十大自然之迷

我们曾谈过，地球上的自然景观蕴含着一个个复杂的科学之谜。在科学家寻找答案的路上，难免又会遇上不少新的难题，但是有时候，科学还是能成功解开这些谜团的。

10.鸟类如何导航

每年都有无数只鸟类进行令人难以置信的大规模迁徙，他们似乎也从未迷失方向。那他们到底是如何导航的?尤其是此现象中的物理过程是怎样的?这些难题一直困扰着众多科学家和鸟类观察者。 但是，一队来自中国北京大学的科学家似乎已经解决了这个问题：答案就在鸟类的蛋白质中。 我们一直相信，鸟类是在地球磁场的指引下飞行的。中国研究人员正是基于这样一种观点，并通过测试鸟类的蛋白质来寻找线索。果然，他们发现鸽子和帝王蝶的蛋白质复合体和地球的磁场是对齐的，每当他们在错误的方向上转向或反向飞行时，蛋白质都会自动与地球磁场调整对齐。 这项研究首次从解剖学结构上揭开了让鸟找到回家之路的科学原理，这对了解鸟类以及其他动物的导航机制是一个巨大进步。

9.阴茎从哪里来

性交虽然只是无数生物繁殖的一种手段，但它似乎又很受人类欢迎。提到雄性阴茎，它的进化过程困扰了科学界许久。 阴茎是由生物体上不同的骨骼和组织形成的，不同动物阴茎的进化历程也不尽相同。但是，一队生物学家研究了具有阴茎的各种动物的早期胚胎阶段，找到了些许答案。 所有动物阴茎的形成都依赖于泄殖腔这个特殊区域。显然，泄殖腔组织在哪决定了阴茎长在哪，比如人类的阴茎长在盆腔区域。为了证实这个发现，科学家将泄殖腔组织移到鸡胚胎的其它位置时，那些本不该长出阴茎的地方也出现了阴茎发育的现象。 尽管这个发现解决了困扰进化生物学家多时的难题，但是随之而来的是更为棘手的问题：雌性阴蒂又是从哪里来的?我们可能还需研究很长一段时间才能知道，为什么形成阴茎的那同一处肌肉会在后期形成雌性阴蒂。

8.为什么鸟类没了牙齿?

鸟类是恐龙的直系祖先，经过漫长进化，它们才成如今的形态。但是，我们对这些翱翔在空中的鸟儿知之甚少，尤其不明白为什么它们会失去牙齿。 鸟类虽然曾有过牙齿，但是在某一时期，它们的牙齿开始退化，具有了喙。这个过程是如何发生的，又是在何时开始的?这些问题我们一直毫无头绪，直到科学家从鸟类的基因组着手研究。 他们研究了48种鸟类控制牙齿产生的基因，这种基因使得1.16亿年前所有鸟类的祖先都长着牙齿。它们的祖先，部分是恐龙又部分是鸟类。因为半成形的喙不能满足生存需要，所以它们只能依靠部分的喙和牙齿进食。最终，这种祖先进化成了如今我们所见的几乎所有鸟类。

7.为什么海洋不受氮的侵害?

美丽的海洋是我们地球的一部分，数不胜数的动植物生活在这里。但是，这些生物也会死亡，光想想海洋所占的巨大面积，就知道有多少动植物的残骸堆积在海底了。假设水生生物和我们人类的死亡率是近似的，那么海洋看起来就像是一个巨大的水池，里面应该都是大量腐烂的鱼的尸体。 在很长一段时间内，科学家们并不清楚海洋的情况。他们只是猜测在海洋中存在某些微生物，他们吸收尸体释放出来的有害氮气，并将其转化成海洋中富含的一氧化二氮。 这些微生物其实叫古细菌，它和我们平时所知的其他微生物并不相同。以前我们不了解古细菌是因为他们不能在科学研究室的环境中生存。 后来，一个科研人员不慎将装有海水的四个容量瓶在冰箱存放了一年半的时间。低温环境使得其中几乎所有的微生物失活，除了古细菌。 当科研人员将这几个容量瓶中的古细菌释放出来的一氧化二氮与正常海水中的一氧化二氮进行成分比较时发现，它们惊人地相似。其实，这也是科学家第一次在可观测环境中研究到了古细菌。

6.水生哺乳动物如何在水下储氧?

很久以前，地球上的一些水生动物决定移居陆地。它们通过发达的四肢和其他途径得以生存，逐渐进化成了如今我们所见的哺乳动物。 但是，一些哺乳动物又重回水中，成了像鲸鱼和海豚一样的水生哺乳动物。至于他们为什么重回水中，目前我们还不清楚。 但是更大的谜团是：它们如何呼吸?打个比方，鲸鱼能在水中呆很久，但他们必须浮出水面，吸入空气中的氧气才能生存。 潜水的哺乳动物体内含有控制肌肉内氧气含量的肌红蛋白，利物浦大学的研究人员对此蛋白进行了研究。他们发现肌红蛋白有一种特殊的性质，它能帮助这些哺乳动物在水下呆更长的时间。 肌红蛋白是带正电的，所以排斥其他蛋白质，不让它们聚集在一起，这使得肌红蛋白能储存大量氧气。它储存的氧气让水生哺乳动物在水下停留的时间间隔长达一个小时，而陆地哺乳动物却做不到。 5.深海生物——“紫色袜子”

20世纪50年代，科学家们在瑞典海岸附近偶然发现了一种神秘的深海动物，直到2016年初才破解其身份。这种生物长得像一只紫色的袜子。科学家们也不知道在演化周期中它是什么生物、属于什么物种。他们从未见过“紫色袜子”这样的生物。 然而，斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的研究人员最近发现了新物种，这种新物种就属于异涡动物门“紫色袜子”属。通过他们的研究，科学家们认为这一属动物在所有动物的进化中起关键作用。(译者注：属是介于种与科之间的生物分类单位) 研究人员认为这一属生物是动物进化过程的基础。这些物种没有别的动物所拥有的大脑或其他器官，只有一个作为口和直肠的洞。 虽然“紫色袜子”还有很多值得研究的地方，但是也许它可以帮助我们回答那个终极问题：人类是怎么来的? 4.地球上的水从何而来

水是地球存在生命的关键，但它的起源一直是个谜，我们一直不知道水是随着陨石来到这颗星球，还是它自己在地球上发展成这样。最终，一些最近的研究解决了这一争论。水一直存在于这颗星球，并促进了第一批生物体的诞生。 在一项研究中，研究人员检测了一些陨石，并发现，地球上的水可以追溯到太阳系行星形成阶段的早期。这比人们之前所认为的时间要早得多，并表明，水是与地球一起形成的。 另一项对加拿大火山熔岩的研究也取得了相同的结果。这些研究人员得出的结论是，地球上的水比太阳的起源更古老。尽管科学家们仍在讨论这些新结论，但是现在我们似乎有了一个初步的答案。 3.为什么长颈鹿脖子那么长

因为不寻常的脖子，长颈鹿一直是进化生物学家讨论的热门话题。当然，查尔斯·达尔文(Charles Darwin)就讲了很多关于长颈鹿的知识。但正如我们之前所讨论的，长颈鹿可以吃到高处的树叶，所以物竞天择生存了下来，这个存在已久的理论似乎并不正确。 长颈鹿的长脖子是自然界独一无二的特征，但我们不知道这么长的时间它是如何进化的。科学家们仔细观察长颈鹿化石后，一切认知就发生了改变。 他们发现了一些让人失望的东西：和我们之前所想不同，长颈鹿的脖子不是一次进化而成的，相反，它是逐步进化的，并且其进化实际上发生在长颈鹿这个物种出现之前。(译者注：即长颈鹿的祖先并不是长脖子，其祖先不断进化，长颈鹿这个物种才出现) 不同部位的脊椎在不同时间演变，最终我们看到了今天的长脖子。虽然我们还不知道为什么长颈鹿要长这么长的脖子，但是我们已经知道它们的脖子是怎么变长的。

2.不会飞的鸟是怎么进化成的

流行的动物视频告诉我们：所有不会飞的鸟都是笨蛋。从进化的角度来看，它们也是大自然的最大谜团之一。 即使忽略掉它们为什么放弃飞行这样的问题，它们如何在没有飞行能力的情况下穿过各大洲仍然是困扰了我们150年的谜题。在它们进化完成时，各大洲已经分离了，所以它们如果不会飞就不可能穿过各大洋。 然而，最近一份报告表明：所有不会飞的鸟 (又称平胸类鸟) 都是由6000 万年前的一只会飞的鸟进化而来。以前一般认为，鸟类是在各大洲分离之后、大型哺乳动物进化之前进化而成。 然后研究人员证实，两个看似截然不同的平胸类物种之间存在着密切关系——奇异鸟和大象鸟，大象鸟是马达加斯加的一种已经灭绝的动物。 这不是研究人员第一次发现不同种平胸类鸟之间的基因关系。在上世纪 90 年代，就有研究表明，鸸鶓也是奇异鸟的近亲。

1.地球上的生命从何而来

地球上的第一批生物是如何进化的一直是一个大问题。查尔斯·达尔文假设，存在一种“原生汤”，混合了各种成分，为水坑或池塘中的生物提供养料，这可能就是第一批生物活分子的孵化中心。 然而这个理论总是引起各种问题。例如，广泛认为RNA 分子是地球生命的第一种形式。RNA 只能与复杂的蛋白质分子进行复制，但这种复杂的蛋白质分子却是后来产生的。那它最初是怎么出现的呢? 英国研究人员研究了生命诞生时地球的状态，证明在那个时间里，地球的环境提供了生成RNA分子的一切所需。 科学家们通过硫化氢、紫外线和氢，人为地创造了RNA分子的基石——50种核酸。这三种物质在生命诞生之初都是存在的。虽然科学家们此前已经推断RNA在蛋白质出现之前就生成了，但这是第一次有人证明，不需要蛋白质RNA也可以生存。

+.为什么猫头鹰飞的时候没有声音

猫头鹰并不是特别特殊的生物。除了它们怪异的睡眠时间和令人毛骨悚然的眼睛，没什么人会多多关注它们。但是它们无声飞行的能力总是让科学家们着迷。 为了弄清楚它们是怎么做到的，科学家们最近用高分辨率显微镜观察猫头鹰的羽毛。这种鸟的羽毛至少有三个不同的特点，以做到无声飞行：前缘是又短又硬的刚毛，后缘是柔韧的须，羽毛顶端均匀散布着柔软的毛。 从没发现过别的鸟有这样复杂巧妙的翅膀。这一发现给材料制造带来了启发，也许某天可以促成无声飞机的诞生。