从前，人们常用“冰冷”两字来形容冷，以为冰是最冷的东西。自从人们发明了温度计以后，很快就知道冰雪不足以言冷，它的温度只不过0 ℃，世界上比冰更冷的东西多着呢！

    在地球上，最冷的地方要算是北极和南极。在南极，最低气温达到－90 ℃。这还不算最冷。在月亮背着太阳的一面，最冷要冷到－160 ℃，真是一个名副其实的“广寒宫”。至于远离太阳的海王星，那就更冷了，温度低到－229 ℃。但是，海王星也不算最冷。有人以为，热可以高达几千、几万甚至几千万摄氏度，冷也可以低至零下几千、几万甚至几千万摄氏度。然而，尽管人们在实验室里获得了比海王星上更低的温度，却一直无法获得零下三四百摄氏度的低温。

    后来，人们从理论上进行推算，才知道冷不像热那样可以无限发展。冷有一个极限——最低的温度是－273.16 ℃，叫做“绝对零度”。世界上不可能再有比绝对零度更低的温度。

    如今，人们在实验室里，已获得离绝对零度只差1/500 000 ℃的超低温！然而，人们尽管已经十分逼近绝对零度，却仍无法到达绝对零度。

    转基因技术，是指利用分子生物学技术，将人工分离和修饰过的基因导入到特定生物体的基因组中，使特定生物在性状、营养或消费品质等方面满足人类需求的一门生物技术。转基因技术的出现，最初是为了达到将外源基因导入到特定生物体，观察生物体表现出的性状，进而揭示基因功能的目的。在科学家们的努力下，外源基因的导入技术由初试至成熟，经历了显微注射法、脂质体介导法、基因枪法、电击法、农杆菌介导法、体细胞核移植法等多代技术的发展。1983年，含有抗生素抗性基因的转基因烟草的出现，标志着世界上首个真正的转基因生物的诞生。而首例转基因食品，则是1993年投放在美国市场的转基因晚熟西红柿，它的出现也标志着转基因食品时代的到来。

    农业上，人口增长与粮食匮乏的矛盾日益尖锐。据推测，2025年全球人口将达80亿，这意味着粮食产量要比1990年提高80％才能满足需求，而单纯寄希望于耕地面积的扩大和灌溉能力的提高是难以实现的，唯有改良和选育高产作物品种才能实现。而转基因作物在产量、抗逆性和品质等方面具有显著优势。医学上，通过转基因技术实现治疗遗传性疾病已成为一项重要的手段。1990 年，美国国立卫生院的科学家以反转录病毒为载体，把腺苷脱氨酶基因导入到一名患ADA缺陷症的女孩体内的淋巴细胞中，使这个患者先天缺损的免疫系统趋于正常。

    以转基因生物为直接食品或者以之为原料加工生产的食品是转基因食品，而转基因成分通常是指食品中含有的外源基因以及由它编码的蛋白质。换言之，转基因食品未必都带有转基因成分，而不带转基因成分的转基因食品与非转基因食品没有差异。目前转基因大豆的核心在于大豆作物中含有具有抗虫效果的BT蛋白，为了避免可能出现的负面作用，国家规定进口大豆只能用来榨油和作为饲料，而在榨油的过程中BT蛋白已经作为废渣等被去掉，食用转基因大豆油的实际成分，仅为从大豆中提炼出来的脂质，并不含BT蛋白。换言之，转基因大豆油与非转基因大豆油的化学成分完全一样。

    另一方面，BT蛋白的毒性也是相对的。含BT蛋白的转基因大豆被昆虫吃下之后，BT蛋白与昆虫体内的特异性受体结合，产生毒性蛋白复合体，进而杀死昆虫。而人类并不存在这种特异性受体，所以即使人食用BT蛋白，体内也不会产生毒性物质。而且实际上，用细菌培养生产出BT蛋白，并作为生物农药喷洒到农作物上的做法，已施行了几十年，转基因只不过是让这种“绿色农药”的加工生产在植物体内自行完成而已。相比之下，非转基因大豆在种植的过程中，虽然没有转基因成分，但是受到害虫肆虐的影响，需要喷洒大量的农药，残留的农药化学成分对人体的危害性反而更大。

(摘自《中国科学报》，有删改)

鲸鱼用“方言”说话

    今年公开的一项研究结果显示，鲸鱼的交流语言比人们原以为得更加完善丰富。鲸鱼的声音指令广泛，例如呼唤它们年幼的孩子、寻求可能的配偶，甚至表达情感，都有不同的表达方式。研究人员已经识别出了驼背鲸的622种社交声音，他们的报告在夏威夷召开的美国声学学会和日本声学学会联席会议上公开。

    鲸鱼的社交声音短暂，并不是一个模式，与它们的冗长、复杂的“歌声”截然不同。这项研究为鲸鱼会用比人们预想的更有意义的语言表达自己增加了证据。昆士兰大学兽医学院丽贝卡·杜洛普负责这项研究工作，她说：“我不是说这是一种语言，因为，鲸鱼不会像人类一样有规律地将声音连在一起，就像将单词连在一起组成句子一样。它更像是一个简单的词汇。”科学家对沿着澳大利亚海岸迁徙的60只鲸鱼进行了跟踪研究。使用静音水听器阵列的传感装置检测音波，而后，将听到的声音与鲸的各种活动和背景联系起来。

    他们识别出了622种不同的声音，分为35种基本类型。其中包括雌性鲸发出的“沃普斯”声音，雄性鲸发出的“斯沃普斯”声音，鱼群分开时发出的“亚普斯”声音，以及表达生气的高叫声。除发声之外，研究人员发现，鲸还会用肢体语言传递信息，如破水而出，用尾部拍击海水，在水下吹泡泡等。鲸以冗长而复杂的“歌声”出名，但是，有时，它们也会将短的声音单元一个个吐出，而不是用唱的方式，尤其是雄性鲸想要追求配偶的时候经常会这样。杜洛普说：“歌声是一种高声广播的信号，两只鲸同时唱歌就一定会把听者弄糊涂。如果它想要引起异性的注意，又不想让它的信号被别的‘歌者’给搅混，在这种情况下，它就会使用声音单元，可能会好点。”她认为，鲸鱼喜欢使用声音表达自己的一个原因是，在水中声音的传播好于光的传播，所以，对于鲸来说，视觉没有听觉重要。科内尔大学生物声学研究项目对脊美鲸进行了简单的研究，研究组指导克里斯多佛·克拉克表示，在研究人员正在致力于理解鲸的发声的时候，人类也在不断创造着更多的海洋噪音，如海运、石油和天然气的开发，水下娱乐交通等，我们的行为经常阻碍鲸鱼的交流。他说：“很多鲸的觅食地点非常传统，而且它们习惯沿浅海岸迁徙，现在，这些地方已经变得噪音最大，最拥塞，与一个世纪前相比，今天鲸能够交流听到声音的洋区已经缩减到一个小面积而已。”

材料一：

    我很高兴发现一群和我一样喜欢自然的孩子，但聊着聊着就发现他们中有一半人最喜欢的是在自然里骑车。有个男孩说：“我和爸爸在沙漠里骑车，基本上都不走大路。我爸爸和越野车们赛车。他说就算走大路去沙漠也很好玩，因为还是可以看到动物，而且和汽车比赛很有趣。”还有个男孩说：“我们每年8月都去犹他州，我妈妈的朋友有3辆全地形车。我们骑着好玩，但最主要是晚上看鹿啊臭鼬啊之类的动物。你要是把鱼的内脏丢在外面，晚上出去就能看到5头黑熊。太好玩了！”第三个男孩说：“我们每周末都去沙漠，他们那儿有比赛。有个小山没人去，因为上面都是石头，所以我们把它改造了一下，上山后可以跳下去，我们在那儿看到蛇洞和蛇了。热的时候我们就出去找蜥蜴。”还有一个女孩天真地补充说：“我爸爸有辆四轮驱动的卡车，我们去沙漠，不去自然之类的地方。”

（摘编自理查德·洛夫著，郝冰等译《林间最后的小孩——拯救自然缺失症儿童》）

材料二：

（材料来源于刘正源等著《中国自然教育行业发展现状》）

【注】其他，指机构一类的特殊群体，如政府机构等。自然教育，指以有吸引力的方式，让人们在自然中体验，学习关于自然的知识，建立与自然的联结，树立生态的世界观。

材料三：

    去爱非人类的生物，其实并不太困难，只要多了解它们就不难办到。这种能力，甚至是这种倾向，可能都是人类的本能之一。这种现象被称为“亲生命性”，是一种与生俱来，特别关注生命以及类似的生命形式的倾向，有时甚至会想与它们进行情感交流。人类能够很敏锐地分辨出生命与无生命。我们认为其他生物是新奇，多样的。未知的生物，不论生活在深海，原始林，还是遥远的深山中，都会令我们觉得兴奋。其他星球上可能有生物的想法，也总是吸引着我们。恐龙更是人们心目中生物多样性消失的象征。在美园，参观动物园的人数要超过职业运动比赛的观众数。而在华盛顿的国家动物园，最受欢迎的是昆虫馆，因为这儿展示的物种最新奇，样式也最多。

（摘编自爱德华·威尔逊著，杨玉龄译《生命的未来》）

材料四：

    与亲生命性相对的是生物恐惧症。和亲生命性一样，这些生物恐惧症也是通过学习而获得的。恐惧的强度会因个人的遗传与经历差异而有所不同。最轻微的症状只是稍微厌恶，或感觉不安。但严重的案例，可能就是标准的临床恐惧症，激发交感神经系统，造成恐慌、恶心以及冒冷汗。这种根植于天性里的生物恐惧感，随时准备为危险源所激发，而危除源就是人类进化过程中，在自然界中所遇到的危险，包括高度、密闭空间、湍急的水流、蛇、鼠、老鼠、蝙蝠、蜘蛛以及鲜血，却不包括刀子、磨损的电线，汽车以及枪支，虽然它们比起古代的危险源，更具杀伤力，但在进化历史上还是太过近代，不足以形成可遗传的天性。

（来源同材料三）

海底下面有生物并不稀奇，陆地底下不也有蚯蚓吗？不错，但是深海里发现的，是在直到海底下面上千米的岩石和地层里进行着另一类新陈代谢的微生物，它们构成了海底下的深部生物圈。

深海底下沉积物里有微生物，这早就知道，也并不意外。上世纪五十年代调查船在太平洋底取沉积物柱状样，结果确实有微生物，只是向下变少，最深的一根样柱8m长，底部已经几乎没有细菌，由此推想大洋底下也就是顶上几米沉积物有细菌。六十年代晚期，美国“阿尔文号”深潜器有一次出事故，下沉1500m，人员都安全逃出，但是带下去的午餐却深沉海底。奇怪的是过了10个月以后返回原地，发现午餐保存得都还不错，足见深海海底细菌并不活跃，因而科学家们猜想微生物在深海底下的分布是很浅的。

挑战这种观点的是大洋钻探。七十年代起，已经根据深海沉积孔隙水中与的含量和同位素，发现井深一二百米处还有细菌在活动，由细菌活动造成的氧化、的生产和氧化作用，在全大洋都普遍存在。然而带来决定性转折的是1986～1992年间太平洋区的5个航次，每次都在大洋深部的沉积岩芯中发现微生物，其中最深的是在日本海，发现在海底以下518m的深处还有细菌，只是各处钻孔中微生物的丰度都从海底向下急剧减少，从近表层每立方厘米的10亿多个，减到500m深处的1000多万个。

大洋钻探在太平洋的发现，唤起了学术界对海底下面微生物群的注意：在海底以下的深处，居然还有巨大数量的微生物生活着，甚至深海玄武岩里还有细菌生活，构成现在我们所说的“深部生物圈”。为此，英国《自然》（Nature）杂志发表点评文章时，还配了幅漫画，把海底孔隙里微生物的“生活”，形象描绘为边打扑克边抽烟的“底层生涯”。确实，深部生物圈住着地球上“最底层的原住民”，但是它们的生活绝没有漫画里画的那样逍遥。无论是海底下面深部生物圈里的微生物，还是热液口的微生物，都属于黑暗食物链，但是热液口的微生物能够通过化学合成作用自己制造有机物，属于“自养”生物；而深部生物圈的微生物被封存在地层孔隙微小的空间里，只能依靠地层里已有的有机物实行“异养”。它们的新陈代谢极其缓慢，但“寿命”极长，要以多少万年来计算。读者也许会羡慕它们的长寿，可是在这种环境下的微生物，基本上处于休眠状态，“生活质量”无从谈起。尽管如此，微生物也总得有最低限度的能量和修补细胞的物质，此外，这些微生物也总得进行繁殖。它们的繁殖速度如何？有人推测细胞分裂的周期起码得上千年，但这也只是猜想，所有这些都是学术上的未解之谜。

深部生物圈的规模多大，至今并不清楚。这里包括两个问题：一个是深度，一个是数量。近十年的大洋钻探，极大地拓展了对深部生物圈的了解。2010年在贫养的南太平洋环流区钻探，发现一亿年来所有深海沉积层里，都可以有微生物生存。2012年，日本制造的全球最大的钻探船“地球号”（ChIkyu）在日本南边水深1200m的深海，发现在洋底以下2500m、2000万年前形成的含煤层里还有大量微生物生存。钻探大洋基底的岩浆岩，在上地壳的玄武岩、下地壳的辉长岩，甚至由地幔岩风化形成的蛇纹岩里，都发现了微生物。看来与其说深度，不如说温度才是限制微生物分布的下界。现在已经知道发现微生物的深海热液口的最高温度是120℃，而海底下面深部生物圈的微生物至少能适应40-60℃的高温，至于更加确切的温度界限，有待进一步的钻探检测。

多年来，对深部生物圈微生物数量的估算，结果悬殊。20年前最初的估算最为惊人；有人推算出全大洋海底下面有个微生物，合计生物量3000亿吨，因此说地球上的微生物有70%生活在海底和陆地的地下，地下的深部生物圈占据地球上活生物量的30%。然而这种估计有点过头，后来的推算认为海底下面深部生物圈的微生物有个，或者可以到个，不过都少了一个数量级。估算结果如此悬殊，原因在于数据来源不一，而根本上讲还是数据太少。尽管结果相差巨大，却显示出一种共同的分布趋势：从海底表层向下，细胞密度的对数值都是随着埋深的对数下降。这说明深部生物圈微生物数量向下减少的总趋势是普遍现象。关于深部生物圈微生物数量规模的争论，一时不可能有结论，因为实测的样本实在太小，并不足以作全球性的定量推论。

深部生物圈发现的意义已经超越了现有生命科学和地球科学的范围。如果说太阳能并不是生命活动的必要条件，如果说有氧环境下的光合作用不是合成有机物的唯一途径，那么，生命活动的范围在时间与空间里的分布就可以大为拓展。

“深部生物圈”这个名词是美国的戈尔德（Thomas Gold）提出的，他在《深而热的生物圈》里指出，地球表面生物圈对阳光和光合作用的环境要求太高，而具备深部生物圈条件的天体则有很多，这为地外生命的寻找方向指点了迷津。另一个启发来自深部生物圈里生命活动的节奏。如果深海底下的微生物生殖周期以千年计，寿命以万年甚至百万年计，那么这种新陈代谢的慢节奏、黑暗世界里的“慢生活”，揭示出生命活动可以采用与我们以往所知的根本不同的方式进行，极其值得寿命有限的人类去做认真的研究。如果还考虑到文献中的报道，在上亿年古老地层中的琥珀或者盐晶里的微生物，也曾经培育成活，那么微生物世界里“生”和“死”的定义就值得重新推敲。深部生物圈提出的涉及自然哲学和科学世界观的深层次理论问题，应当引起学术界的重视。

（摘编自汪品先《深海浅说》）

小浦在阅读《时间简史》第一章《宇宙的图像》时，产生了疑问：宇宙的图像是否可以通过一个完备的统一理论被描述?科学理论在探索宇宙本质中起什么作用?他决定精读以下内容，进行学习和探究。

宇宙的图像

霍金

为了谈论宇宙的性质，以及讨论诸如它是否存在开始或是否存在终结这样的问题。你必须清楚什么是科学理论。我将采用素朴的观点，即理论只不过是整个宇宙或宇宙的有限部分的模型，以及一系列能够把这个模型中的量与我们得到的观测结果相联系起来的规则。

科学理论只存在于我们的头脑中，不再具有任何其它意义上的实在性。一个被认为好的理论必须满足以下两个要求：首先，这个理论在只包含了一些任意元素的模型基础上必须能准确地描述大量的观测现象；其次，这个理论能对未来观测的结果作出明确的预言。

任何物理理论总是临时性的，这是在它只不过是一个假设的意义上来讲的：我们永远不可能证明它是正确的。你只需要找到哪怕一个和理论预言不一致的观测事实，即可证明它是错的。

科学的终极目的是提供能够描述整个宇宙的单独理论。然而，大多数科学家遵循的研究方法是把这个问题分成两部分：一是关于宇宙如何随时间变化的定律，二是关于宇宙初始状态的问题。这两种方法都存在局限性。

想要一蹴而就地设计一种能描述整个宇宙的理论，是非常困难的。当今科学家按照两个基本的部分理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙。广义相对论用于描述引力和宇宙的大尺度结构，也就是从距离范围短到几英里直到1亿亿亿英里，即距离范围长至可观测到的宇宙的尺度。另一方面，量子力学处理极小尺度，例如发生于万亿分之一英寸尺度内的现象。然而可惜的是，这两个理论还不能够相互协调起来——它们不可能同时都对。当代物理学的一个主要的努力方向，即是寻求一个能将这两个理论合并在一起的新理论——量子引力论。我们迄今还没有这样的理论，要获得这个理论，我们可能还有相当长的路要走，然而我们已经知道了这个理论所应具备的许多性质。

现在，如果你相信宇宙不是任意的，而是被明确的定律制约的，那么最终你必须将这些部分理论合并成一个能描述宇宙中万物的完备的统一理论。然而，在寻求这样的完备统一理论的过程中将会遇到一个基本的矛盾。关于科学理论的思想中，都有一个假定的前提，那就是假定我们是既可以随心所欲地观测宇宙，又可以从观察中得出逻辑推论的理性生物。在这样的休系中可以合理地假设，我们将会越来越接近制约我们宇宙的定律。然而，如果真有一个完备的统一理论，则它大概也将约束我们的行动。这样，理论本身就决定了我们探索宇宙的结果!那么何以保证我们从证据能够得到正确的结论呢?难道它不也同样可能使我们得出错误的结论吗?或者根本得不到结论?

对于这个问题，我所能给出的回答是基于达尔文的自然选择原理。该原理认为，在任何自繁殖的生物群体中，总是存在着不同个体在遗传物质和发育上的变异。这些差异表明，相较于其它个体，某些个体将会更容易对它们周围的世界做出正确的结论，并更容易去适应它。所以这些个体更可能存活、繁殖，因此它们的行为和思维的模式将会被遗传下来，越来越起主导作用。我们的科学发现可以轻易地毁灭我们所有人；即使不是这样，一个完备的统一理论对于我们存活的机会也许不会有很大影响。然而，假定宇宙已经以规则的方式演化至今，我们可以预期，自然选择赋予我们的推理能力在探索完备的统一理论时仍然有效，并因此不会导致我们得到错误的结论。

因为，除了在最极端的情况外，我们已有的部分理论足以对现在能观测到的所有现象作出精确的预测，那么，要为探索宇宙的终极理论寻找什么实用的理由，看来就非常困难了。所以，发现一个完备的统一理论可能无助于我们种族的存活，甚至也可能不会影响我们的生活方式。然而自从文明肇始以来，人们就一直不甘心于将各个事件看做互不相关或者是不可理解的。

人们渴望理解世界的根本秩序。今天我们仍然亟想知道，我们为何在此?我们从何而来?人类求知的最深切的意愿足以为我们从事的不断探索提供充足的理由。而我们的目标正是对于我们生存其中的宇宙图像作出完整的描述。

（有删改）