体型最小的猫,竟然是个恐怖大胃王!

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在遥远的非洲南端,属于南非、纳米比亚和博茨瓦纳的荒凉土地上,沙漠性的气候旱涝无常,酷热和严寒交替。这里是副热带高压控制下的干旱和半干旱地区,没有森林,根据降水量的多少分布着稀树草原、灌丛、草地、半沙漠和沙漠等景观。就在这样恶劣的环境当中,生活着世界上最小的猫科动物之一:黑足猫(Black-footed cat,Felis nigripes)。

温柔可爱的模样。图片:Anne-Marie Kalus / flickr

温柔可爱的模样。图片:Anne-Marie Kalus / flickr

名副其实的萌系黑足猫

黑足猫的外表乍一看和家猫没有太大区别,它们从演化上来说也确实是家猫的近亲,属于真正的猫属Felis。家猫是在约一万年前由中东新月沃地的野猫Felis silvestris驯化而来的,与野猫亲缘关系最近的物种是我国特有的荒漠猫,其次是分布在西亚、北非的沙漠猫,再就是我们今天的主角黑足猫了。

人家确实是家猫的远房亲戚。图片:Alexsander Sliwa / Arkive

人家确实是家猫的远房亲戚。图片:Alexsander Sliwa / Arkive

猫属的物种演化关系,图片:卢平依据Johnson et al. / Science(2006); Driscoll et al. / Science(2007)制图

猫属的物种演化关系,图片:卢平依据Johnson et al. / Science(2006); Driscoll et al. / Science(2007)制图

黑足猫这个名字诚意满满,它的脚掌下面确实是黑色的。除此而外,黑足猫的躯干是漂亮的黄底黑斑,四肢和尾巴都有黑色的环纹。相比于家猫及其祖先来说,本人觉得黑足猫还要更萌一些——因为更小。

看我黑色的脚~黑色的部分是猫的脚掌;猫是趾行性动物,走起路来脚掌是不落地的。图片:Chris Harvey / www.ardea.com

看我黑色的脚~黑色的部分是猫的脚掌;猫是趾行性动物,走起路来脚掌是不落地的。图片:Chris Harvey / www.ardea.com

雄性黑足猫的体长不到50厘米,有着一条不到20厘米的尾巴,雌性体型更小,体长不超过40厘米。它们跟分布在印度和斯里兰卡的锈斑豹猫体长相差无几,几乎是世界上最小的猫。为什么说几乎呢?因为黑足猫输在了体重上。相比而言,黑足猫脑袋更大,脖子更粗,尾巴更短,看起来更加圆滚滚。

哎?谁在说我土肥圆。图片:Maxime Thué / flickr

哎?谁在说我土肥圆。图片:Maxime Thué / flickr

想象一下,黑足猫就是靠着如此袖珍的体型,在野猫、薮猫、狞猫、豹和狮子横行的非洲南部混社会,你会明白这个小不点绝对不只是外表呆萌那么简单。黑足猫的典型生境是散布着灌丛和树木的稀树草原,或者是有灌丛的沙地,这里的灌木丛为潜行捕猎提供了良好的隐蔽。

野外生境中的黑足猫。图片:Hayden Oake / www.ardea.com

野外生境中的黑足猫。图片:Hayden Oake / www.ardea.com

小巧的你却是个大胃王

黑足小霸王猫是严格的夜行性动物,白天会躲在其他动物废弃的洞穴或者白蚁丘里休息,晚上出来大杀四方:对于它的猎物来说,这是个十足的恐怖大胃王。

暗中观察.jpg。图片:Chris Harvey / www.ardea.com

暗中观察.jpg。图片:Chris Harvey / www.ardea.com

由于体型原因,黑足猫主要捕食小型的啮齿类和鸟类,但也会猎杀黑头鸨和草兔这样跟自己体型相当的猎物,广泛的食谱还包括昆虫和腐肉。一只雄性黑足猫的领地可以达到20平方千米,每个晚上要吃掉10~14只猎物,相当于自身体重的六分之一。

超凶,不要惹它。图片:Anne-Marie Kalus / flickr

超凶,不要惹它。图片:Anne-Marie Kalus / flickr

黑足猫主要靠隐蔽潜行加上最后的冲刺来捕猎,也会在猎物洞口守株待兔。它们的大眼睛和大脑袋可不只是用来卖萌的,膨大的耳室占据了头骨四分之一的长度。感觉灵敏的黑足猫身手也很敏捷,能凭着极好的弹跳能力扑下起飞的鸟类。

叼着鹧鸪的小霸王。图片:Hayden Oake / www.ardea.com

叼着鹧鸪的小霸王。图片:Hayden Oake / www.ardea.com

在干旱环境中,它们能从猎物体内获得自己所需的全部水分,体内的肌酸酐和尿素等代谢产物浓度很高,这种高代谢率“能吃能干”的习性在非洲猫科当中是相当独特的。

独来独往的非洲小霸王

黑足猫几乎总是独来独往。在交配季节,一只雌性的发情期只有一两天,雄性必须能够准确地定位雌性,然后尾随姑娘直到对方发情,自己被接受。

黑足猫完美的侧颜。图片:Pierre de Chabannes / wikipedia

黑足猫完美的侧颜。图片:Pierre de Chabannes / wikipedia

黑足猫雌性一胎生育一到四只幼崽。在凶险的环境之中,猫妈妈会带着孩子频繁转移居所,而幼崽则快速发育,出生四周后就可以吃固体食物,六周时就可以吃活食,九周断奶,五个月后开始独立生活。

黑足猫也有温柔的一面。图片:Josh More / flickr

黑足猫也有温柔的一面。图片:Josh More / flickr

黑足猫会像大猫一样把吃不完的猎物拖回洞里慢慢享用。它们对于周围环境非常警惕,稍有响动就会迅速隐蔽,遇到躲不过的威胁时会猛烈反击,被分布地区的非洲人民称为“蚁丘之虎”。当地布须曼人的传说里,黑足猫甚至可以靠咬穿颈动脉来杀死长颈鹿(长颈鹿表示我也很无奈啊,只是为了衬托小霸王的勇猛而进行了夸张而已)。事实上,蛇、胡狼、狞猫、猫头鹰和狗都是黑足猫的天敌。

上看下看、左顾右盼。图片:Patrick Stough / flickr

上看下看、左顾右盼。图片:Patrick Stough / flickr

什么?你问我路遇黑足猫这样的小恶魔,应该怎么办?答案是可以爬树逃生——因为黑足猫其实是迷你“老虎”,体型粗壮、尾巴短,适应了地面生境,并不适合爬树。

易危小萌猫,数量在减少

黑足猫是非洲猫科动物中分布范围最小的物种,被红色名单IUCN列为易危级别。目前有大约13000只个体稀疏地分布在栖息地区内。

黑足猫的分布范围及南非干旱台地高原地区(Karoo)的典型灌丛沙地景观。左图:IUCN;右图:Winfried Bruenken / wikimedia commons

黑足猫的分布范围及南非干旱台地高原地区(Karoo)的典型灌丛沙地景观。左图:IUCN;右图:Winfried Bruenken / wikimedia commons

由于非洲野猫对家禽的威胁,当地农民用上了兽夹和毒饵来控制野猫数量;过度放牧导致的草场退化也致使黑足猫的猎物减少,栖息地质量下降……这些因素很可能正导致黑足猫种群数量的逐渐减少,对黑足猫的进一步调查研究和保护计划正在进行中。

为猫生陷入了沉思。图片:Quinn Dombrowski / flickr

为猫生陷入了沉思。图片:Quinn Dombrowski / flickr

虽然长成了又小又萌的形态,但黑足猫的食性和脾气意味着,它们绝不适合被驯养作宠物。这种黑脚的小萌物,已经演化成了蛮荒土地上独立冷酷的暗夜杀手。

上了趟太空,8.7%的基因发生永久突变?别逗了,那还是人吗?

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一对双胞胎兄弟,一个留在地球,一个在国际空间站生活了足足340天。在这个过程中,科学家们对兄弟俩的多项生理指标进行了测试,希望了解长时间太空飞行究竟会对人产生怎样的影响。

上周五,NASA这项闻名已久的“太空双生子”实验终于在《科学》期刊上发表了结果[1]。随之而来的还有新一轮的标题党:“新发现!NASA宇航员太空待340天,DNA发生永久突变”。

图 | 新浪微博:@每日经济新闻

图 | 新浪微博:@每日经济新闻

在这些吸引眼球的报道中,最惊人的一句话是说宇航员斯科特·凯利在经历了近一年的太空生活并回到地球6个月之后,他“基因中8.7%的变化至今仍未恢复”。

图 | 新闻截图

图 | 新闻截图

按照这句话的说法,要么是斯科特的基因有8.7%都发生了未恢复的变化(如果是那样他恐怕要被开除人籍了,要知道人类和黑猩猩都拥有98.8%相同的遗传编码),要么是基因发生了不少变化,其中8.7%没有恢复。但无论是哪一种,这都是原论文所不支持的结论。

8.7%并不是基因变化

原论文中并不能直接找到8.7%这个数据。而且,论文中只报告了RNA测序以及DNA甲基化测序的结果,通过这些结果也应该无法知道整个基因组中有多少比例的基因发生了突变。虽然论文中提及了对外周血细胞DNA损伤、染色体异常、DNA甲基化和端粒长度的分析,但这些结果都与“基因变化了8.7%”无关。

事实上,“基因变化了8.7%”这个说法很可能是来自对论文中“基因表达”部分的误解。在这项研究中,研究者分析了宇航员外周血细胞基因表达的变化。他们发现确实有不少基因的表达在太空中变得不一样了,这些变化有91.3%都在斯科特返回地球的6个月之内恢复了原状——剩下那部分还没恢复的正好是8.7%。

也就是说,部分报道又犯了和一年前一样的错误:把基因表达的变化与基因本身的变化混为一谈。

基因表达改变是什么?

2018时,就曾出现过媒体误读NASA新闻稿,把斯科特·凯利的“基因表达变化”说成“基因变化”的问题。下面是当时解读文章中的一段说明:

人类有约20000个基因,分布在23对染色体之中。你身体内的每个细胞都有这些基因的全套。尽管如此,我们的细胞是不一样的——比如,神经细胞跟胃壁细胞一点都不相似。它们的功能也大不相同:一个是在神经系统里传递电信号和化学信号的,另一个则释放胃酸帮助人类消化食物。

这些功能差异不是因为DNA的不同,而是由于它们表达的不同。复杂的化学路径以及反馈环路会让一些特定基因打开或关闭。每个基因会编码蛋白质(人体内的一个构建块),根据基因的开闭状态,建造出不同的结构,产生不同的反应。

基因表达如果发生了微妙变化,也不会让你的神经元变成血细胞,但是它可以改变细胞的工作状态。基因表达的变化可以导致细胞癌变,或者引出一连串事件导致心脏病患病率增大。

确定基因表达的变化有几种不同的方法。一种是查看RNA的水平,这个信号分子帮助基因执行并创建它编码的蛋白质。另一种方法是查看甲基化水平。甲基化是指DNA分子被一种化学物质标记。正如《自然》解释的一样,这种化学物质可以让基因的一部分无法开启。

表达变化说明什么?

研究结果确实显示了宇航员细胞基因表达的一系列改变,这些基因表达影响着免疫、代谢之类的生理过程。

这究竟说明什么?其实现在研究者也还不是很清楚。在《大西洋月刊》的相关报道中,参与研究的遗传学家克里斯托弗·梅森(Christopher Mason)表示:“我们现在还不知道这些变化是好是坏。这可能只是身体的一种反应,但这些基因被扰乱了,所以我们想看看是为什么,并跟踪它们看看会持续多长时间。”

考虑到这种实验是第一次开展,而且实验组和对照组样本量都是1,没有定论其实一点都不奇怪…… | NASA

考虑到这种实验是第一次开展,而且实验组和对照组样本量都是1,没有定论其实一点都不奇怪…… | NASA

事实上,这篇论文整体都是这种画风:其中描述了丰富的细节信息,但却还不足以得出什么确凿的结论。“双生子实验”更像是一个探索的开始,长时间的太空飞行对人的影响还需要后续研究才能确定。

作者:窗敲雨

参考文献

[1] https://science.sciencemag.org/content/364/6436/eaau8650

[2] https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/04/what-happens-human-body-space/586966/

学校营养餐怨声载道,出路在何方?

政府和媒体都对学校营养餐很关注。政府出台了各种政策,家长们忧心忡忡,社会各界吐槽不断,学校谨小慎微,而学生们,则“不喜欢吃”。媒体上每次报道学校“营养餐”,似乎都不是好消息。

学校营养餐,本来是想要给祖国的花朵们更好的滋养,怎么就成了这个局面呢?

这是深圳的朋友在一所不错的学校里拍摄的午餐。

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朋友说,这是配餐公司送的午餐,米饭不够了还可以免费再加。作为一个成年人,她使劲吃到觉得撑,也还是没有吃完。而很多孩子,根本连吃的兴趣都没有。

我说这样的午餐,有荤有素、分量十足,也确实谈得上“营养”。但是,即便是像我这种对食物要求不高的人,也没有太强的食欲,何况是那些在家里吃得“很好”的孩子们?偶尔吃一顿两顿或许也还能凑合,但天天吃这样的食物,又怎么会愿意吃?如果连吃都不愿意,你再“搭配营养”“分量十足”,又有什么意义?

在以前,学校食堂都是学校自办的。后来,很多学校把食堂外包——外包的食堂经营搞得如何,也就基本上看经营者的“良心”。然而从食品安全的角度说,再有“良心”的经营者,在满足安全规范方面,也往往力有不逮。于是现在,很多学校选择了配餐公司。

从满足食品安全规范的角度说,配餐公司是“专业的机构做专业的事情”,要远远比学校自办食堂和食堂外包更有保障。规范化、标准化,是配餐公司最大的优势。但是,中餐的特点注定了规范化和标准化必然牺牲掉许多食物的风味和口感。不管是肉类还是蔬菜,为了保障安全,就必须充分加热;为了同时送餐,就必须大量生产;为了所有人都能吃,就只能采用最大众化的口味。再加上营养餐的预算也不能太高,也就只能通过减少同一餐的中的菜品选择来控制成本。

在这样的限制下,想要“营养餐”受到多数孩子的喜爱,难度实在是不低。

如果我们换个角度来考虑:营养餐需要做成什么样子,才会真正成为“营养餐”?

首先,得是孩子们愿意吃。据说有一些学校已经要求配餐的搭配要由营养师来设计或者把关,这当然是一个进步。但是,不管设计搭配得如何“合理”,如果孩子们不愿意吃,或者不愿意吃完,“搭配”也就失去了意义。

其次,是要保障安全。所谓“民以食为天,食以安为先”,学生餐尤其如此。如果学生餐出现安全事故,那就会是“大规模事故”。

第三,要营养合理。既然是“营养餐”,自然应该是有较为合理的营养组成。

第四,还得有合理的价格。尤其是面向普通学生的公立学校,更需要照顾到广大家长的支付能力,不可能通过提高价格标准来提高配餐水平。

这四条标准并不互相独立,而是相互制约,按下了葫芦就会起来瓢。从食品技术的角度,学校营养餐,相当于“带着镣铐在桌子上跳舞”——空间狭小,手脚还被束缚。

要突破这个困境,建立规章制度来约束也监督学校,只是“必要条件”。仅仅是靠各种规章制度去约束学校,约束配餐公司,只能保障安全、保障“公开透明”,并不能解决营养餐的困境。比如深圳那位朋友拍摄的营养餐,你很难说它“不营养”,很可能也不存在安全问题,价格应该也能为家长们接受——但是,孩子们不喜欢吃,也就完全谈不上“营养”。

除了对学校和配餐公司的约束与监督,还需要对家长和孩子进行教育。

比如在此前的成都七中食堂事件中,家长要求学校停止使用冷冻食材,换用新鲜食材。其实从食品安全的角度来说,冷冻食材要更加容易避免安全风险。学校食堂或者配餐公司要在短时间内准备好几百几千份食物,都用新鲜的蔬菜和肉类,那么很难完全避免食材中出现异物或者变质部分。而冷冻的供应商可以更充分地进行原料的预处理,出现问题的的可能性反而要小得多。其实,冷冻食材只是看起来不吸引人,营养跟新鲜食材的差别很小。只要烹饪合理,风味口感也并不差。

成都七中事件中的家长,还要求食堂不用食品添加剂。而深圳的那位朋友,也说迫于家长们的压力,配餐公司不会使用味精。在餐饮中,“食品添加剂”往往就是各种调味料。大批量制作的食物本来就不容易保障风味和口感,还不允许用各种“食品添加剂”,食物的风味、口感和外观也就更难以吸引孩子们。当孩子们不愿意吃的时候,一切的“讲究”,也就失去了意义。

现在的孩子都是宝贝。当学校的饭不好吃,孩子们回家吐槽,多数的家长的选择可能是跟着孩子一起骂学校、骂配餐公司,然后给孩子“做好吃的”。这固然能够与孩子获得情感上的共鸣,但也同时强化了孩子对学校食物的抵触。对于孩子的饮食健康,这并没有任何好处——正确的态度,是帮助孩子建立正确的“食物观”。帮助孩子认识食物的安全、营养、好吃与外观之间的关系,理解营养餐的不易,懂得对营养餐的正确期望。

最后,学生、家长、学校、配餐公司,并不应该是互相敌视的关系。良好的沟通,坦诚的交流,是建立相互信任、相互理解的基础。学校和配餐公司去理解和回应家长和学生的关切,家长去了解配餐公司的努力,还有食品营养与健康的常识,避免不合理的要求。这样的沟通与交流,不应该是事故出现后的“危机公关”,而应该是时时进行的常规。只有相关各方共同努力,才有可能走出“营养餐”的困境。

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半同卵双胞胎,是怎么回事?

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世界上有同卵双胞胎,也有异卵双胞胎,不过,你听说过“半同卵双胞胎”吗?

2月28日,著名的医学期刊《新英格兰医学杂志》发布了一篇新论文,说的就是澳大利亚发现了一对“半同卵双胞”龙凤胎,他们来自母亲的基因完全一样,来自父亲的基因却只重合一部分。

这到底是什么情况?

 


 

一般来说,双胞胎有两种——同卵双胞胎,异卵双胞胎。

同卵双胞胎,是同一受精卵分裂成两胚胎,基因一模一样,性别也肯定一模一样。异卵双胞胎,是两个卵子+两个精子,分别受精,独立发育,基因重合度平均在50%,性别可以一样也可以不一样。异卵双胞胎,其实基因重合度就等同于普通的同胞兄弟姐妹,只是恰好同时怀上同时出生而已。

而“半同卵双胞胎”,英文叫semi-identical twins或者sesquizygotic twins,介于同卵双胞胎和异卵双胞胎之间。这是一种极其罕见的情况,由于本来发生的几率就很小,即使发生了,很多也只是被当做普通的双胞胎。

这次的澳大利亚案例之所以会发现,还是因为产检。孕6周时B超一看,哦,两个胚胎共用一个胎盘和一个绒毛膜,也就是常说的单绒双羊双胞胎,应该是同卵双胞胎。孕14周时再B超一看,怎么会是一男一女?说好的同卵双胞胎呢?然后开始做各种检查。这才发现,居然是极其少见的“半同卵双胞胎”。

左图,同卵双胞胎的发育过程示意图。右图,异卵双胞胎的发育过程示意图。胚胎外面两层膜,羊膜在内,绒毛膜在外。一般来说,只有同卵双胞胎才会既共用胎盘又共用绒毛膜。图片来源:重庆市妇幼保健院

左图,同卵双胞胎的发育过程示意图。右图,异卵双胞胎的发育过程示意图。胚胎外面两层膜,羊膜在内,绒毛膜在外。一般来说,只有同卵双胞胎才会既共用胎盘又共用绒毛膜。图片来源:重庆市妇幼保健院

根据检查结果推算,这对龙凤胎胎身上可能发生了这样的事——

同一个卵子被两个精子受精,这样的三倍体一般会自然夭折。然而,有的三倍体受精卵却神奇地硬是继续配对分裂下去。来自母亲的基因是M,来自父亲的基因是P₁和P₂,结合成三倍体MP₁P₂。各自复制,变成MMP₁P₁P₂P₂。然后形成三极纺锤体,分裂成三种二倍体细胞,MP₁、MP₂、和P₁P₂。在接下来的生长中,纯父系细胞的P₁P₂处于弱势,竞争不过MP₁和MP₂,慢慢就没了。最后长起来的囊胚里,细胞基本是MP₁和MP₂。然后,这个嵌合体囊胚又按照正常同卵双胞胎的路线分裂成两个胚胎,长成了共用胎盘和绒毛膜的双胞胎。

研究者推测的发育过程。图片来源:原始论文

研究者推测的发育过程。图片来源:原始论文

最后两个胚胎都是嵌合体。基因测序比对后发现,他们继承的母亲基因100%完全相同,父亲基因77.7%完全相同。所以更准确的叫法,应该是同卵异精嵌合双胞胎。双胞胎继承了完全相同的母体基因拷贝,不同的父体基因拷贝混合。

 


 

全世界到现在确认的半同卵双胞胎也就两例。2007年美国发现了第一例,因为双胞胎中有一人出现了雌雄同体(hermaphrodite)的情形,引起了医生的注意。研究者的猜测是,如果性腺中有超过15%的细胞是含Y染色体,就能发育为男性。澳大利亚的这对双胞胎没有出现这种情况,双胞胎1号的xx/xy嵌合率≈1:1,生殖器官发育为男性。双胞胎2号的xx/xy嵌合率≈9:1,生殖器官发育为女性。

但他们同样经历了颇多磨难。

在怀孕到33周时,就发现双胞胎1号状态有点不好,于是剖腹产提前出生。

出生后,双胞胎2号发现了严重血栓,这个血栓应该是她在子宫内就形成的。于是她在4周大时接受了右手臂截肢手术。

随访到3岁时,发现双胞胎2号出现了性腺发育不全(gonadal dysgenesis),这种情况容易恶化成癌症,于是又进行了预防性卵巢切除术。

现在,澳大利亚这对双胞胎已经4岁了。希望这对堪称奇迹的孩子未来再无波折,过上健康平安的生活。

参考资料

  1. Molecular Support for Heterogonesis Resulting in Sesquizygotic Twinning | NEJM. (2019). DOI: 10.1056/NEJMoa1701313
  2. Souter VL, Parisi MA, Nyholt DR, et al. A case of true hermaphroditism reveals an unusual mechanism of twinning. Hum Genet 2007; 121: 179-85.

高中老师建议她“远离科学”,而她却引领了一场天文学革命

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每当夜晚降临,仰望星空之时,你是否想过这样一个问题——宇宙中有没有我们永远也看不到的物质呢?

人们曾经以为,眼睛和望远镜看到的宇宙就是宇宙的全部,是恒星、行星这些天体的集合。直到20世纪70年代,这个想法被彻底颠覆。人类从此真正意识到,原来宇宙的大部分“内容”都是不可见的。

而这一场哥白尼式的天文学革命的发起者,正是今天故事的主人公:薇拉·鲁宾(Vera Rubin)。

薇拉·鲁宾(1928-2016)和她收集的地球仪。图片来源:参考资料[1]

薇拉·鲁宾(1928-2016)和她收集的地球仪。图片来源:参考资料[1]

我能成为天文学家吗?

1928年7月23日,鲁宾出生于美国宾夕法尼亚州的费城。10岁的时候,全家搬到了华盛顿。在华盛顿的新家,她的床紧靠北边的窗户。就是从这个时候开始,她被夜空深深吸引,整晚躺在床上观察星星的移动。当有流星雨的时候,她还会把流星的轨迹都记录下来[2]。

鲁宾的父亲是一名电子工程师。虽然他对于天文学的就业前景不太看好,但仍然支持女儿的兴趣,不仅帮助她制作望远镜,还和她一起去参加业余天文学家的聚会[3]。鲁宾也会在写英文作文的时候,选择一个天文学话题。总之,她会抓住各种机会接触和了解天文学。

高中毕业后,鲁宾进入瓦萨学院(Vassar College)学习。瓦萨学院是当时为数不多的女性可以学习天文学的地方,更重要的是,这里有美国历史上第一位女性职业天文学家,也是瓦萨学院第一位天文学教授——玛莉亚·米歇尔(Maria Mitchell)。鲁宾也正是得知米歇尔后,才确定天文学可以作为女性的职业[4]。

鲁宾在瓦萨学院学习时,就已经开始进行天文学观测。图片来源:Vassar College

鲁宾在瓦萨学院学习时,就已经开始进行天文学观测。图片来源:Vassar College

1948年,鲁宾从瓦萨学院天文学专业毕业,前往康奈尔大学攻读硕士学位。但是,无论是在瓦萨学院还是在康奈尔大学,天文学都不是一个传统优势学科,鲁宾在学习过程中也感到自己并未真正融入天文学界。鲁宾在后来的一次采访中回忆道,自己一生中都在试着回答这样一个问题:我能真正成为一名天文学家吗?

不过,鲁宾在康奈尔大学还是找到了相伴她一生的研究。当时,她与玛莎·卡彭特(Martha Stahr Carpenter)一起工作。卡彭特对星系及其内部运动有很大的研究热情,鲁宾也受到了感染。正是在卡彭特的课上,鲁宾对星系动力学产生了兴趣,并从此作为整个职业生涯的研究方向[5]。

1951年,鲁宾在康奈尔大学获得硕士学位时,她的丈夫罗伯特·鲁宾已经在华盛顿的应用物理实验室(Applied Physics Lab)找到了一份工作,因此她也随着一起去了华盛顿。在华盛顿,只有乔治城大学可以授予天文学博士学位,因此她就进入乔治城大学攻读博士学位。1954年,鲁宾在伽莫夫(George Gamow)的指导下获得了博士学位[2]。

暗物质就是答案

1965年,鲁宾加入了位于华盛顿的卡内基研究所(Carnegie Institution),在地磁学系获得了一个研究职位,并与肯特·福特(Kent Ford)成为长期的合作伙伴。当时,福特改进出一种非常灵敏的光谱仪,由于使用了当时最先进的光电倍增管,这台光谱仪可以帮助使用者以前所未有的精度研究星系的局部区域。

1965年,鲁宾和福特(带白帽子的人)在洛威尔天文台(Lowell Observatory)检查他们的设备。图片来源:Carnegie Institution

1965年,鲁宾和福特(带白帽子的人)在洛威尔天文台(Lowell Observatory)检查他们的设备。图片来源:Carnegie Institution

有了这样的设备,鲁宾和福特要找到一个合适的研究方向。1963年,天文学家发现了类星体,这很快成为研究热点,鲁宾和福特也尝试进行相关研究。但是,鲁宾发现,由于没有望远镜,无法获得足够的观测时间,他们很难在竞争中有所突破。

鲁宾在基特峰国家天文台(Kitt Peak National Observatory)使用2.1米望远镜。图片来源:NOAO/AURA/NSF

鲁宾在基特峰国家天文台(Kitt Peak National Observatory)使用2.1米望远镜。图片来源:NOAO/AURA/NSF

大约过了一两年,鲁宾意识到,这种竞争不是她想要的研究方式。她希望选择一个感兴趣的领域,但又不是那么热门,不会有很多人关注,这样她就可以在取得成果之前安心于自己的研究而不被打扰。于是,20世纪60年代末和70年代初,她尝试去观测仙女座星系(Andromeda Galaxy,代号M31),重新回到星系动力学研究中。

仙女座星系。图片来源:Wikimedia Commons

仙女座星系。图片来源:Wikimedia Commons

鲁宾和福特使用光谱仪去研究位于螺旋星系不同部分的恒星的光谱。星系盘上的恒星大概在绕中心的圆形轨道上运行。在观测开始的时候,他们预计会观察到星系的运动和太阳系类似:由于星系的质量大部分都集中在星系中心,而这些质量产生的引力决定了旋转的速度,因此靠近星系中心的恒星运动得快,远离星系中心的恒星运动得慢。

然而,根据观测绘制的旋转曲线大大出乎他们的意料。他们发现,星系中从里到外的恒星的旋转速度几乎相同。他们又观测了其他的星系,发现它们的旋转曲线没有什么区别。他们为此感到震惊,但并不明白平坦的曲线究竟意味着什么。

螺旋星系的典型旋转曲线。根据预测,恒星的旋转速度随着到星系中心的距离的增加而减小,如曲线A所示;但是实际观测结果为曲线B,随着距离的增加恒星的旋转速度几乎没有变化。图片来源:参考资料[6]/汉化:鞠强

螺旋星系的典型旋转曲线。根据预测,恒星的旋转速度随着到星系中心的距离的增加而减小,如曲线A所示;但是实际观测结果为曲线B,随着距离的增加恒星的旋转速度几乎没有变化。图片来源:参考资料[6]/汉化:鞠强

鲁宾花了很长时间去理解这些旋转曲线的含义。直到有一天,她在纸上画了一些草图,然后突然间就明白了:如果星系外围存在大量不可见的物质,即有一个暗物质晕的话,那么星系的质量就会在星系中各处分布,而不是集中在星系的中央,因此引力所决定的旋转速度也会各处大致相同。

暗物质这个概念并非最早由鲁宾提出。1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)在分析后发座星系团的星系的多普勒速度时就发现,星系团内的星系的移动速度太快,可见物质产生的引力不足以把这些星系束缚在一起。既然星系团没有表现出分崩离析的迹象,那么一定存在不可见的物质——暗物质——把星系团束缚在一起。但是,当时根本没人在意兹威基的结论,他的发现被束之高阁。

1975年,鲁宾在美国天文学会的一次会议上宣布螺旋星系中的大部分恒星以大致相同的速度绕星系中心旋转。这个结果暗示,要么牛顿引力定律在宇宙各处中并非普遍适用,要么就是存在她推测的暗物质晕,提供支持外围恒星高速运动所需的引力。既然找不到修正牛顿引力定律的理由,那就只有暗物质这一个选项。

虽然目前天文学家仍然没有直接捕捉到暗物质,因此也不清楚暗物质究竟是什么,是一种粒子还是多种粒子,亦或是其他未知的作用机制,但是除了星系动力学外,包括宇宙微波背景辐射和引力透镜在内的其他天文观测也都支持暗物质的存在。在接下来的数十年里,大量的观测证据都支持鲁宾的结论[7]。

根据目前的观测,宇宙中可见的普通物质只占大约5%,另外有26%的暗物质和69%的暗能量。在宇宙演化的过程中,这一比例也在发生变化。

宇宙目前的能量分布,可见物质约占5%(不同研究给出的数据略有不同)。图片来源:参考资料[8]/汉化:鞠强

宇宙目前的能量分布,可见物质约占5%(不同研究给出的数据略有不同)。图片来源:参考资料[8]/汉化:鞠强

暗物质的发现彻底改变了人类对宇宙的认识。暗物质被嵌入到宇宙演化的模型中,成为组成星系的重要成分。人们终于意识到,如果没有暗物质的束缚,也许的银河系早就分崩离析,也许人类根本没有机会仰望星空。

与性别歧视抗争

和很多同时代的女性科学家一样,鲁宾从读书的时候开始就不得不去面对不公和轻视,而她却始终没有因此屈服。

在她高中毕业的时候,她告诉物理老师,自己拿到奖学金,可以去瓦萨学院读书。物理老师只是说:“只要你远离科学,你就能做的很好。”幸运的是,鲁宾并没有听从他的建议[2]。

鲁宾在研究生涯的初期,曾经有一次前往位于加州的帕洛玛天文台(Palomar Observatory)访问,她是最早被允许进入这座天文台的女性之一。但是她发现,那里并没有女洗手间。于是,鲁宾去自己的房间,用纸剪出一个裙子的图案,然后把它贴到了洗手间的门上。她告诉同行的普林斯顿大学的天文学家妮塔·巴科尔(Neta Bahcall):“这边请,现在你有女洗手间了。”巴科尔回忆说:“鲁宾就是这样的人。”[5]

加州的帕洛玛天文台(Palomar Observatory)。图片来源:Wikimedia Commons

加州的帕洛玛天文台(Palomar Observatory)。图片来源:Wikimedia Commons

虽然一直致力于为女性、特别是天文学界的女性争取权利,但鲁宾也有感到疲惫的时候。她的女儿也是一位天文学家,有一次去日本开会,回来告诉鲁宾说,会上只有她一位女性。鲁宾因此感到有些沮丧,因为从她到她女儿,过了整整一代的时间,情形似乎并没有什么大的变化[2]。

数据比名望更重要

鲁宾一生获得了很多荣誉。1996年,她获得皇家天文学会金质奖章,是历史上第二位获得这一荣誉的女性天文学家,而此时距离上一位女性天文学家获奖已经过去了168年。第5726号小行星以鲁宾的名字命名,火星上也有以她的名字命名的地貌[4]。

但在众多荣誉中,却不包括诺贝尔奖。尽管很多人认为她对暗物质的开创性研究足以获奖,并且生前也是获得诺贝尔奖最有力的女性候选者。但就像其他很多杰出的科学家一样,鲁宾的工作不必一定要用一个奖项来衡量。或许正如华盛顿大学的天文学家埃米莉·勒斯克(Emily Levesque)所说,未曾获得诺贝尔奖不会有损鲁宾的成就,却是诺贝尔奖的遗憾,因为它会永远缺少对如此杰出的成就的认可[5]。

1990年,鲁宾在接受《发现》(Discover)杂志的采访时就说到:“名望转瞬即逝。对我来说,我的数据比我的名字更重要。如果天文学家在接下来的一些年里继续使用我的数据,那就是对我最大的褒奖。”[9]

薇拉·鲁宾一生都沉浸在自己挚爱的兴趣中。图片来源:academcity.org

薇拉·鲁宾一生都沉浸在自己挚爱的兴趣中。图片来源:academcity.org

鲁宾的4个孩子全部拥有博士学位,除了女儿成为天文学家外,还有2个成为地质学家,1个成为数学家。他们认为,是母亲让科学看起来充满乐趣而令人向往,这也激励了他们投身科学[4]。

2016年12月25日,鲁宾逝世于美国新泽西州普林斯顿,享年88岁。她曾经说过:“在我的生命里,没有什么事情能和每晚注视夜空一样有趣。”即使没有获得诺贝尔奖,鲁宾仍然是一个非常幸运的人,因为她的一生都沉浸于自己挚爱的兴趣之中,正如她所希望的一样。

她化作永恒的星光,照亮了充满暗物质的宇宙。

参考文献

  1. https://www.si.edu/newsdesk/snapshot/vera-rubin-lifelong-astronomer
  2. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/33963
  3. https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/cosmic-horizons/profile-vera-rubin-and-dark-matter
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Vera_Rubin
  5. http://www.astronomy.com/news/2016/10/vera-rubin
  6. https://www.e-education.psu.edu/astro801/book/export/html/1863
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve
  8. http://chandra.harvard.edu/resources/illustrations/darkmatter.html
  9. https://www.aps.org/publications/apsnews/201312/physicshistory.cfm

蒲公英当野菜吃吃也没啥,治病就算了吧

作为一个在田间地头长大的人,蒲公英是我最早认识的植物之一。很小的时候,大人们就教给我们它的两大用途:一是揉成浆用于止血,二是作为“猪草”喂猪。

图片来自pixabay | congerdesign

图片来自pixabay | congerdesign

关于止血,一般的小伤口敷上之后确实能止血,小时候一直觉得“有效”。长大之后,才会想到“如果不敷蒲公英,是不是过一会儿血也会止住”。至于作为猪草,因为叶片肥嫩,猪还是很喜欢吃的。

很多年以后才发现,蒲公英是一种“食药同源”的植物。而且不仅在中国,在世界上很多地方也都如此。有学者考证,在10到11世纪的阿拉伯地区,就有医生用蒲公英来治疗肝和脾的疾病。到了16世纪,德国医生用它治疗的范围更广,比如痛风、腹泻、起水泡以及肝脾疾病等等。而在北美,人们用蒲公英煮水来治疗消化不良和心痛等等,甚至还有用来“净化血液”和通便等等。

在中国,蒲公英入药的历史更加久远。唐代的药学典籍《唐本草》中就提到了治疗“乳痈肿”,后来的各种典籍中用途就更多,比如清热解毒、消肿散结等等。到了现代,古代典籍中的用途也被解释为治疗肝炎、上呼吸道感染、支气管炎等等。所谓“乳痈肿”,可能大致就相当于今天说的乳腺炎。

世界不同地区的人们都给了蒲公英这么多的功效,在信息隔绝的古代是一件很奇妙的事情。到了现代,也就有很多学者去研究它的成分,验证那些传说的功效。

从营养的角度说,蒲公英还是相当不错的,富含多种维生素和矿物质,尤其是维生素A和C,以及钙、钾、铁等。当然,人们对它的重视并不是这些营养成分,而是“药效”。跟其他的菊科植物一样,蒲公英中含有丰富的萜类化合物。尤其是小分子的倍半萜类物质,是其苦味和特有气味的来源。这一类的有机物具有抗菌、抗炎等各种“生物活性”,也就经常被做我了各种传说“功效”的证据。

但是,有“活性成分”跟有“功效”之间隔着遥远的距离。其实,各种植物中都含有各种各样的“次级代谢产物”,如果拿去检测和实验,都会展示各种“生物活性”。要证明某种特定的植物有“疗效”,还是需要严谨的科学实验。

因为蒲公英的广泛用途,早在20世纪初就有学者对它进行研究。尤其是后来对于“化学药物”的顾虑,“天然提取物”曾经吸引了大量的科研资源。蒲公英的根、叶、花,各种方式的提取物,从成分鉴定到活性探索,都有许多研究。然而迄今几十上百年过去了,文献中也基本上还是只有成分鉴定、细胞实验和动物实验,值得一提的人体实验基本上没有。这些研究论文的最后,总是说“显示了蒲公英具有XX的潜力,值得进一步研究”。但是,一项又一项的研究都是这样“然后,就没有然后了”。这些功效是否真的存在,也就很难说。

加拿大有位潘迪教授,他对蒲公英的研究或许是走得最远的。他研究的是蒲公英根提取物抗癌,已经进行了很多年。2016年,他发表的最新论文显示:他的蒲公英根提取物对癌细胞有杀灭效果,而且对正常细胞没有损失。这篇论文不仅有细胞实验,还有动物实验,也对功效成分进行了分离,并对作用机理进行了一定的探索。从科学研究的角度,那是一篇很好的论文。不过在媒体上,就被演绎成了“科学发现蒲公英根可在48小时内杀死98%癌细胞”。

说潘迪教授“走得最远”,是因为他获得了1级临床许可。也就是说,政府允许进行人体实验来验证蒲公英根提取物的有效性和安全性。在现在药物研发中,这也可以算得上是重大的一步,不过距离“成功”还有着“小学考试100分到博士论文”那么远的距离。每年获准进行1级临床试验的药物数不胜数,而最终能够“修成正果”的凤毛麟角。所以,潘迪教授的研究结果——从实用的角度来说——实在算不了什么。

而这,已经算得上关于蒲公英的疗效中最“深入”的研究了。正如2006年发表在《民族药物学杂志》(journal of ethnopharmacology)上的一篇综述中总结的那样:现在关于蒲公英的疗法,主要都是基于“经验”。

比如中国网络上盛传的“蒲公英治乳腺炎和乳腺增生”, 甚至有医生也这么推荐。

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这样的说法,给读者的感觉是医学定论一样。不过这里要提醒大家的是,这些说法只是依据古代典籍,并没有任何现代医学研究的证据支持。当然,“古人说的”“用了千百年”是否意味着“真的有效”,“现代医学没有证实是否意味着无效”,完全是逻辑问题。“相信”什么,是每个人自主的选择,这里只把客观情况说清楚,无意去探讨逻辑与思维方式的问题。

另外再提醒一点,上面截图文中所说的“不影响宝宝吃奶”,也是基于“纯天然植物”以及“吃了很多年”。而美国著名的医学网站WebMD则有不同的态度:

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意思是:对于怀孕和哺乳期间使用蒲公英还所知甚少,从安全优先的原则出发建议避免使用。

最后,引用一下替代医学中心(NCCIH)对蒲公英的总结:

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NCCIH是美国探索和验证传统疗法的政府机构,这是他们2016年9月更新的对于蒲公英的总结。翻译成中文就是:对于蒲公英的任何健康功效都没有靠谱的证据;作为食物吃基本上也是没问题的,只是有些人可能对它过敏;作为膳食补充剂的安全性不确定。

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货真价实的荧光色,这蛙真的会发光!

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盼望着,盼望着,春天的脚步来了。在你的眼中,春天是蒌蒿芦芽、河豚欲上,还是草长莺飞、杏雨柳风?万紫千红之外,春日也丰富着人们的听觉。除了黄鹂鸣柳小楼听雨,春日渐深的音讯大概就属田野间的阵阵蛙声了。对于大部分的蛙和蟾蜍来说,鸣叫是一生中最重要的事情——标识领地,撩妹繁衍,没有一副好嗓子可不行。

有歌喉就应该有能欣赏的耳朵。但你知道吗?有的蛙是会歌唱的聋子。

鞍背短头蟾。图片:Renato Augusto Martins / Wikimedia Commons

鞍背短头蟾。图片:Renato Augusto Martins / Wikimedia Commons

短头蟾属 Brachycephalus 是一类体型十分娇小的蛙,只有大约1厘米长。它们在巴西的大西洋沿岸雨林中经历了辐射演化,产生了三十多个分布地域狭窄的物种。大部分短头蟾具有明亮的黄色系皮肤,警告着捕食者们自己含有致命的河豚毒素,也为它们赢得了“南瓜小蟾”(pumpkin toadlet)的英文俗名。鞍背短头蟾 B. ephippium 和红短头蟾(拟)B. pitanga 就是其中两种。发表于2017年的一项研究发现,这两种蛙听不见同种个体的鸣叫。

红短头蟾因为多加了辣红色斑点而得名,种名的拉丁文pitanga在当地语言中意为“红色”。图片:Carlos Henrique Luz Nunes de Almeida / Wikimedia Commons

红短头蟾因为多加了辣红色斑点而得名,种名的拉丁文pitanga在当地语言中意为“红色”。图片:Carlos Henrique Luz Nunes de Almeida / Wikimedia Commons

研究者先是在野外录下了繁殖期雄蛙的鸣叫声,然后在野外和实验室环境中播放,结果无论雌雄都对录音没什么反应。进一步测量大脑内的神经电位后,论文作者们发现在亲缘关系很近的小瘦肢蟾 Ischnocnema parva 中,雄性的鸣叫能在听觉中枢激发神经电信号;然而对于两种短头蟾来说,“自己人”的高频鸣叫在大脑中却如同石沉大海,并不能导致神经活动。

接下来,研究者们好奇的是这两种短头蟾为什么听不见。我们人耳的关键结构包括传导和放大空气振动的鼓膜和中耳,以及把振动转化为神经电信号的内耳;前者是“机械部件”,而后者是“电子元件”。虽然主要靠声音沟通,但是很多蛙类其实“没有耳朵”——鼓膜和中耳在无尾目中经历了多次独立的退化过程。不过,吹弹可破的两栖类皮肤是天生的“鼓膜”,之前人们已知的“无耳”蛙似乎都能通过皮肤传导空气振动到内耳,从而听见声音。

用激光测定鞍背短头蟾(左)和红短头蟾(右)在高频声波中的皮肤振动。肺部两侧皮肤(红色部分)能对声波产生高频共振,把声音传入体内。图片:Goutte et al., 2017, Sci Rep.

用激光测定鞍背短头蟾(左)和红短头蟾(右)在高频声波中的皮肤振动。肺部两侧皮肤(红色部分)能对声波产生高频共振,把声音传入体内。图片:Goutte et al., 2017, Sci Rep.

然而我们的两种短头蟾丢掉的不仅仅是中耳。实际上,播放录音时的皮肤振动模式表明,短头蟾雄性的鸣叫声是可以通过肺部皮肤传入内耳的。但是解剖了内耳之后,研究者发现对于探测高频振动至关重要的基底螺旋器(basilar papilla)退化了,无法产生电信号,而探测中低频率振动的区域尚且完整。因此,这两种蛙真正是对高频鸣叫“充耳不闻”了。

冷漠.jpg:你说什么我听不见~ 图片:Mauro Regalado Soares / Wikimedia Commons

冷漠.jpg:你说什么我听不见~ 图片:Mauro Regalado Soares / Wikimedia Commons

这就带来了一个显而易见的谜团:听都听不见,两种短头蟾是如何处对象的呢?其实这倒也不仅仅是短头蟾的难题,蛙们自有对策。比如小岩蛙属 Micrixalus 的物种,诨名“印度舞蹈蛙”。生活在瀑布旁边的它们除了展开歌喉与隆隆水声一战之外,还会蹲在岩石顶上轮流伸出两条后腿、张开脚蹼,这样哪怕妹子在喧嚣浮躁的世界中没听见抖音,也能看到尬舞。研究者们猜测,鞍背短头蟾和红短头蟾大概也是“视觉系”相亲,通过鸣唱时的动作来吸引雌性。而它们的鸣叫又起到什么作用,就得另行研究了。

载歌载舞的小岩蛙,雪白的鸣囊和笔直的大腿大概在雌蛙看来充满吸引力。图片:SathyabhamaDasBiju / Wikimedia Commons

载歌载舞的小岩蛙,雪白的鸣囊和笔直的大腿大概在雌蛙看来充满吸引力。图片:SathyabhamaDasBiju / Wikimedia Commons

红短头蟾鸣唱时的“小动作”:挥手撩头发 + 吧唧嘴。图片:Goutte et al., 2017, Sci Rep.

红短头蟾鸣唱时的“小动作”:挥手撩头发 + 吧唧嘴。图片:Goutte et al., 2017, Sci Rep.

但这不是故事的全部。就在前几天,同一个研究组又发论文了——这两种短头蟾的骨骼会发光!

整条街上最靓(亮)的仔,就是我鞍背短头蟾啦。图片:Goutte et al, 2019, Sci Rep.

整条街上最靓(亮)的仔,就是我鞍背短头蟾啦。图片:Goutte et al, 2019, Sci Rep.

在紫外光的照射下,鞍背短头蟾和红短头蟾的后脑、背部现出成片的白色荧光亮点。仔细解剖分析后,研究者发现这些亮点是一片片骨化的皮层,而每片骨板的上方仅有7微米的表皮覆盖。无独有偶,去年的一篇论文也报道了许多避役,也就是变色龙物种的表皮同样能够在紫外线照射下发出蓝色荧光。实际上,人类的骨骼也有微弱的荧光,但是像短头蟾和变色龙这样醒目外露的发光实在不多见,不仅引人遐思:这么Bling-Bling的是要给谁“脸色”看呢?

变色龙在紫外光下也会展现皮肤上的亮片。图片:Prötzel et al., 2018, Sci Rep.

变色龙在紫外光下也会展现皮肤上的亮片。图片:Prötzel et al., 2018, Sci Rep.

很容易想到的目的之一就是处对象。避役的荧光有一定的性二型性,雄性的亮片数目比雌性要多些。而对于鞍背短头蟾,皮层的骨化程度不同使得荧光在性成熟的个体中才最为明显。另外,相比于亮丽发光、大大咧咧的鞍背短头蟾和红短头蟾,同属的棕色物种 B. hermogenesi 就是羞羞答答隐蔽在落叶下唱歌的,相应也并不能发出荧光。这些线索都和“发光是为了靠视觉求偶”的假说相符合,值得进一步探究。

成体鞍背短头蟾的荧光最为明显。图片:Goutte et al., 2019, Sci Rep.

成体鞍背短头蟾的荧光最为明显。图片:Goutte et al., 2019, Sci Rep.

下一步,研究者们显然需要确定的是两种短头蟾的雌雄两性互相能不能看到对方的荧光。当然,这“脸色”也有可能是给天敌看的——作为一只毒蛙,更醒目一点儿对大家都好,不然吃进嘴里后双方可都是后悔也来不及。

红短头蟾(第一行)、鞍背短头蟾(第二行)和小瘦肢蟾(第三行)的对比:在只有紫外光照射时(第三列),前两者有荧光而小瘦肢蟾没有。图片:Goutte et al., 2019, Sci Rep.

红短头蟾(第一行)、鞍背短头蟾(第二行)和小瘦肢蟾(第三行)的对比:在只有紫外光照射时(第三列),前两者有荧光而小瘦肢蟾没有。图片:Goutte et al., 2019, Sci Rep.

发光的生物总是令人着迷,然而“荧光”并非“萤光”。确切地说,短头蟾、避役的骨骼和生物研究中常用的绿色荧光蛋白都是得先有外界的光线照射——高能光子击打蛋白内的特定结构,把能量储存起来,才能以荧光的形式向外释放。比如很多蝎子的外壳在紫外灯下会发出蓝绿色的荧光,蝎子们很可能是靠感知这种荧光来判断有没有身体的哪一部分没隐蔽好而暴露在阳光里。而萤火虫等生物的萤光则是真正地实现了“发光自由”——萤光素酶催化相应的萤光素分子氧化,产生的大部分能量直接以光的形式释放,不需要外界光照。

“浑身是眼”的蝎子:“咦我的尾巴在发光诶,赶紧再往洞里钻一钻!”图片:Jonbeebe / Wikimedia Commons

“浑身是眼”的蝎子:“咦我的尾巴在发光诶,赶紧再往洞里钻一钻!”图片:Jonbeebe / Wikimedia Commons

灯颊鲷[diāo]眼睛下方的半月形发光器里,就装满了共生的萤光细菌,靠转动发光器来“眨眼”。图片:glassinnirblx.com

灯颊鲷[diāo]眼睛下方的半月形发光器里,就装满了共生的萤光细菌,靠转动发光器来“眨眼”。图片:glassinnirblx.com

无论意在繁衍还是御敌,短头蟾们都在这个春日里让人们再一次惊叹于自然的多彩和演化的神奇:耳朵“失守”的它们,反在视觉效果上“攻城略地”,很可能是拓展了新的生存维度。研究尚未结束,故事仍会继续。不知道下一个研究成果面世之时,这种娇小的两栖类又会给我们带来怎样的惊喜呢?

是真的娇小哦。图片:EduardoFrick

是真的娇小哦。图片:EduardoFrick

正是:

内耳无膜,短头蟾装聋不作哑
外皮有骨,南瓜蛙出色又发光

图片:Renato Augusto Martins / Wikimedia Commons

图片:Renato Augusto Martins / Wikimedia Commons

重型猎鹰发射,科幻再次走进现实

本文来自果壳网的微信公众号“果壳”,未经许可不得转载

SpaceX公司的重型猎鹰火箭,4月11日美国东部时间18点35分(北京时间12日6点35分),从美国肯尼迪航天中心发射升空,将阿拉伯星6A通信卫星送入预定轨道。这是这款世界现役推力最大运载火箭的第二次发射,也是它第一次正式执行商业卫星发射任务。

重型猎鹰发射升空 | Trevor Mahlmann

重型猎鹰发射升空 | Trevor Mahlmann

与去年2月6日首飞的重型猎鹰火箭相比,这次发射使用的重型猎鹰有所升级,芯一级和两个助推级全部使用了全新的Block 5型箭身,推力也比去年的首飞火箭有了进一步的提升。不过,部分发动机和助推级的头锥是重复使用的。

重型猎鹰升空瞬间,27台发动机吐出的尾焰清晰可见 | Walter Scriptunas II

重型猎鹰升空瞬间,27台发动机吐出的尾焰清晰可见 | Walter Scriptunas II

此次发射的阿拉伯星6A通信卫星,重达6465公斤,足有一辆校车大小。重型猎鹰成功将它送入了一条超同步转移轨道,远地点达到90000公里,差不多是地月距离的1/4。之所以要送入这么高的转移轨道,一方面可以大大缩短卫星进入同步轨道的时间,另一方面也可以节省卫星上用于轨道机动的燃料,有望延长卫星的工作寿命。

两个助推级正在落回发射场附近的着陆区 | Nathan Barker

两个助推级正在落回发射场附近的着陆区 | Nathan Barker

即使如此,重型猎鹰仍然有余力在发射中对芯一级和两个助推级进行着陆回收。火箭升空后大约7分45秒,两个助推级飞回了发射场附近,几乎同步稳稳地降落在着陆区内。去年重型猎鹰首飞时让人惊叹的科幻场面,再一次走进了现实。

两个助推级同步着陆,堪称科幻走进现实 | SpaceX

两个助推级同步着陆,堪称科幻走进现实 | SpaceX

大约1分钟后,芯一级也成功着陆在事先等在大西洋中的 当然我还爱你号 驳船上。而在去年重型猎鹰的首次试飞中,芯一级最终落水,没能成功回收。因此,这也是SpaceX头一次在同一场发射中成功回收三枚箭芯。

芯一级火箭成功着陆在驳船上 | SpaceX

芯一级火箭成功着陆在驳船上 | SpaceX

不仅如此,根据SpaceX首席执行官Elon Musk在推特上透露的消息,此次发射使用的两片整流罩也在发射后被成功回收。虽然是落到海里又被打捞上来的,但Musk表示整流罩完好无损,将在未来该公司自己的Starlink发射任务中重复使用。

成功被回收(打捞)的整流罩 | Elon Musk

成功被回收(打捞)的整流罩 | Elon Musk

今年,重型猎鹰还将执行美国国防部的STP-2发射任务,把25个试验载荷送入轨道。下次发射预计会在今年6月进行,芯一级将使用一枚全新的箭身,而助推级仍将是此次发射中用过的这两枚箭芯。

到时候,两枚火箭同步着陆的科幻场景,还将再次走进现实。

为了过“正确的”复活节,罗马教皇竟然克服了一千年的拖延症

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复活节兔子彩蛋,复活节兔、复活节彩蛋是民间风俗中复活节的相关物品;兔子和鸡蛋都是春天来临、动物开始繁育的代表和象征。来源:Pixabay

复活节兔子彩蛋,复活节兔、复活节彩蛋是民间风俗中复活节的相关物品;兔子和鸡蛋都是春天来临、动物开始繁育的代表和象征。来源:Pixabay

4月16日又是每年一度的复活节。它对于我们来说它之所以重要,是因为我们现在用的公历,其实就是罗马教廷为了解决计算复活节日期而弄出来的,这是当时非常迫切的天文学问题。复活节的演变历史,可总结为:从天文中来,到天文里去。也可以说,“从崇拜中来,到科学里去”。这部分的历史也可看作基督教与希腊天文学的恩怨史。

我们的日历为什么是现在的这个样子,为什么周五逢13日被称为黑色星期五,为什么星期日曾经是唯一的休息日,这一切都跟复活节有直接的关系!

复活节对我们今天的影响

1929年4月1日,在白宫草坪上进行的滚彩蛋比赛;白宫这一习俗可追溯至1878年Rutherford B. Hayes任总统期间。来源:National Photo Company Collection, Library of Congress

1929年4月1日,在白宫草坪上进行的滚彩蛋比赛;白宫这一习俗可追溯至1878年Rutherford B. Hayes任总统期间。来源:National Photo Company Collection, Library of Congress

在复活节这天,美国的川普总统和夫人将在白宫草坪上第一次滚(鸡)蛋。每年的复活节日期都不一样。(对于西欧习惯来说)2015年是4月5日,正好跟清明节重合;2016年是3月27日;今年是4月16日;2018年是4月1日,撞到了愚人节;2019年是4月21日,都快到五一了。不过它也不是随意变化,总是在3月22日和4月25日之间。

为什么会这样,我们得了解一下复活节究竟是怎么回事儿。复活节是基督教的重要节日。我们都熟悉基督教的圣诞节,12月25日,其实这是从罗马习俗中借来的太阳神的生日。从某种意义上来说,复活节要比圣诞节更重要,因为它是为了庆祝耶稣被钉死在十字架上之后第三天复活。耶稣“复活”这个神奇的事件是基督教得以成立的基础,所以基督教的许多节庆都是根据复活节日期来确定的,比如复活节之前的70天的七旬斋、之前50天的五旬斋、之前持续40天的大斋期(或叫四旬斋)、之前3天的受难节(耶稣被钉上十字架,也就是最后的晚餐发生的第二天)、之后40天的升天节(耶稣复活之后升天)、之后50天的圣灵降临节。这些节日持续之间之漫长,都是为了纪念耶稣复活。

实际上,根据民俗学考古研究,复活节本来是指古代民族的“春节”,用来庆祝春回大地,其中一个证据是,复活节Easter这个词含义为东方East,因为太阳从东方升起,它也是古巴比伦爱情、生育和战争女神之的名字。犹太人可能是从巴比伦文化中继承了这个节日,进而成为逾越节和复活节。这个节日的规定,春分(从此日长夜短)和满月(最明亮的夜晚),就充满了古代日月崇拜的味道。

因为《圣经·新约》记载,耶稣是在星期日复活,所以基督教徒在这一天聚会纪念这件事儿,逐渐形成了现在的“礼拜天”的习惯。在有双休日之前,我们唯一的休息日也就是星期日。而在《圣经·旧约》即犹太教的习惯里,休息日指安息日也就是星期六(Saturday),星期日(Sunday)反而是一星期的第一天。

在复活节前三天,也就是星期五,耶稣被钉在了十字架上死了,而在此之前“最后的晚餐”上,耶稣和他的十二门徒一共是13个人吃饭,因此13成了基督教文化里不吉祥的数字,如果周五是当月13日的话,就成了“黑色星期五”。

可是如此重要、影响如此之大的一个节日,在基督教历史上曾经长期处于“算不准”的尴尬状态。这跟复活节日期的规定有关。

复活节日期竟是个大麻烦

米开朗基罗Michelangelo雕像作品《悲痛的圣母》,文艺复兴时的艺术凸显了人性。来源:architectureimg.com

米开朗基罗Michelangelo雕像作品《悲痛的圣母》,文艺复兴时的艺术凸显了人性。来源:architectureimg.com

基督教脱胎于犹太教,而且接受了犹太教圣经,也就是《旧约》。复活节则是继承自犹太教的逾越节。逾越节是犹太人为了纪念上帝打击埃及人(越过了犹太人的家门)从而带领犹太人出埃及的故事,是犹太教最重要的节日。复活节这个基督教的节日最初是沿用犹太人的逾越节(基督教脱胎于犹太教,耶稣及其大多数门徒都是犹太人)。逾越节是犹太历法新年(在春分前后)的正月十四日,因为犹太历的一个月是从看见新月开始的,所以十四日实际上相当于我们中国夏历的15日,即满月之日(月望)。

基督教成长于罗马帝国境内,一开始因为不信奉罗马诸神而备受打击迫害。一直到公元4世纪,趋于衰落的罗马帝国承认了基督教地位,罗马皇帝君士坦丁一世在临终前还受洗入教。就是这位皇帝,在公元325年的第一次尼西亚公会议上规定,复活节是每年春分之后,第一次月圆之后的第一个星期日;如果月圆那天就是星期日的话,就推迟到下个星期日。如此规定是要跟犹太教的逾越节脱离关系,因为犹太教并不承认耶稣是上帝之子,是救世主。但是这个规定带来一个非常大的麻烦,复活节的日期难以计算。

君士坦丁一世Constantinus I ,也称君士坦丁大帝,他是第一位皈依基督宗教的罗马皇帝,在313年颁布《米兰诏书》,承认在帝国内部有信仰基督教的自由。来源:Jean-Pol GRANDMONT

君士坦丁一世Constantinus I ,也称君士坦丁大帝,他是第一位皈依基督宗教的罗马皇帝,在313年颁布《米兰诏书》,承认在帝国内部有信仰基督教的自由。来源:Jean-Pol GRANDMONT

复活节的几个关键词:春分、月圆(即满月、月望)、星期日。春分是太阳运行的规律,即太阳经过黄道(太阳轨道)与天赤道(地球赤道在天球上的投影)的交点,这一天全球昼夜平分。现在的春分是3月21日左右。月圆则是属于月亮的运行规律,月相变化。星期日还好说,只要逐日数下去就是了。可是综合这几个因素计算,显然超出了当时罗马帝国的能力范围。

我们现在知道,太阳、月亮的运行速度都是不均匀的,因为地球围绕太阳公转、月亮围绕地球公转的轨道都是椭圆。近日点(近地点)运行速度快,远日点(远地点)运行速度慢,反映在观测上就是看到太阳、月亮每天在天球上走过的距离不一样。这种不均匀性给各国各民族的古人带来非常大麻烦,因而历法的准确性也成了考量古代民族文化水平的重要参考。

月相变化平均周期是29.53天,所以采用阴历计算日子,一个月是29天或者30天(我们过农历新年的时候遇到过大年三十,也遇到过大年二十九,但从来不会庆祝大年二十八或三十一)。但是月球绕地球公转的周期(速度变化周期)是27.3天,这就意味着我们看到每个月(月相决定)长度是不一样的,也就初一十五的日期难以简单地推算出来。更何况月球的运动相当复杂,它受到很多因素的影响。而且还有一个更糟糕的因素,地球上不同经度上看到的月亮出没时间是不一样的!随着地球自转,越靠西边的地方看到月亮升起的时间越晚;这样一来,在同一天,可能东边某地看到不是满月(然后就到第二天了),西边某地看到的也许就是满月了(当天还没有过去),因此两地对哪一天为满月可能都无法取得一致意见——何况罗马帝国的疆域还那么大。

君士坦丁大帝时期的罗马帝国疆域

君士坦丁大帝时期的罗马帝国疆域

罗马帝国此时应用的是“儒略历”,即凯撒大帝(他的名字叫儒略·凯撒)采纳希腊天文学家索西琴尼的建议,在公元前45年开始实行的历法,这是一部太阳历。它规定一年的平均长度为365.25天,平年365天,每四年增加一个闰年(即2月底加一天)。不过实际上的平均年长(天文学家称为回归年)是365.2422天,这样一来儒略历每年就长了0.0078天(11.2分钟)。一年长11分钟不算什么,但累积400年就是3天的时间。到了公元4世纪的后期,当罗马人庆祝新年的时候,天文上实际日子是在三天之前。这个误差实际上一直没有得到修改一直在累积。先是罗马帝国,然后是罗马教廷,一直在使用这个误差累计越来越大的儒略历。

所以,这位临死前才皈依基督教的君士坦丁一世皇帝大概没有想到,罗马帝国本来用的阳历麻烦还没有解决,他又引入了阴历的因素,让复活节日期变成了各地教会发生争执,甚至闹分裂的一个原因。

拖延症犯了……一千年

君士坦丁一世也被认为是东罗马帝国(拜占庭帝国)的建立者,他一手在亚欧大陆交界处建立新都城(当时称新罗马、君士坦丁堡,即今天的伊斯坦布尔)。不过罗马帝国自三世纪起就内争不断和外敌入侵,国力衰落,虽然后来有过像君士坦丁一世这样伟大的皇帝,但到了公元395年,罗马帝国还是无可挽回地分裂为东西两半。公元476年,北方来的日耳曼蛮族灭亡以“永恒之城”罗马为首都的西罗马帝国,东罗马帝国一直持续到1453年才亡于奥斯曼土耳其。

罗马帝国的分裂也标志着基督教的分裂,东部自称为正教(即东正教),西部自称为公教会(罗马天主教)。在西罗马帝国的废墟上,罗马天主教虽然成功地跟北方蛮族联手建立了统治,欧洲进入中世纪,但是罗马帝国的荣光已一去不复返。其中的标志之一大概就是……复活节日期问题拖延了一千年都没解决。

实际上,基督教会在二世纪开始,就出现两个纪念耶稣复活的日期:东方教会遵循耶稣门徒的传统在犹太人的逾越节,即是犹太历正月十四日。以罗马教会为代表的西方教会,就在逾越节后的星期日纪念耶稣的复活。无论哪种做法,都要看犹太历法行事,以至于有记载说,早期的教会要遣人去问犹太长老逾越节日期,才能确定基督教的复活节日期。

在325年第一次尼西亚会议,基督教决定不按犹太历法,而按照春分和满月,自行计算出复活节日期。但基督教世界马上面临了历法制定上的困难,由于儒略历本身已跟天文现象不甚相符,月相计算又困难重重,所以各地教会为了制定计算复活节日期的方法,进行了多种尝试,甚至规定出一个“天主教的月亮”从而不依赖天文观察来制定“合理的”复活节日期。由于复活节是如此重要而计算又如此复杂,以至于在拉丁文里专门有个词computus指“复活节日期的计算”,这个词后来成为英语里的计算computation,也是计算机computer的词源。

古希腊天文学拯救了复活节

克拉维乌斯关于复活节计算的著作Clavious Computus ecclisiasticus 1603 Title page 克拉维乌斯(Christopher Clavius),现行公历的完成者。他也是利玛窦的数学老师。来源:Wiki

克拉维乌斯关于复活节计算的著作Clavious Computus ecclisiasticus 1603 Title page
克拉维乌斯(Christopher Clavius),现行公历的完成者。他也是利玛窦的数学老师。来源:Wiki

中世纪又被称为黑暗时代(dark ages),因为希腊的光荣和罗马的伟大均已消失,只有在修道院里才保存了残存的古代文献,因此教会和修道院成了文化教育中心,实行相当刻板的教会教育。一直到12世纪,阿拉伯文化翻译保存的希腊典籍又通过两条途径重新传回欧洲,一条传播途径是西西里岛,这里汇聚了拉丁、希腊、阿拉伯、犹太各族的学者,另一条途径是基督教世界重新夺回的西班牙,在托莱多城的翻译中心,欧洲学者们和阿拉伯学者协力工作。

在这场“百年翻译运动”中,欧洲学者找回了希腊哲学家、科学家们的著作,包括柏拉图、亚里士多德、欧几里得、托勒密。12世纪后期,在一些城市出现了名为“大学”的组织。柏拉图和亚里士多德著作的重新出现(实际上是第一次为拉丁欧洲学者所知),对基督教也影响深远,呈现了希腊哲学和基督教神学结合在一起的经院哲学。

对希腊文化的学习,在400年后16、17世纪收获了丰硕的成果,产生像哥白尼、第谷、伽利略、开普勒这些伟大的科学家,他们是我们一直在反复讲述的科学革命的主角。科学革命首先发生在天文学领域,而对于古希腊天文学的继承与发展如此“给力”,幕后则是天主教对于统一复活节日期的追求。

中世纪时代已很明显的一个事实是,世界末日不会那么早到来,至少几位教皇宣称的世界末日都过去了,世界还安然无恙。而复活节日期不统一在各地教会之间造成了无数的纷争。试想如果连最神圣的耶稣复活日期都不能给出权威答案,那么教皇还拿什么号令天下信徒呢?看来已拖延近千年的历法改革必须要提上日程了。

因此,在中世纪,尤其是文艺复兴前后,历代教皇对于复活节问题召开了多次会议,花了大力气鼓励天文学研究,进行历法改革,哥白尼也曾经接到过这样的研讨会邀请。教会进行天文学研究有个很有利的条件,天主教的教堂建设得非常高大,很容易在楼顶开孔,将阳光投射到地板上来观察太阳的运行,也就是把教堂变成了一座日晷。

持续数百年的努力,终于在16世纪文艺复兴时期得到了回报。最终完成复活节日期统一工作的要归功于两个人,意大利的医生兼天文学家路易吉·利利奥(Luigi Lilio,也叫Aloysius Lilius ,1510 – 1576年)、德国数学家兼耶稣会修道士克里斯托夫·克拉维乌斯(Christopher Clavius,1538年-1612年)。

我们对利利奥的情况知之甚少,他来自意大利南部的卡拉布里亚(Calabria),曾在那不勒斯学习医学和天文学,他的弟弟安东尼奥也是医生兼天文学家。利利奥被称为是新历法的“第一作者”,他关于历法改革的建议文章由他弟弟提交给了教皇格里高利十三世,1575年送达历法改革委员会。利利奥非常杰出的贡献是,提出了一个月相周期“岁首月龄”(Epacts),可非常方便地计算新月出现的时间。

由于利利奥在1576年就去世,最终完成历法改革的是克拉维乌斯。他出生于巴伐利亚的班贝拉,在数学、天文学领域成就非凡。对于我们来说,第一位成功在中国明朝传播基督教的耶稣会士利玛窦(Matteo Ricci)就是他的学生(利玛窦称之为“丁先生”,因为拉丁文Clavius的意思是“钉子”),利玛窦和徐光启翻译的《几何原本》所依据的就是他评注的十五卷本。伽利略最初用于教学的天文学教材也是他写的,伽利略用望远镜观察星空之后,也首先把望远镜和观测成果与年迈的克拉维乌斯进行探讨。(克拉维乌斯是一位反哥白尼主义者,但如果假以天年,不知道他会不会转变为哥白尼日心说的拥护者呢?)

克拉维乌斯通过日晷观测,向教皇格里高利十三世证明,1582年当年的春分已经从3月21日变成了3月10日。为了把春分日调回3月21日,也就是消除儒略历在过去一千多年里累积多出来的10天,他把1582年10月4日星期四之后删除10天(星期序列仍旧持续),即10月4日之后是10月15日星期五。克拉维乌斯还提出新历法的置闰规则。在儒略历中,每4年设置一个闰年,这样每400年就多了3天。他提出了消除这3天的方法,每逢世纪年,年份需要被400整除才是闰年,在2月份加入29日,否则就不需要。这样一来,实际上接下来的1600仍是闰年,第一个被消除闰年是1700年。

这部由教皇格里高利十三世颁布的新历法,被称为格里高利历,也就是我们现在使用的公历。

一个复活节,半部历法史

英国复活节计算历书。来源:astrologyandart.files.wordpress.com

英国复活节计算历书。来源:astrologyandart.files.wordpress.com

格里高利历重新使历法日期和天文现象保持了同步,使复活节这个极具象征意义的重要节日回到了公元325年关于“春分”、“满月”和“星期日”的规定上,从而解决computus计算问题。当然,随着天文学进展,后来又提出更便捷的计算方法,现在西欧国家使用的是德国数学家高斯的方法。

随着欧洲兴起,基督教传遍了全世界,格里高利历也就变成“公历”,公认接受的历法。不过有意思的时,在格里高利历颁布是,天主教已经发生分裂,德国神学博士马丁·路德在1517年发起的宗教改革,使北欧许多地区变成新教(基督新教,在中文里被不恰当地叫做“基督教”),拒绝接受教皇的权威;再加上东正教国家本来就有自己的领袖而不尊奉罗马教皇的命令。因此,在1582年只有西班牙、葡萄牙、波兰和意大利等天主教国家接受格里高利历;新教国家要在一百多年之后才陆续接受,比如英国直到1752年才进行历法改革;东正教国家更要晚几百年,我们说的俄国“十月革命”实际上发生在1917年11月7日,这一年底俄罗斯才接受了公历,而希腊一直到1923年才接受公历。

有意思的是,东正教国家对于复活节日期,仍然坚持根据儒略历来制定。因此与复活节相关的宗教节庆,一般要比西欧国家晚。看来在宗教人士看来,“政治正确”还是要比天文科学的地位更高一些。

从天文历法的角度来看,其实复活节日期计算面临的问题,是要把握太阳、月亮的运行规律,这也是任何一部历法要想做到准确无误必须解决的问题。虽然基督教与希腊文化相伴而生,在复活节问题凸显时,古希腊天文学家们早已准备好了计算方法(以托勒密《天文学大成》为代表),过于由于当时宗教与科学的隔阂而错失了机会。一直拖延到了一千多年之后,拉丁欧洲重新发现了古希腊科学,进行学习和发展,才真正解决复活节日期计算的问题。

宗教与科学的再度联姻,带来一些意想不到的后果。比如,天文学在欧洲的再度发展,产生了哥白尼的日心说(哥白尼最初也想解决历法问题),催生了科学革命,最终导致科学与宗教分道扬镳,甚至一度势成水火。

再比如,克拉维乌斯在欧洲完成了历法改革,弄清楚了太阳、月亮的运行规律应该如何计算,他的学生利玛窦在同一时期到中国明朝传教,发现明朝正面临同样的历法改革问题,朝廷上下正为日食预报屡次失误而烦恼不已。于是利玛窦敏锐地把握住了机会,提出通过帮助明朝改革历法,从而获得朝廷认可获得了广泛传播基督教的机会。由徐光启主持、邀请多位欧洲天文学家参与制定的《崇祯历书》,实际上全面翻译引进了当时的西方天文学,“熔彼方之材质、入大统之型模”(指明朝《大统历》)。根据《崇祯历书》制定的清朝《时宪历》虽然形式上还是中国农历,但内核已经变成了包括开普勒三定律在内的西方天文学了。

看来,复活节这个基督教节日,实际上早已通过各种形式,悄悄地影响了我们。

添加杀虫剂的儿童防蚊裤,日常穿真没必要

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近日,某著名母婴电商推出一款儿童防蚊裤,声称面料中添加了一种“防蚊特调剂”——拟除虫菊酯,驱蚊率达到65%。

某母婴电商产品宣传页截图

某母婴电商产品宣传页截图

看到这款商品,我的第一反应是吃惊:为什么要给小朋友穿用拟除虫菊酯处理过的衣物,安全吗?有必要吗?

拟除虫菊酯虽然是一种广泛应用的除蚊成分,但其对儿童的健康影响一直还在评估中。在日常生活场景下,有其他更安全的驱蚊手段。作为一个研究拟除虫菊酯毒性的科研人员,我个人并不推荐日常给孩子穿这种衣物。

拟除虫菊酯是什么?

也许大家对拟除虫菊酯这个名词比较陌生,但这种东西其实很多人都用过,也接触过——家里用来除蟑螂或者蚊虫的雷达喷雾剂,里面的活性成分就是拟除虫菊酯。这是一类人工合成的模拟天然除虫菊素的杀虫剂。

某款杀蟑气雾剂中含有两种拟除虫菊酯。

某款杀蟑气雾剂中含有两种拟除虫菊酯。

除虫菊素天然存在于菊花中,人们利用其杀虫已有上千年的历史。但是,由于除虫菊素不稳定,在日光下容易降解,杀虫活性有限,后来化学家改造了除虫菊素的结构,合成出更加稳定、杀虫效果更强的拟除虫菊酯。

目前上市使用的拟除虫菊酯有二三十种,相对于有机氯农药、有机磷农药,拟除虫菊酯对哺乳动物和人类的毒性更低、更为安全,因此在世界各地广泛应用于农业、林业以及家用除虫。例如,每年夏季来临时,居民生活小区、学校、工作场地的绿化植被通常要喷洒除蚊虫的农药,都是以拟除虫菊酯为主。我们平时吃的蔬菜、水果、茶叶等农产品,很多也是喷洒了拟除虫菊酯。

添加氯菊酯的衣物,仅用于特殊场合

商家的原始文案中声称,防蚊裤的面料添加了拟除虫菊酯。然而拟除虫菊酯其实是几十种化合物的总称,每种拟除虫菊酯的结构和毒性存在差异,又分为I型和II型拟除虫菊酯。其中II型拟除虫菊酯的毒性比I型更大,而且目前某些毒性强的II型拟除虫菊酯(例如氰戊菊酯)是禁用于某些农产品的。所以,防蚊裤中添加的究竟是哪种拟除虫菊酯、含量多少、时效多久,与其毒性和安全性密切相关。

很多驱蚊液中含有拟除虫菊酯

很多驱蚊液中含有拟除虫菊酯

后来商家发文更正,称该防蚊裤面料添加的不是拟除虫菊酯,而是氯菊酯。然而,氯菊酯其实就是拟除虫菊酯的一种,属于I型拟除虫菊酯,毒性相对较小。那么,氯菊酯处理过的防蚊衣物是否安全呢?

氯菊酯是第一个合成的、适用于农林害虫防治的拟除虫菊酯品种。早在几十年前,美国和加拿大军队就用氯菊酯处理过的衣物给在野外作战的战士们穿,可以有效降低蚊虫叮咬。后来这一军用产品通过了美国环境保护署(EPA)的批准,可以用于民用。这类氯菊酯处理过的衣物通常给绿化、园林以及各种野外作业的人员使用,有效降低了蚊虫叮咬,对于蚊虫传播的各种疾病有很好的防护作用。例如,疟疾虫主要通过蚊虫传播,因此世界卫生组织也推荐在疟疾肆虐的疫区(例如非洲)使用氯菊酯处理过的蚊帐。

美国EPA也批准了个人可以用5%的氯菊酯溶液喷洒在自己的衣物、野营的帐篷上。氯菊酯溶液还可以给宠物喷洒,防治宠物身上长虱子、跳蚤等。在国外电商平台上,也可以买到这类添加氯菊酯的成人或者儿童户外防护服,用于野营、徒步旅行、园艺等。需要指出的是,这类防护服里添加的氯菊酯的除虫效果是有一定时效性的,比如只能维持2个月,或者洗20~30次后就失效了。对于这类添加氯菊酯衣服的特殊用途和时效,商家都是应该注明的。

添加了氯菊酯的户外防护服 | Amazon

添加了氯菊酯的户外防护服 | Amazon

对成人较安全,对儿童要谨慎

虽然目前氯菊酯等拟除虫菊酯被认为对人类比较安全而大量使用,但拟除虫菊酯对儿童的健康影响,一直还在评估中。由于儿童正处于生长发育阶段,免疫系统、代谢系统尚未发育完全,对于外来毒物的代谢能力、解毒能力远不如成人,而且易发生过敏反应,因此对化学品的毒性更加敏感。

儿童容易被蚊虫叮咬,儿童驱蚊用品的有效性和安全性都需要评估

儿童容易被蚊虫叮咬,儿童驱蚊用品的有效性和安全性都需要评估

拟除虫菊酯杀虫的原理是与神经细胞的钠离子通道结合,导致神经细胞过度兴奋,使昆虫痉挛到麻痹而死亡。拟除虫菊酯也可以与哺乳动物和人的神经细胞的钠离子通道结合,只是结合能力仅为昆虫的1/1000左右。由于昆虫体积远远小于人,用于杀死昆虫的拟除虫菊酯剂量相对于人来说就很低,再加上拟除虫菊酯在人体内代谢很快,因此对人来说相对比较安全。

但是,美国环境保护署也把氯菊酯列为了潜在的致癌物。目前也有一些研究表明,拟除虫菊酯对哺乳动物有神经毒性,干扰哺乳动物的神经系统功能,尤其对儿童存在潜在的健康风险。

  • 中国学者在2012年的一项研究中发现,氯菊酯等拟除虫菊酯的暴露与儿童白血病风险有相关性[1]。
  • 美国科学家的研究发现,母亲在孕期的拟除虫菊酯暴露与孩子的行为和执行功能缺陷有关[2]。
  • 还有研究发现,在美国用飞机喷洒拟除虫菊酯的地区,儿童诊断出自闭症和发育障碍的比例较高[3]。
  • 如果母亲在怀孕期间生活在喷洒拟除虫菊酯农业区附近,其子女患自闭症和发育障碍的风险增加[4]。

由于目前相关研究还较少,因此拟除虫菊酯对儿童健康的影响尚无定论。但是考虑到儿童属于敏感人群,对于儿童的安全评估应该更为谨慎。

虽然这种氯菊酯添加的衣物确实是被美国EPA批准使用的,但是关于这类化学品的安全性评估往往是滞后的。与临床药物不同,化学品的上市使用通常只需要提供动物毒理数据,并不需要人群健康数据。而很多化学品是在使用了几十年后,由长期大规模的人群流行病学调查提出了强有力的有害健康证据之后,才被管理部门禁用或者限制使用,最典型的例子莫过于双酚A。然而此时,人们往往已经暴露于这些有害化学品几十年甚至更久,并已经产生了一些不良健康影响。

从谨慎的角度出发,我个人建议儿童等敏感人群尽量避免不必要的潜在有毒化学品的暴露。

  • 对于生活在干净环境的城市儿童来说,如果不是去户外野营、丛林里徒步旅行,日常穿这种氯菊酯添加的防蚊裤收益很小,不值得付出不确定的风险代价。我个人并不推荐日常给孩子穿这种添加了氯菊酯的衣物。
  • 如果你生活的环境相对比较干净,而且周围环境中(比如生活小区、学校等)已经施用了杀虫剂,那么因蚊虫叮咬感染各种疾病的风险相对较小,并不需要再特意给孩子用氯菊酯防蚊裤。
  • 如果是带孩子去野地露营、从事野外作业,或者前往疟疾肆虐的地区,那么可以考虑用专业的添加了氯菊酯的户外防护服、蚊帐、帐篷等护具。
  • 日常防止孩子被蚊虫叮咬,可以使用避蚊胺(DEET),这是一类目前最常用的蚊虫驱赶剂,可以用于6个月以上婴儿。

参考文献

  1. Ding G, Shi R, Gao Y, Zhang Y, Kamijima M, Sakai K, Wang G, Feng C, Tian Y. Pyrethroid pesticide exposure and risk of childhood acute lymphocytic leukemia in Shanghai. Environ Sci Technol. 2012 Dec 18;46(24):13480-7
  2. Furlong MA, Barr DB, Wolff MS, Engel SM. Prenatal exposure to pyrethroid pesticides and childhood behavior and executive functioning. Neurotoxicology. 2017 Sep;62:231-238.
  3. Hicks SD, Wang M, Fry K, Doraiswamy V, Wohlford EM. Neurodevelopmental Delay Diagnosis Rates Are Increased in a Region with Aerial Pesticide Application. Front Pediatr. 2017 May 24;5:116
  4. von Ehrenstein OS, Ling C, Cui X, Cockburn M, Park AS, Yu F, Wu J, Ritz B. Prenatal and infant exposure to ambient pesticides and autism spectrum disorder in children: population based case-control study. BMJ. 2019 Mar 20;364:l962.