正文

第31节:像沙堆一样崩塌(1)

大象为什么不长毛:方舟子破解科学谜题 作者:方舟子


这个游戏出现的时间也许还要早得多,连大肠杆菌这么简单的生物也能玩。有的大肠杆菌菌株分泌大肠杆菌素,这是一种毒素,能杀死其他大肠杆菌菌株(简称敏感菌)。但是有的大肠杆菌菌株发生了突变,对该毒素有抵抗能力(简称抗药菌)。分泌毒素的菌株(简称毒素菌)本身对毒素有免疫力,但它们是通过让细胞破裂的方式释放毒素的,要牺牲掉一部分属于自己菌株的细菌,还要耗费能量制造毒素,碰到抗药菌就处于劣势。抗药菌是通过改造一个原先用来吸收营养的受体来获得抗药能力的,影响了营养的吸收,与敏感菌相比又处于劣势。2002年,斯坦福大学的研究人员通过计算机模拟发现,在一定的条件下,这是一种“石头—剪刀—布”的游戏:敏感菌通过最快速的增殖打败抗药菌,抗药菌通过较快速的增殖打败毒素菌,而毒素菌用毒素杀死敏感菌。2004年,耶鲁大学的研究人员用老鼠做实验,在老鼠肠道中分别接种这三种菌株,证实了理论预测。

既然从大肠杆菌到蜥蜴都在玩“石头—剪刀—布”游戏,这可能是一种普遍现象,可能许多种生物在生活的许多方面都在玩。人类的行为虽然复杂,但往往可以简化成与雄蜥蜴的交配行为类似的三种策略:进攻、防御和偷袭。进攻常常能战胜防御(所以有“进攻是最好的防御”的说法),但是进攻的时候也暴露出了弱点让偷袭者有机可乘,而防御者就不容易让偷袭者得逞,这样就形成了“石头—剪刀—布”的循环。我们人类除了用手势玩“石头—剪刀—布”游戏,也许在生活中也在不知不觉地进行着类似的博弈。

像沙堆一样崩塌

1988年夏天一个平常的早晨,在美国新罕布什尔州一所小学校举行的一次学术会议上,来自加州大学洛杉矶分校的地球物理学家雅可夫?卡根(Yakov Kagan)做了一次关于地震研究的讲座。因为与会的科学家多数并非地震专家,卡根介绍了一些地震学的基本知识,在告诉听众地震是如何难以捉摸、无法预测时,也谈到已知的少数几条地震规律之一:古腾堡—里克特定律。

在上世纪50年代,加州理工学院的地震学家比诺?古腾堡(Beno Gutenberg)和查尔斯?里克特(Charles Richter)收集了发生在世界各地的几千次地震的资料加以统计,试图从中理出一些头绪。比如说,地震震级发生的频率是不是呈正态分布(出现一条两头少中间多的钟形曲线)?也就是说,是否某个中间震级的地震最为多见,是典型震级?人的身高就属于正态分布,中国成年男性的典型身高大约是1.7米,比它高或矮的人数都逐渐减少。但是,古腾堡和里克特未发现有典型震级,震级发生的频率不是正态分布,但也不是毫无规律,而是震级越高,则发生的频率越低。而且,它遵循一条简单的原则——幂律:一次地震释放的能量每增加一倍,发生的频率就减少为四分之一。


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