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专栏：
酶——生物的催化剂
戚正武
酶和生物体的一切活动，包括生长、发育、繁殖、进化等有着密切的关系。自然界一切生命现象的本质问题，都与酶有关。例如，为什么牛羊吃青草不但能维持自己的生存，还能生出脂肪和蛋白质？为什么植物能把二氧化碳和水借光合作用转变成粮食？为什么人们把米饭或馒头放在口内慢慢细嚼会产生甜的感觉？这里都是酶在起着重要的作用。
酶是具有高度催化能力和专一性的蛋白质或蛋白质的络合物。目前，蛋白质还不能用人工合成，因而所有的酶都是由生物体内产生的，从这个意义上说，酶是生物的催化剂。
生物体内的化学反应非常复杂。要使这些反应迅速及时地完成，是生物体维持生命必不可少的。在这里酶就显示出它特殊的非凡的功能。如食物的消化、吸收和重新合成有机体内有用的蛋白质、脂肪、醣类等，是通过一系列千变万化的化学反应来完成的，在每一个具体的反应中都有酶的参与。这些反应在体内借酶的催化作用可以在非常缓和的条件下迅速完成。
在生物体内，酶不仅起简单的催化作用，实际上它们的作用是互相协调制约，成为有机的统一，保证体内的物质按一定的代谢途径进行。
酶和一般催化剂最重要的区别，在于它有高度的催化效率和专一性，到目前为止，还没有一种人工合成的催化剂能与酶相比。工业上在合成氨时，借助催化剂，还需要在摄氏五百五十度的高温和二百大气压下才能进行，而土壤中的固氮菌在酶的催化作用下，却能迅速地把空气中的氮固定下来，并不需要高温和高压。
酶还有着高度的专一性。酯类、肽键、糖苷、酰胺等的水解，都能被氢离子催化，但在生物体内，这些物质却只能被一定的酶所作用。一定的酶只能催化一定的物质或具有相同化学键的一类物质。在生物体内的代谢过程中，包括着无数物质的转化，与此相应，就有数以千计的酶存在。到目前为止，在生物体内已被发现的酶约有一千种，实际上还远不止这个数目。
为什么酶具有这么高的催化效率和专一性？这是生物化学家正在研究的重要问题。据现有材料证实，这个问题关系到酶本身的结构。大家知道，所有酶或酶的主要部分都是蛋白质，而蛋白质是结构非常复杂的高分子，它们由约二十种不同的氨基酸相互缩合而成。一般蛋白质都有上百的不同氨基酸组成。蛋白质中，氨基酸排列的可能性几乎是无穷的，不同数量的氨基酸和它们之间不同的排列次序，决定了各种不同的蛋白质，也决定了它们之间不同的生物学功能。
要阐明酶的功能，先要了解酶本身的结构，也就是蛋白质本身的结构。1960年，继胰岛素的蛋白质化学结构（一种激素蛋白）被阐明之后，又弄清了核糖核酸酶的全部化学结构，它是由一百二十四个氨基酸和四对二硫键组成的。酶本身结构的另一重要方面，是蛋白质分子的空间构型问题。蛋白质除了须有一定的组成氨基酸排列次序外，还必须把这样一个很长的分子以一定的空间构型盘曲起来，假使破坏了这种构型，即使有完整的化学结构，蛋白质的生物功能也就随之消失。近年来在研究蛋白质的空间构型问题上、也同样取得了巨大的成就。结合血红蛋白分子的全部化学结构已基本上搞清楚了它的空间构型。可以相信许多其他酶的化学结构和空间构型也将逐渐被人们所认识。当我们一旦认识了酶的结构和功能关系后，我们进一步就可从认识的阶段进化到改造的阶段。亦即如何以较简便的方法人工合成具有类似酶活力的“模拟酶”，并使之应用于工业生产。
酶的分子量要比被它催化的物质的分子量大得多，酶在参加反应的时候，起作用的是它的全部呢，还是其中主要的一部分？实验证明，在酶的催化过程中，起决定作用的活动中心可能只占酶分子中很小的一部分，但它必须由酶分子的其他部分维持其一定的严格的空间构型。如果我们把酶分子切去一部分，既不触动它的活动中心，又不破坏维持其活动中心的空间构型，酶就仍然能够维持其全部活力。人们正在研究用更简单的分子来维持酶活动中心的空间构型，人工合成类似酶的模型，也就是所谓模拟酶。例如三价铁离子能够催化过氧化氢分解，而在经过处理使铁离子维持一定的空间构型以后，它的催化效率可以增高一百万倍。虽然这比过氧化氢酶的活力还差一千倍，但这显然已经是一个不小的成就。由此可见，如果我们能够阐明酶的作用机制，从而合成模拟酶，在实践中应用，就必然会引起根本性的技术革命。
酶的应用正在许多方面逐渐推广。在制革工业中利用蛋白水解酶代替强碱，消化生革上的细毛，既不损坏皮革，又使皮革的鞣性大大增强。在纺丝工业上，将蚕茧先用蛋白水解酶处理，抽丝就非常容易。在制糖工业中，利用淀粉酶水解淀粉制饴糖。在纺织工业中利用淀粉酶来脱浆。在临床诊断上，有利用测定体内某一酶活力的显著改变，来推测病源的发生，如心脏病的发生，往往随伴着体内转氨酶活力的显著提高。有用蛋白酶来治疗消化不良症，用凝血酶来制止创伤时大量流血，用溶血酶来医治血栓病，使血管中凝结的血块溶化。最近眼科手术用胰凝乳酶来切除眼球上的韧带，获得卓越的成就。在药理设计上，设法破坏病菌体内某些重要酶的活力，来消灭病菌，一般常用的磺胺药，就是根据这个原理设计的。
由于酶的高度专一性，有时可用作对某一物质的检定，例如用葡萄糖氧化酶来测定体内的葡萄糖含量。在研究蛋白质的化学结构时，利用蛋白水解酶的专一性局部水解，是一种很重要的方法。也可以直接应用微生物来完成催化作用，在这种情况下，微生物就可以看作制造酶的小工厂。
酶的应用十分广泛，一切发酵工业都是靠微生物的作用来完成的。至于用固氮菌固定空气中的氮作为植物的氮素营养的来源，则是农业上的一个显著的例子。
可以预见，随着科学技术的发展，酶对人类的作用也将越来越大。
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专栏：勤奋集
勤奋集刻苦读书的徐旷
朱仲玉
徐旷字文远，是隋末唐初的一个儒学大师。
徐旷幼年时，因为战乱，全家逃散。他和哥哥文林两人流浪到了偃师。经过四处奔走，哥哥文林找到了为偃师地方抄书的人家（注）贩书的活路。文林贩卖书籍，弟弟徐旷留在家里做饭，两个人就这样生活了下来。
哥哥干的这种买卖，给弟弟创造了学习的条件。文林每天带着卖剩的书回家，徐旷就利用这些书在晚上自学。白天，徐旷做好一天三顿饭，就到山上去拾枯树枝。晚上，他拿树枝点火当作油灯，专心致志地用功读书。
徐旷读书，读得很快。因为他读的书都不是他自己的，有些甚至于和他只能有“一面之缘”，所以他必须读得快。徐旷读书虽然很快，可是他能够做到“学而思”。因此，他读书的效果却比平常人要高得多。几年功夫，徐旷读完了四书五经，对这些书也有了较深刻的理解，并且还在理解的基础上形成了自己的独特看法。当时有个负有盛名的宿儒沈重，在太学讲春秋、左传，徐旷去听了几次，觉得沈重的讲学方法是照本宣科，只能说“纸上语”而未见书中的“奥境”。沈重知道了徐旷对自己的评论后，与他反复辩论，最后不得不承认徐旷对自己的评论是正确的。他佩服徐旷能深刻领会所读的书籍。
后来，徐旷因为学问出众而被提拔为国子博士，在太学主讲春秋、左传。他在给别人讲学的时候，能够做到一一列举前人的各种不同说法，明辨是非，并且根据自己的理解提出独特的看法，因而听讲的人对他心悦诚服。
刻苦读书，认真思考，这是做学问的正确方向。
（注）隋唐时，版印书籍尚未推广，坊间流传的书多是手抄本。（附图片）
启雄插图
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专栏：建筑小品
安济桥
罗扬
安济桥，现名赵州桥，在今河北省赵县，桥建于隋代大业年间（公元605—616），为当时一位天才的匠师李春所设计。
安济桥是世界上第一座空腔式结构的石桥遗物。空腔式石桥亦称空撞券式或敞肩式，是石拱桥结构中最先进的构造方法，即是在大拱券的两端拱背上又辟小拱的方法。安济桥即是在由一个大弧券的两端拱背上又辟了四个小拱。当洪水泛滥时，大小拱可同时泄水（增加了泄水量16．5％），同时也减轻了水流对桥身的冲击力量，正是唐代张嘉贞安济桥铭中所说的“两涯嵌四穴，以杀怒水之荡突”的作用。并且减轻了桥身的净重量约五百余吨。由于桥身的净重量减轻和减轻了洪水的冲击力量等原因，大大地增加了桥的安全系数。
安济桥的奇特之处，要算是低矢跨的大弧形拱券。这个拱券由二十八道并列拱组成，净跨37．45米，其拱高（矢）仅7．23米，矢跨比率约为1∶5。这种低矢跨比率在我国古代石拱桥中，尚未见到，就是在世界石拱桥中亦极罕见。由于矢跨比率低，桥的立面非常平直，行人车马往来极为便利。安济桥大小拱均采用了并列式的砌券方法，大小拱各由二十八道单独的拱券组成。这种并列式的砌券法比普通所用纵联式的砌券法，有一个缺点，就是二十八道拱之间缺乏横向联系。李春在当时也看到了这个缺点，但是他同时又看到了这种砌券法的优点，比如，由于二十八道券各自独立，在施工时，可以单独施工，可节约十倍以上的架木，在施工时可减轻被冲坏施工架子的危险；由于二十八道拱各自独立，如遇拱石破损时，不影响全桥，并可个别抽换嵌补新石，修补方便；如遇桥基发生不均匀沉陷时，不致影响全桥。设计人李春，并未忽视缺乏横向联系的缺点，他采用了五种方法来补救；桥中有“收分”，使外面的拱券向内倾，以防外倒。并用了五根大铁杆把二十八道拱券拉联起来。二十八道拱背上铺了大块“伏石”借压力与摩擦力拉联。在桥两侧用曲尺形的勾石把外面的拱石向内勾着。拱与拱之间用了许多银锭铁榫拉联。
安济桥的艺术造型也极为优美，由于它采取了最低矢跨比率而产生的扁平刚劲的桥身，并使桥中微微隆起，使桥的立面成为坡势低平的曲线，刚劲柔和而又富有弹性，使人望之真有长虹映空的感觉。在大拱背上的四个小拱除了其实际功能之外，在艺术造型上打破了大拱两端原来平淡的三角面，显得这座桥非常玲珑秀丽。
解放前，安济桥上的石栏杆有的用砖堆成，有的用粗糙石板砌成，只有几块雕刻很不好的栏版，与这座伟大的工程很不相称。解放后，人民政府在修理大石桥工程中，从桥底挖出了数百年甚至千年前倒塌下去的石栏杆。这些栏版、望柱，雕刻得十分精美，望柱上雕刻着凸起的盘龙、狮子头，栏版上雕刻着各种姿态的龙，有的行走如飞，有的互相缠绕，有的互相推兽，有的从栏版中钻行，十分生动。正如唐代张嘉贞安济桥铭中描写的“蟠绕拿踞……若飞若动”的神情。
解放后人民政府对这座我国古代工程进行了细致的修复工作，从1952年开始到1958年已全部完成。（附图片）
安济桥 罗哲文摄
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专栏：遊记
沙漠深处
宋政厚
在新疆塔克拉玛干沙漠深处，人们常常可以看到种种奇异的景象。这里有高耸的沙山，蜿蜒的河谷，晶亮的湖泊，无垠的林区，还有那碧绿丰茂的牧场，奇形怪状的兽禽，和人类曾经居住过的废墟。
绿洲中的“金字塔”
在塔克拉玛干中部偏南的魏吐拉克，矗立着一座大沙山。沙山有四个棱脊，方圆约几千米。它那金黄的坡面，明显的棱角，远远望去好像一座“金字塔”。当人们沿着沙梁爬上山顶时，可以看到沙山四周围绕着一片绿洲。这里有淙淙的流水，静谧的村落，青绿的田园和果实累累的果林。在绿洲的外围，又是一片浩瀚无际的沙漠原野。沙山顶上有一座古老的坟墓，坟墓周围，按维吾尔族人的习俗，圈着木栏杆，搭着笔直的树条。经过漫长岁月的风沙侵蚀，树条上的皮早已剥落。这里安葬着一位维吾尔族的英雄。几百年前，他带了乡亲们到这里开田辟地，从昆仑山涧引来雪水。无情的风沙一次又一次淹没了他们的田地。他们日夜同风沙搏斗，终于建成了一片环状绿洲。这绿洲就像一条锁链，把这座沙山紧紧锁住。后人为了纪念英雄的一生，便把他葬在沙山顶上。
也许有人要问，沙山是流动的沙粒借风力飞扬堆积而成的，沙山顶上的坟墓为什么几百年来一直不动呢？原来这座金字塔型的沙山的成因，是由于来自东北、西北的两股气流，夹带着塔克拉玛干无穷无尽的沙粒滚滚前流，在昆仑山前碰到了地方性的西南风，沙粒便开始落脚高堆。后来，人们引来雪水，截断了沙流的来路，于是，一座金字塔型的沙山，便安静地屹立在绿洲中央。
沙漠里的“公园”
骑着骆驼从魏吐拉克向北，翻过无数座大沙梁，走过一道道干涸发白的旧河床，便到了塔克拉玛干大沙漠中心。人们一定想不到，在这沙漠深处，能看到这么多湖泊。湖泊分布在沙山重围的低地里，淡蓝的湖水荡漾着粼粼碎波。在一个方圆几公里的湖泊边的草丛里，一群群灰兔在追逐嬉戏，几只肥胖的野驴见到人就惊恐地逃跑了。在湖中心，分布着稀稀落落的小岛，岛边有许多半人高的水鸟在点水寻食。
走过湖泊，便是遮天蔽日的密林。在沙山上眺望沙漠森林，那青枝绿叶的胡杨和红柳，简直望不着边。晚霞染遍林海，可以隐约见到薄雾在远处的树梢缓缓舞动，偶尔还能听到低声细语的鸟音，这里是这样的幽雅清静呵，简直就是沙漠里的“公园”。
沙漠深处怎么会有森林和湖泊呢？原来沙漠中心地势较低，每年盛夏的洪水都聚积在这沙漠盆地里；加上昆仑山的雪水经过漫长的潜流，恰好在这里淌出地面，于是，在沙漠中心便出现了水源丰足的地带。“有水就有生命”，有了沼池和湖泊，也就会有各种植物和飞禽走兽。
沙海“航标”
从和田出发，沿着和田河进入沙漠腹部。这里有一座高大的石山。这座石山维吾尔语叫“麻札塔格”，译成汉语是“圣墓的山”。因为这座山是由红白二色石头组成，所以又叫红白二山。
关于红白二山的形成，流传着这样的传说。相传在多少世纪前，穆罕默德的弟子艾里为了和异教徒决斗，在这里摆下战场。艾里企图以地形上的优势战胜敌人，便把带来的白色面粉和红色饲料在沙漠上筑成两座大山。这就是后来的红白二山。
红白二山形状似马鞍，高达百余米，北山白光闪闪，南山红霞万道，景色煞是迷人。在大沙漠上穿行的人，都把这座奇特的石山当作游渡沙漠的航标。有许多人走得倦累，便在石山上休息。至今山上还留下过去商队和沙漠探险者的许多纪念物，其中有用砾石垒成的各种各样的塑像，有打尖的，喂马的，还有打仗和祷告的。据说以后人们还要用山上的碎石来铺一条纵穿大沙漠的公路呢。
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专栏：祝你健康
人体的气体交换站——肺
覃保霖
人体的新陈代谢是在氧气的参与之下进行的，一方面是氧和各种营养物质的消耗；另方面是二氧化碳及其他废物的产生；其中氧的消耗和二氧化碳的产生称为气体代谢。执行气体代谢、不断地供给氧并排出二氧化碳任务的，就是人体的气体交换站——肺脏。
肺是人体的呼吸器官。它处在周围封闭的胸腔中，借着一根气管与体外的大气相通。当人呼吸的时候，空气通过气管、支气管达到肺泡。肺泡是气体交换的处所。肺泡的数量是很大的，约在五亿个左右。把它平展开来，它的总面积约有一百平方米，超过人体皮肤总面积数十倍。另外，还有无数的毛细血管网把肺泡围绕起来，使气体交换站跟动静脉管构成密切的交通网。肺泡膜的通透性很大。呼吸运动时吸入的氧气便是透过肺泡膜进入毛细血管，使空气和含二氧化碳的静脉血液结合成为含氧的动脉血。二氧化碳经过肺毛细血管，透过肺泡，随呼吸排出体外。
肺的呼吸活量是很大的，正常人在平和呼吸时，每次吸入或呼出的气体量（称为潮流气）约为五百毫升；若在平和吸气之后再尽力吸气，补吸气可增加一千五百毫升左右；若在平和呼气之后再尽力呼气，补呼气也可增加一千五百毫升左右；把三者加起来，就是呼吸器官的最大工作能力也就是肺活量。普通人的肺活量约在三千五百毫升左右。但即使尽力呼气之后，肺内仍残留余气约一千毫升，肺活量加上余气量才是肺的总容积。人体在安静时，通常肺脏每分钟的通气量约为五至六升，而每分钟的最大通气量可达一百升，可见肺脏有巨大的潜在通气能力。因此，有的病人虽作了肺的一部或大部切除，但是对通气功能仍不发生影响。因为，在安静状态下，全部肺泡并不同时参加呼吸，而是一部分肺泡参加工作。只有当剧烈运动等场合在生理上需要增加肺功能时，才促使那些原处于闭合状态的肺泡也参加动作。这时的通气量就会高达七十升以上。如果因为肺组织病变而削弱了肺脏通气潜力，虽然是轻度的运动，也可出现上气不接下气的喘急现象。当然，通气能力受到更严重的损害时，即使在安静状态，病人也有感到气急不支的。肺的换气功能——摄取氧和排除二氧化碳，在安静状态下每升通气量能吸收氧四十三毫升，运动时则能吸收六十三毫升。实质上换气功能与肺毛细血管的血流量有很大关系，因为安静状态下肺脏血流量每分钟约四升，而在运动数秒钟后能增加至每分钟三十升。如果这种换气潜力受到较大的削弱的话，则换气功能将受到障碍，引起血红蛋白氧化不全，临床上将有紫绀现象出现（紫绀有时也可能由于心脏疾病引起）。从上面看，肺功能具有特别高的潜在能力，这就在生理上使肺具有较强的适应力。临床所见的某些肺病大都是慢性病，是我们医治肺病的有利条件。但是正因为肺的病损不到相当严重阶段，功能障碍也就不明显，所以又成为肺脏疾病在临床时不易及时发现的原因。
肺脏的疾病，除了病原体直接由空气带至肺部（或由血道所感染）如细菌、病毒、真菌、过敏原、化学刺激物、工业粉尘或苛性气体等进入肺泡之外，肺组织衰退（如肺气肿）、神经和精神失调（如支气管喘息）以及血管本身的变化（如硬化或粥样化）也可以引起肺脏疾患。肺的致病因素虽然有多种，但是素质虚弱的人比较容易感染，身体强壮的人就不容易得病。所以要预防肺脏疾患，首先要锻炼身体，加强对病原的抵抗力；平时多到空气新鲜阳光充足的园林或户外活动；注意作业环境的防尘措施；预防上呼吸道疾病感染蔓延；养成不随地吐痰的习惯。此外，还应当注意调摄起居饮食；并且要胸襟开朗，精神舒畅，具有革命的乐观主义精神。这些，都是有利于维护肺部乃至身体全面的健康的。
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专栏：奇妙的事实
话鱼
毕明
会钓鱼的鱼
在大海中有一种鮟鱇鱼，它的体形短圆，嘴巴上有一根一尺长的“胡须”，“胡须”末端有一块闪闪发光的肉。它常常停在一个地方，把“胡须”伸得长长的，就像一个提着钓竿的老渔翁一样。
小鱼看到这块发光的肉，就游过来，想把它吃掉。可是，当它们游近这块肉的时候，鮟鱇鱼就张开大口，把小鱼吸进口中。因为鮟鱇鱼有这个“本领”，所以人们说它是“会钓鱼的鱼”。
“海上小飞机”
飞鱼，是著名的“海上小飞机”。一般的鱼，只能在水中游泳，飞鱼却长有两个“小翅膀”，能跳出水面，张开“翅膀”，在空中滑翔。虽然，它不会飞得很高，飞得很远，可是，每次也能飞四五百米，离水面两三米高，而且飞得很快，一百米只要五六秒钟，比人跑路快一倍以上。
水中神枪手
射水鱼有一种独特的办法，它能够吃到从水面飞过、或者停在水草上面的蚊子和其他小昆虫。
当射水鱼见到蚊子的时候，就静悄悄地把头伸出水面，向蚊子喷出水珠，使蚊子掉到水面上，然后把它吃掉。有时，蚊子虽然离水面两三尺，甚至五六尺，也能被射水鱼喷出的水珠射下来，真是百发百中的“水中神枪手”。
“免费旅行者”
在海洋中有一种鱼，它的头又宽又扁，上面长有一个椭圆形的吸盘，好像一个图章，所以，被称为鮣鱼。鮣鱼利用头上这个吸盘，贴在鲨鱼、鲸鱼、海豚、乌龟的身体上，有时也吸住船底，并贴得紧紧的，掉不下来。当这些大的动物或船只走动的时候，鮣鱼就可以毫不费力地到处去游逛，成为一个“免费旅行者”。
会爬树的鱼
我们到动物园里去，可以看到会爬树的猴子，可是，却很少听说有会爬树的鱼。攀魲鱼就是会爬树的鱼，它们生活在热带和亚热带的河流和湖泊中，当天气炎热、水快要干涸的时候，攀魲鱼就离开水，用鳃盖后面的棘顶着地面，依靠胸鳍和尾巴，慢慢爬行，甚至爬到树上去。
会放电的鱼
在海洋或江河中，将近有一百种鱼能从身体内输出电流，例如电鳗、电鳐、电鲶等。这些鱼的体内有着许多重叠在一起并由神经联系着的薄膜，形成一个“电容器”，能把体内新陈代谢过程中所产生的微弱电流贮存下来，当遇到敌害或者摄食小动物的时候，就把电放出。这些鱼放出的电，有时可达到几十以至几百伏特的电压，能把小鱼、青蛙电死！