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北京科技報

生命從何而來？我們?yōu)槭裁磿�死�?br>
生命從何時開始？受精卵如何變成人？為什么我們需要睡眠？冰河時代是如何出現(xiàn)的?為什么我們會死亡？科學(xué)已經(jīng)有了飛躍式發(fā)展，但直到今天，我們?nèi)杂性S多重要的難題沒有找到答案。2月號《連線》雜志為我們挑選了10個目前仍然找不到答案的科學(xué)問題，以及科學(xué)家在這些領(lǐng)域的探索和發(fā)現(xiàn)�？茖W(xué)家相信，在21世紀(jì)這些問題也許有望破解。

1.時間是一種幻覺么？

柏拉圖認(rèn)為時間是持續(xù)不斷的，伽利略對這種觀念表示懷疑，并計算出如何用圖表進行表示，所以他能夠在物理學(xué)領(lǐng)域做出重要的貢獻。艾伯特?愛因斯坦說時間只是另一種尺度，是除了上下、左右、前后之外的第四維。愛因斯坦說，我們對于時間的理解是基于它與環(huán)境的關(guān)系。古怪之處在于，你行進的越快，時間就過的越慢。他的理論能夠做出最根本的解釋：過去、現(xiàn)在和將來僅僅是想象構(gòu)成的，任何事都是由大腦創(chuàng)立的，并不會立即發(fā)生。

愛因斯坦統(tǒng)一的時空概念理論上行得通，但實際卻很難辦到。時間作為第四維，不像其他維那樣???其中一個原因，我們只能沿著時間軸朝一個方向走。

2.受精卵如何變成人？

想象一下，你將1英寸寬的黑色方塊放在一塊空地上，突然這個方塊開始自我復(fù)制，1變2，2變4，4變8，8變16……這些增殖擴散的方塊開始形成一些建筑???圍欄、拱門、墻壁、管道等。一些方塊變成了電線、聚氯乙烯管道、鋼筋建材、木頭柱子，一些變成了墻板、鑲板面、地毯和玻璃窗。電線開始自動連接成一張復(fù)雜無邊的網(wǎng)絡(luò)。最后，一幢100層高的摩天大樓拔地而起。

這就是受精卵變成人的一個形象比喻，但是，小方塊怎么知道如何建造大樓呢？細(xì)胞怎么知道如何造人(或哺乳動物)呢？生物學(xué)家過去認(rèn)為細(xì)胞的蛋白質(zhì)以某種方式攜帶著造人的說明書，但現(xiàn)在看來，蛋白質(zhì)更像建造人體大廈的磚磚瓦瓦，或是沒有任何建造計劃的泥瓦匠，不像攜帶著建造圖紙的設(shè)計師。如何形成組織器官的方法一定被寫在細(xì)胞的DNA上，但是還沒有人知道如何將這些信息讀取出來。

3.為什么我們需要睡眠？

“如果你偷懶打瞌睡，你就會失去很多”，這是一個容易記住的習(xí)語，但是如果生命中沒有睡眠的話，將是一件十分恐怖的事情。所有的哺乳動物都需要睡覺，如果剝奪睡眠，它們將會很快死去，比禁食死得更快。這是為什么呢？沒有人知道答案。

顯而易見，睡眠可以使身體得到休息，但是看電視不是也可以使身體得到休息么？看來這不能解釋睡眠的必要性。一種主要的理論認(rèn)為，我們清醒的時候，大腦中會不斷產(chǎn)生某種致命的物質(zhì)，越積越多，只有睡眠才能夠?qū)⑺鼈兇驋吒蓛�；或者也能這么解釋，大腦中有某種生存必須的物質(zhì)，清醒時會逐漸被消耗掉，只有睡眠才能補充這種物質(zhì)。這么解釋的話，睡眠就有意義了。以第一種解釋來分析，夜間，大腦進入休息狀態(tài)，逐漸恢復(fù)能量，進入慢波睡眠狀態(tài)。這時，大腦沒有什么負(fù)擔(dān)，可以集中進行垃圾清理工作。

4.為什么安慰劑會起作用？

托?韋格是哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家，為了研究安慰劑的功效(現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最為神秘的一種現(xiàn)象)，他用短促的電脈沖對實驗者進行刺激。最近的一次實驗中，韋格及其同事用刺激的方法對腕關(guān)節(jié)進行了24項測試。研究員將一種惰性奶油涂于實驗者手腕上，告訴他們里面含有止痛劑，當(dāng)科學(xué)家發(fā)出下一組脈沖時，8項測試結(jié)果表明疼痛得到顯著減少。平淡無奇的奶油就可以使強烈的電刺激效果變得緩和許多，那安慰劑作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最好的藥物，又是怎么產(chǎn)生作用的呢？研究表明，在對因高血壓和帕金森病引起的精神不振病人的實驗中，30%到40%的病人在服用了假的安慰劑后稱感覺良好。假安慰劑都能產(chǎn)生如此神效，真是另人難以相信。

最近一次研究，休斯敦退役軍人醫(yī)療中心的醫(yī)生們對一組患有關(guān)節(jié)炎的病人做了膝關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡手術(shù)，需要削去一些膝蓋骨并去除膝關(guān)節(jié)積水；另一組假裝做膝蓋并進行包扎。結(jié)果疼痛報告顯示結(jié)果一樣�；羧A德?波迪是得克薩斯州大學(xué)醫(yī)學(xué)院的教授，并發(fā)表過相關(guān)方面的著作，他說：“據(jù)我看，安慰劑雖然不能起死回生，但大量的實驗表明，安慰劑至少可以在一定程度上起作用�！�

5.森林是減緩還是加速全球變暖的速度？

每個人都知道森林有助于環(huán)境的改善。樹木在生長的過程中會吸收導(dǎo)致全球變暖的罪魁禍?zhǔn)锥�氧化碳，樹木越大，�?shù)量越多其吸收二氧化碳的數(shù)量也就越多。所以森林是防止全球變暖的一個很好的調(diào)節(jié)劑。但盡管植物在大量吸收二氧化碳，但地球仍在不斷升溫。于是產(chǎn)生了這樣一個悖論，未來，森林并不能減緩氣候的變化，但隨著森林不斷遭受毀壞，全球變暖形式將變得更為嚴(yán)峻。

我們不知道以后將會怎樣，因為我們對森林本身了解的太少�？茖W(xué)家估計，在所有物種中，有一半的物種生活于森林的這個三維迷宮的樹冠層，其中的絕大部分在我們的視線之外。實際上沒有說清楚在地球的任何一個地方，指定任何一個高度的1立方米的樹冠層中生活有哪些物種。

佛羅里達州新學(xué)院的樹冠科學(xué)家馬格瑞特?羅曼說：“在你至少知道森林中生活有哪些物種后，你才能有可能知道更多有關(guān)森林的一般性問題。這不僅僅是給它們命名的問題。我們需要知道哪些是常見物種，哪些是稀有物種，這些物種在做什么，在弄清楚這些后我們才能進入下一階段的研究，弄清森林和地球氣候之間的交互關(guān)系�！�

6.生命從何而來？

物競天擇，適者生存，自然選擇學(xué)說解釋了生物體為了適應(yīng)環(huán)境的改變，是如何進化來而的。但達爾文的理論卻不能解釋第一個生物體是如何產(chǎn)生的，這在他看來是一個深深的謎團。是死氣沉沉的，沒有任何生命跡象的化合物最初創(chuàng)造了生命么？沒有人知道。第一個生命體是如何被裝配起來的呢？大自然甚至連一點點微小的暗示都沒有給出。

隨著時間的流逝，這個謎團越藏越深。畢竟，如果原始的自然條件就可以創(chuàng)造生命的話，那么如今先進的實驗室環(huán)境應(yīng)該也能，或者應(yīng)該非常容易地創(chuàng)造出生命，但是迄今為止所有的實驗都以失敗告終。國際殊榮諾貝爾獎和來自國際基因工程的100萬美元的獎勵正在等待研究員在實驗室環(huán)境下創(chuàng)造生命，但至今仍無人問津。

一些研究人員認(rèn)為，早期的地球環(huán)境存在某種神秘的物質(zhì)，可以將化合物變成生命，但現(xiàn)在這種物質(zhì)已經(jīng)永遠(yuǎn)的消失了。也有一些研究員提出了與RNA有關(guān)的解釋，一些含有RNA的物質(zhì)先形成，再以其為模板制造DNA，但這不能解釋第一個RNA是哪里來的。

是上帝或其他高等生物創(chuàng)造了生命么？我們起源于另外的星球，是被

外星人運到地球的么？除非生命起源的問題完全被搞清楚，不然這些問題很難得到解答。

7.冰河時代是如何出現(xiàn)的?

科學(xué)家稱，小規(guī)模的冰河時期每2?4萬年發(fā)生一次，大規(guī)模的每10萬年左右發(fā)生一次。但他們并不知道其中原因�，F(xiàn)行的1920年由塞爾維亞工程師米蘭柯維奇提出的理論認(rèn)為，地球軌道的不規(guī)則性改變了它所吸收能量的多少，導(dǎo)致地球突然冷卻。雖然這個理論與短期冰河期發(fā)生的時間相吻合，但仍舊存在一個很大的不足。在過去的數(shù)十年中，研究表明地球軌道的不規(guī)則性對地球所吸收太陽能的影響只占其中的1%或更少，這個微小的影響不可能使地球的氣候產(chǎn)生重大突變。密歇根大學(xué)的地質(zhì)和氣候?qū)W家亨利?伯拉克說：“令人不解的是，是什么在扮演著放大這一作用的角色，是什么以一小數(shù)量的太陽能的變化產(chǎn)生了巨大的冰河作用？”

對冰層和海床巖石的研究表明，溫度的升降與溫室氣體的濃度密切相關(guān)。但這是一個雞和雞蛋的問題。二氧化碳含量的增多和減少是氣候變化的原因還是氣候變化的結(jié)果？如果是氣候變化的原因，是什么導(dǎo)致了這種變化？如果能弄清這一點，就可大大幫助我們搞清目前全球變暖問題以及如何解決這一問題。但正如俄亥俄州的地質(zhì)學(xué)家馬修?薩茲曼所指出的那樣，“我們需要知道溫室氣體在史前時代波動的原因，但我們并不知道這一點�！�

8.為什么一些疾病會流行起來？

一種流行性疾病???全國性暴發(fā)的疾病???實際上只是一種病原體鴻運當(dāng)頭的外在表現(xiàn)。畢竟細(xì)菌想要我們?nèi)祟愃�想要的一切。�?xì)菌世界的成功意味著要使許許多多的人受到它的感染，它們不斷生殖，然后使更多人受到感染。細(xì)菌如何實現(xiàn)感染的效率取決于它們是怎樣工作以及它們的攻擊對象???我們?nèi)祟???抵抗能力如何。例如，HIV病毒喜歡(性關(guān)系)濫交，卻又裝正經(jīng)的人群，人類喜歡性交，但卻不喜歡談?wù)摪踩�套。另一方面，那些性濫交的人卻不會受到埃伯拉病毒的感染。所以文化的改變就像是乘坐噴氣式飛機旅行，會使一些人群更容易受到某種之前所含有的疾病的攻擊。

細(xì)菌中的變化，比如說如果禽流感病毒H5N1從人類基因中獲得正確的基因就好像菠菜之于大力水手。但是沒有人知道如何預(yù)測何時那些細(xì)菌會在人群中暴發(fā)，所以不要忘記經(jīng)常洗手。

9.為什么我們會死亡？

當(dāng)物理學(xué)家被問到事物為何死亡這種問題時，他們會毫不猶豫的回答說這符合熱力學(xué)第二定律。任何事物無論它是礦物質(zhì)、植物或動物，也不管它是一輛凌志汽車、禮冠上的一個貝殼還是細(xì)胞壁上的一個蛋白質(zhì)分子最終都會分解消亡。這種現(xiàn)象發(fā)生在人類身上就是使人變老，這也是生物學(xué)家的一個研究課題。人變老的原因可能因為DNA遭到了自由基的損害，也可能是因為染色體端粒發(fā)生萎縮。就像科學(xué)家所稱的那樣，染色體端粒會隨著每次細(xì)胞分裂而變小。當(dāng)染色體縮小到一定長度，細(xì)胞就會開始凋衰甚至死亡。

但是若想獲得生命何時終結(jié)的最佳解釋，我們還要求助于生態(tài)學(xué)家，但他們也只是有一種粗略地計算壽命的辦法。基本上說，物種的體形越大，它們體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換就會越慢，新陳代謝的速率就會越低，而生命也會越長。動物的新陳代謝速度很快，也可以很慢。亞利桑那州立大學(xué)的布瑞恩?安奎斯特教授說：“如果你撿起過一只小老鼠的話，就會發(fā)現(xiàn)它的身體晃動得很厲害，而且它的心臟跳得也很快。藍(lán)鯨的心臟就像一個緩慢的音樂節(jié)拍器，跳動的聲音就像教堂鐘聲響起的時候那樣慢�！�

然而二者生命過程中心臟的跳動總次數(shù)卻是差不多，都是1億次，但是老鼠用兩年時間就完成了這個跳動任務(wù)，而藍(lán)鯨卻要用大約80年的時間。安奎斯特說：“有一種不變的東西：所有生物的能量生命指數(shù)幾乎都是相同的�！彪m然很多動物的體形比人類要大，但是壽命比我們長的動物卻很少。為什么重量較輕的我們可以有這么長的壽命？

10.為什么不能十分準(zhǔn)確地預(yù)報天氣?

數(shù)年前，幾天后的天氣預(yù)報是完全不可信的，但現(xiàn)今更為先進的計算機模型使得預(yù)報一周后的天氣變得精確起來。這對計劃如何制定一個商業(yè)旅行計劃或是否租用一個大帳篷來舉行一個婚宴招待會是一個好消息。但是當(dāng)你想建造一個計算機模型來預(yù)報數(shù)十年后或數(shù)世紀(jì)后的天氣時，問題出現(xiàn)了。

1961年，氣象學(xué)家愛沃德?勞倫茲(在進行一項計算機天氣模擬，決定對其中的一個參量采用四舍五入進行計算。這個小小的變化完全改變了天氣模型。這成為后來著名的蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西扇動翅膀會在美國得克薩斯州引起一場風(fēng)暴。勞倫茲的這種做法創(chuàng)立了混沌理論，啟發(fā)氣象學(xué)家將盡可能精確的數(shù)據(jù)輸入計算機模型以增長他們的預(yù)測區(qū)間。但是即使極為精確的數(shù)據(jù)也不能使我們獲得精確的長期性預(yù)測結(jié)果。


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