“千万豪车”掘进地下城,“基建狂魔”如何打造“钢铁穿山甲”?

|· 本文来自“我是科学家”·|

引言:我弯着腰问工作人员,衣服口袋没有拉链,万一手机掉下去还能找着吗?工作人员低头看看下面纵横的管路和底部的泥水,对我说,应该能找到,不过找到的就是手机的“遗体”了。

我们跨过“管片铺装机”顶部,我差点把手机掉在这里。

01—走在盾构机的“肚子”里

我们是从一条在建地铁隧道的入口走近这台由“中铁装备”制造的盾构机的。也可以说是“走进”,因为经过漫长的1.5千米的闷热路程,我们不知不觉已经进入了盾构机的内部。

隧道横截面为圆形,人行通道很窄。

隧道的横截面为圆形,这台盾构机横截面就是这个形状。在这里,人只能走在管壁两侧用铁架搭起的步道上,很窄,迎面来人时双方都得侧着身子才行。隧道中间是一条铁轨,不时有一人多高的渣土机开过,将前方发出的渣土运出去。在这里,人是围绕机器运转的。

隧道壁上不时出现这样的红色角钢,这是测量用的基准点。

堆在地面的“管片”

我们跨过“管片铺装机”顶部,我差点把手机掉在这里。

后来我才知道,我冒着手机失落的风险爬过的这个架子叫做“管片铺装机”,它的作用是把“管片”贴到刚打好的隧道四壁,起支撑加固作用。管片是用钢筋水泥浇筑而成的,厚且坚固。

最重的管片有八吨重,靠上面的提钮很容易拉断。

最重的管片有八吨重,靠上面的提钮很容易拉断。所以大型盾构机的管片机是用真空吸盘将管片吸起来,这样提拉力均匀分散了,管片也不会损坏。

液压千斤顶,是盾构机的驱动装置。

盾构机的刀盘后部有一圈液压千斤顶,它们顶着已经铺好的管片的端面,把自己往前“推”。

泡沫混合液相当于“唾液”,便于刀盘咀嚼和搅拌岩石。

盾构机相当于一条放大的若干倍的“蚯蚓”,前面的刀盘“吃”土,传送带将土从后部排出,而且不断分泌“粘液”(泡沫),软化土壤降低掘进难度。它通过的地方就形成了一条中空的隧道,隧道的内径就等于它的外径。

盾构机控制室

在盾构机前进方向的左手边,有一个控制室。它与任何复杂交通工具的控制室没什么区别:按钮、屏幕、通话器。不同的是,大多数交通工具的控制室可以看到外面,而这里只能用屏幕反映前方的景象。仿佛在潜艇中。

盾构机启动了,各种参数如图。

为了让我们对盾构机的工作情况有个直观的了解,工程师特意启动了盾构机。尽管是电力驱动(如果用内燃机驱动,隧道内很快就没有氧气了),但噪音依然很大,这是刀盘刮擦岩壁土层的声音、这是各种液压机构、泵工作的声音。大家的说话声也不由得提高了。工程师让我们自己在管壁上找一个参考点盯住,注意看盾构机是否缓缓前行。但站在这每分钟仅推进几厘米的庞然大物身上,看出它的移动谈何容易?我们很快都放弃了。

管片之间的接触面,橡胶起密封作用,出厂才一个月。

渣土传送带。

走过控制室,视野中央出现了一条从前方延伸出来的传送带,它的起始点位于刀盘下部,末端位于盾构机尾部。它负责把刀盘切削下来的岩石、泥土运到渣土车上。

挖出的土样要留存归档。

手机掉到这里还能找到吗?

前往盾构机刀盘的最后旅程要跨越两个相距一米的弧形钢梁。上面沾满了冷凝水,很滑。站在上面,只能弓着腰,头不时会碰到天花板,双手也没有抓握的地方。我问工作人员,衣服口袋没有拉链,手机掉下去还能找着吗?工作人员低头看看下面纵横的管路和底部的泥水,对我说,应该能找到,不过只能找到手机的“遗体”。

返程的路依旧漫长酷热

参观完盾构机、体验了盾构机工作时的伟力,我们从原路返回,仍是1.5千米的闷热路程。显然,这段地铁隧道多长,工作人员每天就要往返多长。他们的辛苦可想而知。

02—隧道掘进的进化史

虽然目前的盾构机操作还免不了人力,但比起之前的隧道掘进已不知轻松多少了。

工业革命之前的隧道挖掘就不提了。单说炸药发明后,隧道掘进来到了“钻爆法”时代。顾名思义,“钻爆法”就是先用钢钎或钻头在隧道尽头的岩石上打孔,再把炸药、雷管、导火索塞入岩孔中。人员撤离到安全位置后,引爆。待硝烟散尽,人员进入,清理炸出的碎石,进行隧道的支护加固,继续“钻爆”……

用这种方法打隧道,速度慢不说,危险性还很大,常常有哑火的情况发生,派谁去排爆?

在盾构机生产车间,我们可以从外部更清晰的看到昨天“只缘身在此山中”的盾构机的全貌与构造。

20世纪80年代,“钻爆法”逐渐被凿岩台车、衬砌模板台车等组成的大型机械化配套作业取代。

进入90年代,可实现“工厂化作业”的全断面掘进机横空出世 ,这就是我们熟知的盾构机。

盾构机模型。

盾构机的前身要从1798年英国泰晤士河隧道工程讲起,当时因工程困难,施工被迫暂停。来自法国的工程师布鲁诺尔从生物学现象中获得灵感,提出了盾构掘进隧道的原理。他发现凿船贝这种虫子在木船板中的钻孔行为可资借鉴。而且它还会分泌一种液体涂在孔壁上,形成保护壳,以抵抗木板潮湿后的膨胀。布鲁诺尔据此设计的“开放型手掘盾构机”获得英国专利。1823年他制定了另一条泰晤士河底隧道方案,并制成世界上第一台盾构机。机体是金属圆柱体,里面有复杂的机械设备,用千斤顶推动金属筒向前水平推进,并用金属框架撑住,防止隧洞塌方,同时在金属框架后进行衬砌结构施工。可以说,目前盾构机具有的要素它基本都已具备。

“初代盾构机”示意图。图片来源:tunnelling.cn

这种人力手动式盾构机使用了几十年,直到1876年第二代盾构机出现了,它采用压缩空气驱动,用机械力代替了人力开挖。

2008年我国首台具有自主知识产权的复合式盾构机在河南新乡下线,并成功应用在天津地铁建设中。我国盾构机产业化进程由此发端。

二百年来,盾构机的发展经历了五个发展阶段:1.机械化,2.自动化,3.数字化,4.智能化,5.无人化。到了未来的“无人化”阶段,将采用人工智能控制掘进设备,可实现无人、无灯、无氧环境的隧道掘进。操作人员可以舒服地呆在隧道外,一般情况下不必干预盾构机工作。

人工智能的最终目的是把工作拆分成许多步骤,模拟出人的功能。例如,我国已经研制出来的的盾构机“开挖仓检查机器人”具备检测开挖仓状态、清洗检查刀具的功能;“开挖仓换刀机器人”动作灵活,可以替换人类进仓换刀。

各式刀头。

再智能的盾构机也离不开先进的刀具。合金钢制作的刀头并不像我们想象的那么锋利,看起来还有些钝,圆头圆脑的。工程师说,盾构机并不是靠切削,而是靠向前的推力和刀具旋转的挤压力把岩石挤压破碎。

盾构机就像一列火车,设备都集成在内部。

03—形形色色的盾构机

谈到大型的地下工程,您的脑海里可能会出现一系列科幻电影:《生化危机》中,保护伞公司的巨型地下实验室,可能会想到《古墓丽影》中,地下百转千回的隧道……甚至在外太空也有挖掘机钻探机的影子。比如在《天地大冲撞》中,布鲁斯威利斯饰演的钻井工人到小天体上去钻孔爆破以消除其对地球的威胁。

在专业人士看来,电影中千奇百怪的隧道与地下工程,可以用现有的多个圆形刀盘组合来实现。通过巧妙排布大大小小的圆形刀盘,可以组成马蹄形,方形,三角形等异形断面,实现不同地下工程的需要。

煤矿大断面快速掘锚成套设备。

目前可以水平打,斜向上,斜向下打。以后还可以垂直向下打。各种应用场景,只有想不到、没有做不到。

全断面竖井掘进机,不但可掘进类似科幻电影《流浪地球》中的地下城的电梯,甚至还可以掘进一些特殊的国防工程。中国企业的优势在于对中国地质情况的全面了解。中国地质情况之丰富复杂,相当于欧洲全境的总和。

你见过这么大的电锯吗?切石头得跟切豆腐一样吧?

超级工程需要超级装备,可以设想在未来的超级工程,比如川藏铁路(隧道长度占比50%以上),或者是海峡隧道中,必将需要专门定制的超级装备。

现在我国已经能自行生产土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、岩石隧道掘进机、多模式掘进机、顶管机、竖井/斜井掘进机、异型断面掘进机、软岩多功能掘进机等类型的掘进机。这些掘进机能够涵盖软土、硬岩等多类型复杂工况,单模式、双模式等多种掘进模式,能够开挖圆形、异形等多类型截面形状,直线、曲线、斜井、竖井多种隧道形式。

图片来源:@国资小新

外国人说中国人是“基建狂魔”,而生产盾构机的中国企业堪称是“狂魔中的魔头”。

这些“魔头”善于驾驭重型机械:在1998年长江抗洪抢险中,炸船堵决口的工程人员是他们;在2008年汶川地震抢险中,驾驶大型工程机械进入震区抢救生命的也是他们。

位于湖南长沙的中国铁建重工集团,号称全世界占地面积最大,产品种类最全,市场占有率最高的掘进机研发制造企业。而且他们是国内唯一一家未引进国外相关技术,全靠自主研发掘进机的企业。

我见过的最大的铣床。

在车间里,我们看到出厂的掘进机刀盘。从挂在车间墙上的照片可以看出,出口的盾构机在交付验收时,上面绘制着使用国国旗的图案。谁能想到,当年还要靠进口设备的中国,短短十几年,就可以向发达国家出口自主知识产权的盾构机和配套服务了。

未来要打造地下工程施工的智能装备体系,要开发成套设备,使用不同工序实现与盾构机同样的工作效果。到那时,装备不但要适应工法,装备还能改变工法。所谓工法,是指施工方法。这样便达到了施工方法与施工装备的深度融合,实现隧道及地下工程的智能建造。

全智能三臂凿岩台车,仿佛随时要变形。

以铁建重工研发的“全智能三臂凿岩台车”为例。对于100平方米的断面隧道钻孔,传统人工需要10~20人同时作业,钻三米深的孔需要10~15分钟,且作业环境恶劣,危险程度高。而这种凿岩台车仅需二人操作,钻三米的孔只需要1分钟,而且采用密闭式驾驶室避免了粉尘和噪音对人体的损害。

三臂凿岩台车驾驶室内部。

我们依次到驾驶室体验了一把。操纵杆与游戏手柄别无二致,上面也有许多按钮。操纵杆很轻,但并不妨碍用它指挥巨大的机械臂。

某科幻作家操纵凿岩台车,乐得合不拢嘴。

04—挖到天上去

当我们形容一个人很“能”时,往往会说“你咋不上天呢?”这个永恒的追问对于盾构机同样有效。

既然现在盾构机发展得这么厉害,咋不上天呢?

图片来源:@国资小新

我们知道,在未来的深空探测和太空资源获取过程中,如何在天然天体(如太阳系内卫星和小天体)上进行挖掘?航天任务要求有效载荷轻量化,能远程遥操作或自动运作就不要载人。目前无人、无氧的智能化隧道掘进设备已经在开始预研了。但是否有考虑面向远期的深空探测研发天基隧道掘进设备呢?我把这一系列问题抛给了盾构机专家。

对于这个问题,专家并没有正面回答,而是采取了迂回的路径,他首先对未来10-15年的中长期隧道掘进技术发展趋势进行了介绍。

他说,这些中长期趋势都是找目前40岁左右的专家论证的,这样可确保在其职业生涯内实现这些技术。

中长期的技术趋势可以用三个字来概括,就是“长”、“大”、“深”。

所谓“长”,就是很长的隧道可以一次打通。目前硬岩掘进机的寿命可以支持连续掘进25千米。超过25千米的隧道,比如50千米的隧道,就得采用两侧同时施工的方法来贯通。

盾构机的连续掘进寿命大概是10千米,那么在10-15年之后技术发展目标是海峡隧道可以一次打通。比如琼州海峡等,这在技术上是可行的。

另一个关键词是“大”,要多建大直径的隧道。以目前的城市中的立交桥或跨江大桥为例:研究表明,建成这类桥梁之后,桥两侧、特别是引桥周边的商业环境会变差。而地铁口、过江隧道口附近的商业环境会变好。单从提升城市商业环境的角度讲,修隧道比修桥要好。

为提升运力,目前的公路隧道从原来的两个两车道,发展到现在的两个三车道,在将来将达到两个四车道甚至更多。这样打一个大直径公路隧道就可以解决城市桥梁中引桥太多、断头路等交通问题。

“深”是第三个关键词。这个很好理解,隧道向深处挖掘,对地面的影响会小一些。目前国内的地铁隧道深度基本在30米以内,下一步将开发深度在50~100米内的城市地下空间,拓展城市居民的活动区域。

“中铁装备”使用小型盾构机挖掘的地下停车场。

我们在郑州就参观了“中铁装备”用自研的组合式矩形盾构机挖掘的企业园区内地下停车场,供自己的员工停车用。看起来它与普通的停车场别无二致。

最后这位专家终于正面回答了我的问题,即太空中的“轻量化”。他说,隧道挖掘技术一般要强调技术平衡,这样隧道建成后的状态是稳定的。在掘进机的结构设计中,会注意轻量化的问题,但是设备要讲究平衡。在天然天体上挖掘隧道,在技术上不是障碍,主要看需求的拉动,可能太空掘进机的能量来源是个问题。目前在地球上建铁路,工程施工阶段要使用大量的电力,光电费就要上百亿元,在未来的太空挖掘时代,可能要用到小型核电站来供能,考虑到目前小型核电站已经可以装配到船舶上,所以这应该也不是什么难题。

铁建重工研发的磁浮智能巡检车。

一万年太久,只争朝夕。这些研发、生产盾构机的央企,既具有市场意识,也极具创新意识。他们会根据市场的需求,灵活研发相关的技术,以符合市场需要。比如说新疆棉花丰收,企业就根据自己的技术优势为棉农研发自动采棉机。比如不适合建设地铁的城市,可能会考虑到地面轨道交通如磁悬浮等,所以他们会成立专门的研究机构研究磁悬浮的配套设备。他们制造的相关设备目前已经在长沙磁悬浮线,即中国首条自主知识产权的商业低速悬浮线上使用。

国产盾构机企业虽然还未“上天”,但入地(老本行)、下海(海底隧道)甚至贴地飞行(磁悬浮)……都已经做到了。照这个趋势发展下去,“你咋不上天呢”——也许很快就会实现了。

图片来源:@国资小新

作者名片

申旭辉:“张衡一号”卫星,除了研究地震,还能为人类带来什么?

本文为2019年4月27日“我是科学家”演讲活动第十期——对谣言说“不”| 申旭辉 演讲实录:

2018年2月2日, “张衡一号”卫星成功发射,我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。除了对地震科学的促进,“张衡一号”卫星还能做什么?科学家眼中的“地震预测”,到底离公众的预期还有多远?中国地震局地壳应力研究所总工程师、“张衡一号”卫星工程首席科学家申旭辉为大家带来演讲《张衡一号卫星:换个角度看地震》。

 

我是申旭辉,来自中国地震局,做的是跟航天有关的工作。

现在传媒很发达,所以我们感觉有很多地震。

但事实上:地震很多,但是大地震很少。

根据现在的仪器记录,全球每年大概有500万次地震发生。微小地震、小地震,时时刻刻都在发生。只是我们大家都看不见、摸不着,就像我们人打个喷嚏、患个小感冒,但真正对我们影响很大的“重病”,是大地震。

幸运的是,中国的大地震很少。

一般的地震有6级、8度两个概念,这两个标准以下的地震,可能会有些摇摇晃晃、有点感觉,但是不会有大的破坏。

6级,指的是震级。一次地震的能量释放只有一个值,叫震级。

8度,指的是烈度。同一个地震在不同的地区、不同的地点造成了相应的破坏,叫烈度。

随之而来的,有很多地震谣言,真真假假的消息不准确。实际上,我个人不愿意称其“谣言”,更愿叫做“流言满天飞”。

我30多年前到地震局工作。这些年,不停有亲戚、朋友、同学、同事,还有很多社会上不同专业的人士,给我打电话、发信息、发邮件,说哪个地方刮风下雨了,哪个地方有地震云,预报哪个地方会有地震等等……类似的流言很多,鸡鸣狗跳,好像确有其事。不敢说每天,但我每周都会收到这样的信息。

今年4月8号,我在维也纳参加一个国际会议。刚到的那晚,就有一位国外的、行业里的专家给我发了条微信,说,“申博士,我有非常紧急的信息告诉你:我预计4月中旬,中国的云南、四川会发生七级以上地震。”

事实情况是,到了他说的那个时候,除了北京有2个小地震,还有台湾有个五级地震之外,云南、四川非常平静。

面对这样一些信息和谣言,我的观点是:认真研究,冷静对待。

所谓“冷静对待”,是因为地震预报确实还没有过关,我们地震科技工作者,有时觉得对不起大家。但是现在科技实力就是这样,全世界也一样的。我们要继续努力,避免“狼来了”和“烽火戏诸侯”问题重演。

但另一方面,谣言有不同的传播版本,从不同角度、不同方面谈到了这些问题,恰恰成为我科学研究的标杆;是参照,也是鞭策。

这是想跟大家说的第一个问题。

实际上,“地震研究”是一个老话题了。

人类最早的地震记录,在公元前1831年,“泰山震”;紧接着在公元前1809年,“伊洛竭”(“伊”、“洛”即洛阳的洛河和伊河)。国外的地震记录,最早是公元前340年,亚里士多德报告了地震现象。发明候风地动仪的张衡,是在公元132年开始进行地震的记录。

现代地震学诞生于1906年。当时美国加州发生了8.3级的地震,影响非常巨大,当时提出了“里德弹性回跳说”。紧接着,上世纪60年代提出了“板块构造”。现代地震学的基本理论框架,就是从那个时候开始形成。而中国的现代地震学,从1966年邢台地震开始,到现在也经历了几十年的发展。

几十年来,全世界包括中国的地震科技水平取得了极大的发展。在一些科学理论认识方面(包括现在的应急救援、防灾减灾),人们做了很多的工作。但是地震预报到底能不能预报,还没有人能保证。

上世纪90年代,世界上发生了许多地震,然而很多都没有预报出来。虽然中国成功预报了1975年海城地震,但次年导致24万人死亡的唐山大地震却失败了。所以,到了世纪之交,美国的科学家罗伯特·盖勒(Robert J. Geller)开始质疑,地震到底能不能预测?

当时我在中国地震局分析预报中心当科技处处长,也加入了这一场讨论,但是我想讨论的结果并没有一个定论。

2009年,陈运泰院士在《中国科学》上发表了一个总结性论文,叫《地震预测:回顾与展望》。他回顾和展望的结论在右边,叫“慎言不可能。昨日之梦想,今日有希望,明日变现实。”也就是说,地震预报现在还有难度;但是未来是“可有作为”的领域,应该继续去探索。

把这几句话再进一步展开一点点,我想总结的是——

预测这么难,到底难在什么地方?

难在这些地方——

前面说过,地震很多、大地震很少,而预报地震需要大地震震例,因为地震科学是观测科学,学者需要有大量的观测资料来支撑科学研究、发现和发明。大地震太少,统计震例就少,就会导致机理认识不清。但这是一个两难的选择——因为从国家角度,为了人民的生命财产安全、为了防灾减灾,就希望地震尽可能少来,最好别来。

同时,地震预测也受到观测技术的限制,所以大家都对新技术、新发展充满期待。我们常说,地震科学的突破,最终要依赖新技术、新方法的突破——

为此,我们的研究从“地”上了“天”。

那么,“空间对地观测技术”能为地震科学提供哪些支持?

空间对地观测,首先是大范围、高动态、多参数,不受地面条件限制,它同时也是一个跨学科、交叉融合的很好的机遇。

前面说过,地震预报最大的困难,是震例太少。从统计意义上说,中国每3年有2次七级以上地震、每年有4次六级以上地震;而全球范围,每年就有18次七级以上地震。这样的话,可以用卫星观测,大范围地把全球的地震都收集起来,可以加快地震科学的发展。所以从震例观测、收集的角度,“天上一年,等于地面二、三十年”,能够跨越式地提高地震科学技术发展的步伐。

我从研究地震到现在,大概三十多年,真正碰到的地震很少很少,好多地震都在青藏高原上。西部的青藏高原、沙漠无人区是很难观测的,但靠卫星就可以实现。此外,地面观测台就只能观测中国的,而且中国跟美国的观测是不一样的,没法拿来统一对比,而卫星就可以做全球尺度的观测。

16年前, 2003年2月18号,中国地震局、科技部、国家有关部委联合在北京开了个“香山会议”,题目叫做“院士呼吁地震星”。

这里面有两弹一星的元勋,王希季老先生(首行左四);也有我的导师丁国瑜院士(中间行左四),他现在已经快90岁了;还有前一段时间来到我们“我是科学家”的叶叔华先生(首行左一)。还有大批来自各行各业、各个国家的专家,来共同支持这件事情,比如法国的一位数学家(底行左一),意大利空间局的局长(底行左二)。另外,还包括我的团队,我的学生、我的同事……一大批人,做了16年。

坦率来说,这16年,很难。

演讲嘉宾申旭辉:《张衡一号卫星:换个角度看地震》

16年前,中国第一次做这类卫星。我们不光“没有吃过猪肉”,还“没有见过猪跑”,所以需要在国际上大量学习。

真正做起来后,仍然非常困难。很多人不理解,直到现在,大家还在面对一个情景——好多人说,地震既然预报不了,那干嘛要搞这个卫星?劳民伤财。

做这个卫星,对我自己也是很大的挑战。我首先要从地质学去了解地球物理学,还需要了解空间物理学、航天工程和离子体物理。那一段时间确实非常艰难,我有时开玩笑说熬成了一个“老弱病残”。

经过几起几伏,我记得,2013年7月30号那天早上,还没有上班,航天局的朋友给我打电话说,国务院昨天下午已经批了这个项目。

十年,花了国家很多钱,有一大批人在里边奉献,然后终于上了一个台阶……当时我还在病休,非常激动、非常兴奋,我觉得我已经很坚强了,但当时还是控制不住大哭了一场。

紧接着,从那个时候开始,我们又走了另外一个五年:从2013年下半年开始,要进入卫星研制阶段。

同样到过“我是科学家”的一位演讲嘉宾杨芳博士,曾经是我们卫星系统的总设计师。她当时设计的卫星,跟我们现在发射到天上去运行的卫星,实际上已经完全不一样了。这里面涉及很多科学问题、技术问题和工艺问题,非常困难。

经过这么多反反复复,国际合作、国内研制、再国内研制、再国际合作,终于,在2018年的2月2号,把“张衡一号”这个中国地震立体观测体系首发星、也是中国地球物理场的第一颗卫星顺利发射到天上去了。

左边这张图,是在轨飞行的模拟,是一个仿真状态。右图是去年2月2号发射时候的场景,卫星火箭带着“张衡一号”卫星上天,发射成功了。

中共中央总书记、国家主席习近平,专门发贺电庆祝“张衡一号”卫星的发射,同时对卫星的科学意义,包括与意大利的合作,做出了高度评价。

这就是我们的卫星,有七百多公斤、大概1.5米见方。现在卫星运行在五百多公里高度的轨道上,如果有一个简易望远镜的话,每天下午2点、凌晨2点,你可以看到卫星过境。图右是它展开之后的样子,展开的天线叫“伸杆”,能把探头放到顶端。

卫星上,根据科学研究结果,一共搭载了三类八个载荷:

第一类,是电磁性质的,包括低频电磁扰动的高精度磁强计、感应式磁力仪和电场探测仪。

第二类,是一系列等离子体的新产品,因为在五百米高度上更多的是离子化的气体,有电子和离子。这些产品包括:GNSS掩星接收机、三频信标发射机、等离子体分析仪和朗缪尔探针。

第三类,跟太阳有关,就是高能粒子探测器。

从去年2月2号到今天,“张衡一号”上天已经一年零两个多月了。这段时间,卫星做了什么?

首先,“张衡一号”已经收集到了十几个七级、几十个六级以上地震震例,并得到了一些观察结果。卫星2月2号上天,13号开始工作,16号获得了墨西哥7.1级地震的信息。2018年8月份印尼的两个地震,这些信息也都获取了。

然后,在这些观测基础上,我们也正在做统计分析。我们希望用大量的震例,得出一些统计特征,也去解决一些个例;得知它到底是怎么变化的,然后得到一个统计规律。

最后,我们希望实现科学理论的突破。现在的地震科学是经典物理学,是常温常压下的流动物理学,但是地震震源在十几公里之外,超高温、超高压。为了发展,就要在现在的基础上,利用学科交叉优势,发展“多板块、多圈层、多物理场”的地震过程模型,来推进科学发展。

我相信,有这些发展之后,地震预测的科学能够往前大大进一步。

不过,我想跟大家说的是:“张衡一号”卫星最原始的产出不是地震前兆,而是地球的磁场模型(图左)和电离层模型(图右)。

现在国际上对中国电磁星评价很高,说数据非常好。有了这两个模型,后续除了地震研究,还能做一些其他的应用。

比如说,磁场可以用于导航。大家知道GPS导航精度很高,但是在某些时候,它是受影响的,因为它必须实时。所以在没有GPS的时候,地磁可以作为可能不精确、但绝对可靠的导航工具。

此外,也可以用于一些科学研究,比如地球物理反演(即探索地壳结构)。

还有一个问题,就是随着科学技术的发展,电离层对现代科学技术系统有极大影响。1989年太阳耀斑和超级磁暴,对输电线路、海底电缆、卫星运行都带来了明显影响。

2017年9月初,北美产生了太阳风暴,同时还有特大地震和飓风。地震和飓风产生时,人们需要通讯、救灾——但太阳风暴又使当时航空海事应急的高频通讯中断了八个小时。当时造成的受灾很严重。

最后,想跟大家说说,与“张衡一号”未来可能的应用有关的一个东西。

大家可能知道,1962年,古巴导弹危机差点引发了第三次世界大战。其实,1967年5月,还有一件事情也差点引发第三次世界大战。

1967年5月23号早上,太阳爆发了20世纪最大的一次风暴,导致美国的军事通讯手段、通讯系统中断了小半个月。当时正是“冷战”时期,美国军方包括总统,一直认为是苏联在发动攻击,所以准备起动所有的战略导弹去打苏联了。

还好,有一个太阳预报中心,很快把太阳风暴告诉了美国的空军司令部,拦下了即将执行的任务。要知道,当时全球有3万多颗核弹头,战争一旦发动,后果不堪设想。

我的分享就到这里,谢谢大家。

演讲嘉宾申旭辉:《张衡一号卫星:换个角度看地震》

疫苗,打还是不打?

本文为2019年4月27日“我是科学家”演讲活动第十期——对谣言说“不”| 孙美平 演讲实录:

疫苗负面事件的发生严重地影响了公众对于“预防接种”的公信力。疫苗安全吗?进口疫苗是不是比国产疫苗好? “你可能听过很多疫苗谣言,但我要说:接种疫苗是防控传染病最有效的手段。”北京市疾病预防控制中心主任医师、九三学社中央医药委员会委员孙美平跟大家聊聊疫苗与预防接种的故事。

大家好,我是孙美平,来自北京市疾病预防控制中心,从事预防接种工作已经36年了。

关于疫苗,大家肯定听到过很多谣传——尤其是2010年以来。确实,这些年我们国家出现了一些疫苗的负面事件,也有很多传言,严重地影响了公众对于“预防接种”的公信力。

我刚参加工作的时候,疫苗接种点都设在居委会或村委会。我印象特别深,当时在崇文区卫生防疫站工作时,随前门医院的医生入户到一个四合院,一进去,全院的人都特别亲切地跟她打招呼。为什么?因为院里的每个小孩都是她来进行预防接种的。

反观这些年我们面临的一些问题,是为什么?因为媒体发达,负面新闻的传播速度远高于正面新闻。

但我仍然要说:接种疫苗是预防传染病最有效的手段。

01—糖丸疫苗去哪儿了?

我们的编辑是80后,说,孙老师,那个糖丸疫苗我们现在还有记忆呢。其实不光她,我是50后,我也记得糖丸疫苗,也是吃糖丸疫苗长大的。

如果没有糖丸疫苗,我们很多人不会健康地坐在这儿。现在60岁以下的人中,几乎见不到因为小儿麻痹导致的跛行;但是在过去,这种状况并不罕见。

说到糖丸疫苗,我们不得不缅怀一位大科学家——中国医科院的前院长,顾方舟院长。顾老最早赴苏联去学习相关技术,回国后研发出了中国的脊髓灰质炎疫苗。因为儿童服用脊髓灰质炎疫苗,中国在上世纪90年代就已经消灭了脊髓灰质炎;中国所在的亚洲太平洋地区,也在2000年被证实消灭了脊髓灰质炎。所以顾方舟院长又被大家亲切地称为“糖丸疫苗爷爷”。

有人可能说,我们家有个小宝宝,不到三岁,我怎么没听说他吃过“糖丸”呢?

因为现在没有“糖丸”了。

为什么?

这就要说到疫苗的不良反应。糖丸疫苗是减毒活疫苗,所以一些特殊的孩子——比如有严重免疫功能缺陷的新生儿——如果服糖丸前没有发现阳性的症状体征,可能就服用了;服用之后,极个别会发生肢体的麻痹。用家长的话说,我的孩子“不吃糖丸不得病,吃了糖丸麻痹了”。

通过全世界大量的数据观察,发现“与疫苗相关的脊髓灰质炎麻痹病例”的发生率是百万分之一,其实很低。但即使这样,世界卫生组织(WHO)要求,2016年5月1日开始,全球所有儿童第一剂不再服用脊髓灰质炎减毒活疫苗,只能接种脊髓灰质炎灭活疫苗;第二、三剂仍然口服脊髓灰质炎减毒活疫苗,但是剂型变了,变成了液体的滴剂,不是固体的白色糖丸。所以现在带三岁以下的小孩到预防接种门诊去,会发现医生拿一个塑料的、软的容器(盛有疫苗),往孩子口中滴两滴。这就是“糖丸变迁”的故事。

02—疫苗安全吗?

那疫苗安全吗?

每一次疫苗的负面事件,都会引起公众对“疫苗安全”的恐慌,比如去年发生的“长春长生疫苗事件”——这是个特例:所涉及的公司是上市公司,国家已经取消了它的资质,而且促成国家拟将出台《中华人民共和国疫苗管理法》。大家不要因为个案,失去对我们国家疫苗的信心。

我们国家对疫苗执行两个非常严格的标准:一个是国家药典标准,另一个是疫苗的注册标准(每支疫苗都有唯一的注册号)。国家药典每五年升级一版,每升级一版,疫苗的生产标准就会更加严格。

演讲嘉宾孙美平:《你可能听过很多疫苗谣言,但我要说:接种疫苗是防控传染病最有效的手段》

03—进口疫苗是不是比国产疫苗好?

我们经常会听到这类问题:进口疫苗是不是比国产疫苗好?

不一定。

我国2010年版药典出台之后,所有进口的减毒活疫苗都陆续退出了中国市场。为什么?因为这类疫苗中的抗生素的残留量超过了新版标准。此外,还有几种疫苗也退出了中国市场:如一种全球知名的狂犬病疫苗,因细胞中DNA的残留量超标;一种无细胞百白破疫苗,因吸附剂的含量超标。所以,不能简单地认为进口的疫苗就比国产的疫苗好。

我国疫苗总体的监管水平已经达到世界卫生组织标准,并于2011年、2014年两次通过了世界卫生组织的疫苗管理验证。此外,我国已经获得了几种疫苗的国际采购资质,参与到国际的疫苗招标采购中,所以大家一定要对中国的疫苗有信心。

04—接种疫苗导致孤独症?

另外,还有一个国际上很有名的谣言:接种麻风腮疫苗可能导致儿童得孤独症。为什么得孤独症会引起关注呢?因为近十年来,根据国际上尤其美国的统计,孤独症发病率快速上升,我们国家孤独症儿童也越来越多,所以大家非常关注。目前,孤独症仍然原因不明,通常在幼儿时期被诊断,是一个广泛的、发育迟缓性的疾病,而且表现为多种、一系列的症状体征。

这个谣言是怎么来的?

1998年,一位英国医生和他的12位同事,在世界上非常有名的《柳叶刀(The Lancet)》期刊上发表了一篇文章。他们观察了12名孤独症儿童,结论是12例中,有8例是打了麻风腮疫苗之后得的。

这在全球引起了轩然大波,欧美很多权威机构就二者相关性进行了大量的调查和科学研究,结果证实:结论错误。为此,《柳叶刀》在2010年5月撤销了这篇论文,而且这位医生的12位同事中有10位也提出了撤稿申请,但是到现在,这则谣言的负面影响仍然存在。

麻风腮疫苗是能预防麻疹、风疹和腮腺炎的疫苗。以麻疹为例,最近媒体经常报道美国麻疹发病率上升;在非洲一个国家,麻疹使得1500多位儿童死亡。世界卫生组织也报道,今年全球麻疹发病率呈现上升。但我们国家,麻疹发病率最高的一年是60年前的1959年,当时全国的人口只有6.5亿多,麻疹病例是900万例——今天我们已经13多亿人了,如果没有麻疹疫苗,那全国病例将是1800-1900万例。所以,不能轻易地相信这种传言。

05—防控传染病,接种疫苗最有效

这也涉及到一种特别的现象,有一个新的名词叫“疫苗犹豫”。什么是“疫苗犹豫”?就是,每当听到关于疫苗的较大负面新闻的时候,家长就不再给儿童接种疫苗,或者就怀疑疫苗是否安全——要等真相出来后,确认疫苗安全,再带孩子接种。但是疫苗预防的很多传染病是有季节性的,在等待的过程中就会暴露在病原下,有可能就被感染得病。所以 “疫苗犹豫”是不可取的,可能错失接种的机会。

今年的4月25日是全国第33个全国儿童预防接种宣传日,主题是“防控传染病,接种疫苗最有效”。

过去,新生儿出生接种的第一针疫苗是卡介苗(接种后可预防儿童结核病)。1992年,我国把乙肝疫苗纳入了计划免疫管理,2002年,把乙肝疫苗完全免费提供给儿童接种。所以,从那以后,儿童出生接种的第一支疫苗就是卡介疫苗和乙肝疫苗。

现在儿童出生24小时之内就要接种这两种疫苗。那这两针疫苗谁第一、谁第二呢?原则上可以同时接种:一支接种左侧胳膊,一支接种右侧胳膊。

为什么我国要把乙肝疫苗纳入免疫规划?因为我国过去是乙肝大国。大家看这张图,颜色越深代表发病率越高,中国在一个最深蓝的区域内,当时我们国家感染乙肝的人可以以亿为单位计算。

得乙肝的结果会是什么样呢?如果感染了乙肝病毒,可能会发展成为乙肝病人;乙肝病人没有治愈,就发展成慢性乙肝病人;慢性乙肝经过长期发展,就变成肝硬化;肝硬化再经过长期发展,就变成肝癌,

我记得去年亲历的一件事:一个山东的农民企业家得了肝癌,当地已经治不了了,他就跟我联系,问我能不能帮忙在北京找一个医院去治疗。后来我联系好专家,第二天早晨给他家人打电话,他家人说他已经肝昏迷了。现在这个人已经不在了,这就是感染乙肝的结局。

我国现在重大传染病的防控,其中就有一个乙肝的“降两率”,即降发病率和降病死率。

我是1983年参加工作的,那时候乙肝疫苗还没有问世;经过几十年的努力,2014年,我国的儿童乙肝控制受到了世界卫生组织的表彰。用数据上来说,没有乙肝疫苗之前,我国儿童的乙肝感染率是10%左右,现在已经降到1%以下了,说明乙肝疫苗在乙肝控制方面发挥了巨大作用。

所以,要用正确的疾病预防知识来武装自己。我今天举了脊髓灰质炎疫苗和乙型肝炎疫苗两个例子,希望能强化“防控传染病,接种预防最有效”的理念,谢谢大家。

演讲嘉宾孙美平:《你可能听过很多疫苗谣言,但我要说:接种疫苗是防控传染病最有效的手段》

《科学》封面专访:缅甸琥珀——动乱中抢救出的古生物遗产

|· 本文来自“我是科学家”·|

包裹着各类古生物的琥珀化石,一直是古生物学家倍加珍视的“时光胶囊”,具有重要的研究价值。然而,琥珀化石的原产地之一:缅甸克钦邦,却是个常年动乱不安的地方。由于缺少有效的保护措施,许多宝贵的化石在科学家发现之前就已经流失或被破坏了。

就在上周(5月24日),一篇有关缅甸琥珀化石的专访登上了《科学》杂志封面。文章报道了中国科学家从缅甸矿区和珠宝市场抢救化石进行研究的故事。该报道的主要受访者——中国地质大学(北京)邢立达副教授,在我们的译文基础上做了注释和说明。

2019年5月24日的《科学》封面:一块有9900万年历史的蝎子琥珀。图片来源:Meagan Cantwell/Science

视频来源:SCIENCE

动荡的宝藏 

一个春日的早上,乌云弥漫在腾冲上空。在这座中国的边境小城里,一幅来自恐龙鼎盛时期的生命拼图正一片接一片呈现在人们眼前。它们有的散布在数不清的柜台上,有的躺在店主铺开的单布上,有的安放在店里的玻璃柜中。

它们就是琥珀:有包裹在灰色火山灰中的琥珀毛料;有雕刻成弥勒佛像的琥珀饰品;还有鸡蛋大小的蜜蜡、茶珀、血珀……

除了偶有售卖玉石和小吃的商贩,几乎每个出现在这里的人都为琥珀而来:一些买主来此寻觅稀有藏品,丰富私人收藏;还有一些网络代购商忙着用智能手机拍摄琥珀照片,供买家挑选。

而此地对于科学家来说,有着比买吊坠或手镯更重要的事。

三月的一个早晨,中国地质大学(北京)的古生物学家邢立达在一个柜台前停下脚步,查看起一块琥珀中的蟑螂,这只蟑螂从白垩纪中期开始就被困在琥珀中。它的附肢完好无损地蜷在身下,体型看起来比今天经常出没在人们家中的蟑螂更小更苗条。

卖家的开价是900美元【注:原文为“The dealer wants about $900.”事实上是900元人民币】“不贵。”邢立达说。不过他没有购买,而是继续寻找更稀有、更具科学价值的琥珀标本。

几分钟后,一名路人发现了邢立达,并立即抓拍了一段视频发到社交媒体上。作为一位长着娃娃脸、魅力十足的科普圈大V,邢立达已经在微博上吸粉260万。2018年,他发表了25篇科学论文,还写了一部与恐龙有关的科幻小说,中国巨星级科幻作家——刘慈欣亲自为其作序。

和其他几位中国古生物学家一样,邢立达也因在琥珀标本中的非凡发现而备受关注:刚孵化的原始鸟类,带羽毛的恐龙尾巴,蜥蜴,青蛙,蛇,蜗牛,以及各种各样的昆虫【注:此处指的是琥珀包裹体中,与脊椎动物化石一起保存的昆虫】……就像19世纪的生物学家在物种丰富又人迹罕至的雨林中收集物种一样,这些科学家正借助缅甸边境的琥珀,描绘出1亿年前的热带森林生境的种种细节。

美国自然历史博物馆的琥珀藏品负责人,古生物学家大卫·格里马尔迪(David Grimaldi)说:“现在我们正处在新发现狂潮之中”。 琥珀领域诞生了成百上千的科学论文,中国科学家提到他们有许多标本有待发表,包括鸟类,数不清的昆虫,甚至还有螃蟹或蝾螈等水生动物。

随着科学家对缅甸琥珀的不断渴求,一个伦理“雷区”也油然而生——这些化石来自于冲突频发的缅甸克钦邦,科学家无法勘察那里的地质情况,获取化石年龄和周边环境的线索。在克钦邦,对立党派争相谋取琥珀及其他自然资源带来的利益。

“这些商品助长了冲突,” 保罗·多诺维茨(Paul Donowitz),一位缅甸驻华盛顿非政府组织(全球见证组织)领导人说,“它们为武装冲突参与者提供了资金,缅甸政府为了切断这些资源,对民众施行了极端措施。”【注:为地方武装提供经费的主要是一批自然资源,如玉石,木材,琥珀等】

大部分琥珀被走私【注】到中国进行贸易,仅2015年,中缅琥珀贸易额达到了7.25亿~10亿美元【注】。在中国,珠宝商、私人收藏家,以及像邢立达这样的科学家,通过在手机支付应用竞标珍贵的标本。这样的竞争中,收藏家往往会胜出,这意味着研究人员只能通过借用的方式来研究许多标本。

【注】
走私:

中国边境城市的琥珀走私和黑市,是一个很复杂的问题。这种情况在很多国家的边贸中都存在。缅甸人来的地方,很多是政府军和地方武装交错区域的,他们很可能给其中一方或双方都交了正式或非正式的税金,才能带出琥珀。但至于是不是正式的海关渠道,我们不清楚。中国方面,所谓的“走私”,主要是依据量和价值。在边民贸易中,适量的琥珀是允许入境的,一般一人5000元以内,琥珀毛料可以不申报——因为毛料很便宜,有的甚至几角钱1克。如果以5元1克计算,可以带1000克,一般是每人几百克,1~2千克。也就是说,缅甸人会经常带低价值的毛料进来,是在当局允许范围的。但毛料开了之后如果是很好的虫子,价格增加,那也是运气使然。大多数毛料开了就是普通的珠宝。其实有没有其他渠道运进来琥珀,我们并不清楚。所以,腾冲的琥珀,其实是一个常见的边贸珠宝市场生态。

7.25亿~10亿美元:
作者很可能写错了数据或币种。据《保山新闻网》2016年报道,腾冲已经成为世界最大的缅甸琥珀集散中心。从事琥珀销售的店铺近600家,雕刻作坊100多家,雕刻技师近600人,街边摊点柜台近3000家,常驻腾冲的缅甸商人达1000人以上,从业人员1万人以上,保守估计年销售额达5亿元以上。

商业和科学的交融“提出了我们之前在古生物学领域从未遇到过的新问题。”德克萨斯大学奥斯汀分校,一位经常为缅甸琥珀论文担任编辑的古生物学家——茱莉亚•克拉克(Julia Clarke)说。但考虑到即使科学家不买,琥珀一样也会被出售,“那样的话会带来什么结果呢?”

“如果我们没能获取标本,它们可能会成为年轻女孩脖子上的廉价珠宝。”【注:在腾冲,入门级别的琥珀挂坠低至百元左右】这也正是邢立达来琥珀市场的原因。

探秘远古森林 

9900万年前,温润的海风吹拂着这里茂密而又古老的森林,其中回荡着奇特生灵的啼鸣。昆虫的啃咬亦或是飓风的肆虐,都能让大树分泌出大量树脂,将无数生灵包裹其中。经过漫长的时间,树脂中的乳香气体完全挥发后,树脂中的分子逐渐聚合、固化,最终形成了我们今天称为琥珀的珍宝。

加拿大里贾纳萨斯喀彻温皇家博物馆的古生物学家——瑞安•麦凯勒(Ryan McKellar)曾说道:“这些琥珀就像一个迷你的拉布里沥青坑博物馆。”

【注:拉布里沥青坑博物馆,位于美国洛杉矶。在20世纪初,加州大学伯克利分校的约翰·梅里亚姆教授和他的学生在此处的天然沥青坑中发现了大量保存完好更新世脊椎动物遗骸,其中包括大于59种哺乳动物和135种鸟类,这里的发现对研究更新世动物提供了重要的化石依据。】

德国波恩大学的古生物学家—维多利亚·麦考伊(Victoria McCoy)曾说道:“琥珀能最大程度保存被包裹生物的形态学细节,特别是化石中很难看到的软组织结构。同时,树脂能够深入被包裹生物的软组织内部,将其干燥脱水,这也保护它们免受真菌的侵蚀,外部的树脂硬化后又提供了更加坚实的保护。一些保护状态极佳的琥珀中,甚至连生物的细胞或亚细胞结构也能完整地保存下来”。

这里出产的琥珀,比来自于波罗的海沿岸和多米尼加共和国的都更加年代久远。偶尔还能包裹一些力气大和运动能力强的生物,例如蜻蜓或蜥蜴。

邢立达(右)在腾冲琥珀市场余法中先生(左)的店铺寻找(有潜在研究价值的)琥珀化石。摄影:J. SOKOL/SCIENCE

缅甸琥珀产量巨大且盛产单颗体积大的琥珀,因此能为我们揭示更多远古生物的生活情景。苏格兰国家博物馆的首席古生物学家——安德鲁·罗斯(Andrew Ross)这样说道:“对于昆虫学家来说,仅仅是递给他们一块包裹了昆虫的琥珀就能让他们欢呼雀跃好一阵了。然而这次发现的琥珀里包裹的可不只昆虫和其他陆生无脊椎动物,而是货真价实的脊椎动物!这真的令人大为惊奇。”

仅2018年,科学家就在缅甸琥珀中发现了321种保存完好的古生物新物种,这一年的发现就已经占到目前总发现数(1195种)的四分之一。有人说,在缅甸琥珀中发现的古生物多样性,没准会超过以前化石发现中的恐龙数量的总和。“你可能觉得难以置信,不过事实的确如此。”加拿大阿尔伯特大学的古生物学家——菲利普·柯里(Philip Currie)说道。

琥珀中保存的古生物,揭示了当时生物的生存方式以及如何适应树栖生活。这些发现能为现代生态系统的形成提供遗传学和生态学的依据。

很多科学经费投入到腾冲的琥珀市场中。然而就在不久之前,这里还是一片争议之地。

寻觅琥珀之源

在2014年,邢立达悄悄进入缅甸【注:此处指进入矿区。进入密支那可仅持地方政府边境通行证】,希望找到这些令他着迷的琥珀的来源地。这些琥珀事实上大部分都来自缅甸克钦邦德乃镇附近的一个琥珀矿坑。然而当地的克钦独立军和缅甸政府军,几十年来一直为了争夺这里的宝石、琥珀资源而纷争不断。当地更是不允许外国人进入。

为了寻找琥珀的来源地,邢立达先来到了距离德乃110公里的克钦邦首府密支那,这里也是琥珀的一个重要集散地。当确认安全后,邢立达穿上了缅甸人的传统裹身裙,跟随朋友一路北上来到了德乃。

缅甸克钦邦的琥珀矿,有些矿坑深达100米以上。工人们说这里的工作并没有保障,如果出了意外,则后果自负。摄影:HKUN LAT; MO LI

邢立达和其他到访者发现,这里(指矿区)原本茂密的丛林早已被削平。琥珀矿坑上盖着一顶简陋的帐篷,矿坑虽然100多米深,但却仅能容得下瘦小的工人一人进去作业。这里的工人也没有任何安全保障,一旦出了事故只能自己负责。他们挖矿坑首先竖直向下深挖,当找到富含琥珀的土层时,再转为横向手工开挖。并且通常都是在晚上悄悄的进行作业,以免价值连城的琥珀被更多人知道。包裹了古生物的琥珀是其中价值最高的,确认一口琥珀矿坑是否有开采价值,通常需要数周的时间,并且开采琥珀收益的10%要用于给争端双方军事势力纳税【注:税金交纳给交叉管理矿区的地方武装与政府军】

邢立达至今并没有发表关于此行的详细报告【注:这篇报告已经发表在中国国家地理 2017年第12期《缅北琥珀矿:恐龙时代的封印者》】,但他和他的同行都认为琥珀的来源背后还有更不为人知的暗地交易。他们【注:此处指中国地质大学(北京)施光海团队】通过对2012年购入的矿坑火山灰进行锆石定年之后,认为这些琥珀的形成大约距今9900万年。不过中国科学院南京地质古生物研究所的古生物学家王博说道:“通过分析更多的当地的火山灰样品,发现缅甸琥珀并非在一个时间点形成,其形成时间大约跨越了500万年”

矿主的和琥珀卖家并不关心这些地质学细节。他们只在乎怎么将这些挖出来的琥珀在大致分拣后,通过板车,汽车,船甚至是大象运到密支那或是跨越边境运到腾冲的代理商手中。尽管缅甸的法律严格限制化石的外流,但琥珀却被归类为宝石,可以被合法的运出。

中国的珠宝进口税很高,因此这些琥珀代理商就想方设法走私琥珀进入中国(例如将它们藏在车轮里)。美国科罗拉多大学的人类学家——亚历山德罗·里帕说:“在腾冲的市场上,这些琥珀的暗地交易就在大庭广众下进行。”【注:同上,符合价值和数量规定缅甸琥珀是允许入关进行正常交易的】

但科学家们并不会坐视不管。自1920年代起,伦敦自然历史博物馆的一次缅甸琥珀秀就已经让人们意识到了缅甸琥珀的价值。1990年代末期,在当地武装和政府军暂停纠纷的一段时间里,一家加拿大公司进入了克钦邦开挖琥珀矿坑。并运出了75千克的琥珀原料到格里马迪。他们通过酸洗切割打磨这些琥珀,从中鉴定出至少46个古生物物种。在2010年,中国的琥珀【注:指辽宁抚顺】开采陷入低谷后,对新琥珀来源的需求,特别是对包裹古生物的高价值琥珀的渴求,使得缅甸琥珀的采挖开始爆炸式发展。

琥珀里的脊椎动物“仪仗队”

在邢立达三月去往交易市场的行程之前,他已经看过卖家给他发来的一些照片,并决定要购买了。现在,这家灯光昏暗的琥珀珠宝店里,一个二十来岁来自密支那的卖家送来一件珍品:包裹着两只蜥蜴的琥珀!其中一只蜥蜴的皮肤和组织都已经腐碎成片,暴露出里面精细的骨架。要是博物馆来收购的话,要先经过繁杂的手续,而这种标本在市场上可等不了这么久,早就会被别人买走。邢立达马上掏出手机付款,把它买下,他说:“几百美元还算是不错的价格,因为它整体不是很透亮,还达不到做高档珠宝的要求”

在2014年,邢立达开始在这里和密支那组织起一个交易网,教会对方如何去观察里面白垩纪鸟类翅膀里面的爪子以及数清脚趾头的个数,这样才能区别出它到底是一只蜥蜴还是恐龙。要是他得到一些小道消息,会立刻把照片发给相关专家,如果证实这些标本的科学价值的确配得上高昂的标价,他才会决定购买。

麦凯勒说:“收到邢立达的讯息简直像是要过圣诞节了!”科学家们知道如果能鉴定出里面的生物,琥珀的价格就会飙升。一块标本一旦被定名,比如发现一种新的鸟类,它(指同类标本)可能立刻涨价到上万或数十万美元。王博说:“卖家会用科学家的研究来赚钱。”

 “理想的状态下,我们根本不应该进行任何有关化石的买卖交易。”英国布里斯托大学的古生物学家,古脊椎动物学会主席艾米丽·雷菲尔德(Emily Rayfield)说,“可是有些情况下我们又不得不这么做。”

一开始,邢立达自己出钱买化石。后来他又说服了自己的父母变卖了房产。在2016年,他用这笔钱与朋友筹建了一个非盈利机构——德煦古生物研究所,坐落于中国广东,用来收购及永久展出琥珀标本以供科学家研究。

邢立达发表的文章里面,有关白垩纪的脊椎动物都够填满一个生态缸了。比如在《科学进展》发表的研究,在琥珀里面发现保存了97节椎骨的一段幼蛇;在《科学报告》里面发表的研究,琥珀里有大约2厘米大的蛙类;还有最著名的,发表在《当代生物学》的研究,琥珀里带羽毛的恐龙尾巴,其中还残留有血红蛋白。

琥珀中保存的幼蛇:一般很难在琥珀中发现脊椎动物,但是这一块核桃般大的缅甸琥珀里面却包裹着9900万年前一种新的蛇类,被科学家命名为缅甸晓蛇(Xiaophis myanmarensis)摄影:白明

琥珀中的蛙宝宝:白垩纪森林里的树胶缠住了两只小蛙,肢体和足部清晰可见;右图还保存一只甲虫,也许是这只幼蛙的一顿晚餐。另一块标本保存了肢体和皮肤,可惜头部没有保留下来。摄影:邢立达

一条3.5厘米长的幼年恐龙尾巴:展示了它的羽毛构造和排列方式。摄影:R. C. MCKELLAR

邢立达最早接触并持续研究的领域是小型古鸟类。当他建立起自己的琥珀人脉圈后,很快就有人发给他一张包裹有鸟类琥珀的照片,这可能是人们第一次在琥珀里发现鸟类。他说:“当时对方的要价差不多相当于一辆全新的宝马车了,可我们最终还是将它买下,在那之后,类似的标本开始接连不断被发现。”

这些鸟类属于一种很古老的类群——反鸟类,它们和其他一些恐龙一起灭绝了。琥珀保存下了它们外部皮肤及羽毛的特征,还有一些身体内部更细节的结构,这些在普通化石上从来都见所未见的。克拉克说:“琥珀为鸟类演化的研究打开了一扇全新的大门!”

例如,其他中国鸟类化石由于在沉积岩中受到强烈挤压作用,形成了类似扇形的尾羽,与现代鸟类装饰性的羽毛类似,有一个空心的中轴。然而在2018年12月,邢立达通过对31块缅甸琥珀的研究发现,羽毛的中轴其实是开放的,一个超薄的结构。所以这些轻薄的羽毛在板状化石上呈现出笔直的状态,那么它们一定经过一个突然压扁的过程,就像压扁一个手镯一样。

琥珀中包裹的鸟类翅膀:羽毛近端展示出反鸟类的羽毛与骨骼的连接方式。摄影:白明

来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所,研究鸟类化石的邹晶梅(Jingmai O’Connor)研究员说:“从琥珀里面保存的立体标本来看,我们以前从平板状化石上获取的很多信息都是错的。”今年2月,该研究团队发表了有关琥珀的新研究,令人吃惊的是,鸟类进化到今天是经过了足部附着有羽毛的一个过程,之后才进化出鳞状的,没有羽毛的足部。

麦考伊说:“尽管科学家已经在年代较近的琥珀中进行了各种尝试,但是《侏罗纪公园》里从琥珀里面调取恐龙DNA的场景目前还不能实现。”不过,研究琥珀的科学家发现了其他类型的化学残留物,如一些色素分子,能告诉我们这些生物在中白垩纪时代的色彩,另外还有保留的一些分子结构如节肢动物外骨骼残余的几丁质,和植物的木质素和纤维素等。

上个月,麦考伊的团队报道了他们从缅甸琥珀的一根羽毛里提取到了氨基酸,这意味着这些化学分子在实验之前还可能保留着蛋白质的部分结构。科学家接下来的任务,就是要对这些古蛋白质测序,从这一角度追溯生物之间的演化关系,并揭示当时远古生物的生活状态。

但是,麦考伊的实验方法需要毁掉部分琥珀,碾成粉末。科学家和收藏者们更希望有其他办法能提取到其中的分子证据。一些研究人员开始采用同步辐射成像法,比如利用高密度X射线照射标本内的化学元素,使之能散发出特殊波长的荧光。邹晶梅说:“我们还需要十余年才能搞清楚如何正确解读这些琥珀里面蕴含的丰富信息。”

在科学家研究标本时,还要对伪造品特别提高警惕。邢立达说:“有一次,我们以为在一块标注为缅甸琥珀的标本里首次发现了龟类,但是化学实验【注:原文中的单词是“chemical tests”,但此处实际应该为CT扫描】证明这是个伪造品。”

穿越而来的无脊椎动物军团

2100公里外,中国科学院南京地质古生物研究所里,古昆虫学家王博正在沏茶。随后,他拿出一袋袋有标签的琥珀昆虫标本。缅甸琥珀里稀有的脊椎动物确实能组成一个非凡的动物群,但在数量和多样性上占据绝对优势仍属无脊椎动物。王博收集了多达3万块包含植物或昆虫的缅甸琥珀,大多数是由研究所出资征集的标本。目前还没有完全展开研究,他预计最终可能会发现4000~5000个新物种。

他的实验室采用一系列高科技手段,可以在不破坏琥珀的情况下观察内部标本。在一间实验室里,通过共轭焦雷射显微镜,可以让标本内部的细小结构成像。另一间实验室,科学家可以通过CT扫描化石内部形态,做出3D立体模型。

1916~2018年缅甸琥珀中新发现的物种数目:几十年来,科学家们只能接触到很少的缅甸琥珀。2000年开始才渐渐有了这些标本交易。自2010年左右,这种交易热潮让科学家从琥珀里发现了数百个新物种。图源:N. DESAI/SCIENCE; (DATA) ANDREW ROSS

王博和其他研究人员采用这些新技术,已经发现了很多9900百万年前生命演化的秘密。拿捕食蚂蚁和蚜虫的脉翅目昆虫来说,在一块大琥珀里面,有一只像蝴蝶一样张开翅膀的脉翅目昆虫,展现出一个伪装的类似眼睛的结构,来迷惑捕食者。另一个标本里,一个脉翅目的幼体的形态很类似苔类植物。其他一些脉翅目背部有一些类似植物碎片的样子。昆虫演化到今天,仍然采取着如上的伪装策略。

王博说:“很可惜,琥珀中大部分物种都灭绝了,但是我们也很幸运能发现它们背后的秘密。”

很多类群没有留下直系后代,比如说一种被戏称为“地狱蚂蚁”的物种,拉丁名为Haidomyrmecines。它们演化位置处于蚁类基干位置,有着锋利的,镰刀样的长牙,可以猛烈撞击,刺破其他昆虫。还有一些“独角”蚂蚁,头顶有一个长长的角,大概是用来戳死猎物的。格里马尔迪说:“它们像是蚂蚁世界里的霸王龙,如果只研究现生类群,你可能都不曾知道它们存在过。”

远古的蜘蛛也能给我带来一些惊喜。2018年初,南京地质古生物研究所的王博和黄迪颖,分别在《自然•生态学与进化》上发表研究成果,他们在琥珀里发现了一种蜘蛛模样的生物,还拖着一条长长的像蝎子一样的尾巴。现在它们已经灭绝了,这些蛛形类是蜘蛛演化过程中很早分支出来的,大约250万年前灭绝了。但是在今天的缅甸,曾经和它们一起生活过的蜘蛛却活到了现在。这些原始蜘蛛也有着能吐蛛丝的器官,这一证据表明蛛形类很早就有吐丝能力。

这些丰富的化石标本中,极具价值的标本往往可能看起来模糊暗淡,比如浑身沾满花粉的小甲虫。它们可以为生物进化史上某个极具转变的事件提供关键线索,查尔斯·达尔文把它们称为“令人憎恶的谜团”:最早出现花朵的植物,最可能依靠昆虫的造访来传播花粉。有一些琥珀标本包裹着一些古老植物类群——裸子植物,如针叶树和银杏的花粉,如今它们都靠风来传播花粉。一些昆虫身上附着的花粉看起来很大,并不能靠风力搬运。琥珀像摄影机一样捕捉到了这样一幕:很多昆虫类群的取食范围从裸子植物开始转变到显花植物上,触发了百万年来的协同演化,也造就了如今百花争鸣的植物界和它们多样的传粉昆虫。

来自劳伦斯肯萨斯大学的古昆虫学家迈克尔·安吉尔(Michael Engel)说:研究这种演化的协作关系能帮助科学家进一步理解为什么一些昆虫类群兴旺起来,而另一些只能灭绝。这是一个非常关键的问题,因为昆虫学家开始担心当下的全球气候变化可能会引起新的一批昆虫灭绝。安吉尔说:缅甸琥珀对于这一领域的研究是绝佳的材料,可惜的是,有些人在拿它进行一些破坏性的实验。

琥珀化石的商业“生态系统”

邢立达逛完了路边的小摊,又开始走访一间间的商铺。他坐在那些优雅的茶桌旁,和货物的主人慢慢聊着天。在那些透明的玻璃柜台下躺着一颗颗琥珀,里面包裹着花朵、蕨类植物、松果,以及凶煞的蝎子和蜘蛛,而另有一些新的标本还依旧装在店铺后台的塑料袋里。邢立达甚至还看见有家店在卖幼鸟琥珀,那精巧的翅膀连带爪子都在晶莹的树脂里清晰可见。只可惜这家店要价太高,光这一个琥珀的标价就是145000美元。

等到一天快结束的时候,邢立达的学生背着包回来了,里面装满了各类无脊椎动物以及一些蜥蜴的标本。接着,邢立达就准备飞回昆明和老朋友贾晓会面。贾晓是一位富有的收藏爱好者,也是一位网络商人,她以前曾把世界上第一例琥珀蛇标本借给【注:原文“lent him that first snake in apiece of amber for study(贾晓女生借给邢立达第一块琥珀蛇标本做研究)”,此处为作者误解,实事上贾晓女士已将琥珀蛇标本捐赠给了德煦古生物研究所。根据协议,标本出借于贾女士的私人博物馆做临时展览,为期10年(2018-2027)。在此期间,任何科学家都可以通过联系德煦古生物研究所申请观察/扫描该样本】邢立达做过研究。

途中,邢立达的忙事儿一直都没消停。一下飞机,他的电话就响了:有个缅甸商人手上有块琥珀可能是“全球首例蜂巢琥珀”,想问问邢立达愿不愿意买下来。

于是,邢立达就和贾晓商量着,要不就一块儿把这枚稀有的琥珀买下来?如果他们不出手,这块琥珀很可能会被圈子里的其他人看上,并且会和邢立达竞争。实际上,这个同行组成的圈子并不大,而且里面的人大多“不差钱”。就比如住在上海的夏方远,他说他每年都能花75万美元买缅甸琥珀,与王博等科学家合作写了一打高水平论文。不少新发现的沫蝉、石蛾、蟑螂、蝇等物种都以他的名字来命名。夏方远还有一个专门的银行保险柜来存放这些稀罕的藏品,平时也会带一些鸟类、蜥蜴和青蛙琥珀回家给客人看。不过据他所说,他最爱的一件藏品是自己花22000美元买来的螳螂琥珀。它的保存情况极其完美,好像随时都能抬起头活过来一样。

古生物学家王博(左)和收藏家夏方远(右)在正在观察一件琥珀藏品。科学家们用夏方远的名字命名了许多新物种以示感谢。摄影:DANIELE MATTIOL

而就在上周,《美国科学院院刊》上还发表了一篇论文专门描述了夏方远的一件特殊藏品。那是一块小小的贝壳琥珀,当时买来的时候商家跟他说这是一种蜗牛。不过夏方远觉得它另有蹊跷,于是找来了王博用CT扫描观察其内部形态。果不其然,研究结果显示这根本不是什么蜗牛,而是一种已经灭绝的海洋头足类动物,并且很可能是菊石。它应当是被一次史前的海洋风暴冲上了海岸,碰巧又被岸边森林的树脂滴到,这才变成了琥珀,也成就了这篇论文。

类似的情况在中国并不罕见,很多具有学术意义并发表过论文的琥珀藏品都留在收藏家那里。西方的古生物学家们对这种做法不以为然,他们认为这样并不能保证琥珀的长期保存,也没法保证其他学者在未来几十年,乃至几个世纪之内都有权观察或分析它们。就如雷菲尔德所说:“科学其实就是不断地建立假说和检验假说,如果这些琥珀以后再无法让其他学者去研究,那我们岂不是只能简单听信最初那批研究者的话(而无法去检验他们的研究结论)?”然而,中国的收藏家们还是不太愿意把琥珀捐赠给博物馆。王博认为,这可能是因为国内的法律并不能根据个人的捐赠行为而实行减税优惠。

除了刚刚说到的《美国科学院院刊》,中国的私人缅甸琥珀收藏者也在其他杂志发表过自己的藏品。《科学进展》杂志就曾发表过夏方远的不少藏品,以及贾晓的琥珀蛇。如今,这枚琥珀蛇标本仍然在昆明,作为展品展示在昆明的一个商场,它的隔壁是贾晓开的一家玩具店【注:同上,贾晓女士已将琥珀蛇标本捐赠给了德煦古生物研究所。根据协议,标本出借于贾女士的私人博物馆做临时展览,为期10年(2018-2027)】

考虑到藏品的重要价值,贾晓、夏方远,以及合作的科学家们有了一个新计划:他们准备把自己的收藏转变成“私人博物馆”,并且允许外界学者前来研究。夏方远最近正在上海筹建“灵珀阁琥珀博物馆”,那块举世罕见的菊石琥珀也会位列其中。他说自己正在和区政府协商,为筹建中的博物馆争取一块建设空间。实际上,夏方远的做法也是为了履行自己的承诺。当初在《美国科学院院刊》发表论文之前,就有人曾提问藏品保存在私人手里,这是否符合期刊的发表规定?而期刊编辑则表示:“论文作者(夏方远等人)已经保证,以后只要有专业学者想前来研究这块菊石琥珀,他们都会允许。”

但是,以往的经历让琥珀研究专家们没法放下心来。安吉尔回忆到,他有次专门去约旦观察一块已经发表过的琥珀化石,它被保存在一个所谓的“博物馆”里。“但实际上那个博物馆就是收藏者家的地下室”安吉尔说到,“那个收藏者还跟我说,你当然可以看看它啦,付我一万美元就行。”

无论如何,人们对琥珀化石的渴求还在增长着,毕竟物以稀为贵,更何况琥珀化石的产量已经越来越少了。商家们表示,与2015年的高峰值相比,现在琥珀化石的产量已经下降了很多。当初,这个琥珀产地为人类打开了一道迅速“穿越”回白垩纪时代的窗口,而如今,这个窗口好像又要猛然关闭了。

2017年6月,缅甸军队的直升机飞临了这里。据新闻报道说,他们散发不少传单,让琥珀矿工和当地居民赶紧撤离。紧接着,道路封锁、空袭不断,政府军从克钦地方武装手上取得了琥珀矿区的控制权。联合国2018年的一份调查报告指出,当时的冲突导致了四名群众死亡,另外还有5000多人被困。

一名士兵在缅甸北部琥珀矿附近的一个村庄巡逻。拍摄:HKUN LAT

有两位曾经当过矿主的人在采访中说,自从政府掌握了矿区控制权以后,税收涨了不少。于是在利润消减的情况下,两人都关闭了矿厂。除此之外,商家们也说到,几乎所有的深矿井现在都已经停工,只有一些浅层矿井和少量秘密采矿点还在继续运转。

有人认为开采琥珀化石产生的利润资助了政府军,也可能资助了地方武装,但是要查证这一点是很困难的。多诺维茨说:“作为一个琥珀化石的消费者,你实际上也参与进了这场战争,因为你身处贸易链条之中,也提高了商品的价格。”【注:缅甸盛产宝石等自然资源,分布在全国各地,其中很多这类资源都有类似的问题】

笼罩在琥珀化石之上的乌云,远不止族群冲突这么简单。在许多盛产化石的国家,比如中国、加拿大、蒙古都有法律条文禁止部分化石标本离岸。缅甸也是如此,按照规定,凡是违反此类条文的人会被处以5~10年有期徒刑,罚款数千美元。可是以现状来看,“缅甸好像有一大批文化遗产、古生物学遗产正在被从地表揭去,运往世界各地。”安吉尔说到。

邢立达强调,他想做的事是追踪科学的细节,而不是去拥有这些琥珀。他说,他本人对缅甸的现状很敏感,因为中国也曾有同样的遭遇,大量中国文物如今都躺在国外的博物馆里。“如果有一天,缅甸能回归和平并且想建一个琥珀博物馆或者自然史博物馆,那么我们(德煦古生物研究所)愿意把所有琥珀归还缅甸。”邢立达说,“我们很乐意归还,虽说不会无偿赠予。”

一些古生物学家也表示,他们希望能在矿区附近或者至少在县城里面见到琥珀藏品展览。格里马尔迪说:“要是缅甸准备建个琥珀博物馆,我很乐意贡献专业知识帮他们做设计。这将是个伟大的工程,这也是个应当被实现的工程。”近几个月,缅甸第一大城市仰光就开了一家私人琥珀博物馆。在发挥教育功能之外,博物馆的英文网站也公开售卖琥珀、订制首饰,以及提供化石采购服务,甚至还可以陪顾客去琥珀市场购物。一切都说明,这家博物馆的商业性质远远

而对矿区的居民来讲,在不安定的局势面前,琥珀化石的归属权之争正在失去意义。电话里,一位失业的矿工对采访的记者说:“现在,那个地方没有法律管着,毫无稳定可言。”

在采访的最后,这位矿工又提了个小小的请求。他告诉记者,矿工们从来不知道科学家为什么要关心这些包裹在琥珀里的昆虫,或是其它形形色色的生物。他说:“你们要是知道的话,能跟我们讲一讲吗?”

来源:

  1. TROUBLED TREASURE: Fossils in Burmese amber offer an exquisite view of dinosaur times—and an ethical minefield. Joshua Sokol. May. 23, 2019. https://www.sciencemag.org/news/2019/05/fossils-burmese-amber-offer-exquisite-view-dinosaur-times-and-ethical-minefield

邢立达关于本篇报道的补充说明:

缅甸琥珀最早是作为珠宝进入中国市场的,与缅甸的红蓝宝石进入中国市场及国际市场的形式是一样的。唯一区别的是,缅甸琥珀中有千分之一的概率包含昆虫及其他古生物,这些才是缅甸琥珀的精华。但由于当地人不了解其研究价值,导致大量类似虫珀化石迅速流失甚至被破坏。在中国科学家介入之前,腾冲是缅甸琥珀从缅甸到欧洲的中转站。2011年前后,中国科学家获悉此事,开始关注腾冲,从当地珠宝市场发现了这些重要的资源,认为这些琥珀是非常有研究潜力,开展了有针对性的保护和收集,并取得了一系列的成果。

(翻译:Nekout、考古的考拉、Kamin;编辑:Yuki;审校:邢立达)

苗苗:一个人如果生活一帆风顺,是否就不会得抑郁症了?

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演员苗苗在《爱上你治愈我》扮演了一位心理医生孙树,在剧中治愈了很多抑郁症患者,和经历过心理创伤、患有抑郁症的男主角展开恋情。
苗苗想知道:很多人产生抑郁症往往是因为遇到了重大的挫折,如果生活中一直一帆风顺,是不是就不会得抑郁症了?
听听心理咨询师李松蔚老师怎么回答。

一个人如果生活一帆风顺,是否就不会得抑郁症了?

苗苗问科学家:一个人如果生活一帆风顺,是否就不会得抑郁症了?

Hello,我是苗苗,我来问科学家。

很多人产生抑郁症往往是因为遇到了重大的挫折,如果生活中一直一帆风顺,是不是就不会得抑郁症了呢?

听说“我问科学家”这里有很多科学家,不知有谁能解答我的问题呢?

欢迎关注《爱上你治愈我》,欢迎持续关注“我问科学家”~

苗苗你好,感谢你对“心理健康”这个话题的关注。

你提的这个问题,非常有代表性——生活一帆风顺的人会不会得抑郁症?

答案是:也会。

生活一帆风顺的人也会得抑郁症。图片来源:Pixabay

在生活中,“抑郁”是一种很常见的疾病。到现在为止,我们也没能提出一个完整的或者统一的病理模型。

概括来说,“抑郁”有方方面面的一些致病因素,或者说风险因素,包含三个方面:生理因素,心理因素,还有社会因素。

一个人,他的基因、神经递质的水平、体内生化环境的变化,都有可能导致抑郁,这叫生理因素。

同样,他的人格特点、一些思考方式,以及他的信念和认知的框架,这些心理方面,也有导致抑郁的风险。

第三个方面,社会因素,包括他在生活当中可能会遇到的方方面面的事情,他的文化、受到的教育、他的经济状况以及人际关系的情况,当然,也包括你提到的“在生活当中遇到了重大的挫折”。这些生活事件,是且只是导致他患抑郁症的诸多因素中的一种。

确实,我们会看到,有很多人,在生活平顺、没有什么特别事情的时候,也会患抑郁症。

一名患者描述:不管周围环境是什么样,我都丧失了感应它们的能力。图片来源:imgur/Allie Brosh

美国有位作家叫安德鲁·所罗门(Andrew Solomon),他就是一个抑郁症患者,也做过一段很著名的TED演讲,叫做 《抑郁,我们各自隐藏的秘密》。

《抑郁,我们各自隐藏的秘密》截图。图片来源:@影视安利公司

提到自己患抑郁症的经历时,他说,有一段时间,他连番地遭遇生活的打击,可是他很顺利地度过了,没有抑郁;反倒是接下来,过了好多年,他的生活已经平顺了,这个时候,抑郁反而来了。到现在为止,他也没有办法解释“为什么抑郁是在这个时间会发生在他的身上”。我们只能认为,抑郁是生活当中诸多不可测的因素综合作用的一个结果。

在我的临床工作当中,其实常常会发现有很多生活一帆风顺的人,他更有可能认识到自己得了抑郁症——因为他没有其他的理由,来解释自己这段时间心情的变化;反倒是那些磕磕绊绊、遇到很多挫折的人,他并不容易意识到自己这时处在一种疾病的状况当中,因为他更可能会将痛苦理解成“是因为我的生活事件”而不是“抑郁”带来的。

我们讨论“抑郁”的成因,包括想把它跟生活事件建立一个联系,是因为我们想要为抑郁症找到一种解释,用这样的方法,让这个疾病变得更可控。

但事实上,抑郁就是一种疾病,就像感冒一样。

抑郁就是一种疾病,就像感冒一样。图片来源:Pixabay

我们也许会说:如果我每天喝热水,做好保暖,生活作息健康,我就可以不感冒了——但是,这其实只是一种非常理想化的、一厢情愿的愿望。

当然,我们如果有更好的生活作息,在生活当中做好很多风险防控,可以降低我们得病的比例——

但本质上,我们要接受的是“生病就是生病”, 就像得感冒一样,这也是诸多不可控的生活风险当中的一种,用这样的心态去看待包括“抑郁症”在内的心理疾病,也会对我们的整体健康水平有帮助。

读个食品学博士,除了试吃,还要满世界捡屎?

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你心目中的食品专业什么样的?新东方烹饪学校研究菜品的大厨?通晓各种生活饮食营养安全小妙招原理的不联网百科全书?其实,他们是一群搞生物、化学以及微生物的研究人员。日常生活除了品尝美食,可能还要满世界追着小动物捡屎……下面这份来自食品安全专业博士的介绍,或许可以让你对食品学有新的认识。
(**专栏中所涉及的内容为嘉宾自身的经历,仅供参考,不同院校/专业/研究方向的博士在研究和生活方面都会有不同的体验哟**)

学了食品专业之后,我被同学、朋友和家人花式提问:

当然,除了日常答疑,我也会给他们强行科普一些他们可能并不想知道的东西:比如水果罐头里的椰果并不是椰子果肉,而是细菌木质醋酸菌的发酵产物,酸奶里其实充满微生物的尸体或活体啊,等等。

首先谢谢朋友们没有和我友尽。其次,以上这些问题也反映出食品专业涵盖的领域的确非常之广,并和诸多领域有所交叉,包含诸如食品化学、食品微生物,营养学、感官评定等相关专业,还能和畜牧兽医、农学、机械等专业扯上关系。

我自己认识的校内其他食品相关课题组的博士们,就分别有偏调查测试的感官评定(sensory evaluation)方向,偏功能性食品的食品化学(food chemistry)方向,偏建模的风险评估(risk assessment)方向、偏人群调查和心理学的风险沟通(risk communication)方向,偏化学的食品安全(food safety)方向,以及我所研究的偏微生物的食品安全(food safety)方向,而这些博士所属的课题组又分别归属于农学院、生物工程学院、公共健康学院……

总之,即使研究内容千差万别,我们大家某种程度上都可以被统称为“搞食品的”。

食品学生的经典日常

本科期间,给我留下最深刻印象的场景出自我们某门做烤鸡的实验课。在金黄香脆、缓慢地滴着油、香味萦绕实验室的烤鸡即将出炉前,十余名老师和学姐学长从各办公室里突然闪现,挤满了原本空无一人的走廊,手中握着筷子和刀眼光灼灼地在实验室门口盯着我们(身后烤炉里的鸡)……

这一场景占据了我本科回忆录中色彩鲜明的部分,剩下的基本都是做了又做、错了又错的人间真实分子生物学实验。

令人期待的烤鸡。图片来源:Unsplash

本科和研究生期间,我们去参观过各种食用油、酸奶、雪糕、汉堡肉、婴儿奶粉、奶酪、薯片等食品生产工厂,以及猪牛羊鸡养殖场、牧场、屠宰场。目前剩下的记忆大概是:冰棍真好吃!牛肉汉堡真好吃!薯片真好吃……养殖场真臭!尤其是从养猪场回来,我的相机挂绳来回洗了三次才基本闻不到臭味……

读博期间,作为微生物与食品安全的学生,我们的日常实际上就是任何一个微生物相关生科博士的日常。日夜忙于在实验中摸爬滚打,不按点上班也不按点下班,保留节目是叉腰骂完这株菌怎么不长紧接着就跪下求它一定要好好长,成日在“比较好玩再来点好像也行”和“这不好玩我要退学”中反复锤炼,直到毕业(或退学)。

每个微生物人都烂熟于心的场景……供图:作者

拍摄于学校某楼。自行配词:“致PhD:要记得,即使在驾鹤西去变成骨架后,你们还是要继续做实验的……”供图:作者

从试吃到捡shi,食品学都在研究啥?

作为食品相关专业,我们经常会对楼里公告板上贴出的功能性饮料试喝、煎香肠试吃、牛肉试吃的志愿者募集投以更多的注意力。我和同事去参加过煎香肠的感官评定,同事还去试吃过牛肉(试吃到不用再吃晚饭的程度)。

煎香肠试吃。图片来源:Unsplash

不过,好吃的都是别人家的实验,我所在的食品安全实验室即使有食品,但毕竟涉及安全问题,不可以拿来吃。而且,我们可能在实验最开始见到食品,也可能研究完了连食品的影子都不一定见到,甚至可能这个研究对象的来源根本就不是食品。

常见的食物可以成为我们的研究目标来源。比如各种食品公司会送来大量奶酪、奶粉、牛肉、鱼肉请我们检测。通常每个样品我们只按标准取10-50g进行实验,对待剩下的部分,我们就只能怀着“可惜归可惜,但我绝对不会吃(万一有致病菌呢)”的心情,将其作为生物实验垃圾丢弃(还要给它们付比普通垃圾更高的垃圾费)。

再诱人,我也绝对不会吃……图片来源:Unsplash

食品的生产环境可以成为我们的研究目标来源。我们会根据采样计划定期前往目标食品工厂,在选好的一系列地点处进行擦拭,以获得食品生产环境样品进行后续研究。因为调查的工厂生产环境太干净,读博初期我时刻担心数据不够毕不了业,而带我采样的工人听到我心情复杂的跟他抱怨这个,笑得特别开心。

食品的在生物体内的终极归宿之一,粪便,也会成为我们的研究目标来源。这是因为它可以反映出宿主肠道中的海量生物信息。

我的一位同事曾经坐在实验室里,面无表情的给一箱鸡肠子撸粪,事后他表示一开始的确是有点蜜汁新鲜感,撸到第七条左右已经生无可恋;另一位同事去自然景点捡鸟粪,对每一滩可供收集的完美鸟粪还有要求:不能相隔太近(会污染),不能落地太久(会变干),和她同行的妹子看到一滩新鲜的完美粪便时情不自禁地召唤同伴速速赶来 ,“This one here is JUICY!!!!”(我们一致控诉她们毁了juicy这个词);还有毕业后依然从事相关研究的师姐,如今满世界追着院里养的猪、小区里的宠物猫狗捡它们的便便……许多时候,研究食物真的就要先从研究shi开始。

此外还有一些在其他公司、实验室已经提纯鉴定过的菌株(大部分是食物来源的)也会送到我们实验室进行进一步的检测和研究。

Eppendorf送了离心管形状的软糖(能吃!)我们觉得这个糖应该用上下半截不同色来更好地表示离心前后。供图:作者

获得样品,只是刚刚开始

获得了上述样品,我们就要去分离它们中可能含有的食源性致病菌,比如胀气真空包装肉里的肉毒杆菌(Costridium botulinum)、婴儿奶粉中的坂崎肠杆菌(Cronobacter sakazakii)、鸡肉里的沙门氏菌(Salmonella)、空肠弯曲杆菌(Campylobacter jejuni)、鱼肉里的李斯特单增菌(listeria monocytogenes)、养殖动物中的产志贺毒素大肠杆菌(shiga toxin-producing Escherichia coli)等。

图片来源:Unsplash

我们的一个研究重点,是检测这些食源性致病菌所携带的耐药性基因。长期滥用抗生素会导致养殖动物体内具有抗生素耐药性的细菌被逐渐筛选存活,而其粪便和生活污水等又会进一步污染周边环境,将耐药菌或耐药基因筛选及传播出去。通过食用可能残留抗生素的食物、接触携带耐药基因的细菌的动物及环境,人和人体内的细菌也成为了耐药基因传播链中的一部分,最终导致人类在受到具有抗生素耐药性细菌的感染时无法被抗生素治好,后果严重。

所以,我们希望通过对“农场到餐桌”食物链的细菌和耐药性基因进行研究,减少它们的传播扩散,从食物的角度减缓具有多重耐药性的“超级细菌”出现的步伐。

除了基础微生物实验,我们实验室也加入了近几年很火的测序的大部队,没事就做做全基因组测序、16S rDNA基因测序啥的。大家普遍反映,每天在实验室里用着价格不菲的试剂盒,对着二三代测序仪烧钱,真是太刺激了!

实验之外的我在做什么?

总有人觉得搞科研的人每天只要潜心扑在自己的科研上就可以。理论上是有可能做到啦,但实际的科研生活中,基本上每天都有相当一段时间被花在各种实验内外的大小杂事里,比如收发邮件、订试剂、和同事们讨论问题相互帮助、寻觅导师、处理诸如耗材储藏室天花板漏水、烘干机坏掉枪头盒被高温融化的突发事件等……总之一天的工作时间往往会被切割成很多小碎片,需要很强的沟通能力和自我管理能力。

理想的一天(上) VS. 真实的一天(下)。供图:作者

我的导师不太push我们,把活在规定时间内干完就一切OK。话虽如此,早晨10点忙到晚上7点稀松平常,有实验和写作任务的话磨蹭下9点之后走也是常有的事。今年我因为太忙基本没去过健身房,每天干完活直接回家做饭吃饭躺尸一条龙,不时自我安慰每天往返通骑50分钟自行车就是体育锻炼了。

学校的水塔(左一)。晚上回家就会看到被绿色/紫色灯光照耀的左二,雾天就是右一。我觉得这东西像巨人的摇杆,现在在同事的提醒下已经成功把它看成扎根在校园里的巨型噬菌体……供图:作者

实验之外,地处岛村、身为宅人的我还是挣扎着找了一些娱乐自己的活动,比如买书,近年来我沉迷于各种儿童绘本;比如收集超市里能买到的各种甜辣味零食……

一小部分还能找到照片的绘本。回家的时候精装大开本书是包装搬运起来最痛苦的……供图:作者

部分甜辣口味零食照片,我推荐中排左一,乐事sensations系列泰式甜辣味。供图:作者

食品安全是每个平常人都会关注的话题,也是谣言盛行的“重灾区”,这也要求我们专业的人需要更注重从科研内容向科普内容的转换,用通俗易懂的语言为大家解惑答疑。

我个人觉得食品专业挺有意思,这是个与其他许多专业相比与生活的联系更加紧密的领域。博士毕业后,可以选择研究所、高校等从事科研或教学,也可以进食品/质检相关企事业单位从事质控、检测、技术顾问等工作。除此之外,食品药品相关的物流、销售等工作也会是一部分食品人的选择,虽然我的大学同学里转行的不少,但整体来说食品专业的就业范围还是很广泛的。

希望大家看完这份介绍后,能对食品学这个专业多那么一点了解。(编辑:Yuki)

作者名片

深海鱼眼中的世界,也可以五彩缤纷?

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对于深海鱼类,很多人大概都会有“随便长长就好了”“反正黑咕隆咚看不见”的刻板印象。但最近发表在《科学》杂志上的一篇论文指出,一些深海鱼类不仅能看见,而且很可能有分辨颜色的能力;更出人意料的是,它们这种色觉的实现机制和我们的还不太一样[1]

各种深海鱼类的世界,可能不是这样黑白打印的哦。图片来源: Wikimedia Commons.

脊椎动物的“数码相机”

生理学知识告诉我们,脊椎动物拥有着地球上最为先进的视觉系统之一,鱼类也不例外。我们的眼睛差不多是一台高清晰度的数码相机:在眼球的前方,角膜保护下的晶状体就是一个凸透镜镜头,把进入瞳孔的光线折射到眼球后方;随后,这束描绘了我们视野中所有事物的光线,在眼球后壁的视网膜上从光信号变成了神经电信号,传入我们的大脑进行进一步的加工。

光路通过人眼的示意图。Erin Silversmith|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

在数码相机中,从光信号到电信号的转换靠的是电容或者半导体感光阵列;而在脊椎动物的视网膜上,数千万个长长的感光细胞是完成这步转换的关键。在每个感光细胞的“头部”,有层层叠叠的膜结构,其中就嵌着视蛋白。闯进这片“丛林”的光子击打到视蛋白内部的小分子视黄醛,使其分子结构发生改变,随之引发一系列生化反应,最终关闭了细胞膜上的离子通道。被“堵”在细胞外、带正电荷的钠离子不断积累,让感光细胞内外的电压差越来越大,激发了像多米诺骨牌一样沿着细胞膜向前推进的“离子人潮”,也就是神经电信号,由感光细胞向后续的神经元依次传递,奔向视神经的深处。

视网膜的组织结构分层。OpenStax College|Wikimedia Commons. 汉化:卢平

这套“光电元件”的核心就是视蛋白。不同的视蛋白在基因组中由不同的基因序列来编码,对不同波长(也就是“颜色”)光线的敏感度也不一样。在脊椎动物的视网膜上,有两类主要的感光细胞:视杆细胞的头部是个长长的圆柱体,所含的视蛋白是视紫红质(rhodopsin),对蓝绿光最为敏感。视锥细胞的头部则是锥形,每个视锥细胞含有一种对蓝光、绿光或者红光敏感的视蛋白。

 荧光显微镜下的视杆细胞(绿色)和视锥细胞(红色)。图片来源:National Eye Institute / Flickr.

显而易见,两类感光细胞在视觉形成上有着不同的分工:对于有色觉的脊椎动物来说,视锥细胞就是多彩世界的来源——不同的视锥细胞分别采集红、绿、蓝等光线,合成出各种我们感知到的色彩。但是,视锥细胞对光线的敏感性比较差;而我们眼睛里大部分的感光细胞其实是视杆细胞——它们对光子的探测十分灵敏。在夜间或者昏暗环境下,我们看到的没有色彩的图像基本都是视杆细胞的贡献。

从左到右分别是三种视锥细胞(彩色)和视杆细胞(虚线)的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源: Wikimedia Commons.

所以,视杆细胞只有一类,主要负责感光,跟分辨颜色没关系;而视锥细胞提供彩色视觉。视锥细胞种类少的物种,能辨别的颜色就少,比如鸟类有四种视锥细胞,而大部分哺乳类只有两种。

至少,教科书上是这么写的。

是升级改造,还是放弃治疗?

这么精巧的视觉系统,对于很多动物来说是捕食逃命、趋利避害的必需品,在适应性演化的过程中也无疑受到了“特别关照”。比方说,生活在东南亚的眼镜猴,就有着和自己大脑重量相当的大眼睛,视网膜的面积和视杆细胞的密度都十分惊人,以便在夜间的雨林里捕捉昆虫。相反,恰恰也是因为精巧而耗费发育能量,视觉系统一旦弃之不用又很容易退化消失,例如生活在地下的裸鼹鼠、钩盲蛇和生活在洞穴里的鱼类。

眼睛退化的墨西哥丽脂鲤。H. Zell|Wikimedia Commons.

深海同样是个“暗无天日”的世界。在海面二百米以下的微光层(twilight zone),从水面照射下来的光线已经所剩无几,更不可能支撑植物的光合作用。然而,这里仍是生命的乐园——从上层海水中随机掉落的生物残骸,能在微光层得到有效的“回收利用”。

很多浮游生物还有着奇特的垂直迁徙行为,白天下潜到微光层躲避捕食者,晚上则到上层海水中“上夜班”填饱肚子。为了适应微光层的黑暗世界,很多浮游生物演化出了生物荧光,用于吸引猎物、识别同类和谈恋爱。

很多磷虾物种就是微光层的常客。Uwe Kils, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

那么,生活在黑暗大洋中的鱼类,它们的视觉系统又有着怎样的适应呢?是经过了“魔改”还是干脆放弃呢?为了弄明白这个问题,来自欧洲和澳大利亚的研究者收集了一百多种鱼的基因组序列数据,其中包括几个生活在深海的物种,想看看这些深海居民的视蛋白基因有没有什么特殊之处。

外形奇特的鞭尾鱼,双眼突出向上,英文叫“管子眼”(tube-eye)。J. F. Hennig, Public Domain|Wikimedia Commons.

“对不起,基因多就是可以为所欲为”

人比人气死人,鱼比鱼发论文。大部分鱼类和其它脊椎动物一样,只有一种视杆细胞,用一个RH1基因来编码唯一一种视紫红质蛋白。但是,有四种深海鱼类让科研人员吃了一惊:冰底灯鱼(Benthosema glaciale)有五个不同的RH1基因,鞭尾鱼(Stylephorus chordatus)有六个,而两个银眼鲷科的物种——短鳍拟银眼鲷(Diretmoides pauciradiatus)和银眼鲷(Diretmus argenteus),则分别有18个和38个RH1基因的拷贝!

一百多种鱼类的演化关系树,黑色标出的就是四种有5个以上RH1基因的物种。图片来源:参考文献[1]

这种多拷贝现象要归结于一种名为基因复制(gene duplication)的一种变异事件。此类事件在基因组中倒是并不罕见,但是在演化历史中,大部分复制产生的基因序列都会逐渐“退化”,丧失合成蛋白质的功能。所以,这么多RH1基因拷贝,也不见得都能正常合成出堪用的视紫红质蛋白。于是,研究者们又解剖得到了这些鱼类的视网膜,从中提取了基因序列合成蛋白质的中间环节——RNA分子进行测序分析。结果表明,对冰底灯鱼和近亲瓦式角灯鱼来说,有三种不同的视紫红质在视网膜中得到了合成,鞭尾鱼有五种,而对于成年的银眼鲷个体来说,这个数字则有14种之多。

银眼鲷真容。图片来源:Emma Kissling, Public Domain|Wikimedia Commons.

牛的视紫红质蛋白三维结构,注意中间那个红色的小分子就是视黄醛。图片来源:Palczewski et al, Science, 2000.

所谓“不同的视紫红质”,说的是这些蛋白“变种”的氨基酸序列发生了变化,而作为一个视蛋白,序列变化很可能会导致“敏感区”不同。果不其然,通过在体外合成银眼鲷的视紫红质,研究者发现这些不同的变种分别对不同波长的光线敏感,范围一直从447纳米的蓝光到513纳米的黄绿光——这意味着,银眼鲷视杆细胞里的这些视紫红质变种,可能像其它脊椎动物视锥细胞中的各种视蛋白一样,能够区分颜色。

银眼鲷不同视紫红质的光敏感度曲线,X轴是波长也就是颜色,Y轴是吸收强度。图片来源:参考文献[1]

当然,研究做到这里,我们仍不能确定地说“银眼鲷的视杆细胞能形成彩色视觉”,这需要行为学的实验来进一步验证。不过,银眼鲷的视杆细胞所跨越的447-513纳米这个色彩区间,恰好是在微光区最常见的、偶尔穿越上层海水的光线波长,因此拥有对蓝绿光敏感的视紫红质对于这些深海鱼类来说很可能是有利的;而这个区间也是各种浮游生物的荧光波长所在,这么看来能够区分不同的蓝和绿就更有意义了。

另外,分子序列演化模型也表明,银眼鲷的这三十多个RH1基因,经历了百万年之久的“正向选择”——也就是说,这些视紫红质变种的出现,很可能帮助银眼鲷完成了对微光层环境的适应,在黑暗中看到了五彩斑斓。

一些两栖类也是有两种视杆细胞的。图为中华蟾蜍。图片来源:DrewHeath|Wikimedia Commons.

2004年,有研究指出一种沙漠守宫没有视杆细胞,但却能在月光下用视锥细胞分辨颜色[2];2017年,研究者发现蛙类的两种视杆细胞能在极微弱的光线下分辨蓝色和绿色[3]。充满了随机性的演化永远是“将计就计”“见招拆招”,造就了适应环境而又千奇百怪的亿万物种。

2019年的“世界生物多样性日”刚刚过去。正如大学老师曾告诉我们的那样——生物学科的最重要规律,恐怕就是“所有生物学规律都有例外”。这些例外不仅丰富着我们的生物课本,也可能意味着新的生物医学突破,新的生态治理办法等等。这是生物多样性的体现,是生命在三十八亿年中从不停歇的脚步回响。 (编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Musilova, Zuzana, et al. Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science 364.6440 (2019): 588-592.
  2. Roth, Lina SV, and Almut Kelber. Nocturnal colour vision in geckos. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 271.suppl_6 (2004): S485-S487.
  3. Kojima, Keiichi, et al. Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114.21 (2017): 5437-5442.

作者名片

何丽:生酮饮食减肥?碱性食物养生?5大营养谣言逐条粉碎!

本文为2019年4月27日“我是科学家”演讲活动第十期——对谣言说“不”| 何丽 演讲实录:

黄瓜和花生不能一起吃?酸性食物对健康有害?关于营养的谣言,你踩雷了吗?“我是科学家”第十期演讲现场,中国疾病预防控制中心营养与健康所研究员何丽不仅帮助我们粉碎了很多日常听到的谣言,还手把手教大家健康生活的“十个拳头”原则。

我是来自中国疾病预防控制中心营养与健康所的何丽,专门研究营养学。

学营养有好处——什么好处呢?

首先对自己好,自己受益;其次,家人受益;再其次,让民众受益。

演讲嘉宾何丽:《生酮饮食减肥?碱性食物养生?……别再被这些营养谣言骗了!》

今天我就想分享一些营养知识,帮助大家辨别一些谣言,不要再被这些营养谣言欺骗。

01—食物相生与相克?         

很多人都听过一些“食物相生相克”的说法。这种说法由来已久。

我先给大家分享一个小故事——

十来年前,我去美国一个常青藤大学进修。赶上假期,就和朋友相约南部自驾游去大沼泽地国家公园(Everglades National Park),那是个很原生态的公园,里面可以看鳄鱼。

在来的路上,朋友的先生开车。我和她坐在后面,一边聊天一边吃花生米——这花生米是前一天晚上我们自己煮好的。到了公园门口,看见有卖黄瓜的,是美国农民种的黄瓜。我们毫不犹豫地买了。

朋友夫妻在美国待的时间长,他们觉得美国的食品安全值得信赖;所以买了黄瓜,拿餐巾纸擦了擦就吃了。我由于从事营养食品安全工作,没洗的黄瓜总觉得有点忐忑,就拿出一把小刀给削了皮,也吃了。

一路进去玩,就不表了。几个小时以后出来,我朋友说不行,肚子很疼、肠鸣音阵阵,得找厕所去。没办法,得赶紧。虽然油挺满的,但还是得奔加油站——只有加油站才有厕所。她出来了说,“我想起来了,黄瓜和花生米根本就不能一起吃,是相克的。你看我这还有一本书。”

她确实相信“食物相克”这个东西,因为我朋友在美国是做针灸的。她的话音刚落,她先生说“不行不行,我也肚子疼。”也上厕所去了。我很奇怪,“你先生不是没有吃花生米吗?我花生米和黄瓜都吃了,为什么我没有事。”结果那一路上,就不停地上加油站,不停地找bathroom,玩也没玩好。

你们想想,问题出在哪?

黄瓜,没洗的黄瓜。

其实有关“食物相克”的话题,80多年前,就在南京广为流传:“吃香蕉再吃芋头会相克”,还有“香葱和蜜不能共食”,甚至连维生素C和虾也不能一块吃。

当时南京大学有一位科学家,郑集教授。他也是我们营养界的一个典范——活得最长的典范。老人家从1900年活到了2010年,活了110周岁、111虚岁。

当时,老人家收集了很多“食物相克”的说法,有180多对。他选择了很多动物,有老鼠、猴子、狗,进行实验,把这些谣传“相克”的食物喂给它们吃,他自己也吃了好多。后来发现,什么事都没有;动物和人都好着呢。

后来他就得出一个结论:食物相克可能是因为本身吃的人是过敏体质。现在我们还有一个新的说法,不知道大家听没听过?叫“食物不耐受”——有些食物,有人吃完以后就会肚子疼、拉肚子。还有就是食物不干净——比如我刚才说,我朋友吃了不干净的黄瓜。

还有一种可能,就是食物本身有毒。比方有人说,香葱和蜂蜜不能搁一块吃,会死人的。也有可能,为什么?因为这个蜂蜜本来就是由有毒的花蜜酿造出来的。

过去的年代,我们没有高深的科学技术,也没有显微镜可以去看,甚至取个粪便,怎么查也不知道。同样的事发生两遍,郎中或者杂学者就记录下来了——很多人说李时珍实际上是一个杂学者,各个方面的知识都懂,他写的《本草纲目》记载了“食物相克”理论。以讹传讹,就这么流传下来了。

所以我要告诉大家,实际上很多东西没有你想象的那么危险,不会相克;但是食物过敏还是要关注一下。

02—“酸性体质”与“碱性食物”

还有一个,就是大家说的“酸碱体质”,由来已久。实际上,在很多年前,我就写过相关的文章。

去年一个叫欧阳·罗伯特(Robert O. Young)的人被抓起来了,被罚了一亿美元。为什么罚他?

他造假,害的很多癌症病人耽误了治疗,甚至搭上了性命。

很多人迷信“碱性食物”,觉得吃碱性的食物好,吃酸性的食物不好。很多时候,我们判断食物的酸碱性,首先是尝味道:吃起来酸的,是酸性的;吃起来很涩,是碱性的。还有一种方法,就是用pH试纸:如果pH试纸变红,就是酸性的;变蓝,就是碱性的。

其实这些都不准。我们专门有一门学科叫“食物化学”,就把食物分成呈碱性的和呈酸性的。怎么分的?把食物燃烧或消化分解变成灰分,然后去测其中的矿物质成分。如果一类食物,灰分中比较多的是硫、磷、氯等等非金属元素,加水变成酸(硫酸、磷酸还有盐酸),就称为“酸性食物”。还有一类,留下的是钾、钠、铁、镁等等金属元素,加水变成碱(呈碱性的溶液),这些就称为“碱性食物”。

这样一分类,我们吃的所有鱼、禽、肉、蛋、奶,一些豆腐、豆制品,还有一些主食——因为含有较多硫、磷和氯——都变成了“酸性食物”。植物性的食物,比方说蔬菜、水果,还有茶叶、葡萄酒,这些就变成“碱性食物”。

如果按照“酸性食物都不能吃、会变成酸性体质”说法的话,那很多食物都是不能吃的;而且食物绝对影响不了身体的pH值。你想想看,血液,pH恒定保持在7.35-7.45之间;胃,总是在很酸的环境中;肠道里的液体,总是比较碱性的。一旦发生了改变,身体各方面都会受到影响。

如果你的身体从微微碱性变成酸性,那不是说要得癌症了——可能都等不到得癌症,要马上去医院抢救。为什么?那叫“呼吸性酸中毒”,或者“代谢性酸中毒”。同样的道理,如果你的体质突然变成碱性,也是身体出了问题。因为我们的身体有三大系统——体液缓冲系统、呼吸系统、泌尿系统——来调节你体液的酸碱性,使之维持在恒定的范围内。

03—牛奶将人类送进癌症的坟墓?

说完这个,我们再说牛奶。其实我是一个牛奶控,天天都喝牛奶。我从30岁开始喝牛奶,30岁以前我不喝——我是乳糖不耐受者,我一喝牛奶就肚子疼、肚子胀,所有的不耐受症状都在我身上出现。

后来我就做了一个课题,就是测老年人的骨密度跟喝牛奶和补钙的关系。后来我也去测了一下自己的骨密度,我才30岁,但我觉得我比那些老人好不了多少。从此以后我就注意多做一些足跟冲击运动,然后加上补钙——就是喝牛奶。

我做过很多年有关骨骼健康的研究,我发现很多的钙补充剂都没有牛奶补钙的效果好:因为牛奶含乳酸钙,还含酪蛋白磷酸肽来促进钙的吸收,而且还含有优质蛋白。

但是偏偏有人说,“牛奶将人类送进了癌症的坟墓”——天哪,这还能喝吗?好多人被吓住了,包括“高端人群”——文化层层次很高的、职位很高的人。

这个观点从哪里来的?

有一本书,叫《救命饮食:中国健康调查报告》,是美国的柯林·坎贝尔(T. Colin campbell)写的。事实是他做了一个实验:把黄曲霉毒素喂给小白鼠吃,诱导出来肝癌;然后把小白鼠饲料中的蛋白质全部换成牛奶中的酪蛋白。之后发现,跟那些不吃这么多酪蛋白的小鼠比,肿瘤长得更大了。他就得出一个结论:牛奶中的酪蛋白可以促进癌症的发生。

这个可信吗?

不可信。

首先,人和耗子是两回事,而且我们人不会所有需要的蛋白质都来自于牛奶。最重要的一点,实验对象本身就是癌症的小鼠。所以这个说法是不可信的,该喝还得喝,补钙效果更好。

04—维D和钙片长期服用致癌?

最近发生了一件事:《惊悚:维生素D和钙片跌下神坛!被曝长期服用致癌!》,又吓你一下。这个文章是美国波士顿的塔夫茨(Tufts University)大学,一个叫张芳芳(Fangfang Zhang)的研究人员跟哈佛大学联合发表的。

文章结论其实是这样的:在钙和维生素D摄入充足的情况下,额外服用补充剂可能没有什么好处,如果吃了太多维生素D,可能会对癌症有一定促进作用。这个结论,是鼓励你多从食物里摄食一些维生素和钙,而不要服用太多补充剂。

有人就加以演绎,说“你看教授都说了,吃多了维生素和补充剂会得癌症。”中国人翻译起来就变成“跌下神坛”——但它本来就不在神坛上面。

我要告诉大家:维生素D很好。促进钙的吸收,对人从头到脚都有很好的健康效益;钙片该吃也还得吃。我们中国疾病预防控制中心营养与健康所,每五年就对全国人民的营养健康状况做一次监测,发现我们国人某些微量营养素是摄入不足的。

我们国家(尤其是北京和东北)纬度比较高,冬春季节的时候,阳光中的紫外线没有UVB,我们的身体皮肤下的7-脱氢胆固醇很难生成维生素D3。这个时候,我希望大家能补充一些维生素D,尤其是老年人、小朋友,还有那些office lady——不晒太阳的、出门三步要打伞的人,大家一定要注意补充。

05—风靡一时的“生酮饮食”

我们再来看这个风靡一时的“生酮饮食”——

在营养学界,我们提倡的“平衡膳食”,三大宏量营养素的供能比是这样的(如图左):脂肪占到20%-30%,蛋白质10%-15%,碳水化合物——就是我们的主食,要占到50%到65%。

生酮饮食呢?看看右图,脂肪供能比占到80%,蛋白质占到15%,还OK,但碳水化合物只有5%,相当于你根本就不能吃主食——5%折合成主食只有25克。也就是说,所有的供能都要由脂肪来提供。

左边这个人大家都认识,艺人钟丽缇。她说年前带着她的公公婆婆还有她爸爸,去泰国的苏梅岛排毒,天天就喝椰子油,喝了11天。她在新浪微博上面有400多万粉丝,影响很不好。但其实粉丝大部分都批评她的观点,所以我觉得可以安心了。

右边这个人,卡伦·米歇尔斯(Karin Michels),她来自德国的弗莱堡大学(Universität Freiburg),是预防和肿瘤流行病学研究所的所长;也是哈佛大学陈曾熙公共卫生学院(Harvard T.H.Chan School of Public Health)的教授。

她在网上发表了一个50分钟的德语演讲,说椰子油根本就是个毒药,比猪油还坏,不要吃这个。因为椰子油里边82%是饱和脂肪酸,而猪油里边的饱和脂肪酸只有40%左右,另外还有不到40%的不饱和脂肪酸(即单不饱和脂肪酸,也即油酸)。

美国的心脏协会AHA(American Heart Association),在2017年也得出过此结论。事实上,要预防心脏病,饱和脂肪酸的量应该控制在供能比的6%以下。

我算了一下,根据一个人每天吃2000千卡能量的标准,那么饱和脂肪酸不能超过11克。如果说吃椰子油,大概吃一勺就能够提供11克的饱和脂肪酸,就够多了。

大家请注意,“生酮饮食”怎么来的?

其实,在古希腊希波克拉底时代,就有“生酮饮食”——当时叫“饥饿疗法”,用来治疗癫痫。上个世纪的20年代,美国的梅奥诊所(Mayo clinic)进一步发现,“生酮饮食”对儿童难治性的癫痫有一定的治疗效果。

原理是:平时身体所需能量主要由葡萄糖来提供,如果不吃碳水化合物,就改变了脑的能量代谢方式,改变了细胞的特性,降低兴奋性和缓冲癫痫样的放电,改变了神经递质和突触传递的功能。这种疗法现在很多国家还在用,也包括我们国家。

但是很多人就利用这个机会发财。大家看这个人,叫罗伯特·阿特金斯(Robert Atkins),他其实不是搞营养的,是个临床大夫。他以很快的速度改良了一版“生酮饮食”,变成“阿特金斯减肥法”:把蛋白质供能比稍微提高一点,然后把脂肪的下降一点点,碳水化合物的再加一点点。我知道好多人都在用这种方法减肥。

阿特金斯的公司从零点起步,到他去世的前一年,营业额已经达到了1亿多美金。但是他很不幸,他在冰面上摔了一跤,去世了。当时的纽约市长迈克尔·布隆伯格(Michael Bloomberg)认为,他的死因可能是肥胖导致心脏负担过重。

我们现在国内有很多营销号,从国外趸来一些不那么科学的知识,发在自己的公众号里。推销好多东西,让你去“买买买”——一点点椰子油,卖得很贵,大家千万不要上当。

由于中国“生酮饮食”的专业人员数量有限,所以它不宜全面推广,其适应症暂时定为:BMI大于28、肝肾功能正常的单纯性肥胖人群。此外,“生酮饮食”还没有长期的效果检验,所以如果糖尿病人想试的话,一定要去医院,切勿擅自尝试。而且大家要记住,“生酮饮食”是一个治疗的饮食,不是一天到晚可以用的。

碳水化合物有很多,比方说全谷类,还有一些豆类,对我们很好。那到底吃多少合适?50%左右的供能比,也就是一天吃半斤到八两左右的主食——像我这样的女性可能半斤就够了。我指的是生重,这样人的死亡率是最低的。

人一辈子要吃60-70吨食物,一天要吃40多种营养成分。如果想活得健康、长寿,那你所需的营养成分,一种也不能少;少了哪一样,身体就会出现状况。所以那些采用“生酮饮食”的人,他会嗜睡、会疲倦,呼吸时味道不好闻,身上也会发出体臭,还会便秘,要经过很长的一段适应期。我们还是要照着地中海饮食(Mediterranean diet)、平衡膳食宝塔去吃。

我自己给大家总结了一个平衡膳食的“十个拳头原则”(如图左):每人每天吃的所有的食物(食物生重,刨去了不可食用的部分)加起来,就是十个拳头大小,我每天就照着这个标准去吃。这里还有一个美国的平衡膳食餐盘(如图右上),也有一个我们中国的(如图右下)。

还有,你想让自己基础代谢增高,那就要做运动,使你的体成分发生一个改变:每增加1kg肌肉,机体就增加110kcal的能量消耗。

我把我们国家在1930年以前出生的营养专家都列了出来,都是非常有名的大咖。大家可以看到,他们都活得比较长。最长的是郑集教授,110岁。右边这两位,一位是我的同事,另一位是我敬重的长辈,他们现在的年龄分别是102周岁和103周岁。他们还健在,思维清晰,生活能够自理。

如果你想像营养专家活得一样长,就要均衡膳食。大家一定要听我的建议,平衡膳食,每天“十个拳头原则”。

谢谢大家。

演讲嘉宾何丽:《生酮饮食减肥?碱性食物养生?……别再被这些营养谣言骗了!》

社畜开会实录:我是谁?我在哪?讲到哪了?要点头吗?

开会,让多少人恨得咬牙切齿?除了冗长又废话连篇的内容,你有没有觉得开会时间越长,越憋得喘不过气来,会议快结束时的你已经面红耳赤,几近晕厥。当领导点名:你,就是你!你有什么想法?你更是大脑一片空白,灵感的火花还没迸发就熄灭了。

这不怪你,狭小的空间会使呼吸带出来的热气、二氧化碳和其他物质更容易堆积在一起,其量之大远超乎你的想象。那么,这些废气真的会使我们变得更迟钝吗?

过去七年间,至少有八个研究对此做出了解释。研究指出,虽然在公共卫生层面,解决那些可能导致癌症和哮喘的污染物更加紧迫,但也存在着另外一些污染物,它们对身体影响不大,但却会对精神产生不利影响

室内空气质量有多糟?问问二氧化碳浓度

为了节约供暖和制冷消耗的能源,建筑物的密封性越来越好,过去五十年间的美国就是这样,建筑变得更加密闭。但这意味着人体或其他东西释放的气体和其它物质也因此全都被困在了屋里,散不出去。虽然室内空气质量不像室外空气那样有完备的监控,但科学家和专业通风人员已经开始广泛监测室内的二氧化碳含量。

一般来讲,当二氧化碳浓度高于1200ppm时,就说明室内的通风率过低了。此时,新家具、办公用品和地毯释放的令人担忧的物质(例如甲醛等)可能会聚集在空气中。“这一指标从很久以前开始就被用来衡量室内空气质量可能有多糟糕,”伊利诺伊理工学院建筑工程教授布伦特·斯蒂芬斯(Brent Stephens)说。

当二氧化碳浓度高于1200ppm时,新家具、办公用品和地毯释放的物质(例如甲醛等)可能会聚集在空气中。图片来自:Pixabay

这些空气污染物可能与呼吸问题和癌症相关,但二氧化碳本身则一直被认为在这些方面并没有什么危害。不过现在,科学家已经开始重新审视这一假设

脑子转不动,不是我的错

生物医学研究人员发现,当二氧化碳的吸入量远高于正常预期时,会导致大脑血管膨胀,神经元活动减少,大脑各区域之间的交流也随之减弱

大约十年前,劳伦斯伯克利国家实验室的机械工程师威廉·菲斯克(William Fisk)和同事一起,让被试分别进入二氧化碳含量不同的房间,在他们身上做了实验。

他们让一些人在二氧化碳浓度为600ppm的房间里待上几个小时,这一含量水平对于室内而言很低;另一些人则进入浓度高达2500ppm的房间里。实际上,这一浓度并非高不可及,在一些人潮拥挤的地方并不罕见。菲斯克在之后的论文中表示,有些教室的二氧化碳水平可能是它的两倍之高

在人多的地方有觉得脑子转不动吗?图片来自:Pixabay

“随后,被试接受了一个问题解决能力测试,来测评他们的实际生产力和决策能力,”该研究的共同作者,精神病学教授乌莎·萨蒂什(Usha Satish)解释道。

测试的打分标准涵盖的内容很宽泛,比如基本策略以及创造性等等。结果表明,在九个项目中,有七项与二氧化碳水平有着密切联系二氧化碳水平越高,测试结果越差;2500ppm浓度的受试者测试结果总体上比1000ppm及以下的更糟糕。

“这是一项精心设计过的研究,控制了其它可能的影响因素,”丹麦技术大学土木工程教授帕维尔·沃戈基(Pawel Wargocki)说,“对于实验细节上的设计,他们也非常小心谨慎。 ”

该研究引起了其他科学家的兴趣,2016年,由哈佛大学研究人员带领的团队,也发表了类似的结果。在实验中,他们让被试进入模拟工作场所六天,分别暴露于办公楼常见的不同浓度的二氧化碳和挥发性有机化合物中,并进行同样的问题解决能力测试。当二氧化碳浓度从550ppm升至945ppm再到1400ppm,测试中大部分项目的分数开始明显下滑。

室内空气质量对思考能力有着巨大影响。图片来自:Pixabay

哈佛大学教授约瑟夫·艾伦(Joseph Allen)说:“只不过稍稍在空气质量上动了点‘手脚’,我们就看到了它对决策能力的巨大影响”。

“要强调的是,这可不是针对某种独特、奇异条件的研究,”他说,“即便不是全部,这项研究涉及的条件也是大部分建筑物室内都可能具备的。”

二氧化碳:这锅我只背一半

要注意的是,并非每一项研究都能发现二氧化碳水平与认知能力之间的关联。

一些仅需简单的认知能力便能完成的测试,如校对文本,就没有表现出这种联系。而在某两个研究中,实验对象是潜艇艇员和NASA宇航员队伍的代表,实验中其中使用了更复杂的测试,但同样没有发现任何联系。

并非每一项研究都能发现二氧化碳水平与认知能力之间的关联。图片来自:Pixabay

不过,这并不意味着前面提到的那些产生了最终效果的研究存在缺陷。在简单的测试中,思维上的不清晰带来的后果更容易被弥补。而在二氧化碳浓度高的环境中,复杂的测试的确和低分之间有所关联,可能是因为复杂的测试要求受试者必须快速判断和行动。

现有的研究没有测量受试者的压力水平,也没有引用其他文献解释,为什么二氧化碳影响认知水平只在某些情况下出现。潜艇艇员和宇航员接受过专业训练,他们有能力顶住压力作出决定,能在使其他人感到焦虑的条件下正常思考,这可能是原因之一。

受过训练的人可能抗压能力更强。图片来自:Pixabay

拿什么拯救“愚蠢”的会议室?

真正的问题在于是什么导致了这样的效果,以及它会在什么条件下出现。有些人在二氧化碳水平理论值并不高的时候也会感到思考困难,这说明可能得更仔细地研究一下,办公室和学校室内的二氧化碳浓度究竟应该保持在什么水平

“我们在一间教室里进行观测,发现在为期一小时的课程中,教室里的二氧化碳浓度持续超过1000ppm,”科罗拉多大学博尔德分校环境工程教授雪莉·米勒(Shelly Miller)说。

实验中,教室里的二氧化碳浓度持续超过1000ppm。图片来自:Calico Spanish

许多研究也表明,加强学校的通风能提高学生的分数、完成任务的速度,并使注意力更集中。这些在教室里的发现,对于工作环境中狭小的会议室有一定指导意义,毕竟那里是用来进行头脑风暴并提出好点子的地方。但是目前还没有任何人专门研究过会议室。

目前,通常建议的会议室最小气流量为每人每分钟0.17立方米,但艾伦表示,人们会在不同通风水平下,表现出不同的思维水平,前面这一数值可能也并不是最优的

会议室的空气真是令人头疼。图片来自:Pixabay

不过,从实际操作上来讲,你总不可能随身携带测量仪,每次开会就拿出来测测二氧化碳含量吧。更切实可行的办法是打开门窗多通风,有条件的可以考虑多装几个换气扇。

下次开会如果老板点名要你发言,不必慌张,很有可能他脑子也锈住了。

c.2019 New York Times News Service

作者:Veronique Greenwood

编译:八云

编辑:李子

编译来源:

快看这些机器人,简直要成精了

|· 本文来自“我是科学家”·|

从《超能陆战队》到《战斗天使:阿丽塔》,机器人技术始终是科幻作品所关注的主要领域之一。而随着科学技术的发展,工业机器人、类人机器人、柔性机器人、纳米机器人等等,早已不再仅仅是科幻小说里的构想。不知不觉间它们已经来到了我们身边,也许很快就会改变我们的生活。《科学:机器人》杂志前段时间评选出了2018年度十大机器人技术,让我们一起来围观下都有哪些机器人强势出镜吧!

《科学:机器人》杂志。图片来源:sciencemag.org

01——波士顿动力公司的Atlas

Atlas的身高是1.5米,体重则有75公斤,按人类的标准来讲可谓是一个“小胖子”。但是这个机器小胖子却十分灵活,能够在崎岖的地形上行走,在受到干扰时保持平衡,还能像体操运动员一样后空翻。在最新的视频里,它甚至能像人类一样“跑酷”,行云流水般地跳过圆木、跳上层层堆叠的木箱。Atlas使用视觉系统测量到跑酷障碍的距离并调整自身,是机器人行动能力上的一个新突破。

“活蹦乱跳”的Atlas。

02——达芬奇SP平台

机器人手术是近些年来最重要的手术创新之一,如今越来越多的手术也开始使用机器人来完成。而临床上的进一步应用,则取决于能否继续降低成本并扩展其应用范围。Intuitive Surgical研发的达芬奇平台一直是该领域的先锋。外科医生可以从一根仅2.5厘米粗细的插管内,控制三个灵活可动的手术工具,同时使用铰链式内窥镜观察深部病变。

达芬奇SP平台。

03——可以生长的柔性机器人

想象一下,如果某种机器人能够模仿葡萄藤、神经元或真菌菌丝的生长过程,并将其放大、加速、进行控制,该会是怎样一种形态?研究人员设计了一种折叠式的管状柔性材料,加压时前部的材料会被向外推动,从而使得整个机器人向外生长。这种仿生的柔性机器人设计能够在复杂环境中避开障碍、在管道中进行导航,因而有望用于医疗设备以及探索和搜救机器人的研发。

可以生长的柔性机器人。

04——用来打印柔性机器人的新型材料

液晶弹性体相当于一种具有液晶性质的橡胶,它可以随着温度的变化而产生形变,作为机器人的执行器使用。在高温下用液晶弹性体墨水进行3D打印,能够方便地设计并制造出具有特定结构功能的液晶弹性体,有助于大尺寸柔性机器人及其动态功能结构的设计。

液晶弹性体。图片来源:参考文献[1]

05——仿肌肉执行器

Peano-HASEL是一种透明且具有传感反馈的柔性执行器,它模拟了肌肉的工作方式,结合了静电和液压原理,在施加电压的时候能够产生线性收缩。这种执行器功能强大,用途广泛,同时又成本低廉,通过塑封技术及廉价的商用材料即可生产。它“臂力惊人”,甚至可以举起自身200倍以上的重量。

可以模仿肌肉的执行器。

06——用DNA来组装纳米机器人

DNA不仅可以作为遗传物质,还能用作纳米机器人的驱动部件,在纳米尺度上折叠成不同的形状。一个按照设计组装好的DNA“零件”,可以在外部电场作用下进行精确的纳米级运动。这些纳米级机器人系统可以“搬运”分子或纳米颗粒,也可以在纳米尺度去合成和组装新型材料。

DNA来组装纳米机器人。图片来源:参考文献[1]

07——仿生振翼机器人:DeIFIy Nimble

仿生机器人技术既是人类对自然的模仿,同时也有助于人类对其机理的深入理解。DelFly Nimble是一款可编程的小型扑翼飞行器,具有出色的灵活性,能够进行360°侧倾和俯仰翻转。它的大小约是果蝇的50倍,可以精确地再现果蝇的快速逃逸动作。

仿生振翼机器人:DelFly Nimble。图片来源:参考文献[1]

08——柔性外骨骼:可穿戴式机器人

钢铁侠的战衣虽然很气派,但若当作平常人日常生活中佩戴的外骨骼,就显得有些笨重了。而下面这种轻盈而有弹性的动力外套,提供了整合面料设计、传感、控制和驱动的新方法,能够增加穿着者的力量、平衡性及耐力。潜在的应用包括帮助老年人增强肌肉力量,支持他们的活动性和独立性,以及治疗帕金森病引起的运动障碍等等。

可穿戴式机器人。图片来源:参考文献[1]

09——UR机器人手臂Cobots

工业机器人是最早开始商用的机器人技术之一。从实验室、工厂、物流到外科手术,Universal Robots(UR)机器人手臂开始变得无处不在。新型e系列协作机器人呼应了协同自动化的大趋势,可以通过动手演示而非编程进行学习。借助更完善的安全性设计,机器人可以在更丰富的环境下与人互动,和人类操作员共同学习、协作。

UR机器人手臂Cobots。

10——索尼的aibo

在著名的玩具狗aibo诞生20年之际,索尼终于推出了它的最新款。它带来了新的外观、更强的语音理解以及学习能力,可以为儿童及老年人提供情感陪伴。它的核心功能是去理解用户感受、与用户互动,以及“推测”用户的意图。在此基础上,aibo能够“随机应变”,根据环境变化进行学习,而不是仅仅遵照编写好的程序执行动作。

aibo能够“随机应变。图片来源:参考文献[11]

自科幻作家艾萨克·阿西莫夫提出用机器人学(Robotics)一词来描述这一研究领域以来,机器人技术已经发展了接近60年。虽然这些机器距离真正的自律型机器人还很遥远,但它们已经开始成为这个现代社会不可或缺的一部分。也许很快,人类就要迈入一个身边遍布机器人的新纪元了呢。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Yang G Z, Full R J, Jacobstein N, et al. Ten robotics technologies of the year[J]. Sci. Robot., 2019, 4(16): eaaw1826.
  2. https://www.bostondynamics.com/
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