喜讯:“秀恩爱,死得快”有了新证据

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秀恩爱,真的死得快

“物竞天择,适者生存”,只有适应环境,善于生存的动物才能存活。这便是达尔文提出的自然选择的主旨。说白了,动物想要拼尽全力提高自己的生存率,谁不想活下去呢?

但偏偏就有“作死”的。学名Schizocosa ocreata的狼蛛,身披自然选择演化出的、棕色有条纹的外衣,能和周围的落叶轻松混为一体,若是趴在地上一动不动,鸟儿根本不会发现它。

一起来找茬之请找出上图中的蜘蛛 | UNIVERSITY OF CINCINNATI

一起来找茬之请找出上图中的蜘蛛 | UNIVERSITY OF CINCINNATI

直到有一天,爱情降临了。性成熟的雄狼蛛,前肢上长着黑色的刺毛。为了求爱,他们在雌狼蛛面前大肆舞蹈,挥舞飘逸的“手毛”。这让蜘蛛专家乔治·尤兹(George Uetz)感到担心,怕蜘蛛在博取美人一笑的同时,可能也会吸引饥饿鸟类的注意。为了证明蜘蛛尬舞的危险性,尤兹请另一位生物学家特里西亚·尤比(Tricia Rubi)训练了一群人工饲养的冠蓝鸦(Cyanocitta cristata)来协助他。尤比让冠蓝鸦看地面上落叶和蜘蛛的影像,教它们如果发现了蜘蛛,就用嘴啄一个按钮。冠蓝鸦能毫不费力地找到“尬舞”的雄蜘蛛,却很难发现趴在地上一动不动的雄蜘蛛。可见,对鸟类而言,跳舞的蜘蛛几乎是送到面前的外卖。

冠蓝鸦 | Wikipedia

冠蓝鸦 | Wikipedia

那……为什么还要秀?

公狼蛛为什么要舍弃自然选择带来的生存优势,用生命去跳舞?其实,不只狼蛛的求爱舞,许多动物的特征也都不但对生存没有一点用处,还可能成为生存的累赘,比如孔雀的羽屏,蟋蟀的鸣唱等等。

为此,达尔文提出性选择理论,作为自然选择理论的补充。他说,那些美丽的特征,虽然无补于生存,却可以吸引配偶。狼蛛跳舞,是因为母狼蛛喜爱他的舞姿。“舞王”能吸引母蜘蛛,繁殖许多小蜘蛛。随着时间推移,代代相传,那些更善于吸引异性的动物会留下更多的后代,他的儿子还会继承他的舞步,这样一来,于是雄性动物的装扮和表演变得越来越华丽、繁琐。

孔雀华丽的羽屏也是性选择的结果 | pxhere

孔雀华丽的羽屏也是性选择的结果 | pxhere

还有更夸张的。性选择的战术其实十分繁杂,除了靠颜值和才华,有些动物甚至使出奇招,直接“自残”甚至“献身”,可以说是与“生存”背道而驰。比如有些狼蛛,用来传输精子的器官,是长在嘴边的一对胡须状的东西,叫须肢。许多种类的雄蜘蛛,在交配之后,都会折断自己的须肢,充当“塞子”,堵住雌性的外生殖器;姬蛛科的Tidarren argo,甚至会在交配之后被雌性吃掉。但他的须肢会代他完成传递子孙大业,还能堵上通道,阻止下一只蜘蛛授精。这可谓是牺牲自己,也要交配。

姬蛛科的Tidarren argo | arachno.piwigo.com

姬蛛科的Tidarren argo | arachno.piwigo.com

性选择究竟为何存在

让我们讲回前面的狼蛛——如果公狼蛛跳舞是为了讨母狼蛛的喜欢,那么母狼蛛为什么会喜欢跳舞呢?这种品味看上去华而不实,甚至让公狼蛛直接被吃丧命,显然违背了自然选择提高生存率的宗旨。对此,达尔文一直没有提出一个像样的答案。他自己也对此感到苦恼。他甚至说过:“看到孔雀的尾巴,我就觉得反胃!”

孔雀:我也不容易啊,只想求个伴儿 | giphy

面对“性选择”的谜题,新一代的进化论者知难而上,提出了自己的答案。演化遗传学家费希尔(Ronald Aylmer Fisher)就是其中的一位代表。在达尔文提出性选择40多年之后,他为这个摇摇欲坠的理论,提供了新的支柱。

费希尔说,如果一群孔雀(或别的什么动物)里,偏爱美丽羽毛的雌孔雀占到多数,即使这个“多数”只是比不爱华丽羽毛的孔雀略多,这种偏好也会逐渐膨胀,发展成一种狂热的流行风尚。那些不喜欢华丽羽毛的雌孔雀,会选择朴素的伴侣,生下朴素的儿子。而相貌平凡的小孔雀长大之后,因为多数雌孔雀喜欢华丽的羽毛,所以他们只能受到少数雌孔雀的青睐,生育较少的后代。总之,喜欢朴素的雌孔雀,也许会有正常数量的儿子,但不会有很多孙子。

所以,雄孔雀的华丽羽毛(或者雄狼蛛的舞蹈),会跟着雌孔雀喜爱“花里胡哨”羽毛的本能,一同进化。不喜欢漂亮羽毛的雌孔雀“理智”的选择,反而会减少她们的后代。自然界里那些最华而不实,铺张浪费的特征,就如同流行的服饰或明星一样,人人追捧,唯恐落后,落后于“时尚”者,会受到时尚的惩罚。

还有一些人,关注于“绣花枕头”内藏的实际价值。他们认为,孔雀羽毛和狼蛛跳舞,并不是像我们想的那么无用,而是雄性优秀基因的表现。进化生物学家汉密尔顿(William D. Hamilton)和朱克(Marlene Zuk)认为,光鲜亮丽的外貌,恰好可以说明雄性动物身体健康,没有寄生虫。

动物行为学家扎哈维(Amotz Zahavi)更加大胆,他说,雌性动物之所以喜爱作死的舞蹈和华而不实的羽毛,正是因为它们是累赘,就像漫画里的负重练功服一样——背负着这些累赘,还能活下来的雄性动物,自身一定是非常强壮,非常优秀的。

性选择与自然选择相悖吗?

不论是哪种原因,采用何种方式,性选择的目标都是打败对手,提高自己的交配成功率,也就是把“留下后代”放在第一位。而这常常与自然选择优先考虑“自己的生命”是相悖的。但无论是自然选择还是性选择,都是为了提高生物在演化上的成功程度。达尔文身处的维多利亚时期,是一个对性方面话题相当保守的时代。如果他活到今天,看到性选择理论的发展,肯定会大跌眼镜。

性选择的背后并没有一个有节操有智慧的设计者,我们今天能看到动物做出种种“不要命的”、“下流的”行为,只是因为在进化史上,这样做的动物,留下了更多的后代而已。

参考文献

  1. [美]爱德华·O·威尔逊(Edward O. Wilson). 社会生物学——新的综合[M]. 毛盛贤、孙港波、刘晓君等译. 北京:北京理工大学出版社,2008.
  2. [美]海伦娜·克罗宁(Helena Cronin). 蚂蚁与孔雀——耀眼羽毛背后的性选择之争[M]. 杨玉龄译.上海:上海科学技术出版社,2001.
  3. Tricia L. Rubi, David L. Clark, Jonathan S. Keller, George W. Uetz. Courtship behavior and coloration influence conspicuousness of wolf spiders (Schizocosa ocreata (Hentz)) to avian predators. Behavioural Processes, 2019; 162: 215
  4. Knoflach B, van Harten A. Tidarren argo sp. nov.(Araneae: Theridiidae) and its exceptional copulatory behaviour: emasculation, male palpal organ as a mating plug and sexual cannibalism. Journal of Zoology. 2001 Aug;254(4):449-59.

(编辑:八云)

你家逼你上补习班考公务员,不是不看好你,是不看好未来

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经济学研究的是人们如何做出选择。社会学研究的是人们其实并无多少选择余地。

——经济学家James Duesenberry

最近在读一本书,“Love, Money & Parenting”,爱、金钱、和孩子。两个作者分别是耶鲁大学的经济学教授法布里奇奥·齐利博蒂(Fabrizio Zilibotti)和美国西北大学的经济学教授马赛厄斯·德普克 (Matthias Doepke)。这本书不是在讨论“怎样才是最好的育儿法”,而是提出,大部分父母其实已经下意识地选择了对孩子最好的育儿法,而且这种选择会受到经济力量的影响。

比如说,为什么现在很多人感觉育儿压力越来越大,为什么从前的孩子可以自由玩耍,现在的孩子却不得不面对无穷无尽的补习班呢?为什么国内流行“鸡娃”(即给娃打鸡血),虎妈,狼爸?为什么美国也出现了在娃身后不断盘旋为之铺路的直升机父母?因为“父母之爱子,则为之计深远”,父母的目标很简单:让孩子未来过得幸福快乐,希望孩子拥有更多的选择。假如社会不会给弱者选择,假如弱者根本就不可能幸福快乐,那么孩子就必须成为强者。没有第二条路。这是唯一的道路。

从本质上来说,父母选择怎样的育儿方式,不取决于父母小时候的经历,而取决于父母对孩子现在与未来的预测。

从经济学角度来说,一个社会越是①贫富差距大,胜者通吃败者穷死,②教育回报大,而优质高等教育资源非常稀缺,父母就越可能“主动推娃”。而一个社会越是①贫富差距小,再分配后弱势群体福利多,②教育回报不大,优质高等教育资源比较多,父母就越可能推崇“自由快乐教育”。

下面总结一下书里解答的三个问题——你是,或者未来可能是,什么样的父母?是什么让我们成为了这样的父母?还有更好的选择吗?

Love, Money, and Parenting,普林斯顿大学出版社,2019年2月,ISBN:9780691171517

Love, Money, and Parenting,普林斯顿大学出版社,2019年2月,ISBN:9780691171517

你是,或者未来可能是,什么样的父母?

先来做个小测试,即使你还没有孩子也可以测测看——

Q:单选题,你觉得最应该培养孩子的什么特质?

A,独立性 independence

B,想象力 imagination

C,懂事听话 obedience

D,勤奋努力 hard work

假如你选择了“独立性”或者“想象力”,那么你最可能是“尽量不干涉孩子的选择”的宽容型家长。假如你选择了“懂事听话”,那么你最可能是“孩子想啥不重要,重要的是按我说的做”的专制型家长。假如你选择了“勤奋努力”,那么你最可能是“孩子需要引导和影响,要说服他们做正确的事”的权威型家长。

家长其实可以分为四类,根据“对孩子的严格程度,是否严格确保孩子做到应该做的、正确的事”,“对孩子的支持和回应程度,是否积极地支持和回应孩子的需求”两个来分。

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最糟糕的父母是“不参与型”(uninvolved),就是不严格(因为压根不管教),也不支持不回应孩子的需求,放孩子自行成长(自生自灭)。

严格要求孩子,但不太支持和回应孩子需求的,是专制型(authoritarian)父母。这类父母最重视的是规范孩子外在的言行,孩子必须严格遵循父母的指示行事,绝不允许忤逆。解释是多余的,服从是必须的。

宽容,不太要求孩子,对孩子的需求会积极支持和回应的,是宽容型(permissive)父母。这类父母对孩子抱有极大的乐观主义精神,相信只要给孩子提供足够资源,静待孩子成长,孩子自然会走上正确的道路。

对孩子有很高要求,同时对孩子的需求也会积极支持和回应的,是权威型(authoritative)父母。这类父母重视影响孩子的内心价值观,认为要给孩子高标准,严要求,同时也会努力告诉孩子为什么要这么要求,以便让孩子内心接受这些要求,乃至内化成自律标准。权威型父母以引导为主,但在非常重要的事情上也会偶尔采用强制手段。

via unsplash

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权威型父母,往往是虎妈鸡娃的主力。而假如权威型父母在育儿上投入得足够多,就可以晋升为“精细育儿”( intensive parenting)——书里给“精细育儿”定的典型标准是,父母每周和孩子至少讨论一次孩子在学校的状况。

估计大多数中国家长都惊呆了,什么?这就算精细育儿了?难道不是每天至少问一次孩子今天学了啥?学得怎么样?老师表扬你还是批评你了?你有没有拿到一百分?为什么没有拿到一百分?嗯?这就是欧美为什么觉得我大中国全是虎妈的原因……

经济学家还发现了一件很有趣的事。重视“勤奋努力”的家长(其中大多是权威型)所占的比例,和显示贫富分化的基尼系数是成正比的。一个地方的贫富分化越严重,那个地方的家长就越是以“拼命工作”为首要美德。90%的中国和俄罗斯受访家长赞许“勤奋努力”。只有15%的俄罗斯家长和23%的中国家长最重视“想象力”。而像瑞典、挪威、芬兰这些北欧国家,贫富分化不那么严重,人们也就不那么重视努力工作——这并不是说北欧人都是不肯工作的懒人,而是他们倾向于把“想象力”这些“奢侈品”,放在比“勤奋努力”更重要的位置上。也正因如此,北欧盛产宽容型父母,宽容程度到在国内看来绝对是“教出熊孩子的熊父母”的程度。

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书里举了瑞典为例子。瑞典人不赞成体罚, 不赞成口头责骂,不赞同给孩子压力,孩子十三岁前不会被打分,甚至不赞同约束孩子——孩子的天性本来就是这样嘛。学龄前的孩子怎么可能安静地坐在桌边呢?那不是虐待儿童吗?

作者齐利博蒂曾经和瑞典朋友一起去家庭野餐,结果瑞典朋友的四岁孩子开始闹脾气,不想野餐,想去做别的事情。然后父亲的反应是什么呢?“不好意思,我儿子压力太大了”。于是野餐结束。齐利博蒂目瞪口呆地心想,“这时候难道不是应该告诉孩子,‘乖,我们正吃饭呢,忍一忍’吗?”

还有一回,齐利博蒂去另一户瑞典人家里拜访,主人家的六岁孩子冲客人喊,“闭嘴!我在看电视呢!”瑞典父母们笑了一下,然后温和地建议说,咱们成年人要不就换个房间聊天吧,免得打扰到孩子看电视。

全世界的孩子每周花多少时间做作业?上海学生每周13.8小时。美国学生每周6小时。英国学生每周5小时。北欧学生每周3小时——而且还有些家长抱怨工作量太大,建议完全免除家庭作业。

难道北欧人基因里天然就写着佛系,中国人基因里天然就写着推娃?

并不是。

是什么让我们成为了这样的父母?

张华考上了北京大学,李萍进了中等技术学校,我在百货公司当售货员,我们都有光明的前途。

——新华字典1998修订本

影响父母决策的最深远力量,就在经济因素里。当然文化和价值观也会影响父母,但经济因素也能影响文化和价值观。

举个例子,专制型父母曾经占据主流,为什么现在越来越少父母选择专制?因为专制父母在过去的世界是行得通的。人们的生活曾经围绕着家庭进行,一个人一辈子都很少背井离乡,孩子们往往子承父业,或者和父母一起耕种家里的田地,一起在家里织布喂猪。孩子时时刻刻在家长的眼皮下,令行禁止是可能的,专制育儿也是可行的。

但现在的情形完全不同。孩子要在远离家长的地方,学着家长不懂的课程,最后在远离家长的地方,做着家长没做过的工作。家长不能再时时刻刻陪伴在侧,学业和事业都要靠孩子的自觉与自律。于是“我说你做”的专制育儿行不通了,因为孩子需要自己独立做出很多决定。

所以,家长必须说服孩子,必须能影响孩子的内在价值观,才可能让孩子“自我驱动”,取得成功——这是权威式育儿。

或者,家长只能提供足够的支持,等着孩子自发形成良好的价值观,然后“自我驱动”,取得成功——这是宽容式育儿。

那到底选权威还是宽容呢?

对父母决策影响最大的两个因素,第一个就是长大后的贫富差距是大还是小。第二个因素,就是教育回报率是高还是低,以及优质教育资源是稀缺还是普遍。

作者发现,“经济不平等”比“经济发展的总体水平”影响更大。人人都穷的地方,可能穷则思变,但也可能大家都穷得安贫乐道。而“朱门酒肉臭,路有冻死骨”,却一定会激起“吃得苦中苦,方为人上人”的强烈愿望。在贫富差距小,且优质教育资源比较广泛分布的地方,宽容型父母就会占据主流。

作者德普克来自德国。他小时候的德国有如下特点,①上啥大学对未来影响不大。大学全免费,水平差不多,只要一个人能通过高中考试,那么上哪里都行,简单地说,十八岁前做的大多数事情对未来没有长久影响,只要最后60分通过就好,②不上大学,对未来影响也不大。那些德国孩子往往上职业学校或者学徒项目,最后在家里附近的汽车厂当工人,赚到的薪水也挺好,和教师甚至医生赚得差不太多。而且工人的社会地位也不错,并不会低人一等,失业率也低。总之,读书不好,不影响过上体面生活。

在这样的环境里,德国父母自然乐于给孩子无忧无虑的童年。孩子们常常自己在外面玩到太阳落山,想去朋友家就去朋友家。家长既不给孩子检查作业,也不给孩子安排课外班,一切顺其自然。

许多现在的北欧国家也是如此,贫富差距小,学校之间差距也小。于是北欧父母佛系宽容,让孩子们快乐,培养他们的创造力、想象力和独立意识,等待孩子自己去发现自己喜欢什么,擅长什么。在学校表现出色不是头等大事,在学校暂时落后也不是世界末日。因为有足够兜底的社会保障体系,同时,人生中会得到很多的“第二次机会”,一开始失败了没关系,下一次可以做得更好。

那,如果在贫富差距大,教育回报率高,优质教育资源稀缺的地方呢?

这时候,努力推娃的权威型精细育儿,就可以显出优势了。

优势一,精细育儿会提升孩子的学业成绩。

比如说,国际学生评估项目(PISA)数据显示,精细育儿教出来的孩子大多是成绩最好的。研究者检验了11个地区的数据,其中9个地方,精细育儿明显提升了孩子成绩(香港、澳门、韩国、智利、匈牙利、意大利、墨西哥、葡萄牙、克罗地亚)。以韩国为例,非精细育儿的孩子的数学平均分为540,而精细育儿的孩子数学平均分为563分,相差23分。阅读和科学成绩也有类似的差异,阅读差24分,科学差22分。只有比利时和德国是例外,在这两个国家,精细育儿的加分效果几乎为零。

是因为精细育儿的父母往往学历高基因好吗?不是。拥有两个高学历的父母,只会让孩子的数学成绩平均提高7分。而父母采用精细育儿,则能让孩子的数学成绩提高20分以上。因此,与父母的教育水平相比,精细育儿能更显著地提升孩子的成绩。

于是,教育资源竞争激烈的地方,精细育儿就会成为主流。比如说,法国和日本的经济不平等程度并不高,但由于存在着远超出平均水准的少数“顶尖大学”,从这些大学毕业意味着极高的人生起点。结果是,为了竞争这些稀缺的名额,法国和日本的家长们大多数倾向于精细育儿。美国也同样如此,每年美国家长们为了把孩子送进常春藤名校真是绞尽脑汁,同时,美国的经济不平等还高于法国和日本,这就让美国的家长焦虑程度甚至更高。日本和美国都有家长从幼儿园就开始推娃——努力上一流幼儿园,才能上一流小学,才能上一流中学,才能上一流大学。这是一个早早开始的漫长而残酷的竞赛。

中国的情况不必说了,大家都懂的。

优势二,权威型育儿会促使孩子的阶层向上流动,让子女最终处于比父母更高的社会经济阶层。

英国的研究结果是,在宽容、专制、权威三种育儿方式里,宽容型育儿是最难让孩子阶层向上提升的。相比宽容型育儿,专制型育儿把向上流动的可能性增加了7% ,权威型育儿把向上流动的可能性增加了13%。也就是说,“阶层向上流动”对孩子未来的幸福越重要,家长们就会越努力地推娃。

其实父母并不享受推娃,即使在中国,网上也流传着各种“辅导作业心肌梗塞”的黑色笑话。推娃需要父母付出高昂代价,经济上要支付昂贵的补习费用,还要付出大量时间精力去陪伴引导,孩子的反抗也会恶化亲子感情,过大的压力对孩子的心理健康也不好……然而在某些地方,考虑到孩子的未来,推娃的投入又是完全值得的。孩子成为一个平庸的艺术家,在哪个社会里都算不上太好的事。但在一个没有安全网的社会里,这种未来就显得尤其糟糕,随之而来的贫穷、社会排斥和健康问题,都可能是致命的。

还有更好的选择吗?

有个看法是,虽然推娃让娃也痛苦,家长也痛苦,但是对某个国家或地区来说,推娃加强了整体竞争力。因此,推娃是一种“必要之恶”。

并非如此。推娃也许对于家庭来说是“局部最优策略”。但对于整个社会而言,却不是“整体最优策略”。

精细育儿需要付出的代价太高了。贫民可能完全支付不起,从而导致有些孩子从出生起就注定失去了机会。中产也可能支付得极为吃力。由于富人也在搞精细育儿,于是许多育儿服务的价格就会向着富人愿意支付的价格不断上移。就像房价最终取决于“少数富人愿意支付的价格”,而不是“大多数想买房的人能支付的价格”。育儿服务的价格趋势也是如此。

对社会的第一个后果,就是许多人的生育意愿大为下降——家庭支付不起多个孩子精细育儿的代价。有个研究比对了中国在独生子女时代,那些碰巧生下双胞胎的家庭后续,发现双胞胎比独生子女接受高等教育的可能性要低40% ,上高中的可能性也明显要低。这个时代已经不是靠体力挣钱,而是靠教育和头脑挣钱,所以很多家长会认为,精养少数娃的经济回报>粗养多个娃的经济回报。

但精细育儿实在太累。就像电影院里原本大家都坐着看电影,忽然有人站了起来……最后所有人都站着看电影,电影不会因此变好看,看电影的人都疲惫不堪,有些人索性不再带下一代入场……最后,电影院的总收入不增反减了。

对社会的第二个后果,就是产生了很多无意义的内耗,也就是经济学家所认为的“外部性”(externalities)。在商业世界中,外部性的一个常见例子是污染与公地问题。如果一个工厂的污染对其邻居的健康和福祉产生了负面影响,或者如果许多渔船在同一海域拼命捕鱼而导致鱼类种群枯竭,那么自由放任并不是最好的解决办法。当某些人为规定的名额提前透支了下一代的机会和潜力时,外部性也就产生了。

原本某个技能孩子只要掌握到6分就好,然而由于教育和阶层流动只留下了一道窄门,于是为了挤过窄门,孩子们不得不纷纷把技能练到9分。所有人都竭尽全力,为的不过是留在原地。为了增加这意义不大的三分技能,孩子们额外付出了想象力的代价,创造力的代价,抑郁焦虑的代价,缺少锻炼容易近视的代价……而最后,这场零和游戏里,依然只会有少数赢家。

不仅如此,由于机器人的飞速发展,几十年后,许多现在最有声望的职业可能会走下坡路。放射学、外科手术、律师、飞行员、金融从业者……都可能面临危机。只有少数顶级从业者能继续成功。而对程序员、数学家、工程师的需求将继续增长。主修“正确的专业”将变得越来越重要。而一些拼命努力进入“正确的学校”,却选修了“错误的专业”的孩子和家长可能会失望地发现,多年的不懈努力没有得到回报,孩子的职业前途不如预期的那么光明 。

有别的路可行吗?

北欧有个不走寻常路的奇葩——芬兰。芬兰的孩子,似乎“不需要很麻烦很累就可以考高分”。

芬兰的贫富差距较小,优质教育资源也比较平均分布。芬兰的教育系统,是低竞争和低压力的。芬兰小孩在幼儿园只是通过游戏来学习,正式上学后无论是公立学校还是私立学校,无论是在农村还是在城镇, 从小学到大学,学校的教育质量差异都不大。芬兰学校不搞排名,孩子们不会收到数字评分,家长们也不知道孩子学得如何。教师的确会定期进行考核评估,但只有老师会得到关于某个学生的”非常好”或者”需要练习”的反馈。评估的目的是更好地因材施教,不是为了给学生排名或督促他们更努力地学习。

芬兰孩子也需要参加两次重要考试,类似于中考和高考。但因为高中教学质量相差不太大,所以中考压力并不大。至于芬兰的高考,则不但要考察学术问题,还要考察学生理解和处理现实问题的能力,比如讨论失业、节食、政治、体育道德、甚至流行乐等问题。学得差的孩子不会被留级,而是会得到更多关照。而且由于学校专注于支持差生,所以辍学率也很低。

这样教出来的芬兰孩子,成绩居然很不错。

在2015年的国际学生评估项目(PISA)里,芬兰孩子排在第五位——低于新加坡、日本、台北这些精细育儿高发区,但赢过了澳门、香港、中国的北京-上海-江苏-广东(B-S-J-G)、韩国这些同样精细育儿为主流、大人小孩都非常拼的地方。同时,芬兰人成年后的工作能力也不错,尽管工作时间比美国和中国的工人要短,但芬兰在创新能力方面位居世界前列。

芬兰人做对了什么?又快乐又高分的教育是怎么能存在的?

答案是,芬兰极其重视教师的水准。所有芬兰教师都必须至少拥有硕士学位。教师在芬兰的社会地位极高,很受尊敬。结果是,芬兰硕博们最喜欢的职业之一就是教师,每年申请的人大排长龙,这又反过来让芬兰可以挑出最优秀的人才当教师,从而又进一步提升了芬兰教师的声誉和社会地位。芬兰教师的工资只是平均水准,但由于工作环境好,内在满足感高,教师依然是很受欢迎的职业,人才也很少流失。这些一流人才能想出各种办法,让聪明的孩子有机会自由发展,让慢热的孩子有机会继续追赶。

总而言之,提升教师水准,是一条可行的办法。

还有四条很重要的办法,一是降低贫富差距,增加社会流动性。二是改变教育系统,让高质量的教育资源,能惠及更广大的群体。三是广设便宜而可靠的托儿服务和公立幼儿园。高质量的公立托儿服务让贫穷父母(特别是单身母亲)有机会去打工改善家庭经济,同时也让不同社会经济背景的儿童有机会接触彼此共度时光。这也是北欧长期采用的做法。

四是对弱势家庭的孩子进行早期帮助。在美国,许多研究发现对底层幼儿与家长的早期干预取得了很好的效果,这些孩子后来的学历和收入都更高,更健康,亲密关系更幸福,犯罪率更低,失业率更低,更不可能依赖福利。比如佩里学前教育项目(Perry Preschool Project)就让参与的孩子暴力犯罪率减少了65% ,被拘留率减少了40% ,失业率降低了20% ……孩子们的未来改善了,而社会也从中获益:得到了良好的人力资源,且节省了法律系统和警务监狱系统的开支。

但这些办法,都是政策制定者才能做到的事。

过度养育并不是好事,而且也正在让整个社会都付出代价。然而,要改变这一切,靠强制号召家长“快乐养育”是没有用的。唯有整个社会的现状和未来发生根本性的变化,才有可能让家长改变养育方式,因为那时,家长对孩子未来的预期改变了。

至于家长们,咱们就……看开一点吧。

每一个时代都有自己独特的育儿策略。这个时代的精细育儿,至少好过之前的专制育儿。也许等现在的孩子长到为人父母时,社会能变得更适合“快乐宽容育儿”。至于此刻此地,大势所趋,该上的补习班还是上吧。拍拍自己和孩子的肩膀,都不容易。

不用颜料,如何画出比芝麻还小的《蒙娜丽莎》?

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审稿:秦德韬(京都大学细胞-物质统合科学研究所Sivaniah研究室特定研究员);蒋涵东(京都大学Sivaniah研究室分子工学研究生)

想象一下,假如给你一张1毫米宽的画布,没有笔,也没有颜料,你能否在上面绘制出一幅清晰的画作呢?你或许会觉得这个任务太难,甚至完全不可能实现。但最近,日本京都大学细胞-物质统合科学研究所(iCeMS) Easan Sivaniah教授带领的研究团队,就创造出这样的“奇迹”,他们绘制了迄今为止世界上最小的名画——“神奈川冲浪里”,宽度仅有1个毫米。

更令人不可思议的是,这张画没有使用任何颜料或墨水。

“神奈川冲浪里”(又名“巨浪”)是一幅彩色浮世绘版画作品,它是日本艺术界的泰坦葛饰北斋(1760-1849)的代表作,原画尺寸是25.7cm×37.0cm。图片来源:iCeMS

“神奈川冲浪里”(又名“巨浪”)是一幅彩色浮世绘版画作品,它是日本艺术界的泰坦葛饰北斋(1760-1849)的代表作,原画尺寸是25.7cm×37.0cm。图片来源:iCeMS

这项研究颠覆了传统打印理念,研究成果已于本月(2019年6月)发表在顶级期刊《自然》(Nature)杂志上[1],其中有两位研究成员(秦德韬与蒋涵东)来自中国。

不用颜料,能呈现色彩吗?

人类自古就有追求艺术的天性。早在三万八千年前,印度尼西亚人就用赭石在“Lubang Jeriji Saléh”洞穴的墙壁上绘制出公牛的图形,留下人类已知最早的具象绘画。从那时起,人类就在不断尝试各种绘画创作。自上古石器时代的“手绘”,到后来的水墨画、油画,再到今天的各种街头艺术,几乎都离不开对墨水颜料的依赖。就算是数字绘画,想要将它们打印出来,同样离不开墨盒。

目前已知最早的具象手绘:Lubang Jeriji Saléh洞壁上的公牛。图片来源:Nature|Luc-Henri Fage

目前已知最早的具象手绘:Lubang Jeriji Saléh洞壁上的公牛。图片来源:Nature|Luc-Henri Fage

然而,在大自然中,却存在着不用颜料就可以呈现缤纷的色彩的现象,比如蝴蝶的翅膀,昆虫的甲壳,以及那些有虹彩效应的鸟羽。地球上许多的生物的颜色,实际上并不是化学色素,而是通过其表面结构和光线之间的相互作用,产生令人目眩神迷的斑斓色彩。这种非颜料型的色彩现象被称为“结构色”。

金龟子的结构色及其微观结构。图片来源:Wikimedia Commons、参考文献[2]

金龟子的结构色及其微观结构。图片来源:Wikimedia Commons、参考文献[2]

那么问题来了,我们能不能利用结构色的原理来绘图呢?答案是肯定的。这次iCeMS团队创造的新型打印技术,就蕴含着结构色的原理。

如何“人造”结构色?

这样的结构色是如何“制造”出来的呢?

原来,在聚苯乙烯等高分子材料中存在着一种特殊现象——当这些高分子受到水平方向上的拉力时,会产生细长的纤维,即“原纤维”,原纤维的形成会产生强烈的视觉效果。打个比方,拿起一把透明塑料尺反复掰,尺子受力的部分就逐渐变成半透明的白色。

iCeMS的研究人员发现,通过控制微观下原纤维的形成过程,并按一定的规律来排列,排列后的原纤维就会反射不同光线产生鲜亮的色彩。

“无墨打印”原理示意。图片来源:参考文献[1]

“无墨打印”原理示意。图片来源:参考文献[1]

打印过程需要先制备光敏聚合物薄膜,然后在薄膜中引入光学“驻波”,这种驻波的作用是给材料分层施加能量。于是薄膜上就有了获得能量的“交联层”和没有能量的“非交联层”交替排列,使交联层间产生应力。将薄膜放入相应溶剂,非交联层会生成细小纤维释放应力,形成能够干涉光线的层状结构。以《蒙拉丽莎》为例,“打印纸”是硅片,“墨水”是聚苯乙烯。“打印”过程需要先将光敏高分子溶液涂在硅片上形成薄膜,然后把薄膜放在micro-led仪器中进行交联(micro-led是一种光学仪器,仪器上有成千上万个小的led灯,每个led灯可以独立开关)。

iCeMS的研究人员正在超净间中操作micro-led。图片来源:iCeMS

iCeMS的研究人员正在超净间中操作micro-led。图片来源:iCeMS

在交联前,研究人员会将蒙娜丽莎的图片在电脑中转成CAD的图片格式,由micro-led读取CAD格式,并控制各个小灯的亮和暗(比如,蒙娜丽莎的面部有颜色,那么位于蒙娜丽莎面部上方的那些小led灯是,从而这部分的薄膜被交联了;而她的头发是黑的,那么位于头发上方的的小led灯是关闭的,这部分的薄膜就没被交联)。

“蒙娜丽莎”图片转为CAD格式示意图。图片来源:参考文献[1]

“蒙娜丽莎”图片转为CAD格式示意图。图片来源:参考文献[1]

将交联好的薄膜在溶剂中浸泡一段时间,交联部分的薄膜在溶剂中应力释放,形成层状结构,未交联部分没有层状结构,这样一来,图案就能显现了。这一发现被命名为“组织性微纤维化”(Organized Microfibrillation, OM),它的色彩范围能够覆盖由蓝到红整个可见光光谱。从此,一种革命性的新型“调色板”产生了。有了OM无墨打印,印刷再也不必受限于墨水和颜料。

使用不同的分子量的聚苯乙烯和不同交联照射光波长,能得到各种各样的颜色。图片来源:参考文献[1]

使用不同的分子量的聚苯乙烯和不同交联照射光波长,能得到各种各样的颜色。图片来源:参考文献[1]

无墨打印,不仅是省墨那么简单

与传统打印相比,这种无墨打印技术实现了很多新的突破。比如它打印出的图案分辨率可高达每英寸14000点数,也就是说每英寸(2.54厘米)的长度上放置14000个墨点。而目前喷墨打印机所能达到的理论极限是4800点数,但如果真的在普通的纸张上用这个规格来打印,纸张对墨水等吸收过饱和,墨水就会糊成一团。

运用OM无墨技术打印出亚毫米级别的高清艺术图案。你看到蒙娜丽莎的微笑了吗?图片来源:iCeMS

运用OM无墨技术打印出亚毫米级别的高清艺术图案。你看到蒙娜丽莎的微笑了吗?图片来源:iCeMS

与此同时,这种打印技术的应用范围也很广。京都大学的研究人员已经证明,这项无墨打印技术适用于多种常用的聚合物(如聚苯乙烯和聚碳酸酯),能在各种饮料瓶、食品药品塑料包装;同时也适用于在透明的玻璃材质上进行打印。人们可以使用这项技术来制造类似水印的安全标签,以显示产品是否被打开过包装或遭到过破坏,抑或是用来制造塑质钞票上的防伪图案。

显微镜下OM打印呈现出的多层微孔结构。图片来源:参考文献[1]

显微镜下OM打印呈现出的多层微孔结构。图片来源:参考文献[1]

另外,从显微镜观察可以发现,这项技术印制出的高分子是一种多层微孔结构。这种结构能够让液体或气体流入,并在其内部实现连通,同时这种网状结构又具有透气性和可穿戴性特色。人们或许可以依此制造出一种柔性的“流体线路板”,将其安置在人皮肤表面或者隐形眼镜内。皮肤或眼睛的分泌物流入线路板微孔后会造成多层结构物理性质的改变,对这些物理性质进行分析就可以收集到人体相关的生物医学信息,然后通过信号传输及时上传给云数据空间或医护人员。

论文的第一作者伊藤真阳表示,未来可以在多项基础科学领域延伸这一突破性研究。“我们已经展示可以在亚微米尺度上通过控制应力从而控制高分子的结构”“而我们知道,金属和陶瓷承受应力时也能产生裂纹。如果未来能用类似方法在这些材料也实现对裂纹形成的操控,将会同样令人激动振奋。”

参考文献

  1. Structural color through organized microfibrillation in glassy polymer films. Masateru M. Ito, Andrew H. Gibbons, Detao Qin, Daisuke Yamamoto, Handong Jiang, Daisuke Yamaguchi, Koichiro Tanaka & Easan Sivaniah. Nature. 570, 363–367 (2019) (玻璃性高分子组织性微纤维化产生结构色彩)
  2. Arwin, H., Berlind, T., Johs, B., & Järrendahl, K. (2013). Cuticle structure of the scarab beetle Cetonia aurata analyzed by regression analysis of Mueller-matrix ellipsometric data. Optics express, 21(19), 22645-22656.

双亲共同养育,造就聪明孩子

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在我们人类社会中,除了怀胎十月的伟大母亲们,父亲在孩子的养育过程中无疑也需要扮演必不可少的角色。那么放眼自然界的诸多动物们,爸爸们又到底有多重要呢?近期的科学研究指出,从某种意义上说,是否由双亲共同育幼很可能会影响一个物种脑容量。雄性在抚育下一代时的“稳定输出”,是孩子“长脑子”的重要保证。[1]

“长脑子”为什么这么关键呢?拥有更大的脑容量好处多多,但脑是一个十分耗能的器官。静息状态下的成人有四分之一的能量消耗来自大脑,而这个数字在新生儿中高达60%。如果人类胎儿在发育时缺乏营养,那么大脑的发育也会首当其冲地受到抑制。[2]由此,研究者们提出了“昂贵大脑”的猜想:大脑发育所消耗的能量,会影响到一个物种的繁殖策略——例如脑容量更大的物种,每年生育的后代数量应该更少。[3] 投入能量精心养育宝宝的物种,有可能拥有更完善的大脑。而如何投入能量,则要从养育策略入手进行理解。

靠生还是靠养?

我们都知道,“人是铁,饭是钢”,能量是一切的根本。受到热力学定律制约的生命体需要不停摄入能量来维持自身的有序状态。演化的一大主题,就是每个物种对自己手头拥有的能量“精打细算”的过程。为了用自己摄入的有限能量生养出最多的后代,不同物种采取了迥异的策略。所谓的“r对策”生物主要靠“生”,例如翻车鱼一次能产下3亿颗卵,但缺乏看护的卵发育成成年个体的概率很低;与之相对的是注重“养”的“K对策”生物,生育数量不多但精心抚育后代的我们就是个典型。无论采用哪种对策,生殖过程都会耗费大量的能量。大多数物种在不同程度的“生”和“养”之间进行着能量的精细分配,找到了属于自己的平衡点。

翻车鱼 | Wikipedia

翻车鱼 | Wikipedia

对于以“养”为主的生物来说,除了已经在生产过程中消耗了大量能量的母亲,能够为新生儿大脑发育提供能量的不外乎父亲和其它亲属。2012年,一项针对四百多种哺乳动物的研究发现, 物种“合作育幼”的程度越高,脑容量也就越大。[4]但是,后续的研究在雀形目鸟类和慈鲷(丽鱼)中似乎就观察不到这个趋势了。这是为什么呢?

父爱影响脑容量

在今年四月份发表的一篇论文中,研究者认为原因可能在于这些之前的研究没有区分“合作育幼”是来自父亲还是其它亲属——同样是参与幼年个体的抚养,“七大姑八大姨”和亲生父亲的努力程度有着本质区别。除父母之外的其它亲属,只能给予幼崽“有条件的爱”。北美灰狼和非洲野犬的群体都由拥有生育权的一对“家长”和其它更年轻的个体组成。考虑到这些亲属自己也要填饱肚子,它们的存在对于幼崽成活率的影响并非一成不变。

成群结队的非洲野犬 | Wikipedia

成群结队的非洲野犬 | Wikipedia

当食物资源丰富时,群体里帮忙养孩子的亲戚越多,灰狼幼崽的成活率就越高;但是在资源匮乏的环境中,反而是只有夫妻二人的灰狼家庭能养活更多的狼崽。[5] 年轻的非洲野犬也是只在食物丰富的情况下才对刚出生的“表弟妹”有所帮助。[6]来自爸爸的关爱很多时候则是毫无条件,旱涝保收。生活在非洲的缟獴也是群居生活的食肉类,会对幼崽进行集体看护。如果食物短缺,那么没有亲生幼崽的缟獴可能“开小差”,减少自己的看护投入;相反,真正的爸爸妈妈们则会始终如一地呵护着“幼儿园”里的小宝宝们,不受环境影响。[7]

缟獴也是群居生活的动物 | Wikipedia

缟獴也是群居生活的动物 | Wikipedia

由此,研究者们猜测,幼体大脑发育所需的持续能量投入,只有“无条件”养育宝宝的爸爸们才能满足。在对478种哺乳动物进行分析后,他们发现父亲参与合作育幼的程度和脑容量有着显著的正相关关系,而其它亲属对物种脑容量的贡献,只在父亲在场的情况下才能显现出来。“七大姑八大姨”们有一搭没一搭的帮助,更多情况下是增加了母亲生养后代的数量而不是“智商”。[1] 由此看来,一个哺乳类物种受到的“父爱”多寡,对其脑容量的演化有着举足轻重的影响。

无独有偶,早在2010年,一项关于鸟类的研究就指出了双亲育幼在大脑发育方面的优势:有爸爸们坐镇育幼的鸟类,更倾向于孵育“早成雏”,早早出壳的宝宝在父母双方的悉心喂养下,也发育出了更大的大脑。可能是拜更复杂的大脑所赐,这些鸟类同时也有着更紧密的一夫一妻关系。[8]

北美黄林莺的蛋,幼鸟由一夫一妻制的父母共同照料 | Wikipedia

北美黄林莺的蛋,幼鸟由一夫一妻制的父母共同照料 | Wikipedia

实际上,哪怕一夫一妻的鸟类家庭中存在“婚外恋”现象,导致孩子不是雄性的后代,“养父”的投入照样会导致该物种拥有更大的脑容量。[9]

站在物种的角度来看,“生完就跑真刺激”的r对策和“夫妻双双把娃养”的K对策其实并没有高下之分,都是选择不同的能量分配、适应所处环境的结果。但是说到大脑,我们人类可是动物界的相对脑容量冠军,这也是和稳定的父母养育分不开的。对于我们每个人类个体来说,无条件的父母之爱可能是大脑正常发育的必需。而且,婴幼儿大脑具有着超强的后天可塑性,父母在生命早期的关爱陪伴,也是孩子塑造健全大脑、获得稳定依赖关系的重要条件。所以,孩子的童年,请努力不要缺席呦。

参考文献

  1. Heldstab, Sandra A., et al. “Allomaternal care, brains and fertility in mammals: who cares matters.” Behavioral Ecology and Sociobiology 73.6 (2019): 71.
  2. Lukas, William D., and Benjamin C. Campbell. “Evolutionary and ecological aspects of early brain malnutrition in humans.” Human Nature 11.1 (2000): 1-26.
  3. Isler, Karin, and Carel P. van Schaik. “The expensive brain: a framework for explaining evolutionary changes in brain size.” Journal of Human Evolution 57.4 (2009): 392-400.
  4. Isler, Karin, and Carel P. van Schaik. “Allomaternal care, life history and brain size evolution in mammals.” Journal of Human Evolution 63.1 (2012): 52-63.
  5. Harrington, Fred H., L. David Mech, and Steven H. Fritts. “Pack size and wolf pup survival: their relationship under varying ecological conditions.” Behavioral Ecology and Sociobiology 13.1 (1983): 19-26.
  6. Malcolm, James R., and Ken Marten. “Natural selection and the communal rearing of pups in African wild dogs (Lycaon pictus).” Behavioral Ecology and Sociobiology 10.1 (1982): 1-13.
  7. Nichols, Hazel J., et al. “Food availability shapes patterns of helping effort in a cooperative mongoose.” Animal Behaviour83.6 (2012): 1377-1385.
  8. Shultz, Susanne, and Robin IM Dunbar. “Social bonds in birds are associated with brain size and contingent on the correlated evolution of life-history and increased parental investment.” Biological Journal of the Linnean Society 100.1 (2010): 111-123.
  9. West, Rhiannon JD. “The evolution of large brain size in birds is related to social, not genetic, monogamy.” Biological Journal of the Linnean Society 111.3 (2014): 668-678.

(编辑:八云、李子)

唐朝人的口香糖不是薄荷,是丁香

本文来自史军的微信个人公众号“舌尖上的植物学家史军”,未经许可不得进行商业转载

在汉朝的时候,中国人就已经获得了丁香。在汉朝的《汉官仪》中就有对丁香的详细描述,只不过那个时候对于丁香的称谓还是“鸡舌香”。而这个时候,丁香已经成为广大王公贵族和大臣们的必备品,用作清新口气之用。《汉官仪》中有这样的记载,“桓帝时,侍中遁存年老口臭,上出鸡舌香与含之。”可以想见在当时,这种香料就已经成为维护口腔卫生的必备品了。

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丁香之所以能成为清新口气的用品,主要来依赖其中丁香酚,这种物质赋予了丁香一种类似香石竹(康乃馨)的味道,实际上,丁香酚也被用在,辛香型、薄荷、坚果、各种果香、枣子香等等香精及烟草香精中。而在今天,红汤火锅中,加入一点花香,就像在激昂的乐章之间添加一些轻松的衔接。让这个快节奏的味觉旅程中,有刹那放松的机会。

话说回来,中国古代的牙齿和口腔清洁也经历了漫长的发展过程,清洁口腔的用品从杨柳枝条,到特殊的揩齿布,再到青盐,中国古人的洁齿护牙工作也在不断发展。奈何缺乏我们熟悉的牙膏和牙刷这样的清洁系统,再加上很多口腔疾病得不到有效治疗。那口腔异味自然就是一个大问题了。这也就给丁香重要的位置。

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在著名的中国古代农书《齐民要术》中有了关于丁香的描述,“鸡舌香,俗人以其似丁子,故为之丁香也。”至于说丁香取代鸡舌香成为这种香料的正名,已经是唐代之后的事情了。

中国人确实尝试引进过丁香,在宋代的《开宝本草》一书中就曾经描述过丁香的种植,然而在我们看起来已经相当炎热的广东地区,对于丁香来说仍然是过于冷凉了。虽然丁香也可以在广东生长,但是产出的丁香质量完全不能与原产地相比。

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还好,中国人对于丁香这种口香糖的需求也一直不大。在德国学者普塔克(Roderich Ptak)的研究中,曾经统计了10-12世纪占婆、爪哇、三佛齐和蒲端(今菲律宾中部)进贡宋朝的物品清单。结果发现,每次朝贡的丁香数量通常只有数十斤,而同一时期朝贡的胡椒、檀香和乳香,动不动就是以千万斤为计量单位的。

也有学者认为,这是因为民间存在大量的丁香贸易和丁香使用,皇家因而不需要通过朝贡的手段获取。然而这种猜测缺乏有效证据支持,并且从推理上也存在漏洞。因为到宋朝的时候,丁香仍然是中国贵族的口香糖而已。就在中国人与丁香保持若即若离关系的同时,欧洲人对于丁香的狂热却是一直从公元前延续到大航海时代。

不育的“紫荆花”,怎么就开满了香港?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

物种日历初创那年,2015年7月1日,介绍的也是“红花羊蹄甲”。四年后,日历再次回到城市。然鹅,今年今日此文中,伊人不再,主角变成了她的孩子。

今日主角,香港特别行政区的区花。图片:JimboChan / pixabay

今日主角,香港特别行政区的区花。图片:JimboChan / pixabay

起名字真的这么随便吗

今天要说的,是代表香港的、在那里被发现的一棵树。我特地看了一眼今天日历上的学名,没错,它是Bauhinia × blakeana,内地称它为“红花羊蹄甲”,源自1952年出版的《广州常见经济植物》。而在香港,官方把这种“洋紫荆”当作东方之珠的象征,至少也超过半个世纪了。

太长不看的话,这张表大概可以总结这些纠结:

制图:紫鹬

制图:紫鹬

请允许我咆哮一句“感激林奈爷爷制定了学名”!为什么“洋紫荆”一词在两岸三地恰巧表述了三种不同的植物,真是够了!

实际上,就算只用学名,问题也没有更简单:× 是杂交的记号,因为这个杂交起源,近年来研究明白它的科学家,甚至不想给它拉丁双名法的姓名。

2005年,香港大学的研究团队从形态、物候、传粉、繁育和分子系统学各方面对它进行了详细分析,认为这种在香港诞生的、没有野外种群的植物,不能叫做物种,而只是依靠园艺工作延续的一个品种。因此,他们建议将其学名改为:Bauhinia purpurea × variegata ‘Blakeana’ Dunn。这里,前面斜体部分的种加词来自它的两个杂交亲本;非斜体单引号里的 Blakeana 是栽培品种名,由原来的种加词降格而来。其实,品种名真的可以很随意,可以用各种语言,只和卖家和培育者的心情有关,比如有种大红色的莲花品种叫做Nelumbo nucifera ‘Zhongguohongbeijing’,感受一下。

至于名字很复杂的今日主角的故事,就从它的命名人Dunn说起吧。

以“紫荆”之名

十九世纪末,有心的法国传教士将在香港岛海边一座废弃房屋旁偶然发现的树木扦插,栽种到了当时的香港植物园(Hong Kong Botanical Gardens)以及广州石室圣心大教堂一侧。1903年以后,人们惊讶地发现,香港植物园的这棵树年年都能稳定而长期地开花。1904年,植物学家邓恩(Stephen Troyte Dunn)将其发表为一个新种。为了感谢领导,种加词按照热心于植物学的香港总督卜力爵士的姓氏,定为blakeana

英国殖民地总督、在香港任期为1898~1903年的卜力爵士(Sir Henry Blake),据说也是个植物爱好者。图片:State Library of Queensland / wikimedia

英国殖民地总督、在香港任期为1898~1903年的卜力爵士(Sir Henry Blake),据说也是个植物爱好者。图片:State Library of Queensland / wikimedia

人们逐渐注意到,这棵树虽然花多,但不能结果,可能是杂交导致的不育。不过这并不妨碍人们对其扦插繁殖。据载,植物园里的那棵树,经历了数次台风而不倒。总督认为它代表独特而珍贵的香港的魅力,在1914年以后,将它推广到了各地。如今,香港栽培的都是植物园那棵树的克隆。

虽然花粉没有繁育能力,香港动植物公园里的'Blakeana'也不时有传粉者到访,比如这里吸食花蜜的叉尾太阳鸟(Aethopyga christinae)。图片:Thomas Brown/ wikimedia

虽然花粉没有繁育能力,香港动植物公园里的’Blakeana’也不时有传粉者到访,比如这里吸食花蜜的叉尾太阳鸟(Aethopyga christinae)。图片:Thomas Brown/ wikimedia

今天,植物园已经变成了香港动植物公园(Hong Kong Zoological and Botanical Gardens)。我曾傻傻地去那里“树木巡礼”,却无缘找到那棵作为模式标本的老树本体。后来仔细查文献才知道,羊蹄甲属的树龄一般不会超过五十年。但愿它是善终的,而不是毁于二战中日军的炮火。

不知广州石室旁那棵树最后命运如何,也许它真的让“红花羊蹄甲”这个中文名有个更早的基础。而香港这边,植物园在成为“公家花园”之前是“兵头花园”,即殖民地总督的私人官邸,这种洋人命名的花也自然是“洋紫荆”——虽然,它和紫荆花Cercis chinensis无关(好吧,也不能说完全无关,它们都是豆科云实亚科紫荆族的植物,祖上沾亲)。

真·紫荆。图片:Fanghong / wikimedia

真·紫荆。图片:Fanghong / wikimedia

1964年,当时的香港市政局在没有别的挑战意见的情况下,将它定为市花;1997年回归后,则有“香港特别行政区的区徽,中间是五星花蕊的紫荆花。”

DNA说明一切

2008年的新研究发现,香港区花的叶绿体DNA与羊蹄甲属的Bauhinia purpurea一致,而细胞核中的DNA片段来自B. purpureaB. variegata,这坐实了前者是母本、后者是父本的杂交起源,因为叶绿体和线粒体一样,是卵细胞才能给后代的。香港人和广州人,分不清母女俩,分别把它们叫做“红花羊蹄甲”,也是情有可原。所谓的“红花”,其实等于“从白花到紫花”。因为大部分让花表达出不同程度的红色的黄酮类化合物,只需不超过五个基因的控制,在这些位点的变异,可以让花的颜色从几乎白色到红得发紫。

父本 Bauhinia variegata,内地的“洋紫荆”。因为那一抹红斑,香港叫它“宫粉羊蹄甲”。图片:Dinesh Valke/ Flickr

父本 Bauhinia variegata,内地的“洋紫荆”。因为那一抹红斑,香港叫它“宫粉羊蹄甲”。图片:Dinesh Valke/ Flickr

除了遗传成分单一的香港区花颜色稳定,它这一家子里,当妈的花色可以说是全色系渐变制霸;当爹的也是深色浅色型都有,不过花瓣颜色不均匀,中间有明显的色斑,这是给传粉者的标记。香港大学2005年的研究统计过爹妈两家的传粉昆虫,发现有不少共同的传粉者,包括两种蜜蜂(Apis spp.)、绿翅木蜂(Xylocopa iridipennis)和玉带凤蝶(Papilio polytes)。值得一提的是,这些羊蹄甲都是完全花,雄蕊、雌蕊都有并且自交可育。不过,在这次偶遇的“一决雌雄”中,爹比妈多了两枚能育雄蕊,以及对蜂类传粉用户更友好的色斑,这大概提升了它作为雄性的概率。

红得发紫的母本 Bauhinia purpurea,只有三枚能育雄蕊。图片:J.M.Garg / wikimedia

红得发紫的母本 Bauhinia purpurea,只有三枚能育雄蕊。图片:J.M.Garg / wikimedia

偶遇,大约是在冬季。在较为温暖的香港,新年前后仍然活跃的某传粉昆虫,促成了这次姻缘。香港并不是这两种羊蹄甲的原产地,但客居此地的它们保持着各自不同的花期。母本B. purpurea主要是秋冬开花,而父本B. variegata则是常在早春未展叶时繁花满树的物种,花期是冬天到次年春天。而它们的后代不育,因此有能量花开两季,看起来全年无休。

大埔区的香港区花有可以结果的传说,然而在大埔寻觅多时,我还是没找到它。2005年的反复杂交实验也不能让’Blakeana’产生可以发育的荚果。它们在香港还是没有可能自然存续的种群,只是一例偶然的杂交,在没有人工帮助的情况下甚至不能自行克隆繁殖,因此不能算作杂交起源的独立物种。

花期很长的香港区花,最典型的是长长的花序下方的花朵逐个不育凋落,只留下花梗的样子。图片:紫鹬

花期很长的香港区花,最典型的是长长的花序下方的花朵逐个不育凋落,只留下花梗的样子。图片:紫鹬

所谓“洋紫荆”,其实双亲都来自亚洲热带地区:母亲主要分布于东南亚和华南季风区;父亲只在西双版纳有国产的野生种群,更常见于东南亚和印度,芬芳的花朵甚至是印度菜的调料。它们的气候生态位并不完全重叠,美国德克萨斯和加州南部曾经把所有引入栽培的父本B. variegata误认为是母本B. purpurea,后者因为那边太干旱,根本无法成活。

“蹄印”走遍热带

也罢,认清它们真的不能强求。实际上,如果把一家三口各找20朵花(每株收集2朵),会发现性状数值度量有统计学显著差异的并不多——难怪让人脸盲——尤其不能期望杂交一定会产生居中的性状。宏观性状差异显著且今日主角位于父母之间、能作为可靠区别特征的,仅有花瓣的长宽比,即花瓣形状:父亲的花瓣宽大,可以相互重叠,母亲的花瓣很瘦,基部细长的样子被称为“有爪”,二者的后代则匀称地居中。

再来复习下:左母本,右父本,下后代。图片:Meneerke bloem & J.M.Garg & Ianare / wikimedia

再来复习下:左母本,右父本,下后代。图片:Meneerke bloem & J.M.Garg & Ianare / wikimedia

在花期之外就更难分辨了。只看叶子,它们都是典型的“羊蹄甲”:如羊蹄印一般,从叶尖裂开到叶片中部。羊蹄甲属是遍布世界热带的大属,除了今日一家人,这类花略有两侧对称的种在英语中被叫做“兰花树”(Orchid Tree)。人们更注重它的叶形:属名Bauhinia取自16世纪的植物学家博安兄弟(Gaspard Bauhin和Jean Bauhin),人们常以为这是对双胞胎,但其实哥哥比弟弟年长19岁。世界各地人民也约定俗成,把其它同属物种称为羊蹄、牛蹄、骆驼蹄、鹿蹄、骡蹄、马蹄等等。

记住这个代表香港的花瓣与叶子的形状吧。图片:紫鹬

记住这个代表香港的花瓣与叶子的形状吧。图片:紫鹬

羊蹄甲属港产藤本,缺叶藤/龙须藤(B. championii)的叶子。图片:刘俊甫 / taibif.tw

羊蹄甲属港产藤本,缺叶藤/龙须藤(B. championii)的叶子。图片:刘俊甫 / taibif.tw

咦,前面好像有奇蹄目的东西混进来了?其实,在全球300~600种(看你信哪个分类流派)羊蹄甲属植物中,确实有很多种是单叶而没有任何分裂的,从单叶全缘到全裂成两小叶复叶的都有,花也是涵盖了从辐射到两侧对称,植株形态更是从藤本、小灌木到大树都有。有几乎看不出花朵两侧对称的黄花羊蹄甲B. tomentosa,也有真正在香港有野外种群模式产地、叶子分裂很浅的龙须藤B. championii

我在婆罗洲北部森林中遇见的素心花藤(B. kockiana),完全是单叶,按照一些分类学家的观点,竟然也是羊蹄甲属的。图片:紫鹬

我在婆罗洲北部森林中遇见的素心花藤(B. kockiana),完全是单叶,按照一些分类学家的观点,竟然也是羊蹄甲属的。图片:紫鹬

发生在香港的偶遇,以及人类的园艺兴趣选出的美好性状,即使纷繁芜杂,与演化造就的生物多样性相比,也只是沧海一粟。这就是为什么自然永远让人着迷。

高能预警!科学家发现迄今最强宇宙伽玛射线

本文来自果壳网,属于“我是科学家”项目,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

审稿:张颖 中科院高能物理研究所助理研究员

在中国西藏,海拔4300米的羊八井镇,坐落着一个国际宇宙线观测站。从地面看,这个观测站就好像一队队排列整齐的“高原哨兵”。它们在这里日夜站岗,长达数十年,默默守候着造访地球的宇宙线。

中国西藏的羊八井ASγ实验阵列。图片来源:高能物理研究所

中国西藏的羊八井ASγ实验阵列。图片来源:高能物理研究所

就在近期,这个“高原阵队”取得了一项世界纪录级的成果——它捕获了迄今为止人类已知最高能量的宇宙伽玛射线辐射,能量高达450TeV(4.5×10^14电子伏特),是此前观测到的最高能量(75TeV)的五倍以上。这一成果,是由中科院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所共同合作,历经三十年的不懈坚持和探索,最终克服难关取得的新突破。研究一经公布立即引起了国际媒体的广泛关注,相关论文目前已经被物理学顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)推选为高亮点论文,将在7月下旬正式发表。

“高能预警”来自何方?

这次的高能射线是从哪里来的呢?科学家们通过分析确认这些宇宙伽玛射线辐射来自大名鼎鼎的蟹状星云。蟹状星云距离地球6500光年左右,是位于金牛座的超新星遗迹。

成名已久的“蟹状星云”,宛如盛开在宇宙中的璀璨烟花。图片来源:NASA

成名已久的“蟹状星云”,宛如盛开在宇宙中的璀璨烟花。图片来源:NASA

判断宇宙线的来源,需要依赖不带电的光子。原理很简单:带电粒子会在银河系的磁场中发生偏转,很可能绕了几道弯才来到地球,就无法判断它们出发的地点。而类似中微子、伽玛射线等光子是不带电的,它们不会受到磁场的影响,基本沿着直线前进,因此能够指引人们找到它们真实的源头。

这次的测得的伽玛辐射所指的方向,正是蟹状星云的所在位置。

西藏ASγ实验观测到的最高能量伽玛射线(450TeV)的空气簇射在探测器上产生的密度分布,箭头所指的前端表示空气簇射的中心,箭头的方向表示到来的空气簇射(也就是伽玛辐射)的方向。图片来源:高能物理研究所

西藏ASγ实验观测到的最高能量伽玛射线(450TeV)的空气簇射在探测器上产生的密度分布,箭头所指的前端表示空气簇射的中心,箭头的方向表示到来的空气簇射(也就是伽玛辐射)的方向。图片来源:高能物理研究所

除了确认粒子来源,研究超高能伽玛射线还有更重要的意义。这些极端粒子是探索极端宇宙的重要探针之一,了解伽玛光子所能达到的最高能量以及这些超高能光子能量的分布,研究产生超高能伽玛射线光子的各种可能天体,有助于揭示宇宙中极端天体的性质,以及其中的极端天体物理过程和规律。而对于蟹状星云来说,由于它在全电磁波段均具有较高的亮度,科学家已经从射电、光学、X射线直至伽玛射线的整个电磁波段对它进行了详细地观测和研究。但是,对于超高能光子的观测,就没有那么容易了。

能量越高观测越难

为什么能量越高的宇宙线粒子越难观测?原因在于宇宙线能谱是负幂律谱,宇宙线粒子的流强会随能量的增加而急剧下降。对低能段的宇宙线(能量低于100TeV),主要依靠卫星实验和高空气球实验进行直接探测。对高能段的宇宙线,流强小到每平方米每秒大约只有一个粒子,已经无法利用卫星和高空气球直接探测,因而要借助地面设备进行间接探测。

那么,如何进行间接探测?我们需要换一种思路。虽然人们没办法直接捕捉这些粒子,但是这些粒子在进入地球大气后,会与高空大气中的氧原子核和氮原子核发生相互作用,进而产生次级粒子,次级粒子中能量高的粒子继续发生反应产生更多的次级粒子,次级粒子再产生更多的粒子,这样的连锁反应就是“广延大气簇射”(Extensive Air Shower,EAS)。

原初宇宙线进入地球大气后,与大气中的原子核发生相互作用产生空气簇射的示意图。图片来源:高能物理研究所

原初宇宙线进入地球大气后,与大气中的原子核发生相互作用产生空气簇射的示意图。图片来源:高能物理研究所

原初宇宙线粒子通过广延大气簇射过程后,高能量的粒子转化为能量较低的粒子,虽然能量降低,但粒子总数显著增加。如此一来,人们通过分析原始宇宙射线与大气的作用,就可以来反推原始宇宙射线的性质。

间接探测方式主要有大气成像契伦科夫望远镜和广延大气簇射阵列探测器(EAS阵列)。此前,国际上探测到的最高能量的伽玛射线为75TeV,就是德国的HEGRA切伦科夫望远镜实验组观测到的。而这一次,中日合作ASγ实验团队发现超高能伽玛射线事例,靠的是西藏羊八井的EAS阵列与地下水切伦科夫探测器的强强组合。

“高原阵列”为何如此敏锐?

西藏羊八井位于东经90.53°北纬30.11°,海拔4300米的羊八井镇。ASγ实验于1990年一期阵列建成并开始运行,后来经历了多次升级改造。之所以在选择在这样一个高海拔的地点“排兵布阵”,是由于它处在宇宙线簇射纵向发展的平均极大处,能够对赤纬-10°至+70°的许多北天区著名的源(如蟹状星云)进行连续而有效的观测,适合开展许多有物理意义的宇宙线课题的研究。自运行以来,羊八井ASγ实验阵列已经在银河系宇宙线的探测研究方面做出了一系列重大发现。

中国西藏羊八井ASγ实验(左图:ASγ表面阵列;右图:地下水切伦科夫探测器)图片来源:高能物理研究所

中国西藏羊八井ASγ实验(左图:ASγ表面阵列;右图:地下水切伦科夫探测器)图片来源:高能物理研究所

2014年,合作组成员在现有65000平方米宇宙线表面探测阵列下,又新增加了有效面积4200平方米的地下缪子水切伦科夫探测器。利用这种地下缪子水切伦科夫探测器的数据,能够剔除99.92%的宇宙线背景噪声,在众多宇宙线中捕捉到稀有的超高能伽玛射线源。

地下缪子探测器,能准确测量宇宙线空气簇射次级粒子中所含缪子数目,甄别该事例是伽玛光子事例还是非伽玛光子事例。图片来源:高能物理研究所

地下缪子探测器,能准确测量宇宙线空气簇射次级粒子中所含缪子数目,甄别该事例是伽玛光子事例还是非伽玛光子事例。图片来源:高能物理研究所

通过这样的技术,可以让羊八井ASγ实验排除99.92%的非伽玛光子宇宙线事例,从而显著降低它们对高能伽玛光子探测的影响,实现了在 20TeV以上能区的国际最高的伽玛射线探测灵敏度。合作组正是凭借地下水切伦科夫缪子探测器,使得西藏羊八井ASγ实验成为100TeV以上能区国际上最灵敏的伽玛射线天文台。在这次的研究中,它帮助科学家们在3年间陆续探测到了来自蟹状星云方向的24个高度可靠的100TeV以上的伽玛射线事例。

这标志着超高能伽玛射线天文观测进入到100TeV以上的观测能段,打开了探索极端宇宙问题的新窗口,后续的运行还有望发现更多的超高能伽玛射线源。

启示与未来

研究人员认为,这些100TeV以上的高能光子可能是更高能量的电子与周围宇宙微波背景辐射光子发生“逆康普顿散射”的结果,而超高能电子、正电子则在蟹状星云的脉冲星风云中产生。由此可以推断,“蟹状星云”是银河系内“天然的高能粒子加速器”,与目前世界上最大的人工电子加速器(加速电子最高能量0.2TeV)相比,“蟹状星云”的电子加速能力至少高了上万倍。

西藏ASγ实验观测到蟹状星云方向100TeV以上的伽玛射线,×标记的地方是蟹状星云脉冲星所在的位置。图片来源:高能物理研究所

作为西藏羊八井ASγ实验的后续项目,中国正在四川稻城建设大面积高海拔宇宙线观测站LHAASO,其部分设备已经建成并投入观测运行。和ASγ实验相比,LHAASO的能量范围和灵敏度要高一个数量级以上,将把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新的高度。此外,在空间探测方面,高能所物理所正在牵头申请“探索极端宇宙”EXU国际合作大科学计划,其综合性能比现有的同类空间探测设备将有大幅度的提升,宇宙线物理和高能伽马射线天文也是该计划的主要科学目标。EXU和LHAASO以及国内外的其他空间和高山天文台相结合,将对宇宙极端天体和过程开展全面立体的观测研究,未来也将取得更加令人瞩目的成果,为人们揭开更多的宇宙未解之谜。

中华穿山甲有没有灭绝,到底谁说了算?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

6月8日,所谓“中国生物多样性保护和绿色发展基金会”(绿发会)宣称,中华穿山甲Manis pentadactyla已经在中国大陆“功能性灭绝”。作为我国野生动物保护焦点之一,这个物种的“灭绝”无疑会是个令人震惊的大新闻——但是不少专业人士立刻指出,这个言论缺乏科学证据的支持,根本不可靠。换句话说,虽然已经极度濒危,但是没有证据表明中华穿山甲在任何意义上处于灭绝状态 。

台北动物园的中华穿山甲,台北市立动物园是世界上第一个实现穿山甲人工繁育的动物园。图片:Jason S C

台北动物园的中华穿山甲,台北市立动物园是世界上第一个实现穿山甲人工繁育的动物园。图片:Jason S C

那么,物种的灭绝是如何确定的呢?要想科学评估物种的濒危程度,得需要什么样的操作才行?

为啥听IUCN的?

首先,物种灭绝并不是任何人都可以宣布的。北京大学生命科学学院研究员,IUCN猫科专家组成员罗述金博士告诉我:

“一般来说,一个国家的野生动物管理部门或者国际The IUCN Red List of Threatened Species对于物种或种群状况做出的官方评估被认为是公认的信源。其他科研工作者,保护工作者或者机构,理论上都可以发出自己的声音和研究调查的结果,不过严格来说,都是提供建议和信息以供相关部门考虑。”

IUCN是“国际自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature and Natural Resources)”的简称,是一个联合了上千个政府和非政府机构、旨在保护自然、实现自然资源可持续利用的国际组织。IUCN发布的“濒危物种红色名录(The IUCN Red List of Threatened Species)”目前包括了将近十万个物种的濒危程度评级,应当算是目前地球上有关物种生存状态最为完整权威的记录了。

但是,这个名录何德何能,能够为世界各国的政府部门、科研人员、保护工作者和普通公民所信赖呢?那是因为IUCN为了准确评估物种的现状,制定了一整套复杂严谨的评定标准。在这个统一标准下,一个物种要走完从野外实地调查到专家组科学评估的整套流程,经过反复的科学审查,才能得到最终的评级。

关注过野生动植物的人大概都听说过“易危”、“极危”等术语,它们属于红色名录为已评估物种划分的8个级别:除了数据缺乏(DD)之外,物种的濒危程度从无危(LC)、近危(NT)、易危(VU)、濒危(EN)、极危(CR)、野外灭绝(EW)直到灭绝(EX)依次递增。

何为灭绝?

野外灭绝和灭绝的区别在于一个物种是否还存在有人工饲养或者迁移到原有栖息地之外的个体存在,除此之外,这两个灭绝级别的确认都做了如下要求:“在历史分布范围内的已知和潜在栖息地中,在恰当的时间内进行的彻底调查无法发现任何个体”。比如虎有一个灭绝的亚种爪哇虎Panthera tigris ssp. sondaica,最后的野外目击记录是1976年,也没有圈养个体,在2008年的首次评估报告中被划分为灭绝级别。

这个评级里是没有“功能性灭绝”这个词的。从科学角度来说,“功能性灭绝”通常是指一个物种的所有现存个体数量已经少到无法维持繁殖,这个标准看起来实用,但是到底最少需要多少个体才能维持种群的延续呢?这是个因物种而异的问题,需要更加详细、严谨的科学调查和分析才能下结论——上世纪80年代,我国陕西洋县发现了世界上仅存的7只朱鹮(Nipponia nippon),在科学的繁育和保护下,目前也已发展到了上千只野生个体的规模。

而在“中华穿山甲功能性灭绝”报道中,尚且提到了仅绿发会在3年内确切记录的中华穿山甲就多达11只,这显然也不会是野外个体的总数:新的中华穿山甲救助事例还在不断出现,而绿发会到目前为止也并没有公布经得起学术同行评议的评估数据,“彻底调查”无从谈起。这样草率的结论,自然是无法令人信服。

前几天的中华穿山甲救助新闻。图片:weibo

前几天的中华穿山甲救助新闻。图片:weibo

多指标共同衡量

灭绝的标准相对简单,那么其它的级别又是如何互相区分的呢?我们可以看看伊比利亚猞猁(Lynx pardinus)。这种分布于欧洲西南部的猫科动物在本世纪初的十年中得到过三次调查评估,都是极危级别。但在2015年的最新评估中,伊比利亚猞猁“下调”到了濒危级别。这里面有什么依据呢?

IUCN在2012年发布的3.1版评估标准中,用A – E五个不同的指标来判定物种受威胁的程度:A是种群数量的减少程度,B是分布区域的减少和衰退,C是种数量本身加上衰退速度,D是种群数量本身,E是指定的一系列定量分析方法。每个濒危级别对于每个指标都有一个数值和附属的细化标准,如果符合,就说明我们的物种根据这个指标已经属于这个级别了。本着“有杀过无放过”的谨慎原则,每个物种都需要做这五项指标的评估。这样即使某个指标不能反映这个物种有多濒危,总会有别的指标亮起红灯。

比如伊比利亚猞猁在2008年的评估结果是基于“C2a(i)”的极危,翻译成人话就是说“整个物种现存可育个体少于250只(C),预期仍会继续减少(C2),并且从种群结构来看(C2a),没有超过50只可育个体的群体(C2a(i))”。到了2015年,评估显示这个物种已经不符合这个标准——种群数量在上升。但是,伊比利亚猞猁仍符合D指标的濒危界限——整个物种的的可育个体少于250只。于是,评估结果就是基于D指标的濒危。

它们的未来,在我们手中

相信大家可以看出,得到这些细节数据需要大量全面而细致的调查工作。那么我们的中华穿山甲是什么情况的?IUCN的最新评估是2014年的“A2d+3d+4d”极危,也就是说,根据被利用现状(比如盗猎),在过去(A2d)、当前(A4d)和今后(A3d)的10年或三代内,种群数量下降80%以上,并且这个下降趋势可能没有停止。

没错,这个触目惊心的下降趋势告诉我们中华穿山甲危在旦夕,每个处于极危状态的物种都随时可能踏入灭绝的深渊。但是,在没有证据的情况下宣布灭绝,无疑是在把仍有希望的野生动物往这个深渊里推:不知内情的大众人士可能因此失去了关注中华穿山甲的动机,盗猎和非法买卖行为会因为涉及一个“已灭绝物种”而难以定罪,最关键的,原本投入中华穿山甲保育的资金,有可能会因此投向别的领域——比如绿发会同期提出的“引进马来穿山甲”计划,让我们的中华穿山甲再无希望。

在原本没有马来穿山甲分布的地区引入,或许将对当地生态产生巨大影响。图片: Gerald Cubitt / IUCN

在原本没有马来穿山甲分布的地区引入,或许将对当地生态产生巨大影响。图片: Gerald Cubitt / IUCN

在一个极危物种的原生栖息地中引入生态位重叠的外来物种,很可能贻害无穷。而绿发会一面无端断言中华穿山甲灭绝、一面推行此事的行为,在野生动物保护的业内人士看来,很难说是出自于保护我国本土生物多样性的动机。

从中华穿山甲的上一次评估到现在,已经过去5年时间,这个宝贵物种的现状的确亟待调查。在这个时间点上,联合IUCN和我国林业部门等权威机构,对中华穿山甲进行新的全面评估,才是关系物种存续的正道。在得到科学定论之前,任何轻率的结论和动机,都值得我们警惕质疑。

中华穿山甲的未来之路,漫长但仍然值得期待。图片:U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters

中华穿山甲的未来之路,漫长但仍然值得期待。图片:U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters

他试图改变自己的基因,而且想让全世界都看到

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2017年10月3日,约西亚·扎纳(Josiah Zayner)正站在旧金山一间会议室的讲台上。在现场与网络直播观众的注视下,他兴奋地谈论着基因编辑技术,并不时打开自己的酒壶喝上一口。

确切地说,扎纳谈论的是让每一个人都成为基因编辑的实践者。在他心目中,近年热门的CRISPR技术就像是手机app一样,它不仅“完全不难”,而且“应该让每个人都有机会使用”。他向观众展示着标题惊人的自制宣传册——“DIY人体CRISPR”,以及装在小离心管里的质粒DNA,并爽快地表示任何感兴趣的人都可以免费索取一份。根据扎纳的说法,这些质粒能“敲除肌肉生长抑制素基因”,这意味着把它们注射进人体就可以“获得更大的肌肉”。

你为什么不自己先试试?台下传来质疑的声音。

或许是一时起意,或许是早有此想法,扎纳几乎瞬间就接受了这个提议。他打开一支新注射器,抽出一些“基因编辑原料”,注入了自己的左前臂。整个过程都发生得太快,扎纳甚至没有在注射前为自己消毒。看着直播视频,我实在很难把这种景象与自己记忆中的“生物实验”联系起来,这或许更像是一次醉酒之后的冒险。

扎纳自称“生物黑客”,他用自己的方式挑战着“传统的科学研究”,同时也引来了巨大的争议。

自称“生物黑客”的Josiah Zayner | JOSIAH ZAYNER/THE ODIN

自称“生物黑客”的Josiah Zayner | JOSIAH ZAYNER/THE ODIN

“生物黑客”是什么?

相比计算机黑客,“生物黑客”(biohacker)要难定义得多,本文也不会讨论到其中全部的情况。笼统地说,这大概是一群在传统实验室之外的地方进行生物(或者医学)实验的人,他们购置各种廉价的小型装备,把厨房或车库改造成实验场。

“生物黑客”们具体在做的事情有很多差异。他们中有些人只是摆弄着培养基中的细胞或者微生物,有的热衷于用电子配件给自己的身体加入新功能(常见选项包括在皮肤下埋植NFC芯片),有的则用自己的身体测试起了某些尚未获批用于人体的生物技术。他们对待自己实验的态度也各不相同:编辑酵母基因酿造“夜光啤酒”只是为了好玩,而更有野心的人则做着“医学研究”,梦想用自己的力量治愈癌症、HIV感染甚至衰老。

《想当厨子的生物学家是个好黑客》一书用碾碎草莓提取DNA的实验作为封面。而“生物黑客”们已经远远不满足于这些初级的家庭实验了。

《想当厨子的生物学家是个好黑客》一书用碾碎草莓提取DNA的实验作为封面。而“生物黑客”们已经远远不满足于这些初级的家庭实验了。

激进分子

在“生物黑客”的小群体里,约西亚·扎纳大概算是一个激进派的代表人物。

扎纳不像是传统意义上的“民科”,他拥有生物物理学博士学位,还在NASA的埃姆斯研究中心做过两年正式的研究工作。但是,他对“体制内”的科学研究感到十分失望,觉得研究系统臃肿官僚,科研进展缓慢。扎纳对监管生物医学研究的美国食药监局(FDA)也颇有微词,他觉得这个机构花在审批上的时间实在太长。激动人心的新技术已经从实验室诞生了,但FDA却迟迟不让需要的人用到它——扎纳在博文和采访中总是重复着这样的观点。

那要怎么办?扎纳的答案是:让每个人都开放地获取和使用那些前沿生物技术,让人们自己做出选择。在离开NASA的研究所之后,他创办了名叫“The ODIN”的公司,向普通爱好者出售离心机、移液枪之类的生物实验设备,以及能在家对细菌和酵母进行基因编辑的“材料包”。

The ODIN在网站上向普通人出售的“DIY细菌编辑套装”,售价159美元 | JOSIAH ZAYNER / THE ODIN

The ODIN在网站上向普通人出售的“DIY细菌编辑套装”,售价159美元 | JOSIAH ZAYNER / THE ODIN

同时,他也在自己身上实践着各种从文献上读到的生物医学技术。除了那次“直播基因编辑”,他的另一个著名事迹是为自己进行DIY“菌群移植”,并邀请记者对整个过程进行记录。这也是一次十分大胆的“硬核”行动:他把来自一位朋友的粪便样本稍作加工、塞进胶囊,就这么吞了下去。顺带还把这位朋友皮肤、口腔等位置的细菌也在自己相应的部位做了“移植”。当然,他并不承认自己为其他人提供过这些“试验疗法”——毕竟那样就是毫无疑问的违法行为了。

Josiah Zayner在厨房中准备“菌群移植”材料 | VJERAN PAVIC/theverge

Josiah Zayner在厨房中准备“菌群移植”材料 | VJERAN PAVIC/theverge

扎纳不是唯一“以身试法”的生物黑客。就在2017年10月17日,另一场自体实验也出现在Facebook直播上。这一次,名叫特里斯坦·罗伯茨(Tristan Roberts)的实验者在自己的肚皮上注射了“一种表达HIV抗体的基因”。他声称这可以治愈自己的HIV感染(后续检测显示他并没有成功)。罗伯茨的举动背后是一家名叫“Ascendance Biomedical”的生物科技公司,他们的目标是研发基因治疗技术——但不是通过严谨的临床试验,而且还试图绕过FDA的监管。

 

并不美好的尝试

扎纳与罗伯茨口中的自体实验似乎很美好:科学、高效率,现在就可以改变自己的人生,甚至改变全人类的命运。他们也难免让人想起那些历史上“以身试法”的科学家轶事。一些科学家确实由此获得了重要的发现——例如诺贝尔奖得主巴里•马歇尔,他亲自吞下幽门螺杆菌,验证了它与胃溃疡的关系。

扎纳会成为下一个马歇尔吗?我认为不会。从详细报道与直播视频中都可以发现,他的自体实验虽然建立在可行的科学概念之上,但过程却非常粗糙,效果和研究价值都十分可疑。

如果把扎纳的“自体基因编辑”与“自体菌群移植”看作是对既有技术的应用,那么这些应用的安全性与效果都缺乏保障。在胳膊上进行的“基因注射”不仅安全没有保障,而且很可能压根就没法成功编辑多少个细胞,无法产生“肌肉变大”的效果。菌群移植也是如此,他没有对用于移植的粪便样本进行过什么事前检查,在移植前靠服用抗生素来“杀死自己的肠道菌”。这两点都是医疗专家反对的:不经筛选的粪便样本可能传播各种疾病,而抗生素也会让菌群紊乱问题变得更糟。

那如果把它看作科学研究呢?很遗憾,这些缺乏条件控制与实验设计的个体尝试也没法给其他研究者带来什么参考。依然是以扎纳进行的肠道菌群移植为例,他声称这个操作确实改善了自己的“消化道问题”,但在整个过程中,他都不曾真正确定过自己的问题属于哪一种消化道疾病。连诊断都不知道的自体试验,又如何能让其他医学研究者信服?

更何况,自体实验虽然在科学史上创造了少数佳话,但它所能得到的至多也只是样本量极小的初步结果。它无法替代标准的生物医学实验,也不会真的成为科学进步的基石。

Josiah Zayner用抗生素刷洗体表,并在皮肤上“移植”来自一位朋友的细菌。然而这些操作都未受到医学界认可,也没人知道这会产生怎样的效果。| VJERAN PAVIC/theverge

Josiah Zayner用抗生素刷洗体表,并在皮肤上“移植”来自一位朋友的细菌。然而这些操作都未受到医学界认可,也没人知道这会产生怎样的效果。| VJERAN PAVIC/theverge

 

监管难题

在伦理和法律方面,这些新时代的自体实验者也一直在界限边缘进行着颇为矛盾的试探。他们一方面清楚地表明实验仅限于在自己身上进行,在直播视频中强调着“请勿模仿”,另一方面却又积极宣传,向围观者暗示“这样做很酷”。不仅如此,扎纳还公布了很多他所使用的“技术细节”——在the odin的网站上,至今仍然可以看到 “DIY人体CRISPR”的电子版[1],内容包括如何设计和订购基因编辑实验所需的引导RNA序列,如何选择Cas9核酸酶的种类,以及把这些东西搞进细胞的方法。

事态的走向令人担心,但又有些微妙:我们可以毫不犹豫地说,为别人进行未经验证的基因编辑操作是违法行为,是医学伦理所不允许的,但只在自己身上做奇怪的实验给别人看又要如何评判?

这也为监管部门带来了新的难题。2017年11月21日,美国FDA在网站上发布了一篇名为《自我基因治疗相关信息》的文章[2]。FDA在文中对“DIY基因编辑”的风险表示关注,并强调销售DIY人体基因编辑产品是违法的,以及所有人体基因编辑都应受到FDA监管。虽然并未点名,但媒体与生物黑客们都认为,这正是针对前一个月“基因编辑直播事件”的回应。

更加积极的行动似乎也在进行。今年5月,扎纳在自己的Instagram账号上贴出了一页文件,表示自己正因为“无证行医”的投诉而被加州消费者事务局(California Department of Consumer Affairs)调查。不过,出售基因编辑工具并暗示人们“用在自己身上也可以”,这是否算得上是一种“无证行医”呢?

 

Zayner本人在Instagram账号贴出的文件照片,最近他正在接受调查

Zayner本人在Instagram账号贴出的文件照片,最近他正在接受调查

其实,就连扎纳自己也对实验带来的影响表示过困惑[3]。“在我看来,毫无疑问最终会有人受到伤害。”他在2018年的一次采访中这样说到。

 


 

参考文献

[1] http://www.the-odin.com/diyhumancrispr/

[2] https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/cellular-gene-therapy-products/information-about-self-administration-gene-therapy

[3] https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/02/biohacking-stunts-crispr/553511/

[4] https://www.theverge.com/2016/5/4/11581994/fmt-fecal-matter-transplant-josiah-zayner-microbiome-ibs-c-diff

[5] https://www.facebook.com/josiah.zayner/videos/10102950199937847/

[6] http://www.josiahzayner.com/2017/10/the-first-human-to-attempt-crispr-gene.html

[7] https://www.facebook.com/N2Sreports/videos/1557343577706859/

[8] https://www.vox.com/future-perfect/2019/5/19/18629771/biohacking-josiah-zayner-genetic-engineering-crispr

为宣传气候变化,有位科学家希望大家都四处可劲儿使用这张图

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

今天想给大家看一张特别的彩色条纹图:

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这不是什么设计图案,而是一张有关气候变化的信息图示。上面的这张图展示的其实是1850-2018年间全球年平均气温的变化趋势,只不过这张图在原始数据图表的基础上进行了高度简化,并且去除了坐标和数值,只保留了体现气温升高大趋势的彩色条纹。

如果要看更详细、精确的版本,会是下面这样:

vrain-climate-change-color-strip-2

把气候变化图示做成简洁的彩条图案,这是一位名叫Ed Hawkins的气候科学家的主意。最近他专门建了一个网站(网址:https://showyourstripes.info/ ),让全世界网友都可以随意生成和下载这样的气候彩条图(可选自己的所在地或者全球数据),并且鼓励大家把这些展现气候变暖趋势的图片用在任何能想到的地方(全部免费,随便用)。他希望这样可以起到宣传作用,让大众更多关注气候变化问题,并参与到改善的行动当中。

最近这段时间,他的这个提议确实得到了不少人的相应。据说这些彩条图示最近两周被下载了超过100万次,电视和报纸都进行了宣传,而且确实有不少人把它用在了各种各样有趣的地方。

比如说,可以制成丝巾和领带:

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(图片来源:Andrea Dutton)

做成裙子:

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(图片来源:Dr. Heather Price)

印到马克杯上:

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(图片来源:Bernadette Woods P.)

做成热熔玻璃工艺品:

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(图片来源:Keer-Keer)

用来装饰特斯拉电动车:

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(图片来源:Mark Hanson)

不仅如此,英国乐队Enter Shikari还在音乐节演出上用“气候条纹”做了舞台的背景:

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(图片来源:Tom Pullen)

这个彩条图示其实还挺好看的,用在舞台上看起来也没什么违和感,如果确实能让大家更加关注气候问题感觉也挺不错的,说不定还能引领新时尚呢?

一些相关报道:

https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-48678196

https://www.sciencemag.org/news/2019/06/new-climate-stripes-reveal-how-much-hotter-your-hometown-has-gotten-past-century

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