回归城市的第一天,没有魔法也能见到神奇动物

本文来自物种日历的微信公众号,未经许可不得进行商业转载

首先,新年快乐。

物种日历走到第五个年头,关注点又回到了城市。这次是全世界的城市——地球上正经历着最剧烈变化的一类生境。虽然人工环境的不断扩张对生物多样性来说不是什么好消息,一些物种还是在城市找到了生存之道。今天的主角赤狐(Vulpes vulpes),就是这样一个例子。

呃,今日男主的城市生活。图片:Zootopia / Disney

呃,今日男主的城市生活。图片:Zootopia / Disney

这不是单纯的动物进城

超强的适应性使赤狐成为当今地球上分布范围最广的食肉目动物之一:它既可以靠听觉配合地磁场定位一头扎入积雪下抓住老鼠,也可以靠卖萌和耍赖获取街心公园野餐桌上人类吃剩的炸鱼薯条。但赤狐的城市化进程引人关注,其实是不太久远以前的事。

城市的夜晚,赤狐在垃圾桶旁寻找食物。图片:John Hawkins / FLPA / mindenpictures

城市的夜晚,赤狐在垃圾桶旁寻找食物。图片:John Hawkins / FLPA / mindenpictures

今天的伦敦,辛勤养家的赤狐闪现在各个街区,寻找人类抛弃的各种食物,并用尿的气味标记新的地盘。1930年代,英国城市开始有赤狐出现,它们于二战后引起了学界的注意,到1970年代初就已经是全伦敦都有了。然而,去年英国生态学会一项对该国城市赤狐密度统计的研究还是让人吃惊:居住在城市中的赤狐共有约15万只,是1990年代估计数量的五倍,占全英“狐口”的近1/3。

夜幕笼罩下的伦敦,不需要太多魔法就能感到神奇动物的存在。图片:stevekeiretsu / Flickr

夜幕笼罩下的伦敦,不需要太多魔法就能感到神奇动物的存在。图片:stevekeiretsu / Flickr

人类曾一度认为这只是发生在大不列颠岛上的现象,直到20世纪末各地的城市里都悄悄出现了狐狸的身影。一篇2010年的综述称,赤狐至少已经进驻全球114座城市,包括英国的56座、欧洲大陆的40座、北美的10座和澳大利亚的6座城市。近来的趋势表明,赤狐似乎已经开始积极主动地在城市中定居。

穿行于葡萄牙城市街道上的赤狐。图片:Jeffrey Beall / Flickr

穿行于葡萄牙城市街道上的赤狐。图片:Jeffrey Beall / Flickr

这不是单纯的动物进城。在赤狐城市化率最高的英国,狐口总数从1995到2017年反而下降了41%,野外和乡间赤狐数量减少的幅度大于在城里增加的幅度,尤其是自2010年后赤狐减少的趋势加剧。这和猎物种群的波动有关:同一时段内,穴兔(Oryctolagus cuniculus)的数量也大幅下降(而另一种猎物欧洲野兔Lepus europaeus还算稳定),可能的原因是农业生产方式的转变和兔子的疾病。

根据公众科学观察数据得出的英国动物数量变化趋势,左图为赤狐,右图为穴兔。图片:bto.org

根据公众科学观察数据得出的英国动物数量变化趋势,左图为赤狐,右图为穴兔。图片:bto.org

城市生活的代价是什么?

对赤狐来说,城市里的食物来源更有保障,高营养价值垃圾食品的持续供应,让它们不再顾虑野外生活中会遇到的季节性挨饿。人类吃的东西它们都能吃:在瑞士苏黎世调查到的赤狐,半数以上胃中都有来自人类的食物,而冬季更甚;苏黎世约85%的人家都至少通过垃圾桶间接为赤狐提供过食物。除此之外,城里的赤狐也像在野外生活一样吃蚯蚓、昆虫、植物果实、小型啮齿类和鸟类(虽然大部分是鸽子),但食谱上没什么是不可替代的。

在伦敦,也有人会给跑来家里的狐狸喂水喂粮。图片:Ade46 / Flickr

在伦敦,也有人会给跑来家里的狐狸喂水喂粮。图片:Ade46 / Flickr

接近人类也不是没有代价。英国城市里赤狐的平均寿命只有18个月,比起野外的平均三年短了不少。城里人珍视接触自然机会的同时,也会心疼自家花园被糟蹋、宠物被吃,或担心赤狐传播疾病——虽然它们一直把鼠类种群数量控制在较低水平,这或许对公共健康有益。

对英国和美国共3375个赤狐死亡案例的统计显示,城市里赤狐的死亡原因约40%是人类的直接杀害,包括人道毁灭,但不包括被车辆路杀;路杀本身的比例也接近40%,只是在美国的城市里比在郊野发生得少一些。

“路杀”(roadkill),丧生于南卡罗莱纳州公路上的赤狐。图片:carolinashepherd / iNaturalist

“路杀”(roadkill),丧生于南卡罗莱纳州公路上的赤狐。图片:carolinashepherd / iNaturalist

尽管城市凶险,但赤狐还是表现出了完美的适应性。在英国乃至西欧大部分地区,狂犬病毒已经很多年没有出现了,没有疾病限制种群密度,各大城市前所未有地“狐”丁兴旺。赤狐在定居苏黎世后的第五到第七代,从1985年起密度剧增,少量的建立者和许多代的遗传漂变,已经让它们和乡下亲戚在基因频率上有了显著差异,行为也出现了不同,并开始进驻以前没有狐狸去过的新天地。

1990年起,欧洲赤狐狂犬病病例报告分布图,可见近几十年西欧国家野生动物狂犬病得到了明显抑制。图片:WHO

1990年起,欧洲赤狐狂犬病病例报告分布图,可见近几十年西欧国家野生动物狂犬病得到了明显抑制。图片:WHO

当赤狐需要换个城市生活时,它们在西欧通行无阻,因为狼群已在郊野灭绝。英国南部萨塞克斯郡一只赤狐被自己的儿子赶出城市,浪迹195英里后去到肯特郡的新城市定居,它的GPS项圈数据创下了长途迁移的纪录。

城里的赤狐社会结构更加复杂,领地更小而多变,家庭结构也更多样,不像在乡下有固定模式——通常是一对繁殖的夫妇及其三五子女,再加上几个年轻的家族成员帮手,占着一片资源充足的地盘。

一只戴着GPS项圈“参与”分布与迁移研究的赤狐。图片:Dawn Scott / University of Brighton

一只戴着GPS项圈“参与”分布与迁移研究的赤狐。图片:Dawn Scott / University of Brighton

相比之下,北美的赤狐在城外被吃掉和路杀的概率高了不少。伊利诺伊州的一些赤狐群可能为了应对城内浣熊(Procyon lotor)的竞争和城外郊狼(Canis latrans)的捕食,被迫住在相对僻静的城区。而在澳大利亚,赤狐本来就是人为引入的,它们住在充满外来植被景观的城市就像是理所当然,还以城市为拓荒基地,成为了强悍的外来入侵物种。

在澳大利亚,人们大量猎杀赤狐来控制其数量,然而诸如鼠袋鼠之类的本土动物还是受到了赤狐的严重影响。图片:Mattinbgn / wikimedia

在澳大利亚,人们大量猎杀赤狐来控制其数量,然而诸如鼠袋鼠之类的本土动物还是受到了赤狐的严重影响。图片:Mattinbgn / wikimedia

这未尝不是一种妥协

反观东亚,即使在古老传说中作为美貌(妖艳)与智慧(狡黠)的象征经常与人为伴,现在赤狐已经不是城市里日常能见到的动物了(北海道是个例外)。荒野距离人类的超大都市,已经太远了。

在钢筋水泥的森林之间,赤狐找不到提供日间隐蔽场所的植被和繁殖所需洞穴的土壤,而乡村里饲养家禽家畜的人们也不友好。因此,在某些大片地区,比如整个韩国,赤狐已经从野外灭绝,目前只有从动物园放归来的新建种群。

在北海道出现的赤狐,还算和人比较近。图片:pixabay

在北海道出现的赤狐,还算和人比较近。图片:pixabay

虽然东亚大陆全都是理论上的分布区,但要描述赤狐在中国的现实分布却没有足够的资料。从有赤狐研究的宁夏贺兰山、内蒙古达赉湖与黑龙江三江自然保护区的记录来看,尽管赤狐需要隐蔽的环境,但它们并不刻意远离人类,相反还有可能接近。

随着全国盗猎压力减小,陈老湿曾在山西乡村见到的赤狐,也不是没可能在其它地区现身。它们或许会把保护意识增强的城镇和乡野附近当作新的家园。

日历娘:这张图我能看一天。图片:猫盟CFCA

日历娘:这张图我能看一天。图片:猫盟CFCA

中国的赤狐只在远离城市的地方能见到,比如图中的四川阿坝若尔盖。顺便,这里也是藏狐的分布区。图片:Marc Faucher / iNaturalist

中国的赤狐只在远离城市的地方能见到,比如图中的四川阿坝若尔盖。顺便,这里也是藏狐的分布区。图片:Marc Faucher / iNaturalist

我们真的准备好了吗?

回到赤狐城市化最早的英国,其最高狐口密度已经达到了每平方公里23只(伦敦为18只,另外,传统“城区”的定义是居民密度超过每平方公里620人的地区)。随着人和狐逐渐熟悉,冲突在所难免:2010年的伦敦,赤狐入室攻击了两名九个月大的人类婴儿。保护之外,如何管理城市的赤狐,已然成为了社会热点——打还是不打,这是一个问题。

如何处理我们的关系?图片:Jon Wedge Photography

如何处理我们的关系?图片:Jon Wedge Photography

不论是赤狐还是我们人类,都没完全准备好面对迅速的城市化进程。人类历史上从未如此大规模地改造过自然生境,而未来几乎所有野生动物都将不可避免地生活在人类的影响下。我们是否能像小王子和狐狸那样相伴下去,或者至少从狐狸身上学到足够的智慧,处理好自身的生存之道?

但愿未来的城市,不会让这世界变得更糟。

想知道企鹅吃了什么?你需要先了解这样东西的色号……

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

今天我想首先分享一下生态学家Casey Youngflesh的一张工作照。通过标题你大概已经想到,这是个研究企鹅的人,那么下面我想先请你先猜一猜,照片中的他究竟是在做什么?

vrain-penguin-shit-1

看起来,这个人是在把一些深浅不一的红色东西摊成饼状,问题的关键就在于,这到底是什么东西……

答案就是——企鹅屎。Youngflesh的工作之一便是实地采集阿德利企鹅们留下的粪便,然后把它们摊成饼状进行光谱分析,再带回实验室详细分析其中的成分,建立颜色和粪便成分之间的联系。

这些企鹅屎样品的颜色看起来不错,不过显然它们的气味并不动人。“这些鸟粪有刺鼻的腥味,绝对不令人愉快。这是你必须要学会应付的事情。” Youngflesh这样描述他的工作体验。

事实上,这是研究者想出的一种了解企鹅食谱的方法。就像我们在上图中看到的,企鹅屎有各种不同的色号,而这个颜色取决于它们吃的食物(比如说企鹅如果吃磷虾多,那么粪便就会显得更红)。因此,研究者们希望能通过颜色来反推企鹅们的食谱,并观察其中的变化,以此来了解南极生态环境的变化,并寻找企鹅种群减少可能的原因。

实地考察企鹅屎的色号当然很花时间,不过研究者还有更方便的监测方法:直接看卫星图。在繁殖季企鹅们聚集的地方,带着粉红色调的大片屎渍通过卫星图就能看得清清楚楚。

vrain-penguin-shit-2

(一个卫星图的例子)

去年12月研究者在会议上报告了他们目前对企鹅屎的观察结果。研究显示企鹅们的饮食具有地域差异,不过在最近30年时间内没有发生特别重大的变化。

如果你对这个研究感兴趣,还可以通过google earth的卫星图亲自体验一下寻找企鹅屎的乐趣(?)。如果找到了研究者们遗漏的企鹅屎痕迹,说不能还能帮助研究推进呢~详细的操作说明可以看这个网站:http://www.penguinmap.com/contribute/

信源:https://www.sciencenews.org/blog/wild-things/penguin-diet-poop-space-landsat

对应会议论文的摘要:https://agu.confex.com/agu/fm18/meetingapp.cgi/Paper/461793

kxkx-qr

工作疲于奔命,育儿焦头烂额,职场妈妈该如何放轻松?

本文来自Fujia的微信个人公众号“伊甸园的桃子”,未经许可不得进行商业转载

“这一天早上起来,我忙着叫10岁的大儿子起床,他带着起床气满屋子踢我,结果把我的咖啡踢翻了,把他书架上每一本书都弄湿了。我紧急把书页都擦干净,防止它们粘在一起。结果我上班就迟到了,一整天的日程全搞砸了。”

“另一天,我丈夫又出国出差了。我赶着去学校见老师,讨论为什么大儿子的成绩最近有所下降。我必须拖着还穿着睡衣的二年级小女儿一起去,因为她生病不能上学。而我还得紧张地盯着我的手机,因为我正在一个重要工作截止日期时间。”

“还有一天,我的工作太忙了。当女儿让我去参加她今天的校园活动时,我跟她说:我们讨论过的,妈妈不可能参加你的每一次校园活动。女儿的大眼睛顿时溢满泪水,我感觉我无法呼吸,世界末日已经到来:女儿最近一直胃痛,而且好朋友刚搬家,她需要我陪伴她。于是我去参加她的活动了。我花了三小时在树林里陪她,并不停地查我的手机。晚上把她哄睡之后,我又工作了4小时,直到深夜。”

《华盛顿邮报》的记者Brigid Schulte在她的书《Overwhelmed: Work, love and play when no one has the time》里描述了一个职场母亲的典型生活:对工作疲于奔命,对育儿焦头烂额,完全没有自我的休息时间,永远觉得时间不够用,以牺牲自己的身心健康为代价。作者在书里写道:“如果你能找到一个拥有充足自我休息娱乐时间的母亲,我们应该把她送进博物馆,摆在独角兽和美人鱼旁边。”

Brigid Schulte

Brigid Schulte

今天的美国职场文化与五六十年代时并无不同。人们似乎依旧认为社会由两个世界组成:一个是全身心投入工作养家糊口的丈夫,一个是在家处理家务生儿育女的妻子。当女性越来越多地参与到职场时,为了与男性争夺上升的机会,她们不得不以一个“完美职工”的要求来苛求自己:全日无休地工作,听从职场需求加班出差,不休育儿假,没有孩子的生病与学校活动需要操心。这与她们另一个在家的职责完全相悖。

于是,职场女性不得不在两个世界里疲于奔命。这直接导致女性在职场高层的缺失:只有4.2%的500强CEO为女性,国会中的女性议员只占18.3%。30%获得MBA与15%获得博士学位的女性选择离开职场。当采访离开职场的职业女性时,作者发现:她们并非自愿选择离开职场照顾家庭,她们只是不得不离开,因为照顾家庭的重任直接被丢给她们了。

为什么父亲不能帮助家务与育儿?虽然越来越多的父亲开始参与家事,职场文化却并不支持他们这么做。麻省大学的社会学家Michelle Budig的研究发现:在同等职业、教育、经验、工作时长的情况下,没有孩子的女性平均薪水是没孩子的男性的94%,而母亲的薪水则是父亲的60%。有孩子的男性薪水比无育儿男性的薪水更高,但选择花更多时间做家事的父亲,则遭遇了很大的降薪,平均收入比母亲还要低。当一个家庭面临生育选择,母亲如果选择继续工作而父亲回归家庭,这个家庭将面临着文化的极度不认可,使得财务状况受到很大惩罚。而如果父亲选择工作而母亲回归家庭,这便是个皆大欢喜的文化适应,也能获得最佳比例的财务状况。于是两性平等成了句空话。

女性在在职场与家庭之间疲于奔命 | 图片来源:pexels

女性在在职场与家庭之间疲于奔命 | 图片来源:pexels

而现代社会对母亲一职的要求则越来越高:母乳喂养,高质量陪伴,大量时间读绘本、陪做作业,参与学校活动。这些要求本质上与职场工作已是南辕北辙。职场母亲为了迎合全职妈妈的文化,只能不停在职场与家庭之间疲于奔命。相比起60年代的美国妈妈们,今天的美国妈妈有更多全职工作的妇女,但陪伴孩子的平均时间也有每周14个小时,而在60年代时,这个数字是10小时。如果对比“高质量育儿时间”(如给孩子阅读,陪孩子玩耍等),今天的美国妈妈所花的时间是60年代的三倍。教育程度越高的母亲会花更多时间陪伴孩子。难怪现今的职场妇女各种忙乱,只能以牺牲自己的休息娱乐时间为代价,生活质量极度堪忧。

如何逃出这个社会文化设下的陷阱?作者提了一些建议。时间管理的唯一秘诀,就是少做一些耗时的事情。减少工作时间,提高工作效率,让他人分担家事,关注育儿中最重要的事情,留给自己时间以休闲娱乐,保持自己身体健康,这才能长期持续性地工作与育儿。

①在工作上,尽力获得一定高职位,以管控自己的日程表,获得一些在家工作的灵活时间。抓住工作重点,明确工作目标,以有限时间完成尽可能多的重要工作,用自己的能力选择适合自己的工作。

②让伴侣帮忙育儿,尽量让家事自动化处理(比如网络定时购物),寻求他人帮助家事,房子不够干净就不要管了,丈夫天天给孩子吃三明治,也可以睁一只眼闭一只眼。让孩子帮助做家务。

③确立自己的优先需求。好好思考一下什么是对自己最重要的,并将这些事情优先排列在自己的日程表里。工作时尽量不要被家事打扰,在家时把邮件电话关掉,安排时间让自己休息和娱乐,也不要因为自己有娱乐时间而感到愧疚。

④要自信。社会文化里会有一百个与你生活方式相左的评价,不要让这些无谓的评论影响自己的生活。不管是指责你“休假去陪孩子”,还是指责你“没有给孩子报兴趣班”,只要你认为这些不重要,就忠于自己的选择。

作者提议:想一想生活中对你最重要的三件事是什么?其他的统统归类为“另外5%”,只允许自己花5%的时间去完成。作者的“重要三项”为:完成这本书,和家人度过高质量的时间,坚持锻炼。于是,女儿少上一节芭蕾课也不重要了,错过一些工作上的会议也不怎么要紧了。衣服一天不洗也不怕,厨房乱成一堆,那就全家一起开“打扫卫生的party”吧!

我也列出来自己的“重要三项”:好好工作,孩子的教育,全家人一起度过高质量的时间。所以,母乳喂养就不要管了!家务彻底交给清洁阿姨了!就算阿姨擦不干净,我也假装看不见了!自己没时间健身就不去了吧!桃子衣服被马克穿反了,我也不管了!做饭从此变成全家参与的娱乐活动了,做得不好就叫外卖吧!工作出差认真不误,在家里除了陪桃子玩不做其他家务,跟老公保持约会频率,全家多多出去玩。耶,人生突然轻松了好多!

吃酸奶的小脏桃子,不管啦

吃酸奶的小脏桃子,不管啦

为了保持妈妈的身心健康,对抗这个有毒的不平等社会,是时候让负重前行的妈妈卸下一些负担了。

『怪奇物种』囚笼里的歌利亚

本文来自红色皇后的微信个人公众号“濑尿虾的松鼠窝”,未经许可不得进行商业转载

redqueen-elephant-seal-1

北象海豹(Mirounga angustirostris)和南象海豹(M. leonina)是世界上最大的鳍足亚目动物,成年雄性身长超过四米,体重超过两吨。今天我们知道,很多动物园和水族馆提供的条件,都不能满足大型海兽的生活需求。但象海豹庞大的体型和奇特的外表,很能吸引眼球,所以一直有人尝试饲养这类巨兽吸引游客。

早在1883年,美国的杂志《圣尼古拉斯》(St Nicholas)就有一篇文章记载,费城动物园(Philadelphia Zoological Gardens)养了两头象海豹。同一篇文章还讲了一个故事:一艘叫玛丽•安(Mary Ann)的船上,有一位水手汤姆•巴罗(Barrow),养了一只“世界上最大的宠物”。巴罗去佐治亚州猎海豹,他遇到了一只年轻的象海豹,但他心软没有伤害它,反而跟它成了朋友。他给它取名“歌利亚”(Goliath),还骑着象海豹在海里游玩。

redqueen-elephant-seal-2

也许是故事里的角色开了先河吧,以后人工饲养的象海豹有不少都叫“歌利亚”,就像今天我们管狗都叫旺财,猪都叫佩琪一样。

以后,象海豹在动物园和马戏团里频繁露面,成为人们心目中的动物明星。上世纪20年代,林林兄弟马戏团(Ringling Brothers Circus)从哈根贝克动物园(Hagenbeck Zoo)买来两只象海豹,起名“歌利亚一世”和“歌利亚二世”。在马戏团表演的时候,这两只海豹会坐着大马车,绕着表演场转圈。因为象海豹的外形很有震撼力,它们不需要表演高难度的节目,只要露面就足以吸引许多眼球。

redqueen-elephant-seal-3

人工饲养的象海豹明星,还有法国文森动物园(Vincennes Zoo)的(又一个)“歌利亚”,德国柏林动物园(Berlin Zoo)的“罗南(Roland)”,日本二见海洋乐园(Futami sea paradise)的“小丸子”(Maruko)。罗南死后,人们用它的皮,制作了一个等身大的标本,摆放在柏林自然史博物馆作为纪念。

离我们最近的象海豹明星,也是最有名的象海豹明星,名叫Minazo。它在1995年新江之岛水族馆(Enoshima Aquarium)。Minazo在水族馆学会了不少把戏,很受欢迎,它会把饲养员像顶球那样顶起来,在饲养员喂食的时候,还会自己拿着装鱼的桶。

redqueen-elephant-seal-4

redqueen-elephant-seal-5

Minazo在2005年死于肺病,年龄是11岁,野生象海豹的寿命约13岁。一般来说,人工豢养的动物比野生动物活得长,但豢养的海生哺乳动物经常早逝。它死后,音乐人秋田昌美(Masami Akita)专门出了两张唱片纪念它。2006年,Minazo滑稽的照片被做成表情包,在网络上走红。当然,这些“身后事”都和Minazo本豹没有多少关系了。

参考资料

Dickenson, V. (2016). Seal. Reaktion Books, London.

redqueen-qr

冬日魔法:看冻结的泡泡变成雪花球!

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

这是属于冬日的魔法:在足够寒冷而又无风的户外吹上一个泡泡,可以欣赏到非常美丽的一幕。在肥皂泡的表面,有许多小小的冰晶形成并在液膜上分散开,仿佛就像是有人摇动了雪花球,这些小冰晶逐渐凝结生长,直到整个泡泡都被冻结。

vrain-freezing-bubble-1

类似现象大家可能之前也看过,我在这个账号之前也发过,不过这次还是要再发一下,因为最近我又发现了一个拍摄效果非常漂亮的版本!无论是小冰晶在液膜上的运动,还是分支状冰晶的形成,各种细节都拍摄得非常清晰。

vrain-freezing-bubble-2

vrain-freezing-bubble-3

vrain-freezing-bubble-4

vrain-freezing-bubble-5

上面的几个动图都是来源于Don Komarechka拍摄的视频短片 “Winter’s Magic”,有条件的话非常推荐看一下原视频。作者也在视频介绍中讲解了这些晶莹剔透的结晶泡泡是如何拍摄的,不过拍这个确实也相当不容易……(原视频地址:https://youtu.be/mLcmeEL2SYs)

下面是此前研究者对这一过程给出的科学解释:

在美国物理学会第70届流体动力学年会上,来自弗吉尼亚理工的研究者们给出了他们的解释。他们在-20℃的冷冻室中拍摄并观察了附着在固体表面的肥皂泡如何冻结。结果就像很多网络热门视频那样,他们也观察到了宛如雪花球的结冰现象。

根据视频记录,研究者阐释了这种现象具体的发生过程:

①首先,在靠近固体表面的泡泡底部产生了小冰晶。

②凝固是会放热的,同时无论薄薄的肥皂泡膜还是周围的空气都不会很快导走热量,于是生产小冰晶的局部液膜温度变得比其他地方高了一点。

③现在,肥皂泡膜的不同部位温度出现差异了,而这也会带来表面张力的差异。于是,Marangoni效应出现了(对,又是它)。结果是,随着液膜上形成的对流,底部的小冰晶开始向上移动。

④随着移动,小冰晶充满了泡泡膜,剩余的液体继续在上面凝结。因为凝结核小冰晶的均匀分散,整个泡泡非常均匀地冻结,因此也更容易在完全冻结之前保持完整。

一个示意图:

vrain-freezing-bubble-6

仔细观察的话,可以看到液膜的流动,底部的小冰晶随着液膜向上运动:

vrain-freezing-bubble-7

顺便说,如果只有固体表面温度足够低,而周围环境都是无法维持冰晶的常温,那么肥皂泡的结冰就是从底部缓慢向上的,并且有可能完全结冰之前泡泡就塌掉了。还是在周围环境温度都足够低的情况下形成的冰晶最漂亮。

研究者的完整解释视频可以在这里看到:https://gfm.aps.org/meetings/dfd-2017/59bac426b8ac316d38841e74

顺便说,这也是我一直都想尝试拍一下的现象,不过目前还没有成功_(:з」∠)_(太冷了也就不想出门了……)

kxkx-qr

花坛里长得像“黄花菜”的那个花,也能做打卤面么?

本文来自物种日历的微信公众号,未经许可不得进行商业转载

中国人勤俭持家的劲头堪称世界之最,任何资源都要利用起来。记得有一次在我的讲座上,就有一位大娘提出,在加拿大温哥华街头有好多黄花菜一样的东西,这些能吃吗?好吃吗?怎么吃?好吧,我想说的是在北京的街头,也有这些黄花菜模样的东西,能吃,好吃,但它们不是黄花菜。

 黄花菜Hemerocallis citrina长这样,是不是很眼熟?图片:wikimedia

黄花菜Hemerocallis citrina长这样,是不是很眼熟?图片:wikimedia

中国味儿的花朵

黄花菜可以说是中国特有的花卉类蔬菜,这种萱草科萱草属植物也是土生土长的华夏植物。至于说那些在花坛里闹腾的花朵,都是同属的兄弟——萱草。

我们的祖先其实很早就注意到了美丽的黄花菜,在《诗经》中就有关于黄花菜的记载:“焉得谖[xuān]草,言树之背”这里的谖(同萱)草就是我们熟悉的黄花菜了。中国人爱花也爱吃,所以在三国时期魏国嵇康的《养生论》论述中就有:“萱草忘忧,亦为食之”,可以想见那个时候人们就已经开始吃这种花朵了。

 萱草H. fulva(不是黄花菜)的花蕾。图片:Amada44 / wikimedia

萱草H. fulva(不是黄花菜)的花蕾。图片:Amada44 / wikimedia

吃黄花菜究竟能不能忘忧,这点无从考证,但可以肯定的是,我们现在吃到的黄花菜与两千年前人们吃到黄花菜其实并没有太大的区别。因为黄花菜的繁殖依赖于分株繁殖,按现在时髦点的说法就是克隆了,用在黄花菜的种植上则叫分兜。少了有性繁殖的重新组合,克隆繁殖让黄花菜都像是从一个模子里刻出来的。

不过,因为栽培区域之间很少交流,不同地区逐渐形成了很多特别品种,比如“四月花”(早黄花)、“荆叶花”(白花)、“茄子花”、“茶子花”、“猛子花”、“炮筒子花”、“中秋花”等等。开花时间各异,花朵形态也各有特色,不过长长的花冠管和黄色的花瓣是黄花菜不变的特色。

野生的北黄花菜H. lilioasphodelus,也仿佛是克隆一般。图片:99roots.com

野生的北黄花菜H. lilioasphodelus,也仿佛是克隆一般。图片:99roots.com

虽然黄花菜一直都不是大宗蔬菜,但是它们的名气可不小——至少我们总能听到“等得黄花菜都凉了”。

黄花菜出现的时候正值初夏,此时春天的嫩苗已经显得不再鲜嫩,夏天的瓜果还没有生长成形。这些鲜嫩的花蕾正好弥补了空当,成为夏初蔬菜中的得力补充,再加上黄花菜本身具有的花香,想让人不爱上都难。

新鲜的和晒干的黄花菜。图片:carolynjphillips.blogspot.com

新鲜的和晒干的黄花菜。图片:carolynjphillips.blogspot.com

黄花菜花瓣中含有罗勒烯、芳樟醇、α-金合欢烯、橙花叔醛等物质,这让黄花菜具有特殊的柠檬香味儿,所以又称柠檬萱草。很可惜,我们吃的黄花菜多是没有香味儿的干制品,那一根根棕黄色的干制品倒更像黄花菜的另一个别名——金针。

与制作茄子干、豆角干不同,制作黄花菜干,不单单是为了保存住这些娇嫩的蔬菜,更重要的是保证我们在餐桌上没有性命之忧。

黄花菜、香菇蒸鸡。图片:thewoksoflife.com

黄花菜、香菇蒸鸡。图片:thewoksoflife.com

花香下的中毒事件

黄花菜含有秋水仙素,理论上只要吃下0.1~0.2毫克(相当于100克鲜黄花菜)就会中毒。秋水仙素会刺激我们的消化道,影响我们的中枢神经(特别是呼吸中枢的活动),于是在中毒之后,就会恶心、呕吐、体温降低,如果吃下去太多太急有可能致命(还好,我没有体验过这种感觉)。这还没完,秋水仙素还有一定的肝肾毒性,会影响肝脏和肾脏的功能,产生不可逆的损伤。

 100克鲜黄花菜就会引起中毒,所以,还是吃干的吧。图片:aliexpress.com

100克鲜黄花菜就会引起中毒,所以,还是吃干的吧。图片:aliexpress.com

秋水仙素的霸道之处还在于它的远期效应,那就是在细胞分裂过程中,阻止染色体的正常分离。一般来说,细胞在生长过程中就为一分为二做好了准备,这些准备好的细胞中都有双份的DNA,这样就能公平合理地分配给新生的细胞。为了公平分配,DNA和组蛋白会聚合成火柴棒模样的染色体,并且聚集在细胞的中部,等到细胞分裂开始,染色体就会被一种叫纺锤丝的结构拉向两端,染色体就能平均分配了。

而秋水仙素就能阻止拉扯染色体的微管的活动,最终导致有些新生细胞里没有染色体,而有些细胞里有双倍的染色体。在大多数情况下,等待这些细胞的命运就是死亡。所以即便是低于急性中毒剂量,长期服用秋水仙素也有很大风险,会引起诸如白细胞和血小板数量降低,局部组织坏死等问题。

 正常的细胞有丝分裂,秋水仙素则阻滞了微管的活动。图片:biologydiscussion.com

正常的细胞有丝分裂,秋水仙素则阻滞了微管的活动。图片:biologydiscussion.com

等等!这句话好像有点问题,如果是已知的毒药,为什么会有长期服用的情况呢?这是因为秋水仙素也是可以治病的,比如在治疗痛风时就需要用到秋水仙素,但是长期服用秋水仙素会带来更麻烦的问题。所以,从2010年起,美国已经停止使用单一配方的秋水仙素。

请放过花坛里的“黄花菜”

近年来,我们在花坛里能看到很多黄花菜模样的花卉,它们就是黄花菜同属的兄弟植物萱草了。这些黄花菜的表亲也有类似于黄花菜的味道,不过,它们也含有足够威胁我们健康的秋水仙素,通常要比食用型种类要高得多。另外,作为观赏花草花草,控制虫害是首要目标,所以园丁们喷洒除虫药剂也是常规做法。

 矮生的观赏萱草品种“Eenie Weenie”。图片:99roots.com

矮生的观赏萱草品种“Eenie Weenie”。图片:99roots.com

所以,还是请打消去花坛采摘“黄花菜”的念头吧。

生活疑问:那块被叫做“魔术擦”的海绵到底是怎么去污的?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

最近正好在写密胺海绵的稿子,于是就稍微查了一下这个东西,感觉是个相当有趣的小知识,而且其实答案可能比人们想象的还要更加简单一些,想在这边也稍微讲一讲。

vrain-melamine-sponge-1

这里要说的是一种白色的清洁海绵,在市场上具体叫什么大概取决于你买到了哪个牌子,魔术擦、擦擦克林什么的说的都是这个东西。对于我这种懒人来说,这是个很实用的东西,比如说只要把它沾上点水随便擦一擦就可以去掉经年累积的茶垢(不并没有经年累积…),也可以拯救脏到不行的灶台。同时使用这种东西的时候你也会感受到它和普通洗碗海绵不一样的性质,比如说这东西捏起来其实没有那么柔软,而且也相当没有韧性,很容易就可以扯成小块,而且还像橡皮一样会磨损……

那么,它到底是怎么起作用的?

首先先来了解一下这种海绵到底是个什么东西。它的通用名称其实应该叫做密胺海绵,“密胺”指的是密胺树脂,是三聚氰胺和甲醛分子聚合在一起的产物(两个听起来不太妙的名字……不过这个聚合物是无毒的)。

密胺海绵的材质和结构都是它清洁作用的关键。它使用的其实是一种相当硬的聚合物,这些聚合物形成了纤细的三维网状结构(确切地说是叫“开孔泡沫”)。这样的结果是,在密胺海绵的切面上会有很多细小的凸起结构,而且这些结构都相当的硬。当用这些海绵擦拭物体表面时,这些小突起其实是起到了打磨作用——就像是很细的砂纸一样(几乎所有的文章都采用了这个比喻,可见确实是很贴切了)。

vrain-melamine-sponge-2

(密胺海绵的内部结构示意图)

打磨的去污方式也解释了为什么使用密胺海绵不需要再加洗涤剂。同时这也决定了密胺海绵不适合用来清洁容易留下划痕的表面。

另外,关于密胺海绵还有一个挺有意思的事情:这种海绵一开始并不是用来做清洁的。密胺海绵的本职工作其实是作为吸音和隔热材料。这种东西用作建筑材料还有一个优点是自带防火属性,它受热之后会产生氮气,所以不容易燃烧。

kxkx-qr

我们并非别无选择

本文来自微信公众号“科学艺术研究中心”,未经许可不得进行商业转载

海洋生物死于塑料垃圾,人类粪便和野生动物粪便中相继发现塑料微粒,我们注定要为这种曾给人类生活带来很大便利的现代材料所困吗?与之相杀,还是,寻找新的出路?

今年年初,一条幼年抹香鲸在西班牙南部 Cabo de Palos 海滩上被发现,当时已经死亡。当地的 El Valle 野生动物中心经过解剖,在它的胃部和肠道内发现了约 26 公斤塑料袋、碎网和塑料水瓶,最终鉴定其死因是由于吃了太多塑料垃圾引起腹膜炎,无法再消化食物。

据来自英国政府科学办公室的一份《海洋未来前瞻》报告称,当下 70% 的海洋垃圾是不可降解的塑料,随着每年超过 800 万吨的倾倒,预计 2015 年至 2025 年间海洋中的废塑料还将增加三倍。

不怎么好的消息还有,近日来,分别在 10 月和 11 月初,两个研究团队先后从人类粪便和野生动物粪便中发现了塑料微粒,也成了各大媒体的重要新闻由头。

先是奥地利环境局和维也纳医科大学的团队在全球肠胃病学会议上报道,他们跟踪了 9 个不同国家地区的被试的饮食,并检测了粪便成分,结果共发现 9 种不同类型的塑料,每 10 克粪便中发现平均 20 个微塑料颗粒,测量值在 50-500 微米之间。

美国佐治亚大学的研究团队则从智利西南部瓜福岛的 51 只南美洲海豹的粪便中发现了丰富的塑料,约占 67% 的样本都含有尺寸小于 1 毫米的微纤维,其主要来源为聚酯或尼龙。

越来越触目的数据提醒着我们,节制对塑料产品的使用,以及找到生态友好的替代,已迫在眉睫。而生物塑料作为一个可行方向,这几年也提出了许多振奋人心的解决方案。材料科学家和设计师都在这方面做着探索,让我们陆续看到了不少概念产品。

玉米塑料和玉米橡胶

zhuang-degradable-plastic-1

来自柏林的 Crafting 塑料工作室在今年 9 月的伦敦设计节期间展出了一种由玉米淀粉、糖和食用油制成的可降解生物塑料,称作 Nuatan。设计师 Vlasta Kubušová 声称,该材料可承受超过 100 摄氏度的温度,使用寿命长达 15 年。

Nuatan 是斯洛伐克科技大学材料科学家研究六年获得的成果,其中主要含有两种不同的生物聚合物:聚乳酸(PLA)和聚羟基丁酸酯(PHB)。两者都是玉米淀粉的衍生物,根据专利配方进行混合,这种新材料可以像传统塑料一样进行 3D 打印、注塑成型和吹塑成型。

最棒的是,它可以在人体或动物体内降解,如果被鱼吃进肚子里,它就会在消化系统中分解代谢掉,不会对鱼造成伤害。

zhuang-degradable-plastic-2

著名运动品牌 Reebok 去年就推出了棉花+玉米的第一款产品,率先寻找石油基橡胶和泡沫鞋底的替代方法,旨在减少时尚产业对环境的影响。这款 NPC UK Cotton + Corn 运动鞋采用玉米制成鞋底,蓖麻籽油制鞋垫,100% 棉编织成鞋面,且不加任何染色剂。经过美国农业部(USDA)的认证,它 75% 的材质为生物基,其脚感也和其他产品无差别。

牛奶塑料

zhuang-degradable-plastic-3

英国中央圣马丁学院毕业的设计师 Ying Wang 则使用牛奶和醋来制作一次性塑料的替代品。上面这款名叫 Milk Ceremony 的装置从废弃乳品中提取蛋白质制成酪蛋白,然后用酸处理掉残留物质,使酪蛋白聚合并形成固体物质。把这种物质倒入模具中经三天硬化就会形成一种白色固体材料,它具有类似于合成塑料的韧性和耐久性,因为是酪蛋白成分为主,非常环境友好,放入土壤中只需要 8 天就能降解掉一半。

zhuang-degradable-plastic-4

zhuang-degradable-plastic-5

而来自英国皇家艺术学院的 Tessa Silva-Dawson 会从苏塞克斯的奶牛场采购来废牛奶,通过加热将凝乳与液体乳清分离,然后把凝乳在工业脱水器中干燥并与天然增塑剂混合,变成粒料,可以加工成各种生活用品。她在塑料替代品中添加了颜料和染料,以产生大理石纹和斑驳的效果,并用蜡完成表面修饰。

红藻塑料

zhuang-degradable-plastic-6

冰岛艺术学院的 Ari Jónsson 把红藻制得的琼脂粉加入水中,形成胶状物质,通过试验找到合适比例后,慢慢加热该物质,然后倒入一个保存在冰箱中的模具中,制成瓶状。这种 100% 天然材料制成的瓶子可以作为储水用品安全使用,一段时间后其中的水可能会带上一些藻类的味道。设计师建议,如果用户喜欢这种味道,他们可以在喝完之后把瓶子也咬几口下去。

zhuang-degradable-plastic-7

立陶宛维尔纽斯艺术学院毕业的 Austeja Platukyte 将藻类琼脂和用乳化蜡浸渍过的碳酸钙进行复合、塑形、固化,做成了各种碗,有的还加上了用天然橡皮筋固定在上面的胶合板盖。

海藻塑料和菌丝塑料

zhuang-degradable-plastic-8

zhuang-degradable-plastic-9

荷兰设计师 Eric Klarenbeek 和 Maartje Dros 两人是一对夫妇,在与瓦赫宁根大学、Salga Seaweeds、Avans Biobased Lab 和其他机构一起进行了几年藻类研究后,他们被邀请在法国阿尔勒的 Atelier Luma 建成一个开放式藻类研究和生产实验室,在这里种植藻类-水生植物并合成生态材料,把它作为基质用于从织物染料、水瓶、椅子到整个建筑外墙的搭建。

Klarenbeek 的上一个项目是和名为 Krown 的菌丝体合作完成的,6 年前开始他就开发出了世界上第一个使用真菌的 3D 打印椅子。并与美国公司 Ecovative 一起开发了菌丝体产品系列,他们推出的 DIY 套件允许消费者种植自己的灯具、桌子或可生物降解的野餐用品。

zhuang-degradable-plastic-10

绿叶塑料和甘蔗塑料

zhuang-degradable-plastic-11

德国的 Leaf Republic 团队发明了一款用树叶代替塑料做成纯天然一次性餐具,并声称其 100% 可循环。这些碗瓢盆什么的利用特制的热压机来成型,保留了叶片原始颜色,还可以在 28 天内完全降解。

zhuang-degradable-plastic-12

著名玩具品牌乐高则在今年春季宣布,他们即将推出一系列来自甘蔗的植物性塑料制成的产品,以减少塑料废物。第一套甘蔗元素将在今年晚些时候出现在货架上,主要用于该品牌的叶子、灌木和树状元素的模块。他们的最终目标是到 2030 年使用生物塑料生产所有乐高块。

甲虫塑料和蟹壳塑料

zhuang-degradable-plastic-13

毕业于荷兰乌得勒支艺术学院的设计师 Aagje Hoekstra 开发了一种鞘翅目生物塑料。动物食品行业每年要培育许多面包虫,其成年就会变成甲虫,产卵后死亡,因此荷兰的昆虫农场每周都要扔掉一批死甲虫。

在这些甲虫被处理掉之前,Hoekstra 将它们的壳剥了下来,取出其中叫做几丁质的天然葡萄糖衍生物,这种聚合物也存在于蟹和龙虾壳中。

她使用化学过程将甲壳质转化为壳聚糖,由于分子组成的变化,壳聚糖能更好地结合。然后把材料热压以形成塑料,甚至还保留着它们原先的椭圆形壳的形状,因为总的来说,虫翅花纹看上去还不错,挺有质感。

这种材料的防水性和耐热性都相当好,可耐 200 摄氏度的高温。目前已经有包括珠宝和装饰品在内的产品在使用这种甲虫塑料,Hoekstra 希望进一步开发出更实用的途径来,比如生产勺子和杯子等功能性产品。

zhuang-degradable-plastic-16

zhuang-degradable-plastic-15

zhuang-degradable-plastic-14

英国皇家艺术学院的毕业生 Jeongwon Ji 同样也从甲壳类动物中提取出了几丁质材料,她称之为 Crustic。来自亚洲的中华绒螯蟹,现已成为英国河流中最具入侵性的物种之一,为众人所唾弃,却正好可以为她所用。

通过将蟹壳中提取出的几丁质与水和少量甘油结合在一起,形成水基混合物来塑形。它比传统塑料需要更长的固化时间,但成分完全无毒。设计师使用 Crustic 做成了一些概念电子产品的外壳,像是闹钟、加湿器、电脑触控板、手电筒和 WiFi 路由器。

尽管从成型性、加工性等角度而言,生物聚合物材料领域还有不少难题需要攻克,是否可以 100% 降解也需要进一步的实验数据,但至少从美的角度来看,还挺过关,可以说我们仍有一个值得期待的明天。

动图欣赏:蘑菇为什么变色了?

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

扯开一朵蘑菇,它为什么变蓝了?

vrain-color-changing-mushroom-1

vrain-color-changing-mushroom-2

这里展示的其实是红柄牛肝菌(Neoboletus luridiformis)的一种有趣的现象,当它的子实体遭到破坏时,接触到空气的断面会相当迅速地变成蓝色,其他一些牛肝菌也有此现象。

这里发生的其实是一个酶催化的氧化反应,当蘑菇组织遭到破坏,其中的一些酸类物质在酶的作用下被空气中的氧气氧化,变成了蓝色。具体发生反应的物质可以看下面的结构图(我不太确定这些东西中文名应该叫啥_(:з」∠)_)

vrain-color-changing-mushroom-3

(原图来自:Pigments of Higher Fungi: A Review)

酶催化的氧化反应这一点其实和苹果切开变成褐色的反应性质类似,不过蓝色总给人一种看起来更加神奇的感觉……云南的朋友可能对这个现象更熟悉,当地一些牛肝菌被称为“见手青”,据说名字就来源于这种损伤后迅速变蓝的特性。

这里的动图原视频是在reddit上看到的,然而并没有找到确切的原始出处。网上如果搜的话也有其他一些视频素材,有兴趣可以找来看一下。这个变色真的非常迅速,有的甚至切开都看不清原本的颜色。

最后是一个能好怎提示:不少牛肝菌物种确实会出现在人们的餐桌上(包括动图中的这种),不过一方面要保证充分烹调,另一方面也千万不要自己随便采野蘑菇来吃,绝大部分现代人对蘑菇的辨认能力应该都是完全不值得信任的……

kxkx-qr

为什么我们支持转基因食品,却反对基因编辑婴儿?

本文来自果壳网,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

不久前,《自然》杂志刚刚公布了2018年科技领域的十大影响力人物。其中,制造了世界首例基因编辑婴儿的贺建奎教授以“CRISPR独走者”(CRISPR Rogue)的名号赫然上榜。在这一事件中,科学界的态度是一致的:CRISPR技术不应用在健康婴儿的基因改造上,我们绝不能支持这样缺乏监管、有违科研伦理的临床试验。

贺建奎以“CRISPR独走者”(CRISPR Rogue)的名号登上《自然》杂志2018年科技领域的十大影响力人物。图片来源:Nature

贺建奎以“CRISPR独走者”(CRISPR Rogue)的名号登上《自然》杂志2018年科技领域的十大影响力人物。图片来源:Nature

然而随之而来的社会讨论中有许多值得商榷的观点,其中之一是:基因编辑技术就是一种转基因技术,因此转基因食品的生产和基因编辑婴儿的制造都一样,是“坏”的技术应用。

这个类比有明显的逻辑错误,毫无道理。简单来说,基因编辑技术确实可以用来进行转基因操作,但是操作对象是决定试验伦理的关键所在——在动植物中可以反复试错和修改的操作,在人体试验中必须符合高得多的安全标准。

因此,我们应该反对贺建奎这种有悖伦理和存在风险的基因编辑婴儿试验,但是不必以此为出发点质疑已有大量研究基础的正规转基因产品的安全性。

CRISPR:能瞄准的瑞士军刀

其实,基因编辑与其说是一种技术,不如说是一个目标。生物体的基因组中包含着成千上万个指导各种生命过程的基因,从上世纪90年代的人类基因组计划开始,生物学领域的一大梦想就是能读懂基因组的运作方式。而了解的最终目的之一,就是改造——对基因组的特定修改,也就是基因编辑,在动植物中可以改变性状,为我们所用;而在人体自身,则是治疗疾病的希望。

这次被用于临床试验的CRISPR-Cas9技术,正是时下应用广泛的一种实现基因编辑的手段。CRISPR的全称是“规律间隔成簇短回文重复序列”,这些DNA片段相当于“入侵者”噬菌体在细菌自己资料库里的“备案”,当有过备案的噬菌体再次进入细菌体内时,从这个CRISPR资料库里按照备案打印出的“通缉照”——向导RNA,就能引导着带有DNA剪切功能的Cas9蛋白,把噬菌体的基因组切断,将“入侵行动”消灭在萌芽中。

根据这个原理,我们只要把CRISPR资料库中针对噬菌体的“备案”换成其他物种的DNA序列,不就能“指哪打哪”了吗?相较于之前的基因编辑技术而言,利用CRISPR对DNA进行“打靶”实在是好用太多了:它成本低廉,设计简单,又快又准,而且可以一次剪切多个位点(同时引入多条“引导RNA”)。自从2012-2013年在微生物和模式动物中成功实现后,CRISPR已经成为了很多生物实验室的日常标配。

CRISPR/Cas9的基因编辑原理

CRISPR/Cas9的基因编辑原理

虽然在细菌体内只是一种防御武器,但在分子生物学家的手中,CRISPR变成了一把带瞄准系统的多功能“瑞士军刀”:比如在剪切目标位点的同时引入一段供体DNA序列,可以实现把这段序列插入目标位点——这其实就是转基因。所以说,CRISPR-Cas9系统能够实现基因编辑的目的,其中一个应用就是转基因。

CRISPR就像一把带瞄准系统的多功能“瑞士军刀”。图片来源:Pixabay

CRISPR就像一把带瞄准系统的多功能“瑞士军刀”。图片来源:Pixabay

转基因操作是指使用载体将外源基因整合入生物体自身的基因组,从而在转基因生物体内表达特定的蛋白产物,比如在玉米中表达抗虫的Bt蛋白。注意,这里只说了“整合入”,并没说要整合到基因组上的哪个位置。相比较于传统的转基因操作来说,CRISPR其实是更加优秀的——可以更精准地把基因转入基因组上的特定位置。

除了转入外源基因,CRISPR还可用于基因敲除,它在农业中也用处多多,比如中国研制成功的低镉水稻,就是用CRISPR“剪掉”了水稻基因组中负责吸收镉元素的基因,哪怕在镉污染地区也能种出不吸收镉、含镉量低于安全值的大米。

水稻容易蓄积镉,用CRISPR“剪掉”了水稻基因组中负责吸收镉元素的基因,可以种出不吸收镉、含镉量低于安全值的大米。图片来源:Pixabay

水稻容易蓄积镉,用CRISPR“剪掉”了水稻基因组中负责吸收镉元素的基因,可以种出不吸收镉、含镉量低于安全值的大米。图片来源:Pixabay

虽然如此优秀,CRISPR却也并非百分之百地精准:“脱靶”效应在CRISPR应用中一直是研究者关心的问题。在剪切、修饰目标位点的同时,“向导RNA”在基因组中其它区域的不精确匹配也会导致一些“计划外”的修饰,对其它基因组区域进行了剪切、插入等等反应。目前,提高CRISPR系统的修饰精准性,减少“脱靶”,是基因编辑领域的一大热门。

转基因研发:用实验事实说话的安全性

CRISPR的“脱靶”和传统转基因操作的随机插入一样,有可能会破坏基因组中一些不该被破坏的基因。因此,要得到一个符合我们生产生活需求的转基因物种,“转基因操作”只是第一步。把基因“送进去”之后,研究者需要通过各种检测来确认很多事情:基因是否成功整合进了基因组?整合到了基因组的什么地方?整合后的基因,有没有活性,能不能指导合成我们想要的产物?这个外源基因的产物,结构是否正确,功能是否正常?转基因后的粮食/禽畜,吃了有没有问题?等等……

在操作对象是粮食作物、家禽家畜时,这并不是什么大问题——我们有源源不断的实验对象用来进行各种测试:分析基因产物,与天然作物/产品进行对比,喂食实验动物观察不良反应等等。一次转基因操作不成功,我们还可以放弃失败的测试对象重头再来,直到制造出符合我们期望的转基因物种——更有营养、抗性更好、有害物质含量更少、产量更高、更好吃/好用、不会污染环境/影响生态等等。无论是在转基因技术的发源地美国,还是在我国、欧洲等地区,各种转基因物种和产品都要经历严格的审查过程,用科学的实验设计来验证产品对人体没有危害。

喂食实验动物观察转基因食品是否具有不良反应。图片来源:Wikipedia

喂食实验动物观察转基因食品是否具有不良反应。图片来源:Wikipedia

事实上,基因编辑和转基因操作本质上是对基因组进行了修改,生物学上属于基因组中的变异;而无论是自然的演化过程还是传统的杂交育种、人工选育,也都是试图保留基因组中产生的、导致优良性状的变异。有了完善的监管体系,无论是转基因物种还是基因编辑作物,都不会比传统杂交作物的危险性更大,理性接受是完全没问题的。

人体基因编辑:星辰大海的路,得一步一步走

那么,基因编辑婴儿的问题在哪儿呢?相信你已经想到了——很简单,人不能随便拿来做实验。一种新开发出的药物,在被证明对人体足够安全之前,是不能随便给人(尤其是健康人)吃的。目的是治疗或者预防疾病的基因编辑也是一样:在人体中进行基因操作之前,我们必须用其它的实验手段改进技术,充分证明我们能以最大的把握避免副作用,获得成功。这里的对比非常显而易见:研发转基因动植物时,一次差错意味着科研人员需要进行下一次尝试;而用基因编辑治病时,一次差错就是对一个人类个体的生命威胁,当然应该慎之又慎。

用基因编辑治病时,一次差错就是对一个人类个体的生命威胁,当然应该慎之又慎。图片来源:Pixabay

用基因编辑治病时,一次差错就是对一个人类个体的生命威胁,当然应该慎之又慎。图片来源:Pixabay

反观这次基因编辑试验,很多方面违反了这种科研和医学伦理精神:这个试验设计的伦理审查显然并不完善,没有业内专家参与审核;对于被编辑婴儿的监护人,也就是应该签署知情同意书的父母,他们是否得到了足够客观的背景介绍也不得而知;试验的目标并没有选择其他方法难以治愈的疑难杂症,而是本可以通过各种成熟手段预防的HIV传染;最重要的是,前面说到的脱靶等技术风险问题还没有得到足够的改善,两个原本能够健康降生的婴儿没必要也不应该承担这些风险。

事实上,基因编辑目前并不是没有在人体中的成功应用。例如2017年经由美国食品及药品监督管理局(FDA)审批的CAR-T疗法,通过在体外编辑患者自己的免疫T细胞,往基因组里转入了特定的基因,让这些细胞能够表达识别癌细胞的“抗原受体”蛋白质,同时在识别出癌细胞后能激发免疫反应,对癌细胞“定点清除”。

2017年美国食品及药品监督管理局(FDA)审批通过了CAR-T疗法。图片来源:fda.gov。

2017年美国食品及药品监督管理局(FDA)审批通过了CAR-T疗法。图片来源:fda.gov。

这样的基因编辑操作建立在以治疗别无他法的重大疾病为目的,得到患者的知情,并在专门的医疗机构由专业人员实施的基础上,编辑操作只涉及患者体细胞,不会把改造过的基因遗传给后代。这样规范的基因编辑操作有望挽救成千上万绝症患者的生命,也是利用基因编辑治病救人的成功一步。可以看出,我们不能因噎废食——优秀的技术,需要合理的利用来实现其价值。

无论是基因编辑还是转基因,使用这些技术为人类制造吃穿用度也好,为人类治病也好,最起码的底线都是不能增加对任何人生命健康权的危害。合理监管和经过严格测试的转基因产品达到了这个标准,而这一次的基因编辑婴儿试验,无论从结果来看还是从试验过程来看,都没有能够保证“不危害健康”这个底线,在合理的监管体系下绝不该发生。

现在,我们只能寄希望于被编辑的两个女婴并无健康问题,过上正常的生活;对人体基因编辑,需要加以合理而严格的监管;而面对层层把关的转基因农副产品,则完全可以以科学理性的态度接受。(编辑:Yuki)