DNA计算机

刘颂豪

①DNA计算机是一种生物形式的计算机。遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)分子是一条双螺旋“长链”，链上布满了“珍珠”即核苷酸。科学家研究发现，DNA分子通过这些“珍珠”的不同排列，能够表达出生物体各种细胞拥有的大量基因物质。数学家、生物学家、化学家以及计算机专家从中得到启迪，正在合作研制未来的液体DNA电脑。它利用DNA能够编码信息的特点，先合成具有特定序列的DNA分子，使它们代表要求解的问题，然后通过与生物酶(在此相当于加、减、乘、除运算)的相互作用，使它们相互反应，形成各种组合，最后过滤掉非正确的组合而得到的编码分子序列就是正确答案。

②由于DNA分子能同时进行大量的生化反应，所以DNA计算机在结构上是超大规模并行的，这种“试管型”的计算方式，在理论上可处理传统计算机的硅芯片和电流难以处理的问题，尤其是那些计算量随计算规模成指数增长的问题。

③DNA计算机以核苷酸为内存，且具有超大规模并行结构，所以DNA分子计算机最大的优点在于其惊人的存贮容量和运算速度。1立方米的DNA溶液，可存储1万亿亿的二进制数据。十几个小时的DNA计算，相当于所有电脑问世以来的总运算量。未来计算机的芯片和磁盘都用DNA溶液来代替，其强大的功能将令人惊讶。而且，DNA计算消耗的能量非常小，只有电脑的十亿分之一。

④DNA计算机诞生于1994年，发明人是莱昂那多·阿德莱曼(Leonard Adleman)。阿德莱曼用“试管”DNA计算机做实验，测试出了DNA计算机的可行性。他的“试管计算机”在几秒内得出了结果，但他花去了数周时间去拣出那些正确的答案。

⑤传统电子技术将在2020年后的某个时候达到物理极限。威斯康星麦迪逊大学的科学家在简化和按比例放大这种技术方面迈出了重要的一步。他们采取了不同于其他先驱者所进行的试管实验的办法，而是把DNA链固定到一块镀金的玻璃载片(一种DNA芯片)上。其他研究人员则希望把DNA计算技术送回到活细胞中。像科幻小说中描述的向大脑植入以DNA为基础的人造智能芯片，也许在不久的将来就像现在接种疫苗一样简单。

⑥DNA分子计算机将是计算机发展的方向之一。现在已经设计出了DNA逻辑门、DNA片段以及更多超前的东西，现在DNA计算机最大的问题是很难检测其计算的结果。一旦这个问题得到解决，DNA计算机将会很快问世。但不要过早地期待它取代传统计算机(塑料制品与硅片的结合)。大部分专家预言：比起用来运行文字处理程序和发送电子邮件，未来的DNA计算机的应用极可能集中在破译密码和绘制飞行航线方面。

像科幻小说中描述的向大脑植入以DNA为基础的人造智能芯片，也许在不久的将来就像现在接种疫苗一样简单。

故宫三大殿

林徽因

    ①北京城里的故宫中间，巍然崛起的三座大宫殿是整个故宫的重点，紫禁城内建筑的核心。以整个故宫来说，那样庄严宏伟的气魄，那样富于组织性，又富于图画美的体形风格，那样处理空间的艺术，那样的工程技术，外表轮廓，和平面布局之间的统一的整体，无可否认的，它是全世界建筑艺术的绝品，它是一组伟大的建筑杰作，它也是人类劳动创造史中放出异彩的奇迹之一。我们有充足的理由，为我们这“世界第一”而骄傲。

   ②三大殿的前面有两段作为序幕的布局，是值得注意的。第一段，由天安门，经端门到午门，两旁长列的“千步廊”是个严肃的开端。第二段在午门与太和门之间的小广场，更是一个美丽的前奏。这里一道弧形的金水河，和河上五道白石桥，在黄瓦红墙的气氛中，北望太和门的雄劲，这个环境适当地给三殿做了心理准备。

   ③太和、中和、保和三座殿是前后排列着同立在一个庞大而崇高的工字形白石殿基上面的。这种台基过去称“殿陛”，共高二丈，分三层，每层有刻石栏杆围绕，台上列铜鼎等。台前石阶三列，左右各一列，路上都有雕镂隐起的龙凤花纹。这样大尺度的一组建筑物，是用更宏大尺度的庭院围绕起来的。广庭气魄之大是无法形容的。庭院四周有廊屋，太和与保和两殿的左右还有对称的楼阁和翼门，四角有小角楼。这样的布局是我国特有的传统，常见于美丽的唐宋壁画中。

   ④三殿中，太和殿最大，也是全国最大的一个木构大殿。横阔十一间，进深五间，外有廊柱一列，整个殿内外立着84根大柱。殿顶是重檐的“庑殿式”，中国传统建筑屋顶形式之一。由四个倾斜的屋面、一条正脊（平脊）和四条斜脊组成。瓦顶，全部用黄色的琉璃瓦，光泽灿烂，同蓝色天空相辉映。底下彩画的横额和斗、朱漆柱、金锁窗，同白石阶基也作了强烈的对比。这个殿建于康熙三十六年（1697），已有255岁，而结构整严，完好如初。内部渗金盘龙柱和上部梁藻井上的彩画虽稍剥落，但仍然华美动人。

   ⑤中和殿在工字基台的中心，平面为正方形，宋元工字殿当中的“柱廊”竟蜕变而成了今天的亭子形的方殿。屋顶是单檐“攒尖顶”，“攒尖顶”有多种形式，其共同点是顶部都有一个集中点，即“宝顶”。上端用渗金圆顶为结束。此殿是清初顺治三年（1646）的原物，比太和殿又早五十余年。

   ⑥保和殿立在工字形殿基的北端，东西阔九间，每间尺度又都小于太和殿。上面是“歇山式”。“歇山式”是中国传统建筑屋顶形式之一，由四个倾斜的屋面、一条正脊、四条垂脊、四条戗脊和两侧倾斜屋面上部转折成垂直的三角形墙面组成，形成两坡和四坡屋顶的混合形式。殿顶，它是明万历的“建极殿”原物，未经破坏或重建的。至今上面童柱上还留有“建极殿”标识。它是三殿中年寿最老的，已有337年的历史。

   ⑦三大殿中的两殿，一前一后，中间夹着略为低小的单位所造成的格局，是它美妙的特点。要用文字形容三殿是不可能的，而同时因环境之大，摄影镜头很难把握这三殿全部的雄姿。深刻的印象，必须亲自进到那动人的环境中，才能体会得到。

由天安门，经端门到午门，两旁长列的“千步廊”是个严肃的开端

太和殿是举行重大典礼的地方。皇帝即位、生日、婚礼和元旦等都在这里受朝贺。每逢大典，殿外的自石台基上下跪满文武百官，中间御道两边排列着仪仗，皇帝端坐在宝座上。大殿廊下，鸣钟击磬，乐声悠扬。台基上的香炉和铜龟、铜鹤里点起檀香或松柏枝，烟雾缭绕。

对下列文段的理解或分析最准确的一项是（ ）

   永定河上的卢沟桥，修建于公元1189到1192年间。桥长265米，由11个半圆形的石拱组成，每个石拱长度不一，自16米到21.6米。桥宽约8米，路面平坦，几乎与河面平行。每两个石拱之间有石砌桥墩，把11个石拱联成一个整体。由于各拱相连，所以这种桥叫作联拱石桥。永定河发水时，来势很猛，以前两岸河堤常被冲毁，但是这座桥却极少出事，足见它的坚固。

蜜蜂消失，人类只能再活四年

①大多数人一想起蜜蜂，都会想到蜂蜜、蜂胶、蜂王浆……但这和蜜蜂对大自然作出的最大贡献——维持生物多样性相比，实在太微不足道了。爱因斯坦曾经预言：“如果蜜蜂从地球上消失，那人类只能再活四年。”因为，蜜蜂是为植物授粉的一支生力军。世界上有数万种植物的繁育依靠蜜蜂授粉，而在人类所种植的农作物中，也有1000多种离不开蜜蜂。

②假如蜜蜂消失，人们将告别大多数的粮食和蔬菜瓜果。此外，蜜蜂还为众多饲料植物授粉，没有它，肉类和牛奶也将变得稀有和昂贵；世界上植物类型变得单调，这会直接影响各种动物的生存……也就是说：如果在生态系统中丢失了一个环节，整个系统便会开始崩溃。   ③令人不安的是，蜜蜂消失的事件正在发生。在美国，一些蜜蜂突然神秘地消失得无影无踪，在不到一年的时间里，美国有超过60％的蜜蜂消失。如今，蜜蜂消失现象又像瘟疫一样传到了德国、瑞士、西班牙、葡萄牙、意大利和希腊等欧洲国家。

④实际上，不仅仅是蜜蜂遭遇到了生存危机，没有天敌的北极霸主——北极熊也被列为了濒危动物。由于气候变暖，北极熊生活的冰面缩小，食物来源变得稀缺，北极熊的数量也越来越少。冬天，居然有饥肠辘辘的北极熊残忍地捕杀小熊来填饱肚子。

⑤根据联合国的一份报告，目前物种灭绝的速度由大致每天一种加快到每小时一种，比以前快了约1000倍，比新物种的形成速度更是快了100万倍。即使根据最保守的估计，地球上也有至少10％的物种正在面临生存威胁。

⑥一旦某种生物绝种，就永远消失，无法弥补；而每当我们失去一样物种，我们就失去一项对未来的选择。随着某种生物的灭绝，或许治疗艾滋病或发展抗病毒农作物的希望也会跟着破灭。

⑦在地球史上，曾经发生过5次物种灭绝。最近的一次发生在6500万年前，一次陨石撞击地球，造成了包括恐龙在内的大量物种的灭绝。目前，地球再一次走向物种灭绝的边缘，原因却是人类本身的行为：在过去的100年里，地球上45％的森林已经被砍伐掉了；全球20％的珊瑚礁已经遭到无法逆转的彻底破坏，而另外50％的珊瑚礁也接近崩溃边缘……联合国将2010年定为“国际生物多样性年”，呼吁各国政府和全世界人民共同努力来保护地球上的生命。

⑧和很多人的理解不同，在生态系统中，是没有“害虫”和“益虫”这类概念的，每个物种都有其特定的“使命”。例如，昆虫吃的往往是一些老弱病残的树，或许正好切断了树木疾病的传播途径。因此，地球上的每个物种都值得尊敬和保护。

⑨作为人类的个体，我们能为保护生物多样性做出什么贡献呢?我们可以不再吃珍稀野生动物，少吃肉类多吃素食，节约用纸和燃气，少坐车多步行……其实，由于人类活动与生物多样性关系太密切，只要我们能稍微压制一点点欲望，都是对保护生物多样性做出的贡献。

龙卷风

   ①龙卷风，因为与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海蛟龙很相像而得名，它还有不少的别名，如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等。

   ②龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，它的上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的直接延伸到地面或水面。远远看去，它不仅很像吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很像一个摆动不停的大象鼻子。

   ③这个大“象鼻”究竟是怎样形成的呢?

   ④大自然里的龙卷风诞生在雷雨云里。在雷雨云里，空气扰动十分厉害，上下温差悬殊。在地面，气温是摄氏二十几度，越往高空，温度越低。在积雨云顶部八千多米的高空，温度低到摄氏零下三十几度。这样，上面冷的气流急速下降，下面热的空气猛烈上升。上升气流到达高空时，如果遇到很大的水平方向的风，就会迫使上升气流“倒挂”（向下旋转运动）。由于上层空气交替扰动，产生旋转作用，形成许多小涡旋。这些小涡旋逐渐扩大。上下激荡越发强烈，终于形成大涡旋。大涡旋先是绕水平轴旋转，形成了一个呈水平方向的空气旋转柱。然后，这个空气旋转柱的两端渐渐弯曲，并且从云底慢慢垂了下来。对积雨云前进的方向来说，从左边伸出云体的叫“左龙卷”，从右边伸出云体的叫“右龙卷”；前者顺时针旋转，后者反时针旋转。伸到地面的一般是右龙卷，左龙卷伸下来的机会不多。

   ⑤龙卷风的脾气极其粗暴。在它所到之处，吼声如雷，强的犹如飞机机群在低空掠过。龙卷风里的风速究竞有多大?人们还无法测定，因为任何风速计都经受不住它的摧毁。一般情况，风速可能在每秒50—150米，极端情况下，甚至达到每秒300米或超过声速。

   ⑥超声速的风能，可产生无穷的威力。  (1)  年，美国圣路易斯的龙卷风夹带的松木棍竞把一厘米厚的钢板击穿。  (2)  年发生在美国明尼斯达州的一次龙卷风，使一根细草茎刺穿一块厚木板；而一片三叶草的叶子竞像楔子一样，被深深嵌入了泥墙中。尤其可怕的是龙卷内部的低气压。这种低气压可以低到400毫巴，甚至200毫巴，而一个标准大气压是1013毫巴。所以，在龙卷风扫过的地方，犹如一个特殊的吸泵一样，往往把它所触及的水和沙尘、树木等吸卷而起，形成高大的柱体。当龙卷风扫过建筑物顶部或车辆时，由于它的内部气压极低，造成建筑物或车辆内外强烈的气压差，顷刻间就会使建筑物或交通车辆发生“爆炸”。

   ⑦气象卫星的出现给龙卷风预报增添了新的探测工具，尤其是用同步卫星拍摄的云层照片，在监视龙卷风的发生上起着更重大的作用。卫星昼夜都能观测，并且可以看到更小的目标。如果把卫星和雷达结合起来，就能连续观察龙卷风的变化，可在龙卷风发生前半小时发布警告。   （摘自中国科技网有删减）

“灯泡君”也有智能范儿

①当你拖着疲惫的身体下班回家，打开家门，灯光自动亮起，发出柔和光线，音乐随之传来，还有缕缕香味沁人心脾……这不再是幻想，一个灯泡就能帮你全部搞定。随着科技的发展，灯泡再也不只是发光工具，它还能“读”懂你的心，为你提供愉悦、温暖和安全。

②来自澳大利亚的智能灯泡开发商LIFX日前就推出一款新式灯泡，它不仅可通过智能手机控制开关，还能根据你的心情调节灯泡颜色。这种灯泡可通过无线网络激活，由智能手机操作，多款颜色可以自由变换。你可以设定早上开灯定时功能，把自己的心情添加到列表中，灯泡就会调整到指定的颜色，匹配你的心情，为你营造舒适氛围。

③灯泡不仅让你的家随时变化色彩，如今它更可以愉悦听觉，revogi就是这样一款“音乐魔灯”。它不仅包含1600万种颜色，接近天然照明，更可以通过无线网络精准还原音乐现场，让你在舒缓的音乐和灯光中放松自己。它还是你的个性闹钟，能在悦耳乐曲和缓缓亮起中唤醒你，让你告别单调闹铃，开启美好一天。

④如果视听感不能满足你的话，面对冬日的来临，下面这位“灯泡君”一定会让你动心。麻省理工学院的智慧城市实验室研发了一款加热灯。基于单点供暖概念，系统使用LED灯泡向你直接发射红外光束，在你周围聚集成一个舒适的暖光圈。装在天花板上的供暖光束能够通过无线网络跟踪技术，在你走动时进行切换和移动，如同舞台上的追光。这个LED灯泡较大，但比起以往照明灯泡却更节能，寿命也更长，甚至可以直接替代阳光，为植物提供模拟光合作用的照明，堪称灯泡界的“小太阳”。

⑤小灯泡有大作用，它还能帮你监测家居环境，守护你的安全。一位纽约设计师设计了一款名叫DrOP的概念智能吊灯，它不仅拥有漂亮的外型，还可以根据温度、环境、用户活动以及需求变换自己的颜色，兼具设计感和功能性。同时，它还能通过专用App进行远程控制。当周围出现烟雾、明火或陌生入侵等紧急情况时，它会发出警报，并且自身变成红色，提醒你采取应对措施。

⑥看到这么多可爱的“灯泡君”，你是不是想赶紧抱一款回家了？

调好你的“食物钟”

   ①中学上生物课的时候就听老师讲过“生物钟”。生物钟是人体的一套复杂的调节机制，以24小时为周期，掌管着生物的“觉醒”与“睡眠”节奏。但也许你还不知道，人体中除了管理睡觉的生物钟，还有个管理“吃东西”的食物钟。

   ②食物钟，顾名思义，主要负责调节我们的进食、消化和营养摄取的时间。通常情况下，食物钟与生物钟是一致的，日常的运作程序几乎与生物钟保持着同步。人的大脑、胃和肝等内脏器官中部有感受器，可以接受食物钟传递的信号，这种信号一般被称为“食物相关的生物节律器”。依赖食物钟的调节，我们才有了一日三餐的吃饭习惯。

   ③食物钟对人体健康有十分重要的作用。如果食物钟发生紊乱，健康就会受到影响。研究发现，食物钟紊乱会导致胰岛素紊乱，可能增加糖尿病和肥胖的风险，还与心血管疾病存在一定联系。但日常的一些生活习惯还是会扰乱食物钟，甚至造成食物钟紊乱。目前，常见的可能导致食物钟紊乱的饮食习惯有：不吃早餐、节食、暴饮暴食等。

   ④现在很多年轻人喜欢晚睡晚起，生活毫无规律，早上都不怎么吃早餐。大量研究发现，经常不吃早餐会干扰食物钟，也会给健康造成影响。台湾研究发现，每周吃早饭次数低于一次的人，肥胖的几率更高；哈佛大学研究发现，不吃早餐的人患糖尿病的风险也更高；在儿童心血管健康方面的研究发现，长期不吃早餐还会增加罹患心血管疾病的风险。

   ⑤节食，通常在爱美的女士中比较多。但节食其实不利于减肥，节食会造成饮食紊乱，食量反而不能得到很好的控制，更容易发胖。

   ⑥暴饮暴食，主要就是指平时吃东西没有节制，大量进食。研究发现，暴饮暴食会给食物钟调控基因增加负担，进而可能扰乱食物钟，也会给健康增加隐患。所以，就算是过节，我们还是最好保持平时的饮食习惯。

   ⑦总之，保持良好的饮食习惯有利于维持良好的食物钟，让“人体机器”更有效的运行，对健康更是有极大的益处。

   （选文有改动）

雾霾引起“城肺病”

①2013年1月13日的京津地区，俨然上世纪五十年代“雾都”伦敦的翻版，北京多个空气检测点PM2.5（指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物）浓度指数“爆表”，通州地区甚至达到950微克/立方米，建设“美丽中国”目标遭遇严峻挑战。

②据中国环境检测总站统计，截止13日零时，在全国74个PM2.5浓度检测城市中，有33个城市的部分监测站点检测数据超过300，即空气达到了“重度污染”，33个城市呼吸困难。在受影响最严重的京津冀地区，北京、石家庄、保定、邯郸、天津沧州、廊坊、唐山等地都发布了大雾橙色预警。其余在山东、四川、安徽等地市也发布了黄色或橙色预警。河南新乡和开封甚至发布了大雾红色预警信号。在辽东半岛、湖南大部、黄淮、江淮、江汉、江南等地也都能见度不足1000米的雾，部分地区能见度不足200米。

③北京环保局将这次污染归为三个因素，其中，根本原因是燃煤、机动车、工业、扬尘等污染源大量排放，直接原因是近期天气极端不利，重要因素是区域污染和本地污染叠加。

④环保部污染防治司指出，把二氧化硫的年排放量控制在1200万吨以内，才能满足适合户外活动的“三级天”要求，但“十一五”末期较“十五”末期减排二氧化硫超过10%之后，每年把二氧化硫的排放量仍然达到2200多万吨，和二氧化硫一样，其他污染物超过环境承载能力的排放水平，短期内仍不能满足群众的舒适度和健康需求。近十年里，以煤炭为主的能源结构都未得到明显的改善，大气污染涉及到工业结构、能源结构、城市规划等方方面面。短期内针对“重度污染”天气而采取的临时应急措施无济于事。

⑤亚洲开发银行等发布的报告在表示，上述所有污染来自工业点源排放和机动车尾气排放。一方面，大部分二氧化硫排放均来自火电厂以及非金属矿物生产、钢铁、化工制造和有色金属冶炼企业。这些行业占二氧化硫排放总量的85%以上，大大高于它们对工业总产值的贡献率。另一方面，由于包括PM2.5等多种污染，机动车尾气会导致严重的空气污染，而过去几年，民用机动车（即非军用车、公务车和私家车）的数量每年以15%速度增长，私家车年增长率更是达到20%。

⑥具体到PM2.5，环保部环境与经济政策研究中心认为，大型城市PM2.5严重超标与以下因素相关：一是最远达到几百公里以外的植被遭到破坏，裸露的表土大量增加，沙尘远距离运输到城市；二是城乡结合部继中心城区之后大兴土木，以北京为例，五六环以外尘土飞扬；三是工业生产和日常生活的污染物排放，包括燃煤锅炉、机动车尾气、炒菜油烟、加油站和家居装修的挥发物等等；四是周边城市重化工业污染排放，如周边城市对北京PM2.5排放的“贡献度”接近四分之一。

⑦大气污染防治，是一场艰苦卓绝的战役，是一个长期的过程。这不仅需要环保部门的努力，完善有关政策措施，更需要加快转变发展方式，同时也需要改变我们生活方式。

奥运飞人的追风战靴

信息时代的“无价之宝”

张唯诚

 ①在古代，炼金术士声称他们能将铅之类的金属变成贵重的黄金，当然这是不可能的。现在，数据科学家正在将大量数据变成信息，这些信息虽然不是黄金，但价值胜似黄金。数据科学家可以说是现代的“炼金术士”。

②英国数据科学家维克托・迈尔·舍恩伯格在他的著作《大数据》中指出，今天全世界存储的信息中，书和磁带只占不到两成，多数信息都以数据形式存储在电脑硬盘、通信设备和其他数字设备中。全世界产生的数据正在以惊人的速度增长，最近两年的数据产生量就占到总数据量的90%。一家互联网研究公司预测，人类产生的数据还将以每三年翻一番的速度增长。

③互联网并不是产生大量信息的唯一地方，另有大量信息是由科学家们“制造”出来的，这些信息来自于他们对大量事实的研究，而对这些事实的记录就是数据。例如，生物学家测量了成千上万个细胞，从而收集到大量数据；天文学家观测了恒星、星系和太空中的各种能量活动，从而收集到大量数据；地球科学家收集到世界各地的有关水、风和气流的资料，从而也形成了大量数据。

④数据经过分析和归纳会形成有用的信息，于是人们发明了各种各样用于处理数据的计算机软件，人们利用数据做各种各样的事。在美国，人们通过分析数据了解到，每当飓风来袭前，超市中的草莓糖霜果塔饼干便特别抢手，这时的销售量会比平时增加7倍，而在暴风雨天气来临前，啤酒的销售也特别好，于是超市便知道在这种时候及时补充货源，从而令销量大增。数据还给警察们的工作带来了方便。在那些犯罪率高的城市，以前积累下来的犯罪数据可以派上用场，警察们使用这些数据预测犯罪的高发时间和地区，从而合理地调配警力，提高工作效率和防范效果。

⑤数据之所以能发挥上述作用，很重要的一个原因是它帮助我们预测了未来有可能发生的事，然而在有些领域，知道为什么会有某种事情发生显得更加重要。例如在医学领域，来自人体或者人体细胞的数据就有可能告诉医生们，某种疾病为什么会发生，从而帮助医生治疗这些疾病。

⑥科学家们还期待有一天数据能使各行各业变得更加高效和更具“个性化”。例如，当一个病人向医生提供了详细的数据，医生便可以将这些数据和其他病人的数据进行比较，从而依据这个病人的生活方式制定特定的治疗方案。同样在一个班级里，学生们利用平板电脑或者阅读器进行阅读练习。数据传到老师那里，如阅读用了多长时间，某个词语被学生标注了多少次等。分析这些数据，老师便可以发现读物的难点和学生们的兴趣点，从而有针对性地进行讲解，还可以对个别学生提供有针对性的辅导。数据同样可以运用到其他行业。

⑦因此，在我们这样一个信息时代，假若你成了一个数据科学家，你便拥有了神奇的魔力，就好像中世纪的炼金术士们所声称的那样。

（选自《百科知识》，2016年02期，略有删改）