科学素养应为育儿之基础

Credit: Howard County Library System via Flickr

开始当父母之后，才发现育儿相关的知识，常常令人眼花撩乱。似是而非的论调所在多有，不停地困扰着时间所剩无几的家长们。面对这样的景况，若无一套判断准则，肯定会淹没在大量资讯之中，随时都有灭顶的可能。自己淹没就算了，但若是牵扯到小孩，搞不好最后会变成双重打击，赔了夫人又折兵。

关于健康或医药新闻，新闻媒体最喜欢的作法，就是将国外通讯社、国外新闻或报纸的稿子，直译成中文，既有话题性，又可佔掉版面。但这些披着狼皮的「科学新知」，大部分都是单一研究，到底能不能反复验证，根本是问号，社会大众根本无从得知。除非你是这一个领域的专家，愿意进科学资料库搜寻一番，才能确认媒体所报导的东西是真是假。但这是件吃力不讨好的事，他们抄抄写写很容易，常常没附资料来源，翻译上也可能出现错误。但真要查证起来，起码都要花掉半天的时间。

因此，若是单一研究，就当作趣闻看看就好，不用一味盲信。科学的基本原则是这样的，我们在小学都学过，「先观察，做出假设，最后用实验加以证实」。这是颠簸不破的科学道理。若是一篇好的科普文章，通常都会愿意说明研究源起、实验作法、使用了什麽工具、得到什麽结果，最后从这样的结果可以怎麽思考原先问题。贴心的作者会写到浅显易懂，老妪能解，也会附上资料来源。反之，缺东缺西，挂一漏万，可信度顿时大打折扣。

若想进一步思考单一研究有何问题，可以从七个方向去检视：

1. 研究做在谁身上？很多时候医药研究都是的对象都是动物，而非人类。动物有这样的反应，不代表人类会有相同反应。这是巨大的鸿沟，不是那容易跨越的。如果说动物有这样的反应，就直接推论人类也会有相同反应，这是会令人笑掉大牙的。


2. 是谁支持这个研究的？若是药厂支持的就要小心。因为常常不说负面结果，但夸大正面效果。


3. 受试者有几人？是相对值还是绝对值？如受试者有20人，只有八人有效果。但它故意说，有百分之四十的人有效果，百分之四十听起来很厉害，但是实际上整个受试人数根本就很少，很容易就会误导一般民众（受试者人数多或少，与实验性质有关。虽然有一些实验，人不用很多没错，但大部分的研究，人数过少肯定会出现偏误）。


4. 到底研究是怎麽做的？受试者有无随机分派？有无双盲控制？有无对照组？没有随机，没有双盲，没有对照组，只有单一组别，很可能是安慰剂效应或自然恢复的效果。


5. 此研究中说有显着，那显着的程度到底到哪裡？有没有说明p值大小？


6. 同样的主题之下，其他研究的结果如何？一个单一的研究，通常无法给予确定的答桉。最好是看看其他人有无做出相同结果再说。能找到回顾性研究的话，才能告诉我们事实是什麽。


7. 受试者人数多少？小型研究若找不到结果的话，通常无法发表。很多小型研究常常没有什麽特别的结果，就被放在抽屉裡了，不见天日。大型研究即使结果不显着，仍有发表机会。

Credit: Tomas Hellberg via Flickr

另一个经常困扰家长的问题，在于健康食品的迷思。很多广告都很强力放送，吃了什麽营养品，就会造成什麽奇迹式的改变。但这在科学上常常做不出结果，如深海鱼油对小孩的认知功能毫无影响。在这裡，我摘述一段《0~5岁宝宝大脑活力手册》中说明过的，个人觉得写得很好，值得引录：

「坊间对你该吃什麽、不该吃什麽有很大的迷思，不只对怀孕的时候，而是终其一生。」（页64）

「银杏是从银杏树中萃取出来的物质，几十年来，广告都是说它可以增进年轻人和老人──甚至阿滋海默症（Alzheimer’s disease）病人──的记忆。这个说法是可以测试的，所以有不少的研究都开始研究银杏，如果传言属实，这是一大商机，所以製药厂也很热衷。很抱歉，我告诉学生，银杏并不能增进任何健康人的认知能力──不能帮助记忆、不能帮助视觉—空间的建构，不能帮助语言或心智运动的速度，也无助于执行功能。「那对老人怎麽样？」我学生问。也不能，它不能防止也不能减缓阿滋海默症或失智症，甚至不能影响正常的跟年龄有关的认知能力下降。其他的植物药草，如金丝桃 （St. John’s wort，或名圣约翰草，据说可治疗忧鬱症）也是一样无效。我学生垂头丧气的走了，「最好的方式是好好睡一觉！」我在他后面叫道。

为什麽这种不符事实的营养神话，连我聪明的学生都会受骗？第一，营养的实验是很难、很难做的，而且它的研究经费出奇的少；那种长期追踪、严谨的、随机分派以建立食物效果的实验没有人做。第二，我们所吃的大部分食物在分子的层次都很複杂（酒中就有三百种以上的成分），通常你很难分离出食物的哪一个部分是有帮助，哪一部分又是有害。

我们身体处理食物的方式又更複杂了。我们对食物的新陈代谢方式也不是一概相同，有人连从一张白纸都能吸出卡路里，有人喝奶茶也不能增加体重；有人用花生酱做为主要的蛋白质来源，有人在飞机上闻到花生酱的味道就会引发过敏，甚至死亡。对研究食品营养的人来说，没有哪一种饮食是对所有人都有同样效果的，因为每个人的体质不同，尤其是怀孕的妇女。」（页64-65）

有了上述简单的科学概念，再回头去看看新闻媒体与网路上的传闻，就会发现很多网路文章都很可疑，不是被切头去尾，就是经过人为加工。这与真正的科学是有遥远的距离。很多网友在某些讨论版上争论不知从何而来的育儿概念，单凭个人经验与臆测，做出似是而非的结论。但这样的结论，若仔细去探究，从源头开始就有巨大的问题。那大家到底在争论什麽？


文章摘自泛科学（PanSci.tw）
作者：林希陶
（参考文献请阅读原文）

华人姓氏由来与演变

1992年世界赖罗傅三个姓氏联合在吉隆坡召开恳亲会。我受邀担大会议长。出席恳亲会的，除本地三姓的宗亲之外，也有来自台湾以及东南亚各地的三姓宗亲。后来，我担任富贵集团的顾问，受到集团创办人拿督鄺汉光之邀，参与撰写本邦华人重要姓氏的简介。

华人是重视血缘的族群，家有家谱，族有族谱，由来已久。我们常说饮水要思源，做人要有根有本，认识姓氏的根源是重要的。但是今日本地的华人社会对自己姓氏的歷史已经到了一问三不知的地步。有人说重视血缘姓氏是过时的封建思想，其实不然。说到做人要有根有本，必须由认识自己姓氏起源开始。

谈起姓氏，虽然有关这方面的著作很多，但是较为重要的是宋代出版的百家姓。这一本书，以前是中国民间幼童的启蒙课本。不过我觉得仍有必要將有关姓氏的来龙去脉作最简单的述说，使读者能有基本的认识，知道其起源与演变。

姓是血脉延续的称號，在古代社会，各个部落的群体，都以各自用姓氏作为表明身份的標誌。原始人类社会，婚姻制度尚未成立。孩子只知有母，不知有父。因此，华族歷史上最初出现的22个姓都从女旁如：姬、姜、妲、姒、贏和姚等。当时的人都隨母姓。后来社会生產方式有了改变，婚姻制度確立，男权取代女权，孩子都隨父姓。

图片摘自百家姓圖騰（点击看大图）

秦朝的姓氏之別

秦朝之前的周代，以封建制度治国，「封建诸侯，以屏藩周」。周初建国，分封了七十多个诸侯国。诸侯又把土地分给自己兄弟臣属，这些封地的地名就称为氏。姓是標明血缘的代號，但氏不是区別血缘的。氏是从姓中演变而来的分支，是权力和地位的称號。秦代以前的姓和氏是有区別的，到了秦朝废除封建制度，代以郡县制度。于是氏便失去了意义。氏逐渐与姓合而为一。今天讲姓氏，实际上是指姓而已，氏已没有了意义了。

大约在公元前2000年，那是中华文明曙光的时代。神话中有三皇五帝的传说。所谓三皇是伏羲、女媧、神农。五帝是黄帝、顓项、帝嚳、唐尧帝、虞舜。清朝名学者顾炎武说：「言姓者始于五帝」。最初的姓只有22个，现在收录在《百家姓》一书的姓氏就有504个。华人的姓氏由少至多，是经歷了演变繁衍的结果。追溯歷史，可发现姓氏演变的种种形式和轨跡。周朝的天子姓姬，当时周朝的诸侯国姓姬有卫国、郑国、晋国、吴国、燕国、虞国、號国和赖国。吕尚姓姜，即姜太公，封在齐国。还有媯姓封在陈国。那些诸侯国的首领，又把国土再分给自己的子弟和臣属，开枝散叶。到了战国时代，各个诸侯国的国名，都成了国內人民的姓氏，如齐、鲁、宋、郑、韩、魏、赵、吴、陈、蔡、卫等姓氏，原来都是国名。诸侯国內较小的封地叫采邑，比采邑更小的封地为关、乡、亭。由采邑的地名成为姓氏有刘、冯、卢、崔、范、商、邯郸。由关封地的地名成为姓的有苏、毛、温、尹。由以乡封地名为姓的，有阎、陆、斐、郝，以亭封地为姓的有欧阳。

周朝建国之后，政府部门有了分工：司徒管土地、司马管军事、司空管工程、司土管官史、司寇管刑狱。这五种官名，后来都成了司职者子孙的姓氏。还有负责管宫廷文书典籍的官员叫史佚，后来史佚的子孙便以史为姓。

在《百家姓》书中的姓氏都有一个郡望也叫堂號。这些郡望多数是汉朝与晋朝时代的地名。郡望是最初祖先的发详地，每一个姓氏都有一个郡望，但也有些姓氏拥有一个以上的郡望或堂號。譬如说赖姓就有两个郡望即颖川和松阳。有时几个姓氏共同拥有一个郡望；如陈、钟、赖三姓的郡望都是颖川。原来在古代三姓的祖先都住在河南省的颖川即颖水一带。各姓的后代，到了华南和世界各地，不忘最初的祖籍。依然以颖川为郡望。总之郡望是姓氏族人的发祥地。郡望都是古老的地名，王姓的堂號是太原，叶姓为南阳，黄姓为江夏，林姓为陇西。汉人从中原到南方，再从南方远涉重洋，仍然没有忘记我们祖先的发祥地，是一种很好的传统。

《百家姓》是怎么样的一本书？它是以前社会的蒙学著作，也就是学童初入学时的课本。《百家姓》与《三字经》都是幼童的启蒙课本。它將华人的传统姓氏编成四言的韵文，句句押韵，使人朗朗上口。《百家姓》相传为宋代钱俶所编著，大概成书于公元760年代。宋代的皇帝姓赵，因此，排列上赵是开头的第一个姓。《百家姓》一书收录了504个姓，其中有38个是复姓。

同姓结婚不成问题

姓氏是维繫氏族的纽带，也是促使同一血缘的人团结成为一氏族的因素。另一方面，古人早就发现近血缘的婚姻，对后代遗传不利，所以坚守同姓不婚的规律。不过回顾歷史，自南北朝以来，出现过多次外族南移，与汉民族大融合，加以华族祖先从黄河流域，渐渐四处迁移。先到华南，再到马来西亚和世界各地。因此除了近亲之外，大家的血缘关係都很遥远。今天，在马来西亚华人社会，如果不是近亲，同姓结婚是不成问题的。

华人以汉族为主，其实居住在神州的还有54个少数种族。在歷史上又有5次北方外族的南下，加入了华族的大家庭。

回顾歷史，追溯各个姓氏的来源，我们会发现有些姓氏彼此是有关係的。周武王分封诸侯时把他的兄弟叔颖封于赖国，后来赖国被楚国所灭。为避战乱，赖国遗民有改姓罗或改姓傅的。因此，赖罗傅有血亲之缘。上世纪90年代，在吉隆坡举行过世界赖罗傅恳亲会。今天，在河南息县古赖国的国都故地包信镇，每年都举行一次赖罗傅謁祖大典。

刘、关、张、赵四姓有古城结义之盟。辛、柯、蔡三姓以及苏、连、许三姓都各自有他们的关係。因此，在檳城有辛、柯、蔡宗祠、和苏、连、许宗祠。吉坡隆有刘、关、张、赵共组的古城会。

以前在中国农村，同一个姓氏聚居在同一村落，各个同姓的村落，都是同一姓氏同血缘的亲人。族人必须建祠堂供奉祖先的灵位。可是到了海外，族人东奔西散，要建立宗祠是颇费周章的事。但是我们的先辈还是数典不忘祖。

在马来西亚建立了许多血缘性的宗亲组织，诸如由单一姓氏组成的血缘团体有叶氏宗祠、李姓的陇西堂、黄姓的江夏堂、王姓的太原堂、罗姓的罗氏公会、赖氏公会、傅氏公会；由多个姓氏组成的团体有刘、关、张、赵组成妁古城会，辛、柯、蔡宗祠，苏、连、许宗祠等。


作者：赖观福
文章摘自《东方日报》

2014诺贝尔奖：化学奖深度解读——突破极限，见所未见

2014年诺贝尔化学奖给了三个物理学家：艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫纳（W. E. Moerner），以表彰他们对于发展超分辨率荧光显微镜做出的卓越贡献。他们的突破性工作使光学显微技术进入了纳米尺度，从而使科学家们能够观察到活细 胞中不同分子在纳米尺度上的运动。

这三位获奖科学家都是业内大牛，很有知名度。贝齐格是美国应用物理学家和发明家，目前在美国霍华德·休斯医学研究所珍利亚农场研究园区工作；赫尔是 罗马尼亚出生的德国物理学家，现在担任德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所所长；莫纳则是美国单分子光谱和荧光光谱领域的著名专家，从1998年至今一 直在斯坦福大学担任教授。

2014 年诺贝尔化学奖得主：（左）艾力克·贝齐格（Eric Betzig），（中）斯特凡·W·赫尔 （Stefan W. Hell），（右）W·E·莫纳（W. E. Moerner）。图片来源：从左至右：janelia.org, wikipedia, wikipedia

这三大牛中，贝齐格是一个极具个性的人。20世纪90年代初，贝齐格加入贝尔实验室，研究一种非常特殊的显微镜（叫近场显微镜）。贝尔实验室是个高 手云集的地方，已经出了好几个诺贝尔奖得主。但是，贝齐格在贝尔实验室做了几年、发了好几篇好文章、得了好几个奖之后就觉得在学术界没意思，于是乎毅然决 然地离开了贝尔实验室。去哪儿呢？这里不得不说一下，贝齐格其实是个土豪，是个富二代。他离开贝尔之后就去他爸开的公司 了。是金子到哪儿都闪发光，在公司上班的几年间，贝齐格又搞出了好几个发明和专利。赚了大把的钱之后，贝齐格觉得在工业界待“累了”，又想回学术界——但 这个时候，他已经离开学术界七年，想回来谈何容易？

怎么办？牛人说：没事，我先在家捣鼓捣鼓。就这样，贝齐格在自己家客厅捣鼓出了一个超分辨率荧光显微镜（PALM，见下），最终导致他夺得今年的诺 贝尔化学奖。不过故事到这里还没有结束：捣鼓完这个超分辨率显微镜没几年，贝齐格又觉得自己的这个技术没太多意思，便转到另外一个方向，开始引领另一个潮 流（选择性光片照明显微镜，这几年刚火起来的一个领域）。另外一个有意思的事情是，今年八月在德国的一个学术会议 上，有人问贝齐格关于诺贝尔奖的事，大牛撇撇嘴傲娇地回答道：诺贝尔奖没意思，做有趣的科研才是正事。

光学显微镜及其分辨率限制

为什么说这三位获奖者的工作是突破性的呢？

故事得从光学显微镜说起。随着黑暗的中世纪时代结束，欧洲进入文艺复兴时期。在文化艺术得到极大发展的同时，现代自然科学也慢慢发展起来：第一台光 学显微镜正是在文艺复兴时期问世。是谁制造了第一台光学显微镜已不完全可考（一说是两个荷兰的眼镜制造商于16世纪晚期发明），但这不重要。重要的是，从 此以后科学家们可以用光学显微镜来瞧瞧这个瞅瞅那个了，观察的对象当然也包括各种生命有机体。在那个时代，随便看看树叶小草也是个重量级的大发现：著名的 罗伯特·胡克（Robert Hooke）先生就是在1665年用光学显微镜看了看红酒瓶的软木塞从而发现了细胞的存在。现代生物学及微生物学皆因光学显微镜而诞生，光学显微镜也成为 生命科学中必不可少的工具。随着人们观测的东西越来越小，人们不禁疑问，光学显微镜到底能看多小？

“能看多小”换成比较科学的说法就是“分辨率有多高”。分辨率（严格讲是光学分辨率）描述的是成像系统解析成像细节能力，或者说是成像系统能区分的 两点之间的最小距离。1873年，物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）得出结论：传统的光学显微镜分辨率有一个物理极限，即所用光波波长的一半（大概是0.2微米，即200纳米）。

为什么会这样呢？要理解这个，我们回到高中物理曾经介绍过的单缝衍射实验：当一束光经过一条狭缝，在中间亮条纹的两侧会出现一系列明暗交替的条纹。 这是因为光是电磁波，它被狭缝限制时会发生衍射从而偏离直线传播。如果光经过的不是一条狭缝，而是一个圆孔，那么圆孔会在各个方向上限制光的传播，从而光 在各个方向上发生衍射而形成圆孔衍射图样，或者叫“爱里斑”（Airy Disk）：这个图案中心有一个比较大的亮斑，外围有一些 明暗交替的环。同样的道理，由于衍射的存在，成像系统无法把光线汇聚成无限小的点，而只会在像平面上形成有限大小的爱里斑。通过任何光学仪器成像的过程， 都可以认为是把物平面上的无数微小的点转换成爱里斑，然后再把它们叠加起来呈现在像平面上。这样的结果是，任何成像系统所得到的像无法精确地描述物体的所 有细节。

那么像平面上能够呈现多精细的细节？假如物平面上有两个点，通过一个光学成像系统后产生两个爱里斑。当这两个点离得较远时，像平面上的爱里斑也会离 得较远——此时我们可以轻松分辨出物平面上有两个点。如果把两个点逐渐移近，爱里斑也会随之接近。当它们接近到一个圆斑中心与另一个圆斑边缘重合的时候， 我们达到能够分辨出有两个点的极限（这就叫瑞利判据）。如果这两个点更接近，像平面上的两个爱里斑就几乎重合在一起，成为一个圆斑，那物平面上的两个点就 不可分辨了。因此，爱里斑的直径就给出了理想光学系统的最高分辨率；在光学显微镜中，这个数值大概是光波波长的小一半，0.2微米或200纳米。

（A），（B）爱里斑；（C）分辨率及瑞利判据。图片来源：wikipedia.org。

很长时间以来，人们都认为光学显微技术无法突破这个极限。为了达到更高的分辨率，很多人选择了其他显微技术，如电子显微镜（分辨率能达到0.2纳 米）。事实上，电子显微镜也是遵循衍射规律的。不同的是电子波长比光波短1000倍，从而分辨率更高。然而，电子显微镜有一个很明显的缺点：它很难用于活 体生物样品的观察；相反地，光学显微镜对于观察的样品基本没有侵略性。

超分辨率荧光显微镜的原理

这三位科学家是如何突破光学显微镜的分辨率极限呢？

首先登场的是莫纳。超分辨率荧光显微镜很重要的一个方面是荧光。荧光是一种光致冷发光现象。荧光分子能够吸收一种波长的光，放射出另外一种波长的 光。荧光分子是有一定寿命的，其持续发光一段时间后，将不能继续发光（这种现象叫做光致褪色）。荧光分子可以是荧光蛋白质分子（如2008年诺贝尔化学奖 得主钱永健发现的绿色荧光蛋白），也可以是有机分子。在莫纳之前，人们观测荧光分子时都是同时观测到几百万几千万个分子，得到的结果是其平均统计结果。而 莫纳是第一个能够探测单个荧光分子的人，于1989年将技术推进到观测单个荧光分子。能够探测并观察单个荧光分子对于超分辨率显微镜极其重要。虽然单个荧 光分子成像后也是一个0.2 微米的爱里班，但是在没有其他分子存在的情况下，它的中心位置可以更精确地被确定下来的。这就好比一座山峰直径很大，但是峰顶的位置却能轻松的测量。在一 定条件下，单个荧光分子的定位精度能达到1纳米。这是超分辨率显微镜的基础。

莫纳的另一个贡献是发现了像控制电灯泡一样方便地控制荧光蛋白发光的方法：一些已褪色的荧光蛋白在照射 405nm激光后能够被激活，再照射其激发光（如488nm）即可重新发出荧光；这个方法称为“光激活（photoactivation）”。

光激活定位显微镜原理。图片来源：修改自 2014 年诺贝尔化学奖报告。

贝齐格发明的超分辨率显微镜叫光激活定位显微镜（photoactivated localization microscopy，PALM），其中所利用的就是莫纳发现的光激活方法。贝齐格利用微量的405nm激光照射样品，使得其中极小部分荧光分子能够发出 荧光。由于这些发光的荧光分子很稀疏从而相距较远，它们的位置能够精确地确定下来。等这些分子光致褪色后，再次照射405nm激光而激活另一小部分荧光分 子。重复这个过程即可将样品中的所有分子定位出来，从而得到整个样品的图像。

溶酶体膜在不同显微镜下的成像结果。（左）传统光学显微镜成像；（中）光激活定位显微镜成像；（右）放大的光激活定位显微镜成像。注：0.2 微米刻度相当于阿贝衍射极限，分辨率得到很大改善。图片来源： Science 313：1642–1645。

赫尔则另辟蹊径，他发明的是STED（受激发射损耗，stimulated emission depletion）荧光成像技术。在这个技术中，虽然激发光脉冲能够激发0.2微米区域内的所有荧光分子，但是另一种甜甜圈形状的激光能将其照射区域的 所有分子的荧光消除，从而只留下中间的分子的荧光。通过扫描整个样品，从而实现对整个样品的成像。

STED显微镜原理。图片来源：修改自2014年诺贝尔化学奖报告。

另一片天空

今天，科学家们能够从最微小的分子细节来研究活细胞，这在前人看来是不可能的事情。在纳米显微 （nanoscopy）领域，科学家可以观察到更小的结构，也可以观测活细胞中不同分子的运动—— 他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，他们能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，他们也能够在受精卵分裂形 成胚胎时追踪不同的蛋白质。这无疑将推动人类从分子水平理解生命科学中的现象与机理。

华人科学家庄小威的工作

值得一提的是，几乎与贝齐格2006年发明PALM同时，哈佛大学化学系与物理系的华人教授庄小威也独立发明了另一种超分辨率显微镜 （STORM，stochastic optical reconstruction microscopy）。PALM和STORM这两种显微技术不仅同年，而且原理也基本一致。不同之处在于贝齐格利用的是光激活蛋白，而庄小威使用的是有 机荧光分子对。但很遗憾的是，庄小威并未能分享今年的诺贝尔化学奖。

（编辑：Calo）


文章摘自果壳网

2014诺贝尔奖：化学奖揭晓——看到纳米的世界

很长时间以来，人们都认为光学显微技术无法突破一条极限：它永远不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率 。然而，2014年诺贝尔化学奖的得主使用荧光分子，巧妙地绕开了这一极限。他们突破性的工作将光学显微技术带到了纳米尺度。

在纳米显微学（nanoscopy）的领域中，科学家使活细胞中不同分子的运动可视化——他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，他们能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，他们也能够在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。

今天，科学家们竟然能够从最微小的分子细节来研究活细胞，在前人看来这简直是不可能的事情。在1873年，显微镜学者恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）给传统的光学显微镜分辨率规定了一个物理极限：它不可能突破0.2微米。而艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫尔纳尔（W. E. Moerner）于2014年被授予诺贝尔化学奖，正是由于突破了这个极限。由于他们的成就，光学显微镜现在可以进入纳米世界了。

左：艾力克·贝齐格，美国人，霍华德·休斯医学研究所的研究带头人。1960年生于美国密歇根州安娜 堡，1988年获得美国康奈尔大学博士学位。中：斯特凡·W·赫尔，德国人，哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的主任，海德堡德国癌症研究中心的部门 主任。1962年生于罗马尼亚阿拉德，1990年获得德国海德堡大学博士学位。右：W·E·莫尔纳尔，美国人，美国斯坦福大学应用物理系和化学系教授。 1953年生于美国加州普利桑屯，1982年获得美国康奈尔大学博士学位。图片来源：从左至右：janelia.org, wikipedia, wikipedia

本次奖项颁给两个不同的研究。其一是斯特凡·W·赫尔在2000年发明的受激发射损耗（STED）显微技术。这项研究使用了两道激光束，一束用来激发荧光 分子使其发光，另一束则将大部分发光抵消——除了一块纳米尺度的微小区域。显微镜一纳米一纳米地扫描样本，并产生图像，其分辨率远好于阿贝分辨率的限制。

STED显微镜的工作原理。

艾力克·贝齐格和威廉姆·莫尔纳尔各自独立做出的成就，为第二种方法——单分子荧光显微术打下了基础。这种技术关键是发现可以打开和关闭单个分子的 荧光。科学家们对同一区域多次成像，每次只让几个零散的分子发出荧光。通过对这些图像进行叠加，他们得到了一幅纳米级分辨率的超级稠密图像。2006年， 埃里克·白兹格首次将这种技术投入了实际运用。

今天，纳米显微技术已经在全球被广泛使用，并且不断在为人类做出新的贡献。

2014诺贝尔奖化学奖奖项解读。（点击看大图）

（编辑：Calo）


文章摘自果壳网

2014诺贝尔奖：物理学奖揭晓——蓝光LED照亮世界

2014年诺贝尔物理学奖得主的贡献是发明了一种高效而环保的光源——蓝色发光二极管（LED）。继承阿尔弗雷德·诺贝尔的精神，本次奖项奖励的是一项对 全人类带来巨大益处的发明；蓝光LED的出现使得我们可以用全新的方式创造白光。随着LED灯的诞生，我们有了更加持久、更加高效的新技术来替代古老的光源。

2014年诺贝尔奖奖项解读图示。资料来源：nobelprize.org 制图：果壳网

当赤崎勇（Akasaki Isamu），天野浩（Amano Hiroshi）和中村修二（Nakamura Shuji）在20世纪90年代初期用半导体中发出一道蓝光时，他们在发光技术的基础领域开启了一次转型。红光和绿光LED当时已经问世很久，但是没有蓝光LED的存在，白光灯就无法制造出来。尽管在科学界和工业界都为此付出了巨大的努力，但30年间，蓝光LED都是一项艰巨的挑战。

在其他人都失败之时，他们成功了，赤崎勇与天野浩在名古屋大学共同奋斗，中村修二则是日亚化学——德岛市一家的小公司——的雇员。他们的发明是革命性的。白炽灯泡点亮了20世纪，而21世纪将由二极管点亮。

白光二极管灯发出明亮的白光，既持久又节能。它们一直在被改进，每个电力输入单位（以瓦特计）带来的光通量（以流明计）更高，同时更高效。最近的纪 录是刚刚超过300流明/瓦特，而白炽灯的效率只有16流明/瓦特，而荧光灯的效率也不过70流明/瓦特。由于全球电力的近1/4都用在照明上，LED为节约地球资源贡献良多。鉴于LED的使用寿命可达10万小时——而白炽灯只可用1000小时，荧光灯可用10000小时——照明材料的消耗也节约下来了。

在提高全球15亿无法接受电网供应的人们的生活质量方面，LED灯有着明朗的前途——由于所需的能量较低，廉价的本地太阳能就能给LED灯供能。尽管蓝光LED仅仅被发明了20年，但它已带来了一种全新的白光生产方式，我们全部人都因此受益。

想要马上了解LED的发展简史？果壳网制作了精美的信息图示：

点击看大图

（编辑：Calo）


文章摘自果壳网

2014诺贝尔奖：生理学或医学奖深度解读——大脑中的「定位系统」

飞鸽传书，老马识途。当还处在原始时代的时候，人类就已经意识到，很多动物都具有出类拔萃的导向能力，纵使万水千山，无论阴晴雨雪，这些神奇的动物总能知道路在何方。人类当中也不乏这样的认路高手，他们的脑海中似乎嵌入了一张高分辨率地图，怎样都不会迷失方向。作为一个出门不带GPS简直不能活的路痴，我总是非常羡慕这样的人和动物，难不成他们的大脑当中还内置了一个活体GPS？刚刚揭晓的2014年诺贝尔生理学或医学奖，恰恰向我们解答了这个问 题。

如何才能不迷路呢？首先，我们必须知道自己要去的是个怎样的地方。譬如说，我要去北京故宫，我首先得知道那是一个有着红色宫墙和金色琉璃瓦的巨大宫殿。抽象一些说，我们要通过一系列特征来确定某一个位置。在我们的大脑中，正存在着这样一种专门负责记住位置特征的神经元。本届诺贝尔生理及医学奖其中一 位得主，伦敦大学学院（University College London）的约翰·奥基夫（John O’Keefe），早在1971年就和同事在大鼠大脑中一个叫做海马（hippocampus）的脑区里就发现了这样一种神经元，他们将其命名为「位置细胞」（place cell）。

约翰·奥基夫。他的团队在1971年发现了位置细胞。图片来源：Per Henning/NTNU, wikipedia

当时，他们在大鼠的海马中植入了一个记录电极，然后将大鼠放置在一个空旷的房间中自由活动。他们发现，只有当大鼠处在特定的位置上时，特定的位置细胞才会活跃，奥基夫将那些导致特定位置细胞活跃的区域称为这些位置细胞的发放场（firing field）。大鼠通过各种感官从环境中获取外界的特征信息，而位置细胞则能够和海马中其它的细胞合作，将那些输入的特征信息与过往记录到的不同位置的特征信息加以比对。一旦信息能够匹配上，与那个位置相对应的特定位置细胞就会变得活跃。通过这种方法，我们的大脑能够将特定的特征信息与特定的空间位置联系起来，形成了空间位置记忆。

右图中浅灰色区域为大鼠的脑，深灰色代表海马，橘黄色示意位置细胞所分布的区域。左图为大鼠在空旷房间中的运动轨迹，其中橙色的点表示当记录到某一批位置细胞活跃时大鼠所在的位置，浅橙色圆斑表示理论上这些位置细胞的发放场。图片来源：nobelprize.org

在对位置细胞超过30年的研究中，奥基夫的团队对这类细胞作了更加深入的研究。他们发现，和别的记忆一样，这种空间位置记忆既可能随着时间推移而遗忘，也可以通过反复训练来加强，乃至终身保留。但是这种记忆的特殊之处在于它拥有一定的可塑性：当环境发生一定程度的变化时，这些记忆也可以根据环境改变作出一定的修正，这解释了我们为什么能在周遭环境不断变化时依然可以准确地记住那些地点。此外，奥基夫还注意到位置细胞还可以分出一些亚类，比如有一类专 门对活动边界——一堵墙或是一道无法跨越的沟壑——敏感的神经元，他们将其命名为边界细胞（border cell）。

然而，仅仅能够记住地区的特征还不足以解释动物的空间定位能力。如果地图描述了每一个地方的特征，却没有告诉我们这些地点的相对位置，我们依然无法凭借这些信息进行导航。为了能够更好地描述不同地点的位置信息，人们在地图上引入了「经纬度」的概念，这种不依赖于具体位置特征的完全均匀的空间坐标系能够赋予地图上每一个地点一个独一无二且方便查找的坐标。

奥基夫发现位置细胞30多年后，一对科学家夫妇，迈-布里特·莫泽（May-Britt Moser）和她的丈夫爱德华·莫泽（Edvard I. Moser）通过一系列实验证明，动物的大脑当中也存在类似的建立空间坐标系的机制。这些发现使他们与奥基夫共享了今年的诺贝尔生理学或医学奖。

迈-布里特·莫泽（左）和丈夫爱德华·莫泽（右）。图片来源：The Kavli Institute at the NTNU, wikipedia

在此之前，学术界普遍认为，动物的空间定位能力完全来自于海马的记忆，因此对于空间定位机制的研究也一直局限在海马内部。而莫泽尔夫妇在奥基夫以及该领域另一位大牛理查德·莫里斯（Richard Morris）的实验室做访问学者期间，独辟蹊径地想到空间定位机制可能还依赖于海马之外的脑区。他们从投射向海马的上游神经元入手，经过多年努力搜索， 终于在2005年于海马以外一个叫做内嗅皮质（entorhinal cortex）的脑区里发现了一种全新的神经元，他们将其命名为网格细胞（grid cell）。虽然网格细胞的活跃也和动物所处的位置有关，但是与位置细胞不同，网格细胞的活跃并不依赖于外界输入的特征信息，任意一个网格细胞的发放场在空间中均匀分布，并且呈现出一种蜂巢式的六边形网格状。

上图示意当大鼠在空旷房间中运动时，某一个网格细胞的发放场。可以看出这些发放场呈现出均匀的六边形分布。右图示意网格细胞在大鼠脑中的相对位置。图片来源：nobelprize.org

网格细胞的这种独特的活动模式当时在神经科学中可以说闻所未闻，这给与了莫泽夫妇大展拳脚的广阔空间。他们一鼓作气，对网格细胞的工作机制进行了更加深入的探索。他们发现，早些年发现的另外两种细胞，即之前提到的边界细胞以及位于海马下托（subiculum）的头部方向细胞（head- direction cell），都与网格细胞具有广泛的功能联系。其中，头部方向细胞的功能在于分析来自前庭系统的信息以确定头部朝向的方向。

后来，随着计算神经科学的发展，科学家逐渐揭示出网格细胞可以整合来自边界细胞的边界信息、来自头部方向细胞的方向信息以及来自视觉和本体感觉的距离信息，并通过一些复杂的算法来确定自己在这个六边形坐标系中的精确坐标。

有了网格细胞确定的坐标系，有了位置细胞记录的位置特征，再加上边界细胞划定的边界，在大脑中绘制地图所需的基本信息也就完备了。顺着这个思路，莫泽夫妇、奥基夫以及该领域的许多其它科学家很快就建立起了一套不同导向细胞之间相互协作的理论模型。

示意来自海马（橙色）的位置细胞与边界细胞与来自内嗅皮质（蓝色）的网格细胞共同构建了动物大脑中的“认知地图”。图片来源：nobelprize.org

不久之后，研究者在包括人类在内的基本上所有哺乳动物脑中都发现了类似的空间定位系统，为这套理论的实际运用铺平了道路。一方面，空间位置记忆作为记忆的一种，被广泛运用到学习记忆机制的研究中。被各大实验室广泛采用的空间恐惧记忆，就是基于这套理论所建立的行为范式，为深入理解学习记忆的机制提供了良好的研究工具。另一方面，这套理论也被应用于人类身上。一项调查显示，穿梭于迷宫般的伦敦街道的出租车司机拥有更为发达的海马，这些结果提示，只要勤加练习，大脑中的GPS也可能变得更加性能卓越。此外，如阿兹海默病（Alzheimer’s Disease，AD）等许多疾病会导致患者出现不认识路的症状，关于定位与导航的研究可以帮助医生和科学家加深对这些疾病的认识，从而更好地诊断、治疗这些病症。

奥基夫和莫泽夫妇的工作为人类理解认知机制，探索神经科学做出了杰出的贡献。即使无需动用位置细胞，他们在科学发展中的位置，也必将会被人们所铭记。


（编辑：Calo）


文章摘自果壳网

2014诺贝尔奖：生理学或医学奖揭晓

2014年诺贝尔生理学或医学奖被授予约翰·奥基夫（John O ́Keefe）、迈-布里特·莫泽（May‐Britt Moser）和爱德华·莫泽（ Edvard Moser）三人。他们发现了大脑里的「GPS」系统。根据诺贝尔官方网站（nobelprize.org）提供的信息，果壳网为你带来如下解读：

图片来源：nobelprize.org 编译：果壳网

我们是怎么知道我们身在何方的？我们怎么找到从一个地方到另一个地方的路线的？我们是怎么把这些信息储存下来，让我们重返故地的时候能立刻找到路？

2014年诺贝尔生理学或医学奖的得奖者发现了大脑里的「定位系统」，一台内置的GPS，使得我们能在空间中定位自己身在何处，这表明这种高级认知功能也有细胞级别的基础。

1971年，约翰·奥基夫发现了这个定位系统的第一个成分。他发现，大脑海马体里有一种神经细胞，每当大鼠身处屋子的某个特定地点的时候，这种细胞总是会被激活。其它神经细胞则在大鼠身处其它地方的时候被激活。奥基夫的结论是，这些「位置细胞」（place cells）组成了屋子的地图。

三十多年后，迈-布里特·莫泽和爱德华·莫泽发现了大脑定位系统的另一个关键成分。他们发现了另一种神经细胞，命名为「网格细胞」（grid cells），它们组成了一个坐标系，允许生物进行精确的定位和寻路。他们的后续研究表明，地点细胞和网格细胞一起使得定位和导航成为可能。

约翰·奥基夫，迈-布里特·莫泽和爱德华·莫泽的研究回答了困扰哲学家和科学家数百年的问题——大脑如何给周围的空间创造地图，我们如何在复杂的环境中寻找路线。

我们如何感知我们所在的环境？

人存于世，位置感和导航能力是不可或缺的。位置感使我们能够感知自己在环境中所处的位置。在导航时，我们的位置感会与基于运动和对先前位置认知所形成的距离感相互联系起来。

关于地点和导航的问题困扰了哲学家和科学家许久许久。200多年前，德国哲学家康德认为一些精神能力是独立于经验的先天知识。他认为空间概念是意识中既有的原则，人们会通过，也必须通过这些原则感知世界。

到20世纪中叶，行为科学的出现使得这些问题得以通过实验手段进行解答。当爱德华·托尔曼（Edward Tolman）观察迷宫中大鼠的运动时，他发现它们能够学习如何导航，并提出它们脑中形成了一副「认知地图」，使它们找到自己要去的路。但问题并未完全解决：这个「地图」在大脑中的表征是什么？

约翰·奥基夫以及空间位置

在20世纪60年代晚期，约翰·奥基夫对于大脑如何控制行为和决策这一问题十分着迷，并常试图用神经生理学的方式来解决这一问题。当他记录在屋内自由跑动的大鼠的大脑海马体内单个神经细胞的信号时，奥基夫发现，当大鼠经过特定位置时，某些神经细胞会被激活。他发现这些「位置细胞」不仅仅接受视觉信号输入，而且还会在脑中绘制周围环境的地图。奥基夫总结道，通过在不同环境中被激活的不同的位置细胞，海马体能生成很多地图。因此，关于环境的记忆能以位置 细胞活性的特定组合形式被存在海马体中。

迈-布里特·莫泽和爱德华·莫泽找到了定位系统

迈-布里特·莫泽和爱德华·莫泽在绘制移动中的大鼠的海马体连接时，在附近的内嗅皮层中发现了一种让人惊异的活动模式。当小鼠通过六角网格中的某些 位置时，内嗅皮层中的某些固定的细胞会被激活。每个细胞都对应着某个特定的空间格局，这些「网格细胞」共同建立出一个可以进行空间导航的坐标系统。它们和 内嗅皮层中其他负责辨识头部方向和房间边界的细胞一起，与海马体中的位置细胞共同组成了神经回路。这个回路系统在大脑中建立了一套综合定位系统，一个内置 的GPS。

图片来源：nature.com 编译：Calo

人类大脑里的「地图」

根据最近的脑成像技术调查，以及对接受神经外科手术患者的研究都显示，位置细胞同样存在于人体中。在早期阶段阿尔兹海默氏疾病的早期阶段，患者的海马体和内嗅皮质经常会受到影响，以致这些患者经常无法辨别周边环境并且迷路。了解大脑的位置系统或许可以因此帮助我们了解这种疾病如何对患者的空间记忆丧 失造成影响。

这一对大脑位置系统的发现代表了我们进一步认识大脑特化细胞如何协同合作，并执行更高水平的认知功能。它为我们理解认知过程，比如记忆、思维与计划开辟了新的途径。

接下来，果壳网将继续直播其他诺贝尔奖奖项的颁奖并进行解读。（编辑：Calo）


文章摘自果壳网

第一颗人造卫星发射升空

1957 年的10月4日，一具苏联的火箭悄悄发射升空，成功将一颗约莫海滩球大小（直径 58 公分），有着四根细长天线的小圆球送上五百多公里高的轨道，为夜空增添一颗闪烁的星星。它就是第一颗人造卫星──史普尼克一号（Sputnik 1）。

图片摘自维基百科

太阳系（三）

水星

「信使号」探测器拍摄的水星照片（摘自维基百科）

水星是太阳系最小的行星，只比月球大一点，却比木星最大的卫星 —— 木卫四（Callisto）还小。它是距离太阳最近的行星，因此在水星上见到的太阳比在地球见到的大超过三倍！水星自转一周是59个地球天，而绕太阳公转一周则需要88个地球天。水星没有卫星及光环，它是类地行星 / 岩石行星（Terrestrial planet / Rocky planet / Telluric planet），表面充满坑洞，和月球相似。而科学家推断水星的内核有大量的铁。

水星拥有非常稀薄的大气层，由氧气（O₂）、钠（Na - sodium / natrium）、氢气（H₂ - hydrogen）、氦（He - helium）和钾（K - potassium / kalium）组成。由于缺乏大气层的调节，水星表面的温度变化是非常极端的。白天的温度高达430摄氏度（430^oC），夜晚则下降至零下180摄氏度（-180^oC）。

目前为止共有两艘探测器到访过水星，那就是属于美国国家航天局（NASA - National Aeronautics and Space Administration）的信使号（Messenger）和水手10号（Mariner 10）。

第一艘探测水星的探测器——「水手10号」（图片摘自维基百科）

2012年，水星探测器「信使号」在水星北极区域，发现在永远晒不到太阳的阴暗坑洞内隐藏了大量的冰。但目前为止，科学家没有发现水星有生命的迹象，科学家认为水星上的极端气候让生物无法生存。

金星

金星的体积仅比地球稍微小一点，它是距离太阳第二远的行星，大约1亿8百万公里（请参考太阳系（一）），也是最靠近地球的行星。

图片摘自NASA（点击看大图）

金星自转一周（金星的一天）等于地球的243天，而金星绕太阳公转一周（金星的一年）等于225地球天。也就是说，金星的一天比一年还长！

金星是一种类地行星 / 岩石行星，它的固态表面充满坑洞和火山口。金星拥有非常厚而有毒的大气层，主要由二氧化碳（carbon dioxide - CO₂）和少量氮气（nitrogen - N₂）组成，导致热能无法散发，因此它是太阳系最热的行星。金星表面温度高达460 - 500 ^oC，白天和夜晚的温度相差不大。金星天上则是充满硫酸（sulfuric acid - H₂SO₄）的云。

金星没有卫星，也没有类似土星的环。金星是太阳系内唯一由东向西自转的行星，因此您猜一猜在金星日出是在哪一个方向？

目前为止有超过40架无人太空船曾探索金星，其中科学家利用麦哲伦号金星探测器（Magellan spacecraft）探测金星时传回来的数据绘制了覆盖金星98%表面的地图。

除了太阳和月亮，金星是天空中最亮的行星，我们可以用肉眼看到它。

图片摘自维基百科

上图是太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory, SDO）拍摄到的金星凌日（Transit of Venus）现象，右上方的小黑点就是金星。金星位于太阳和地球之间，当它直接从太阳的前方掠过，成为太阳表面的可见暗斑或遮挡一小部分的太阳就是金星凌日。


地球

地球是距离太阳第三远的行星，大约有1亿5千万公里。一个地球天（地球绕地轴自转一周）有24小时，而一个地球年（地球绕太阳公转一周）则是365.25天。地球和水星、金星与火星一样是类地行星，但地球上有海洋，海洋占据了地球百分之七十的表面。

地球是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球有一层厚厚的大气层（atmosphere），由78%的氮气（N₂ - nitrogen）和21%的氧气组成（O₂ - oxygen），另外1%是其他气体，例如二氧化碳（CO₂ - carbon dioxide）等。地球的大气层除了使人类及其他生物可以呼吸，也让大部分进入地球的陨石（流星）在还未撞击地球表面之前燃烧殆尽，而臭氧层（Ozone Layer）与地球磁场（Earth's magnetic field）一起阻挡了来自宇宙的有害射线，例如太阳的辐射等，保护地球上生物的安全。

地球只有一个天然卫星，那就是我们熟悉的月球。

图片摘自NASA

宝蓝色的地球，这是由安装在美国国家极地轨道运行气象卫星（Suomi NPP - Suomi National Polar-orbiting Partnership weather satellite）上的可见光红外成像辐射仪（VIIRS - Visible infrared Imaging Radiometer）拍摄到的。

现在地球遭受人口过剩、工业灾难（如空气污染、水污染和光害）、酸雨及有毒化合物袭击、植被流失（包括过度放牧、森林砍伐、土地荒漠化）、野生动物消失、物种灭绝、土壤退化、土壤过度消耗、腐蚀、和外来物种入侵等环境灾难问题。而目前人类还在激烈争论二氧化碳排放增加造成的温室效应导致气候改变的问题¹。

图片摘自维基百科（点击看大图）

上图是夜间的地球。使用1994年11月至1995年3月间之照片组合而成，图中亮区是由城市化所产生，借此图可看出全球的经济差距，如南北韩间以及欧洲和非洲之间。最发达地区如美国和日本暗区较少，欠发达地区则只有零星灯光。七大洲中只有南极洲是完全黑暗的²。


火星

图片摘自NASA

火星是距离太阳第四远的行星，大约2亿2千8百万公里或者1.52个天文单位（天文单位的缩写的标准符号为AU，也写成au、a.u.或ua，是天文学上的长度单位，起初等於149,597,871公里，就是地球与太阳的平均距离，现已改為绝对距离149,597,870,700米）。火星的自转一周（火星的一天）和地球差不多一样，比24小时长一点点，而公转则需要687个地球天。

火星是一个类地行星/岩石行星，它的固体表面怖满火山口、陨石撞击坑、地壳移动的痕迹与灰尘暴风。火星拥有自己薄薄的大气层，主要由二氧化碳（95%）、氮气和氩气（argon - Ar）组成。火星的体积比水星大一点点，直径大约是地球的一半。

火星有两个月亮（天然卫星）——火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）Phobos和Deimos的意思都是「害怕」，是希腊神话中的战神阿瑞斯（Ἀρης，或在罗马神话中名叫Mars）的孩子。火卫一的体积是火卫二的7.24倍。这两颗天然卫星的形状不规则，科学家认为它们可能是被火星的地心引力捕获的小行星。由于火卫一距离火星只有6000公里，在潮汐力（就是地心引力的效果）的作用下，火卫一的轨道越来越小，最后它将会撞到火星表面，或者破碎而形成火星环（目前火星没有环）。

左图是火卫一（Phobos），右图是火卫二（Deimos）图片摘自维基百科

目前为止有超过40艘太空飞行器访问过火星，1965年水手4号首次飞掠火星，是第一个人类的火星探测船。科学家认为火星无法让生物生存，但目前的研究显示它可能拥有液态水，甚至不排除以后可以在那里找到生命。由于火星的大气层很薄，无法保留很多热能，使地表日夜温差很大，某些地区地表温度白天可达28℃，夜晚可低至-132℃，平均-52℃。

我们可以在地球上以肉眼观看到火星，它的亮度只比木星、金星、月亮和太阳暗。古代中国人认为火星在位置及亮度上都常变不定，因此称之为「荧惑」，代表不祥的征兆。

火星（图片摘自果壳网）

火星表面的岩石含有较多的铁质。当这些岩石受到风化作用而成为砂尘时，其中的铁质也被氧化（oxidize）成为红色的的氧化铁。由于火星表面非常干燥，没有液态水的存在，这使火星上的砂尘极易在风的吹动下到处飞扬，甚至发展成覆盖全球的尘暴。1971年，当「水手9号」空间探测器飞临火星上空时，就曾观测到一次巨大的尘暴。正是这种反复发作的尘暴，使火星表面几乎到处都覆盖着厚厚的氧化铁砂尘，从而呈现出红色的面貌。

延伸阅读：科学家找到液态水目前仍存在于火星表面的证据

以上资料来自：
1. 维基百科
2. Solar System Exploration（NASA）
3. 儿童资源网



本站相关文章： 
1. 太阳系（一）
2. 太阳系（二）
3. 太阳系（四）——木星

想更深入认识太阳系？您可以点击以下图画进入NASA网站。

碳酸饮料，儿童不宜？

图片摘自dcgazette.com

2013年10月31日，北京市教委发布了一个通知，禁止在中小学销售碳酸饮料。这一规定引起了巨大反响，被认为是「与国际接轨，保护学生健康」的一个举措。说是「与国际接轨」有一些夸张，不过英国和法国的确禁止了在校园内销售含糖软饮料。在美国，洛杉矶、费城、迈阿密等城市也禁止或者进行了限制， 而加州更在2005年把这种限制变成了法律。

「碳酸饮料」如果顾名思义，是加入了二氧化碳的饮料，比如苏打水、汽水等。在实际生活中，人们更多地指可乐、雪碧之类的甜饮料。这些饮料有什么问题，以致于触犯众怒，被禁止在学校内销售呢？

流行的碳酸饮料都是甜的。饮料要达到多数人喜欢的甜度，需要10%左右的糖。不管是蔗糖还是高果糖浆，这些糖都太多了。比如经典版可乐，一个麦当劳 的儿童杯（250毫升）含有30克糖。美国心脏协会推荐，每天来自于这种「添加糖」的热量，成年人男女分别不超过150和100大卡，分别对应于37.5 和25克糖。对于孩子，30克糖显然是有点多了。

糖对儿童健康的影响首先在于肥胖。2006年《美国临床营养杂志》发表过一篇综述，总结了10年间发表的30项高质量研究。而2007年《美国公共健康杂志》发表的另一篇综述则收集了88项的研究。两项综述的结论非常一致：含糖饮料的饮用与体重的增加密切相关。这也是支持学校禁售令的直接证据。

除了导致体重增加，糖还对牙齿健康有重要影响。口腔内有许多细菌，残留在口中的糖会成为细菌的养料，促进它们的生长。这些细菌把糖转化成酸，会腐蚀牙齿，导致龋齿（蛀牙）。

当然，还有多碳酸饮料是「低糖」或者「无糖」的。「低糖」是用甜味剂（Sugar substitute / Sweetener）代替了部分糖，而「无糖」则是完全用甜味剂来产生甜味。甜味剂不产生热量，也不会被细菌发酵导致龋齿。如果跟喝同样量的含糖饮料相比，它不会导致肥胖和龋齿的问题。但是，饮料毕竟只是整个饮食的一部分，除了它本身的热量，还需要考虑它对其他饮食的影响。有一项动物实验显示，吃甜味剂的老鼠比吃糖的老鼠胃口更好，会吃下更多的食物，而这反过来同样增加体重。

除了糖，碳酸饮料中的其他成分对于健康也没有积极作用。比如，很多碳酸饮料中都含有磷酸（phosphoric acid）。磷（phosphorus）是人体必须的微量成分，对于成骨和蛋白合成不可或缺。但 是，正常饮食中已经含有丰富的磷。对于多数人来说，不存在磷缺乏的问题，反倒是「磷过量」更值得关注。摄入过多的磷会导致血液中的磷含量增加，与钙结合之后沉积下来，可能导致器官与组织硬化。人体从饮食中摄取的磷应该与钙形成均衡的比例。如果比例失衡，磷多而钙少，人体就会用骨中储存的钙与新来的磷结合，从而影响骨密度。此外，铁、锰和锌等金属元素的利用也会受到干扰。

美国的推荐标准是，1到3岁的儿童每天摄入460毫克磷，4到8岁是500毫克，而超过3000毫克则被认为「过量」。正常饮食中的磷已经完全满足需求，很多人可能已经接近「推荐安全上限」。虽然可乐中的磷不算多，一听之中只有几十毫克，但毕竟没有积极作用，能避免还是避免的好。

很多碳酸饮料中还含有咖啡因。咖啡因是一种神经兴奋剂。对于成人，适量的咖啡因对健康有一定益处。但对于儿童，那些好处并不重要，反倒是「刺激神经兴奋」、「导致入睡困难」的问题更值得关心。加拿大建议，学龄前儿童每天摄入的咖啡因不要超过45毫克，而一听可乐中的含量通常在30到50毫克之间。

饮食对健康的影响都跟食用量有关。碳酸饮料不是毒药，不会因为喝了几杯就受到什么重大伤害。但健康毕竟是细水长流、聚沙成堆的过程。碳酸饮料除了「好喝」，对于健康几乎没有积极的影响。一个人总的饮食差不多是固定的，这种吃得多了，那种就吃得少。习惯了喝碳酸饮料，就会减少其他更「健康」的饮食。 比如前面提到的科学论文就发现，喝碳酸饮料多的孩子，喝牛奶就比较少。

所以，碳酸饮料，孩子们还是争取尽量少喝的好。


文章摘自科学松鼠会