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第31節(jié):像沙堆一樣崩塌(1)

大象為什么不長(zhǎng)毛:方舟子破解科學(xué)謎題 作者:方舟子


這個(gè)游戲出現(xiàn)的時(shí)間也許還要早得多,連大腸桿菌這么簡(jiǎn)單的生物也能玩。有的大腸桿菌菌株分泌大腸桿菌素,這是一種毒素,能殺死其他大腸桿菌菌株(簡(jiǎn)稱敏感菌)。但是有的大腸桿菌菌株發(fā)生了突變,對(duì)該毒素有抵抗能力(簡(jiǎn)稱抗藥菌)。分泌毒素的菌株(簡(jiǎn)稱毒素菌)本身對(duì)毒素有免疫力,但它們是通過(guò)讓細(xì)胞破裂的方式釋放毒素的,要犧牲掉一部分屬于自己菌株的細(xì)菌,還要耗費(fèi)能量制造毒素,碰到抗藥菌就處于劣勢(shì)??顾幘峭ㄟ^(guò)改造一個(gè)原先用來(lái)吸收營(yíng)養(yǎng)的受體來(lái)獲得抗藥能力的,影響了營(yíng)養(yǎng)的吸收,與敏感菌相比又處于劣勢(shì)。2002年,斯坦福大學(xué)的研究人員通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn),在一定的條件下,這是一種“石頭—剪刀—布”的游戲:敏感菌通過(guò)最快速的增殖打敗抗藥菌,抗藥菌通過(guò)較快速的增殖打敗毒素菌,而毒素菌用毒素殺死敏感菌。2004年,耶魯大學(xué)的研究人員用老鼠做實(shí)驗(yàn),在老鼠腸道中分別接種這三種菌株,證實(shí)了理論預(yù)測(cè)。

既然從大腸桿菌到蜥蜴都在玩“石頭—剪刀—布”游戲,這可能是一種普遍現(xiàn)象,可能許多種生物在生活的許多方面都在玩。人類的行為雖然復(fù)雜,但往往可以簡(jiǎn)化成與雄蜥蜴的交配行為類似的三種策略:進(jìn)攻、防御和偷襲。進(jìn)攻常常能戰(zhàn)勝防御(所以有“進(jìn)攻是最好的防御”的說(shuō)法),但是進(jìn)攻的時(shí)候也暴露出了弱點(diǎn)讓偷襲者有機(jī)可乘,而防御者就不容易讓偷襲者得逞,這樣就形成了“石頭—剪刀—布”的循環(huán)。我們?nèi)祟惓擞檬謩?shì)玩“石頭—剪刀—布”游戲,也許在生活中也在不知不覺(jué)地進(jìn)行著類似的博弈。

像沙堆一樣崩塌

1988年夏天一個(gè)平常的早晨,在美國(guó)新罕布什爾州一所小學(xué)校舉行的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上,來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校的地球物理學(xué)家雅可夫?卡根(Yakov Kagan)做了一次關(guān)于地震研究的講座。因?yàn)榕c會(huì)的科學(xué)家多數(shù)并非地震專家,卡根介紹了一些地震學(xué)的基本知識(shí),在告訴聽(tīng)眾地震是如何難以捉摸、無(wú)法預(yù)測(cè)時(shí),也談到已知的少數(shù)幾條地震規(guī)律之一:古騰堡—里克特定律。

在上世紀(jì)50年代,加州理工學(xué)院的地震學(xué)家比諾?古騰堡(Beno Gutenberg)和查爾斯?里克特(Charles Richter)收集了發(fā)生在世界各地的幾千次地震的資料加以統(tǒng)計(jì),試圖從中理出一些頭緒。比如說(shuō),地震震級(jí)發(fā)生的頻率是不是呈正態(tài)分布(出現(xiàn)一條兩頭少中間多的鐘形曲線)?也就是說(shuō),是否某個(gè)中間震級(jí)的地震最為多見(jiàn),是典型震級(jí)?人的身高就屬于正態(tài)分布,中國(guó)成年男性的典型身高大約是1.7米,比它高或矮的人數(shù)都逐漸減少。但是,古騰堡和里克特未發(fā)現(xiàn)有典型震級(jí),震級(jí)發(fā)生的頻率不是正態(tài)分布,但也不是毫無(wú)規(guī)律,而是震級(jí)越高,則發(fā)生的頻率越低。而且,它遵循一條簡(jiǎn)單的原則——冪律:一次地震釋放的能量每增加一倍,發(fā)生的頻率就減少為四分之一。


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