树木空心之谜

    很多大树随着年岁增长，树心会慢慢腐烂，最后成为空心，威胁大树的生长。在干燥的北方，空心树比较常见，如曹雪芹纪念馆前的歪脖子老槐树，北京植物园龙王庙前的老槐树等。

    事实上，树木空心不止发生在北方我们所熟知的老槐树、大青树或常见的大树中，在水热丰沛地区，树木的空心现象也很严重。亚马孙热带雨林中的树木有37%的空心率；澳大利亚稀疏草原上66%～89%的物种会发生空心，在这里，有的树干空心直径达到整棵树木直径的50%。

    从树木的生长环境与自身生长特征来看，潮湿的原始森林中空心数最多，那么，这些树木为什么会空心了呢？

    1976年，生态学家丹尼尔•扎森发表了一篇名为《为什么热带树木的心会腐烂掉》的文章，提出了营养循环利用理论，认为空心现象是树木对生长环境采取的一种适应性策略，空心乃自然界“无用之用”的体现。树木因为闪电、火烧、真菌侵扰或动物啃噬之后，内心慢慢腐烂，营养物质逐步流到植物根部，被循环利用，树干形成空心。

    扎森对树木空心“无用之用”的解释，听起来好像很合理，但细细思之，当树木中心在微生物或动物作用下慢慢腐烂的时候，营养首先被白蚁等昆虫大量获取。然后，腐烂的树心里面最重要的部分被雨水冲刷到地表的土壤里，这些到达地表的营养则会被浅根的草本植物获取，并不能到达大树的深根。此外，若树木空心是一种适应性策略，理论上，空心木应该能吸引很多分解者和啃噬者，但事实并非如此，那些倒下的非空心树木更受真菌和动物们的青睐。所以，从树木的生长环境方面考虑，营养循环利用的理论是站不住脚的。

    最近，英国科学家在《生物学快报》上发表一篇名为《为什么那么多树是空心的》的文章，否定了扎森的营养循环利用理论，并认为树木在其生长过程中，为了节省能量而选择牺牲身体的一部分，从而造成了空心现象。对于一些粗矮的古树来说，保护树心可能并不是一种经济的选择。因为，树干外周的树皮是用来运输水分、矿物质的，对于较大的树木来说，要维持外周树皮的正常工作每年通常要耗费5%～13%光合获取的能量。为了节约能量，有些树木便舍“内”求“外”，树干中间因缺乏营养而形成实心，这样的实心既不能储存能量也不能传输物质，化学防御物质也没法更新，因此抵抗能力降低了，自然容易受到真菌和动物的侵蚀而腐烂，造成树木空心。

    此外，从树木物理稳定性考量，高大树木的水平侧枝通常比直立的主干更能忍受高强度的拉力。因此，水平侧枝通常生长更加强壮，更耐真菌和动物腐蚀一些，不易发生空心。硕大的侧枝同时会将拉力施加在空心树木的外周，树木空心的现象或许还能合理解释为什么树皮外周比树心结构复杂……

    关于树木空心的谜题还有很多种解释，不过，至今仍然没有更权威的说法。有人可能还会问，为何有的植物（如伞树或竹子）的茎干生来便是空心的呢？想要回答这个问题，还得等待新的科研结果。

无敌大自鲨

    在全世界各地的海洋中生活着大约350种鲨鱼，它们已经在我们这个星球上生存了3亿多年。在所有的鲨鱼中，大白鲨个儿最大、最凶猛、最为矫健有力，没有任何海洋动物敢与大白鲨为敌。

生物学家认为，大白鲨可以长到7.61米长，寿命达20年。刚生下来的大白鲨幼鱼约1.06米，出生的当天就会自己捕食。雌大白鲨成年时长4.84米，体重达1360—2721千克。

    大白鲨的表皮覆盖着一排排叫作真皮齿的尖利鳞片，每个鳞片犹如一粒细小的利牙，鱼皮表面像砂纸那般粗硬。高速游动的大白鲨如果擦碰到人体，人的肌肤会被割划得皮开肉绽。渔民因渔网被凶悍的大白鲨撞破扯烂而一无所获的事时有发生。

    大白鲨是典型的肉食动物。幼小的大白鲨捕食鱼类，等身体长到2.74—3.65米时，转而捕食海洋中比鱼类个子大的海豹、海狮之类的哺乳动物。捕食时，大白鲨往往先在猎物四周慢吞吞地游来游去兜圈子；然后悄然沉到海底，将身子隐蔽在礁石之间。觑准时机，猛然闪电般向上直扑猎物的腹部或尾部，刀锋似的利齿将猎物咬成几块，三口两口就把猎物吞进了肚里。

    大白鲨的体温比周围水温高6℃据科学测算，肌肉温度每提高5℃，肌肉的收缩力便增加2倍。这是大白鲨反应神速、肌肉爆发力强大的主要原因。

    大白鲨是海洋生物链中必不可少的一环，它起着控制海洋中某些哺乳动物数量的作用，吃掉其中的老弱病残者，促进生存竞争。另外，大白鲨还吞食海洋中的动物尸体，清洁海洋。可惜的是，体态优美的大白鲨由于受到误解，被人类大量捕杀，数量急剧减少，现在已被世界动物保护组织列入了濒危动物名单。

（选文有删改）

DNA硬盘

    ①DNA是生物的基因信息，可以长久有效地记载生物的各种信息数据和图谱，这已经不再是神秘的东西了。可是，把人类文明的数据存入“DNA硬盘”，并且保存长达千年之久，不啻为石破天惊的奇闻。

    ②最近瑞士联邦理工学院的一群研究人员经过研究发现，所有的人类文明成果数据，都完全可以写入DNA生物基因信息中，并将其储存千年之久。

    ③这项研究的动因，源自一个并非杞人忧天的“黑色幽默”。2011年的某天，瑞士联邦理工学院的教授格瑞斯跟同事们聊天，有人开玩笑说，一旦某一天，人类从地球上消失了，那全人类几千年来所有自然科学和人文科学研究成果的资料数据，会不会随着人类的灭亡而灰飞烟灭？有的人则不以为然，因为服务器、硬盘、闪存、磁盘等很多数据保存工具，它们不会像人类一样消亡，它们记载这些数据，完全可以留待新新人类去发掘。

    ④格瑞斯教授听完大家的笑谈：并没有感觉这只是一个黑色幽默，而是认为这是一个非常严肃的科学命题。服务器、硬盘、闪存、磁盘等数据保存工具，是可以将数据保存一段时间，但这些数据保存工具，最终还会像传统的纸质书籍一样降解，无法长久保存人类数千年的文明。

    ⑤那么，有没有一种方法可以长久保存这些数据呢？于是，他组织了一个研究团队，开始研究这个课题。受到生物DNA基因信息图谱的启发，他们把将数据写入生物基因信息作为主攻方向。

    ⑥经过研究，他们发现1克DNA理论上携带有455艾字节（Exabyte，EB）的数据。1EB等于10亿GB，而1000EB等于1ZB。云计算公司EMC估计.2011年全球数据总额也只有1.8ZB，这意味着只需要4克（—勺子左右）DNA．就能记录从柏拉图到莎士比亚的名作，还可以延展到碧昂丝的最新专辑等所有作品。一人类几千年的文明成果数据，有了DNA硬盘保存，是完全不成问题的。

    ⑦可是随着研究的深入，格瑞斯和同伴们发现，DNA也会对周围的环境产生反应，在室温下也会逐渐降解。针对这个问题，他们又天马行空，异想天开的集思广益，认为如果把DNA数据硬盘做成化石来保存，这个问题就迎刃而解。而现今最类似于化石的矿物就是石英。于是他们将石英做成壳子，这种壳子的结构组成类似于玻璃，与骨骼化石几乎相同，把DNA样本放在石英做成的壳子中，达到了比较完美的效果。

    ⑧把人类文明的数据存入DNA硬盘，由头源自幽默，结局石破天惊。瑞士联邦理工学院格瑞斯教授等科学家，创造了人类文明数据保存与传承的神话。

（选自《知识窗》2015第5期）

单车共享

    ①现如今，城市人在选择出行工具时颇费思量，私家车自由但相对价格高，公交巴士地铁便宜但自由度低，还有从地铁站到家或公司“最后一公里”的麻烦，而共享单车有其优势。近来，一款颇具设计感的小橙车共享“摩拜单车”出现在很多城市的街头，成为朋友圈热刷的对象。

    ②单车共享作为分享经济的一种模式，其实在国内并不是新鲜事。成立于2014年，覆盖全国众多高校的ofo单车共享平台瞄准了闲置单车资源，将校园内废弃的单车与学生捐赠的单车经过改装机器锁、号码牌、涂装颜色后投放市场。这种不卖产品而是卖产品“使用”的经营模式，国际上对此有个专用名词，叫“产品服务系统”或者叫做服务型制造业，即充分利用资源，分时段供需要的人使用。

    ③与ofo单车不同，摩拜单车采用自行设计、自行生产的模式。据摩拜单车创始人胡玮炜介绍，因为希望打造4年免修的特殊自行车，摩拜走了一条自行设计、生产单车的路线，增强了产品的自主性，也提高了经营成本。为了避免“掉链子”，摩拜单车采用车轴转动、实心车胎、五辐轮毂、座椅高度固定的设计，单车重达25公斤，但这样一来，4年免修的愿景与上佳的骑行体验难以两全。

    ④摩拜单车成了共享单车的“新宠”，但在迅速扩张中也面临诸多问题。去年9月摩拜进入北京后，北京的五环内都能见到摩拜单车的身影，但因人流运动带来的“潮汐效应”导致上班时大量车辆集中在写字楼附近，下班需要用车时，大量单车又集中在地铁口附近，想骑车的人吐槽“无车可用”。

    ⑤如今上海地区摩拜单车的投放已超过1万辆。据不完全统计，投放一个多月，遭到人为破坏的单车超过了10%，有的车上的二维码被损坏，车身被贴了小广告。有用户为独占资源给车再加锁，有的甚至图自己方便将单车搬进了办公室或家里。

    ⑥从目前的情况看，摩拜单车想跑赢“最后一公里”要走的路还很长。

新年敲响钟声108下

    ①新年到来的时候，北京大钟寺、登封少林寺、苏州寒山寺、杭州灵隐寺等全国各大寺院都会响起钟声。新年钟声是有讲究的，要敲108下。这是为什么呢？一种说法是，一年有12月、24节气、72候（每五日为一候），这些数字加在一起就等于108；还有一种说法是，9是最大的数字，又和“久”谐音，108代表着12个月里都有9。钟声响起，代表辞旧迎新，迎春接福。在城市高层建筑稀少的年代，有些寺庙的钟声可以传出几千米远。

    ②为什么钟声能传得那么远呢？我们以北京大钟寺的钟为例来说明。这口钟铸造于明朝永乐年间，所以又叫作“永乐大钟”。它是我国现存最大的青铜钟，高约7米，总重量约64吨，钟体不同部位的厚薄不等，最薄的地方在钟腰，有94毫米，最厚的地方在钟口，有185毫米。将近600年过去了，这口钟依然没有一处裂缝，撞钟时声音还是那么洪亮、浑厚。

    ③两千多年前，我国的能工巧匠就掌握了铸造青铜钟的技法，成书于春秋战国时期的《周礼•考工记》对此有详细的记载。永乐大钟钟身坚固、声音洪亮的秘密就在于它继承和发扬了这一技法。永乐大钟钟身高度和钟口宽度的比例是1：0.7，这也是我国古代铸造铜钟一直以来遵循的比例。为什么要钟身长、钟口小呢？据声学研究显示，这种形状便于散音。这和《考工记》中“钟小而长，则其声舒而远闻”的记载相符。

    ④钟声悠扬和铸造铜钟的化学成分也有关系。化学分析表明，永乐大钟不同部位的化学成分是相同的，都是含铜80.54%、锡16.40%、铅1.12%，另外还有金、银、铁等其他金属。《考工记》中说，铸造青铜钟应当“六分其金而锡居一”。现代研究也证明了这一说法的科学性，当青铜器中锡的含量在15%～17%时，其抗裂性能最好，声学效果最佳。

    ⑤《考工记》中记载：“钟厚则石，已薄则播。”意思是说：钟身厚，声音就沉闷；钟身薄，声音就传得远。永乐大钟的钟身厚度不一，在撞击时不同部位振动的频率不一样，所以发出的声音也不一样。声学仪器测试发现，永乐大钟发出的声音频率从16赫兹到800多赫兹不等。许多声音听起来就像音乐，比如振动在169赫兹的声音听起来像是“哆”，164赫兹的声音听起来像是“咪”。这么多的声音汇集在一起，就像一场宏大的交响乐。

⑥除了永乐大钟本身的特点之外，温度和不同的介质对钟声的传播也有影响。从声学的角度分析，声波总是向温度低的区域偏折。新年钟声在午夜敲响，这时空中的温度高，地面的温度低，所以声波会向地面偏折，沿着地表传播得很远。如果在水边听新年钟声，你会感觉钟声更加清晰，因为水面是平的，声波反射更加平稳。唐代张继的《枫桥夜泊》传诵千年：“月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠。姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”水乡秋夜，孤舟渔火，钟声从远处的寒山寺沿着江面悠悠地传来，一声声诉说着游子的孤寂和哀愁。《红楼梦》中，贾母月下听笛时，觉得“笛声远远的吹起”，听戏时坐在藕香榭的水亭中，也是这个道理。声音沿着水面传播时，回音方向一致，水面是天然的音响，能让乐音更加清晰悦耳。

    ⑦江上聆钟，月下闻笛，隔水听曲，中国文化有一种诗意的美感。新年敲108下钟声，体现了对传统文化的继承，也表达出对国泰民安的祝愿。

（选自《知识窗》2018年第2期）

地球上最艰辛的迁徙

①在夏秋季节，如果你有幸到青海湖，千万不要忘记去看看斑头雁；在春末或晚秋，假如你能爬上珠穆朗玛峰峰顶，你一定能幸运地听到它们的鸣叫……

②在海拔9000米的云端，在空气只有不到海平面30%的地方，斑头雁——孤标独步，傲视苍穹，成群结队，一掠而过！毫无疑问，它们是世界上飞得最高的鸟儿。

③这种鸟，头部是白色的，后方有两条水平的黑带，形成如斑马状条纹，故名叫斑头雁。一只成年斑头雁的体重是2～3公斤，站立时高度是60～70厘米。每到春天，成群的斑头雁飞向中国青海湖筑巢产卵，生养小雁。在完成生儿育女后，它们就会飞向南方——飞越过世界上最高的山脉。

④斑头雁为何拥有强大的氧气获取能力？

⑤原来在斑头雁红细胞中，血红蛋白分子结构里包含一种对氧原子有特别的亲和力的特殊的氨基酸，这个优势加上斑头雁体内其他几个应对气候变化的组织，使得它们充分地利用了有限的生存资源，可在近9000米的高空安详自在地飞行。

⑥斑头雁体内有数个组织辅助氧气传输系统。一旦氧气进入血液后，它就被输送到飞行肌里。斑头雁的飞行肌里密布着如网络般的毛细血管，这些毛细血管能把负氧离子传送到微型能量生产工厂。斑头雁的肌肉细胞内布满了线粒体，这些微型能量生产工厂就“建立”在线粒体里，其中很多的工厂的位置都处于细胞壁附近，可以从近在咫尺的毛细血管里非常快速地抓取到氧原子，为翅膀提供一次强有力的挥动。

⑦斑头雁翅膀挥动的频率同体格大小相近的鸟儿几乎一样：每分钟225次。所不同的是：斑头雁的翅膀更长。斑头雁单翅伸展的宽度可达1.5米。在稀薄空气中，斑头雁挥动翅膀会产生比同等高飞的鸟类更强的推举力。

⑧正因为斑头雁有最具特点的身体机能和高超的飞行能力，才能完成地球上最艰辛的迁徙。

（文/刘君武，选自《课外阅读》2011年第8期，有改动）