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第35章 化学探秘(2)

由于在把煤变成汽油的过程中,能除去对人体及环境有害的杂质,而且煤又比石油更便于运输和使用,所以许多国家都已经筹建了较大规模的煤液化工厂。同时,科学家仍在继续研究把煤变成汽油的更新、更好的方法,使储量丰富的煤能部分替代石油,更好地为人类服务。

为什么在陶瓷器皿上可以烧出美丽的色彩

我们每餐用的饭碗和碟子,表面有一层光滑的玻璃质,叫做釉。在光滑的瓷釉上,常常绘有美丽的图画,给人一种美的感受。

原来,在釉中加进各种金属或金属氧化物,烧熔后就显出不同的色彩,称为釉彩。

瓷器上的图画,常常有红色、绿色、紫色、黄色、黑色等等妍丽的色彩,就是巧妙地使用某种金属和金属氧化物的釉彩绘制成的。釉彩是几千年前我国劳动人民智慧的创造。利用各种釉彩,可以制造出精美绝伦的瓷器。中国的瓷器是驰誉世界的,现在英语中“瓷器”一词,就和“中国”一词相同,都是“CHINA”。

在瓷釉彩上产生瑰丽颜色的原料很多,例如氧化钴可产生蓝色;氧化铬生成绿色;三氧化二铁可产生棕色;二氧化锰生成黑色;氧化亚铜生成红色;氧化锡生成白色;氧化锑生成黄色;金和金的化合物产生金红色;银化合物生成黄色;镍的化合物产生紫色等等。用不同的金属氧化物,互相合作,还可以产生出种种奇异悦目的色彩来。

制作一件瓷器,先得用瓷土制成坯,放进窑中煅烧,制成素烧瓷。素烧瓷有很多极小的小孔,是会渗水的。在素烧瓷上,浸上一层釉料,釉料烧熔后会覆在素烧瓷上,就成了雪白光洁的瓷器。如果在雪白的釉上,用釉彩绘上花卉、人物等图案,经煅烧熔化,一个有美丽图画的瓷器就诞生了。

看不见的指纹是怎样被发现的

指纹,就是手指正面末端隆起的汗腺开口连结成的纹理。每人、每个手指的指纹都不同,即使是双胞胎也不例外。因此,指纹可用来作为识别人的标记。指纹显示是一种重要的侦察手段,也是一种有趣的表面化学反应技术。

今天,我们已经能使用多种高科技的手段,让看不见的指纹印奇迹般地露出“庐山真面目”。当然,我们也可以用很简单的方法做一个指纹显影的小实验:用大拇指或食指在一张光洁的白纸上按一下,看上去并没有留下什么痕迹。另取一个小玻璃管,放入两粒米粒大小的碘,把玻璃管置于小火上慢慢加热,当碘受热渐渐变成蒸气升到玻璃管口时,将白纸上按过手印的地方对准玻璃管口的上方,让碘蒸气缓缓飘过留下指纹的纸面,一会儿功夫,白纸上就清晰地显示出你的指纹了。

为什么碘蒸气能显示出“看不见”的指纹呢?因为在一般情况下,手指上总有少量的油脂等分泌物,它们是由人的皮肤表面腺体分泌的。一般人一昼夜可以从皮肤中分泌出约15~40克油脂。有的人属于多脂型皮肤,分泌出的油脂量每昼夜可达45克。当你用手指接触白纸时,这些油脂就粘到了纸上,只是由于量很少,所以看不出什么痕迹。

油脂与水是不相混合的,它们之间的亲和力很小。但是,碘与油脂却是“好朋友”,它们的分子结构有相似之处,因此碘能溶解在油脂中。因为碘的颜色很深,即使溶解了微量的碘的蒸气,也能使手指留在纸上的油脂分泌物染上明显的颜色,在白纸上显示棕色的指纹印迹。

如果刚用肥皂洗过手,手指表面的分泌物还来不及形成一层油脂时,即使用十个手指按过的纸面,碘蒸气也不能显印出指纹。不过当你用手在脸上或头发上擦几下,让它沾上一些油脂,再做实验,那么在纸上就又能得到很清晰的指纹了。不信,你可以试试。

变异说明什么

中学课本上说,在周口店发现的“北京人”是我们的祖先。近年来,随着对基因的深入研究,有的分子遗传学家却出来说,我们现代人的祖先在非洲。于是,人类起源于什么地方,谁是中国人的远祖就成了一个有争论的问题,争论十分激烈。

人类的起源,大致可以说,先是从猿人进化而来,然后进化为直立人,最后成为智人,智人的中晚期才是现代人。最近的争论集中在现代人阶段,也就是35万年到10万年前,我们的远祖是谁。我国的古人类学家坚持认为北京人是我们的祖先,然而,1987年,美国的分子生物学家坎恩等人却提出一种理论,认为,现代人的祖先都起源于20万年前的一位非洲女性,也就是“夏娃”,形成了“夏娃假说”。

夏娃假说的根据来自对人的DNA进行的研究,大家都知道,DNA是遗传信息的载体,正是根据这些信息,自主复制,保证准确地产生下一代,并且代代相传。俗话说,“种瓜得瓜,种豆得豆”,讲的就是遗传。但是,遗传学家也注意到,一粒种子结成的豆并不是完全相同,多少有些变异。遗传和变异,是研究遗传学的两大主题。

在人群中,也同样存在着遗传和变异这两种生物特征,有的变异是可能保存下来,并记录在DNA之中。这样,DNA记录的遗传信息中,不仅有遗传的基因,也包含了变异的基因。

在遗传信息中,研究变异的多和少,就得到一些重要的推论。我们想像得出,一个人群的遗传信息中,相同的DNA很多,而变异非常少,就说明他们的血缘关系亲密。

同时,由于变异不是经常发生的,隔一个时期才会发生,才可能保存在遗传信息中,因此,就可能把通过检测变异基因的多少,作为鉴别一个人群的历史的尺度。如果一个人群的变异少,说明它的历史短;如果一个种群变异多,就反映这个人群的历史比较长。

创立夏娃学说的学者们,分析了从世界各地148位妇女身上提取的DNA,对其中的遗传信息进行比较,发现非洲人的变异最多,并且推测出非洲现代人的历史大约为20万年,而亚洲、欧洲的现代人的历史最多只有13万年。根据这个结果,他们作了一个判断,现代人的始祖在非洲,夏娃就是现代人的始祖。夏娃的后代大约在13万年前逐渐走出非洲,有一支走向欧洲,有一支走向亚洲。

按照这个学说,我们中国人也是这位“非洲夏娃”的后代了。中国遗传学家金力接着对中国人的基因进行研究,于1999年发表论文,说根据对28个人类群体的DNA进行分析,发现有部分非洲人大约在6万年前,从亚洲东南部进入中国,先到华南,然后进入北方,发展成今天的现代中国人。

然而,这个学说并没有得到我国古人类学家的支持,古人类学家仍然认为,中国人的祖先不是外来的非洲人,仍然是中学课本中的“北京人”,这有化石为证,有硬证据。而且,后来又在我国的本土发现了云南“元谋人”,陕西“蓝田人”的化石。

金力教授却说,那是远古的证据,可是这些化石中恰恰缺乏5万到10万年之间的化石。那时,全球出现了冰期,北京人的后代可能已经灭绝,后来就由从非洲来的现代人替代了,还是分子生物学提供的证据准确。

古人类学家争论说,冰期到来的时候,原住中国的人类没有绝灭,特别是在我国东部、南部没有形成大冰盖,在那儿猩猩、大象、犀牛都生活得很好,人类也能生存下来。

古人类学家还说,金力教授依据分子生物学对DNA进行检测,是一种间接的方法,其中包含着推测的成分。人类的DNA有30亿个碱基对,目前,检测的碱基对非常少,只不过是几十、几百个,不会非常准。所以,不同的实验室检测到的结果并不相同,有的人算出来是10万年以前,有的人算出来却是80万年以前。差距太大,不知道哪一个对。

古人类学家还提出一个问题,目前用分子遗传学的方法来判断人类的祖先,可靠吗?因为现在是利用DNA中变异的多少来作出推论的,可是,在漫长的历史长河中,还有许多不知道的因素。比如说,出现种族灭绝,会造成基因丢失,外来人种和当地居民杂交,又会发生基因增加。

对遗传基因的研究,虽然提供了一个研究人类祖先的新方法,可是留下的疑点也不少,还有一些不知道的因素。这种方法,可能提供许多新情况,也可能带出一些新的“不知道”。

我国科学家最近又提供一个新情况,说在非洲男性的基因中有一个突变位点M168G,是一部分非洲人特有的遗传标记,大约79万年前产生于非洲。金力教授对我国1万个男性进行检测,结果都发现了这个M168G的突变位点,说明了中国现代人的确起源于非洲。

要反驳这个证据,最好的办法是找到没有M168G突变位点的人,哪怕是找到一个也好。

万一,万一,1万个以外,只要有一个人没有这个突变位点,就能证明他的祖先不在非洲。有没有呢?不知道。

纳米火车派什么用场

儿童喜欢看卡通片,爱读童话、神话书少年开始爱上科幻小说。他们也知道,故事中的人物都是虚构的,无论是中国的孙悟空、马良,还是外国的白雪公主和小矮人只存在于人们的想像之中,只是一个幻想。

少年儿童怀有一颗好奇的心,对一切新鲜的事物都充满兴趣,对幻想也同样抱有热情,想像力十分丰富。在想像中,展示了他们对未来的憧憬,反映了对知识的追求。

好奇,不是少年儿童的“专利”,科学家也是怀有好奇心,富于想像的人。纳米技术刚刚兴起,就有科学家想到会出现小到不能再小的机器人,这些机器人将成为装配工、运输工,按照设计的图纸,制造出各种机器,包括汽车和火箭。

福格尔原来是物理学家,现在改行从事生物工程研究,她发挥自己的想像力,未来的纳米机器人一定需要运输工具,就着手进行研究,要制造一部纳米火车,希望纳米火车能在甲点和乙点之间往返运送货物。

在华盛顿大学,福格尔正在把自己的想像变为现实。由于纳米火车特别微小,轨道不再是铁轨,而是塑料之王特氟隆,也就是贴在不粘锅表面的那种塑料。特氟隆耐腐蚀,特滑溜。在轨道上跑的货车,是一段段细微的管道,它只有头发直径的1/1000粗,简称“微管”。

微管是蛋白质,来自奶牛的大脑。牛脑的神经细胞中纵横交错地分布着管道,把管道切成一段段的微管,放在特氟隆组成的轨道里,它就成了装载货物的货车。

正像轨道不是铁轨那样,驱动纳米火车的也不是钢铁造的火车头,而是奶牛大脑中的驱动蛋白。驱动蛋白是一种细长的蛋白质,这种蛋白质分子,一端是两个肥大的“头”,另一端是两条粗壮的“腿”,能够顺着管道“走动”。走动的时候,一条腿附着在微管上,另一条腿就跨了出去,每步的距离是8纳米。

真是一个富于想像的实验,纳米火车离开了火,不用燃料作动力,而是用蛋白质来驱动,真想得出。这反映出在纳米技术中,生物化学能发挥它的作用,福格尔有位同事是研究生物化学的,正在研究奶牛大脑里的细胞是怎样运输各种化学物质的。不论动物或植物的细胞内都有一个运输网络,运来有用的化学物质,又把废物送走。奶牛大脑的神经细胞相当长,运输任务很重,完成运输任务的正是驱动蛋白。

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