波特先生　波米提　熊鷹　志蘭　

第六次大規(guī)模滅絕即將到來(lái)？

恭喜你，你是那1%的一部分，也就是說(shuō)，地球上1%的物種還沒(méi)有滅絕。根據(jù)古生物學(xué)家的研究，地球上可能曾經(jīng)存活過(guò)40億種生物，只不過(guò)在地球和生物圈演化過(guò)程中，由于自然或人為的原因，99%的物種都被滅絕并出局了！

像這種來(lái)自南非卡魯盆地的恐龍類動(dòng)物，在2.51億年前的二疊紀(jì)末大滅絕中幾乎滅絕。

可以說(shuō)，在物種大滅絕期間，許多物種在進(jìn)化過(guò)程中被滅絕并出局了。這些事件被定義為造成至少75%的物種在地質(zhì)上一眨眼的時(shí)間內(nèi)消失——其范圍從數(shù)千年到數(shù)百萬(wàn)年不等。研究人員從5億多年前的化石記錄中獲得了足夠的數(shù)據(jù)，可以確定地球歷史上發(fā)生過(guò)五次這樣的大規(guī)模滅絕事件，許多科學(xué)家認(rèn)為，我們正處于第六次滅絕事件的中間。

大量的死亡是由多重災(zāi)難的結(jié)合造成的，比如海洋酸化和陸地溫度的飆升。雖然這些事件的誘因并不清楚，但大規(guī)模的火山活動(dòng)遍布整個(gè)地區(qū)，很可能是一個(gè)重要因素。小行星撞擊引發(fā)大規(guī)模滅絕的理論在很大程度上仍是推測(cè)性的：只有一塊太空巖石被確定與大規(guī)模滅絕有關(guān)。

每一次大規(guī)模滅絕都結(jié)束了一個(gè)地質(zhì)時(shí)期——這就是為什么研究人員把它們稱為白堊紀(jì)末期的原因。但大滅絕也并非一無(wú)是處：它推翻了生態(tài)等級(jí)制度，在這種環(huán)境下，幸存的物種往往茁壯成長(zhǎng)，在多樣性和地域上呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。

奧陶紀(jì)末期的大滅絕

奧陶紀(jì)（距今約4.85-4.43億年）是地質(zhì)年代名稱，是古生代的第二個(gè)紀(jì)，位于寒武紀(jì)之上、志留紀(jì)之下，在此期間形成的地層稱為奧陶系。奧陶紀(jì)末期，發(fā)生了地球史上第一次重大的生物大滅絕事件。

時(shí)間：大約4.43億年前

原因：在雙重打擊的第一波災(zāi)難中，冰原向前推進(jìn)，從根本上改變了洋流，在赤道和中緯度地區(qū)造成了惡劣的氣候。許多在第一次撞擊中幸存下來(lái)的物種適應(yīng)了它們的新世界，卻屈服于第二次災(zāi)難：一次突然的融化，另一次氣候變化和另一次海洋環(huán)流的突變。

情況有多糟：物種的滅絕率86%，屬的滅絕率57%。屬是此種更高的分類學(xué)分類，這可能是一個(gè)更好的衡量生物多樣性損失的指標(biāo)。

滅絕的物種：沒(méi)有幸存的動(dòng)物包括大多數(shù)三葉蟲(chóng)物種、不少珊瑚和一些腕足動(dòng)物。腕足類動(dòng)物是一種硬殼海洋無(wú)脊椎動(dòng)物，如今常被誤認(rèn)為是蛤蜊。

長(zhǎng)得好的物種：海綿體在奧陶紀(jì)末期之后長(zhǎng)得很好——這種模式在隨后的大規(guī)模物種滅絕中重復(fù)出現(xiàn)。2017年的一項(xiàng)生物學(xué)研究表明，這些不起眼的海洋動(dòng)物可能有助于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。海綿穩(wěn)定了沉積物，為腕足類和其他懸浮物提供了有利的環(huán)境。

三葉蟲(chóng)在5.2億多年前開(kāi)始出現(xiàn)，但在奧陶紀(jì)末期的大滅絕中首次出現(xiàn)了衰退。

在泥盆紀(jì)末期的大滅絕中，外表兇猛的甲胄魚(yú)滅絕了，這是生物多樣性的一個(gè)漫長(zhǎng)的螺旋式下降過(guò)程。

泥盆紀(jì)末期的大滅絕

時(shí)間：3.8億至3.59億年前

原因：盡管“大滅絕”一詞可能意味著全球性災(zāi)難，但這些事件的發(fā)生可能需要數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間和多方面的因素影響。例如，這次大滅絕事件持續(xù)了近2000萬(wàn)年，期間有多次滅絕高峰期。由于滅絕事件持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，其根源很難辨識(shí)?？赡艿纳飳W(xué)原因是此前泥盆紀(jì)陸生植物的大量繁育，導(dǎo)致地球大氣中氧含量的增加、二氧化碳的大幅減少，地球進(jìn)入卡魯冰河時(shí)期所致。

情況有多糟：物種滅絕率75%，屬的滅絕率35%。

滅絕的物種：令人遺憾的是，這些長(zhǎng)得很漂亮的甲胄魚(yú)——扁皮魚(yú)——被徹底消滅了。許多種類的珊瑚和更多的三葉蟲(chóng)也慘遭滅絕。但主要是海洋生物的物種滅絕，陸地生物受影響不顯著。

長(zhǎng)得好的物種：小家伙表現(xiàn)最好，尤其是不到一米長(zhǎng)的脊椎動(dòng)物。幸存者包括四足動(dòng)物，它們從海洋過(guò)渡到陸地，最終進(jìn)化成爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和哺乳動(dòng)物。

二疊紀(jì)末期的大滅絕

時(shí)間：2.51億年前

原因：西伯利亞的火山活動(dòng)被認(rèn)為是導(dǎo)致這次最大規(guī)模物種滅絕的罪魁禍?zhǔn)?。區(qū)域范圍內(nèi)的火山噴發(fā)釋放出有毒氣體，使海洋酸化，甚至可能破壞了臭氧層，帶來(lái)致命的紫外線輻射。2014年的一項(xiàng)研究表明，這場(chǎng)大災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間跨度約為5萬(wàn)年。

情況有多糟：物種滅絕率96%，屬滅絕率56%。這是地球上最大規(guī)模的物種滅絕事件，許多動(dòng)物門類整個(gè)目或亞目全部滅亡。

滅絕的物種：如此多的森林被毀，顯然發(fā)生了森林大火，之后就沒(méi)有什么可燒的了。曾普遍生長(zhǎng)的舌羊齒植物群，在二疊紀(jì)末幾乎全部絕滅;研究人員在地質(zhì)記錄中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“木炭缺口”。在這些瀕臨滅絕的動(dòng)物中，有許多兩棲動(dòng)物和一些突觸動(dòng)物，這是一群種類繁多的動(dòng)物，其中包括一些當(dāng)時(shí)的頂級(jí)掠食者。

長(zhǎng)得好的物種：有幾種真菌安然渡過(guò)了這場(chǎng)災(zāi)難，可能是因?yàn)樗鼈円运袥](méi)有幸免于難的腐爛生物體為食。許多食物鏈頂端的動(dòng)物消失，可能為最早的恐龍——以及最早的哺乳動(dòng)物掃清了道路，它們是從幸存下來(lái)的突觸分支進(jìn)化而來(lái)的。

西伯利亞廣泛的火山活動(dòng)可能導(dǎo)致了化石記錄中最大的大規(guī)模滅絕，即二疊紀(jì)末。海洋酸化，大規(guī)模的野火吞噬了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

惠凱豪斯龍是三疊紀(jì)大部分時(shí)期常見(jiàn)的海洋爬行動(dòng)物，但它沒(méi)能活到侏羅紀(jì)。

三疊紀(jì)末期的大滅絕

時(shí)間：2.01億年前

原因：火山再次爆發(fā)，但這次我們不能責(zé)怪西伯利亞。相反，在最終成為大西洋中心的一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)爆發(fā)的大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，引發(fā)了又一輪氣候?yàn)?zāi)難。它就像二疊紀(jì)末期的回應(yīng)。

情況有多糟：物種滅絕率80%，屬的滅絕率47%。

滅絕的物種：在這一時(shí)期里，牙形石類全部滅絕。

長(zhǎng)得好的物種：這次大滅絕騰出了許多“生態(tài)位”，為很多新物種的產(chǎn)生提供了有利條件，恐龍就是從此開(kāi)始了它們統(tǒng)治大地的征程。它們的多樣性呈爆炸式增長(zhǎng)，它們的祖龍親戚鱷魚(yú)龍（鱷魚(yú)的后代，包括現(xiàn)代鱷魚(yú)）也是如此。

白堊紀(jì)末期的大滅絕

時(shí)間：6550萬(wàn)年前

原因：白堊紀(jì)物種大滅絕的原因仍然存在激烈爭(zhēng)論。沒(méi)有人否認(rèn)當(dāng)時(shí)一塊太空巖石撞擊了墨西哥尤卡坦半島附近，但是，對(duì)于小行星撞擊地球是造成物種滅絕的直接原因還是僅僅是導(dǎo)火索，研究人員意見(jiàn)不一。在這次撞擊之前，印度德干圈閉的大規(guī)模火山活動(dòng)就已經(jīng)開(kāi)始了。2018年2月發(fā)表的一份《科學(xué)進(jìn)展》研究報(bào)告顯示，小行星撞擊和德干圈閉活動(dòng)，恰好與全球火山活動(dòng)普遍上升相吻合。無(wú)論催化劑是什么，它似乎都伴隨著二氧化碳的激增和海洋氧氣水平的下降，隨之而來(lái)的是小行星撞擊后的快速降溫。

情況有多糟：物種滅絕率76%，屬滅絕率40%。

滅絕的物種：恐龍時(shí)代在此終結(jié)。許多其他生物也被消滅了，比如鸚鵡螺——種有著獨(dú)特螺旋殼的軟體動(dòng)物。

長(zhǎng)得好的物種：恐龍及其同類的消失為哺乳動(dòng)物及人類的登場(chǎng)提供了契機(jī)。哺乳動(dòng)物很快適應(yīng)和利用了新空出來(lái)的生態(tài)位。

白堊紀(jì)末期的大規(guī)模滅絕事件幾乎吞噬了所有的恐龍，包括標(biāo)志性的霸王龍。

第六次大滅絕：現(xiàn)在和未來(lái)？

20世紀(jì)90年代，古生物學(xué)家、著名的自然資源保護(hù)學(xué)家理查德·李基警告說(shuō)，人類活動(dòng)正在導(dǎo)致“第六次滅絕”。在李基提出這一觀點(diǎn)之后的幾十年里，隨著大量新證據(jù)的出現(xiàn)，越來(lái)越多的研究人員同意了這一觀點(diǎn)。

隨著時(shí)間的推移，在地球上，一個(gè)或另一個(gè)物種的滅絕總是在發(fā)生。這些滅絕被稱為“背景速率”，在歷史上和化石記錄中都有記載。在物種滅絕的過(guò)程中，很難確定它們的滅絕速度，但2015年的一項(xiàng)科學(xué)進(jìn)展研究使用了一系列保守的估計(jì)，將目前的滅絕速度設(shè)定為正常背景速度的100倍。

人類活動(dòng)是罪魁禍?zhǔn)?，包括人口增長(zhǎng)、資源消耗增加以及化石燃料燃燒、溫室氣體排放引發(fā)的氣候變化。

在2017年出版的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上，科學(xué)家們得出結(jié)論，僅關(guān)注物種滅絕實(shí)際上可能會(huì)低估一個(gè)團(tuán)隊(duì)所稱的“生物滅絕”的嚴(yán)重性。畢竟，一個(gè)物種的全球滅絕只是棺材上的最后一顆釘子。

下降的螺旋始于棲息地的破壞和破碎，以及入侵物種和病原體的引入。通過(guò)過(guò)度狩獵或偷獵來(lái)殺死一個(gè)物種的個(gè)體成員也會(huì)造成破壞。隨著時(shí)間的推移，所有這些活動(dòng)都可能導(dǎo)致局部物種消逝，甚至在一個(gè)物種在全球徹底消失之前，這些滅絕就會(huì)減少生物多樣性，并可能破壞生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致更多的物種滅絕。

正如李基在其1995年出版的具有里程碑意義的書(shū)中所指出的那樣：“智人可能不僅是第六次物種滅絕的推動(dòng)者，而且有可能成為第六次物種滅絕的受害者之一?！?h3>牙齒

牙齒能透露很多信息，從我們的飲食習(xí)慣到社交習(xí)慣。現(xiàn)在就讓我們一起來(lái)了解關(guān)于牙齒的一些真相吧！

一個(gè)成年人有一套完整的32顆牙齒。我們的下頜有四種類型的牙齒：臼齒、前臼齒、犬齒和門牙，以及可選的智齒。我們的牙齒類型意味著我們是異齒動(dòng)物，就像大多數(shù)哺乳動(dòng)物一樣。相比之下，同齒動(dòng)物的下顎有相同類型的牙齒，這使得它們的咬痕看起來(lái)幾乎是一致的。

牙齒生長(zhǎng)在樹(shù)狀環(huán)中，由牙釉質(zhì)制成，而牙釉質(zhì)是人體中最堅(jiān)硬的物質(zhì)?？谇粌?nèi)生活著300多種細(xì)菌，其中很多存在于牙齒表面的牙菌斑中。

不過(guò)，牙齒并不是一出生就不變的。我們?cè)谡麄€(gè)生命中只會(huì)換一次牙;而其他動(dòng)物，比如鯊魚(yú)的牙齒會(huì)不斷地被替換。

健康的先兆

你在鏡子里看到的露齒笑容可以揭示口腔健康、基因遺傳和整體健康之間的一些令人驚訝的聯(lián)系。

雖然影響口腔健康的直接基因變量并不多，但特定的基因可能會(huì)增加患牙齦疾病和蛀牙的風(fēng)險(xiǎn)。例如，2017年丹麥科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種甜食基因：有些人的肝臟有缺陷，使他們比其他人更渴望甜食。當(dāng)我們吃甜食的時(shí)候，肝臟分泌一種叫FGF21的激素。哥本哈根大學(xué)代謝遺傳學(xué)副教授馬修·吉勒姆表示，與正常形式的FGF21基因相比，具有特定變異形式的FGF21基因的人往往渴望消耗更多的糖。研究結(jié)果顯示，攜帶兩種FGF21變異基因的個(gè)體對(duì)甜食的喜好程度比其他人高出20%。

這意味著，F(xiàn)GF21基因變異與嗜甜有很大的關(guān)聯(lián)性。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，這些變異與煙酒也存在相關(guān)性，但是具體的聯(lián)系還需要更多的研究來(lái)具體證實(shí)。

不健康的牙齒會(huì)引發(fā)一系列的影響。如果不及時(shí)治療，牙齒腐爛或膿腫可能導(dǎo)致潛在的危及生命的并發(fā)癥。2007年，一名12歲男孩因膿腫牙齒細(xì)菌擴(kuò)散到大腦后死亡。如果牙痛使你無(wú)法正常進(jìn)食，它會(huì)對(duì)你的飲食和身體健康產(chǎn)生負(fù)面影響，而牙齒排列不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致頭痛、鼻竇問(wèn)題、面部畸形，甚至呼吸困難。最重要的是，口腔健康與心血管和神經(jīng)系統(tǒng)健康高度相關(guān)，因?yàn)檠例X和牙齦以及口腔中的有害微生物很容易在整個(gè)身體中傳播。

牙齒也能反映我們的內(nèi)部健康狀況，有時(shí)還能提示隱藏的疾病線索。例如，先天梅毒可以中斷牙齒的生長(zhǎng)。

牙齒小知識(shí)

門牙在前中部，它們是用來(lái)咬東西的。

犬齒鋒利，用來(lái)撕碎和撕扯食物。

前磨牙比犬齒或門牙更結(jié)實(shí)，用于研磨和咀嚼食物。

磨牙往往比前磨牙更平坦，更寬，但它們的功能是相同的。

臼齒在農(nóng)業(yè)出現(xiàn)之前，當(dāng)時(shí)人類的下顎更大，因?yàn)樯囊吧参锖腿忸惛y分解。文化和飲食的變化導(dǎo)致下頜萎縮，導(dǎo)致牙齒過(guò)度擁擠和智齒阻生，由于空間不足，智齒可能向側(cè)面生長(zhǎng)。

牙齒上的記錄

牙齒在人的一生中會(huì)儲(chǔ)存大量的信息——我們每個(gè)人的牙齒記錄就像指紋一樣獨(dú)一無(wú)二。咬痕可以像牙齒上的DNA一樣幫助識(shí)別一個(gè)人。在現(xiàn)代法醫(yī)學(xué)中，科學(xué)家僅憑死者牙齒記錄信息就能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其死亡年齡、性別、種族、習(xí)慣，有時(shí)甚至職業(yè)。

考古學(xué)也從牙齒中獲益?？茖W(xué)家可以通過(guò)菌斑中的微生物重建微生物群落。這些微小的細(xì)菌微宇宙可以為我們了解古老的生活方式、行為、習(xí)慣、文化甚至社會(huì)習(xí)俗提供線索，比如親吻和飲食。菌斑中的細(xì)菌還可以告訴我們遠(yuǎn)古人類的季節(jié)性遷徙模式，這些模式基于追蹤細(xì)菌隨時(shí)間的推移在遺傳結(jié)構(gòu)中發(fā)生的變化。

牙齒能揭示一生中接觸到的金屬、毒素和其它污染物，并且這一現(xiàn)象并不局限于人類。2016年，猶他大學(xué)和布勞恩施威格大學(xué)的科學(xué)家對(duì)河馬牙齒進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)了過(guò)去環(huán)境和氣候變化的數(shù)據(jù)。

多樣性的牙齒

在整個(gè)動(dòng)物界，露齒微笑是什么樣的？你仔細(xì)觀察過(guò)動(dòng)物的牙齒嗎？有些是熟悉的，有些則陌生。自然界中的牙齒有各種形狀和大小。

獨(dú)角鯨螺旋狀的獠牙為神話中獨(dú)角獸的角提供了靈感。然而，這只角實(shí)際上是一顆從鯨的頜部伸出來(lái)的長(zhǎng)得過(guò)長(zhǎng)的牙齒。出乎意料的是獨(dú)角鯨嘴里沒(méi)有牙齒揭示它的食物主要是魚(yú)。更令人驚訝的是：它的牙齒起到感覺(jué)器官的作用，有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的神經(jīng)連接貫穿其中。因?yàn)殚L(zhǎng)牙可以感知海水鹽度的變化，它可以幫助獨(dú)角鯨在不同的海洋環(huán)境中航行。它們還能用獠牙像棍棒一樣擊暈獵物。

中國(guó)水鹿是唯一一種沒(méi)有鹿角的鹿，但別擔(dān)心，它們有不同的防御機(jī)制。雄鹿揮舞著從嘴里伸出來(lái)的小獠牙，平均有2英寸長(zhǎng)。這種動(dòng)物比普通的白尾鹿更原始。大多數(shù)專家認(rèn)為，鹿角是在長(zhǎng)牙之后進(jìn)化而來(lái)的，盡管它們都是用來(lái)抵御捕食者的。

海膽的牙齒是由方解石晶體制成的，堅(jiān)硬到可以咬穿巖石。牙齒中晶體基質(zhì)的結(jié)構(gòu)使它們具有穩(wěn)定性和耐久性，它們不斷地成長(zhǎng)和自我磨礪。

鸚嘴魚(yú)也有令人難以置信的強(qiáng)壯牙齒，這使得它們能夠咀嚼珊瑚并將其磨成細(xì)沙。由不同生物礦物（如氟磷灰石）和晶體組織而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使它們的牙齒很堅(jiān)硬，不會(huì)磨損。

裸鼴鼠的每顆牙齒都能獨(dú)立活動(dòng)，就像筷子一樣。和大多數(shù)嚙齒動(dòng)物一樣，鼴鼠的牙齒一直在生長(zhǎng)，需要不斷磨碎。它們的牙齒還可以用來(lái)移動(dòng)物體、進(jìn)行社會(huì)互動(dòng)，比如爭(zhēng)奪統(tǒng)治地位，當(dāng)然還有進(jìn)食。此外，鼴鼠大腦的軀體感覺(jué)皮層的很大一部分信號(hào)——疼痛、壓力、溫度——通過(guò)牙齒傳遞。

蛇的毒牙有兩種形式，都能有效地釋放毒液。在帶凹槽的尖牙中，毒液腺沿著牙齒的凹陷延伸。在中空的毒牙中，毒液腺體在牙齒內(nèi)部流動(dòng)，就好像穿過(guò)管子一樣。

章魚(yú)

章魚(yú)無(wú)疑是地球上最酷的動(dòng)物之一。它們不但聰明，還沒(méi)有礙事的脊柱（連一根骨頭都沒(méi)有），可以做到很多匪夷所思的事情。

夏威夷創(chuàng)世神話認(rèn)為，我們的世界是從另一個(gè)世界的廢墟中出現(xiàn)的。我們所看到的一切都是重新形成的，但對(duì)于前一個(gè)時(shí)代的幸存者來(lái)說(shuō)，那就是章魚(yú)。

從學(xué)術(shù)方面來(lái)講，軟體動(dòng)物的大腦很大，它們的組織方式與我們的大腦截然不同，章魚(yú)可能是地球上最聰明的無(wú)脊椎動(dòng)物。章魚(yú)四肢發(fā)達(dá)皮膚的顏色和質(zhì)地可以在瞬間改變，看起來(lái)完全是超凡脫俗的。章魚(yú)甚至被稱為“地球上的外星人。

章魚(yú)八件事

自我編輯：章魚(yú)可以對(duì)它們的RNA——將指令從DNA傳遞到細(xì)胞的信使（一般RNA作為信使也是要嚴(yán)格執(zhí)行這一傳遞任務(wù)，理論上不會(huì)出現(xiàn)任何偏差）——重新編輯。這樣一來(lái)，章魚(yú)最后制造出來(lái)的蛋白質(zhì)也會(huì)和預(yù)先設(shè)定的有所不同。這種能力可以幫助它們適應(yīng)寒冷，甚至可能是它們?nèi)绱寺斆鞯脑蛑弧?/p>

章魚(yú)也會(huì)集群：章魚(yú)作為一種非常孤傲的獨(dú)居動(dòng)物而被人們所知，但2017年，研究人員報(bào)告稱，一種章魚(yú)物種的成員生活在離彼此很近的地方，這是這種以獨(dú)居聞名的生物首次被記錄到集群行為。章魚(yú)聚集在一起顯然是為了開(kāi)發(fā)豐富的食物資源：扇貝。被清空和丟棄的扇貝殼如此之多，以至于它們可能被誤認(rèn)為是海底世界。

味覺(jué)：章魚(yú)的手臂肌肉發(fā)達(dá)，沒(méi)有骨頭，類似人的舌頭，這種比喻尤其貼切。每條手臂上排列的數(shù)百個(gè)吸盤都覆蓋著類似于我們味蕾的化學(xué)感受器——章魚(yú)可以“品嘗”它們接觸到的所有東西。這種能力可能使章魚(yú)能夠識(shí)別自己的手臂，防止它們粘在一起。

不只有大腦才會(huì)思考：章魚(yú)的手臂上布滿了神經(jīng)元。事實(shí)上，它們八只手臂上的腦細(xì)胞比整個(gè)大腦中的腦細(xì)胞還要多。一位研究人員認(rèn)為，它們的身體是如此復(fù)雜，它們需要強(qiáng)大的腦力來(lái)控制無(wú)盡的可塑肢體。

藏在顯眼的地方：章魚(yú)可以變成一縷“海藻”或一堆“巖石”，也可以在幾秒鐘內(nèi)無(wú)縫地“融化”在沙子里。它們是偽裝大師，這要?dú)w功于它們皮膚中由肌肉控制的色素囊，以及反射和散射光線的細(xì)胞。

軟粘糊糊：沒(méi)有骨頭也有好處。沒(méi)有礙事的脊柱，大型章魚(yú)幾乎可以將身體重新組合成任何形狀，所以它們能擠過(guò)幾英寸的開(kāi)口。任何大于它們喙的空間——章魚(yú)堅(jiān)硬的部分一都可以通過(guò)。

出身卑微：我們和章魚(yú)最后的共同祖先生活在5億年前，可能看起來(lái)像蠕蟲(chóng)。盡管章魚(yú)化石很稀有（因?yàn)樗鼈儧](méi)有骨頭），但它們的譜系至少可以追溯到3億年前，這意味著它們比恐龍更早。

分布廣泛：章魚(yú)已經(jīng)適應(yīng)了廣泛的海洋環(huán)境，從珊瑚礁到深海，從赤道水域到南極洲和阿拉斯加灣。

我們愛(ài)的章魚(yú)

扁頭章魚(yú)

有些章魚(yú)非?？蓯?ài)，比如這種深海章魚(yú)，有棒球那么大，發(fā)現(xiàn)于加州蒙特利灣。研究人員斯蒂芬妮·布什為這種至今仍未命名的章魚(yú)提出了一個(gè)合適的名字：扁頭章魚(yú)。

育雛時(shí)間最長(zhǎng)的北美斑章魚(yú)

章魚(yú)媽媽在卵子受精后停止進(jìn)食;它們一直守護(hù)著直到小章魚(yú)被孵化出來(lái)。這一過(guò)程通常需要幾個(gè)月的時(shí)間，但有一個(gè)物種的守夜時(shí)間要長(zhǎng)得多。一只北美斑章魚(yú)帶著她的卵被觀察了53個(gè)月——大約4年半——這使它成為迄今為止有記錄的所有動(dòng)物中產(chǎn)卵時(shí)間最長(zhǎng)的。

章魚(yú)“老墨”的大逃亡

眾所周知，章魚(yú)是一種聰明而義滑溜的動(dòng)物，但曾在新西蘭一家水族館生活過(guò)的老墨絕對(duì)是一個(gè)傳奇。這只普通的新西蘭章魚(yú)在午夜時(shí)分趁著維修人員沒(méi)有把水族箱排水口蓋子蓋好的機(jī)會(huì)，拆開(kāi)蓋子從縫隙中逃離水族箱，接著再把身體擠進(jìn)只有約15公分寬的排水管，一路擠出水管，逃回大海，再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。

變形大師擬態(tài)章魚(yú)

前一分鐘它還是一條比目魚(yú)，下一分鐘就變成了一條海蛇——會(huì)變形的擬態(tài)章魚(yú)，也能擬態(tài)?？?、水母和獅子魚(yú)。雖然章魚(yú)偽裝通常只涉及皮膚，但這種模仿章魚(yú)已經(jīng)學(xué)會(huì)模仿其它物種的一系列動(dòng)作。它會(huì)像海蛇一樣舉起和彎曲手臂，或者像比目魚(yú)一樣波動(dòng)，這可能是為了防御捕食者。

章魚(yú)皮膚

美國(guó)研究人員模仿了章魚(yú)改變皮膚形狀的特質(zhì)，創(chuàng)造了一種材料。

皮庫(kù)爾和謝潑德在康奈爾大學(xué)的有機(jī)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)了這種材料。該實(shí)驗(yàn)室聚焦“軟機(jī)器人”的研發(fā)，這種機(jī)器人質(zhì)感類似人體皮膚，可能的應(yīng)用領(lǐng)域包括假肢和機(jī)器人幫手等。

神奇的分形

一個(gè)國(guó)家的海岸線有多長(zhǎng)？這是數(shù)學(xué)家劉易斯·弗萊·理查森多年前提出的一個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題。令他迷惑不解的是，標(biāo)尺的長(zhǎng)度很重要。他認(rèn)為，無(wú)論你做得多么認(rèn)真細(xì)致，都不可能得到準(zhǔn)確答案，因?yàn)楦揪筒粫?huì)有準(zhǔn)確的答案。

原來(lái)，海岸線由于海水長(zhǎng)年的沖刷和陸地自身的運(yùn)動(dòng)，形成了大大小小的海灣和海岬，彎彎曲曲極不規(guī)則。

假設(shè)你在地面上，測(cè)量其長(zhǎng)度時(shí)如以公里為單位，則幾米到幾百米的彎曲就會(huì)被忽略不能計(jì)入在內(nèi)，這雖然沒(méi)有什么實(shí)際意義，但說(shuō)明隨測(cè)量單位變得無(wú)窮小，海岸線長(zhǎng)度會(huì)變得無(wú)窮大，因而是不確定的?；蛘哒f(shuō)，海岸線的長(zhǎng)度是依量尺的長(zhǎng)短而定。

讓我們以英國(guó)為例：使用一個(gè)100英里的標(biāo)尺，你會(huì)得到一個(gè)關(guān)于總海岸線的答案。但是如果你把那把尺子縮小到一英里，它就能裝進(jìn)那個(gè)大尺子漏掉的海灣里，那么答案就會(huì)大得多。一英寸長(zhǎng)的尺子會(huì)產(chǎn)生更大的結(jié)果。

雖然理查森并不知道，但他卻偶然發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的幾何學(xué)分形幾何，這注定會(huì)給傳統(tǒng)數(shù)學(xué)帶來(lái)一場(chǎng)革命。

分形的發(fā)現(xiàn)

分形就像一個(gè)俄羅斯套娃的無(wú)限版本：放大一個(gè)，你會(huì)得到一個(gè)更小的版本，并且?guī)缀跏悄汩_(kāi)始時(shí)的版本。海岸線是分形的，因?yàn)樵谌魏纬叨壬?，你都能找到海灣——至少在你找到原子之前是這樣。

然而，在純數(shù)學(xué)領(lǐng)域，卻沒(méi)有這樣的實(shí)際限制。例如，考慮一下“科赫雪花”（圖中紅色部分），它是瑞典數(shù)學(xué)家赫爾格·馮·科赫于1904年提出的。這種曲線的作法是，從一個(gè)正三角形開(kāi)始，把每條邊分成三等份，然后以各邊的中間長(zhǎng)度為底邊。分別向外作正三角形，再把“底邊”線段抹掉，這樣就得到一個(gè)六角形，它共有12條邊。再把每條邊三等份，以各中間部分的長(zhǎng)度為底邊，向外作正三角形后，抹掉底邊線段。反復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，就會(huì)得到一個(gè)“雪花”樣子的曲線。這曲線叫做科赫曲線或雪花曲線。反復(fù)進(jìn)行這一作圖過(guò)程，得到的曲線會(huì)越來(lái)越精細(xì)。

你得到的東西與現(xiàn)實(shí)生活中的海岸線有著相似的性質(zhì)，你在建造它時(shí)完成的步驟越多，其周長(zhǎng)越長(zhǎng)。不停這樣做，你會(huì)得到一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的邊界——盡管所有的無(wú)限仍然包含一個(gè)有限的區(qū)域。這就像13世紀(jì)詩(shī)人魯米的一句名言的數(shù)學(xué)版本：“你是一滴水中的整個(gè)海洋?！?h4>著名的分形圖形

分形，具有以非整數(shù)維形式充填空間的形態(tài)特征。通常被定義為“一個(gè)粗糙或零碎的幾何形狀，可以分成數(shù)個(gè)部分，且每一部分都（至少近似地）是整體縮小后的形狀”，即具有自相似的性質(zhì)。

分形幾何是一門以不規(guī)則幾何形態(tài)為研究對(duì)象的幾何學(xué)。由于不規(guī)則現(xiàn)象在自然界普遍存在，因此分形幾何學(xué)又被稱為描述大自然的幾何學(xué)。分形幾何學(xué)建立以后，很快就引起了各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)注。不僅在理論上，而且在實(shí)用上分形幾何都具有重要價(jià)值。

曼德布羅特集合

曼德布羅特集合是復(fù)動(dòng)力學(xué)中一個(gè)非常有趣而又典型的集合。曼德布羅特集M定義為：M的所有分支都是單連通區(qū)域，M的余集是一個(gè)區(qū)域。

1978年，數(shù)學(xué)家羅伯特·W·布魯克斯和彼得·馬特爾斯基在回答一個(gè)截然不同的數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，基于一個(gè)方程定義了一個(gè)新對(duì)象，按照他們的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)方程相當(dāng)簡(jiǎn)單。但直到1980年3月1日，數(shù)學(xué)家貝努瓦·曼德布羅特編寫(xiě)了一個(gè)方程，這個(gè)東西的神奇之處才體現(xiàn)出來(lái)。

他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)他從未見(jiàn)過(guò)的物體。在最大的范圍內(nèi)，它是一種帶著圓形尾巴的心形。放大后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)世界中的世界，形狀像海馬、銀河漩渦和曼陀羅。在曼德布羅特結(jié)合中，和“主心形”直接相應(yīng)的“裝飾”稱為主球形。每個(gè)“主球形”都分別且接無(wú)數(shù)個(gè)更小的“球形”和類似“觸角”的結(jié)構(gòu)。

謝爾賓斯基三角形

謝爾賓斯基三角形是一種分形，由波蘭數(shù)學(xué)家謝爾賓斯基在1915年提出。從一個(gè)等邊三角形開(kāi)始，把它分成四個(gè)等大小的等邊三角形，然后去掉中間的一個(gè)。對(duì)剩下的三個(gè)三角形不停重復(fù)這個(gè)過(guò)程，你最終會(huì)得到一個(gè)謝爾賓斯基三角形。如果用上面的方法無(wú)限連續(xù)地作下去，則謝爾賓斯基三角形的面積越趨近于零，而它的周長(zhǎng)越趨近于無(wú)限大。

多維交互現(xiàn)實(shí)

分形通常具有存在于我們的普通維度之間的罕見(jiàn)性質(zhì)。

例如，科赫雪花由普通的一維線條組成，但隨著迭代次數(shù)的增加，它看起來(lái)很模糊，就好像有寬度一樣。謝爾賓斯基三角形是由一個(gè)普通的二維三角形構(gòu)建而成的，但是由于所有的面積都被切掉了，所以它并不具有二維的屬性。

曼德布羅特集合通過(guò)分?jǐn)?shù)維的概念捕捉到了這一點(diǎn)——因此得名分形。本質(zhì)上，它捕捉到了分形是多么復(fù)雜和彎曲。再想想海岸線：當(dāng)你縮小你用的標(biāo)尺時(shí)，崎嶇不平的海岸線表觀長(zhǎng)度將比平坦的海灘長(zhǎng)得多，因此它將具有更高的分形維數(shù)。

科赫雪花的分形維數(shù)約為1.26，而謝爾賓斯基三角形的分形維數(shù)略高，為1.58，曼德布羅特集合的邊界分形維數(shù)為2。

大自然中的分形

曼德布羅特在一本書(shū)中介紹了這些概念，書(shū)名為《自然的分形幾何》。雖然大自然不會(huì)像數(shù)學(xué)分形那樣形成完美的重復(fù)的圖案，但她確實(shí)創(chuàng)造了一些華麗的相似物。

羅馬花椰菜花球的表面由許多螺旋形的小花所組成，小花以花球中心為對(duì)稱軸成對(duì)排列。它的神奇在于其規(guī)則和獨(dú)特的外形，已經(jīng)成為著名的分形幾何模型。它以一種特定的指數(shù)式螺旋結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，而且所有部位都是相似體，這與分形幾何中不規(guī)則碎片形所包含的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)原理相似。

蕨類植物提供了另一個(gè)分形示例。數(shù)學(xué)家邁克爾·巴恩斯利創(chuàng)造了一個(gè)蕨形數(shù)學(xué)分形，它可能被誤認(rèn)為是真實(shí)的東西。

閃電的分支形成了一個(gè)分形圖案，這意味著它具有分形維數(shù)——一項(xiàng)研究將其推算為1.51。當(dāng)人們被閃電擊中，電流穿過(guò)皮膚時(shí)，會(huì)形成閃電形狀的痕跡，破壞血管，而血管本身會(huì)形成一種分枝狀、分形的圖案。

股市本身就是一個(gè)分形，偶爾會(huì)出現(xiàn)巨大的崩盤或泡沫，更常見(jiàn)的是較小幅度的漲跌。

DNA以分形圖案形式被包裝進(jìn)一個(gè)細(xì)胞。人類細(xì)胞中的DNA有6.5英尺長(zhǎng)，比人類的平均長(zhǎng)度還要長(zhǎng)。但它必須折疊起來(lái)，以適應(yīng)每一個(gè)微小的細(xì)胞核，并且細(xì)胞必須能夠展開(kāi)它可能需要的任何細(xì)胞核。分形模式可以解決這個(gè)問(wèn)題。

云形成分形可能是因?yàn)轱L(fēng)的湍流在不同的尺度上進(jìn)行著相似的運(yùn)行軌跡。大量溫暖、潮濕的氣流以熱流的形式上升，但在這些氣流中有一些較小的空氣柱，以其自身形狀扭曲，所以大的和小的構(gòu)造最終看起來(lái)很相似。

人體乳房組織細(xì)胞排列成螺旋形，螺旋形中有螺旋形。阿爾伯塔大學(xué)的兩名研究人員分析了近8000張健康和癌組織的圖像，發(fā)現(xiàn)癌組織的分形維數(shù)始終較低。

分形天線分形的不同陣列可用于拾取信號(hào)的不同波長(zhǎng)范圍，從而在較小的空間內(nèi)提供更強(qiáng)大的信號(hào)。

讓分形起作用

喜歡分形的不只是自然。人類已經(jīng)開(kāi)始利用分形。

繩索 使用分形來(lái)解決問(wèn)題的最早例子之一涉及到繩子，珍妮娜·梅洛·蘭蒂尼在這個(gè)藝術(shù)中展示了這一點(diǎn)。細(xì)纖維纏繞成線;線被纏繞成細(xì)繩;線被纏繞成電纜。單一的靜態(tài)線性結(jié)構(gòu)，恰恰蘊(yùn)含著自然萬(wàn)象不斷變化的道理。另一方面，由數(shù)根繩索延展發(fā)伸開(kāi)來(lái)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，揭示了人與人、人與社會(huì)、乃至人與萬(wàn)物之間的依存關(guān)系。

卡通片繪制 由于自然界存在分形，動(dòng)畫(huà)師可以利用藍(lán)圖實(shí)現(xiàn)良好的模仿。動(dòng)畫(huà)電影使用分形來(lái)創(chuàng)建波浪、雪或其它景觀。這項(xiàng)技術(shù)在“星球大戰(zhàn)：第三集一西斯的復(fù)仇”中創(chuàng)造逼真的熔巖。

分形壓縮 因?yàn)楦哔|(zhì)量的照片需要大量的空間，我們經(jīng)常使用“壓縮”的版本，雖然不是很完美，但是很接近原圖。其中一種方法是在圖片的不同尺度上尋找重復(fù)的圖案。它通常生成比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JPEG文件）更高質(zhì)量的圖像，但并不常用，因?yàn)樗枰~外的處理時(shí)間。

原始圖

JPEG格式圖

分形壓縮圖