2012年8月19日星期日

围追堵截HIV-《新知客》

重现历史：陌生疾病的突袭

1981年，美国疾病控制中心发表了一份报告，报道在几个城市男同性恋中发现的一系列无药可治的卡波希氏肉瘤及卡氏肺孢子虫肺炎的恶性病例。这些病例的出现令人们如此莫名其妙而又措手不及，记者曾这样记录下药剂师Sandra Ford的困惑：“一位医生用一种非常少见的药给一名二十几岁的男同性恋肺炎患者进行治疗。两周后，医生向我申请更多药物。这太奇怪了——从来没有病人需要这么大剂量，他们除非病死了，否则通常都会在10天内康复。”

医生对这些突然来袭的疾病产生了种种猜测，有人说它是由一种疱疹病毒所致，有人说是由于吸毒过量或者免疫系统超负荷运转，《纽约时报》上甚至刊出“该疾病对非同性恋者或女性没有明显威胁”的论断。但是几乎所有假说都在几个星期内变得一文不值。此后，受害人群扩展到非同性恋、女性、欧洲人……连一岁多大的婴儿也难逃疾病的魔爪。人们逐渐认识到没有人能对它免疫，恐慌自然与日俱增：一些年轻人跑到医院抱怨自己淋巴腺肿大；也不断有家长从住院处将他们的子女“抢救”出来。

在学术界，一年时间就在不断的假设、争论和推翻中过去了，尽管病因仍然没有头绪，陌生疾病至少有了个被科学家共同承认的名字。它既不是“同性恋癌症”（Gay Cancer）、“与同性恋有关的免疫系统疾病”（Gay-Related Immune Deficiency），也不是“群体获得性免疫系统失调”（Community-Acquired Immune Dysfunction），而最终被确定为“获得性免疫缺陷综合征”（Acquired Immunodeficiency Syndrome，AIDS）——可传染的、造成免疫系统崩溃的、一系列症状的综合，我们现在将它音译为“艾滋病”。

小小病毒，大威力

经过五年侦查，人们终于抓住了造成这场混乱的元凶——人免疫缺损病毒（Human Immunodeficiency Virus），即HIV。它们从扎根于中西部非洲的猿猴免疫缺损病毒（Simian Immunodeficiency Virus，SIV）进化而来，是一种结构远远比我们的细胞简单的小生物。一整颗HIV病毒只有120纳米那么宽（即0.0000000012米），相当于红血细胞的六十分之一；蛋白外壳里边包裹的遗传信息量只有人的一百万分之一，并且与我们不同的是，它们所有基因都由RNA而非DNA编写。

钻到里边细看。一颗HIV一共有九个基因，可以造出可怜巴巴的十五个蛋白，却能摧毁整个人体免疫系统，使它们成为现今最令科学家挠头的微生物之一。那么，它们执行宏大功能的信息究竟节约在哪里了呢？HIV病毒的精明之处就在于，自打它们的遗传物质钻进人的免疫细胞，这些RNA分子便仿照自己的模样，用我们的建筑材料造出一条DNA；这些DNA又太像人的遗传物质，以至于人细胞误认为这些“病毒DNA”是我们自己造的。HIV浑水摸鱼的好日子开始了——它们不用多费心，人的细胞工厂已全面启动，按照“病毒DNA”的指令大量造出HIV的基因和供HIV蛋白酶剪裁的蛋白元件，再协助它们组装、出厂，以使我们免疫系统的更多细胞上当受骗。无辜的免疫系统就在不知不觉中变成了HIV病毒的据点，直被毁坏到全面瘫痪，人体就成了不设防的城市，变得对任何病原体不堪一击了。波士顿布莱根妇女医院遗传学家Elledge有一个精妙的比喻：“有的病毒背着自己的房子到处跑，有的偷偷钻进其他人的房子然后占领它，HIV病毒就属于这一类，它们想生存下去便要依赖许许多多主人房间里的设施。”

很不幸，原本充当人体卫士的免疫系统细胞正好被HIV选中做了“主人”。

从未停歇的斗争

HIV病毒的结构及遗传信息单纯得一目了然，然而在人细胞中引发的后果却如此复杂而难以控制。自从记录到第一例艾滋病起，人类打击HIV病毒的努力便一天也没有停止，科学家们对那仅有的15个蛋白可谓机关算尽。二十多年来，已有数十种直接攻击HIV蛋白的药物先后被研制出来，终于发展出后来著名的“鸡尾酒疗法”。

十几年前它刚刚出现的时候，许多中国人听说后第一反应可能是：“鸡尾酒长什么样子？”今天，“鸡尾酒疗法”对于医学界来说仍然是一个比较年轻的概念，并且，尽管其原理就是将许多药物混合在一起形成多重防线，但是这款酒的组分却还在不断变化。

在拆分这些组分前，先让我们回到1996年的美国威斯康星，拜访一下Beth Bye女士，因为她的“重生”，正标志了“鸡尾酒疗法”的顺利诞生。

Bye女士其实并没有死过，但是那时她的艾滋病病情已经发展到晚期，尽管尝试了一切可能的方法，然而身体却仍垮得不成样子，并出现了痴呆和眼盲等严重症状。她觉得自己已经走在黄泉路上。就在葬礼准备停当的等死期间，命运突然给她来了个急刹车，说：“你还不到死的时候！”——医生想到给她尝试一种1995年刚发明的新类型药物，外加已经使用的另外两种药，构成一款“三色鸡尾酒”。不出两个月，Bye女士体内的HIV病毒便减少到了极低的水平，免疫系统也从病毒手中起死回生，她可以实现不久前还是奢望的愿望，可以与她的狗在阳光下散步，并重返了讲台。

究竟“鸡尾酒”中什么成分起到了如此神奇的效果呢？

希望你还记得前边所说，HIV病毒的基因由RNA编写，在病毒进入细胞之后变出一条相仿的DNA——HIV病毒由于这一独特的“逆转录”步骤而被称为“逆转录病毒”，因此，强力对抗HIV的“鸡尾酒疗法”便被称为“高效抗逆转录病毒疗法”。

AZT是最早的成员。它是一种核苷类似物抗逆转录酶抑制剂（NARTI），名字虽长，但你只要明白，它就是一个“卧底”，装作DNA构建材料的模样，锁住病毒的逆转录酶，因而就不会有病毒DNA被合成出来。

第二种为非核苷类似物抗逆转录酶抑制剂（NNRTI）——上一种加个“非”字，意思是长得不像DNA构建材料的“卧底”，如Viramune （Nevirapine）。

第三类如Saquinavir，便是使Bye女士病情时来运转的蛋白酶抑制剂（PI），它们让病毒蛋白原料没法剪裁出厂。

首先加入两味“NARTI”，然后从“NNRTI”或“PI”中任选一种注入，有时还加入更多——经过近十年努力，人们调出了这款“三色”甚至“多色鸡尾酒”。

拥有这么多选择，人们对HIV病毒的围剿仍然不敢松懈。至今，已出现了阻止病毒进入细胞或者不让病毒DNA“加塞儿”到人基因之间的药物。

对抗病毒另辟蹊径

“鸡尾酒疗法”使人类对抗HIV病毒的战局出现了转机：美国于1996年实现了自流行以来艾滋病死亡人数的第一次减少，艾滋病人发病后的存活时间也从几个月延长到了几年。

然而人们仍然不能舒展紧锁的眉头。撇开“鸡尾酒”带来的各种副作用不说，抗药性也是紧随而来的另一问题。原来，HIV病毒在复制自己的过程中相当的没头没脑、错漏百出（生物学家称此过程为“突变”），以至于没有任何两颗HIV病毒的基因组是完全相同的。这种出错水平换在人类身上肯定吃不消，而HIV却因祸得福——由于经常变来变去，而且一繁殖就是一大批，哪怕只有几颗病毒变得让药物认不出，这些看似面生的敌人也可以立刻星火燎原。如此一来，药物就变得无地放矢，这便是HIV对任何瞄准自己蛋白的药物终将产生抗性的原因。科学家对美国接受该项疗法的病人进行了统计，发现到2004年，他们中一半人身体内的HIV病毒已经至少对组合中的一种成分具有了抗性。因此，“鸡尾酒”虽然防线重重，但被病毒“突变”所攻破的隐患仍时刻存在。

为了克服HIV对药物的“免疫”，医生在首次为病人治疗时会先留着几手，首先给病人用某一种“鸡尾酒”组合，在发现HIV有复兴苗头的时候再赶紧改变配方。可悲的是，抗药性一旦出现，往往来势不可阻挡，通常只有第一或者第二套组合是最有用的。人们把那之后的治疗都称为“抢救疗法”（Salvage therapy）——它意味着这种方法也几乎走入死胡同了。

除了这款最著名的“鸡尾酒疗法”，在艾滋病流行的近三十年里，人们还对HIV病毒尝试过疫苗，对病人尝试过包括中草药、按摩、心理治疗在内的种种疗法。总之，原理明确的、不明确的，多管齐下。但是，所有这些替代疗法都忽好忽坏，没有一种是明确有效的。

难道人类注定制不服变幻莫测的HIV病毒吗？

让我们暂时将目光从HIV身上移开。你可能听说过在癌症治疗领域非常热门的“血管生成抑制剂”。与以往直攻癌细胞不同的是，这种抑制剂以退为进，扼断癌症组织的血液供应，使得它们缺氧（养）而死。那么，我们能不能用同样的战术“饿死”HIV病毒呢？最近，人们终于在这条路上看到了曙光。

三个月前，《科学》杂志报道了这样一项研究：美国哈佛大学医学院的科学家们利用RNA干涉技术使一系列人细胞蛋白短路失灵，培养出21121种“缺陷型人细胞”，每种只少一个蛋白。然后，他们再让HIV病毒感染这些的细胞。他们的逻辑是，如果HIV病毒不能在某一种细胞中繁殖，那么就说明这种细胞所缺乏的蛋白恰恰是HIV复制所需要的。经过这样的筛选，273个人类蛋白被显示为病毒所必需，其中绝大多数，人们以前想都没有想过会和HIV病毒的繁殖有任何关系。

这273种HIV病毒生存所必需的人类蛋白被统称为HIV依赖因子（HIV dependency factors, HDFs）。可以看出HIV病毒有多么狡猾，它们为自己的复制只支付15个蛋白，却盗用了我们细胞中近三百个蛋白和整个新陈代谢机器！研究人员发现，这些被检测命中的“病毒依赖因子”恰好在免疫系统细胞中含量很高，怪不得免疫系统细胞偏偏是HIV病毒的最爱。

前边提到，任何针对HIV自身蛋白的药物都无法摆脱产生抗药性的命运；HIV病毒占我们细胞这么多便宜，不禁令人恼火；不过也正是这种广泛的依赖性，让我们在“饿死”HIV病毒的战斗中大有文章可做。如果科学家能够使HIV依赖因子失灵，那么任凭病毒再怎么突变也无法从这种药物眼下蒙混过关，因为这些药产生抗药性只能指望人自己基因那些罕见的突变。于是，抗药性几乎不可能出现。

研究人员之一Brass态度非常积极地表示：“HIV只有15个自己的蛋白，所以它们极大地依赖于人的细胞机器。病毒每次利用我们的蛋白，其实就是给了我们破坏这个相互作用、打击HIV的机会，这太令人兴奋了。”另一位作者Elledge也说：“我们已经达到一个系统性了解HIV的层次，这可以启发新类型医疗方法的发明。比如我们可以调整细胞与病毒相互作用过程中的几个环节，使得这些调整既不影响人细胞本身的功能，又限制HIV的复制。”自然，人类在这个方向上要格外慎重，因为这种药物的靶向毕竟是我们的细胞经过百万年进化而来的蛋白伙伴。想将此项研究的结果最终转变为击败HIV病毒的药物仍任重道远，但我们毕竟看到一扇完全不同的门已经打开了。

不遥远的杀手

看着这篇文章，你可能惊叹HIV深奥，也可能觉得无聊；你可能很难想象这帮小小病毒究竟从哪个黑暗的角落怎样地逼近你；你可能意识不到，现在平均每一千个地球人就有五个携带HIV病毒，在你读完这篇文章的十分钟内，全球就有40人死于它的毒手……

然而，艾滋病病人失去的往往不仅是健康和生命，许多人还失去了平等与尊重。1985年，十三岁的美国少年Ryan White由于输血感染了HIV病毒，随即被逐出校门，在他尝试返校时，却遭到了无数人的疏远甚至谩骂。单薄的男孩儿将余下五年生命全部用来与偏见抗衡。在他去世后几个月，美国终于出台了以他名字命名的《Ryan White保健法》，保护在他之后不幸被HIV感染的人们及他们的家庭。而Ryan White，也化作了那个著名的画报男孩儿，永远伸开双臂向人们告知艾滋病患者的无辜与无助。

直到今天，尽管科学告诉我们普通的接触不会传染HIV，但不管在发展中国家还是发达国家，流言蜚语甚至冷嘲热讽都使许多艾滋病人在寻求帮助的路上退而不前。面对HIV病毒，或者有一天会莫名降临的其他什么疾病，所有人都一样脆弱。感染者只是无辜的牺牲品，而我们能够活过整个生命的25000天却是一件多么值得感恩的事情。

附：

科学家利用RNA干涉技术使细胞中的蛋白短路失灵

RNA干涉是最早由Andrew Fire和Craig Mello在线虫中发现的一种自然现象，二人因此获得了2006年诺贝尔生理及医学奖。简单说来，在动物细胞里，遗传信息藏在DNA中，然而DNA和行使功能的蛋白质之间在多数情况下各说各话，语言不通。DNA如同密码，先要被翻译成RNA，这个RNA作为信使，会将DNA的指令转告给原料，让它们组装成蛋白质。在此过程中，如果细胞中存在一些特殊的小干涉RNA（Small Interference RNA），它们便会缠住充当翻译官的信使RNA并与它们同归于尽，从而使信使没法指导蛋白质合成。对于一条特定的信使RNA，只有能与其配对的小干涉RNA才能起到破坏的效果，因此人们可以设计特殊的小干涉RNA，专门对付一条RNA，从而使细胞只失去那一种蛋白质。哈佛大学医学院的Abraham Brass等人就建立了一个巨大的小干涉RNA库。他们把来自人体的细胞放进许许多多小坑里，然后一个萝卜一个坑地把小干涉RNA加进去（即每个坑只有一种小干涉RNA，每个坑里的细胞只失去一种蛋白质）。一共有21121个小坑，所以一共破坏了21121种蛋白质，每个坑里的细胞只缺一种。这个数量是相当伟大的，因为根据基因组工程的统计，人类总共只有20000-25000种编码了蛋白的基因，即几乎每一种蛋白都被逐一破坏了。

中国艾滋病现状

“截止2007年10月底，全国累计报告艾滋病病毒感染者和艾滋病病人223501例，其中艾滋病人62838例，死亡报告22205例。中国卫生部、联合国艾滋病规划署和世界卫生组织联合对2007年中国艾滋病疫情进行了估计，结果显示：截止2007年底，中国现存艾滋病病毒感染者和病人约70万（55万-85万人），全人群感染率为0.05%（0.04%-0.07%）。其中艾滋病病人8.5万（8万-9万人）；当年新发艾滋病病毒感染者5万（4万-6万人），当年因艾滋病死亡2万（1.5万-2.5万人）。”“全国累计报告的艾滋病病毒感染者以20-39岁年龄组为主，占报告总数的70.0%；艾滋病病人以20-49岁年龄组为主，占报告总数的69.9%；艾滋病死亡以20-49岁年龄组为主，占报告总数的72.0%。”

——《中国艾滋病防治联合评估报告（2007）》

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本文作者：桔子帮小帮主<img class="alignleft size-medium wp-image-59020" title="20090928003307470" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/05/20090928003307470-300x293.jpg" alt="" width="300" height="293" />重现历史：陌生疾病的突袭 1981年，美国疾病控制中心发表了一份报告，报道在几个城市男同性恋中发现的一系列无药可治的卡波希氏肉瘤及卡氏肺孢子虫肺炎的恶性病例。这些病例的出现令人们如此莫名其妙而又措手不及，记者曾这样记录下药剂师Sandra Ford的困惑：“一位医生用一种非常少见的药给一名二十几岁的男同性恋肺炎患者进行治疗。两周后，医生向我申请更多药物。这太奇怪了——从来没有病人需要这么大剂量，他们除非病死了，否则通常都会在10天内康复。” 医生对这些突然来袭的疾病产生了种种猜测，有人说它是由一种疱疹病毒所致，有人说是由于吸毒过量或者免疫系统超负荷运转，《纽约时报》上甚至刊出“该疾病对非同性恋者或女性没有明显威胁”的论断。但是几乎所有假说都在几个星期内变得一文不值。此后，受害人群扩展到非同性恋、女性、欧洲人……连一岁多大的婴儿也难逃疾病的魔爪。人们逐渐认识到没有人能对它免疫，恐慌自然与日俱增：一些年轻人跑到医院抱怨自己淋巴腺肿大；也不断有家长从住院处将他们的子女“抢救”出来。 在学术界，一年时间就在不断的假设、争论和推翻中过去了，尽管病因仍然没有头绪，陌生疾病至少有了个被科学家共同承认的名字。它既不是“同性恋癌症”（Gay Cancer）、“与同性恋有关的免疫系统疾病”（Gay-Related Immune Deficiency），也不是“群体获得性免疫系统失调”（Community-Acquired Immune Dysfunction），而最终被确定为“获得性免疫缺陷综合征”（Acquired Immunodeficiency Syndrome，AIDS）——可传染的、造成免疫系统崩溃的、一系列症状的综合，我们现在将它音译为“艾滋病”。 小小病毒，大威力 经过五年侦查，人们终于抓住了造成这场混乱的元凶——人免疫缺损病毒（Human Immunodeficiency Virus），即HIV。它们从扎根于中西部非洲的猿猴免疫缺损病毒（Simian Immunodeficiency Virus，SIV）进化而来，是一种结构远远比我们的细胞简单的小生物。一整颗HIV病毒只有120纳米那么宽（即0.0000000012米），相当于红血细胞的六十分之一；蛋白外壳里边包裹的遗传信息量只有人的一百万分之一，并且与我们不同的是，它们所有基因都由RNA而非DNA编写。 钻到里边细看。一颗HIV一共有九个基因，可以造出可怜巴巴的十五个蛋白，却能摧毁整个人体免疫系统，使它们成为现今最令科学家挠头的微生物之一。那么，它们执行宏大功能的信息究竟节约在哪里了呢？HIV病毒的精明之处就在于，自打它们的遗传物质钻进人的免疫细胞，这些RNA分子便仿照自己的模样，用我们的建筑材料造出一条DNA；这些DNA又太像人的遗传物质，以至于人细胞误认为这些“病毒DNA”是我们自己造的。HIV浑水摸鱼的好日子开始了——它们不用多费心，人的细胞工厂已全面启动，按照“病毒DNA”的指令大量造出HIV的基因和供HIV蛋白酶剪裁的蛋白元件，再协助它们组装、出厂，以使我们免疫系统的更多细胞上当受骗。无辜的免疫系统就在不知不觉中变成了HIV病毒的据点，直被毁坏到全面瘫痪，人体就成了不设防的城市，变得对任何病原体不堪一击了。波士顿布莱根妇女医院遗传学家Elledge有一个精妙的比喻：“有的病毒背着自己的房子到处跑，有的偷偷钻进其他人的房子然后占领它，HIV病毒就属于这一类，它们想生存下去便要依赖许许多多主人房间里的设施。” 很不幸，原本充当人体卫士的免疫系统细胞正好被HIV选中做了“主人”。 从未停歇的斗争 HIV病毒的结构及遗传信息单纯得一目了然，然而在人细胞中引发的后果却如此复杂而难以控制。自从记录到第一例艾滋病起，人类打击HIV病毒的努力便一天也没有停止，科学家们对那仅有的15个蛋白可谓机关算尽。二十多年来，已有数十种直接攻击HIV蛋白的药物先后被研制出来，终于发展出后来著名的“鸡尾酒疗法”。 十几年前它刚刚出现的时候，许多中国人听说后第一反应可能是：“鸡尾酒长什么样子？”今天，“鸡尾酒疗法”对于医学界来说仍然是一个比较年轻的概念，并且，尽管其原理就是将许多药物混合在一起形成多重防线，但是这款酒的组分却还在不断变化。 在拆分这些组分前，先让我们回到1996年的美国威斯康星，拜访一下Beth Bye女士，因为她的“重生”，正标志了“鸡尾酒疗法”的顺利诞生。 Bye女士其实并没有死过，但是那时她的艾滋病病情已经发展到晚期，尽管尝试了一切可能的方法，然而身体却仍垮得不成样子，并出现了痴呆和眼盲等严重症状。她觉得自己已经走在黄泉路上。就在葬礼准备停当的等死期间，命运突然给她来了个急刹车，说：“你还不到死的时候！”——医生想到给她尝试一种1995年刚发明的新类型药物，外加已经使用的另外两种药，构成一款“三色鸡尾酒”。不出两个月，Bye女士体内的HIV病毒便减少到了极低的水平，免疫系统也从病毒手中起死回生，她可以实现不久前还是奢望的愿望，可以与她的狗在阳光下散步，并重返了讲台。 究竟“鸡尾酒”中什么成分起到了如此神奇的效果呢？ 希望你还记得前边所说，HIV病毒的基因由RNA编写，在病毒进入细胞之后变出一条相仿的DNA——HIV病毒由于这一独特的“逆转录”步骤而被称为“逆转录病毒”，因此，强力对抗HIV的“鸡尾酒疗法”便被称为“高效抗逆转录病毒疗法”。 AZT是最早的成员。它是一种核苷类似物抗逆转录酶抑制剂（NARTI），名字虽长，但你只要明白，它就是一个“卧底”，装作DNA构建材料的模样，锁住病毒的逆转录酶，因而就不会有病毒DNA被合成出来。 第二种为非核苷类似物抗逆转录酶抑制剂（NNRTI）——上一种加个“非”字，意思是长得不像DNA构建材料的“卧底”，如Viramune （Nevirapine）。 第三类如Saquinavir，便是使Bye女士病情时来运转的蛋白酶抑制剂（PI），它们让病毒蛋白原料没法剪裁出厂。 首先加入两味“NARTI”，然后从“NNRTI”或“PI”中任选一种注入，有时还加入更多——经过近十年努力，人们调出了这款“三色”甚至“多色鸡尾酒”。 拥有这么多选择，人们对HIV病毒的围剿仍然不敢松懈。至今，已出现了阻止病毒进入细胞或者不让病毒DNA“加塞儿”到人基因之间的药物。 对抗病毒另辟蹊径 “鸡尾酒疗法”使人类对抗HIV病毒的战局出现了转机：美国于1996年实现了自流行以来艾滋病死亡人数的第一次减少，艾滋病人发病后的存活时间也从几个月延长到了几年。 然而人们仍然不能舒展紧锁的眉头。撇开“鸡尾酒”带来的各种副作用不说，抗药性也是紧随而来的另一问题。原来，HIV病毒在复制自己的过程中相当的没头没脑、错漏百出（生物学家称此过程为“突变”），以至于没有任何两颗HIV病毒的基因组是完全相同的。这种出错水平换在人类身上肯定吃不消，而HIV却因祸得福——由于经常变来变去，而且一繁殖就是一大批，哪怕只有几颗病毒变得让药物认不出，这些看似面生的敌人也可以立刻星火燎原。如此一来，药物就变得无地放矢，这便是HIV对任何瞄准自己蛋白的药物终将产生抗性的原因。科学家对美国接受该项疗法的病人进行了统计，发现到2004年，他们中一半人身体内的HIV病毒已经至少对组合中的一种成分具有了抗性。因此，“鸡尾酒”虽然防线重重，但被病毒“突变”所攻破的隐患仍时刻存在。 为了克服HIV对药物的“免疫”，医生在首次为病人治疗时会先留着几手，首先给病人用某一种“鸡尾酒”组合，在发现HIV有复兴苗头的时候再赶紧改变配方。可悲的是，抗药性一旦出现，往往来势不可阻挡，通常只有第一或者第二套组合是最有用的。人们把那之后的治疗都称为“抢救疗法”（Salvage therapy）——它意味着这种方法也几乎走入死胡同了。 除了这款最著名的“鸡尾酒疗法”，在艾滋病流行的近三十年里，人们还对HIV病毒尝试过疫苗，对病人尝试过包括中草药、按摩、心理治疗在内的种种疗法。总之，原理明确的、不明确的，多管齐下。但是，所有这些替代疗法都忽好忽坏，没有一种是明确有效的。 难道人类注定制不服变幻莫测的HIV病毒吗？ 让我们暂时将目光从HIV身上移开。你可能听说过在癌症治疗领域非常热门的“血管生成抑制剂”。与以往直攻癌细胞不同的是，这种抑制剂以退为进，扼断癌症组织的血液供应，使得它们缺氧（养）而死。那么，我们能不能用同样的战术“饿死”HIV病毒呢？最近，人们终于在这条路上看到了曙光。 三个月前，《科学》杂志报道了这样一项研究：美国哈佛大学医学院的科学家们利用RNA干涉技术使一系列人细胞蛋白短路失灵，培养出21121种“缺陷型人细胞”，每种只少一个蛋白。然后，他们再让HIV病毒感染这些的细胞。他们的逻辑是，如果HIV病毒不能在某一种细胞中繁殖，那么就说明这种细胞所缺乏的蛋白恰恰是HIV复制所需要的。经过这样的筛选，273个人类蛋白被显示为病毒所必需，其中绝大多数，人们以前想都没有想过会和HIV病毒的繁殖有任何关系。 这273种HIV病毒生存所必需的人类蛋白被统称为HIV依赖因子（HIV dependency factors, HDFs）。可以看出HIV病毒有多么狡猾，它们为自己的复制只支付15个蛋白，却盗用了我们细胞中近三百个蛋白和整个新陈代谢机器！研究人员发现，这些被检测命中的“病毒依赖因子”恰好在免疫系统细胞中含量很高，怪不得免疫系统细胞偏偏是HIV病毒的最爱。 前边提到，任何针对HIV自身蛋白的药物都无法摆脱产生抗药性的命运；HIV病毒占我们细胞这么多便宜，不禁令人恼火；不过也正是这种广泛的依赖性，让我们在“饿死”HIV病毒的战斗中大有文章可做。如果科学家能够使HIV依赖因子失灵，那么任凭病毒再怎么突变也无法从这种药物眼下蒙混过关，因为这些药产生抗药性只能指望人自己基因那些罕见的突变。于是，抗药性几乎不可能出现。 研究人员之一Brass态度非常积极地表示：“HIV只有15个自己的蛋白，所以它们极大地依赖于人的细胞机器。病毒每次利用我们的蛋白，其实就是给了我们破坏这个相互作用、打击HIV的机会，这太令人兴奋了。”另一位作者Elledge也说：“我们已经达到一个系统性了解HIV的层次，这可以启发新类型医疗方法的发明。比如我们可以调整细胞与病毒相互作用过程中的几个环节，使得这些调整既不影响人细胞本身的功能，又限制HIV的复制。”自然，人类在这个方向上要格外慎重，因为这种药物的靶向毕竟是我们的细胞经过百万年进化而来的蛋白伙伴。想将此项研究的结果最终转变为击败HIV病毒的药物仍任重道远，但我们毕竟看到一扇完全不同的门已经打开了。 不遥远的杀手 看着这篇文章，你可能惊叹HIV深奥，也可能觉得无聊；你可能很难想象这帮小小病毒究竟从哪个黑暗的角落怎样地逼近你；你可能意识不到，现在平均每一千个地球人就有五个携带HIV病毒，在你读完这篇文章的十分钟内，全球就有40人死于它的毒手…… 然而，艾滋病病人失去的往往不仅是健康和生命，许多人还失去了平等与尊重。1985年，十三岁的美国少年Ryan White由于输血感染了HIV病毒，随即被逐出校门，在他尝试返校时，却遭到了无数人的疏远甚至谩骂。单薄的男孩儿将余下五年生命全部用来与偏见抗衡。在他去世后几个月，美国终于出台了以他名字命名的《Ryan White保健法》，保护在他之后不幸被HIV感染的人们及他们的家庭。而Ryan White，也化作了那个著名的画报男孩儿，永远伸开双臂向人们告知艾滋病患者的无辜与无助。 直到今天，尽管科学告诉我们普通的接触不会传染HIV，但不管在发展中国家还是发达国家，流言蜚语甚至冷嘲热讽都使许多艾滋病人在寻求帮助的路上退而不前。面对HIV病毒，或者有一天会莫名降临的其他什么疾病，所有人都一样脆弱。感染者只是无辜的牺牲品，而我们能够活过整个生命的25000天却是一件多么值得感恩的事情。 附： 科学家利用RNA干涉技术使细胞中的蛋白短路失灵 RNA干涉是最早由Andrew Fire和Craig Mello在线虫中发现的一种自然现象，二人因此获得了2006年诺贝尔生理及医学奖。简单说来，在动物细胞里，遗传信息藏在DNA中，然而DNA和行使功能的蛋白质之间在多数情况下各说各话，语言不通。DNA如同密码，先要被翻译成RNA，这个RNA作为信使，会将DNA的指令转告给原料，让它们组装成蛋白质。在此过程中，如果细胞中存在一些特殊的小干涉RNA（Small Interference RNA），它们便会缠住充当翻译官的信使RNA并与它们同归于尽，从而使信使没法指导蛋白质合成。对于一条特定的信使RNA，只有能与其配对的小干涉RNA才能起到破坏的效果，因此人们可以设计特殊的小干涉RNA，专门对付一条RNA，从而使细胞只失去那一种蛋白质。哈佛大学医学院的Abraham Brass等人就建立了一个巨大的小干涉RNA库。他们把来自人体的细胞放进许许多多小坑里，然后一个萝卜一个坑地把小干涉RNA加进去（即每个坑只有一种小干涉RNA，每个坑里的细胞只失去一种蛋白质）。一共有21121个小坑，所以一共破坏了21121种蛋白质，每个坑里的细胞只缺一种。这个数量是相当伟大的，因为根据基因组工程的统计，人类总共只有20000-25000种编码了蛋白的基因，即几乎每一种蛋白都被逐一破坏了。 中国艾滋病现状 “截止2007年10月底，全国累计报告艾滋病病毒感染者和艾滋病病人223501例，其中艾滋病人62838例，死亡报告22205例。中国卫生部、联合国艾滋病规划署和世界卫生组织联合对2007年中国艾滋病疫情进行了估计，结果显示：截止2007年底，中国现存艾滋病病毒感染者和病人约70万（55万-85万人），全人群感染率为0.05%（0.04%-0.07%）。其中艾滋病病人8.5万（8万-9万人）；当年新发艾滋病病毒感染者5万（4万-6万人），当年因艾滋病死亡2万（1.5万-2.5万人）。”“全国累计报告的艾滋病病毒感染者以20-39岁年龄组为主，占报告总数的70.0%；艾滋病病人以20-49岁年龄组为主，占报告总数的69.9%；艾滋病死亡以20-49岁年龄组为主，占报告总数的72.0%。” ——《中国艾滋病防治联合评估报告（2007）》 相关文章<div class="my-related-posts-box" style="width:100%;height:100%;clear:both;text-align:center;overflow:hidden;"> <a href="http://songshuhui.net/archives/565" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid 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2012年8月18日星期六

破纪录的秘密

《新探索》供文

世界纪录现在因为高科技的发展而越来越轻易被打破了，有些人甚至开始担忧竞技体育终将沦为高科技的奴隶。不过鲜为人知的是，从训练场地到运动饮食，从衣帽鞋袜到功能奇妙的各类器械，科技早就无处不在了。

高科技影响运动员成绩的新例证发生在今年3月23日举行的欧洲游泳锦标赛上。这天，法国选手贝尔纳打破了男子50米自由泳的世界纪录。破纪录并不是什么稀罕事，稀罕的是贝尔纳在前两天已经连续两次刷新男子100米世界纪录。也就是说，在荷兰埃因霍温举行的欧洲游泳锦标赛上，贝尔纳一个人就三次改写世界纪录。

如果只是贝尔纳一个人神勇，我们还可以用天才来解释，可是无独有偶，2008年3月份的世界泳坛，有13次世界纪录被打破，势头如此之猛、密度如此之高的破纪录，让人不得不考虑实力之外的原因，是什么因素让破世界纪录变得如此容易呢？

自动调节热量的运动衣

在13次新世界纪录中，有12个是由身穿同一款新泳衣的选手们打破的。所以，在贝尔纳获得男子50米自由泳金牌后，法国游泳协会的技术主管福凯公开指责贝尔纳是靠高科技泳衣创造神奇。

这样的事情并不是没有发生过。2000年悉尼奥运会上，“飞鱼”索普就是靠一袭高科技的鲨鱼皮泳装连夺5枚金牌，不同的是，这次贝尔纳穿着的泳装比索普的泳衣更高级，索普的泳衣是第一代鲨鱼皮泳衣，同样一个人，穿着这件世界上第一款全身粘合接缝、超声波缝合的泳衣，速度会比穿着2004年发布的鲨鱼皮第二代还快10％，比2007年4月发布的鲨鱼皮第三代快5%，也就是说，即使是索普穿着曾经夺冠的泳衣再和贝尔纳较量，也未必能获胜。这是因为新一代泳衣内部有排水结构，可以增加运动员的浮力，比旧款的鲨鱼皮减少了5％的阻力，比皮肤的阻力还小。

抗阻力为何对运动员如此重要？因为即使是最出色的游泳运动员也有92%的能量浪费在克服三种阻力上：摩擦阻力、压差阻力和水波阻力，在激光模拟和计算机流体力学帮助下，人们发现摩擦阻力是最容易克服的，于是人们发明了两种独特的纤维——Fastskin和Flexskin，并用它们模仿鲨鱼皮肤的机理制成泳衣，再结合运动体力学和人体工程学的原理，所以世界纪录才破的如此之快。

抗阻不仅只对游泳项目有效，事实上，大多数体育项目成绩的提高，都得归功于与空气阻力斗争的成功。

1988年的汉城奥运会上，美国短跑名将乔伊娜打破了100米世界纪录。研究者发现，乔伊娜的身体以接近每小时22英里的速度向前移动时，她双腿的实际频率已达每小时50英里。那将近30英里的速度去了哪里？

原来，身体和空气摩擦力，尤其是双腿由此遇到的阻力是速度损失的主要因素。有了这项基础研究，研制者将如何减少奔跑中的阻力、修补和塑造短跑运动员双腿曲线作为研制攻关的重点。2000年耐克公司研制的速达服Swift suit亮相于悉尼奥运会上时，正是基于对空气阻力的研究，这件运动服使运动员的身体曲线更为流畅，简明鲜艳的红白色系也制造出“快如闪电”的视觉效果。澳洲女飞人凯西·弗里曼首次穿上这件极度另类、从头套到脚的运动衣上场时，叫人看傻了眼。然而在她夺下400米金牌后，它也成为史上最快的战衣。

这件衣服的神奇之处不仅在于减小阻力，还可以调节热量。这件衣服的颜色由深浅两种色彩搭配而成，深色材料放在需要吸热的地方，浅色材料放在需要反射的地方，不同的材料使空气更流通，有助于平衡体温。

人体在运动时，特定的部位会特别热，需要透气通风或自由活动。Swift Suit根据此运动原理，采用数种不同的驱汗布料立体剪裁组合，在腋下、背部及胸部下侧等“聚热区”采用透气网状布料散热。肘部、膝部和背部用3D裁减，可以令活动更自如，同时有效减低运动员在移动时与空气产生的阻力。而看上去有些滑稽的头套可以减少3％的阻力，相当于2000米长跑比赛中少跑2.4米的距离。

飞人们的运动鞋

一件运动服就有如此神奇的效果，如果运动员穿着技术含量更高的运动鞋，更是如虎添翼。美国运动员刘易斯在1991年举行的东京田径世锦赛上，以9″86的成绩打破百米世界纪录，他获胜的重要功臣就是它穿的跑鞋。刘易斯的鞋只有115克重，鞋底镶着轻盈而坚固的陶瓷鞋钉。由于陶瓷耐磨而且钉子附近无任何黏附物，鞋的重量比普通跑鞋减轻了20克，这就为他破100米世界纪录打下了坚实的物质基础。因为跑鞋的重量每增加100克，体能消耗将增加1%。

约翰逊在1996年亚特兰大奥运会上曾夺得200米和400米两枚金牌，他的跑鞋重116克，而且也许是世界上最昂贵的跑鞋，因为鞋面全部由24K纯金制成的颗粒包裹，金光灿灿。

而有史以来最轻的跑鞋穿在了美国女飞人琼斯的脚上，这双鞋

由极其昂贵的透明塑料制成，总重量只有99克，这双鞋没有后跟，因为设计师通过对琼斯的跑步姿势进行观察发现，琼斯在到达终点前时脚后跟不着地，于是，这双没有后跟的跑鞋为琼斯带来了一个又一个的世界冠军。

飞人刘翔的“红色魔鞋”也并不逊色于上述的几位运动员，他的钉鞋采用了当今最先进的高科技技术，鞋帮采用特殊的穿孔设计，足尖部位设置了“锁定”系统，轻薄富有弹性的鞋底上还有6个可换位的鞋钉，抓地力更强，而且重量只有115克，比“金缕鞋”还要轻。

长跑鞋则更注重运动员在长时间运动时的感受，2004年的雅典奥运会上，阿迪达斯设计的长跑鞋内底和侧带都垫上了金属衬箔，以反射热量，因为地中海的阳光会令雅典公路表面灼热。

智能网球拍的保护功能

高科技不仅体现在运动员身上，也体现在各个运动项目的器材上。

以最流行的足球运动为例，一个小小的足球中也蕴含中科技的力量。世界杯的每一个样球必须用传感器探测，保证每个足球都是完美的球形。在测试中，样球必须被加速到每小时50公里，射向钢板达到3500次，最后还要被塞进一台内部用粗糙砂纸衬垫的洗衣机里经受考验。足球外表以前要用32块材料合成，现在减少到14块，材料之间的连接空隙更小，这样的革新使球外表面拼接点从原来的60个变为24个，降低了60%，而拼接线的总长度也从40.05厘米降到33.93厘米，减少了15%以上，最大程度地消除了球体表面不规则的凹凸，令球体呈现完美圆弧，有效提高了足球运行的精准度，因为足球的圆形程度和表面光滑度直接决定着它运行的稳定性和精准度。

不光是足球智能，就连看上去毫无科技感可言的网球拍也有智能一说。新的超智能网球拍使用了超刚性钛纤维制造，用这种材料制成的球拍比较坚硬，可以击打出更快速、更有力的球。而且在拍面边缘还安装高科技的钛金属防震装置，这样可以保护初学者和那些非力量型选手的手关节和腰背肌肉受伤。乒乓球拍的材料变化更是引发了乒乓球技术的重大革新和改进，比如球拍由胶皮取代木拍后，横拍左右开弓和削球技术就能够出现；厚海绵拍的使用则促进了长抽打法的形成；正胶粒海绵拍促进了近台快攻技术的形成；反胶粒海绵拍则促进了弧圈球技术的形成。

科技在运动器械中的运用，最直接的体现还在于比赛成绩，最明显的例子当属撑杆跳高。人类撑杆跳高的纪录从2.92米一直到现在突破6米，很大原因是因为材料力学在撑杆跳高中的运用。现在运用的碳纤维撑杆共有3层，最外层是强力的碳纤维，这种材料可以保证撑杆既结实还有很强的柔韧性，最里层则是绷带状的玻璃纤维，保证了撑杆不会断裂。2008年北京奥运会还将用电动撑杆跳高架，每次升降横杆都用电动控制，速度可以达到每秒5米。这种电动撑杆跳高架准确率非常高，高度都由激光测试，可以大大减轻裁判员的劳动，也能节约比赛时间。（撰文/许小东北京体育大学运动训练教研室副教授）

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本文作者：徐刚<a href="http://www.quochina.com">《新探索》</a>供文 世界纪录现在因为高科技的发展而越来越轻易被打破了，有些人甚至开始担忧竞技体育终将沦为高科技的奴隶。不过鲜为人知的是，从训练场地到运动饮食，从衣帽鞋袜到功能奇妙的各类器械，科技早就无处不在了。 高科技影响运动员成绩的新例证发生在今年3月23日举行的欧洲游泳锦标赛上。这天，法国选手<a href="http://sports.163.com/special/0005222S/bell.html">贝尔</a>纳打破了男子50米自由泳的世界纪录。破纪录并不是什么稀罕事，稀罕的是<a href="http://sports.163.com/special/0005222S/bell.html">贝尔</a>纳在前两天已经连续两次刷新男子100米世界纪录。也就是说，在荷兰埃因霍温举行的欧洲游泳锦标赛上，贝尔纳一个人就三次改写世界纪录。 如果只是贝尔纳一个人神勇，我们还可以用天才来解释，可是无独有偶，2008年3月份的世界泳坛，有13次世界纪录被打破，势头如此之猛、密度如此之高的破纪录，让人不得不考虑实力之外的原因，是什么因素让破世界纪录变得如此容易呢？ 自动调节热量的运动衣 在13次新世界纪录中，有12个是由身穿同一款新泳衣的选手们打破的。所以，在<a href="http://sports.163.com/special/0005222S/bell.html">贝尔</a>纳获得男子50米自由泳金牌后，法国游泳协会的技术主管福凯公开指责贝尔纳是靠高科技泳衣创造神奇。 这样的事情并不是没有发生过。2000年悉尼奥运会上，“飞鱼”索普就是靠一袭高科技的鲨鱼皮泳装连夺5枚金牌，不同的是，这次贝尔纳穿着的泳装比索普的泳衣更高级，索普的泳衣是第一代鲨鱼皮泳衣，同样一个人，穿着这件世界上第一款全身粘合接缝、超声波缝合的泳衣，速度会比穿着2004年发布的鲨鱼皮第二代还快10％，比2007年4月发布的鲨鱼皮第三代快5%，也就是说，即使是索普穿着曾经夺冠的泳衣再和贝尔纳较量，也未必能获胜。这是因为新一代泳衣内部有排水结构，可以增加运动员的浮力，比旧款的鲨鱼皮减少了5％的阻力，比皮肤的阻力还小。 抗阻力为何对运动员如此重要？因为即使是最出色的游泳运动员也有92%的能量浪费在克服三种阻力上：摩擦阻力、压差阻力和水波阻力，在激光模拟和计算机流体力学帮助下，人们发现摩擦阻力是最容易克服的，于是人们发明了两种独特的纤维——Fastskin和Flexskin，并用它们模仿鲨鱼皮肤的机理制成泳衣，再结合运动体力学和人体工程学的原理，所以世界纪录才破的如此之快。 抗阻不仅只对游泳项目有效，事实上，大多数体育项目成绩的提高，都得归功于与空气阻力斗争的成功。 1988年的汉城奥运会上，美国短跑名将乔伊娜打破了100米世界纪录。研究者发现，乔伊娜的身体以接近每小时22英里的速度向前移动时，她双腿的实际频率已达每小时50英里。那将近30英里的速度去了哪里？ 原来，身体和空气摩擦力，尤其是双腿由此遇到的阻力是速度损失的主要因素。有了这项基础研究，研制者将如何减少奔跑中的阻力、修补和塑造短跑运动员双腿曲线作为研制攻关的重点。2000年耐克公司研制的速达服Swift suit亮相于悉尼奥运会上时，正是基于对空气阻力的研究，这件运动服使运动员的身体曲线更为流畅，简明鲜艳的红白色系也制造出“快如闪电”的视觉效果。澳洲女飞人凯西·弗里曼首次穿上这件极度另类、从头套到脚的运动衣上场时，叫人看傻了眼。然而在她夺下400米金牌后，它也成为史上最快的战衣。 这件衣服的神奇之处不仅在于减小阻力，还可以调节热量。这件衣服的颜色由深浅两种色彩搭配而成，深色材料放在需要吸热的地方，浅色材料放在需要反射的地方，不同的材料使空气更流通，有助于平衡体温。 人体在运动时，特定的部位会特别热，需要透气通风或自由活动。Swift Suit根据此运动原理，采用数种不同的驱汗布料立体剪裁组合，在腋下、背部及胸部下侧等“聚热区”采用透气网状布料散热。肘部、膝部和背部用3D裁减，可以令活动更自如，同时有效减低运动员在移动时与空气产生的阻力。而看上去有些滑稽的头套可以减少3％的阻力，相当于2000米长跑比赛中少跑2.4米的距离。 飞人们的运动鞋 一件运动服就有如此神奇的效果，如果运动员穿着技术含量更高的运动鞋，更是如虎添翼。美国运动员刘易斯在1991年举行的东京田径世锦赛上，以9″86的成绩打破百米世界纪录，他获胜的重要功臣就是它穿的跑鞋。刘易斯的鞋只有115克重，鞋底镶着轻盈而坚固的陶瓷鞋钉。由于陶瓷耐磨而且钉子附近无任何黏附物，鞋的重量比普通跑鞋减轻了20克，这就为他破100米世界纪录打下了坚实的物质基础。因为跑鞋的重量每增加100克，体能消耗将增加1%。 约翰逊在1996年亚特兰大奥运会上曾夺得200米和400米两枚金牌，他的跑鞋重116克，而且也许是世界上最昂贵的跑鞋，因为鞋面全部由24K纯金制成的颗粒包裹，金光灿灿。 而有史以来最轻的跑鞋穿在了美国女飞人琼斯的脚上，这双鞋 由极其昂贵的透明塑料制成，总重量只有99克，这双鞋没有后跟，因为设计师通过对琼斯的跑步姿势进行观察发现，琼斯在到达终点前时脚后跟不着地，于是，这双没有后跟的跑鞋为琼斯带来了一个又一个的世界冠军。 飞人刘翔的“红色魔鞋”也并不逊色于上述的几位运动员，他的钉鞋采用了当今最先进的高科技技术，鞋帮采用特殊的穿孔设计，足尖部位设置了“锁定”系统，轻薄富有弹性的鞋底上还有6个可换位的鞋钉，抓地力更强，而且重量只有115克，比“金缕鞋”还要轻。 长跑鞋则更注重运动员在长时间运动时的感受，2004年的雅典奥运会上，阿迪达斯设计的长跑鞋内底和侧带都垫上了金属衬箔，以反射热量，因为地中海的阳光会令雅典公路表面灼热。 智能网球拍的保护功能 高科技不仅体现在运动员身上，也体现在各个运动项目的器材上。 以最流行的足球运动为例，一个小小的足球中也蕴含中科技的力量。世界杯的每一个样球必须用传感器探测，保证每个足球都是完美的球形。在测试中，样球必须被加速到每小时50公里，射向钢板达到3500次，最后还要被塞进一台内部用粗糙砂纸衬垫的洗衣机里经受考验。足球外表以前要用32块材料合成，现在减少到14块，材料之间的连接空隙更小，这样的革新使球外表面拼接点从原来的60个变为24个，降低了60%，而拼接线的总长度也从40.05厘米降到33.93厘米，减少了15%以上，最大程度地消除了球体表面不规则的凹凸，令球体呈现完美圆弧，有效提高了足球运行的精准度，因为足球的圆形程度和表面光滑度直接决定着它运行的稳定性和精准度。 不光是足球智能，就连看上去毫无科技感可言的网球拍也有智能一说。新的超智能网球拍使用了超刚性钛纤维制造，用这种材料制成的球拍比较坚硬，可以击打出更快速、更有力的球。而且在拍面边缘还安装高科技的钛金属防震装置，这样可以保护初学者和那些非力量型选手的手关节和腰背肌肉受伤。乒乓球拍的材料变化更是引发了乒乓球技术的重大革新和改进，比如球拍由胶皮取代木拍后，横拍左右开弓和削球技术就能够出现；厚海绵拍的使用则促进了长抽打法的形成；正胶粒海绵拍促进了近台快攻技术的形成；反胶粒海绵拍则促进了弧圈球技术的形成。 科技在运动器械中的运用，最直接的体现还在于比赛成绩，最明显的例子当属撑杆跳高。人类撑杆跳高的纪录从2.92米一直到现在突破6米，很大原因是因为材料力学在撑杆跳高中的运用。现在运用的碳纤维撑杆共有3层，最外层是强力的碳纤维，这种材料可以保证撑杆既结实还有很强的柔韧性，最里层则是绷带状的玻璃纤维，保证了撑杆不会断裂。2008年北京奥运会还将用电动撑杆跳高架，每次升降横杆都用电动控制，速度可以达到每秒5米。这种电动撑杆跳高架准确率非常高，高度都由激光测试，可以大大减轻裁判员的劳动，也能节约比赛时间。（撰文/许小东 北京体育大学运动训练教研室副教授） 相关文章<div class="my-related-posts-box" style="width:100%;height:100%;clear:both;text-align:center;overflow:hidden;"> <a href="http://songshuhui.net/archives/867" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid 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onmouseover="this.style.border='1px solid #CCC';this.style.background='#E2E2E2';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'" onmouseout="this.style.background='';this.style.border='1px solid #f5f5f5';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'"> <img class="my-related-posts-img" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/10/scilog3-4-thumb1.jpg" style="width:106px;height:106px;border:1px solid #f0f0f0;padding:1px;margin:1px;" /> 天赋体能？－－体育·种族·文化·基因的是与非(连载之四) </a> </div> <div class="my-related-posts-clearboth" style="clear:both;height:1px;overflow:hidden;"></div>

2012年8月14日星期二

葡萄酒中为何含有二氧化硫？

随着食品营养与安全越来越受关注，越来越多的人开始阅读食品标签。喜欢喝葡萄酒的人发现，欧美的葡萄酒几乎都标注了“含二氧化硫”。为什么这个常常跟酸雨、空气污染物相关联的“有毒有害的化学物质”竟然堂而皇之地出现在了“典雅”的葡萄酒中？

二氧化硫，葡萄酒不得不用

要知道葡萄酒为什么含有二氧化硫，需要先知道葡萄酒是如何酿造的。

现在葡萄酒是由葡萄汁发酵而成。葡萄汁中有大量的糖，在发酵过程中酵母菌会把它们转化成酒精。所以，发酵越充分，转化就越完全，最后的成品中酒精就越多，糖就越少。

糖的残留量决定了葡萄酒的“干”度。比如，“干红”是指糖含量很低的红葡萄酒，而含糖量高的叫做“甜葡萄酒”。不同的“干度”和其他微量成分，比如单宁、多酚化合物等，构成了葡萄酒的千差万别。

葡萄汁的发酵是由酵母菌来完成，但还有一些杂菌也可以在其中生长。所以，要让葡萄汁按照人们的希望转化，必须得有一只“魔手”来控制它们。比如说，在葡萄刚刚榨出汁，还未发酵之前，需要“保鲜”，否则，人们扶植掌控的“好酵母”还没开工，葡萄汁中天然存在的细菌已经不甘寂寞，把葡萄汁破坏掉了。而另一方面，葡萄汁一旦开始发酵，就会有“不把糖吃光耗尽绝不收兵”的趋势。所以要想在成为“干葡萄酒”之前，留下一些糖，成为“甜葡萄酒”或者“半甜葡萄酒”，就需要提前终止酵母菌的活动。

即使酿造好了葡萄酒，事情也还没有完。一方面，葡萄酒中依然有糖（哪怕是干葡萄酒，也多少还是有点糖的），同样可以成为细菌的乐园。另一方面，终止酵母菌往往不能把它们赶尽杀绝，可能还会有一些节后余生的幸存者。它们继续生长，会改变葡萄酒的口味。此外，也还可能会有其他把酒精转化成醋酸，把葡萄酒变成“葡萄醋”。在这种情况下，进一步灭菌是必不可少的。加热当然不行——加热固然可以灭菌，但也会破坏葡萄汁的风味，在葡萄酒酿造中并不适宜。所以，加入某种“保鲜剂”或者“防腐剂”，也就是不得已而为之的事情。

除此以外，葡萄酒的风味和传说中的“保健功能”，很大程度上取决于其中的抗氧化剂。而抗氧化剂的特点就是，自己容易被氧化。所以要保护这些成分的抗氧化活性，就需要加入更强大的抗氧化剂来做“护花使者”。

以上提到的“保鲜剂”“防腐剂”“抗氧化剂”，从技术角度来说可以通过不同的方式来实现。但是，在葡萄酒工艺的发展进程中，人们发现：原来二氧化硫可以单枪匹马单搞定所有任务！

将二氧化硫用于葡萄酒中至少有几百年的历史，生产工艺发展到今天，也没有找到更好的替代方案。所以，不管人们对于二氧化硫有多大的疑虑，葡萄酒行业还依然广泛使用着它。

二氧化硫多少会有害？

除了少数反对一切添加剂的人，人们更关心的还是——加了这些东西，食物还安全吗？其实一切的安全与危害，都是建立在“吃了多少”的基础上。

实际上，在酵母发酵的过程中，会“天然”地产生一定量的二氧化硫。不过这个量比较小，不足以完成所有任务，还需要额外添加。这里添加的并不一定是二氧化硫气体（使用不方便），而可以是它的衍生产物——各种亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、亚硫酸氢盐等等。这些物质能够实现跟二氧化硫类似的功能，在计算它们的含量和使用量时，也是以二氧化硫的含量来作为基准。

在欧美，当葡萄酒中的二氧化硫含量超过10ppm（百万分之一，1ppm=1毫克/千克=1毫克/升），就必须标明“含二氧化硫”。由于天然发酵产生的量往往比这要高，所以几乎所有的葡萄酒都会有这一标注。（不过他们并不要求标明具体含量数值。）至于葡萄酒中二氧化硫的上限，美国是350ppm，中国是250ppm，对于“甜型”葡萄酒或者果酒，中国放宽到400ppm。不过实际上，要实现所需功能，并不需要这么大量的二氧化硫，美国对葡萄酒检测统计的结果是平均100ppm上下。

国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA）制定的二氧化硫安全摄入限是每天每公斤体重0.7毫克。对于一个60公斤的成年人，这相当于每天42毫克。假如按照100ppm的平均值来算，那么400毫升葡萄酒中就含有40毫克，接近“最高摄入量”了。

“安全摄入限”的意思是，不超过这个含量的二氧化硫，即使长期食用，也不会带来可见的危害。不过有一些人对二氧化硫比较“敏感”，类似于其他的食物过敏。这个“一些人”，美国的统计是普通人中1%左右，而哮喘病人大概会有5%。不同的人引发“敏感症状”所需要的量不尽相同，其症状一般为恶心、呕吐、腹痛、头晕、呼吸困难等等，严重的也会危及生命。

二氧化硫还用在哪里？

保鲜、防腐、抗氧化，并不仅仅是葡萄酒有这种需求，很多其他的食物加工中也会有这样的需求。二氧化硫（以及其他的衍生物），也就成了一种很有用的食品添加剂。

许多食物中含有酚类化合物，被氧化之后被变成黄褐色。而二氧化硫具有一定的还原性，可以让它们不变色，或者把色素漂成白色。像腐竹、竹笋这样的食物对此都有相当的需求。

从防腐的角度来说，二氧化硫的使用范围更为广泛。各种干制蔬菜水果、坚果、蔬菜汁、果汁、果酒中，都可以找到它们的身影。

本文已发表于果壳网健康朝九晚五主题站《葡萄酒中为何含有二氧化硫？》

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本文作者：云无心随着食品营养与安全越来越受关注，越来越多的人开始阅读食品标签。喜欢喝葡萄酒的人发现，欧美的葡萄酒几乎都标注了“含二氧化硫”。为什么这个常常跟酸雨、空气污染物相关联的“有毒有害的化学物质”竟然堂而皇之地出现在了“典雅”的葡萄酒中？ <h1>二氧化硫，葡萄酒不得不用</h1> <a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/08/葡萄酒.jpg"><img class="alignleft size-full wp-image-57943" title="葡萄酒" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/08/葡萄酒.jpg" alt="" width="249" height="331" /></a> 要知道葡萄酒为什么含有二氧化硫，需要先知道葡萄酒是如何酿造的。 现在葡萄酒是由葡萄汁发酵而成。葡萄汁中有大量的糖，在发酵过程中酵母菌会把它们转化成酒精。所以，发酵越充分，转化就越完全，最后的成品中酒精就越多，糖就越少。 糖的残留量决定了葡萄酒的“干”度。比如，“干红”是指糖含量很低的红葡萄酒，而含糖量高的叫做“甜葡萄酒”。不同的“干度”和其他微量成分，比如单宁、多酚化合物等，构成了葡萄酒的千差万别。 葡萄汁的发酵是由酵母菌来完成，但还有一些杂菌也可以在其中生长。所以，要让葡萄汁按照人们的希望转化，必须得有一只“魔手”来控制它们。比如说，在葡萄刚刚榨出汁，还未发酵之前，需要“保鲜”，否则，人们扶植掌控的“好酵母”还没开工，葡萄汁中天然存在的细菌已经不甘寂寞，把葡萄汁破坏掉了。而另一方面，葡萄汁一旦开始发酵，就会有“不把糖吃光耗尽绝不收兵”的趋势。所以要想在成为“干葡萄酒”之前，留下一些糖，成为“甜葡萄酒”或者“半甜葡萄酒”，就需要提前终止酵母菌的活动。 即使酿造好了葡萄酒，事情也还没有完。一方面，葡萄酒中依然有糖（哪怕是干葡萄酒，也多少还是有点糖的），同样可以成为细菌的乐园。另一方面，终止酵母菌往往不能把它们赶尽杀绝，可能还会有一些节后余生的幸存者。它们继续生长，会改变葡萄酒的口味。此外，也还可能会有其他把酒精转化成醋酸，把葡萄酒变成“葡萄醋”。在这种情况下，进一步灭菌是必不可少的。加热当然不行——加热固然可以灭菌，但也会破坏葡萄汁的风味，在葡萄酒酿造中并不适宜。所以，加入某种“保鲜剂”或者“防腐剂”，也就是不得已而为之的事情。 除此以外，葡萄酒的风味和传说中的“保健功能”，很大程度上取决于其中的抗氧化剂。而抗氧化剂的特点就是，自己容易被氧化。所以要保护这些成分的抗氧化活性，就需要加入更强大的抗氧化剂来做“护花使者”。 以上提到的“保鲜剂”“防腐剂”“抗氧化剂”，从技术角度来说可以通过不同的方式来实现。但是，在葡萄酒工艺的发展进程中，人们发现：原来二氧化硫可以单枪匹马单搞定所有任务！ 将二氧化硫用于葡萄酒中至少有几百年的历史，生产工艺发展到今天，也没有找到更好的替代方案。所以，不管人们对于二氧化硫有多大的疑虑，葡萄酒行业还依然广泛使用着它。 <h1>二氧化硫多少会有害？</h1> <a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/08/so2.jpg"><img class="alignleft size-full wp-image-57945" title="so2" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/08/so2.jpg" alt="" width="230" height="172" /></a> 除了少数反对一切添加剂的人，人们更关心的还是——加了这些东西，食物还安全吗？其实一切的安全与危害，都是建立在“吃了多少”的基础上。 实际上，在酵母发酵的过程中，会“天然”地产生一定量的二氧化硫。不过这个量比较小，不足以完成所有任务，还需要额外添加。这里添加的并不一定是二氧化硫气体（使用不方便），而可以是它的衍生产物——各种亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、亚硫酸氢盐等等。这些物质能够实现跟二氧化硫类似的功能，在计算它们的含量和使用量时，也是以二氧化硫的含量来作为基准。 在欧美，当葡萄酒中的二氧化硫含量超过10ppm（百万分之一，1ppm=1毫克/千克=1毫克/升），就必须标明“含二氧化硫”。由于天然发酵产生的量往往比这要高，所以几乎所有的葡萄酒都会有这一标注。（不过他们并不要求标明具体含量数值。）至于葡萄酒中二氧化硫的上限，美国是350ppm，中国是250ppm，对于“甜型”葡萄酒或者果酒，中国放宽到400ppm。不过实际上，要实现所需功能，并不需要这么大量的二氧化硫，美国对葡萄酒检测统计的结果是平均100ppm上下。 国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA）制定的二氧化硫安全摄入限是每天每公斤体重0.7毫克。对于一个60公斤的成年人，这相当于每天42毫克。假如按照100ppm的平均值来算，那么400毫升葡萄酒中就含有40毫克，接近“最高摄入量”了。 “安全摄入限”的意思是，不超过这个含量的二氧化硫，即使长期食用，也不会带来可见的危害。不过有一些人对二氧化硫比较“敏感”，类似于其他的食物过敏。这个“一些人”，美国的统计是普通人中1%左右，而哮喘病人大概会有5%。不同的人引发“敏感症状”所需要的量不尽相同，其症状一般为恶心、呕吐、腹痛、头晕、呼吸困难等等，严重的也会危及生命。 <h1>二氧化硫还用在哪里？</h1> 保鲜、防腐、抗氧化，并不仅仅是葡萄酒有这种需求，很多其他的食物加工中也会有这样的需求。二氧化硫（以及其他的衍生物），也就成了一种很有用的食品添加剂。 许多食物中含有酚类化合物，被氧化之后被变成黄褐色。而二氧化硫具有一定的还原性，可以让它们不变色，或者把色素漂成白色。像腐竹、竹笋这样的食物对此都有相当的需求。 从防腐的角度来说，二氧化硫的使用范围更为广泛。各种干制蔬菜水果、坚果、蔬菜汁、果汁、果酒中，都可以找到它们的身影。 本文已发表于 <a href="http://www.guokr.com/">果壳网 </a><a href="http://www.guokr.com/site/health/">健康朝九晚五主题站</a> <a href="http://www.guokr.com/article/59021/">《葡萄酒中为何含有二氧化硫？》</a> 相关文章<div class="my-related-posts-box" 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2012年8月12日星期日

[来稿]想要登上《新科学家》杂志封面吗？（1月12号截止）

by Roger Highfield

小易投递

笔者：所有新科读者注意了，现有有个机会可以登上新科的封面了，反正这个机会我是不会错过的。希望大家都来参加，至少也算是一次参与科学研究的经历了。第一期[新科导读]大家反映很好，现在给出[新科互动]希望大家都能和这个杂志互动起来，日后会再给上年末版的[新科导读]。

知道吗，人们的脸蕴含远远超过我们想象的信息，并且无时无刻在对外传递着。相信我们都有这样的经验：当我们见到“某个人”时，会无端的为之动容；而且人们都懂得什么是察言观色，通过脸来判断人们的喜怒哀乐；还有我们也会根据面容感觉到，一个人是否“面善”，来判断一个人的性格特点。

现在，由英国赫特福德大学的Richard Wiseman 和英国格拉斯哥大学的Rob Jenkins主持的，由新科学家杂志承办的一个科研项目，致力于研究面容和个性之间的关系。通过我们大家的参与，可以帮助解决这个难题，不过至少有机会登上新科杂志的封面。

如何参与？

只要花几分钟回答几个问题，再上传一张自己的照片就好了。

之后我们会把所有男性的照片和所有女性的照片拼成两个合成照片，作为未来一期杂志的封面。然后也会统计，相貌和性格之间的关系。本文给出的照片算是一个范例，快点准备自己的照片吧。

准备好了？点击这里开始吧。

解释条款

1. 所有参与者均授权给《新科学家》杂志和赫特福德大学可以使用照片用于合成。

2. 所有上传的照片，会随机抽取出一部分用于合成。

3. 所有信息会机密的保存着，只有统计后的数据以及处理后的照片会发布在一些媒体载体上。

4. 截止日期为2009年1月12号。

新科互动：一年一度的“新科科举”开始了（New Scientist Quiz）

2008年要过去了，回顾这一年，很多事情在脑海中浮现，北京奥运会，奥巴马当选，信贷危机等等等等。《新科学家》依旧按照惯例推出了年末的问答题，大家准备好自己的笔和纸来做做看啊，不要自己在网上找答案啊。答案会在下一期的[新科导读]中给出的。

动物行为

1. 一些猕猴会花费大量时间和其他的猕猴“聊天”（唠嗑），请问这是为什么？

a) 性行为。年轻的猕猴在和心仪的对象调情。

b) 闺房密语。雌性的猕猴也喜欢和姐妹淘一起“八卦”。

c) 事物。猕猴在交流哪里有成熟了的水果可以享用。

2. 下面哪个行为是人类特有的？

a) 消费

b) 烹饪

c) 导致信贷危机

节日欢庆

3. 下面哪种动物会背地里偷吃我们比我们的酒量大得多？（感谢RYY同学指正）

Which of these animals could drink any of us under the table?

a) 臭鼬

b) 蝾螈

c) 树鼠

4. 为什么酒吧是最理想的“把妹”（或泡妞）场所？

a) 昏暗的灯光可以遮丑。

b) 喝醉后看谁都很迷人。

c) 柔美的音乐，幽暗的灯光和醉人的美酒，会使在酒吧约会大大加分。

体育运动

5. 为什么200米短跑，在内道的运动员更有优势？

a) 起跑位置靠后，可以看到其他对手的情况，从而在战略上更加有利。

b) 并没有优势。因为内道的弧度更大，反而外道转弯更柔和。

c) 内道更接近发令枪，从而可以更早听到枪响。

6. 下面哪一项能帮助马拉松长跑跑出好成绩。

a) 短钉的钉子鞋踏步时会带来更好的回力。

b) 急转弯技术（Sharp Elbows）会使运动员领先。

c) 赤脚跑跑得更快，尤其是太阳把地面晒得很烫的时候。

好吃懒做

7. 打盹对人们有什么好处？

a) 总是有好处的。午睡一小会儿会使晚上睡得更香。

b) 当你醒着的时候，你总惦记着自己应该做什么。

c) 具体有什么好，不知道。但是当你还是一个学生的时候，这是唯一的方法可以度过无聊的数学课。

8. 肥胖症现在在西方国家属于中度流行病。近些年学者们发现了一个新的影响因素，请问是哪个？

a) 居住在郊外。你总是无法做很多的运动，因为那里太远了，例如不能步行到商店。

b) 最近的汉堡店距离自己的家越近，就越容易肥胖。

c) 拥有一辆SUV。虽然目前学者还不确定，是因为SUV会促发肥胖症呢，还是肥胖的人需要一辆SUV来承载自己高额的体重呢。

其他

9. 随着时间的流逝，环境的改变也越来越明显。最近，学者们又发现了什么样的环境问题？

a) 天气变热会导致肾结石的流行。

b) 不仅仅是北极熊受环境变化的威胁，赖以它为生的旋毛虫也同样受到威胁。

c) 熏制的大鳞大马哈鱼将会消失在商店里。

10. 就好像今年的美国大选，1922年的也非常有名，但是从不同的角度？请问是什么？

a) 发对赌博的竞选人，抗议白宫流行深夜打扑克。

b) 女性第一次获得选举权。现在女性群体要求铁路系统雇佣女性工程师。这是男女平等向铁路系统的一次进军。

c) John Davin要求医生可以合法地将药用啤酒开入处方。

11. 变色龙以变色本领著称，那以“矮变色龙”(dwarf chameleons)为例，它们变色的原因是什么呢？

a) 根据亚里士多德的解释，恐惧使得变色龙变色。

b) 这是一种吸引同伴，吓走对手的方法。

c) 当遇到令人头疼的“疯狂追求者”时，变色是一种“逃脱”的办法。

答案不知你们是不是都记下了呢？保存好这张纸，答案会在下一期[新科导读]中给出的。另外，不得不说的是，《新科学家》给出的某些选项实在是 太雷人了！！！！囧rz。。。

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本文作者：科学松鼠会<a href="http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn16269/dn16269-2_300.jpg"><img style="border-right: 0px; border-top: 0px; display: inline; margin: 0px 5px 0px 0px; border-left: 0px; border-bottom: 0px" title="clip_image002" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/12/clip-image00215.jpg" border="0" alt="clip_image002" hspace="12" width="200" height="190" align="left" /></a>by <a href="http://www.newscientist.com/search?rbauthors=Roger+Highfield">Roger Highfield</a> <a href="http://songshuhui.net/archives/6827.html" target="_blank">小易</a> 投递 笔者：所有新科读者注意了，现有有个机会可以登上新科的封面了，反正这个机会我是不会错过的。希望大家都来参加，至少也算是一次参与科学研究的经历了。第一期[新科导读]大家反映很好，现在给出[新科互动]希望大家都能和这个杂志互动起来，日后会再给上年末版的[新科导读]。 知道吗，人们的脸蕴含远远超过我们想象的信息，并且无时无刻在对外传递着。相信我们都有这样的经验：当我们见到“某个人”时，会无端的为之动容；而且人们都懂得什么是察言观色，通过脸来判断人们的喜怒哀乐；还有我们也会根据面容感觉到，一个人是否“面善”，来判断一个人的性格特点。 现在，由英国赫特福德大学的<a href="http://www.richardwiseman.com/">Richard Wiseman</a> 和英国格拉斯哥大学的<a href="http://www.psy.gla.ac.uk/staff/index.php?id=RJ001">Rob Jenkins</a>主持的，由新科学家杂志承办的一个科研项目，致力于研究面容和个性之间的关系。通过我们大家的参与，可以帮助解决这个难题，不过至少有机会登上新科杂志的封面。 如何参与？ 只要花几分钟回答几个问题，再上传一张自己的照片就好了。 之后我们会把所有男性的照片和所有女性的照片拼成两个合成照片，作为未来一期杂志的封面。然后也会统计，相貌和性格之间的关系。本文给出的照片算是一个范例，快点准备自己的照片吧。 准备好了？点击<a href="http://www.surveyshare.com/survey/take/?sid=81508">这里</a>开始吧。 解释条款 1. 所有参与者均授权给《新科学家》杂志和赫特福德大学可以使用照片用于合成。 2. 所有上传的照片，会随机抽取出一部分用于合成。 3. 所有信息会机密的保存着，只有统计后的数据以及处理后的照片会发布在一些媒体载体上。 4. 截止日期为2009年1月12号。 新科互动：一年一度的“新科科举”开始了（New Scientist Quiz） <a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/12/clip-image0048.jpg" target="_blank"><img style="border-right: 0px; border-top: 0px; display: inline; margin: 0px; border-left: 0px; border-bottom: 0px" title="clip_image004" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/12/clip-image004-thumb8.jpg" border="0" alt="clip_image004" hspace="12" width="219" height="172" align="left" /></a> 2008年要过去了，回顾这一年，很多事情在脑海中浮现，北京奥运会，奥巴马当选，信贷危机等等等等。《新科学家》依旧按照惯例推出了年末的问答题，大家准备好自己的笔和纸来做做看啊，不要自己在网上找答案啊。答案会在下一期的[新科导读]中给出的。 动物行为 1. 一些猕猴会花费大量时间和其他的猕猴“聊天”（唠嗑），请问这是为什么？ a) 性行为。年轻的猕猴在和心仪的对象调情。 b) 闺房密语。雌性的猕猴也喜欢和姐妹淘一起“八卦”。 c) 事物。猕猴在交流哪里有成熟了的水果可以享用。 2. 下面哪个行为是人类特有的？ a) 消费 b) 烹饪 c) 导致信贷危机 节日欢庆 3. 下面哪种动物会背地里偷吃我们比我们的酒量大得多？（感谢RYY同学指正） Which of these animals could drink any of us under the table? a) 臭鼬 b) 蝾螈 c) 树鼠 4. 为什么酒吧是最理想的“把妹”（或泡妞）场所？ a) 昏暗的灯光可以遮丑。 b) 喝醉后看谁都很迷人。 c) 柔美的音乐，幽暗的灯光和醉人的美酒，会使在酒吧约会大大加分。 体育运动 5. 为什么200米短跑，在内道的运动员更有优势？ a) 起跑位置靠后，可以看到其他对手的情况，从而在战略上更加有利。 b) 并没有优势。因为内道的弧度更大，反而外道转弯更柔和。 c) 内道更接近发令枪，从而可以更早听到枪响。 6. 下面哪一项能帮助马拉松长跑跑出好成绩。 a) 短钉的钉子鞋踏步时会带来更好的回力。 b) 急转弯技术（Sharp Elbows）会使运动员领先。 c) 赤脚跑跑得更快，尤其是太阳把地面晒得很烫的时候。 好吃懒做 7. 打盹对人们有什么好处？ a) 总是有好处的。午睡一小会儿会使晚上睡得更香。 b) 当你醒着的时候，你总惦记着自己应该做什么。 c) 具体有什么好，不知道。但是当你还是一个学生的时候，这是唯一的方法可以度过无聊的数学课。 8. 肥胖症现在在西方国家属于中度流行病。近些年学者们发现了一个新的影响因素，请问是哪个？ a) 居住在郊外。你总是无法做很多的运动，因为那里太远了，例如不能步行到商店。 b) 最近的汉堡店距离自己的家越近，就越容易肥胖。 c) 拥有一辆SUV。虽然目前学者还不确定，是因为SUV会促发肥胖症呢，还是肥胖的人需要一辆SUV来承载自己高额的体重呢。 其他 9. 随着时间的流逝，环境的改变也越来越明显。最近，学者们又发现了什么样的环境问题？ a) 天气变热会导致肾结石的流行。 b) 不仅仅是北极熊受环境变化的威胁，赖以它为生的旋毛虫也同样受到威胁。 c) 熏制的大鳞大马哈鱼将会消失在商店里。 10. 就好像今年的美国大选，1922年的也非常有名，但是从不同的角度？请问是什么？ a) 发对赌博的竞选人，抗议白宫流行深夜打扑克。 b) 女性第一次获得选举权。现在女性群体要求铁路系统雇佣女性工程师。这是男女平等向铁路系统的一次进军。 c) John Davin要求医生可以合法地将药用啤酒开入处方。 11. 变色龙以变色本领著称，那以“矮变色龙”(dwarf chameleons)为例，它们变色的原因是什么呢？ a) 根据亚里士多德的解释，恐惧使得变色龙变色。 b) 这是一种吸引同伴，吓走对手的方法。 c) 当遇到令人头疼的“疯狂追求者”时，变色是一种“逃脱”的办法。 答案不知你们是不是都记下了呢？保存好这张纸，答案会在下一期[新科导读]中给出的。另外，不得不说的是，《新科学家》给出的某些选项实在是 太雷人了！！！！囧rz。。。 相关文章<div class="my-related-posts-box" style="width:100%;height:100%;clear:both;text-align:center;overflow:hidden;"> <a href="http://songshuhui.net/archives/18406" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid #CCC';this.style.background='#E2E2E2';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'" onmouseout="this.style.background='';this.style.border='1px solid 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#f0f0f0;padding:1px;margin:1px;" /> [新科学家导读] 刊号 2716 </a> <a href="http://songshuhui.net/archives/16317" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid #CCC';this.style.background='#E2E2E2';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'" onmouseout="this.style.background='';this.style.border='1px solid #f5f5f5';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'"> <img class="my-related-posts-img" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/10/scilog3-4-thumb1.jpg" style="width:106px;height:106px;border:1px solid #f0f0f0;padding:1px;margin:1px;" /> [新科学家导读] 刊号2710 </a> <a href="http://songshuhui.net/archives/14671" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid #CCC';this.style.background='#E2E2E2';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'" onmouseout="this.style.background='';this.style.border='1px solid #f5f5f5';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'"> <img class="my-related-posts-img" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/10/scilog3-4-thumb1.jpg" style="width:106px;height:106px;border:1px solid #f0f0f0;padding:1px;margin:1px;" /> [新科学家导读] 刊号 2708期 </a> <a href="http://songshuhui.net/archives/14273" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" onmouseover="this.style.border='1px solid #CCC';this.style.background='#E2E2E2';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'" onmouseout="this.style.background='';this.style.border='1px solid #f5f5f5';this.style.borderBottom='none';this.style.borderTop='none'"> <img class="my-related-posts-img" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2008/10/scilog3-4-thumb1.jpg" style="width:106px;height:106px;border:1px solid #f0f0f0;padding:1px;margin:1px;" /> [新科学家导读] 互联网专题（下篇） </a> </div> <div class="my-related-posts-clearboth" style="clear:both;height:1px;overflow:hidden;"></div>

2012年8月11日星期六

追寻隐形的光线——X射线源发展小史（上）

早上7点，闹钟响了。痛苦挣扎一番之后，我才终于强迫自己离开了温暖的被窝。洗漱，换衣服，收拾东西，离开了位于曼哈顿上西区的公寓，坐地铁去95街的Hertz租赁点取我预订好的SUV，把车开到168街的哥大医学中心取实验样品和工具，出来转上I-95高速路，汇入了去往长岛方向的车流之中。

NSLS

一个多小时之后，已经远离了纽约市区，转下高速路不久就到了布鲁克海文国家实验室。实验室园区的安检在9·11之后明显加强了很多，不但需要专门的证件，还要提前预约进出的日期。园区里的建筑形状各异，最高的楼不过三四层，而更多的则是平房，散布在树林、灌木和草坪之中。树荫下有安静歇憩的小鹿，草地上有四处觅食的火鸡和野鸭。它们间或还会大摇大摆地横穿马路，把过往的车辆视若无物。

我此行的目的地是园区内一幢占地面积很大，却很低矮的白色建筑——美国国家同步辐射光源（National Synchrotron Light Source，NSLS）。刷卡进门，来到早已预约好的X4线站。时间离12点还早，排在我前面时间段的人还在线站上工作。于是我先去办公服务楼拿了客房钥匙，到住宿楼把个人用品安置好，再开车去附近小镇上的中餐馆吃了顿午饭，临走还买了三份外卖带着——那将是我今天的晚餐和宵夜，以及明天的午餐。

回到X4线站已经是中午12点半了。排在我前面的人正在计算机上把测得的实验数据拷贝到自己的移动硬盘里，同时上传到自己实验室的服务器上。传输几十上百GB的数据需要不少时间，一时半会儿完不了，好在他已经收拾好了自己的实验用品，给我腾出了工作空间。线站管理员则已经把线站的参数调整到了我预订的数值，并做好了优化。

万事具备，开工！

上面这些文字不是小说，更不是科幻，而是我一年当中某些日子的真实工作写照。如此大费周张，只是为了能够连续24小时应用同步辐射光源进行结构生物学的相关研究。之所以要来同步辐射光源，是因为它能提供高亮度的X射线，俗称X光。当然，所谓“高亮度”指的是X射线的强度很高，而非通常意义上的“亮”。毕竟，X射线的波长只有0.01纳米至10纳米，远远低于人眼的极限——380纳米。可以说，它是一种隐形的光线。

偶然的诞生

如果时光倒退回一个多世纪以前的1895年，人类的词典中还没有X射线这个词汇。在这一年，腐朽的满清政府输掉了甲午战争。而在地球的另一边，德国维尔茨堡大学物理系的系主任威廉·康拉德·伦琴教授在对一种称为克鲁克斯管的阴极射线（也就是电子流）管进行研究时，偶然发现了一种穿透力极强的未知射线，并将之命名为X射线。

The first x-ray photo in the world

在接下来的实验中，为了避免任何可能影响到自己学术声誉的错误结果，伦琴始终使用X射线这一代号，秘密地研究其各种性质。在研究X射线的穿透力时，伦琴请自己的夫人将手放在感光底片和能够产生X射线的阴极射线管之间，照出了世界上第一张X射线透射照片。伦琴夫人的指骨以及婚戒在照片上清晰可辨。

次年1月，当这一研究成果发表在学术期刊上之后，新闻界习惯性地以发现者的名字将之命名为伦琴射线，以突显这一发现的伟大。然而，伦琴本人在其后的论文中始终坚持使用最初的称谓——X射线。于是，X，一个象征着未知的字母，就永远成为了这种隐形光线的正式名称。而伦琴发现X射线的克鲁克斯管则成为了后来X射线管的雏形，沿用至今。

由于波长短，能量高，X射线与物质原子发生作用的几率小，因而具有很强的穿透性。很多人对于X射线的第一印象可能都是超人那双可以看穿一切——除了铅板——的眼睛。在现实生活中，体检拍的胸透、看病照的CT、机场和重要场所用的安检仪、工业用的探伤仪，这些都依赖于X射线的穿透力。此外在科研领域，X射线也是一种非常重要的实验手段，广泛应用于物理、化学、生物、材料等不同的科研领域，包括我在美国国家同步辐射光源所从事的结构生物学研究。

X射线管中的电子“碰碰车”

在X射线管的阴极一端，灯丝在高温下发光的同时，还放射出大量的电子。这些电子受电场的作用加速，受磁力透镜或静电透镜的作用聚焦，最终轰击到X射线管另一端的金属阳极上，并将金属原子的电子撞出其原来的轨道。这些脱离了束缚的电子跑不了太远，很快又被金属的原子核捕捉到其空旷的外层电子轨道中。当这些电子从高能级的外层轨道落入低能级的内层轨道时，多出来的这部分能量会以电磁波的形式释放，也就是X射线。这一过程的逆过程就是令爱因斯坦莫名其妙获得诺贝尔奖的“光电效应”。

然而，X射线管产生的X射线光强只能满足于一般的医疗和工业应用，却不能满足科学家对于强X射线的需求。1913年出现了真空X射线管，因为避免了阳极氧化、空气吸收等问题，从而得以提高X射线的强度。上世纪六十年代发明了旋转阳极技术，辅之以强大的冷却系统，可以获得相当强的X射线。这也是目前在实验室内可以获得的最强X射线。

A view of Superman?

除了强度受限，X射线管还有一个特点：产生的X射线波长固定。我们知道，光具有波粒二象性，其电磁波的波长与其光子的能量是相对应的。X射线管的工作原理决定了其产生的光子能量以某几个确定的值为主，因而最强的X射线只出现在某几个确定的波长上。具体的波长由金属的种类所决定。目前比较常见的阳极金属是铜，其产生的X射线特征波长有两个，通常采用的是其中能量较强的一个，波长为0.15418纳米。

确定的波长对于某些实验而言是大大的好事，对于另一些实验而言则是大大的不妙。如何能获得波长可调且强度更强的X射线？这个问题摆在了物理学家们的面前。

同步的合唱

俗话说：“有意栽花花不开，无心插柳柳成荫。”科学上的事情往往也是如此，最关键的发明或发现往往并非有意为之。

在上世纪四十年代，随着对物质结构探索的需求，人们开始建造一些大型的粒子加速实验设施，电子同步加速器是其中相当重要的一种。在电子同步加速器中，一团团电子被电场加速到接近光速的速度，再通过强大的磁场来控制其方向，使之沿着环形真空轨道“跑圈”。如果让一团电子与一团正电子沿相反的方向跑圈，它们将以极高的相对速度迎头对撞，这就是正负电子对撞机中所发生的事情。

1946年，通用电气公司下属实验室在其电子同步加速器的运行中，发现了沿圆周切线方向射出的X射线辐射，并因此将之命名为同步辐射。这一辐射的产生是由于电子以接近光速的速度运行时，体现了明显的相对论效应所造成的。由于X射线是沿切线方向射出的，所以一系列的X射线相关设备也是沿着环形轨道的切线方向展开的，被称为线站。从顶上看，同步辐射设施与小朋友所画的太阳到颇有几分相像。

ESRF and Sun

同步辐射产生的X射线光谱连续、准直性好、功率大、亮度高，是理想的用于科学研究的X射线源，满足了其它研究领域对强大X射线源的要求。特别是光谱连续这一点，令科学家们如获至宝。如果说他们以前所拥有的只是某几种“颜色”的X射线，那么现在他们拥有的就是“白光”——由所有“颜色”共同组成的X射线。于是，高能物理学家和其它领域的科学家们开始共用电子同步加速器，各取所需。这就是第一代同步辐射光源，世界上目前仍有约17台在运行中。

我国的北京正负电子对撞机最初设计时并未考虑同步辐射方面的应用。但随着高能物理学的迅猛发展，北京正负电子对撞机现有的能量水平已经无法再满足高能物理前沿研究的需要。2004年，它圆满完成了其作为高能物理研究设施的历史使命，经过一系列改造，转而成为同步辐射X射线光源，为国内众多需要使用强X射线的研究人员提供服务。

BSRF 北京正负电子对撞机改造为同步辐射后的X射线线站

同步辐射产生的X射线来自于环形轨道中高速运动的电子团，两者紧密相关。然而不幸的是，高能物理实验对于电子团运行参数的要求往往与产生X射线的要求相去甚远。简单地说：用X射线时不能做高能物理实验，做高能物理实验时不能用X射线。这令高能物理学实验与需要使用X射线的实验之间产生了无法解决的矛盾。由于第一代同步辐射建设时大都是以高能物理研究为目标的，因此很难满足日益扩大的对同步辐射X射线的需求。

最终，这两种应用还是分道扬镳了。专门用于产生X射线，却不进行任何高能物理实验的同步辐射光源出现了，即为第二代同步辐射光源。包括前面提到的美国国家同步辐射光源在内，世界上共有约23台第二代同步辐射光源仍在运行中。

“甩”出来的X射线

虽然同步辐射的原理涉及相对论，看似深奥，但我们不妨来看看一个生活中常见的例子。假如用一根绳子栓住一块吸饱了水的海绵，再把它抡起来甩成圆圈，那么不难想像，海绵中的水一定会沿圆周的切线方向被甩出去。同步辐射产生的X射线就好像是从绕圈的电子中被“甩”出来的能量。实际上，同步辐射的环形轨道并不是一个完美的圆形轨道，而是由若干直线段与弧线段交替拼接而成。X射线只在弧线轨道中产生，曲率最大的点就是产生X射线最强的点。

由于不进行任何高能物理实验，环形轨道中电子团的唯一使命就是为产生X射线储备能量。于是，第二代同步辐射的环形轨道不再称为电子同步加速器，而是改称储能环。在运行过程中，环形轨道中的电子会不断损耗，其产生的X射线也会越来越弱，所以同步辐射需要每隔一段时间重新注入电子团进行补充。

一般的同步辐射每天要在固定时间注入两至三次。注入期间没有X射线，所有线站上的工作都不得不暂停下来。这正是我们每次在同步辐射工作时得以喘口气的时间：或者开车出去买杯咖啡，或者趴在桌上打个盹，难得的清闲。除去每次注入的半个小时，同步辐射始终处于运行状态，每年只有集中的几周时间停止运行，用于维护和升级。

虽然有了“一心一意”提供X射线的第二代同步辐射，可是“贪心不足”的科学家们仍旧不满足于已经得到的X射线强度。如何能获得更强大的人造X射线源呢？新的问题又摆在了物理学家们面前。

（未完待续）

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本文作者：Lewind 早上7点，闹钟响了。痛苦挣扎一番之后，我才终于强迫自己离开了温暖的被窝。洗漱，换衣服，收拾东西，离开了位于曼哈顿上西区的公寓，坐地铁去95街的Hertz租赁点取我预订好的SUV，把车开到168街的哥大医学中心取实验样品和工具，出来转上I-95高速路，汇入了去往长岛方向的车流之中。 <img src="https://vago6w.bay.livefilestore.com/y1peCLKHcgkeDzRprHuDxsALACWQz737iSpXZssrxNoZeCWucR7gV6ngqImtUzarB8z_-ZbYBPHzc7XTwl76t-Hjg/NSLS.jpg" alt="NSLS" width="396" height="258" align="right" /> 一个多小时之后，已经远离了纽约市区，转下高速路不久就到了布鲁克海文国家实验室。实验室园区的安检在9·11之后明显加强了很多，不但需要专门的证件，还要提前预约进出的日期。园区里的建筑形状各异，最高的楼不过三四层，而更多的则是平房，散布在树林、灌木和草坪之中。树荫下有安静歇憩的小鹿，草地上有四处觅食的火鸡和野鸭。它们间或还会大摇大摆地横穿马路，把过往的车辆视若无物。 我此行的目的地是园区内一幢占地面积很大，却很低矮的白色建筑——美国国家同步辐射光源（National Synchrotron Light Source，NSLS）。刷卡进门，来到早已预约好的X4线站。时间离12点还早，排在我前面时间段的人还在线站上工作。于是我先去办公服务楼拿了客房钥匙，到住宿楼把个人用品安置好，再开车去附近小镇上的中餐馆吃了顿午饭，临走还买了三份外卖带着——那将是我今天的晚餐和宵夜，以及明天的午餐。 回到X4线站已经是中午12点半了。排在我前面的人正在计算机上把测得的实验数据拷贝到自己的移动硬盘里，同时上传到自己实验室的服务器上。传输几十上百GB的数据需要不少时间，一时半会儿完不了，好在他已经收拾好了自己的实验用品，给我腾出了工作空间。线站管理员则已经把线站的参数调整到了我预订的数值，并做好了优化。 万事具备，开工！ 上面这些文字不是小说，更不是科幻，而是我一年当中某些日子的真实工作写照。如此大费周张，只是为了能够连续24小时应用同步辐射光源进行结构生物学的相关研究。之所以要来同步辐射光源，是因为它能提供高亮度的X射线，俗称X光。当然，所谓“高亮度”指的是X射线的强度很高，而非通常意义上的“亮”。毕竟，X射线的波长只有0.01纳米至10纳米，远远低于人眼的极限——380纳米。可以说，它是一种隐形的光线。 <h3>偶然的诞生</h3> 如果时光倒退回一个多世纪以前的1895年，人类的词典中还没有X射线这个词汇。在这一年，腐朽的满清政府输掉了甲午战争。而在地球的另一边，德国维尔茨堡大学物理系的系主任威廉·康拉德·伦琴教授在对一种称为克鲁克斯管的阴极射线（也就是电子流）管进行研究时，偶然发现了一种穿透力极强的未知射线，并将之命名为X射线。 <img class="alignleft" src="https://vago6w.bay.livefilestore.com/y1pEA8yDf7J4dZLivL6xc8lrJui9UwumX0N_FkIYijn8Iwi9a4miJRyNf1BnOpfBVP9JBuSEUyzwY4EUWlw9beBnw/hand.jpg" alt="The first x-ray photo in the world" width="155" height="226" /> 在接下来的实验中，为了避免任何可能影响到自己学术声誉的错误结果，伦琴始终使用X射线这一代号，秘密地研究其各种性质。在研究X射线的穿透力时，伦琴请自己的夫人将手放在感光底片和能够产生X射线的阴极射线管之间，照出了世界上第一张X射线透射照片。伦琴夫人的指骨以及婚戒在照片上清晰可辨。 次年1月，当这一研究成果发表在学术期刊上之后，新闻界习惯性地以发现者的名字将之命名为伦琴射线，以突显这一发现的伟大。然而，伦琴本人在其后的论文中始终坚持使用最初的称谓——X射线。于是，X，一个象征着未知的字母，就永远成为了这种隐形光线的正式名称。而伦琴发现X射线的克鲁克斯管则成为了后来X射线管的雏形，沿用至今。 由于波长短，能量高，X射线与物质原子发生作用的几率小，因而具有很强的穿透性。很多人对于X射线的第一印象可能都是超人那双可以看穿一切——除了铅板——的眼睛。在现实生活中，体检拍的胸透、看病照的CT、机场和重要场所用的安检仪、工业用的探伤仪，这些都依赖于X射线的穿透力。此外在科研领域，X射线也是一种非常重要的实验手段，广泛应用于物理、化学、生物、材料等不同的科研领域，包括我在美国国家同步辐射光源所从事的结构生物学研究。 <table border="3" cellspacing="10" cellpadding="15" width="650"> <tbody> <tr> <td bgcolor="#eeeebb"> X射线管中的电子“碰碰车” 在X射线管的阴极一端，灯丝在高温下发光的同时，还放射出大量的电子。这些电子受电场的作用加速，受磁力透镜或静电透镜的作用聚焦，最终轰击到X射线管另一端的金属阳极上，并将金属原子的电子撞出其原来的轨道。这些脱离了束缚的电子跑不了太远，很快又被金属的原子核捕捉到其空旷的外层电子轨道中。当这些电子从高能级的外层轨道落入低能级的内层轨道时，多出来的这部分能量会以电磁波的形式释放，也就是X射线。这一过程的逆过程就是令爱因斯坦莫名其妙获得诺贝尔奖的“光电效应”。</td> </tr> </tbody> </table> 然而，X射线管产生的X射线光强只能满足于一般的医疗和工业应用，却不能满足科学家对于强X射线的需求。1913年出现了真空X射线管，因为避免了阳极氧化、空气吸收等问题，从而得以提高X射线的强度。上世纪六十年代发明了旋转阳极技术，辅之以强大的冷却系统，可以获得相当强的X射线。这也是目前在实验室内可以获得的最强X射线。 <img class="alignright" src="https://vago6w.bay.livefilestore.com/y1pFq367HQGCFf5CHeil87yXiNlyuzYajf62dr-zhjqVSUnKqUW9sjstyz0ud2F3gl-WZN4ANROT1pr4f2hiL_4_g/baggage.jpg" alt="A view of Superman?" width="233" height="206" /> 除了强度受限，X射线管还有一个特点：产生的X射线波长固定。我们知道，光具有波粒二象性，其电磁波的波长与其光子的能量是相对应的。X射线管的工作原理决定了其产生的光子能量以某几个确定的值为主，因而最强的X射线只出现在某几个确定的波长上。具体的波长由金属的种类所决定。目前比较常见的阳极金属是铜，其产生的X射线特征波长有两个，通常采用的是其中能量较强的一个，波长为0.15418纳米。 确定的波长对于某些实验而言是大大的好事，对于另一些实验而言则是大大的不妙。如何能获得波长可调且强度更强的X射线？这个问题摆在了物理学家们的面前。 <h3>同步的合唱</h3> 俗话说：“有意栽花花不开，无心插柳柳成荫。”科学上的事情往往也是如此，最关键的发明或发现往往并非有意为之。 在上世纪四十年代，随着对物质结构探索的需求，人们开始建造一些大型的粒子加速实验设施，电子同步加速器是其中相当重要的一种。在电子同步加速器中，一团团电子被电场加速到接近光速的速度，再通过强大的磁场来控制其方向，使之沿着环形真空轨道“跑圈”。如果让一团电子与一团正电子沿相反的方向跑圈，它们将以极高的相对速度迎头对撞，这就是正负电子对撞机中所发生的事情。 1946年，通用电气公司下属实验室在其电子同步加速器的运行中，发现了沿圆周切线方向射出的X射线辐射，并因此将之命名为同步辐射。这一辐射的产生是由于电子以接近光速的速度运行时，体现了明显的相对论效应所造成的。由于X射线是沿切线方向射出的，所以一系列的X射线相关设备也是沿着环形轨道的切线方向展开的，被称为线站。从顶上看，同步辐射设施与小朋友所画的太阳到颇有几分相像。 <img class="aligncenter" src="https://vago6w.bay.livefilestore.com/y1pFC7UYnXwxveWIR7TlWv-16fsNFe6a4eB8Kdwu24XN2OO3iR_UddisRCvgfV1ATpV5_YBSDmerhY_BlyfOxYxVQ/esrf_and_drawing.jpg" alt="ESRF and Sun" width="500" height="268" align="center" /> 同步辐射产生的X射线光谱连续、准直性好、功率大、亮度高，是理想的用于科学研究的X射线源，满足了其它研究领域对强大X射线源的要求。特别是光谱连续这一点，令科学家们如获至宝。如果说他们以前所拥有的只是某几种“颜色”的X射线，那么现在他们拥有的就是“白光”——由所有“颜色”共同组成的X射线。于是，高能物理学家和其它领域的科学家们开始共用电子同步加速器，各取所需。这就是第一代同步辐射光源，世界上目前仍有约17台在运行中。 我国的北京正负电子对撞机最初设计时并未考虑同步辐射方面的应用。但随着高能物理学的迅猛发展，北京正负电子对撞机现有的能量水平已经无法再满足高能物理前沿研究的需要。2004年，它圆满完成了其作为高能物理研究设施的历史使命，经过一系列改造，转而成为同步辐射X射线光源，为国内众多需要使用强X射线的研究人员提供服务。 <img class="aligncenter" src="https://vago6w.bay.livefilestore.com/y1pbADp3oVrCovljNPKj2EohD_SMCG1DI-OjjiQPuaOJvrFQlF8oLKdB_8B-Q8-j2TI1WP0tmvQFGdauGSgx3kLxQ/bsrf.jpg" alt="BSRF" width="500" height="328" />北京正负电子对撞机改造为同步辐射后的X射线线站 同步辐射产生的X射线来自于环形轨道中高速运动的电子团，两者紧密相关。然而不幸的是，高能物理实验对于电子团运行参数的要求往往与产生X射线的要求相去甚远。简单地说：用X射线时不能做高能物理实验，做高能物理实验时不能用X射线。这令高能物理学实验与需要使用X射线的实验之间产生了无法解决的矛盾。由于第一代同步辐射建设时大都是以高能物理研究为目标的，因此很难满足日益扩大的对同步辐射X射线的需求。 最终，这两种应用还是分道扬镳了。专门用于产生X射线，却不进行任何高能物理实验的同步辐射光源出现了，即为第二代同步辐射光源。包括前面提到的美国国家同步辐射光源在内，世界上共有约23台第二代同步辐射光源仍在运行中。 <table border="3" cellspacing="10" cellpadding="15" width="650"> <tbody> <tr> <td bgcolor="#eeeebb"> “甩”出来的X射线 虽然同步辐射的原理涉及相对论，看似深奥，但我们不妨来看看一个生活中常见的例子。假如用一根绳子栓住一块吸饱了水的海绵，再把它抡起来甩成圆圈，那么不难想像，海绵中的水一定会沿圆周的切线方向被甩出去。同步辐射产生的X射线就好像是从绕圈的电子中被“甩”出来的能量。实际上，同步辐射的环形轨道并不是一个完美的圆形轨道，而是由若干直线段与弧线段交替拼接而成。X射线只在弧线轨道中产生，曲率最大的点就是产生X射线最强的点。</td> </tr> </tbody> </table> 由于不进行任何高能物理实验，环形轨道中电子团的唯一使命就是为产生X射线储备能量。于是，第二代同步辐射的环形轨道不再称为电子同步加速器，而是改称储能环。在运行过程中，环形轨道中的电子会不断损耗，其产生的X射线也会越来越弱，所以同步辐射需要每隔一段时间重新注入电子团进行补充。 一般的同步辐射每天要在固定时间注入两至三次。注入期间没有X射线，所有线站上的工作都不得不暂停下来。这正是我们每次在同步辐射工作时得以喘口气的时间：或者开车出去买杯咖啡，或者趴在桌上打个盹，难得的清闲。除去每次注入的半个小时，同步辐射始终处于运行状态，每年只有集中的几周时间停止运行，用于维护和升级。 虽然有了“一心一意”提供X射线的第二代同步辐射，可是“贪心不足”的科学家们仍旧不满足于已经得到的X射线强度。如何能获得更强大的人造X射线源呢？新的问题又摆在了物理学家们面前。 （未完待续） 相关文章<div class="my-related-posts-box" style="width:100%;height:100%;clear:both;text-align:center;overflow:hidden;"> <a href="http://songshuhui.net/archives/11562" class="my-related-posts" style="width:112px;height:180px;float:left;text-align:center;border:1px solid #f5f5f5;border-bottom-style:none;border-top-style:none;padding:0px;margin:1px;text-decoration:none;" 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