科学是一个漫长的求真过程，
它需要我们大胆地假设，
更需要我们小心地求证。
王体壮 · 中国科学院过程工程研究所副研究员
格致校园第16期 | 2021年 北京
大家好，我是王体壮。我们一提到海狮，就会想到它们“萌萌哒”的表情和姿态，大家也都非常喜欢，对它很有好感。
 
海狮不光在海洋中游刃有余，还可以和人类发生非常良好的互动，也是小朋友们非常要好的朋友。
 
但是，今天我们说的海狮就没有那么幸运了。
 
故事发生在1998年5月，在美国加州的蒙特尔海湾，海狮们失去了往年快活的状态，一个个趴在沙滩上，浑身打颤，不住地痉挛。痉挛的海狮们大规模死亡，该事件引起了民众的极大恐慌。科学家们也很疑惑，海狮为什么会痉挛，为什么会死亡呢？
 
不过和普通民众不一样的是，科学家们已经暗暗下定了决心，一定要找到杀害海狮的罪魁祸首。于是，一场旷日持久的调查就开始了。
罪魁祸首现原形
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如果你是侦探或探员，应该从哪里入手呢？肯定是犯罪现场了，让尸体“说话”，科学家们也是这么干的。
 
海洋动物学家们对死亡的海狮进行解剖，做了很多实验，分析了它的运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统等，但是并没有发现任何异常。
 
那怎么办呢？这样调查就陷入了僵局，找不着原因了。于是，他们就开了无数个碰头的会议，最后又梳理了一下调查的线索。
 
后来发现，他们只对比了没有痉挛的海狮和痉挛之后死亡的海狮，以及痉挛之后没有死亡的海狮和痉挛之后死亡的海狮，没有对比没有痉挛的海狮和痉挛之后没有死亡的海狮。
 
于是他们又把这两类进行了反复的对比实验，最后把它们放到了核磁扫描仪下，进行高清的三维研究。
结果发现，痉挛之后没有死亡的海狮和没有痉挛的海狮相比海马体偏小，也就是痉挛之后海狮的海马体萎缩受损。海马体是哺乳动物脑中形如海马的一个器官，它负责的是空间记忆和定位功能。
 
那么海狮的海马体为什么会受损呢？
 
这件事情又搞不下去了，因为海洋动物学家没有这方面的知识。

▲左上：软骨藻酸

左下、右图：拟菱形藻

这件事情被海洋毒素学家知道了之后，他们表示或许可以提供一个线索。海洋中有一种幽灵毒素，叫软骨藻酸，它时常存在于肉眼看不见的、像拟菱形藻这种藻类中。
 
为什么叫它幽灵毒素呢？因为我们到现在也没有发现它啥时候有，啥时候没有。它有时候有，有时候没有。
 
但是这种毒素一旦被人体摄入，就会穿过血脑屏障，而且在体内代谢的速度非常慢。也就是说，它容易在体内大量滞留，一旦摄入量过多，必然会造成痉挛、癫痫，迷失方向，甚至是死亡。
 
这个症状好像和海狮的症状差不多。于是科学家们就想，我们得研究一下。但是问题又来了，肉眼看不到的微形藻类和一米多长、两米多大的海狮之间有什么关系呢？
 
中间必然有“中间商”。于是他们就想，那到底是什么？
 
中国人经常讲，很多病都是病从口入，于是科学家们就重点分析了海狮的饮食。但是在北美太平洋沿岸，鱼的种类实在是太多了，几千几万种，到底是哪种鱼类呢？

▲ 时间：春季；地点：Monterey海湾

我就曾经去过这个地方做访学，发现在这个地方钓鱼实在太简单了，三个小时可以钓30斤鱼，五个小时绝对可以钓50斤鱼。
 
当有鱼群来的时候，鱼的数量非常多，到底是哪一种呢？海狮一年当中吃的鱼的种类很多，那得定位一下，缩小范围。
 
侦探学上经常要求，它们一定要在同一个时间和同一个空间中出现。一年四季有那么多鱼，我们更应该关注的是什么呢？就是海狮死之前，比如在冬季和春季哪种鱼比较多。
 
于是科学家们就继续分析，又找到海洋鱼类学家。鱼类学家说，有一种鱼叫鳀鱼，它们常年大规模分布于北美的太平洋沿岸，尤其是冬天和春天，它们会在这里繁殖和生活。

▲左：海狮消化道内的鳀鱼残留

右：鳀鱼滤食性

到现在，我们已经建立了一个假设，还需要找到证据。第一个证据是什么呢？
 
科学家们发现，海狮确实在春季以大量的鳀鱼为食，他们不仅在死亡海狮体内发现了鳀鱼的鱼骨，在普通的正常海狮体内也发现了大量鳀鱼的残留。
 
另一个证据是什么呢？就是鳀鱼到底吃不吃这种藻类。
他们发现，鳀鱼就是一种滤食性的鱼类，它从海洋中吸入海水，然后把海水里微型的生物全部用来给自己提供能量。也就是说，如果这种藻类存在，必然会被鳀鱼吸收。如果藻类当中含有毒素，那必然会被鳀鱼吸收。

▲左：注射毒素后异常

右：喂食毒素后无异常

于是他们就采用了一种方法，给鳀鱼注射了一针这种毒素，注射之后，鳀鱼的行为就发生异常了，也出现大规模死亡了。
 
但是其他科学家就说，这种实验方法不对，不能确定鳀鱼是被针戳死的，还是有什么其他原因呢？因为鳀鱼不会给自己打针，所以这种方法不靠谱。
 
于是科学家们就改变了一种方法，改成喂食，但是喂食时，他们发现，无论剂量有多大，鳀鱼就是不中毒。
 
这个结果又让科学家们“掉头发”，但是不能放弃、于是他们又对鳀鱼进行了解剖，结果发现这种软骨藻酸毒素是富集于鳀鱼的肝脏和胰脏中的。这也就是说，鳀鱼进化了，它能够对毒素产生生物浓缩，而自己不受影响，但是它自己是携带毒素的。
  
到了这里，貌似我们找到了这样得一个因果关系，如果环境中，也就是说拟菱形藻中含有软骨藻酸这种毒素，必然会被鳀鱼吸收。这种吸收效应，我们叫它生物浓缩，浓缩后的倍数可能是环境中毒素倍数的万倍、十万倍这样的数量级。
 
如果鳀鱼浓缩完这种毒素，就会在体内携带毒素，这种毒素必然会被海狮吃掉。这个效应叫生物放大，即鳀鱼体内含有的毒素如果是1，它在海狮体内会接着被放大，为啥呀？因为海狮天天吃鱼，吃完之后毒素就滞留在体内了，而且这个东西代谢速度特别慢，所以就会造成海狮死亡。
 
这个结论一经得出，他们就发表了文章昭告天下。
  
最有意思的是发表文章的时间。文章发表在2015年12月，而这个事件发生在1998年5月，跟研究结果之间相差超过了17年的时间。这么长的时间里终于调查验证出来了这样一个结果，而且有很多个研究团体参与，是通过合作才得到了这样一个结果。
幽灵毒素为何出现？
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通过上述调查我们就知道，如果环境中含有毒素，海狮必然死亡。那么环境中到底含不含毒素呢？
 
毒素学家也说了，我们也不知道它啥时候有，啥时候没有。那到底什么时候有？和什么因素有关系呢？
 
必然存在一个因素，科学家们肯定不相信是龙王、海神波塞冬造成的，这肯定是环境中的某个因素造成的。于是他们就分析了自然界中发现的和人工合成的大概几千万种物质，这些工作是实验化学家来做的。
 
实验化学家们做完之后，发现和第七号元素，即氮元素有关系，也就是总氮含量，无论这种氮元素是以硝酸盐形式，以铵盐形式还是以尿素的形式存在于海水中。
 
当海水光照条件特别好，海洋中氮含量略微增加时，软骨藻酸的含量就会骤然增加。该结论一经得出，他们也发布了一个告示告诉大家。
  
这个研究的时间是多久呢？大概用了14年的时间。
 
这个结论一经得出，我们就知道，肯定是氮这种元素造成的，那这种元素是从哪里来的呢？后面又得研究了。
 
当然，自然界中是可以产生的，比如很多动物代谢都会产生尿素。但如果是自然界中产生的尿素造成，那么软骨藻酸这种毒素在藻类当中肯定有周期性的变化，科学家们肯定能找到一个规律，但是却没有找到。
 
也就是说一定是另外一个因素，即突发因素，或者是人类的某些活动造成的。
 
这件事情科学家们又没办法了，无论是做化学研究的、做神经研究的还是海洋动物学家，这都超过了他们的知识覆盖范围。
 
这件事情被气象学家听到了，他们表示可能和这件事有关系，什么事呢？1997年10月，北半球发生了非常严重的厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象就是海水的温度会增高，增高之后，就会使得陆地上降水增加。
 
我们知道，中国在1998年发生了大洪水，当时美国也发生了大洪水。
  
  
中间那块就是加州的粮仓了，宽度大概是100公里，长度是600公里。它的右上面是落基山脉，它的下边是大苏尔，这块也是山脉，就把整个中间封起来了。
 
中间是种粮食的地方，大水就直接从落基山脉倾泄而下，冲刷过加州广袤的农业区。农业区是不是要种粮食啊？种粮食是不是要用氮肥？这些氮肥就溶解到了雨水中，变成了含氮废水，从蒙特尔海湾注入了大海，致使这里的氮含量骤然增加，这是气象学家的推论。
 
地质学家们又表示，还有另外一个事，就是北美太平洋沿岸有一个大洋流，是从北极往赤道这面迁移。正好它走到蒙特尔海湾时，海湾这里有一个1500米深的大海沟，使得底部的海水和上面的海水产生交换，把海洋底部的矿物质带到了海水表面。所以这里看到的海洋经常都是绿色的，也就是藻类的异常繁茂。
 
通过这件事，我们建立起了一个联系，就是洋流和地理因素使得这里的藻类非常繁茂。另外一个因素，就是厄尔尼诺现象，使得加州发生了大洪水，大洪水携带着氮肥变成了含氮废水，直接冲入蒙特尔海湾，使得藻类带有了毒素。
于是，鳀鱼带上了毒素，进行了生物浓缩。于是，海狮死亡了。
 
这个结论一经得出，美国就发出了全球悬赏令，所以他们很快就把含氮废水处理了，还海狮一片干净清洁的生存环境。
求真过程漫长而曲折
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虽然故事讲到这里已经结束了，但我们的思考才刚刚开始。科学是一个漫长的求真过程，它需要我们大胆地假设，更需要我们小心地求证。而且在探索时，时常会到达自己的知识构架之外，达到感知之外的边界，所以就需要我们通力合作，这样我们在帮助别人时也能提升自己。
 
所以科学需要我们保持求真的思想，要合理地质疑，同时要不断完善和修正科学研究的方法，这样才能使得我们获得的知识更靠谱。
 
除此之外，我们还要始终保持一种求真的精神，因为任何知识都需要不断地核实和订正。
 
最后，科学求真的过程非常漫长，比如科学家们发现软骨藻酸，把软骨藻酸拿出来，包括得知软骨藻酸能够通过氮元素造成它的含量增加，都需要非常长的时间。所以过程漫长而曲折，要有足够的定力才能获得真知。
 
到这里引起我们很多反省，其中有一个我觉得非常必要，就是不管是人类还是动物，都需要绿水、青山、白云和蓝天，即我们经常说的绿水青山就是金山银山。
 
人类在创造物质财富，改善生活的同时，也要保护好生态环境。目前人类的技术已经非常发达了，比如中国的嫦娥五号已经取月壤回来了，中国的深潜器已经到达了马里亚纳海沟。
 
它们也实现了主席的一首诗：可上九天揽月，可下五洋捉鳖，而且可以谈笑凯歌还。
 
但是我想说的是，无论我们走到哪里，都要把微笑留下，同时把垃圾带走。
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