在曾經被歸為植物的生物里，地衣算是最奇妙的一類了。 絕大多數地衣都形態矮小，看上去壓根就不像生物。儘管有一些地衣有很多分枝，看上去確實很像植物。但也有很多地衣呈葉狀，貼在岩石或樹干上，甚至還有很多地衣干脆就像岩石、牆壁和樹干上長出來的一層膜。這后兩種形態的地衣往往生長緩慢，幾年也長大不了多少，難怪古人還以為它們是石頭之類的分泌物。 在西方，一直要到17世紀末，才有一個叫圖爾納福爾的法國植物學家明確認定地衣是一類特殊的生物。因為它們和植物很像，也過著固著生活，不會運動，不會捕食，圖爾納福爾理所當然把它歸為植物。直到19世紀，地衣的一些關鍵結構才在顯微鏡下現了真身。 1867年，瑞士植物學家西蒙第一次提出地衣不是單純的生物，而是真菌和藻類的共生體。雖然他這個驚世駭俗的見解没有馬上得到科學界承認，但在越來越多的證據面前，人們最終意識到這正是地衣的本質。 曾經有生物學家說，地衣就是從事農業生產的真菌。在千姿百態的地衣中，真菌以自己的身體搭建了一個骨架，仿佛是一座立體的農場；單細胞的藻類（主要是綠藻，也有一些是藍藻）就充填在這個骨架中，仿佛是農場中種植的農作物。藻類進行光合作用，生產養分，一部分...
蘑菇、木耳之類真菌，雖然不能進行光合作用，但因為“不會動”而一度被歸入植物的行列。那麼，它們在今天的生物分類系統中又是什麼地位呢。 在地球生態系統中，真菌生存方式與植物和動物都不同。 真菌不能進行光合作用，也只能靠攝取現成的有機質食物為生。但是真菌攝取有機質的方式不是吞到體內慢慢消化，而是把消化酶直接分泌到身體表面，把食物在外面消化成能吸收的簡單分子之后，再把它們吸收到體內。 不僅如此，真菌能夠利用的食物，比動物要多得多。動物自己利用不了纖維素，更利用不了木質素。在生物世界中，只有真菌和一些微生物可以分泌消化纖維素和木質素的酶，從而把這兩類有機物利用起來。 也許你會說，兔子、馬、牛、羊這些食草動物就能吃草，白蟻就可以吃木頭啊！實際上，它們吃下的纖維素和木質素並不是它們自己消化的，而是由棲息在它們腸道中的微小的真菌和其他微生物消化的，它們只是為這些腸道微生物提供了一個生存的地點，彼此形成了互惠共生關系而已。 真菌以及按類似方式攝取養分的微生物就在地球生態系統中扮演了“分解者”的重要角色，可以把動物利用不了的大量生物殘骸分解，讓其中被束縛住的碳、氮等元素重新在地球上循環流轉起來。 ...
上一回我們講到，今天生物學界所說的植物，實際上是一次古老的“內共生”事件的產物。一個真核生物，吞了一個能進行光合作用的藍藻細胞之后，雙方形成了互惠共生關系。 兩個細胞相依為命，共同發展，最后藍藻演變為葉綠體，整個共生體就變成了有光合作用能力的真核生物，也就是植物的祖先。今天的所有植物，都是這個大約16億年前的古老祖先的后代。 既然單細胞的藍藻可以被其他單細胞生物吞食，發生內共生事件，那麼單細胞的紅藻和綠藻是否也可能再被單細胞生物吞食，發生連環的內共生事件呢？答案是肯定的。這正是海帶等褐藻的起源。 最初，一個單細胞紅藻吞下了一個藍藻，實現了第一次內共生。這個紅藻又被隱藻吞食，發生了第二次內共生。而海帶的祖先吞下了隱藻，完成了第三次內共生。這個時候，海帶的祖先還保留著光合作用能力。 后來，這一類生物繼續分化發展。但它的很多后代對於自己的葉綠體並不是特别珍惜，任其退化或干脆完全丟棄的情況非常多。 有的后代的葉綠體退化得一點痕跡都不剩，其中最著名的成員就是草履蟲。草履蟲是完完全全的異養生物，它的細胞發展出了非常精細的取食和排泄結構。 在同樣失去光合作用能力的后代中，還有一種是聲名狼藉的...
主流觀點認為只有紅藻、灰藻、綠藻和陸生的“高等”植物才是植物，其他各種菌類、藻類都不是植物。那麼，按照這種重新界定，植物在形態上有什麼共同特征嗎？這就要從植物的起源說起了。 世界上最古老的、能進行光合作用的生物是藍藻，它現在已經被踢出了植物界。藍藻實際上是一類特殊的細菌，所以今天也有不少學者加它“藍菌”。它與一般細菌的共同之處，是細胞結構都比較簡單，没有細胞核。所以今天我們管細菌這類生物叫“原核生物”，就是說它們還處在没有細胞核的“原始”狀態。 藍藻 原核生物是地球上最早出現的細胞生物。后來，從中又演化出了真核生物，就是細胞里面有細胞核的生物。不過，最早的真核生物缺少兩種重要的細胞器——線粒體和葉綠體。 線粒體是專門進行有氧呼吸的場所。今天絕大多數真核生物都有線粒體。有趣的是，線粒體內部也有少量DNA。DNA就是脫氧核糖核酸，它是遺傳信息的載體，在真核生物中，絕大多數DNA都儲存在細胞核中。 正因為線粒體有這樣一些特征，在20世紀，先后有幾位學者懷疑，它其實本來並不是真核生物的一部分，而是一種獨立的原核生物。后來，這種原核生物被某個古老的真核生物吞下，按正常情況應該很快被當成食物消化掉，但...
地球上形形色色的生物，凡是肉眼可見的，我們大都能將它們分為動物和植物兩個類别。總之，能動的就是動物，不能動的就是植物。 這種簡單的二分法，還被一些分類學家采用，用來構建他們的生物分類系統。瑞典博物學家林奈被稱為“現代植物學之父”，他在18世紀把生物劃分成動物界和植物界，這就是有名的“兩界系統”。 作為一種簡單粗暴的分類方法，這種兩界系統有一定的合理性。我們在辨認野花的時候，按花的顏色分類也是一種很方便的方法。但是，自從英國生物學家達爾文在19世紀提出以自然選擇為基礎的演化論之后，生物學界就一直希望生物分類系統能反映真正的生物演化關系。 裸藻 演化論告訴我們，地球上的所有生物都來自一個共同祖先。這個共同祖先的后代不斷繁衍、分化，形成了數以億計的物種。這些物種有的已經在歷史長河中絕滅，有的代代傳承，存活至今。 如果要用形象的圖示來說明的話，今天的所有地球生物可以排成一棵“演化樹”，樹根就是所有生物的共同祖先，這棵樹不斷分枝，最后的細枝就是今天現存的物種。 19世紀，在顯微鏡的幫助之下，生物學家陸續發現很多肉眼看不太清甚至看不見的單細胞微生物，其中就有一些非常奇怪的種類，給動物-植物二分法...
宇宙那麼大，大家肯定都想來一場星際旅行。顧名思義，星際旅行就是在恒星之間進行載人或無人太空旅行。 離太陽最近的一顆恒星是比鄰星，距離我們4.2光年。要知道，目前飛行速度最快的航天器是旅行者1號，它的速度卻連光速的萬分之二都達不到。即使恒星際旅行實現了0.1倍光速，前往比鄰星也需要42年。如果想要提升星際旅行速度，首先要解決的是能源問題。 我們知道，航天器的發射要靠火箭。目前運載火箭多采用液態氫等液態燃料。這些液態燃料和氧化劑混合燃燒后，能釋放出大量熱量，提供強大推力，將航天器送入太空。當航天器進入太空之后呢？ 航天器進入太空之后，如果要進行變軌，主要有兩種方式，一種是利用自身攜帶的燃料進行加速或減速，改變軌道；另一種是利用其他天體的引力來改變速度，稱作引力彈弓效應。要想利用引力彈弓效應，需要計算好運行軌道，並等待時機。 20世紀70年代，旅行者1號和2號航天器依靠木星和土星的引力彈弓效應，先后於2012年和2018年飛出太陽風的邊界，進入星際空間。可以說，它們飛出太陽風邊界，標志著人類的無人航天器從行星際旅行開始步入恒星際旅行。...
在天文學家利用望遠鏡將銀河分解為一顆顆恒星的同時，還發現了另外一種雲霧狀天體，這類天體在望遠鏡里無法分解為恒星，因此得名為“星雲”。 通過建造口徑更大的望遠鏡，天文學家發現有一些彌散星雲能夠在分辨率更高的望遠鏡中被分解為一顆顆恒星。而還有一些星雲，無論在多大口徑的望遠鏡中都仍然是模糊一團。 如果觀測到的“星雲”的距離大於銀河系的尺度，而且可分解為恒星，那就證明這些星雲是處於銀河系之外，而且是和銀河系差不多大小的河外星系。 最終，證實河外星系存在的是美國天文學家哈勃。1917 年，美國建成了當時世界上口徑最大的胡克望遠鏡。1923年，哈勃用這架望遠鏡觀測了仙女座星雲M31。在高分辨率照片上，仙女座星雲的外緣被分解成一顆顆恒星。 哈勃利用其中的一些特殊恒星，推算出仙女座星雲的直徑遠遠超過了當時已知的銀河系的尺度。因此，仙女座星雲無疑處於銀河系之外，而且自身是一個銀河系大小相當的星系，故應更名為“仙女星系”。 哈勃這項劃時代的發現標志著一門新學科的誕生，星系天文學。為了紀念哈勃對星系天文學開創性的貢獻，美國...
小朋友們，如果你在夜晚抬頭仰望天空，就可能看到滿天的星星。如果是夏天的晚上，在偏遠的野外或許還能在夜空中看到一道銀河。那些星星和銀河其實都位於一個星系中，這個星系就是我們居住的銀河系。 宇宙中有上千億個星系，而我們的銀河系是其中普普通通的一員。如果說宇宙是一個無邊無際的大海，那麼星系就是大海中的一座座小島。 銀河系長什麼樣子？銀河系外的星系又是什麼樣子？人類對於星系的認識經歷了怎樣的過程？在今天的這節課中，我們就聊聊這些問題。 400多年前，意大利科學家伽利略首次將望遠鏡指向了銀河，發現銀河是由無數恒星構成的。然而，在伽利略的時代，甚至在我們今天的時代，很難通過銀河和我們看到的恒星，去直觀想象出銀河系的真實形狀。 最先對銀河系的形狀做出正確推論的是英國天文學家賴特和德國哲學家康德。他們猜想，銀河系中的恒星整體上應該呈盤子狀分布，太陽也位於其中。 18世紀晚期，英國有一個天文學家赫歇爾，他的動手能力很強，用自己制作的望遠鏡數星星，首次利用觀測數據證明了銀河系是個扁平狀的系統。他認為，雖然太陽也是...
在眾多天體中，如果要問誰最受關注，那黑洞肯定是熱門人選。黑洞究竟是什麼？黑洞是黑的嗎？為什麼要研究黑洞呢？ 我們之所以能看見其他物體，是因為物體反射的光子進入我們的眼睛中。天文學家認為黑洞中心是個時空被無限彎曲的區域，那里密度無限大。 黑洞的邊界叫作視界，黑洞所在的時空被視界分成了兩部分——視界內和視界外。物質和光可以從視界外進入視界內，但反過來就不行。 這是因為在黑洞的視界內，引力很強，以至於連光都無法逃離。如果連光也出不來，那里面就是黑的，這也是“黑洞”得名的主要原因。 根據質量大小的不同，天文學家將宇宙中的黑洞分成了三類：恒星級質量黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。最小的恒星級質量黑洞，它們的質量也是太陽質量的幾十倍到幾百倍；超大質量黑洞是太陽質量的幾百萬倍以上。 知道了黑洞是什麼之后，下面我們就要去“看”黑洞。誒，不是說黑洞是黑的嗎，怎麼看？就像我們看不見風，但卻能通過樹葉被風吹動來判斷風的存在意義。對於黑洞，也同樣如此。 天文學家可以通過三類代表性證據，來看見...
一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星。天空中肉眼能看到的恒星有6000多顆，但處在北半球的我們晚上最多能看到3000多顆恒星。 我們能夠看到的這些星星，並不是宇宙的全部，甚至可以說是宇宙的極小一部分。宇宙是所有星星的家，也是我們的家。那麼，宇宙到底有多大呢？宇宙又是從哪里來的呢？ 古人曾以為，天空就像一個碗倒扣在方形的大地上。后來又認為天是一個大圓球，地球在圓球中，就像雞蛋中的蛋黃一樣。 再后來，人們又認為地球是宇宙的中心。隨著觀測證據的增多，人類對宇宙的認識經歷了多次飛躍。地心說被日心說所取代。然而，實際上，太陽也不是宇宙的中心。 如果時間一直回溯到宇宙最開始的時候，宇宙可能就是一個非常小、又非常熱的點，科學家叫它奇點。 宇宙從這個環境極端的奇點中誕生，從小膨脹到大，就像發生了一次規模巨大的爆炸，“宇宙大爆炸”這個名字就是這樣得來的。不過你們知道嗎，這個名字竟然是大爆炸理論的反對者取的？ 1949年，英國天文學家霍伊爾在接受采訪時說，如果宇宙中的所有物質和能量都起源於一個確切的起點，這...