历经39年登上《自然》的“洞穴怪石”,究竟是什么来头?

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1980年的一天,有位藏族僧人在甘肃夏河县的溶洞里发现了一块古怪的“石头”。

这块石头形状扁平,上面还插着几颗牙,看上去很像是人类的下巴。僧人不知此为何物,但或许隐约预感到它来头不凡,并没有随手丢弃,而是将它交给了当地的活佛。博闻强识的活佛一看,发现这是极其珍惜的人类化石,便联系了国内专家进行分析。

1980年,藏族僧人在甘肃白石崖溶洞里发现的“怪石”。摄影:张东菊 兰州大学

当时的他们也许不会想到,就是这块“怪石”,在39年后的今天(2019年5月2日)登上了顶级期刊《自然》(Nature)杂志[1],并作为举世罕见的古人类化石,刷新了人类对青藏高原历史的认识!

青藏高原最早何时开始有人类居住?

“是谁带来远古的呼唤,是谁留下千年的期盼?”

正如这首《青藏高原》所唱的那样,壮美的高原景色总能引发我们对远古时代的畅想。

化石发现地点周边的壮美景色。摄影:张东菊 兰州大学

可是,壮美的青藏高原何时开始有人类居住?最早挑战这片极限环境的先民是哪种古人类?他们又为何要选择在那儿繁衍生息?这些问题一直困惑着中外科学家们。

为了解开谜团,他们几十年如一日地在青藏高原进考古发掘,寻找人类祖先留下的蛛丝马迹。

早先的一些学术观念认为,青藏高原上出现人类是很晚才发生的事情,最多不过距今1~2万年前。他们觉得青藏高原的高寒环境太过艰苦,更早时候的古人类技术又太过原始,没有办法存活下去[2-3]

然而,后续的研究却表明,数万年前的青藏高原远比我们想象中更宜居。当时的高原雨水充沛,不仅有森林草原,甚至还有几个面积超过10,000平方千米的湖泊,比今天的鄱阳湖还要大。

可想而知,在一片水草丰饶的环境中,古人类就算技术原始但想找到饭吃总还是有办法的。而就在2018年,人们就在西藏尼阿底遗址找到了古人类的“石器加工基地”(早在4万年前,古人类就在青藏高原开“石器厂”了!),证明人类在青藏高原生存的历史至少有4万年之久[4]

西藏尼阿底遗址中石制品的细节图。图片来源:参考文献[4]

而这一次,来自甘肃夏河的这块下颌化石则更为古老。经自中科院等机构的研究团队鉴定得出:这块古人类化石距今至少有16万年的历史,证明青藏高原早在那个时候就已经有人类居住。这样一来,就将青藏高原的人类活动历史一下子推进到了距今16万年前。

此次研究的下颌骨化石复原图。图片来源:Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

不过,“16万年”这么重要的数字是怎么测得的呢?当初化石出土的时候不是没有年代数据吗?原来,研究者们从下颌化石的表面采集了一些堆积物样本——这些堆积物都是下颌骨在埋藏过程中逐渐粘附上去的。

人们利用铀系测年法,通过同位素的衰变情况推算得知:三例堆积物样本的形成年代约为距今15.5万年、16.3万年,以及16.5万年。而下颌化石主人的死亡年代应该比这些样本更早,所以其距今至少有16万年左右的历史。

下颌化石所在的白石崖溶洞内部的景象。摄影:张东菊 兰州大学

下颌化石的主人,究竟是何许人也?

如此古老的年代不仅刷新了纪录,同时又引申出另一个问题:这块下颌化石是哪一种古人类的残骸?

虽然今天的地球上只有现代人这一种人类,但是在16万年前,人类大家庭可热闹得多。除了我们的直系祖先,世界上同时还生活着尼安德特人、丹尼索瓦人,以及更加古老的直立人。那么,这批登上青藏高原的先民究竟是何许人也?

其实,科学家们对于青藏高原的古人类来源早已有些猜测,而这还得从“高原反应”说起。

从内地进入西藏,高原反应是绝大多数内地人都逃不过的一道坎。相比之下,藏族人为什么就很少出现高反?以往的研究发现,藏区居民体内有一种特殊的基因EPAS1,能够调节生理状态,适应缺氧环境。而这个EPAS1基因,正是来自于已经彻底灭绝的古人类支系“丹尼索瓦人”。所以,数万年前的青藏高原有可能住着一批丹尼索瓦人,并和藏区居民的祖先通婚、繁衍。

藏民能够适应高原气候,这要部分归功于丹尼索瓦人留给他们的基因。图片来源:Monikaw1999|pixabay

不过,这一切都只是猜想。要想证明丹尼索瓦人和青藏高原的联系,我们还需要更为直接的证据——人骨化石。如果能在青藏高原上直接找到这群古人类的遗骸,那么以往的猜测就能落下实锤。而现在,科学家们已经找到了人骨化石,可它会不会是人们期盼已久的丹尼索瓦人呢?

此前在俄罗斯西伯利亚发现的丹尼索瓦人化石。图片来源:Thilo Parg|wikimedia commons

要说判断古人类种属最直观的办法,就是对骨骼形态进行测量。所以,研究团队利用CT扫描和几何形态测量技术,综合分析了下颌化石以及牙齿表面、牙髓腔的形态。

可是测量结果显示,这块化石的形态和当时各种古人类都差不多,只有齿列和丹尼索瓦人比较像。可是单凭这一个证据,我们没有办法判定化石主人的种类。

CT扫描获得的牙齿内部形态,红色部分是牙髓腔。图片来源:参考文献[1]

那么,古DNA技术在这儿是否可行呢?在以往类似的研究中,科学家们已经依靠化石中残存的DNA片段破解了不少“历史迷案”。可是这一次,古DNA技术却没派上用场,因为下颌化石中没能找到残存的基因片段。

于是乎,研究人员想到了一种新技术:古蛋白质分析。和DNA分析的原理类似,不同生物体内的蛋白质成分殊异,就好似与众不同的指纹一样。凭借它,我们就能判定化石主人到底是哪种古人类。更重要的是,部分蛋白质比DNA更容易保存。果不其然,研究者们从下颌化石的臼齿内部提取到了残存的胶原蛋白。此外,他们还找来了大猩猩、现代人、尼安德特人以及丹尼索瓦人的同种蛋白质作为对比。

进行发掘工作的考古人员。图片来源:张东菊 兰州大学

分析结果显示,本次研究的下颌化石所含蛋白质与现代人、尼安德特人差异很大,但是却与以往发现的丹尼索瓦人化石极为接近,可以判定他们同属一个种类。因此,研究者们总结认为:甘肃夏河发现的下颌化石,正是丹尼索瓦人的遗骸!

这是人们首次在西伯利亚丹尼索瓦洞以外的地方发现丹尼索瓦人。也表明丹尼索瓦人适应高海拔、低氧环境的时间远远早于当地现代人。

这么看来,科学家们的猜测还真挺靠谱,丹尼索瓦人以前确实在青藏高原居住过。不过,他们是不远万里来到此地的“移民”,还是青藏高原的“本地居民”呢?对此,科学家们目前也很难给出答案,毕竟我们对于丹尼索瓦人仍然知之甚少。

白石崖溶洞所在河谷的秋景。图片来源:张东菊 兰州大学

无论如何,丹尼索瓦人在万年前的举动已经深深影响了我们现代人。尽管这批古人类已经灭绝,但他们的基因仍流淌在藏区居民的血液里。而这块甘肃夏河发现的化石,就是历史最好的见证。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Fahu Chen, Frido Welker, Chuan-Chou Shen,et a. A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau[J]. Nature,2019
  2. Brantingham, P.J., D. Rhode, and D.B. Madsen. “Archaeology Augments Tibet’s Genetic History”[J]. Science,2010.
  3. 国家文物局.中国文物地图集·西藏自治区分册[M],2010.
  4. X. L. Zhang,B.B.Ha,et al.The earliest human occupationof the high-altitude Tibetan Plateau40 thousand to 30 thousand years ago[J]. Science,2018.

想靠制毒致富?五一的这项新规定,要让一批不法分子凉凉了

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可以说,每个想用制毒贩毒发财的人,都清楚自己可能面临怎样的制裁。因此,一些“聪明”的不法分子开始“钻空子”,通过合成一些尚不在管制范围的毒品来躲避制裁。

制造芬太尼类似物就是他们惯用的手段。

而近日,公安部、国家卫健委、国家药监局联合发布公告宣布,自2019年5月1日起,中国将把芬太尼类物质列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》,施行“整类列管”。

这意味着今后所有与芬太尼结构类似的衍生化合物,都将被列入管制范围,那些之前依靠合成新的芬太尼类似物打法律擦边球的制毒者们也将受到严惩。可以说,这次的新规定是中国禁毒法制建设历程中的重大创新性举措,是特殊药品管理方面的巨大进步。

芬太尼是何来头?

芬太尼本是一种强效镇痛药(阿片类药物),近年来却在美国、加拿大等国被非法泛滥用,成为“新型毒品”。甚至有人将其形容为“新一代毒品之王”“21世纪的鸦片战争”。

那么这种药物究竟是何来头?为何从药物变为毒品?这就要说到它颇为传奇的前世今生了。

芬太尼。图片来源:Wikimedia Commons

芬太尼的名字似乎对很多人来说有些陌生,但说到它的鼻祖——罂粟,就几乎无人不知了。

人们很早就已经意识到,罂粟除了花姿令人心醉,它的果实割破之后流出的乳白色汁液,更是具有现实意义上摄人心魄的魔力。

罂粟的亲戚虞美人,花姿同样令人心醉。图片来源:Wikimedia Commons

将这种白色汁液晾晒和浓缩,会得到一种黑色的固体,此时它有了一个众人皆知的名字:鸦片(也叫阿片)。

鸦片容易成瘾,副作用很多,可能损害健康甚至导致死亡,令人谈虎色变。然而与此同时,它也具有很高的药用价值——这几乎是人类从自然中获取到的最强效镇痛药和镇咳药,某种意义上来说,确实是自然对人类的馈赠。

鸦片的这种能力使人们从一开始就无法完全放弃使用它的憧憬,医生和药学家希望有一天能够具备驾驭它的能力。因此,几个世纪以来,人们一直试图驯服它,然而一个不经意,却又释放出魔鬼被它所伤。

在漫长的时间中,人们并不清楚鸦片这种镇痛和令人愉悦的强大力量来自哪里,直至1804年,有人从鸦片中提取获得了一种被称为吗啡的白色结晶,才算是揭开了它的面纱。

吗啡的化学结构式。

在一代代药学家的努力下,吗啡的化学结构和作用机制被逐渐摸索出来。人们开始依据已有研究结果,对吗啡进行了改造。

药学家的目标,是尽可能去掉吗啡的成瘾性。但是事情并不会一帆风顺——把吗啡的镇痛镇咳药效和成瘾性等副作用拆解开来,是十分困难的。很多时候药学家拿到了一种新的化合物刚刚感叹“哇成功了!镇痛效果这么好?”却又马上叹气“哦,成瘾性也挺好的……”,然后再开始下一轮的努力。

早期走岔路遇到的魔鬼

然而在早期探索过程中,人们曾一个不留神,释放出一个臭名昭著的恶魔——没错,就是那个堕落的“女英雄”,海洛因(Heroin)。

19世纪末,有人发现将吗啡结构中的两个亲水性羟基分别接上乙酰基团后,得到的产物脂溶性更强。它更容易透过各种脂质的人体粘膜,进入中枢神经系统,发挥更强的作用。同时与吗啡相比,它似乎少了很多不适感和副作用。

一瓶海洛因。图片来源:Wikimedia Commons

药厂的化学家将这种产物制成了药物,其镇痛效力远高于吗啡,也可以“无副作用地”应用于镇咳治疗。随后推出上市,甚至曾作为非处方的镇咳药应用于儿童。

当年的广告中,一位慈爱的妈妈正在给她可爱的女儿喂食海洛因,这个场景在今天看来简直令人毛骨悚然。图片来源:Carlosbua.com

由于海洛因出现以来造成的不良影响,它的危害远远超过了所能带来的收益,使它失去了作为药品存在的资格。自二十世纪初期,各国政府和机构逐渐将它逐出临床应用,至五十年代,海洛因被正式地从药典中除去——至此,它完完全全地、只能被称为“毒品”。

终于拿到正确的门钥匙

还好,在与吗啡的博弈中,人们并不总是处于下风。随着科学的进步,人类积累的知识越多,就越能够有的放矢地进行操作。其中,“锁钥假说”起到了至关重要的作用。

吗啡就相当于是一种能够打开特定生理功能的外来“开锁钥匙”(配体),它要打开的锁(受体)后来也直接被命名为“阿片受体”。

为避免重走海洛因的错路,人们变得更加谨慎。在进行研究时,即使牺牲一些镇痛的药效作用,也更倾向于把成瘾性低的产物推向临床。伴随着对于阿片受体家族的进一步研究,人们发现几种受体存在着细微的差别,现在的一些研究认为,如果寻找到专门作用于κ受体的药物,就可能会得到无成瘾性的镇痛药了。

阿片受体家族及其生理效果,其中专门作用于κ受体的激动剂,可能会得到无成瘾性的镇痛药。来源:参考文献[1]

早期比较有名的吗啡结构改造药物就包括哌替啶(即杜冷丁,镇痛作用约为吗啡的1/10)、曲马朵(镇痛作用约为吗啡的1/10)、喷他佐辛(镇痛作用约为吗啡的1/6)等。

后来一些更为成功的就类似布托啡诺、丁丙诺啡和芬太尼了。

吗啡及其改造物的化学结构式。

芬太尼类可谓很成功的镇痛药物。它们的镇痛作用效果强(镇痛作用约为吗啡的80~100倍),发生作用的速度快,持续时间短,临床上可以与麻醉药合用作为辅助麻醉用药,也常常制备为经皮给药系统。

贴敷于皮肤后,就可以在3~7天内以恒定的速率释放药物里,非常方便使用,适合用于手术后和一些重度疼痛患者的镇痛治疗。

芬太尼贴剂自90年代上市以来,有着良好的临床应用,目前已经是一个价值巨大的药物品类。图片来源:sohu.com & mylan.ca

芬太尼,是天使还是魔鬼?

芬太尼等阿片类药物在受控制的条件下合理使用,可以缓解患者的痛苦,为医疗事业带来可观的益处。而在失控时,则会展露出狰狞的一面,给整个社会造成巨大的负面影响。比如近年来,芬太尼、卡芬太尼等在美国、加拿大等国被非法泛滥用,导致数万人死亡。

近年来,非处方阿片类药物(如芬太尼、卡芬太尼等)滥用在美国导致的死亡人数急剧上升。图片来源:Centers for Disease Control and Prevention

为什么芬太尼及其类似物会被滥用,并且带来如此大的危害?

比对一下化合物的结构式我们可以发现,芬太尼的化学结构明显比吗啡简洁。事实上,现在临床上使用的吗啡还需要从罂粟中提取,而芬太尼,是通过人工全合成来获得的(随便翻翻各种各种文献数据库,就能找到大量的研究报道),它的制取方式显然容易了很多。廉价、有效剂量低、容易获得,当这些词放在一种具有成瘾性和耐受性的阿片类药物前面,也就意味着它有了泛滥的风险。

临床应用时,医护人员尚可根据精确的计算和悉心看顾来保证患者的用药安全,但当它来到街头,瘾君子们一来急切,二来把握不好计量,摄入药物后,就非常容易出现急性、迅猛的过量使用。血液中的药物浓度急剧升高,超过了安全剂量上线,导致各种严重的副作用,甚至死亡。

药物化学家们致力于防止药物滥用。图片来源:Unsplash

在鸦片或海洛因泛滥的时代,这类毒品需要种植罂粟才能制取,尚可通过对种植的严格管理来达到控制的目的。然而,当人们的认识已经深入到芬太尼时,就不能仅仅使用这种简单直白的方式了。

一方面芬太尼类物质的结构得到了极大简化,可以完整地在实验室中制作,不须依赖罂粟种植;另一方面,正如前文所说,基于锁钥假说和构效关系研究,如果仅仅将特定的几种化合物列入管理名录,“懂行”的人完全可以通过加减一些简单的小结构来制造出“不违法的毒品”,使执法者陷入尴尬的境地。

而这次即将实行的“整类列管”正是为了针对这种情况,作出的新尝试——将结构和芬太尼类似的化合物全部列入管制范围,而不再是发现一种管制一种。那些之前一直钻法律空子的人也将受到严惩。

“整类列管”能够避免执法者陷入尴尬境地。图片来源:Unsplash

几百年来,人们与这类药物的关系一直是魔高一尺,道高一丈。人们想要驾驭它的强大药效,又要绞尽脑汁避免它变为魔鬼为祸人间。既要通过科学手段减少滥用,又要政策和管理等等各方面的复杂配合。从古代的鸦片到近代的吗啡,再到更近的芬太尼——无一不遵循这个规律。

毕竟,杀人的从来不是刀,而是持刀的人。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. 郑虎 主编. 药物化学[M]. 第六版. 北京:人民卫生出版社, 2008
  2. 仉文升, 李安良 主编. 药物化学[M]. 第二版. 北京:高等教育出版社, 2005
  3. Majella E. Lane, The Transdermal Delivery of Dentanyl [J], European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2013, 84: 449-455

作者名片

万茜:《海底总动员》里都有哪些动物,它们真的会生活在一起吗?| 我问科学家

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我问科学家
万茜在《声临其境》中为《海底总动员》做了八个角色的配音,她想知道:这些动物都是什么呢?在现实生活中它们真的有可能生活在一起吗?
听听中国科学院深海科学与工程研究所海洋生物学博士研究生武宝生怎么说。

《海底总动员》里都有哪些动物,它们真的会生活在一起吗?

 

大家好,我是万茜,我来问科学家。

在《声临其境》中我为《海底总动员》做了总共八个角色的配音,其中有七种鱼类和一种飞禽。我想知道它们都是什么呢?在现实生活中它们真的有可能生活在一起吗?

欢迎关注湖南卫视的《声临其境》,也欢迎持续关注“我问科学家”。听说这里有很多很多有趣的科学家,不知道谁可以解答我的问题呢?

 

Hi,万茜。

视频中包括:一种海星、一种虾、一种鸟类以及五种鱼类。 根据它们在形态上的差异来判断——

这只海星“淘淘”可能来自于棘皮动物门海星纲有棘目海星科海星属的菊海星。

这只虾可能来自于软甲纲十足目藻虾科鞭藻虾属的清洁虾。

那只鸟“奈杰尔”可能来自于鸟纲鹈形目鹈鹕科鹈鹕属的一种。

其他物种鱼类都来自于辐鳍鱼纲,其中——

(左上)那只体型近似圆球形,浑身长满刺,并具有一些斑点的鱼,可能是来自豚形目刺豚科刺豚属的斑点刺豚;

体型为扁平形,体色全身为黄色的那条鱼,可能是来自鲈形目刺尾鱼科高鳍刺尾鱼属的黄高鳍刺尾鱼;

体型为纺锤形,前半身为蓝色,后半身为黄色的那条鱼,可能是来自鲈形目蓝纹鲈科的皇家丝鲈,也就是我们通常所说的“鬼王鱼”;

最后两条鱼都来自于鲈形目雀鲷科——

其中,本视频的主人公“尼莫”是一种小丑鱼,可能是来自双锯鱼属的眼斑双锯鱼;

最后一条体型为扁平形,体色由蓝、白三条条纹相间组成的鱼,可能是来自宅泥鱼属的宅泥鱼,也就是我们通常所说的“三间雀”。

最后,根据这些动物的生活习性以及它们在食物网和食物链上的位置关系判断,在现实生活中,这些动物是不可能正常生活在一起的。

学术支持:中国科学院深海科学与工程研究所深海生物学研究室主任、研究员何舜平

所以拉布拉多就是圆寸版金毛吗?

狗是分品种的,这对于狗主人来说当然往往非常明确,但是对于其他人来说,管它是啥,紧着毛球乱撸就好了。

比如我家有一只柴犬,起初遛狗的时候总是需要跟上来蹭狗撸的大叔大婶解释这是柴犬,不是 土狗 / 大黄狗 / 田园犬 。现在不用了,小区遇到大爷,一开口就知道是老江湖:“这狗叫秋田吧?日本的。”我回复:“对。”因为在你的眼里它们分别是柴犬、秋田、金毛、拉布拉多、阿拉斯加、哈士奇、德牧,但在别人眼里它们有可能分别是小黄、大黄、大黄、大黄、哈士奇、狼狗和狼狗。

图 | 图虫创意

金毛和拉布拉多,的确不是同一种狗呀

就拿拉布拉多和金毛这两种狗来说,看上去的确就是两条大黄狗呀:身体又壮又敦实耷拉耳朵、长鼻子、长尾巴以及还算修长的腿……拉布拉多无非是剃了个圆寸而已。但其实真正的差别还不止这些。

两种狗子其实都起源于十九世纪左右人们对于狩猎的需求。根据目前资料来看,拉布拉多最可能的起源是已经绝迹的纽芬兰圣约翰水猎犬,圣约翰犬是渔民的好帮手,会跟着他们一起出海,帮忙回收鱼线或者渔网。到了十九世纪末,人们将一些圣约翰犬训练为贵族狩猎用的寻回犬,并把其中一些美丽俊俏(?)的起名叫“拉布拉多”。

黑色血统拉布拉多的祖先 | Buccleuch Avon

然而在大约同一时期的苏格兰地区,由于那里的人们也流行狩猎野禽的运动,人们需要一种能够同时胜任水中及陆地巡回工作的狗子。于是有人尝试用寻回犬与圣约翰水猎犬杂交,此种方式繁育出的犬便是金毛犬的原型。

所以其实从某种程度来讲,拉布拉多可以算是金毛的祖先。根据发表在cell上的一篇研究显示,在20年的时间里,一组研究人员从161种不同的犬种中收集了遗传样本,然后在他们的基因组中的150000个遗传位点进行了比较,发现了拉布拉多和金毛古老的血缘交集。[1]

金毛(Golden Retriever)和拉布拉多(Labrador Retriever)在系谱树上靠的非常近 | Parker, H. G, et, al.[1]

但即使同源并不代表他们外形、习性等特征也完全一样。金毛如其名,当然毛色一定是金色或是奶黄色的;拉布拉多有黄色、棕色或者黑色三种,在这些基本色内还有各种各样的深浅和色调,从狐狸红乃至柠檬黄都有可能,所以颜色不能说明一切。

所以两者在外形上的区别还是主要在于毛发。金毛有着一身飘逸的、厚厚的长发甚至“大波浪”,而拉布拉多毛发短而硬,外层直而且密集,往往和皮肤比较贴合。不过由于有的主人嫌金毛夏天太热于是剃掉一些(极不建议这样做!),所以这也进一步造成了许多人对于两种狗的混淆。

猜猜看,我是谁?| 图虫创意

虽然毛发的特征差距很大,但由于继承了水猎犬的基因,金毛和拉布拉多的毛皮都是为了游泳防水而生的。金毛的飘逸蓬松的被毛下面藏着一层浓密的底毛,这样让金毛在能够抵御寒冷的同时高效地放水;而同样是双层毛,拉布拉多的被毛就短了太多,所以在同样防水的情况下,拉布拉多还需要囤上一身“肥膘”来帮助自己在冷水中保暖。这也分别为它俩带来了一些麻烦。

那些来自天生丽质和天生强壮的烦恼

不知道正在看这篇文章的果壳er有没有被毛发多而困扰过,反正金毛很困扰。长发往往伴随的是寄生虫、细菌和未完全蒸发的汗液,累积在毛发间随时随地伺机感染金毛的皮肤,Glickman曾在20年前对1444 条金毛犬进行了研究,发现二分之一的金毛在一生中都可能有染上皮肤疾病或者被毛疾病的风险,其中湿疹感染的风险超过三分之一。[2]而2017年的研究表明,金毛的皮肤和毛发疾病风险依然存在。[3]

拉布拉多虽然不受长发的影响,但为了御寒而囤膘可不是一件好事情。不论是金毛还是拉布拉多,目前作为宠物在家往往都是被精心照料的,温饱都不差,拉布拉多按理说也不再需要再囤积那么多过冬的脂肪。但从生理上他们依然会食欲旺盛,容易肥胖,一不小心就容易变成“扌立 布 扌立 多”。[4]

图 | 图虫创意

皮肤的问题还是要靠巩固皮肤来解决。和人一样,狗的皮肤也是由紧密的细胞组成的,就像城墙上的砖一样紧密的排列在一起,然而再紧密的结构也会有缝隙。而起到“填补缝隙”作用、保证皮肤完整性的物质叫做神经酰胺。神经酰胺的合成量低会直接导致皮肤干燥,皮肤处于无法抵御刺激的敏感状态。[5]

不过刺激神经酰胺合成的物质也可以从某些日常的狗粮中获取,比如皇家在为金毛设计的品种粮中添加了皮肤屏障复合物,包含泛酸、烟酸、胆碱、组氨酸等成分,能协同降低神经酰胺流失程度。[6]同时添加维生素A和H可以调节表皮细胞的生长和皮脂的产生,减少皮肤干燥,有助抑制皮屑,帮助减少皮脂溢的发生。还有EPA&DHA,对于狗来说,能有助于减少皮肤炎症。[6]以上虽然看上去添加成分非常多,但对于金毛来说,这么多物质维护一身皮毛是值得的。

不同皮肤状态下的神经酰胺含量对比 | organic-label.co.uk

不过像毛短的拉布拉多的食物中就不太需要这些物质。除了基础维护皮毛健康的成分以外,皇家专为拉布拉多设计的品种粮在为减小它们食量这一点上做了一点非常有趣的小手脚。皇家的拉布拉多品种粮除了本身在脂肪含量上就进行了削减,形状上还被设计成了专属空心桶大颗粒。因为中空设计让狗粮变大,也能让狗子多嚼两口,拖延到饱腹的信号慢慢上来了,狗粮可能也吃不下了。为此,皇家先前做过试验,发现这样的大颗粒帮助减缓了拉布拉多进食速度,将用餐时间提高了80%。所以我决定了,以后的晚饭换成泡芙?(喂!)

不过虽然是针对不同品种的狗粮,在一些方面也有着共同的目的,比如金毛和拉布拉多的消化系统都比较敏感。优质蛋白的消化率普遍较高,皇家金毛粮和拉布拉多粮中都使用了L.I.P.,中文名是高易消化蛋白(Low Indigestible Protein),消化率能达90%以上,吸收更好也不容易造成拉稀。[7]

不止金毛和拉布拉多,其实大家都有姓名

皇家品牌是一个源自法国的、兽医创立的品牌,至今已经有50多年经验累积,当然对于毛孩子们都是一视同仁。除了金毛和拉布拉多的品种粮以外,法斗、柴犬、贵宾、比熊等等等等都有自己专属的品种粮,要看看有没有适合自家狗子的专属粮可以参考皇家的官网或者是各大电商。

这样的品种粮,除了根据不同品种狗狗的不同营养需求来定制专属品种粮以外,像拉布拉多粮的“空心桶”设计和法斗粮的“防滚动月牙形设计”一样,皇家在狗粮的物理性状上也为独一无二的狗子们考虑的非常周到。每一种品种粮也是根据该品种犬猫的咬合力定制的,因为太硬可能导致咬不动,而太软则会让食物残留在牙缝中,滋生细菌。所以我们并不太建议频繁为狗子自制“爱心鲜肉餐”, 如果是正规的狗粮,狗子吃一辈子都是可以的 。

马上世界杯犬赛(FCI)也要开始了,皇家也是这一届FCI的官方冠名合作商,在线下的比赛展开之余,皇家也“开张”了一个 【皇家杯爱犬加冕挑战赛】 小程序,可以帮你更加了解不同品种狗的知识(亲测捡屎半年多的我正确率仅刚刚过半Orz),最后还能解锁【狗狗非凡健康秘籍】,有机会赢一季度宠粮!捡屎官们,来为狗子们试一试吧~

参考文献

[1] Parker, H. G., Dreger, D. L., Rimbault, M., Davis, B. W., Mullen, A. B., Carpintero-Ramirez, G., & Ostrander, E. A. (2017). Genomic analyses reveal the influence of geographic origin, migration, and hybridization on modern dog breed development. Cell reports, 19(4), 697-708.

[2] Glickman, L., Glickman, N., & Thorpe, R. (1999). The Golden Retriever Club of America National Health Survey 1998-1999. The Golden Retriever Club of America National Health Survey.

[3] Barnard, N. (2017, April). The role of nutrition in dermatology. In BSAVA Congress Proceedings 2017 (pp. 273-273). BSAVA Library.

[4] Gossellin, J., Peachey, S., Sherington, J., Rowan, T. G., & Sunderland, S. J. (2007). Evaluation of dirlotapide for sustained weight loss in overweight Labrador retrievers. Journal of veterinary pharmacology and therapeutics, 30, 55-65.

[5] Jung, J. Y., Nam, E. H., Park, S. H., Han, S. H., & Hwang, C. Y. (2013). Clinical use of a ceramide-based moisturizer for treating dogs with atopic dermatitis. Journal of veterinary science, 14(2), 199-205.

[6] Watson, A. L., Fray, T. R., Bailey, J., Baker, C. B., Beyer, S. A., & Markwell, P. J. (2006). Dietary constituents are able to play a beneficial role in canine epidermal barrier function. Experimental dermatology, 15(1), 74-81.

[7] Devi, S., Varkey, A., Sheshshayee, M. S., Preston, T., & Kurpad, A. V. (2018). Measurement of protein digestibility in humans by a dual-tracer method. The American journal of clinical nutrition, 107(6), 984-991.

人类登月的痕迹,会一直留在月球上吗?

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在2019 的奥斯卡颁奖典礼上,描绘登月过程的电影《登月第一人》(First Man )收获了最佳视觉奖。

《登月第一人》海报。

这部电影以阿姆斯特朗的个人视角,讲述了阿波罗11 号登月时那段激动人心的过往。但影片也因为剧情中缺少一个细节,让包括特朗普在内的很多美国人都发声抵制。他们感到愤怒地方在于,影片中没有展现将星条旗插在月球的场景。

虽说导演后来解释了这样做是出于艺术上的升华处理,但这场纷争还是没有平息。因为在一些人看来,国旗这样切切实实的证据,不能被忽略。就像宇航员留在月球的脚印一样,意义深远。

说到这里,相信很多人都会很好奇,阿波罗登月计划中留在月球的那些痕迹,比如美国国旗、宇航员的脚印、太空车的车辙以及一些丢弃的设备,它们会一直存在那里吗?

登月的痕迹会消失吗?

阿波罗11号在1969年实现人类的首次登月,此后的几年里,阿波罗12号,阿波14-17号都相继成功登月,总共成功实现了6次登月任务,有12名宇航员踏足了月球。直到1972年,阿波罗17号返航后,再没有人踏足过月球。

阿波罗11号宇航员巴兹·奥尔德林和星条旗。图片来源:NASA

人类带着梦想去了月球,然后满载而归,留在月球上的,是一系列“人类的标记”。那么,这些痕迹能够对抗过时间吗?

从物理规律的角度来说,这些痕迹可能在很长的时间都不会消失。因为月球与地球不同,它没有大气层,也不会有风雨等现象,没有液态水流的冲刷,不会有火山等活动的破坏,所以落在月球表面的那些东西,可能会在很长时间里保持原样。

唯一会威胁到这些印记的,可能要数月球之外的因素,比如陨石的撞击,或者太阳风的侵蚀。但陨石破坏登月地址的概率并不会很大,而太阳风的消磨很慢,是一个无比漫长的过程。

根据阿波罗任务期间宇航员收集的月球岩石的研究,科学家已经了解到岩石以每100万年约0.04英寸(1.016毫米)的速度被侵蚀。

阿波罗任务期间宇航员收集的月球岩石样品。图片来源:NASA

所以,从这个角度来看,除非有人为因素的覆盖,不然宇航员们留下的痕迹,可能会在月球上孤独的守望很久了。

从图片里我们能知道真相吗?

理论上如此,那么真实的情况呢?

对于这个问题,最好的求证方法莫过于找到“眼见为实”的证据,比如通过航天器或者实地去考证。但这几十年间,人类再没有踏足月球,也就没有靠近这些痕迹的机会。

2009年,美国宇航局发射了月球勘测轨道器(LRO),它是围绕月球轨道运行的探测器,能够在近距离观察月球表面。所以在它运行的过程中,曾拍下了至今为止针对登月地最清晰的照片。

LRO搭乘Atlas V 火箭发射升空。图片来源:NASA

将这些清晰的图片与任务中的拍摄对比,科学家能根据明亮物体,以及它们的影子,结合原记录中的相对位置,包括明显的标识,分辨出留在月球上的物体痕迹。例如在月球使用的火星车,热毯和背包,以及旗杆和旗帜。

但对于尼龙材质的星条旗,亚利桑那州立大学的科学家,LRO相机的首席研究员马克罗宾逊,曾判断它们或许已经面目全非。因为月亮上存在极端的温度变化,而且有强烈的紫外线照射,旗子很可能已被褪色甚至严重变形。空间历史和收藏品专家铂尔曼(Pearlman)也持有相同的观点:“在月球表面的恶劣条件下,旗帜的材料肯定会被严重破坏。”

LRO 拍摄的阿波罗17号着陆点的图片:能够看到宇航员留下的路径,着陆点,月球车,火山,以及遗留下来的设备等。图片来源:NASA

在LRO公布的图片里,能看到车辙和人留下的路径、痕迹等,虽然NASA根据科学分析标出了照片中的物体,但对于更加细节的地方,比如星条旗现在的样子,以及那些珍贵的脚印有没有消失,可能还需要等待其他的探月任务去进一步确认,毕竟现在所拍摄到的照片,细节之处还不足令人信服。

但关于这些痕迹是否会永远存在?这个问题并不需要去考证。因为虽然月球表面的自然侵蚀很慢,但终归是有磨损的,只要时间足够长的时候,这些痕迹自然就消亡了(按照脚印1厘米厚来估算,完全消失需要984万年)。

在漫长的时间面前,没有什么东西会是永恒的。地球上的沧海桑田如此,月球上的人类足迹亦然。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Eugene Cernan’s Legacy: Apollo 17 Commander’s Footprints Still on the Moon
  2. https://www.space.com/35352-eugene-cernan-moon-legacy-footprints.html
  3. On the Moon, Flags & Footprints of Apollo Astronauts Won’t Last Forever
  4. https://www.space.com/12846-apollo-moon-landing-sites-flags-footprints.html
  5. How to See All Six Apollo Moon Landing Sites
  6. https://www.skyandtelescope.com/observing/how-to-see-all-six-apollo-moon-landing-sites/
  7. NASA Spacecraft Images Offer Sharper Views of Apollo Landing Sites https://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/news/apollo-sites.html

作者名片

 

张衡一号卫星:换个角度看地震 | 申旭辉

|· 本文来自“我是科学家”·|

4月27日“我是科学家”将举办第十期演讲活动《对谣言说“不”》

本期演讲嘉宾

申旭辉

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

申旭辉采访视频:

2019年4月7日13时25分,北京海淀区(北纬40.08度,东经116.23度)发生了2.9级地震,朋友圈里,有人惊呼“地震了”,有人茫然:啥,刚才有地震?

事实上,地震每天都在发生。有的会被人感觉到,有的感觉不到,有的只能被一部分人感觉到——

但科学家还有别的视角。

在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看来,“对地震预测科学来说,有意义的震例主要还是六级以上的地震——因为在中国目前的技术水平下,六级以下的地震不会对房屋带来很强的破坏,意味着不会对人的生命造成太大威胁,经济损失也不会太大。”

全球6.0级以上强震(左列为震级范围)平均每年发生的次数(右列)。来自USGS

根据申旭辉的介绍,真正意义上的现代地震学是从1906年美国加州旧金山大地震开始,而我国对于现代地震学的研究,始于1966年邢台地震。

1966年邢台地震赈灾。图片来源:Wikimedia Commons

那么,对于那些真正对人有影响的地震,我们有没有办法提前收到信息?换句话说,大众最关心的话题是:地震到底能否被提前预测?

“地震预测是个纯自然科学问题,自然科学问题是必然有解的,否则就是不可知论——只是,这个解在哪、怎么解,这是我们作为科学家要去追求解决的。”申旭辉说,“从科学角度,地震科学属于观测科学,应该尽可能多的获取震例做基础,来检验和发展所谓的预报方法或预测方法——发射卫星是最有效的试验手段之一。”

电磁监测试验卫星“张衡一号”。图片来源:nasaspaceflight

2018年2月2日,申旭辉担任首席科学家的“张衡一号”卫星发射升空,进入预定轨道。事实上,从2003年开始,他和同事就已经在讨论启动方案,不断预研、提出方案,直到2013年被国务院批准,经历了漫长而困难的十年。收到立项批复通知那天,他在办公室大哭了一场。

科学家眼中的“地震预测”,到底离公众的预期还有多远?除了对地震科学的促进,“张衡一号”卫星还能做什么?

4月27日,欢迎来77剧场,听申旭辉老师聊聊地震和“张衡一号”卫星的故事。

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王志珍:人工合成胰岛素中,一个少为人知的科学故事

本文为2019年3月23日“我是科学家”年度盛典——科学与你,探寻万物的联结 | 王志珍 演讲实录:

1966年,中国科学家首次人工全合成具有全部生物活性的结晶牛胰岛素。听王志珍院士讲述在上世界60年代,人类在蛋白质科学研究中跨出的重要一步。

王志珍演讲视频:

我是中国科学院生物物理研究所研究员王志珍。

我是一名研究蛋白质的生物化学家,我的研究生涯是从胰岛素研究开始的。今天我跟大家来谈一谈,半个世纪以前,中国科学家在人工合成胰岛素的创举中,一个少为人知的科学故事。

说起蛋白质,很多人就会想起高蛋白的食物,牛奶、鸡蛋、鸡鸭鱼肉、虾。不错,蛋白质是我们人体的必需营养。

什么是蛋白质呢?用革命导师恩格斯权威的哲学语言来说,“生命是蛋白体的存在形式”。

用科学语言来说,“蛋白质是生命活动的主要承担者”。不管是呼吸、消化、运动、说话,还是思维、学习、记忆,甚至感情等等,一切生命活动,都是由蛋白质分子或者说由很多蛋白质组成的“分子机器”来执行和完成的。

蛋白质是一种生物大分子,由各种各样的氨基酸组成。上图中,不同颜色的珠子代表不同种类的氨基酸,它们之间通过一种叫做“肽键”的化学键联系起来,形成肽链。

肽链就是蛋白质的一级结构,没有活性。只有当它在空间盘缠卷曲、折来折去,形成特定构象,才能获得生物学活性,成为蛋白质分子。

人体当中至少有2万种不同的蛋白质分子,每个蛋白质分子都有自己特定的结构。但组成这么多不同种类蛋白质的氨基酸,实际上也就是20来种。

我相信,每一位同志都知道什么是氨基酸。假如我说“谷氨酸”,你可能不知道;但是我说“味精”,你一定知道:味精是一种谷氨酸的钠盐(L-谷氨酸一钠)。

在这里,我要介绍的是“半胱氨酸”。图左下角,黄颜色的珠子代表半胱氨酸。两个半胱氨酸之间可以形成一种叫做“二硫键”的共价键。二硫键对于蛋白质分子的结构和功能非常重要。

到现在,我相信大家已经和我一起对蛋白质建立了新的认识:蛋白质是由氨基酸连接成的、通过折叠形成有复杂结构、特定形状,从而获得活性的生物大分子。

如果蛋白质的折叠发生了错误,就有可能引起疾病。大家知道的阿尔兹海默症(老年痴呆症)、帕金森氏症、肌萎缩侧索硬化症(渐冻症)等等,都是神经退行性疾病。在患者的大脑里产生了某些蛋白由于错误折叠形成的斑块。

以上是今天讲座的铺垫。

现在我们来讲讲人工合成胰岛素。

1958年,中国科学院上海生物化学所为了向国庆十周年献礼,决定做一个有分量的项目,要“合成一个蛋白质”。这的确非常有分量,因为当时世界上没有成功的先例。有很多人经常把这件事情,说成是中国人跟诺贝尔奖擦肩而过、失之交臂的一个工作。

有那么多蛋白质,合成哪个呢?摆在中国科学家面前的选择其实就一个:胰岛素。因为胰岛素是当时唯一一个氨基酸序列已知的蛋白质。它的序列是1955年英国科学家Sanger测定的,他于1958获得诺贝尔奖。

胰岛素是一种激素蛋白,糖尿病者可以通过注射胰岛素降低血糖。同时它是一个很小的分子,只有51个氨基酸。

胰岛素分子由两条链组成,上面是A链,有21个氨基酸;下面是B链,有30个氨基酸。两条链中间,有两条红色的线,表示二硫键,且A链内部也还有一个二硫键。这样特殊的性质,恰恰给胰岛素的合成制造了一个瓶颈,而且还埋伏着当时完全不清楚的蛋白质折叠的问题。

这样一个很特殊的蛋白质分子,怎么去合成呢?当时提出了至少这样四种方案;但是由于技术和试剂方面的限制,只有方案一比较有希望。即:先分别合成A链和B链,再把A、B链通过二硫键接起来(重组)。

肽链的合成,在当时已经有过先例了。1952年,美国人合成了含有九个多肽的催产素,二年后就获得诺贝尔奖;1958年,又有人合成了十三肽的促黑激素。所以胰岛素合成的关键问题,就是合成的A链和B链能不能连起来,成为有活性的天然胰岛素分子。

上海生化所的邹承鲁小组担任了解决这个关键问题的任务。邹承鲁先生当年35岁,他组里所有的成员都比他年轻,有些还是大学刚刚毕业的。他们做的“胰岛素拆合”工作,就是把二硫键还原,拆开成两条分开的A链和B链,之后去寻找条件,看分开的A、B链能不能重新组合,成为天然的有活性的胰岛素。

“拆”跟“合”,听起来很简单,但其实实在是太困难了。因为胰岛素的A、B链重组的方式有无穷种。

我们设想一个理想的理论状态,就是在溶液里只有一条A链和一条B链,那么所有的半胱氨酸之间,形成二硫键的方式有15种。而真正的天然胰岛素只有左上角那一种,所以它的概率是1/15,也就是6.7%。

然而随着A、B链的数目在溶液中增加,两条链可以以不同比例与方式组合,二硫键可能的连接方式将呈现指数级的增长,也就是无穷种。但只有一种是天然胰岛素的结构,所以组合正确的概率是无穷分之一——相当于0。

然而一年多以后,邹承鲁小组居然找到了一组条件,使得他们从分开的A链和B链得到天然胰岛素的概率,从0.7%提高到1%,再提高到5%,最后竟然到了10%,可以说重组取得了成功。他们圆满地完成了任务,确定了方案一作为胰岛素的合成路线,开始了人工全合成胰岛素的攻关。

但当时出于对德国和美国科学家同类工作的保密,邹承鲁小组的工作并没有在国际上发表。1960年,《自然》杂志上发表了加拿大科学家类似的工作,但产率只有1%-2%,所以中国人的这个工作在国际上是领先的。

经过7年多的辛勤奋战,1966年,中国科学家人工全合成了具有全部生物活性的结晶牛胰岛素,右上角是合成的牛胰岛素的结晶;右下角是通过小白鼠惊厥测定胰岛素的活性。《人民日报》报道了这项工作。

在理论上几乎得不到的情况下,为什么邹承鲁小组能够得到相当高产率的天然胰岛素呢?

当时他们总结的原因是,“在所有可能的重氧化产物当中,胰岛素结构还是一种比较稳定的结构,甚至在各种AB异构物之中,还是最稳定的结构之一。”这个时候,他们就已经认识到了天然结构是最稳定的。

现在我必须跟大家谈一谈,同一时期美国科学家Anfinsen的“牛胰核糖核酸酶的变性和复性实验”。核糖核酸酶是一个酶蛋白,它只有一条链;但是它有八个半胱氨酸,所以形成了四对二硫键。加了还原剂和变性剂,这个分子就还原变性成一个伸展的链,失去了活性。Anfinsen把变性剂和还原剂去掉,看这一条链能不能重新折叠起来、氧化复性成为原来的分子结构。

Anfinsen最后找到了一个条件,得到了差不多有80%非常高产率的核糖核酸酶。他后来得出的结论是,多肽链氨基酸的序列已经含有了其三维结构的全部信息,也就是我们平常讲的“蛋白质一级结构决定高级结构”。他于1972年获得诺贝尔化学奖。

来对比一下中国科学家跟美国科学家面对的问题。时间上,都是在上世纪五六十年代。他们处理的问题,也都是多肽链中二硫键正确形成的问题:一个是变性和复性的实验,一个是拆开和重组的实验,非常相似。

美国人做的是牛胰核糖核酸酶(上图右侧),只是一条链,探究的是4对链内的二硫键。这个情况下,所有可能形成的搭配方式是105种,其中二硫键正确的核糖核酸酶只有一种,所以成功的概率是1/105,就是0.95%。

而中国科学家面对的问题是两条链的胰岛素(上图左侧)。它虽然只有6个半胱氨酸,但是由于两条链可以以不同的比例、不同的方式来组合,因此获得天然胰岛素的概率是无穷分之一,是0。所以中国科学家面对的问题实际上更加复杂。

Anfinsen在生命科学发展的那个阶段,是兴趣使然、自由探索。所以他在黑暗当中,一步一步地朝着前面出现的小亮点前进。最后看到了一扇亮灯的窗户,到了这扇窗户跟前,并最终推开了它,向人们展示了一个蛋白质科学中,崭新的蛋白质折叠的世界。而且他指出了,“天然蛋白质的结构是在生理条件下热力学上最稳定的结构”。

中国的科学家在那特定的社会条件下,是任务导向。其实他们在执行任务的过程当中,也必然会看到这扇窗户,到达这扇窗户前。然而,由于任务的催促和灾难性的文革的种种干扰,他们被带离了这扇窗户,没有机会去捅破那一层窗户纸。

一直到改革开放,郭老宣布科学的春天到来了,A、B链重组成功的基础理论研究才在中国科学院生物物理所扬帆起航。我本人也非常有幸参与了这项研究。

这就是我今天要给大家讲的,胰岛素合成背后的蛋白质折叠的故事。谢谢大家。

演讲嘉宾王志珍:《人工合成胰岛素中,一个少为人知的科学故事》

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!

|· 本文来自“我是科学家”·|

4月27日“我是科学家”将举办第十期演讲活动《对谣言说“不”》

本期演讲嘉宾

何丽

中国疾病预防控制中心营养与健康所研究员

生酮饮食减肥?碱性食物养生?

……别再被这些营养谣言骗了!

何丽采访视频:

俗话说,民以食为天。又说,开门七件事,柴米油盐酱醋茶。

若吃不对,问题也大。

“在导致慢病的危险因素当中,‘膳食因素’非常重要,不健康的生活方式,尤其是膳食不均衡,是慢病的主要促进因素。”

说这话的人,叫何丽,是中国疾病预防控制中心营养与健康所研究员。大学毕业后,她从事了7年临床工作,然后是23年的营养科研。“最近几年我的研究方向主要集中在营养和慢性非传染病的预防和控制,主要研究骨质疏松、糖尿病、高血压、肥胖跟营养的关系。”

饮食,平衡才是可取之法。图片来源:图虫创意

“平衡膳食”是她和同事希望宣传的观点。可有时候,真相跑不过谣言。“尤其是,一些慢性病人,他想健康起来,想活得更久一点,就会盲目地相信网络上一些‘貌似很关心你,给你一些知识但实际上是谣言’的东西,但实际上,对疾病的愈后起到一个不好的作用。”

“比如,‘生酮饮食’在最近几年特别火——我们中国人现在超重和肥胖的比例已经达到42%,人们想健康长寿,需要控制体重。”在这种形势下,“号称低碳水、可以控制体重”的生酮饮食概念就迎合了很多人的需求,也成为一些商人的敛财工具。

但在何丽看来,“生酮饮食”这种做法不但无助于健康,反而会带来很大的健康隐患。

“生酮饮食”指的是一种比较极端的高脂、低碳水化合物饮食。图片来源:Pixabay

“生酮饮食,说白了就是:你的一日三餐当中,提供能量的不是碳水化合物为主,而是用脂肪和蛋白质来供能,那在这个供能的过程中可能会造成你身体内的酮体增加,通过酮体的分解来供能,进而也会造成尿酮体增加,长此以往,对人体还是存在一定的副作用的——因为,现在没有任何的流行病学证据表明‘生酮饮食’可以起到长期控制体重、长期降低慢性病比如糖尿病、高血压的患病率或者死亡率。”

最近十多年,除了科研工作,何丽花了很多业余时间投入到科普。把一些晦涩难懂的知识,翻译成老百姓爱听的白话,说给大家听,写给大家看。

“我觉得,最重要的就是要抵制这些谣言,不听不看不传,更不要去相信,如果我们的健康素养都提高了,不信这些东西,用科学的健康素养来武装自己,指导自己的健康生活,生命的结局也会是不一样的。”

4月27日,欢迎来77剧场,听中国疾病预防控制中心营养与健康所研究员何丽老师分享更多关于营养的话题,以及如何破解营养和食物方面的谣言。

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《复联4》告诉我们,超级英雄可能比反派角色更暴力?

|· 本文来自“我是科学家”·|

提示:本文全篇无剧透,请各位读者放心阅读

广大影迷们期待已久的《复仇者联盟4》终于在今天凌晨重装上映了!这场“终局之战”将是漫威宇宙“无限传奇”(The Infinity Saga)的终结篇,也将揭开漫威电影宇宙的新篇章。这部电影的关注度也可谓空前火爆,甚至于各大影院的预售票早早就被抢购一空。

《复联4》创下中国影史映前总预售新纪录,不知各位朋友们有没有抢(剁手)到梦寐以求的首映预售票呢?@电影票房BAR

作为电影市场上广受欢迎的卖座的电影类型之一,超级英雄电影无疑为大家的业余生活添上了浓墨重彩的一笔。

每当看到身着高科技装备或帅气披风的英雄们各展其能,驾轻就熟地使用他们的超能力猛击黑势力,拯救弱小可怜又无助的世人时,观众们就会忍不住大呼过瘾,仿佛切身感受到从荧幕上传来的“正能量”。

你感受到绿巨人的愤怒了吗?来源:《复仇者联盟1》

各种反派角色似乎总爱制造危机和搞破坏,有时让大家看得咬牙切齿,希望他们快点被英雄们打败然后从屏幕里消失。

然而,最新的一项研究表明,电影中的超级英雄在制裁反派角色时,往往使用了比反派角色更多的暴力手段,而影视作品中大量的“以暴制暴”场面,还可能会对年轻观众们产生负面影响[1-3]

超级英雄更暴力?

美国儿科会(AAP)2018年在全国会议与展览上发表的一项研究表明显示,我们眼中的“好英雄”们,可能比反派角色更暴力[2]

研究人员分析了2015年和2016年上映的10部超级英雄电影。他们将主要角色分为主角(好人)和反派(坏人),并使用标准化的工具来统计电影中所描述的具体行为和暴力类型。

电影中的主角(右)和反派(左) 图片来源:item.btime.com

结果令人感到惊讶。电影中的主角平均每小时发生的暴力行为高达23次。而与之相对的是,反派角色平均每小时的暴力行为仅有18次。研究人员还发现,电影中男性角色的暴力行为几乎是女性角色的五倍(平均每小时34次),而女性角色平均每小时有7次暴力行为。

研究人员们按照常用暴力行为排序后发现,主角最常见的暴力行为是打斗(总共1021次),其次是使用致命武器(659次)、毁坏财产(199次)、谋杀(168次)和欺凌/恐吓/酷刑(144次)。

对反派来说,最常见的暴力行为是使用致命武器(总共604次)、打斗(599次)、欺凌/恐吓/酷刑(237次)、破坏财产(191次)和谋杀(93次)。因此,相比较于邪恶的反派势力,超级英雄们使用暴力的频率更高。并且男英雄相比较于女英雄而言通常“更暴力”。

相比较于反派,主角更频繁地使用暴力。图片来源:作者根据参考文献[1]绘制

为什么我们更爱看英雄施暴?

电影中暴力元素的加入不但使得视觉音效场面更加恢弘壮大,而且暴力本身具有的野性和征服特质也能让我们体会到其中的力量感。

不过,同样是施暴,我们对超级英雄的认同度却远远超过反派角色,这又是为何?

这也许是因为超级英雄们使用暴力往往是为了拯救处在弱小无力的平凡群众,有正当的理由。而我们在生活中也经常遇到一些无法解决的困难,也希望有这么一个“超级英雄”来帮助自己;或者是我们身边心爱的人需要我们充当“超级英雄”去保护和安慰他们。

这种从心底产生的拯救和被拯救的诉求,能够让我们对超级英雄主人公产生深刻的向往与认同感[4]

试问英雄救美谁不爱看?图片来源:marvel.com

儿童观看暴力影像需成人陪同引导

 对于成年人来说,看电影更多是“看热闹”,不会太当真。但儿童在观看影视节目时,可能会将自己代入其中,把自己想象成崇拜角色的模样,从而影响到道德观和价值观的形成[2]

儿童在观看超级英雄电影时,可能会将自己幻想为超级英雄。图片来源:JAREN WILKEY/BYU

当不具备完善心智心理的儿童和青少年频繁观看超级英雄通过暴力惩治罪犯的镜头后,很有可能会无法对暴力及其影响进行正确评价。这会对他们的心理发育产生不良影响。有些儿童甚至会开始模仿冒险和暴力行为,而这些行为可能会带来潜在的安全风险[5]

此外,不光是超级英雄电影,许多动画和漫画中也充斥着暴力和危险的场景,稍不注意就对儿童产生负面影响。如2013年就报道过类似事件:3名儿童(均小于10岁)在玩耍时模仿起《喜羊羊与灰太狼》动画剧情,做起了“绑架烤羊”游戏。一名年龄最大的儿童把其他两名儿童绑在一棵树上,用随身携带的打火机点燃树下竹叶,导致二人被火烧伤,造成悲剧[6]

图片来源:网易新闻

为了帮助抵消荧屏暴力场景可能对孩子们产生的负面影响,儿童心理研究专家约翰·穆勒建议:儿童应在家人的陪同下一起看含有类似场景的作品,并互相交流自己对电影的看法[1]

通过共同观影和通过积极地与孩子讨论暴力带来的后果,父母可以帮助孩子们形成批判性思维和内在规范的价值观,从而降孩子产生暴力行为的潜在风险。

而如果孩子在家长的陪同下观看暴力电影,家长却没有及时加以正确疏导,就会给孩子留下一种“父母默认了该类暴力行为可以发生”的潜在印象。而此前的也研究表明,受到这类默许的孩子们会表现出更多的攻击行为。

另外,各类含有暴力场景的媒体制作方也应该承担起自己相应的责任。对于那些传播对象主要为未成年人群体的,除应遵守音像制品制作传播的相关法律法规之外,还应遵守未成年人权益保护的相关法律法规。此外,健全完善的分级制度,让不同年龄段的人接受与其心智发展相对应的影像资料也是不错的方法。

令灭霸都畏惧三分的绯红女巫。来源:《复仇者联盟3》

虽然电影主角们使用暴力的初衷是期望阻止更多暴力事件的发生,但更多相对温和的手段(如谈判商议、真情感化)对于制止一些反派来说也同样行之有效。例如漫威女英雄之一的绯红女巫,就曾经受到朋友和对手的思想感化(和适当的批评教育),改邪归正后收获了爱情和新的生活。

最后想说的是,不论在影视作品里还是现实世界中,“以暴制暴”大多都是英雄们手中最后的底牌,而绝非唯一的解决方案。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Muller J, et al. (2018) Violence depicted in superhero-based films stratified by protagonist/antagonist and gender. (abstract)
  2. Bortz, K., & Swanson, W. S. (2018). Superheroes are more violent than villains. Infectious Diseases in Children, 31(12), 6-6.
  3. Martin, J. F. (2007). Children’s attitudes toward superheroes as a potential indicator of their moral understanding. Journal of Moral Education, 36(2), 239-250.
  4. 曾凤娟. (2017). 美国超级英雄电影中的精神呈现. 电影文学(19), 59-61.
  5. Simmons, B. J. ,Stalsworth, K. , & Wentzel, H. . (1999). Television violence and itseffects on young children. Early Childhood Education Journal, 26(3),149-153.
  6. 儿童模仿灰太狼烤羊烧伤同伴 家长起诉”喜羊羊”制片方http://news.163.com/13/0518/10/8V5C76MN00014JB5_all.html

作者名片

人造太阳“中国环流器2号”参观记

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昨天是4月22日,世界地球日。在这个特别的日子,我受邀来到位于成都的中核集团西南物理研究院,参观著名的“中国环流器2号”。据说这个装置的最大意义就是可以保护地球。为什么这么说?容我慢慢道来。

核聚变,顾名思义,就是要利用原子核聚变反应产生的能量。人类最早发现的核聚变反应是太阳内的核反应。最著名的人工核聚变反应就是氢弹爆炸。而这个研究院科研人员的目标,是把来自太阳的能量和蕴藏在氢弹中的巨大能量,缓慢、安全地释放出来。

这话说起来容易,实践起来谈何容易,太阳是一颗中等质量的恒星,质量相当于地球的N倍,其内部可以达到1500万度的高温和N个大气压的高压,所以能够产生可持续的核反应。而氢弹,其爆炸机理干脆就是用原子弹当引信利用原子弹核裂变反应产生的高温高压引发核原料产生聚变反应。

受控核聚变反应则是用惯性或者是磁约束的方式将核聚变材料聚合在一起,使之发生人类可以控制的、安全的、缓慢的核反应。并且,从中获得的热量可以转化为机械能,进而转化为电能。以替代目前广为使用的化石能源。

由于受控核聚变装置的基本物理原理与太阳内部核反应的机理相仿,所以这种装置被形象地称为“人造太阳”。

作为科普作家与科普展览策展人,我受国资委新闻中心邀请,考察高科技国企,看看哪些技术可转化为科技馆展览展品。

核能、核动力与人类未来,是我此行考察的重点。海报中间那个人是我。

我正在策划着一个以丝绸之路主题的科普展览,也希望在这些高科技企业中获得灵感。

作为一个科技爱好者,我当然听说过“受控核聚变发电,永远的50年后”的魔咒。这个魔咒说的是,自20世纪50年代受控核聚变原理提出以来,每逢有媒体问到相关专家何时才能实现发电时,专家总说50年后,一个10年又一个10年过去了,直到20世纪末答案仍是这样。

为何会出现受控核聚变发电“永远的五十年后”魔咒?如何打破这个魔咒?

带着这个问题,我请教了研究院的刘院长。他诚恳地说,的确有这个问题,受控核聚变太难了。

研究过程中遇到会遇到许多预想不到的困难,充满不确定性,但挑战与机遇并存。在遇到预想不到的困难的同时,往往也会出现预想不到的发现与进展,这也是研究的乐趣所在,现在看来经过全世界几代研究者的不懈努力,看到受控核聚变发电的前景,不会再用50年了,也许再用30年就可以实现了。现在各国已经联合起来进行技术突破——2006年,中国,欧盟,印度,日本,韩国,俄罗斯和美国七方,正式联合实施国际热核聚变实验堆(ITER)计划,该计划是世界上仅次于国际空间站的又一个大科学工程。ITER托卡马克装置的体积接近天坛祈年殿的尺寸,高30米,直径28米,重达1万吨。

核聚变这么难,但是它的好处也是显而易见的,比如安全性高,废料处理,成本低,原料容易获得等等。核聚变的燃料,氢的同位素氘在海水中储量极为丰富,从一升海水中提出的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300升汽油的能量。氘氚反应的产物没有放射性。核聚变反应堆也不会产生污染环境的硫、氮氧化物,更不会释放温室效应气体,而且核聚变反应堆只要停电,就自动停止运行。可以说它是一种无污染,无核废料,资源近乎无限的理想能源。受控核聚变发电的实现将从根本上解决人类的能源问题。

从20世纪40年代末开始,世界各科技强国就开发了多种方式,研究核聚变等离子体的约束方法,研究经费投入每年都超过10亿美元。在这个过程中,人们对实现可控核聚变难度的认识也逐步加深,从20世纪70年代开始,托卡马克这种途径逐渐显出其独特的优越性,并在80年代,成为受控核聚变研究的主流途径。

托卡马克是tokamak的俄文缩写,是指环形磁约束受控核聚变实验装置,所以中文又称环流器,它是由一个环形封闭磁场组成的磁笼子,高温高压的等离子体就被约束在这个磁场构成的无形笼子里,这个磁笼的外形很像一个中空的救生圈,等离子体环中能产生一个很大的环电流。经过近半个世纪的努力,托卡马克已经显示出光明的前景,等离子体约束获得明显效果,温度达到上亿度。而产生核聚变能量的科学可行性已经被证实了,但是相关的成果都是以短脉冲的形式产生的,与实际反应堆连续运行还有很大的距离,而且核聚变反应能否自持仍然需要实验验证,所谓自持就是它发出的能量,可以供应它自身运行所需的能量。

我问刘院长的第二个问题是,我看到有些文章写到,托卡马克研究进展这么慢,原因在于有可能它并不是最优的受控核聚变装置构型,也许现在各国都对托卡马克产生了技术的路径依赖,而真正适合受控核聚变的技术构型人类还没有探索出来。

对此,刘院长回答说,的确有这种可能,而且包括中国在内的研究核聚变的主要国家也的确都在分出一部分精力在研究其他构型的核聚变装置。目前仅次于托卡马克的装置叫做仿星器。德国就用一半的核聚变研究经费来研究仿星器构型,这种装置相当于托卡马克的升级版。不过国际学术界公认的是,虽然托卡马克进展没有那么快,但仍是目前最有希望成功的可控核聚变装置。

聊了这么多背景知识,终于到了期待已久的实地参观环节了。没想到核聚变装置及其控制室,与会议室在同一座大楼内。并不像有些科幻片所描述的那样,会藏在深深的地下或坚固的堡垒中。首先看到的是控制室,它与小型的航天发射场控制室没有太大区别。工作人员坐席面前都有一台电脑屏幕和鼠标键盘。再往前是一整面屏幕墙,中间可以播放核聚变装置的运行图像,两侧分屏可以显示各种数据参数。

从控制室出来,穿过一个带有螺旋形楼梯的小隔间,通过一道薄薄的木门,就是容纳“中国环流器2号”的“车间”了。

看到这台机器第一感觉是大,第二感觉是乱,说它大是因为它有两层楼那么高,占地面积上百平方米。说它乱,是因为各种管路,线圈,电线,机柜围绕在它周围,充满了复杂的技术细节。

就是这台机器,代表了人类驯服太阳力量的尝试。

研究院贴心地安排了熟知环流器原理的研究生和工作人员,充当“导游”,为我们讲解并现场回答问题。

但此时我的大脑是懵的。我早就看过环流器的图片,也在电视上看过关于它的新闻,今天真正站到它面前,可以说近在咫尺,一时却无法体会它的意义,更无从理解它的原理。

从能源史的角度看,面对它,相当于我们面对猿人升起的第一堆火、工业革命初期的第一台燃煤锅炉、19世纪的第一口油井……这种类比恐怕还不恰当,可能受控核聚变装置的科技史意义要更为独特。上述能源都是地质年代以来贮存在地壳中的,被植物光合作用凝固的太阳核聚变能。而环流器,则希望跨过那些中间环节,直奔主题。

而且,上述原始的动力源都没有超出人的日常经验,其机理一望便知。但环流器,根本让人无从把握。

我想起赫鲁晓夫在回忆录里写到他第一次看到苏联运载火箭时的感受,“我们这些人像傻子一样,这里看看,那里摸摸,差点就用舌头去舔一舔火箭外壳的味道了”。此时,我感觉自己比赫鲁晓夫还要无助。

我只能碎片式的接受:有的装置是探测核聚变释放出中子的,有的是测量磁场的,有的是为核聚变供电的,有的是进行磁场控制的。

毕竟受控核聚变不是一个独立的专业,而是一个高度综合的学科。搞激光的,有搞阀门的,有搞等离子体物理的,有搞材料的,电控的,计算机的,等等等等,太多了……没有任何一个人能掌握关于它的所有知识。而这个研究院号称总师单位,是专门负责系统集成的。核聚变研究也是一个国家科技实力,工业实力的象征。没有一定水平,是搞不了这个的。

我只能零星引用一些它的参数,供读者了解中国环流器2号的规模。

首先它的产生的磁场比地磁场强1万倍。

其次,它产生的等离子体威力有多强?他们曾经做过等离子体导出实验:直径10厘米、厚两厘米的铜圆盘,被等离子体击中,不到一秒钟就消失了。并不是被气化了,而且是铜盘被等离子化了。

另外,上千万度乃至一亿度的等离子体温度是计算出来的,而不是测量出来的。因为没有仪器可以测量这样的高温。

普通的燃煤锅炉运行一段时间后,需要熄火打扫炉膛,清除里面的废渣。这台燃烧核聚变燃料的“锅炉”也是这样。科研人员会用辉光放电“打扫”真空室内部。清除里面的杂质。

温度那么高的等离子体在运行,所有物体固态物质不是都被气化了吗?怎么还会有固体杂质呢?其实等离子体的核心温度有上千万度乃至上亿度,但是边缘温度会被控制得很低,只有上千度。否则真空腔内壁也会被熔化。内壁是碳结构,碳耐高温,但活性炭也善于吸附杂质,所以会有等离子体与内壁作用生成的杂质附着在上面,影响实验精度,需要清除。要知道,一丁点杂质就会产生雪崩效应,使得等离子体形态与运动方式发生剧烈变化,结果就是高速粒子轰击到内壁,破坏真空腔。

这么复杂的装置,一定做过很多次核聚变实验吧?

是的,从2003年至2019年,该装置共放电33,000次。听起来很多。但每次放电平均时长只有两秒钟。所以,16年来实验总时长还不到24小时(86,400秒)。真正的发电厂可是要24小时不间断运行的。

但就是这区区两秒钟实验,每次就得花10万人民币的经费。

这样简单算下来,十六年来的实验经费大概是33亿元。而ITER立项时预估的成本是100亿欧元。

参观时,该装置自然没有运行,所以我好奇地问工作人员,装置运行时的感官体验是什么样的?

他说,从视觉上来看,只能用摄像头对准真空腔上开的玻璃小窗口,从屏幕上看到里面的情况——红色的火焰——并不感觉温度有多高。

至于振动?并没有。但由于实验时磁场启动,而且等离子体高速运行时也会产生电磁场,所以这些金属设备里面会产生涡电流,被这些磁场吸引,金属会产生巨大的扭力,但这些力肉眼是看不到的。因此核聚变装置对于材料学的要求是非常高的。

至于听觉嘛,根本听不到任何声音。因为等离子体的密度实在太低了,有多低呢?相当于我们周围空气密度的10的-10次方分之一,也就是100亿分之一。这么低密度的等离子体是无法传递人耳可辨别的声音的。

所以让我们设想一下这个装置启动时的样子:只有一个小窗透出微弱的闪动的红色火光,四周静悄悄的,只有电机的声音和一些电气设备风扇的嗡嗡声。但你若懂它的工作原理,你会知道所有的金属都在绞着劲儿,紧绷着,抵抗着巨大的磁力。正是这磁力约束着高温的、产生核聚变反应的等离子体。

讲解的小伙子是核西物院的博士生,我们可以把他和他的同事、老师看作是未来的普罗米修斯——把恒星之火平安带到地球的人。

这个环境里蕴含的信息量太大,普通人脑是无法在这么短时间记住这么多东西的。人的思维和体力都有极限。余生也有涯,而知也无涯。但正是这种存在极限的人联合起来,可以完成这样巨大的科学工程,其复杂程度超出了任何人类个体的认识能力。

我们只在这里停留半天,匆匆过客。研究院的科研人员从博士毕业算起,至少要在这里工作三十年,还不一定看到可控核聚变商用发电成功的结果。在中国环流器2号面前,我们是小过客,他们是大过客。在已经靠核聚变燃烧了五十亿年的太阳面前,人类更是匆匆过客。

但人类可以代代接力,“子子孙孙无穷匮也”,把天火永远留在大地上。

研究院的那些老员工也的确是这样想,也是这样做的。他们相信,这是一项对全人类都有益的事业,而且科学研究的过程不断有新的发现,充满乐趣。他们甘愿把自己的韶华抛洒在这个貌似看不到成功曙光的崇高事业上。

自古以来,试图靠近太阳的人好像结局都不是很美妙:夸父逐日,最后饥渴而死;伊卡洛斯和代达罗斯飞向太阳,用蜡粘合的翅膀却被阳光熔化,坠海而死。但他们的英名都永传后世,成为人们追求希望、力图掌控技术的象征。

奥斯特洛夫斯基有句名言:“一个人的一生应该这样度过,当他回首往事的时候,不会因为碌碌无为而羞愧,也不会因为虚度光阴而悔恨,这样,在临死的时候,他能够说,我的整个生命和全部精力都已献给世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。”

为人类寻求永不枯竭的清洁、安全能源,不就是人类的解放而斗争吗?这时我理解了,为什么那些老专家谈到可控核聚变的研究事业是长跑,是接力跑,而不是短跑。这需要一代又一代有志于此的人接力奋斗。

从这个意义上来说,虽然目前这些围绕在人造太阳周围的科学家仍默默无闻,有的还奉献了全部青春,但是当人造太阳实现应用的那一刻,他们的英名将永远载入科技历史的殿堂中,与夸父和代达罗斯并列。

最后,回到我作为策展人的本行,这个装置核能如何体现丝绸之路精神?仅是这个研究院,每年都有100多人次赴美、日、欧进行学术交流。该院的学术水平,已经从在国际上跟跑、并跑,逐渐向领跑过渡,在某些方面已经达到国际领先地位。显然,没有国际合作、单靠一个国家单打独斗,形不成合力,受控核聚变发电的实现还要推迟很多年。只有秉承“开放包容、互学互鉴”的丝路精神,这一天才能早日到来。

注:以上记录仅凭个人记忆,可能存在记忆偏差及理解错误,文中出现的一切错误由本人负责。

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