探索奧妙 熱愛科學(1)

主題導引

科學，已經(jīng)如此深刻地浸潤于我們的生活中，成為人類社會結(jié)構(gòu)和秩序中舉足輕重的因素。正如原始部落崇拜圖騰，田園詩人謳歌自然，在科技時代，我們對科學的感悟，正是來自于生活本身的體悟。科學家在追求真理的過程中，鍥而不舍，孜孜以求。常人往往認為他們苦，其實他們卻樂在其中。科學家頓悟與突破后的快感是常人所無法體會與想象的。此時莘莘學子，何不趁著這大好年華，走進知識的殿堂，探索科學的奧秘，培養(yǎng)自己熱愛科學的情感呢？

美文薈萃

昆蟲植物攻防戰(zhàn)

□虞國躍

許多昆蟲以取食植物為生，在這種取食與被取食的關(guān)系中，似乎昆蟲握有相當?shù)闹鲃訖?quán)，植物基本毫無回旋余地。但實際上，某些植物并非任人宰割、束手就擒，而是進化出了一套令人嘆服的防御系統(tǒng)，我們常見的植物的乳汁就是一些植物有力的反蠶食武器。

一些植物的葉子破損或莖折斷后，會冒出白色乳汁狀的液體，這樣的植物稱為乳汁植物。有幾個科的植物會產(chǎn)生乳汁，如常見的夾竹桃科、大戟科和桑科等，其中最著名的屬于蘿藦科的馬利筋。在這些植物中，乳汁被貯存在長形的管狀細胞中，這些細胞稱為乳汁管。它們伴隨著葉子的脈序。因此，當你切斷一片蘿藦的葉子時，乳汁似乎是從葉脈中冒出來的，但實際上它的產(chǎn)生與葉脈無關(guān)，是從自己的乳管系統(tǒng)中流出來的。

早期，人們認為乳汁有營養(yǎng)，好像白色的乳汁中含有淀粉。但乳汁有黏性、味道不好，這種有營養(yǎng)的想法越來越靠不住。1905年德國的研究人員通過針刺大戟，使葉子中的乳汁流出，發(fā)現(xiàn)蛞蝓會取食沒有了乳汁的大戟，而不取食原來有乳汁的葉子，從而證明了乳汁的防御作用。

實際上，許多昆蟲也采用這種方式，躲避植物的防御系統(tǒng)，獲得所需的、安全的食物。棕翅粗角跳甲是常見的一種葉甲，分布于吉林、河北、江蘇、湖北、江西、湖南、浙江、四川等地，取食的植物有蘿藦科、桑、雞矢藤。在北京，４月底５月初蘿藦的嫩莖從地下冒出來了，越冬的棕翅粗角跳甲出來取食嫩嫩的葉子。它們先在近葉尖的主脈上啃咬，白色乳汁流出來了。由于乳汁管已被咬斷，切斷點前面部分的葉子就不會再有乳汁流過，因此這部分的葉子是安全的，跳甲可以放心地食用。有時棕翅粗角跳甲只取食無葉脈的葉面組織，因此在葉的邊緣留下缺刻，或在葉中間咬食一個孔洞。

許多昆蟲上演著上述的割脈行為，但并不是所有的乳汁植物像蘿藦一樣容易被解除武裝。在蘿藦中，脈序是從中脈處平行分出支脈，因此只需切斷主脈，就可以阻止乳汁流向切割位以外的葉面。但有些乳汁植物如木瓜，葉子呈現(xiàn)網(wǎng)狀脈序，乳汁可以通過周圍的葉脈繞開切斷的葉脈。因此，如果某些昆蟲要解除葉子的武裝，就需要挖一條橫向或圓形的戰(zhàn)壕，才能切斷乳管系統(tǒng)。

植物與昆蟲之間的相互關(guān)系是極其復雜的，植食性昆蟲促進了植物防御的進化，反過來植物的防御又促進了昆蟲反防御的進化。植物中乳管的出現(xiàn)和昆蟲避開這些乳管的能力，均是協(xié)同進化的結(jié)果。

（選自《森林與人類》2007年第7期）

賞析

“物競天擇，適者生存”，雖只有簡單的兩句話，卻道盡了生物界演化的基本規(guī)則。應該說昆蟲依附于植物生長，它從植物身上獲得生長所必需的營養(yǎng)；同樣植物也要繁衍生息，為了盡量避免昆蟲的侵襲，它們也有一套獨特的防御體系。這正如本文所言，大自然中一幕幕昆蟲植物攻防戰(zhàn)在悄悄上演。本文語言生動活潑，特別是文章標題新穎別致，極大地激發(fā)了讀者的閱讀興趣。

雪的功能令人驚奇

□竇光宇

從天而降的片片雪花給人們帶來歡樂，同時也給人們帶來了無須額外投入的清潔能源。

專家推算，10萬噸雪換算成等量制冰所需能耗，相當于1.2萬噸石油。如果用來進行存雪制冷，節(jié)約的燃油為數(shù)十分可觀。現(xiàn)在，無能耗的“雪能源”正在日本北方市民生活中扮演越來越重要的角色。入冬以后，人們隨時把降雪積存起來，集中保管在專用的雪庫里。來年夏天，把它循環(huán)往復地送入各戶以達到制冷的目的。據(jù)報道，日本北海道的美唄市，最近出現(xiàn)了一座以存雪為制冷劑的6層空調(diào)住宅樓，這一奇特方式目前尚屬世界首例。雖然一個夏天的用雪量為數(shù)不小，但美唄市每年的降雪量很大，一個冬天郊外地面積雪可厚達2米。一間雪庫可積存100噸，足以滿足夏天需要。

除了制冷以外，雪還可以用于空氣凈化。雪的晶粒結(jié)構(gòu)非常復雜，即使攥成雪團，內(nèi)部的微孔仍可保持足夠的空間，含有甲醛、花粉等有害物質(zhì)的空氣從中經(jīng)過，這些化學成分就會吸附在上面，把空氣流量調(diào)整至適當程度，可濾除90%以上的甲醛、花粉等有害成分。

雪水是水經(jīng)過蒸發(fā)后重新凝結(jié)而成的冰狀水，是一種超軟水。它不含鉀、鈉等礦物質(zhì)，具有很強的滲透力。雪水對人體有著奇妙的保健作用。它對治療紅眼病、皮膚燙傷、凍傷都有效果，尤其對于輕患者，只需每三四個小時涂洗一次，可不用其他藥物，45天就能痊愈。常用雪水洗澡，可以增強皮膚的抵抗力，促進血液循環(huán)，減少疾病。清純的雪水還是一種美妙的天然飲料。研究表明，雪水中所含酶化合物比普通水多，所以當今醫(yī)學界普遍認為，每天飲12杯雪水，可使血中膽固醇含量顯著降低，能防治動脈硬化癥。俄羅斯的醫(yī)學專家還提醒人們，隨著年齡的增長，體內(nèi)冰結(jié)構(gòu)水會日顯不足，從而加速人的衰老。所以，上了年紀的人喝雪水更有好處，可以延年益壽。

目前已收集到的試驗數(shù)據(jù)表明，戶外4米高的雪堆，蓋上30厘米厚的木屑、枝葉等，到8月份仍可保持2.5米高度。同樣方法，如果將雪堆改為半地下方式，按照高25米，邊長100米規(guī)模堆放，可存雪20萬立方米，夏天可從這里源源不斷地取用，在空調(diào)或糧庫恒溫系統(tǒng)中發(fā)揮作用。來自大自然生態(tài)環(huán)境的雪，回過頭來又開始為保護生態(tài)作貢獻。

（選自《百科知識》2008年第2期，有刪改）

賞析

雪——這一大自然的精靈，它的功能，被作者描繪得淋漓盡致。在這篇科普小品文中，作者以質(zhì)樸的文字，向讀者介紹了雪所具的制冷、空氣凈化、保健等令人驚奇的功能。文中運用列數(shù)字的說明方法，準確地說明了存雪制冷，能節(jié)約大量燃油；運用舉例子的說明方法，具體地說明了降雪積存起來可以制冷的功能。縱覽全文，作者無時無刻不在告誡人們要呵護雪這一精靈，讓它更好地為人類作貢獻。

嗅覺的奧秘

□郭振海

詩人王冕在詠梅的佳作中曾寫道：“冰雪林中著此身，不同桃李混芳塵。忽然一夜清香發(fā)，散作乾坤萬里春。”在此，我們不是要研究此詩寫得如何高超絕妙，而是要探索人是怎樣聞到梅花散發(fā)出的誘人的清香的。

我們知道，人人都長有一個鼻子。它不僅用于呼吸，還能辨別出各種氣體：不論是撲鼻的梅花清香，還是臭不可聞的硫化氫，鼻子都能靈敏地感覺出來。

談到嗅覺，雖然我們能夠辨別香、臭、甜、酸、苦、辣等各種氣味，但在動物界，人類的嗅覺并不算太高明。蒼蠅與狗的嗅覺都相當靈敏，要比人強許多倍：蒼蠅能在幾千米外嗅到極為微弱的氣味，有靈敏嗅覺的警犬可以在公安、軍事、救護等方面充當“偵察兵”。

那么，人和動物為什么能聞到各種氣味？氣味與化學有什么關(guān)系？蒼蠅和狗的鼻子為什么比人的鼻子還靈？這些問題長期以來使人類感到迷惑不解。雖然有許多人對此進行過研究，也提出過許多學說來解釋，但至今仍是謎底深深。

從前，聰慧的古希臘哲人們曾對嗅覺做過解釋，認為鼻子里存在有網(wǎng)眼的黏膜，氣體分子只要能鉆進去，人就可以感到氣味。顯然，這只是一種主觀想象，在現(xiàn)代人看來如同兒戲。

經(jīng)過長期的研究，人們終于發(fā)現(xiàn)，對物質(zhì)的氣味辨別，不僅與嗅覺器官有關(guān)，也與物質(zhì)的化學組成、化學結(jié)構(gòu)、溶解狀況、分子量的大小等有關(guān)。例如，由碳、氫、氧三種元素組成的有機酸，分子中一般都有含有叫做“羧基”的基團，所以一般有酸味，如醋酸、檸檬酸等；酯類物質(zhì)一般都具有濃郁的香味，如乙酸異戊酯有香蕉味，異戊酸異戊脂有蘋果香味……也就是說，氣味是由化學物質(zhì)微粒決定的，它能在空氣中散發(fā)飄逸。

進入20世紀后，蘇格蘭科學家蒙克里夫于1949年提出了一種氣體立體化學理論，認為氣體分子的形狀如同我們常見的物體那樣，多種多樣，千姿百態(tài)，有球形、船形、椅形等。

氣體立體化學理論認為，在人和動物的鼻子中有感覺靈敏的鼻竇，在鼻竇的細胞中有專門接受外界氣體分子的受體，它也是一種分子。當外界氣體分子和鼻竇受體分子像模具和模型一樣相互吻合并發(fā)生生理反應時，產(chǎn)生的信號便刺激大腦，就可以使人聞到氣味。如果外界氣味分子和鼻竇受體分子不吻合、不反應，人就聞不到氣味。例如，樟腦分子是球形，而鼻子中受體分子是碗形，兩者吻合，所以人才能聞到樟腦味。后來，美國的阿爾莫對此理論提出了一個較為完整的嗅覺化學機制，但兩者大同小異，觀點基本相同。

不過，這種理論也遇到了一些新的挑戰(zhàn)。例如，有的物質(zhì)化學結(jié)構(gòu)雖不同，卻有相同氣味；有的物質(zhì)結(jié)構(gòu)非常相似，卻具有不同的氣味；也有一種物質(zhì)同時具有兩種氣味……這些問題用上述理論都難以解釋。

現(xiàn)在，人類對嗅覺的認識還在步步深入，在步步逼近真理，但還有許多問題至今仍不清楚。作為一門正在悄然興起的新科學——香味學，但愿能像王冕詩中描寫的那樣，早日“散作乾坤萬里春”。

（選自《飛碟探索》2002年第6期，有刪改）

寫作借鑒

這篇科普性文章以時間順序?qū)θ祟惖男嵊X進行饒有趣味的說明。首先是文章開篇就引用詩人王冕《白梅》中的詩句，頗有文采，吸引讀者，引出將要說明的對象。全文把人們對嗅覺奧秘的研究主要分為兩個階段：對嗅覺器官的研究和對嗅覺化學機制的研究。文章運用舉例子、打比方等說明方法使這篇說明文更加生動形象。當然，自然界中的奧秘無窮無盡，未解之謎也還有很多很多，這有待于人類做進一步的探索與研究。