第7章 春天的秘密
(但是 真实 对于死亡的 无与伦比的眠床你的 节拍的 热爱着 你回答 他们只用 春天)——卡明斯(E. E. Cummings),《噢甜美的自然的》(O SweetSpontaneous ),1920一个暖冬后的4月,美国东北部山区突然爆发了一场超级大混乱,月历都可以被扔出窗外了。蜜蜂绕着霓虹黄色的连翘花疯狂打转,比预计时间提早了几个星期。在声誉卓著的康奈尔大学的合作推广体系里,植物学、动物学和昆虫学的顶尖专家搔着头,协助当地农民弄清楚这种早春现象对苹果树等有何影响。
即便经历一个常态的北方冬天及其一成不变的单色调,名词性的春天也表现出动词性的另一面 [1] 。无数的行动突然涌现。这些行动令孩子们的思维开始活跃:花开得有多快?树长得有多快?
昆虫飞得有多快?树的汁液流得有多快?这一切是怎么发生的?
只是引用速度数据,并不能公平地呈现这个经过精心设计、艰巨复杂的事业。当丰富多样的复杂性如小丑箱一般,受阳光与温暖的刺激而随处蹦出,确实不可以。因为生物学真的是物理学友善的一面。
当温度升高,所有酵素、粒线体、葡萄糖转换和生命所依赖的其他反应也增加。 [2] 我们哺乳动物会制造自己所需的热量,当这么做难度太高的时候,我们就冬眠,把体内温度降低10度左右,渡过难关。冬眠期间,花栗鼠的心跳从每分钟350下变慢至4下。活动步调——体内和周遭——变得如冰川般极度缓慢,一整群睡觉的熊、蝙蝠、地松鼠和土拨鼠在我们看不到的地方打呼噜,而且往往比我们想象的更靠近我们的卧房。
但植物和无脊椎动物没办法这么做。它们得等到冬天结束。所以冬天结束时,当它们——昆虫、蠕虫、蝌蚪,诸如此类——冒出头来,同样冒出头的还有它们的掠食者:鸟、浣熊和狐狸。这令人敬畏的整个孕育过程是同时形成的。这就是为什么春天不只是季节而已。
它是以动作为基础的事件。 [3]在亚热带的佛罗里达州、南加州和德州,春天从2月开始,每星期北移160千米。飞机上的旅客可以观察到春天生动鲜明的边界,绽放的花朵和叶子以每小时1千米的速度冲向北极。春天行进的速度和爸妈推婴儿车的速度大致相同。
在三个月的过程中,春天前进超过1600千米,涵盖缅因州、北达科他州、蒙大拿州和华盛顿州以及加拿大南部的部分地区。在山区,春天先蔓延到山谷,然后爬至山顶。
植物年复一年按相同的顺序盛开。最早盛开的,如雪花莲和番红花,乍现于雪差不多已经融化的地方。随后是球根植物,比如郁金香和黄水仙。此时的变化是按日计算的,明黄色的灌木植物连翘花也来报到。接着,那些色带黄绿、按捺不住要上台表演的,如柳树、木兰、枫树和杜鹃,冒出大量的新生树芽和嫩叶。樱桃花也在这个时节前后出现。
昆虫从它们的冬季大通铺蜂拥而出。和植物一样,它们并不是等某个特定日期,而是呼应着变暖的温度。有些昆虫,如蝴蝶,在冬季期间会在树洞或缝隙中走完生命的各个阶段——幼虫、蛹和成虫——这样它们就能充分利用春天的时光。候鸟如知更鸟和红翅黑鹂,最早抵达参与这第一场戏。它们利用秋天南徙所经过的路线,捕捉最先冒出头的昆虫和蠕虫,在此时宣示繁殖和育雏的领域。
昆虫的发育只在温度超过特定阈值时发生,通常是在10摄氏度的时候。一旦变得够暖,简直像自然生成论(spontaneousgeneration)生效一般 [4] :突然到处都是昆虫。蚂蚁开始爬,平均速度是每小时0.32千米(做个对照,雷声一秒内就走完同样的0.32千米,雷声比蚂蚁快3600倍)。
每一个物种都有自己的故事和公关形象。人人都爱蝴蝶,引以为傲的是,在每一种印欧语系罗曼语中,它都有甜美悦耳的名称:法语是papillon,西班牙语是mariposa。连德语都设法让“蝴蝶”比一般词少一点喉音:der Schmetterling。蜜蜂和蜻蜓也得到了不错的评价。
但蚊子当然就不是了。它们已知的种类约有3500种——一直还有新品种被鉴定出来——曾被称为“地球上最致命的生物”,主要是因为其中三种会传播疟疾、登革热和黄热病等疾病。只有雌蚊会从我们这种脊椎动物的身上吸血。
在我们与蚊子对抗的经验中,运动扮演了关键角色。蚊子需要不流动的水,很少冒险离开繁殖地超过1.6千米。所以如果你管控好你所在的地区,不要有静止不动的水池(没有旧轮胎和中间凹陷的帆布之类的东西),就有可能可以彻底阻止蚊子出现。在林木极为茂盛的地方,比如阿拉斯加,小凹地、池塘,以及雨后、融雪和永冻土留下饱含水分的土壤,根本到处都是,这是一项毫无希望的任务。
除了南极,蚊子在地球的任何地方都可存活,而且通常十分密集,会导致一只阿拉斯加驯鹿一天就流失约0.47升的血。蚊子虽然无处不在,但雄蚊只能活一星期,雌蚊最多一个月。从卵、蛹到幼虫阶段加起来,为时也只有几个星期。所以要是繁殖地干涸,蚊子一个月后就消失了。
想要打蚊子却总是打不到吗?研究昆虫速度的科学家得出结论,蚊子似乎比实际还要快。这个感受课题得回溯到每秒移动几倍体长那个老问题。蚊子通常是以每小时4千米的速度飞行,所以它们连慢跑的人都跟不上。但因为这相当于它们每秒移动自身体长170倍的距离,看上去像超声速一样快。
蜜蜂通常是以慢跑速度在移动——每小时11千米。在春季出现的昆虫中,苍蝇看起来最快,也确实是最快,每小时16千米。在蝇类昆虫中,马蝇是冠军,每一个曾试着要闪躲那些地狱魔物的人都知道这一点。它们能以每小时23.8千米的速度飞行,只有短跑健将有希望跑得过它们。然后,最快速的正牌昆虫是蜻蜓。它们有5680种,而且经过计时,它们的速度可达惊人的每小时64千米。最棒的是,它们爱吃蚊子,而且不费吹灰之力就能逮到蚊子。
5月是杜鹃花瓣增色的时节,另外还有海棠树和多花狗木,也就是四照花。5月还有紫藤盛开,紧跟其后的是神奇的丁香——至少有种植最多的品种:欧洲丁香。它们天堂般的香味,在木兰花开的几个星期后接踵而至,弥漫乡间。
香气本身的运动方式难以捉摸,因为它们只能随着空气移动。一片死寂意味着香味很难离开花朵。另一方面,风吹得太快,香气分子会被稀释和消除。
6月初,春意依然,多年生植物连同开花灌木如麻叶绣球、玫瑰和荚蒾——几乎一起爆发。一开始的狂乱节奏,此时变得稳定,灌木、花和树注定各自在既定的时期达到巅峰。到了春天的尾声,6月21日夏至——随着本世纪的进展,这个日子越来越常落在6月20日,这是格勒哥里历(俗称的阳历、国历)400年周期的结果——抗拒到最后的,比如山核桃和慢吞吞的梓木,就连这些树最北边的部分也已经长叶子了。
每年春天,在你乡居的90米范围内,数以百万计的昆虫、植物和动物的动态性的同步赋动现象都会按相同顺序重复一遍。但让我们现在再靠近一点,看看隐藏在帘幕后的运动。
1663年,英国哲学家、自然科学家波义尔(Robert Boyle,1627—1691)写道:“新英格兰有些地方有一种树……如果让切口滴出的汁液慢慢排掉多余的水分,会凝结成一种甜到发腻的物质。”的确如此,北方各州有一种预告早春来临的标记,就是在枫树上切割开口,目的在于收集汁液,然后煮沸成糖浆。因为取150升汁液只能生产出
3.8升枫糖浆,所以需要有大量的汁液。很多人以为,在春季期间,所有的树内部都有汁液在流动,但其实并非如此。很少有树被刺穿时会排出汁液,枫树也只有在某些古怪的情况下会如此——只有在长叶子之前。
枫树在夜冷日暖的时期生产汁液,这种情形通常出现在3月和4月。如果温度一直高于冰点,或是一直低于冰点,还有当夜晚不再降到冰点以下,汁液就会停止流出。你可以在柳树、梣树、榆树、白杨和其他许多的树上做切口,但你一滴汁液也收集不到。现在我们知道,原因一定和树体内部冻结及随后回暖有关,因为这会放出膨胀气体而推挤液体。但还没有人了解为什么必须有饱含蔗糖的甜液或是这和活体的树细胞有什么关系,所以这一点依然是神秘未知的。不过,煎饼上出现又甜又黏的美味糖浆,让我们暂时忘却科学上可能遭遇的挫折。
相比之下,其他树种在长叶子的时候,汁液经由木质部往上走,而且不甜。植物和树会蒸发,意思是水分从叶子中蒸发掉。这会创造出局部真空,将水分从根部拉上来。你可能会认为汁液在炎热的下午跑得最快,因为植物在31摄氏度时,蒸发得比21摄氏度快3倍。然而,汁液在上午10点左右速度最快,不过这速度会持续一整天就是了。
如果有超人的X射线透视,就可以观察到汁液并非缓步前进。多年来,人们借用注射染色剂和放射线监控来测量数据,但过去十年来最受欢迎的方法,是以尖细的温度探针插入树身各个不同部位,并把热量从树身底部导入。这个方法证明,上升的汁液把导入热量往上带的速度有每秒0.76厘米这么快。这听起来可能不快,但换算起来约为每小时27.5米,能让最高的树把水分快速从根送到叶子。不过,大部分的树都没这么快速,每小时2.5米这样的速度还差不多——但还是轻快得足以让我们看到水在动,如果我们的目光能够穿透树皮的话。
同时,在茂密的树林中,野花赶在树叶遮蔽之前,把新芽推到地面上,善用森林地被层为期短暂而弥足珍贵的日光。
温度往上攀升,噪声等级也一样,因为声音是运动的音响面体现。这有一个我们熟知的例子,就是蟋蟀的鸣叫。只有雄性蟋蟀会鸣叫,但很明显的是,鸣叫声的节奏随温度而改变,这在乡下每一个角落都一样。鸣叫声源自一片翅膀的顶部刮擦另一片翅膀的底部,夜晚越暖越狂热。
同样地,这个原理就像老旧电池在结冰的早晨发不动车子一样。
化学反应随温度上升而加速,昆虫的新陈代谢过程也一样,这就是为什么聪明人都会在寒冷的夜晚摘除不受欢迎的胡蜂窝,因为胡蜂冷到没反应。蚂蚁行走的速度也是依温度而定。所有昆虫都仰赖其体内神秘的化学反应,除了期待环境持续温暖,没有其他加速反应的方法。
当温度上升,进行各种肌肉收缩的化学反应所需要的能量门坎比较容易达到,而这些肌肉收缩是行走、飞行或——以蟋蟀这个例子来说——唧唧声的先决条件。
蟋蟀发出鸣叫声的速率也和品种有关,但平均来说,夜晚气温为13摄氏度时,大约是一秒叫一声。如果你想在下次童军大会或“全民猜谜大挑战”(Trivial Pursuit)游戏中炫耀一下,可以告诉所有人,温度与蟋蟀鸣叫声之间的关系叫作多贝尔定律(Dolbear''slaw)。
多贝尔(Amos Dolbear)生于1837年,曾几乎是全世界最有名的人,但不是因为昆虫。当我们想到电话、无线电和电灯的发明,脑中就蹦出贝尔(Alexander Graham Bell,1847—1922)、马可尼(Guglielmo Marconi,1874—1937)和爱迪生这几个名字。但原本有那么一丝机会,我们只会——有些人说是只应该——想到多贝尔。
他可不是在工具间里敲敲打打的人。多贝尔毕业于俄亥俄韦斯利大学,最后成为塔弗斯大学(Tufts University)物理系主任。他二十几岁时就做出一部可用的电话,他称之为“交谈电报机”,这个装置运用了他自己拿永久磁铁和金属振动模块装成的听筒。那是1865年,贝尔版本的电话取得专利整整十一年前。之后,多贝尔拼命想证明是他先发明了电话,而不是贝尔,案子一路打到美国最高法院。
《科学人》杂志(Scientific American )在1881年6月18日报道:
“要是多贝尔乖乖照专利局繁琐的规矩办事,那么如今广泛认定荣归贝尔先生的这具通话电传听筒,很可能就会和他自己历次得奖的作品摆在一起珍藏了。”
遭受挫败但活力不减的多贝尔转而研究无线通信技术,而且在1882年,时任塔弗斯大学教授的他成功运用穿地无线电波传输,把讯号送出0.4千米远。他在与贝尔的较量中学会了明智,为自己的“无线电报”申请并取得专利,到了1886年还把传输能力增进到0.8千米。此举具有开创性,超越了德国物理学家赫兹(Heinrich Hertz,1857—1894)的理论研究,并领先意大利人马可尼的实用性发明整整十年。
多贝尔的专利后来阻止了马可尼的公司在美国做生意,并迫使这个意大利人买下多贝尔的专利。
多贝尔甚至比爱迪生超前,发明了一套白热照明系统,不过这次他又重蹈覆辙了,动作不够快,没能挤下爱迪生后来的垄断势力。简言之,他是一个以当代所有最重要科技发明人之姿留名青史的流星过客。
这些发明家似乎没有人真的剽窃过其他发明家。他们倒像是以一种奇怪的方式呼应大自然对模式的偏好,不同的人在大致相同的时间想到相同的点子——百猴效应的一种,这种效应似乎比随机偶发更常发生。 [5]多贝尔既非科班出身,与应用物理学也向无渊源,突然投了一篇文章给《美国博物学家》(The American Naturalist ),获采用刊登于1897年11月号。多贝尔这篇标题为《蟋蟀温度计》(TheCricket as a Thermometer )的文章,理清了夜晚温度与蟋蟀鸣叫速率之间的关联性。他的表式后来以多贝尔定律之名传世,至今在昆虫学界的小圈子里依然广为人知。你只要计算14秒内 [6] 的鸣叫次数,然后加上40。瞧!这样你就能知道现在的华氏温度。这个算法假定你听的是雪白树蟋的鸣叫。
多贝尔离开这颗行星一个世纪后,名气早已不复当年。或许我们可以对此有所弥补,不过只是稍稍弥补,办法是我们下次出门露营时,装模作样地引用多贝尔定律来宣布温度度数。
蟋蟀轻易就会吸引我们的注意,因为我们人类非常注意与自己心跳大概同步的反复现象——而蟋蟀的鸣叫速率与此相差很少超过50%。
我们特别会注意每秒重复0.5~10次的事物。比这个慢的,我们可能会把个别的事件——像是猫头鹰的叫声——视为互不相干,而不加以串联成单一活动;比这个快的,我们觉得是一种稳定的声音,自成单一独立事件,而非诸多事件拼装组合。
例如,很多蚊子以音符A(即La)的音发出恼人的嗡嗡声,和电话拨号音相同。 [7]这是翅膀以每秒440拍的频率振动所造成的。 [8] 但也有其他蚊子以每秒振动600次的频率产生D或升D之类的音。不管是哪一种情况,我们的耳朵都感觉不到两种不同的蚊子的拍数。不管是什么,每秒大约15拍以上的频率似乎就是同一种音调。
同时,当蜜蜂越空飞冲、为花树授粉,其低沉嗡鸣的音高来自翅膀每秒振动230次,升A音调比蚊子的嗡嗡声低了整整八度。但当蛙与蝾螈快速从冬眠中醒来,求偶之歌开始传遍空中时,它们已经准备好要迎接各式各样的飞虫。
在一出出沼泽音乐剧上方,萤火虫一闪一闪地发光。萤火虫的生物荧光是荧光素酶与氧交互作用而成,通常会发出和极光同色的黄绿光。 [9] 而且萤火虫就像极光,会产生无热度的辐射。萤火虫也和北极光一样,发出靠不住的光。昆虫的活动期只有晚春到夏天之间的几个星期,只在比10摄氏度温暖的夜晚。
随着春意渐浓,本季新生的哺乳类幼崽越来越容易被乡村居民看到。我们看到幼熊和幼鹿紧跟着母兽,但我们很少观察到行踪比较隐秘、鬼鬼祟祟的动物,如郊狼,它们也在这时生养小狼。其实,这些大型哺乳类没有一种是在春天繁殖后代的。它们在前一年的秋天交配,出于本能地安排它们的幼兽在春食盛宴期间出生。会在春天外出与异性约会的主要是小型哺乳类,它们甚至会调整各种活动的时间,好抓住季节丰足的高峰期。花栗鼠早在2月,甚至是残雪依然处处可见的时候,就开始增强活动到足以进行繁殖,因而跻身于我们最早看见的哺乳类之列。它们靠着洞穴有多处出入口来逃避掠食者,并以其急奔急停的速度来保护自己。
通常光是这样还不够。虽然有人在网络上荒谬地宣称,有很多种啮齿动物能以每小时56千米的速度一路狂奔,但实验室的轨道实测和田野测量显示,啮齿动物的极速大约在每小时16千米上下。它们看起来可能会比这还快得多,理由同上,因为这些啮齿动物一秒就能跑过好几倍的自身身长。但家鼠狂奔起来的速度只有每小时13千米,常见的灰松鼠在晴朗的日子可以达到每小时19千米。对它们来说很不幸的是,如果比直道赛跑,它们跑不过常遇到的掠食者。家猫可以跑得比任何家鼠快上3倍有余。因此,汤姆猫和杰瑞鼠之间的竞赛并不公平。
那最快的动物呢?猎豹和旗鱼不分高下,两者的速度都可以达到每小时110千米。历来最快的赛马,至少在2千米组,是“秘书处”
(Secretariat)。1973年的那一天,“秘书处”远远甩开所有的马绝尘而去,赢得肯塔基大赛,它留下的纪录是均速每小时61千米。
至于有翅膀的动物,它们的速度要依它们的动机而定。巡弋的飞行速度多半介于每小时32~48千米,小型和大型鸟类都是如此。鹅和蜂鸟就是以相同的速度飞行。万一有必要的话,几乎所有鸟类都可以缩拢翅膀俯冲,比它们飞的还快得多。游隼向来以速度最快的鸟而闻名,俯冲时的速度能达到每小时320千米,但它们平常的速度是这个数字的一半。不过,即便是每小时320千米,或许也算不上是“成就”:
人类特技跳伞员采用头下脚上、双臂并拢体侧的姿势,也能达到相同的速度。这纯属终端速度的问题,不需要技术。就连隼也没法追上一个正在俯冲的莽汉。
眼睛还来不及眨一下,鸟就能抓到田鼠、松鼠和花栗鼠。松鼠采取的是最具视觉张力的防卫策略,就是持续“之”字形移动,好让猛扑而下的鹰很难瞄准逃窜中的啮齿动物。但针对不同目的,鸟类可以采取不同的速度,它们也的确会这么做。鹰在侦察巡逻时,也就是在空中徘徊以搜寻猎物,会希望最大化自己的耐力,因而缓缓摆动翅膀以保存能量并滞空数小时。但打算前往遥远猎场的海鸟,则会希望极大化其航程。这通常意味着不要飞快,甚至不要远距离空中飞行;关键或许在于利用季风洋流。鸟类有时被迫把速度加到最快,被掠食者追赶时就是这样。
这么说应该不会有争议:几乎所有鸟类的飞行速度都介于每小时16~64千米,而巡航多在32~48千米的范围内。很多都快到足以捕捉飞虫,少有飞虫的飞行速度能达到每小时32千米。
但发生的比眼见的还多。我们亲眼所见的,就很多方面而言,比不上我们借助X光透视(有了这种方法,我们便能透视皮肤)或缩时感知(time-lapse perception)所能发觉的那般迷人有趣,因为春天所展现的最戏剧化的魔法,就是生长的动作。 [10]树木是根据生长速率的慢、中、快来进行分类。慢的意思是一年的生长长度少于0.3米,快的意思是多于0.6米,中是介于其间。每一个品种都不一样。糖枫的外观年复一年几乎没有改变,而柳树的树形变得很快。
春天促成树木在一年当中最快速的生长,植栽作物也一样:新芽往上伸展,一天最多最多生长2.5厘米。这样的生长都跨不过可见运动的门槛。最接近可见运动的植物是某些攀藤类,这些攀藤类运用怪得几乎可说是吓人的固着器,以及紫藤环绕缠卷的攀缘茎。这种攀缘茎每一季可延展3米,透过缩时摄影就像看科幻片一般。
同样地,如果我们能够透视地表,便会看到曲折蜿蜒的根部每星期推进5厘米到60厘米之多。然而,历来生长最快的赢家植物并不是我们多数人所喜欢的:竹子。这种植物以它最粗大的模样破土而出,然后以慢到视觉几乎无法辨识的速度向上出头。它创下的纪录是,仅一天就增长了近1米,也就是每小时3.8厘米。
所以,单单春天一个季节,就称职地发表了大自然一场又一场出色的赶场秀。快速的变化就是它戏剧化的地方,尤其当它披上色彩鲜明的外衣时——而变化正是运动的另一种说法。
[1] “春天”一词的英文spring也有“突然跳出、涌现”的动词用法。——译者注
[2] 这当然就是我们把食物放进冰箱的原因。光是把温度降到4摄氏度,我们便对无数种生物学过程产生巨大的抑制作用,包括细菌繁殖所需的那些过程。拔掉冰箱插头,让温度上升微不足道的20度,然后牛奶很快就酸掉,生物学大戏得以重新展开。
[3] 今日的作家们用起“敬畏”这个词很谨慎,因为打从20世纪90年代起,这个词就无所不在到泛滥的地步。最近去杂货店买东西,店员问我有没有金额刚好的零钱,当我掏出零钱,他说:“令人敬畏啊。”“不,”我回答他,“大运河令人敬畏,金额刚好的零钱并不令人敬畏。”那么,春天的开展呢?绝对也令人敬畏。把这个形容词再拿出来用一用吧。
[4] 自然生成论主张生命是从无生命当中生成,如肉腐而后虫生。——译者注
[5] “百猴效应”是20世纪70年代广受欢迎的一个概念。故事是说一位在热带岛屿观察猴子的研究人员,看到一只猴子在进食前先清洗食物,把沙子弄掉。根据他的记录,没多久,其他猴子做了同样的事——这种行为以前在这种类人猿身上从未见过。显然,有一种演化作为正在发生。现在,令人迷惑不解的来了。仅仅一年内,许多研究人员突然开始在世界其他地方的同一种猿猴当中看到相同的行为。结论令人惊奇:当数量大到某一临界值的动物开始以特定方式思考或行动,这个现象就达到某种转折点,那些生物全部都在脑海里同时蹦出这个想法,无论它们在世界上的哪个地方。这是古老的超感官知觉(extrasensoryperception,ESP)那一类东西,从未因科学兴起而被埋葬。尽管新纪元运动与这个时代气味相投,但似乎没有全面失控。鸟群和鱼群似乎会进行同步转向,仿佛有心智上的联系。凯耶斯(Ken Keyes)在他的畅销书《第一百只猴子》(The Hundredth Monkey)中采用了这个观念。凯耶斯认为,如果参与和平运动和环保运动的人够多,这些运动就会突然“起飞”,变成全体人类的既有行为。这是美好的乌托邦概念。但在此同时,我们已经知道,最初的那个故事是虚构的。结果是从来没有研究人员注意到有越来越多的猴子在洗水果。动物学家指出,猴子本来就会经常清洗水果。
[6] 也有15秒之说。——译者注
[7] 其实,拨号音调包含了两种音符。一个的确是音符A,每秒440周期。另一个是比较安静的低沉音调,每秒350周期,那是音符F。如果你把一个振动感知的吉他调音器放在电话上,它会一下宣称侦测到A,一下宣称侦测到F,变来变去。
[8] 中央A的音高即为440赫兹。——译者注
[9] 如果你是个很在意精准度的人,极光波长通常是557.7纳米,萤火虫的光则介于561~570纳米之间。两者的黄绿光看起来简直是一模一样,但萤火虫稍黄了一点。
[10] 例如缩时摄影每隔一定时间拍摄同一对象,最后将间隔拍摄的影像连续播放,可以用较短时间观察该对象在较长时间中的变化。——译者注
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