司竹

生活中的一些小事物，每天出現(xiàn)在我們面前，也許會讓你覺得它們平平常常，沒什么好好奇的。實(shí)則不然，在科學(xué)領(lǐng)域，一些生活中最常見的事物，也帶著一些令人難以解答的謎團(tuán)。

撕拉膠帶能放出X射線

在上世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把透明膠帶從玻璃上撕下來時(shí)，能產(chǎn)生高能電子。然而，似乎沒有人相信蘇聯(lián)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，撕拉膠帶就能產(chǎn)生能量如此高的電子？這太瘋狂了。

然而，2008年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的一組科學(xué)家們證明確實(shí)有這個(gè)瘋狂的現(xiàn)象。這次他們將透明膠帶放置在一個(gè)真空器皿里，用一個(gè)機(jī)器以每秒3厘米的速度拉開膠帶，結(jié)果讓大家嚇了一跳，他們發(fā)現(xiàn)膠帶和膠帶卷軸之間釋放出了X射線，單個(gè)X射線脈沖的能量大約是15千電子伏，包含超過100萬個(gè)光子，持續(xù)十億分之一秒，這一劑量足以為科學(xué)家的一根手指拍攝骨頭圖像！當(dāng)科學(xué)家們意識到只有在真空環(huán)境里，膠帶才會有輻射，心情才平復(fù)下來。自此后，許多科學(xué)家都成功復(fù)制過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，所以這是一種真實(shí)存在的現(xiàn)象，但它是如何發(fā)生的呢？

我們知道，當(dāng)一些固體受到機(jī)械研磨、振動時(shí)，會出現(xiàn)閃光，這種現(xiàn)象叫做摩擦發(fā)光。比如，在冬天，你的頭發(fā)會特別干燥，用梳子梳頭發(fā)，會聽到噼里啪啦的聲音，在黑暗處還能看到閃現(xiàn)的光。這是由于在摩擦過程中，一個(gè)物體會帶正電荷，另外一個(gè)帶負(fù)電荷，相互接觸時(shí)，正負(fù)電子被中和，以光的形式釋放能量。同樣地，撕拉膠帶也會導(dǎo)致膠帶卷軸表面電荷積累，一旦電荷變得足夠大，就會有一束電子迸發(fā)出來，高速撞擊膠帶的粘著面，當(dāng)撞擊發(fā)生時(shí)，電子速度驟然放緩，并釋放X射線。

然而，在所有的電子放電過程中，僅有萬分之一會產(chǎn)生X射線。X射線的能量與膠帶被撕開時(shí)表面的電荷量直接相關(guān)，但問題是，小小的一卷膠帶怎么能產(chǎn)生這么大的電荷量呢？

雖然還有許多疑問，但科學(xué)家們相信假如在改造過的膠帶中加入重氫離子，當(dāng)離子被加速撞擊時(shí)，就會產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。而一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)正在打算利用這個(gè)新發(fā)現(xiàn)，制造造價(jià)低廉的X射線儀器，利用X射線來摧毀腫瘤。

科學(xué)家們測不出質(zhì)子大小

物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，每個(gè)原子都含有一個(gè)或多個(gè)質(zhì)子。最簡單的原子——?dú)?，由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成。利用對氫實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們估計(jì)了質(zhì)子的半徑。2010年，他們的最佳估計(jì)值是0.8775飛米，誤差范圍是正負(fù)0.0051飛米。1飛米相當(dāng)于10-15米。

科學(xué)家們想要縮小誤差值，所以他們用一種奇特的氫離子——μ介子氫進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。μ介子氫和普通的氫原子沒有太大區(qū)別，除了氫原子中的電子被一個(gè)μ介子取代。μ介子是一種帶負(fù)電、質(zhì)量為電子207倍的基本粒子，由于其質(zhì)量比電子大許多，所帶的負(fù)電可以屏蔽原子核的正電，所以，它能夠跟原子核更接近，作用力更大，讓科學(xué)家能夠更精確地探測質(zhì)子的結(jié)構(gòu)。正如預(yù)期的那樣，研究者將誤差值降低到0.00067飛米，而后來的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步縮小了誤差值。但令人驚訝的是，這次測量到的質(zhì)子半徑比以前認(rèn)為的要小得多！

要知道這有多么不可思議，我們不妨用一個(gè)比喻。假設(shè)你想測量一個(gè)巨大的沙灘球的半徑，第一次你用一個(gè)測量器測到的半徑為1米，誤差范圍是0.1米。隨后，你又換了一個(gè)測量器，這次誤差范圍降到了0.01米，然而你測量得到的球的半徑也變成了0.5米。這不對呀，球不應(yīng)該因?yàn)槟銣y量方式的改變，半徑有這樣的變化。這正是科學(xué)家們困惑不解的地方。

根據(jù)粒子物理學(xué)理論，質(zhì)子不像電子那樣是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)大小有限的“物體”，由3個(gè)夸克被所謂的“膠子”束縛在一起而構(gòu)成。因此，質(zhì)子的電荷及磁性都分布在一定的體積之內(nèi)，質(zhì)子與介子作用的方式，也和電子完全相同，理論上質(zhì)子半徑應(yīng)該是相同的，跟你如何測量它沒有關(guān)系才對。

那么，哪里出了問題呢？也許2010年的計(jì)算出了問題？但更多的研究者認(rèn)為當(dāng)μ介子存在時(shí)，質(zhì)子變小了，可能意味著二者之間還存在著一種未知的相互作用力，正是這種相互作用力的存在導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

沉默的X染色體

男孩從母親那兒得到一條X染色體，從父親那里得到一條Y染色體。女孩的兩條X染色體分別來自父親和母親。也許還會有其他的X和Y染色體的組合，比如有些人會患上XYY綜合征，有兩條Y染色體，一條X染色體，但是目前XY染色體和XX染色體的組合是最常見的。

女性體內(nèi)的每一個(gè)細(xì)胞都有兩條X染色體的副本。但從1949年開始，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在女性身體內(nèi)，其中一條X染色體總是不活躍，這條X染色體上的遺傳信息都被忽略了，在細(xì)胞及細(xì)胞后代的整個(gè)生命周期中，這條X染色體將一直失去活性，沒法產(chǎn)生蛋白質(zhì)。

假設(shè)在一個(gè)女孩的細(xì)胞中，來自其母親的X染色體并不活躍，而她父親的X染色體是活躍的，我們可以將這個(gè)細(xì)胞稱之為“父親細(xì)胞”，而反之則是“母親細(xì)胞”。

其中一條X染色體失去活性，可以讓雌性哺乳動物不會因?yàn)閾碛袃蓷lX染色體而產(chǎn)生兩倍的基因產(chǎn)物，但一個(gè)細(xì)胞是如何決定它是成為一個(gè)父親細(xì)胞，還是一個(gè)母親細(xì)胞的呢？

一條染色體上有1000多個(gè)基因，讓這些基因不被“表達(dá)”是一個(gè)非常艱巨的任務(wù)。研究者還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在選擇X染色體的方式上，有著驚人的多樣性。比如，對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，在一些小鼠大腦左側(cè)的細(xì)胞里，雄性X染色體大部分失去活性，而右側(cè)大腦細(xì)胞里則是雌性X染色體失去活性。

由于每條X染色體攜帶相同基因的不同變體，所以父親細(xì)胞主導(dǎo)的身體組織可能會與母親細(xì)胞主導(dǎo)的身體組織不同，這也許可以解釋為什么我們的左右手、左右眼會有細(xì)微的差別。

科學(xué)家們曾經(jīng)認(rèn)為細(xì)胞對于X染色體的選擇是隨機(jī)的，但越來越多的研究顯示并不是這樣。

到底是什么使得細(xì)胞成為了父親細(xì)胞，還是母親細(xì)胞呢？這對于人類進(jìn)化又有什么好處呢？這仍然是一個(gè)謎。

什么讓你臉紅？

當(dāng)一個(gè)人緊張、憤怒、害羞時(shí)，往往會臉紅，臉之所以變紅是由于血管舒張，但科學(xué)家們一直沒有找到是什么導(dǎo)致了人臉部血管舒張。endprint

1982年，研究者發(fā)現(xiàn)，面部靜脈含有兩種腎上腺素能受體：腎上腺素能α受體和β受體。相較而言，α受體對去甲腎上腺素更敏感，而β受體對腎上腺素更敏感。一些人猜測也許是這些腎上腺素受體被觸發(fā)后，讓人面部血液流動、氧氣輸送加快，最終致人臉紅。

為了找出答案，上世紀(jì)90年代，澳大利亞莫多克大學(xué)的心理學(xué)教授做了一些實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，一些志愿者服用藥物來抑制α受體，而另一些人則服用藥物來抑制β受體。然后，研究人員讓他們做一些通常會引起人臉紅的事情，比如心算、大聲唱歌、做適度的運(yùn)動等等，并測量他們的反應(yīng)。

研究結(jié)果表明，當(dāng)α受體被抑制后，并沒有影響人的臉紅反應(yīng)，而β受體被抑制后，志愿者臉紅次數(shù)雖然減少了，但面部血流量依舊會增加，仍然有臉紅反應(yīng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明肯定還有其他的因素，在引發(fā)人面部靜脈的血管舒張。

越來越多的花生過敏者

在中國，花生可炸可炒可生吃，做法多樣，成就了許多美食。然而，在其他國家，當(dāng)一個(gè)對花生過敏的孩子誤食花生時(shí)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的過敏反應(yīng)：瘙癢、舌頭和咽喉腫脹、昏厥、惡心嘔吐等等，如果不及時(shí)治療，可能會導(dǎo)致死亡。

花生過敏反應(yīng)是西方國家食物過敏反應(yīng)致死案例最常見原因。而更奇怪的是，近年來這些國家花生過敏兒童數(shù)量急速增長。研究發(fā)現(xiàn)，美國對花生過敏的兒童從1997年的0.4%上升到2008年的1.4%。在英國、加拿大和澳大利亞也出現(xiàn)了類似的情況。相比之下，花生過敏現(xiàn)象在發(fā)展中國家并不常見。

為了遏制花生過敏人群的激增，專家們曾建議孕婦和哺乳期婦女避免食用花生，確保在寶寶消化系統(tǒng)沒有充分發(fā)育前，不要接觸到花生蛋白，將這一過敏反應(yīng)扼殺在搖籃里。然而，這樣的建議絲毫沒有作用。

那么，為什么會這樣呢？

現(xiàn)在最常見的一種解釋是衛(wèi)生假說。這種假說認(rèn)為一些現(xiàn)代兒童在非常干凈的環(huán)境中長大，缺少接觸細(xì)菌、真菌、花粉、病毒等過敏源，抑制了免疫系統(tǒng)的正常發(fā)展。

另一種可能性是，花生作為食品，在發(fā)達(dá)國家有不同的加工方式。與發(fā)展中國家的煎炸相比，許多發(fā)達(dá)國家花生是被烘烤后再食用，這可能會使它們更容易變成過敏源。也有人提出也許恰恰是因?yàn)槿焉锱员苊饬耸秤没ㄉ?，使得孩子們接觸過敏原過晚，沒能產(chǎn)生對花生蛋白的免疫耐受。

現(xiàn)在人們提出了很多的解釋，但沒有找到根本性的原因，所以目前為止，沒有什么辦法能徹底治愈花生過敏。這也使得許多發(fā)達(dá)國家的學(xué)校不得不將花生從學(xué)校食堂里請出去，許多航空公司的餐飲都不再提供花生，以免乘客在高空發(fā)生危及生命的過敏反應(yīng)；袋裝食品的標(biāo)簽里往往會主動聲明該食品的生產(chǎn)設(shè)備是否也曾用于處理堅(jiān)果類食品，因?yàn)榇蠖鄶?shù)花生過敏癥患者同時(shí)也對一種或多種堅(jiān)果，如對核桃、杏仁等過敏。

黑寡婦蜘蛛為什么那么毒？

如果你面前只有兩種選擇，被黑寡婦蜘蛛咬，或者是被響尾蛇咬，你會選擇哪一種？或許選擇后者更明智，因?yàn)楹诠褘D蜘蛛的毒液比響尾蛇的強(qiáng)15倍。

在交配后吃掉雄性，黑寡婦蜘蛛因此而得名，這些臭名昭著的蜘蛛有一個(gè)很特別的外貌特征：腹部有彩色的沙漏形標(biāo)記。一旦咬傷人類，其毒液通常會引起被咬者嚴(yán)重的肌肉疼痛、腹部痙攣、多汗、心動過速，這種疼痛會持續(xù)好幾天。一些被咬者為了擺脫痛苦，甚至?xí)噲D自殺。

然而，黑寡婦蜘蛛一般身長只有3～10毫米，最大的雌性身長也只有13毫米，這么小的蜘蛛，分泌的毒液也并不多，一次注射進(jìn)人體的毒液只含有少量的神經(jīng)毒素分子。相比之下，有的成年人體重能達(dá)到100多千克，黑寡婦蜘蛛是如何用少量的毒液影響到體格龐大的人類的呢？

黑寡婦蜘蛛最致命的武器—拉特羅毒素，這種有毒蛋白質(zhì)能通過改變神經(jīng)末梢的結(jié)構(gòu)和功能，來攻擊中樞神經(jīng)系統(tǒng)。而更奇怪的是，受感染的細(xì)胞會自我攻擊，分泌大量廢物和多余的化學(xué)物質(zhì)，引發(fā)自身的細(xì)胞毒性。

對于研究者來說，黑寡婦蜘蛛少量的毒素就能在人體內(nèi)引起這樣大的病變，實(shí)在太不可思議了，了解其毒素的運(yùn)作原理，可能會讓科學(xué)家們明白為什么有的時(shí)候人的免疫細(xì)胞會攻擊自己。endprint