移植记忆
      ①记忆也可移植，这听起来似天方夜谭，然而科学家们指出，随着科学的发展，这将会成为现实。
      ②科学家的研究发现，记忆的化学本质是蛋白质，人的记忆物质是存在于大脑中的一种叫脑肽的微小蛋白。人类智力的差异，主要取决于组成这种脑肽氨基酸的种类、数量、序列和空间结构的不同。因此美国学者詹姆斯·麦康内尔首先提出了记忆移植的理论，并用涡虫做了成功的记忆移植实验。此后许多学者用不同的动物进行了实验，结果也证实该理论的正确性。
      ③1978年德国科学家马田，从训练过的蜜蜂中提取出记忆蛋白，将其移植到没有接受训练的蜜蜂脑内，结果发现这些蜜蜂就像训练过的蜜蜂一样，每天能定时飞到放有蜜蜂的蜂房内就餐。
      ④英格兰的科学家也用蜜蜂做了相关的实验，他们首先用仪器将成年蜜蜂脑中的记忆蛋白提取出来，再将其注射到正在蜕变的幼蜂脑内。当幼蜂刚刚能飞时，将其带到一公里外成年蜂常来取蜜的蜜源处放飞，结果发现这些从小足未出户的小蜜蜂居然都能准确地返回蜂巢，而那些未接受记忆蛋白移植的蜜蜂却不能返回。
      ⑤美国科学家乔·昂加尔用老鼠做实验也证实了记忆能够移植的理论。他将老鼠觅食的鼠笼分成一明一暗两个室，并放上相同的食饵，在暗室内放上电击装置，每当老鼠到暗室取食时，就会受到电击。久而久之，在老鼠的大脑中就形成暗室危险、明室安全的概念。
      ⑥然后将这些老鼠解剖，结果在它们的大脑中发现了一种特殊的蛋白质，昂加尔将这种特殊的蛋白质注射到了无此经历的老鼠脑中，结果发现这些天生喜暗厌明的老鼠竟无一例外地直扑明室觅食。荷兰学者威克还发现，若给老鼠注射加压素（一种肽），老鼠就会变得聪明起来。
      ⑦那么记忆蛋白能否应用于人类呢？为此比利时科学家进行了大胆的实验：他们用加压素喷洒一位因车祸昏迷不醒的青年的鼻子，一天后这位青年记起了一些车祸的情况，一星期后就恢复了记忆。以后他们发现加压素不仅能恢复病人的记忆，而且能提高记忆力、识别力和注意力。
      ⑧当然，关于人类的记忆移植目前还在深入地研究之中，但是我们相信，在不远的将来一定会成为现实。

                                                                                                 宇宙的边疆  

                                                                                                 卡尔·萨根
         地的广大，你能明透吗？光明的居所从何而至？黑暗的本位在于何处？
                                                                                                                                                                                                          ——《圣经·约伯记》
         我索取荣誉的对象不应该是太空，而应该是我的灵魂。假如我拥有一切，我就无所用心。好大喜功则为宇宙汪洋所吞没，开动脑筋则领悟世界。
                                                                                                                                                                                               ——（法国）布菜·斯帕斯卡《感想录》
        已知的事物是有限的，未知的事物是无穷的；我站立在茫茫无边神秘莫测的汪洋中的一个小岛上。继续开拓是我们每一代人的职责。             

                                                                                                                                                                                                                  ——（英国）T.H.赫胥黎
        ①宇宙现在是这样，过去是这样，将来也永远是这样。只要一想起宇宙，我们就难以平静——我们心情激动，感叹不已，如同回忆起许久以前的一次悬崖失足那样令人晕眩颤栗。我们知道我们在探索最深奥的秘密。
        ②宇宙的大小和年龄不是一般人所能理解的。我们的小小行星只不过是无限永恒的时空中的一个有限世界。从宏观来看，大多数人类所关心的问题都可以说是        的，甚至是         的。但是，我们人类         、勇敢好学、前途无量。几千年来，我们对宇宙及我们在宇宙中所处的地位作出了最惊人的和         的发现。人类对宇宙的探索，回想起来是很令人兴奋的。这些探索活动提醒我们：好奇是人类的习性，理解是一种乐趣，知识是生存的先决条件。因为我们在这个宇宙中只不过是晨空中飞扬的一粒尘埃，所以，我们认为，人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度。
        ③我们探索宇宙的时候，既要勇于怀疑，又要富于想象。想象经常能够把我们带领到崭新的境界，没有想象，我们就到处碰壁。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。宇宙神秘非凡，它有典雅的事实，错综的关系，微妙的机制。
        ④因为宇宙辽阔无垠，所以那些我们所熟悉的适用于地球的量度单位——米、英里等等已经没有意义。我们用光速来量度距离。一束光每秒钟传播18.6万英里，约30万公里，也就是7倍于地球的周长。一束光从太阳传播到地球用8分钟的时间，因此我们可以说，太阳离我们8光分。一束光在一年之内约穿过10万亿公里(相当于6万亿英里)的空间，这个长度单位——光在一年里所通过的距离——称为一光年。光年不是度量时间的单位，而是度量距离的极大单位。
       ⑤地球是宇宙中的一个地方，但决不是唯一的地方，也不是一个典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。那是一个奇特而荒芜的地方。相比之下，行星、恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有10³³分之一。在日常生活当中，这样的机会是“令人羡慕的”。可见天体是多么宝贵。
        ⑥从一个星系的优越地位上，我们可以看到无数模糊纤细的光须象海水的泡沫一样遍布在空间的浪涛上，这些光须就是星系。其中有些是孤独的徘徊者，大部分则群集在一起，挤作一团，在大宇宙的黑夜里不停地飘荡。展现在我们面前的就是我们所见到的极其宏伟壮观的宇宙。我们隶属于这些星云，我们所见到的星云离地球80亿光年，处在已知宇宙的中心。
        ⑦星系是由气体、尘埃和恒星群(上千亿个恒星)组成的，每个恒星对人类来说都可能是一个太阳。在星系里有恒星、行星，也可能有生物、智能生命和宇宙间的文明。但是从远处着眼，星系更多地让人想起一堆动人的发现物——贝壳，或许是珊瑚——大自然在宇宙的汪洋里创造的永恒的产物。
        ⑧人类有幸来到地球这个行星上。这里有充满氮气的蓝天，有碧波荡漾的海洋，有凉爽的森林，还有柔软的草地。这无疑是一个生机勃勃的星球。从整个宇宙来看，它不但景色迷人，天下稀有，而且到目前为止，在我们的行程所经历过的所有时空当中，只有这个行星上的人类开始对宇宙进行探索。必定有许多这样的星球散布在整个宇宙空间里，但是，我们对它们的探索从这里开始。我们有人类百万年来用巨大的代价积累起来的丰富知识；我们人才济济，勤学好问；我们的时代以知识为荣。我们是很幸运的。

寻找发掘脑的潜能

（美）达罗·A·特雷费特

       ①获得性学者综合征，患者是老年痴呆或头部受到严重撞击或其他脑损伤的人，患病后突然表现出接近天才的艺术才华或智力技能。上世纪80 年代中期之前，我一直以为这是一种先天性疾病，但参加克莱蒙斯的个人雕塑展，看法开始发生改变。婴儿时期的他聪明伶俐，3岁时一次意外摔倒脑部受损，其认知发展骤然减缓，在语言学习方面出现了严重障碍。此后他却拥有了一项非凡的技能，能够用手边任何材料进行雕塑，可以照着杂志上马的照片，在半小时内塑造出一件惟妙惟肖的复制品。

       ②兴趣令我开始在医学文献中查找这方面的报道。到2010 年，我收集记录了全世界319起知名的“天才”案例，其中有32例是属于后天获得的。神经学家米勒的研究工作也在我的收集之列。1996年，米勒开始研究最早的12个病例。这些病例均患有一种名为额颞叶痴呆（FTD）的退行性疾病，患者都是老年人，在认知、语言等方面出现严重的障碍和病态行为，但同时平生第一次展露出了超凡的音乐或艺术才华。

       ③从米勒的研究看，FTD 患者的受损脑区通常是大脑左前颞叶及眶额皮层，受损后导致患者出现一些病态的异常行为或认知、语言上的缺陷。正常情况下，上述两个区域会抑制位于大脑后部、负责处理眼部信号的视觉系统的神经活动。患者左前颞叶和眶额皮层可能无法发出抑制性信号，从而让个体获得了全新的艺术敏感性。于是大脑就能以一种全新的方式来处理视觉和声音，患者的艺术敏感性或其他创造力便释放出来。

       ④大量研究表明，因意外造成脑损伤患者表现出特殊才能，可能缘于大脑某些区域活动减弱和某些区域的活动增强。这涉及大脑损伤之后（以左脑受损最为常见，类似于米勒收集的 FTD 病例）的一系列事件，我称之为“3R 过程”。该过程始于“募集”，这个步骤主要发生在大脑皮层仍旧完好的区域，比如右脑，这里的大脑活动会增强；接着就是“重连”，也就是大脑会在以前没有形成神经连接的区域间建立起新的连接；最后就是潜能的“释放”，因为新的神经连接会使某些脑区的活跃程度升高，以至于一些处于休眠状态的能力被释放出来。

       ⑤至此，关于获得性学者综合征，无论对于 FTD 患者还是意外脑损伤的人，我的看法已经发生了根本改变：这并不是一种先天性疾病，而是后天获得的。通过一个简单的推导就可以得出一个判断，并进一步产生新的结论：可以从每一个健康人的身体内开掘出一些接近天才的艺术才华或智力技能。很显然，问题的关键是能在无需患病或遭受脑损伤的情况下，释放人体内被封印的才华。

       ⑥研究人员让自愿者完成一项具有挑战性和创新性的九点谜题。要求将三点一排，总共三排的点用四条直线连起来，途中不能抬笔或有折返线。一开始，29 名自愿者没人能够完成这项任务。对他们进行“假”刺激（仅安放电极但没有释放电流）后，仍然束手无策。释放电流后，约有40%的自愿者，成功完成了这项任务。他们似乎一下子就知道了他们以前不知道或者没学过的事情。这便是经颅直流电刺激技术，它通过产生一种极化电流，减弱左脑与感观输入、记忆、语言以及其他脑功能相关的部分脑区的活动，同时增加右脑（主要是右前颞叶）的活动。

       ⑦无论哪种类型，对于获得性学者综合征患者表现出特殊才能，一个合理的解释是，这些才能和知识肯定是以某种方式通过遗传而来的。在生命之初，我们并非一张白纸，大脑可能便预装了一套“系统”，帮助我们处理眼睛看到的东西，或是理解音乐、艺术或数学方面的“内在规律”。只是，“天才”比一般人更“擅于”开发和利用那些与生俱来的才能。

       ⑧让目前还不是“天才”的人释放创造潜力的可行性途径有哪些，如何掌握一系列大脑神经运作的生理机制，便成为关键。

       ⑨要重塑大脑并发挥人的潜能，冥想是一条可行的途径；刻苦练习亦可获得某项高超的技能；之外就是科学技术的参与。我们需要掌握当某些大脑回路的功能受到激发或抑制时，神经元会建立怎样的连接，进而“破译”大脑活动与突然显现的才能之间的关系。同时，需要在患者活动甚至进行创造性活动时能够对其大脑状况进行观测。与此有关的实验正在加紧进行中。可以预期，不远的将来，我们每个人那卓越的创造性和特殊的本领就会被轻松发掘出来，每个人都有可能实现自己的“天才”梦想。

    ①石墨烯有“黑金”及“新材料之王”的美誉，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

    ②石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，它由碳原子组成，并且只有一层原子厚度，是一种二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

    ③石墨烯是目前世界上最薄、最强韧的材料 ， 断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只猫的重量。

    ④难以想象的是，石墨本身几乎是最软的矿物质（莫氏硬度只有1-2级），“切”成一个碳原子厚度的薄片时，“性格”会发生如此之大的变化，石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高，但却又有很好的韧性，可以弯曲。

    ⑤因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/___ ， 远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

⑥另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；它又非常致密，即使是最小的气体原子（氦原子）也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

    ⑦石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。据相关专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

（来源：凤凰网  2015年7月19日  有删改）

奇妙的“细菌电池”

史峰

    电池作为“可移动电源”已经成为生活中的必需品，但是传统的“化学电池”中含有各种有毒物质，数不尽的“化学电池”对环境的污染程度甚至到了让人触目惊心的地步! 

    1910年英国科学家意外地将实验材料铂掉进了大肠杆菌的培养液里，结果发现在铂的一个端头产生了电压。这个发现让科学家们惊讶万分——原来细菌也可以发电！ 

    后来，美国科学家筛选出一种发电细菌，利用这种细菌制造出了可以在太空飞船上使用的“细菌电池”，他们想让这种细菌在分解宇航员尿液的过程中产生电能，这样既可以改善太空飞船上的卫生状况，又可以给太空飞船提供电力，可谓是一举两得。虽然这种细菌分解尿液的能力足够，但放电能力却还是不足，由此“细菌电池”的应用研究并没有取得完全成功。 

    1990年，英国的科学家在糖水中添加了一些芳香类化合物作为催化剂，并不断往电池水液里充氧气，让发电细菌和它们需要分解的物质充分接触，从而大大提高了细菌产生电能的活力，“细菌电池”的电能输出量大增，完全达到了实用标准。据测算，细菌发电的转换效率达40%，这明显高于火力发电30%左右的转化效率，更是远远高于“化学电池”10%的转化效率。 

    最让人兴奋的是，细菌电池是绝对“绿色电池”，它的废弃物对环境不但没有丝毫的危害，反而有益——如果把发电细菌的分解物由糖换成锯末、秸秆、落叶等废有机物，细菌电池在输电的同时，还净化了环境。 

    前面的“发电细菌”都是在“分解有机物”的过程中产生电能的，用这种细菌来发电，可以获得足够实用的电量，但无法把这种电池做的太小，太小无法提供足够的“分解空间”。很明显电池的大电量与电池的小型化成为一对极端矛盾。 

    不久前，美国一家“细菌电池”研究机构的科学家发现了一种“异样”的发电细菌，这种细菌不是靠分解有机物产生电能的，而是靠挤压产生电能——这种细菌的身体内含有“压电性”蛋白质。所谓“压电性”是指给予外力挤压后就能产生电能的性质，简单地说就是“一压就发电”。 

    科学家把这些细菌“加工”成薄片结构，然后把薄片叠加成手机电池的模样，并为它装配一个可持久产生内缩压力的外壳，这就相当于对这些细菌聚合体施加了一个持久的压力，于是这个用细菌叠加成的电池就产生了持久的电流，其产生的电力可以点亮手机屏幕。 

    这个实验结果让科学家兴奋不已，因为通过技术改进，他们很快可以制造出形态小、电力足的商用“细菌电池”。到那时。那些对环境有害的“化学电池”将被这种完全无害的绿色“细菌电池”所代替了。

（选自《科学启蒙》2013年第1期）