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生物钟是一门跨学科科学。生物钟学的中心概念是生物节律。
生物节律是一种十分奇特的机制。它可以帮助生物体适应不断变化的情况。每个器官和系统都有自己的节律,而它们之间又是互相衔接的。譬如,心跳平均每分钟70次。而晚上只有60至50次。处于运动状态时,心跳则会加快。呼吸和新陈代谢也如此。为了适应不断变化的环境,自然界就产生了生物节律。
生物节律是自然界产生的生物现象。它存在于生命的各个阶段。研究表明,生物节律对肌体适应不良生态因素起着重要作用,同时影响到疾病的治疗和预防。生物钟医学中还有一个概念——非同步。它犹如钟表中的尺寸不同的齿轮。当齿轮相吻合时,就会不停地运动。当齿轮出现故障时,肌体就有了毛病。
坐飞机到外地就是一个例子。人已经习惯于晚上呆在某个地方,如果换了地方,肌体就需适应变化。如果不适应,人就会懒洋洋、工作效率低下、头疼、精神紧张;自我感觉不佳等。这一切都可称作非同步。
一昼夜中,人体的机能是不断变化的,病亦如此,而且是严格遵循规律的。就拿高血压来说,早晨血压会升高,白天会下降并趋于正常,夜间又会升高。借助血压计可以测量出血压在一天中的变化情况。人可以根据血压升降的规律服药,而不是死板地一日三次。也就是说,一天服一次药就可以达到稳定血压的目的。少服药可以减少药物对人体的副作用,又可省钱。
同样,针灸和理疗也要选择最佳时刻。选择的时间不当,也许还会造成不良后果。科学家曾经做过实验。他们给家鼠注射了增加肌肉收缩力的药物。药量相同,注射时间不同,结果大相径庭。早上注射,家鼠几乎全军覆没,而晚上注射则无一死亡。
现代生物钟医学的主要研究课题是,研究纠正人体生物节律的方法和药剂。根据“生物钟”选择最佳时刻治疗疾病,能够收到比平时更好的效果。从上个世纪60年代末起使用的方法是借助理疗仪。用得相当多的还有调节褪黑素生成的药物。
要学会维持正确的生物钟,否则就会出现生理和心理紧张。要努力使自己的社会活动节律与自己的生物钟相吻合,这样才能精力充沛和高效率地工作。下列对“生物节律”的理解,不正确的一项是( )
A.生物节律是对人适应不断变化的情况起决定作用的奇特机制。 |
B.生物的每个器官和系统都有自己的节律,而它们之间又是互相衔接的。 |
C.生物节律是为了适应不断变化的环境而产生的生物现象。 |
D.生物节律存在于生命的各个阶段,对肌体适应不良生态因素起重要作用 |
对“非同步”的理解,符合文意的一项是( )
A.生物肌体适应环境变化而产生的生物现象。 |
B.生物肌体不适应环境变化而导致肌体故障的状况。 |
C.只用于人的肌体适应环境变化而出现的病态或不适感觉。 |
D.只用于人因病而不能适应环境变化的状况。 |
下列对“生物钟医学”的解说,不正确的一项是( )
A.生物钟医学的原理是利用生物节律来影响疾病的治疗和预防。 |
B.只有根据“生物钟”选择最佳时刻治疗疾病才能有疗效。 |
C.根据疾病也有其“生物钟”的情况进行治疗。 |
D.根据人体的肌能要适应不断变化的情况进行治疗和预防疾病。 |
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从前,稍微精确一点说,两亿年前,世界上还没有花。后来,有了蕨类和苔藓,有了松类和苏铁类。但是,这些植物并不形成真正的花和果,其中一些是无性繁殖,以种种手段来克隆自己。有性繁殖是经过相对发展的事情,通常与花粉被释放到风中或水里有关。由于一些纯粹偶然的机会,花粉找到了到达这一种类其他成员那里的途径,一颗小小的、原始的种子就产生了。与现在相比,这个有花之前的世界是一个更为缓慢、简单与沉睡的世界。进化缓慢地持续。世界上的性太少了,它发生在那些靠得很近和种属紧密相连的植物之间。这种保守的繁殖途径就产生了一个生物学上较为简单的世界,因为它所产生的新鲜事物或者变化相对较少。
由于缺乏果实和大种子,不能支撑许多温血的生物,爬行类动物统治着世界。不管什么时候,只要变得寒冷,生命就会减缓为一种爬行。当时的世界看起来更为质朴,比起现在来还要绿,缺乏花果所能带来的色彩和形状模式(更不必提气味了)。美还不存在,也就是说,事物被观看的方式与欲望毫无关系。
花改变了一切。被子植物——那些能够形成花,然后又形成被包裹住的种子的植物——在白垩纪出现了,它们以极快的速度在世界上传播。现在,不再需要依赖风或水到处运送基因了,植物已经可以谋取动物的帮助了。这是一份共同进化的巨大合同:用营养来换取运送。有了花的出现,各种全新水平的复杂性就来到了这个世界,有了更多的相互依赖,有了更多的信息,有了更多的交流,有了更多的试验。
植物的进化依据新的动力来进行,这就是不同物种之间的吸引。现在,自然选择就更为喜欢那些能够固定住花粉传递者注意力的花,那些能够吸引住采集者的果了。其他生物的种种欲望在植物进化中变得极为重要了。道理很简单:那些成功地满足了这些欲望的植物会有更多的后代。美作为一种生存策略出现了。
新的规则加快了进化的速度。更大、更明亮、更甜、更为芬芳,在新的规则下,所有这些品质都很快得到了回报。专门化也得到了回报。由于植物的花粉是被放置在昆虫身上来传递的,这就有可能传递到错误的地方(比如传到那些没有关系的物种的花上),造成一种浪费。所以,能够尽可能地在看和闻上与其他物种区分开来也成为了一种优势。最好是能够掌握单独一种专心致志、愿意献身的花粉传播者。动物的欲望于是被解析、细分了,植物们则与之相应而专门化了。于是,前所未有的花的多样性就出现了,它们绝大部分有着共同进化和美的标志。
花变成了果实和种子,而这些也在地球上再次创造生命。靠着生产糖分和蛋白质来诱惑动物去扩散它们的种子,被子植物就增加了世界上食物能量的供应,使得大型的温血哺乳动物有可能出现。没有花,在没有果实的叶子世界里活得很好的那些爬行动物很可能还在统治着世界;没有花,我们可能就不存在。是花产生了我们这些它们的最大钦佩者。本文讲述的核心问题是 ( )
A.花与美 |
B.花与生物进化 |
C.无性繁殖与有性繁殖 |
D.进化方式与进化速度 |
下列对“花改变了一切”这句话的理解,错误的一项是 ( )
A.花使植物得到了动物的帮助,因而有性繁殖不只发生在种属紧密相连的植物间。 |
B.花变成了果实和种子,增加了食物能量的供应,为动物种类的增多提供了条件。 |
C.花的出现改变了缓慢、简单与沉睡的世界,各种全新水平的复杂性来到这个世界。 |
D.花满足了动植物的欲望,动物的欲望被解析、细分,植物也随之相应而专门化了。 |
下列与“新的动力”有关系的表述中,错误的一项是 ( )
A.能够成功地满足其他生物欲望的植物,后代会更多。 |
B.昆虫受到花的吸引,有时会将花粉传到错误的地方。 |
C.为满足动物的欲望,花粉以极快的速度广泛传播。 |
D.拥有花粉的植物和传播花粉的动物之间存在吸引。 |
根据原文提供的信息,下列推断正确的一项是 ( )
A.为了不失去已掌握的单独的一种花粉传播者,花的特征会越来越鲜明。 |
B.在共同进化中,动物使花的种类越来越多,这将导致无性繁殖逐渐消失。 |
C.不能生产满足大型温血哺乳动物需要的糖分和蛋白质的植物将会渐渐被淘汰。 |
D.花的色彩与气味是植物专门化的标志,花有一一对应的动物作为专门的传播者。 |
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老鼠不仅有99%的基因和人类相似,而且在胚胎发育、疾病类型甚至行为上都和人类有可比之处。科学家开始一项耗资1亿英镑的计划:培育不计其数的转基因老鼠。这项计划的目标是在老鼠身上造出糖尿病、心脏病、癌症及精神病等人类主要疾病,揭示上述疾病的遗传根源和环境基础,找到新药物和新疗法。这项计划的协调人维斯特教授说:“欧盟已经认识到老鼠遗传研究之中的无穷潜力。”
“欧洲老鼠”计划是三年前完成的人类基因组计划的后续。那项耗费巨资的DNA排序计划揭示了人体两万种基因的构成。但是,科学家目前仍然不知道其中一半基因的作用或者这些基因能制造哪些蛋白质。
科学家承认,老鼠和人类如此相似的事实的确令人惊讶。医学研究委员会遗传学分部的布朗博士说:“表面看人类和老鼠显然没什么可比性,但其实它们像我们一样常常生病,而且显示出同样的症状。”在一个与人类基因组计划类似的计划之下,构成老鼠基因组的两万种基因都已经排出序列。
“欧洲老鼠”计划将使用一种称作“黑六品系”的老鼠。这类老鼠已经广泛用于实验室,而且完全出自同系交配。每只雄鼠都是其他雄性“黑六”的克隆,每只雌鼠也都是其他雌性“黑六”的克隆。参加“欧洲老鼠”计划的科学家将从这些“黑六”中提取胚胎,消除或改变其中一种基因,再把经过遗传改性的胚胎放回雌鼠子宫,创造一个每名成员体内都有一个变异基因的新种群,科学家将对“黑六”体内的两万种基因重复这个过程。剑桥生物信息科学研究所的伯尼博士说:“最后,这就将使我们得到两万种老鼠,而且每种体内都有一个变异基因。” 然后,科学家将观察这些基因变异时对每种老鼠的外观和行为产生哪些影响。这样,他们就能发现每种基因有什么作用,由此了解相应的人类基因。科学家还希望弄清不同的基因组合对不同的人有哪些影响。人类的主要疾病不是由一种基因而是由多种基因共同作用形成的,这之中还有环境因素。下列对“欧盟已经认识到老鼠遗传研究之中的无穷潜力”的理解,不正确的一项是 ( )
A.老鼠遗传研究将揭示人类主要疾病的遗传根源和环境基础。 |
B.老鼠遗传研究将找到人类主要疾病的新药物和新疗法。 |
C.老鼠遗传研究将排出构成老鼠基因组两万种基因的序列。 |
D.老鼠遗传研究将弄清不同的人类基因组合对不同的人的影响。 |
根据文中提供的信息,以下推断正确的一项是 ( )
A.“欧洲老鼠”计划是人类基因组计划的后续,它将消除人类疾病,延长人类寿命。 |
B.如果“欧洲老鼠”计划能使科学家知道人体两万种基因的作用,就能提高人类智力。 |
C.如果能够发现“黑六”体内每种基因的作用,相应的人类基因的作用就能得以了解。 |
D.“欧洲老鼠”计划的研究和实施将极大改善人类的生存环境,提高人类的生命质量。 |
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深海呼吸
研究发现,具有深海潜水本领的动物们,首先具有一个神奇的肺。即使是被压扁变形收缩至原来体积的15%,也不会受到任何伤害,并且可以在短时间内自行恢复,而人类的肺却无法做到这一点。在分析海豹的肺组织时发现,因为它表面覆盖着一层由特殊化学物质构成的活性剂,所以海豹的肺才如此坚韧有力,在轻松对付高压的同时,还能自如地舒展恢复。
摄取和储存氧气的能力是决定生物能否长时间深潜的主要标志。与陆地动物的区别是,潜水动物在屏住呼吸时主要依赖储存在肌肉中的氧气,而陆地动物却是依靠停留于肺部的氧气。实验数据显示,王企鹅在下潜至510米深时,可将体内全部氧气的47%储存在肌肉中,其余的在血液和肺部循环。宽吻海豚在下潜同样的深度时,能将体内39%的氧气储存在肌肉中。我们人类却不具备潜水途中储存氧气的能力,平时在我们肌肉中只能储存体内15%的氧气。
在海豚、海豹和抹香鲸等深潜高手的肌肉中,肌红蛋白的含量都格外高。肌红蛋白是一种将血液中的氧吸收并储存起来的蛋白质,它为肌肉提供以后可使用的能量。因此,它们的肌肉在不需要进行呼吸的情况下还能坚持长时间的工作。此外,为了节约能量,在下潜时它们还具有降低心率的神奇本领。在美国的加利福尼亚大学,两组科研人员得出的结论颇为接近。7头小象在陆地上的平均心跳为每分钟107次,当它们在海水中下潜时,心跳下降到每分钟39次,下降了64%。在它们潜水的初期,心率一般急剧降低,随着它们下潜的深度不断加大,心率随之缓慢下降,极限记录是每分钟3次。
人在深潜过程中,容易发生减压病。造成减压病的原因是,在下潜时,越来越大的压力会将他肺中的氮气迫压进他的血液或别的组织液中。当他快速返回水面时,氮就会骤然间从溶液中冒出来,这对于所有正常的生理活动都是毁灭性的打击,包括神经功能和血液循环。所以,潜水者在从水下上升时,除必须遵守潜水表或计算机器数据要求外,每上升5米作几秒钟的安全停留,便可以避免减压病的发生。
深潜动物们为什么不得减压病呢?哈佛大学的动物学家吉米·卡瑞恩,不久前揭示了这一谜底。卡瑞恩发现生活在南极洲附近的海豹,它们可以下潜到七八百米的深度。但不论它们下潜多么深,体内的氮的浓度基本不变。原因是它们的肺被强大的水压迅速地压扁了,一开始就阻止了大量的氮气进入血液。所以深潜动物们免去了减压病的烦恼。下列关于深海潜水动物肺的特性和功能的理解,不正确的一项是 ( )
A.与人类不同,深海潜水动物的肺可以在保留极少氧气的情况下不受损伤。 |
B.与人类不同,深海潜水动物的肺在强大水压下变形收缩后迅速恢复。 |
C.深海潜水动物的肺覆盖着一层活性剂,因而缩展自如,具有降低心率的神奇功效。 |
D.深海潜水动物的肺覆盖着一层活性剂,因而坚韧有力,具有抗击高压的神奇功效。 |
下列关于深海潜水动物体内肌红蛋白的表述,不正确的一项是 ( )
A.深海潜水动物体内肌红蛋白的含量,明显高于一般陆地动物。 |
B.深海潜水动物体内肌红蛋白是使其肌肉储存氧气的决定性物质。 |
C.深海潜水动物在不需要呼吸时,肌红蛋白为肌肉提供能量以便持续工作。 |
D.深海潜水动物在从水下上升时,肌红蛋白为肌肉提供能量以避免减压病。 |
根据原文提供的信息,下列表述不符合原文意思的一项是 ( )
A.人类不能长时间深海潜水的原因之一是不能将氧气大量储存于肌肉中。 |
B.人类不能长时间深海潜水的重要原因是不具有急剧降低心率的能力。 |
C.深海潜水动物不会得减压病,因为它们的肺部覆盖着一种特殊的活性物质,在被强大水压压扁收缩时,阻止了大量氮气进入血液。 |
D.深海潜水动物由于肌肉含有一种特殊的肌红蛋白,能将血液中的氧吸收储存起来,提供以后使用的能量,所以可在不需要呼吸时坚持工作。 |
根据原文提供的信息,下列推断正确的一项是 ( )
A.人与深海潜水动物一样,不得快速从水下上升,否则将会危及生命安全。 |
B.深海潜水动物具有深潜能力的根本原因,在于它们的肌肉能够摄取储存大量氧气。 |
C.人与深海潜水动物存在潜水能力差异的根本原因,在于人不能利用肺来进行深海呼吸。 |
D.人与深海潜水动物一样,在下潜的过程中,肺部的氮浓度基本不会发生变化。 |
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生物发光的奥秘
说到生物世界里的发光现象,人们首先会想到萤火虫,但是除了这种昆虫外,还有许多生物也能发光。人们发现,不同的生物会发出不同颜色的光来。所有的植物在阳光照射后都会发出一种很暗淡的红光,微生物一般都会发出淡淡的蓝光或者绿光,某些昆虫会发出黄光。仔细地划分一下,生物发光可分两类:一类是被动发光,如植物,那些微弱的红光不过是没能参与光合作用的多余的光,这种光对植物是否有着生物学上的意义目前还是个谜,但一般的看法是这种光无意义,就像涂有荧光物质的材料经强光照射后再置于黑暗中发光那样;另一类是主动发光,尽管有一些主动发光的意义目前还未全部认识清楚,但有一点是可以肯定的,绝大多数生物的主动发光是有用途的。光是一种能量,主动发光是对能量的一种消耗。生物的生存策略有一个最基本的共同点,那就是在维持生命的正常活动中最大限度地去节省能量,因此主动发光必定是主动发光生物生存的一个重要手段。
1885年,杜堡伊斯在实验室里提取出萤火虫的荧光素和荧光素酶,指出萤火虫的发光是一种化学反应。后来,科学家们又得到了荧光素酶的基因。经过科学家们的研究,萤火虫的发光原理被完全弄清楚了。我们知道,化学发光的物质有两种能态,即基态和激发态,前者能级低而后者能级很高。一般地说,在激发态时分子有很高并且不稳定的能量,它们很容易释放能量重新回到基态,当能量以光子形式释放时,我们就看到了生物发光。如果我们企图使一个物体发光,我们只需要给它足够的能量使它从基态变成激发态就行了。但生物要发光则需要体内的酶来参与,酶是一种催化剂,并且是高效率的催化剂。它可以促使化学反应的发生,给发光物质提供能量,且能保证消耗的能量尽量少而发光强度尽可能高。在萤火虫体内。ATP(三磷腺酸苷)水解产生能量提供给荧光素而发生氧化反应,每分解一个ATP氧化一个荧光素就会有一个光子产生,从而发出光来。目前已知,绝大多数的生物发光机制是这种模式。不过在发光的腔肠动物那里,荧光素则换成了光蛋白,如常见发光水母的绿荧光蛋白,这些绿荧光蛋白与钙或铁离子结合发生反应从而发出光来。根据文意,下列对“生物发光”的理解,正确的一项是 ( )
A.生物发光可以分为两类:一类是无意义的被动发光,一类是有意义的主动发光。 |
B.生物发光指的是生物在激发态时因能量释放而形成的一种发光现象。 |
C.生物发光是一种化学发光现象,它只有在两种能态同时出现的情况下方能产生。 |
D.生物发光在发光的腔肠动物那里也需要通过发生化学反应来提供能量。 |
下列理解符合原文意思的一项是( )
A.由于植物吸收的光部分未参与光合作用,因而有些植物只能发出暗淡的红光。 |
B.因为杜堡伊斯找到荧光素酶的基因,才使得萤火虫的发光原理被完全弄清楚。 |
C.科学家在分析物质的化学发光原理时,一般认为在激发态时分子很容易释放很高且不稳定的能量然后重新回到基态。 |
D.被动发光的生物拥有更多的基态,主动发光的生物拥有更多的激发态。 |
根据原文提供的信息,下列推断正确的一项是 ( )
A.只要一个ATP和一个荧光素发生氧化反应,萤火虫体内就会有一个光子产生。 |
B.生物之所以会发出不同颜色的光,是因为体内拥有荧光素或光蛋白。 |
C.生物发光需要体内的酶来参与,生物体内的酶越多,发出的光越强。反之亦然。 |
D.萤火虫发光原理的揭示,为人类开发利用高效节能的新光源提供了有益的启示。 |
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我们的宇宙外面是什么
在宇宙学中,有一个非常重要的常数,叫做宇宙学常数。这个常数在我们的宇宙中起着一种斥力的作用,使得我们的宇宙加速膨胀。20世纪80年代末,诺贝尔奖获得者、美国理论物理学家温伯格指出,如果宇宙学常数显著地大于它现在所具有的数值,那么它的排斥作用就会过于巨大,以致万有引力根本不可能把物质吸引到一起形成恒星和星系。
据此,一些科学家提出了所谓“人择原理”。也就是说,我们的宇宙为什么是这个样子,那是因为它必须是这个样子,生命才有可能产生,人类才有可能存在。或者说,一些物理常数的数值为什么必须那么大,那是因为只有当它们的数值等于那么大的时候才会有人类存在。
“人择原理”是当代物理学中争论最激烈的问题之一。大多数物理学家认为,在我们的宇宙中,自然规律之所以是这个样子,应该有着某种跟人类存在毫无关系的深层原因。“人择原理”最激烈的反对者说,这个原理是不科学的,它起着帮助“创世论”的作用,意味着有某个类似于上帝的设计者为最后创造出生命和人类,对即将通过大爆炸生成的宇宙作了细致的调节。
但是,另一些物理学家则为“人择原理”另辟蹊径。他们认为我们的宇宙只不过是许多可能存在着的宇宙中的一个。事实上,许多物理学家和宇宙学家已经开始相信我们的宇宙不是独一无二的,而是许许多多宇宙中的一个。按照这种“多重宇宙”思想,有无数不同的宇宙和无数可能的自然规律。它们并非都能生成恒星和星系。即使恒星和星系能够生成,它们那里的不同的自然规律也不一定会让恒星制造出那些对于生命来说至关重要的元素。
当然,按照多重宇宙观点,我们的宇宙就不是惟一复杂到足以支持有意识的生命存在的宇宙。英国天文学家里斯认为,在多重宇宙中,数量众多的不适合人类居住的宇宙构成了一个巨大的“海洋”,在这个“海洋”中可能散布着一些“岛屿”,这些“岛屿”被称为“可居住宇宙”。在各个可居住宇宙中,物理常数的数值仅仅略微有些不同,都在允许生命存在的范围之内。我们的宇宙应该是一个普通的可居住宇宙,并无特别之处。
多重宇宙使得“人择原理”成为一种概率原理,从而具有了科学依据。有一种能够把量子力学和广义相对论调和在一起的新理论,叫做弦论。这种理论主张一切物质都由极其细小的弦组成,这些弦具有一定的能量,在十维的时空中进行振动。弦论所描述的宇宙远不止一个,可达10500个。这是一个我们无法想像的巨大的数字。在这么多的宇宙之中,每个宇宙都有不同的物理特性,可居住宇宙的出现即使只有极其微小的概率,它的绝对数量也必定是一个非常大的数字。
诚然,弦论是一种尚未被实验和观测证实的理论。可是,且不说弦论,实际上里斯走得比这更远。他认为,在那些可居住宇宙的“岛屿”上,确定基本物理学和宇宙学状况的物理常数也许可以与我们的宇宙有很大差别。例如,它们或许有更重的电子,或许由一次较冷的大爆炸演化而来,或许光会以较低的速度传播,或许万有引力会更强大。如果真是这样,那可居住宇宙出现的概率就大多了,但它们相互之间的差别也就十分巨大。
(节选自王家骥《别样宇宙花亦红》,略有改动)从原文看,下列对“人择原理”有关内容的解说,不正确的一项是
A.“人择原理”是一种以物理学为依据试图解释我们的宇宙生命诞生原因的理论。 |
B.“人择原理”认为我们的宇宙的自然规律与生命产生、人类存在之间有必然关系。 |
C.“人择原理”符合多重宇宙理论观点,是用以解释可居住宇宙的普遍适用的原理。 |
D.“人择原理”受到指责的一个重要原因,是它很容易被持“创世论”观点的人利用。 |
从原文看,下列对“实际上里斯走得比这更远”这句话的理解,正确的一项是
A.里斯发展了一种能够把量子力学和广义相对论调和在一起的弦论。 |
B.里斯接受了多重宇宙观点并通过实验和观测创建了新的理论体系。 |
C.里斯已为“人择原理”和可居住宇宙找到了更多的物理常数的证据。 |
D.里斯认为物理常数与生命产生之间的关系未必局限于已有的认识。 |
依据原文提供的信息,下列推断不正确的一项是
A.虽然科学家都以我们的宇宙为参照来推求其他可居住宇宙的存在,但结论不尽相同。 |
B.尽管“人择原理”受到了普遍的质疑,但是它对促进弦论的发展却起到了较大的作用。 |
C.即使真正弄清了生命产生与物理常数的关系,也未必能准确描述可居住宇宙的数量。 |
D.虽然科学家对多重宇宙和可居住宇宙的认识不尽相同,但他们的认识正在逐步深入。 |