植物的“眼睛”

    近年来，越来越多的植物学家认识到，植物除了能利用阳光进行光能合成外，还有更多的功能。植物通过许多复杂手段获取并解读阳光携带的各种信息，这些信息反映了周围环境的变化情况。植物不仅能感觉到其他植物的存在，并以各种方式最大限度地提高生存几率，而且还能通过阳光确定春天是否已经来临，冬天是否已经结束。通过阳光，种子知道什么时候应该发芽，成年植物知道什么时候应该开花。

    植物的开花过程是一个非常有趣的事情，因为大多数植物能做到与季节变化保持高度一致。如果白天时间太长，某些种类的植物就不会开花；而另一些植物只有在白天持续足够长的情况下才会开花。观察结果表明，植物能随着季节的变化估算出白天的变化长度。而要做到这一点，它们必须会区分白天和黑夜，测量时间长度，综合各种信息。植物真的具有这种能力吗？研究表明答案是肯定的。就像植物通过受光体测量光线一样，它们也能测量时间，准确地说是通过生理钟来测量的。

    早在很多年前，植物学家就已认识到，光在决定植物的生长速度和开花时间上起着至关重要的作用。但是那时的科学家认为，光合作用是促进植物生长的关键因素。目前许多科学家认为，这个结论有些过于简单化。实际上植物不是通过聚集光的能量，而是通过搜集和加工光携带的信息来促使其生长。虽然植物没有感觉器官来感知光，但其体内的每个细胞内都生有受光体。受光体就像它的眼睛，能使植物感觉到光的存在、强度、持续时间、方向以及颜色的相对比率。

    光携带了大量信息，而植物能够解读这些信息。植物是通过“研究”白色环境光（由各种颜色组成）开始解读光所携带的各种信息的。叶绿素有选择地从白光中吸收颜色或波长。绿叶能吸收大部分红光和蓝光，并通过叶片反射，传播一种被称做“远红光”的光线，这种光的波长恰好在可见范围之外。

    植物不仅能测量各种颜色的密度，而且还能测量某种颜色配对的比率。科学家们曾做过一项实验，最终得出一个结论：植物通过测量红色与远红色之间的比率能“看见”其他植物叶子的阴影。这一观点认为，植物所处的环境如果过于浓密，其他植物反射的远红色光就会增多，而吸收的红色光就会减少。因此，植物只要检测出红色和远红色光之间的比率，马上就会知道它是否被遮挡了。

    随着植物视觉系统的发现，科学家们一直在努力寻找植物在分子层面的工作原理。地球上的大部分生物都适应了一天24小时的循环形式，植物当然也不例外。大部分生理过程都是按一天的生理节奏进行的，早在1930年，德国生理学家欧文·勃宁就认为植物通过其体内的生理钟测量一天的长度。但是生理钟并不像机械钟那样准确，其循环周期只是大致接近24小时。因此，生理钟必须不断进行调整，以与太阳的循环周期保持同步。植物的感光受光体就起这种作用。

    1998年，植物生物学家史蒂夫·凯和他的研究小组第一次鉴定了一种能让植物生理钟保持同步的受光体。这些分子就是光敏素和隐秘色素。植物学家克林·皮特恩认为，生理时钟直接促进植物生成一种能对光的季节变化产生反应的分子。同时他又指出，无论是这种分子还是受光体都无法单独发挥作用，二者必须结合起来才能促使植物开花。

    植物学家对近来取得的成功感到非常高兴，他们发现了植物通过一个复杂的信号网络使其生长与环境变化保持一致的秘密。

（选自《百科知识》2009年第18期，有删改）

    近日，美国商务部对中兴通讯激活拒绝令一事，让自主创新的议题备受关注。不少人提到的“缺芯少魂”一词，也让自主研发计算机操作系统的问题，进入公众视野。

    如果说芯片是计算机和互联网信息世界的硬件“神经中枢”，操作系统则是让计算机硬件具备“灵魂”的基础。作为最基础、最底层的计算机软件，操作系统十分重要，有了操作系统，冰冷的机器才有“生命”，人们才有机会赋予其更多功能。长期倡导自主开发操作系统的倪光南院士做过比喻，操作系统就好像地基，应用程序就好像地基上的房子。谁掌控了操作系统，谁就掌握了小到一台电脑、大到一个网络的“开关键”，甚至可以在需要的情况下去掌控所有的用户信息和操作行为。因此，操作系统事关信息技术竞争力，更关乎国家信息安全。

    研发出一款国产操作系统，像微软 Windows系统一样供广大用户使用；是我国科技人员的夙愿。经过刻苦攻关，我们取得了包括银河麒麟、普华操作系统等在内的一部分成果。不过，研发一款通用的操作系统并广泛应用，难度超乎想象。以 Windows系统为例，有人甚至用美国阿波罗登月计划来形容其研发工程之庞大。而且， Windows还经历了多个版本的更新，每一次升级也耗费了不少成本。

    然而，一款操作系统的成功，蕴藏着巨大价值。它能构建起一个包括硬件开发者、应用软件开发者和用户在内的上下游生态链条和产业空间，围绕操作系统形成“生态圈”。同时，这也为后来者构筑了壁垒：即使研发出新的操作系统，也很难再去改变既有格局。正如有人说的，除非出现颠覆性的机会，否则很难改变这种现状。

    奋力自主创新、实现信息领域核心技术的突破，才能真正维护网络安全，加快推进网络强国建设。当年王选院士立足创新前沿，自主攻克汉字激光照排技术，不仅改造了传统铅字印刷行业，还创造了一个全新的电子出版产业。回溯改革开放40年，正因唱响了自主创新的主旋律，我们才创造出网络大国、科技大国的气象，也才拥有了向网络强国、科技强国进发的底气。今天，我们亟须开启新一轮全球视野下的自主创新浪潮，让芯片、操作系统以及高端制造装备等关键领域不再有“卡脖子”的隐忧。

    核心技术是国之重器。在近日召开的全国网络安全和信息化工作会议上，领导人强调，“要下定决心、保持恒心、找准重心，加速推动信息领域核心技术突破”。筑牢自主创新的理念和信念，攻坚克难，久久为功，我们的科技强国之路必将越走越宽广。

（摘编自余建斌《开启全球视野下的创新浪潮》，《人民日报》2018年4月25日）

有些人觉得电脑的记忆和人脑的记忆在工作方式上差不多，信息输进来，大脑进行记录，需要时再提取出来。对不对？

错！数据和信息被输进电脑的内存，等到需要提取时，若无技术故障，它会与当初存进去时一模一样地被提取出来。我们都有过这种体验吧？有时候，原本正在房间里做着什么事，突然想起来要到另外的房间拿个东西。结果，去拿的半路上，被什么打了岔，到了那儿，却一下子想不起到底是来干什么了。这种令人沮丧、心烦的情况，却偏偏是大脑处理记忆的方式出奇复杂而造成的诸多怪癖之一。

大多数人最熟悉的记忆分类方法是区分短期记忆和长期记忆。两者区别明显，但又相互关联。它们的名称很恰当：短期记忆最多持续一分钟左右；长期记忆可以与你相伴终生。

短期记忆维持时间不长，但负责对实时的信息做有意识的操作，也就是我们当前正在想的事。我们之所以能够思考，是因为信息就在短期记忆中；这就是短期记忆的功能。长期记忆提供了丰富的数据辅助我们思考，而真正进行思考的是短期记忆。

短期记忆为什么限量呢？部分原因是它在不停地工作。我们清醒时的每一刻都在经历和思考着什么，源源不断的信息以惊人的速度进进出出。因此完全不适合把短期记忆用作长期储存，后者需要稳定和有序，否则就会像把你所有的箱子和文件夹都扔到了繁忙的机场入口。另一个因素是，短期记忆并没有“实体”基础；短期记忆储存在神经元的特定活动模式中。以神经元活动的模式储存记忆会带来很多问题。有点儿像把购物清单列在卡布奇诺的奶泡上，单纯从技术层面来讲是有可能做到的，因为奶泡会让字形保留一会儿，但维持不了很长时间，因而以这种方式储存并不实用。短期记忆用来快速处理和操作信息，而在源源不断的信息流中，不重要的会被忽略，然后很快被覆盖或消失。

这套系统并非万无一失。实际上，常有重要内容还未得到恰当的处理就从短期记忆中被顶了出去，于是就出现了“我到这儿是干啥来着”的情节。短期记忆还会负荷过重，受到太多新信息和新要求的轰炸而无法集中到任何一点上。既然用来“想”的短期记忆只有很小的容量，我们还做得成什么事儿啊？幸运的是，短期记忆与长期记忆相连，因而长期记忆分担了很多压力。就拿专业译员来说吧，他们一边听演讲，一边把它译成另一种语言。对于一个还在学习外语的人来说，这必然是一项艰巨的任务。可对于译员来说，两种语言中的字词和结构都已储存在长期记忆中，短期记忆只需要处理词序和句意。

信息有多种途径可以变成长期记忆。在意识层面，我们可以靠背诵让短期记忆转变为长期记忆，比如反复默念某个重要的电话号码。反复的必要性在于，与短期记忆短暂的电活动模式不同，长期记忆基于神经元之间的新连接，而建立连接的基础是突触（神经元之间的连接节点），重复想要记住的事情能够刺激突触的形成。

突触被看成是脑中真正“记住”信息的地方。和硬盘里特定的一串0和1代表某个文件一样，特定区域的一群突触代表了某段记忆，当它们被激活时，我们就有了一段“回忆”。所以，突触就是记忆的实体形式。就像我们可以从纸上的墨迹中读出具有含义的字词一样，当某个或某一群突触变得活跃时，大脑就解读出了一段记忆。通过形成新突触新建长期记忆的方式叫作“编码”，即记忆在脑中储存的过程。短期记忆并不形成新的突触，只是触发一些多功能的突触。利用复述信息的方式可以使短期记忆保持足够长时间的“活跃”，让长期记忆有时间编码。不过，“死记硬背”法并不是让我们记住事情的唯一方法，显然我们也没有用此法来记忆所有一切能记住的东西。有足够的证据表明，我们的每一段经历几乎都会以某种方式储存在长期记忆中。

那么，如果说长期记忆把一切都记住了，那为什么我们还是免不了会忘事呢？被遗忘的长期记忆其实还在脑子里，除非外伤造成物理性损坏。不过，长期记忆要派上用场必须经过三个阶段：产生（也就是编码），有效储存，提取。一段记忆如果取不出来，就和根本不存在没差别。有些记忆容易提取，因为它们更突出，如附带强烈情绪的记忆往往很容易回忆。除了事件本身，同时回忆起来的还有当时的情绪、想法和感觉。所有一切在大脑中与特定记忆间产生了越来越多的关联，意味着前面说的巩固过程为这段记忆附加了更重大的意义，添加了更多连接，让它变得更加容易提取。相反，那些没有重要连接、孤零零的记忆就没能得到充分的巩固，因而也就难以提取。没有哪段记忆是孤立形成的。有研究揭示，哪怕是在平淡无奇的场景中，获得记忆时的情境都可以成为帮助记忆提取的“触发器”。

如此复杂难懂、前后不一、脆弱易伤的一套系统究竟能发挥什么作用？很简单，大多数时候，它的确管用。它依然值得惊叹，其容量和适应力甚至可以让最先进的超级计算机脸红。它固有的灵活性和奇特的组织结构毕竟演化了数百万年，所以我还能苛责什么呢？人类的记忆并不完美，但已经足够好。

（摘编自迪安·博内特《是我把你蠢哭了吗》）

天上的云外形千姿百态，颜色多姿多彩，有的洁白如玉，有的乌黑如墨，有的灰蒙蒙一片，还有的呈现出红色和紫色的光彩。那么，这些不同颜色的云究竟是怎么产生的呢？

云体的外形虽然多种多样，但概括起来大致有三种，包括布满全天的层状云、孤立高大的积状云以及如波涛般层叠起伏的波状云。它们的厚薄相差很大，厚的可达七八千米，薄的只有几十米。积状云和雷雨时布满天空的积雨云都比较厚，太阳和月亮的光线都难以通过，云体看起来就很黑，稍微薄一点的层状云和波状云，看起来是灰色的，波状云的边缘部分，色彩变为灰白。孤立高大的积状云比较厚，它向阳的一面，光线几乎全部反射出来，因而看起来是白色的，它背光的一面底部，光线不容易透过，看起来比较黑。

日出和日落的时候，太阳光线穿过很厚的大气层斜射过来，空气中的分子、水汽和杂质，使得光线的短波部分大量散射，而红、橙色的长波部分却散射得很少，照射到大气下层时，阳光以长波红光为主，因此这时日出日落方向的天空呈红色，被阳光照亮了的云也变成了红色，形成美丽多姿的火烧云。由于云的组成有的是水滴，有的是冰晶，有的是两者混杂在一起的，因而当日月光线通过时，还会形成各种美丽的光环或虹彩。

有时在日出或日落前后，天空和山顶，尤其是太阳附近的天空和云层上会出现瑰丽多姿、五彩缤纷的大气光学现象，它就是霞。根据出现的时间可分为朝霞和晚霞。朝、晚霞出现的方位和色彩受太阳位置、空气中水汽、气溶胶分布、云量和云状的影响。

在曙、暮光时间内，阳光斜穿过大气层，并且在低层大气中有很长的光程，由于大气分子、水汽、尘埃微粒对光的散射和吸收，使阳光受到很大衰减，各种不同颜色的光衰减情况又不相同，因此，通过大气层的阳光已经显示出不同的颜色，这些光再经过大气中散射粒子的散射，才能到达人的眼睛，这就进一步增加了天空色彩的复杂性。大气中成分与状态都在不断地变化，形成了变化万千的美丽彩霞。

当阳光穿过大气层时，波长较短的紫光和蓝光衰减较多，到达地平线上空时就所剩无几，余下的只是波长较长的黄、橙、红色光，因此，在太阳高度角很低的日出日落时，看到的太阳光盘是橙红色的，这种偏于红色的阳光再通过天空中的散射粒子散射后仍然是波长较长的光居多，因此，霞光大多偏于红、橙、黄等色彩，而且越接近地平线，霞光的色彩越偏于红色。在接近天顶方向，阳光穿过低层大气较少，波长较短的光衰减相对少些，余光中仍有一些蓝绿色光，因而有时能看到蓝绿色的霞光。有时，高层大气散射的蓝光与低层大气散射的红光叠加后进入人的眼睛，人们就会看到紫色的天空。一般来讲，在日出日落方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列是接近地面为红色，渐次变为橙、黄、绿、蓝各种颜色。

当大气湿度较大时，或在系统性云系移近时，空中会悬浮着很多较大的水滴，这些不同大小的水滴对各种颜色的光有不同的散射作用。例如，半径比光波波长小的水滴主要散射蓝色光，而半径在0.5～1微米区间的水滴主要散射红色光，因而有时在近地面天空形成紫红、褐红的颜色。大气中水汽含量越多，霞的色彩就越鲜艳或暗红；水汽少的时候，霞光发青发白，所以有“霞光暗红雨凄凄，霞光青白行千里”之说。

大气中的气溶胶粒子对霞光也有重要的影响，当粒子较大时，射入的光色彩将变得复杂，同时会受到较大衰减。当粒子比光的波长大很多时，各色光就具有相同的散射能力，散射光仍是白色的，这时，霞光将显得很弱，呈现出流黄、淡红和灰等颜色。所以，大气中尘埃含量越多，霞的亮度越弱。

天空中的云可以把霞光反射到地面，从而显出层云红遍、霞光万道的瑰丽美景。

炎热的季节，雷阵雨过后常常会出现一条七色的彩环，悬挂在空中，五彩斑斓，它就是人们俗称的“彩虹”，是大气中的一种光学现象。彩虹呈七彩颜色，从外至内分别为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴造成色散及反射而成的。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40°～42°的反射最为强烈，形成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上，其他颜色在下。

彩虹最常在下午雨后天刚转晴时出现，这时空气中尘埃少而充满着许多小水滴，它们就像悬浮在空中的微型三棱镜，把通过它们的太阳光分解成七色光带，再反射回来。这时，人如果站在太阳和雨滴形成的雨幕之间，就会看到色彩缤纷的彩虹，还有在“飞流直下三千尺”的瀑布附近也能看到彩虹。当然，在晴朗的天气里背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。所以，只要空气中有水滴，而阳光正好在观察者背后以低角度照射，就可以看到彩虹现象的发生。

空气里水滴的大小，决定了虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。水滴过小，就没有彩虹。我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背对着太阳才能看到，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现。虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空之中的位置就可以推测当时将出现晴或雨的天气。东方出现虹时，预示着天气系统即将移出本地，降雨天气即将结束，而西方出现虹时，本地下雨的可能性很大，这就是“东虹日头西虹雨”的含义。

（选自高银朝《绚丽多彩的天空》，有删减）

材料一：

四十或五十年前，欧美大多数正统气候学家相信，气候在历史时代是稳定的。这种见解，已为世界近数十年来收集的气象资料所否定。在我国，古代作家如《梦溪笔谈》的作者沈括，《农丹》的作者张标和《广阳杂记》的作者刘献廷，均怀疑历史时代气候的恒定性；且提出各朝代气候变异的事例，记载于上述书籍中。

对我国近五千年来的气候史的初步研究，可得出下列初步结论：①在近五千年中的最初二千年，即从仰韶文化到安阳殷墟，大部分时间的年平均温度高于现在2℃左右。一月温度大约比现在高3-5℃。②在那以后，有一系列的上下摆动，其最低温度在公元前1000年、公元400年、1200年和1700年；摆动范围为1-2℃。③在每一个四百至八百年的期间里，可以分出五十至一百年为周期的小循环，温度范围是0.5-1℃。④上述循环中，任何最冷的时期，似乎都是从东亚太平洋海岸开始，寒冷波动向西传布到欧洲和非洲的大西洋海岸。同时也有从北向南趋势。

我国气候在历史时代的波动与世界其他区域比较，可以明显看出，气候的波动是全世界性的，虽然最冷年和最暖年可以在不同的年代，但彼此是先后呼应的。如十七世纪的寒冷，中国比欧洲早了五十年。欧洲和中国气候息息相关是有理由的。因为这两个区域的寒冷冬天，都受西伯利亚高气压的控制。如西伯利亚的高气压向东扩展，中国北部西北风强，则中国严寒而欧洲温暖。相反，如西伯利亚高气压倾向欧洲，欧洲东北风强，则北欧受灾而中国温和。只有当西伯利亚高压足以控制全部欧亚时，两方就要同时出现严寒。

最近丹麦首都哥本哈根大学物理研究所丹斯格拉德教授，在格陵兰岛上某地的清冰川块中，以O¹⁸的放射性同位素方法，研究结冰时的气温，结果是：结冰时气温高，同位素就增加，气温增加1℃，O¹⁸就增加0.69%。兹将他所制近一千七百年来格陵兰气温升降图与本文中用物候所测得的同时间中国气温图作一比较，如图所示。A表示从三世纪到现时的中国气温的波动。B表示同时期用同位素所测得的格陵兰岛的温度。格陵兰与中国相距二万余公里，而古代气候变动如出一辙，足以说明这种变动是全球性的。

（摘编自竺可桢《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，有删改）

材料二：

1913年，竺可桢从伊利诺伊大学毕业后，进入哈佛大学地质与地理学系攻读研究生。尽管其主修气象学专业，但所修课程却并不局限于气象学，他还选修了著名科学史家乔治·萨顿的自然科学史课程。科学史学科的知识、思想和方法对竺可桢日后的科学研究产生了重要而又深远的影响。从青年时代起，竺可桢就养成每日观测物候、记录气象资料的习惯。从竺可桢的日记可以看到，他每天都将亲自观测的气温、风力、云量以及相关的物候现象记录在日记的标题处，几十年如一日，一直坚持到临终的前一天，几无例外。西方现代科学方法的严谨训练和深厚的国学功底，使竺可桢从一开始就具备了鸟瞰东西的宏阔学术视野。

在研究中国历史气候时，竺可桢发现，无论是西方国家还是东方国家，历史时期都相对缺乏天文学、气象学和地球物理学现象的连续可靠记载，气象仪器观测的数据资料最多也只有两百年的历史，无法解决漫长的历史气候变迁问题，研究历史时期气候变迁只能利用反映气候变化的其他证据来证明，方法有很多，如：湖泊沉积、植物孢粉、冰川进退遗迹等。在方法选择上，竺可桢曾在信中写到：“关于气象记录，仪器记录我们也远不及西洋，但是十六世纪以前历史时代的气候文献恰恰远胜于西洋，我们应该利用我们的所长方能取胜于人，同时也批判地接受了古代文化遗产。”事实上，早在美国求学期间，竺可桢就开始系统搜集中国和世界气候变化的资料，包括考古、动植物分布、冰川进退、雪线升降、河流湖泊冻结、气象观测记录等，所涉中国古代文献从经史子集到方志游记等无不广征博采。竺可桢认为，这些史料中有大量气候变化的信息，系统地加以分析研究，就可以利用中国古代丰富的文献资源优势来弥补我们在仪器设备方面的不足，这一想法成为竺可桢在特定历史条件下进行科学创新的重要指导思想。在长期的积累中，竺可桢融文、史、哲、天、地、生多学科知识于一炉，将不同来源的气候史料素材进行融合筛选，经过“去粗取精，去伪存真”的科学处理，再逐步分析鉴别和利用，陆续发表了有关气候变迁的专业研究论文九篇。这些前期积累不仅为《中国近五千年来气候变迁的初步研究》奠定了基础，也逐渐形成了竺可桢独具创新的历史气候研究方法。

（摘编自徐飞、江增辉《中国传统学术资源的现代价值》）