“性变”不用做手术

王珀

       在千奇百怪的动物世界里，有的动物可以自行发生性别改变，以利于生存和繁衍后代。这一现象令人惊奇。

       动物世界的性变方式是多种多样的。生活在海边礁盘、石块上的牡蛎，出生时是雄性，一年以后就变成了雌性。而另一种鱼类黄鳝则恰恰相反，小的时候都是雌性，能够产卵，而在产过一次卵之后，便逐步变成了雄性。生长在我国福建沿海的一种鲎，最早的时候都是雌性。进入繁殖期之后，一半雌鲎就变化为雄鲎，并且，一只雄鲎总是趴附在另一只雌鲎的背上，紧紧地靠在一起，成双成对，永不分离。在红海中，生活着一种红鲷鱼。这种鱼以20条左右为一群，其中，只有一条雄鱼。一旦这条雄鱼死去便出现了奇怪的事情：在剩余的雌鱼中，身体最强壮的一尾便发生体态变化，鳍逐渐变小，体色变艳，内部器官也随之发生变化，成为彻头彻尾的雄鱼。如果这条变化而来的雄鱼再死去，在剩余的雌鱼中，另一尾最强壮的雌鱼就又要“升格”为雄鱼。更为有趣的是，红鲷鱼的这种变化，和它们的礼堂有着密切的关系。只有当雌鱼看不到有雄鱼存在时，才会发生这种变化。倘若，雌鱼能够看到有雄鱼存在，上述变化就不会发生。

       有些动物的性别变化，情况更为复杂。甲鱼（鳖）在25℃时鳖卵孵出的全部是雄性，而在温度升高后孵出的则是雌性。生活在加勒比海和美国佛罗里达海域的蓝条石斑鱼，产卵的时候，一对婚配的鱼在一天要发生5次性别的变化。印度洋红海珊瑚丛中的白头翁鱼，每到生殖季节，性别全部转换。不过，雌鱼变成雄鱼后的20多天里仍然能够产卵。

       环境污染对动物的繁衍产生不良作用，也可以引起性别的改变。美国科研人员发现 ， 污染物通过破坏一种被称为芳香酶的脑酶，把睾丸激素变成雌激素来影响性发育。在鱼脑和人脑的雌激素合成中，芳香酶是一种重要的酶，如果在生命的早期干扰它，就可能对性别发育产生影响。改变鱼脑中芳香酶的数量，同时也改变了鱼脑中睾丸激素和雌性激素的数量。

       动物的性变功能是科学家正在探索的一个课题。经过人们的共同努力，解开其中的奥秘已为时不远。

                                                                                                                                                                                               （摘自《百科知识》）

平凡的色彩，不平凡的发明

    2014年，日本科学家赤崎勇、天野浩和日裔美籍科学家中村修二，由于对蓝光发光二极管研发所作出的突出贡献而获得诺贝尔物理学奖。那么，蓝光发光二极管究竟凭借着什么样的魅力获得诺贝尔奖的垂青呢？

传统光源的困境

    照明对于人类文明的重要性不言而喻。自爱迪生发明白炽灯之后，荧光灯、蒸汽灯等传统光源相继出现，这些传统光源能够出色地完成照明任务，但也存在着明显的缺陷。如白炽灯需要将灯丝加热到上千度的高温，但电能大都转化成了热能，转化成光能的很少。荧光灯利用汞原子辐射的紫外线，来激发荧光粉出光，虽然有较高的效率，但汞是有毒的，不环保。蒸汽灯通过对放电管产生高温电弧，使汞、钠蒸发，使其产生荧光，同样不环保。鉴于此，传统光源被称作“环境不友好”的光源。

A          

    受半导体技术的启发，科学家们开始研制发光二极管，寻求一种将电能直接转化成光的“电致发光”的照明方式。与传统光源不同，发光二极管它包含着复杂的结构，需要纳米尺度的精确工艺和复杂的技术，而且它的发光原理也是领先的，可以通过改变发光区的成分，改变光的颜色。发光二极管真的一点都不平凡。

    由于发光二极管的芯片非常地微小，所以可以在低电压（仅需几个伏特）、小电流（数毫安）下工作，即可获得足够高的亮度，并且通电后立即以稳定的状态发光，几乎没有明显的缺点，堪称“终极光源”。

姗姗来迟的蓝光

    发光二极管有如此多的优点，但为何没有成为我们的日常光源呢？这要从白光合成的原理说起。大家知道，太阳光的不同颜色，我们可以通过混合红、绿、蓝光模拟出来，因此红、绿、蓝被人们称为三原色。如果三原色缺了一种，那么我们就像色盲一样，看不到真实的色彩。

    因此，人类要想实现“半导体照明梦想”，就必须制作出能够发出类似这三原色光的发光二极管。遗憾的是，红光、绿光发光二极管在上个世纪70年代就已经成功研制出来，而蓝光发光二极管的研发却在很长时间内陷入了停滞。因为制备蓝光发光二极管所需要的材料——氮化镓，在很长时间里，科学家们只能得到粉末状的或者非晶态的氮化镓，而这种状态的氮化镓无法去做发光二极管。

    20世纪80年代后，氮化镓材料的质量已经有了明显的提高。赤崎勇、天野浩小组和中村修二，经过不懈的努力，分别利用不同的方法得到了镜面般光滑的氮化镓薄膜，完成了具有里程碑式意义的工作。1993年，随着第一颗蓝光LED首次由中村修二制成，半导体照明终于走出困境，踏上了快速发展之路。

B         

    蓝光发光二极管帮助人类实现半导体照明，节约了能源，但它带给人类的远远超出了“绿色环保”的范畴。今天，发光二极管的影响已经相当深远，能够覆盖到信息、通讯以及生命科学领域，在生活中，从宏伟的摩天大楼到精致的电子产品，到处都有发光二极管注入绚丽的色彩。

    蓝光发光二极管获奖，实至名归。

（选自《科学之谜》，有删改）

睡眠这件“小事儿”

闫冠男

    ①睡眠这件“小事儿”，耗去了我们的小半生（我们人生的1/3都在睡觉）。睡眠看似是一种简单的24小时周期性活动，但其背后却涉及复杂的行为和生理过程。从行为层面上，睡眠被定义为机体对外界环境失去知觉和反应的一种可逆性行为。它并非是机体的一种消极和被动状态，而是在多种神经网络和递质积极主动支配下产生的，并涉及大量生理、代谢和神经行为。

    ②一般正常成人在一个完整的夜间睡眠中，大脑在进行着具有一定周期性的功能和状态循环。依据多导睡眠图描绘的脑电图模式、眼动和肌张力特征，人的睡眠结构可分为两种类型：非快速眼动（NREM）睡眠和快速眼动（REM）睡眠。非快速眼动睡眠与快速眼动睡眠循环交替称为一个睡眠周期。每次夜晚的睡眠通常有 4～5个睡眠周期，每个周期约90～110分钟。两个睡眠周期之间通常伴有短暂觉醒，整夜大概出现4～6次。

    ③人为什么要睡觉？

    ④首先，从保养论的角度看，睡眠可以帮助大脑恢复精力，消除疲劳。动物需要睡觉，而没有大脑的植物不睡觉；人体的有些器官，比如肝脏，是不休息的。因此可以说，睡眠是脑部特有的现象，睡眠可以使脑部修补自由基所造成的损害。自由基是新陈代谢的副产物，可损伤人体细胞。其他器官可以通过放弃和替换受损细胞来修补这种损害，但大脑无法这样做。只能让人进入睡眠状态，尤其是在非快速眼动睡眠状态，人体组织才能利用这段难得的“闲暇时间” 通过合成抗氧化酶进行“抢修作业”。

    ⑤其次，从功能论的角度考虑，2014年《科学》杂志上发表的文章指出，睡眠会促进脑神经元上特定棘状突起的形成，维护特定的树突分支，从而促进学习能力和记忆能力。不仅如此，科学家通过对健康成人被试者的睡眠情况进行控制，发现睡眠不足会引发被试者体内711种基因功能的改变，涉及认知功能、新陈代谢、炎症、免疫力和抗压等领域，明确了睡眠对基因的影响。

    ⑥另外，从精神分析的角度来看，弗洛伊德就认为，睡眠时的梦境可以让人们实现在现实中得不到满足的愿望，梦是通向潜意识的最佳捷径。

    ⑦冬去春来，转眼又要到“春眠不觉晓”的时节了。好的状态源于好的睡眠，让我们从当下开始，培养好的睡眠习惯吧！

（选自《百科知识》有改动）

蝉的卵

    普通的蝉喜欢在干的细枝上产卵。它选择最小的枝，像枯草或铅笔那样粗细，而且往往是向上翘起，差不多已经枯死的小枝。

    它找到适当的细树枝，就用胸部的尖利工具刺成一排小孔。这些小孔的形成，好像用针斜刺下去，把纤维撕裂，并微微挑起。如果它不受干扰，一根枯枝常常刺出三四十个孔。卵就产在这些孔里。小孔成为狭窄的小径，一个个斜下去。一个小孔内约生十个卵，所以生卵总数约为三四百个。

    这是一个昆虫的很好的家庭。它之所以产这许多卵，是为了防御某种特别的危险。必须有大量的卵，遭到毁坏的时候才可能有幸存者。我经过多次的观察，才知道这种危险是什么。这是一种极小的蚋，蝉和它比起来，简直成为庞大的怪物。

    蚋和蝉一样，也有穿刺工具，位于身体下面近中部处，伸出来和身体成直角。蝉卵刚产出，蚋立刻就想把它毁掉。这真是蝉家族的大灾祸。大怪物只须一踏，就可轧扁它们，然而它们置身于大怪物之前却异常镇静，毫无顾忌，真令人惊讶。我曾看见三个蚋依次呆在那里，准备掠夺一个倒霉的蝉。

    蝉刚把卵装满一个小孔，到稍高的地方另做新孔，蚋立刻来到这里。虽然蝉的爪可以够着它，而蚋却很镇静，一点不害怕，像在自己家里一样，在蝉卵上刺一个孔，把自己的卵放进去。蝉飞去了，多数孔内已混进异类的卵，把蝉的卵毁坏。这种成熟的蚋的幼虫，每个小孔内有一个，以蝉卵为食，代替了蝉的家族。

    这可怜的母亲一直一无所知。它的大而锐利的眼睛并不是看不见这些可怕的敌人不怀好意地呆在旁边。然而它仍然无动于衷，让自己牺牲。它要轧碎这些坏种子非常容易，不过它竟不能改变它的本能来拯救它的家族。

    我从放大镜里见过蝉卵的孵化。开始很像极小的鱼，眼睛大而黑，身体下面有一种鳍状物，由两个前腿连结而成。这种鳍有些运动力，能够帮助幼虫走出壳外，并且帮助它走出有纤维的树枝——这是比较困难的事情。

    鱼形幼虫一到孔外，皮即刻脱去。但脱下的皮自动形成一种线，幼虫靠它能够附着在树枝上。幼虫落地之前，在这里行日光浴，踢踢腿，试是筋力，有时却又懒洋洋地在线端摇摆着。

    它的触须现在自由了，左右挥动；腿可以伸缩；前面的爪能够开合自如。身体悬挂着，只要有微风就动摇不定。它在这里为将来的出世做准备。我看到的昆虫再没有比这个更奇妙了。

    不久，它落到地上。这个像跳蚤一般大的小动动物在线上摇荡，以防在硬地上摔伤。身体在空气中渐渐变坚强了。它开始投入严肃的实际生活中了。

    这时候，它面前危险重重。只要一点风就能把它吹到硬的岩石上，或车辙的污水中，或不毛的黄沙上，或坚韧得无法钻下去的粘土上。

    这个弱小的动物迫切需要隐蔽，所以必须立刻到地下寻觅藏身的地方。天冷了，迟缓就有死亡的危险。它不得不各处寻找软土。没有疑问，许多是在没有找到以前就死去了。

    最后，它找到适当的地点，用前足的钩扒掘地面。我从放大镜里见它挥动锄头，将泥土掘出抛在地面。几分钟以后，一个土穴就挖成了。这小生物钻下去，隐藏了自己，此后就不再出现了。

    未长成的蝉的地下生活，至今还是个秘密，不过在它来到地面以前，地下生活所经过的时间我们是知道的，大概是四年。以后，在阳光中的歌唱只有五星期。

    四年黑暗中的苦工，一个月阳光下的享乐，这就是蝉的生活。我们不应当讨厌它那喧嚣的歌声，因为它掘土四年，现在才能够穿起漂亮的衣服，长起可与飞鸟匹敌的翅膀，沐浴在温暖的阳光中。什么样的钹声能响亮到足以歌颂它那得来不易的刹那欢愉呢？

免疫之战：做事就得“二”一点

①你永远也不知道，生活下一秒给你带来的是惊喜还是惊吓。所以，凡事必须两手准备，不能一根筋。 我，免疫系统，也处处体现“二”的精髓。

②对抗敌人，我的战略有二：阻挡、猎杀。区分杀敌，我的机制有二：体液免疫、细胞免疫。这些战略、机制虽“二”，但纵横交错，相辅相成，“双剑”反复合璧，功力倍增。这次我们只谈战略，先聊阻挡，再聊猎杀。

③所谓阻挡，就是盖墙，构筑物理屏障。

④我盖的墙，就是你的皮肤。不管你的皮肤是细腻白嫩，还是粗糙暗沉，它比人类的任何建筑都精巧严密百倍，堪称奇迹。你的汗液可以轻松渗出皮肤，外面的水分子却难以渗入，更别提病毒、细菌了，因为最小的病毒直径也有水分子的百倍以上。记住，皮肤的功能是屏障，健康皮肤存在的目的，就是拒绝吸收外物。 因此，只要皮肤没伤口，病毒、细菌就无法强攻。 不过，再严密的防线，也有漏洞。 皮肤防线的漏洞，就是你身上的各种洞洞——吃喝拉撒的必由之路。 当然，我肯定不会无视这些漏洞，皮肤防线不仅覆盖体表，还延伸到体内，包裹着所有通往外界的通道，这层物理屏障，就是你的上皮组织。

⑤说是物理屏障，其实，上皮组织还装配了生化武器，就是那些与我们和平共处的细菌和病毒，它们是你身体里的土著。这些土著自古以来就在这里渔樵耕读，每一寸上皮组织都是它们不可分割的固有领土。外源病菌偷渡而来，想在这里扎根组团，形成菌落，深度渗入，破坏环境，杀鸡取卵，土著们自然要与这些侵略者拼个高低。这里顺便说一句，抗生素不能乱吃，不然这些土著也会被杀掉，这就是自降防御值了。化学武器由上皮组织自产自销，比如：黏膜，让侵略者寸步难行。肺内的黏膜还会随着纤毛向上移动，变成痰咳出，或者咽到胃里。上皮组织还能产生毒性物质，比如毒性多肽物质，口腔里还有溶菌酶，胃里还有消化酶和酸性环境，这些化学武器都能让病菌死无葬身之地。

⑥因此，绝大多数敌人都被物理防线挡在墙外。不过，因为病菌无处不在，总有些病菌会钻空子，侵入皮肤创面，避过机关暗器，穿过黏膜，摸进墙内。

⑦如果病菌进了墙，就得启动我的第二个免疫战略：猎杀。

⑧混进墙内的病菌环顾四周，发现这里太宜居了，温暖和谐，食物丰富。正暗生欢喜，迎面走来一胖子，只见这胖子身形一变，不知从哪里伸出一只手，“啪”的一声搭在病菌身上。病菌只觉眼前一黑，就被胖子活生生吞进肚里去了。病菌还没来得及反应，一股刺鼻的酸味迎面袭来，无数个小玩意扑遍全身，撕咬分拆，很快，整个病菌就彻底解体。这胖子不是别人，正是我的第二道防线——巨噬细胞。 巨噬细胞是个吃货，只要是病菌，不论死活，巨大侠都吃，绝不挑食，甚至连死亡的正常细胞也吃，兢兢业业清洁你的肌体。 巨大侠的绝招也有二：一个是吃，前面已经说了，另一个就是拆解。病菌被吞后，巨噬细胞体内的一个小细胞器——溶酶体，会释放很多消化酶，降解一切可以降解的垃圾，包括各种病菌，同时合成各种有毒化合物，什么过氧化氢、一氧化氮、超氧离子……品种齐全，质量可靠，一拥而上。病菌除了去死，别无选择。

⑨由于病菌无处不在，所以你遭受病菌入侵是常态。也就是说，其实你每时每刻都在“生病”，而绝大多数“病”的星星之火，都会被免疫系统及时扑灭。