光的谱线强度进行了解——它们本身的亮度应该是相同的,称为本征亮度,对应“绝对星等”,也就是把恒星放在10秒差距(32.6光年)远的时候看到的亮度,这样得到的图是下图所示的 “赫罗图”

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赫罗图:识别恒星的绝对星等

星等是古代人就开始使用的描述星星亮度的标准,星等数越小,说明星越亮,1等星的亮度是6等星的100倍(更亮的为 0等以至负的星等),而肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星(6m 星)。

根据光学知识,同样的本征亮度,可视亮度和距离的平方成反比。

那么,因为我们计算过1000光年内的恒星的距离,可以推测可视亮度和距离的公式,所以一颗与它有相同绝对星等(也就是真实的亮度)、但是看上去较暗的恒星,应该离我们更远,并且可以通过测量其亮度来计算距离。

科学家们为恒星亮度与距离制作了对照表,只要用望远镜的测光表测量它的亮度,再根据它的本征亮度,就能在表中对应得到距离,这种测量经常用到直径5米以上的望远镜,而当距离大于10万秒差距(32.6万光年)的时候,星星的光线实在太弱了,就很难得到光谱了。

还要测到更远?

既然远处的恒星不够亮,那怎么测量它们跟地球之间的距离呢?科学家们想到了借助其所在星系更亮的恒星的办法。

科学家们借助了对一种称为“造父变星”的星球的观测。“变星”的意思是这颗恒星的亮度与电磁辐射不稳定,经常变化并且伴随着其他物理变化。

而“造父变星”的本征亮度和光度的规律性波动有关,比如本征亮度较高的造父变星的变化周期更长,研究这些变化规律就能知道它的本征亮度,然后套用上边的方法推测其距离,如果一个星座的某颗星是造父变星,就知道这个星系的距离了。

造父变星通常比太阳亮1000倍,距离很远也能看到,通常可以用来计算1500万秒差距(约5000万光年)的距离。哈勃空间望远镜曾经探测并校准过1亿光年以外星系中的造父变星,这就相当于对相同距离上的几百个星系进行了较为精确的距离测量。如果借助超新星爆炸,则可以扩展到2亿秒差距(接近6.5亿光年)的距离。

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造父变星: 星系ic 4182,亮度具有周期变化

可是,宇宙中还有更加遥远的地方,要怎么测量呢?

我们知道的哈勃天文望远镜命名来自于美国天文学家哈勃,而哈勃的一大贡献就是用宇宙膨胀的理论解释观测到宇宙中绝大多数星系的光谱线存在的红移现象,红移指的就是星星的星光的谱线波长变长,而且离得越远红移越厉害。

现在理论认为,整个宇宙在膨胀当中,离我们距离越远、远离我们而去的速度越快,而哈勃定律给出了红移与距离的关系公式,通过这种方式,我们能计算更加遥远的距离。

现在我们计算的距离达到了数百亿光年,例如科学家观测到最遥远的星系距离我们315亿光年。

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1.3亿光年外的星系碰撞(X射线测量,美国航天局NASA)

至于那些遥远的可能会有生命存在的行星,由于它们本身不发光,非常难以观测到,而我们了解到它们的存在,往往是因为它们在围绕恒星运行时,会遮挡其光线成为小的“黑点”。

所以,只要计算了它们围绕旋转的恒星到地球的距离,它们有多远自然就知道了。

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在我们测量不到的远方是不是真的有和我们一样的生命存在呢?

 

国家空间科学中心

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国家空间科学中心

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大熊猫真实战斗力:戴墨镜的都不好惹~

作者:韩飞(中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所)

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图片来源:weheartit.com

可爱、憨厚、慵懒、萌萌哒——说到大熊猫,想必这是绝大部分现代人的回答。然而,这就是真实的大熊猫吗?

人类自己创造了幻觉,又信以为真

全世界都在爱大熊猫,美国人还把它写进美剧《女国务卿》,借主角之口说出了美国人民的心声:外交可以断,但大熊猫是不会还回去的!

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不过,总有些人对大熊猫有不一样的看法,他们是:

明朝人曹学佺(“仗义每从屠狗辈,负心多是读书人”的作者),他写了一本书叫《蜀中广记》,书中直呼大熊猫为猛氏兽!

西汉人司马迁,他在《史记·五帝纪》记载了当年黄帝打炎帝时,曾组织了一只猛兽大军,其中就有大熊猫。司马迁认为,大熊猫牙齿锋利,嚼食铜铁,当属猛兽无疑。汉朝著名王牌部队细柳营,它们的战旗上就画了一头大熊猫,汉武帝刘彻还把大熊猫放养在纵横300里的上林苑,以成功猎杀它为荣。

成都市新都四中某初中生,他在2000年偷翻进成都大熊猫繁育基地,被大熊猫撕咬致全身皮肉裂伤。四年后,北京某大学生,跳入大熊猫运动场被咬伤脚掌及踝部,又三年,兰州动物园某饲养员,遭大熊猫撕咬,缝了100多针,又两年,北京动物园某游客,翻过跳栏为孩子捡玩具,双腿被咬数十口,当时媒体是这样记录的:

“张某某说,他本能地去推压在他身上的大熊猫,“200多斤的家伙,根本推不动”。

急救人员发现,张某左小腿有三处伤口,肌肉外翻,出血较多。立即为他止血包扎,静脉输注止血药。

急诊医生表示,张某左下肢腓肠肌伤口均在7至8厘米左右,不适宜立即缝合,医院将在清创后进行抗感染处理,并住院观察。”

大熊猫是熊,不是猫

2009年,中国科学家完成了大熊猫的基因组测序(《Nature》,2009),结果发现大熊猫一共有21条染色体(比人类少2条),共有2万多个基因(跟人类差不多),最重要的是大熊猫应该属于食肉目熊科的一个亚种。

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那么,为什么大熊猫后来不爱吃肉了呢?主要是因为在比较晚期的进化过程中,它丢失了一个叫T1R1的基因,从此便食肉无味了。

但在上古时期,它的体型应该比现在还要大,而且还吃肉。看看今天大熊猫的解剖学证据吧:它们的器官依然保留着食肉目动物的特点,消化道很短,没有盲肠等等。

最近,美国科学家研究发现,大熊猫耳朵之所以是黑色的,就是为了吓唬其他动物,表达一种“凶残”的食肉目范儿。

测序结果还发现,大熊猫体内并没有消化竹子纤维的基因,吃进肚子的竹纤维只能靠肠道菌群消化,这样竹子给它提供的能量其实并不多(消化率只有17%,比鹅的24%还低)。为了量入为出,大熊猫每天43%的时间都用来睡觉,每次2-4个小时,剩下55%的时间都在吃。有趣的是,因为消化不好,大熊猫一天当中可排粪48次,总重量超过50公斤!

总结一下,大熊猫就是一头爱吃竹子爱睡觉但不爱吃肉的熊!只是很少熊像它一样,既擅长爬树,又专注卖萌。

美国科学家发现,在人类手下讨生活,驯养大熊猫已经朝着不同于野生大熊猫的方向进化了,它们的攻击性已经大大降低。虽然它们的爪子和獠牙依旧锋利,但饲养员可以把成年大熊猫驯化到吃饭时乖乖坐在靠近栏杆的地上,双爪握住栏杆,像一个懂事的孩子。

但野生大熊猫永远记得,丛林生活离不开打拼

野生大熊猫是杂食性动物,除了竹子,也会搭配吃些别的植物性食物,比如春天吃野当归,秋天吃玉米杆和青茅,冬天吃多孔蕈,实在没什么吃的了,也会偷吃村里的猪饲料。

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在极端饥饿状况下,大熊猫也不排斥吃动物性食物,比如猪骨、羊头和牛排,甚至还会捕捉一些活体动物吃,比如竹鼠。重庆动物园的驯养大熊猫还捉过家鸽吃,四川芦山县的野生大熊猫还偷过老乡家的山羊。

猎杀一头拴住的山羊,对表面萌宠实则“凶悍”的大熊猫来说并不是难事。要知道,成年大熊猫体型可达1.8米,体重150斤左右,牙齿咬合力约1300N,介于狮子和美洲豹之间,比马来熊和亚洲黑熊都高。

央视曾发现饿极了的野生大熊猫敢豹口夺食,2011年四川平武县也拍摄到野生大熊猫大快朵颐,撕食牛羚尸体的画面。

如果遇到危险,它们一般采取背靠大树或岩石防御的姿态,对来犯者一律掌呼,必要时也可以撕咬。实在不行,它们会抱住对手滚下山坡,一路土石树根荆条的,大熊猫却可以基本无恙。所以,成年野生大熊猫几乎没有天敌,

但幼仔大熊猫(只有老鼠大小),以及年龄在一岁半到两岁半间的亚成体和老年大熊猫就比较倒霉了,它们的天敌目录可以开出长长的单子,计有:猫科的老虎、豹、雪豹、云豹、猞猁、金猫、豹猫和丛林猫,犬科的狼、豺和赤狐,熊科的亚洲黑熊,鼬科的貂熊、黄喉貂和石貂,灵猫科的大灵猫和小灵猫。蟒科的蟒蛇。鹰科的金雕,以及猪科的野猪。

即使被逼到绝境,野生大熊猫还有最后一道杀手锏保命,就是爬树。这一点驯养大熊猫也极其擅长,运气好的话,你可以在动物园看到爬上20米高树梢的大熊猫。

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春分日:今天立蛋成功率更高?

作者:左文文(中国科学院上海天文台)

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“春分到,蛋儿俏”。

今天正是2017年的春分日,据说在这一天,地球和太阳的相对位置十分特别,使得鸡蛋受力更平衡,从而更容易立起来。不过,这是真的吗?

首先,让我们来认识下春分。

天文学上的春分

我们都知道,地球是围绕太阳转的。

在地球围绕太阳公转时,其公转平面与天球(作者注:一个假想的圆球,理论上以地球中心为圆心,半径无限大)相交的大圆叫做黄道。同时,天文学家们假想,将地球的赤道无限向外扩大,与天球相交的那个大圆就叫做天赤道。

黄道面与天赤道面不是平行的,而是存在约23.4度的夹角。一旦存在夹角,两个大圆就存在两个相隔180度的交点,分别称作春分点和秋分点。

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春分点和秋分点的简单示意(图片来源:archreport.com)

地球围绕太阳自西向东转,由于我们身在地球,更习惯从我们的视角来分析。从地球上看,视太阳沿着天球上的黄道,每恒星年(天文学上指地球绕太阳一周实际所需的时间间隔)运动一圈。视太阳沿着黄道,从南到北移动,运行到春分点时,就称作春分;反之,视太阳沿着黄道,从北向南移动,运行到秋分点,就称作秋分。

在春分或秋分时,太阳光直射到地球赤道上,昼夜长度相等,故称为“分”。春分一般发生在3月19日至21日期间。2017年,太阳运行至春分点的具体时间是北京时间3月20日18点29分。但通常来说,不需要这么精确,只需要知道今年的春分是3月20日即可。

只有春分才能立起鸡蛋吗?

关于春分日立鸡蛋,一直以来存在着两种截然相反的观点碰撞。

其中一方认为只有春分日这一天才能立起鸡蛋。

他们的证据是,在春分这天,地球和太阳的位置特别:这一天太阳光直射到地球的赤道位置;过了这天,太阳光直射的位置进入北半球;而在这天之前,太阳光直射的位置在南半球。

太阳光直射赤道,除了地球南北极之外,其它位置昼夜时间相等,差不多都是12小时。昼夜时间相等,就意味着在这一天立鸡蛋时,鸡蛋受到地球和太阳的引力容易达到平衡,所以更容易立起来。

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而另一方似乎也理由充分。

“昼夜时间相等”就意味着地球、鸡蛋和太阳的相对位置使得鸡蛋所受引力更容易达到平衡么?这是不正确的。因为不论在哪一天,赤道上总是昼夜平分,那是不是就可以说在赤道,任意时间都能轻松立鸡蛋,而其它地方却不可以呢?并非如此。

另外,平均一个鸡蛋的质量约是地球质量的百亿亿亿分之一,约是太阳质量的千万亿亿亿分之一。考虑太阳对鸡蛋的引力,引力大小与质量乘积成正比,近似与鸡蛋质心到太阳质心的距离的平方成反比。可以说,太阳与鸡蛋之间的引力大小微乎其微,量级约是地球对鸡蛋的引力大小的十万分之一。

春分或非春分日,这一微乎其微的引力的变化更是微乎其微,不会造成在春分这一天立鸡蛋就最容易,而别的时间却无法立起鸡蛋的情况。

况且,为什么只考虑地球、太阳对鸡蛋的影响呢?月球为什么就被排除在外呢?要知道,引起地球上潮起潮落的重要原因便是月球对地球海水的潮汐力哦。

还有,为啥只说春分,不说秋分呢?

看了这么多理由,你是不是也明白了呢?其实,只有春分能立起鸡蛋这种说法,更多的原因是民间流传甚久,而大家也倾向于不质疑。有些朋友真的在春分这一天做实验,而且成功了,于是便说:“看来真的是春分这天能立鸡蛋,这种说法靠谱。”

可是,在不是春分的日子里,如果他们用同样的耐心和方法去立鸡蛋,也一定能立起来。毕竟,立鸡蛋是个技术活,而不需要靠看日子。

立鸡蛋小妙招

抛开这些争辩,大家一定想知道如何才能立起一个鸡蛋吧?这里为大家搜集到一些小妙招,大家可以试一试。

  • 找一个表面平坦、支持稳定的台面进行操作。
  • 尽量挑一头大一头小的鸡蛋。大头放在下面,使鸡蛋重心降低,更容易立住。而且告诉大家一个小知识,母鸡生蛋时,一般是大头先生出来哦。
  • 完成第一步之后,注意观察大头,你会发现鸡蛋表面并非是光滑的,而是有一些小凸起。这是因为,蛋壳的成分是碳酸钙。在形成蛋壳的过程中,碳酸钙会结成凝块,便是这些小凸起。如果能找到三个小凸起,构成一个三角形,使得鸡蛋的重心线通过三角形,这个鸡蛋就能更容易立起来。
  • 说了这么多理论,不如亲手实践。手要稳,心要静,失败了重来一次。

说到心静,不禁让人想到,春分时值春天,人们神清气爽,或许这也是民间认为立鸡蛋更容易的原因之一吧。

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