从海盗号到好奇号:火星生命探索争论简史

    1976年7月的一天,午夜过后,在美国加州帕萨迪纳市一个闷热的房间里,海盗号火星勘测计划(Viking Mars)的团队成员围坐在一台庞大的电脑显示器旁边,紧张地等待着世界上第一台成功发射的火星勘测着陆器传来首批数据。这是有史以来第一台专门设计来探测生命的火星着陆器。接下来几个星期里,海盗号的首批生命探测实验传回了令人震惊的结果。这些数据清楚地显示,当有机化合物添加到火星土壤中时会释放出二氧化碳,而不是混合物被超高温加热的时候。这是生命存在的迹象,而且与发生在地球上的实验结果相同。当把水添加到火星土壤中时,还会释放出氧气,就像在地球上一样。这台远离地球的探测器,在头两个实验中就发现了生命可能存在的迹象。第三个实验是加热土壤,就像在烤箱里加热食物一样,实验结果有好有坏。

  随着第四个实验的矛盾数据传回,争议变得越来越大。宣称火星上存在生命将具有前所未有的意义。如果这些数据错了,相信没有一名团队成员能够接受。然而,世界上大多数人并不知道,在海盗号着陆器的4个实验中,有3个实验的结果可以被解读为阳性的微生物检测结果,与地球上被检测数千次的结果一样。研究者帕特里夏·斯特拉特(Patricia Straat)对另一位任务参与者吉尔·莱文(Gil Levin)说:“那就是生命!”

火星上是否存在微生物生命依然是一个谜火星上是否存在微生物生命依然是一个谜
 

  第四个实验采用了一台气相色谱仪——与詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock,英国独立科学家、环保主义者和未来学家)使用的是同类仪器——和一台质谱仪,用来精密测量分子的大小。结果发现,火星上不仅没有生命,而且完全没有发现有机物的存在。这是个令人震惊的结果,因为宇宙空间中到处都有有机物,从小行星、彗星、陨石到星际尘埃。不仅如此,该实验还指出,火星表面是有毒的,或者说能杀灭微生物。海盗号任务的科学家产生了激烈的争论,而美国航空航天局(NASA)最终决定以谨慎的方式进行解释。他们的结论是,由于火星土壤中含有的强氧化剂,使火星表面能“自我消毒”,并且使其呈现出红色。海盗号发现了一个荒凉而狂风大作的红色星球,上面布满了陨石坑,像月球一样寒冷和死寂。

  少数参与任务的科学家反对这一结论,他们认为第四个实验只是失败了而已,在地球上也经常出现这种情况。包括吉尔·莱文在内的一群活跃人士,不断写信和演讲,敦促NASA公布全部的海盗号数据。在2016年NASA庆祝该任务40周年的活动上,莱文重申了这一呼吁。他预测好奇号(Curiosity)火星车会找到更复杂的有机物,事实也确实如此。当看到好奇号探测到甲烷爆发时,莱文指出,甲烷的消失发生得太快了,不可能是紫外辐射引起,“这种消失可能是由甲烷氧化菌引起的,它们能利用甲烷,并形成一个完美的小型生态循环。”

火星地表遍布沙丘和砾石,没有稳定的液态水火星地表遍布沙丘和砾石,没有稳定的液态水
 

  其他火星探测器也给出了矛盾的结果。NASA在21世纪初开始了机遇号(Opportunity)和勇气号(Spirit)火星车任务,这两个探测器传回的报告令世界各地数以百万计的人感到兴奋。不过,两辆火星车都是由地质学家设计和建造,与生物学家无关。2008年,凤凰号(Phoenix)着陆器第一次传回了火星上有水存在的证据。该探测器的相机捕捉到了水滴在寒冷的钢制着陆脚架上凝结的清晰画面。模拟结果给出了两种可能,一是被风吹过来的高氯酸钙颗粒周围有水凝结,这种盐型矿物具有能从大气中撷取水分的特性;二是探测器登陆时搅动了火星表面下的脏冰,水冰在脚架上融化并形成水滴。参与该任务的密歇根大学科学家尼尔顿·伦诺(Nilton Renno)说,关键在于,“在地球上,有液态水存在的地方,就会有微生物生命”。地球上这样的盐水中也的确有微生物存在。

  略显矛盾的是,寻找火星生命证据最好的地方其实是地球。在冰冻的南极大陆上行走,你有时会发现一些小石头,而它们正是来自火星的陨石。事实上,每年有大约4.5千克的火星陨石落在地球上。如果有巨大的陨石撞击火星,火星的部分岩石碎块就会摆脱重力束缚,被抛向太空。作为这颗红色星球最近的邻居,地球的引力会捕获其中一些石块,而它们在荒凉并且覆盖冰雪的南极大陆最容易被发现。对这些陨石的化学分析显示,它们的冲击玻璃(冲击试验产生的熔体凝聚物)含有与火星大气层相同的气体组合——与许多火星探测器的结果一致,因此可以认定确实来自火星。

  1996年,NASA研究者戴夫·麦凯(Dave McKay)及其团队宣称,一颗在南极发现的陨石——艾伦丘陵陨石84001(缩写为ALH 84001)——上存在微生物的化石证据。这块陨石是1984年12月27日由美国南极陨石搜寻计划(Antarctic Search for Meteorites,ANSMET)小组在南极洲艾伦丘陵发现的。今天很多人觉得这不大可能,但很久以前,的确有大量的水曾流入火星的河流和海洋,这些液体的矿物质遗迹在火星表面上清晰可见——洪泛平原、冲积盆地,甚至还有很早之前就干涸的U字形河道。早在1877年,意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利(Giovanni Schiaparelli)就通过早期望远镜观察到了火星上的巨大裂谷,并称其为“canali”,在意大利语中是“水道”的意思,不过这个词在翻译成英语时被错误翻译为“canals”,即人工开凿的运河。19世纪末到20世纪初时,美国亚利桑那州的帕西瓦尔·罗威尔(Percival Lowell)认为他观察到了火星上有随季节变化的河流和植被。实际上,这可能是许多探测器在火星峡谷中拍摄到的清晨薄雾。以罗威尔的说法为依据,“泰山”(Tarzan)系列作品的作者埃德加·赖斯·巴勒斯(Edgar Rice Burroughs)在20世纪20到30年代创作了一个怪异的科幻小说系列——《火星公主》(A Princess of Mars),点燃了几代美国青少年的冒险激情。罗威尔看到的是望远镜里的裂纹,而巴勒斯看到的,则是公众轻信火星故事所带来的巨大财富(他曾经为了一位好莱坞女演员而与妻子离婚)。

  后来的NASA探测器获得了令人感到挫败的结果。20世纪60年代的水手号探测器强烈地揭示出,火星稀薄而寒冷的大气层不允许纯液态水的存在,尽管最后一个轨道探测器清晰地拍摄到古代河床和海洋的遗迹。

  2010年,亚利桑那大学一位研究火星轨道探测器所拍摄图像的本科生发现,火星的山脊顶部会间歇性出现深色平行条纹,就像季节性流水一样。这位名为Lujendra Ojha的学生是在高分辨率成像科学设备(high-resolution imaging science experiment,缩写为HiRISE)拍摄的图像中注意到这一奇怪现象的。深色细流在几十个地点都有出现。真是令人兴奋!Ojha将HiRISE的观测结果与火星的矿物地图进行了比较。光谱仪在好几个地方都观测到了水合盐,但只有在深色条纹出现并变宽的情况下。利用轨道探测器的小型勘测成像光谱仪,Ojha和研究团队对这些条纹反射的光线进行分析,检测到其中有痕量的高氯酸钠或高氯酸镁。火星的液态水中含有天然的盐水防冻剂。

很久以前,的确有大量的水曾流入火星的河流和海洋,这些液体的矿物质遗迹在火星表面上清晰可见——洪泛平原、冲积盆地,甚至还有很早之前就干涸的U字形河道。  很久以前,的确有大量的水曾流入火星的河流和海洋,这些液体的矿物质遗迹在火星表面上清晰可见——洪泛平原、冲积盆地,甚至还有很早之前就干涸的U字形河道。
 

  想象一颗有着间歇性水流,气候干燥,同时又具有太阳系中最大型火山的行星,是不是很酷?行星上的大型湖泊含有与北冰洋相当的水量,奔腾的河流注入这些湖泊,大量的沉积物在河口形成了冲积三角洲。这就是早期的火星。再想象一颗充满了硫磺气味,被酸性海洋覆盖,同时大气层充满有毒和高温温室气体的行星,那里既没有氧气,也没有抵挡辐射的臭氧层;彗星不断轰击这颗行星,接着它又撞上另一颗与火星大小差不多的行星,大量的岩石物质被抛到太空,形成一个巨大的卫星——引力足以在行星表面掀起数百米高的潮水。欢迎来到早期的地球。

  出于这样或那样的原因,NASA研究者史蒂芬·班讷(Steven Benner)等人提出,生命起源于火星,并通过喷出物的形式被带到地球。在NASA休斯顿太空中心的图书馆里,班讷从40年前获得的海盗号资料中找到了线索。他的发现带来了“巨大的困惑”。通过对古代微生物DNA的研究,并重新获得它们的基因和蛋白质,班讷希望将地球生命的起源与太阳系中生命的存在联系起来。在一系列论文中,他指出火星具有“温暖的气温和干湿循环”,可以使组成RNA的基础成分以“我们的化学形式”凝聚起来。

  问题在于,以往许多关于火星生命或火星上存在水的说法都是错误的。但是,许多古老的微生物的确也会在地球上一些冰冷、碱性的类似环境中繁衍生息。因此,许多研究者争相前往硫磺洞穴、勘察加半岛上含钼和硼酸盐的温泉,以及黄石国家公园和南极的盐水湖。他们所发现的只有困惑。

  NASA的克里斯·麦凯(Chris McKay)和珀涅罗珀·波士顿(Penelope Boston)就是两位在地球极端环境中搜寻微生物代谢和起源证据的研究者。作为一位前新墨西哥矿业及科技学院教授和两位马戏团训练师的女儿,珀涅罗珀·波士顿一开始是在北极研究微生物,后来将搜寻方向转向了地下深洞穴。来自加利福尼亚州的埃里森·莫瑞(Alison Murray)以在南极洲搜寻极端微生物而闻名。在好奇号火星车之后,突然之间,似乎所有人都对冰层之下的湖泊或平原,或偏僻的洞穴或矿坑中存活的生命起了兴趣。珀涅罗珀·波士顿曾经估计火星上存在微生物生命的可能性约为30%,现在她认为,这一可能性正在不断提高。她指出,如果这些微小的生命形式可以存在于极端恶劣的湖泊、洞穴或矿坑环境中,那火星的亚表面就可能存在微生物生命。

  在美国新墨西哥州的国家洞穴和喀斯特研究所,珀涅罗珀·波士顿一开始担任“洞穴和喀斯特研究项目”的负责人。该项目是为了火星而提出的,她希望借此建立起火星地下环境,并将一系列讨论综合在一起,以说明生命在火星上是很有可能存在的,从而赢得来自NASA的质疑。她取得了很大的成功,以至于NASA在2016年任命她为天体生物学研究所(位于加州的莫菲特场)的主管,为她研究自己所热爱的科学领域提供了便利的条件。

  来自内华达州沙漠研究所的生物化学家埃里森·莫瑞和路易斯安那州立大学的地球物理学家彼得·多兰(Peter Doran)合作对南极洲冰层下的盐水湖进行了研究,以了解那里的微生物,并获取古代气候的信息。他们在南极维达湖(Lake Vida)钻取了冰芯,从中发现了非常多样的古菌和细菌。“它们没有多少活动——大部分时间都在休眠,”莫瑞说道,“但它们就在那里。”盐水层下方的温度有所上升,但冰芯管采集了更深处的冰。

  莫瑞等人的发现使研究者将目光投向了美国西部。加州大学伯克利分校的生物学家吉尔·班菲尔德(Jill Banfield)对科罗拉多河及加州铁山(Iron Mountain)一处废弃矿场里的水体进行了研究。仅在一处存放矿场废料的地点,她就发现了好几个新的细菌门类。关键在于,这些此前不为人知的奇特微生物需要依赖其他生物体的群落才能生存。这一结果帮助解释了为什么只有极少的细菌能在实验室中培养。在科罗拉多河附近一处较浅的含水层中,班菲尔德的团队采用了一种寻找生命的新技术,并发现了数十个新的细菌门类,从而改写了生命树。他们将789种生物划分到35个门,其中28个是新发现的,都属于细菌界。分类的依据是生物体的演化史和它们的16S rRNA基因的相似性;那些至少有75%的编码相同的生物被归为同一门。研究团队在每个季节和每个水层中都发现了差异巨大的共生物种。

  2016年秋季,班菲尔德的团队在科罗拉多河的一个含水层中发现了新的细菌群,使地球上已知细菌群的数量翻了一番。这一来自地下的发现再一次改写了生命树。班菲尔德还对婴儿肠道中的微生物群落进行了研究。她的工作,以及其他研究者对黄石公园、智利的阿塔卡马沙漠、科罗拉多州和加利福尼亚州的废弃矿场,甚至海豚口腔内的微生物研究,都汇总在《自然-微生物学》(Nature Microbiology)期刊发表的“生命树”中;过去15年中,科学家新发现了大约一千个此前未知的物种。班菲尔德的发现带来的另一个惊喜是,新细菌的多样性有将近一半来自一个以往认为只能共生的细菌群。

  紧接着,诺拉·诺夫克(Nora Noffke)又点燃了研究者寻找火星生命的热情。

  在弗吉尼亚州诺福克的炎热夏天里,老道明大学的诺拉·诺夫克对好奇号火星车拍摄的盖尔撞击坑图片展开了研究。她是“微生物诱导沉积结构”(microbially induced sedimentary structures,缩写为MISS)领域的权威,而这一术语正是她的创造,用来描述咸水浅滩中微生物席在岩石上留下的结构。许多人都很熟悉古代微生物遗留物质沉积而成叠层石,但很少有人了解潮汐性微生物席的重要性。在长达30年的职业生涯里,诺夫克走遍了5个大陆,研究并归类了超过12种典型的微生物席形状,有的卷起,有的起皱,还有的呈波状结构。形似土堆的叠层石在澳大利亚、夏威夷和加勒比地区的海边已经成为游客观赏的景观。诺夫克发现,在澳大利亚偏远的内陆地区也存在着微生物诱导沉积结构,而这些结构被视为地球最古老的生命证据之一。

  2014年夏天,NASA邀请诺夫克在一场会议上做了演讲,而该会议的主要目的是为2020年的火星车选择着陆地点。诺夫克发言称,如果早期地球和火星是相似的,那么或许火星上会保存一些微生物诱导的沉积物。与会者中就有加州理工学院的地球化学家肯·法利(Ken Farley),他的团队刚刚发表了一篇论文,描述了好奇号在火星的Sheepbed构造中发现的古老泥土结构——当时好奇号正在前往夏普山(Mount Sharp)22公里的路途中。会议之后,法利给诺夫克发送了图片,并询问了她的想法。在研究了这些拍摄于第126火星日(好奇号位于Sheepbed构造的那一天)的图片之后,诺夫克的心脏剧烈跳动起来。这些图片看着非常眼熟。她了解那种到处都能看到微生物结构的危险倾向,于是她想,“我先提交一篇假设性的文章,看看人们怎么说”。

  2015年1月,当诺夫克发表了一篇指出火星存在微生物生命迹象的论文时,好奇号团队的反应十分强烈。一位科学家称,诺夫克就好像是在看“天空中的云”。他们还建立了一个网站来反驳诺夫克的观点。

  2014年的甲烷爆发也可能只是来自好奇号的污染。不过,甲烷也是古菌等微生物所产生的标志性气体。到了2015年,火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)观测到盖尔撞击坑附近斜坡上存在着流动盐水,高氯酸盐的存在使其能在低于冰点的温度下保持液态。

  争议在不断升级。好奇号团队称,诺夫克的地质学认识存在错误。诺夫克回应称:“它现在是一个受侵蚀的山坡,但曾经是一个湖泊,有着完全不同的古环境。他们说那是一条辫状河,这是不准确的。这是一个由缓慢而曲折的河流系统塑造而成的山坡。在地球上,你在这样的地方就能找到微生物席!”

  唯一能解决这一争论的方法是把人送到火星上。最大的问题是携带足够的燃料,使他们能在火星表面起飞并返回地球。出于这一考虑,第一步很可能是先把人送到火星轨道上,正如行星学会(Planetary Society,目前的主席是比尔·奈)所提议的那样。再往前看,NASA正计划最早于2030年代将人类送上火星,欧洲和俄罗斯的火星探测计划“ExoMars”则计划在2020年登陆火星,将选择在一处湖床作为着陆地点。

  更多关于盖尔撞击坑盆地中有古代微生物活动的证据来自俄勒冈大学,地质学家格雷戈里·勒塔拉克(Greg Retallack)指出,该地区土壤中高含量的硫酸盐只能是厌氧细菌在缺氧环境下的产物。在发表于《地质学》(Geology)杂志的文章中,勒塔拉克写道,在好奇号拍摄的图片中看到的一些“水泡结构”,与地球微生物在雨后产生的水泡类似。对诺夫克而言,与大型科学项目打交道的经历和公众对外星生命的迷恋令她深感挫败。她的论文只是一种假说,而不是完整的论证或主张,但好奇号团队的反应让她感到吃惊。不过,好奇号团队接下来要做的,是确定一个新的行程,在相同的季节回到第一次观测到甲烷爆发的地点。这或许表明,最重要的一点是,这项研究已经有了越来越广泛的公众基础,有越来越多人开始关注。

  因此,当欧洲空间局的Schiaparelli探测器在2016年秋天到达火星轨道,准备降落在火星表面时,众多研究者和爱好者都激动不已。2016年10月19日,在轨道母单元的操纵下,Schiaparelli探测器开始向子午线高原(Meridiani Planum)区域降落。探测器的降落伞在12千米高空处弹出,挡热板在7.8千米处打开,一切都按照计划进行。接着,探测器内部出现了一个导航计算错误,1秒钟的误差导致第二个降落伞过早发射,并提早触发制动推进器,使导航认为探测器已经到达地表。最终,Schiaparelli探测器狠狠地撞在火星表面,而碰撞产生的碎片还可以在NASA的火星勘测轨道探测器拍摄的图片上看到。

  试验的结果令人苦涩,但这毕竟只是一次试验。欧洲空间局并没有因此停住脚步,他们将在2020年的第二次ExoMars任务中重返火星。

原文:http://nautil.us/issue/57/communities/life-on-mars-from-viking-to-curiosity

人类和鲨鱼的血肉史

      鲨鱼是一类令人着迷的动物,从古至今,人们对鲨鱼的兴趣一直十分浓厚。不过,当我们向前追溯,寻找与鲨鱼有关的历史档案时,就会发现很多记录其实看起来没有多少科学性,而更多的是充满了血腥和贪欲。比如,我们会看到捕鲨用的鲨鱼枪,和被制成皮革的鲨鱼皮。

  更近的历史时期,《大白鲨》(Jaws)一书的作者向我们描述了鲨鱼作为可怕怪物的一面,这种误解令许多人对鲨鱼恐惧不已。随着技术发展,我们获得了许多在水下活动时保护自己免受鲨鱼攻击的方法,包括对鲨鱼无害的电子驱赶器,取代了鱼叉和猎枪。接下来,就让我们走进历史,回顾人类与鲨鱼的爱恨关系。

通过水下摄影了解鲨鱼(Understanding Through Underwater Photography),1917年秋通过水下摄影了解鲨鱼(Understanding Through Underwater Photography),1917年秋

  通过水下摄影了解鲨鱼

  鲨鱼身上笼罩着太多误解。在1917年一篇试图消除部分误解的文章中,它们还曾被优雅地称为“深海之狼”。当人们害怕某些东西的时候,那种恐惧有时会使他们无法看清真相,正如《美女与野兽》中发生的故事一样。就鲨鱼而言,真相依然会让人有点难以接受。例如,借助先进的水下摄影技术,我们现在知道,与当时流行的观点不同,鲨鱼在攻击时其实并不会翻身,从而能更容易地用它们“朝后的下颚”撕咬。如果你遭到攻击,这样的事实显然不会带来什么安慰。人类对鲨鱼也同样危险。这篇文章描述了一个能“大规模捕捉并杀死”鲨鱼的“聪明方法”:在船的一边装上几个旋转的轮子,每个轮子带着一个巨大的、装有诱饵的鱼钩,鱼钩与一条长长的绝缘电线相连。这篇文章中还给出了一位老太太与鲨鱼的合影,颇令人玩味。图片的说明文字写道:“奥托·耶格夫人在棕榈滩捕获的一条重达800磅(约合363公斤),长度超过12英尺(约合3.65米)的鲨鱼。它是用鱼竿和鱼线捕到的,但必须用大口径步枪将其击毙。”文章没有给出更多的背景材料。

鲨鱼皮革,1917年11月鲨鱼皮革,1917年11月

  鲨鱼皮革

  在面对鲨鱼这样富有价值的对手时,人类总是有一种自以为是的满足感。这一次,人们把战利品穿在了脚上,并用堪称“嗜血”的语言来描述鲨鱼皮:“我们现在可以高枕无忧地看着这些海中虎狼,通过降低我们的生活成本来赎清它们的罪恶。鲨鱼不再是我们难以和解的敌人。它是我们的奴仆,将为我们提供难以计数的数百万英尺的皮革。”为了把战利品变成可穿戴的皮革,新鲜的鲨鱼皮首先被放在盐水中浸泡8天,再用盐腌上3到5天,然后叠放在糖或面粉桶里。接下来是对它们进行鞣制,包括将它们浸泡在水中,用熟石灰和盐酸熟化,上油,着色,抛光,漂白,用脱脂牛奶揉搓,最后一步显然能使它们变得“非常柔软”。

巨大的鲨鱼牙齿,1937年5月巨大的鲨鱼牙齿,1937年5月

  巨大的鲨鱼牙齿

  在一张1937年的漫画中,绘画者表示巨齿鲨“可能是曾经存在过的最大生物”,其一副巨牙中间“有足够四人桥牌的空间”。由于巨齿鲨已经灭绝,因此它们永远没有机会对这样的揶揄提出抗议了。

鲨鱼——海洋中的水牛,1943年9月鲨鱼——海洋中的水牛,1943年9月

  鲨鱼——海洋中的水牛

  在战争期间,钓鲨鱼是一项获利颇丰的活动,特别是在“德国占领挪威后切断了我们的主要鱼肝油来源”。不过,这真的是我们应该关注的点吗?当研究人员发现鲨鱼肝油的维生素含量更高时,我们的这些担忧都可以放到一边。我们开始把这些鱼肝油发给飞行员,帮助他们提高夜间视力。就像古老谚语中的水牛一样,鲨鱼的其他部位也不会被浪费。鲨鱼皮被制成皮革,如前文所述;鲨鱼牙齿和脊椎骨被制成时髦的珠宝;鱼翅被制成鱼翅羹;鲨鱼肉被制成肉罐头或变成肥料;医生还会用脑垂体来制作免疫血清。当鱼肝的价格达到每磅10美元,鲨鱼尸体剩余部分也能卖钱时,许多渔民开始往海里丢下挂着鱼钩、长达300米的铁链,经常一条铁链就能捕上来6到10条鲨鱼。“它们大部分已经溺死,但偶尔会有一条虎鲨在上船时还十分有斗劲,必须用一根铁棍来制服它。”

自家组装的鲨鱼枪,1949年1月自家组装的鲨鱼枪,1949年1月

  自家组装的鲨鱼枪

  当鲨鱼不是渔民有意捕捉的猎物时,它们被困在渔网之中时会造成很大麻烦。有时候它们会摧毁渔网,把所有落网的鱼都放出来,让渔民眼睁睁看着快到手的钱又流回了海里。勤勉的渔民对鱼叉和猎枪都不大满意,于是结合了二者的有点,创造出了“鲨鱼枪”。这种枪只有在与目标直接接触的时候才会发射,因此“弹无虚发”。一个管道减速联轴器将一把12号猎枪的外壳固定在位,再装上一个带有弹簧、两头削尖的枪头,鲨鱼枪便配置完成。当与鲨鱼接触时,枪头向后退,击中猎枪外壳的撞击帽,从而发射出去直击鲨鱼的肚子或脑袋。

被镜头记录下来的人鲨之战,1950年8月被镜头记录下来的人鲨之战,1950年8月

  被镜头记录下来的人鲨之战

  约翰·芬顿(John Fenton)在一次深海潜水中对一台水下电影摄像机进行了测试,并在过程中获得了值得在银幕上呈现的珍贵画面。他遇到了一条易怒的护士鲨,觉得拍打它的脑袋应该挺好玩。这条鲨鱼转过头来咬他的手臂,幸运的是只咬到衣袖,而芬顿也做出了反击,用一把刀子杀死了鲨鱼。好消息是,这台摄像机工作正常,并记录下了整个过程。

被鲨鱼咬到的概率,1958年7月被鲨鱼咬到的概率,1958年7月

  鲨鱼咬人的概率

  让我们来解答一下所有人心中的那个疑问:鲨鱼会攻击人吗?问题的答案或许不太讨人喜欢,没错,它们确实会攻击人。当然,伴随这个答案而来的是很多的注意事项。哈佛大学的比尔·施罗德(Bill Schroeder)的研究破除了许多人,包括一些轻装潜水者一直持有的观点,即鲨鱼本身对人类毫无威胁。“当然,我不是说所有为公众熟知的鲨鱼都会攻击人,”施罗德博士说,“大部分物种不会。甚至不是所有被公众认为是食人鲨的种类都被科学家视为危险物种。但是,我们总是会见到一些反面角色。”在这些反面角色中,最为令人忌惮的便是大白鲨。在澳大利亚悉尼附近的海滩,大白鲨的出现已经让那里成为世界上最危险的地方之一。除了人类,一些奇怪的东西也会被大白鲨吃进肚里,包括海狮、马肉甚至一整只脖子上还戴着项圈的纽芬兰犬。虽然有着这些警告性的文字,但在一篇文章中,作者还是向读者保证,他们“在任何美国海滩上被鲨鱼咬到的机会是非常非常低的”。

《大白鲨》一书的作者不再认为鲨鱼是邪恶的,1995年3月《大白鲨》一书的作者不再认为鲨鱼是邪恶的,1995年3月

  《大白鲨》作者的观念改变

  使鲨鱼成为人类最大的恐惧来源之一的罪魁祸首,或许就是《大白鲨》一书的作者彼得·本奇利(Peter Benchley)。由这本书改编而来的电影,以及那首令人心跳加速的歌曲,都将永远与大白鲨的攻击联系在一起。但事实上,本奇利已经不再认为鲨鱼是如此邪恶的动物了。在《大白鲨》出版几年之后,他在巴哈马潜水时遇到了一条大白鲨。二者相遇时有一方被吓得不轻,但不是本奇利,他说:“那条鲨鱼也呆住了,然后,突然,疯狂地,不可思议地,那条鲨鱼转过身去,排空了肠子,消失在一大片恶心的棕色云雾中。”虽然本奇利声称自己为写书而做的研究反映的是时代的认知,但是在20世纪90年代时,我们已经知道已知368种鲨鱼中,只有10到12种会与人类发生冲突,而且它们的攻击往往是意外——从水下看冲浪板上的人确实很像一只海狮。此外,多年来的把大白鲨描述成人类敌人的做法(包括这篇文章中提到的许多例子),最终使数以百万计的鲨鱼死于非命。“每次鲨鱼攻击人类的记录,都对应着超过400万条鲨鱼被人类毁灭。”

驱赶鲨鱼的装置,1997年6月驱赶鲨鱼的装置,1997年6月

  驱赶鲨鱼的装置

  随着技术发展和人性的进步,我们开始意识到或许有更好的阻止鲨鱼攻击的方法,而不是杀死数百万条鲨鱼。穿上POD(防护海洋装置)吧。由镍镉电池供电的两个电子发射器连接到潜水员的气瓶和脚蹼上。开关按钮绑在潜水员的胸口或腕部,一个LED灯用来指示电源开启或电池电量过低的情况。装置启动时,电子发射器“在潜水者周围向各个方向产生一个延伸12到20英尺(约合3.6米到6米)的低压电场,并借助咸水的天然导电性”。我们不知道电场能使鲨鱼难受到转身离去的确切原因,但科学家认为,关键可能在于鲨鱼吻部用来探测低压电信号的微孔,它们能探测到鱼类的心跳,帮助鲨鱼进行捕猎。

特洛伊鲨鱼,2005年6月特洛伊鲨鱼,2005年6月

  特洛伊鲨鱼

  法宾·库斯托(Fabien Cousteau)是著名探险家雅克·库斯托的孙子。在拍摄一部关于鲨鱼认知能力的纪录片过程中,为了捕捉到“更纯粹的行为”,他在一个机器大白鲨内部待了100多个小时。“我希望它们会这么想‘嘿,那看起来就像是一个从澳大利亚来的傻瓜表亲!’”库斯托说道。这一方法似乎挺有效的。利用这台鲨鱼形状的潜水艇——被机智地称为“特洛伊”(Troy)——库斯托成为了第一个拍摄到一条雌性鲨鱼攻击另一条雌性鲨鱼画面的人。

原文:https://www.popsci.com/science/article/2012-08/archive-gallery-man-v-shark

[转]如何“消化”你理解水平之上的书,并把它转化成你的知识?

转自 @36氪​​

编者按:很多时候,我们看一本书的时候,明明每一个字都认识,但把它们组合在一起就不知道讲的是什么意思了。在瑞安·霍利迪(Ryan Holiday看来,这才是我们应该读的书,这些书才能推动我们成长。那该怎么读这一类书呢?他在Medium上发表了一篇文章介绍了自己的读书方法论。文章由36氪编译。

关于读书,我得到的最好的建议来自一位神秘的电影制作人,他同时也是一名经纪人。他卖出了1亿多张专辑, 电影的票房收入超过10亿美元。有一天他对我说:“瑞安,单单是读很多书是不够的。想要做伟大的事情,你必须要读那些超过你理解水平的书。”

他这句话的意思是说,在一个几乎没有人愿意读书的时代,拿起书读是很不错,但如果只是读一些你不费力就能理解的书,还远远不够。必须要阅读那些超出你理解水平的书,这样才能够推动你不断成长。

很多时候,我们看一本书的时候,明明每一个字都认识,但把它们组合在一起,就不知道这是什么意思了。这才是那些值得阅读的书。打个比方来说,读书和学习需要像你对待肌肉一样来对待你的大脑——用最紧张和最有力的方式来提升自己的认知能力。

在我看来,这意味着你要把自己推向自己不熟悉的领域,然后在这个领域艰难前行,直到你能够避开那些读起来丝毫不费劲儿的书。这意味着要读理查德·费曼(Richard Feynman)的书,而不是读米尔顿·弗里德曼(Milton Friedman)的书,或者是一些传记和畅销书。

这对我来说是一个奇迹:在我19岁时,我就是好莱坞的一名高管了,当时我21岁的时候,是一家上市公司的营销总监,24岁时,我出版了5本畅销书,然后自己把它们买给了世界上最大的出版商。虽然我已经不再上学了,但我有世界上最好的老师:难理解的书。

我的家里满是这样的书。想要“消化”它们并不容易。但是,借助下面的一些“秘诀”,我就能做到。而且这个过程在你还没有翻开书的时候就已经开始了。

在翻开第一页之前

打破学校教给你的思维定势

在学校里读书学习,是为了在考试中获得一个好成绩。但是这些考试通常并不是为了证明你是否“消化”了这些书,而是证明你的确花时间看了这些书。比如经常会问一些名词解释以及理论阐述等等。最直接就是从书中挑出来一些难懂的段落,然后问你这来自哪本书,然后问你第四章里的主要人物是谁等等。在经历了学校的学习后,我们通常也会带着这些阅读习惯去读书。

但你要记住:你现在正在为你自己而读书。

假设你在读伯罗奔尼撒战争史(History of the Peloponnesian War)。科林斯(Corinth)和科西拉(Corcyra)之间的冲突并不值得我们记住,尽管这引发了雅典和斯巴达之间的战争。

(为了举这个例子,我还重新去查了一下资料,因为我只记得他们的名字是C开头的)

你应该注意到的是,当这两个人在争取雅典的盟友支持时,一个人是以傲慢的态度说“你欠了我们一个人情”,另一个人则是提到了援助他们会带来什么好处。猜猜最后谁赢了?地点、名字、日期等等,这些都不重要。教训很重要。

来自塞涅卡(Seneca):

我们没有时间去关注其他地方是否有风暴,我们每天都遇到自己的风暴,精神风暴,以及那些由恶习带来的麻烦。

忘记除了这个信息之外的所有东西,想想该如何将它应用到你的生活中。

毁了书籍的结尾

当我开始读一本书的时候,我总是直接去维基百科(或者亚马逊,或者从朋友那里)查相关资料,很显然这会毁掉作者精心布置的书籍结尾。但谁在乎呢?作为读者,你的目标是理解为什么会发生一些事情,什么是主要的,什么是次要的。

你应该毁了书籍的结尾,或者是直接找出书籍的基本论断。因为这会让你把注意力集中在两个最重要的任务上:

  • 1、这是什么意思?

  • 2、你同意这个说法吗?

你不应该在一本书的前50页中浪费时间,去弄清楚作者想要在书中说些什么。相反,你的精力需要花在弄清楚他的观点是否正确上,以及你如何从他的观点中受益上。另外,如果你已经知道发生了什么事情,你就能在第一次通读的时候,识别出事情发生前的所有预兆和线索。

阅读评论

从已经读过书的人那里去了解一本书,看看他们认为书中什么东西最重要。去亚马逊和《纽约时报》,阅读读者们的评论,这会有助于你搞明白读这本书是否有意义,以及这本书对于其他人来说是否有意义和意义何在。同时,你也可以从评论中搞明白这本书的主题是什么,然后在读的过程中去从中获益更多。

小贴士:如果你认可他们的评论,以及认为他们的感悟对你有帮助。那就把它“偷”走吧。毕竟这是在生活中,而不是学校,谁也没办法去保护一个观点的版权。

读这本书本身阅读书籍简介/目录/标注等信息

当你读一本200页的书,有80页都是译者的介绍时,你就会明白这些信息有多么重要了。

每次我跳过它们,我最后都得回去重新刚开始读一遍。阅读书籍的简介,书前所有的内容,甚至是编辑的推荐语。这会为你提供大量的信息,来帮助你了解要读的书。

请记住:你必须要获得足够多的信息以及优势,才能读懂高于你理解水平的书。不要跳过那些能够为你提供阅读背景的内容。

记得查资料

如果你正在读一些超出你理解水平的书籍,你肯定会遇到一些你不熟悉的概念或名词。不要不懂装懂,去查一下它们到底是什么意思。就比如说你读战争史的时候,你需要对战场的情况有所了解,维基百科就是一个非常好的地方,能够为你提供地图,来帮助你理解地形。

我曾经在读一些关于南北战争的书的时候被卡住了。当我看了肯·伯恩(Ken Burn)的纪录片《内战》之后,毫不费力就把它们“啃”下来了。不要纠结于里面的城市名字或人物的名字,你要抓住最重要的经验:结论。

标记段落

我喜欢用便利贴。我会把我感兴趣的段落都标记出来,这会帮助我更好得读书以及思考其中的问题。当没有便利贴的时候,我会把书页折起来。

而且,我随身也会带着一支笔,随时写下我对书中某些段落的想法和感受。

不要害怕这些东西会毁了你的书,一本书是很便宜的。另外,如果你真的读懂了一些有价值的书,会让你赚更多的钱。

读完书之后回顾

我读的每本书都会遵循同样的时间表。读完1-2周后,我会用一堆4*6的索引卡片来重新读一遍。这些索引卡片很关键,都是我手写出来的,上面写的是我认为的书中重要的内容。

这看起来可能会很奇怪,但这是一种非常古老的方法。从这可能看起来很奇怪,但从托拜厄斯·沃尔夫(Tobias Wolff)到蒙田(Montaigne),再到雷蒙德·钱德勒(Raymond Chandler)等,他们都在使用这种方法。每一个卡片都有一个主题,然后归档到我的索引卡片盒里面。

4-5年后,我积累了成千上万张卡片,主题各种各样,从爱到交易,从笑话到对死亡的沉思。当我写作或者是想要试图解决一个商业问题的时候,我很容易就能从其中获取知识。这是一个巨大的资源。

从参考书目中找下一本要读的书

这是我想要去坚持的一个小规则。在我读过的每一本书中,我都试着在脚注或参考书目中找到我下一本要读的书。利用这个方法,你会很容易以一个主题为核心来建立知识库。

应用和使用

你标记出来一个段落肯定是有原因的。如果你不打算记住它或者使用它,为什么要把它标出来呢?

把这些内容用到你与人的谈话中。在写文章、写邮件和生活中提到它们。

你还想怎样去吸收它们?

如果你能够从中找到一种成就感,你就会非常积极地去做这些事情。试图在你正在写的文章中插入一些从书中学到的东西,在困难的时候从书中找些安慰,或者利用你学到的东西去编辑维基百科的页面。一定要做点什么。

这里有一段塞涅卡说过的话:

我的建议是:要把我们所听到的哲学家的话,以及从他们书中读到的东西,应用到追求幸福生活的过程中。我们应该找出那些具有教导意义的片段,学习那些能够立即付诸实践的精神和高尚的格言——而不是学习那些牵强附会的表达方式,以及一些夸张的比喻和修辞手法。

记住:我们读书的目的是为了让自己变得更好。关键是要把我们读过的东西拿出来,像塞涅卡所说的那样,把这些东西转化成实实在在的成果。

结语

当然,想做到这一点并不容易。人们总是问我,我随身带的那些全是笔记以及折页的书,是不是为了要考个什么学位。不然为什么会如此努力呢?因为我喜欢它,因为它是唯一能让我与无知区分开来的东西。

但它也很贵,我已经买了成千上万本书,并花了很多时间来“消化”它们。但是,读个MBA又要花多少钱呢?或者是参加个TED?我认为,在过去5000年的历史中,有很多书籍都隐藏着智慧,这些智慧要远远超过参加一两次会议带给你的知识。

所以去尝试一下吧:选一本书,好好研究,认真阅读,不要陷入到细节里,然后去与它建立联系,去应用和使用从中学到的东西。这能让你超越同龄人,人们也会以你为榜样。而且你也会发现,“消化”你理解水平之上的书,并不是太难。

好好享受这个过程吧。

原文链接:https://medium.com/personal-growth/how-to-digest-books-above-your-level-and-increase-your-intelligence-a11bd134da13

编译组出品。编辑:郝鹏程​​​​

我们为什么害怕低温疗法?

利用先进的低温冷却方法,我们已经可以把大脑活动水平降到极低,将心脏停止跳动之后的死亡时间往后大大推迟。

“一些面色苍白、身体虚弱的人晕倒了,僵直地死在雪地上……他们看起来走得无知无觉,不知道要往哪里去……总而言之,当无法继续行走,既没有力量,也没有意志时,他们就会跪倒在地……他们的脉搏微弱,不易察觉;有些人呼吸很少,几乎感觉不到,只是和其他人一起抱怨和呻吟。有时候眼睛会睁开,眼神定住,没有光泽,呆滞,散乱,而大脑已经陷入了平静的精神错乱中。”

  这是法国医生皮埃尔·让·莫里绍-博普雷(Pierre Jean Moricheau-Beaupré)在1826年出版的《一篇关于寒冷作用和性质的论述》(A Treatise on the Effects and Properties of Cold)中描写的场景。这是对失温症最初和最完整的描述之一。所谓失温症,指的是人体温度下降到危险程度(35摄氏度以下)时的现象。莫里绍-博普雷描写的是他在1812年随拿破仑军队从莫斯科撤军时的经历,要等到将近80年后,“失温症”这个医学术语才会出现。

  失温症的英文“hypothermia”来源于希腊语,由表示“之下”的“hypo”和表示“热度”的“therme”组成。根据温度下降的程度不同,失温症有不同的症状,但最开始会表现为颤抖、协调性下降、动作吃力和失去方向感。极端情况下,患者心律会显著降低,同时记忆出现问题,思维混乱。在体温进一步降低之后,患者会开始做出不理智的决定,变得语无伦次。他们甚至会脱掉衣服,在临时之前寻找局限的空间(比如尝试钻进洞里)。目前我们还不是很清楚这一切发生的确切原因。

  然而,现在一些医生却在治疗中引入了这种令人难以忍受的病症,用来减缓病人的新陈代谢,使其存活下来。在科学界争论了几十年之后,如今失温症反而成为了阻挡死神步伐的工具。失温症的治疗价值在于它能够搁置细胞的生理学需要;毕竟,如果细胞在寒冷状态下变得迟钝,不需要那么多氧气和其他营养物质的话,那么在创伤或心脏骤停导致血液流动缓慢的情况下,病人的生命就能维持得更久。失温症和所谓“暂停生命”(suspended animation)的联系并不是巧合,后者是通过外在方法(如医疗科技)使人体进入冷冻状态。许多人希望这种方法能用在前往火星和第二个地球的太空旅程上,使宇航员的身体能保存多年时间。尽管失温症的确切机制十分复杂,但它却能减缓新陈代谢,在正常血液循环恢复之前推迟缺氧造成的损伤。

  低温疗法甚至已经开始界定生命的边界。过去,生与死的分隔只是心跳停止。后来,人们认识到大脑还可以在脉搏消失之后存活一段时间,心脏骤停的人只要大脑还未死亡,就可以再抢救回来。不过,血液循环停止之后,大脑存活的时间也非常有限。

  近年来,利用先进的低温冷却方法,我们已经可以把大脑活动水平降到极低,将心脏停止跳动之后的死亡时间往后大大推迟。这些成果可以使研究者拓展他们对濒死体验的研究。随着心肺复苏技术的发展,濒死体验的案例越来越多,一些已经报告心脏死亡的人在一段时间之后又重新“复活”。此外,低温冷却技术也重新点燃了对人体休眠的研究,通过低温冷却技术,宇航员可以度过漫长的星际旅程,对更遥远的星球进行探索。

  低温疗法最初只是作为局部治疗的手段。目前已知最早的应用记录出现于《艾德温·史密斯纸草文稿》(Edwin Smith Papyrus)。这是人类最早的医学著作,可以追溯到公元前3500年。艾德温·史密斯是这份手稿的第一位已知持有者,他在1862年从卢克索的一位交易商那里买到了这份手稿,后来文稿也以他为名。在大约公元前4、5世纪时,希腊的希波克拉底医学院提出用雪来包裹病人以治疗出血,可能是认为这样可以收缩血管。不过,直到18世纪时,一位名为詹姆斯·柯里(James Currie)的利物浦医生才实施了已知最早的全身低温治疗。他把健康的志愿者——都必须有献身的准备——浸没在温度低至6.5摄氏度的冷水里,时间长达45分钟。他试图借此找到方法来治疗沉船事故中遭受冷水创伤的水手。计量准确的温度计为詹姆斯·柯里的研究提供了巨大的帮助。

  在现代医学的曙光期之后,训练有素的医生通过科学方法进行诊断和治疗逐渐成为标准,情况又有了变化。美国神经外科医生坦普尔·费伊(Temple Fay)进行了颇具争议的先驱性研究,为低温疗法提供了依据。20世纪20年代晚期,当费伊还是一位医学生的时候,他被问到为什么转移性癌症很少出现于四肢。当时他还没有答案,但最后他提出,这是因为人的四肢具有相对较低的温度。他天才地把这一现象与他在自家位于马里兰州的农场里观察到的现象——温度降低会抑制小鸡胚胎的生长——联系起来。这就像一个“尤里卡”式的瞬间。到了1929年,费伊已经在费城的天普大学获得了教授席位。很快他就开始研究全身冷却的基础方法,比如用冰块包裹病人,并设计出多种用于局部冷却、可以放入颅骨之内的工具,包括一些体积较大、从今天的标准看来相当粗糙的设备。

  然而,费伊的原始方法激发了医院病房的批评和混乱。他在手术室里使用了大量的冰块——可以用浴缸装,价值高达150磅——时间可长达48小时。冰块的融水导致手术室一直处于水流不止的状态,必须不断吸水。而且,他冷却房间的方法就是简单地把窗户打开,不仅病人会暴露在当地严寒的冬天里,医院全体医护人员也遭了秧。最关键的是,当时还没有专门为这一用途设计的体温计(通常只能测直肠体温),体温计的准确性也有缺陷(当时的体温计还没有低于34摄氏度的刻度)。这一切使费伊在医护人员中变得极为不受欢迎,据一份报告称,医护人员曾经反抗过他的人体“冷却服务”。

  然而,费伊是天才的。在一份早期报告中,他引用了两个数据作为冷却疗法的结果,分别是11.2%的死亡率和95.7%的疼痛缓解率。关键在于,这些实验揭示了人类不仅可以忍受持续数天的低温(低至32摄氏度),而且在苏醒时病情会显著改善。

  直到20世纪80年代中期,麻醉科医师彼得·沙法(Peter Safar,1924年出生于维也纳,是心肺复苏的创始人)才不顾低温疗法的污点,开始大胆地进行实践。他在美国匹兹堡大学用狗作为医学模型,证实在心脏骤停之后,适度的大脑降温(33到36摄氏度)可以显著改善神经病理学情况,避免大脑损伤。通过这些发现,彼得·沙法成功复兴了低温疗法研究。他发明的疗法被称为“假死延迟复苏”(suspended animation for delayed resuscitation)。

  后来,一些在冷水浸没情况下存活下来的病例也促进了低温疗法的研究。例如,1999年,一位名为安娜·博根霍姆(Anna B?genholm)的实习医生在挪威北部滑雪时发生事故,发生了心脏骤停。她在冰层覆盖的冷水中待了80分钟,在四个小时没有脉搏之后,她的心脏又重新开始跳动,最终存活下来。

  新千年初,如今已成为休斯敦大学综合医院系统重症监护科主任的约瑟夫·瓦龙(Joseph Varon)将低温疗法提升到了新的高度。2005年,一位经历了溺水事故的游客被从墨西哥空运到休斯敦。“我把他空运到了休斯敦。他已经死了好几个小时。他们使他恢复了心跳,而最终通过冷却疗法,我们不仅使他的大脑恢复功能,而且健康情况良好,”瓦龙说道。该病例报告后来发表在《复苏》(Resuscitation)期刊上。“就在同一年,当教宗若望·保禄二世出现心脏骤停时,”瓦龙补充道,“我被请去梵蒂冈——为他进行冷却。”

  约瑟夫·瓦龙被业内人士称为“急冻医生”(Dr Freeze)。一开始他也像费伊一样受到医院同行的质疑。“当我开始在休斯敦这么做时,我用了大量的冰。我把房间温度降到很低,”瓦龙说道。不久之后,他就开始用降低体温的方法帮助病人预防由各种创伤——包括心脏骤停、中风和肝衰竭等——导致的神经损伤。他经常把病人的体温降到32摄氏度,时间可长达11天。2014年,刚经历中风的他使用低温疗法拯救了自己的生命。“我想到的第一件事就是:把我冷却下来!”瓦龙说道。

  瓦龙的低温疗法不断改进。现在,他使用多种先进的设备来进行局部和全身低温治疗,对于刚刚恢复心跳的心脏骤停患者,他通常把他们的体温降到32摄氏度。该技术还包括用水凝胶垫来降低体温的机器、一个控制体温的生物反馈机制,以及一条计算机控制的导管,使患者能在降温的时候保持清醒——进行恰当神经学评估的关键。

  此外,在枪伤或刀刺伤等严重创伤的病例中,研究者已经开始实践一项特别的临床试验。患者会经历极度的低温,体温降到10摄氏度,通常是在没有心跳或呼吸的时候。没错,这就像是在冷却“死者”,但是却能救他们的命。

  体温冷却能使创伤者原本极短的手术窗口期延长,特别是在那些要求不能出现失血的手术中。在匹兹堡和巴尔的摩一些严重创伤(枪伤和刀刺伤)发生率极高的社区中,研究人员正在进行一项被戏称为“紧急保存与复苏”(Emergency Preservation and Resuscitation,EPR)的试验。EPR被用作最后的救命稻草,应用于那些标准方法已不能奏效,受害者只有5%生存概率的情况。试验过程包括用循环冷却的盐溶液置换病人的血液,避免细胞和组织缺氧损伤。通过这一方法,病人能在一个小时的时间内重新具有心跳,但没有脉搏。试验的目标是通过比较10位接受EPR的病人与另10位没有接受EPR的病人的情况,观察结果是否有改善——即有没有活下来。官方结果目前还处于保密状态,公众无法获知。

  不过,负责这项实验的萨缪尔·提舍曼(Samuel Tisherman)还是非常乐观。他一直致力于推动低温技术的极限。早在20世纪80年代,当还是医学生时,他就与彼得·沙法合作研究“暂停生命”。现在,他的研究对象将接受常规化的冷却,体温从正常的37摄氏度降低到惊人的10摄氏度,时间持续约20分钟。提舍曼解释称:“我们需要快速做完,因为病人已经没有脉搏;整个理念就是减少身体对氧气的需求。”尤其重要的是,他们需要降低心脏和大脑的温度,因为这两个器官对缺氧最为敏感。病人一旦冷却,在没有脉搏或任何血压的情况下,会被转移到手术室。最后,在这些极端的条件下,外科医生将对病人实施手术,修复失血部位和其他损伤。当一切完成之后,医生开始缓慢提高病人的体温。“我们希望,当他们温暖起来之后,心脏会开始跳动,”提舍曼说道。

  当被问到目前试验有什么进展时,提舍曼笑道:“我们正在做这些,这就是进展!”看来我们还需要等待正式的结果公布,但毫无疑问,关键的里程碑时刻或许就在眼前。

  除了在急救上的应用,低温疗法或许有朝一日还能作为某种“暂停生命”,或称“人体休眠”的方式,就像科幻小说里经常描写的那样。这一概念可以追溯到20世纪60年代,当时美国和苏联之间的太空竞赛如火如荼,而现在人们似乎又重新燃起了兴趣,并将其称为“蛰眠”(torpor)。蛰眠可以为太空旅行带来很多好处。它能避免医学并发症,比如肌肉萎缩和骨密度损失,二者都是在零重力环境中长期生活所致。除了这些保护性目的,蛰眠还能带来一些重要的心理学益处。失去意识可以避免太空旅行中,长达数月时间生活在局限空间内所带来的极端压力和厌倦情绪,更不要说一个小团队在如此漫长的时间里可能出现的人际冲突。

  一些太空工程公司,比如总部位于美国亚特兰大的SpaceWorks公司,已经获得了包括美国航空航天局(NASA)“创新先进概念”(Innovative Advanced Concepts)项目在内的资助,正在进行人体休眠的研究。SpaceWorks公司的创新方法强调了可以节省大量的食物,以及废物处置和存储的空间,从而显著减少飞船的重量,进而降低任务成本。“我们通过一个现实可行的构想和他们接触,向他们展示了经济上的利益和实现这一切的数学方法,”美国海军雷摩尔空军基地外科服务部门主任道格拉斯·托克(Douglas Talk)说道。他从2013年开始就致力于SpaceWorks公司的项目。“我是一个医生,同时也是一个热爱科幻的超级书呆子,而这正是这些领域的完美融合!”他说道。

  SpaceWorks公司现阶段的计划包括一个短期形式的蛰眠,可以使太空旅行者每隔两星期就经历一次生命暂停状态。当体温每降低1摄氏度时,他们的新陈代谢速率就会降低大约7%。“我们知道有许多哺乳动物会冬眠,所以问题不是:哺乳动物能冬眠吗?”托克说,“而是:我们如何让人类也冬眠?能不能冬眠?我们知道我们能够做到短期的冬眠,甚至还有研究显示时间可能长达两个星期。”托克提到的是2008年在中国的一个病例,一位因动脉瘤而昏迷的女性被降温冷却了14天,以防止进一步的大脑损伤并促进恢复。不可思议的是,她最后完全康复了。

  单纯从概念上,我们从目前对低温蛰眠的了解可以直接联想到火星探险任务。托克表示,前往火星的旅行将从月球空间站开始,在那里“宇航员会获得一些蛰眠的体验,知道进入和离开蛰眠状态会出现什么情况”。SpaceWorks公司的计划之一是通过手术植入静脉注射管——称为“mediport”,类似目前用于癌症患者接受化疗时所用的经静脉输液港。太空旅行者还会使用一根通到胃里的食管来进行喂食。托克说:“这些事情的并发症发生率非常低。一旦乘员检查完毕,他们将前往蛰眠模块,然后进入他们的床铺,连接上监控和食物供给系统。然后,我们将降低他们居所的温度。我们启动蛰眠的方式与医院里的所做的不同——他们会使用大量的镇静药物。我们会使用药剂把核心体温降到32摄氏度,并降低代谢速率。”

  研制这种药剂是托克及其同事的主要目标之一。他们已经在猪身上进行了成功的试验。这一步很关键,因为“这是第一次通过药学方法使一种不冬眠的哺乳动物接近冬眠状态”。经过在月球基地的训练,太空旅行者将轮流进入蛰眠状态,确保一直有人负责其他人在蛰眠时的安全。

  在空间和时间上改变睡眠的自然属性可能会导致人类的内在特征发生改变。“按需冬眠”的能力意味着我们已经超越了内在的昼夜节律。我们的遗传学基础要求我们的生物学功能要与地球自转的节律同步。这种同步对调节睡眠模式、吃饭时间、荷尔蒙释放、血压和体温变化等是必不可少的。昼夜节律已经是我们作为人类的重要特征。如果低温冬眠的状态能使新陈代谢降到极低水平,并暂停我们的生物节律需求,那它会不会有延迟衰老的作用呢?火星旅行者能否重新获得在漫长往返旅途中用于蛰眠的时间呢?或者,畅想一下遥远的未来,星际探险者是否会在离开几百年甚至上千年之后才回到地球?

  托克并不确定人体冬眠是否会颠倒昼夜节律,但他表示,在人体中找到一个基础的、能触发冬眠的遗传学机制是有可能的。“最前沿的研究表明,存在某种被称为冬眠诱导触发子(hibernation-inducing trigger,HIT)的东西,”托克说,“这是一些存在于身体中,能触发冬眠和忍耐冬眠状态的化学物质。我认为在我们的DNA中,有某些片段具有以同样方式触发冬眠的能力,而这种能力已经在我们的演化过程中丢失了。”

  另一个对我们自身存在感的挑战来自于死亡边界的扩展。我们曾经把死亡定义为“心脏死亡”。当心脏停止跳动时,就意味着人已经死亡。后来我们把死亡的定义扩展为“脑死亡”——脑电波消失意味着你再也无法复活。现在,通过低温疗法,那些表现出心脏死亡和脑死亡症状的失温症患者也能被拯救回来,生命的边界再一次向外延伸。

  想一想1999年博格霍姆在滑雪事故之后接受治疗的那家挪威医院。在她之前,所有入院时没有脉搏的失温症患者都去世了——存活率为0。然而,在院方意识到患者的脑活动还能在心脏停止跳动之后持续数个小时,甚至可能长达数天时,他们开始尝试更为激进的复苏手段,使存活率提高到至少38%。

  在冰冻状态下送入医院的极端病例已经改变了我们对死亡的看法。2011年,一名心脏骤停的55岁男子被送往位于美国亚特兰大埃默里大学的医院,并被置于低温状态,以保护神经系统。经过神经学检查,医生们宣布他已经“脑死亡”。24小时之后他已经被送往摘取器官的手术室。然而,据发表于《重症医学》(Critical Care Medicine)期刊上的文章称,医生们后来观察到他的角膜反射、咳嗽反射和自主呼吸。尽管已经没有了复苏的希望(当然他也没有被活着摘除器官),但这样的例子向长期以来用于判断死亡时间的神经学检查提出了质疑。

  更加不可思议的视角来自那些应用新技术起死回生的病人。萨姆·帕尼亚(Sam Parnia)是美国纽约大学医学院重症和复苏研究的负责人,他做出了一些令人震惊的研究。帕尼亚一直致力于研究低温疗法复苏生命,不仅是为了拯救病人的生命,而且是为了回答一些基础的问题:死亡最终结束是在什么时候?是否可以逆转?我们能从死亡的另一面获得什么?以及意识在什么时候真正停止?他最近的研究工作表明,意识在心脏停止跳动之后还会持续许多分钟,并且可以通过大脑冷却、减缓细胞死亡的方法继续延长,从而使医生有机会逆转死亡过程,将病人从死亡线上拉回来。帕尼亚的研究中,有许多是通过低温的应用提高了治疗效果,显示大脑在死亡时是“安静平和的”;与多年来许多濒死体验报告的内容一样,在他的研究中,病人也描述了一道亮光的出现。

  低温疗法的进展令人不安,而这或许就是出现那么多争论的原因。部分阻力很现实:低温疗法可能会导致血液凝结大量减少,以及缺氧导致的组织损伤;这些都是造成许多低温意外受害者死亡的原因。事实上,这些症状被称为“死亡三要素”(triad of death,通常指严重创伤时出现的失温、酸中毒和凝血异常)。因此,在如何进行低温治疗的问题上一直没有达成一致。“温度、时间和持续时间将继续是争论的问题。每个人都有个体差异,因此希望找出某种适用于任何人的方法是不可能的,”瓦龙说道。

  从一开始进行EPR试验,提舍曼就一直在与医学界的质疑抗争。他的同事们尤其担心的是血液无法在如此低温的条件下凝结,对于失去脉搏或正在因失血过多而死亡的创伤者来说,这是非常严重的情况。不过提舍曼的回应是,他的病人已经处于极高的死亡风险中。“他们估计只有5%的存活概率,”他说,“那么,为什么不做一些新的尝试呢?”

  另一种批评意见是关于神经学后果。如果一个病人通过EPR从枪击或刀刺伤中存活了下来,之后会不会因为长时间大脑缺氧而导致长期严重的大脑损伤呢?“任何类型的心脏骤停都会伴随一个问题,无论有没有出现创伤,”提舍曼说,“如果你出现心脏骤停,无论有没有参加这个EPR试验,你都有活下来的机会,但也可能出现严重的脑损伤,这是与低温冷却无关的损伤风险。我们到底是增加还是降低了这一风险,我们并不知道。”他进一步指出,这个问题更多是在于能不能活下来。“通常情况下,复苏的病人可能会醒过来,活着并且活得很好,但也可能无法活下来。所以,我们不知道。没错,确实有风险。他们正在死去,而我们需要努力让他们活着并醒过来,”提舍曼说道。

  研究工作继续快速发展。低温疗法的发展已经扩展了意识和死亡的边界,让我们对人类的定义出现了争议,或许还将帮助我们前往其他星球。科学家将继续探索低温疗法带来的益处,开发更加有效的治疗手段,道路可能会十分曲折,并面临诸多困难,但也可能出现新的推动力。莫里绍-博普雷或许会对这一切感到无比惊奇。

原文:https://aeon.co/essays/how-freezing-patients-could-save-lives-and-even-reverse-death

有毒哺乳动物沟齿鼩:像毒蛇一样猎杀小动物

在大多数人的印象中,哺乳动物的典型形象是长着保持身体温暖的皮毛,用乳汁哺育后代,以及拥有体积相对较大的大脑。只有极少的哺乳动物会像芋螺或毒蛇一样,具有能使猎物一击致命的毒液。在为数不多具有毒腺并能够释放强效毒素的哺乳动物中,沟齿鼩显得尤为神秘。更奇特的是,这种类似鼩鼱的动物鼻子里长有一个类似人体髋部的球窝状关节,使它们的鼻子极为灵活。此外,雌性沟齿鼩的乳头位置有些奇葩……让我们到后面再说。

在分类学上,沟齿鼩属于鼩形目沟齿鼩科沟齿鼩属,现生有两个物种:古巴沟齿鼩(学名:Solenodon cubanus)和海地沟齿鼩(学名:Solenodon paradoxus),分别生活在古巴和伊斯帕尼奥拉岛(加勒比海地区的第二大岛,东西两侧分别为多米尼加和海地)上。

如果你走入古巴或伊斯帕尼奥拉岛的森林,请先尝试深呼吸一下。空气中可能会有点山羊的味道:类似麝香,混杂着泥土气息,可能有点像湿透的狗发出的气味,绝对会让你感到刺鼻。这种气味来自沟齿鼩腋部的腺体。接下来,请看看你的脚下。你可能会在泥土中找到一些奇怪的圆锥形洞穴,洞口边缘有不少抓痕。

此时你已经距离沟齿鼩不远了。它们通常在夜间捕食,用高度灵活的长鼻子伸到土壤中,在植物根系周围寻找无脊椎动物,比如蚯蚓和昆虫。它们长有许多敏感的胡须,能帮助感觉土壤里的一切,对于视力并不算太好的沟齿鼩来说,这一点非常重要。

生态学家乔·努涅斯米诺(Joe Nunez-Mino)说:“它们长着非常小的眼睛,视力似乎不是特别好,不过对光线十分敏感。”努涅斯米诺养了几只沟齿鼩,每当开灯的时候,它们就疯了一样乱窜。很显然,这是一种在夜间活跃的动物。

你需要足够幸运才能在野外环境中遇到沟齿鼩。这是一种非同寻常的哺乳动物。它们的外形就像一只大老鼠,又有点像粗壮的鼩鼱。它们的身长能达到2832厘米(从鼻子到臀部),尾巴长度可达1826厘米,重量在0.71.0千克之间。它们的指甲长而尖,行走时会呈现摆动不定的步态。哺育幼崽的雌性沟齿鼩尤为奇特。它们的乳头有点像是长在后腿的“胳肢窝”里——靠近尾部,几乎就在屁股上——有时候还会拖着幼崽到处跑。

虽然形态特征略显奇葩,但如果你有幸遇到沟齿鼩的话,请千万不要尝试触摸它们。不仅因为沟齿鼩处境濒危,而且因为它们咬你的时候会像毒蛇一样释放毒素,这在哺乳动物中极其罕见。某些水鼩和北美短尾鼩也会用毒液捕猎,雄性鸭嘴兽的后腿上长有毒刺,不过它们只用其来打败竞争者,或者是作为防御。

沟齿鼩的唾液腺位于下颚,能分泌一种神经毒素。带有毒素的唾液能通过门齿内侧的沟注入猎物体内——这也是它们被称为“沟齿鼩”的原因。沟齿鼩要做的就是咬开猎物的皮肤——或者昆虫的外骨骼表皮——使毒液能够进入其体内发挥作用。

从极少的人类被咬报告来看,沟齿鼩的毒素似乎也很难捱。中毒症状类似毒蛇咬伤,包括局部肿胀和严重疼痛,持续时间可能长达数日。如果幸运的话,你可能只会被“干咬”,也就是受点皮外伤,但没有毒液进入。从节省能量的角度来说这很合理。毒蛇知道如何随机应变,“蛇类经常会咬一下而不注入毒液,因为使用毒液其实很浪费,除非真的有必要,”努涅斯米诺说道。

沟齿鼩的毒液能使蜥蜴等小动物丧失运动能力。在实验室中,科学家发现注入了沟齿鼩毒液的小鼠出现呼吸困难、肌肉震颤和瘫痪等症状。此外,沟齿鼩并不会满足只捕猎比自己小的动物。“有报告称,一只圈养在伦敦的沟齿鼩吃掉了一整只鸡,”巴西南里奥格兰德联邦大学的分子生物学家罗德里戈·利加波尔·布朗(Rodrigo Ligabue Braun)说,“它咬了一只鸡,然后把想吃的所有部分都吃掉了。”

或许我们可以从同样具有毒液的某些鼩鼱来推测沟齿鼩的行为。在杀死猎物之后,沟齿鼩可能也不会立刻就把猎物吃掉。鼩鼱经常在咬伤猎物并使其无法动弹之后,把猎物拖到洞穴中;它们会过一会再回来吃掉这些还昏迷不醒的小动物。沟齿鼩可能也有同样的行为方式。

那么,为什么沟齿鼩会在哺乳动物中独树一帜,演化出攻击性的毒液呢?事实上,问题可能不在于沟齿鼩如何演化出毒液,而在于其他哺乳动物为什么会失去这项技能。

如今的地球上,哺乳动物可谓是最出风头的动物类群,然而在几千万年前,弱小的哺乳动物只能东躲西藏,活在恐龙的阴影之下。许多古老的哺乳动物可能都具有毒液,用来抵御掠食者。恐龙的灭绝使地球生命的格局发生了剧烈变化。“从演化的角度看,”布朗说,“在一个猎物和掠食者跟以前很不一样的环境里,你需要耗费过多的资源才能制造出毒液。”因此,哺乳动物在演化中逐渐抛弃毒液也就情有可原了。

无论是出于何种原因,沟齿鼩依然保留着这种独特的武器。其实,沟齿鼩本来就是相当古老的哺乳动物,大约在7600万年前分化出来——不久之后(演化史的角度)恐龙就因为小行星撞击地球而遭遇灭绝厄运。不过,布朗指出,关于哺乳动物毒液演化的话题依然存在许多争论。早期哺乳动物或许也很少具有毒液,而沟齿鼩可能一直都是一个异类。

虽然毒液能给沟齿鼩带来食物并抵御自然天敌,却无法对抗来自人类的压力。古巴和伊斯帕尼奥拉岛上的栖息地破坏使沟齿鼩的处境变得越来越艰难。人类带来的入侵物种对沟齿鼩的伤害不啻于一场大屠杀。殖民地时代,有人将原产于亚洲的红颊獴(学名:Herpestes javanicus auropunctatus)引入加勒比海地区,用来捕猎蛇和老鼠,而沟齿鼩也成为它们的猎物。

在伊斯帕尼奥拉岛上,狗对沟齿鼩的威胁尤为严重,“尽管我们也记录或听说过狗被沟齿鼩咬伤之后,可能因为毒液而死掉的案例,”努涅斯米诺说道。另一个威胁来自野猫,它们可能不会直接捕杀沟齿鼩,但已经成为沟齿鼩的竞争对手:野猫同样以沟齿鼩赖以生存的蜥蜴和较大的昆虫作为食物。

古巴沟齿鼩一度被认为已经灭绝,直到2003年又发现了活的个体。海地沟齿鼩也曾被认为灭绝,但可能更多是因为它们神秘的习性,而非较低的种群数量。近期的研究显示,海地沟齿鼩在伊斯帕尼奥拉岛上广泛分布,但也受到栖息地退化的威胁。动物保护工作者正在努力拯救这两种神奇而古老的哺乳动物。一些非盈利机构正在与当地组织和政府部门合作,对沟齿鼩展开更加深入的研究,包括种群情况和毒液组成等。

原文:https://www.wired.com/2016/02/absurd-creature-of-the-week-the-mystery-of-solenodon-the-mammal-that-bites-like-a-snake/

关于鱼类“阴茎”:用鱼类”色情片”研究雌鱼对雄鱼偏好

在繁殖问题上,大多数鱼类都是体外受精,即雄鱼和雌鱼分别将精子和卵子排到水中,让它们自然结合。不过,剑尾鱼属(Xiphophorus)鱼类与大部分鱼类不同,它们是在体内受精,并能“生出”活的仔鱼。为了实现这一过程,雄性剑尾鱼演化出了用于授精的体外生殖器官,这在鱼类中独树一帜。许多人很自然地想到一个问题:对剑尾鱼而言,这个生殖器官是否越大越好?一项新研究显示,雌性剑尾鱼对雄鱼的青睐程度与其生殖器的大小并没有必然联系。没错,大小固然重要,但更重要的是雄鱼如何使用它——这一切都是在雌鱼足够健康,能做出“明智”判断的前提下。

  要澄清一点的是,雄性剑尾鱼的生殖器官其实与人类的截然不同,它其实是肛门附近高度特化的臀鳍的一部分,呈细长的折叠状,末端具有钩子和奇特的小片。这样的器官被称为“生殖足”(gonopodium),尽管从演化的角度上,生殖足在本质上与哺乳动物的阴茎完全不同,但功能是一样的,都是将精子送入雌性的体内,使卵子受精。因此,生殖足可以说就是鱼类的阴茎。不同剑尾鱼属物种的生殖足长度有很大差异,同一物种的雄性个体之间也各不相同。这为科学家研究剑尾鱼属雌鱼对雄鱼的选择是否会影响生殖足大小的问题提供了机会。

  剑尾鱼属鱼类原产于中美洲的水道中,它们的名称来源于雄鱼尾鳍具有特别长的剑状延伸突——称为“尾剑”。在一些剑尾鱼物种中,所有雄鱼都是“求爱型”,会利用尾剑和炫耀性的动作说服雌鱼进行交配;而在另一些剑尾鱼物种中,一部分雄鱼是求爱型,其他雄鱼则是“偷袭型”,即体型较小的雄鱼会跳过繁琐的求偶步骤,转而采取所谓的“替代生殖策略”。由于求偶的方法是直接由父代传递给子代,因此会求爱的雄鱼总是产下会求爱的仔鱼,而专事偷袭的雄鱼后代也是偷袭型。

  对于剑尾鱼属雄鱼在生殖足长度和求偶方式之间的联系,墨西哥韦拉克鲁斯生态学研究所的科学家对剑尾鱼属雌鱼如何在混乱无序的生殖足,以及花里胡哨的求偶表演中判断并选择青睐的对象进行了研究。通过观察雌鱼对不同长度生殖足,以及对不同雄鱼交配行为的反应,科学家确定了影响雌鱼选择的重要因素,以及这些因素对应的环境条件。

雄性和雌性剑尾鱼雄性和雌性剑尾鱼

  在发表于《英国皇家学会会刊B辑》(Proceedings B of the Royal Society)的论文中,研究人员阐述了剑尾鱼属雌鱼在评估追求者的生殖足和华丽尾鳍时,可能演化出了一种小心翼翼的策略,兼顾了在危险栖息地中的生存和风险。

  研究团队从墨西哥野外采集了两种剑尾鱼,分别是剑尾鱼(学名:Xiphophorus hellerii)和多线剑尾鱼(学名:Xiphophorus multilineatus),前者的雄鱼均为求爱型,后者则具有求爱型和偷袭型。对于这两个物种(以及两种雄鱼求偶策略),研究人员都分别拍摄了雄鱼与雌鱼互动和求爱的视频。利用Photoshop软件,研究人员对这些短视频逐帧进行处理,把画面中的雌鱼完全去掉,然后把雄鱼的生殖足长度拉长或缩短30%,以代表生殖足的长度范围。如此这般,就有了6段视频:每个物种按生殖足长度分为三类。接下来,研究人员向雌鱼播放了这些视频片段,观察它们如何选择不同生殖足长度的雄鱼。研究人员主要根据雌鱼靠近视频中雄鱼的速度,以及它们在屏幕前停留的时间作为评判指标。

  换句话说,科学家在本研究中其实所做的,其实就是拍摄、编辑和放映“剑尾鱼色情片”,然后观察雌鱼看到片中雄鱼时是会兴奋还是厌烦。

  在只有求爱型雄鱼的剑尾鱼中,雌鱼更青睐的是具有较小生殖足的雄鱼。同样的情况也出现在多线剑尾鱼的两类雄鱼中。然而,当研究人员把雌鱼的相对健康情况考虑进去之后,雌鱼对求爱型和偷袭型雄鱼的偏好又出现了差别。

  实验之前,研究人员测量了所有雌鱼的体密度。体密度越高,表明鱼体含有的脂肪和蛋白质就越多,也就意味着具有更加健康的“身体状态”。尽管更为柔弱的雌鱼并不太关注求偶方式(而只在意生殖足长度),但肌肉更为发达、更加健康的雌鱼则有着非常特殊的品味。总而言之,它们青睐的是生殖足较短的求爱型雄鱼,而对于偷袭型雄鱼,它们更喜欢具有较长生殖足的个体。随着雌鱼身体条件的提高,这种偏好就更加明显。

一条雄性剑尾鱼属鱼类,与研究中所用的物种是近亲一条雄性剑尾鱼属鱼类,与研究中所用的物种是近亲

  大体重雌鱼中这种偏好分别的原因,很可能根植于所有地球生命的共同追求:确保自身和后代的存活。更健康的雌鱼通常年龄更大,经验更丰富,并且更具备躲避掠食者(通常是更大、更凶猛的鱼类)威胁的能力。这使它们能承受多一点风险,并利用更好的自身条件为下一代带来好处。正常情况下,与生殖足较长的雄鱼相处其实很危险。对于求爱型雄鱼来说尤其如此,它们本身在环境中就已经非常惹眼,吸引着掠食者的注意力,而长长的生殖足可能会增大在水中的阻力,使它们更难以逃脱险境。与它们在一起时,雌鱼被掠食者吃掉的风险也大大增加。因此,对求爱型雄鱼来说,更大的生殖足其实弊大于利。相比之下,对于其貌不扬的偷袭型雄鱼,更大的生殖足可能有着更多的好处。偷袭型雄鱼与雌鱼的交配过程短暂而混乱,并且常常伴随着追逐,因此较长的生殖足可能会大为提高受精的成功率。

  考虑到生殖足长度带来的后果,以及雄鱼“固执”地将求偶方式传递给后代的特征,我们可以推测,身体健康、甘冒风险的雌鱼为了后代的安全,会变得十分挑剔。通过在生殖足长度和求偶方式之间选择最佳的组合,而不是只考虑最安全的选项,这些雌鱼或许能确保在最好的条件下孕育后代。

  这项研究揭示了动物界中社会行为、竞争和生殖系统演化之间复杂而微妙的关系,再一次表明生物学现象往往有着许多间接的原因,并经常隐藏在我们意想不到的地方。

原文:https://gizmodo.com/for-fish-penises-bigger-isnt-always-better-1821014832

长着“铁盔甲”的蜗牛

深海世界生活着一些最神奇的生物,就连蜗牛在这里都变得与众不同。在印度洋深处的海底热液口附近,生活着一种长着“铁盔甲”的蜗牛——作为海洋中生活的腹足类动物,称它们为“海螺”其实更为恰当。这种螺的名字叫鳞角腹足蜗牛(学名:Chrysomallon squamiferum),它们的螺壳由铁的硫化物组成,腹足上覆盖着铁质鳞片,看起来金属感十足,堪称深海版的“钢铁侠”。没错,鳞角腹足蜗牛长出了一副铁盔甲,这在动物世界中是独一份。

  这种令人惊奇的天赋其实要归功于鳞角腹足蜗牛体内的共生细菌。地球上还没有其他动物能以这种方式利用铁元素。而且,由于这种蜗牛的铁化合物具有磁性,有人甚至开玩笑地把它们称为“海底的万磁王”。此外,从比例上看,鳞角腹足蜗牛的心脏体积比许多其他动物都大得多,大约占身体总体积的4%(相比之下,人类的心脏体积只占身体的1.3%)。

鳞角腹足蜗牛(学名:Chrysomallon squamiferum),它们的螺壳由铁的硫化物组成,腹足上覆盖着铁质鳞片  鳞角腹足蜗牛(学名:Chrysomallon squamiferum),它们的螺壳由铁的硫化物组成,腹足上覆盖着铁质鳞片

  奇特的铁甲

  非同寻常的海底热液口环境造就了这种非同寻常的生物。在2400米到2800米的海底,热液口附近的海水流入地壳缝隙,被滚烫的岩浆加热,温度能达到400摄氏度以上,许多有毒物质也随之倾泻而出。2001年,科学家在印度洋的Kairei热液口区首次发现了鳞角腹足蜗牛。即使是在热液口生物群落中,它们也是非常令人惊奇的发现,从来没有一种腹足类动物像它们一样长出数以百计的鳞片!

  可以说,鳞角腹足蜗牛的身体皆被铁化合物覆盖,主要是二硫化亚铁(黄铁矿的主要成分)和四硫化三铁(Fe3S4),后者具有磁性,因此鳞角腹足蜗牛会被磁铁吸住。鳞角腹足蜗牛的螺壳并不像板甲那么坚硬,而更像是锁子甲——柔软却又强韧。它们的螺壳可以分为三层:最外面是一层“镀铁”的物质,厚度约30微米,由铁的硫化物组成;最内侧由钙化的碳酸盐矿物霰石组成,厚度约250微米;而中间是柔软的有机层——相当于其他腹足类的外壳膜,厚度约150微米。铁质可以提供力量,而有机层能吸收掠食者——比如一只挥舞螯肢的螃蟹——攻击时的力道。此外,有机层还具有散热的功能。目前,有研究者正在尝试借鉴鳞角腹足蜗牛的螺壳结构,研究在民用和军事领域的应用。

  鳞角腹足蜗牛的螺壳具有3个螺旋,整体呈压缩的球形。螺壳上具有肋纹和精细的生长线。相比Peltospiridae科的其他物种,鳞角腹足蜗牛的体型要大得多。大部分Peltospiridae科蜗牛的壳长在15毫米以下,而鳞角腹足蜗牛的螺壳宽度通常在9.8~40.02毫米之间,最大的可达45.5毫米,成体的平均宽度为32毫米。

  相比外部的螺壳,鳞角腹足蜗牛腹足上的鳞片似乎有着更合理的用途。一些掠食性海螺(比如芋螺)能伸出鱼叉状的齿舌捕食小鱼,然后注入毒液使其麻痹。生物学家推测,鳞角腹足蜗牛的铁质鳞片可能具有抵挡这种攻击的作用,就像骑士的盔甲可以使标枪转向。

  鳞角腹足蜗牛的鳞片主要由蛋白质组成(贝壳硬蛋白是一个复杂的蛋白质),以覆瓦状排列;相比之下,多板类(包括各种石鳖)的鳞片主要是钙质。不过,在鳞片之间的连接处,我们找不到明显的贝壳硬蛋白生长线。无论是现生,还是已灭绝的腹足类物种,再没有第二种具有这样生长在皮肤上的鳞片;已知的现生动物中,也再没有其他物种能像它们这样利用铁的硫化物,无论是骨骼还是外骨骼。

  鳞角腹足蜗牛的鳞片外表面具有相当多样的附着生物,主要为两类细菌:ε-变形菌和δ-变形菌。这些细菌可能为蜗牛提供了矿物质。有学者认为,鳞角腹足蜗牛会分泌一些有机化合物,促进这些细菌的附着和生长。科学家推测,腹足上的鳞片可能具有保护或解毒的功能,比如保护鳞角腹足蜗牛免受热液口液体的伤害,使它们体内的细菌可以安全地进行化学合成作用;又或者,这些鳞片本身可能就是共生细菌代谢时产生的有毒硫化物沉积的结果。不过,鳞片的真正功能是什么,我们还需要更多的研究。

鳞角腹足蜗牛的“铁盔甲”看起来金属感十足,堪称深海版的“钢铁侠”。鳞角腹足蜗牛的“铁盔甲”看起来金属感十足,堪称深海版的“钢铁侠”。

  体内的细菌工厂

  1977年,科学家在加拉帕戈斯裂谷首次发现了海底热液口。加拉帕戈斯群岛的奇特生物为查尔斯?达尔文的自然选择理论提供了灵感,而群岛海底的热液口又展示了新的生命可能。这些热液口的能量来自地质活动,喷出的液体通常具有很高的酸性,并含有多种金属和硫化氢。硫化氢就是臭鸡蛋气味令人恶心的原因,对生物体具有毒性。不过,也有一些细菌可以通过化学合成的过程利用硫化氢获取能量。在漫长的演化过程中,许多神奇的动物已经和这些细菌形成了互利共生的关系,从而适应了热液口的严酷环境。在总体上寒冷、食物匮乏、生物量极低的深海环境中,深海热液口就像“生命绿洲”,周围聚集了大量无脊椎动物。

  鳞角腹足蜗牛相当于一个化能合成共生作用的功能体,它们体内的内共生细菌主要分布食管腺体(esophageal gland)中,而这个器官的体积甚至比其他蜗牛体内的腺体大1000倍。这些共生菌为鳞角腹足蜗牛提供了能量,很可能是某种糖类(这种细菌也还没有在实验室里培养出来,因此我们只能猜测)。食管腺体就像蜗牛体内的食品工厂,使它们甚至不用去觅食——鳞角腹足蜗牛的消化系统已经退化,不到典型腹足类消化系统体积的10%。这或许就是鳞角腹足蜗牛能长到4.5厘米大小的原因,而那些关系很近,却没有共生菌的蜗牛只能长到1.5厘米甚至更小。与此同时,鳞角腹足蜗牛为这些细菌提供了一个安全、舒适的生存环境。

  奇怪的是,在类似的生活环境中,却出现了3种颜色各不相同的鳞角腹足蜗牛。2001年,生物学家在三个地点发现了鳞角腹足蜗牛,其中两个地点的个体呈深色,第三个地点的个体呈白色。根据遗传学分析的结果,这些蜗牛都属于同一个物种。

  出现这种情况的原因是什么?答案在于与鳞角腹足蜗牛共生的细菌——黑色变种的蜗牛体内具有一些白色变种所没有的细菌。鳞角腹足蜗牛的体表和体内生活着一些有益的细菌,能帮助它们生成铁的硫化物。来自海底热液口硫化物具有很高的毒性,但如果与矿物质结合并形成固体形式,毒性就会消失。在这些化合物毒性减弱的过程中,细菌可能扮演着重要的角色。因此,鳞角腹足蜗牛不仅镀了一层铁盔甲,而且这层铁盔甲还是有毒的。不过,这只是科学家的推测,他们还没有在实验室里培养出这种细菌。也有研究者认为,鳞角腹足蜗牛完全是靠自己生成了铁的硫化物,如果确实如此,那将是前所未有的发现。

  有研究者提出,在食管腺体中蓄养内共生细菌的策略,可能促使鳞角腹足蜗牛在解剖学结构上发生一系列新的改变,从而更加有利于细菌的生长,蜗牛本身的需求反而还在其次。食管腺体的增大、保护性的腹足鳞片、体积较大的呼吸系统和循环系统,以及较高的繁殖能力,都是有利于内共生微生物的适应特征。在极端的化能合成环境中,这些适应特征满足了鳞角腹足蜗牛的能量需求。

现已知三种形态的鳞角腹足蜗牛,从左到右分别来自Kairei、Longqi和Solitaire区域现已知三种形态的鳞角腹足蜗牛,从左到右分别来自Kairei、Longqi和Solitaire区域

  隐秘的海底生活

  2001年,科学家在中印度洋脊的Kairei热液口区首次发现了鳞角腹足蜗牛,随后又在Solitaire区(位于中印度洋脊)和Longqi区(位于西南印度洋脊)发现了它们。其中,Longqi热液口区被指定为模式标本产地,所有的模式标本材料都来自于该区域。虽然三个地点之间的距离很大,但鳞角腹足蜗牛的总分布面积其实很小,不到0.02平方公里。

  尽管早在十多年前科学家就发现了鳞角腹足蜗牛,但直到2015年,研究者才正式发表了对该物种的生物学描述,并确定其学名为Chrysomallon squamiferum。其中属名“Chrysomallon”来源于古希腊语,意思是“金色毛发”,因为它们螺壳中的二硫化亚铁呈现金色;种名“squamiferum”来源于拉丁语,意思是“长有鳞片的”。

  鳞角腹足蜗牛的头部长有两根光滑的、逐渐变细的触角。它们没有眼睛,也没有特化的交接器。它们的腹足呈红色,体积较大,无法完全缩回螺壳。此外,它们也不像其他蜗牛和蛞蝓一样具有上足腺(Suprapedal gland),也没有上足触手。

由鳞角腹足蜗牛和多毛类环节动物、甲壳动物等类群组成的Longqi热液口区生物群落由鳞角腹足蜗牛和多毛类环节动物、甲壳动物等类群组成的Longqi热液口区生物群落

  在 Pelospiridae科中,鳞角腹足蜗牛是目前已知唯一的“同时雌雄同体”物种,这意味着它们同时具有雄性和雌性生殖器官(有些蜗牛属于“阶段性雌雄同体”)。它们具有很高的繁殖力,所产的卵很可能是依靠卵黄提供营养。科学家还不清楚鳞角腹足蜗牛幼体和胎壳的形态(目前采集到最小的未成熟个体已经具有2.2毫米的壳长),但推测可能存在一个浮游扩散的阶段。鳞角腹足蜗牛在人工环境下很难成活,即便如此,它们还是曾在大气压下的水族缸中存活了超过3个星期。

  在食物匮乏的深海热液口环境中,鳞角腹足蜗牛演化出了一种出色的生活策略。海洋上层的有机物质只有极少一部分能落到海底,为了生存,包括鳞角腹足蜗牛在内的许多生物演化出了利用化学能源的能力,在深海热液口附近形成了生命奇观。西南印度洋脊的深海热液口正缓慢扩展,而热液口周围的生物群落对环境扰动十分敏感,并且恢复速率很慢。深海采矿或许会对鳞角腹足蜗牛等热液口生物带来潜在的威胁。

  你或许会问,为什么鳞角腹足蜗牛不迁移到更加宜居的环境?事实上,如果能适应这样的环境,生活其实还不错。举例来说,热带珊瑚礁区域堪称“海洋中的热带雨林”,生活着难以计数的物种,但同时也意味着激烈的生存竞争。而在深海环境,特别是热液口附近,还有一些生态位等待着新生物的到来。

桑提内尔人:世界上最与世隔绝的人群

北桑提内尔岛的卫星图片   北桑提内尔岛的卫星图片

    桑提内尔人(Sentinelese)居住在孟加拉湾安达曼群岛的北桑提内尔岛。从卫星图片看,北桑提内尔岛似乎是一座美丽可爱的小岛,周围保护性的珊瑚礁清晰可见。然而,这座面积约72平方公里的印度洋岛屿可不是随便就可以靠近的,船只在一年中只有两个月能靠近其海岸。这里是桑提内尔人的家园,而他们或许是世界上最与世隔绝的原始部落。

  桑提内尔人不知道什么是金属,他们原始的免疫系统只能适应岛屿的生存环境,外来者的一次咳嗽可能就会要了他们的命。由于桑提内尔人对外界充满着强烈的敌意,印度政府规定任何人禁止进入北桑提内尔岛方圆20公里之内,这另一方面也是为了保护桑提内尔人的生命安全。一个多世纪以来,桑提内尔人依然在顽强地抵制所有外来者和外来文化的入侵。

  桑提内尔人与加洛瓦族、詹吉尔人、翁奇人和大安达曼人同属安达曼人,并与其他安达曼人以及泰国的马尼人、马来西亚的塞芒人、菲律宾的阿埃塔人等皆属于尼格利陀人(Negrito)。尼格利陀人又被称为矮黑人,是东南亚的半游牧民族,也是世界上平均身高最矮的民族之一。不过有目击报告称,桑提内尔人的身高远远超过矮黑人的标准,男性身高达180厘米,女性为160厘米。

  人类学家对桑提内尔人的语言和习俗一无所知。有研究显示,尼格利陀人在安达曼群岛的定居历史已有约6万年。尼格利陀人不是一个单一来源的族群,定义他们的特征包括较矮的身材、深色皮肤和蓬松的卷发。尽管没有近距离接触,但奥地利地理学家和作家海因里希·哈勒曾描述过一位身高1.6米的桑提内尔人,而且这个人明显是左撇子。

  桑提内尔人保持着渔猎、采集的生活方式,没有证据表明他们发明了农业或用火方法。他们已经与安达曼群岛其他岛屿上的部落分离了很长时间,其语言与其他部落有着明显区别。

  目前,我们还不知道桑提内尔人的准确人口数据,估计数量从不到40人到接近500人不等。

  对桑提内尔人物质文化的了解基本来源于20世纪晚期几次接触尝试时的观察。桑提内尔人通过渔猎和采集野生植物来维持生活,没有证据表明他们发展出了农业。据推测,桑提内尔人的房屋可能还是简陋的棚舍式样,没有墙壁,地上有时候会放置棕榈叶和其他树叶,能为三口或四口之家提供足够的生活空间;他们也可能住在另一种更大的公有房屋中,面积可能有12平方米,构造更加复杂,并具有抬高的地面和分隔的家庭区域。

  桑提内尔人应该不掌握先进的金属冶炼技术,因为岛上的原材料极其稀有。不过,有人曾观察到他们很熟练地使用被遗弃或者被海水冲到海滩上的金属物体,并具有一定程度的加工能力,能把铁块磨尖,用作武器或其他用途。在20世纪80年末期,两艘集装箱国际货轮搁浅在北桑提内尔岛的外围珊瑚礁上,桑提内尔人从船上拿走了一些铁制品。

  英国海军军官莫里斯·维达尔·波特曼(Maurice Vidal Portman)在1880年率队探访了北桑提内尔岛,他在报告中写道,“他们的烹饪方式和准备食物的方式类似翁奇人,而不像大安达曼人。”桑提内尔人的武器包括标枪和一种平弓,并能使用不同用途的箭头,用于渔猎和发出警告等。

桑提内尔人堪称地球上最与世隔绝的一群人桑提内尔人堪称地球上最与世隔绝的一群人

 

 与外界接触的历史

  1880年1月,20岁的英国海军军官莫里斯·维达尔·波特曼率领一支武装探险队来到北桑提内尔岛——这是第一次有记载的外来者登岛。作为当地殖民政府的官员,波特曼此行的目的是对岛屿进行考察,并准备带一名囚犯回去。当时英国殖民者对待不友好部落的方式是这样的:先绑架部落成员,然后好好招待并送予礼物,再把他们释放回部落,以此展现英国政府的友好。波特曼的探险队被认为是到达该岛屿的首批外来者。虽然桑提内尔人每当有外来者靠近时就会躲入丛林,但几天之后,波特曼的探险队还是找到了一对年长的夫妇和4个小孩。他们被关起来并带到了安达曼-尼科巴群岛首府布莱尔港。这对年长的夫妇很快就生病死去,可能是由于感染了他们没有免疫力的外界疾病。英国人给了4个小孩一些礼物,然后把他们送回北桑提内尔岛。这些小孩一上岛就很快消失在丛林中。经此一事之后,英国人再也没有尝试与桑提内尔人接触,转而关注其他部落。

  1967年,在人类学家T。 N。 Pandit的主持下,印度政府开始了一系列 “接触探险”(Contact Expeditions)活动,目的是接触管辖范围内众多岛屿的部落居民。Pandit率领的第一支探险队包括了武装警察和海军官员。由于桑提内尔人撤到丛林深处,探险队未能与任何一个部落成员接触。在每次探险的过程中,印度海军的船都停泊在珊瑚礁以外,用小船靠近海滩。在离岸还有一段距离的时候,船员会把礼物扔到海水里,让水流把礼物冲上沙滩。如果桑提内尔人逃入丛林,船员们就会登上海滩,并在离开之前把礼物放在地上。

  1970年3月29日,包括Pandit在内的一群人类学家被困在了北桑提内尔岛和康斯坦斯岛之间。他们的船停在海滩上,一个目击者看到不少人丢下武器,并做出手势让他们把鱼丢下去。一些女性从丛林里走了出来,查看外面的情形。有几个男人走过来捡鱼,但他们的敌意又好像没缓和多少,局面依然紧张。这个时候,一件奇怪的事情发生了。一位女性从丛林中走出来,坐在沙滩上并与一个愤怒的勇士热烈拥抱。其他女性也开始这么做,每个人都选了一个勇士。于是好斗者的数量减少了很多。这一情况持续了相当一段时间,当疯狂的欲望之舞渐渐平息之后,成对的男女走入丛林深处,不过还是有一些男性在守卫着。探险队靠近沙滩,又丢了一些鱼过去,很快几个年轻人就过来把鱼捡走了。此时已经过了中午好一会,队员们只能返回大船。

  1974年初,一支国家地理电影团队来到了北桑提内尔岛,这是对该岛最成功的探险行动之一。这支团队由人类学家组成,目的是拍摄一部名为《寻找人类的人》(Man in Search of Man)的纪录片。团队成员中还有武装警察和一位国家地理的摄影师。当摩托艇冲破珊瑚礁时,桑提内尔人从树林中冲了出来,以一阵箭雨作为回应。小船在弓箭射程之外的海岸停住,穿着加厚防护夹克的警察率先下船,在沙滩上留下礼物:一个迷你的塑料汽车、一些椰子、一只捆好的活猪、一个洋娃娃和铝制的炊具。之后警察回到船上,等待桑提内尔人过来取走礼物。然而,他们等到的回应是又一轮的箭雨,其中一支箭射中了纪录片导演的左大腿。射出这支箭的桑提内尔人骄傲地大笑,并往回走到阴凉处坐了下来,其他人则开始用矛刺死那只猪,并将其和洋娃娃一起埋在沙滩上。之后,所有人都离开了,只带走椰子和铝制炊具。值得一提的是,北桑提内尔岛并不产椰子,顺海流漂来的椰子被桑提内尔人视为珍贵食物。

  还有一些偶然遭遇的记录,比如1980年时,一些讲?nge语的人被带到北桑提内尔岛,希望能与桑提内尔人进行交流。然而,当时的对话短暂而充满敌意,而这些翁奇人也未能辨别出桑提内尔人的语言。

  1981年8月2日,一艘名为“樱草花”号(MV Primrose)的货船搁浅在北桑提内尔岛附近,28名船员被困。第二天早上,船长用广播发出紧急信息,指出有“估计超过50个野人”试图用弓箭和标枪攻击他们。搁浅了两星期之后,所有船员和乘客都成功由救援直升机撤离,而货船的残骸就一直留在珊瑚礁浅滩上。

  20世纪90年代初,桑提内尔人开始允许船只靠近海滩,有时候还会在不携带武器的情况下打招呼。不过,几分钟之后桑提内尔人就会警告外来者离开,他们会做出威胁的姿势并发射没有箭镞的箭。1996年,印度政府选择结束“接触探险”活动,原因是此前在类似项目中接触安达曼群岛南部和中部的加洛瓦人时,出现了数起死亡事件;而且与这些与世隔绝的部落接触,也有带给他们疾病的风险。

  桑提内尔人似乎没怎么受到2004年印度洋海啸的影响,显然他们可以前往更高的山地。海啸发生三天后,一架印度海军的直升机前来查看桑提内尔人的情况,并在海滩上投放了食物。一个桑提内尔人从树林里走出来,向着直升机挥舞弓箭。

  2006年,两位渔民在岛屿附近非法捕捉螃蟹。他们可能因为酒醉不醒,而船的锚又没有固定好,从而被水流带到了北桑提内尔岛的浅滩上。在那里,两个渔民被桑提内尔人残忍杀死。之后,印度海岸警卫队的直升飞机被派去取回尸体,却遭到桑提内尔人用弓箭猛烈攻击,无法降落,最终只能作罢。

  令人担忧的现状

  相比印度安达曼-尼科巴群岛其他与外界有过接触的部落,桑提内尔人的处境还算是不错的。以生活在南安达曼岛上的加洛瓦人为例,由于大安达曼主干道(印度的4号国道)的建成,旅游业的开发,使加洛瓦人与外部世界的接触多了起来,而这一切最直接的后果就是导致加洛瓦人遭受了不止一次的疾病疫情(如1997年和2006年的麻疹爆发)。尽管印度法律禁止旅游从业者接触加洛瓦人,严禁给他们提供食物,甚至禁止给他们拍照,然而,有证据显示这些法律的执行效果堪忧。一部名为《野生人类动物园:观察加洛瓦人》(Human Safari: Observing the Jarawa)的纪录片显示,每天有众多猎奇的游客来到加洛瓦人的家园,与加洛瓦人直接接触,而负有保护职责的当地警察却对此视若无睹。随着与外界的接触越来越多,香烟和酒精也被引入加洛瓦人的生活,使他们的健康状况变得越来越差,而他们又需要用森林家园里的资源来换取这些瘾品。在历史上,加洛瓦人和桑提内尔人一样,都会使用弓箭来驱赶外来者,而如今他们不但学会了基本的印地语,也染上了一些现代人的恶习。有人甚至警告称,加洛瓦人的人口下降极为严重,如果再不采取措施,他们可能很快就将消失。

  桑提内尔人的未来也不容乐观。在这样一个面积狭小的海岛上,有限的人口和近亲繁殖,无疑会使他们的免疫系统变得越来越脆弱。考虑到现代人类在世界许多偏远地方的所作所为,或许让桑提内尔人一直世隔绝才是最好的选择,他们 有权利保护自己免受疾病、酒精和贪婪的侵袭。

蜜蜂怎么了?谈谈“蜂群崩溃综合征”

正在采蜜的西方蜜蜂,拍摄于坦桑尼亚正在采蜜的西方蜜蜂,拍摄于坦桑尼亚

  许多人都听说过蜜蜂蜂群突然消失的新闻,但对其背后的缘由不甚了解。这个问题出现在Quora网站上之后,台湾大学的昆虫学系助理教授Matan Shelomi(中文名为薛马坦)在该问题下做了详细的解答。以下便是他的答案。

  我(以及世界上几乎所有的昆虫学家)经常被问到关于蜜蜂的问题。“它们有麻烦了吗?”“为什么它们正在消失?”“我能做什么?”这些问题倒还无妨,让人恼火的是我得到的答案。“这明显是转基因的问题!”“我们必须禁止新烟碱(neonicotinoid,又称类尼古丁,是一类和尼古丁相关的神经活性杀虫剂的总称)!”“我们该怎么阻止那些正在杀死蜜蜂的企业?”呃,问题在于新闻媒体需要有轰动性的议题和简单易懂的故事,而大多数人想要的是每个问题都有一个答案。然而,生物学的原理并非如此,真相无法归结在一个标题之下。

  前不久我刚听过一场很棒的演讲,演讲者是令人尊敬的梅·贝伦鲍姆博士,他是一位了不起的昆虫学家,也是对“蜂群崩溃综合征”(Colony Collapse Disorder,CCD)的科学阐述者。蜂群崩溃综合征是描述蜜蜂消失现象的专业术语。这里,我将介绍目前蜂群崩溃综合征的研究状态:它的历史、原因,以及我们怎么阻止它。

  总结一下:蜂群崩溃综合征没有单一的原因。没有哪一种化学物质应该被禁止。一种生物的消失也不能归咎于某一家公司。相反地,蜂群崩溃综合征是多个因素共同作用的结果。这些因素的整体要比其中的部分致命得多:对在基因上已经十分脆弱的蜜蜂来说,这是一场在生物学和文化上都难以承受的考验。但是,蜜蜂,以及其他蜂类都不会很快就走向灭绝。

  蜜蜂的历史

  人类采集西方蜜蜂(又称为欧洲蜜蜂,学名:Apis mellifera)的蜂蜜已经有上千年的历史。这种蜜蜂原产于欧洲、亚洲和非洲,是一种很容易被驯养的蜜蜂,不仅用来生产蜂蜜,也能帮助给农作物授粉。还有另一种蜜蜂是东方蜜蜂(学名:Apis cerana),原产于亚洲。在全世界范围内,西方蜜蜂更为常见。几个世纪之前,美国从欧洲引进了蜜蜂,这些蜜蜂很好地适应了当地的植物。没有蜜蜂,某些农产品(特别是扁桃仁,即巴旦木)就无法生产出来。

  不过,养蜂并不容易。与所有的动物一样,蜜蜂也会生病;而且和所有的农民一样,养蜂人会尽一切可能确保蜜蜂的健康,治疗或预防任何可能的疾病问题。最大的蜜蜂疾病问题是幼虫腐烂病(foulbrood),这种细菌疾病会让蜜蜂幼虫变成一团黏乎乎、令人恶心的棕色物体。为了阻止幼虫变成流体,蜂农开始使用抗生素。还有一种被称为微孢子虫(Nosema)的真菌也能摧毁整个蜜蜂种群,于是蜂农们开始用起了杀真菌剂。能带来最严重后果的是瓦螨(学名:Varroa destructor),这种蛛形纲动物能附着在蜜蜂体外,吸食蜜蜂的体液。这已经足够糟糕了(它们的种名“destructor”意思就是“破坏者”),但情况还可以更糟。瓦螨在蜜蜂身上造成的伤口会感染细菌和病毒,包括翅翼变形病毒(deformed wing virus,DWV),这种病毒实际就是由瓦螨传播的。1987年,瓦螨随一只亚洲的东方蜜蜂被偶然带入美国,如今已经传播到世界大部分地方(除了澳大利亚……就目前而言)。为了控制瓦螨,蜂农又开始在蜂房上喷洒杀螨剂。

  过去一个世纪中,养蜂活动也发生了显著的改变。蜂农发现了授粉市场,开始带着蜂房,随农作物种植季的变化前往不同的地方,一开始坐火车,后来自己开货车。然而,蜜蜂依然供不应求。在美国,巴旦木行业协会甚至成功游说了美国国会,同意从澳大利亚进口蜜蜂。这在当时其实是违法的——为避免从国外引入蜜蜂疾病,有法规禁止进口蜜蜂。随着世界的发展变化,越来越多的荒野被开垦为农田,接着农田又变成了城市,蜜蜂的食物量不断减少。蜜蜂的天然食物是蜂蜜和蜂花粉(发酵的花粉团)。野生开花植物的减少意味着蜜蜂的天然食物也在减少,它们需要其他食物来源。为了养活蜜蜂,蜂农们开始给它们喂食含糖溶液,包括含有高浓度果糖的玉米浆。

  走进蜂群崩溃综合征

  2006年,美国许多蜂农报告称蜂群大量消失。不是死亡,而是消失:蜂巢里的工蜂突然消失了,只留下蜂后和幼虫。这实在很不寻常:蜜蜂不会把家园和家庭成员就这么抛弃掉。工蜂消失之后,蜂群也随之崩解。很快,这被证明是一个全国性的问题,并且在欧洲也发现了类似的现象。由于蜜蜂在农业上具有举足轻重的作用,因此美国各地的研究小组开始展开合作,解决“蜂群崩溃综合征”成为了优先课题。

  人们几乎立刻就找到了替罪羔羊。反对转基因生物的组织指责转基因;反对政府的组织指责政府;阴谋论者则表示,政府在喷洒某些东西;外星人劫持论者称,外星人正在带走蜜蜂。有些人怪罪手机,有些人则怪罪奥萨马·本拉登。一个理论称,美国政府正在用苏联的心灵控制技术来对付美国人,以提高对伊拉克战争的支持率,而美国的蜜蜂也因此受到了影响,因为俄罗斯的蜜蜂安然无恙。所有这些指责都言之凿凿,不过我怀疑任何能如此轻易下结论的人会接受那些证明他们错了的证据。事实上,以上提到的所有说法,从转基因到手机,都是错误的。蜂群崩溃综合征不是由转基因、手机、外星人、车辆格栅、紫外线、电磁辐射、恐怖分子、共产主义者、资本家等等造成的。我们找不到支持这些说法的证据(反驳其中某些说法的证据倒是很多),而那些宣传这些说法的人也给不出合理的解释(提示:如果某个网站宣称要向你展示“真实新闻”或者“他们不想让你知道的真相”,那几乎可以确定是不可靠的)。那么,真实的研究结果是怎么说的?

  相关的研究

  巧合的是,在蜂群崩溃综合征被报道之前几个月,科学家发表了蜜蜂的基因组序列。研究人员于是利用这一新信息尝试找出原因。他们对比了健康蜜蜂和崩溃蜂巢里残存个体的基因,看看有什么不同。他们发现问题并不在蜜蜂基因组本身,而是一个搭基因组“便车”的不速之客:以色列急性麻痹病毒(Israeli Acute Paralysis Virus,IAPV)。这种病毒在崩溃蜂巢中的出现频率要远高于健康蜂群。尽管发现于以色列(因此得名),但科学家认为这种病毒是通过澳大利亚的蜜蜂进入美国的。虽然有避免蜜蜂疾病传入的法律,但美国还是从澳大利亚进口了蜜蜂。那么,问题解决了吗?以色列急性麻痹病毒是不是蜂群崩溃综合征的原因?

  答案是否定的。澳大利亚的蜜蜂确实携带着这种病毒,但它们并没有蜂群崩溃综合征。澳大利亚的蜂巢没有崩溃。科学家对1950年的冰冻蜜蜂标本进行脱氧核糖核酸(DNA)检测之后发现,这些美国的蜜蜂也具有以色列急性麻痹病毒,远早于从澳大利亚进口蜜蜂的时间。因此,这种病毒可以排除了。

  我们还发现了一些别的东西。有科学家对蜜蜂体内的微生物群进行了研究。与人类一样,蜜蜂的肠道里也生活着细菌和其他微生物,帮助它们消化食物和做其他事情。关于人体微生物群如何影响人类健康有大量的研究(也有更多的夸大其词和伪科学)。研究结果发现,健康蜜蜂和崩溃蜂群的蜜蜂在微生物群方面没有差别。这一因素也与蜂群崩溃综合征无关。然而,这是第一次有证据表明蜜蜂也会利用微生物……而这些微生物对于最初用于蜜蜂的抗生素能抵抗相当长时间。2005年,一种治疗幼虫腐烂病的新抗生素问世,其他抗生素药品也被引进,这可能影响了蜜蜂体内的微生物群。还有一点是,蜜蜂需要利用特定的真菌来发酵花粉,以获得作为食物的花粉团。

  以下或许是蜜蜂基因组研究中获得的最大发现:蜜蜂天然缺乏免疫力和解毒基因。与其他昆虫相比,蜜蜂缺乏许多天然的防御机制!具体而言,它们具有更少的谷胱甘肽S-转移酶(glutathione-S-transferase)、羧酸酯酶(carboxylesterase)和细胞色素P450(cytochrome P450),这些都是动物(包括人类)用来分解毒素的蛋白质。蜜蜂以花粉和蜂蜜为食,很少接触毒素。在数百万年的演化史中,它们失去了许多这样的防御基因,这意味着所有的蜜蜂在面对疾病和化学制品时,处于天然弱势的地位。

  那么,蜜蜂是如何生存下来的?它们还有少量细胞色素P450和其他解毒基因。此外,它们也有自己的秘密武器:食物。花粉含有一些能正调节解毒和免疫基因的化合物。也就是说,当蜜蜂吃下含有花粉的食物,比如蜂花粉或蜂蜜时,它们会产生更多能抵抗病原体,以及代谢有毒化合物的蛋白质。由于蜜蜂的天然食物是蜂蜜和蜂花粉,二者都含有花粉,因此它们依然具有一定的抵抗力。顺便一提,同样的规律也适用于人类,如果你吃的食物更加健康,你的免疫力也会随之提高。

  现在你已经了解了足够信息,或许可以推断出是什么引起蜂群崩溃综合征了。让我给你一个提示:这不是单一因素引起的。无论你读到什么,如果你发现有任何消息来源只列出了一个原因——某种化学物质、某种杀虫剂、某个公司、某个国家——那你就不必继续看下去了。任何事情,任何时候,都是适用的。科学的运作机制不是那样,蜂群崩溃综合征并没有单一的原因,解决的方法也不是只有一个。任何人如果否认这一点,那很可能就是为了向你灌输某个特定观点,或者还没做好功课。

  以下就为你揭晓答案。

  是什么导致了蜂群崩溃综合征?在众多假说中,只有4种看起来可能性较高:从1895年至今不断增加的杀虫剂用量;某种病原体或寄生虫;由管理措施引起的免疫抑制;以及蜜蜂食物中营养成分的减少。那么,应该归咎于哪个因素?全部。

  2012年,科学家完成了对蜂群崩溃综合征的文献元分析和多次大规模研究。他们没有找到原因,而是发现了几个预示蜜蜂种群即将崩溃的指标。微孢子体真菌并不是指标之一:相反,健康种群具有更高的微孢子体水平!只有瓦螨和翅翼变形病毒是看似有效的指标,而瓦螨更为重要。前面提到,澳大利亚没有瓦螨,也没有蜂群崩溃综合征(尽管亚洲和新西兰也都没有蜂群崩溃综合征,却都有瓦螨)。瓦螨是不是导致蜂群崩溃的原因?

  事情是这样的。想象一个受到瓦螨侵扰的蜂群。蜂农必须在蜂房中施用杀螨剂,而螨虫与细菌或真菌不同,它们在演化上更接近蜜蜂。二者都是节肢动物。同样的化学物质能杀死螨虫,也可能会杀死蜜蜂。尽管目前所用的杀螨剂对螨虫的毒性要大于蜜蜂,但还不存在哪种能杀死螨虫的化合物是对蜜蜂完全无害的,无论是有机农业还是传统农业都是如此。有些非化学技术可以对付瓦螨,但都需要更多的劳作,成本高昂,而蜂农本身已经是在为边界利润工作了:你不会为了赚钱去养蜂!因此,现在的蜜蜂都暴露在杀螨剂之下,而且经常是一次好几种……超过了细胞色素P450的解毒能力。蜜蜂只能产生少数几种能处理杀螨剂的细胞色素P450,一种化合物还好,要是喷洒两种或者更多化合物,它们就无法承受了。

  要注意,我甚至还没有提到蜜蜂可能会在田野里遭遇的杀虫剂,这主要因为它们还不是太大的问题。在最近新闻中常提到的新烟碱,在欧洲已经由于公众压力而被禁止了?这类杀虫剂依然在其他许多没有出现蜂群崩溃综合征的国家使用。事实上,没有哪一种用在农作物上的化学物质——新烟碱、Bt蛋白(喷洒或转基因形式)、可尼丁(clothianidin)——与蜂群崩溃综合征直接相关,而这也是意料之中的。农药喷剂对蜜蜂的影响怎么会有蜂巢喷剂的影响大呢?这讲不通,事实上也确实如此。近期的一项研究显示,美国的蜂巢中,100%的蜂蜡都含有高浓度的杀虫剂,以及其他化学物质——包括我之前提到的抗生素和杀真菌剂。杀死微孢子虫的杀真菌剂可能也会杀死那些将花粉转变为蜂花粉的真菌!即使这不是问题,最终的结果也是使蜂巢积累大量的化学物质:即使禁止了在农作物上使用杀虫剂,蜂巢本身也会受到喷洒或污染。

  你或许会说:“但是在使用杀螨剂的时候蜜蜂并没有死掉啊……”没错!杀螨剂或许有毒,但并不会太可怕!细胞色素450还是能应对大部分杀虫剂——如果蜜蜂健康的话。请记住花粉会刺激细胞色素P450的生成,但蜜蜂的食物已经不能再提供足够的花粉。前面提到的栖息地破坏意味着自然界没有足够的花粉供蜜蜂食用。相反,人们用糖溶液或玉米浆喂养蜜蜂,而这些都无法像花粉一样激发它们的免疫力。举个例子说明一下情况有多么糟糕,法国的养蜂人曾经在见到蓝色蜂蜜的时候惊慌失措。最后发现,他们的蜜蜂没有采集花蜜,而是以附近一家M&M工厂的含糖废水为食,从中吸取了蓝色染料。无独有偶,美国纽约一位养蜂人的蜜蜂产出的是红色蜂蜜,他发现他的蜜蜂原来是在一家马拉斯奇诺樱桃工厂觅食。没有花朵提供食物,蜜蜂的营养状况就会十分糟糕。在营养不良的情况下,蜜蜂的免疫力也很低下……而当你考虑到长途运输的压力,大部分蜜蜂也都不会获得很好的食物,你就会明白为什么蜜蜂会生病。

  “慢着,那么那些吃蜂蜜的蜜蜂呢?”你可能还会这么问。你说得对,很多养蜂人选择用蜂蜜而不是玉米浆来喂养蜜蜂……或者说他们以为是这样。目前一个主要的问题是,大部分在售的蜂蜜其实不是真正的蜂蜜。问题症结在于:2000年,美国对某些国家产的蜂蜜课以反倾销税,导致进口蜂蜜减少,由此导致从马来西亚、印度、越南和印度尼西亚等国家进口的蜂蜜增加。问题是这些国家都没有商业性的蜂巢。我们怎么能从不生产蜂蜜的国家进口蜂蜜呢?“洗蜂蜜”。有些蜂蜜会被贴上其他国家的标签,然后避开美国的反倾销税。为了不被查到,他们会用超滤器将蜂蜜中的花粉过滤掉(因为可以用花粉追溯蜂蜜的原产国),并用玉米浆掺入其中。因此,你所看到贴着“蜂蜜”标签的东西可能并不是蜂蜜,而由于这些“蜂蜜”不再含有花粉,因此对蜜蜂的健康并没有什么益处。

  总结一下,蜂群崩溃综合征的发生是因为蜜蜂本身对疾病和化学物质的免疫力天然不足,而这两种因素对蜜蜂的影响越来越大,而且经常一起作用;此外,由于营养不足的食物和充满压力的生存条件,蜜蜂的免疫力变得更糟。没有单一的原因,同样也没有单一的解决方法。

  我们能做什么?

  首先,让我向你保证,蜜蜂终将度过危机。蜜蜂并没有灭绝的危险,即使是西方蜜蜂。野生蜜蜂其实活得好好的,消失的只是商业养殖的蜜蜂……而它们消失的速率也在降低!不同年份的下降速率不同,有些年份还会出现蜜蜂总数量的上升。举例来说,2012-2013是蜜蜂最艰难的一年,许多蜂巢遭受了蜂群崩溃综合征。原因?那一年美国中西部发生了一场旱灾,大量开花植物死去。营养不足加上缺乏水分,以及艰苦的生活方式,使蜜蜂难以承受自然和人为的压力(包括病原体和杀虫剂),死亡的可能性更高。其他年份里,蜜蜂的日子要好过得多。

  不过,这些对于失去蜂群的养蜂人来说算不上什么安慰。我们能做什么来帮助他们吗?两件事。首先是在你的花园里种一些蜜蜂喜欢的花,如果你有花园的话。在你的住宅附近为蜜蜂提供食物来源,可以减少一些栖息地丧失对蜜蜂的损害。其次,如果可以的话,请购买本地的蜂蜜,以支持本地的养蜂人。去农贸市场,或者找一些养蜂的人购买蜂蜜。这会帮助他们度过难关,你也可以保证自己买到的是货真价实的蜂蜜,而不是经过处理的产品。

  那更大的问题呢?好吧,在找到对蜜蜂完全无害的杀螨剂之前,我们还将继续使用现有的产品。瓦螨是元凶之一,必须加以控制,虽然解决它们的方法也是造成问题的另一个原因。至于禁止化学产品,无疑是个糟糕的主意。想一下新烟碱:就算你禁止了那些新烟碱类杀虫剂(就像在欧洲),然后呢?农民还是会使用其他杀虫剂,比如更早的产品拟除虫菊酯(pyrethroids)——比新烟碱的毒性更高!通过禁止特定的杀虫剂,欧洲可能会使蜂群崩溃综合征问题变得更加严重。如果你想从公共政策的角度解决问题,我的建议是阻止栖息地破坏,这个主意总是没错的。

  这也就说到了我最后的论点。你最佳的选择就是获得足够的信息……这并不是说去寻找某个信息来源,然后盲目地相信他们。获取足够信息的意思是,你应当不断寻找新的信息,并且从不满足。这意味着当新的故事冒出来时,你要一直质疑,特别是当那个故事看起来太像真的,或者宣称能“最终”回答某个问题的时候。

  获取足够信息还意味着不能把某个阴谋论网站或某个反农业技术博客,甚至是某篇新闻报道,与真实的科学数据混淆起来。此外,你也不能过于相信某一篇科学论文,特别是当这篇论文只是单次研究而不是元分析的时候。科学一直处在不断的变化中:想想从2006年至今,我们对蜜蜂的了解改变了多少,有多少假说被验证、被挑战,然后随着新证据的出现而被抛弃。甚至我现在所写的这些有一天也可能改变(虽然现在还是被广泛接受的)。蜜蜂的故事还没有结束,但我打赌这个故事不会有什么激动人心的大结局,或者出现什么高潮,而是会错综复杂,充满着彼此交织的角色;故事的最后,或许不会过于引人注目,但应该会更令人满意。

第二部分:蜂群崩溃综合征的研究历史

        2015年11月8日,星期一早晨的明尼阿波利斯(美国明尼苏达州的城市),我很早就醒来,因为不想错过早上八点时梅·贝伦鲍姆教授在美国昆虫学会年会上的演讲。在一场关于蜜蜂蜂群崩溃综合征(colony collapse disorder, CCD)的研讨会上,贝伦鲍姆教授作为开场演讲嘉宾,与到会的科学家分享了最新的研究发现。她的演讲题目是《关于CCD的ABC和XYZ》,涵盖了关于该课题在9年时间内的584篇论文。我丝毫不怀疑她阅读了每一篇论文。她将所有这些历史和数据浓缩成了16分钟的演讲,几乎没有让人停下来喘息的时间。尽管现在蜂群崩溃综合征已经不再像几年前那样经常占据新闻头条,但科学家对蜜蜂的兴趣却更胜以往。因此,对于那些感兴趣的人,这里对贝伦鲍姆教授的演讲做了总结,并介绍了蜂群崩溃综合征的历史和现状。

  一切都开始于2006年10月,当时一种被称为“秋季衰退病”(fall-dwindle disease)的蜜蜂消失现象开始被注意和报道。健康的蜂群突然崩溃,工蜂没有一下子死亡很多,而只是消失不见了。都不见了。没有尸体。幼虫被抛弃在蜂窝中,食物完好无损地储存着,甚至蜂后都被抛弃在蜂巢里。没有相当规模的工蜂数量担任维持工作,蜂群最终会全部死亡。这种奇怪的现象究竟是什么,蜜蜂离开蜂巢之后会在哪里的荒野死去?在2007年2月发表的一篇文章中,这一现象被重新命名为“蜂群崩溃综合征”。紧接着,美国各地都传来了蜂群崩溃的报告,《纽约时报》(New York Times )的商业版块也报道了这一事件,并且在不到一个月时间里举行了一次美国国会小组委员会。在这个时候,欧洲也注意到了同样的现象。到了4月,媒体对贝伦鲍姆所说的“蜜蜂末日”(Apispocalypse,词源来自西方蜜蜂的学名Apis mellifera)发了狂,任何太阳底下的东西,太阳以外的东西,以及太阳本身都被指责是造成蜂群崩溃的元凶。为了把真相与阴谋论和优先研究分离开,美国农业部举办了一次会议,并迅速排除了所有错误的理论,包括手机、宇宙射线、转基因农作物、移民、奥萨马·本拉登、光照派、无线网络、风力涡轮机、核电厂、外星人、太阳耀斑、飞机尾迹,以及蜜蜂被公路上的汽车撞到等。

  在转基因和外星人都被排除之后,还有哪些原因剩下?有4个依然很有可能的原因。一是杀虫剂,最受关注的是目前主流的新烟碱类杀虫剂;二是病原体:一些导致蜜蜂生病的细菌或寄生虫,可能还没有全部被发现;三是管理和养蜂手段导致的免疫力抑制:这些蜜蜂在用货车运送到全国各地的过程中遭受了很大的压力;第四点,不断下降的营养供给:栖息地丧失意味着花朵越来越少,供蜜蜂食用的花粉和花蜜也就越来越少,因此蜂农必须借助含糖的水或玉米糖浆。你可以将以上这些记为4个“P”:杀虫剂(Pesticides)、病原体(Pathogens)、养蜂手段(Practices)和(缺少)花粉(Pollen)。这种记忆法是我自己的发明,不是贝伦鲍姆博士的,如果觉得有帮助,请尽管使用。如果你不喜欢的话,还可以尝试记住4个“D”:药物(Drugs)、疾病(Diseases)、干扰(Disturbance)和食物(Diet)。现在科学家已经知道了从哪里着手,并开始努力解决问题。凑巧的是,在“秋季衰退病”首次被发现的同一个月,科学家发表了完整的蜜蜂基因组序列,这使未来的工作变得更加容易一些。

  2007年9月,研究者取得了第一个突破:从崩溃蜂群的蜜蜂基因组中鉴别出了一种病毒,称为以色列急性麻痹病毒(Israeli Acute Paralysis Virus,IAPV)。这种病毒发现于以色列,其最初起源尚不明确,不过有人归咎于从澳大利亚进口到美国的蜜蜂种群曾被该病毒污染。消失的蜜蜂是否因为感染这种病毒而离开蜂巢呢?答案是否定的。一个月之后,科学家对1950年的冷冻蜜蜂标本进行了检测,发现也含有以色列急性麻痹病毒。无论该病毒从何而来,它都已经在美国存在了很长时间,远早于蜂群崩溃综合征的出现。难题的解决必将困难重重。(这个例子也表明了保存很久之前的科学标本有多么重要:你永远不知道什么时候或者什么原因会有人用到它们!)

  那么新烟碱呢?如今欧洲人对农业技术发展越来越焦虑,他们迅速将所谓“疯狂蜜蜂病”(Mad Bee Disease)归咎于新烟碱类杀虫剂。然而,一项对108个崩溃蜂群的研究发现,只有3个蜂巢中残留着新烟碱类杀虫剂。其中的关联并不明显。不过,就在同一项研究中,科学家在全部崩溃蜂巢中都发现了杀螨剂。蜂农会直接向蜂巢喷洒杀螨剂,以控制寄生在蜜蜂身上的瓦螨。然而,这些杀螨剂事先都经过了检测,被认为不会伤害蜜蜂——在单独使用的时候。2009年,研究发现这类杀螨剂中有两种具有协同效应,即单独使用时不会致死的剂量在二者结合使用时就会产生较严重的毒性……两种其实并不多:2010年3月,对蜜蜂体内121种代谢产物的分析显示,有6种来自杀虫剂,大部分为杀螨剂。

  为什么会发生协同效应?基因组计划揭示,蜜蜂对毒素的抵抗能力天生较弱:它们只有3种不同的解毒酶,属于细胞色素P450超家族。在对杀螨剂解毒时,这3种酶显然忙不过来,因此协同效应几乎是肯定会出现的。尽管蜜蜂的细胞色素P450与其他昆虫体内的具有相同效力,但数量上的劣势意味着蜜蜂很难同时应付多种杀虫剂(相比之下,人类在这方面就厉害得多,一共拥有57种细胞色素P450超家族的酶)。那么,蜂群崩溃综合征的起因就是蜜蜂无法解毒这些杀虫剂“鸡尾酒”吗?可能不是。2009年1月的一项研究发现,解毒基因的表达(对一个基因使用程度的测量)在崩溃蜂群和健康蜂群里是一样的。一方面崩溃蜂群的蜜蜂应对杀虫剂的能力还说得过去,另一方面健康蜂群的蜜蜂面临的麻烦也同样多,要导致蜂群崩溃还需要其他某些东西。一个假说被否定之后……另一个假说又出现了。该研究还发现相对健康蜂群,崩溃蜂群具有大量的病毒,比如“类小RNA病毒”(picorna-like virus)。现在,病毒已经成为研究热点。到了2009年8月,仍然有许多病原体与蜂群崩溃综合征联系在一起。2010年10月,两种全新的病毒——属于RNA病毒——被发现只存在于崩溃蜂群。2011年6月,科学家又发现了4种全新的RNA病毒。

  那么,我们要如何保护蜜蜂免受这些病毒的侵袭?类小RNA病毒通过瓦螨传播,因此我们还是得用杀螨剂保护蜜蜂……而对于RNA病毒,由于它们在其他传粉昆虫中也都有发现,科学家最终认为这些病毒是通过花粉本身传播的!蜂群崩溃综合征看起来似乎无法解决……但是到了2010年12月,新的研究指出,蜂群崩溃综合征完全不是问题!那一年有大量的蜂群消失,但并不是因为蜂群崩溃综合征。研究人员发现饥饿和恶劣天气才是最大的原因。是这样吗?

  2012年1月,科学家发现了一个新的蚤蝇物种。蚤蝇又被称为驼背蝇,是一类小型的寄生蝇。这种新发现的蚤蝇与蜂群崩溃综合征完全没有关联,而媒体之所以将二者联系起来,主要是因为它们能寄生在蜜蜂的大脑中,并将蜜蜂变成“僵尸”。令人毛骨悚然,但关系不大。那么肠道细菌呢?已经有研究显示,全世界的蜜蜂拥有几乎相同的肠道细菌,就连熊蜂也是。再一次地,没有证据表明这与蜂群崩溃综合征存在联系。还是让我们回到4个“P”吧。

  到了2012年2月,科学家已经有了预示一个蜂群即将崩溃的标志物:瓦螨;微孢子虫(Nosema),一种寄生真菌;病毒感染,许多可能的病毒;以及……其他一些因素。只有前三个因素还不足以引发蜂群崩溃,因此还得加上其他一些东西。这些因素之间共同的关联是瓦螨:它们能传播病毒,也能传播微孢子虫(也传播病毒),而它们本身也足以致命,并且是几种有协同效应的杀螨剂的使用原因。表明瓦螨破坏力的证据越来越多,但也有一些好消息:2012年的一项研究发现,越冬时的蜂群损失正在下降。蜂群崩溃综合征正在好转,现实情况是这样吗?

  大约在2012年1月时,在瓦螨的证据越来越多的同时,突然间,新烟碱类杀虫剂又闯入了研究者的视线。我们不是证实它们不是元凶了吗?没有完全证实,因为新的研究显示,新烟碱类杀虫剂可能会被植物从土壤里吸收到体内,或者通过其他媒介被蜜蜂接触到——不是通过蜂巢或直接接触。从1月到3月,一系列论文指出,新烟碱会导致蜜蜂更容易被微孢子虫感染。因此,可以说杀虫剂和病原体也在“协同作用”了。类似蜂群崩溃综合征的现象如今也开始在熊蜂和其他以土壤筑巢的蜂类中出现,尽管没有人知道出现了多久。我们应该禁止新烟碱类杀虫剂吗?不,因为欧盟已经这么做了,但并没有效果。替代新烟碱的杀虫剂也没有更安全。2013年2月,研究者发现喷洒在农作物上的杀虫剂,与喷洒在蜜蜂身上的杀螨剂也会发生相互作用,即存在更多的协同效应。到了11月,杀真菌剂也成为指责的对象……接着,人们甚至还指责溶剂!这些溶剂由活性较低、无毒、无杀真菌效力的化合物组成,在与杀真菌药物混合之后,有助于更好地施药(可以把一杯柠檬水中的水当成溶剂,用来承载柠檬汁和糖)。如果溶剂也能引起协同效应,那就没什么东西是安全的了!

一只在蜜蜂幼虫上的瓦螨
一只在蜜蜂幼虫上的瓦螨
 

  杀真菌剂还有另一个问题:它们会杀死蜜蜂在制造蜂花粉时所必需的“好”真菌。蜂花粉是花粉和蜂蜜的混合物,蜜蜂用其喂养幼蜂和蜂巢中的其他成员。因此,它们的食物现在也受到了威胁,这就说到了其他的“P”。科学家发现,食用花粉的蜜蜂比不食用花粉的蜜蜂更能忍耐杀虫剂。2013年3月,科学家发现,在所有花粉中存在的一种化合物——对香豆酸(p-Coumaric acid)——能够能正调节(提高活性)蜜蜂体内解毒和免疫基因(需要说的是,该物质对人类无效,所以还是把花粉留给蜜蜂吧)。我们现在可以确信,给蜜蜂喂食玉米糖浆或玉米糖对它们的免疫力是不利的……但是蜂农们又有什么办法?许多曾经开满鲜花的荒野如今已经变成停车场或高尔夫球场。现在,我们可以很确定地将栖息地丧失视为引发蜂群崩溃综合征的中间因素:它不会直接杀死蜜蜂,只是让其他一切变得更糟糕。没错,这又是协同效应。除此之外,还有研究发现,任何驱使蜜蜂在一年中过早地去寻找食物,或者让它们在还太年幼的时候采蜜(通常是年龄较大的蜜蜂从事觅食工作)的压力,都可能导致蜂群崩溃综合征。

  那么现在我们到哪了?蜂群损失并没有减少多少:可怕的2013年很快就让2012年的好消息黯然失色。因此,尽管综合征还在,甚至媒体的关注度也在下降,但仍然有好消息:对传粉媒介,包括蜜蜂之外的其他物种,的研究空前丰富。我们在过去九年里获得的蜜蜂知识,要比过去几十年里加起来的还多!全世界的大学都在聘用农业学家(蜜蜂专家),世界各地的人们对蜜蜂的思考也远胜于其他生产食物的生物。假如说今天的人杀死一只蜜蜂的可能性要远小于九年前,那我一点都不惊讶。

  对于那4个“P”呢?它们还依然存在。杀虫剂(Pesticides)杀死蜜蜂;病原体(pathogens)到处都是;引起压力的管理手段(practices)和缺乏优质花粉(pollen)和花蜜来源,都会削弱蜜蜂抵御化学物质和传染病的能力。螨虫和杀螨剂,病毒和瓦螨,疾病和森林砍伐,所有这些因素都在相互作用。正如美国农业部“蜂群崩溃综合征指导委员会”在2009年所说的,“没有发现任何单一因素具有足够根据作为致病因子”;在2010年又说,“情况越来越明了,(蜂群崩溃综合征)不能归咎于任何单一的因素”。一切都是协同作用:蜜蜂受到来自各个方向的攻击,而这些因素的整体威力又远远超过其单独的作用。

  我们能做些什么?不需要禁止任何东西:涉及的化学物质太多了,有些物质如杀螨剂,所对付的瓦螨显然要比它们的毒性可怕得多。如果你知道任何能清除瓦螨,却又不会杀死蜜蜂的方法,那就太棒了。但这还不够,因为即使是花粉也能传播病毒。虽然无法阻止蜜蜂生病,但我们能帮助蜜蜂变得更加健康,更加有可能恢复蜂群。我们已经着手处理影响蜜蜂的一个因素:栖息地丧失。阻止栖息地的继续破坏,并逆转已经造成的结果。种植花圃,而不是精细修剪的草坪;保护森林和草原;或者在住宅附近放多几个花盆,种一些蜜蜂喜欢的花卉。你可以敦促本地政府部门在公共空间种植更多的花卉,例如在道路两旁或环形交叉路口。你甚至可以自己建立一个蜂巢!此外,请善待蜜蜂。如果你在某个地方遇到一群“不识趣”的蜜蜂,不要惊慌,也不要用药物喷洒它们。你可以联系本地的养蜂人或者其他可能认识养蜂人的机构,很快就会有人前来捕捉这群蜜蜂,并建立一个新的蜂巢。这些蜜蜂可以转移到其他地方而不必被杀死。

  此外,请记住蜜蜂并不是唯一的传粉者,也不是唯一的蜂类。西方蜜蜂(Apis mellifera)并非原产于美国或澳大利亚,或世界其他许多地方。原生的蜜蜂、熊蜂、集蜂科蜜蜂、木匠蜂等等,可能都是比驯养的蜜蜂更有忍耐力的传粉者。虽然这些原生蜂类本身也受到栖息地破坏和疾病等因素的威胁,但如果蜜蜂的情况没有改善,它们也可以作为备用计划。在那之前,新的研究结果会一直不断涌现,科学家也会努力为蜜蜂研究筹集资金——这一机制在过去几年里很成功,未来也会继续。

  总结一下,我们很可能永远无法排除四种因素中的任何一个,因为它们都是真实存在的。不过,我们还是会尽一切可能找出明确的原因、更好的解决措施和更安全的预防手段,当然还要努力让蜜蜂拥有足够的天然食物。与此同时,请继续关注蜜蜂!正是你的兴趣和关注驱动着科学发现,并且为新的蜜蜂研究提供资金,所以,不要让你的好奇心崩溃!

 

原文链接:https://www.quora.com/profile/Matan-Shelomi/Posts/Whats-the-Deal-with-the-Bees-part-2-A-History

如果我们能消灭地球上所有的蚊子,结局会怎样?

消灭地球上的蚊子会带来什么结果?这个看似简单的问题其实并不简单消灭地球上的蚊子会带来什么结果?这个看似简单的问题其实并不简单
 

  如果我们能消灭地球上的蚊子,那将带来什么样的结果?这个问题最初出现在Quora网站上,台湾大学的昆虫学系助理教授Matan Shelomi(中文名为薛马坦)在该问题下做了详细的解答。以下便是他的答案。

  这是我在Quora上最常被问到的问题类型,提问的形式多种多样,比如“蚊子存在的意义是什么?”、“蚊子在生态系统中扮演着什么角色?”、“我们能否消灭所有的蚊子?”、“我们如何完全摆脱蚊子?”、“有没有人尝试消灭所有蚊子?”,以及“为什么我们还没有完全消灭蚊子?”等等。除了蚊子,我们还会看到关于其他动物的类似问题,包括苍蝇、蟑螂,或者还有臭虫、跳蚤,以及不是昆虫的蜱虫。把这些问题合起来,或者一一回答这些问题,需要耗费无数的时间。因此,我决定写一篇文章,把所有这些问题的答案呈现出来。我们将把焦点放在蚊子上,因为这种动物的情况也能适用在其他所谓的害虫身上。

  听到人们如此迫切地希望一个物种灭绝,而不是阻止它们灭绝,是不是有种很奇怪的感觉?这种仇恨可不仅仅是因为蚊子很招人烦。事实上,蚊子堪称世界上对人类最为致命的动物,而且我是把人类本身也算了进去。它们传播,或携带诸如疟疾、黄热病、登革热、基孔肯雅热、西尼罗河病毒和寨卡病毒等疾病和病原体。每一年,所有这些疾病造成的死亡人数超过战争和杀人案件的总和。消除这些疾病将拯救数以百万计的生命,同时也能减少许多苦痛和残疾。如果没有蚊子,这些疾病将不会存在……但是,为什么会这样呢?

  我们需要杀死所有蚊子吗?

  不,因为并不是所有蚊子都是有害的。蚊子属于昆虫纲双翅目之下的蚊科(Culicidae),包括了超过3500个物种!雌性通常会在平静水体中产卵,从浅水池塘到花盆积水,从供鸟嬉戏的水盆到地上的积水,都是它们孕育后代的地方。蚊子幼虫在水中生长,以微生物、小颗粒或藻类为食。它们会在水中化蛹,成虫最终会离开水面飞走。

  蚊子成虫吃什么?大部分物种是素食主义者。它们吸食花蜜、植物汁液和果汁,并且从不吸血。消灭这些物种并没有必要;事实上,这还会带来负面效果。在无害的巨蚊属(Toxorhynchites)中,有超过90个物种。顾名思义,这类蚊子具有巨大的体型,而它们也是我们的“同盟军”:它们的幼虫以其他蚊子的幼虫为食!由于它们对人类有所益处,因此在我们尝试任何消灭“坏”蚊子的方法时,应当确保这些大蚊子安然无恙。

  在以吸食血液为生的蚊子种类中,只有少数(200种左右)吸食人血,其他的则以鸟类、蜥蜴或小型哺乳动物的血液为食。在能以人血为食的蚊子中,也不是所有种类都携带病原体,甚至在那些携带疾病的物种中,也不是所有种群都是有效的病原体载体。而且,不同的物种携带着特定的疾病。例如,引起疟疾的疟原虫就几乎只由疟蚊属(Anopheles)的种类传播。在大约460种疟蚊属蚊子中,只有大约100种能携带5种左右可感染人类的疟原虫(超过200种疟原虫是感染其他动物的)。在这100种蚊子中,只有30到40种能成为疟原虫属生物的寄主,给人类带来致病风险;其中,又只有屈指可数的几种疟蚊偏好人类血液作为食物来源,并只有5种能携带恶性疟原虫(学名:Plasmodium falciparum)——引发的疟疾最为危险,症状最严重,死亡率也最高。在这5种疟蚊中,最危险的是冈比亚疟蚊(学名:Anopheles gambiae),虽然这个物种本质上其实是由至少7个物种组成,但那又是另一个故事了……总而言之,如果你真的想要消灭疟疾,那只有很少几个物种关系最大,而首先必须把重点放在冈比亚疟蚊上。单单消灭这个物种(集合)就将拯救数百万人的生命。

  其他少数几个属的蚊子也会携带病原体,即所谓的“虫媒病毒”(arboviruses,即所有必须通过吸血性节肢动物媒介而感染脊椎动物的病毒)。伊蚊属(Aedes)的许多物种,尤其是埃及伊蚊(学名:Aedes aegypti)和白纹伊蚊(学名:Aedes albopictus),都是登革热病毒、黄热病病毒、基孔肯雅热病毒、西尼罗河病毒、拉克罗斯病毒(一种脑炎病毒),以及一些动物病毒如西部马脑炎病毒的传播载体。这些病毒中有许多还可以通过库蚊属(Culex)和绒蚊属(Culiseta)传播,前者还能传播鸟疟疾,后者则极少叮咬人类;同样能传播其中某些病毒的还有黄蚊属(Ochlerotatus)——不过这个属名还存在争议,我就不展开了。趋血蚊属(Haemagogus)能传播黄热病病毒和一些较为罕见的病毒,如马亚罗病毒(Mayaro virus)和伊利乌斯病毒(Ilheus virus)。沼蚊属(Mansonia)能传播一些虫媒病毒,但更主要是传播在亚洲和太平洋地区导致丝虫病的丝虫。其他的属也有一些携带丝虫的物种,能传播寄生狗和其他动物的犬心丝虫,以及引起人类象皮病(又称淋巴丝虫病)的几种丝虫。

  为什么某些物种相比其他物种是更好的疾病载体?答案是,蚊子并不仅仅是携带疾病:它们也被感染了。当蚊子将被感染的血液吸入体内时,它们的中肠也会受到感染。病原体会在中肠内增殖,然后喷涌到体腔,最终在那里感染唾液腺。整个过程可长达两周时间,取决于疾病的种类。当蚊子叮咬下一个受害者时,病原体就会随着唾液注入受害者体内。这也是艾滋病病毒无法经过蚊子传播的原因之一:病毒无法感染蚊子的中肠,而是直接被消化了。不同的蚊子种类可能会对某些特定的病原体免疫,中肠或唾液腺具有抵抗力,或者只是在病原体完成增殖周期并到达唾液腺之前就因为某些自然原因死掉。受感染的蚊子有时确实会寿命较短,因此演化机制会让这些病原体变得小心翼翼:它们不能在自己完成繁殖并注入新的宿主之前杀死蚊子。

  总结一下,我们不需要杀死所有的蚊子,只需要处理那些传播疾病的物种。

  蚊子为这个世界做了什么?

  除了传播疾病,蚊子的存在还有什么其他意义?更重要的是,那些传播疾病的物种是否扮演着某种角色,使它们值得存在于我们周围?

  让我们从幼虫开始。蚊子幼虫,也就是孑孓,生活在水中,以各种碎屑为食,它们确实在某种程度上能保持水体清洁,但其他许多不传播疾病的生物也能做到这点。孑孓几乎不会摄食任何重要的东西……除了巨蚊属的幼虫会以其他蚊子的幼虫为食,前面已经提到,我们应当避免让这个属的蚊子遭到“种族屠杀”。

  孑孓会被哪些生物吃掉?其他水生幼虫,比如蜻蜓和豆娘的幼虫、一些龟类、较大的蝌蚪,以及鱼类。最著名的孑孓捕食者是食蚊鱼(学名:Gambusia affinis)和霍氏食蚊鱼(学名:Gambusia holbrooki)。这两种鱼原产于北美洲,已经被普遍引进到世界各国,用于控制池塘和水潭的蚊虫。一些地方的政府还免费发放这两种鱼,认为它们能吃掉蚊子幼虫,而不是其他生物。这种方法在世界一些地方效果明显,特别是在俄罗斯城市索契附近,那里原本是疟疾热点;2010年,当地人还竖起了一座食蚊鱼的雕像。

  然而,认为这两种鱼只吃蚊子幼虫的观点并不准确,它们的名字也是一个误会。霍氏食蚊鱼其实更喜欢吃浮游生物、藻类和有机碎屑(与孑孓的食物相同),通常在没有其他选择时它们才会捕食孑孓等无脊椎动物。食蚊鱼是更厉害的掠食者,每天能够吃下相当于自身体重一半到一倍半的蚊子幼虫。不过,它们无法只依靠蚊子存活,还必须摄食浮游生物和其他昆虫等食物,否则就会营养不良并发育迟缓。虽然被称为“食蚊鱼”,但蚊子在这两种鱼的日常食谱中只占据很小的一部分。更糟糕的是,它们对其他鱼类极其凶猛,而那些鱼类本身在捕食蚊子上也同样高效。在澳大利亚,从20世纪20到30年代人为引进的食蚊鱼在水中横行霸道,欺压并消灭了当地鱼类和蛙类,使后者的数量降低到很低的程度,以至于蚊子的数量反而上升——因为掠食者的总数变少了。被外来食蚊鱼吃掉或杀死的本土蛙类和鱼类,很多本身就是重要的物种,如今却面临灭绝的威胁,这表明即使食蚊鱼真的能捕食蚊子,它们的引入也很可能成为严重的问题。索契之所以没有遭受这样的灾难,是因为那里一开始就没有多少会受到食蚊鱼威胁的本土动物类群。引入其他鱼类,比如鲶鱼甚至金鱼,都是有可能取得和食蚊鱼同样效果的。很显然,食蚊鱼属(Gambusia)并不是全球蚊子消灭行动的可靠帮手,但另一方面,我们也不用担心孑孓灭绝会导致鱼类消失的问题,因为没有一种鱼类(或其他动物)是单一地以它们为食。

  那么对于蚊子成虫呢?以它们为食物的生物种类就更加多样了,从鱼类到蛙类,从蝾螈到蜥蜴,从捕蝇草到鸟类和蝙蝠,更不用说其他昆虫了……这里顺便说一下,大蚊(大蚊总科的昆虫)有时被称为“蚊鹰”(mosquito-hawk),但它们其实不吃蚊子,事实上它们甚至不吃任何东西:大蚊成虫寿命很短,不进食,交配繁殖后就完成了一生的使命。真正吃蚊子成虫的昆虫包括蜻蜓和豆娘,它们的水生幼虫同样会捕食孑孓和孑孓发育成的蛹。它们是蚊子一生的天敌。

  这些自然捕食者能否用来消灭蚊子?而蚊子的清除是否会损害这些捕食者?不能,不会。再说一次,蚊子并不是所有这些生物的唯一食物来源。以一种体型较大的动物来举例,紫崖燕(学名:Progne subis)是一种外形十分漂亮的美洲鸟类,常常被认为是一种应对蚊子的生物防治物种。但是,它们的作用可能被高估了。许多研究者对这种鸟类的摄食行为进行了观察,发现蚊子在它们的食谱中所占比例并不大,而它们的摄食区域和时间也不与媒介蚊活跃的地点和时间重叠;而且,释放紫崖燕也并不会对当地的蚊子种群造成很大的影响(尽管也有些研究提出相反的意见)。此外,与食蚊鱼一样,紫崖燕也会带来适得其反的效果,因为它们会捕食其他掠食性昆虫,比如蜻蜓,以及从甲虫到蜜蜂等众多有害或有益的昆虫。除了蚊子、摇蚊、蠓、和苍蝇之外,蜻蜓本身也喜欢捕食蜜蜂和蝴蝶。蝙蝠也是如此,蚊子在它们的食物中只占不到1%。你能指责这些捕食者吗?蚊子体型微小,还不够塞牙缝的,而一只圆滚滚的甲虫或蛾子显然要更有营养得多。

  如果这些替代食物来源不存在呢?世界上有没有哪些地方蚊子是占优势地位的昆虫?有,在北极。虽然大部分昆虫喜欢温暖的气候,热带地区也确实拥有最高的昆虫多样性,但实际上,北极苔原才是世界上蚊子问题最严重的地方,因为那里为蚊子繁育提供了完美的“孵卵器”。北极苔原的土壤在冬天近乎冻结,而夏天土壤解冻,使整片地区成为巨大的蚊子繁殖场。蚊子在这些地方组成庞大的群体,形成一团团浓密的黑云。科学家认为,蚊子是这些地区鸟类最重要的食物来源……不过也有人表示反对,认为摇蚊(摇蚊科Chironomidae的种类)实际上在当地鸟类的食谱中占更大比例,并且会填补蚊子消失后留下的空白。因此,如果蚊子被消灭,那北极的鸟类将最可能成为(或许也是唯一)被波及的生物。幸运的是,北极地区占优势地位的蚊子是撮毛伊蚊(学名:Aedes impiger)和黑足伊蚊(Aedes nigripes),二者都不是人类疾病的传播者。因此,如果我们的目标是对抗传播疾病的物种,那北极就可以不用考虑了。

  那授粉的问题呢?有没有什么植物是依赖蚊子授粉的?有,很多,但其中大部分植物(比如一枝黄花属)也可以由其他昆虫授粉。少数植物的确更青睐蚊子授粉,即虽然其他昆虫能帮它们授粉,但蚊子是最为常见,也是最有效率的。这些植物都属于兰科,也是低温生活的种类。其中一个例子是北方小泽兰(学名:Platanthera obtusata),一种生长于北极地区的舌唇兰,主要依靠雌性伊蚊和少数几种蛾类进行授粉。这种兰花通过散发一种微弱的气味——能被蚊子探测到但我们的鼻子闻不到——来吸引蚊子,这种气味非常类似人类的体味。与北方小泽兰相近的一种兰花,Platanthera flava,也是主要依靠伊蚊传粉,小型蛾类次之。其他舌唇兰属(Platanthera)物种主要由其他昆虫授粉,蚊子其次;或者主要为自体授粉,很少需要昆虫帮忙;其他少数几种兰花也有类似的现象。因此,这些兰花中有一部分可能会因为蚊子被消灭而受到威胁。不过,这些兰花中没有哪一种是对生态系统本身有重要影响的,它们对人类来说也不是很重要;没有它们世界并不会有太多改变。这并不是说兰花物种灭绝的问题无关紧要,而是说解决昆虫传播疾病的问题相对而言更为迫切。

  彻底消灭蚊子会带来什么风险?

  正如你所看到的,蚊子中并不存在所谓的“关键物种”(keystone species,又称为基石物种)。没有哪个生态系统会因为任何蚊子的消失而崩溃。唯一的例外可能是北极苔原,但那里的蚊子种类并不是疾病传播者,因此可以被保留下来。

  当然,这些都是我们的假设。毫无疑问,我们并不知道所有蚊子种类与其所处环境中其他所有生命形式之间如何相互作用,我们也有可能忽略了一些东西。非确定目标的灭绝并不是唯一的问题。存在另一种可能性是,蚊子被消灭之后留下的空白(学术上称为“生态位”)将被其他更让人烦恼——尽管可能不会传播疾病——的生物所填充。最糟糕的情况是,一种携带病原体的蚊子取代了另一种,而最可能会发生的是,蚊子会被长角亚目蚊科以外的其他类群——包括蠓科、蚋科、蛾蚋科、网蚊科、瘿蚋科、幽蚊科、摇蚊科、Deuterophlebia科、细蚊科、粪蚊科和山蚋科等科的物种——取代。这些昆虫也具有水生的幼虫,有些物种的雌性个体也会吸食血液,其中有些还会吸食人血。少了蚊科的竞争者,以及可能变得更少的捕食者,这些类群的物种可能会迎来种群数量的爆发。另一方面,原先捕食蚊子的捕食者可能会更多地捕食这些类群,在一段时间之后使其数量达到平衡状态。这些与蚊子关系很近的类群会带来危险吗?摇蚊科的种类不会叮人,但蠓科的会;而且,它们的叮咬不仅让人持续瘙痒长达一星期之久,有些物种还会传播感染人类和动物的疾病(尽管目前还没有发现人疟疾或黄热病的记录)。

  蚊子还会以另一种出人意料的方式影响生态系统,这里又要再一次提到北极。蚊子控制着北美驯鹿(学名:Rangifer tarandus caribou)的迁徙。生活在加拿大的庞大驯鹿种群一直处于不断寻找食物的旅程中,但是它们在夏天的行程会多很多,跨越更长的距离前往海拔更高的地方,有时候还会避开最佳的觅食地点。这一切,都是因为它们要躲避夏季在北极地区肆虐的庞大蚊群。长时间行进而不进食,意味着北美驯鹿为寒冷冬天积蓄的脂肪更少,而这经常代表着死亡。消灭这些地区的蚊子将改变北美驯鹿很长历史时间里的迁徙路线,由此引发的后果无法预料。另一方面,今天北美驯鹿的种群数量只是曾经数量的一小部分——从数十万头减少到数千头,而人类对其栖息地的破坏是引起数量下降的主要原因。所以多一些北美驯鹿是件好事情。蚊子对北美驯鹿的伤害显而易见。在蚊子爆发最严重的时期,北美驯鹿一星期会损失多达1升的血液。因此,如果你问我的话,我会说它们肯定非常赞成把蚊子消灭掉。考虑到它们的种群数量和群体智慧,如果投票的话,票数一定很多。

  考虑到我们已经在世界很多地区根除了疟蚊,同时没有造成麻烦,因此真正极端糟糕的情况出现的可能性很小。不过,事情也没有绝对,任何灭绝或局部地区灭绝(extirpation,指一个物种在一块选定地理区域中已经消失或灭绝,但在其他地区依然存在)都可能带来难以预料的风险。问题在于:这些可能会改变某个生态系统的风险能与人类生命的价值相比吗?在多大程度上?我们并不是在争论应不应该拯救熊猫,而是要不要根除人类有史以来已知最主要的杀人凶手。考虑到虫媒病毒和疟疾目前仍在杀死或感染数以百万计的人,如果选择不消灭那些相关的媒介蚊,唯一的辩护理由就是:这么做的预期环境效应将带来同样的损害。我们不能为了对抗黄热病而在一整片热带雨林中施放毒药,因为数百万人依赖热带雨林获取食物、药物、木材、工作机会、清洁的饮用水和清洁的空气;药方比疾病更加恶劣,并影响更多的人。另一方面,假如我们消灭了埃及伊蚊,而一种蝾螈和一种兰花也会随之消失:这样的交易我们是可以接受的。这里的“我们”是指数百万因此不再因为黄热病而死亡的人。毫无疑问,其他物种的灭绝的确是悲剧,但对抗黄热病的胜利价值可以媲美诺贝尔和平奖。渡渡鸟和袋狼的灭绝没有给人类社会带来益处,因此完全是一场不幸,相比之下,埃及伊蚊或甘比亚疟蚊的消失,其价值将比最悲观估计的成本还要高。

  我们如何能消灭全世界所有的疾病媒介蚊?

  由于对生态系统进行改造的过程相当微妙,因此重要的是不要使用一些太过宽泛的方法。预测消灭一个物种的影响已经够难了:想象一下把这一过程中所有被意外杀死的物种都考虑在内……假如我们能全部预想到的话!所以杀虫剂可以排除:它们没有明确的目标,而且也不能在全球范围内奏效。空中喷洒药剂不会伤害到那些在室内叮咬人类的蚊子,在蚊子的繁殖区域喷洒杀虫剂也不会渗透到人类住地中无数的小空间,从空心的树洞,到塑料袋里的小块积水,都可能是蚊子繁衍的场所。这也是公众参与在蚊虫防治中显得特别重要的原因:每个人都必须尽到自己的责任,把自家后院里的蚊子孳生场所清理干净。否则,即使有一家没处理好,蚊子就会卷土重来。

  不,如果我们想要根除全世界的蚊子,就需要一种针对特定物种、使目标无法抵挡并无处可逃的方法。通过方案设计,必须确保只有目标生物受到影响,而且要让它们无法适应或演化出抵抗能力。我们需要某种使它们“自我毁灭”的方法,即目标物种在无意间导致了自己的死亡。这样的事情有可能吗?

  有可能,而且已经在做了。新世界螺旋蝇(学名:Cochliomyia hominivorax)是一种寄生蝇,其蛆虫会寄生在哺乳动物的健康组织上。人类也是这种寄生蝇的寄主,但受害更严重的是牛,被寄生的牛会在10天内死亡。20世纪50年代,美国一年因新世界螺旋蝇造成的经济损失超过2亿美元。事情已经到了刻不容缓的地步,但杀虫剂并不奏效。科学家对新世界螺旋蝇进行了大量研究,包括一项耗资25万美元、部分关于新世界螺旋蝇性行为的研究。这项研究遭到许多美国参议员的责难,认为纯粹是浪费纳税人的钱。不过,这些参议员很快就乖乖地收回前言,认错道歉。科学家发现,雌性新世界螺旋蝇其实是单配的,即一生中只交配一次。研究者爱德华·尼普林(Edward Knipling)和雷蒙德·布什兰德(Raymond Bushland)推测,如果一只雌性新世界螺旋蝇与一只不育的雄性交配,那它的卵就将永远不会孵化;而由于雄性可以反复交配,因此一只不育雄性能使很多只雌性无法产生后代。因此,如果将足够多数量的不育雄性新世界螺旋蝇(不会对牛等牲畜带来影响,因为雄蝇不会吸血或产卵)“倾泻”到生态系统中,就能立刻缩小下一代的种群规模。这一过程可以反复进行多次,直到最终每只雌蝇都与不育雄蝇交配,到了那个时候,整个种群就会永远消灭了。

  在20世纪50年代的实验室中,科学家使用X射线(后来是伽马射线和其他技术)对新世界螺旋蝇进行了昆虫节育技术(sterile insect technique,SIT)的试验。他们用碎肉大规模培养雄蝇,然后用射线照射,强度足以使它们不育,同时又不会太虚弱,以至于无法与正常雄蝇竞争。长话短说,这种方法奏效了。通过每隔几星期一次地大量释放这种不育雄蝇,科学家成功地消灭了美国的新世界螺旋蝇,接着是墨西哥,然后继续向南,最终北美洲和中美洲都再也见不到这种寄生蝇的踪迹。1988年,新世界螺旋蝇被意外地带入了利比亚,而就在1990年12月,该国就引入了不育雄蝇,并在不到一年的时间里就根除了这种寄生蝇。如今在巴拿马,不育雄蝇还会被定期投放,以建立一堵生物墙,阻挡从南方飞来的任何雌蝇。这些措施仅为美国畜牧业就节省了超过200亿美元,这个数字还在不断增加。研究的作者因此获得了1992年的世界粮食奖(World Food Prize),该成果也被誉为“(20)世纪最伟大的昆虫学成就”。

  对于安全消灭疾病媒介蚊,昆虫节育技术的原理是很可取的,因为其不会对环境造成其他影响,除了会目标物种本身的消失;而且,这种方法一次只会作用在一个物种上,对埃及伊蚊的昆虫节育技术不会对撮毛伊蚊有任何影响,更不用说其他属的蚊子,以及其他昆虫、哺乳动物或人类。许多蚊子种类的雌性也是单配的,因此理论上也可以应用昆虫节育技术。此外,由于只有植食性的雄性被释放,因此就算在一个地方释放数十亿只这样的蚊子,也不会使人群被多叮咬一口。非洲的部分地区已经成功应用昆虫节育技术治理了舌蝇(Glossina spp。,能传播非洲人类锥虫病,即昏睡病或嗜睡病),但在其他地方,这样的尝试多以失败告终。在美国佛罗里达州治理四斑按蚊(学名:Anopheles quadrimaculatus)的过程中,尽管花了接近一年的时间,但依然没有任何效果,因为投放的不育雄性竞争不过正常的个体,没有交配的机会。在加利福尼亚州治理跗斑库蚊(Culex tarsalis)的过程中,也发生了同样的情况。这种技术存在的问题是,辐射会使蚊子变得虚弱,而且(或者)缩短它们的寿命,因此无法吸引雌性。并不是所有的昆虫都会对射线照射反应良好,这也限制了昆虫节育技术的使用。

  还有一种策略是“胞质不亲和性”(cytoplasmic incompatability),听起来比它本身还复杂。该方法不用辐射,而是用一种名为“沃尔巴克氏体”(Wolbachia)的细菌感染蚊子。这种细菌能感染节肢动物,包括很大部分昆虫,以及一些线虫。它们能生活在昆虫细胞内部,包括卵细胞和精细胞。当被沃尔巴克氏体感染的精子与未受感染的卵子结合时,合子将无法存活。效果保证。1967年,缅甸的奥波市就是利用这种方法,在9个星期内成功消灭了致倦库蚊(学名:Culex quinquefasciatus)。然而,当野生蚊子同样被沃尔巴克氏体感染时,这种方法就会失效:如果卵子和精子都被同一菌株感染,或者卵子被感染而精子未被感染,那它们结合而成的合子就会存活,并长成新的雄性和雌性,后者的卵子同样对沃尔巴克氏体免疫。另一方面,在实验室中高密度培育被感染的蚊子还存在很大的问题:对冈比亚疟蚊的研究显示,那些以高密度培育出来的个体很难竞争过低密度培育或自然密度下成长的个体。投放所用的蚊子需要大量且廉价地培育出来,但如果把成本压得太低,它们就可能无法与野生雄性展开竞争,并将最终失败。

  还存在另一个问题:由于我们不希望释放吸血的雌蚊,因此节育技术也好,其他方法也好,我们都需要在实验室培育的蚊子被释放之前,以某种方式将其中的雌蚊清除掉。不幸的是,蚊子中的性别比例为50/50,因此有必要想出一种分隔雄性和雌性的方法。科学家一开始所用的方法简直不能再原始了:雄蚊和雌蚊的蛹在颜色和大小上有细微的区别,因此可以用人工或带有过滤器的机器将它们分拣出来,确保只有雄蚊被送去用射线照射,然后释放。令人郁闷的是,这种筛选方式对疟蚊属无效,因为二者的蛹大小相同。甚至在这一步之前,许多金钱也是白白花掉的,因为实验室里的雄蚊和雌蚊都消耗同样多的资源。可以这么说,在昆虫节育项目中,只有不到一半的昆虫会最终被释放,实际的投入是理论上投入的两倍。如果想在全球范围内采用昆虫节育技术消灭媒介蚊,我们需要释放数量极为庞大的不育雄蚊,高昂的成本将是必须考虑的问题。

  有没有什么方法可以确保只培育雄蚊,或者提前把不必要的雌蚊先杀死呢?有,使用“遗传性别品系”(genetic sexing strains,GSS)。这是一种用了很久的技术,原理是将一个显性的选择标记——使持有者能够在致命条件下存活下来的某个基因——连接到雄性的性染色体上。一个成功的例子是名副其实的“MACHO”(西班牙语中健壮男子的意思):一个在雄性染色体上具有抗杀虫剂基因的白魔按蚊(学名:Anopheles albimanus)品系。蚊子通常具有和人类一样的XY型性染色体,只有雄性具有一条Y染色体。当用杀虫剂处理一堆MACHO的卵时,可以杀死99.9%的雌性。20世纪70年代晚期,在萨尔瓦多,这一方法确保了每天可以投放100万只雄蚊用于控制野生蚊子的数量。这场清除行动几乎成功,直到其他国家的蚊子又迁移了过来。无论最后我们选择了哪一种技术,都应该能够普及到世界范围。尽管有接近成功的前例,但遗传性别品系技术仍然没有解决辐射会导致许多雄蚊竞争力下降的问题。

  最新的一项技术完全跳过了辐射。该技术被称为“RIDL”,是“昆虫显性致死释放技术”(Release of Insects carrying Dominant Lethals)的缩写,由昆虫学家卢克·阿尔菲(Luke Alphey)发明。RIDL技术中,雄蚊不必接受辐射照射,因此它们和野生的雄蚊一样健康,一样富有竞争力,但也同样是可育的。不过,它们体内携带着一个致命的基因,能导致幼虫后代在长到吸血成虫之前死亡。目前RIDL技术涉及的一种基因被称为“tTAV”(tetracycline repressible activator variant,四环素可抑制活化剂变体),能产生一种有毒蛋白质,阻塞昆虫细胞内的细胞器活动,使其他基因无法激活,从而导致昆虫死亡。这种技术只在蚊子自身的细胞内起作用,所产生的蛋白质在被其他动物摄食后会被消化降解,从而对任何捕食被改造蚊子及其幼虫的动物没有任何伤害。这是一个完全无毒的体系。“但是等一下,那这些蚊子在实验室里是怎么长到成体的?”也许你会这么问。答案是四环素(Tetracycline),这种常见的抗生素同时也是tTAV的解毒剂。在实验室培育中,研究者会用四环素喂食雄蚊,使它们得以发育为成体,但是到了野外,它们和它们的后代就没有活路了。目前,美国南部和南美洲正在使用RIDL技术对抗蚊子,并且已经使传播登革热的蚊子数量大幅下降;巴西也正在使用该技术阻止寨卡病毒的蔓延。

  目前科学家还开发了一种应对地中海实蝇(学名:Ceratitis capitata)的新技术,未来或许也能用于媒介蚊的防治。这是一种雌性特异性的RIDL技术,其原理是:雄性携带的一个基因能产生某种蛋白,在没有解毒剂的情况下,这种蛋白只会杀死雌性。在该体系中,雌性与被改造的雄性交配之后,会产下完全可育的卵,但其中的雌性后代会在幼虫时期死亡,只有雄性后代能存活到成体。这些雄性携带着被改造的基因,继续与数量变得更少的雌性交配。通过这种方法,人们只要释放一次雄性,就可以引发目标种群中的连锁反应,使其数量逐代减少。

  RIDL是一种神奇的策略,对环境或非目标生物没有任何有害影响,甚至能使人们不必与辐射打交道。不过,由于该技术涉及到基因改造,也就是说改造后的蚊子本质上是转基因动物,这也就意味着有一些“惯犯”会努力尝试阻止它们,有的甚至散布起相当有想象力的谎言,而媒体则往往没有能力分辨事实和谎言,或者根本就不感兴趣。大部分故事担心蚊子释放之后会到处乱飞,并叮咬当地居民。有些文章则宣称这些蚊子是在给人类接种对抗疾病的疫苗,如果真是这样的话就太妙了,可惜并不是。还有的人宣称被这些蚊子叮咬之后会让人变异,这同样是够荒谬的。一些人甚至宣称新生儿小头畸形并不是由寨卡病毒引起的,而是因为那些被释放出来的蚊子,并称这种病是“松散基因综合症”。这种疾病当然是不存在的,而且在生物学上也不可能;事实上,这些人之所以否认真实存在的、由寨卡病毒导致的新生儿小头畸形问题,是为了恐吓人们远离转基因,并更好地销售他们的高价有机产品。这是对真正人类痛苦的无耻利用。幸运的是,你现在将了解一个非常重要的事实:雄性蚊子不会叮人——这几乎可以用来反驳上述所有关于昆虫投放的荒谬描述。雄蚊不会吸血,实际上还会避开人类;而由于投放的只有雄蚊,因此认为被投放昆虫会伤害人类的观点完全是无稽之谈。

  这些技术是否意味着我们能够一劳永逸地摆脱杀虫剂?还没到那个程度。请记住,昆虫节育技术和RIDL都要求释放的雄蚊要远多于野生雄蚊。无论我们培养不育或基因改造雄蚊的效率有多高,只要野生种群的数量过多,那这些技术就永远不能发挥实际作用。相反地,我们需要先用杀虫剂把野外种群的数量降下来,降到一定阈值时,才能使昆虫节育技术和RIDL奏效。此外,如果我们想让整个星球摆脱这些物种,那雄蚊的投放就必须覆盖它们的整个分布范围,而这意味着无比广阔的空间。当然,有进步就是好的,即使无法消灭世界上所有的疾病媒介蚊,我们也已经使全世界范围内蚊媒疾病的死亡率大幅下降。

  不过,再等一下!有一种技术,不仅能在完全不伤害携带者和环境的情况下消灭病原体,而且不需要投放或培育昆虫。首先,让我介绍一下查加斯病(又称美洲锥虫病),由美洲锥虫(学名:Trypanosoma cruzi)引起的一种疾病。美洲锥虫的携带者是锥蝽(锥蝽亚科Triatominae的物种),其中最厉害的两个物种是骚扰锥蝽(学名:Triatoma infestans)和长红锥蝽(学名:Rhodnius prolixus)。锥蝽又被称为“亲吻虫”,因为它们喜欢叮咬人类嘴巴附近的区域吸食血液。它们还有一种令人不适的习惯——吃饱之后就开始排泄。而且,当被叮咬的人抓伤口的时候,会把它们的粪便弄进伤口里,造成感染。查加斯病会带来一些可能致命的症状,比如心室扩大。科学家在锥蝽身上进行过昆虫节育技术的尝试,但后来又有了新的防控策略——转基因共生菌(paratransgenesis)。与对昆虫进行基因改造,使其产生某种蛋白质(转基因)不同,这种新技术是对昆虫体内的共生微生物进行基因改造。以长红锥蝽为例,这种昆虫的体内都具有一种共生细菌——椿象红球菌(学名:Rhodococcus rhodnii),为它们制造维生素,以及其他从血液为主的食物中无法获得的物质。对细菌进行基因改造比较容易,因此科学家开发出了能产生有毒蛋白质(对美洲锥虫而言)的转基因共生体。如果用改造过的椿象红球菌喂食长红锥蝽,后者就会对美洲锥虫免疫,不再成为传播载体。细菌还可以很容易地大量培养,从而省略了昆虫投放的问题。最棒的是,受到感染的锥蝽成虫会将转基因共生菌传递给后代:锥蝽幼虫经常以成虫的粪便为食,从而将椿象红球菌摄入体内(这种细菌无法在我们人类的血管里存活,因此既不会伤害我们,也不会带来什么好处)。这种新技术相当有前景,把含有转基因椿象红球菌的锥蝽粪便投放到美洲锥虫肆虐的地方,最终的结果就是这些寄生虫被完全消灭,而锥蝽安然无恙,整个生态系统也完全不会受到影响。转基因共生菌技术或许还能用在其他地方,科学家正致力于开发适用其他物种的转基因共生菌,比如利用一种基因改造的真菌使疟蚊对疟原虫免疫。

  到这里,你应该已经对是否应该把某个蚊子物种消灭,以及这么做是否可行有清晰的概念了。如果你对另一些昆虫,比如臭虫、蟑螂等也有类似的问题,或许你可以尝试自己来回答一下。你可以问自己:这类昆虫中有哪些物种是真的有害?昆虫节育技术(SIT)是否可行?有没有其他应对相关疾病的方法?如果你对这样的问题感兴趣,可以考虑一下从事医学昆虫学、流行病学、遗传学或(理所当然的)医学等领域的工作,或许我提到的那个诺贝尔奖有朝一日就会属于你。

  与此同时我们应该做什么?

  在全球范围内根除疾病媒介蚊,无论能否做到,也无论是不是一个好主意,都与现实有很长的距离。在那之前,最好的方法是做到局部根除。如果你有一片小池塘,放一些金鱼、锦鲤或孔雀鱼进去吃蚊子幼虫,没必要一定要用食蚊鱼。杀虫剂是另一个不那么理想的选项,因为那些有益的昆虫也会被杀死。不过在紧急情况下也可以酌情使用,比如目前在巴西就使用杀虫剂来对抗寨卡病毒……当然,并不是这些化学药品导致了新生儿小头畸形——无论阴谋论者怎么说,这样的说法都是完全没有被证实的。目前所用的杀虫剂中大多数都是对人体无毒的。

  对于在容器积水中孳生的蚊子,要经常清理容器或者把水排干。注意任何能积蓄雨水的地方,从喂食动物的小碗到花瓶,从旧轮胎到塑料袋或帆布。从这些角落里孳生的蚊子最先叮咬的就是你,因此你所做的一切,都是在为保障公众健康做贡献。最重要的是,这是在保护你自己。当你深入某种蚊媒疾病肆虐的地方时,记得在皮肤或衣物上喷洒防虫喷雾,并在睡觉时挂起蚊帐。对儿童来说,蚊帐的作用非常重要,因为他们在感染疟疾等疾病时症状最为严重。

  想要知道更多信息,可以咨询你当地的传染病媒介防治机构或蚊虫治理的地方网站,也可以咨询当地的专业人士,听取他们对本地区蚊虫防治的建议。你也可以在美国疾病防控中心或美国国家过敏和传染病研究所的网站上了解到与蚊子或其他昆虫为媒介的疾病信息。

 

原文链接:

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