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科学笔记

对抗气候变迁 要政治勇气还需民意支持

距离哥本哈根气候变迁峰会的日子越来越近,这次峰会,被一些人称为21世界第一个10年中最重要的一次国际会议,因为在这次会议上,将出台取代《京都协议》的新的全球碳排放协议。前几天负责起早哥本哈根协议的联合国FCCC公布了一份200多页的协议草案。终于在联合国大会和G20匹兹堡峰会期间,中国和美国都相继提出了较为激进的对抗气候变迁的承诺,让人们对哥本哈根峰会增加了一点信心。

《南方都市报 评论周刊》 因金融危机而沉寂下来的有关气候变迁讨论,最近再次成为热点,原因是离12月哥本哈根峰会越来越近,这次联合国气候变迁峰会意义重大,将会确立今后几十年消减碳排放的目标。所以在12月之前,各国政府、环保组织和工业界都在明确立场、为自己在谈判中占据有利的位置。今后几个月内的讨论,将会集中在碳排放税 (carbon tax)的制订、碳汇交易(carbon trading)的监管、和低碳技术的扶持等方面。要在对抗气候变迁上取得成功,各国的决策者们必须有甘冒风险的政治勇气,同时需要赢得民众的支持。

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英国新书介绍 #12 (2009年8月31日) The Selfish Genius

2009-09-01 The Selfish Genius

The Selfish Genius: How Richard Dawkins Rewrote Darwin’s Legacy
作者 Fern Elsdon-Baker
出版社 Icon Book Ltd (平装本2009年7月2日出版)
ISBN 978-1848310490

书名 The Selfish Genius 显然是借用了 Richard Dawkins 的那部影响巨大的书 The Selfish Gene。作者 Fern Elsdon-Baker 在书中也承认这一点,因为她的这本新书的主题,就是Richard Dawkins和他代表的新达尔文主义(neo-Darwinism)。

今年是达尔文诞生200周年,《物种起源》出版150周年,在达尔文的故乡英国出现了许多纪念活动。爱丁堡大学教授 Susan Manning 认为,与美国相比,英国公众对进化论的认识已经算是比较统一。至少进化论中“地球上的物种由简单向复杂演变”的观点已经被许多人,包括宗教界的人士接受。仍然存有争议的,是进化的驱动力是什么,“自然选择”(nature selection)是达尔文的理论,也是科学界的主流认识,Richard Dawkins 1976 的著作 The Selfish Gene 把自然选择定位在基因层面。在宗教界,除了一部份极端主义者仍然坚持上帝在大约6千年前创造世界之外,许多人接纳物种进化,但是仍由上帝主宰,或与此类似的观点。

Fern Elsdon-Baker 的这本书,不是反对进化论。她本人是生物历史学家,英国文化委员会《永远的达尔文》(Darwin Now)的负责人。她在这本书中所针对的,是 Richard Dawkins 的两点做法:把进化论作为攻击宗教的武器;以及把“自私的基因”理论用来分析人类社会。她认为 Richard Dawkins 的做法带有攻击性,把进化论等同于无神论,不利于进化论的推广,影响公众对科学的信任程度。在科学界,新达尔文主义的强势,则不利于新观点冒头,势必阻碍进化论的进一步发展和完善。

上周英国畅销书排行榜 #12

爱丁堡艺术节节目之三十一:The Use and Abuse of Darwin

Edinburgh Book Festival
The Use and Abuse of Darwin
Science
24 August

这场爱丁堡图书节的讲座有两位讲者,James Moore 是英国 Open University 的教授,研究方向是达尔文与宗教,Susan Manning 是爱丁堡大学的文学教授。主题是达尔文本人和他的进化论是如何被各方人士曲解、重新诠释以符合各种政治理念的。

在“对达尔文的滥用”上,James Moore 举出的例子包括 Darwin’s Plantation 一书,此书认为达尔文的进化论为蓄奴提供了借口;另有 The Darwin Myth 一书,试图通过积累一丁点儿的证据和线索来推翻进化论。他认为达尔文在发展进化论理论时,并没有抛弃他的宗教信仰,进化论与上帝在达尔文那里不矛盾。他和另一位作者Adrian Desmond 的新书就与此有关,题为 Darwin’s Sacred Cause: Race, Slavery and the Quest for Human Origins

2009-09-01 Darwin's Sacred Cause

Susan Manning 一再谦称自己不是达尔文专家,不过她对英美两地对达尔文的纪念活动的观察很有意思。今年是达尔文诞生200周年,《物种起源》出版150周年,在英国,有关的纪念活动非常频繁,许多有关达尔文和进化论的新书在今年出版,在这里对进化论,至少是其中的物种“进化”的观点,即使是在宗教人士中也已经被普遍接收。然而在美国,既没有象英国这么热烈的讨论,对达尔文和进化论的本身的看法也未统一。她的另一个观察是把达尔文与林肯在公众心目中的看法相比较。

本来这是一个我很关心的话题,两位讲者的观点也很鲜明,但是在讲座中,我开始渐渐失去兴趣,觉得有点闷,也许是这种两位作者一起上台的做法,反而失去了焦点。我认为达尔文提出的进化论已经在科学发展中演变了许多,达尔文当时是怎么想的,有历史价值,但不可能用来修饰现代的进化论。而且本场讲座的观众提问质量不高,有些人拿起话筒就开始宣讲,更糟糕的宣讲什么也说不清楚。也许没有愚蠢的问题,但却有无关或是无趣的问题。

爱丁堡艺术节节目之十七:Michael Boulter

Edinburgh Book Festival
Michael Boulter
Darwin Explored
12:30pm 19 August

2009-08-25 Darwin's Garden

Michael Boulter 是英国的古生物学家,他在2008年出版了一本新书《达尔文的花园》(Darwin’s Garden)。这座花园指的是达尔文考察归来之后,在肯特郡定居时的乡村居所 Down House,达尔文在这里培育植物,做了不少实验,同时在这里写书,与其他志同道合者书信交流(Michael Boulter 说他充分利用了当时的IT:刚发明不久的 penny post邮件),酝酿他的《物种起源》。Michael Boulter 的这本书似乎和BBC今年拍摄的同名纪录片没有什么关系。

Michael Boulter 说话风趣幽默,他介绍了达尔文的生活轨迹:从小时候的缺乏安全感、到(在爱丁堡大学)学医不成、参加Beagle的考察、直到在“达尔文花园”思考和生活。在介绍过程中他常常说“不要买我的这本书,要买就买……”,引起观众一阵笑声,当他终于说“我的书写得比我说得清楚”时,连主持人也忍不住,插嘴道“这是你第一次说你的书的好话啊”。

他的主要观点,是说达尔文的进化理论其实说得是生物物种适应环境的能力――环境的变化会引发物种的改变,这就是自然选择(natural selection),达尔文并不想说“适者生存”(survival of the fittest),那是维多利亚时代人们对进化论错误的理解。他认为达尔文的想法领先了时代,在当时的环境下,他缺乏后代科学家们拥有的实验手段和遗传学方面的知识积累。

Michael Boulter 对新达尔文主义的倡导者 Richard Dawkins 和 Stephen Jay Gould持批评态度,认为他们把进化论教条化了,不过他的把达尔文的进化论诠释成为自然的和谐与物种的适应的企图,也不是没有批评者

科学新闻:主动权在谁手中?

这是几星期前为《南方都市报》写的一篇文章。写完之后,在前一周BBC Radio 4 的 Media Show 中,听到了主持人对谢菲尔德大学教授 Allan Percy 的采访,以及《泰晤士报》科学编辑 Mark Hendenson 和《每日邮报》科学编辑 Michael Hanlon 的辩论(我在文中提到了 Mark Hendenson 《每日邮报》的不满)。Allan Percy 的观点主要是科学家和大学需要宣传自己的科研成果,但是一经媒体改写渲染,往往大为走样,科学家既没有时间一一回应媒体的炒作,又有可能成为媒体失实报道,公众信任度下降的牺牲品。Mark Hendenson 在辩论中重复了自己对《每日邮报》和其它媒体上炒作“不再需要男人”的不满,Michael Hanlon 则以自己的报道吸引了公众对这一话题兴趣作为挡箭牌。在我看来,《每日邮报》和其它一些报纸的报道很不负责,其它媒体,特别是传播媒体,很容易只报道报纸头条,而不会去看大学的新闻稿,更别说是论文原文了。在轰动效果之后,大众或者对科技进展产生不现实的期待,或是对科学家信任程度下降,受损害的是科学研究和科学家们。

BBC也会踩进小报陷阱
《南方都市报》

当英国纽卡斯尔大学教授纳耶涅亚(Karim Nayernia)在学术刊物《干细胞与发育》发表文章,宣布成功地从人类干细胞中诱导出精子样细胞时,大概没有想到他的研究成果会出现在《每日邮报》“世界不再需要男人?”的标题之下。即使在英国这个科研报道颇有基础的国家,一项严肃的科研进展,也会被大众媒体渲染得耸人听闻、荒诞不实。

纳耶涅亚实验室取得的这项成果,可以说是男性生育研究领域的一项重要进展,可能会给男性不育带来新的治疗办法。但显然这项研究还处于初级阶段,有许多问题尚未得到满意解答,特别是这种“人造精子”与真正的精子差别有多大等。

平心而论,英国的科普媒体、电视电台和严肃报纸(即所谓“大报”),在报道科学进展时是相当认真的。《自然》杂志的新闻部和科普杂志《新科学家》在报道这一新闻时,都指出在把这种“精子样细胞”(sperm-like cell)称为“精子”(sperm)之前,必须对其特性做进一步研究———一个长着尾巴、会游泳、有23条染色体的细胞并不等于就是精子。

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BBC Drama: Breaking the Mould (2009)

BBC Drama: Breaking the Mould: The Story of Penicillin (2009)

主演:Dominic West (Howard Florey),Oliver Dimsdale (Ernst Chain),Joe Armstrong (Norman Heatley),Denis Lawson (Alexander Fleming)

2009-07-29 Breaking the Mould

记得是1949年昆仑出品的电影《乌鸦与麻雀》里,其中有角色提到倒卖“盘尼西林”,一种美国来的“神药”。当时的医疗状况,病人如果发生细菌感染,只能凭运气自己扛过去。但是一针“盘尼西林”打下去,马上能停止感染,起死回生。但是“盘尼西林”这种美国药非常紧缺,很难搞到。1949年的上海,通货膨胀剧烈,金圆卷如同废纸,国民政府又不许私人收藏黄金,这个“盘尼西林”,就成了可以保值的硬通货了。

“盘尼西林”,就是青霉素。它是第一种被大规模投入使用的抗生素,多年来救了许多人的命。在60多年后的今天,依然被广泛地使用。

青霉素是由英国医生 Alexander Fleming 1928年在伦敦的圣玛丽医院发现的。如果现在去 Paddington 火车站旁边的 St Mary’s Hospital,你能在墙上看到 Alexander Fleming 的浮雕。广为流传的故事是 Fleming 夏季渡假归来,发现自己培养的细菌被霉菌污染了,他观察到这种霉菌的分泌物能杀死细菌,于是以这种霉菌的学名把这种分泌物命名为 penicillin。因为发现了青霉素,1946年他被授予诺贝尔医学奖。

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低科技解决方案

在林海峰的电影《废话小说》中,有一段故事的主角是一位老伯。他挤坐在一个不知是何处的黑暗狭小空间里,喝茶看报吃杯面,跟着收音机里的粤剧摇头晃脑地打拍子,但是会经常地打开墙上的一个小窗口,往里头扔一罐饮料或是一包零食什么的。最后他终于站起来打开门走了出来,我们发现这扇“门”原来是商场里的一台自动售货机的外壳。

这种“高科技”--至少是“自动化”门面后是“低科技”的手工劳动的事,最近也在英国发生了。Spinvox 是一家高科技公司,号称解决了用电脑系统自动完成语音到文字转换的难题。他们提供的服务主要有两项,一种是帮用户把电话留言转为文字发到用户手机上,另一种是给那些希望用语音代替文字写博客或做其它记录的。第一种服务,据说在商务和传媒人士中颇受欢迎。

虽然 Spinvox 网站上提到在识别过程中,可能会有“专家”(human expert)介入,但是整个系统给人的印象是这是个基本自动的过程,采用高科技提供了一项新颖有用的服务,不过是偶尔有专家校正一些而已。

但是BBC 的科技记者 Rory Cellan-Jones 发现,原来这个公司在南非和菲律宾雇佣了大批电话中心的职员,用人工听写的方式,来做号称是机器做的事。除了从公司的内线和电话中心得到情报,他还在他的博客上做了一次测试,把同一段留言连发5次,发现每次收到的文字都不相同,他因此判断他的5段留言被不同人听读,而不是通过机器获得一样的答案。

Spinvox 公司并不否认雇了海外电话中心职员做人工听读,但是不肯透露人工听读的比率是多少。Rory Cellan-Jones的内线则称其实大部份听读都是人工完成的。

在一篇后续的博客中,Rory Cellan-Jones 回应了一些Spinvox公司创始人 Christian Domecq 的回应。根据一些语音识别专家的意见,目前自动识别的难题并没有理想的解决方案。从平时的阅读中,我知道语音识别系统可以用人工智能通过反复学习提高准确性,但是很难想像如何让机器学习电话留言中不同人的口音和习惯。Spinvox 的声称非常有吸引力,但其实是给自己提出了一项不可能的任务,所以高科技的低成本解决方案,就不得不用低科技的高成本人工来完成了。

科学的准确表述与艺术的自由发挥

周末在 BBC Radio 4 上听 Museum of Curiosity 的第2系列,其中有采访英国科普作家 Simon Singh 的片段,让我想起几年前他与歌手Katie Melua 的一段故事。Simon Singh 是印度裔的物理学家,受过专业的科研训练,但是他的成功是在科普创作上,曾写过好几本数学、密码和量子物理方面的科普和科学历史书籍,拍过科普纪录片,还是《卫报》的专栏作家。

不过他与 Katie Melua 的这段故事在公众中的反响最大。Katie Melua 小时候随全家从格鲁吉亚移民到北爱尔兰,是个年轻的爵士和蓝调歌手,对时事也颇有见地。在她2005年出版的专辑 Piece by Piece 中,有一首非常动听的歌曲《九百万辆自行车》(Nine Million Bicycles),歌中唱道:

We are 12 billion light-years from
the edge,
That’s a guess,
No one can ever say it’s true,
But I know that I will always be
with you.

(我们离宇宙边缘,
有120光年。
那不过是个猜测,
永远不会有人知道,那是不是真的。
但我知道,我会永远,
和你在一起。)

2009-05-18 katie melua

当时刚出版了新书《宇宙大爆炸》(Big Bang)的 Simon Singh 在《卫报》上发表一篇文章,以此为例,指出科学观点是科学家们经过仔细分析之后给出的最接近事实的结论,而不是可以随意伸缩改变的“时髦看法”。他说“宇宙的边缘”既不是“120亿光年”,也不是“猜测”,在“一定误差范围内的准确估计”是137亿光年。于是他提议 Katie Melua 把歌词改为:

We are 13.7 billion light-years from
the edge of the observable universe,
That’s a good estimate with
well-defined error bars,
Scientists say it’s true, but
acknowledge that it may be refined,
And with the available information, I predict that I will always be
with you

(我们离可观测的宇宙边缘,
有137光年。
那是一个不错的估计,
在可知的误差范围内。
科学家们说,这个数字是准确的,
但承认将来可能修改。
凭着所有可搜集的资料,
我预测我会,
永远和你在一起。)

2009-05-18 simon singh

Katie Melua 倒是从善如流,据 BBC Radio 4 的旗舰时事节目 Today 2005年10月15日报道,她主动联系 Simon Singh 致歉,还说自己中学时代曾是天文小组的成员,完全理解他的看法云云。不仅如此,她用 Simon Singh 的罗罗嗦嗦的歌词,重新录制了这首歌的片段。结果证明,显然科学论文不适于当歌词来唱。唱完之后,Katie Melua 忍不住笑言:“为什么他是个科学家,那是有道理的。” Simon Singh 则承认自己写歌词的企图失败,双方握手言和。

美国科普作家 Michael Shermer 在他的一次演讲中,特别引用了这个例子:

你可以在这里听这首歌的完全版本

这是一个很有趣的科普与流行文化互动的故事,Simon Singh 机智幽默,Katie Melua 冰雪聪明,假戏真做,成为美谈。

如果我们的科学家能够不过分一本正经,艺术家能够尊重科学从善如流,双方坚持自己的科学态度和艺术立场,但不要把个人太当回事,那么科普本身将会是件很有趣的事情。

碧峰峡大熊猫基地

四川大地震一周年之前,《卫报》驻中国摄影师 Dan Chung 来到四川碧峰峡熊猫基地,拍摄在这里养育的幼年熊猫。(《卫报》网站上的一组照片)

Bifengxia Panda Centre

2008年诺贝尔化学奖成果:绿色荧光蛋白 (GFP)

今年诺贝尔化学奖由三位科学家下村脩(Osamu Shimomura)、Martin Chalfie 和钱永健 (Roger Tsien)三人分享,代表了绿色荧光蛋白研究上的三个里程碑。我曾经在这个领域工作过,对这段历史还略有了解。

下村脩1962年在普林斯顿大学做研究的时候从一种水母身上分离出绿色荧光蛋白(GFP)。当时知道在蓝紫色光的照射下,它会发出绿色荧光。后来他搬到波士顿郊外的小镇Woods Hole上著名的海洋生物实验室(MBL)。GFP的结构以及发光原理,要到1990年代通过X光衍射才得到证实:GFP的肽链构成一个桶状结构,在其中心由3个氨基酸携带的芳香基团构成了发光核心结构。

一直到1990年代,GFP才重回生物学家的视野。这里其实还有另一位生物学家的重要贡献,Douglas Prasher 1992年在Woods Hole 海洋研究所(WHO)克隆出了GFP基因,随后哥伦比亚大学的 Martin Chalfie 成功地让GFP基因在大肠杆菌和线虫(C. Elegan)上表达成功。这个实验的重要意义,是证明从水母上分离出来的GFP基因可以在其它物种上表达,正确地折叠,发出荧光。这些研究成果为GFP在生物学研究上的使用,奠定了基础。

当时如果要研究活体生物中的生命活动,可以采用往细胞体内注射荧光化合物,或者是事先把荧光化合物结合到蛋白上,然后注射到细胞内的方式。钱永健此时已经是这个领域的专家,他发明的荧光化合物 fura-2 会随着周围钙离子浓度变化而改变荧光强度,经常被用来研究活体细胞内的钙离子浓度变化。但是这种方法的缺点也很明显,第一荧光化合物可能有毒性,影响正常生理活动;第二把荧光化合物特别是标记了荧光化合物的蛋白注射到细胞内,需要特别的设备和专业训练——微注射;第三即使荧光化合物无毒,也有微注射的条件,每研究一种蛋白,就必须先分离蛋白,然后找到标记荧光化合物的办法。这些困难,限制了普通生物学家研究活体生物活动的能力。

与此同时,在1990年代初分子生物学在聚合酶链式反应(PCR)技术的发展推动下,已经有了很强的操纵基因的能力。比起蛋白来,在DNA水平上对基因进行裁接和修饰已经是实验室常规操作。如果GFP可以在各个物种中准确折叠发出荧光,那么只要在基因水平上把研究者感兴趣的蛋白基因,接上GFP基因,然后转移到细胞内表达,就等于给被研究的蛋白带上了一个荧光标签。而这一切完全不涉及蛋白提纯,标记,蛋白微注射等技术,也就是说,任何一个分子生物学家都有可能用荧光标记自己研究的对象。而且GFP是一种无害无作用的蛋白,不用担心对细胞产生毒性。

钱永健的贡献,是利用他在活体荧光研究方面的丰富经验,对GFP进行改造,他的实验室利用定点突变改造出来 EGFP,不仅提高了荧光强度,更重要的可以在普通的荧光显微镜下用现有的荧光滤镜观察到,而且光谱单一,不会和其它荧光染料的光谱发生干扰。接着他的实验室又陆续推出了不同颜色的 GFP,如蓝色(BFP)和黃色(YFP)的荧光蛋白。不同颜色不是为了好看,而是为了可以同时在同一个细胞或组织内标记多种蛋白或结构,或者是在研究中把GFP标记蛋白与其它荧光化合物同时使用。现在世界各地实验室使用的GFP,都是经过改造优化了的,钱永健是这方面的先驱和领先人物。在他在加州大学圣地亚哥分校的实验室网站上,有一幅用表达了多种颜色荧光的大肠杆菌组成的照片。

多种颜色GFP的出现,还为以后研究蛋白之间的相互作用,蛋白分解等提供了无限的可能性。生物学家可以同时对多种基因进行荧光标记,然后根据活体内的荧光颜色变化,判断生物活动进程,此时荧光标记不再是标记蛋白在哪里,还能标记活体内的生物事件。

可以说,GFP在细胞生物学研究上的重要性,不亚于PCR技术对分子生物学发展的意义。

这张照片就是GFP技术的运用之一。哈佛大学细胞分子生物学系和脑科学中心的研究人员使用转基因技术,使得小鼠脑部邻近神经元可以随机地表达不同颜色的GFP(他们称之为XFPs)。在荧光显微镜下,可以清楚地分辨通常是交缠在一起的大量神经元构成的复杂网络,可以用来跟踪神经元之间的关系。文章发表在去年11月的《自然》(Nature)杂志。

 
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