拟态——神奇的自然礼物

康乐

    ①当你在森林小径散步时，可能会看到一片不起眼的枯叶，但你的脚还没有踏上去，“枯叶”却突然飞起，瞬间变成一只闪耀着墨蓝色光泽的美丽蝴蝶。它翩然飞去，很快就消失得无影无踪——原来是罕见的枯叶蝶。

    ②你或许还会看到一只虎甲在路上迅速跳动，细看却觉蹊跷——“虎甲”竟然长着超长的触角！原来这是一种螽斯^①的若虫^② ， 它模拟虎甲的体色、外形和跳跃行为，以防被猎食。直至完成最后一次蜕皮，它就会成为一只巨大的螽斯，前翅宽阔，脉络清晰，像一片树叶。

    ③这就是大自然里奇妙的拟态！

    ④拟态，表现为一种生物与另一种生物或周围自然界物体的相似性，这种相似性很高，简直难以分辨，可以保护其中某一物种或两个物种。这种相似性可表现在外形、颜色、气味、鸣声和行为等方面。拟态非常神奇，也很常见，在动物、植物和真菌界都存在，也吸引了很多科技工作者探究其原因和机制。

    ⑤已有的科学研究认为，一方面，大自然的“进化接力赛”促进了不同物种之间互惠互利的协同进化，导致了拟态；另一方面，为了适应相似的选择压力而导致的平行进化也会促进拟态的发生。研究者推测导致拟态的生物机制可能是这样的：第一步是与调节形态变化有关的修饰基因发生突变；第二步是具更小表型影响的基因受到了选择，导致相似性程度增加。事实上，亲缘关系很近的动物并不都采用拟态的对策适应环境。相似的基因组为什么能产生如此大的表型变异和分化？更多物种的拟态及其机制仍等待着我们去发现和探索。

    ⑥拟态是生物多样性的重要表现形式，是大自然的馈赠，让我们的世界更加神奇、复杂和美丽，使自然生态系统更加稳定、多样和有序。拟态的美学特征也经常让我们深感意外，同时也让我们领悟到它存在的道理，从而激发我们的好奇心。

（选自《大自然》总第183期，有删改）

【注】①螽（zhōng）斯：一种昆虫。②若虫：蝗虫等不完全变态的昆虫，在卵孵化之后，翅膀还没有长成期间，外形跟成虫相似，但较小，生殖器官发育不全，这个阶段的昆虫叫做若虫。

感知地球的“千里眼”

    ①近日，第三十五届国际环境遥感大会在北京召开，来自全球56个国家和地区的1000余位遥感专家参加了会议，这也是该会议发起50年来首次在中国举办，这说明我国遥感技术的应用发展得到了国际同行的广泛认可。

    ②遥感技术兴起于上世纪60年代，是指从远距离感知目标反射、辐射或散射的可见光、红外、微波电磁波，从而对目标进行探测和识别的科学技术。人类目力有限，遥感技术的出现，让人类仿佛拥有了另一双可以无限感知地球的“千里眼”。

    ③今年4月22日，国务院总理李克强主持召开了部署芦山地震抗震救灾工作会议，在李克强身后挂着一幅芦山县震后航空影像图。这幅影像图对抗震决策起到至关重要的作用。它是由中国科学院遥感与数字地球研究所（以下简称遥感地球所）提供的。遥感作业时间是4月20日11点，距离地震发生刚刚过去3个小时。那么科研人员怎么利用遥感技术评估判断地震灾情呢？

    ④遥感地球所航空遥感中心主任李震说：“遥感航拍得到的高分辨率影像，能请楚地辨识建筑物、道路、河流、车辆等地面信息。科研人员运用专业知识，与震前的遥感观测数据比对，就能够判断建筑物和道路的受损情况，道路上堆积的滑坡物大小、滑坡的土方量等等，发现潜在的山体垮塌、堰塞湖等次生灾害，并确定财产损失的基本情况，确定救援所需投入的人力、物力等。”总之，利用遥感技术监测和评估灾情，具有定位准，速度快的特点，可以第一时间获取灾情数据，服务抗震救灾。

    ⑤今年1月，我国中东部地区发生了数次极端强雾霾事件，主流观点认为，污染物排放量大，静稳天气、扩散条件不利，区域污染和本地污染贡献叠加等是导致强雾霾事件的主要原因。遥感地球所陈良富研究员基于遥感卫星观测数据的统计与分析提出，除了人为排放引起的本地污染浓度上升这一内在原因外，水汽、浮尘是造成雾霾来袭、能见度急剧下降的重要外部原因。

⑥目前，对雾霾主要靠地面监测，但地面监测站只能监测地上几米高范围内的PM2.5数值。而灰霾随高度变化，分布不一样。利用激光遥感手段能获得霾的垂直分布情况，反映整个区域霾的二维甚至三维情况。如果不科学地认识极端强雾霾的发生机理，就容易判断错误，认为都是由排放的污染物引起的，在治理上进入误区。要得出科学判断，仅凭地面一种观测手段是不够的，还需要卫星遥感观测手段来补充，更全面容观地掌握大气污染状况。

    ⑦另外，遥感技术对自然遗产和文化遗产的发现和保护的作用也不容小觑。应用遥感技术，美国考古学家发现了沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大；希腊考古学家用红外像片在科林斯湾发现了公元前373年毁于地震的古城“Hekike”；遥感地球所郭华东课题组利用雷达遥感技术发现了阿拉善高原干沙覆盖下的古河湖串联系统和明、隋古长城……遥感技术也十分适用于文化遗产保护，它的优势在于能获得物体的三维图像。若能及早对文化遗产进行三维扫描，将来就可按照计算机模型对其进行复原。更重要的是，科学家还能依据这些数据分析破坏发生的原因，如温度、风力、湿度等，从而指导文物部门进行更加精细的修复。

⑧总之，近些年，我国遥感技术发展迅速，在                          等方面广泛应用。

（选自《人民日报》2013年5月13日 有删减）

玉米棒里的超强益生元

楚天寒

    ①大家都听说过木糖醇，因为这种物质常用于无糖口香糖、无糖饼干等食品中，但是说起低聚木糖，也许你就不太熟悉了。低聚木糖由2~7个木糖分子连接而成，其中以木二糖和木三糖为主。由于它具有很好的健康功效，因而在国内外食品和保健品行业广泛使用。

    ②植物的细胞壁里有一种名为木聚糖的物质，通过高压蒸煮或蒸汽处理将这种聚糖提取出来，然后用从细菌中提取出的木聚糖酶降解，便可以得到低聚木糖，很多植物原料都能用来生产低聚木糖，比如玉米芯、甘蔗渣，棉行壳、麦麸、麦秆、稻草、稻壳，树皮等，可以说是变废为宝。不过，用于食品中的低聚木糖必须以小麦秸杆和玉米芯为原料。

③低聚木糖是肠道健康的好帮手。低聚木糖最大的特点是能选择性地增殖双歧杆菌、乳酸菌等益生菌，因此是典型的益生元，其增殖效果比低聚异麦芽糖，低聚果糖强20倍，研究表明，每天只需口服0.7克低聚木糖，两周后人体肠道内双歧杆菌的比例可以从8%增加18%。三周后双歧杆菌的比例可增至20%。除了助益生菌生长，它还能选择性地抑制大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等病原菌生长，具备双向调节的能力，更厉害的是，它可以通过主动“绑定”致病菌，阻止细菌攻击肠壁细胞，因此能在一定程度上缓解腹泻。

    ④低聚木糖对“三高”和肥胖人群来说也是福音，它的甜度大约是蔗糖的30%~50%，且口味与蔗糖接近，固此可以替代一部分糖。关键是它很难被唾液、胃液、胰液和肠液消化，因此也几乎不提供热量，可以满足糖尿病人对甜食的需求，多项动物实验证明，低聚木糖具备降低血压、血脂，血糖及胆围醇的潜在能力。

    ⑤在中国，低聚木糖最初是用于饲料而不是食品，目前它在蛋禽、肉禽，生猪，奶牛等养殖领域均有应用，利用它调节肠道菌群和提高光没力的功能，可以减少动物的服泻，降低抗生素用量，增加动物的产蛋，产肉能力和经济效益，另外，还可用于生态肥料中，能够提高植物的抗病力，保持土壤肥力。

（选自《百科知识》2017年第22期，有删改）

生态系统和生态平衡（节选）

侯学煜

    ①每一个生态系统总是时刻不断地进行着能量交换和物质循环，因此任何生态系统的各个因素或成分之间都是动态的。但是，在一定时间和相对稳定的条件下，生态系统本身也总是趋向稳定的状态，也就是在动态中维持平衡；即该系统中的绿色植物、动物和微生物之间，或物质和能量的输入和输出之间，存在着相对平衡的关系。当生态系统中的能量流动和物质循环过程，较长时间地而不是暂时地保持平衡状态时，该生态系统的有机体种类和数量最大，生物量最大，生产力也最大。这就是衡量生态平衡的指标。

    ②如果一个生态系统受到外界的干扰，超过它本身自动调节的能力，结果就会使有机体数量减少，生物量下降，生产力衰退，从而引起其结构和功能的失调，物质循环和能量交换受到阻碍，最终导致整个生态平衡的破坏。

    ③在森林生态系统中，树木靠吸取土壤营养物质生活，而树叶落下后经微生物分解腐烂变为可利用的营养物质，归还给土壤又供植物取用，这样物质就可循环不止，森林自己养活自己。但如把落叶取走，那就破坏了生态平衡。森林中昆虫数量一般能够维持正常，正是由于有鸟类和其他动物吃它，受到自动控制，才不致繁殖过多而发生灾害。但如大量消灭鸟类等食虫动物，昆虫繁殖过多就会危害森林，造成生态平衡失调。

    ④就草原生态系统来说，田鼠是草原生态系统中不可缺少的成分之一，自应研究掌握其消长规律，以便控制其数量，不使其过多地增长，危害草原。在一般情况下，因草原上有它的天敌老鹰、黄鼠狼，所以平时田鼠维持一定数量，不致成灾。作为皮毛兽的黄鼠狼就是靠鼠为食料；草原上没有鼠就没有黄鼠狼。鼠还能吃草原上的蝗虫，对某些类型的草原（如羊草草原）还起着松土作用，能促其生长繁茂。在鼠害猖狂时，固然需要消灭，但如用毒药，草原本身就会被污染，吃鼠的老鹰和吃虫的鸟类也会被毒死，有的地方牛羊也有被毒死的，以致破坏草原的生态平衡。

    ⑤总而言之，在自然界中不论森林、草原、荒漠、湖泊、沼泽，都是由动物、植物、微生物等生物成分和光、水、土、气、热等非生物成分所组成。而且每一个成分都不是孤立地存在着，而是相互联系、相互制约地形成一个统一的、不可分割的自然综合体系。这是一个生态平衡总体。单独地孤立看一个成分很容易产生片面性，必须把各种成分联系起来，看作一个综合的整体。如果破坏自然生态平衡，必然要受到一系列的惩罚。

    ⑥在自然界中，不论是天然的森林、草原、荒漠、沼泽，还是人工营造的森林、饲料基地、水库，都要注意保持其本身的生态平衡。

    ①物候现象的来临决定于哪些因素呢?

    ②首先是纬度。越往北桃花开得越迟，候鸟也来得越晚。值得指出的是物候现象南北差异的日数因季节的差别而不同。我国大陆性气候显著，冬冷夏热。冬季南北温度悬殊，夏季却相差不大。在春天，早春跟晚春也不相同。如在早春三四月间，南京桃花要比北京早开20天，但是到晚春五月初，南京刺槐开花只比北京早10天。所以在华北常感觉到春季短促，冬天结束，夏天就到了。

    ③经度的差异是影响物候的第二个因素。凡是近海的地方，比同纬度的内陆，冬天温和，春天反而寒冷。所以沿海地区的春天的来临比内陆要迟若干天。如大连纬度在北京以南约1°，但是在大连，连翘和榆叶梅的盛开都比北京要迟一个星期。又如济南苹果开花在四月中或谷雨节，烟台要到立夏。两地纬度相差无几，因为烟台靠海，春天便来得迟了。

    ④影响物候的第三个因素是高下的差异。植物的抽青、开花等物候现象在春夏两季越往高处越迟，而到秋天乔木的落叶则越往高处越早。不过研究这个因素要考虑到特殊的情况。例如秋冬之交，天气晴朗的空中，在一定高度上气温反比低处高。这叫逆温层。由于冷空气比较重，在无风的夜晚，冷空气便向低处流。这种现象在山地秋冬两季，特别是这两季的早晨，极为显著，常会发现山脚有霜而山腰反无霜。在华南丘陵区把热带作物引种在山腰很成功，在山脚反不适宜，就是这个道理。

    ⑤此外，物候现象来临的迟早还有古今的差异。根据英国南部物候的一种长期记录，拿1741到1750年十年平均的春初七种乔木抽青和开花日期同1921到1930年十年的平均值相比较，可以看出后者比前者早九天。就是说，春天提前九天。

话说冰雪文化

①自冰雪积存区域有人类活动开始，就有冰雪文化存在。位于准噶尔盆地北缘的新疆阿勒泰洞穴滑雪岩画，是迄今发现最为久远的人类滑雪运动记录之一。在白雪皑皑的冬季，滑雪作为人类山地交通方式，距今至少已有1万年的历史。

②面对寒冷的冬季，我国北方各民族逐渐发展出巧借冰雪的智慧。今天人们喜爱观赏的“冰灯”，最早就起源于古人日常照明的需求。古诗咏叹的“以矾如冰冰不化，以烛照冰光四射”，就描绘了中国古人制冰照明的情形。为加强防御，古人还浇水成冰，再将冰与泥土混合，一夜之间就能筑起城墙。再比如，古人冬季狩猎时为提高追捕速度发明了冰爬梨；人们利用冰雪储存食物，以解决冬季食物供给问题，冬储的习惯一直沿袭至今。

③当生存需求得到满足后，作为休闲娱乐的冰雪运动、冰雪艺术逐步出现。据《宋史•礼志》记载，“冰嬉”是有史料考证的古代冰雪休闲活动。至清朝乾隆年间，冰雪运动已经很盛行。这一时期的冰雪文化还包括冰滑子、冰车、跑冰鞋、转龙射球、轱辘冰等。

④斗转星移，时代变迁，冰雪文化由生态文化衍生出人文内涵。创新意志成为当代冰雪文化的内核之一，滋养着当代人的日常主活和精神世界。

⑤冰雪文化的创新性发展首先体现在以冰雪为“物料”的创新上。在人们充满创造性的手中，冰与雪形态不断发生变化。现代冰雪文化物质化的创新，以艺术性的提升为标志。

⑥人们通过研制环保化学色素。将无色冰和白色雪改造成彩色冰雪；运用冰灯、冰雕、雪塑造景技术装点北方城镇生活空间，更新冰雪应用场景。在黑龙江，2021年年底开园的第二十三届冰雪大世界以“冬奥之光，闪耀世界”为主题，用冰量23万立方米，色彩缤纷、美轮美奂；在广东深圳，人们利用保温气膜结构搭建低温场馆，通过白色的建筑和造雪机等设施模拟出逼真的室内冰雪景观。在浙江温州等地场景化、主题化的室内滑雪场、冰雪游乐场等，也使冰雪文化突破地理、季候的限制。在这些奇幻的冰雪世界中，巧思无处不在。

⑦其次，在与数字技术的融合中，冰雪文化进一步升级转化，人们对冰雪文化的体验也不断拓展。比如，360度摄影机拍摄冰雪全景图像，辅以VR头盔定位器和随动可视视角，使用者仿佛置身冰天雪地；VR头盔设备和室内滑雪训练器械组合，无伤害滑雪教学惠及更多冰雪运动爱好者。

⑧冰雪文化，为冰雪赋予温暖的文化情怀，为素净的冰天雪地注入神奇的艺术生命。冰雪文化凝聚着人类社会与自然界和谐共处的智慧，体现着中华民族认识自然利同自然的实践经验。这些探索实践又进一步推动人们在传承创新冰雪文化的道路上行稳致远。