过了40多年,到了上个世纪七八十年代,英国曼彻斯特大学罗宾·贝克(Robin Baker)等人才设计了一系列实验要解决这个问题。他们在户外立了一个支架,支架的顶端伸出悬臂,上面吊着一根线,线的另一头粘在一种能长途飞行的蛾——模夜蛾的背上。蛾能够自由地飞向任一方向,当它飞行时,触动了电流开关,会记录下它的运动轨迹。
不出所料,在月圆之夜,蛾试图沿着直线飞行。但是如果遮住月亮,或者用颜料遮盖蛾的眼睛,它们的飞行轨迹就变得有些杂乱。在月亮被树林挡住后,实验人员在距离蛾大约2米的地方放一盏125瓦的灯,蛾就对着灯改变飞行方向,保持与月亮相同的相对方位。出乎意料的是,对蛾来说,灯的亮度并不是很重要,更重要的是灯的高度和大小。如果灯只距离地面0.6米高,蛾要在距离灯大约3米以内才会被吸引。如果同一盏灯被放在大约9米高的位置,那么蛾在15~17米外就会被吸引。在这个距离,灯的影像大小看上去和月亮的影像大小一样。
在没有月光只有星光的夜晚,蛾似乎是用距离北极星大约95度的星星来定位的。如果是连星光也没有的阴天呢?蛾也并不乱飞,而是靠地球磁场来定位。如果逆转周围的磁场,它们的飞行方向也跟着逆转。
这一系列实验看来已证实了飞蛾扑火是因为把灯火误当成了月亮。是不是从此可以把这当成定论了呢?有的人并不这么认为。与贝克等人差不多同时,美国北卡罗来纳大学亨利·萧(Henry Hsiao)也在研究飞蛾扑火的问题。他把美洲棉铃虫粘在泡沫塑料碎片上,放在水池里,记录这种蛾是怎么驾驶泡沫小船的。没有灯光时,小船在水面上没有目的地漂荡。在水面上点一盏灯,小船将向灯漂去,但并不是像标准答案预测的那样呈螺线逼近,而是呈直线冲过去,少数直直地撞上灯,多数则是朝向灯的两旁,好像一开始是被灯吸引,但最后一刻又试图逃离。萧认为,这个实验结果难以用流行的理论来解释。他提出,蛾是把灯光当成了晨曦。蛾夜间飞行白天躲藏,当凌晨的阳光刚刚出现时,蛾向阳光飞去,以便能发现最佳藏匿地点,然后赶快藏起来。
法布尔早在《昆虫记》中记载的一个现象同样令人困惑。如果把雌蛾和灯火放在同一个房间,大多数雄蛾仍然会被灯火吸引,无视雌蛾的存在。雄蛾的使命就是寻找雌蛾交配,为何灯火能够战胜性外激素的强烈诱惑,让雄蛾上演了一幕“生命诚可贵,爱情价更高。若为光明故,二者皆可抛”?有人猜测雌蛾释放的性外激素能吸引雄蛾,是因为性外激素能发射某种红外线,而灯火也能发射这种红外线,而且更加强烈,因此雄蛾把灯火当成了超级雌蛾。但是,这种猜测并没有实验基础。
飞蛾扑火这个自古以来就让人感到神奇的现象在今天仍然是个未能完全破解的谜。不管你是嘲笑飞蛾自取灭亡的愚蠢,还是赞美飞蛾追求光明的勇气,有一点是肯定的,飞蛾并非在寻死,而是误把灯火当成了某种对它的生存或繁衍至关重要的东西,是我们人类的发明操纵了飞蛾早已进化而来的某种本能。
为什么婴儿逗人喜爱
为什么婴儿的样子大家见了都觉得可爱?为什么有的婴儿要比别的婴儿更令人怜爱?上世纪40年代,奥地利动物学家、1973年诺贝尔奖获得者洛伦兹(Konrad Lorenz)通过实验,归纳出构成婴儿的可爱性的特征。这些特征包括:大圆头,大而突出的额头(奔儿头),位置在头部的中线之下的大眼睛,短小、胖乎乎的四肢和手脚,圆胖的体形,柔软、有弹性的皮肤,肥嘟嘟的两颊,动作笨拙。此外,大瞳人、小鼻子、细眉毛、酒窝等身体特征和天真、好奇、调皮等性格也被认为很可爱。
那些强烈地体现出这些特征的婴儿会被认为特别漂亮可爱、柔弱无助,会让大人不由自主地萌生怜爱之心,情不自禁地表现出关爱之举,例如低头察看、抚摸、轻拍、尖着嗓子叫小名昵称,等等。面对这样的婴儿,大人会消除戒心,感到亲密、温暖,很容易形成感情纽带。这些反应是与生俱来的,不管是在哪种文化环境中长大的人都普遍具有。
婴儿并非是为了吸引大人才进化出这些可爱的特征的。这些特征大多是婴儿在发育过程中自然而然形成的。例如,为了拥有人类那颗信息量巨大的大脑,婴儿在出生后大脑还要持续快速地发育,这就使得婴儿有相对较大、较圆的脑袋;婴儿眼睛的位置较低,随着两颊和下巴一带的骨头的发育,眼睛位置才逐渐往上移;婴儿鼻子里的软骨组织还未发育好,所以鼻子显得小而扁平;婴儿胖乎乎的肢体和柔软的皮肤,是在为身体的生长留下余地;婴儿的动作显得笨拙,是因为要让肌肉群的运动达到协调,需要经过数年的练习。
婴儿的可爱特征不是“有目的”地进化出来的,但是这些特征能在大人心中激发可爱的感觉,则是进化而来的,原因很简单:如果大人觉得他们的婴儿的这些特征很可爱,就会更愿意去保护、照顾他们,婴儿就能更好地生存下来,基因也能得到更好的传播。那些不觉得这些特征可爱的人的基因将难以遗传下来,而被淘汰掉。
成人的这种感情超越了血缘。我们不仅觉得自己的婴儿可爱,也会觉得别人家的婴儿可爱。因此,领养婴儿在人类社会特别盛行,而杀戮婴儿则被视为最无人性的残忍行径之一。
这种感情也超越了物种界限。人类属于哺乳动物,哺乳动物有相近的发育过程,它们的幼仔或多或少都有一些和人类婴儿相近的特征。因此几乎所有的哺乳动物的幼仔都让人觉得很可爱。随着幼兽的逐渐长大,其可爱程度也逐渐降低。某些动物在成年后仍然具有人类婴儿的某些特征,它们就成了最受欢迎的可爱动物,例如大熊猫、树袋熊。
当然,这些动物并不是为了讨好人类而进化出那些可爱的特征,而是由于其他原因。大熊猫以竹子为食,为了能咀嚼竹子,需要有高度发达的嘴巴肌肉和臼齿,因此有了大而圆的脑袋。大熊猫的黑眼眶让它的眼睛显得很大,这和它的四肢黑色皮毛一样,可能是起到伪装作用,使大熊猫在竹林里进食时,能与斑驳的竹林背景融为一体,不容易被发现。这些另有来历的特征,碰巧符合了人类对可爱的标准。这些可爱的野生动物是进化的偶然产物,但是人类也有意识地按可爱的标准培育出类似波斯猫、哈巴狗的宠物。
这种感情甚至也超越了生与死的界限。即使是没有生命的东西,只要具有婴儿的某些特征,也会让人觉得可爱。甚至简单到把一大一小两块圆石头叠在一起,或者一个微笑符号“:-)”,都会让人觉得可爱。艺术家和商人在设计卡通形象、玩具和吉祥物时,充分利用了人性的这一点。最著名的卡通形象米老鼠和最流行的布玩具泰迪熊,都经历了一个从真实性逐渐向可爱性转化的过程。当米老鼠于1928年首次在银幕上出现的时候,它还很像老鼠,此后迪斯尼经过多年的摸索,逐步让它“婴儿化”:头、脑门、眼睛变大,耳朵位置靠后,四肢变粗……变得越来越可爱,但也越来越不像老鼠。泰迪熊在20世纪初上市时,身体部位的比例很接近一头真实的小熊。此后,逐渐向婴儿特征靠拢:眼睛变大,前额变高,口鼻变短。只不过泰迪熊的演变并非某个人的创作,而是市场竞争的结果。那些更像婴儿的泰迪熊销路会更好,市场占的份额会更大,就像是一种自然选择。
由于人们对可爱的感觉只是由某些特征的刺激引起的,巧妙设计、夸大这些特征的艺术作品、工艺品就会让人觉得异常可爱,甚至显得比真实的还可爱。当然,如果过分地夸张,就会让人觉得怪异而不是可爱了。在洛伦兹看来,美国女艺术家罗丝·欧尼尔(Rose O’Neil)在1909年创造出来的丘比娃娃(Kewpie doll)就代表着可爱的极限。真实的婴儿是很难长得那么夸张的。因此,当人们见到一个长得特别可爱的婴儿时,就会觉得他或她漂亮得不像是真的,用我的闽南老家的话来说,叫做“水啊像画公仔(漂亮得就像玩偶)”。
我们为什么会脸红
“脸红什么?”“精神焕发。”“怎么又黄了?”“呵呵呵呵呵呵,防冷涂的蜡。”在只有样板戏可看的年代,京剧《智取威虎山》的这段对白就连小孩儿也爱模仿。一个人突然脸红当然不是因为精神焕发,更可能是因为精神紧张。你如果心里有鬼而感到不安,或者处境尴尬而难堪,或者见到暗恋的人而害羞,或者受到赞扬而不好意思……突然间脸上一热,就知道自己脸红了。
这个过程是交感神经的兴奋导致的,意识无法控制,你越想控制自己不脸红,反而会让脸红加剧。这其实是一种应激反应:在你感到不安、难堪、害羞、不好意思的时候,身体大量分泌肾上腺素。这种激素让你的呼吸加重、心率加快、瞳孔放大,为战斗或逃跑作好准备。同时,它也让血管舒张,以便增加血液流量,提供更多的氧气。血液中携带氧气的红细胞让皮肤出现了红晕。
这是全身作出的反应,为什么只有脸部的皮肤发红,而其他部位的皮肤颜色看不出变化呢?这有两方面的原因。与其他部位的皮肤相比,脸部皮肤的血管更密集、更宽、更靠近表层,因此它发生的变化更容易被别人觉察到。更重要的是,一般皮肤的静脉只含有α肾上腺素受体,而脸部皮肤的静脉同时含有α和β两种肾上腺素受体。这两种受体都接受来自肾上腺素的信号,但是性质不同。β肾上腺素受体对肾上腺素较不敏感,而且起到的是让血管收缩的作用;而α肾上腺素受体则相反,它对肾上腺素较敏感,并让血管舒张,更多的血液涌入脸部皮肤,告诉人们你的不安。
但是,让人们知道你心里不安对你有什么好处呢?或者说,这种脸红的本能是怎么进化而来的呢?这个问题让达尔文疑惑不解,在《人与动物的情感表达》一书中,他用了整整一章的篇幅来讨论脸红。即使在现在,人为什么会脸红仍然是个进化论的难题。
人并不是一生下来就会脸红的。它是在幼儿园阶段开始出现的,在青春期达到顶峰,之后逐渐下降。随着年龄的增长,人们变得越来越不容易脸红,或者说,“脸皮越来越厚”了。幼儿园阶段是人的自我意识开始出现,并通过与他人的交往培养社会意识的时期。青春期少年有极强的自我意识,特别在乎别人对自己的看法,而成年人的自我意识又逐渐变得薄弱。脸红的出现和变化似乎与人的自我意识的演变同步。此外,还有其他社会因素与脸红有关。例如,女人要比男人更容易脸红,欧洲人要比亚洲人更容易脸红(这与肤色没有关系,肤色深的欧洲人也能明显地脸红)。
这一切都表明,脸红是一种社会交流的方式。脸红虽然不受意识的控制,但是涉及非常高级的智能。一个人要会脸红,不仅要有自我意识,而且还要能够意识到其他意识的存在,设身处地地猜测其他个体的想法,也就是有移情能力。人类在三岁以后才有移情能力。其他动物只有类人猿才有这种能力。因此,只有人类,也许还有类人猿,才能用脸红进行微妙的思想交流。
这种交流对自己、对他人都有好处。当你在暗恋对象面前脸红时,让对方觉察到你的感情,就有可能让暗恋变成明恋;当你为做错了事而脸红时,就能让人们知道你的歉意,从而原谅你;当你因为内心的羞愧而脸红时,就会让人们觉得你很诚实,值得信赖,从而愿意和你合作。当然,对人类来说,语言是最主要的交流方式。但是,语言是受意识控制的,可以进行欺骗,而不受意识控制的脸红能透露真实的想法,这些想法有时是你想用语言掩饰的。脸红发出的信号有时甚至比语言还要准确。
其他灵长类也能用裸露部位的皮肤颜色变化进行交流,例如脸红表示发怒,臀部的红肿表示发情。灵长类对皮肤颜色变化极为敏感,它可能与彩色视觉的起源有关。在哺乳动物中,只有灵长类具有三色视觉,能够看到由三原色组成的彩色世界,其他哺乳动物都是色盲。这是由于灵长类的视网膜中有三种视锥细胞,可以感受不同波长的光:S视锥的最佳吸收波长大约是440纳米(蓝光),M视锥的最佳吸收波长大约是540纳米(偏绿光),而L视锥的最佳吸收波长大约是560纳米(偏红光)。
为什么M视锥和L视锥的最佳吸收波长如此接近?如果它们间隔得远一点儿,显然会更加合理(鸟类的三种视锥的最佳吸收波长就是均匀分布的)。原来,这样的视锥波长分布能够最敏感地感觉到别人皮肤颜色的变化:当灵长类的皮肤充满含氧的血液时,皮肤颜色的波长大约是550纳米。从某种意义上说,我们长着这样一双敏感的眼睛,就是为了能够轻易地看到你的脸红。
我们为什么有两个鼻孔
福建漳州有一座始建于唐朝的南山寺,寺里有一间石佛阁,阁里供着一尊五米多高的大石佛,据说是建寺之初聘请名匠,用长在那里的一根巨大石笋雕刻而成的。如果你去参观,当地人会跟你讲这么一个故事:那位名匠对自己的工艺非常自信,竣工时夸口说,如果有谁能指出佛像的一点儿瑕疵,就不取分文工钱。一个旁观的小孩儿说:“佛像的手指头那么大,鼻孔那么小,他怎么伸进去挖鼻屎呢?”名匠羞愧难当,悄悄溜走了。
人的手指头(特别是食指)为什么不粗不细,刚好能伸进鼻孔挖鼻屎?国外有基督徒把这作为人体是上帝用智慧设计出来的证据之一,他大概认为挖鼻屎是上帝赋予的使命,不挖对不起上帝。如果挖鼻孔真的对人类的生存很重要,那么我们可以认为指头与鼻孔的匹配关系,是经过自然选择进化而来的。例如婴儿的嘴巴和母亲的乳头大小相当,显然就是进化的结果。因为这对婴儿能否吃到奶非常关键,嘴巴太小含不下乳头,太大又不容易吮吸。
但是,用手指挖鼻孔能有什么用处呢?你可以说这是在清洁鼻腔。但是,这么做容易传播疾病。清洁鼻腔有更卫生的办法,比如擤鼻涕,并不是非挖鼻孔不可。没用的身体特征也有可能通过性选择进化出来。有人猜想,在从猿到人的进化过程中,或许雌性更愿意和爱挖鼻孔的雄性交配,两性也会把互相挖鼻孔作为相互清洁身体的求爱表现,这样的话就能影响到手指与鼻孔的大小关系。但是,这个猜想无法解释为什么现在的女性不仅不欣赏,反而讨厌男性挖鼻孔。
我们的祖先没有剪刀、指甲刀可用,必然长着又长又锐利的指甲,这样的指头是没法用来挖鼻孔的。所以,我们的祖先大概和其他动物一样,并没有挖鼻孔的习性。挖鼻孔是人类会剪指甲以后才跟着出现的“发明”,这个历史太短,不可能对指头和鼻孔的形态产生影响。因此,指头与鼻孔的对应关系不过是一种巧合。其实,这个巧合也没有那么巧:鼻孔是由软骨和软组织构成的,有一定的弹性,指头粗点儿细点儿都能容纳,大小并不那么重要。
与鼻孔有关的另一个问题更值得思考:为什么鼻孔要有两个?眼睛、耳朵也都有两只,我们很清楚它们的好处。两只在同一方向的眼睛让我们产生了立体视觉,能更精确地定位看到的物体。两只耳朵则有助于确定发出声音的位置。两个鼻孔是否也有类似的作用?
我们虽然有两个鼻孔,但是其实每次主要用一个鼻孔呼吸。鼻孔的鼻甲黏膜中有由血管和结缔组织构成的勃起组织,两个鼻孔的勃起组织交替收缩和扩张,让一个鼻孔通畅,另一个堵塞,每几个小时循环一次。这个周期变化是由下丘脑通过自主神经系统控制的,空气进入两侧鼻腔的总阻力维持不变,不影响呼吸,因此我们根本就不会觉察到。
为什么有两个鼻孔却只用一个呢?鼻腔的作用是温暖、湿润、过滤空气。鼻黏膜含有一种形状像高脚杯的杯状细胞,不停地在分泌鼻涕,让空气湿润,并粘住空气中的灰尘、花粉、微生物等杂质。鼻腔黏膜上长着纤毛,这些纤毛会从前向后摆动,把粘住的杂质送到咽部吞下去,免得它们刺激呼吸道。如果鼻孔一直在呼吸,鼻腔黏膜就会逐渐变得干燥,失去作用,而且容易受到感染。两个鼻孔交替使用就可以避免这一点,一个在呼吸的时候,另一个则在养精蓄锐,积累黏液,为上场作准备。这样,就能保证鼻腔中一直有温暖、湿润的环境。
鼻子是呼吸通道,同时也是嗅觉器官。在鼻腔的顶部有一层黄色的嗅上皮组织,总面积大约是250平方毫米(和大拇指指甲差不多),含有一千万个嗅细胞,用来检测空气中的气味分子,把信息通过嗅球中的神经纤维传递给大脑,产生嗅觉。气味分子要能被嗅细胞捕捉到,首先要被嗅上皮表面的黏液吸附,再扩散到黏膜内层,和嗅细胞结合。
气味分子有的吸附得很慢,有的吸附得很快。对那些不容易吸附的气味分子来说,空气的流速慢,它们才有时间被嗅上皮的黏液充分吸收。如果空气流速快,它们来不及被吸收就流过嗅上皮了。那些容易吸附的气味分子则相反,如果空气流速慢,它们将全吸附在嗅上皮的一小块区域,只有当空气快速流过时,才能让它们接触到较大面积的嗅上皮,对大脑产生强烈的信号。
因此两个鼻孔的一关一闭,会影响到对气味的捕捉。其中一个鼻孔的空气流速快,另一个空气流速慢,同一种气味分子进入两个鼻孔时,就会产生不同的反应。斯坦福大学索贝尔(Noam Sobel)等人用实验证明了这一点。他们把容易吸附的左旋香芹酮和不容易吸附的辛烷按相同比例混合在一起,让实验对象分别用一个鼻孔去闻。不出所料,当实验对象用堵塞的鼻孔去闻时,大多数会觉得辛烷的味道较浓;而改用畅通的鼻孔去闻,则觉得左旋香芹酮的味道较浓。
我们知道,正是由于两只眼睛看到的景象略有差异,才让我们有了立体视觉。既然在每一次呼吸时两个鼻孔感受到的气味有些差别,也许能因此产生“立体嗅觉”,我们能更精确地感受气味世界。
我们为什么会流鼻涕
我们通常在感冒、鼻腔发炎的时候才会注意到鼻涕的存在,那样子可不太雅观。其实鼻腔里每时每刻都有鼻涕,也离不开鼻涕,它是保护身体的一道屏障:鼻涕防止鼻腔黏膜干燥,湿润吸进的空气,粘住由空气中吸入的灰尘、花粉、微生物,以免它们刺激呼吸道或引起感染。
一个健康人的鼻子每天要处理几百毫升的鼻涕,但是我们并没有天天都在流鼻涕。这么多的鼻涕跑哪儿去了?一小部分蒸发掉了,一小部分干结成了鼻屎,但是大部分——听了别恶心——被我们吞到肚子里去了。鼻腔黏膜上长着纤毛,这些纤毛会从前向后摆动,鼻涕也就被往后送到咽部。因为鼻腔和食道是相通的,所以大部分鼻涕都被我们不知不觉地吞咽下去了。
这听上去虽然恶心,但对人体并无害。鼻涕的成分除了水,还有蛋白质、碳水化合物、盐以及一些脱落的细胞。鼻涕中的蛋白质主要是黏蛋白,它是一种糖蛋白,被由碳水化合物组成的“糖衣”包着,这使得它能大量地吸收水分。鼻涕中的其他蛋白质还包括抗体和溶菌酶,能够杀灭细菌、病毒。这些成分会作为营养素被胃肠消化、吸收。当然,鼻涕中还含有粘住的灰尘、花粉、微生物。不过,这些杂质胃酸对付得了,不会给身体造成麻烦。
有一部分鼻涕其实是眼泪。眼睛中的泪腺也无时无刻不在制造泪水湿润眼睛,我们之所以不会整天泪眼汪汪,是因为这些泪水都从连接眼睛和鼻腔的泪管流到鼻子里,成为鼻涕的一部分。如果你大哭起来,一部分眼泪从眼角流出,大部分还是涌进鼻腔,让你的鼻子“抽泣”,于是就有了“一把鼻涕一把泪”的说法。
不过,大部分鼻涕是鼻黏膜自己分泌的。鼻黏膜含有一种形状像高脚杯的细胞,所以叫杯状细胞。杯状细胞制造出很多黏蛋白,黏蛋白被释放到细胞外头后,大量地吸收水分,体积能膨胀600倍。杯状细胞一天只需要制造1毫升黏蛋白,就足以满足鼻腔的正常需要了。
如果鼻腔受到了刺激或被感染,鼻涕的分泌量就会激增,这很自然,因为鼻涕的一个主要功能就是清除吸入的杂质嘛。例如,感冒病毒入侵了鼻细胞,或者过敏体质的人吸入了花粉、粉尘,免疫系统就会制造相应的抗体试图消灭这些抗原。抗体分布在鼻腔中的肥大细胞的表面上,肥大细胞的内部含有大量叫做组胺的活性物质,抗原和抗体结合后,就会刺激肥大细胞把组胺释放出来。组胺进而刺激杯状细胞制造更多的黏蛋白,也就产生了更多的鼻涕。同时,组胺能引起血管扩张,通透性增加,血液中的水分渗出来,白细胞也跟着跑出来消灭病原体。这不仅进一步增加了鼻涕的量,而且导致了鼻腔堵塞。过量的鼻涕一部分流了出来,还有一部分被堵在了后头。
所以,鼻塞、流鼻涕其实是免疫系统给我们制造的不适,是一种过敏反应。组胺需要和细胞表面的组胺受体相结合才会有这些作用,那么如果能不让组胺与其受体结合,就可以减轻鼻塞、流鼻涕的症状。抗过敏药、感冒药经常用的就是这类组胺拮抗剂,例如马来酸氯苯那敏(又叫扑尔敏),它们和组胺竞争,抢着与组胺的受体结合,让组胺结合不上去,就抑制住过敏反应。组胺拮抗剂经常与伪麻黄碱之类的减充血剂一起使用,后者可以让鼻腔的血管收缩,从而减轻鼻腔堵塞。把组胺拮抗剂、减充血剂以及解热镇痛药(例如对乙酰氨基酚,又叫扑热息痛)、镇咳药(例如右美沙芬)掺在一起,就成了很有效的复方感冒药。市场上著名的感冒药(例如“泰诺”、“白加黑”)的组成都基本相同,超不出这四种成分。
正常的鼻涕是无色透明的,也就是所谓清鼻涕。感冒时一开始流出的也是清鼻涕,之后鼻涕会变得浓一些,成了白色。再往后流出的可能就是绿色的浓鼻涕了,看上去就像脓一样,特别是如果继发了细菌感染,更是如此。为什么鼻涕成了绿色的了?和脓一样,因为它含有大量的嗜中性粒细胞。嗜中性粒细胞虽然属于白细胞,却是绿色的。
免疫系统发现有病原体入侵人体时,开始调兵遣将,嗜中性粒细胞就是最早赶到战场的。嗜中性粒细胞是被血液送来的,但是它跑到血管之外作战。它是一种吞噬细胞,它的作战方式是把细菌“吃”进去,在细胞里用各种武器将病原体杀死。武器之一是向细菌释放消毒剂——次氯酸(家用漂白剂的主要成分)。次氯酸是由嗜中性粒细胞内的髓过氧物酶制造的,髓过氧物酶的结构和叶绿素有个共同点,都含有二氢卟酚环,这个特殊结构决定了它们的颜色:绿色。因此,浓鼻涕会是绿色的,是因为它含有很多嗜中性粒细胞,而嗜中性粒细胞又含有很多绿色的髓过氧物酶。
用来制作寿司芥末酱的山嵛菜的根茎也含有大量的类似的过氧物酶,所以做出的酱也是绿色的。幸好,山嵛菜刺鼻的辣味来自异硫氰酸,而不是过氧物酶。否则,流着辣辣的鼻涕该有多难受!
我们为什么会发烧
一个中国人在美国生活会感到头痛的一件事是,美国人还在使用绝大多数国家都已抛弃的华氏温标。华氏温标的设定非常古怪,把水的冰点定为32度,沸点定为212度,中间分成180度,非常不容易记忆和换算。华氏温标这一古怪的设定是历史的产物:德国人华伦海特在1714年发明该温标时,把冰、水和盐的混合物能达到的最低温度定为0度,把健康人(据说是其妻子)的体温定为96度(后人将其修正为98.6度,即37摄氏度)。
华伦海特如此设定,显然以为健康人的体温是一个恒定的数值。其实不同的人的体温存在差异,即使是同一个人,在不同环境、不同时间、不同身体状态下的体温也不完全一样,甚至一天之内都会有变化。在身体不同部位测得的体温也不一致。口腔温度在36.1~37.5摄氏度之间通常被认为是正常的,腋下温度偏低约0.3摄氏度,肛门温度则偏高约0.5摄氏度。
所以,体温根本就不适合用来定温标。不过,我们既然属于恒温动物,体温的变化还是受到了严格的调控。这个调控中心位于大脑内一个叫视丘下部的区域,它通过两个途径收集体温变化的信息,再发出升温或降温的命令。一个途径是从皮肤上的热、冷感受器送来信号,这些感受器极其敏感,只要温度升高0.007摄氏度或降低0.012摄氏度,它们就能觉察到。另一个途径是直接感受流经视丘下部的血液的温度。如果视丘下部觉得体温过高,就会发出信号,让身体作出降温反应。体内热量主要是新陈代谢过程产生的,减少新陈代谢就可减少热量的产生,让皮肤血管舒张、出汗能增加热量的散发;反之,如果觉得体温过低,就会增加新陈代谢制造热量,让皮肤血管收缩,或用颤抖的方式让肌肉运动产生热量。
有时,体温会高到超出了正常范围,这时我们就知道自己发烧、生病了。其实发烧本身不是病,而是生病的症状。有很多种原因能够导致发烧,最常见的是病菌、病毒感染。这些病原体进入体内后,引起了一连串反应。它们遇到血液中的巨噬细胞(一种白细胞),刺激它释放白细胞介素之类的细胞因子。这些细胞因子随着血液循环到了体温调控中心,刺激那里的细胞释放出前列腺素E2。前列腺素E2会使感热神经元的放电速率降低,或者说,把“正常体温”的设定值给调高了,让身体觉得体内热量不足,于是就要增加产热和减少散热。肌肉运动是增加产热的一种快速方法,因此发烧的人会不由自主地颤抖。为了减少散热,皮肤的血管收缩,那里的血液被送到体内深处,因此发烧的人会觉得发冷。扑热息痛(对乙酰氨基酚)、阿司匹林(乙酰水杨酸)等药物能够抑制前列腺素E2的合成,因此它们是很有效的退烧药。
吃了退烧药,或者烧退了、病好了,体温设定值便恢复正常,身体要把多余的热量散发出去,就会出汗。所以退烧会导致出汗。但是,许多人倒因为果,误以为是出汗导致了退烧,因而在民间流行着这样的土办法:发烧后多穿衣服、多盖被子,捂出汗来病就会好。
由此可见,发烧是人体在遇到病原体入侵时产生的一种正常生理反应。哺乳动物、爬行动物、两栖动物、鱼类和一些无脊椎动物在感染了病原体后,都会出现类似的反应。这不能不让人猜测,发烧是否是进化而来的一种抵御病原体的有效方法?它在总体上对身体是否是有益的?
理论上,体温升高能加速某些免疫反应,比如能加速白细胞的增殖和运动,增强巨噬细胞吞噬病原体的能力,并能抑制某些对温度敏感的病原体的增殖等等,这些都有助于身体的康复。动物实验支持这一猜测。让蜥蜴感染病菌,体温较高的,则生存率也较高。人为升高老鼠、兔子、猪、狗等哺乳动物的体温,发现它们对某些病毒、病菌的抵抗力增加了。初步的人体临床试验也表明,发烧可能有些好处。例如,小孩儿患水痘,从发烧、出疹到完全结痂,大约要一周。如果用扑热息痛退烧,和用安慰剂相比,这个病程要多一天。成人患普通感冒后服用阿司匹林,鼻涕里感冒病毒的量要比服用安慰剂的人多。
当然,如果体温过高也是有害的。如果是高烧(肛门温度高于41摄氏度),会对细胞、组织造成损伤,也可能导致身体丧失对体温的调控。当体温达到42摄氏度时,感热神经元的放电速率达到了最高峰,感冷神经元的放电速率则跌到了最低谷,无法对体温作进一步的调控。因此,人一旦发高烧,会很危险,必须立即采取手段让体温下降。
如果只是一般的发烧,未必就要急着吃药退烧。在通常情况下,吃退烧药只是让病人觉得舒服一些,无助于身体康复,反而可能还会有所延误。
为什么夜空是黑暗的
奥伯斯(Heinrich Wilhelm Matthias Olbers,1758~1840)出生在德国不来梅附近的一个小村庄,19岁那年到哥廷根学医。哥廷根大学的一个特色是学生享有学习的自由,学医的奥伯斯在那里也能跟着有“德国数学之师”之称的数学教授、天文台台长凯斯特纳(Abraham Gotthelf Kaestner,1719~1800)学习数学和天文学。毕业后,奥伯斯回到不来梅当医生,但他的真正兴趣是天文学。他白天行医,晚上则在改造成天文台的自家顶楼进行天文观测,天天如此,每天睡觉时间不超过四个小时。
奥伯斯在上大学的时候,发现了一个计算彗星轨道的方法,这一方法沿用至今。此后他共发现了五颗彗星,其中一颗后来以他的名字命名。1801年新年的晚上,意大利天文学家皮亚齐(Giuseppe Piazzi)发现了第一颗小行星谷神星,想再进一步观察时却找不到它了。奥伯斯在那一年的年底,根据数学家高斯的计算重新发现了它,平息了谷神星是行星还是彗星的争论。奥伯斯本人后来发现了两颗小行星:1802年发现第二颗小行星智神星,1807年发现第四颗也是最亮的一颗小行星灶神星。不过,奥伯斯在现在最广为人知的,是他在1823年提出了一个听上去很傻的问题:为什么夜空是黑暗的?如果宇宙是无限的,恒星均匀地布满天空,那么夜晚的天空也将和白天一样明亮。
实际的情况当然并非如此。这种理论和实际的矛盾,物理学上称为佯谬。奥伯斯指出的这个矛盾,后来就被称为奥伯斯佯谬。其实,它并不是奥伯斯首先提出的。1610年,伽利略用望远镜发现空中有无数肉眼看不到的恒星后,认为宇宙是无限的,恒星的数量也是无限的。开普勒不以为然,给伽利略去信指出,如果那样的话,夜空就不会是黑暗的。他打了一个比方。假如你站在无边无际的森林中向前看,不论你往哪个方向看,都只能看到一根根的树干连成一片挡在你的眼前,看不到任何间隙。只有当你是在一片小森林中时,才能透过树干的间隙看到外面的世界。同样的道理,如果宇宙是无限的,那么恒星将占据天空的每一点,它们发出的光终将抵达地球,所有的恒星发出的光都将连成一片,就像我们在夏天看到的银河一样。既然实际情况是恒星彼此之间有黑暗的间隙,那就说明宇宙是有限的,透过这些间隙,我们看到的是一堵包围宇宙的黑暗围墙。
但是,后来的天文学家都相信宇宙在空间上和时间上都是无限的。怎么解决这个矛盾呢?18世纪初,英国天文学家哈雷提出了一个容易想到的解决方案:远处恒星发出的光线在抵达地球时强度变得十分弱,无法被我们看到。但是这个解释是站不住脚的。虽然光线的强度按距离的平方而减少,但是在一个无限大的宇宙中,天空的体积也即恒星的数量将按距离的平方而增加。也就是说,在远处某一点,恒星数量增加的比例恰好等于光强度减少的比例,二者互相抵消,总的光强度与距离远近无关。如果多数恒星都和太阳一样,天空的每一点都应该和太阳盘面一样亮。天球的面积是太阳盘面的18万倍,那么照射地球的星光亮度也应该是阳光的18万倍。
奥伯斯提出的解释是,太空并不是“透明”的,遥远恒星发出的光被弥漫在恒星之间的稀薄物质云给遮挡、吸收了。但是在热力学定律被发现之后,这个解释也经不起推敲了。根据热力学定律可知,假如有太空物质遮挡住星光,光能将会被吸收转化成热能,这些能量最终要重新被辐射出来,从而也要发光(虽然光的波长可能不同),天空仍然还是一片明亮。
要解决这个佯谬的唯一办法是否定其大前提,即宇宙不是无限的,因而恒星数量是有限的。但是,这还不够。即使恒星数量是有限的,其数量也近乎无限,足以照亮整个夜空。1848年,美国小说家爱伦·坡在一篇随笔中指出,唯一的出路是假定远处的星光还来不及照到地球上来。也就是说,宇宙在时间上有一个起点,而且宇宙的年龄还没有老到足以让我们见到所有远处恒星发出的光。
我们现在知道宇宙的年龄的确是有限的,宇宙是在大约137亿年前由大爆炸形成的。而计算表明,要把地球的夜空全部照亮,要花上以亿亿亿年计的时间,远处的星光才能都抵达地球。显然,我们的宇宙还太年轻了。
而且宇宙在不断地向各个方向膨胀,各个星系在互相远离,当然也都在远离地球。空间的膨胀导致光线在传播时波长被拉长,能量也因此降低了(波长与能量成反比)。这个现象称为“红移”,意思是可见光向能量较低的红光转变,而红光还会向能量更低的红外线、微波转变。所以遥远的星光在抵达地球时,能量已低到不能被肉眼见到了。由于宇宙太年轻,所以夜空是暗的;而由于宇宙在膨胀,让夜空变得更暗。“为什么夜空是黑暗的?”这个问题其实一点儿也不傻,蕴涵着宇宙的奥秘呢。
没有统治者的和谐社会
在人们的心目中,沙漠是没有生机的。其实并非如此。在美国亚利桑那的沙漠,光是生活在那里的蚂蚁就有100多种,其中最常见的是以采集种子为生的红色收获蚁。夏天雨季是它们的繁殖季节。每个夏天,一旦开始下雨,长着翅的年轻蚁后和雄蚁就试图飞出巢寻偶,但通常会被工蚁给硬拽回去。突然有一天,一般是在第二或第三场雨之后第一个晴朗的下午,各个巢中的年轻蚁后和雄蚁似乎不约而同地被放了出来,开始了它们一生中唯一的飞翔。成千上万只年轻蚁后和雄蚁密密麻麻地飞到同一块地方交配。
交配之后,雄蚁继续聚在一起等死,它们只能再活一两天。蚁后则分散飞走,独自找个合适的地点降落下来,脱掉翅,开始挖巢。在这个过程中,绝大部分蚁后都被鸟、蜥蜴吃掉,或被同种、异种的工蚁杀死。只有不到1%的年轻蚁后设法挖好巢,躲起来开始产卵,等到工蚁孵化出来,日子就开始好过了。这些劫后余生的蚁后能够活上15~20年,最多的时候,一个蚁巢能够同时有上万只工蚁忙进忙出。
年轻的工蚁只在巢内活动,负责照看蚁后、幼蚁和储存食物;年纪大一些后才开始参与外部事务。与外部有关的活动分为四种:每天早晨几只工蚁先出去侦察周围的情况;然后,负责采集的工蚁再成群结队地到侦察蚁指定的地点搬运食物;另有一些工蚁负责巢的建造、维修工作,把挖出的土搬到洞口倒掉;还有一些则是清洁工,负责把巢里的垃圾清理出去。
哪一只工蚁干哪一项工作是不是天生就决定了?或者虽然不是天生的,但是一旦选择了做哪项工作就终生不变呢?在通常情况下,工蚁选择了干哪一行似乎就一直干下去,但是长期研究收获蚁的斯坦福大学生物学家黛博拉·戈登(Deborah Gordon)用一系列实验证明,工蚁会随着环境的变化而按一定的规律变换工种。
戈登给不同工种的工蚁用不同颜色的涂料标记,以便追踪它们。她在蚂蚁的采集地点放上许多种子,让蚂蚁知道有了新的食物来源。这时,侦察兵、维修工和清洁工都纷纷改变角色,参与抢运这些食物。在另一个实验中,戈登从附近抓来10只与收获蚁竞争食物的另一种蚂蚁,放在收获蚁巢的周围。收获蚁发现这些竞争者后,派出更多的侦察兵,其中有的是维修工和清洁工变来的。戈登做的第三个实验是在蚁巢洞口放一些牙签,增加维修工的工作量。为此,参与维修工作的蚂蚁增多了,但是新增加的维修工都是没有被标记的,它们是从本来只负责洞内事务的年轻工蚁转变来的。
这些实验结果表明,工蚁是会变换工种的,但是不同工种的级别不一样:维修工的级别最低,只能从年轻工蚁那里获得补充,维修工一旦改而从事其他工种,就不会再回头去做维修工了;而采集工的级别最高,采集工是不会再改而从事其他工种的,即使其他工作有需要,它们宁愿闲着也不去帮忙。采集食物是蚁巢的头等大事,也是最辛苦的工作,采集工要摆这样的架子是可以理解的。
那么,由谁来决定哪只工蚁从事什么工种或变换工种呢?你可能会想到蚁后。其实,蚁后的“后”是人类所赋予的,它并非蚁巢的统治者,而只是一个生育机器。除了进食和产卵,蚁后几乎不会干其他任何事情。它不可能了解蚁巢和周围环境发生的变化,也不可能对工蚁发号施令。事实上,大部分工蚁在出生后就与蚁后失去了联系,特别是在成为采集工之后,就只待在洞穴靠外的部分,连洞穴深处都不去了。
不可能有哪一只蚂蚁能够管理一万大军。在蚁巢中没有统治者或管理者。每只工蚁要从事什么工作,是它自己决定的。那么,它如何决定是继续现在的工作、闲着还是改换工种?这可能取决于两个因素:一个是环境因素(发现新的食物来源、竞争对手,等等)的直接刺激,另一个是间接从其他工蚁那里得来的信息。观察过蚂蚁的人都会注意到,蚂蚁最喜欢干的一件事是互相碰触角打招呼,这实际上是在闻对方身上的味道,从中可以知道对方是不是同一个巢的、在从事什么工作、是否成功等信息。
一只闲着的工蚁其实并没有完全闲着,还在不停地和经过的工蚁打招呼。它可以根据它接触到的某个工种工蚁的数量、接触频率和它们的状况来决定自己是继续闲着等待从事同一工作,还是立即改变工种。比如说,我们可以设想,一只闲着的维修工如果接连碰到五只成功运回食物的采集工,它就知道采集工作很繁忙,自己有必要参与进去。计算机模拟表明,每只工蚁都遵守类似的简单规则,于是就会出现人们观察到的有序变化。
只要每个成员都自觉地严格遵守同一套规则,那么不需要有统治者,整个社会就可以有序地运行,甚至比有统治者的社会还和谐。这也许让人羡慕,可惜人不是蚂蚁:人是有自由意志的。
小资、强盗、小偷与骗子
年11月,日本明仁天皇道歉了,不过,这是因为他从美国带回来一种水产品——蓝鳃太阳鱼。蓝鳃太阳鱼原产于纽约州,后来由于放养,遍布美国的淡水湖泊和河流,并成了伊利诺伊州的州鱼。1960年,当时还是皇太子的明仁访问芝加哥,芝加哥市长将这种鱼作为礼物送给他。明仁回国后,将鱼苗转赠给日本一家渔业研究所研究,想为日本餐桌添一美味。
该研究所不负所托,精心培养“王子鱼”,并在三年后,开始在日本最大的湖泊——滋贺县的琵琶湖试放养。放养极为成功,实际上太过成功了,它们的数量剧增,并逃逸入侵其他水域,泛滥成灾。到2000年时,已遍布日本湖泊、河流,使多种当地鱼类濒临灭绝。这种鱼在美国被视为最好吃的鱼之一,但是日本人不爱吃,想把它们变成肥料和饲料的项目也不怎么成功。现在,滋贺县政府在号召日本人吃蓝鳃太阳鱼并提供菜谱,希望抢在本地鱼类灭绝之前,先把蓝鳃太阳鱼吃光。
这可不容易,蓝鳃太阳鱼的繁殖力非常强,一条雌鱼一次能产几万颗卵。但这些卵要能孵出、存活,要靠雄鱼的照料。雄鱼先筑好巢,然后待在巢内发声求偶,吸引来雌鱼后,一起翩翩起舞,产卵、受精,然后雌鱼离开,留下雄鱼在巢内守护卵。2~3天后小鱼出生,雄鱼还要继续守护5~7天,直到小鱼离巢。如果没有雄鱼的守护,小鱼无法存活。雄鱼为此作出了重大牺牲,在这段时间内,它不离开巢觅食,体重为此要减轻10%。为了作好准备,雄鱼在7岁以后,身体长得比较大了,才开始担任父亲的角色。
但是,并不是所有的雄鱼都愿意过这种中规中矩的养家糊口的“小资”生活。有的雄鱼体形长得比一般的雄鱼要大一些,它们宁愿去当强盗,发现有的巢里已经有卵之后,就进去把原主人赶走,自己留在巢内,把雌鱼吸引过来产卵、受精后,再把巢还给原主,让它在照料它自己的后代的同时,也培养强盗的后代。
还有的雄鱼可不想浪费7年的光阴,它们在2~3岁时就想当父亲了。这时它们的体形很小,打架根本不是“小资”雄鱼的对手,强盗当不成,只能去当“小偷”。它们躲在巢边,等到“小资”夫妇翩翩起舞、产卵受精时,它们偷偷地溜进去,快速地给卵受精,然后溜走。这么做的风险很大,“小偷”经常会遭到“小资”的袭击而死亡。但是回报也很高,一旦成功,他们能让80%的卵受精。