数不尽的萤火虫

      中国有悠久的萤火虫文化。早在先秦时期的《诗经》中，萤火虫就成为先民的关注对象，诗中“町畽鹿场，熠耀宵行”就是描述萤火虫的。古代诗人常借萤火虫抒情达意，唐代杜牧的“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”，便是千古绝唱。“囊萤夜读”的故事家喻户晓，也曾激励过无数学子发奋努力。

      现代人是不再需要“囊萤”来夜读了。到20世纪40年代，科学家受萤火虫发光器的启发，发明出荧光灯。萤火虫发出的荧光是一种生物光，它不同于其他的光会伴生热量的损耗，是目前已知唯一已知没有热损耗的光源，因此也叫“冷光源”。荧光灯的发明大大提高了能源使用率，但与萤火虫的发光率相比还差得太远。

      最近，研究人员在研究萤火虫发光器时，还意外发现了一种锯齿状排列的鳞片，它可以提高发光器的亮度。科学家将其应用在二极管（LED）的设计中，制作出模仿萤火虫发光器天然结构的LED覆盖层，可使其效率提高50%以上。这种新颖设计可能会在几年内应用在LED生产中。

萤火虫特有的虫荧光素酶基因，在基因工程中也越来越多地作为遗传标记的首选来检测基因表达。人们不但利用萤火虫的基因检测癌细胞，还利用基因转移技术把萤火虫的基因转移到玉米中，较快地培育出新的具有抗病虫害的玉米新品系。

       萤火虫还是血吸虫病的防疫助手。水生血吸虫的幼虫吃包括钉螺在内的螺类，而钉螺正是血吸虫的唯一宿主。萤火虫体内的腺苷磷酸，可作为一种优异的检测剂来检测水的污染程度。萤火虫喜欢植被茂盛、水质干净、空气清新的环境，凡是萤火虫种群分布的地区，都是生态环境保护得比较好的地方。

遗憾的是，如今，萤火虫在部分地区已越来越少见。除了自然天敌外，人类成了萤火虫最大的“天敌”。美国一些医药公司为了获取萤火虫体内特有的虫荧光素和虫荧光素酶，出价购买萤火虫，导致人们大肆捕捉萤火虫。在日本，上世纪60年代的工业污染和城市扩张，致使萤火虫幼虫的生存率直线下降。

萤火虫求偶时，雌雄之间会发出特异的闪光信号以吸引异性并交尾。然而城市的亮光干扰了它们的闪光交流，当萤火虫感知到外界灯光时，就会停止发光、飞行、求偶，最终导致种群减少甚至灭绝。去年夏季一些城市刮起萤火虫展览热，千里迢迢从外省引入萤火虫，然后在公园放飞。但萤火虫的很多种类年复一年地在同一栖息地聚集、交配，即使栖息地遭到破坏，也不会迁往别处。萤火虫成虫的唯一使命就是繁殖，寿命很短，长的也就十几天。萤火虫本就不适合长途迁徙，目的地栖息环境又不太合适，它几乎活不了几天，繁殖就更是不可能了。不少专家为此呼吁：与其引进萤火虫，不如改善自然环境。

      那些曾在林间泽畔“熠耀宵行”的萤火虫，如今已与我们渐行渐远，靠人工引进不能“引”来它们的回归。萤火虫是自然的，也是文化的，但归根结底是自然的，因而要靠自然来解决。而且，保护萤火虫不能光着眼于一个物种，而是要通过保护整片栖息地来保护许多物种。如果做到这一点，引来的肯定不只萤火虫。萤火虫如是，熊猫如是，白鹳也如是……总之，我们应多想想如何对自然更友好，与万物共存共荣。

                                            （摘编自《新华文摘》2014年第13期）

    天文学并不是新开拓的科学，它的渊源可以追溯到人类的远古时期，我们从现代天文学的基本概念中很容易发现它的痕迹。也许在文字产生以前，人们就知道利用植物的生长和动物的行踪来判断季节，这种物候授时是早期农业生产所必需的，甚至到上一世纪50年代，中国一些少数民族还通行这种习俗。物候虽然与太阳运动有关，但由于气候变化多端，不同年份相同的物候特征常常错位几天甚至更多，物候授时比起后来的观象授时就要粗糙多了。观象授时，即以星象定季节。比如《尚书•尧典》记载，上古的人们以日出正东和初昏时鸟星位于南方子午线标志仲春，以日落正西和初昏时虚星位于南方子午线标志仲秋，等等。

当人们对天文规律有更多的了解，尤其是掌握了回归年长度以后，就能够预先推断季节和节气，古代历法便应运而生了。据史料记载，夏商时期肯定已有历法，只是因为文字记载含意不明，其内容还处于研究之中。春秋战国时期，流行过黄帝、颛顼、夏、商、周、鲁等六种历法。它们的回归年长度都是365.25日，但历元不同，岁首有异。

    从西汉到五代是古代天文学的发展、完善时期，出现了许多新的观测手段和计算方法。南北朝的姜岌以月食位置来准确推算太阳的位置，隋朝刘焯用等间距二次差内插法来处理日月运动的不均匀性。唐代一行的大衍历，显示了古代历法已完全成熟，它记载在《新唐书•历志》中，按内容分为七篇，其结构被后世历法所效仿。西汉天文学家落下闳以后，浑仪的功能随着环的增加而增加；到唐代李淳风时，已能用一架浑仪同时测出天体的赤道坐标、黄道坐标和白道坐标。除了不断提高天体测量精度外，天文官员们还特别留心记录奇异天象的发生，其实后者才是朝廷帝王更为关心的内容，所谓“天垂象，见吉凶”，把它看成上天给出的瑞象和凶象，并加以趋避。

    宋代和元代为古代天文学的鼎盛时期。这一时期颁行的历法最多，达25部，其中郭守敬等编制的授时历最为优秀，连续使用了360年，达到中国历法的巅峰；观测数据最精，许多历法的回归年长度和朔望月值已与现代理论值相差无几，在世界处于领先地位；大型仪器最多，其中苏颂的水运仪象台集观测、演示、报时于一身，是当时世界上最优秀的天文仪器；恒星观测最勤，平均不到20年一次。

    进入明代后，中国天文学开始停滞不前。这里有政治、经济等社会原因，也有天文学本身的原因。从天文学本身来看，首先，当时中国的天文仪器只能满足肉眼测量的极限，除非加上凹凸镜片，精度不会提高，而采用凹凸镜片的望远镜技术是在欧洲诞生的。其次，中国古代擅长代数计算，在解决天体位置与推算值弥合问题上只注意表象，不注意从几何结构进行理论探讨，与此相反，古希腊天文学则是侧重几何学的。对中国明清时代的天文学进行反思是痛苦的，但却有助于我们今天的发展。

（摘编自陈久金、杨怡《中国古代的天文与历法》）

    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（1033，在10之后接33个0）。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。

    从一个星系际的优越地位上，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。

    星系是由气体、尘埃和恒星群（上千亿个恒星）组成的，每个恒星对某人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。

    宇宙间有若干千亿（1011）个星系。每个星系平均由1000亿个恒星组成。在所有星系里，行星的数量跟恒星的总数大概一样多，即1011*1011=1022。在这样庞大的数量里，难道只有一个普通的恒星——太阳——是被有人居住的行星伴随着吗？为什么我们这些隐藏在宇宙中某个被遗忘角落里的人类就这样幸运呢？我认为，宇宙里很可能到处都充满着生命，只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。80亿光年以外嵌着银河系的星系团催迫着我们去探索。探索太阳和地球就更不用说了。我们确信，有人居住的这个行星只不过是一丁点儿的岩石和金属，它靠着反射太阳光而发出微光。在这样的大距离里，它已经消失得无影无踪。

    但是，这个时候，我们的旅程只到达地球上的天文学所通称的“本星系群”。本星系群宽达数百万光年，大约由20个子星系组成，是一个稀疏、模糊而又实实在在的星系团。其中的一个星系是M31，从地球上看，这个星系位于仙女星座。跟其他旋涡星系一样，它是一个由恒星、气体和尘埃组成的巨大火轮。M31有两个卫星，它通过引力——跟使我呆在坐椅上相同的物理学定律——将矮椭圆星系束缚在一起。整个宇亩中的自然法则都是一样的。我们现在离地球200万光年。

    M31 以外是另一个非常相似的星系，也就是我们自己的星系。它的旋涡臂缓慢地转动着——每2亿5千万年旋转一周。现在，我们离地球4万光年，我们正处于密集的银河中心。但是， 假如我们希望找到地球的话，就必须将方向扭转到银河系的边远地带，扭转到接近遥远的旋涡臂边缘的模糊的地方。

    我们印象最深刻的是，恒星即使在两个旋臂之间，也像流水一样漂浮在我们的四周——气势磅礴的自身发光的星球，有些虽然象肥皂泡一样脆弱，却又大得可以容得下1万个太阳或1万亿个地球；有些小如一座城池，但密度却比铅大100万亿倍。有些恒星跟太阳一样是孤独的；多数恒星有伴侣，通常是成双成对，互相环绕。但是那些星团不断地从三星系逐渐转化成由数十个恒星组成的松散的星团，再转化成由百万个恒星组成的璀璨夺目的大球状星团。有些双星紧靠在一起，星体物质在他们之间川流不息，多数双星都象木星与太阳一样分离开来。有些恒星——超新星——的亮度跟它们所在的整个星系的亮度一样；有些恒星——黑洞——在几公里以外就看不见了。有些恒星的光彩长年不减；有些恒星闪烁不定，或以匀称的节奏闪烁着。有些恒星稳重端庄地转动着，有些恒星狂热地旋转着，弄得自己面貌全非，成了扁圆形。多数恒星主要是以可见光成红外光放出光芒；其他恒星也是X光或射电波的光源。发蓝光的恒星是年青的星，会发热；发黄光的恒星是常见的星，它们已经到了中年；发红光的恒星常常是垂亡的老年星；而发白光或黑光的恒星则已奄奄一息。银河里大约有4千亿个各种各样的恒星，它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星，地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。

    每个星系都是太空中的一个岛屿，它们与其邻居隔光年之距遥遥相望，我可以想象，在无数星球上的生物对宇宙的模糊认识是如何产生的：他们在开始的时候都以为，除了他们自己小小的行星以及他们周围的那些区区可数的恒星以外，再也没有其他的星星了。我们是在与世隔绝的情况下成长起来的，我们对宇宙的正确认识是逐渐形成的。

（节选自《宇宙的边疆》，有删节）

    时间如风，星移斗转，天道无穷。节气是自然时令，它依据的是地球围绕太阳公转过程中，因所处位置的关系，接受阳光照射角度、时间的不同，而带来的一系列天文物候变化。中国人很早就根据自然时间节律，发明了“二十四节气”时令体系。它起源于黄河流域，以黄河流域的天文物候为依据。早在春秋以前，人们已用土圭测日影的方法，测定了春分、夏至、秋分与冬至四个节气点，后又推算出立春、立夏、立秋、立冬的时间。战国时期，“二十四节气”已经出现，在《逸周书》中有完整的“二十四节气”序列，只是个别名称位置不同罢了。

    “二十四节气”时令是我们先民认识天地自然时序的时间框架，它是中国古代社会人们生产生活的时间指南。古人认为“二十四节气”运行的内在动力是阴阳二气的流转，不同的节气时令，阴阳二气在天地中处于不同的位置。由于阴阳二气分别代表寒冷与温暖的气候属性，万物的生命周期亦与节气时令相关，春生、夏养、秋杀、冬藏是“天之道”，围绕着这一天道信仰，不仅圣人要“副天之所行以为政”，以春庆、夏赏、秋罚、冬刑来对应天道，就是普通人的生活起居也要依照四季时令的阴阳特性来安排，因此形成了针对特定节气时令的信仰、禁忌、仪式等。

    在节气时令中，饮食保健的内容令人注目，它是我们祖先岁时生活的经验总结。传统时令饮食原则是：必先岁气，毋伐天和。《黄帝内经》认为：春省酸增甘以养脾气，夏省苦增辛以养肺气，长夏省甘增咸以养肾气，秋省辛增酸以养肝气，冬省咸增苦以养心气。即按照四季阴阳二气升沉流转与五行属性，调整饮食性质、内容。

    节气时令是自然节律，也是传统中国人亲近自然的季节提示。人们依照春夏秋冬的天时，安排着四季的活动。如霜降，霜降之后秋收结束，农人停止劳作。《礼记·月令》：“霜始降，则百工休。”这既是顺时，也是因为天冷不便于工程或手艺制作。

    冬至之后进入酷寒时节。这对保暖条件简陋的古人构成了严重威胁，人们是掰着指头度日的。为了纾解在冬寒胁迫下出现的心理危机，挨过漫长冬季，从寒冬看到春日的希望，人们很早就发明了“数九九”的游戏。从宋元开始，《九九歌》就流传于南北各地，至今流传的“一九二九不出手，三九四九冰上走，五九六九沿河看柳，七九河开，八九雁来，九九加一九，耕牛遍地走”就是这一歌谣体的延续。

    “二十四节气”是中国人通过观察太阳周年运动，认知一年中时令、气候、物候等方面变化规律所形成的知识体系和社会实践。作为中国人特有的时间知识体系，“二十四节气”世代相传，深刻地影响着人们的思维方式和行为准则，是中国传统历法体系及其相关实践活动的重要组成部分，也是中华民族文化认同的重要载体。对于当代中国人来说，“二十四节气”具有生活节奏的提示与生活方式的调节的指导意义。我们应自觉地传承这一文明财富，尊重自然时间，尊重生命节律，从机械的物理性的钟表时间中解放出来，享受色彩斑斓的自然时间生活。

（摘自萧放《“二十四节气”与民俗》，有删改）

超级病菌

    日前，加拿大魁北克省舍布鲁克大学附属医院的流行病学家雅克·佩潘及其领导的研究小组在《加拿大医学会杂志》上公布了一份研究报告。他们发现，一种普通的肠道细茵——一难辨梭状芽孢杆茵历经两年变异，已成为致命的“超级病菌”，它可引起65岁以上老年人和服用抗生素的病人产生严重痢疾，并最终致死。从2003年年初至今，这种“超级病茵”已使舍布鲁克大学附属医院的100多名病人死亡，如不采取紧急行动，这种病菌可能引发一场致命传染病的蔓延。

    此种病菌引发的痢疾异常严重，因此传染率也很高。雅克·佩潘预测，今年魁北克省因感染该种变异病毒而导致死亡的人数将达到1000人。他认为，过去几十年来，政府对医院的投资不够，在一定程度上激化了问题的严重性。他说，目前加拿大大部分医院床位紧张，只有老人或是病情非常严重病人才“有资格”住院，有许多病人不得不几天或是更长的时间躺在医院走廊的简易病床上。医院内的医护人员严重不足，医院内的清洁工作也问题多……这些情况都使院内和院际之间的疾病传染率急剧上升，住院实际上并不安全。同时，这种“超级病菌”的出现再次向人类敲响了不能滥用抗生素的警钟。抗生素是一把“双刃剑”。世界卫生组织曾发出警告：由于滥用抗菌药物，医生手里能够对付病茵的武器已经越来越少，再这样下去，人类很可能将回到无抗菌药的时代。

    截至上世纪末，全世界每年死于细菌性感染的人数已达到2000万，这是40年前的3倍。造成病死率升高的主要原因是耐药菌，由于抗菌药无法控制耐药菌引起的感染，最终导致病人死亡。

    老代抗菌药物失去了原有作用，新一代抗菌药物的临床寿命又越来越短，耐药菌的发展速度令人触目惊心。医学工作者开发种新的菌药一般需要10年左右的时间，而一代耐药菌的产生只要两年，抗菌药的研制速度远远赶不上耐药菌的繁殖速度。更不幸的是，耐药菌是全人类的敌人，因为它可以在人群中传播，即使从来没有使用过抗菌药的人，同样可能成为抗菌药滥用的受害者。有人指出，人类正在与耐药菌“赛跑”，胜者是谁，尚无法预料。

材料一：

长期以来，植物先天免疫是国际学术界关注的热点领域，然而受材料与技术的限制，全长免疫受体结构甚至免疫受体更高级的复合物结构尚未被破解，这成为严重制约该研究领域取得进展的瓶颈之一。

从2004年开始，柴继杰带领团队开始在数量众多的植物抗病蛋白中，筛选理想的研究对象，希望设计新型抗病虫育种，减少化学农药的施用。直到近些年，柴继杰团队才在植物抗病蛋白免疫机制研究中取得了一系列突破性进展。

2019年，柴继杰等人合作在《科学》上发表两篇论文，揭示了由抗病蛋白组成的抗病小体工作机制。据了解，合作团队不仅发现了抗病小体，还解析了其处于抑制状态、中间状态及五聚体活化状态的冷冻电镜结构，从而揭示抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。

据了解，自国际上首次鉴定到抗病蛋白以来，25年期间，多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白，柴继杰等人的研究填补了学术界25年来对植物抗病蛋白认知的巨大空白。

这些年来，柴继杰团队揭示的抗病蛋白结构及机理实在太多了，他自己都有点数不过来，他在给记者解释抗病蛋白的时候打了一个比方：“蛋白是执行生命功能的一个劳动力，抗病蛋白也不例外，只是一旦启动执行就会引起相应的细胞发生死亡，可谓牺牲小我服务大我，确保侵染部位不会扩散到整体。”

“免疫的本质是机体识别‘自我’和‘非我’后，把作为‘非我’的敌人清除掉的过程。”柴继杰向《中国科学报》讲述了植物的免疫过程，“首先是识别病原菌，然后是与之对抗。”

柴继杰介绍，植物免疫大致可以分为两个层面，在细胞膜上，由膜表面识别受体直接识别病原体，包括受体激酶和受体蛋白两类；在细胞内，由核苷酸结合和富含亮氨酸重复序列受体识别病原体的效应因子，从而引发免疫效应。

最近几年，柴继杰团队的研究主要围绕细胞内NLR抗病蛋白展开。“由于植物体内含有的抗病蛋白量很少，这是我们研究遇到的最大困难。”柴继杰告诉记者，“我们团队在实验设计上下了不少功夫，提出了很多精巧的构思，最终顺利提取植物体内证据，完成实验。”

植物的自我防御系统一直存在，只是此前学术界对其知之甚少。“当植物遭到病原体侵袭后，植物作为宿主会进行识别并产生相应信号，进而引起一系列应激反应。”柴继杰表示，“我们目前知道信号由不同抗病蛋白产生，最后都传导汇聚于钙离子，即植物细胞内重要的第二信使。我们也在逐渐揭示，抗病蛋白激活的钙离子信号是如何激活植物免疫反应的。”

柴继杰还指出，植物的免疫是极其精微的调控。“免疫也需要讲究一个合适的‘度’，不是‘增强’就够。如果产生的免疫反应的时机不对，或是反应过度都会对植物本身造成负面影响。”

柴继杰团队还一直在探究如何介入植物免疫系统的调控，让它们在合适的时间做出强度合适的免疫反应。这些研究也为粮食作物(如水稻、小麦、玉米)的免疫机制研究和培育广谱抗性作物提供了线索。

(摘编自《揭开植物自我防御的新密钥》)

材料二：

人遇到危险时会大喊救命，动物碰到敌人会狂吼示警，但是不动又不叫的植物怎么办呢？科学家的新发现解开了植物的“御敌密码”，原来植物比人类还要精明，深深懂得“联合次要敌人打击主要敌人”的大道理！

一些植物学家在美国犹他州西南区的沙漠进行深入的观察，发现一种野生的烟草植物在面临五星鹰蛾啃食树叶的时候，会施放出一种化学物质“通风报信”，引诱五星鹰蛾的天敌前来“解危”。

对五星鹰蛾而言，这种烟草是它们的窝，它们不但在其树叶上产卵，孵化出来的幼虫也以其树叶作为食物来源。

研究报告的执笔人伊恩·鲍德温指出，当幼蛾破卵而出开始啃食树叶之时，其藏身的植物就会向空中施放羽毛状的气味烟云，告知附近幼蛾的天敌前来享用丰盛的蛾肉大餐。

烟草的求救信号之所以效力强大，是因为在无际的开放空间中有着无数的烟草植物生长。所谓虫海茫茫如大海捞针，一般捕食者平常想求个温饱简直是天方夜谭，有植物通风报信，当然莫不闻风拼了老命飞奔而来!

烟草施放的化学物质除了可以传召外援，还能有效地阻止五星鹰蛾继续在树叶上产卵。研究结果显示，当蛾妈妈们接收到烟草求救信号以后，会对该株“暗通敌营”的植物产生敬而远之的态度，转而寻找其他“沉默的大众”下手。

鲍德温强调，这类借由空气传播的化学物质的成分相当复杂，但是却能够发挥招引幼蛾的天敌捕虫专家来帮忙驱逐寄居幼蛾的强大功效。除了这类野生烟草以外，鲍德温还发现棉花、玉米以及油菜籽等植物也有类似的自我保护功能。

他以玉米为例。玉米经常遭到夜盗蛾的骚扰，所以只要玉米叶上出现夜盗蛾的踪影，玉米就会毫不犹豫地向黄蜂传递化学信号寻求援助。在这个玉米——夜盗蛾——黄蜂三角关系中，又以黄蜂的角色最为“狠毒”！因为黄蜂不但不必辛苦觅食，只要等待玉米求救就可享用美食，而且它们还在夜盗蛾的残骸中产卵，孵出的小黄蜂就以遗骸作为养分来源。

鲍德温表示，研究结果支持了他的一贯主张，将“间接防御”概念应用在农业上，可以利用生物特性对付害虫取代化学农药的喷洒。鲍德温认为，不论是哪一种化学农药，害虫都能够从基因演化形成抵抗力，但是害虫永远无法逃出天敌的魔掌。

(摘编自《植物兵法之间接防御》)