2011年10月9日星期日

一意孤行的伯乐

作者:饶毅博士( 北京大学终身讲席教授、生命科学学院院长)

前篇请见 《孟德尔:孤独的天才(上)》《孟德尔:孤独的天才(下)

西谚云:有才方识天才,庸才仅见自己 (talent recognizes genius, mediocrity recognizes only itself)。

多一些慧眼识英才的伯乐,可以使更多有特长和潜质的青年获得成长的条件,得到发挥的机会。也激励更多老师和资源掌握者做好的伯乐。

这里讲一个幕后英雄的故事,由于他有才、识才、惜才、爱才,使划时代的科学发现成为可能:

他不是科学家,却能抓住关键的科学问题;

他不在学术界,却能判断雇员的智力水平;

他不顾他人评价不同,坚决相信自己的判断;

他不顾自己资源有限,长期支持一人的研究。

没有他,很可能就没有作为科学家的孟德尔,也就不可能于1866年在学术机构以外诞生遗传学。

我在《孤独的天才》中介绍了孟德尔及其研究,可以看到:在科学界,孟德尔是孤独的。

就孟德尔的研究而言,其个人才能是必需,但非充分。因为,实验科学到一定阶段和规模,除个人的热情和才能以外,常常还需要其他条件。

那么,没有家庭背景和条件的孟德尔,是怎么成长为科学家的?如何能持续十年开展科学研究?

原来,虽然孟德尔在科学界的大环境没得到支持,但是,他在赖以生存和工作的局部环境中却获得了坚定的支持。

孟德尔做出重要发现,在研究中以其才能为主,运气成分不多。本文说明,他一生最大的运气,不是科学研究过程本身,而是碰到了伯乐。

欣赏和支持孟德尔的人不止一位。但是,给予孟德尔最有力、最持久、最重要支持的,是修道院的道长纳泊(František Cyril Napp, 1792-1867)。


修道院道长纳泊

修道院的智力环境

纳泊于1821年到奥匈帝国的布鲁恩(Brünn,现捷克Brno)的圣汤玛斯修道院(the Abbey of St. Thomas)。这是一个天主教奥古斯丁教派的修道院。1824年,纳泊任道长,直至1867年去世。孟德尔(1822-1884)一生的遗传学研究最主要的事情时期(1854-1864)皆在纳泊任内。

布鲁恩离维也纳一百多公里,当时纺织工业发达,对羊毛很有需求,对水果也有较大需求。当地动物和植物育种协会活动频繁,交流讨论频繁。协会记录显示,当地学者进行了许多育种实验,从改善品种的现实需要涉及基本科学问题。

纳泊的能干使修道院收入较好。其中,育羊是修道院重要的经济来源。但是,纳泊和当地动植物育种教授的密切联系,超出了实际应用的需求。

1870年,孟德尔自己任道长时指出:“修道院从来都认为培育所有方向的科学是首要任务之一。”这至少反映了他对前任纳泊时期修道院工作实质的认识和评价,也表明他有意愿继续此传统。

修道院不仅环境优美,而且有较好的图书馆。

纳泊吸引并支持有智力追求的神父,在人数不多的修道院形成了一个有智力追求的群体,有革命家、作家、数学家、哲学家、语言学家、作曲和指挥家(Pavel ,1820-1885)。修道院的厨娘Luise Ondrakova后来都出版了烹饪书。也许可以说,纳泊主持的修道院给家庭经济状况不好的人提供了智力追求的环境。

纳泊给修道院神父们提供智力环境,并非毫无阻力。他是布鲁恩当地教会第二号人物,顶头上司是布鲁恩教区主教Anton Ernst von Schaffgotsch (1804 - 1870),他们多次发生冲突。1854年Schaffgotsch主教受布拉格红衣主教委托巡视各修道院。他视察圣汤玛斯修道院后,非常不满纳泊过多外面的兼职、修道院其他神父过多参与科学和教育而忽略传教。他给上级的报告认为圣汤玛斯修道院无可挽救,建议撤销。因为纳泊已当选为终身道长,Schaffgotsch主教建议给他退休养老金,其他神父个案处理。

现在可以找到Schaffgotsch主教的报告:1855年底,布拉格红衣主教将它转交给了罗马教廷。我们不知道罗马教廷和布拉格红衣主教如何决定,也不知道纳泊如何应付,只知道圣汤玛斯修道院没有被关闭。

如果1855年关闭了修道院,那么孟德尔到哪有饭吃?他刚刚开始的实验命运如何?就都比较难说了。

纳泊爱才

人不可能十全十美,可能有性格问题,或其他问题,有才华的人也不例外。但纳泊看中人才后,看其主流,不怕其他人非议,保护他们。

在孟德尔之前,纳泊就支持过其他人。1830年,纳泊请数学家、修士Aurelius Thaler(1796-1843)在修道院建植物园,栽培稀有植物。孟德尔入修道院时,Thaler已去世三个月,但其植物园还在。当时由Franz Matouš Klácel (1808-1882)打理。

Klácel是纳泊1827年招聘来修道院的。Klácel爱好广泛,从哲学、诗词、写作、植物到社会活动,他是修道院的两位捷克人之一(纳泊和孟德尔都是日耳曼人),鼓吹捷克独立。他曾任当地哲学教授,很受学生欢迎。1844年,Klácel因为讲黑格尔哲学而被保守的势力剥夺教授资格。纳泊帮他伸冤未果,就让他在修道院管图书馆。1848年革命活动失败后,Klácel曾鼓动包括孟德尔在内的6位神父签名要求允许他们自由教学,也没成功。1868年,孟德尔当选道长后帮助Klácel获批准移民美国,Klácel到美国后做报纸编辑、出版商、作家,再也没做神父。

Klácel对植物感兴趣,做过植物实验,也经常和孟德尔讨论,内容包括达尔文理论发表以前的进化论雏形和后来的达尔文学说。

纳泊也曾鼓励Tomás Bratránek (1815 - 1884)继续深造,送他到大学攻读博士学位。Bratránek 也对植物感兴趣。Bratránek 到外地做教授后,继续和孟德尔等保持通讯联系。

孟德尔做研究的关键期间,纳泊、Klácel和等人形成相互支持、相互刺激的智力环境。

有深刻科学见解的神父

纳泊本人有浓厚的智力兴趣,不限于神学和哲学,也包括历史和农业。他担任过园艺协会会长、育羊协会成员。孟德尔加入的自然史学会,是农学会的分支,而纳泊曾任农学会的副会长。纳泊支持人工育种,知道杂交对实际应用的重要性。纳泊在学会刊物上发表过作物、水果和昆虫的文章。

纳泊不仅吸引一批有才华的人,提供物质保证和智力环境,而且在科学方面,他自己对于有相当深刻的见解。1836年,孟德尔年仅14岁,尚未进修道院,纳泊就曾在育种讨论会上提出:遗传就是关于动物的内在组织影响外在型式,应该研究。

1837年,纳泊在总结学会讨论时明确提出:应该讨论的问题不是培育的过程,而是遗传了什么、怎么遗传的。

这实际是遗传学的核心问题:神父纳泊,定义了尚未诞生的遗传学。

纳泊对孟德尔的超常支持

1843年孟德尔的老师将他推荐给纳泊,纳泊后来对孟德尔的支持可以说是到了一意孤行的程度。

而且,虽然纳泊去世前一年看到了孟德尔的研究结果,但他并未看到学术界对孟德尔理论的认同。不仅他没看到,孟德尔本人也没看到。因此,说纳泊对孟德尔的支持是至死不渝,并非夸张。

1845年至1848年,孟德尔在神学院学习,其中也学了科学和农业技术。

1849年,27岁的孟德尔正式行教时间不长,纳泊就致信布鲁恩教区主教Schaffgotsch:孟德尔学科学非常勤奋,但很不合适做传教的神父。原因是他造访病人或有痛苦的人时,发生不可克服的羞涩。他这个问题导致他自己危险地生病。Schaffgotsch并不喜支持孟德尔,但纳泊说孟德尔适合教书,Schaffgotsch让步。修道院的募捐理论上是支持传教的,神父的首要任务是传教,不传教还可以吃修道院的饭,没有道长的庇护恐怕做不到。

孟德尔先到布鲁恩城外的Znaim教中学,为暂时不能上课的老师代课,同事学生都说他教得好。原来他的羞涩只在“传教”,不在教书。只教了几个月,老师回来了,不用他再代。纳泊又把孟德尔送到布鲁恩一所学校,又代了几个月课。

总不能永远代课。彼时奥匈帝国正式教师已需证书。孟德尔于1850年申请考教师证书,但没考过动物学和地质学部分。考官笑话他不知道动物学名,全部用德文口语。这个缺陷,可能在孟德尔1866年论文中还有痕迹。他对于自己选用的豌豆,具体是何种属、学名是什么,不是非常确定,如果有现代心理医生,也许会猜他写论文时的犹豫和他以前考教师证书时说不出学名的关系。

有个考题问动物和人的关系,意思是生物学关系,孟德尔举例说:猫是能吃老鼠的有用动物,有漂亮的毛发。后来孟德尔的崇拜者看到他的答卷都觉得很可笑。幸运的是,考官客气地说:孟德尔不缺勤奋和才能,如果有机会到能接触更多信息的地方强化一下,可能会合适。

孟德尔第一次考中学教师资格考试没通过后,纳泊给主考老师之一Andreas von Baumgartner(1793-1865)写信,问为什么孟德尔没过。von Baumgartner说孟德尔自学到这个程度就不错,要是到大学进修一下更好。


Andreas von Baumgartner

于是纳泊送孟德尔到维也纳大学进修。Schaffgotsch主教批准是有条件的:孟德尔在维也纳生活得像个神父,意思是得住在修道院。但维也纳的修道院没有房间给孟德尔。纳泊仍坚持送孟德尔去,不怕他受大城市腐败的影响。纳泊也曾说:我会不惜经费使他得到进一步训练。

1851年到1853年,孟德尔在维也纳大学的两年学了物理、数学、植物、动物和显微镜。他修的70多个学分中,一半是物理和数学。第一学期全部学物理。第一位物理学老师是多普勒效应的发现者Christian Doppler (1803-1853),孟德尔注册了Doppler两个学期的物理,可能因为他学得较好,做过物理实验的助教。多普勒病逝后,物理老师是Andreas von Ettingshausen (1796-1878)也是数学家,1826年曾出版《组合数学》一书。孟德尔在维也纳大学的第四个学期修了Ettingshausen的“物理仪器应用和高等数学物理”,也就学了组合分析。这为孟德尔研究遗传提供了需要的数学,使孟德尔成为用数学成功研究生物的先驱。


Christian Doppler

维也纳大学教孟德尔的生物老师有Edward Fenzl (1808-1979)和Franz Unger(1800-1870)。Fenzl教的是保守陈旧的植物学,认为有超出物理化学原理的活力推动一切生物。Unger是开明的老师,讲新思想、新进展,他讲了达尔文以前的朴素进化思想,也介绍了Mattias Jakob Schleiden(1804-1881)的“科学植物学”,以Schleiden、Theodor Schwan(1810-1882)和Rudolf Virchow(1821-1902)等创立的“细胞学说”理解植物,认为植物整个都由细胞组成。Unger提出一个花粉细胞和一个卵细胞结合后长成植物个体,这部分内容对孟德尔做研究和分析结果有直接意义。经Unger推荐,孟德尔念过其他科学家的植物杂交实验论文。1866年,孟德尔在论文中引用的Josef Kölreuter(1733-1806)和Karl Friedrich von Gärtner (1772-1850),他都在维也纳时学过。孟德尔也学了显微镜,为他日后的植物杂交提供了实验操作训练。

从理论到实验,孟德尔都获得了良好的科学训练。所以,虽然他后来不在教育和科研机构工作,他从事科学研究,不仅有扎实的基础,而且遵循科研规律。所以,和爱因斯坦一样,孟德尔也不是自立规矩的所谓“民间科学家”。

可是,孟德尔第二次还是没考到教师证书。与第一次考试不同,第二次考试没留下记录。一个说法是孟德尔考试怯场。另有个说法是孟德尔和Fenzl发生冲突,孟德尔回修道院做研究也是为了证明自己对,Fenzl错。这个故事很好听,但并无证据。

孟德尔的再次不第,并没有让纳泊怀疑自己的眼光,也没有动摇他支持孟德尔的决心。孟德尔终生都没能取得正式教师资格,但是,纳泊继续让孟德尔做代课老师,孟德尔到了布鲁恩实科中学(Brünn Realschule)。中学校长Josef Auspitz (1812-1889)也很支持孟德尔,让他无证教了14年的物理和自然史。Auspitz还可能很早认识到孟德尔发现遗传规律的重要性。

对于其他人(包括彼时的专家、教授)相当不认可、两次考试失败的孟德尔,纳泊的支持非但没有减少,反而变本加厉:1854年,他增加对孟德尔的支持,不仅精神支持,而且物质支持。孟德尔做实验需要暖房,纳泊就出资修建。

1848年Klácel积极参与革命活动后,将修道院的植物园交给孟德尔。为了做遗传实验,孟德尔需要暖房。这相对于一个不大的修道院来说,是很大的一笔开支。1854年,孟德尔刚从维也纳大学回来不久,纳泊开始给他盖暖房,1855年交付使用。用这个暖房和一个露天的场地,孟德尔通过长年的研究奠定了遗传学基础。

虽然在科学界,没人支持、接受孟德尔,但在小小的修道院里,却有纳泊道长一如既往、尽心竭力地为他提供着强有力的支持。

纳泊自始自终全力支持孟德尔:孟德尔没钱吃饭,纳泊收他进修道院;孟德尔喜欢科学,纳泊就让他不用传教;孟德尔没有教师资格,纳泊就让他代课;孟德尔没有考过证书,纳泊让他去大学进修;孟德尔需要研究条件,纳泊就给他盖暖房。

纳泊去世前两年,孟德尔宣读了研究结果。纳泊知道孟德尔的结果和理论。他也许理解孟德尔工作的伟大,也许并不那么理解,但正是他一如既往、尽心竭力的支持成就了孟德尔,造就了这位超越时代的天才,催生了遗传学,奠定了现代生命科学的一个主要支柱。

纳泊成为对生命科学起过最重要作用的伯乐,也许是世界上最有成效的伯乐之一。

作者注:感谢朱作言老师提供的2002年9月摄修道院和孟德尔实验园地遗址照片。

参考资料:

  • http://www.mendelweb.org/
  • Henig RM (2000). The Monk in the Garden: The Lost and Found Genius of Gregor Mendel, the Father of Genetics. Houghton Mifflin, Boston.
  • Iltis H (1924). Gregor Johann Mendel. Leben, Werk und Wirkung. Springer, Berlin. English translation by Eden and Cedar Paul (1932), W.W. Norton & Company, Inc. New York.
  • Mawer S (2006). Gregor Mendel: planting the seeds of genetics. Abrams NY, Fields Museum, Chicago.
  • Orel V (1973). The scientific milieu in Brno during the era of Mendel's research. Journal of Heredity 64:314-318.
  • Orel V (1996). Gregor Mendel the first geneticist. Oxford University Press.
  • Orel V and Wood RJ (2000). Essence and origin of Mendel’s discovery. C.R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la vie / Life Sciences 323:1037-1041.
  • Orel V (2009). The “useful questions of heredity” before Mendel. Journal of Heredity 100: 421-423.
  • Peaslee MH and Orel V (2002). Contributions of the Members of the Augustinian Monastery in Brno, Focusing on F. M. Klácel, Philosopher and Teacher, and J. G. Mendel, Father of Genetics. 20th SVU World Congress, American University, Washington, D.C. http://www.upt.pitt.edu/upt_peaslee/svu_2000.htm
  • Weiling F (1991). Historical study: Johan Gregor Mendel (1822-1884). American Journal of Medical Genetics 40:1-25.

本文已发表于2010年10月《科学文化评论》

2011年10月8日星期六

鸡,为什么要叫

鸡叫49421855t67568fbbc675.jpg “半夜鸡叫”的故事大家都知道,不过,“半夜叫鸡”究竟能不能把鸡叫醒呢?

鸡为什么要叫?看上去这个问题显然比不上“鸡为什么要过马路”那样充满哲思。不过如果拿这个问题问保罗西格尔Paul Siegel,他可能会给出你并不少于鸡为什么过马路的理由来。西格尔是研究鸡的博士,他听的懂鸡的语言。虽然对于大多数人,鸡的语言无非就是母鸡下蛋“咯咯达”和公鸡打鸣“咯咯咯”,但是西格尔博士大概能听懂30种不同的“鸡话”。这一点儿也不奇怪,鸡是一种社会性动物,一夫多妻的它们总有一大堆家庭琐事要处理。特别是作为家长的公鸡,更是要担负很多指挥和决策任务。比如,当公鸡发现了食物,它便会发出叫声呼唤妻妾们前来分享。如果发现的是蚯蚓或者豆子这样的美味,它的叫声频率会比较高;反之,如果它发现的不过是些米粒,米粒对鸡的吸引力并不是很大,它的呼唤声频率便会较低。研究人员发现,母鸡如果听到了高频率的召唤声,就会乐颠颠的跑过来,而对低频召唤声不那么热衷。同样的,如果一只鸡发现了威胁,它也会发出警告,威胁来自空中还是地面,警告声是不一样的,其他的鸡作出的反应也不同。

至于公鸡打鸣,鸡语专家告诉我们,那是一种“主权宣告”,一方面提醒家庭成员它至高无上的地位,另一方面警告临近的公鸡不要打它家眷的主意。就像狗能从一泡狗尿中嗅到很多信息一样,鸡也能从一声鸡叫中听出很多道道。美国新墨西哥大学的佛洛Bryant Furlow等人就尝试解码公鸡的打鸣声。他们的研究不太像是在做生物学实验,反而是像给明星灌唱片,佛洛他们动用了高灵敏度定向麦克风,高档录音机,音频分析软件和苹果电脑。至于“歌手”,那是20只一岁大的雄性原鸡Gallus gallus,也就是家鸡的野生种。经过录音和分析,佛洛他们得出了一堆写满了“基频”、“主频”、“泛音”的数据。简而言之就是,雄鸡的鸣叫与它们体内雄激素的水平密切相关,雄激素水平越高,鸣叫声越宏亮低沉,同时这样的雄鸡鸡冠越大,体型越健硕,战斗力越强。

“牝鸡司晨”,也就是母鸡打鸣,这与半夜鸡叫一样具有神话色彩。实际上,在乡村生活过的读者都会知道,公鸡下蛋那是胡吹,母鸡打鸣有的是。这是由于母鸡体内只有左侧的卵巢输卵管发育,右侧的保持着未分化的状态。如果它左侧的卵巢发生了故障,右侧那个未分化的卵巢就会发育成睾丸,并且产生雄激素。在雄激素的催促下,母鸡,哦不,它现在已经是个合格的公鸡,就会操起司晨的任务来。

公鸡什么时候打鸣?当然是早晨了,金鸡报晓嘛。对不起,你又想错了,公鸡可以当闹钟用,但毕竟不是闹钟。实际上,公鸡什么时候都打鸣。有人统计过,白天里,一只公鸡大概每小时打鸣一次,只不过早上那第一声鸡叫划破了黎明的宁静,临近的公鸡不甘示弱纷纷宣誓主权,如此接力下去,让人印象深刻,而嘈杂的白天,人们忙着各种各样的事,就不会太留意这些打鸣的公鸡了。

早上公鸡为什么打鸣?首先要我们知道,鸟类里的夜猫子屈指可数,除了各种猫头鹰所在的鸮型目和邻近的夜鹰目外,其他绝大多数鸟都是夜盲症患者。鸡也不例外,一般情况下,夜里,鸡都在睡觉。在这个前提下,我们需要进一步做一下解剖学,深入到鸡的脑袋里去看一看。鸡的大脑里有一个小小的区域叫做松果体,这个小小的腺体曾经是我们的老祖先视觉系统的重要部分。但是现在它位于脑的中央,不过它与视神经还有藕断丝连的关系。松果体可以分泌一种称为褪黑素Melatonin的物质,爱美的女士们不要被这个名字误导,它仅可以让青蛙的体色变淡。松果体是受光线控制的,只有伸手不见五指,松果体才会分泌褪黑素,如果有光射入眼睛(其实眼皮并不能挡住太多光线),褪黑素的分泌便被抑制。褪黑素有着复杂的生物学功能,它能抑制性激素的分泌。除此之外,生物学家们早就发现在鸟负责鸣叫的脑皮层上分布着大量褪黑素的受体,尤以雄鸟为甚,也就是说,褪黑素直接控制着鸟什么时候歌唱。一天之中,当晨光乍现,褪黑素的分泌受到抑制,雄鸡便不由自主的“司晨”;一年之中,当春天白昼渐渐变长,鸟儿体内的褪黑素水平下降,它们便开始“叫春”,紧接着的是体内性激素水平的升高,一年一度的繁殖季节到来。公园里提着鸟笼的大爷也知晓这个道理,平常鸟笼都被厚厚的布罩盖着,一旦摘下布罩,光线惊醒了鸟儿的“鸣叫中枢”,歌咏会便开始了。

在过去,人们日出而作日落而息,公鸡也可以安享黑暗静谧的夜晚。不过有时候遇到满月,皎洁的月光偶尔也会刺激太过敏感的公鸡“起夜”。而到了战乱时候,鸡犬不宁,被声音和火光惊扰的公鸡夜啼的概率大大增加,于是古人以“雄鸡夜鸣”为战争的凶兆。

现代社会,尤其是广大城市,人工照明的普及早已消弭了昼夜的区别,与100年前相比,目前人们的“黑夜”普遍缩短了好几个小时。不但人本身深受“人工白昼”带来的褪黑素水平下降引发的种种健康问题(诸如儿童性早熟,乳腺癌和结肠癌的高发,以及更普遍的情绪波动),跟着人混的其他动物也跟着遭殃。经常有报道说某小区里“无德居民”擅自养鸡,结果半夜鸡叫不断,引发邻里纠纷。英国的国鸟是欧亚鸲Eithacus rubecula,这种俗称知更鸟的小鸟现在完全不“知更”了,根据英国皇家鸟类保护协会RSPB报道,在英国很多地方它们彻夜鸣叫,都是路灯惹得祸。

由此可见,给地球熄灯一个小时,不管对人类还是鸡在内的其他动物,都是远远不够的。但是,阡陌交通鸡犬相闻的桃花源,我们还回的去吗?

知更鸟 Eithacus rubecula

2011年10月7日星期五

防晒霜,足量否

m2825f作者:lalunasun

上月去商场挑防晒霜,一小时内跑了六个专柜。挑一支防晒系数足够、用起来舒服同时又不能太贵的防晒霜,真是太艰巨的任务。看到我犹犹豫豫,几乎每个柜台的导购小姐都赶紧说:“我们家这产品特别好,一粒黄豆大就能涂全脸,30毫升足够用一年。”而在我表示此种用法是不正确的,每次要至少用到硬币大才行之后,六个柜台六位小姐分别做出了从沉默到瞪大双眼仿佛见到外星人各种不同反应……

化妆品导购人员尚且如此不了解自己的产品,普通消费者呢?姑娘们啊,男同胞们啊,你们或许已经知道了要使用防晒霜,可你们真的用对了吗?

紫外线与防护指数

紫外线按波长可被分为UVA(320-400纳米)UVB(280-320纳米)UVC(100-280纳米)三种类型[1]。由于臭氧层阻碍UVC到达地表,所以日常生活中能够对人体造成影响的是UVA与UVB。这二者对皮肤的伤害包括立刻出现的红热、不知不觉影响你一生的光老化、还有非常严重的皮肤癌。所以一支好的防晒霜,应该在整个UVA与UVB波段都有良好的防护作用。

衡量防晒霜防护能力的指标,最为常用的是SPF(Sun Protect Factor,阳光防护指数), SPF是使用防晒霜之后与之前最小红斑量(MED)的比值。简单地说,最小红斑量是引起皮肤红斑所需的紫外线剂量。日光中UVB和UVA引起红斑的比率分别为80%与20%[2],所以SPF衡量的基本是产品对UVB的防护能力。

显然,还得再制定评价UVA防护力的方法。但因为各国直到现在也没有将防护UVA的指标统一起来,故而产品上标注也是五花八门。已有的UVA-PF(UVA Protect Factor,UVA防护指数)包括PA(又称PAF,日本用),PPD(Persistent Pigment Darkening,法国提出),星级(Star,英国使用)等[1]。

足量,防护才给力

测定SPF值时,样品(防晒霜)的用量是2毫克/平方厘米。这意味着,实际生活中我们也要用到这个量才能得到商品所宣称的防护效果。然而绝大多数人的使用量都远低于这个值。根据一项调查,所有被调查对象防晒霜用量的中值只有0.5毫克/平方厘米,每个人用量中值范围则有0-1.2 毫克/平方厘米之大。即使某人面部可能使用得足够甚至多达5.2毫克/平方厘米,但后颈、锁骨上这些部位也往往被忽略[3]。总体说来,几乎所有人都没有使用足量。

用量不足,还能给予我们保护吗?

前面提过,防护指数包括SPF与UVA-PF两部分。一项人体实验的结果是,SPF与用量关系符合指数形式[4],即

y=ax

其中a为与产品标注SPF有关的常数,x为使用量。举例来说,如果你有一支SPF50的产品,使用标准用量一半时你将只能得到SPF7;若真的只用到0. 5毫克/平方厘米,它的SPF将下滑到2.5。咬牙掏腰包买了支SPF50的高倍防晒,却被自己用成SPF2.5,这难道不是浪费吗?

而且,美国食品药品监督管理局(FDA)于上周出台新声明,其中提到若防晒产品SPF值低于15将不可标注“降低皮肤癌风险,减少早期老化” [5]。那么SPF2.5能有效吗?你放心吗?

虽然UVA-PF与用量的关系还没有相关人体实验,但我们可以借鉴理论数据。

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图中为五种SPF30产品的UVA防护力与用量的关系[6]。

可见,所有五种产品对UVA的防护能力均与防晒霜使用量呈线性关系。用量减少,防护力都会降低。

足量?应该是多少......

知道标准用量是2毫克/平方厘米,可还是不知道到底该涂多少,怎么办?这里给大家提供两种办法。

有条件用天平的,可以用这个"体表面积计算器"计算出体表面积,再依下表计算身体各部位面积,算出适合自己的使用量,最后去亲自称重看看。

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身体各部位体表面积占总面积的比例。

举例来说,如果你的身体面积是1.48平方米,那面部则是1.48×3%=0.0444平方米,需要用防晒霜2毫克/平方厘米×444平方厘米=888毫克,也就是0.888克。

没有天平的,请拿出防晒霜和一元硬币。先看看自己的防晒霜是偏欧美系的厚重膏状还是日系那种“摇一摇”稀薄乳液,然后按下图对号入座。高个子或者体重比较大的男生请略加量,女生按下图用量就是足够的。但是要记住,这只是面部的用量,其他部位还是得按表格里数据自己估计比例。

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面部防晒霜用量。欧美系的,差不多要1枚1元硬币大;日系最稀薄的乳液2枚硬币就足够。

用多了,会怎样

防晒霜用得再多也不能有更高防护能力?不一定。回顾前面提到的用量与SPF和UVA-PF的关系,可以看出,用得越多得到的防护越多[4]。不过FDA认为SPF50以上的产品的防护能力并没有比SPF50的来得高[5],所以“多涂”也是适可而止为好。

参考文献:

[1]刘玮,张怀亮.皮肤科学与化妆品功效评价

[2]Henry W.Lim,Herbert Honigsmann,John L.M.Hawk.光皮肤病学

[3]Sunscreen application by photosensitive patients is inadequate for protection

[4]The relation between sun protection factor and amount of suncreen applied in vivo

[5] FDA Announces Changes to Better Inform Consumers About Sunscreen

[6]Henry W. Lim, Zoe Diana. Clinical Guide to Sunscreens and Photoprotection

原文已发表于 果壳网 健康朝九晚五主题站 《防晒霜,用量不足等于浪费

生态破坏,蜱虫受益

俗话说“好人不长命”,其实在生物界也是一样。在生物多样性丧失的过程当中,最先死掉的总是那些善良、和平、不传染疾病的动物、植物、微生物,而笑到最后的总是各类传染病的始作俑者及其帮凶。

这个结论是美国国立卫生研究院(NIH)近期公布的:森林、田野生态系统中的物种灭绝,会导致病原体——致病微生物——增加。

左图是斑驴,非洲南部的一种斑马亚种,1883年灭绝。

蜱虫在物种灭绝中兴旺

科学家在研究中发现,当大片森林变得支离破碎时,负鼠——一种能够大大减缓传染病扩散速度的物种,在栖息地刚受到威胁时就开始区域性灭绝,而携带黑脚蜱虫和莱姆病病原的白足鼠却人丁兴旺。

黑脚蜱虫,这名字很眼熟?没错,蜱虫就是之前在河南咬人致死的小虫(节肢动物门蛛形纲蜱目蜱科,包含约800余种,中国已记录的有110种),英文叫做Tick。

而莱姆病是经蜱虫传播的一种传染病,一般不会死人。这种病被发现的时间虽然不久,但发展迅速,几乎世界各洲都有疫情。(不过在河南,蜱虫传播的是另一种病,严重感染可致命。)

到底为什么当生物多样性衰减时,活到最后的坚韧物种总是那些会传染疾病的家伙?科学家还没有搞清楚。但很显然,保护生物多样性,就是防止这种不幸发生的最好方法。

/gkimage/ud/18/97/ud1897.png解剖镜下的蜱虫

保护生物多样性,现状不容乐观

要保护生物多样性,目前看来情形并不乐观。据世界自然保护联盟(IUCN)的统计,当前这个世界上,大约1/5的哺乳动物生存受到威胁,并且全部哺乳动物的1.4%已经灭绝。鸟类的灭绝比例也大致如此。具体数字如下:

据2010年IUCN的濒危物种红色名录,在5491个哺乳动物物种(不包括亚种)中,有78种已经野外灭绝(EW)或彻底灭绝(EX),有1131种处于易危(VU)到极危(CR)的状态;10027种鸟类中也有136种已经从野外消失。

然而,上述情况还只是IUCN统计到的物种,如果算上大量科学界不认识的物种,按照物种-面积关系(一种生态学理论)推测,每天大约都有150个物种灭绝——很多物种还没来得及被描述和命名就芳魂寸断了。

事实上,从11700年前到现在,由于人类活动的影响,科学家们估计物种灭绝的速率已经超过了以往所有地质年代的灭绝速率的100到1000倍,这就是“全新世灭绝事件”。

在地球史上的6次大灭绝事件中,全新世灭绝事件是唯一一次仅由一个物种(人类)的发展而造成的短时间内大量物种灭绝。除了大家最熟悉的渡渡鸟、北部白犀牛等,仅是死在人类猎枪之下的,就有南极狼、西非狮、新疆虎、中国白臀叶猴、新墨西哥狼等众多物种。所以结论就是……要保护生态环境……这样的话…… 老生常谈了……可是现状还很糟糕,我们不得不谈……

理论上讲,生物多样性的减少对疾病传播可能起到加快作用,也可能起到减缓作用

蒙古骑兵的生态足迹

气候变化,会导致人类战争和社会动荡。而战争、社会动荡,会减少人口数量以及人类的毁林行为,有利于改善生态环境,减少温室效应。

气候波动可能会引起人类战争和社会瓦解。 2007年的一项研究发现,中国古代的15次重大社会动荡中,有12次发生之前出现过严寒气候。研究认为,冻害造成粮食短缺,从而引发叛乱,使得社会更容易被入侵。《科学》杂志最近一个科学的研究认为:气候急变祸及农业,促进了罗马帝国的衰亡。

反过来,人类战争、社会动荡等能否影响气候呢?

卡内基科学研究所的Julie Pongratz发表在《全新世》(The Holocene)中的研究肯定了这种影响。这一切都归结于人类与树木之间此消彼长的关系:一场残酷的战争或灾难性的瘟疫之后,人口会大幅减少,而森林却得以重新生长,它们吸收二氧化碳,从而减缓温室效应。

Pongratz重建了公元800年至今的全球土地覆被,并模拟了同时期的碳循环,试图确定土地利用怎样影响气候变化。

以蒙古大军入侵亚洲大陆为例,据一些历史学家估计,1200至1380年间,侵略造成了至少1500万人死亡;那段时间,原本荒芜的土地上新生长的树木吸收了大气中近7亿吨的碳,总量相当于当今世界一年的汽油需求量。

这种植被再生在美洲被殖民期间(1519年至1700年)也很明显,当时原住民百分之九十以上遭到屠杀。但是,黑死病(1347-1400)和明朝衰落(1600-1650)这样的短期事件,对植被恢复的作用并不明显。

遗憾的是,Pongratz指出,从人类的战争和死亡中解救的森林,远不足以抗衡历史上长期持续的毁林造成的气候破坏。地球上的人口太多了,而树木太少了,这种情况持续太长太长时间了。


人口减少有助于缓解全球变暖,这个看上去很抓人眼球的主意其实不能解决任何问题。本来,就是因为人口的增长和人类生活水平的提高造成了资源衰竭环境破坏,气候变化也是其中的产物之一。所谓“可持续发展”也是希望在不影响人类当代和未来生活水平的基础上保证发展的持续性。

2011年10月6日星期四

在紫外线下能自我修复的聚合物

自我修复(self-healing)材料是未来的东西,但必定不是在遥远的未来。举例来说,美国航空航天局(NASA)就计划在未来二十年内在飞机机身包覆具自我修复性的外壳。美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的研究人员,以及他们在美国和瑞士的伙伴,公开了一种会自我修复的聚合物,在紫外线下只要一分钟,就会恢 复原貌。

这个研究的关键在于,找到了透过分子交互作用、可以假装成一个巨大整体的小聚合物。在超分子聚集体的机制下,这些由小分子组成的聚合物,聚集成类聚合物的长链,以金属离子作为某种“分子黏胶”(molecular glue)。而一般聚合物的构成,是由数千个分子藉由强力的分子键组成的超长链分子。

藉由金属离子黏着在一起,这些新的聚合物被称作“金属—超高分子聚合物”(metallo-supramolecular polymers),在许多方面都像一般的聚合物那样作用。但是在密集的紫外线光之下,分子黏胶的作用没有完成,使得这些材料像液体般流动,并且填满刮擦处或裂开的地方。将紫外线来源移开,分子黏胶又重新作用,重新将聚合物链结起来,并再一次地产生固态的外层。

起初的试验显示,研究者可以一直刮擦聚合物涂层表面的同个地方,且会在紫外线照射下一再地修复,看不出任何损伤的痕迹。

2011年10月5日星期三

后辐射时期海鲜,吃不吃?

作者:紫鹬

目前,福岛核电站的周围检测到了放射性的碘、铯、氢、氙、氪等元素。其中,半衰期相对较长、能够传播到100 km距离以外的主要是放射性的碘(131I)和放射性的铯(137Cs)。虽然不明真相的群众疯抢了碘盐和碘片,但能对生态系统造成长久影响放射性物质却并不是131I,而是137Cs——前者的半衰期只有8.02天,它能在事故地点的周边地区造成急性危害,但30天后便衰变殆尽;而后者的半衰期长达30.17年,并且能随着食物链富集,造成深远的影响。

水生生物的“辐射污染”是什么?

让我们回顾一下1986年春天切尔诺贝利核事故发生后的事情:

事故之后,大量137Cs进入了核电站周围的河流和湖泊。事故后的第一年,在那些以水底碎屑或浮游生物为食的鱼类、杂食性鱼类中,137Cs的含量最高。随后,在1987-1988年,捕食性的鱼类(那些以别的鱼为食的鱼)中的137Cs含量开始增高,这说明137Cs可以随着食物链传递。 137Cs主要富集在鱼的肌肉组织中,鱼的其它部分,如鳞片、消化道、性腺等也会吸附137Cs,但这些地方的浓度会逐年显著降低,只有肌肉中的137Cs水平下降很少。因此,对于放射性元素来说,生物富集作用比单纯的吸附作用造成的问题大得多。 [1]

最严重的情况:吃了切尔诺贝利的鱼会怎样?

研究人员测量了1987年切尔诺贝利核电站的冷却池中的梭吻鲈(Sander sp.)。梭吻鲈是一种捕食性鱼类,它们的肌肉组织中的137Cs含量最高可接近270000 Bq/kg(Bq即贝克勒尔,这是一个衡量放射性活度的单位)。也就是说每千克鱼肉中,每秒有270000个137Cs原子核正在放射性衰变。一个137Cs原子核衰变放出的β和γ辐射能量大约是1.174 MeV。(eV即电子伏特,将一个自由电子通过1伏特的电压加速后的获得的动能。1MeV = 1.602 ×10−13J) [2]

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【俄罗斯梭吻鲈 Sander volgensis ,图片来自gwannon.com】

简单计算一下,如果一个体重50 kg 的人,吃了1 kg 这样的鱼肉,他将受到的辐射当量剂量大约是 3.645 μSv/h,也就是每小时3.645 微希,这个强度大约是3月15日北京市平均辐射水平的47倍(当日福岛核电站上空的辐射是 23.72μSv/h)。 如果把这个数字与X光胸透相比——接受一次X光胸透检查,受到的辐射剂量是50 μSv——似乎胸透所受的辐射比吃鱼要大很多。可问题是,胸透只是一次的辐射剂量,而人吃下去那条鱼以后,会被辐射很长时间:吃下这1 kg鱼,24小时后所受到的辐射强度就已经超过照一次胸透了,如果不能及时排出这些137Cs(别忘了食物链富集,至少梭吻鲈肌肉中的137Cs几年内都没有显著降低),相当于此后几年每天胸透一次,137Cs的半衰期可是30年啊。

福岛核事故的影响大概有多大?

很多人在说“福岛不会成为下一个切尔诺贝利”。那么,就算福岛核事故真有切尔诺贝利那么大的影响,又如何呢?福岛核电站如果能对水体造成污染,它污染的主要是海水。由于海洋的开放性和稀释作用,它受到的污染会相对较轻。通常受污染最为严重的是封闭水体,如湖泊。

在1992-1993年,俄罗斯科学院的研究团队比较了几个受到切尔诺贝利核污染的地区淡水鱼肌肉组织中的铯137Cs含量,发现河流中的鱼受到的污染比湖泊中的鱼要轻,这显然与水体的开放程度有关。 [3]

此外,空间距离也是降低137Cs污染的重要因素。我们知道在离核电站最近的冷却池中,梭吻鲈肌肉中137Cs的含量可达270000 Bq/kg,然而在下游约60 km外的基辅水库(Kiev Reservoir),那里的梭吻鲈肌肉中137Cs的含量最高只有大约100 Bq/kg了(1988年),再往下游约80 km,卡涅夫水库(Kanev Reservoir)中的梭吻鲈肌肉中137Cs的含量仅达20 Bq/kg(1987年), [1] 而1989年,世界卫生组织(WHO)拟定的食品安全规定中,包括鱼肉在内的食物的放射性含量国际贸易标准是1000 Bq/kg。 [3]

研究人员还发现,不同河流和湖泊的鱼肌肉组织中的放射性铯与水中的钾含量是呈反比的。由于铯主要是作为与钾类似的元素进入肌肉中,水中的钾越多,鱼肉中的铯就越少。在正常情况下,全世界淡水鱼肌肉组织中137Cs的含量大约是200-1000 Bq/kg,而海鱼中这个量只有0.4-3.3 Bq/kg。海水中高含量的钾是让137Cs难以富集的原因。 [3]

考虑过最坏的情况,回过头看,福岛核事故的污染也许根本不可能达到切尔诺贝利的程度。根据朝日新闻的最新消息,福岛核事件的事故级别为5级,与美国的三哩岛事故相同。在三哩岛事故后,除了短期内很少的放射性碘(131I 1.51 Bq/kg)污染了当地的牛奶以外,几乎没有什么长期的环境影响。 [4]

吃海鲜不必担心核污染

中国所属的海域,距离福岛第一核电站都在1000 km 以外,加上海水中高含量的钾,以及整个太平洋强大的稀释能力,吃国产海鲜是不用担心来自福岛的污染的。当然,吃海鲜有很多其它值得担心的问题,这里我们就不展开了。

这个环球科技观光团小组贴可以看到,福岛事故后,日本厚生劳动省对食物中的辐射指标作了严格规定,鱼类中的137Cs含量不能超过500 Bq/kg——这是1989年WHO标准限量的一半,而我国1994年的食品国家标准是800 Bq/kg 。 [5] 如果这些标准能够很好地执行,我们也完全不必担心来自日本的海鲜的辐射问题。

本文已发表于 果壳网 自然控【地震特辑】后辐射时期海鲜,吃不吃?

参考资料:

[1] (1, 2) Kryshev I.I., Ryabov I.N. & Sazykina T.G. (1993) Using a bank of predatory fish samples for bioindication of radioactive contamination of aquatic food chains in the area affected by the Chernobyl accident. The Science of the Total Environment 139/140 : 279-285
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Cesium-137
[3] (1, 2, 3) Fleishman D.G., Nikiforov V.A., Saulus A. A. & Komov V.T. (1994). 137Cs in Fish of Some Lakes and Rivers of the Bryansk Region and North-West Russia in 1990-1992. Journal of Environmental Radioactivity 24 : 145-158
[4] Marshall E. (1979). A Preliminary Report on Three Mile Island. Science 204 : 280-281
[5] 中华人民共和国国家标准 食品中放射性物质限制浓度标准(GB 14882-94)