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[散文] 《万物简史》(五)

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发表于 2020-1-6 14:31:51 | 显示全部楼层 |阅读模式




                        《万物简史》(五)

然而,许多别的方面可能出问题。在使用潜水衣——用长管子连接水面的那种装备—一的年代,潜水员有时候会经历一种可怕的现象,名叫“挤压”。这种情况发生在水面气泵失灵,造成潜水衣灾难性地失压的时候。空气会猛地离开潜水衣,倒霉的潜水员真的会被吸进面具和管子。等到被拖出水面,“衣服里剩下的几乎只有他的骨头和一点儿血肉模糊的东西”,生物学家J.B.S.霍尔丹在1947 年写道,唯恐有人不信,他接着说,“这种事真的发生过。”p188

与众不同的是,小霍尔丹觉得第一次世界大战是“一次很愉快的经历”,言不讳地承认他“喜欢有个杀人的机会”。他本人也受过两次伤。战争结束以后,他成功地成为一名科学普及工作者,写了23本书(以及400多篇科学论文)。他的书至今依然可读性很强,很有教育意义,虽然不总是容易找得着。他还成了一名热忱的马克思主义者。有人认为,而且不完全是挖苦地认为,这纯粹是  舔出于一种敌对的本能。要是他生在苏联,他可能会变成一名狂热的拥护君主制度者。无论如何,他的大部分文章最初是刊登在由共产党人主办的《工人日报》上的。

他父亲主要对矿工和中毒问题感兴趣,小霍尔丹则潜心研究潜艇乘员和潜水员的职业病的预防措施。在海军部的资助下,他获得了一个他称之为“高压锅”的减压室。那是一个金属圆筒,一次可以同时把三个人密封在里面,进行各种痛苦而又危险的测试。志愿者被要求坐在冰水里,同时呼吸“异常气体”或经受快速的压力变化。在一次实验中,霍尔丹亲自模仿快速上升的危险动作,看看会有什么事。结果,他补牙的填料炸掉了。“几乎每一次实验,”诺顿写道,“都以有人痉挛、流血或呕吐告终。”减压室是隔音的,要是里面的人想要表示自己不舒服或很痛苦,他们非得不停地敲击减压室的墙壁不可,或在小窗口举起字条。

还有一次,霍尔丹吸人不断加大浓度的氧气,结果痉挛得厉害,摔断了几根椎骨。肺部坍缩是常有的危险,鼓膜穿孔也是家常便饭,但霍尔丹在一篇论义 甲安慰别人说:“鼓膜一般来说会愈合。要是留个小孔,尽管你会有点儿耳背,但要是你抽烟,烟雾会从相关的耳朵里冒出来。这对社会是个贡献。”

这件事的不平常之处,不在于霍尔丹本人为了从事科学研究愿意经受这样的风险或难受的感觉,而在于他能毫不费事地说服他的同事和亲人爬进减压室。他的妻子有一次在进行模拟下降实验的过程中,痉挛了15分钟。等她终于停止在地板上蹦来跳去,她被扶了起来,打发回家去做晚饭。霍尔丹乐意利用任何恰好在场的人,包括有一次令人难忘地利用了西班牙前首相胡安·内格林。内格林博士事后抱怨有点刺痛,“嘴唇上有点奇怪的柔软光滑的感觉”,但除此之外安然无恙。他也许会为自己感到庆幸。在类似的一次减压实验中,霍尔丹的臀部和脊梁下部失去感觉达6 年之久。p191

1978 年,天体物理学家迈克尔·哈特做了一些测算后得出结论,只要地球离太阳再远1010,或再近5070,地球上就不适于居住。幅度不算很大,其实还可以再大一点。自那以后,这两个数字被更精确地测算了一遍,放宽了一点一再远5%,再近15%,但仍是个窄带。P193

合适的行星。我可以想象,如果你请地球物理学家数一数自己的福气,连他们中的许多人也不会把一个内部都是岩浆的行星包括在内。但是,几乎可以肯定,要是我们的脚底下没有翻腾的岩浆,我们就不会在这里。不说别的,我们地球活跃的内部使大量气体喷涌而出,帮助建立了大气层,还为我们提供了磁场,保护我们不受宇宙辐射侵害。它还给了我们板块构造,不停地更新地面和使地面褶皱。要是地球完全平坦,到处都会覆盖着4 公里深的水。那寂寞的海洋里也许会有生命,但肯定不会有足球比赛。

除了有个大有好处的内部以外,我们还有合适数量的合适元素。我们完全是以合适的材料组成的。这对我们的健康是极其重要的,我们过一会儿会更加充分地讨论这个问题,但我们先来考虑一下剩下的两个因素,首先是我们往往忽略的那个因素一P194

丰度与重要程度也不一定有关系。碳只居第十五位,占地壳的可怜巴巴的0.048%,但没有碳就没有我们。碳的与众不同之处,在于它不知羞耻地与别的元素都混得来。它是原子世界的交际花,缠住许多别的原子(包括自己),紧紧搂住不放,结成了称心如意而又极为牢固的分子康茄舞伴——大自然创建蛋白质和DNA(脱氧核糖核酸)的奥秘就在这里。正如保罗·戴维斯写的那样:“要是没有碳,我们所知的生命就不可能出现。很可能任何种类的生命都不可能出现。”然而,虽然我们那样离不开碳,但连我们体内的碳含量也不是那么丰富。你林内每200个原子当中,有126个氢原子、51个氧原子,只有19个碳原子。①

别的元素也很重要,但不是对于创造生命,而是对于维持生命。我们需要铁来制造血红蛋白,没有铁,我们就会死亡。钴对于制造Bl2是必不可少的。钾和一丁点儿钠对神经系统有明显的好处。钼、锰和钒有助于保持酶的活力。锌一愿神保佑它一能氧化酒精。P196

物理学家理查德·费曼经常取笑事后下结论——从已知的事实往前推测可能的原因。“你要知道,今天晚上我遇到了一件最令人惊讶的事,”他会说,“我看到一辆汽车的牌照是ARW357。你想象得到吗?在我国几百万个牌照 当中,今天晚上我怎么会偏偏看到那个牌照?真是不可思议!”当然,他的意思是,你很容易使任何平淡的事情显得很不寻常,如果你把它看得很严重的话。

因此,导致地球上出现生命的事件和条件很可能不像你乐意认为的那样很不寻常。不过,它们还是很不寻常的。有一点是肯定的:在找到更好的理由之前,我们只能说它们是很不寻常的。P198

谢天谢地,我们有了大气。它使我们有了个温暖的环境。没有大气,地球会是个没有生气的冰球,平均温度只有零下50 摄氏度。而且,大气吸收或阻挡大量射来的宇宙射线、带电粒子、紫外线等等。总的来说,厚厚的大气相当于4.5 米厚的保护性混凝土,没有它,来自太空的这些无形访客会像小小的匕首那样插进我们的身体。没有大气的牵制作用,连雨点也会把我们打昏在地。

最引人注目的是,我们的大气并不很多。它往上伸展至大约190 公里处,从地面上看,它也许显得很多,但如果把地球缩小到书桌上地球仪的大小,大气不过是大约一两层漆的厚度。P199

到了7 500 米以上的高度——登山运动员所谓的“死亡地带”——身体就会很不舒服;但是,许多人到不了4 500 米左右的高度就会极度虚弱,甚至病危。敏感程度与身体是否健壮几乎没有关系。有时候,老奶奶在高处生龙活虎,而她们身强力壮的后辈们反而哼哼唧唧,已经吃不消,不得不被送往低处。

就人类连续生活的耐受能力而言,极限大约为5 500 米,但连习惯于生活在高处的人也无法长期忍耐这种高度。弗朗西丝·阿什克罗夫特在《极端条件下的生命》一书中说,安第斯山脉在5 800 米的高处有硫矿,但矿工们宁可每天晚上往下走 460 米,第二天再爬上去,也不愿意连续生活在那个高度。生活在高处的人往往要经过几千年才渐渐拥有特别大的胸腔和肺部,使携带氧气的红细胞浓度增加差不多三分之一。可是,血液所能承受的红细胞浓度是有限度的,要是浓度太大,血液流动就无法顺畅。而且,在5 500 米以上的高度,连已经完全适应的妇女也无法为发育中的胎儿提供足够的氧气,不到足月就会把他(她)生下来。P201

空气是一种很会骗人的东西。即使在海平面的高度,我们往往也会认为空气很轻,几乎没有分量。实际上,空气分量很大,还往往表现出来。海洋科学家怀维尔·汤姆森在一个多世纪以前写道:“早上起床的时候,我们有时候发现气压计升高了2.5厘米,说明夜间有将近半吨重的分量一直悄悄地压在我们身上,而我们并没有觉得什么不方便,倒是有一种精力充沛的感觉,因为在密度较大的气体里我们移动身体只需要较小的力。”你在增加半吨重的压力之下不会产生被压垮的感觉,与你的身体在大海深处不会被压垮的原因是一样的:你的身体主要是由无法压缩的液体组成的;液体会产生推力,使体内和体外的压力保持平衡。

但是,要是空气处于流动状态,比如飓风,甚至是一阵强风,你很快会想到空气的质量还真不小。我们身边大约有5 200万亿吨空气——本行星的每平方公里上有900多万吨——这是个不小的数量。当几百万吨空气以每小时五六十公里的速度流动的时候,树枝折断,屋顶瓦片飞走,这是不足为怪的。正如安东尼·史密斯所说,一次典型的天气前锋,可能由 10亿吨热空气加上压在底下的7.5亿吨冷空气组成。难怪气象部门有时候会很兴奋。P202

空气在大气层里到处流动的过程,与地球内部机器转动的过程,二者是一样的,即对流。潮湿的热空气从赤道地区升起,碰着了对流层顶就向外扩展。随着远离赤道,它渐渐冷却,渐渐下沉。碰到底部以后,有一部分下沉的空气向低压地方流动,掉头返回赤道,完成了那个环流。P203

水分子的结局差别很大,取决于它落在哪里。要是它落在肥沃的土壤里,它会被植物吸收,或在数小时或数天内再次直接蒸发。然而,要是进人了地下水,它也许在好多年里:———一好几千年里,如果它流到确实很深的地方的话——再也见不着太阳。要是你望一眼湖水,你看到的是一大堆分子,它们在那里平均已达10 年之久。据认为,水分子在海洋里逗留的时间可能达100 年。总的来说,下了一场雨以后,大约有60%的水分子在一两天内又回到了大气层。一旦蒸发,它们在天空中待不了一个星期左右—一德鲁里说是12天—一然后又以雨的形式落了下来。P206

有盐我们才能活下去,但只要很小的量。海水里含盐量太大——大了大约70倍—一我们无法平安无事地将其新陈代谢。1 升海水里只含有大约2.5 茶匙普通的盐——我们撒在食物上的那种盐,但还含有大量的其他元素、化合物和别的已经溶解的固体,这一些通称为盐。盐和矿物质在我们肌体组织里的比例,与在海水里的比例也差不多——正如马古利折和萨根说的,我们出的汗是海水,入自己体内,你的新陈代谢很快会陷入危机。每个细胞里的水分子都会匆匆离去,像是许多志愿消防员急着要去稀释和冲走突然增加的盐分那样。结果,细胞严重缺水,无法正常运转。简而言之,细胞脱水了。在极端情况下,脱水会造成疾病发作、昏迷和大脑损伤。与此同时,劳累过度的血细胞会把盐输送到肾脏,最后肾脏会负担过重,停止运转。要是肾脏不能正常运转,你就会死去。这就是你不能饮用海水的原因。P212

地球上有13亿立方公里水,这是全部。系统已经关闭,说得明白一点,再也不会增加,再也不会减少。你喝的水,自地球形成之初起就在这里忙碌。38亿年以前,海洋(至少大体上)已经达到现在的规模。

水域被称为水圈,它的绝大部分是海洋。地球上97%的水都在海里,太平洋占了较大部分。太平洋的面积比所有的陆块加起来还大。总的来说,太平洋占所有海水的一半以上( 51.6q0),大西洋占23.6%,印度洋占21.2%,其他所有的海洋加起来只占3.6%。海洋的平均深度为3.86 公里,太平洋平均要比大西洋和印度洋深大约300 米。这颗行星600/0的表面都是深度在1.6 公里以上的海洋。奠利普。鲍尔指出,我们这颗行星不该叫作地球,而该叫作水球。

地球上只有3%的水是淡水,主要以冰原的形式存在。只有一丁点JL淡水-0.036%——存在于湖泊、河流和水库之中;更小的一部分——只有0.001%--存在于云团,或以水蒸气的形式存在。地球上将近90%的冰在南极洲,剩下的主要在格陵兰。要是你去南极,你会站在3 公里多厚的冰上,而在北极只有4.6 米厚。仅南极洲就有2 500万立方公里的冰——要是全部融化的话,足以使海洋升高60 米。但是,即使大气层里所有的水都变成雨落下来,均匀地落在各地,海洋也只会加深2,厘米。P212

直到 1872 年,才对海洋进行了第一次真正有组织的调查。不列颠博物馆、皇家学会和英国政府成立了一个联合考察队,乘坐已经退役的战舰“挑战者号”从朴次茅斯港出发。在3 年半时间里,他们驶遍了世界,取水样呀,捕鱼呀,捞沉淀物呀。这显然是一项很单调的工作。在总共 240名科学家和船员 当中,有四分之一的人开了小差,还有8人死亡或发疯———用历史学家萨曼莎。温伯格的话来说:“长年累月的单调生活使脑子麻木,精神错乱。”但是,他们行驶了差不多7万海里,收集了4 700多种新的海洋生物,获得的资料足以写出一份长达50 卷的报告(编辑工作就花了19 年),为世界科学创建了一门新的学科:海洋学。通过测量深度,他们还发现大西洋中部的水底下似乎有山脉。这使得有的考察人员激动不已,认为他们已经发现了传说中沉人海底的大陆亚特兰蒂斯。P213

在海平面上,勘察技术也一直有点儿马马虎虎。1994 年,一条韩国货船在太平洋上遇到风暴,3.4万只冰球运动手套被刮到海里。从温哥华到越南,海面上到处漂着手套,倒使海洋学家们比以往任何时候都能更精确地找到洋流的运动方向。P216

我们对支配海洋生命的动力简直一无所知。一方面,在捕捞过度的海域,海洋生物少于该有的数量,另一方面,在天然贫瘠的水域,海洋生物远远多于该有的数量。在南极洲周围的南部海洋,只出产世界上大约3%的浮游植物少得似乎远远不足以维持一个复杂的生态系统,而它们却维持下来了。食蟹海豹这类动物我们大多数人也许还没有听说过,但实际上可能是地球上第二众多的大型动物,仅次于人类。多达1 500万头食蟹海豹在南极洲周围的浮冰上生活。还有大约200万头韦德尔氏海豹,至少50万只帝企鹅,也许多达400万只阿德利企鹅。因此,食物链是极其不平衡的,但不知怎的却运转 良好。引入注目的是,谁也搞不清这是什么原因。

我兜了这么个大圈子主要想说明,我们对地球上的最大体系知道得少得可怜。然而,我们将在剩下的章节里看到,一旦开始讨论生命的问题,也有大量的东西我们不知道—尤其是,生命最初是怎么产生的。P222

坦率地说,1 055个氨基酸分子要自发排列成一个胶原蛋白这样的分子的概率是零。这种事情完全不可能发生。为了理解它的存在是多么不可能,请你想象一台拉斯韦加斯普通的老虎机,不过要把它大大地扩大一下——说得确切一点,扩大到大约27 米——以便容纳得下1 055个转轮,而不是通常的三四个,每个轮子上有20个符号(每一个代表一种普通的氨基酸)①。你要拉多少次把手那1055个符号才会以合适的顺序排列起来?实际上,拉多少次都没有用。即使你把转轮的数目减少到 200个——这其实是蛋白质分子所含的氨基酸分子的比较典型的数量,所有200个符号都按照特定的顺序来排列的概率是10-26010-260这个数字比宇宙里原子的总数还要大。

总之,蛋白质是十分复杂的实体。血红蛋白只有1铂个氨基酸分子长,按照蛋白质的标准只是个矮子,然而即使那样,氨基酸的排列方式也有10190种可能性。因此,剑桥大学的化学家马克斯,佩鲁茨花了23 年时间——大体上相当于一个人的职业生涯——才解开了这个谜。想要随随便便地制造哪怕是一个蛋白质分子也似乎是极不可能的l一天文学家弗雷德,霍伊尔打了个精彩的比方,就像是一阵旋风掠过一个旧货栈,后面留下了一架装配完好的大型客机。P224

现在有的科学家认为,生活在我们脚底下的细菌很可能多达100万亿吨,那个地方被称为“地表下的岩石自养微生物生态系统”—十英文缩写是SLiME。康奈尔大学的托马斯·戈尔德估计,要是你把地球内部的细菌统统取出来堆在地球表面,那么就可以把这颗行星埋在I5 米深处——相当于四层楼的高度。如果这个估计是正确的话,地球底下的生命有可能比地球表面的还要多。P238

大量的疾病不是因为微生物对你的作用而引起,却是因为你的身体想要对微生物产生作用而引起的。为了使你的身体摆脱病原菌,你的免疫系统有时候摧毁了细胞,或破坏了重要的组织。因此,当你身体不舒服的时候,你感觉到的往往不是病原菌,而是你自己的免疫系统产生的反应。生病正是对感染的一种能感觉到的反应。病人躺在病床上,因此减少了对更多人的威胁。

由于外界有许多东西可能会伤害你,因此你的身体拥有大量各种各样的白细胞——总共大约有1 000万种之多,每一种的职责分别是识别和消灭某种特定的入侵者。要同时维持1 000万支不同的常备军,那是不可能的,也是无效率的,因此每种白细胞只留下几名哨兵在服现役。一旦哪个传染性介体——所谓的抗原—一前来侵犯,有关的哨兵认出了入侵者,便向自己的援军发出请求。当你的身体制造那种部队的时候,你就可能会觉得很不舒服。而当那支部队终于投入战斗的时候,康复就开始了。P244

据认为,在10亿根骨头当中,只有大约1 根能变成化石。要是那样的话,这意味着今天所有活着的美国人-一每人都有206 根骨头的2.7亿美国人——所能留下的全部化石不过是50 根左右,即一副完整骨骼的四分之一。当然,这还不等于说,其中任何一块骨头化石将来真的会被发现。记住,它们可以被埋在930多万平方公里国土的任何地方,而这些土地只有很小的一部分会被翻动,小得多的部分会被仔细查看。因此,要是这几根骨头的化石能被发现,那简直是个奇迹。从任何一种意义上说,化石越来越稀有了。在地球上生活过的生物当中,大多数都已无影无踪。据估计,在1万个物种当中,不足1种有化石记录。这本身就是个极其微小的部分。然而,要是你接受普遍认为的关于地球产生过300亿种生物的估计,以及理查德·利基和罗杰,卢因(在《第六次大灭绝》中)关于25万种生物有化石记录的说法,那么那个比例就减少到了只有1  120 000。无论如何,我们掌握的只是地球所产生的所有生命的最起码的样品。

而且,我们掌握的记录是极不平衡的。大多数陆生动物当然不会死在沉积物里。它们倒在旷野中,不是被吃掉,就是任凭腐烂或被风雨剥蚀得一千二净。结果,化石记录极其有利于海生动物,有利到了近乎不可思议的程度。在我们所掌握的化石当中,大约有95%是曾经生活在水下,大部分在浅海里生活的动物的化石。P250

我们在地球上只能存在短短的几十年,因此几乎不可能体会到寒武纪大爆发离我们有多么遥远。要是你能以每秒钟一年的速度飞回到过去,那么你要花大约半个小时才能抵达耶稣的年代,花3个多星期才能返回人类起始的时刻。但是,你要花上20 年的时间才能抵达寒武纪初期。换句话说,那是在很久很久以前,当时的世界还是另一个模样、P253

然而,有一种动物确实成功地溜过了关,那是一种蠕虫状的小家伙,名叫皮卡虫(Pikaia gracilens)。据发现,它有一根原始的脊柱,从而成了包括我们在内的所有后来脊椎动物的已知的最早祖先。皮卡虫在布尔吉斯化石中根本不多,因此天知道它们是差多么一点儿走向灭绝。古尔德有一句名言,明确说明他认为我们家系的成功是一件十分侥幸的事:“要是把生命的磁带倒回到布尔吉斯页岩的早期,从同一起点把它再放一遍,任何像人类智慧这样的东西会使其重放异彩的可能性极小。”P254

吴砺

2020.1.5      




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