环球科学（科学美国人）
无论是看电影，还是和老朋友一起喝杯咖啡，当我们的眼睛注视着某人时，其实都在无意识中迅速地反映出他的面部表情。微笑、大笑和痛苦、厌恶等表情，都是会传染的。我们为什么会如此“毫无主见”，被他人的情绪感染？科学家们尚未完全弄清其中的机制。
不过，在沟通中，面部表情有助于理解：我们弄清表情的含义，并在大脑中重现。一些研究人员认为，模仿对方的面部表情会让我们对对方的情绪“感同身受”，出现移情作用。
为了确定猿猴是否拥有这样的能力，行为生物学家罗斯和他在德国汉诺威兽医大学的同事们合作，拍摄了一对年幼的猩猩玩耍时的情景。随后，分析当玩伴表现出一种“中等”的表情，或所谓“大张着嘴”的表情时——这可能相当于人类的微笑时，另一个猩猩会有什么反映。他们的研究成果发表在本周的《生物学快报》（Biology Letters）上：当一个猩猩表现出“大张着嘴”的表情，它的同伴会在半秒钟之内露出同样的表情。研究人员重新对两个年龄差异较大的猩猩进行实验，结果发现，当两个猩猩的年龄差在2岁以上时，是年幼的那个模仿对方的面部表情的情况出现得最多。
“这项研究第一次表明，与生俱来的模仿面部表情的能力在动物中也存在”，论文的第一作者罗斯表示。罗斯现在就职于英国朴茨茅斯大学。不过，猩猩也并不总是模仿它的玩伴，因此，研究人员希望确定，还有哪些因素影响了它们的行为。
“确定面部表情和对它的模仿的进化背景非常重要”，美国密歇根大学的行为神经学家斯蒂芬妮说。这项认知将帮助研究人员找到这项能力的起源，确定这项能力在社会交往中扮演什么样的角色。
美国土木工程师协会（American Society of Civil Engineers）在2005年所作的一项调查显示，美国有27.1%的桥梁存在结构缺陷或功能老化，这意味着至少16万座桥梁存在隐患。据估计，未来20年，每年用于维修这些桥梁的费用约为100亿美元。1967年建成的I-35W大桥，是一座由多组钢梁支撑的上承式桁架桥，它在多年前就引起了明尼苏达州运输部的注意。大桥垮塌后，美国运输部长玛丽·彼得斯（Mary Peters）立即下令，对美国所有与I-35W大桥跨度相近的钢结构上承式桁架桥展开检查。桁架桥（truss bridge）是最古老的一种桥梁结构，设计十分简单，建造费用也比悬索桥（suspension bridge）和斜拉桥（cable-stayed bridge）便宜。不过，对于哪种桥梁更有可能突然垮塌，工程师们还没有得出结论。
彼得斯指出，初步的调查已经将问题焦点锁定在I-35W大桥节点板（gusset plate）的应力异常上面。（节点板是一种将钢梁结合在一起的构件，可以像I-35W大桥那样使用铆钉连接，也可以采用焊接或闩接等其他技术。）她还向美国各州发出警告，要求认真对待维修或重建工程给桥梁增加的压力。一些工程师最近开始把焦点放在另一个尚未完全理解的问题上：节点板为什么会断裂失效？2006年，加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）的罗伯特·G·德赖弗（Robert G. Driver）及其同事就在《加拿大土木工程杂志》（Canadian Journal of Civil Engineering）上发表了相关研究报告。
由于金属的疲劳和锈蚀，钢梁和节点板上的裂纹会越来越多，仅有3毫米宽的裂纹就能让构件断裂，进而造成结构失效。这一问题的传统维修方法是，在裂纹或更大的裂缝上焊上或闩上一块钢板进行加固。但是这种方法有几大缺点：增加桥梁的重量，需要动用昂贵的重型机械（例如起重机），还常常需要封桥施工阻碍交通。
一种新型碳纤维加固聚合物，也许提供了一个快速修补的替代方法。“它的工作原理很像我们日常使用的创可贴，”美国亚利桑那大学土木工程教授哈米德·萨阿达特曼内斯（Hamid Saadatmanesh）说。这种被称作“碳纤维外包”（CarbonWrap）的新材料是他在6年前研制成功的，现在已进入商业应用阶段。
这种聚合物由置于树脂基架中的玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉尔纤维交织而成。它的抗拉强度约为31吨/平方厘米，也就是说截面积为一平方厘米的碳纤维外包可以承受31吨物体的重力，是钢材料的10倍。这种新型材料的价格是35美元/千克，可以借助一种特殊的环氧化物附着在大桥的钢梁上。修补钢梁上的一个小裂缝，算上人力成本，也只需花费大约200美元。如果使用双层加固，可以使强度再增加30%。
萨阿达特曼内斯说，使用新材料修复桥梁无须钻孔（钻孔会使桥梁结构变得更脆弱），而且半个小时就能完成，不像传统方法那样需要8个小时。他还说，碳纤维外包在实验室测试中承受的负荷，相当于35吨卡车驶过1,000万次。这种材料还抗腐蚀，这个特性非常重要，因为桥梁的金属构件之间会产生直流电，而电流电离产生的酸性物质会腐蚀桥梁。在实验室中，碳纤维外包在pH值仅为2.5的强酸溶液中泡了两年也没被腐蚀。如果换作钢，在这种溶液里浸泡几个小时就会溶解了。
碳纤维外包已被用于支撑和加固水管及轻杆，但还没有用于修补桥梁，因为工程师们生性保守。“我们需要一些时间来接受新生事物，”美国明尼苏达大学的土木工程师冈崎太一郎（Taichiro Okazaki）说，他领导的一个研究小组正在调查明尼阿波利斯大桥垮塌的原因。他解释说：“新材料必须非常可靠，需要经过很多年才能让人们相信它的可靠性。”桥梁工程师们已经开始和萨阿达特曼内斯的公司接洽。冈崎提议，碳纤维外包应该先在交通压力较小的小型桥梁上试用，比如高尔夫球场里的小桥。这类新型材料也许会在陈旧基础设施的修护工程中扮演关键角色，不过定期检查、优化设计和重建新桥仍然是更好的选择。
两足动物的难题之一，是胎儿在母亲身体的前方发育，这就迫使孕妇的身体重心向髋关节倾斜，极易导致身体失衡。
相反，四足动物就没有这样的困扰，因为它们的“孕妇”，身体重心是在前肢和后肢之间，在整个怀孕期间，都不会有身体失衡的危险。
“当一个怀孕的黑猩猩试图站立时，她会面临同样的问题。”美国哈佛大学的生物人类学家凯瑟琳表示。
凯瑟琳和她的同事对19位孕妇进行了研究，观察她们行走时的表现。
凯瑟琳等人发现，随着胎儿的发育，孕妇的身体失衡性不断加剧，她们的脊骨也随之不断后仰，以此来保持身体平衡。详细的解剖测量显示，女性脊椎骨较低的部分比男性的更接近楔形，这使得怀孕期间的这种弯曲更为容易。
凯瑟琳还发现，女性椎骨之间的连接关节，也较男性的大。这就为椎骨提供了额外的支持，避免她们身体后仰时，脊柱突然弯曲造成的压力引发脊柱侧弯。
作为四足动物的代表，黑猩猩就没有类似的，因适应两足行走而出现的进化痕迹。
另外，研究人员研究了两个南方古猿的化石（他们生活在两三百万年前），发现其中一位——他们确信这是女性的化石，有着楔形的脊骨和类似现代妇女的、较大的骨间连接关节，而另一个——他们相信是男性的化石，则没有这些特征。
这项研究暗示，早在南方古猿时期，怀孕给身体造成的负压，就已经导致女性进化出这些特殊的脊骨结构。
“我能够想象，南方古猿在怀孕时，一样会像现代女性经常表现的那样不舒服，”特拉华大学的人类学家罗森伯格说。
从南方古猿到现代的妇女，同样的脊骨结构都在帮助她们更好地渡过怀孕期。而且，在胎儿出生之后，它也同样对妇女起着保护作用。毕竟，婴儿的体重超过胎儿时期，要抱起它们，也并不是一件容易的事情。
撰文 戴维·别洛(David Biello)
摄像机可以让人体验到“灵魂出窍”的过程。
研究人员让自愿者坐在并排放置的两台摄像机前，从他们背后进行拍摄。自愿者佩戴一种头盔式显示器，可以让左眼看到左侧摄像机拍摄的画面，右眼看到右侧摄像机拍到的画面。接下来，实验人员敲击受试者的胸部，同时对摄像机视野以下相当于胸部的地方做出同样的动作。受试者很快便声称，他们产生了一种奇怪的感觉，似乎自己离开了身体，坐在了摄像机的位置。另一个实验也成功地使实验对象产生了“灵魂出窍”的错觉。
这些发现暗示，人之所以感觉自己处于身体之中，全都是大脑对来自各种感官信息进行处理和整合的结果。这些结果发表在2007年8月24日的《科学》杂志上，进一步说明感觉自己处在某一个身体里面是自我意识产生的前提。
下一次，当你想扔掉那些看起来已经不新鲜的草莓或过熟的葡萄时，你应该重新考虑一下了。比利时的科学家在一份报告中表示，即使水果和蔬菜的外表看起来已经不新鲜甚至破损了，在你购买后的这些日子里，它们含有的抗氧化剂含量并没有降低。甚至在一些情况下，抗氧化剂含量还上升了。
人们一般是通过外观和质地来判断蔬果摘采后的保存期，这对于审美学而言可能是有效的，但这种判断蔬果保存期的标准是无视蔬果的味道和营养结构的，特别是将这样的标准拿来衡量蔬果的抗氧化剂含量的做法，更是毫无科学根据的。蔬果的抗氧化剂含量水平是受基因、技术和环境等多种因素影响的。"现在，还没有有关评估贮藏对蔬果抗氧化剂含量的影响的重要研究"，这份报告的作者说。
克莱尔·克费尔斯（Claire Kevers）和同事们从比利时的市场上购买了各种蔬果产品，测量了它们最开始的抗氧化剂含量。他们将这些蔬果贮藏在室温下或冷藏于39华氏度（约3.9摄氏度）的温度之下，然后在各个时间段测量这些蔬果的抗氧化剂含量，直到它们的外观损坏。
研究结果显示，在购买蔬果后的时间里，它们并没有流失任何酚类化合物（phenolic compound）、抗坏血酸维生素C（ascorbic acid）及黄酮醇（flavonol），而这三种化学成份和抗氧化剂成份是相关的。"在某些情况下，蔬果的抗氧化剂含量甚至上升了，同时也伴随着类化合物含量的上升"，研究人员声称。
《蔬果在贮藏时抗氧化剂含量的变化》（Evolution of Antioxidant Capacity during Storage of Selected Fruits and Vegetables）这篇研究报告刊登在了10月出版的农业化学与食品化学杂志上（the Journal of Agricultural and Food Chemistry）。
【封面故事】警惕核威胁
进入新世纪之后，世界格局的不断变换让核武器威胁变得错综复杂：越来越多的国家拥有了核武器或正在进行核武器试验，而核武器的威力也越来越大。我们为什么会发展核武器？究竟哪些国家可能会动用核武器？如果核战争打响，世界各国又将如何应对？核技术这把双刃剑，又将如何发展？
周光召：创新环境和创新精神
1964年，随着蘑菇云的腾空而起，中国成为世界上第五个拥有核武器的国家。40多年后，本期客座总编、“两弹一星”功勋科学家周光召回顾这段激动人心的岁月，深入剖析中国核武器成功的关键：创新环境和创新精神。
全球面临核威胁
撰文 马克·菲谢蒂（ Mark Fischetti）
全国已有9个国家有能力发射核弹头，更多的国家正试图挤进核武国家俱乐部。更可怕的是，随着核武器技术的发展，少数几个国家已经有能力打击地球上的任何目标——一旦核战争打响，不管你身在何处，核武器都有可能在30内，准确落到你的身旁。
美国新核弹头冲击波
撰文 戴维·别洛（ David Biello）
美国拥有世界上最先进的核武器和规模庞大的核武库，现在又要研制一种新核弹头，替换日益老化的旧弹头。这一提议不仅引起国际社会的关注，在美国国内也掀起了一场轩然大波：新核弹头是维持核武库安全性所必需的吗？新一轮核军备竞赛会不会就此拉开序幕？
中国核武器之路
撰文 胡思得
中国是世界上第五个拥有核武器的国家，也是承诺不首先使用核武器的国家。上个世纪中叶，新成立的中华人民共和国面对波诡云谲的国际局势，作出了独立自主发展核武器的决定，在十多年时间中，原子弹和氢弹先后试爆成功。中国科学家为何能在那般艰苦的条件下，创造出这样的奇迹？听参与两弹研制的科学家，中国核研究院前院长胡思得讲述两弹研发的故事。
核的三部曲
撰文 杜祥琬
核科学技术是20世纪最有分量的创新成果。它不仅带给我们核武器的威胁，更将在和平领域中广泛应用，为人类开创光明的前景。在中国工程院副院长、物理学家杜祥琬看来，核技术的发展轨迹，也正是一部悠长而动人的三部曲。
核武器研发简史
【发明前线】
IMOD显示器：告别背光的绚丽
撰文 M·米切尔·沃尔德罗普（M. Mitchell Waldrop）
IMOD是下一代显示器的代表：利用干涉原理，研究人员让显示屏幕拥有了如热带蝴蝶翅膀般绚丽的颜色，而且画面质量稳定，即使在炫目的阳光下，显示屏也清晰可读。更重要的是，这种显示屏的耗电量极低，可以实现手机的“永远在线”。
【医学·健康】
大脑如何产生意识
撰文 克里斯托弗·科赫（Christof Koch） 苏珊·格林菲尔德（Susan Greenfield）
大脑如何产生意识？其中的复杂机理，几乎是所有科学家的噩梦：大脑内有上千亿个神经元，它们是相互协作，共同产生不同的意识，还是分为多个小群体，分别产生意识？两位顶级神经学家运用生平所学，展开了一场激烈论战。
维生素D：被低估的营养元素
撰文 卢斯·E·塔维拉—门多萨（Luz E.
Tavera-Mendoza）
约翰·H·怀特（John H. White）
别以为维生素D只能抵抗佝偻病，最新研究证明，我们低估了它的作用。人体内，维生素D参与了多种细胞防御反应，一旦维生素D含量不足，细胞防御反应受到影响，人体就将处于高危状态：癌症、感染、自身免疫疾病、炎症很可能接踵而至！
脸盲症：一生记不住一张脸
撰文 托马斯·格吕特尔（Thomas Grueter）
你想过吗，有的人一生都记不住一张脸：在脸盲症患者看来，每张脸都是一样的，都有鼻子、眼睛和嘴巴，而看不到细微的面部特征。因此，他们常常分辨不出朋友和亲人的模样，甚至认不出镜子中的自己。更让人吃惊的是，这种奇特的“脸盲症”并不少见，世界上有3%的人正饱受它的困扰。
【心理学】
为什么写日记能调整心情
撰文 卡贾
撰文
迈克尔·舍默（Michael Shermer）
翻译 徐蔚
在过去的三十年里，自然科学和社会科学领域里出现了两个让人头痛的倾向：第一，将科学按照 "硬科学"（物理学）、"中硬科学"（生物学）和"软科学"（社会科学）的次序进行排列；第二，将科学著作分成技术型和普及型两类。按照这种排序和分类，硬科学和技术类著作获得了最多的尊崇，而软科学和科学普及类作品则遭到轻视。而且，人们并没有意识到这其实是一种偏见。
我经常想，如果一定要排出个次序，目前的这个序列应该调过来。譬如说，虽然微分方程式的高难度计算提高了物理学科的"硬度"，但与计算生态系统中的生物体活动、预测全球气候变化相比，界定和验证论题中的因果网络变量还是相对简单的。不过，生物学中的建模再复杂难度再大，也难不过为人类大脑和社会活动建造模型。因此可以说，社会科学才是真正的"硬"学科，因为它的研究主题是更为复杂和多面的宏观秩序。
我认为，在技术性和普及性科学之间，还应该有一种 "综合科学"，即对数据、理论和阐释进行有机综合。如果将科学比喻成一张三脚桌，数据、理论和阐释就是这张桌子的三只脚，缺了任何一只，桌子都会塌掉。如果一定要追究这三只脚中哪一只的价值更大，那还不如去算算在计算圆面积时，π和r2 哪个更重要。
让我们先来看数据和理论。2001年4月，我开辟了一个名为 "达尔文格言"（Darwin's dictum）的专栏，其中引用了对《物种起源》的一条评论的回复。评论者认为《物种起源》太过理论化了，作者 "只须给我们提供事实就够了"。达尔文在回复中解释了数据与理论之间的关系，他说："大约30年以前，很多人还认为地质学家只需观测无需理论。我还清楚地记得当时有人提出，这样一来，搞地质不过就是进入碎石坑，数数卵石、说说颜色罢了。要知道，所有的观测结果只有在支持或者反对某种观点时才会有意义，奇怪的是，人们总是看不到这一点。"
根据查尔斯·达尔文的观点，观测资料只有用于检验某种观点--比如一个论题、模型、假设、理论或者范例时，才会有价值。我们所测量或观察到的事实是不会自己讲话的，它们必须经过阐释成为某种观点或概念。知觉的对象是需要概念化的，反之亦然。 既然无法找到一个我们自身与世界的"阿基米德支点"，即所谓"上帝之眼"，我们便不能将理论、概念与数据、感知相分离。
仅有数据和理论还不够。我们的古猿祖先就已经开始探寻模式、制造概念，了解周边的世界，并把它描述出来。我们其实都在讲故事，要把数据和理论编成一个好故事。如果不能阐释你的观测结果，不能告诉别人它们支持什么、反对什么，不能说出你的研究的意义，那么，你的科学就是不完整的。有人认为科学仅限于发表在专科杂志行业专栏内的研究报告，其它的东西则都属于"普及类"的范畴。这种观点是极端狭隘和天真的。一旦这种局限的观点被认可，许多里程碑式的著作就会被排除在科学的范畴之外，甚至包括达尔文的《物种起源》和贾雷德·戴蒙德（Jared Diamond）的《枪炮、病菌与钢铁》（Guns, Germs, and Steel），以及进化生物学家们有关过去13,000年里人类世界文明发展微分率的环境理论。
一流的科学著作都渗透着研究者的精心论述，就像理查德·道金斯（Richard Dawkins）、斯蒂芬·平克（Steven Pinker）、已故的斯蒂芬·杰伊·古尔德（Stephen Jay Gould）和其他许多人的作品，都是原始资料的整合统一，以检验某种普遍理论，或者回答某个重要问题为目的。一言以蔽之，只有综合科学才是真正的"硬"科学。
天文学家早就推测，在富含尘埃的遥远星系之中应该隐藏着许多类星体，但一直没有观测。现在，利用NASA的施皮策和钱德拉太空望远镜，天文学家终于找到了许多“失落”的类星体，它们位于大质量星系的中心，距离地球介于90亿到110亿光年之间。这些星系同时还在忙着制造恒星，因此科学家现在相信，大多数大质量星系都经历过这样的“青春期”，同时构建出恒星和超大黑洞。
编译 wave
最近，美国的一项研究显示，一个成年人是否会得糖尿病，在他孩提时代就可以看出来。这项研究旷日持久，从1973年至今，科学家调查了814名儿童和成年人，才得出了上述结果。
美国辛辛那提儿童医院医学中心的科学家发现，如果某人的父母曾患过糖尿病，而且他小时候还出现过代谢综合征，拿这个人长大后，很可能受到2型糖尿病的困扰。
凡是患有代谢综合征，至少会出现以下健康问题中的三个：高血压、高血脂、高血糖、体重超标以及缺乏对身体有益的高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol）。
辛辛那提儿童医院医学中心的科学家约翰莫里森（John Morrison ）说：“儿科医生应该以儿童或青少年的家族病史（是否有亲人患过糖尿病）和代谢综合征的症状为依据，判断出哪些孩子在长大后，可能患上2型糖尿病，并预防疾病的发生。”
莫里森还指出，青少年时期的身体质量指数（参见《环球科学》2007年第10期《肥胖席卷全球的流行病》一文）与成年后的身体质量指数有密切关系。他们在上世纪70年代的研究中，曾推测他们的一些受试者可能在成年后发胖，结果其中63％的人在20多年后都成为了大胖子。
莫里森说：“如果父母是糖尿病患者，那么他们的孩子不论是在青少年时期，还是在长大后都可能出现体重超标的情况。”
莫里森和同事的这项研究发表在《儿科学杂志》（The Journal of Pediatrics）上。
也许你会觉得北极就是地球的最顶端，或者说地球的最北端。在你小时候，爸爸妈妈还会告诉你，北极就是圣诞老人的家。但你知道吗，在我们的地球上有许许多多多北极（或南极）呢！
第一个，也是最简单的北极，是美国阿拉斯加州的一个小城，它虽然和其他北极都离得较远，但是每年那儿都会下雪，而且每年都有大量寄给圣诞老人的信会送到那儿去。第二个北极就是地理上的北极，我们通常叫它“真北”。该点位于北冰洋内，也就是地图上所有经线的交合点。那个地方被冰川覆盖，数不清的探险家们都争先恐后地在地理北极插上他们祖国的国旗，其中最早的一个是英国海军少将威廉·爱德华·帕里（William
Edward Parry）爵士，它于1927年在北极插上了英国国旗。
瞬时北极点和地理北极有一定的关系，但知名度却远远低于后者。瞬时北极点也叫做北天极，是地球自转轴和地平面在北半球的交点。瞬时北极点不是固定不动的，在“钱德勒颤动”的作用下，它做不规则的圆周运动。钱德勒颤动以天文学家赛思·卡洛·钱德勒（Seth Carlo Chandler）命名的，他在1891年发现地球在自转的同时也在颤动，这一发现引出了“平均北极”的概念，即上述圆周运动的圆心。
“北极”这个术语有多种不同的定义。 虽然都叫做“北极”，但是它们却根据不同的意义而位于不同的地方。但是，最后两个“北极”，尽管都和地磁场相关，但实际却并不一样。地球的旋转引起地核内部液态铁的流动，这种流动就使得地球产生了磁场，持续的流动就维持了磁场的存在。
磁极中描述了两个点，一个在北，一个在南。在这两个地方，地磁场的方向是垂直于地平面的。如果你在北磁极拿出一个指南针，指针会倾向下方并试图朝下竖立起来。因此，地磁极还有一个名字，叫做磁倾极。相反，在南磁极指南针则会向上竖立。
此外，还有另外一种和地磁场相关的描述：地磁北极。“磁极和地磁极的同时存在经常会把人弄晕，它们其实是不同的东西。磁极定义都有些过时了。”斯特凡·莫斯 （Stefan Maus）说，他是美国国家海洋和大气局下属的国家地球物理数据中心的地磁场研究员。
人们将复杂而多变的地磁场简化成一个简单的条形磁铁或偶极子，这样就得到了地磁极。“我们最想知道的就是，到底在什么地方，地磁场和地平面是垂直的，”莫斯说，“而磁极仅仅是估测而得，总的来说没有太大的用处，而且还容易混淆。”
“相反，地磁极就比较有用了，特别是在宇宙中。”杰弗里·J·洛夫（Jeffrey J. Love）说，他是美国地质调查所的地球物理学家。离地球越远，地磁场就越像是一个条形磁铁或偶极子，虽然事实上并不是这样。
“一个宇宙物理学家通常都把地球看作是倾斜的偶极子，”洛夫说，“而航海家对磁倾极更感兴趣。”
磁倾极在不停的运动，有时天天都在动，这一现象也让人费解。“磁倾极每年移动约10~50千米。”拉里·纽维特（Larry Newitt）说，他是加拿大地质调查所的退休学者，自从1973年起，他就多次前往极地探险，以确定极点位置。
在北磁极和地磁北极的对话中，还有一件事也容易使人混淆：地球北半球的磁极的性质看上去和条形磁铁南极的性质差不多。
“如果你观察一下条形磁铁，你会发现磁感线是从北极进入磁铁，并指向南极。但对地球而言，却恰恰相反。”莫斯解释说。地球的北磁极却是地磁场发出磁感线的地方，就和条形磁铁的南极一样。
从一个物理学家的观点来看，指南针里面指向北面的指针将指向实际上、而非名义上的南磁极，换句话说，就是指向北极。
“条形磁铁的北磁极和地磁北极是相吸的，这和我们平时在物理中学到的同极相斥完全相反，”莫斯补充说，“因此，很多人建议将北磁极改为‘指北极’，这样就不容易混淆了。”
但无论怎么改变名称都还是很难将这个事情说清楚。倒是真有个好方法，那就是当我们一提到“北极”的时候，就把它和圣诞老人扯上关系，这样就不会弄错了。（环球科学 申宁馨）
包在冰晶格中的丁香假单胞菌显示了细菌怎样制造雪，并且，偷偷地搭上降雪的便车。
美国巴吞鲁日市路易斯安那州立大学的生物学家布伦特·克里斯滕（Brent Christner）和他的同事们从19个不同地点收集了降雪样本，包括美国的博兹曼、比利时的蒙、法国阿尔卑斯山脉、南极洲罗斯岛、美国育空河的惠顿河谷。他们在所有样本中都发现了细菌，并且在最繁华的地区，细菌浓度最高。
该小组试图测量这些细菌是不是雪花晶体形成的催化剂。他们将细菌加热，并且使用从泪液中发现的一种能破坏细菌细胞壁的酶对细菌进行处理——这两种方法都可以减少许多细菌形成冰晶的能力。然后，研究小组再将这些小颗粒放入纯净水中，就发现它们已经不能继续保持在一个相对温暖的温度范围内使水结冰的能力了。“我们不认为加热会对微尘产生任何影响，” 克里斯滕说：“这是蛋白质生物学起源的显著证据。”
当然，这并不能证明云层中有细菌，并且造成降雪。克里斯滕说：“因为我们发现夹在雨或雪中的冰并不代表这些冰源于云层，它们可能是在下降过程中从其他地方提取的。”但是其他研究人员，包括美国劳伦斯伯克力国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，简称LBNL）的微生态学家加里·安德森（Gary Andersen）都在得克萨斯州城市上空的大气中发现了多达2000种不同微生物。
克里斯滕说：“很明显它们广泛地分布于大气中。如果它们在大气中，那么它们没有理由不进入到云层中。”
虽然现在还不清楚主要是那种细菌造成了降雪和暴风雨，一个主要的备选项是传染小麦、玉米和其他农作物的植物病菌——丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）。它是主要的有害物，也是转基因的目标，因为在气温低于零摄氏度时，它会造成农作物的直接损害。
并且，它也通过自己细胞壁上组织水分的蛋白质在云层中露了一手——就像真菌、花粉和其他有同样特性的生物小分子所做的那样。自然界中有大量拥有这种特性的有机体，只是我们还没有发现它们。比如海洋中的藻类就可以通过释放一种挥发性化合物来增加云量，从而控制局部气候。
这意味着丁香假单胞菌和云层中的其他微小生命可能通过造成降雨和降雪来散布并繁衍，使自己永存不朽。
【特别策划】
物理学的新纪元
激动人心的时刻即将到来：大型强子对撞机的启用，将使我们对物质的研究，深入到先辈们从未触及的领域，物理学的新纪元由此开启！
【本期客座总编】
中国科学院高能物理研究所所长
陈和生：粒子物理改变人类生活
本报记者虞骏
LHC撞开发现之门
撰文/格雷厄姆·P·柯林斯（Graham
P. Collins）
全世界的目光都聚焦在欧洲，等待大型强子对撞机开机运行的那一刻。这台有史以来最巨大、最复杂的粒子对撞机，将打开物理学的发现之门：我们究竟由什么组成，暗物质的真面目是什么，我们所在的世界又如何运转——种种问题，都将在这个全新的世界中找到答案。
粒子物理学革命蓄势待发
撰文/克里斯·奎格（Chris
Quigg）
在LHC即将开启的万亿能标，物理学家究竟会发现标准模型中尚未发现的缺失粒子，还是找出推翻标准模型的全新物理现象？可以确信的是，无论我们得到怎样的结果，都将在粒子物理学界掀起一场革命。
当然，你大可不必过于紧张：每天喝一点点咖啡、茶，或者热巧克力，并没有太大关系。不过，如果吃这些含咖啡因的食物过量，那就麻烦了——研究发现，当妇女每天摄入的咖啡因超过200毫克，流产的风险会提高2倍。
“我们发现，如果妇女摄入咖啡因过量——每天摄入超过了200毫克，她们流产的几率是不摄入咖啡因妇女的两倍”，李德昆（De-Kun Li，音译）博士表示，他任职于美国奥克兰的凯撒集团（aiser Permanente），是一位生殖流行病学家，也是这项研究的负责人之一。
这项研究的结果，发表在2008年1月的《美国妇产科杂志（》American Journal of Obstetrics and Gynecology）上。
该研究指出，作为这个世界上最经常消费的瘾品之一，咖啡因能够穿越胎盘屏障，到达发育中的胎儿。而在此之前，科学家们在研究中发现了咖啡因摄入和流产之前存在某种关联，不过，科学家们并没有弄清，这种关联，究竟是咖啡因还是咖啡中的另一种物质导致的——或许，人们应该尽量不喝咖啡，多吃水果和蔬菜。
在这项研究中，研究者调查了参加凯撒医院健康计划的1063名妇女（在旧金山进行），她们都在怀孕10周左右接受了调查。在研究期间，16%的妇女——也就是172位妇女——流产了。
研究人员发现，这些流产的妇女中，有25%在怀孕期间并没有吃任何含咖啡因的食物；60%的妇女表示她们每天摄入的咖啡因曾经接近200毫克，15%的人则每天摄入超过200毫克的咖啡因。
除了咖啡因之外，研究人员还评估了其他已知的危险因素对流产的影响，如吸烟、习惯性流产、饮酒等。
“如果你没有其他的危险因素，咖啡因的作用就会凸显出来，” 李博士表示。
李表示，研究发现，即使是那些每天摄入咖啡因少于200毫克的妇女，流产的风险也增加了40%——不过，这个数字并没有达到统计学显著性的水平。
“妇女们每天喝咖啡不要超过两杯，而且，我们希望她们在怀孕的最初三个月内完全戒掉咖啡——这不是说，她们从此就不能喝咖啡了。如果她们坚持要喝，控制在两杯以下——一杯的量大约是7.5盎司（约合212克）。”
不过，不是所有的医生都同意在咖啡因摄入和流产之间，存在直接的因果联系。
“我们研究的问题是，孕妇流产的主要原因，是由于遗传畸形，但研究人员并不知道胎儿发育正常与否，”劳拉博士说，她是纽约西奈山医学中心的妇产科医生。
“女性们总是很容易忧心忡忡：‘我该怎么办？’在我们断言她们摄入咖啡因过量导致流产之前，让我们来看看，胎儿的发育是否正常。”劳拉说。
“我想，60%～80%的流产是由于遗传畸形造成的。”她补充说。
这也就是说，劳拉并不建议自己的孕妇病人限制咖啡因的摄入量。“孕妇需要对胎儿负责——不能吸烟、不能饮酒，每天也就剩下这杯咖啡了，”她表示，不过许多咖啡店的咖啡中含有太多咖啡因，因此女性们也应该注意，她心爱的咖啡中，到底含了多少咖啡因。
“每天摄入咖啡因的量，应低于200毫克”，不管这咖啡因来自何种食物——咖啡、茶、可可、巧克力等等。”劳拉建议。她认为，婴儿出生时体重过低、头围过小，也与母亲怀孕期间的咖啡因摄入有关。
总之，李德昆最后强调，孕妇应该将咖啡因摄入量控制在200毫克以下，尤其是在怀孕的前几个月，以及预备怀孕的时期。(环球科学/方法编译)
翻译 明平刚 罗 静
审校 严家新
30年前，生物学家普遍认为，生命起源于一次偶然化学事件，由于发生几率太小，几乎不可能在已知宇宙中重复。1965年诺贝尔生理学或医学奖获得者、法国生物学家雅克·莫诺（Jacques Monod）就持这种观点，他在1970年的一篇文章中写道：“人类终于知道，在这个冷清而又广袤的宇宙中，他们是多么孤独，因为生命的出现纯属偶然。”但最近几年，关于生命起源的认识发生了戏剧性变化。1995年，比利时著名生物化学家克里斯蒂安·德杜夫（Christian de Duve）提出，生命是“宇宙必需的”，在任何类地行星上，“生命几乎注定会产生”。德杜夫的观点坚定了天体生物学家的信心：宇宙中散布着生命。美国纽约大学的罗伯特·夏皮罗（Robert Shapiro）把上述观点称为“生物决定论”（biological determinism），甚至还有科学家认为，这种观点可以表述为“生命已被写入自然法则”。
科学家怎样判定哪种观点才是正确的呢？最直接的办法就是在其他行星（如火星）上寻找生命的证据。如果在太阳系的两颗行星上，生命起源都是“从零开始”，我们就可以认为“生物决定论”的假设是正确的。不过，要找到火星生命（如果存在的话），并详细研究这颗红色星球的生物圈，可能还需要相当长的时间。
当然，寻找火星生命并非验证生物决定论的唯一方法。任何星球都不会比地球更“像”地球，如果生命能在类似地球的环境下产生，我们就可以假设，生命可能在地球上反复出现过很多次。这种可能性无疑让人充满遐想，为了验证它，科学家开始在沙漠、湖泊和洞穴中寻找外星生命的证据——这些生命可能与已知生物完全不同，因为它们是独立起源的。科学家们猜测，这类生物很可能与细菌一样微小，只有用显微镜才能观察到，因此他们开始研究新的检测方法，用于寻找很可能就隐藏在我们身边的外星生物。
虽然在科学界，对于生命的严格定义至今尚未形成共识，但大多数科学家都有相同的看法：新陈代谢（从环境中摄取营养物质，并将这些物质转变为能量，然后把代谢产物排出体外）和自我复制能力是生命的两个主要特征。关于生命起源的一种传统观点是，如果在早期地球上，生命起源曾不止发生一次，产生了多种生命形式，那么其中一种将迅速占据主导地位，消灭掉其他生命形式。我们也知道，当一种生命形式迅速占有全部可利用的资源，或“拉帮结伙”、仅在同类生物中交换优势基因，共同对付“弱势群体”时，情况就是如此。但这种论点无法让人信服。细菌和古细菌（archaea）是两种差异极大的微生物，它们的共同祖先要追溯到30亿年前，但在漫长岁月里，两种微生物一直“和平相处”，谁也没有灭掉谁。其他形式的生命体也许和已知生物没有竞争关系，因为这些“异形”占据的地方，是已知微生物根本无法生存的极端环境，它们需要的能源，也可能与现有生物需要的完全不同。
地球上有外星生命吗？
至今，科学家仍未在地球上发现与已知生物不同的生命体，然而这并不代表地球上没有外星生命：虽然现代科学技术已经很先进，但还有很多生物我们无法观察到。
即使其他生命体已经从地球上消失，但在遥远的过去，它们可能曾在地球上风光一时。如果真是那样的话，科学家可以通过地质学记录，找到它们留下的、被岩石尘封了几亿年甚至几十亿年的生物学标志。如果这些生命体有着独特的新陈代谢方式，它们改变岩石成分或形成沉积矿物质的方式，将是已知生物活动无法解释的。某些现有生物无法产生的生物标志（比如一些特殊有机分子），可能就隐藏在古老的微生物化石中，科学家在太古代（25亿年以前）岩石中就发现过这样的化石。
一个更激动人心但也更“异想天开”的设想是：其他类型的生命体至今仍然存在，它们构成了一个“影子”生物圈(shadow
biosphere)——这是美国科罗拉多大学的卡罗尔·克莱兰（Carol Cleland
）和谢利·科普利(Shelley
Copley）发明的新词。乍看起来，这个想法似乎很是荒谬：如果外星生物就在我们眼皮底下（甚至就在我们的鼻子内）大量繁殖，为什么科学家一直没能发现它们？但我们不能轻易否定这个设想。地球上，微生物的数量超乎想象，仅通过显微镜观察，很难区分它们。微生物学家必须分析某个微生物的基因序列，才能确定它在进化树上的位置。到目前为止，有明确分类的微生物，只占已知微生物很小一部分。
可以肯定的是，我们仔细研究过的生物都来自同一个祖先。已知生物具有相似的生化特性，采用几乎完全相同的遗传密码，这使得生物学家能通过基因序列，找到它们在进化树上的位置。但是，科学家在分析新发现的物种时所使用的方法，是专门用于检测我们熟知的生物。这些技术能检测到与现有生命形式完全不同的外星生物吗？答案显然是否定的。如果外星生物被限定在微生物领域，科学家可能已经将它们遗漏。
可能存在外星生命的地方
最有可能存在外星生命的地方，可能是一些“与世隔绝”的、环境极其恶劣的区域，因为已知生物无法在这里存活。如果找到生命活动的迹象，就证明这些地方可能存在外星生命。
我们在地球上的哪些地方可能找到外星生物呢？一些科学家把注意力集中在这样一些地方：生态学上完全孤立、已知生物永远无法涉足的小生态环境。近几年，一个令人惊讶的发现是，某些生物能在极端环境下生存。从滚烫的火山口到南极洲干涸的河谷，在这样的极端环境中，都能发现微生物。还有一些生存能力超强的微生物——嗜极菌（extremophile），竟然能在高浓度的盐湖中、被重金属污染的强酸性尾矿中以及核反应堆废料池中生存。
然而，再顽强的微生物也有耐受极限，因为所有已知生物都离不开液态水。智利北部的阿塔卡马沙漠(Atacama
Desert)非常干燥，在那里找不到任何已知生物。虽然某些微生物还能在高温下繁殖，但在温度高于130℃的环境下，我们能找到的，最多是已知生物的尸体。不过，我们不能用这样的条件去衡量外星生命，因为它们也许能在更干燥或者温度更高的环境中生存。
科学家可以在一个生态学上完全孤立的区域寻找生命活动的迹象（例如土壤和大气层之间的碳循环），作为外星生命存在的证据。孤立的生态系统其实很容易找到，如地壳深处、大气层上部、南极洲、盐碱地以及被重金属或其他污染物污染的地带。研究人员还可以在实验室中“创造”孤立的生态系统：首先改变温度和湿度，将已知生物杀死，如果仍有生命迹象，可能就是外星生命在起作用。利用这种方法，科学家发现了一种耐辐射细菌（Deinococcus
radiodurans），它们能承受的γ射线辐射剂量，是人类能承受的剂量的1,000倍。令人失望的是，最终结果表明，这种细菌和其他耐辐射生物一样，在遗传学上都与已知生物有关，并非外星生物。不过，这并不能排除利用这种方法找到外星生物的可能。
科学家已经找到一些几乎与其他生态系统完全隔离的环境。在地壳深处，微生物群落与光线、氧气和其他生物的有机产物完全断绝了联系。它们能生存下来的原因是，某些微生物可以将在化学或放射反应中释放出的二氧化碳和氢，用于新陈代谢、生长和复制。尽管迄今为止，科学家在这些生态系统中发现的微生物都与生活在地表的微生物有紧密联系，但我们对地壳深处的生物学探索还处于初级阶段，在更深的地方，或许有惊喜正等着我们。综合海洋钻探计划（Integrated
Ocean Drilling
Program）从深达1千米的海床采集岩石样本、探查岩石中的微生物，就是该计划的目的之一。陆地上的钻探工作还曾发现，即便在更深的地下，仍有生物活动的迹象。然而，科学界至今尚未制定系统、大规模地探索地壳深处生命的计划。