目前，海洋的污染正在日趋加剧，其中海洋的石油污染尤为严重。由于石油在工业化中的重要作用，以及全球石油分布的严重不均衡性，使石油的运输显得格外重要；由于大型油轮的营运成本较低，而经济效益却很高，因此在现代技术所能达到的范围内，建造的油轮吨位越来越大，往往在20万吨以上。目前，世界所需石油的2/3经海路运输，经常运行在航道上的油轮大约有7 000艘之多。大型油轮失事以后，其中的原油部分或全部流入海洋中，从而造成严重的海洋石油污染。此外近海采油平台及输油管的石油泄漏事故，也是造成海洋石油污染的重要原因，这些海洋石油污染给海洋生态带来严重危害。

    石油溢出后，使污染区内的甲壳类和鱼类迅速死亡，海鸟也难以幸免。因为原油能损害羽毛的功能，使海鸟体温降低，其游泳和飞翔能力降低，最后冻饿而死。据统计，每年死于石油污染的海鸟多达数十万只，而甲壳类和鱼类根本无法统计。

    不透明的油膜降低了光的通透性，使污染海域藻类的光合作用受到严重影响，其结果一方面使海洋产氧量减少；另一方面，藻类生长不良也影响和制约了海洋动物的生长和繁殖，从而对整个海洋生态系统发生影响。

    海面浮油内的一些有毒物质会进入海洋生物的食物链，据分析，污染海域的鱼虾及甲壳类致癌物浓度明显增高。海面浮油还可萃取分散于海水中的氯烃，如DDT、毒杀芬等农药和聚氯联苯等，并把这些毒物浓集到海水表层，对浮游生物、甲壳类动物和晚上浮上海面活动的鱼苗产生有害影响，甚至直接触杀。

    石油一旦泄漏而流入海洋后应及时采取的措施，目前主要仍是采用围栏将海洋表面的泄油围住，以避免再进一步大面积地扩展，然后要尽快地用清污船将石油收集起来。

    进入海洋的石油，一部分可直接挥发而进入空气；一部分受紫外线作用可发生光极慢的化学分解，而绝大部分石油污染都要依靠微生物的降解作用来净化。能降解石油的微生物种类很多，目前已经知道细菌、放线菌、真菌中有70个属，约200多个种能氧化降解石油。在近海、海湾等处，因海水含有丰富的N、P等营养物质，石油降解菌的数量较多，石油流入此海域后，较容易被氧化分解掉。然而，由于外海洋水中N、P等营养物质的缺乏，石油降解菌的增殖受到制约，那里的石油降解菌很少，一旦污染，很不容易很快消除。

神秘莫测北极光

    最早记录北极光的是挪威编年史《国王的镜子》，成书大约在1230年。直到17世纪后期，英国天文学家埃德蒙·哈雷才第一次将极光与地球磁场联系起来。这一时期，法国科学家雅克·德麦兰是第一个提出极光和太阳有关的人。

    人们发现，当太阳风到达地球，它们被看不见的盾牌——地球磁场偏转。地磁层是地球周围一个保护层，一个看不见、摸不着的巨大磁化区域，是太阳高能带电粒子的天然屏障，正是有了这道屏障我们才能安稳地生活在地球上。地磁层的外边缘与行星际交界的地方叫作磁层顶，在地磁南北极上方的磁层顶形状像漏斗，少量的太阳风带电粒子可以从此处“漏”进磁层，在地球附近沿着磁力线绕圈，同时向地球两极沉降，在沉降过程中和地球高层大气发生碰撞，发出灿烂的光芒，这就是极光。碰撞通常发生在距离地面80---300千米的高度，绿、蓝、白、红四色光芒在天空中形成了一个椭圆的环形区域，也就是极光环带。

    极光的发光原理跟霓虹灯相似。霓虹灯管中封存着氖、氩等惰性气体，电子在其中跑来跑去，撞到气体原子时，就会使后者受激发光。不同的原子在不同条件下受到激发，会发出不同颜色的光，于是我们就看到了五颜六色的霓虹灯。极光也是如此，来自太阳的带电粒子闯入地球大气层时，会在不同的高度撞到不同的气体分子，发出不同颜色的光。通常来说，在200千米以上的高空，带电粒子撞到氧原子时，氧原子会受激发出红光；在100～200千米高空，氧原子则会受激发出黄绿色光，这是极光最明亮、最常见的颜色。电离状态的氮则会发出蓝光，中性的氮受到撞击时发出的则是紫红色光。北极光一般遵循持续11年的太阳活动周期，太阳活动剧烈的年份是观察极光的好时候。观看极光的最佳地点当然是在高纬度地区。

    不光地球上有北极光，很多行星都会出现这样的奇景，比如木星、土星、天王星、海王星。这些行星都有大气和磁场，极光以同样的机制出现。木星和土星这两颗行星的磁场比地球更强，哈勃太空望远镜可以清楚地看见这两颗行星的极光。

    北极光是否会出声，这是一个未解之谜。很多人宣称强烈的北极光会伴随着声音，记录在案的极光声音类似于“噼啪”声和低沉的轰鸣声，持续时间短暂而微弱。挪威天体物理学家布莱克表示，“北极光发生在离地表80千米以上的空间，那里近乎真空。因为声波不能在真空中传播，所以声音很难传到地面上。”对于这个问题有一个有趣的解释。1911年，第一个到达南极点的挪威探险家罗尔德·阿蒙森的同伴约翰森在日记里写道，阿蒙森出去之后告诉同伴，他呼气时能听到自己的呼吸被冻住的声音。于是约翰森和另外一个人也出去尝试了一下，同样也听到了“噼啪”声，这种声音他们曾在挪威斯瓦尔巴群岛出现强烈极光的时候听到过。而当他们屏住呼吸，摇晃脑袋时，声音就消失了。

    2012年，芬兰研究人员曾在一个极光观测地发现，声音来自地面以上约70米的高空，而北极光则出现在地面以上约120千米的地方。科学家无法确定声音是如何出现的。至今，极光还有很多无法解释的现象，比如令人震撼的极光碰撞等现象。随着对太阳和地球磁场的深入了解，人们会发现北极光越来越多的秘密。（选自《三联生活周刊》曹玲，有删改）

    一种叫做真养产碱杆菌的不起眼的土壤细菌具有一种天然性能；只要受到压力，它们就会停止生长并竭尽所能产生复杂的碳化合物。目前，麻省理工学院的科学家们教会了这种微生物一项新技能：他们修补了它的基因，从而使它能够制造一种叫做异丁醇的酒精燃料，可以直接取代或者兑入汽油。

    麻省理工学院生物系科学家克里斯托弗 布里格姆致力于开发这种经过生物性改造的细菌，目前他正尝试让这种生物将大量的二氧化碳作为碳源，从而使它能够利用废气制造燃料。

    布里格姆解释道，在微生物的自然状态下。当它的基本营养物质来源，如硝酸盐和磷酸盐受到限制时，“它就会进入储碳模式”，就是在它感觉资源有限时储存食物以备后用。

“它所做的就是尽可能获得碳，并将其以多聚体结构储存起来。而这个多聚体的属性与很多用石油制成的塑料相似”，布里格姆说道。通过敲除一些基因，再插入另一个生物的基因，并且修补其他基因的表达，布里格姆和他的同事们成功地使这种微生物不再产生塑料转而产生燃料。

    尽管团队致力于使微生物将二氧化碳作为碳源，但通过略微不同的调整，同样的微生物就能拥有将包括农业废物和城市垃圾在内的几乎所有形式的碳源转化为有用的燃料的潜力。实验室环境中的微生物已经可以将果糖（一种糖）作为碳源了。

“结果表明，持续培养这种微生物可以获得大量的异丁醇”，布里格姆说。目前，研究人员致力于优化系统以提高生产率，同时设计工业化水准的生物反应器。

    布里格姆说，不像在一些生物工程系统中，微生物需要破坏微生物的细胞才能在体内产生期望的化学物质，真养产碱杆菌天生就能将异丁醇排入周围流体中，进而使其被连续不断地过滤出来，而生产过程不会停止。他说道，“我们不需要额外的转运系统将它转运出细胞”。

    许多研究小组通过包括其他转基因生物在内的多种途径获得异丁醇产物。至少已经有两家公司做好了将它作为燃料，燃料添加荆或化学产品原料生产的准备。与其他被推荐的生物燃料不同，异丁醇几乎不需要改造就可以用于现有的发动机，一些赛车中已经使用了异丁醇作为燃料。

    麻省大学达特茅斯分校的生物学副教授马克 希尔比指出：“这个方法相比由玉米提炼的乙醇产品有许多潜在的优势。细菌系统具有可扩展性，理论上可以在工业化环境中产生大量的生物燃料”。他补充道：“这个系统的潜力尤其体现在可以从废料或二氧化碳中提取出碳，因此不会影响粮食供应。”总之，他说，“这个方法有很大的潜力”。

（节选自《环球科学》，顾卓雅译，有删节）

    永远膨胀下去的宇宙的未来相当乏味。但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。然而，可能还有其他种类的暗物质，还未被我们探测到，它会使宇宙的平均密度达到或超过临界值。这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话，我们就应觉察到了它对星系旋转或星系团中星系运动的效应。

    为什么我们应该认为，也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩呢？为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢？其理由在于，哪怕宇宙现在只具有十分之一的临界密度，都需要不可思议地仔细选取初始的密度和膨胀率。如果在大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一，宇宙就会在十年后坍缩。另一方面，如果那时宇宙的密度小于同一个量，宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物。

    宇宙的初始密度为什么被这么仔细地选取呢？也许存在某种原因，使得宇宙必须刚好具有临界密度。看来可能存在两种解释。一种是所谓的人择原理，它可被重述如下：宇宙之所以是这种样子，是因为否则的话，我们就不会在这里观测它。其思想是，可能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质。只有在那些宇宙中才有智慧生物去诘问这样的问题：密度为什么这么接近于临界密度？如果这就是宇宙现在密度的解释，则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。十分之一的临界密度对于星系和恒星的形成已经足够。

    然而，许多人不喜欢人择原理，因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这么接近于临界值寻求另外可能的解释。这种探索导致极早期宇宙的暴涨理论。其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过，正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。然而，宇宙的暴涨更迅猛更极端得多：在一个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加，会使宇宙这么接近于准确的临界密度，以至于现在仍然非常接近于临界密度。这样，如果暴涨理论是正确的，宇宙就应包含足够的暗物质，使得密度达到临界值。这意味着，宇宙最终可能会坍缩，但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。

材料一：

由于每个物种都有按照几何级数过度繁殖的趋向，而且各个物种中变异了的后代，可以通过其习性及构造的多样化去占据自然条件下多种多样的生活场所，以满足数量不断增加的需要，所以自然选择的结果就更倾向于保存物种中那些最为歧异的后代。这样，在长期连续的变异过程中，同物种的不同变种间细微的特征差异趋于增大，并成为同一属内不同物种间较大的特征差异。新的改良变种必将替代旧的、少有改良的中间变种，并使其绝灭；这样，物种在很大程度上就成为确定的、界限分明的自然群体了。每一纲中凡是属于较大种群中的优势物种，它更能产生新的优势类型，其结果必然是每一个大的种群在规模上更趋于增大，同时性状分异也就更大。由于地球上的生存空间有限，不可能允许所有的种群都扩大规模，其结果就是优势类型在竞争中打败了较不占优势的类型。这使大类群在规模上不断扩大，性状分异更趋明显，并不可避免地导致大量物种的绝灭；这就可以解释为什么仅有极少数大纲在竞争中自始至终占据着优势，而其中所有的生物类型都可以排列成许多大小不一的次一级生物群。用特创论的观点完全不能解释为什么在自然系统下所有的生物都可以划归大小不等的类群这一重大事实。

材料二：

达尔文在环球考察中观察到，在加拉帕戈斯群岛生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。

这些地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于生活在地理隔离的各个岛上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，在另个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐步出现生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。由此可见，隔离是物种形成的必要条件。

（摘编自普通高中生物教科书《遗传与进化》）

材料三：

达尔文提出的由一个共同祖先进化出不同物种分支的进化理论，在较短时间内就得到了认可，但自然选择学说的命运要曲折得多，即使在科学界也是如此。实际上，人们迟迟不肯接受自然选择学说是可以理解的，因为达尔文在著作中并没有详细描述遗传机制，只是假设一个个微小的“胚芽”从各种组织中分裂出来，然后进入性器官进行复制，并传给下一代。达尔文的“自然选择”理论要有以下几个前提条件，首先要有遗传变异；其次要有个体间的生存与繁殖竞争，而竞争的前提是繁殖过剩或者说资源有限；最后，他强调这种进化是渐进式的。这是达尔文理论的核心思想。

后来崛起的进化论新学说，向达尔文的自然选择理论提出了挑战，认为进化不是、至少不全是由自然选择为主导的。比较有代表性的观点是上世纪60年代日本从事分子生物学研究的学者木村资生提出的“中性学说”。进化可以由随机因素造成，并不是有目的的，分子水平的变异并没有好和坏之分，因而选择不起作用。当然木村的理论局限于分子水平，但分子和形态两个不同层次的进化仍存在一些不衔接的地方，仍然是当前进化生物学研究的薄弱环节和难题。

更早的时候，针对渐进进化的观点，古生物学家提出过质疑，他们认为进化不是渐变的而是爆发式突变的。从5亿多年前寒武纪澄江生物群的化石记录看，在很短时间内，各大动物门类都出现了，因此可以认为进化是平衡一段时间后的突然爆发，之后生物的进化可能又会平衡一段时间，甚至出现大规模的绝灭。

其实达尔文自己在面对古生物化石时，也曾有过类似的困惑，并在他的著作中多次提到。但是支持达尔文理论的人认为这并不矛盾，其中关键在于渐进与突变的时间尺度到底是什么，毕竟古生物化石的时间尺度跨越得太大。

目前在进化研究领域，“综合进化论”的观点比较为大多数学者接受。这种理论综合了从达尔文开始的比较有影响有说服力的几种观点，包括承认突变的重要性、引入孟德尔遗传理论来解释遗传变异、从群体遗传学角度来定义适应性以及强调遗传漂变的进化意义等。这一学说认为，上述因素在生命进化的过程中同时存在并起作用。

1959年，《物种起源》发表100周年之际，自然选择学说的地位似乎已不可动摇了。

（摘编自2009年5月27日《科学时报》

①我很幸运能在进化论中徜徉，在整个科学领域中，进化论是最激动人心、最重要的理论之一。

②进化论之所以使许多人着迷，我想是由于这个理论的三个特点。首先，根据现在发展的状况看，进化论的证明令人非常满意和信服，同时还有大量的宝藏没有挖掘出来。其次，进化论是一门覆盖极其广泛的学科，既是涉及永恒、定量等带有普遍原则的科学，又与历史的独特性直接相关。因此，在进化论的研究中，可以容纳各种风格和个性。有的人在这个领域探讨纯粹抽象的问题（群体增长规律和DNA结构），有的人则揭示非常独特的棘手问题（霸王龙用弱小的前肢做什么）。第三，进化论与我们的整个生活息息相关，因为我们总会关心一些重大的谱系问题：我们来自何方？这又意味着什么？当然，这个理论还涉及形形色色的生物，仅描述过的物种就已经超过了百万种，小到细菌，大到蓝鲸，还有大量的甲虫，每一种生物都有它的故事。

③然而，达尔文的学说一方面在扩展影响，另一方面其中的一些假设却失去了价值，至少是失去了普适性。已经统治了30年的当代达尔文主义，即“现代综合论”，利用局部群体的适应基因替换的积累和扩大模式，来解释生命的整个历史。在小的局部群体的适应调节方面，这种模式可能是出色的经验性说明；生活在已经被工业污染熏黑的树上，并且作为可见度的选择回应，桦尺蠖飞蛾（Biston betularia ）的体色确实变黑了，而且的确是由于单个基因变化的积累。但是，仅仅将这个过程扩大到更多的基因和更大的效应，就能解释新物种的起源吗？主要谱系中大的进化趋势只是连续适应变化的不断积累吗？许多进化论者（包括我本人）已经开始对现代综合论发出了挑战。我们主张一种阶层体系的观点，认为不同层次的进化变化通常是由于不同种类的原因所致。群体内微小的调节可能是连续的、适应的，但是造成这种事件的原因却是染色体的明显改变，这种变化导致某一物种与其他物种之间的不育，不过原因可能与适应无关。进化趋向可能代表了一种更高层次的选择作用于本质上静止的物种本身，而不是由于单一的大群体经过说不清多少年的缓慢、稳定的积累。

④在现代综合论之前，许多生物学家〔见参考文献中贝特森（Bateson），1922〕表示过迷茫和沮丧，因为提出不同层次的进化机制显然会造成太多的困难，妨碍科学的统一。在现代综合论之后，有一种观点（那些缺乏思想的追溯者将其视为教条）传播开来，认为所有的进化都可以还原为达尔文式局部群体的适应变化。我认为，我们现在正在探寻一条富有成果的途径，这条途径介于贝特森时代的迷茫与现代综合论观点的局限性之间。现代综合论的观点适宜一定的领域，但是在进化的更高阶层系统领域，达尔文式的突变和选择可能以截然不同的方式在起作用。我想我们可能希望存在因果动因的一致性，即希望存在一种含有达尔文主义内核的普遍性理论。但是，我们必须考虑到，面对机制的多样性，用适合较低层次的适应基因的替换，根本无法解释更高层次的现象。

⑤造成进化理论蓬勃发展的基础就在于大自然具有无与伦比的复杂性。生物不是台球，不是在可以测量的简单外力作用下，就可以到达生命台球桌上预定的新位置。极为复杂的系统都有非常丰富的内涵。任何生物都有其历史，生物的历史以多种方式微妙地限定了生物的未来。面对施加在基本结构上的各种自然选择压力，生物以形态的复杂性所具备的大量功能来回应。基本上不为我们了解的生物胚胎固有的发育途径，保证了简单的输入（例如定时性的微小变化），就可以转化为输出（生物成体）的令人惊奇的明显变化。

（节选自【美】S·J·古尔德《熊猫的拇指·自序》）