科学如此美丽

走进“新鲜阅读”,走进无穷无尽的世界……

“科学松鼠会”是一个科学传播公益团体,由90多个年轻人组成,他们是大学副教授、博士后、研究生、本科生、科学记者编辑和一些公司白领。他们相信科学是美的,希望为公众“打开科学坚果”,让“科学流行起来”。他们聚在一起聊科学、开讲座、看纪录片、辨星星、认植物……他们一起写作的科学博客获得了2008年德国之声博客大赛“国际最佳博客”公众奖。这本书就将带你走进他们流连忘返的科学世界,一起领略科学无与伦比的美丽。

书名:《当彩色的声音尝起来是甜的》

类型:科普读物

作者:科学松鼠会

出版社:上海三联书店

推荐指数:★★★★

当彩色的声音尝起来是甜的

一觉醒来,睁开双眼,看到的是家中熟悉的场景和透窗而入的阳光;工作累了,听段音乐放松放松;新买的衣服,摸起来手感不错;饭菜上来了,先是扑鼻的香味,然后是绕舌的美味……这就是我们每天的生活,由视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉五种感觉塑造而成。来自外部世界的信息被各感觉器官所捕捉,经过各感觉系统的处理,最终得到一个解释或是一种感受:朝你微笑的是那个美丽女孩;嘴里的烤鸡味道不错……并由此引发出接下来的行为:赶快上前打个招呼;再咬一大口,猛嚼一阵……我们在不断感知,生活也在不断继续。

回荡着凄婉乐曲的悲剧场景给我们带来忧伤,没有人能够区分出这忧伤哪部分是来自看到的,哪部分又是来自听到的。人五种感觉系统的信息来源迥异,运行机制也不尽相同,但它们并不是彼此完全独立进行工作的,各感觉信息在大脑中被分别处理时,可能存在一定的相互作用,分别处理完毕后还可能会在更高级的皮层区域得到整合。正因此,我们得到了一个不可分割的忧伤。

不同感觉相互影响最典型的例子是嗅觉与味觉的合作。当我们捏住鼻子,通过品尝判断食物的种类时,成功率不会太高,即便像巧克力这样广受欢迎的食品也无法脱颖而出。这是因为食物风味的绝大部分信息是由嗅觉提供的,品尝出来的味道只具有辅助作用,巧克力的甜味要与其特有的气味融合在一起才能令人无法抗拒。

影响还可以与时间上的先后有关,即前一种感觉信息的处理结果会左右到后一种的处理。比如注视身体的某部分(如手臂)能够提高那部分皮肤的触觉敏感性,所以打针的时候还是看着别处比较好。

彼此的信息交流是必要的,但有些时候会出现异常情况,比如:白纸黑字的“2”看起来却是红色的;一听到莫扎特的音乐嘴中就会泛出奶油的味道,或是眼中呈现出快速流动着的色彩斑斓的波纹……

如果你有过类似的经验,不必觉得心中不安,早在1690年,就有科学文献记载说一个人感到喇叭发出的声音是猩红色的。19世纪末,这种异常生理现象得到了广泛研究,但随后不久便被认为是一种幻觉而遭到冷落,直到20世纪80年代重新引起科学家们的兴趣,并以“synesthesia”的字样频繁出现在学术期刊中。

英文synesthesia由分别代表“联合”和“知觉”的两个希腊文字结合而成,中文翻译为“共感觉”或“联觉”。顾名思义,所谓联觉,就是某种感觉刺激在引起相应感知的同时,还会引发另外一种感知,而能够带来这额外感知的刺激却从未出现。联觉能力在一个人的童年时期就已经具备,并且通常伴随其终身,因此联觉者往往不认为自己的感受有什么不正常,甚至认为别人也应该如此。小说《洛丽塔》的作者纳博科夫就经常跟他的母亲争执字母“b”是黄褐色还是橘红色的,“t”属于淡黄绿色还是浅蓝色。很显然,他母亲也是一个联觉人。

联觉的发生是自动的,既无法刻意生成又无法抑制。这一点可以由专门给联觉人制造的麻烦来证明:如果看到字母“A”会感知到红色,那么就给他看一个绿色的“A”,这使其需要很努力才能说服自己那字母是绿色的。在此情况下,联觉人判定字母真实色彩的时间要比普通人慢,因而该方法通常被研究者用来验明受试者的正身。

从理论上讲,联觉可以发生在五种感觉中的任意两种或两种以上之间,但最常见的情形是视觉系统内的联觉:字形触发颜色,字形包括字母、词语、数字。跨感觉系统的联觉通常是由音乐产生颜色、味道;字形产生味道,等等。在所有联觉感知中,颜色的出镜率最高。联觉还是单向的,到目前为止没有发现例外,钢琴曲带来蓝色,但看到蓝色耳边不会响起钢琴曲。任何两个联觉者的模式都不会完全相同,一个人眼中的“绿色”可能恰巧也是绿色的,而在另一个人看来却是紫色的。当然,对后者来说这种经验会为其带来不便,但不能就此认为联觉是一种疾病,它并不由某种生理上的缺陷、障碍所导致,联觉者们也都是身心健康的。

但联觉毕竟是一种异常的感知,因此引发了科学家们对其背后神经机制的浓厚兴趣,而对这些机制的理解也有助于对正常感知过程的研究。最容易想到的解释是,在处理不同感觉信息的通路间存在着异常的神经连接。比如当看到“星期三”这个词时,视觉系统内专门负责对形状信息进行处理的细胞会作出反应,并通过异常的神经连接,使本应只对咖啡色信息进行处理的细胞也同时兴奋起来,结果便是咖啡色的“星期三”跃然纸上。同样的道理,听觉系统和味觉系统间的异常连接带来了五味俱全的贝多芬命运交响曲。

看样子是额外生出来的神经连接导致了联觉的出现,其实正确地说是应该消失的神经连接没有消失。因为大脑在早期发育过程中不是生成新的神经,而是将已有的修剪成某种特定的连接模式,使各感觉系统相对独立地开展工作,以便于将信息分门别类进行处理,提高效率。因此可以说每个人都曾经是联觉人,当我们还是婴儿的时候,妈妈的声音带有甜甜的色彩和温暖的香气。而由于某种原因,部分人脑中的一些多余连接被保留了下来,令他们能够体验到只属于自己的那份独特感受。

普遍认为产生联觉的原因来自于遗传。一家子都是联觉人,而且各擅其长,时常聚在一起交流心得,倒也其乐融融。联觉人大部分是女性,男女比例大概为1∶5,因此联觉很可能是一种与X染色体相关的遗传特性。但肯定也要受到后天环境的制约和影响,那些不时引发奇妙感受的字词、音乐可都是经验之得。

联觉并不总是带来烦恼或是无用的,如果每个数字都代表一种颜色,记住别人的电话号码就容易得多了。事实上,联觉者往往拥有更高的智商、更好的空间记忆能力、更丰富的创造力。这些天分在文学、艺术领域最有用武之地,诗人、作家笔下的美妙意境恐怕不是空穴来风——“微风过处,送来缕缕的清香,仿佛远处高楼上渺茫的歌声似的”,朱自清的妙笔是否来自其切身体验?画家的每一幅作品都可以是一次独特的和声编排,苦涩的大二度音程、干草味的四度音程对音乐家的事业发展肯定大有益助。联觉人曾在19世纪末的欧洲前卫艺术界风光无限,物理学家费曼、作曲家李斯特也均在联觉名人榜上占有一席之地。

如果你是一位联觉者,感谢这种天赋的能力吧,不管怎样,它使你的生活更加丰富多彩。

(韩彦文)

并不狂野的未来

多年以前,当我还是个学生的时候,曾经参加过一个关于恐龙灭绝的电视节目。那些中生代的庞然大物的“突然”消失,同其他的物种大灭绝事件一样,带着一种神秘的宿命色彩,让人着迷不已。

生生死死,在我们这个宇宙一隅的最近的几十亿年里,不断循环往复,展现着一种寻常的姿态。既然我们自信地认为审视过了如此之多的生死故事,为何不以史为鉴,把眼光从过去投向未来,大胆做一个预言者呢?

100年后

频发的气象灾难在新媒体的助推下一次次提醒我们,不管这是不是一个“不便告人的秘密”,全球变暖的脚步正迅速而踏实地向前行进。100年后,两极冰盖将大幅度缩小,海平面上升,大气、海洋环流将发生显著变化。直面挑战的,将是北极熊。北极地区本就是一片大陆拱卫的海洋冰盖,冰盖的瓦解,使北极熊的生存空间大大减小。大型食肉动物处在生物链的顶端,生存需要的领地面积相当可观,如果北极熊被迫向南方的亚寒带和北温带迁移,将直接面对它们的兄弟——棕熊和黑熊的竞争,穿着白大衣的冰原来客能否在本已拥挤的客乡拼得一席之地?至于地球的另一端,南极是被海洋拱卫的大陆,即使冰盖消融,南极的企鹅也不会无家可归,而且也不用担心其他大陆的大型动物来南极与它们争夺地盘。

海洋里,海水温度的上升,空气中的二氧化碳浓度增加,都给生物链底层的浮游植物提供了一个发达的机会,同时,那些同在海洋食物链底层的浮游动物和腔肠动物也会受益(它们基本不用担心人类的捕捞问题)。前些日子,一艘美国的航空母舰被一大群黏糊糊的水母堵塞了水循环系统,这是一个鲜明的信号。

至于在陆地上,这次“发烧”还不至于根本上改变陆地的面貌。

500万年后

时间跨度看起来有点儿大,不过在预言家眼里不过是一瞬。500万年后,地球重新迎来寒冷时期。在冰期面前,人类的“不便告人”的小动作显得太微不足道。这时,欧洲的北部,一直到阿尔卑斯山;亚洲的北部,包括我们的首都北京;北美洲,包括纽约、华盛顿,都将被厚达数百米的冰雪重新覆盖。

其实地球就如同一个疟疾病人,冷热总是交替出现。68亿年前到57亿年前、47亿年前到41亿年前、32亿年前到23亿年前以及从250万年前直到现在,地球经历了四次大冰期。

在冰期的大陆上,动物和植物需要面对的,是寒冷和干燥(冰川封存了地球上大量的水,导致水循环减弱)。由于缺少温度和水分这两个重要的生态因子,生命将会变得萧条。

此时的地球中纬度地区,如今广大的农田,将被冰原和寒冷的沙漠所取代。在这些地方,如果你还能辨别出那些哺乳动物的大概模样,你会发现它们都变大了,身披长毛,四肢、耳朵、尾巴都比现在的同类小很多。因为只有这样,它们才能减少体温的损失。

而如今低纬度的热带雨林,将变成一片草原,这里是投机分子的天堂,剧变给它们提供了机会,而并不荒凉的生境给它们提供了能量。上一次冰期的投机分子是人,这很“让人意外”。他们从消失的树端下到地面,解放前肢直立行走,这是250万年前的事情。而一万年前,冰川退缩,也就是到了间冰期,当地球再次变得温暖的时候,人利用农业创造了文明,以至今日。而这一次,啮齿动物很有投机分子的天赋,它们低调(食性广泛,身体娇小),而且反应迅速(繁殖速度快,提供了比别的哺乳动物更快的演化速度)。如果在下一次冰期的一个短暂的温暖时候,一只曾经啃过我的书箱子的老鼠的后裔复原了一块化石硬盘的数据,恰好看到本文的原稿,并破译了这篇小文,然后奉我为先知,也并不很值得奇怪。

如果没有意外,500万年后,奇蹄目动物像马、驴,偶蹄目动物像猪、牛、羊将很难熬过冰期,取代它们的将是变大了的啮齿动物——老鼠的后代。而捕食这些大老鼠的,将不是老虎、狮子和狼,这些大型的食肉目动物也同它们的猎物一起消失了,现在小型的食肉动物像貂、鼬的大块头后代将是那时的捕食者。

那时的海洋将比现在沉寂许多,寒冷和由陆地河流带来的营养补给的减少将使浮游生物大量减少,以此为生的蓝鲸将成为永远的回忆,其他的鲸类由于同样处在食物链的顶端,也难逃灭绝的命运。

总的来说,500万年太短,你还能认识那时多数的生物。

1亿年后

漫长的冰期结束了,漫长的“桑拿期”开始了——炎热而潮湿的时期。生物圈又开始喧闹起来。食物链金字塔底层的植物的繁盛给金字塔顶层提供了足够大的空间。在现今的动物里面找不到直接祖先的新一代庞大哺乳动物在森林的边缘游荡,它们都长着巨大的耳朵或者满身遍布肉瘤,以释放庞大身躯产生的热量。这时的森林里生长着参天的禾本科植物,看起来像巨大的竹子或者“小”麦。

海平面上升了几百米,造就了大面积的浅海。如果智慧仍然值得称道,章鱼很有希望成为我们的继任者,现今的章鱼拥有所有无脊椎动物里跟人类最相近的眼和脑的结构,而且章鱼有八条灵活的腕足,是天生的打字高手。当然一亿年后章鱼很可能是靠直接编码电脉冲而不是发短信互相交流,它的一条或两条腕足会演化成专门的信号天线。

与此同时,在广袤的禾本科森林某棵大麦树的阴影里,藏着一只食腐的绿色小动物,它的背部皮肤里寄生着蓝藻。

这期间,地球磁场发生了一次磁极倒转。在地磁减弱的那一段时间里,宇宙射线大量地来到地面,导致生物基因组的大规模变异,很多生物死去了,幸好,这场辐射灾难只持续了几百年,这只是一眨眼的时间。然而在这期间,一只“绿色动物”偶然地获得了迅速突变和修复有害突变的能力。

2亿年以后

地球跟随着太阳系,在银河系中运转,此时进入了一小片布满宇宙碎片的空间。几块偶然逃脱太阳引力清扫的“大石块”与地球迎面相撞,情形如同白垩纪那次一样。撞击和后来的大火给大气层带来了无数的灰尘,遮天蔽日。植物得不到足够的太阳能,大量死亡。受其影响,最先灭亡的是仅靠种植几种特定植物和放牧几种特定动物的节肢动物——现今蟑螂的后代,它们的食物链缺乏弹性。然后是巨型的食草哺乳动物和它们的捕食者,庞大的身躯决定了它们需要太大的领地和太多的食物。多数小型的温血动物——个头太小的鸟和哺乳动物也都灭绝了,太小的体形决定了它们会散失太多的能量。

海洋里的情形与陆地上类似,长着天线腕足的章鱼也没能幸存下来。

生物界大洗牌,曾经藏在阴影里的“绿色动物”获得了机会,它们在上次宇宙射线辐射时获得的迅速突变能力让它们的基因组整合蓝藻光合作用的基因,并演化出一套高效的光合作用体系。仅仅靠晦暗惨淡的阳光和遍地尸体提供的充足的氮源,“绿色动物”获得了极大的生存空间。它们模糊了动物和植物的界限。

同时幸存下来的还有熟悉的老面孔——那些低调生物,多数的细菌和单细胞藻类、单细胞的原生动物、一些水母、一些蠕虫、生存在地下的几种昆虫、几种软体动物、几种鱼、一些蜥蜴和龟、几种演化成地下生活的鸟类,还有看起来很“原始”的啮齿类。

还有所有的“智慧”生命都未曾注意到的,那些天外来客带来的不只是毁灭,还有一些奇怪的可以自我复制的小东西,它们并不是由核酸、蛋白质构成的。它们是硅基生命,靠地球土壤和岩石中数量巨大的硅化物生活。它们的故事,又是很多很多年以后的事情了。

再往后的故事,最厉害的预言家也不敢开口了。

还有人问,为什么不说说我们人类的未来?一个冒牌的算命人都知道,不能给自己算命。人类未来的故事,还是交给500万年后那只发现这篇小文的智慧老鼠去讲吧。

(瘦 驼)

毒门秘籍

用毒贵在“巧”而非“毒”,施解之法精妙无比极具智慧,所以即便毒药一向为名门正派所不齿,我对于武侠小说里那些用毒高手仍然是非常敬仰的。在我看来真正的用毒高手应该是心怀慈悲的御毒大师。“毒手药王”无嗔是当之无愧的,虽然他本人从来没有在《飞狐外传》里露过脸,但从他的入室弟子程灵素身上,足以看出这位药王神乎其技的用毒本领,更何况他还出过书——《药王神篇》。

相信很多人也像我一样,最早对于毒药的认识是来源于武侠小说的,比如欧阳峰的毒蛇或是绝情谷的情花。这也正是人类最早发现的两类毒药,来源于动物的和来源于植物的毒素,后来随着冶炼业的进步,各种矿物元素的毒药也逐渐发展起来。

我们所说的动物毒主要是指《碧血剑》里提到过的五毒,蛇、蜘蛛、蝎子、蜈蚣、蟾蜍,等等,听起来让人毛骨悚然。蛇毒主要分为神经毒和血液循环毒。前者包括金银环蛇毒、眼镜蛇毒、响尾蛇毒还有蝎毒素,它们作用于运动神经与骨骼肌接头处,阻断它们之间的联系,肌肉不再受到神经肌痛的支配,最后四肢麻痹、窒息而死,这些症状与中医风邪侵袭所致的临床表现相似,因此也称为“风毒”。著名的黑寡妇蜘蛛毒也属于神经毒,它的作用机制相反,它能大大促进神经与肌肉之间的联系,引起肌肉抽搐、痉挛直至精力耗尽。后者作用于心血管系统,包括竹叶青毒和五步蛇毒,其临床表现相当于中医的火热毒症状,故称“火毒”,这种毒素或是损害心肌细胞结构,导致心肌坏死、心力衰竭,或是溶解红细胞、肢体组织,导致血尿、胸腹腔大出血。这种蛇毒还含有一类血液抗凝因子,会导致血液失凝、血流不止,可见被蛇咬后一味地放血排毒并不是什么明智之举。所以说,蛇毒并不是“安乐死”,欧阳峰能成为让人闻风丧胆的“老毒物”,绝对不是浪得虚名。

电视剧里面经常会有一个老套的情节,就是用嘴巴吸毒,这在早期排毒过程中还是比较行之有效的。因为这些毒素由淋巴系统携带进入血液循环系统,如果是神经毒,会再随着血液循环分布到全身的神经肌肉接头并沉积下来。因此在你没有蛀牙且无口疮的情况下,遇到这种紧急情况不妨做个顺水人情。

动物毒并不容易得到,武侠小说里只有那些心肠歹毒同时身份等级比较高的人物才会使用它们,植物毒素才是普通人都能用得起的大众产品。它们“物美价廉”、容易获得、可以“批量生产”,是完美的“兵器伴侣”,在冷兵器时代人们常常将它们涂在兵器上以增加杀伤力。乌头被誉为军用毒药之王,快则十几分钟就会让敌人手足发麻无法呼吸;毒箭木的乳白色液汁也很常用,在西双版纳,它被叫作“七上八下九倒地”,意思是中了此毒,往高处只能走七步,往低处只能走八步,走到第九步,就会倒地毙命。大侠胡一刀大概就是吃了它们的亏。

植物来源的毒药还有很多,比如大名鼎鼎的断肠草,田归农用来毒瞎苗人凤眼睛的就是它,杨过用来医治情花剧毒的也是它。它名头太大,想要“攀龙附凤”的植物很多,以致它的真实身份存在争议,一般认为它是雷公藤或者胡蔓藤,胡蔓藤就是沈括在《梦溪笔谈》里提到的“人间至毒”钩吻。再比如马钱子,毒死南唐后主李煜的“牵机药”其实就是马钱子,它常被用来加工成老鼠药。马钱子的特别之处在于它引发的肌肉抽搐最先出现在面颈部,有时候下巴的肌肉也会收缩,因而会使得中毒者的脸孔呈现出诡秘的微笑,这不禁让人联想到《天龙八部》中的星宿老怪丁春秋惯用的毒药“三笑逍遥散”。

有人研究下毒就有人研究解毒,毒理学的研究早在19世纪初就已经开始,19世纪中期各种分析化学成分及有机生物碱的方法就已经建立,但解毒绝不是书中描写的那么简单,以让人心情沉重的“铊”中毒为例,对于一个体重50公斤的人来说0.6克就可以致命,而要想解毒,光活性碳就需要吃25克,此外每天还要吃12.5克的普鲁士蓝,并辅以洗胃化疗。毕竟吃下去立竿见影的九花玉露丸、通犀地龙丸或者通天草都只是传说。

所以,虽然通篇我们都在谈论毒药,但主旨仍然是要奉劝大家“珍爱生命,远离毒药”。

(尢 又)