冬眠的奥秘

张劲硕

　　①严寒的冬天，我们总是向往着在被窝里长眠一冬——能像狗熊和青蛙那样冬眠就好了。然而我们大都不知道：那些冬眠的动物身上隐藏着人类尚不知晓的惊天奥秘!

　　②冬眠是动物应对恶劣环境的一种策略，科学上叫“蛰伏”。有人会问，冬天里睡得多、睡得久，不就是冬眠吗?它们还真不是一回事，只是二者的区别不太容易看出来。拿鱼来说，有几类鱼是会冬眠的，包括我们熟悉的鲤鱼，每当冬天来临，它们就把自己调到冬眠档：不吃、不喝、不游动。这看似与正常档的睡觉并无二致，但请注意它们的鳃!鱼类靠鳃呼吸，平时就算身体静止不动，鳃也会轻轻开合扇动。而进入冬眠的鱼，鳃几乎不动，完全处于麻痹状态。除了呼吸，冬眠动物的体温、心跳等生命指征也都降到极低水平，新陈代谢速率变得非常缓慢，与休克和死亡标准只差那么一点点——这就是冬眠与睡觉的本质区别。

　　③冬眠的意义在于，尽量减少身体内外的生命活动，将能量消耗降到最低，以适应严酷的环境。动物冬眠时，能把生命的时钟调得极慢，比如生活在北美洲的普通箱龟，冬眠时心脏5～10分钟才跳一次，实在让人惊叹。更夸张的是，它们几乎不呼吸，只靠皮肤吸入少许氧气!

　　④科学家还发现，冬眠不是“习惯养成”的问题，而是遗传基因决定的“天赋”，这种“天赋”还与寿命的长短有联系。一般来讲，哺乳动物的寿命与体型相关：体型小的新陈代谢快、寿命短；体型大的新陈代谢慢，寿命长。比如大象能活80年，兔子七八岁就算高寿。而蝙蝠打破了这个规律——冬眠的菊头蝠和同体型不冬眠的老鼠相比，前者可以活到三十多岁，后者却只能活到三四岁。如果在同一物种中比较，如蝙蝠或者棕熊，依然是冬眠的寿命要长很多。

　　⑤冬眠是当下的热门研究领域。如果人类能像动物一样冬眠，收获的就绝不仅仅是睡大觉的幸福感，也许还能长生不老!虽然对蝙蝠和棕熊等冬眠动物的研究能确定冬眠基因与长寿有关，但这些动物毕竟与我们相差太远。不过，在2004年，有个轰动科学界的发现：居然有一种猴子能冬眠!而人类跟猴子同属灵长类动物，基因相似性很高，如果猴子能冬眠，这意味着我们人类也有可能做到，到那时，我们的寿命说不定能达到800岁!

（选自《博物》总第146期，有删改）

更夸张的是，它们几乎不呼吸，只靠皮肤吸人少许氧气!

    ①科学家一直认为直到4万年前，早期人类才开始突破自身一成不变的思维定势。但近年的考古发现，早在20万年前，人类的创造力便崭露头角了。不过，不是进化中突发，而是经过“细水长流”般的累积才得以出现的。

　　②长期以来，考古学家都认为，使用符号如语言是现代人认知能力的最重要指标，也是人之所以为人的标志。但近来，研究人员开始在考古记录中寻找其他现代行为的来源。

　　③20世纪90年代开始，威特沃特斯兰德大学考古学家沃德利发掘西布度洞穴并进行了研究。其报告显示，西布度穴居人于7.7万年前便开始从木本植物中选择树叶制作寝具；树叶出自一种具有天然防虫效果的树，可以驱防那些目前携带致命疾病的蚊子。研究人员在南非其他地区发现，距今10万年至7.2万年前，居住在布隆伯斯洞的原始人能制作用于裁剪兽皮衣服的骨锥。这些用具和工具十分简陋，“但在一个仅由自然物质所组成的世界里，想象新事物及将其付诸实现的能力便几乎成了魔法。”这是创造力起源的历史视角。

　　④虽然早期人类的创造力令人印象深刻，但我们的远祖与现代人在创新的广度和深度上仍存在巨大差异。到底是怎样的原因使我们这一种群从远祖之中脱颖而出呢？这是探究创造力起源的另一维度。

　　⑤物竞天择促使人类形成更大的脑。就脑容量而言，更新期灵长类动物的平均脑容量是450cm3，与黑猩猩相仿；160万年前的直立人约930cm3；而10万年前的现代人为1330cm3。在这样的脑容量下，估计有千亿神经元在处理信息，在约长1.65万千米的有髓神经纤维中传递，穿过1.5×1014个突触。

　　⑥加利福尼亚大学的体质人类学家赛门德费瑞通过检测现代人、黑猩猩的前额皮质发现，其中有几个主要分区在人科进化过程中经历过重新改组。如现代人的额及前额叶皮层（负责实施计划与组织感觉输入的部分）在容积上几乎是黑猩猩的两倍。并且，此区域神经元间的水平空间增大约50%，给了轴突和树突更多空间。“这意味着大脑能有更复杂深远的联结，可以处理神经元间更为错综复杂的交流。”

　　⑦认知科学家嘉宝认为，当代那些极富创造力的人群，都是优秀的幻想者，总会通过以往的某个记忆或想法自然地联想出解决问题的方案。这种联想有助于触类旁通，并导致创新思维的突破。且更大容量的大脑意味着更优秀的自然联想力；拥有数十亿并且空间宽阔的神经元的前额叶皮层可以处理更多刺激，有更多神经元可以参与特殊片段的处理，拥有更细致的记忆，探索更多潜在刺激间的联接。目前，嘉宝正通过计算机模拟大脑是如何在分析与联想模式之间进行切换，并最终帮助人类走出认知萌发期，学会从新角度看待事物，从而让大脑产生创造力。“仅仅拥有更多神经元是不够的”，“人必须将大脑灰质的用途发挥到极致。”

　　⑧大约在10万年前左右，我们祖先的思维就已经犹如一个干燥的火绒盒，等待着合适的社会环境将其点燃。苏黎世大学的克里斯托夫发现，在一个行军蚁窝旁，一只雌猩猩拾起一根细枝，将其一端插入松软的土中，挡住巢穴入口，等待兵蚁出来。当蚁群爬满细枝10厘米长度时，她便将细枝拔出，熟练地将上面的蚂蚁吃掉。黑猩猩会使用简单的工具，但不能将知识上升为先进科技，也不会在使用工具的基础上加以提高，如制作新的工具。而现代人每天都在汲取他人的思想、经验，并加入自己的创新，直到获得一个全新、复杂的事物。比如说，没有一个人能掌握便携式电脑中所有的复杂科技，这些科技成果来自好几代发明者的才思积累。人类学家将这种技术的积累称为“文化棘轮效应”。它首先要求人们将知识代代相传，直到有人能想到改进方法。伦敦动物行为学家刘易斯•迪安通过研究揭示了为什么人类有创造力而黑猩猩却没有：拥有认知能力，故我们的祖先能轻而易举地将知识传递给别人。

　　⑨不止如此，伦敦大学进化遗传学家马克•托马斯，从4万年前生活于欧洲的晚期智人达到创新高峰这个事实得出结论，采猎群体的规模越大，孕育出新科技的可能性就越大。在大群体内，越是经常与他人接触的人，越有可能学到新发明。伦敦大学考古学家考沃德研究2012年考古发现，认为由于大约7.1万年前南非由人口密度增长而带来了技术复兴，并得出结论“像病毒一样，文化创新需要特定的社会环境加以推动”。这是创造力产生更为重要的原因。

水乡的桥

    ①提起“江南水乡”，不由使人想到“户藏烟浦，家具画船”一些水乡景色，每当杏花春雨，秋水落霞，更令人依恋难忘了。这明秀柔美的江南风光，是与形式丰富多变的水上桥梁有所分不开的。它点缀了移步换影的景色，刻画了水乡的特征，同时又解决了交通问题。我们的祖先是如何从功能与艺术两方面来处理了复杂的水乡交通，美化了村镇城市的面貌？

    ②在水道纵横、平畴无际的苏南、浙北地带，桥每每五步一登、十步一跨，触目皆是。在绿满江南的乡村中，一桥如带，水光山色，片帆轻橹，相映成趣。但在城镇中，桥又是织成水乡城镇的重要组成部分之一。每当舟临其境，必有市桥相迎，人经桥下，常于有意无意之中，望见古塔钟楼，与夹岸水阁人家。数篙之后，又忽开朗，渐入柳暗花明的境界。

    ③这些水乡的桥，因为处于水网地带，在建造时都是运用了“因地制宜”与“就地取材”的原则，在结构与外观上往往亦随之而异。例如，在涓涓的水流上，仅需渡人，便点一二块“步石”，或置略高出水面的板梁，小桥枕水，萦洄村居。在一般的河流上，大多架梁式桥，或拱桥，因河流的广狭及行船的多寡，又有一间（拱）、三间（拱）乃至五间（拱）的。上海青浦的放生桥，横跨漕港，是上海地区最大的石拱桥。江南水乡，河流纵横多支，为了适应这种情况，往往数桥相望，相互“借景”成趣；亦有在桥的平面上加以变化来解决这个矛盾，浙江绍兴宋宝佑四年（公元1256年）建的八字桥，因为跨于三条河流的汇合处，根据实际需要，在平面与形式上有似“八”字。为便利行船背纤用的“挽道桥”，多数是较长的，像苏州的宝带桥建于明正统七年至十一年(公元1442—1446年)，为联拱石桥。计孔五十三，其中最高三孔以通巨舟。这类长桥中著名的还有吴江的垂虹桥（建于元泰定三年，公元1326年），而于绍兴尤为常见。长桥卧波，若长虹，似宝带，波光桥影，为水乡的绮丽更为增色。

    ④桥的形式以拱桥变化最多，有弧拱、圆拱、半圆拱、尖拱、五边形拱、多边形拱等。青浦普济桥为宋咸淳元年（公元1265年）建造，迄今已快七百年了，古朴低平，拱券结构，不失为我国桥梁发展中的重要物证。绍兴广宁桥为多边形拱桥，重建于明万历二年（公元1574年），雄伟坚挺，桥心正对大善寺塔，为极好的水上“对景”。在建筑材料方面，不论梁式桥与拱桥，皆以石料为主，不过亦有少数砖木混合结构与木结构的。砖木混合结构桥，去冬在青浦发现一座元代桥梁，名为迎祥桥，可称是比较有代表性的，它巧妙地运用了石柱木梁及砖桥面，秀劲简洁，宛如近代桥梁。除了桥的本身外，尚有用附属建筑来丰富美化它，苏州横塘古渡的亭桥便是平添一景。宝带桥桥边，还置小塔、石狮，桥堍又建石亭，使修直的桥身起了轻匀的节奏。

    ⑤水乡的桥是那么丰富多彩，经过了漫长岁月的考验，到现在还发挥其作用，不论在艺术的造型上，风景的点缀上，都具有鲜明的民族风格，这是我国古代劳动人民的智慧与力量的结晶。如今，我国桥梁工作者正从这些宝贵的遗产中，推陈出新，创造着不少既有民族传统，又适合今日功能的新型桥梁。

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走进C919：国产大型客机解密

王思磊

①2015年11月2日，国产C919大型客机首架机正式总装下线。C919的命名颇具深意，“C”是   “中国商飞”英文缩写“COMAC”的第一个字母，也代表“China”，也恰好与“空中客车（Airbus）”和“波音（Boeing）”的字头构成顺序排列。第一个“9”代表“长久”，后面的“19”则代表最大载客可达190座。C919承载着中国人的“大飞机”梦想。它将在首飞和通过适航测试之后，进入航线运营，填补航线上没有中国干线喷气客机的空白。

②科研人员除了考虑大飞机的先进性和科学性，还在努力提升飞机的经济性和安全性。飞机的耗油量与飞机的升阻比（升力和阻力的比值）有直接的关系，升阻比越高，飞机的气动效率越高，耗油量就越少。而飞机的升力主要来源于机翼，为了保证飞机的座级，避免“油老虎”的出现，在飞机机翼上动脑筋，便成了提高飞机气动效率的关键。

③C919的机翼设计运用了这一超临界翼型（1）。相对于古典翼型，超临界翼型可使巡航气动效率提高20%以上，巡航速度提高100多千米/小时;如果用同一厚度的标准来设计古典翼型和超临界翼型，超临界翼型的整体阻力比古典翼型要小8%左右，而这可以减轻飞机的结构重量，增大结构空间及燃油容积。

④在C919飞机的设计上，超临界机翼与发动机、机身和吊挂之间还采用了性能更为优化的局部融合设计，这些设计进一步提高了C919飞机的经济性和安全性。

⑤在中国武术界，有“内练一身气，外练筋骨皮”的说法。C919大型客机的研发，也诠释了这一思想。在机体主结构上，设计人员大量使用了世界先进的第三代铝锂合金材料，这在国内尚属首次，使用铝锂合金可以实现结构减重并大大提高飞机寿命。

⑥如武学人才内外兼修一样，C919也在“内功”上狠下功夫。在民用飞机产业有个形象的说法：航电系统是“大脑”，飞控系统是“四肢”，EWIS系统是“经络”。就像人一样，一架先进的飞机应该拥有聪敏的大脑、灵活的四肢、通畅的经络。

⑦C919“最强大脑”航电系统的核心——IMA，使用的是目前国际先进的高度集成数据处理和网络传输技术。这种网络化数据处理方式，较之前一对一的数据传输处理方式，是巨大的变革，提高了数据传输的处理效率。比如说，飞行速度、高度等数据，以前要由大气数据计算机分别建立通路，传输给显示系统、发动机、环境控制等系统;现在，只需“把工作都交给网络”。 这要归功于C919使用的目前国际先进的ARINC664网络集成技术。C919在数字化和扩展潜力方面，达到了目前民航先进机型的水平。

⑧C919已顺利下线，并将于2016年迎来首飞，这标志着中国成为世界上少数几个有能力研制大型客机的国家。

【注】（1）是一种高性能的跨音速翼型。

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生物电脑

①1946年，世界上第一台计算机诞生，这个庞然大物开创了一个电脑时代。从那时候起，人们不断革新、创造，把庞然大物的体积一减再减，现在我们所见的台式电脑、掌上电脑等都是老电脑的后代。这一切，取决于电子管技术向大规模集成电路再向超大规模集成电路的发展，但是，科学家们认为，超大规模集成电路的小型化已经到了接近极限的程度，要由此再进一步已非常困难。

②解决之路在哪里呢？

③生物技术是一个方面。科学家们发现，生物分子之间遵循着化学和物理作用的规律，在分子的相互作用过程中，一些生物大分子形成了生物电路，这种生物电路具有类似于计算机的信息处理、传输甚至逻辑运算能力，所以人们把具备这种有机物的计算机叫做生物电脑，这已经是第五代计算机了。

④根据科学家的设想，生物电脑的外部是用一种非常薄的玻璃膜制成的，内部装有由蛋白分子构成的有机生物芯片。由于有机生物分子的生物芯片比半导硅芯片上的电子元件小得多，甚至可以小到几十亿分之一米，所以，生物电脑的芯片是非常微小的。而且，生物芯片本身具有独特的立体结构，密度极高，动作速度快。

⑤最神奇的是，这种生物分子构成的分子集成电路也同一般生物一样，能够自我修复，一旦出现故障，它能自动排除并恢复常态。

⑥另外，由于生物分子是利用化学反应进行工作的，所以需要的能量非常小，释放的热量也极少，不存在现在计算机存在的元件发热问题，这样就极大降低了能耗，提高了机器的可靠性和使用寿命。

⑦生物电脑的研究始于20世纪60年代至70年代，到目前已取得了不少成绩。相信用不了多久，我们就可以告别传统电脑，迎来我们的新朋友——生物电脑！

①研究生物电脑的原因是：______________。

②生物电脑的工作原理是：_____________。

梦回繁华

    北宋时期，商业手工业迅速发展，城市布局打破了坊与市的严格界限，出现空前的繁荣局面，北宋汴梁商业繁盛，除贵族聚集外，还住有大量的商人、手工业者和市民，城市的文化生活也十分活跃。由此，绘画的题材范围在反映现实生活方面得到了极大的拓展，从唐代以描绘重大历史事件和贵族生活为主扩展到描绘城乡市井平民生活的各个方面。张择端的《清明上河图》便是北宋风俗画作品中最具代表性的一幅。

张择端主要活动于北宋末年至南宋初年，生卒年不详，山东东武人，字正道，又字文友，幼读书游学于汴京，徽宗朝进入翰林，据张骤题拔，后习绘画，擅长界画，工舟车、人物、市井、城郭，皆自成一家。除清明上河图外，还有《西湖争标图》相传为他所画。据后代文人考订，清明上河图可能作于正和至宣和年间，那正是北宋统治者在覆灭之前大造盛世假象，以此掩盖内忧外患的时期，建炎之后，南渡的北宋移民怀念故土，在他们眼中这副图卷必有其特殊的意义，正是他们回首故土，梦回繁华的写照。透过此一观念来审视这副千古名作，我们会发觉那隐藏于繁华背后的心情。

张择端画的《清明上河图》，绢本，设色，纵25.5厘米，横525厘米。作品描绘了京城汴梁从从城郊、汴河到城内街市的繁华景象。整个长卷犹如一部乐章，有慢板、柔板逐渐进入快板、紧板，转而进入尾声，留下无尽的回味。

画面开卷处描绘的是汴京近郊的风光，疏林薄雾，农舍田畴，春寒料峭，赶集的乡人驱赶着往城内送炭的毛驴团队。在进入大道的岔道上，是众多仆从簇拥的较长队伍，从插满柳枝的轿顶可知，是踏青扫墓归来的权贵，近处小路上，骑驴而行的则是长途跋涉的行旅。树木新发的枝芽，调节了画面的色彩和疏密，表现出北国早春的气息。

画面中段是汴河两岸的繁华情景，汴河是当时南北交通的孔道，也是北宋王朝国家漕运的枢纽。巨大的漕船，舳舻相接，忙碌的船工从停泊在河边的粮床上卸下沉重的粮包，纤夫们拖着船，逆水行驶，一片繁忙景象。汴河上有一座规模宏敞的拱桥，以巨木虚架而成，结构精美，宛如飞虹。桥的两端紧连着街市，车水马龙，热闹非凡。一艘准备驶过拱桥的巨大漕船的细节描绘一直为人们所称道。船正在放倒桅杆，准备过桥，船夫们呼唤叫喊，握篙盘索，桥上呼应相接，岸边挥臂助阵，过往行人聚集在桥头围观，而那些赶脚、推车、挑担的人们却无暇一顾，这紧张的一幕成为全画的一个高潮。

后段描写汴梁市区的街道。在高大雄伟的城楼两侧，街道纵横，房屋林立，茶坊、酒肆、脚店、肉铺、寺观、公厕等，一应俱全。各类店铺经营着罗帛布匹、沉檀香料、香烛纸马，另有医药门诊、大车修理、看相算命、修面整容，应有尽有；街上，行人摩肩接踵，络绎不绝，士农工商、男女老少、各行各业，无所不备。

《清明上河图》采用了中国传统绘画特有的手卷形式，以移动的视点摄取对象，全图内容庞大却繁而不乱，长而不肿，段落清晰，结构严谨；画中人物达500之多，形态各异。采用兼工带写的手法，线条遒劲，笔法灵动，有别于一般的界画。

《清明上河图》是一副写实性很强的作品，画中所绘景物与文献中有关汴梁的记载基本一致。《东京梦华录》中所记述的街巷、酒楼、饮食果子、诸色杂卖等都能在这画面中找到生动的图示。画中的孙阳店、脚店等与东京梦华录中所记得曹婆婆皱饼、正店72户，其余皆未知脚店等，无有不符。画面细节的刻画也十分真实，如桥梁的结构、车马的样式、人物的衣冠服饰、各行各业人员的活动，皆细致入微。它不是一般热闹场面的记录，而是通过对各阶层人物活动的生动描绘，深刻地揭示出这一特定历史时期的社会生活状况。画中丰富的内容有着文字无法取代的历史价值，在艺术表现的同时，也是为12世纪中国城市的生活状况留下的重要形象资料。

清洁颗粒也可以环保（作者：李青）

①爱美的女生在洗脸时常常会用到含磨砂颗粒的美容产品，我们每天刷牙用的牙膏里也常常能看到绿色的小颗粒，这些颗粒能更好地清洁我们的皮肤和牙齿。但是，你知道这些颗粒对我们的生态环境造成了多大的危害吗？

②这些微颗粒通常是圆形的塑料颗粒，直径有不到1毫米的，1毫米多一点儿的。因为造价比天然材料便宜，且可以大规模生产，所以被广泛应用于皮肤和口腔的清洁产品中。英格兰巴斯大学(University of Bath)的化学家珍妮特·史考特 (Janet SCott)说：“如果每天用一次含磨砂颗粒的洗面产品，就等于从水池里排走了80～10O万个颗粒。”仅美国，估计每天从水池里排走的颗粒就高达808万亿个。

③这些颗粒跟随污水进入污水处理厂，特别小的“漏网”颗粒便直接流入大海。在美国，每天漏网的颗粒有多少呢？8万亿！足足能覆盖300个网球场。这些塑料颗粒能吸收有毒物质。因为它们又小又可爱，所以常常成为浮游生物和鱼的食物。当鱼吃了这些有毒颗粒或者有毒的浮游生物后，有毒颗粒就会留在鱼的身体里。最终，这些被污染的鱼又成了我们人类的盘中餐，进而带来各种各样的健康问题。

④美国自2017年起，已经全面禁止厂家使用这些塑料颗粒，大多数欧洲国家也禁用此类材料、庆幸的是，英国科学家找到了用纤维素 (cellulose)制造微颗粒的方法。这种纤维素可以从植物里提取，最棒的是它可以降解，慢慢地回归大自然，不造成污染。

⑤目前，巴斯大学的研究团队正在和公司合作，争取早日达到工业量产的规模，造福人类。而我们作为消费者，能做的就是尽量不要购买含塑料颗粒的清洁用品。

（选自《知识就是力量》2017年第10期）