在宇宙飞船内，原先被装备、人员、燃料和机械等所占的空间比较
小，携带的重量也比较轻；如果飞行时间延长就必须占据更大的空
间和携带更大的重量。
空间食物必须极为紧密，食物中绝对不可有多余的空隙容纳
不能消化的成分。这些浓缩的人工食物，必须具备足以维持人类
生命的果糖、无刺激性的植物油、适当的氨基酸混合物、维生素、矿
物质和不同的香料，所有这些东西都被压缩在一个由可食用的碳
氢化合物所制成的盒子中。一个盒子可供应一餐所需的
180克固
态食物及
1 000卡的热量。另外，每卡必须添加
1克的水（一个人
一天需要
2。5～3升的水）；某些水与食物混合，做成小粒丸状，以
增加盒子的容积。此外，宇宙飞船还必须携带每人每天所需的大
约
1升的液态氧（约
1 150克）。
这样，每人每天所需物品的总重量是：干的食物
540克，水
2 700克和氧
1 150克，合计
4 390克。那么，要完成去一趟月球的
旅行，来回旅途的飞行时间各需要
7天，加上停留在月球表面探测
两天的时间，每个人就必须携带
68公斤的食物、水和氧。可以相
信，以现在的科学技术水平来说，处理这样的事情，应该是不成问
第十六章 物 种
第十六章 物 种
题的。
如果估计要去一次火星探险，那么来回的飞行时间和必须携
带的东西就非常多了。来回一趟火星的行程约需花费两年半的时
间，还要在火星上等待到有合适的行星轨道的位相角才能起程回
来。依照上面所述的要求，若去火星探险旅行，则每人需要约
5吨
重的食物、水和氧。以现在的科学技术水平来看，要在宇宙飞船上
运送这样多的东西，是非常困难或是不可能的。
要解决远距离空间探险的问题，惟一可能的办法就是宇宙飞
船必须能自给自足。以同样的观点来看，地球也是一个围绕着空
间而自给自足的庞大的“宇宙飞船”。所有用于启程的水、食物和
空气，必须无限制地由废物中循环使用。
从理论上讲，这种闭合系统是可以建造出来的。重复使用废
物，听起来难于令人接受，但是这种做法毕竟是维持地球上所有的
生命使之能生息不止的一种过程。化学滤纸可以收集宇航员呼出
的二氧化碳和水蒸气；而尿素、盐分和水，可以经由尿液或排泄物
的蒸馏而取得。干燥排泄物，在使用紫外线消毒杀菌之后，配合二
氧化碳和水，能够饲养水槽中培养的藻类。借助藻类所进行的光
合作用，又可以把二氧化碳和排泄物中含氮化合物，转变成有机物
和氧，以供宇航员使用。惟一需要由系统以外提供的，是各种不同
过程中所需的能量，包括藻类光合作用所需的阳光。
据估计，只要有
110公斤的藻类，就可以供应一位宇航员在一
段时间内所需的食物和氧。加上所必须加工处理的设备，供应一
个人日常所需的总重量约为
160公斤，最多也不会超过
450公斤。
另外还有一些科学研究者寄希望于嗜氢细菌系统，这些细菌并不
需要阳光，而只是利用水解而来的氢便可生存。据报道，这种系统
的效率比光合作用的藻类还要高。
除了食物之外，还有一个长期失重的问题。宇航员曾在连续
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失重的状态下生活半年之久，而无任何永久性的伤害；尽管如此，
长时期的失重状态，仍或多或少是影响宇航员的因素。幸好，目前
已有办法克服它。例如，宇宙飞船的缓慢旋转，能够造成离心力，
从而使宇航员有重力的感觉。
最严重而又不容易解决的问题是超高速和瞬间减速所引起的
危险，这是宇宙飞船起飞或降落时难于避免的。
地球表面的正常重力称为
1g。失重便是
0g。能够使人类
的体重变成
2倍的加速度（或减速度）时的重力，便是
2g；能增加
体重
3倍的加速度，就叫做
3g，如此类推。
人体的姿态在加速度下，会发生重大的变化。如果先在头部
位置加速（或是向脚下部减速），那么血液就会由头部快速地下流。
在高加速之下（每
5秒
6g）会使人眩晕。相反，如果改由脚部开
始加速（负加速），血液将迅速涌向头部，这种情况更为危险，因为
在高压之下，眼睛或脑部的血管更容易破裂。只要在
10秒钟内具
有
2。5g的加速度，就足以使某些血管受到损害。
人类比较容易忍受横向加速度，即如同坐的姿势一样，向身体
的长轴垂直施加压力。人类在离心作用下能够抵抗高达
10g的
横向加速度，长达
2分钟以上，而不会发生丧失意识现象。
时间愈短，人类的忍受力就愈高。斯塔普和其他志愿者，曾在
美国新墨西哥州好乐门空军基地的雪橇跑道上，测试在保持高速
中突然减速所产生的后果，并取得惊人的发现。1954年
12月
10
日斯塔普做了一项举世闻名的运动：他在大约
1秒钟之内，承受了
高达
25g的减速度。他的雪橇由每小时
600多公里的速度，在
1。4秒之内完全停住。据估计，这大约相当于时速
120公里的汽
车撞上砖墙的力量。当然，斯塔普是用绳索捆绑在雪橇上，借以减
少伤害。结果，他身上仅发现几处擦伤、水泡和强力冲撞下所造成
的黑眼圈。
第十六章 物 种
第十六章 物 种
一个宇航员在发射升空时，必须在短时间内承受
6。5g的加
速度，而下降时，则必须承受高达
11g的减速度。
许多设计，例如按人的体形设计的卧椅、铠甲，甚至于把人浸
泡在一个充满水的密舱内，或是有充分安全空间的宇航服，都是用
来抵抗高重力速度的。
另外还有许多类似的研究或实验，用于讨论辐射的危险，长期
隔离的厌倦，以及在一个无声无息、永远黑夜的环境中生活的奇怪
感觉；此外，宇航员还必须忍受许多意想不到的千奇百怪的现象。
总而言之，一切为了远离地球；而在准备空间探险的整个过程中，
似乎看不到有什么克服不了的困难。
事实上，只要人们不坚持认为宇航员就是地球人，长期空间旅
行中的心理反常，可能并不是严重的问题。但平心而论，生活在巨
大的地球上，与生活在狭隘的宇宙飞船内，是有很明显的不同的。
至于奥尼尔所想象的太空居留者，会是什么样子的呢？这些
移民将能适应宇宙飞船内部的环境、饮食与循环利用的空气，而且
会有许多反重力的变异。宇宙飞船将是一个新居民地的小缩影，
也许，这些人能够终生习惯地生活在那里。
21世纪或更晚以后的主要课题，将是向空间移民与开创人类
探险的道路。空间移民将能够到达各个小行星，在那儿开采矿石，
提供人类扩展所需的新资源，并有许多星球将会被挖空而成为自
然的移居地；它们之中，有很多远比我们所能想象的地…月系统大
得多。
以这些小行星为基地，人类将能够探索太阳系外围的广大领
域……而太阳系之外，还有许许多多其他的星球等着我们人类去
拜访！
（罗迪安 译）
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第十七章 头 脑
神经系统
与其他生物相比，我们人类的体格实在是不怎么样。在力量
上我们比不上大多数个头和我们一样大的动物。我们的行走姿
势，和猫比起来，显得十分笨拙；我们跑不过狗或者鹿；在听觉、视
觉和嗅觉方面我们比许多其他动物要差。我们的骨骼结构不适合
于我们的直立姿势：人类可能是惟一会在正常姿势下、在正常活动
中产生“腰酸背痛”的动物。比起其他生物在进化中达到的尽善尽
美的境界（例如鱼类和鸟类在游泳和飞翔中的超高效率，昆虫的大
量繁殖能力和适应能力，病毒完美的简单性和效率），人实在像一
个笨拙而设计不佳的生物。作为纯粹的生物体，我们很难与地球
上占据任何特定生活环境的生物竞争。我们之所以能支配地球，
是因为我们有一个相当重要的特化器官——脑子。
神经细胞
细胞对其周围环境的变化（刺激）很敏感，并会做出适当的反
应。因此，原生物会游向在它附近水中滴入的糖液滴，并会游离酸
液滴。这种直接的、自动的反应对于单个细胞来说挺合适。但对
于多个细胞组成的结合体，这种反应会带来混乱。任何多细胞生
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
物必须具备一个协调各个细胞反应的系统。没有这样一个系统，
生物体就会像一个由互不交流、行动相互矛盾的人所组成的城市
一样。所以即使是最原始的多细胞动物——腔肠动物，也具有最
原始的神经系统。我们可以在它们身上见到最早的神经细胞（神
经元）——这是一些具有纤维的特化细胞，其纤维由主细胞体向外
延伸并伸展出极其精细的分支（图 17…1）。神经细胞的功能非常
微妙复杂，以至于即使在如此简单的水平上我们也不能完全解释
清楚它们到底是怎样工作的。环境中的变化以至今尚不清楚的某
种方式对神经细胞起作用。这些变化包括某种物质浓度的改变、
温度或亮度的变化、水的流动、或是直接接触到了什么物体。无论
什么刺激都会引起一个微小的神经脉冲，也就是一个快速传过神
经纤维的电流信号。当到达纤维末端时，神经脉冲会跃过一个微
小的间隔（突触）而传入下一个神经细胞；这样它就会一个细胞一
个细胞地传下去。（在高度发达的神经系统中，一个神经细胞可以
和其邻近的细胞间形成成千上万个突触。）对于一个腔肠动物（例
如水母）来说，神经脉冲会传遍整个生物体。水母的反应是收缩身
体的一部分或全部。如果刺激是来自与食物颗粒的接触，水母会
通过收缩触足将食物卷入体内。
图 17…1神经细胞
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当然，所有这些完全都是自动的。但是由于它对水母有利，我
们便倾向于认为水母的行为都是有目的的。确实，人类作为一种
行动都是有目的、有动机的生物，自然倾向于认为连无生命的自然
界也是有某种目的的。科学家们称这种态度为目的论，并尽量努
力避免这种方式的思维和言论。但是在描述进化结果时，以一切
向更高的效率发展这一点作为中心展开话题实在是太方便了，以
至于除了最狂热的纯粹主义者外，连科学家们也免不了偶尔陷入
目的论中。（当然，本书的读者已经注意到了，我经常犯这个毛
病。）不过，让我们在考虑神经系统和脑子的进化时尽力避免目的
论。脑子并不是由大自然设计的；可以说它是进化过程当中一系
列偶然事件的结果，这些偶然事件产生了一些有利的性质，而具有
这些性质的生物体在各个进化阶段中都能得到优势。在生存的斗
争中，一个动物如果比其竞争者对环境变化更敏感并能更快地做
出反应，则在自然选择中生存下来的机会就更大。例如，如果某个
动物身体上碰巧有一个点对光线特别敏感，它会给动物的生活带
来很大的好处，以至于随着进化的过程，眼点以及最终眼睛将会不
可避免地出现。
构成最初的感觉器官的特化细胞群最先出现在扁形动物门或
扁形虫中。另外，扁形虫已具有神经系统的雏形。该系统能避免
将神经脉冲毫无选择地传向全身，相反地，它会尽快把脉冲传向反
应的关键点。这一点是由于有了中枢神经索才做到的。扁形虫是
第一类具有中枢神经系统的动物。
还有，扁形虫的感觉器官集中于其头部一端，这是它们前进时
身体各部位中首先与外界接触的一端。于是，很自然地，神经索在
头部区域最为发达。这一块发达的神经组织便是脑的雏形。
渐渐地更加复杂的动物门增加了新的特性。感觉器官的数目
增加，敏感性提高。神经索及其分支也变得更加复杂精巧；发展出
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
一个分布广泛的传入神经细胞系统，其功能是向神经索传递信息；
以及传出纤维，其功能是向反应器官传递信息。那块位于头部关
键位置的神经结变得越来越复杂。神经纤维也向着能尽快传递脉
冲的形式进化。乌贼是进化程度最高的一种无节动物，它的神经
纤维变粗，以利于脉冲的快速传输。有节动物体内的神经纤维具
有一层脂肪质的鞘（髓鞘质）