（这是Sheldon的第79篇漫画，所有图片大约1.1MB。） 捏橡皮泥发Science？听起来有点天方夜谭的感觉，可是去年5月一篇发表在《科学》杂志上的文章的主要研究材料就是橡皮泥捏的 ，而且Science官网还对它做了报道 。 来自瑞典的科研人员托马斯•罗斯林（Tomas Roslin）用制作粘土动画的粘土制作了2900多个假的毛毛虫，然后通过全世界40多个科研人员把这些毛毛虫放到了从北极到澳大利亚之间不同纬度和海拔的自然环境下，最远的两个研究地点之间跨越11635千米，这个项目还有一个高大上的名称“全球假毛虫计划”（Global Dummy Caterpillar Project）。 2015年，中国科学院西双版纳热带植物园的研究生黄述银和他的导师中村彰宏（Akihiro Nakamura）被邀请参加这个项目当中（因为和昆虫生态学领域内的大牛关系很好，所以被牵线）。他们当时觉得很好玩所以就加入了，绝没有想过会把结果发表在Science上。 他们的实验是在西双版纳热带森林中进行的，实验连续进行了4天，第一天布置假毛虫，随后三天每天去检查一遍它们。由于他们当时还有其他实验要做，西双版纳又是雨季，所以基本上连续一个月每天湿身回去，不过大家很享受野外工作。 要问为什么把这些假的毛毛虫放在野外，主要是为了观察它们是否“活着”。这句话听上去有些奇怪，它们本来就是“死的”那还怎么观察它们是否“活着”呢？其实，虽然我们知道它们是假的，但是自然界的那些捕食者们在咬上一口之前，可不知道这些毛毛虫是真是假。因为假毛虫是橡皮泥做的，如果它被咬了，它的体表就会留下咬痕，那么我们就可以确定它真的“死了”，也就是说这只毛虫被捕食者辨认出来是假的。 一般来说捕食者发现被骗后就扭头走了，所以不用担心实验材料“被盗”。通过这些咬痕，我们就能分析出是哪种捕食者留下的，比如是鸟，还是蚂蚁、老鼠等。而通过观察某一地区假毛虫被咬的频率，我们就知道了这一地区毛虫的被捕食率，然后就可以比较不同地点毛虫被捕食率的差异了。 （图片来源：Global Dummy Caterpillar Project） 最终研究者们通过分析发现，从赤道到南北极，纬度每升高一度（或每111千米）毛虫的被捕食率下降2.7%，最靠近极地的研究地点（格陵兰岛，北纬74.3度）的毛虫被捕食率只有赤道地区的八分之一；同时海拔每升高100米毛虫被捕食率降低6.6%。 所以，要想不被吃就待在冷的地方！ 其实这个研究最主要的结果就是证明了从极地到赤道，物种间的相互作用增强了。当然这项研究也揭示了其他有趣的现象：通常人们想到吃虫子最多的应该就是鸟儿了，可是在这项研究中发现其实节肢动物，尤其是蚂蚁，才是吃虫子的主力军。正是这些小蚂蚁的辛勤劳动才使得植物的叶子不被毛虫吃光，从而使地球保持了绿色呀！ 其实用假毛毛虫来做实验并不新鲜，相似的方法已经发表过多篇论文，通过假毛虫的被捕食率来描述物种间的相互作用，从而阐述更为复杂的生态学问题。如果你也有一个好的点子需要用橡皮泥来做实验，你甚至都不用做得像这篇文章中的虫子那么惟妙惟肖，哪怕随便扯一段都行。 请问你还可以再随便一点吗？当然可以，请看下面这张图。 （图片来源：参考文献 ） 这篇文章中的虫子身体都不是橡皮泥捏的，是面粉！就这样一个用面粉做身体、塑料片做翅膀的猎物，竟然在96小时后平均77%都被“吃”了。捕手们，你们捕猎的时候走点心行吗？ 请不要局限于做虫子，做什么青蛙 呀、蛇 呀都可以嘛！当然你也可以用真的活的虫子 ，只是要想办法不要让他们跑掉！ 所以你看，橡皮泥是多么好的实验材料呀，非常适合那些想法满天飞，有精力又没钱的科研工作者。 当然，橡皮泥作为小朋友们的最爱之一，让孩子们用它去设计小实验肯定是乐趣无穷又可以传播科学知识。 改变颜色、改变气味、改变形状，发挥你的想象力，放手去做吧！ 为了感谢他们对全球毛虫生存状况的关怀，菠萝科学奖组委会特别授予他们 2018·菠萝科学奖生物医学奖 。 作者：蛄蝼 制作：Sheldon科学漫画工作室 参考文献： 1. Roslin et al., 2017 Higher predation risk for insect prey at low latitudes and elevations. Science 356, 742–744. 2. http://www.sciencemag.org/news/2017/05/fake-caterpillars-reveal-worst-places-world-be-prey 3. Katerina Tvardikova，Vojtech Novotny. 2012Predation on exposed and leaf-rolling artificial caterpillars in tropical forests of Papua New Guinea, Journal of Tropical Ecology, doi:10.1017/S0266467412000235 4. J. Carroll T. N. Sherratt, 2013 A direct comparison of the effectiveness of two anti-predator strategies under field conditions, Journal of Zoology, 291 (2013) 279–285 5. Stuart YE, Dappen N, Losin N (2012) Inferring Predator Behavior from Attack Rates on Prey-Replicas That Differ in Conspicuousness. PLoS ONE 7(10): e48497. doi:10.1371/journal.pone.0048497 6. Wolfgang Wuster et al., 2004 Do aposematism and Batesian mimicry require bright colours? A test, using European viper markings, Proc.R.Soc.Lond.B 271, 2495–2499 7. Robert L. Jeanne，1979 A Latitudinal Gradient in Rates of Ant Predation，Ecology, 60( 6 ),1211-1224 本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用， 自媒体、报刊等转载请联系菠萝科学奖授权！
（这是Sheldon的第77篇漫画，所有图片大约2MB。） 试想，你和几亿个人被同时囚禁在了一个直径1千多米的铁罐子中，里面没有空气，没有光，只有水。在罐子的某个角落，只有一个小口子能通向外面。谁先找到那个小口子，谁就能逃出去。一旦有人成功逃生，出口就会被人封起来，剩下的人永远也不可能出去。更可怕的是，铁罐的形状一点儿也不规则，而且，每个人只能携带一个氧气瓶。 这个可怕的场景并不是来自科幻电影，而是我们每个人曾经“经历过”的一场竞赛。那个铁罐比喻的是母亲的子宫，我们每个人都曾经“是”数亿个精子选手中的一员，在母亲的子宫里努力寻找通向卵子的出口。精子找到卵子的那一刻，便是我们的生命开始的那一刻。 人类的子宫长得有点儿像一颗倒置的梨，大约5厘米宽，7.5厘米长。在子宫的两侧各有两个大约0.3毫米宽的开口，连接着一对输卵管，母亲的卵子会随机地出现在其中一条输卵管的某个地方。要想从父亲的几亿个精子中脱颖而出，逃出生天，你就得摸着黑迅速进入输卵管，找到那颗卵子。 虽然有许多科学家在内窥镜中观察过精子的运动，但人们都还不清楚，精子在茫茫子宫中到底是如何找到卵子的，因为内窥镜能探测的范围只有区区几微米。为了搞清楚这个问题，巴黎高等师范博士后杨靖和他的合作者从理论上开展研究，建立了一个精子在子宫中运动的二维数学模型。 杨靖假设，精子的运动轨迹有点儿像台球桌上的台球。如果没有撞到边界，精子就会以大约每秒75微米的速度沿着一条直线游动。如果撞到边界，精子就会随机地以一个角度反弹出来，然后继续沿着一条直线游动。 经过大量公式推导和数值模拟，杨靖发现，在人类母亲子宫的二维模型中，精子进入有卵子的那条输卵管的平均时间大约是17个小时，这跟先前的实验数据基本一致。并且，他们发现，子宫的形状会严重影响精子逃生的平均时间。在狭长的子宫或者扁平的子宫中，精子逃生的平均时间比较短。在圆形的子宫中，精子逃生的平均时间可能会延长好几倍。 杨靖指出，精子寻找卵子的过程在动物的繁衍中扮演着重要的进化意义。有数据显示，西方男子的精子浓度一直在下降。在过去的40年中这个数据发生了腰斩。有证据显示，精子浓度下降到25%时，就可能导致不孕不育症。因此，研究精子寻找卵子的数学理论有着重要的现实意义。 为了嘉奖他们对人类精准投胎的量化努力，我们特别授予他们 2018·菠萝科学奖数学奖 。 作者：Sheldon 制作：Sheldon科学漫画工作室 本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用， 自媒体、报刊等转载请联系菠萝科学奖授权！ 参考文献： J. Yang, I. Kupka, Z. Schuss, D. Holcman, Search for a small egg by spermatozoa in restricted geometries , Journal of Mathematical Biology, Volume 73, Issue 2, pp 423–446 (2016).
（这是Sheldon的第67篇漫画，所有图片大约2.2MB。） 最近二十年，城市变大了，大家的生活条件和卫生习惯变得越来越好，再也不用担心宝宝得百日咳、白喉、破伤风之类的传染病了。 然而按下葫芦浮起瓢，传染病倒是少了，但是宝宝身上某些“富贵病”却变多了。比如在中国，每三十个儿童之中，就会有一个得 哮喘。 一、哮喘到底是啥毛病呢？ 哮喘在古希腊语中的意思是“急促的呼吸”。有的宝宝根本没做剧烈运动，但如果被烟味、花粉、尘土或者其他过敏原刺激到了，就会剧烈地喘气，严重时还会发出很吓人的“哮鸣音”，这就是哮喘发作了。 给哮喘起名字的古希腊医学家希波克拉底认为，正常的人体内有四种体液：多血质，黏液质，胆汁质及抑郁质。如果肺里黏液质过多，就会引发哮喘 。 希波克拉底的观察没错，哮喘发作时，气道里确实会有黏液。但是宝宝的呼吸变得急促，主要还是因为气道变窄了——四车道变单行道，当然喘不过气来，只能使劲喘。 在许多情况下，哮喘会导致孩子缺氧，影响他们的学习、游戏和生活。 要是情况变得严重，哮喘还可能导致肺部感染或气胸。如果治疗不及时、不规范，可能还会威胁生命。 但哮喘并不是“无药可救”。只要我们能抓住疾病的“本质”，有效控制、恢复正常生活不是问题！ 二、喘气是表象，本质还是发炎 进入20世纪60年代以后，科学家逐渐发现，气道痉挛只是哮喘的症状，它的本质上其实是一种慢性气道炎症。这炎症又是怎么产生的呢？这就得从我们人体免疫系统的工作讲起了。 人体免疫系统通常有两个工作要做：一条是逮住外敌 （例如细菌、病毒、寄生虫等病原体） 猛揍，二是逮住内奸 （例如受感染的人体细胞、肿瘤细胞等等） 猛揍。这两种猛揍的过程就会引起我们平常说的炎症。 那么，免疫系统怎么会知道什么时候该发兵揍人呢？ 科学家发现，当人体遭遇到一些袭击时，细胞会通过几种化合物向免疫系统发出警报，让免疫系统进入备战状态。其中一种化合物跟气道发炎的关系比较密切，叫做 白三烯 。 白三烯就好比《狼来了》故事中的那个小孩，精神紧张，高度敏感，遇到危险时就大喊大叫：“狼来了”。听到叫声以后，气道周围的平滑肌就会收缩，引起气道痉挛，还会增加微血管的通透性，引来一群免疫细胞来对付狼（外敌或内奸）——于是，气道组织就开始发炎了。如果危险确实存在，那么发炎是正常的，不发炎才叫不正常。 但就像“狼来了”里那个孩子一样，白三烯经常也会“谎报军情”，害得免疫系统做出过激行为。有时候明明只不过路过了几条战五渣的 哈士奇 （比如烟味、尘土、花粉等异物），并没有明显的危险，白三烯也会大喊大叫，让平滑肌收缩，叫免疫细胞对着这些哈士奇一顿胖揍——于是气道又发炎了，哮喘也就在这个时候发作了。 （白三烯会影响“免疫细胞”是一种概括的说法，实际上，白三烯会影响所有存在白三烯受体的细胞，包括嗜酸性粒细胞，肥大细胞，嗜中性粒细胞，T细胞，B细胞，多能造血干细胞（CD34 +），鼻粘膜间质细胞，气道平滑肌细胞，支气管成纤维细胞和血管内皮细胞 。） 正是因为有白三烯这样的熊孩子乱发警报，全球才会有2.35亿人（其中有不少是儿童）不得不忍受哮喘一波一波地发作 。由于发现了白三烯的作用，并用化学方法实现了白三烯的合成，科学家分别获得 1982年的诺贝尔医学与生理学奖 ，和 1990年的诺贝尔化学奖 。 三、你堵我气管，我堵你耳朵眼儿 搞清楚哮喘的原因就好办了。既然细胞这么容易被白三烯忽悠，那么把它们的耳朵堵上不就好了？我收拾不了白三烯，我还封杀不了白三烯的声音吗？ 沿着这个思路，科学家开发了一类新的药物，叫做 白三烯（ 声音封杀剂 ）受体拮抗剂 。这种药有疗效吗？有副作用吗？针对这两个问题，科学家开展了一轮又一轮的临床试验。 可惜的是，第一代药物疗效不明显，没有通过临床试验。 科学家并没有气馁，他们又开发了第二代药物，结果疗效倒是提高了，但在动物实验阶段就发现了意想不到的副作用——肝肿大 。本着对药物良好的安全性和有效性的追求，科学家屡败屡战，埋头苦干，经过近10年的潜心研究，又开发了第三代药物。 在第三代药物中，科学家终于筛选出了一种白三烯受体拮抗剂候选成分，看起来效果还不错，而且没有之前一代成分的副作用。例如在第三期临床试验的一项研究中，相比安慰剂组，用这种白三烯受体拮抗剂连续治疗12周以后的患者（大于15岁），很多生理参数都明显改善了 。 在一般人都很关心的药物副作用方面，白三烯受体拮抗剂的表现也是可圈可点。从当时的临床实验数据看，这种白三烯受体拮抗剂成分所体现的安全性跟安慰剂几乎无法区分 。更有意思的是，它在婴幼儿身上也同样体现出了疗效和安全性 。2000年，第三代白三烯受体拮抗剂的候选药物获得FDA批准，可用于1岁以上的婴儿哮喘病患者 。 为什么这种白三烯受体拮抗剂的安全性这么高呢？有科学家推测，也许是因为在人体中，白三烯主要的职责就是引起发炎，不怎么掺和正常的生理功能。所以，这种药物把白三烯发炎的作用封杀了，也不会产生很严重的副作用 。 由于副作用小，需要做长期治疗的时候，医生也会考虑使用它 。有研究显示，它对宝宝的身高增长的影响与安慰剂没有显著差别 。而且在特定情况下经医生指导使用，还可以降低其他激素类药物的用量 。 除此以外，白三烯受体拮抗剂还有一个好处：它是口服药物，使用起来方便啊！ 大家都知道，不少哮喘治疗药物都是吸入式的，这需要掌握正确的吸入方式，为的是要让足够剂量的药物到达患病部位，让药物真正发挥作用。不过这对小朋友来说可能并不是件容易的事哦。相比之下，口服药就方便多啦，尤其对那些没掌握使用方法或不愿使用吸入式药物的宝宝和他们的爸爸妈妈而言，无疑是多了一个选择 。 由于耐受性好，副作用小，使用方便等优点 ，白三烯受体拮抗剂成为哮喘治疗中，尤其是儿童哮喘治疗中不可忽视的一环。在中华医学会儿科学分会呼吸学组2016年制定的《白三烯受体拮抗剂在儿童常见呼吸系统疾病中的临床应用专家共识》中指出， 白三烯受体拮抗剂在儿童哮喘的急性发作期、慢性持续期、临床缓解期，以及季节性预防中，都可以发挥作用 。 没想到，揪出白三烯这个容易“谎报军情”的家伙，顺势堵住细胞们的“耳朵眼”，就能治疗气管发炎引起的哮喘！你说，这研发思路是不是又任性又奇妙？！ 美指：牛猫 绘制：赏鉴、阿赫罗 排版：胡豆 本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用， 自媒体、报刊等转载请联系本账号授权。 参考文献： 1. E Cserhati, The history of bronchial asthmafrom the ancient times till the Middle Ages , Acta Physiologica Hungarica, (2004), 91 (3-4): 243-261. 2. J. N. Sharma, The role of leukotrienes in the pathophysiology of inflammatory disorders- Is there a case for revisiting leukotrienes as therapeutic targets , Inflammopharmacology, (2006) , 14 : 10-16. 3. Rakesh K. Singh, A review on leukotrienes and their receptors with reference to asthma , J Asthma. (2013) , 50(9): 922-31. 4. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs307/zh/ 5. 梁贵柏，《新药研发的故事》，上海三联书店，2014年：73-83。 6. Xianhai Huang , Robert G. Aslanian, Case Studies in Modern Drug Discovery and Development , John Wiley Sons, Inc., (2012): 154-195. 7. 中华医学会儿科学分会呼吸学组等，儿童支气管哮喘诊断与防治指南（2016年版），《中华儿科杂志》。 8. 辛晓峰，殷凯生，合理应用白三烯受体拮抗剂治疗支气管哮喘，《中华哮喘杂志》（2009年）。 9. 张汝峰，陈丽萍，支气管哮喘患者应用白三烯受体拮抗剂和吸入型糖皮质激素的临床对比观察，《中国实用医药》，(2012年)。 10. 中华医学会儿科学分会呼吸学组，白三烯受体拮抗剂在儿童常见呼吸系统疾病中的临床应用专家共识（2016年版），《中华实用儿科临床杂志》。
科学松鼠会 发表于 2010-10-27 15:00 作者：克里斯托弗牛曼 （Christoph Niemann) 译者：异议 本文由译者异议授权转载。 Whether we like it or not, human life is subject to the universal laws of physics. 不管我们愿不愿意，人的生命都是受物理定律支配的。 My day, for example, starts with a demonstration of Newtons First Law of Motion. 比如，我的每一天都是从牛顿第一运动定律开始的。 It states, Every body continues in its state of rest, or of uniform motion in a straight line 该定律指出：正常情况下，身体会保持静止状态，或做匀速直线运动， unless it is compelled to change that state by forces impressed upon it. 除非有外力加诸其上，迫使其改变状态。 Based on supercomplicated physical observations, Einstein concluded that two objects may perceive time differently. 基于超级复杂的物理研究，爱因斯坦得出结论，认为两个不同物体对时间的感知可能有所不同。 Based on simple life experience, I have concluded that this is true. 基于生活的简单经验，我确定这理论是真的。 Newtons Cradle shows how energy travels through a series of objects. 牛顿摆试验显示了能量是如何通过一系列物体来进行传递的。 In our particular arrangement, kinetic energy is ultimately converted into a compression of the forehead. 在我们的精心编排下，动能最终转化为我额头上挤出来的皱纹。 The forehead can be uncrumpled by a downward movement of the jaw. 通过下巴向下的运动，前额可以平复如初。 Excessive mechanical strain will compromise the elasticity of most materials, though. 但过度的机械应力会损害大多数材料的弹性。 The human body functions like a combustion engine. To produce energy, we need two things: 人体就像一台内燃机。为了产生能量，我们需要两件东西： Oxygen, supplied through the nostrils (once the toy car is removed, that is). - 氧气，通过鼻孔提供（在没有被玩具车堵住的时候）。 Carbohydrates, which come in various forms (vanilla, chocolate, dulce de leche). 碳水化合物，以各种形式被摄取（香草口味，巧克力口味，法式口味）。 By the by: I had an idea for a carb-neutral ice cream. OK，我想出了一个关于零增肥冰淇淋的主意。 All you need is to freeze a pint of ice cream to -3706 F. 你只需要把一品脱冰淇淋冻到零下3706华氏度。 The energy it will take your system to bring the ice cream up to a digestible temperature is roughly 1,000 calories, neatly burning away all those carbohydrates from the fat and sugar. 这样一来，你把它恢复到可吃的温度所花费的能量，大约是1000卡路里，正好可以抵消掉这些冰淇淋中的脂肪和糖所含的碳水化合物。 The only snag is the Third Law of Thermodynamics, which says its impossible to go below -459 F. 唯一的问题是，根据热力学第三定律，温度不可能低于零下459华氏度。 Bummer. 倒霉。 But back to Newton: he discovered that any two objects in the universe attract each other, and that this force is proportional to their mass. 还是回到牛顿吧：他发现，在宇宙中任何两个物体都会相互吸引，而且这股引力和它们的质量成正比。 The Earth is heavier than the Moon, and therefore attracts our bodies with a much greater force. 地球比月亮更重，因此对我们身体的引力更大。 This explains why an empty refrigerator administrates a much smaller gravitational pull than, say, one thats stacked with 50 pounds of delicious leftovers. Great: that means we can blame the leftovers. 这就解释了为什么一个空空如也的冰箱对我们的吸引力，远远小于装着50磅美味剩菜的冰箱。妙啊：这意味着我们可以赖到剩饭剩菜头上。 (Fig. A): Lets examine the behavior of particles in a closed container. （图A）：让我们来观察一下粒子在封闭容器中的行为。 (Fig. B): The more particles we squeeze into the container, the testier they will become, especially if the container happens to be a rush-hour downtown local at 86th and Lex. （图B）：如果我们把更多的粒子挤入容器中，它们将变得易爆，特别是当这个容器正好是高峰期的下城86街和莱克星顿大道路口的那个地铁站。 (Fig. C): Usually the particles will distribute evenly, unless there is a weird-looking puddle on the floor. （图c）：通常粒子会分布均匀，除非地板上有一滩奇怪的的不明液体。 The probability of finding a seat on the subway is inversely proportional to the number of people on the platform. 在地铁上找到座位的概率，与站台上的人数成反比。 Even worse, the utter absence of people is 100 percent proportional to just having missed the train. 更糟的是，如果站台上完全没有人，那么你百分之百的是误了刚开走的地铁。 To describe different phenomena, physicists use various units. 为了描述不同的现象，物理学家使用不同的单位。 PASCALS, for example, measure the pressure applied to a certain area. 比如，帕斯卡是用来测量某处面积所受压力的单位。 COULOMBS measure electric charge (that can occur if said area is a synthetic carpet) 库仑是测量静电电荷的单位（如果前述面积是一块合成纤维地毯的话，这种情况就有可能发生。） DECIBELS measure the intensity of the trouble the physicist gets into because he didnt take off his shoes first. 分贝是测量麻烦强度的单位，如果本物理专家忘了脱鞋的话。 Often those units are named after people to recognize historic contributions to their field of expertise. One NEWTON, for example, describes the force that is necessary to accelerate 1 kilogram of mass by one meter per second squared. 这些单位往往是用人的名字来命名，以纪念对该领域有历史性贡献的专家们。比如，一牛顿是使得一千克质量产生一米/秒平方的加速度所使用的力量。 This is not to be confused with one NIEMANN, which describes the force necessary to make a three-year-old put on his shoes and jacket when were already late for kindergarten. 这可不能跟牛曼搞混：一牛曼指的是在已经误了幼儿园的情况下，给一个三岁的孩子穿上鞋和外套所需要使用的力量。 Once the child is ready to go, I search for my keys. I start spinning around to scan my surroundings. This rotation exposes my head and all its contents to centrifugal forces, resulting in loss of hair and elongated eyeballs. Thats why I need to wear prescription glasses, which are yet another thing I constantly misplace. 一旦孩子准备好了，我就开始找钥匙。我开始不停的打转，四处察看。这种旋转使我的头及所有头上物品受到离心力影响，造成脱发和眼球拉长，从而使得我需要戴眼镜，而那也是我经常找不到的一样东西。 Since Antoine Lavoisier, we all know that matter can be neither created nor destroyed, though it can be rearranged, which, sadly, it eventually will. 从安托万拉瓦锡开始，我们都知道物质既不能创造也不能消灭，但它可以重新排列。可悲的是，它最终的确如此。 Not everything can be explained through physics, though. Ive spent years searching for a rational explanation for the weight of my wife??s luggage. There is none. It is just a cruel joke of nature. 不过，也不是什么都可以用物理来解释。我花了多年时间为我妻子的行李重量寻找合理的解释。根本就没有理由。这就是大自然开的一个残忍玩笑。 P.S. 如果你喜欢科学漫画，请千万不要错过正在进行中的 科学松鼠会008号有奖征文 ~
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