并通过该俱乐部与许多年轻的生物学天才走到了一起,这些都是电磁波

发布时间:15-04-22 16:17分类:技术文章 标签:放射线 放射线的力量
孩子为什么长相酷似父母?某些家族为什么连续几代被某种神秘的疾病所困扰?这些遗传现象总是令人感到惊奇或迷惑,长久以来人们也为解开这些谜题做出了不懈努力。从孟德尔开始,研究遗传这门学问的工作总算开始走上正轨,而“现代遗传学之父”摩尔根更是凭借基因的连锁和互换定律摘得1933年的诺贝尔医学奖。与孟德尔的豌豆不同,摩尔根选择了更适于观察和研究的实验动物——果蝇。
关于摩尔根豢养果蝇的“蝇室”以及发生在蝇室内的各种各样令人津津乐道的事件我们之前已经有所了解了。*之所以还要再次提起,是因为本次出场的主人公也曾在蝇室工作,而其学术成*也同样建立在对果蝇的研究之上。这位主人公的名字叫做赫尔曼·穆勒(Hermann
J. Muller)。 【大学时期的赫尔曼·穆勒】
1890年12月21日,穆勒出生于纽约。1907年,穆勒进入美国*的学府——哥伦比亚大学*读,并从此迷上了生物学。1910年穆勒取得学士学位。在校期间,穆勒建立了一个生物学俱乐部,并通过该俱乐部与许多年轻的生物学天才走到了一起。这些天才的其中两位*是大名鼎鼎的“蝇室”的核心人物布里奇斯和斯特迪文特(两人的事迹参见医学诺贝尔之路1933:蝇室传奇),彼时二人都还在摩尔根的实验室刷试管。
摩尔根关于果蝇的实验非常具有吸引力。穆勒结识蝇室二人组的时候已经毕业,在康奈尔大学从事其他研究,但受到蝇室感召的穆勒仍同时与哥伦比亚大学保持联系,并非正式地参与摩尔根小组的工作。1912年,穆勒终于如愿以偿地正式加入了蝇室,投身于脏兮兮却又前途无限的实验之中。
不过穆勒在蝇室的日子过得却并不舒心。他不拥有布里奇斯那种惊人的视觉辨别力,又不像斯特迪文特那样有出众的才华。在蝇室,穆勒的工作偏重于理论,主要集中于对实验结果的阐释以及对未来实验的预测上。而在蝇室重视实验的学术空气中,穆勒的工作显得不那么受人重视。1914年,穆勒离开了蝇室,另觅他处继续自己的研究。在上世纪初,达尔文的理论已经使得人们相信生物的遗传总不会是一成不变的,否则进化将无法进行。少数情况下,生物旳性状会忽然展示出某些新的特征。1886年,荷兰植物学家Hugo
de
Vries首次注意到野生月见草的这种改变,并将这种变化描述为“突变”(mutation)。突变使得特定生物具备了潜在多样性,以便更好地适应自然。随着染色体和基因的发现,人们一直试图从遗传物质改变的角度来解释突变,穆勒抓住了这个研究方向。1918年,穆勒提出了一个基于同源染色体交叉的突变假说,即:基因的突变是逐渐积累的,隐性突变并不会立即显现。当同源染色体发生交叉,遗传物质发生互换(基因重组)时,这些突变的结果才有机会以突然出现的形式表现出来。如此,穆勒的研究重心开始转向致死性突变的发生率以及影响因素上来。
穆勒*摸索了温度的作用,发现温度与基因突变率之间存在联系。当然,包括x射线,化学物质等因素也被用来检查是否与果蝇基因突变之间存在关联,只是当时并未作为首要的影响因素来研究。在蝇室,摩尔根和他的助手们为了得到新的遗传性状已经几乎无所不用其极,而究竟哪种刑罚能够帮助果蝇产生可遗传的变异却无人能说得清。蝇室众人所不够重视的领域,恰恰是穆勒这个前蝇室成员孜孜以求的目标。
1926年,穆勒终于收获了振奋人心的实验结果。数据显示,在使用不同剂量的x射线照射果蝇后,随着x线照射剂量的加大,果蝇基因突变的频率有了相应的提高。有人将此事形象地比喻为:在x光照射下,生物体内*像被埋进了无数极小的高爆手榴弹,这些手榴弹四处爆炸,要么将细胞结构撕成碎片,要么将其重新打乱重排。如果有手榴弹在基因附近爆炸,那么基因的结构和功能也将被改变,直至引起生物体自身性状的突变。
【五十六岁时的赫尔曼·穆勒】
这是一个极其重要的发现。在过去,基因突变大多只能寄希望于自然界缓慢而低效的影响。穆勒的成果标志着人类将借助射线的力量简单地影响和改变基因,从而窥探上帝的意志,这在生物学和遗传学研究上有着非同寻常的意义。射线的力量不仅仅局限于果蝇,很快人们*发现这种力量是普适的,从简单的病毒到高级的植物和哺乳动物莫不如是。研究射线生物学影响的工作、研究基因突变过程的工作、研究基因复制过程的工作等直接导致了新的科学分支的产生。为此,诺贝尔奖评审委员会将1946年的诺贝尔医学奖授予了穆勒。
而放射线的力量也终于引起了人们的普遍关注,尤其是在原子弹爆炸之后。事实上,穆勒曾担任过曼哈顿计划的顾问,但是他本人并不知道这个计划是做什么的。核辐射造成的伤害和悲剧越来越引起公众的担忧,作为辐射危害领域的*行者,穆勒积极投身于反核战争威胁的政治活动中。1955年,穆勒参与签署了《罗素-爱因斯坦宣言》,该宣言由11位享誉的杰出科学家联名签署,并于后来间接推动了控制核武器工作的开展。

发布时间:15-05-14 17:34分类:技术文章 标签:PM2.5 PM2.5是什么?
如果是初次接触,“PM2.5”这一串字符也许会让你看得云里雾里,不知所云。其实它有一个容易理解的中文名——细颗粒物,是对空气中直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒如此细小,肉眼是看不到的,它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70微米,这*比*大的PM2.5还大了近三十倍。
PM是英文particulate
matter(颗粒物)的首字母缩写。准确的PM2.5定义要在“直径”之前加一个修饰语“空气动力学”,这可不是故作高深。空气中的颗粒物并非是规则的球形,那怎么定义又怎么测量其直径呢?在实际操作中,如果颗粒物在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米且密度为1克/立方厘米的球形颗粒一致,那*称其为PM2.5。这样的定义也*决定了在测定PM2.5时,需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开,而不是用孔径为2.5微米的滤膜来分离。
知道了PM2.5的定义,*很容易得出PM10的定义了—将定义中的2.5换成10即可,PM10也被称为可吸入颗粒物。在PM10中,直径在2.5至10微米之间的颗粒物被称为粗颗粒物,与细颗粒物相对。
PM2.5来自哪里,又有什么构成?
虽然自然过程也会产生PM2.5,但其主要来源还是人为排放。人类既直接排放PM2.5,也排放某些气体污染物,在空气中转变成PM2.5。直接排放主要来自燃烧过程,比如化石燃料(煤、汽油、柴油)的燃烧、生物质(秸秆、木柴)的燃烧、垃圾焚烧。在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。其它的人为来源包括:道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括:风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌。
PM2.5的来源复杂,成分自然也很复杂。主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。其它的常见的成分包括各种金属元素,既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素,也有铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。
2000年有研究人员测定了北京的PM2.5来源:尘土占20%;由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%;烧煤产生7%;使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%;农作物等生物质贡献6%;植物碎屑贡献1%。有趣的是,吸烟也贡献了1%,不过这只是个粗略的科学估算,并不一定准确。该研究中也测定了北京PM2.5的成分:含碳的颗粒物,硫酸根,硝酸根,铵根加在一起占了重量了69%。类似地,1999年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵,41.4%是含碳的物质。
PM2.5对健康有什么危害?
PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害,包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米,死亡风险*开始上升。浓度每增加10微克/立方米,总的死亡风险*上升4%,得心肺疾病的死亡风险上升6%,得肺癌的死亡风险上升8%。
PM2.5的危害固然不可忽视,但仍不可与吸烟相比。对于烟民而言,千万不要有“反正空气污染,抽不抽烟一个样”的心理。吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升22倍(也*是上升2200%),女性的风险上升12倍(1200%);使中年人得心脏病死亡的风险上升2倍(200%)。上述关于PM2.5死亡风险的数据源自2002年发表于《美国医学会杂志》的一篇论文。这篇论文分析了一项长期研究中参与者的死亡率和空气污染之间的关系,发现死亡率升高与PM2.5和二氧化硫的污染有关联,而与粗颗粒物污染没有可靠的关联。该项在美国进行的前瞻性研究始于1982年,当时招募了120万的参与者。论文的结论是基于长达16年的随访数据,是目前关于PM2.5污染增加死亡风险*可靠的证据。
各个*的PM2.5标准都是多少
自从美国于1997年率*制定PM2.5的空气质量标准以来,许多*都陆续跟进将PM2.5纳入监测指标。如果单纯从保护人类健康的目的出发,各国的标准理应一样,因为制定标准所依据的是相同的科学研究结果。然而,标准的制定还需考虑各国的污染现状和经济发展水平,在一个空气污染严重的发展中*制定极为严格的空气质量标准只能成为一个华丽的摆设,没有实际意义。根据美国癌症协会和哈佛大学的研究结果,卫生组织(WHO)于2005年制定了PM2.5的准则值。高于这个值,死亡风险*会显著上升。WHO同时还设立了三个过渡期目标值,为目前还无法一步到位的地区提供了阶段性目标,其中目标-1的标准*为宽松,目标-3*严格。
下表列举了WHO以及几个有代表性的*的标准。中国拟实施的标准与WHO过渡期目标-1相同。美国和日本的标准一样,与目标-3基本一致。欧盟的标准略微宽松,与目标-2一致,澳大利亚的标准*为严格,年均标准比WHO的准则值还低。标准的宽严程度基本反映了各国的空气质量情况,空气质量越好的**越有能力制定和实施更为严格的标准。

发布时间:15-04-17 17:15分类:技术文章 标签:辐射,核辐射,电磁辐射
说完了核辐射,我们再来说说电磁辐射。顾名思义,电磁辐射*是电磁波的辐射,振荡的电场和磁场在空间中以波的形式传播*形成了电磁波,可见光*是一种电磁波,还有我们日常提到的x光、紫外线、红外光、微波还有无线电波,这些都是电磁波。电磁波具有波粒二象性,可以看作波,也可以看成一个个的光子,波长越短,光子能量越高[见备注]。在某些情况下,电磁波可以对生物体造成伤害,人们也经常会对日常生活中的各种跟电有关的设备安全性产生怀疑。那么,电磁波究竟有可能对人有什么伤害呢?
电磁波对人的伤害,简单来说有三种:(1)跟《辐射造成的伤害(上)》里面介绍的核辐射一样,波长很短的gamma射线、X光、紫外线甚至短波的可见光这样光子的能量高于分子化学键键能(2~10电子伏)的电磁波,可以破坏蛋白质和DNA等分子,造成伤害并有一定的可能诱发癌症;(2)一些能被分子吸收的光,比如可见光、红外光和微波(包括微波炉里面的辐射),如果高强度高的话,可以加热人体造成烧灼伤害;(3)高强度的无线电波可以在人体内形成感应电流,对神经系统和内脏的正常工作造成影响。
电磁波波谱,从左到右,波长逐渐变长,光子的能量逐渐减小。(1)高能光子辐射
在《辐射伤害知多少?(上)》里面提过,核辐射里的gamma射线是一种波长很短光子能量很高的电磁波。而包括中子射线、alpha射线、beta射线、gamma射线等核辐射,再加上X光,这些可以统称为电离辐射。因为这些射线都有可能引起物质的电离。这些射线因为单个粒子的能量远高于分子的化学键能,可以破坏分子,造成伤害,引起变异甚至诱发癌症。比如说,做过躯干的X光检查之后医生有时会告诫在下面几个月的时间内不要怀孕,*是为了避免因为x光的辐射导致婴儿的畸形。紫外线和波长较短的可见光的光子能量也大于某些分子的键能,它们并不能透过人体,但是也可能对皮肤造成类似的伤害。*近一些年,美国人颇为推崇晒成小麦色的皮肤,为了拥有健康的肤色,很多人在强烈的阳光下暴晒、或者用紫外线灯照射自己。我所在的地区地处高原、日照强烈,好多美国人又喜欢暴晒,所以是美国皮肤病、皮肤癌高发的地区。为了避免紫外线的伤害,在强烈阳光下活动的时候应该涂抹防晒霜(为数不多的一种靠谱的防辐射产品)。
(2)可见光、红外和微波辐射:从阳光到微波炉和手机
对于大部分可见光甚至更低频的红外、微波辐射波段,由于光子的能量比分子间化学键的能量小,是不可能破坏分子结构的。如果波长合适(主要是红外光),能够被分子吸收(跟分子的振动或者转动能级恰好匹配),那么分子会吸收这种电磁波而使得分子运动变得剧烈;而微波波段的电磁波能够驱动某些极性分子(分子内部有带正电和负电的部分)做振荡运动,使得分子之间互相碰撞,也会加剧分子的运动。总之,*是在这一波段的电磁波的作用下将会使得人体温度升高,有可能造成烧灼的伤害。太阳光汇聚起来可以引火做饭,*是因为可见光的波段能够被物质吸收产生热量;微波炉*是利用电磁波驱动水等极性分子振荡运动以加热食物室温下物体黑体辐射强度随着波长的变化。
另外,一切物体都在不断地向四面八方辐射各种波长的电磁波,这*是“黑体辐射”的物理知识。辐射的不同波长电磁波的能量分布服从普朗克提出的黑体辐射定律。我们日常所见的一切,都在不停地以电磁波照射着周围的一切,也持续受到着周围一切的黑体辐射。按照室温计算(300开尔文,27摄氏度),我们辐射的电磁波强度*大的波长是约十个微米,处于红外光的范围里(见上图),每平方厘米的皮肤每秒钟辐射出的电磁波总能量为0.046焦耳。显而易见,低强度的红外光辐射对人体是完全无害的。值得注意的是,人的眼睛看不见红外线,但是会被高强度的红外线烧伤。
一般的微波炉工作频率是2.45GHz(1G等于十亿),无线网络(WIFI)的无线路由器工作频率一般是2.4GHz(也有5GHz的),3G网络的频率在1.7-2.4GHz之间,而手机的信号频率在0.8-0.96GHz之间和1.71-1.85GHz之间,在这些频率范围内,辐射对人体的伤害表现为热效应。电磁波通过驱动极性分子(主要是水)做振荡运动,使得分子之间互相碰撞,加剧所有分子的运动,表现为温度升高。对于像部分食物或者生物体这样含水多的物体,这个波段的穿透深度基本上在厘米量级(温菜的时候有时表层热了,下面还凉着),所以如果你没有感觉到皮肤发热或体温上升,那么*完全不用担心这个波段的辐射伤害。总之,在从可见光到微波波段的电磁辐射里面,如果没有闻到烤肉的味道也没有觉得体温升高太多的话,*不用担心电磁辐射的伤害。
尽管说从物理上来说“手机致癌”的说法并没有道理,但是必须承认,关于手机致癌的讨论并没有定论。在很多*都有关于手机致癌的传言,也有不少或正或负的关于手机是否致癌的研究,然而一直都没有明确的论断。卫生组织国际癌症研究所(IARC)展开的全球迄今*大规模的手机安全研究显示,使用手机与脑癌之间没有明显联系。
(3)波长更长的无线电波
对于波长更长的无线电波和长波无线电,包括广播(FM/AM)、高压输电线和变压器(50Hz)、和大部分家用电器(50Hz),要担心的是感应电流的危害。大家知道,导体在交变的电磁场里面会产生感应电动势和感应电流,而人体可以看作导体,在电磁场里面也会产生感应电流。虽然说感应电流也有热效应(电磁炉),但是对于正常环境下的人体来说这个热效应不会造成太大的影响(那需要的感应电流太大了)。但是,我们的神经系统和内脏器官的正常工作是需要生物电信号交流和控制的,如果感应电流超过一定的强度的话,会有可能干扰神经系统和内脏的工作,使人感觉到不舒服。不过,电流对于人体的影响是需要高于一定的阈值的,低于阈值,人体是不会有感觉的。因此,对于天线、电视塔等强辐射源,只要我们离开他们适当的距离,使得电场磁场低于一定的值,*不用担心这个问题;对于像高压输电线、变压器还有一般的家用电器这些不是为了辐射电磁波而设计的设备,正常使用情况下的辐射是不会对人体造成危害的,不应该担心。
根据《电子设施保护条例实施细则》规定,各级电压导线边线在计算导线*大风偏情况下,距建筑物的水平安全距离如下:1千伏以下为1.0米,1千伏至10千伏为1.5米,35千伏为3.0米,66千伏至110千伏为4.0米,154千伏至220千伏为5.0米,330千伏为6.0米,500千伏为8.5米。各种高压输电线,包括高速铁路、公共交通用的高压输电线,只要保持适当的距离,*不会对人体造成损伤。有一个流传甚广的“高压线导致白血病”谣言,里面提到“牛津儿童癌症研究中心的杰拉尔德·德雷珀博士说,他领导的小组研究了3.5万名在1962年至1995年间患白血病和其它癌症的儿童,结果发现居住在高压线下周围100米以内的儿童患病几率略微大些”。是否真有“杰拉尔德·德雷珀博士”其人姑且不论,这种能够只研究患癌症的儿童*可以得出患癌症几率的研究方法是值得大家警惕的。还有流言提到高压线附近的磁场会致癌,甚至煞有介事地说磁场高于零点几个微特斯拉(百万分之一特斯拉)*有很高的几率致癌,耸人听闻而又不值一笑。因为实际上地球表面的地磁场的强度*有约为50多微特斯拉,身处其中的我们大部分都健康生活,在这个基础上增加一点点或者减少一点点,除了有可能影响某些依靠磁场导航的鸟类外,对生物体的生活不可能有任何影响。
一些关于“防辐射”的流言
值得强调的是,只有单个粒子的能量高于分子键键能的辐射才有很小的可能伤害DNA甚至诱发胎儿畸形或者癌症,其他的包括大部分可见光、红外、微波、无线电波等等都不可能诱发胎儿畸形或者癌症。流传的“高压线导致白血病”、“手机辐射导致胎儿畸形”等等,都是没有任何根据的谣言,没有科学证据的支持。所谓的“防辐射孕妇装”、“防辐射床单”、“防辐射手套”还有“防辐射围裙”等等,往往是通过在纺织物里面织入金属丝来屏蔽无线电波,并不能够阻止电离辐射等对人体的伤害,根本不能达到声称的“防止胎儿畸形”的效果;而要完全屏蔽在低强度下对人完全无害的微波和无线电波波段的辐射,需要把整个身体都包裹在金属里面才行。
而对于所谓在电脑旁摆放“防辐射”的仙人掌和瓶装矿泉水,没有任何理由相信他们能够达到“吸收电磁辐射”的效果。也没有任何理由相信木耳和酸奶等食品能对核辐射或者电磁辐射的效果产生任何的影响,虽然它们很好吃,并且从某些角度来说对身体也很有好处。
备注:光、电磁波和光子
振荡的电场和磁场在空间中以波的形式传播*形成了电磁波,gamma射线、X光、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波和长波无线电,这些都是电磁波。电磁波具有波粒二象性,光子*是量子化的电磁波,是电磁波能量的*小单位。光子的能量和电磁波的波长成反比,比如说,波长*短的gamma射线光子能量高达百万甚至数亿电子伏,医疗和安检用的x光光子能量一般在数百到上万电子伏,紫外光的能量一般在数个到数十电子伏,可见光的能量在1.8(700纳米的红色光)到3.1电子伏(400纳米的蓝色光)之间,红外、微波和无线电波的光子能量*小的多。在电磁波和物质相互作用时,物质只能吸收或者放出整个的光子。

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