WeChat ID kexueyougushi About Feature 比科学故事更重要的是科学精神 我们都是活的生命体，你知道这有多么不容易吗？就人类目前所知，在整个宇宙中，只有这么唯一的一个地方，也就是在银河系一个毫不起眼的角落中的蓝色星球愿意收留你，这个星球我们叫她——地球。或许，连地球也可能是不太情愿的。 因为，从最深的海沟底部一直到最高的山巅，所有已知的生命所生存的空间仅仅只有 20 公里厚，与整个地球相比，实在微不足道。与浩瀚的宇宙相比，更是可以忽略不计。 而作为人类的我们，生存空间就更小了。4 亿年前，有一些生物做出了一个草率而冒险的决定，它们从海洋中爬到了陆地上，开始呼吸氧气。这样一来，这世界上至少有 99.5% 的宜居空间从此基本上、也可以说是完全与它们绝缘了。而我们人类正是这些生物中的一员。 我们不仅无法在水中呼吸，而且更是无法耐受水的压力。水的比重是空气的 1300 倍，因此在水中压力增加得非常快，每下潜 10 米就相当于增加一个大气压。在陆地上，如果你在 150 米高的写字楼中工作，气压的变化是很小的，你不会有什么感觉。但是，如果你潜入水中同样的深度，你的血管就会被压瘪，肺会被压缩成仅仅只有一个橘子的大小。但让人惊讶的是，居然有人喜欢不穿戴任何潜水装备，下潜到那个深度，仅仅只是为了好玩，这种惊险的运动被叫做“裸潜”。看来，有人觉得体内的器官被压得变形是一种很刺激的体验，不过，经历器官恢复原状的体验恐怕就不那么刺激了。想要下潜到那种深度必须是在重物的拖曳下，以极快的速度下沉才能达到。在这个领域，有一位大神，他就是奥地利人赫伯特·内奇，这是一位真正的大神，他在国际自由潜水协会认可的八项自由潜项目中都保持着世界纪录。他去过的最深地方是水下 253.2 米，时间是 2012 年 6 月 6 日，地点是在希腊的圣托里尼岛，这是迄今为止，不借助潜水艇，人类潜入过的最深处。他在最深处没有停留，迅速返回，在返回的途中他还失去了意识，但最终还是成功地活着回到了水面，身体遭受了一些不可逆的神经损伤。但是，这个深度记录，随随便便一条鱼就能打破。即便是像抹香鲸这样生活在水中，时不时还要浮出海面换口气的哺乳动物，可以轻松地下潜到 2000 米的水下，舒舒服服地呆上 2 个小时再游上来换口气。所以说，即便我们兴奋地完成了这种惊险特技，但恐怕我们也没资格宣称自己是深海的主人。 但是另外一些生物却能成功地挑战任何深度，只是到底有多少种这样的生物依然还是个谜。地球上最深的洋底是太平洋中的马里亚纳海沟，最深处达到了 11034 米，压力达到每平方英寸 7 吨多。2012 年 3 月，曾经执导《泰坦尼克号》、《阿凡达》等众多大片的著名导演卡梅隆，独自乘坐潜艇“深海挑战者”号，下潜到了马里亚纳海沟的最深处，直达沟底，引起了全世界的轰动，这是人类第二次来到这个地球的最深处。上一次还是 1960 年，瑞士人皮卡德乘坐“的里雅斯特”号首次达到沟底。人们发现，在那个深度，居然是端足目生物的领地，这是一种甲壳纲生物，长得像虾米，只是全身透明，它们就这么在毫无保护的状态下好好地活着。当然，大多数海洋都要浅得多，但即便是在平均 4000 米的洋底，也相当于压在 14 辆满载的水泥卡车下面。 有很多人认为，在深海的巨大压力下，我们的身体会被彻底压扁，包括一些海洋学的科普作家也是。其实这个认识不对，我们身体本身的主要成分就是水，而水“实际上压不扁”，这是牛津大学的阿什克罗夫特说的，“人体内部的压强会与周围的水压保持一致，因此在什么深度也不会被压碎。”实际上真正带来麻烦的是人体内的气体，尤其是肺中的。这些气体确实会被压缩，但我们并不知道压缩到什么程度就会致命。直到 2008 年前后，人们还以为只要下潜到 100 米深度，肺就会内爆，胸腔壁就会破裂，人也会痛苦地死去。但那些裸潜者却反复证明这是错的。用阿什克罗夫特的话来说，人类似乎“比预想的更像鲸或者海豚。” 不过，潜水的危险也来自别的地方，有些看似不起眼的设计会出大问题。过去有一段时期，潜水服上有一根长长的管子通到水面，通过水面上的气泵来给潜水服加压。但是，身着这样装备的潜水员有时会遇到一种极恐怖的现象，当水面气泵失灵导致潜水服灾难性地失压时。空气会迅速地离开潜水服，产生一股巨大的吸力，把潜水员整个地吸入潜水面具和管子中。当潜水员被拖出水面后，“潜水服中只剩下一点儿骨头渣和粘着血肉的破布”。这是生物学家霍尔丹在 1947 年写下的文字，他生怕人们不信，还特地加了一句，“这事真的发生过。” 顺便说一下，最早的潜水面具是一个叫查尔斯·迪恩（Charles Deane）的英国人设计的，只是最初的设计并不是用来潜水，而是用来救火。因此它被叫做“烟火面具”，由于是用金属做的，所以又热又累赘，而且迪恩很快发现，消防员实际上都不穿任何装备就迫不及待地冲进火场中，更不要说戴上烫得像开水壶、还会让他们变得笨拙的面具了。为了挽救他的投资，迪恩在水下试了试，发现这种面具用于海上救助工作倒是很理想。 在深潜时真正可怕的敌人是减压病（这个病的英文单词是bends，意思是“弯腰”）。之所以说它可怕，并不特指它所引起的人体不适，当然不适是肯定的，而是指它很容易发生。我们呼吸的空气 80% 是氮气，如果人处于高压的环境中，那么身体中的氮气就会溶解在血液中，在血液和细胞组织中游走。一旦气压发生剧烈变化，比如在潜水员快速上浮时，那些滞留在人体内的氮气就会泛起泡沫，就像你刚打开一瓶香槟时看到的那样，导致的后果就是血管堵塞、细胞缺氧，同时会引起剧烈的疼痛，疼得人直不起腰来。这就是这个病名 bends 的由来。 在过去，减压病是一种职业病，常见于采海绵和珍珠的潜水员中。但在 19 世纪之前，这种病并没有引起西方世界的重视。其实这种病还见于另外一群不入水的特殊人群中（准确地说，水不会浸过他们的膝盖），他们是沉箱中的工人。沉箱是在建桥的时候沉入河床中的密闭干室，里面充满了压缩空气。当工人们在这样一个人造的高压环境中长时间工作后再出来时，常常会出现皮肤刺痛和瘙痒的轻微症状。但是，无法预料到的是，少数人会持续关节痛，偶尔还会有人痛得倒地，有时就就会再也起不来了。 这些都令人费解。有时候工人们在睡觉前还好好的，但一觉醒来却瘫痪了，甚至再也醒不过来了。阿什克罗夫特讲过一个发生在修建泰晤士河新隧道时的故事。当工程收尾的时候，包工头搞了个庆祝活动。当他们打开香槟时，却惊讶地发现没有泡沫。这是因为隧道中充满的都是压缩气体。当他们在伦敦的夜色中再次呼吸新鲜空气时，香槟立即泛起了泡沫，这难忘的经历激起了他们的好胃口。 对付减压病，除了尽量避开高压的环境之外，还有两个方法可以有效地避免减压病。第一个方法是把经历气压变化的时间减少到很短的一小会儿。另一个方法是非常小心缓慢地上浮，这样可以使氮气小气泡安全地散逸掉。喜欢裸潜的人还发明了一种小技巧，他们在下潜前一般都会拿个空瓶子，在下潜最初阶段把肺部的一小部分气体储存到瓶子内，等下潜到 100 米以下再吸回嘴里用来平衡耳压。 我们能够知道这些知识，要归功于一对杰出的父子。他们是斯科特·霍尔丹和 J. B. S.霍尔丹（John Scott Holdane & J. B. S. Holdane）。即便是在怪人辈出的英国知识分子圈中，霍尔丹父子也绝对堪称为怪人。老霍尔丹 1860 年出生于一个苏格兰贵族家庭（他哥哥是霍尔丹子爵）。不过他的一生大部分时间都过得很低调，只是牛津大学的一名生物学教授，是出了名的会走神。有一次，他妻子让他上楼去换一套参加宴会的衣服，结果他一去不回。找到他时却发现他穿着睡衣躺在床上。老霍尔丹被摇醒后，他说发现自己在脱衣服，以为该睡觉了。他认为的度假就是到康沃尔去研究矿工们的钩虫病。小说家托马斯·亨利·赫胥黎曾经和霍尔丹父子一起住过一段时间。于是，这对父子很不幸地成为了他小说中那位怪癖科学家的原型。我这里插一句，历史上出名的叫赫胥黎的人很多，其中最著名的就是被称为达尔文的斗犬的生物学家阿尔多斯·赫胥黎，他的孙子就是小说家托马斯·亨利·赫胥黎，也很出名。 霍尔丹计算出了从深海上浮时，为了避免得减压病，所必须的休息间距，这是他对潜水事业做出的重要贡献。不过他的兴趣很广，涵盖了生理学的主要领域，从登山者的高原病到沙漠地区的中暑问题，都是他研究的对象。其中最主要的一个兴趣点是研究毒气对人体的影响。为了搞清泄漏的一氧化碳到底是怎么夺去矿工的生命，他很有计划地逐步毒害自己，仔细地抽取自己的血样做分析。直到他几乎要丧失对全身肌肉的控制，血液中一氧化碳的饱和度达到了 56%，按照诺顿（Trevor Norton）在他的一本描写趣味潜水史的书，《海底之星》（Stars Beneath the Sea）中所写的，再多那么一毫就可以送了他的命。 霍尔丹的儿子杰克（后人一般把他叫做J. B. S.）是一个神童，据说在婴儿期就已经对他老爸的工作产生了浓厚的兴趣。在他三岁的时候，有人听到他生气地问爸爸：“到底是氧化血红蛋白还是羧基血红蛋白啊？”在他的整个青少年时期，小霍尔丹一直就是他父亲的实验助手。10 来岁的时候，父子俩就常常一起吸入各种气体，测试防毒面具，还轮流观察对方什么时候昏过去。 尽管 J. B. S. 霍尔丹从未取得过科学方面的学位（他在牛津学习的是古典文化，也即古希腊和古罗马文化），但他靠着自学成为了一位杰出的科学家，大部分时间待在剑桥为政府工作。一生从事智力奥林匹克竞赛相关工作的生物学家梅达沃（Peter Medawar）对他的评价是“我所认识的最聪明的人”。作家赫胥黎也没有放过年轻的小霍尔丹。在他的小说《古怪的圆舞曲》中的（Antic Hay）的主角就是以他为原型的。赫胥黎的那本《美丽新世界》（BraveNew World）就是受到他关于人类基因操纵想法的启发而创作的。在其他成就方面，小霍尔丹还在一种被遗传学家称为“现代综合进化论”（有时候也叫现代达尔文主义）的理论中起到了关键作用。该理论是将达尔文的进化论原理和孟德尔的在基因方面的工作相结合的产物。 还有件事让小霍尔丹成为人类中的异类，他竟然认为参加一战是“一次愉快的经历”，还直言不讳地承认“享受杀人的机会”，他自己在战争中也二度受伤。战后，他成了一位成功的科普作家，一生写了 23 本书（以及 400 多篇科学论文）。他的书到现在依然具有可读性，很吸引人，只是太不容易找到了。他还是一名热忱的马克思主义者，有人说这是出于他唱反调的本性使然。如果他出生在苏联，他很可能就会成为一名狂热的保皇派了，反正就是要和别人反着来。不知道为啥，脑子里面全是平哥的画面。不管怎么说，他的许多文章都是首次发表在共产党创办的《工人日报》上。 老霍尔丹的兴趣集中在矿工安全以及各种中毒症状上，而小霍尔丹着迷的却是如何让潜艇乘员和潜水者摆脱因工作而引起的痛苦。在海军部的资助下，小霍尔丹建了一个减压舱，他把它称为“高压锅”。那是一个可以密闭的金属圆筒，一次最多可以容纳三个人，用于各种危险和痛苦的实验。志愿者被要求坐在冰水上面，呼吸着“非正常空气”，或者经历快速的气压变化。在某一次实验中，小霍尔丹自己在里面模拟危险的海底上浮，他想看看会发生什么，结果发生的是他补牙的材料暴裂开来。诺顿在书中写道，“几乎每一次实验，总是以某人的痉挛、出血、呕吐而告终。”减压舱是隔音的，所以里面的人想要表示不舒服或是痛苦，除了不停地敲击舱壁或是在小窗上贴纸条，别无他法。好吧，讲到这里，我脑子里面全是电影《黑太阳 731》的画面。 在另一次实验中，霍尔丹由于高浓度的氧中毒而产生剧烈的，摔折了几节椎骨。对他来说，肺部挤压是常有的危险，耳膜穿孔更是家常便饭。但是他却在一篇文章中安慰别人说，“耳膜一般自己会愈合。如果耳膜穿孔一直在，虽然会有一些耳背不假，但是你吸烟的时候，可以从耳朵中吹出烟来，你就会成为大伙谈论的焦点，这不也算得上一项社交成就嘛。” 小霍尔丹为了追求科学，愿意冒风险，忍受痛苦。但这不是他最厉害的地方。他最厉害的是能够不费太大力气说服同事或者别的什么人爬进减压舱。在一次模拟下沉实验中，他老婆发生了痉挛，并持续了 13 分钟。最后好不容易停止了在舱内的翻滚，霍尔丹把她扶了起来，打发她回家做饭。小霍尔丹还很乐意让在场的人参与试验，甚至还包括西班牙前首相内格林（Juan Negrin）。那次实验相当令人难忘。内格林博士事后抱怨说有一点儿刺痛，并且“嘴唇上有一种奇怪的滑溜溜的感觉”。好在他似乎没受到什么伤害，估计事后回想起来也是会后怕的。在一次模拟缺氧实验后，小霍尔丹的臀部和脊柱下段失去知觉长达 6 年之久。 在小霍尔丹众多痴迷的研究项目中，氮气中毒现象是其中之一。在水下 30 米深处，氮气就会开始溶于血液，这时候就会发生像醉酒一样的氮气中毒现象，对其中的原理我们目前了解的还不多。当潜水员发生氮中毒现象时，他们会出现幻觉，有的人会试图把空气管子递给鱼儿们使用，有的人则会想要抽支烟休息一会儿，有的人情绪会产生剧烈波动。在一次实验中，小霍尔丹注意到，被试者“在沮丧和高兴之间来回切换，前一分钟还感到难受极了，要求减压，下一分钟又哈哈大笑，想要去干扰同事的灵敏度测试。”为了测量这种情况的变化速度，研究人员不得不和志愿者一起钻进减压舱，进行一些简单的定量测试。但是小霍尔丹后来回忆说：“过不了几分钟，测试者和被测者都一起中毒，要么会忘了按下秒表的暂停钮，要么就是忘了做记录。”即便到了现在，氮气中毒的原因仍然不很清楚。有人认为这和酒精中毒的原理是一样的，但缺乏可靠的研究。 好了，讲到这里，各位可能会觉得有点抓不住我本期的主题到底想说什么。其实，这只是我很庞大一个话题的开端，我今天从潜水讲到减压病再讲到氮气中毒，其实，我是想告诉大家，如果没有特别的保护措施，人一旦离开了我们世世代代习惯生活的地球表面，不管是往下面走，还是往上面走，都会陷入大麻烦中。我要给大家讲述一个有关我们生命自身的大故事，今天只是一个小小的序章，壮丽的生命诗篇仅仅开了个头。下一期，我会让你感受到我们来到这个世界上，能够活动和思考是一件多么幸运的事情。 往期： 宇宙自然生命简史：35 黄石火山会爆发吗？ 宇宙自然生命简史：34 黄石公园=黄石火山 宇宙自然生命简史：33 对地下世界我们了解多少？ 宇宙自然生命简史：32 来自地底深处的威胁 宇宙自然生命简史：31 人类会被小行星毁灭吗？ 宇宙自然生命简史：30 恐龙灭绝问题怎样解决的？ 更多： 中国公民防骗自测题，看看你能答对几题？ 长按识别二维码，收听更多 信扫一扫赞赏作者 Reward   reward(s) Long-press QR code to transfer me a reward As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on WeChat for iOS. 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