科学发现

【阅读一】

决定细菌大小的公式

一个新方程的出炉意味着什么？在物理界，“阿基米德浮力定律”推动了潜艇的面世，“牛顿第二定律”是人类得以翱翔太空的理论基石。那么，合成生物学领域的方程呢？2020年5月，中国科学家提出了决定细菌大小的全新公式。

众所周知，细菌是生物的主要类群之一，它会对人类的活动产生很大影响，从发酵酸奶的乳酸菌，到生产胰岛素的大肠杆菌，细菌充斥于人类的生活和科学研究的方方面面。细菌的个体总体非常小，但细菌和其他生物一样，也是有大有小的。生物学家一直想知道，究竟是什么决定了细胞的大小。

20世纪50年代，美国科学家发现细菌细胞长得越快，细胞就会越大，还突破性地用一个数学公式描述了细菌细胞生长速度和细胞大小之间的定量关系，这个公式被称为SMK生长法则。1968年，另一位科学家认为细胞的大小决定了细胞内DNA何时开始新一轮复制，当细胞进入复制阶段时，细胞大小和复制起点数的比值是恒定不变的，这被称为恒定起始质量假说。这两个生长法则环环相扣，就像一块科研道路上的指路牌，统治了学术界半个世纪。

几年前，中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院研究员刘陈立带领科研团队发现，原有的两大法则并不准确，被奉为经典的“指路牌”可能会将相关领域的研究引向偏离的方向。

然而，要挑战权威，就需要用数据说话。刘陈立发现，过去也有一些研究团队曾对这两个法则的准确性提出过质疑，但都缺乏系统且全面的实验数据，没有说服力。他觉得要想修正主流细胞生长法则，就必须确保实验数据完整的覆盖度，以及高度的可重复性。于是，他带领团队开始对两大法则进行系统性的重复实验。科研团队改变以往选取1种或少数几种培养基的做法，选择了超过30种的培养基开展实验。他们采用早晚轮班制，对细胞的生长状态进行了实时监控，以确保每次取样都是在细胞稳定的状态下进行的。在低生长速率条件下，完成一次实验需要一周时间，为了确保数据可靠，实验还需要重复，有时甚至重复超过9次。

经过3年多的潜心研究，刘陈立科研团队最终发现，原有的两大法则并不准确。虽然生长速度越快，细胞越大，但两者之间的关系并不符合SMK生长法则的预期。按照法则描述，无论细胞生长快慢，一旦达到起始质量，就应该开始新一轮的DNA复制。然而，刘陈立科研团队却在实验中观察到，细菌细胞没有遵循假说，在不同的培养条件下，起始质量有高有低。

那么，____________________________________________________________________________________

刘陈立根据大量科研实验数据背后的量化关系，最终推演出一个全新且适用于不同生长速率条件的“个体生长分裂方程”。这个新方程统一了不同生长速率条件下的细菌细胞周期调控机制，使得细菌个体大小、生长速率等自然现象具有了一定的可预测性。比如，一旦得知细菌生长速率和DNA复制周期，科学家便可以根据公式，准确预测出细菌的大小。

至此，中国科学家用一个全新公式揭秘了细菌细胞大小的决定因素，解答了细菌细胞大小和DNA复制周期，以及生长速度之间的关系，它可以在生物世界实现理性设计、改造形式或者创造形式，以满足人类的不同需求。

（作者梁水源，选自《知识窗》2020年第8期）

读有所思

1.选文第一段有什么作用？

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2.第四段画线句子中的“可能”二字能否删去？请说明你的理由。

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3.请在文中的横线上填写一句恰当的话领起下文内容。

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4.与SMK生长法则和恒定起始质量假说两大法则相比，刘陈立团队的“个体生长分裂方程”有哪些进步性？

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【閱读二】

海洋有个聚宝盆，名叫海藻林

最近，美国国家地理学会研究团队到位于南美洲最南端的阿根廷火地群岛海域考察，发现该片水底海藻林生态系统相隔半世纪几乎没有变化，这一发现引起了世界海洋生物学家的广泛关注。

（1）何谓海藻林？海藻林就是由海带目等多种大型褐藻类构成的海底森林。世界上大部分海藻林生长在有季节性变化的海域，它们主要分布于北美洲西海岸、南美洲沿海、南极洲岛屿海岸、南非海岸、澳大利亚海岸、新西兰海岸等地。

世界上最大的海藻林面积可达8000多平方千米，这片“森林”位于北美太平洋海域。在涌升流丰富营养盐的滋润下，海藻林中的巨藻可长到60米以上，叶片基部的气囊使海藻能向海面上延伸，形成巨大的海底森林景观。

海藻林像陆地上的森林一样，可分为几层：上层被称为冠层，指海藻林最顶端的部分，最大的海藻物种可以从冠层向下延伸至30米甚至更深的海底;第二层是中间层，在巨大的海藻叶片中游来游去的有岩鱼、沙丁鱼和其他鱼类;第三层是最底层，附着在海床和岩石的海藻假根处生活着海蟹、章鱼、海胆及鲍鱼等。海藻林有“海洋瑰宝”之称，它不但能净化海水，有利于维护生态稳定性，还能为鱼类提供氧气、食物和生存空间，被认为是地球上最丰富多彩、最具活力的生态系统之一，为数以百计的生物们（包括软体动物、甲壳动物、棘皮动物、鱼类及海洋哺乳动物等）提供了安全的庇护所，同时也为人类提供了产量丰富的渔场。

在海藻林生态系统中，海洋生物间彼此制衡，相互依赖，互相利用，形成了一个完整的生态食物链。比如海藻通过光合作用释放出大量的氧气，供给贝类，而贝类排放的二氧化碳会被藻类吸收，它的排泄物会被海参、海蜗牛等生物食用;海水中过剩的氮磷等有机物被藻类吸收，繁茂的藻类又为鲍鱼、龙虾等生物的生长提供了丰富的饵料。由于海藻林处于避开湍急洋流的天然缓冲地带，拥有丰富的生物种类，所以这里还是海豹、海狮、海獭等哺乳动物，以及各种海鸟经常觅食的场所。除了为广大海洋生物营造安居的乐土，海藻在生长发育中还能将无机盐转化为有机物，起到净化海水的作用。

多年來，由于气候变化及人类捕捞活动，致使海藻林受到破坏。据澳大利亚联邦科学与工业研究组织称，澳大利亚塔斯马尼亚东海岸曾经是巨藻的天堂，那里依附着13亿年前就诞生的庞大深海巨藻群，（2）但是随着气候的变化，冬季最低水温在20年里上升了20%，导致巨藻林覆盖面积萎缩了95%以上。除了气候变暖之外，还有大量的杀虫剂、除草剂及其他化肥流入海洋，造成了海洋污染，导致巨藻林迅速消失。

然而，正当澳大利亚塔斯马尼亚东海岸等地区的海藻林遭到严重破坏时，1973年，有一支科研团队到阿根廷火地群岛海域的海藻林进行考察，发现这片净土没有受到污染和侵扰。半个世纪过后，此地的海藻林一直保存完好，犹如海洋中的时间囊。这片海藻林为什么能保持完好无损呢？

原来，阿根廷政府十分重视对海洋环境的保护，特别是对海藻林和海洋生物的保护。2013年前，该国受到保护的海洋只有纳姆库拉-博尔伍德海滩Ⅰ号保护区，海洋受到保护的面积还不到其领海面积的3%。2018年12月，该国参议院通过一项法案，设立了纳姆库拉-博尔伍德海滩二号保护区和亚加内斯保护区这两个新保护区，保护区的面积增长到了占其领海面积的9.5%，从而使受保护的海洋面积增加了两倍。正因为有了如此强有力的海洋保育措施，阿根廷火地群岛海域的海藻林才会保持得这么完好无损。

海藻林是海洋的聚宝盆，要让它不受污染、侵扰和破坏，绝非易事，但要把它保护好也并非难事。阿根廷是海洋环境、海洋生物保育的模范，只要我们能够像他们那样，那么，充满生机与活力的海洋环境和海洋生物必定会呈现在世人面前。

（作者黄增强，选自《文萃报·周二版》2020年第40期。有改动）

读有所思

1.文中两处画横线的句子分别运用了什么说明方法？有何作用？

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2.本文是从哪些方面对海藻林进行说明的？

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3.概括破坏海藻林的因素。

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4.海藻林是海洋的聚宝盆，作者说“要把它保护好也并非难事”，请你结合实际提出一条保护海藻林的合理建议。

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