那些年，科学家追过的神兽（2017北京报刊阅读季专题3）

它们是造物者的萌宠，更是科学家的好帮手，是人类认识世界的旅程中不可替代的风景。如果诺贝尔奖能够颁给动物，那下面这些神兽各个都是“诺奖”大明星！...





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本文是“少儿报刊阅读季”专题，请仔细阅读，文末有10个问题，全部答对的同学，有精美科普图书奉送哦！

它们是造物者的萌宠，更是科学家的好帮手，是人类认识世界的旅程中不可替代的风景。如果诺贝尔奖能够颁给动物，那下面这些神兽各个都是“诺奖”大明星！没有什么比“薛定谔的猫”更有名的神兽了。薛定谔是一名奥地利物理学家，他的主业是研究量子力学。他并没有真的养宠物猫，而只是在1935年发表的一篇题为《量子力学的现状》的论文中提到了一只猫。

他设计了一个假想实验：在一个封闭的盒子里有一只猫和一个装满毒气的装置，装置有50%的概率开启，如果开启，装置内的毒气会杀死盒子里的猫。这只猫有50%的可能性被杀死，因此它处在一种既死又活的状态。但是当观察者把盒子打开时，他要么看到死猫，要么看到活猫，而绝不是一只半生半死的猫！薛定谔为什么要设计这个“莫名其妙”的实验呢？原来，当时量子力学的主流学派有一个观点—如果1个放射性的原子核有50%的可能性发生衰变，那么它就处于已衰变和未衰变的叠加状态。薛定谔是要用这个假想实验来质疑他们的观点呀。

薛定谔的猫一战成名，引起了量子物理学界的大讨论，成为科学史上极其著名的神兽！如果非要说一种跟“薛定谔的猫”一样齐名神兽界的动物，那非“巴甫洛夫的狗”莫属。巴甫洛夫是俄国的一名生理学家，而这只狗是一只贪吃的狗，很不幸地，它的唾液腺位置接了一根小导管，导管的另一端与一个可以测量狗狗分泌了多少滴唾液的装置相连。

巴甫洛夫不是无缘无故这么做的。若干天前，他在研究狗的消化腺分泌时意外地发现，只要给狗喂食的助手一出现，狗就开始分泌唾液，因此他给狗做了这个无伤大雅的小手术。

实验开始了，助手把食物拿到狗的面前，这时狗会分泌大量唾液；后来，他在每次喂食之前都先摇几下铃。一开始，狗听到铃声没有任何反应，但重复多次后，狗一听到铃声就知道一会儿有吃的，从而分泌出大量唾液；最后，助手坏坏地光摇铃而不给食物，但狗只要听到铃声就会疯狂分泌唾液。巴甫洛夫把这一生理现象称为“条件反射”，我们上中学时就会学到它。这只功勋卓著的狗狗的标本，现在还保存在巴甫洛夫博物馆里呢！果蝇不是苍蝇，果蝇喜欢吃腐坏后散发着酒精味儿的水果、蔬菜，它们不喜欢吃便便，所以没那么恶心。除此之外，你可能不知道，果蝇是生物学研究领域的大明星，是遗传学家摩尔根先生的神兽，帮助他发现了遗传学的第三大定律——连锁交换定律。

基因是遗传的基本单位，位于染色体上。摩尔根在研究中发现，果蝇的基因数量远远高于其染色体的数量，说明一条染色体上含有多种基因。那么在遗传的过程中，同一条染色体上不同的基因是独立发挥作用的，还是相互之间发生联系的呢？针对这一疑问，摩尔根和他的学生们用果蝇做了大量实验。他们让具有不同身体特征的果蝇交配、交配、再交配，通过大量的观察和统计，摩尔根发现这些果蝇后代相较它们的父母而言，表现出更多不同的身体特征。原来，果蝇的染色体片段在遗传的过程中会出现交叉互换的现象，原本位于A位置的基因被转移到了B位置，于是这些基因之间会重新组合，产生了更多的身体特征。这就是所谓的连锁交换定律。人类饲养的小鸭子会爱上它们的主人吗？奥地利动物行为学家康拉德·洛伦茨给了我们一个肯定的答案。

洛伦茨一定也喜欢小鸭子。一天，他逗着一只刚刚破壳而出的小鸭子玩了一会儿，这只鸭子竟然不愿回到鸭妈妈身边，反而视洛伦茨为母亲。洛伦茨不得不学着怎么做一个合格的鸭妈妈，他像真正的鸭子一样蹲在地上走路，并不停地发出咯咯声，只要他停下几秒，立刻就能听到小鸭子的“哭声”。更有意思的是，洛伦茨因为这一实验差点被送进了疯人院！



洛伦茨将这一现象称为“印刻”，印刻在刚刚出生不久的动物身上会发生，过了这个时期则不会发生。印刻行为会作为习性保存下来，并且不可逆，一旦形成，就不能修正和还原。所以我们一定要对家里饲养的小宠物负责哦，爱它们就要爱一辈子，它们对我们的爱可能超乎我们的想象！心理学家科勒曾对动物园的黑猩猩进行观察，在它们的房间里设置了各种难题，以检测它们是不是也懂得“抄近道”。

某次实验中，科勒将香蕉挂在天花板上，房间里唯一可用的工具只有一个木箱。几只黑猩猩争相跳起，想要抓住香蕉，但都没有成功。其中有一只聪明的黑猩猩停止了白费力气，而开始打量房间里有什么东西。它看到了箱子，并将箱子移到香蕉下方，站在箱子上，从而成功摘到了香蕉。

黑猩猩几次尝试取香蕉失败后并未慌张，而是坐下来观察环境，而后突然显露出领悟的样子，并随即采取行动以达到目的。科勒将这种现象称为“顿悟学习”，他认为学习不必通过盲目的尝试和重复练习，而需要理解整个情境，从而获得顿悟。只是想简单吃根香蕉的黑猩猩也不得不首先努力学习一番，谁说学习不是一个痛并快乐着的过程呢？此“洛伦茨”非彼“洛伦茨”，这位洛伦茨提出的是“蝴蝶效应”。“蝴蝶效应”是“失之毫厘，谬以千里”的意思，经过同名科幻电影的宣传而迅速成为脍炙人口的词汇。但“蝴蝶效应”跟蝴蝶到底有什么关系呢？

美国气象学家爱德华·洛伦茨有一个模拟大气流动的数学模型。有一次，他没有从头开始计算，而是从上一次中断的地方开始，但计算出来的结果却与前几次大相径庭。经过反复检查，他发现后一次使用的数据是0.506，而正确的数据则是0.506127。仅仅省略了3位小数，就造成了如此大的差异。洛伦茨因此意识到：初始条件十分微小的变化，经过不断地放大后，会对最终的状态造成极其巨大的差别，这就是所谓的“混沌理论”。后来，洛伦茨在他的演讲中用蝴蝶来阐明混沌理论：一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，会使更多的蝴蝶跟着一起轻拍翅膀，最后将有特别多的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同拍翅膀，其产生的强风可导致一个月后在美国得克萨斯州发生一场飓风。这就是著名的“蝴蝶效应”。蛇颈龙是一类远古水生爬行动物，体型无比硕大，是海洋中的霸主，与鱼龙一起统治着中生代的海洋。而在接下来的争执中，这个海洋霸主显然非常无辜，因为那时它们已经灭绝多年啦！

1868年的一天，美国古生物学家柯普得到了一堆乱七八糟、不知所云的化石，但天赋过人的他竟然拼出了一副完美的骨架！这副骨架的主椎体上长有与众不同的板状横突，还有一条又长又平的尾巴，样子很像蛇颈龙。柯普认为这条龙是蛇颈龙中的一员，就给它命名为“平尾薄片龙”，并很快在科学期刊上宣告了这个发现！

但柯普在组装骨架时，把平尾薄片龙长长的尾巴误认成了脖子，于是它的脑袋安在了尾巴上！他的老师莱迪发现了这个错误，出于对古生物学负责的态度，莱迪对外公布了自己的发现。不料莱迪的发现被柯普的死对头——另一位古生物学教授马什利用了。马什不仅在权威杂志上发表文章宣传柯普的错误：“柯普又组装了一个新物种，这个新物种最大的特点就是脑袋长在尾巴上。”他还亲自写信给柯普说：“你应该给你组装的动物命名为‘滑稽龙’。”两人的关系进一步恶化，一场关于化石的争论愈演愈烈，蛇颈龙也因此出了名。德国化学家凯库勒最大的贡献在于发现了苯的环状结构。苯是一类化学物质，在凯库勒之前，没有人能搞明白苯具有怎样的分子结构。凯库勒是一位极具想象力的科学家，他早年学习建筑，非常善于运用模型的方法将化合物的性能与结构联系起来。

凯库勒曾在书中写道：“我坐下来写我的教科书，但工作没有进展。我把椅子转向火炉，打起瞌睡来。原子又在我眼前跳动起来，较小的基团谦逊地退到了后面的位置，而我的思维变得更敏锐了，能够分辨出多种形状的大结构，也能分辨出紧密靠近在一起的长分子，它围绕、旋转，像蛇一样扭动。看！那是什么？有一条蛇咬住了自己的尾巴。电光火石之间，我醒了……”由此，凯库勒首次写出了苯的结构式——就像一个环，苯环的诞生为有机化学的发展奠定了坚实的基础！这就是传说中的日有所思、夜有所梦了吧，科学家之所以为科学家，可能就是因为连做梦都不放弃思考！人类的大脑是科学家们迫切想要了解的器官，大脑的极限在哪里，是至今未解的谜团。幸运的是，随着科学的进步，我们也不是一无所知！

美国生物学家埃里克·坎德尔正是通过对海兔的研究找到了长期和短期记忆的作用机制。海兔身长仅20厘米左右，却含有2万个神经细胞，而且这些神经细胞个头大，易于实验操作，因此海兔非常适合用于对脑和认知行为的研究。

给海兔某个轻微的刺激，它们会做出保护性的反射，而且这种情况能够持续几天甚至几周，坎德尔认为海兔形成了短期记忆。经研究，他发现这类轻微刺激能够使海兔体内的钙离子进入神经末梢，导致神经突触释放出更多的神经递质，从而使反射加强，并因此形成短期记忆——这就是短期记忆的作用机制。长期记忆的形成也发生在神经突触部位，但长期记忆的作用机制更加复杂，还涉及新蛋白质的合成。海兔能不能告诉我们更多关于大脑的秘密，就要看我们大家的努力啦！

了解了这些神兽在科学史上的精彩表现后，你是否对它们更有好感了呢？这个世界还有太多的谜团在等待我们，也许下一个神兽的主人就是你哦！

考考你

以下10个判断题，请仔细作答（识别文末二维码，进入答题页面）。

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1. 奥地利物理学家薛定谔养了一只宠物猫，他很爱这只宠物猫，并且在1935年发表的一篇题为《量子力学的现状》的论文中提到了这只猫，这只猫也因此得名“薛定谔的猫”。（ ）
2. 俄国生理学家巴甫洛夫给狗做了一个坏坏的实验，他亲自把食物拿到狗的面前，这时狗会分泌大量唾液；后来，他在每次喂食之前都先摇几下铃。一开始，狗听到铃声没有任何反应，但重复多次后，狗一听到铃声就知道一会儿有吃的，从而分泌出大量唾液；最后，巴甫洛夫坏坏地光摇铃而不给食物，但狗只要听到铃声就会疯狂分泌唾液。（）
3. 果蝇是苍蝇的一种，但跟一般的苍蝇不一样，它们不喜欢吃便便，而喜欢吃腐坏后散发着酒精味儿的水果、蔬菜，所以没那么恶心。（ ）
4. 一天，奥地利动物行为学家康拉德·洛伦茨逗着一只刚刚破壳而出的小鸭子玩了一会儿，这只鸭子竟然不愿回到鸭妈妈身边，反而视洛伦茨为母亲。（ ）
5. 心理学家科勒将香蕉挂在天花板上，房间里唯一可用的工具只有一个木箱。几只黑猩猩争相跳起，想要抓住香蕉，但都没有成功。其中有一只聪明的黑猩猩停止了白费力气，而开始打量房间里有什么东西。它看到了箱子，然后打开箱子，从箱子里拿出一根香蕉，得意地吃了起来。（）
6. 美国气象学家爱德华·洛仑茨有一天在巴西的热带雨林里看见一只蝴蝶，这只蝴蝶轻轻扇动它的翅膀，然后他发现有很多蝴蝶跟着一起轻拍翅膀，后来有越来越多的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同拍翅膀，最后，全巴西热带雨林的蝴蝶扇翅膀产生的强风，导致了一个月后在美国得克萨斯州发生的一场飓风。（）
7. 美国古生物学家柯普得到了一堆乱七八糟、不知所云的化石，但天赋过人的他竟然拼出了一副完美的骨架，并给它命名为“平尾薄片龙”。（ ）
8. 德国化学家凯库勒在琢磨苯具有怎样的分子结构时，有一天，他梦见一条蛇咬住自己的尾巴，醒来后，他推测苯分子也是这样一种环状结构。（ ）
9. 研究记忆机制的美国生物学家埃里克·坎德尔因为自己喜欢吃海兔，从而阴差阳错地对海兔展开了“长期和短期记忆的作用机制”方面的研究。（）
10. 上述神兽由于在科学研究的过程中起到了举足轻重的作用，从而倍受瞩目，“薛定谔的猫”和“巴甫洛夫的狗”甚至获得了号称“动物界诺贝尔奖”的“菲尔兹奖”！（ ）

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