ϑΑΝΥΑΡΨ 1994 ∃3.95 Σεαρχηινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Α γλιµπσε ατ ηοω σεξ εϖολϖεδ. Τηε ωαρ ον χανχερ: ιτ∏σ βεινγ λοστ. Αν εϖεν βρεακ οφ τηε ραχκ χρεατεσ αν ιντραχταβλε προβλεµ: χαλχυλατινγ τηε πατησ τηε βαλλσ ωιλλ τακε. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ϑανυαρψ 1994 64Β ςολυµε 270 Νυµβερ 1 Ωετλανδσ ϑον Α. Κυσλερ, Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑοσεπη Σ. Λαρσον Ωετλανδσ σερϖε ασ ινχυβατορσ φορ αθυατιχ λιφε ανδ σηελτερ ηιγηερ γρουνδ φροµ τιδεσ, ωαϖεσ ανδ ⇓οοδινγ. Βυτ τηεσε χοµπλεξ ανδ ϖαριεδ αρεασ αρε ενδανγερεδ βψ τηε δεµανδ φορ ρεαλ εστατε, χονστρυχτιον σιτεσ ανδ χροπλανδ. Α πολιχψ τηατ ρεχον− χιλεσ σοχιετψ∏σ εντρεπρενευριαλ ενδεαϖορσ ωιτη ιτσ νεεδ φορ ινταχτ ωετλανδσ ρεθυιρεσ αν υνδερστανδινγ οφ τηεσε ϖιταλ εχοσψστεµσ. 72 Τηε Σεαρχη φορ Στρανγε Ματτερ Ηενρψ ϑ. Χραωφορδ ανδ Χαρστεν Η. Γρεινερ Προτονσ ανδ νευτρονσ φορµ ιντο ατοµιχ νυχλει ορ νευτρον σταρσ. Ιν βετωεεν, τηερε ισ νοτηινγ. Νυχλεαρ µαττερ δοεσ νοτ σεεµ το ασσεµβλε ιτσελφ ιντο οβϕεχτσ τηατ οχ− χυπψ τηε ρανγε οφ σιζεσ βετωεεν τηεσε εξτρεµεσ. Ψετ τηε λαωσ οφ πηψσιχσ δο ιν φαχτ περµιτ θυαρκσ (τηε παρτιχλεσ φροµ ωηιχη προτονσ ανδ νευτρονσ αρε µαδε) το ϕοιν τογετηερ το µακε υπ οβϕεχτσ λαργερ τηαν νυχλει βυτ σµαλλερ τηαν νευτρον σταρσ. 78 Τηε Τοξινσ οφ Χψανοβαχτερια Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ Χψανοβαχτερια, φαµιλιαρ ασ α φορµ οφ πονδ σχυµ, χαν βε ηαζαρδουσ ορ βενε⇒χιαλ, δεπενδινγ ον ηοω ονε αππροαχηεσ τηε στυ⇑. Ασ τηεψ µεταβολιζε, τηε µιχροσχοπιχ σινγλε−χελλ οργανισµσ προδυχε προτεινσ ανδ οτηερ χοµπουνδσ. Τηεσε σεχονδαρψ µεταβολιτεσ ινχλυδε ποτεντ ποισονσ τηατ χαν φελλ χαττλε ανδ οτηερ δοµεστιχ ανι− µαλσ. Βυτ τηεψ µιγητ βε χο−οπτεδ ασ πηαρµαχευτιχαλ αγεντσ. 102 Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ ↔ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι Μανψ ιµπορταντ µατηεµατιχαλλψ ποσεδ προβλεµσ ιν σχιενχε, ενγινεερινγ ανδ τηε ⇒νανχιαλ−σερϖιχεσ ινδυστρψ αρε χοµπυτατιοναλλψ ιντραχταβλε. Τηατ ισ, τηερε χαν νεϖερ βε ενουγη χοµπυτερ τιµε το σολϖε τηεµ. Βυτ νεω ρεσυλτσ ινδιχατε σοµε οφ τηε προβ− λεµσ χαν βε σολϖεδ ιφ ονε σεττλεσ φορ α σολυτιον µοστ, βυτ νοτ αλλ, οφ τηε τιµε. Τηε αυτηορσ αλσο συγγεστ τηερε µιγητ βε προϖαβλε λιµιτσ το σχιεντι⇒χ κνοωλεδγε. 108 Ανιµαλ Σεξυαλιτψ ∆αϖιδ Χρεωσ Ανιµαλσ ηαϖε εϖολϖεδ α ϖαριετψ οφ µεχηανισµσ φορ διχτατινγ τηε διϖισιον ιντο µαλε ανδ φεµαλε. Ιν ηυµανσ ανδ οτηερ µαµµαλσ, χηροµοσοµεσ δετερµινε γενδερ. Ιν οτηερ σπεχιεσ, σεξ ισ χοντρολλεδ βψ τεµπερατυρε ορ εϖεν τηε σοχιαλ ενϖιρονµεντ. Ανδ ιν α φεω ινστανχεσ, ινχλυδινγ α σπεχιεσ οφ λιζαρδ, αλλ ινδιϖιδυαλσ αρε φεµαλε. Α νεω φραµεωορκ φορ υνδερστανδινγ τηε οριγιν ανδ φυνχτιον οφ σεξυαλιτψ ισ συγγεστεδ. 4 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Scientific American (ISSN 0036-8733), published monthly by Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y. 10017-1111. Copyright © 1994 by Scientific American, Inc. All rights reserved. Printed in the U.S.A. No part of this issue may be reproduced by any mechanical, photographic or electronic process, or in the form of a phonographic recording, nor may it be stored in a retrieval system, transmitted or otherwise copied for public or private use without written permission of the publisher. Second-class postage paid at New York, N.Y., and at additional mailing offices. Authorized as second-class mail by the Post Office Department, Ottawa, Canada, and for payment of postage in cash. Canadian GST No. R 127387652. Subscription rates: one year $36 (outside U.S. and possessions add $11 per year for postage). Subscription inquiries: U.S. and Canada 800-333-1199; other 515-247-7631. Postmaster : Send address changes to Scientific American, Box 3187, Harlan, Iowa 51537. Reprints available: write Reprint Department, Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y. 10017-1111, or fax : (212) 355-0408. 116 Ωορλδ Λινγυιστιχ ∆ιϖερσιτψ Χολιν Ρενφρεω Εϖιδενχε φροµ λινγυιστιχσ, αρχηαεολογψ ανδ γενετιχ στυδιεσ ρεϖεαλσ α παττερν οφ εϖολυτιον ιν λανγυαγεσ. Τοδαψ∏σ µανψ τονγυεσ σεεµ ροοτεδ ιν α φεω ανχιεντ ονεσ τηατ σπρεαδ βψ χονθυεστ, τηε αγριχυλτυραλ ρεϖολυτιον, τηε οχχυπατιον οφ ϖιργιν λανδσ ανδ τηε δισπερσαλ οφ ποπυλατιονσ βψ χλιµατιχ χηανγε. 124 Τηε Φιρστ ∆ατα Νετωορκσ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν ανδ Βϕρν Πεηρσον Ειγητεεντη−χεντυρψ ωιρελεσσ νετωορκσ υσεδ οπτιχαλ µετηοδσ το τρανσµιτ µεσσαγεσ. Λινεσ οφ σεµαπηορε στατιονσ σπαννεδ βοτη ρεϖολυτιοναρψ Φρανχε ανδ µοναρχηιχαλ Σωεδεν. Τηεψ οπερατεδ φροµ τηε λατε 18τη χεντυρψ τηρουγη τηε 19τη χεντυρψ. Τηειρ χοδεσ πρεσαγεδ µανψ σοπηιστιχατεδ στρατεγιεσ υσεδ το τρανσµιτ δατα τοδαψ. 130 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΧΑΝΧΕΡ ΕΠΙ∆ΕΜΙΟΛΟΓΨ Α Ωαρ Νοτ Ωον Τιµ Βεαρδσλεψ, στα⇑ ωριτερ Τωεντψ−⇒ϖε ψεαρσ αγο τηε Υ.Σ. δεχλαρεδ ωαρ ον χανχερ. Σινχε τηεν, βιλλιονσ οφ δολλαρσ ηαϖε βεεν σπεντ το συππορτ τενσ οφ τηουσανδσ οφ ρεσεαρχηερσ. Συργερψ, ραδιατιον ανδ χηεµοτηεραπψ ηαϖε βεεν πυσηεδ το τηειρ λιµιτσ. Βριλλιαντ ινσιγητσ ηαϖε βεεν γαινεδ. Ανδ τηε επιδεµιχ σωεεπσ φορωαρδ. Απαρτ φροµ ρεαλ προγρεσσ ιν χοντρολλινγ σοµε ϖαριετιεσ, οτηερσ ρεµαιν νο µορε τρεαταβλε τηαν τηεψ ωερε 20 ψεαρσ αγο. ∆ΕΠΑΡΤΜΕΝΤΣ 17 Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν Βιοωαρ ωαρσ.... Τυρνινγ τηε ΝΑΣΑ βαττλεσηιπ.... ∆αρκ µαττερ δισχοϖερεδ?... Χηιλλινγ ουτ.... Ηοτ συ− περχονδυχτορσ.... ΕΘ, πηονε ηοµε.... ∆ιοξιν∏σ σµοκινγ γυν.... Βιτινγ τηε βαρκ .... ΠΡΟΦΙΛΕ: Αν αλλ− τοο−ηυµαν Αλβερτ Εινστειν. 142 9 12 152 Ματηεµατιχαλ Ρεχρεατιονσ Αν ινϖιτατιον το α ωιλδ εϖενινγ οφ κνοτσ, λινκσ ανδ ϖιδεοταπε. 155 Copyright 1995 Scientific American, Inc. 50 ανδ 100 Ψεαρσ Αγο 1894: Ωηψ ηυµαν βεινγσ τενδ το σινκ ρατηερ τηαν σωιµ. Σχιενχε ανδ Βυσινεσσ Ρεσεαρχη ιν ρεχεσσιον, τηε Τοκψο τουχη.... Σεεινγ τηε λιγητ.... Φισηψ τεχηνολογψ.... Ηερε χοµεσ βιοτρον− ιχσ.... Γερµανιυµ ον−λινε.... ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ: Ωαφτψ ΝΑΦΤΑ µοδελσ προδυχε φυτυρε σχηλοχκ. Λεττερσ το τηε Εδιτορσ Προοφ λιϖεσ! Ρεαδ αλλ αβουτ ιτ!... Εξτρατερρεστριαλ ινσπιρατιον. Βοοκ Ρεϖιεωσ Τηε βεαυτψ οφ βριδγεσ.... Ραινβοωσ, τωιλιγητ ανδ σταρσ.... Ανχιεντ χελλσ. 159 Εσσαψ : Γεοργε Μονβιοτ Τηε ρεαλ τραγεδψ οφ τηε χοµµονσ: α χατχηπηρασε ρεεξαµινεδ. 5 ΤΗΕ ΧΟςΕΡ πηοτογραπη σερϖεσ ασ α µετα− πηορ: εξτρεµε χοµπλεξιτψ βεχαυσε οφ α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Τηε 16 χαροµινγ ανδ σπιννινγ βιλλιαρδ βαλλσ ρενδερ ιτ αλµοστ ιµ− ποσσιβλε το χαλχυλατε τηε δψναµιχσ οφ τηε βρεακ. Ιν φαχτ, σολυτιονσ το µανψ µυλτιϖαρι− ατε προβλεµσ ωουλδ ρεθυιρε µιλλιονσ οφ ψεαρσ οφ συπερχοµπυτινγ τιµε. Βυτ νεω τηε− ορεµσ ινδιχατε τηατ ιντραχταβλε προβλεµσ χαν βε σολϖεδ, ασ λονγ ασ ονε σεττλεσ φορ ωηατ ηαππενσ µοστ, βυτ νοτ αλλ, οφ τηε τιµε (σεε Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ, βψ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ´ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι, παγε 102). ΤΗΕ ΙΛΛΥΣΤΡΑΤΙΟΝΣ Χοϖερ πηοτογραπη βψ Ριχηαρδ Μεγνα, Φυνδαµενταλ Πηοτογραπησ Παγε Σουρχε Παγε Σουρχε 64Β∠65 Στεπηεν Φερρψ/Ματριξ 113 66∠69 Ροβερτο Οστι Λισα Βυρνεττ (τοπ ), Παυλινε Ι. Ψαηρ (βοττοµ) 70 Χινδψ Πελεσχακ/Σουτη Φλοριδα Ωατερ Μαναγεµεντ ∆ιστριχτ 114 Μ. Λ. Εαστ ανδ Η. Ηοφερ (λεφτ ), Σ. Γ. Ηοφφµαν (ριγητ ) 117 Πατριχια ϑ. Ωψννε Χηριστοπηερ Βυρκε; Θυεσα− δα/Βυρκε Πηοτογραπηψ (τοπ ), Μιχηαελ Γοοδµαν (βοττοµ ) 118∠119 ∆ιµιτρψ Σχηιδλοϖσκψ 120∠122 ϑοηννψ ϑοηνσον 74 Εδωαρδ Βελλ 123 Ρυνιον δεσ Μυσεσ Νατιοναυξ, Παρισ 75∠77 Μιχηαελ Γοοδµαν 124 79∠80 Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ Χουρτεσψ οφ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν 81 Α. Σ. ∆αβηολκαρ, Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ (λεφτ ), ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ (ριγητ ) 125 Στεϖεν Μυρεζ/Βλαχκ Σταρ 126 Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ∆ 127 Γαβορ Κισσ 128 Χουρτεσψ οφ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν 129 Τελεϖερκετ Τρψχκ & Βιλδ 131 Βερωψν ΜΡΙ Χεντερ/Τονψ Στονε Ιµαγεσ 132 ϑοηννψ ϑοηνσον 133 Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε 134 ϑοηννψ ϑοηνσον 72∠73 82 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ 84 Α. Σ. ∆αβηολκαρ (τοπ), ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ (βοττοµ) 86 Συσηµιτα Γηοση, Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ (τοπ), Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ∆ (βοττοµ ) 102∠103 Μιχηαελ Χραωφορδ 104∠105 Σπασσιµιρ Η. Πασκοϖ, Χολυµβια Υνιϖερσιτψ (τοπ ), ΥΠΙ/ Βεττµανν (βοττοµ) 106 Μιχηαελ Χραωφορδ 135∠136 Χηρισ Υσηερ/Βλαχκ Σταρ 107 Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον 137 ϑοηννψ ϑοηνσον 108∠109 Πατριχια ϑ. Ωψννε 138 ϑεαν Λουισ Ατλαν/Ματριξ 110 Πατριχια ϑ. Ωψννε (τοπ ), Λισα Βυρνεττ (βοττοµ) 152 Ανδρεω Χηριστιε 153 Μιχηαελ Γοοδµαν 154 Γεοµετρψ Χεντερ, Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα 111 Γορδον Ακωερα/ϑΣ∆ 112 ∆αϖιδ Χρεωσ ♦ Εσταβλισηεδ 1845 Ε∆ΙΤΟΡ: ϑονατηαν Πιελ ΒΟΑΡ∆ ΟΦ Ε∆ΙΤΟΡΣ: Μιχηελλε Πρεσσ , Μαναγινγ Εδιτορ ; ϑοην Ρεννιε, Ασσοχιατε Εδιτορ; Τιµοτηψ Μ. Βεαρδσλεψ ; Ω. Ωαψτ Γιββσ; Μαργυεριτε Ηολλο− ωαψ ; ϑοην Ηοργαν , Σενιορ Ωριτερ ; Πηιλιπ Μορρι− σον, Βοοκ Εδιτορ ; Χορεψ Σ. Ποωελλ; Πηιλιπ Ε . Ροσσ; Ριχκι Λ . Ρυστινγ ; Γαρψ Στιξ ; Παυλ Ωαλλιχη ; Πηιλιπ Μ. Ψαµ ΑΡΤ : ϑοαν Σταρωοοδ, Αρτ ∆ιρεχτορ ; Εδωαρδ Βελλ , Αρτ ∆ιρεχτορ , Γραπηιχσ Σψστεµσ ; ϑεσσιε Νατηανσ, Ασσοχιατε Αρτ ∆ιρεχτορ ; ϑοηννψ ϑοηνσον, Ασσισταντ Αρτ ∆ιρεχτορ, Γραπηιχσ Σψστεµσ; Νισα Γελλερ, Πηο− τογραπηψ Εδιτορ ; Λισα Βυρνεττ, Προδυχτιον Εδιτορ ΧΟΠΨ: Μαρια− Χηριστινα Κελλερ, Χοπψ Χηιεφ ; Νανχψ Λ . Φρειρειχη; Μολλψ Κ. Φρανχεσ; ∆ανιελ Χ. Σχηλενο⇑ ΠΡΟ∆ΥΧΤΙΟΝ: Ριχηαρδ Σασσο, ςιχε Πρεσιδεντ, Προδυχτιον ; Ωιλλιαµ Σηερµαν, Προδυχτιον Μαν− αγερ ; Μαναγερσ: Χαρολ Αλβερτ, Πριντ Προδυχτιον ; ϑανετ Χερµακ , Θυαλιτψ Χοντρολ ; Τανψα ∆εΣιλϖα , Πρεπρεσσ; Χαρολ Ηανσεν , Χοµποσιτιον ; Μαδελψν Κεψεσ, Σψστεµσ; Εριχ Μαρθυαρδ, Σπεχιαλ Προϕεχτσ; Λεο ϑ. Πετρυζζι , Μανυφαχτυρινγ & Μακευπ; Αδ Τρα⇔χ: Χαρλ Χηερεβιν ΧΙΡΧΥΛΑΤΙΟΝ: Λορραινε Λειβ Τερλεχκι , Ασσοχιατε Πυβλισηερ/Χιρχυλατιον ∆ιρεχτορ ; Κατηερινε Ροβολδ, Χιρχυλατιον Μαναγερ; ϑοαννε Γυραλνιχκ, Χιρχυλα− τιον Προµοτιον Μαναγερ ; Ροσα ∆αϖισ, Φυλ⇒λλµεντ Μαναγερ Α∆ςΕΡΤΙΣΙΝΓ: Κατε ∆οβσον, Ασσοχιατε Πυβλιση− ερ/Αδϖερτισινγ ∆ιρεχτορ. ΟΦΦΙΧΕΣ: ΝΕΩ ΨΟΡΚ: Μερψλε Λοωεντηαλ, Νεω Ψορκ Αδϖερτισινγ Μαν− αγερ ; Ωιλλιαµ Βυχηαναν, Μαναγερ, Χορπορατε Αδϖερτισινγ ; Πετερ Φισχη, Ρανδψ ϑαµεσ, Ελιζα− βετη Ρψαν. Μιχηελλε Λαρσεν, ∆ιρεχτορ, Νεω Βυσι− νεσσ ∆εϖελοπµεντ. ΧΗΙΧΑΓΟ: 333 Ν. Μιχηιγαν Αϖε., Χηιχαγο, ΙΛ 60601; Πατριχκ Βαχηλερ, Αδϖερ− τισινγ Μαναγερ. ∆ΕΤΡΟΙΤ: 3000 Τοων Χεντερ, Συιτε 1435, Σουτη⇒ελδ, ΜΙ 48075; Εδωαρδ Α . Βαρτλεψ, ∆ετροιτ Μαναγερ. ΩΕΣΤ ΧΟΑΣΤ: 1554 Σ. Σεπυλϖεδα Βλϖδ., Συιτε 212, Λοσ Ανγελεσ, ΧΑ 90025; Λισα Κ. Χαρδεν, Αδϖερτισινγ Μαναγερ ; Τονια Ωενδτ. 235 Μοντγοµερψ Στ., Συιτε 724, Σαν Φρανχισχο, ΧΑ 94104; Λιαννε Βλοοµερ. ΧΑΝ− Α∆Α: Φενν Χοµπανψ, Ινχ. ∆ΑΛΛΑΣ: Γρι⇔τη Γρουπ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓ ΣΕΡςΙΧΕΣ: Λαυρα Σαλαντ, Μαρκετινγ ∆ιρεχτορ ; ∆ιανε Σχηυβε, Προµοτιον Μαναγερ ; Μαρψ Σαδλιερ, Ρεσεαρχη Μαναγερ ; Ετηελ ∆. Λιττλε, Αδϖερτισινγ Χοορδινατορ ΙΝΤΕΡΝΑΤΙΟΝΑΛ: ΕΥΡΟΠΕ: Ροψ Εδωαρδσ, Ιντερ− νατιοναλ Αδϖερτισινγ Μαναγερ, Λονδον; ςιϖιεννε ∆αϖιδσον, Λινδα Καυφµαν, Ιντερµεδια Λτδ., Παρ− ισ; Καριν Οη⇑, Γρουπε Εξπανσιον, Φρανκφυρτ ; Βαρτη ∆αϖιδ Σχηωαρτζ, ∆ιρεχτορ, Σπεχιαλ Προϕ− εχτσ, Αµστερδαµ. ΣΕΟΥΛ: Βισχοµ, Ινχ. ΤΟΚΨΟ: Νικκει Ιντερνατιοναλ Λτδ.; ΣΙΝΓΑΠΟΡΕ: Ηοο Σιεω Σαι , Μαϕορ Μεδια Σινγαπορε Πτε. Λτδ. Α∆ΜΙΝΙΣΤΡΑΤΙΟΝ: ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ., Πυβλισηερ ; Μαριε Μ . Βεαυµοντε, Γενεραλ Μαναγερ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ΙΝΧ. 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ, ΝΨ 10017−1111 (212) 754−0550 ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΑΝ∆ ΧΗΙΕΦ ΕΞΕΧΥΤΙςΕ ΟΦΦΙΧΕΡ: ϑοην ϑ. Ηανλεψ ΧΟ−ΧΗΑΙΡΜΑΝ: ∆ρ. Πιερρε Γερχκενσ ΧΟΡΠΟΡΑΤΕ ΟΦΦΙΧΕΡΣ: Πρεσιδεντ, ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ.; Χηιεφ Φινανχιαλ Ο⇔χερ, Ρ . ςινχεντ Βαργερ ; ςιχε Πρεσιδεντσ, Ροβερτ Λ. Βιεωεν, ϑονατηαν Πιελ ∆ΙΡΕΧΤΟΡ, ΕΛΕΧΤΡΟΝΙΧ ΠΥΒΛΙΣΗΙΝΓ: Μαρτιν Παυλ ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΕΜΕΡΙΤΥΣ: Γεραρδ Πιελ 8 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΠΡΙΝΤΕ∆ ΙΝ Υ.Σ. Α. ΛΕΤΤΕΡΣ ΤΟ ΤΗΕ Ε∆ΙΤΟΡΣ Ματη Αβυσε Τοδαψ∏σ τελεϖισιον ανδ µοϖιε προ− δυχερσ βελιεϖε ϖιολενχε ανδ δεατη αρε νεχεσσαρψ ινγρεδιεντσ φορ τηειρ προδ− υχτσ. Τηε τιτλε ανδ τηεµε οφ Τηε ∆εατη οφ Προοφ, βψ ϑοην Ηοργαν [ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], πρεσυµαβλψ ρεπρεσεντ τηε σπρεαδ οφ τηισ βελιεφ το Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν. Τηε αρτιχλε δισχυσσεδ ιντερεστινγ ισ− συεσ, βυτ ιτ φαιλεδ το προδυχε τηε χορπσε. Τηισ ισ νοτ συρπρισινγ, σινχε τηερε ισ νο χορπσε. Τηε τρυε δραµα οφ µατηεµατιχσ ισ µορε εξχιτινγ τηαν τηε µελοδραµα συγγεστεδ βψ τηε τιτλε, φορ τηισ ισ α γολδ− εν αγε φορ µατηεµατιχσ ανδ φορ προοφ. Α µορε αππροπριατε τιτλε ωουλδ ηαϖε βεεν Τηε Λιφε οφ Προοφ, εξεµπλι⇒εδ βψ τηριλλινγ µοδερν δεϖελοπµεντσ, ιν− χλυδινγ Ανδρεω Ωιλεσ∏σ προοφ οφ Φερ− µατ∏σ Λαστ Τηεορεµ. Τηε αρτιχλε ραισεδ α φυρορ αµονγ µατηεµατιχιανσ, ωηο, βασεδ ον τηε ιµ− πρεσσιονσ γλεανεδ φροµ ιτσ τιτλε ανδ σπιν, βεχαµε ανγρψ ατ ονε ανοτηερ φορ πρεσιδινγ οϖερ τηε δεατη οφ προοφ. Ωε ωερε ανγερεδ ατ ονε ανοτηερ∇τηατ ισ, υντιλ τηε δυστ σεττλεδ ανδ ωε χοµπαρεδ νοτεσ το δισχοϖερ τηατ νονε οφ υσ µατη− εµατιχιανσ πρεδιχτσ ορ αδϖοχατεσ τηε δεµισε οφ προοφ: ωε ηαϖε τηε χοµµον γοαλ οφ ενλιϖενινγ ανδ ενριχηινγ προοφσ. Ι νεεδ το χορρεχτ ιµπρεσσιονσ τηατ πεοπλε ηαϖε γοττεν αβουτ µε φροµ τηε αρτιχλε. Τηε χοϖερ ιλλυστρατεσ α σχενε φροµ τηε φορτηχοµινγ ϖιδεο Ουτσιδε Ιν, ωηιχη πρεσεντσ α προοφ οφ α φαµουσ τηεορεµ δυε νοτ το µε βυτ το Στεπηεν Σµαλε, αλτηουγη τηε παρτιχυλαρ προοφ ωασ δεϖισεδ (µανψ ψεαρσ λατερ ) βψ µε. Βοτη Ουτσιδε Ιν ανδ Νοτ Κνοτ ( ιν τηε οπενινγ ιλλυστρατιον οφ τηε αρτιχλε) αρε εξπλορατιονσ οφ νεω ωαψσ οφ χοµµυνι− χατινγ µατηεµατιχσ το α βροαδερ πυβ− λιχ. Χοντραρψ το τηε ιµπρεσσιον γιϖεν βψ τηε χαπτιον ςΙ∆ΕΟ ΠΡΟΟΦ, τηεψ αρε νοτ ιντενδεδ ασ α συβστιτυτε φορ λογιχαλ προοφσ. Ιτ ωασ συγγεστεδ ιν τηε αρτιχλε τηατ µψ ϖιεωσ σουνδ λικε τηοσε σοµετιµεσ αττριβυτεδ το Τηοµασ Σ. Κυην, το τηε εφ− φεχτ τηατ σχιεντι⇒χ τηεοριεσ αρε αχχεπτ− εδ φορ σοχιαλ ρεασονσ ρατηερ τηαν βε− χαυσε τηεψ αρε ιν ανψ οβϕεχτιϖε σενσε τρυε. Ματηεµατιχσ ισ ινδεεδ δονε ιν α σοχιαλ χοντεξτ, βυτ τηε σοχιαλ προχεσσ ισ νοτ σοµετηινγ τηατ µακεσ ιτ λεσσ οβϕεχ− τιϖε ορ τρυε: ρατηερ τηε σοχιαλ προχεσσεσ ενηανχε τηε ρελιαβιλιτψ οφ µατηεµατιχσ, τηρουγη ιµπορταντ χηεχκσ ανδ βαλανχ− Copyright 1993 Scientific American, Inc. εσ. Ματηεµατιχσ ισ τηε µοστ φορµαλιζ− αβλε οφ σχιενχεσ, βυτ πεοπλε αρε νοτ ϖερψ γοοδ µαχηινεσ, ανδ µατηεµατιχαλ τρυτη ανδ ρελιαβιλιτψ χοµε αβουτ τηρουγη τηε ϖερψ ηυµαν προχεσσεσ οφ πεοπλε τηινκ− ινγ χλεαρλψ ανδ σηαρινγ ιδεασ, χριτιχιζινγ ονε ανοτηερ ανδ ινδεπενδεντλψ χηεχκ− ινγ τηινγσ ουτ. ΩΙΛΛΙΑΜ Π. ΤΗΥΡΣΤΟΝ ∆ιρεχτορ, Ματηεµατιχαλ Σχιενχεσ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε Βερκελεψ, Χαλιφ. λικε τηισ αβουτ ηοω µατη ισ γεττινγ εασ− ιερ ανδ σο µυχη χοολερ, µαψβε υσ γυψσ ωιλλ τακε σοµε µορε µατη χουρσεσ ανδ µαψβε εϖεν βεχοµε ρεαλ µατηεµατι− χιανσ, ∏χαυσε ιτ λοοκσ λικε α ρεαλ νεατ ϕοβ νοω ανδ νοτ βορινγ λικε Ι αλωαψσ τηουγητ βεχαυσε οφ αλλ τηοσε νυµβερσ ανδ εθυατιονσ ανδ στυ⇑. Βεαϖισ ανδ Βυττ−ηεαδ σαψ ηι. ΒΟΒ ΜΕΡΚΙΝ Νορτηαµπτον, Μασσ. Τηε ∆εατη οφ Προοφ ισ χερταινλψ τηουγητ προϖοκινγ ανδ ϖερψ τρουβλινγ. Ι αγρεε τηατ χοµπυτερσ αρε χαυσινγ α ρεϖολυτιον ιν µατηεµατιχσ. Ι ηαϖε υσεδ τηεµ ιν αν εξπεριµενταλ ωαψ το τεστ ηψποτηεσεσ ανδ εϖεν προοφσ φορ µορε τηαν 20 ψεαρσ. Ι αµ ωορκινγ ον α προβ− λεµ ωιτη Ματτηεω Χλεγγ τηατ ωιλλ εϖεν− τυαλλψ ινϖολϖε α χαλχυλατιον υσινγ α δισ− τριβυτιϖε σψστεµ οφ ηυνδρεδσ οφ ωορκ− στατιονσ. Ιφ τηε ουτχοµε οφ τηε προϕεχτ χον⇒ρµσ τηε χορρεχτνεσσ οφ µψ ηψποτη− εσισ, τηεν τηερε χερταινλψ ωουλδ βε α σενσε ιν ωηιχη τηε τηεορεµ ινϖολϖεδ ωουλδ βε τρυε. Βυτ Ι ηαϖε νο δουβτ τηατ α χονχεπτυαλ προοφ ωουλδ εϖεντυαλλψ εµεργε. Τηισ ισ τηε χρυξ οφ τηε µαττερ το µε. Ματηεµατιχιανσ σηουλδ νεϖερ βε σατισ⇒εδ ωιτη ϕυστ προοφ; τηεψ σηουλδ αλσο στριϖε φορ αν ελεγαντ προοφ ωηοσε βεαυτψ τρανσχενδσ τηε δεταιλσ τηατ σπαωνεδ ιτ. ΝΟΛΑΝ Ρ. ΩΑΛΛΑΧΗ ∆επαρτµεντ οφ Ματηεµατιχσ Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Σαν ∆ιεγο Ωηιλε Ι φουνδ τηε αρτιχλε ϖερψ ιντερ− εστινγ ανδ ωελλ ιλλυστρατεδ, Ι µυστ θυιβ− βλε ωιτη τηε παστα χοµπαρισον. Ηελι− χοιδσ ασ ροτελλε? Ψεσ. Ανδ βψ α στρετχη οφ τηε ιµαγινατιον, ασ φυσιλλι. Βυτ ηελι− χοιδσ ασ τορτελλινι? Νεϖερ! ΚΑΡΕΝ ΩΙΕ∆ΜΑΝ Αλταδενα, Χαλιφ. Ηεψ, µαν, τηανκσ α λοτ φορ Τηε ∆εατη οφ Προοφ. Ωηατ µψ βυδδιεσ δοων τηε ηαλλ λικεδ βεστ ωασ ωηατ ψου σαιδ αβουτ ηοω υσ στυδεντσ δον∏τ ρελατε το προοφσ. Ωε δον∏τ. Τηεψ∏ρε ρεαλ ηαρδ, ανδ Ι δον∏τ τηινκ ωε σηουλδ ηαϖε το δο τηεµ, νοτ ωηεν ψου χαν γετ τηε σαµε στυ⇑ φροµ τηοσε νεατ χολορ ϖιδεοσ. Τηε Γρατεφυλ ∆εαδ λικεσ τηεµ, τοο! Ιφ ψου γυψσ κεεπ ωριτινγ νεατ στοριεσ Σταρσ το Ωιση ον Υνλικε Ριχηαρδ Ωασσερσυγ [Ταδπολεσ φροµ Ηεαϖεν, Εσσαψ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡ− ΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], Ι βελιεϖε µοστ πεοπλε σεεκ τηειρ Γοδ ορ ιδεαλ νοτ ιν τηε ηεαϖενσ βυτ ωιτηιν τηεµσελϖεσ. Ωηψ νοτ τακε τηε τριλλιονσ οφ δολλαρσ τηατ ωουλδ βε σπεντ οϖερ σεϖεραλ δεχαδεσ το γετ εξπλορερσ το Μαρσ ανδ βαχκ ανδ υσε τηεµ φορ στυδψινγ ουρσελϖεσ∇ανδ ουρ νερϖουσ σψστεµσ, ιν παρτιχυλαρ? Τηε ιν− νερ αλτερνατιϖε ωουλδ γο α λονγ ωαψ το− ωαρδ ανσωερινγ προφουνδλψ δεεπ θυεσ− τιονσ, συχη ασ ηοω ωε ρεχογνιζε ϖισυαλ παττερνσ ορ υνδερστανδ σποκεν λαν− γυαγε, ασ ωελλ ασ ρελιγιουσ θυεστιονσ χονχερνινγ φρεε ωιλλ, εϖιλ, χοµπασσιον ανδ µαψβε εϖεν ωηψ ωε ηαϖε α ρελι− γιουσ σενσε ατ αλλ. ∆ΑςΙ∆ Γ. ΣΤΟΡΚ Στανφορδ, Χαλιφ. Ι χαν ϖιϖιδλψ ρεχαλλ, ασ α βοψ οφ σεϖεν, ωατχηινγ Ωαλτερ Χρονκιτε φολλοω τηε λαυνχη ανδ ρεχοϖερψ οφ τηε Μερχυρψ σπαχεχραφτ πιλοτεδ βψ Χολ. ϑοην Γλενν, ϑρ. Ι αλσο ρεχαλλ τηε ⇒ρστ µαννεδ Γεµινι ⇓ιγητ ανδ τηε εαρλψ Απολλο ⇓ιγητσ. Ι ρε− µεµβερ τηε ρετυρν οφ δεταιλεδ ιµαγεσ οφ τηε συρφαχε οφ τηε µοον ανδ τηε ηισ− τοριχ λανδινγ οφ τηε Εαγλε ιν τηε Σεα οφ Τρανθυιλλιτψ. Τηε ρισκσ ανδ αχχοµπλιση− µεντσ οφ ΝΑΣΑ τηρουγηουτ τηε παστ 25 ψεαρσ ηαϖε βεεν α χονσταντ σουρχε οφ ινσπιρατιον ανδ αδµιρατιον. Τηεσε αρε τηε ιµαγεσ τηατ ηελπεδ γιϖε µε τηε χουραγε ανδ περσεϖερανχε νεχεσσαρψ το βεχοµε α προδυχτιϖε σχιεντιστ. Ι ωον− δερ ηοω µανψ οφ µψ χοντεµποραριεσ ωερε δριϖεν βψ τηε σαµε δεσιρεσ ανδ ιµαγεσ οφ φυτυρε σπαχε τραϖελ? ΤΟΜ ΝΙΡΙ∆ΕΡ Βοεινγ ∆εφενσε & Σπαχε Γρουπ Σεαττλε, Ωαση. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 9 50 ΑΝ∆ 100 ΨΕΑΡΣ ΑΓΟ ϑΑΝΥΑΡΨ 1944 ∆εσπιτε τηε ωιδε−σπρεαδ κνοωλεδγε τηατ φορεστσ χαννοτ βε ινδισχριµινατελψ λογγεδ ινδε⇒νιτελψ, µανψ πυλπ−ωοοδ προδυχερσ ηαϖε βεεν βλιτηελψ χοντινυ− ινγ ωιτη λιττλε ορ νο τηουγητ φορ τηε φυ− τυρε. Ρεσυλτ: Τηερε ισ λιττλε φορεστρψ ρε− σερϖε ιν τηε Υνιτεδ Στατεσ τοδαψ ανδ τηε ϖαστ τιµβερλανδσ οφ Χαναδα αρε φαχινγ εξηαυστιον. Αδδ το τηισ τηε οτηερ υσεσ φορ ωοοδ τηατ ηαϖε βεεν δεϖελοπεδ ιν ρεχεντ ψεαρσ∇ιν πλαστιχσ, εξπλοσιϖεσ, χονστρυχτιον ωορκ, φορ εξαµπλεσ∇ανδ ιτ ισ οβϖιουσ τηατ υνλεσσ σοµετηινγ ισ δονε, ανδ δονε ϖιγορουσλψ ανδ τηορ− ουγηλψ, τηε παπερ ινδυστρψ ισ γοινγ το φαχε αν εϖεν γρεατερ χρισισ αφτερ τηε ωαρ τηαν ιτ ισ φαχινγ τοδαψ.∏∇Α. Π. Πεχκ, µαναγινγ εδιτορ. Τωο βλινδ σποτσ ον τηε εαρτη∏σ συρ− φαχε τοταλλινγ νεαρλψ 10,000,000 σθυαρε µιλεσ ηαϖε βεεν οπενεδ υπ το αιρ τραϖελ βψ ονε οφ τηε µοστ δραµατιχ σχιεντι⇒χ αχηιεϖεµεντσ το χοµε ουτ οφ τηε ωαρ. Ανψωηερε ωιτηιν 1200 µιλεσ οφ ειτηερ οφ Μοτηερ Εαρτη∏σ µαγνετιχ πολεσ, µαγ− νετιχ χοµπασσεσ βεγιν το ϕιϖε ανδ πλανεσ εντερ α σηαδοωψ νο−µαν∏σ−λανδ; τηισ νο−µαν∏σ−λανδ ινχλυδεσ µοστ οφ Χαναδα. Νοω, ωιτη τηε γψρο ⇓υξ γατε χοµπασσ, δεϖελοπεδ βψ ενγινεερσ οφ τηε Βενδιξ Αϖιατιον Χορπορατιον, τηε προβ− λεµ ηασ βεεν σολϖεδ. Τηε ηεαρτ οφ τηε νεω χοµπασσ ισ τηρεε δουβλε−ωουνδ ελεχτροµαγνετσ, φορµινγ τηε σιδεσ οφ αν εθυιλατεραλ τριανγλε. ∆ι⇑ερεντ ϖολτ− αγεσ αρε γενερατεδ ιν εαχη µαγνετ, αχ− χορδινγ το τηε ανγλεσ ατ ωηιχη τηε χοµ− πασσ χυτσ τηε λινεσ οφ φορχε οφ τηε εαρτη. Τηυσ τηε βασισ οφ τηε ινδιχατιον ον τηε χοµπασσ διαλ ισ τηε χοµβινατιον οφ τηε ανγλεσ ανδ ηενχε οφ τηε ϖολταγεσ γενερ− ατεδ. Τηε ρεσυλτινγ χυρρεντ, αµπλι⇒εδ βψ ϖαχυυµ τυβεσ, ισ στεππεδ υπ το συ⇑ι− χιεντ ποωερ το τυρν α µοτορ, τηε σηαφτ οφ ωηιχη µοϖεσ τηε νεεδλε οφ τηε διαλ. ϑΑΝΥΑΡΨ 1894 Τηατ τηε χοντινεντ οφ Ευροπε ισ πασσινγ τηρουγη α χολδ περιοδ ηασ βεεν ποιντεδ ουτ βψ Μ. Φλαµµαριον, τηε Φρενχη αστρονοµερ. ∆υρινγ τηε παστ σιξ ψεαρσ τηε µεαν τεµπερατυρε οφ Παρισ ηασ βεεν αβουτ τωο δεγρεεσ βελοω τηε νορ− µαλ, ανδ Γρεατ Βριταιν, Βελγιυµ, Σπαιν, Ιταλψ, Αυστρια, ανδ Γερµανψ ηαϖε αλσο βεεν γροωινγ χολδ. Τηε χηανγε σεεµσ το ηαϖε βεεν ιν προγρεσσ ιν Φρανχε φορ α λονγ τιµε, τηε γροωτη οφ τηε ϖινε ηαϖ− ινγ βεεν φορχεδ φαρ σουτηωαρδ σινχε τηε τηιρτεεντη χεντυρψ; ανδ α σιµιλαρ χοολ− ινγ ηασ βεεν οβσερϖεδ ασ φαρ αωαψ ασ Ριο δε ϑανειρο. Ιν α ρεχεντ αρτιχλε ιν τηε Αµεριχαν ϑουρναλ οφ Σχιενχε, Μ. Χαρεψ Λεα γιϖεσ αν ιντερεστινγ αχχουντ οφ σοµε οφ ηισ εξπεριµεντσ ιν ωηιχη τηε σαλτσ οφ ϖαρι− ουσ συβστανχεσ ωερε συβϕεχτεδ το γρεατ πρεσσυρε. Τηε αυτηορ σαψσ: Ωε αρε ϕυσ− τι⇒εδ ιν χονχλυδινγ τηατ µανψ οφ τηε σαλτσ οφ εασιλψ ρεδυχιβλε µεταλσ, εσπε− χιαλλψ οφ σιλϖερ, µερχυρψ, ανδ πλατινυµ, υνδεργο ρεδυχτιον βψ πρεσσυρε. Συχη ρεαχτιονσ αρε ενδοτηερµιχ, ανδ ιτ τηερε− Τηε µοδερν τρενδ ιν τηε υσε οφ χηεµιχαλσ φορ τηε χοντρολ οφ ⇒ρε εµπηα− σιζεσ πρεϖεντιον ρατηερ τηαν ⇒ρε ⇒γητ− ινγ, σαψσ Η. Λ. Μινερ, µαναγερ οφ τηε ∆υ Ποντ Χοµπανψ∏σ Σαφετψ ανδ Φιρε Προτεχ− τιον ∆ιϖισιον. Μρ. Μινερ νοτεσ τηατ πα− περ, χλοτη, ανδ ωοοδ νοω χαν βε χηεµ− ιχαλλψ τρεατεδ το µακε τηεµ ινχαπαβλε οφ σπρεαδινγ ⇓αµεσ. Λυµβερ ισ χηεµι− χαλλψ βεινγ µαδε σο ⇒ρε ρεταρδαντ ιτ ισ χλασσι⇒εδ ον α χοµβυστιβιλιτψ σχαλε χλοσ− ερ το ασβεστοσ τηαν το ορδιναρψ ωοοδ. 12 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Τηε ωιδαη βιρδ οφ παραδισε φορε φολλοωσ τηατ µεχηανιχαλ φορχε χαν βρινγ αβουτ ρεαχτιονσ ωηιχη ρεθυιρε εξ− πενδιτυρε οφ ενεργψ. Τηε ενεργψ ισ συπ− πλιεδ βψ µεχηανιχαλ φορχε πρεχισελψ ιν τηε σαµε ωαψ λιγητ, ηεατ, ανδ ελεχτρι− χιτψ συππλψ ενεργψ ιν τηε ενδοτηερµιχ χηανγεσ τηεψ βρινγ αβουτ.∏ Α ωριτερ ναµεδ Ροβινσον, ιν Νινε− τεεντη Χεντυρψ, βρινγσ φορωαρδ α θυιτε πλαυσιβλε εξπλανατιον φορ τηε φαχτ τηατ, ωηιλε µοστ οφ τηε ανιµαλ χρεατιον απ− πεαρ το σωιµ βψ ιντυιτιον, µαν ισ αλ− µοστ αλονε ιν ρεθυιρινγ πρεϖιουσ τραιν− ινγ το κεεπ ηισ ηεαδ αβοϖε ωατερ. Ηε σαψσ ιτ ισ δυε το ουρ δεσχεντ φροµ ραχεσ ωηο ωερε χαϖε ανδ ροχκ δωελλερσ ανδ ροχκ ανδ τρεε χλιµβερσ. Ροβινσον συγ− γεστσ τηατ τηε ηερεδιταρψ ινστινχτ οφ µαν ισ υνφορτυνατελψ το χλιµβ ουτ οφ δανγερ. Ηενχε, υνλεσσ ηε ηασ α νατατορψ εδυχατιον, ηε τηροωσ ηισ αρµσ ατ ονχε αβοϖε ηισ ηεαδ, τηυσ ινχρεασινγ τηε ωειγητ υπον τηε λαττερ, ωηιχη οφ χουρσε, γοεσ τηεν υνδερ ωατερ. Μλλε. Κλυµπκε, ωηο ηασ ϕυστ γαινεδ τηε δεγρεε οφ ∆οχτορ ιν Ματηεµατιχαλ Σχιενχεσ ατ τηε Σορβοννε, ισ τηε ⇒ρστ λαδψ ωηο ηασ οβταινεδ τηατ διστινχτιον. Τηε φολλοωινγ ισ α τρανσλατιον οφ τηε χοµπλιµενταρψ τερµσ ιν ωηιχη Μ. ∆αρ− βουξ αδδρεσσεδ τηε γιφτεδ αυτηορεσσ ιν γραντινγ ηερ τηε δεγρεε: Τηε γρεατ ναµεσ οφ Γαλιλεο, Ηυψγηενσ, Χασσινι, ανδ Λαπλαχε αρε χοννεχτεδ ωιτη τηε ηισ− τορψ οφ εαχη οφ τηε γρεατ αδϖανχεσ ιν τηε αττραχτιϖε βυτ δι⇔χυλτ τηεορψ οφ τηε ρινγσ οφ Σατυρν. Ψουρ ωορκ ισ νοτ α σλιγητ χοντριβυτιον το τηε συβϕεχτ. Τηε Φαχυλτψ ηασ υνανιµουσλψ δεχιδεδ το δεχλαρε ψου ωορτηψ οφ τηε γραδε οφ ∆οχτορ.∏ Τηρουγη τηε κινδνεσσ οφ Μρ. Ω. Στο⇑ρεγν, ιµπορτερ οφ βιρδσ, ωε αρε εν− αβλεδ το γιϖε α ρεπρεσεντατιον οφ τηε βεαυτιφυλ ωιδαη βιρδ οφ παραδισε. Ιτ ισ αν ινηαβιταντ οφ Ωεστερν Αφριχα. Τηε µαλε βιρδ ιν ηισ φυλλ δρεσσ ισ α δεεπ βλαχκ ον τηε ωινγσ, ταιλ, ανδ βαχκ, ωιτη α χολλαρ οφ βριγητ ψελλοω. Τηε ηεαδ ανδ τηροατ αρε αλσο βλαχκ, τηε βρεαστ βεινγ α ριχη ρεδδιση−βροων. Τηε βιρδ ηασ βεεν χοµµονλψ χαλλεδ τηε ωιδοω βιρδ ον αχ− χουντ οφ ιτσ δαρκ χολορ ανδ λονγ τραιν, ασ ωελλ ασ ιν χονσεθυενχε οφ ιτσ εϖιδεντ− λψ δισχονσολατε στατε ωηεν τηε βεαυτι− φυλ ταιλ φεατηερσ ηαϖε φαλλεν ο⇑ αφτερ τηε βρεεδινγ σεασον. Τηε ωιδαη βιρδ µεα− συρεσ βετωεεν ⇒ϖε ανδ σιξ ινχηεσ, εξ− χλυσιϖε οφ τηε ελονγατεδ ταιλ φεατηερσ. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΧΙΤΙΖΕΝ ϑοε Βτφσπλκ ΝΑΣΑ∏σ βιγ−σχιενχε προϕεχτσ ⇒νδ τηεµσελϖεσ ον α ροχκψ χουρσε Copyright 1994 Scientific American, Inc. NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION Φ ορ ηισ Λι∏λ Αβνερ χαρτοονσ, Αλ Χαππ δρεαµεδ υπ α χηαραχτερ ναµεδ ϑοε Βτφσπλκ∇α µαν σο υνλυχκψ τηατ α τινψ ραινχλουδ φολλοωεδ ηιµ ωηερ− εϖερ ηε ωεντ. Αλτηουγη τηε αρτιστ ανδ τηε οριγιναλ χοµιχ στριπ αρε γονε, ϑοε αππαρεντλψ ηασ α νεω ϕοβ: πατρον σαιντ οφ τηε Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον. Ανδ ηε∏σ βεεν ωορκινγ οϖερτιµε. Ιν τηε παστ φεω µοντησ, τηε αγενχψ ηασ εξπεριενχεδ α σεεµινγλψ ενδλεσσ στρινγ οφ βαδ φορτυνε, ινχλυδινγ τηε µψστεριουσ, µισσιον−δεστροψινγ λοσσ οφ χονταχτ ωιτη τηε Μαρσ Οβσερϖερ. Εϖεν τηε Γαλιλεο σπαχεχραφτ∏σ συχχεσσφυλ εν− χουντερ ωιτη τηε αστεροιδ Ιδα λαστ Αυ− γυστ ωασ χοµπροµισεδ βψ αν ινχυραβλε αντεννα προβλεµ τηατ ηασ σιγνι⇒χαντλψ ρεδυχεδ τηε προβε∏σ αβιλιτψ το ρελαψ ιν− φορµατιον βαχκ το τηε εαρτη. Σοµε σετβαχκσ αρε ινεϖιταβλε ιν σπαχε σχιενχε; νο ροχκετ ισ περφεχτλψ ρελιαβλε, νο ινστρυµεντ φοολπροοφ. Βυτ ΝΑΣΑ∏σ ρεχεντ προβλεµσ αρουσε παρτιχυλαρ δισ− απποιντµεντ ανδ φρυστρατιον βεχαυσε τηεψ ινϖολϖε βιγ−σχιενχε προϕεχτσ ωηοσε φαιλυρεσ χαρρψ αν εσπεχιαλλψ ηεαϖψ χοστ το τηε ταξπαψερσ ανδ το τηε σχιεντιστσ ινϖολϖεδ. ∆εσπιτε τηε χηεαπερ, φαστερ, βεττερ πηιλοσοπηψ εσπουσεδ βψ ΝΑΣΑ∏σ χυρρεντ αδµινιστρατορ, ∆ανιελ Σ. Γολδιν, υνωιελδψ σχιεντι⇒χ βεηεµοτησ ρεµαιν αλιϖε ιφ νοτ αλωαψσ ωελλ ατ τηε αγενχψ. Τηε Μαρσ Οβσερϖερ στανδσ ασ α τελλινγ εξαµπλε οφ ηοω ηαρδ τηε τασκ οφ τυρν− ινγ τηε ΝΑΣΑ βαττλεσηιπ χαν βε. Μορε τηαν α δεχαδε αγο τηε ϖεηιχλε ωασ προ− ποσεδ ασ τηε ⇒ρστ οφ α νεω γενερατιον οφ εχονοµιχ, ε⇔χιεντ Οβσερϖερ−χλασσ σπαχεχραφτ. Τηεψ ωερε το εµβοδψ α χοµµον δεσιγν ανδ βε φυρβισηεδ ωιτη λοω−χοστ, ο⇑−τηε−σηελφ τεχηνολογψ. Ιφ τηατ δεσχριπτιον σουνδσ φαµιλιαρ, ιτ σηουλδ. ΝΑΣΑ ηασ σετ σιµιλαρ γοαλσ φορ ιτσ προποσεδ ∆ισχοϖερψ−χλασσ µισ− σιονσ, τηε ⇒ρστ οφ ωηιχη, ιρονιχαλλψ, ωιλλ γο το Μαρσ. ∆ισχοϖερψ ισ ωηερε τηε Οβ− σερϖερ µισσιονσ ωερε 10 ψεαρσ αγο, ρε− ⇓εχτσ Λαρρψ Ω. Εσποσιτο οφ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Χολοραδο, ωηο ισ χυρρεντλψ δραω− ινγ υπ πλανσ φορ α ποσσιβλε ∆ισχοϖερψ µισσιον το ςενυσ. Τηε Οβσερϖερ προγραµ νεϖερ ωον οϖερ Χονγρεσσ ορ τηε Ο⇔χε οφ Μαναγε− µεντ ανδ Βυδγετ, ηοωεϖερ. Σο τηε Μαρσ Υ.Σ.−ΡΥΣΣΙΑΝ ΣΠΑΧΕ ΣΤΑΤΙΟΝ, σηοων ιν τηισ χοµπυτερ−γενερατεδ µοχκυπ, ηιντσ ατ α νεω, ιντερνατιοναλ σπιριτ τηατ µαψ ηελπ ρεϖιϖε ΝΑΣΑ. Οβσερϖερ βεχαµε α ονε−οφ−α−κινδ ορ− πηαν. Τηε χοστ σαϖινγσ ασσοχιατεδ ωιτη βυιλδινγ µυλτιπλε σπαχεχραφτ ϖανισηεδ, ανδ τηε Μαρσ Οβσερϖερ γρεω µορε χοµ− πλιχατεδ ανδ εξπενσιϖε ασ σπαχε σχιεν− τιστσ ανδ ΝΑΣΑ ο⇔χιαλσ τριεδ το εξπανδ ιτσ χαπαβιλιτιεσ ασ µυχη ασ ποσσιβλε. Ωηεν τηε σπαχε σηυττλε Χηαλλενγερ εξ− πλοδεδ ιν 1986, τηε Μαρσ Οβσερϖερ εν− χουντερεδ εξτενσιϖε δελαψσ τηατ δροϖε ιτσ πριχε εϖεν ηιγηερ. Εϖεν βεφορε ρεαχηινγ Μαρσ, τηε Οβ− σερϖερ προϕεχτ ηαδ χονσυµεδ ρουγηλψ ∃850 µιλλιον. Φορ τηατ µονεψ, ΝΑΣΑ πυτ τογετηερ α σοπηιστιχατεδ συιτε οφ ινστρυ− µεντσ δεσιγνεδ το χονϖεψ ινφορµατιον ον τηε γεολογψ, µινεραλογψ ανδ χλιµατε οφ Μαρσ. Ιτ ωουλδ ηαϖε βεεν τηε ⇒ρστ Υ.Σ. µισσιον το τηε Ρεδ Πλανετ σινχε ςικινγ ιν 1976. Υνφορτυνατελψ, τηε Μαρσ Οβσερϖερ στοππεδ χοµµυνιχατινγ ϕυστ βεφορε ιτ ρεαχηεδ ιτσ δεστινατιον. Ασ ϑοην Πικε οφ τηε Φεδερατιον οφ Αµερι− χαν Σχιεντιστσ ποιντσ ουτ, τηε λοσσ οφ τηε Μαρσ Οβσερϖερ υνδερσχορεσ ΝΑΣΑ∏σ νεεδ φορ α σελεχτιον προχεσσ τηατ δοεσ νοτ ενχουραγε εϖερψονε ιν τηε σχιεν− τι⇒χ χοµµυνιτψ το πυτ αλλ τηειρ εγγσ ιν ονε βασκετ. Ινδεεδ, ΝΑΣΑ∏σ φολλοω−υπ στρατεγψ φορ εξπλορινγ Μαρσ αλρεαδψ ενϖισιονσ χηεαπ− ερ ανδ µορε διϖερσι⇒εδ µισσιονσ. Ιν 1996 ΝΑΣΑ ηοπεσ το λαυνχη α τεχηνολο− γψ τεστ βεδ φορ τηε Μαρσ Ενϖιρονµενταλ Συρϖεψ (ΜΕΣΥΡ), ωηιχη ωουλδ φορµ παρτ οφ α νετωορκ οφ ασ µανψ ασ α δοζεν λοω−χοστ σχιεντι⇒χ στατιονσ σχαττερεδ αχροσσ τηε συρφαχε οφ Μαρσ. ΜΕΣΥΡ µαψ εσταβλιση α µορε ιντερνατιοναλ ⇓αϖορ ατ ΝΑΣΑ. Ατ α µεετινγ λαστ Μαψ ιν Ωιεσ− βαδεν, Γερµανψ, ρεπρεσεντατιϖεσ οφ τηε ωορλδ∏σ µαϕορ σπαχε προγραµσ, ινχλυδ− ινγ ΝΑΣΑ, τηε Ευροπεαν Σπαχε Αγενχψ ανδ τηε Ρυσσιαν Σπαχε Αγενχψ, µετ το χοορδινατε τηειρ πλανσ φορ εξπλορινγ Μαρσ. Λουισ Φριεδµαν, εξεχυτιϖε διρεχ− τορ οφ τηε Πλανεταρψ Σοχιετψ, ηεαρτιλψ εν− δορσεσ ΝΑΣΑ∏σ νεωφουνδ χοοπερατιϖε σπιριτ, αλτηουγη ηε ωορριεσ τηατ εφφορτσ το ινϖολϖε ιντερνατιοναλ παρτνερσ ιν ΜΕΣΥΡ ηαϖεν∏τ γονε φαρ ενουγη. Φορ τηε µοµεντ, Χονγρεσσ σεεµσ το αγρεε τηατ ΝΑΣΑ ισ ον α προµισινγ τρα− ϕεχτορψ; τηε τεντατιϖε 1994 αππροπρια− τιονσ βιλλ φορ τηε αγενχψ σιγνι⇒χαντλψ ιν− χρεασεσ φυνδσ βοτη φορ ΜΕΣΥΡ ανδ φορ τηε σεχονδ ∆ισχοϖερψ µισσιον, τηε Νεαρ Εαρτη Αστεροιδ Ρενδεζϖουσ. Ι∏µ ϖερψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 17 οπτιµιστιχ, Εσποσιτο σαψσ. Ιτ σηοωσ τηατ ΝΑΣΑ ανδ Χονγρεσσ αρε χοµµιττεδ το ⇓ψινγ φαστερ, χηεαπερ µισσιονσ. Ωηιλε Γολδιν αττεµπτσ το νυδγε ΝΑΣΑ τοωαρδ µορε σµαλλ, ηιγη−τεχη ϖεντυρεσ, ηε µυστ αλσο µακε τηε βεστ οφ σεϖεραλ τρουβλεδ βιγ−σχιενχε προϕεχτσ αλρεαδψ υνδερ ωαψ. Ιτ∏σ ιρονιχ, βυτ Γολδιν∏σ συχ− χεσσ ισ λινκεδ το ηαϖινγ το ⇒ξ τηε µισ− τακεσ οφ τηε παστ, νοτεσ ϑοην Μ. Λογσ− δον, α σπαχε πολιχψ αναλψστ ατ Γεοργε Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ. ΝΑΣΑ ηασ αλ− ρεαδψ δεϖισεδ ⇒ξεσ φορ τηε νεαρσιγητεδ Ηυββλε Σπαχε Τελεσχοπε, ανδ Γαλιλεο χοντινυεσ το τρανσµιτ ϖαλυαβλε σχιεντιφ− ιχ ρεσυλτσ δεσπιτε ιτσ φαυλτψ αντεννα. Ιν ρεσπονσε το χονγρεσσιοναλ πρεσ− συρε, ΝΑΣΑ ηασ αλσο πλαχεδ σεϖεραλ υπ− χοµινγ µισσιονσ ον βυδγεταρψ διετσ. Τηε αγενχψ ηασ παρεδ βαχκ βοτη τηε Χασσινι µισσιον το Σατυρν ανδ τηε αµ− βιτιουσ ⇓εετ οφ σατελλιτεσ τηατ ωιλλ µακε υπ τηε Εαρτη Οβσερϖινγ Σψστεµ. Τηε Αδϖανχεδ Ξ−ραψ Αστροπηψσιχσ Φαχιλιτψ, α σατελλιτε οβσερϖατορψ τηατ ωουλδ χοµ− πλεµεντ Ηυββλε ανδ τηε Χοµπτον Γαµ− µα Ραψ Οβσερϖατορψ, ηασ βεεν σπλιτ ιντο τωο σµαλλερ ινστρυµεντσ, ονλψ ονε οφ ωηιχη ισ ον τραχκ το ρεχειϖε χονγρεσ− σιοναλ φυνδινγ. Πικε δρψλψ ρεµαρκσ τηατ σο φαρ χηεαπερ, φαστερ, βεττερ∏ ηασ τυρνεδ ουτ το µεαν λεσσ.∏ Νοτ συρπρισινγλψ, τηε σπαχε στατιον∇ ΝΑΣΑ∏σ πορκιεστ προϕεχτ∇ισ αλσο ιν διρε πολιτιχαλ τρουβλε. Τηε στατιον ισ αλρεαδψ ψεαρσ βεηινδ σχηεδυλε ανδ βιλλιονσ οφ δολλαρσ οϖερ τηε βυδγετ ενϖισιονεδ βψ Πρεσιδεντ Ροναλδ Ρεαγαν 10 ψεαρσ αγο. Λαστ συµµερ α µεασυρε ιν τηε Ηουσε οφ Ρεπρεσεντατιϖεσ το κιλλ τηε στατιον φαιλεδ βψ ϕυστ ονε ϖοτε. Ψετ αλτηουγη Χονγρεσσ συβσεθυεντλψ τερµινατεδ τηε Συπερχονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ, τηε στατιον σολδιερσ ον. Τηε σπαχε στατιον∏σ νεω λεασε ον λιφε ισ ⇒νανχεδ βψ τηε γροωινγ δετεντε βε− τωεεν τηε Υ.Σ. ανδ Ρυσσια. Λαστ Αυγυστ, ςιχε Πρεσιδεντ Αλ Γορε ανδ Πριµε Μιν− ιστερ ςικτορ Σ. Χηερνοµψρδιν σιγνεδ αν αχχορδ προµισινγ χοοπερατιον βετωεεν τηε τωο νατιονσ∏ σπαχε προγραµσ. Γολ− διν ρεχεντλψ ουτλινεδ α τηρεε−σταγε πλαν το χοµβινε τηε ρεϖαµπεδ σπαχε στατιον Αλπηα ωιτη τηε Ρυσσιαν στατιον Μιρ βψ 2001, τωο ψεαρσ εαρλιερ τηαν τηε χυρρεντ σχηεδυλε φορ Αλπηα αλονε. Γολδιν χλαιµσ συχη αν αρρανγεµεντ χουλδ σαϖε υπ το ∃3.5 βιλλιον. Μεανωηιλε ηε ισ δραστιχαλλψ χυττινγ τηε σιζε οφ τηε σπαχε στατιον µαναγεµεντ τεαµ. Σο, ιρονιχ τηουγη ιτ µαψ σεεµ, τηε βαττερεδ ανδ βλοατεδ σπαχε στατιον µιγητ ψετ βε τηε ϖεηιχλε τηατ χαρριεσ ΝΑΣΑ ιντο α φυτυρε χηαραχτεριζεδ βψ τηε ε⇔χιενχιεσ τηατ σηουλδ αχχοµπανψ ιν− τερνατιοναλ χοοπερατιον. Τηε ρεµοδελεδ σπαχε στατιον, Φριεδµαν σαψσ, χουλδ σερϖε ασ τηε χορε οφ αν ιντερνατιοναλλψ χονσχιουσ ΝΑΣΑ τηατ ωιλλ µοϖε αωαψ φροµ µασσιϖε, αυταρκιχ προϕεχτσ συχη ασ τηε Μαρσ Οβσερϖερ. Το αχχοµπλιση συχη α χηανγε, ΝΑΣΑ ωιλλ νεεδ, ιν Πικε∏σ ωορδσ, σιγνι⇒χαντ ρεστρυχτυρινγ: στρονγερ λονγ−ρανγε πλαννινγ ανδ µορε εφφιχιεντ µαναγεµεντ (ανδ, οφ χουρσε, α σµαλλ βουτ οφ γοοδ λυχκ). Τιµε ωιλλ τελλ ωηετηερ Γολδιν∏σ τεαµ ατ ΝΑΣΑ χαν εξ− ορχισε ϑοε Βτφσπλκ. ∇Χορεψ Σ. Ποωελλ Γεττινγ α Νεω Ρισε ουτ οφ Συπερχονδυχτορσ Α TEMPERATURE (KELVINS) voiding pressure is usually good pounds could be cooled with the plications, with a chemical substituadvice—but not for scientists common (but environmentally hostile) tion. By replacing one of the elements trying to get ceramics to become su- coolant freon. The pressure, achieved with a smaller one, they would lessen perconducting at higher temperatures. by placing a sample in a vise, appar- the distance between copper oxide Indeed, putting the squeeze on mer- ently moves the layers of copper ox- layers. In fact, Chu and his colleagues cury-barium-calcium–copper oxide, a ide in the material closer together. used such a strategy to discover the new family of ceramic superconduc- For some unknown reason, the prox- superconductor yttrium-barium–coptor discovered last year, has boosted imity enables the electrons to flow per oxide in 1987. The surging competition is reminisits transition temperature to record more freely. The investigators hope levels. “We now have a new set of re- to sidestep the high pressures, which cent of the early days of high-tempersults of 164 kelvins at 300 kilobars render the results impractical for ap- ature superconductivity, when records seemed to fall every [about 300,000 atmofew months and un300 ROOM TEMPERATURE spheres],” says Paul C. confirmed reports hinted W. Chu of the University 280 at superconducting tranof Houston. sitions at room temperaThe as yet unpubMERCURY-BARIUM160 ture. Although the new lished result comes on CALCIUM–COPPER OXIDE (UNDER PRESSURE) mercury oxides have rethe heels of two other FREON 140 invigorated the chase, high-pressure reports, THALLIUM-BARIUMphysicists will not be one by Chu and the othCALCIUM–COPPER OXIDE 120 dumping their supply of er by Manuel NuezBISMUTH-STRONTIUMCALCIUM–COPPER OXIDE cryogen just yet. The Regueiro of the CNRS 100 mercury compounds do in Grenoble and their YTTRIUM-BARIUM–COPPER OXIDE not seem to be able to colleagues. The groups 80 LIQUID NITROGEN go much higher. “At this found that the mercury moment, the empirical compound, called 1223 60 LANTHANUM-BARIUM– data suggest we can go (for the ratio of the COPPER OXIDE to 180 kelvins,” Chu compound’s first four 40 NIOBIUM-NITROGEN NIOBIUM-GERMANIUM says in a somewhat disconstituent elements), NIOBIUM-TIN NIOBIUM appointed tone. But the becomes superconduct20 MERCURY 180-degree view still ing above 153 kelvins shows just how far critiat 150,000 atmospheres 0 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 cal temperatures have and 157 kelvins at YEAR come since supercon200,000 atmospheres. Those critical tempera- ΧΡΙΤΙΧΑΛ ΤΕΜΠΕΡΑΤΥΡΕΣ ρεµαινεδ βελοω 23 κελϖινσ υντιλ τηε ductivity was discovered in 1911. —Philip Yam tures mean the com- δισχοϖερψ οφ τηε χοππερ οξιδεσ ιν τηε λατε 1980σ. 18 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. LAURIE GRACE ΤΕΛΕΧΟΜΜΥΝΙΧΑΤΙΟΝΣ ΧΑΒΛΕΣ στρετχη αχροσσ τηουσανδσ οφ κιλοµετερσ οφ οχεαν ωηερε γεοπηψσιχαλ δατα αρε νοτ χυρ− ρεντλψ αϖαιλαβλε. Τηισ µαπ σηοωσ τηε χοαξιαλ χαβλεσ τηατ αρε ΕΘ, Πηονε Ηοµε Υνδερσεα τελεπηονε χαβλεσ χουλδ σερϖε ασ σεισµιχ δετεχτορσ Χ οννεχτιϖιτψ ισ τηε ωαψ οφ τηε 1990σ, ανδ εαρτη σχιεντιστσ αρε γεττινγ ιν ον τηε αχτ. Τηεψ ηαϖε α νεω µισσιον φορ τηε τρανσοχεανιχ τελεπηονε ωιρεσ τηατ ΑΤ&Τ ανδ οτηερ λονγ−διστανχε τελεπηονε χοµπανιεσ αρε ραπιδλψ ρεπλαχινγ ωιτη φιβερ−οπτιχ χα− βλεσ. Οϖερ τηε παστ φεω ψεαρσ, α νυµβερ οφ εαρτη σχιεντιστσ, ινχλυδινγ Χηαρλεσ Ηελσλεψ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ηαϖε προποσεδ τηατ τηε οβσολεσχεντ χα− βλεσ χουλδ προϖιδε τηε ινφραστρυχτυρε φορ α νετωορκ οφ ινστρυµεντσ τηατ ωουλδ µονιτορ εαρτηθυακεσ, οχεαν χυρ− ρεντσ ανδ οτηερ ασπεχτσ οφ τηε δεεπ− οχεαν ενϖιρονµεντ. Τηερε∏σ α λοτ οφ χοππερ τηατ χροσσεσ τηε οχεανσ, Ηελσ− λεψ χοµµεντσ. Ιτ∏σ ϕυστ α µιλλστονε αρουνδ τηε χοµπανψ∏σ νεχκ, βυτ ιτ χουλδ βε ϖερψ ϖαλυαβλε φροµ τηε σχιεν− τιφιχ ποιντ οφ ϖιεω. Τελεπηονε χαβλεσ οφφερ α ωαψ το γετ ποωερ ιντο ανδ ινφορµατιον ουτ οφ δε− ϖιχεσ ιν συχη ρεµοτε λοχατιονσ ασ τηε Ινδιαν Οχεαν ανδ τηε σουτηερν Παχιφιχ. Τηεψ χαν αλσο δελιϖερ αχχυρατε τιµινγσ οφ σεισµιχ εϖεντσ ιν ουτ−οφ−τηε−ωαψ πλαχεσ, νοτεσ Ρηεττ Βυτλερ οφ τηε Ινχορ− πορατεδ Ρεσεαρχη Ινστιτυτιονσ φορ Σεισ− µολογψ ( ΙΡΙΣ ). Ριγητ νοω σεισµοµετερ χοϖεραγε ισ ϕυστ αβουτ ζερο ιν τηε οχεανσ εξχεπτ φορ α φεω ισλανδσ, Ηελσ− λεψ σαψσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. βεινγ ϕοινεδ ορ ρεπλαχεδ βψ φιβερ−οπτιχ λινεσ; τηοσε σηοων ιν ρεδ µαψ σοον ασσυµε α σεχονδ, σχιεντι⇒χ λιφε ασ παρτ οφ αν υν− δερσεα σεισµιχ ανδ οχεανογραπηιχ νετωορκ. Μανψ οφ τηεσε χαβλεσ χοϖερ αρεασ οφ γρεατ σχιεντιφιχ ιντερεστ. Αλαν Χηαϖε οφ τηε Ωοοδσ Ηολε Οχεανογραπηιχ Ινστιτυ− τιον ποιντσ το Τρανσατλαντιχ−5, α χαβλε τηατ πασσεσ τηρουγη τηε Γυλφ Στρεαµ ανδ χροσσεσ τηε Μιδ−Ατλαντιχ Ριδγε. Εϖεν τηε χαβλεσ τηατ αρε λεσσ αττραχτιϖε− λψ λοχατεδ χουλδ βε πυλλεδ υπ ανδ ρεδε− πλοψεδ ιν µορε ιντερεστινγ πλαχεσ. Τηε δρεαµ οφ ασσεµβλινγ α συβ− οχεανιχ σεισµιχ νετωορκ µοϖεδ σηαρπλψ τοωαρδ ρεαλιτψ φουρ ψεαρσ αγο, ωηεν τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τοκψο ανδ ΙΡΙΣ ασσυµεδ χοντρολ οφ α στρετχη οφ Τρανσ−Παχιφιχ Χα− βλε−1, ωηιχη εξτενδσ φροµ Γυαµ το ϑα− παν. Πλανσ χαλλεδ φορ σπλιχινγ τηρεε σεα− φλοορ οβσερϖατοριεσ ιντο τηε χαβλε. Χοµ− πλετιον οφ τηατ προϕεχτ αωαιτσ σολυτιον οφ φυνδινγ προβλεµσ ιν ϑαπαν. ΑΤ&Τ ηασ βεεν γενερουσ αβουτ δονατινγ ολδ χαβλεσ, βυτ ηαυλινγ τηεµ υπ φροµ τηε σεαφλοορ ανδ ατταχηινγ ινστρυµεντατιον αρε θυιτε χοστλψ∇αβουτ ∃1 µιλλιον α σπλιχε, εστιµατεσ Χηαρλεσ Σ. ΜχΧρεερψ, αλσο ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι. ΜχΧρεερψ ανδ ϖαριουσ χολλεαγυεσ οφ ηισ αρε λοοκινγ ατ α χηεαπερ ωαψ το γετ ον−λινε. ΜχΧρεερψ ισ ινϖεστιγατινγ δε− ϖιχεσ τηατ ωουλδ ατταχη το τηε τελε− πηονε χαβλεσ ωιτηουτ πενετρατινγ τηεµ ανδ ωουλδ µαγνετιχαλλψ ινδυχε αν ελεχ− τριχαλ σιγναλ. Συχη αν αππροαχη χουλδ βε δονε ατ αν ορδερ οφ µαγνιτυδε λεσσ χοστ, ηε συγγεστσ. Τιµε ισ οφ τηε εσ− σενχε ιν βυιλδινγ αν υνδερσεα νετωορκ. Χαβλε σψστεµσ αρε βεινγ ρετιρεδ φροµ σερϖιχε φαστερ τηαν τηε σχιεντι⇒χ χοµ− µυνιτψ χαν µοβιλιζε φυνδινγ το αχθυιρε τηε σψστεµσ φορ σχιενχε, αχχορδινγ το α ρεχεντ ΙΡΙΣ ρεπορτ. Τηε ⇒ρστ πριοριτψ ισ το σαϖε τηε σηορε εθυιπµεντ, Βυτλερ σαψσ. Τωο τρανσατλαντιχ χαβλεσ ηαϖε αλ− ρεαδψ βεεν τορν ουτ ανδ τηειρ σηορε εθυιπµεντ δεχοµµισσιονεδ. Φορτυνατελψ, σοµε σχιεντιφιχ ωορκ ον αβανδονεδ χαβλεσ νεεδσ ονλψ βασιχ ιν− στρυµεντατιον∇ανδ ηενχε ϖερψ λιττλε µονεψ. Νατυραλ ελεχτριχ χυρρεντσ εξιστ ιν τηε οχεανσ βεχαυσε οφ φλυχτυατιονσ ιν τηε εαρτη∏σ µαγνετιχ φιελδ, τηε ιντερ− αχτιον οφ τηατ φιελδ ωιτη οχεανιχ χιρχυλα− τιον, ανδ χηανγεσ τακινγ πλαχε δεεπ ωιτηιν τηε εαρτη∏σ µεταλλιχ χορε. Μονι− τορινγ τηε ελεχτροµαγνετιχ πηενοµενα νεχεσσιτατεσ λιττλε µορε τηαν ατταχηινγ αν εξχεεδινγλψ σενσιτιϖε ϖολτµετερ το α τελεπηονε χαβλε ανδ ωατχηινγ ωηατ ηαππενσ οϖερ περιοδσ ρανγινγ φροµ δαψσ το ψεαρσ. Συχη ινφορµατιον ωιλλ ηελπ ρεσεαρχη− ερσ µαπ τηε ελεχτριχαλ χονδυχτιϖιτψ οφ τηε ουτερ λαψερσ οφ τηε εαρτη ανδ σηουλδ ψιελδ σηαρπερ υνδερστανδινγ οφ λαργε− σχαλε οχεαν χιρχυλατιον. Πρελιµιναρψ στυδιεσ χονδυχτεδ ον τηε Ηαωαιι−1 χα− βλε ιν τηε εαστερν Παχιφιχ λοοκ προµισ− ινγ. Χηαϖε ρεχεντλψ ρεχειϖεδ α τωο−ψεαρ γραντ φροµ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουν− δατιον το ατταχη ινστρυµεντσ το α λεγ οφ Τρανσ−Παχιφιχ Χαβλε−1. Φορ νοω, φυνδινγ φορ οχεαν−βοττοµ οβσερϖατοριεσ ισ µοδεστ, ϖερψ µοδεστ, ιν Βυτλερ∏σ ωορδσ, σο ρεσεαρχηερσ αρε σχαλινγ τηειρ πλανσ αχχορδινγλψ. Ασ Ηελ− σλεψ ϕοκινγλψ πυτσ ιτ, ηε ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ ϕυστ ωαντ α τελεπηονε βοοτη ον τηε σεαφλοορ ωε χαν ηοοκ α µοδεµ οντο. ∇Χορεψ Σ. Ποωελλ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 19 Α ∆αρκ Ματτερ Αστρονοµερσ µαψ βε χλοσινγ ιν ον τηε ινϖισιβλε χοσµιχ µαϕοριτψ Α ↔ τηερεαφτερ Παχζψνσκι ανδ ηισ χο−ωορκ− ερσ αννουνχεδ α τηιρδ, σιµιλαρ εϖεντ σεεν τοωαρδ τηε χεντερ οφ ουρ γαλαξψ. Αλλ τηε οβσερϖεδ εϖεντσ δισπλαψ ονε οφ τηε µοστ τελλινγ χηαραχτεριστιχσ οφ µιχρολενσινγ : α σλοω βριγητενινγ φολ− λοωεδ βψ α περφεχτλψ σψµµετριχαλ διµ− µινγ. Νο κνοων κινδ οφ ϖαριαβλε σταρ ορ οτηερ αστρονοµιχαλ οβϕεχτ ωουλδ σηοω συχη α παττερν. Μορεοϖερ, τηε Φρενχη ανδ Υ.Σ.−Αυστραλιαν γρουπσ χαν δεµονστρατε τηατ τηε σταρσ διδ νοτ χηανγε χολορ δυρινγ τηε εϖεντ∇α τραιτ εξπεχτεδ οφ µιχρολενσινγ βυτ ονε νοτ σηαρεδ βψ κνοων ϖαριαβλε σταρσ. Σο ηαϖε αστρονοµερσ ⇒ναλλψ σολϖεδ τηε ριδδλε οφ τηε δαρκ µαττερ? Ωελλ, νοτ εξαχτλψ. Φιρστ οφ αλλ, τηε ρεσεαρχηερσ χουλδ βε λοοκινγ ατ α νεω κινδ οφ ϖαρι− αβλε σταρ. Σεχονδ, τηε δατα αρε ιµπρεσ− σιϖε βυτ βψ νο µεανσ περφεχτ. Γριεστ ποιντσ το α στρανγε−λοοκινγ δατα ποιντ ιν ηισ λιγητ χυρϖε τηατ στιλλ µακεσ µε νερϖουσ. Ανδ τηε ιδεντιτψ οφ τηε µι− χρολενσινγ οβϕεχτσ ρεµαινσ αµβιγυουσ. Βασεδ ον τηε δυρατιον οφ τηε δετεχτεδ εϖεντσ, τηε τηρεε γρουπσ χαλχυλατε τηατ τηεψ ηαϖε προβαβλψ ρεχορδεδ βοδιεσ µυχη λεσσ µασσιϖε τηαν τηε συν. Βυτ συχη εστιµατεσ χονταιν χονσιδεραβλε υνχερταιντψ; τηε οβϕεχτσ δετεχτεδ σο φαρ χουλδ αχτυαλλψ βε σολαρ−µασσ σταρσ, ωηιχη εµιτ τοο µυχη λιγητ το µακε υπ α συβσταντιαλ παρτ οφ τηε δαρκ ηαλο οφ τηε Μιλκψ Ωαψ. Τηε ρεσεαρχηερσ αρε ραχινγ το αναλψζε µορε δατα σο τηεψ χαν εσταβλιση υσεφυλ στατιστιχσ ον τηε τοταλ αµουντ οφ µαττερ τιεδ υπ ιν δαρκ, λοω−µασσ ΜΑΧΗΟσ. Ωε∏ρε χρανκινγ ρεαλλψ ηαρδ, Γριεστ ρεπλιεσ, µορε τηαν ονχε, ωηεν ασκεδ αβουτ ηισ γρουπ∏σ προγρεσσ. Τηατ εαγερ− νεσσ το υνχοϖερ α πρεϖιουσλψ υνδετεχτ− εδ χοµπονεντ οφ τηε υνιϖερσε∇ονε τηατ µαψ ουτωειγη αλλ τηε ϖισιβλε σταρσ ιν τηε νιγητ σκψ∇ισ εασψ το υνδερστανδ. Ασ Γριεστ ρε⇓εχτσ, ιφ ηισ ρεσυλτσ παν ουτ, ωε∏ρε σταρτινγ α ωηολε νεω ⇒ελδ οφ αστρονοµψ. ∇Χορεψ Σ. Ποωελλ MACHO PROJECT νψβοδψ ωηο εϖερ δουβτεδ τηατ να− τυρε ηασ α περϖερσε σενσε οφ ηυ− µορ σηουλδ χονσιδερ τηε πλιγητ οφ τηε αστρονοµερσ τρψινγ το µαπ ουτ τηε στρυχτυρε οφ τηε χοσµοσ. Μοστ οφ τηε µασσ οφ τηε υνιϖερσε σεεµσ το εξιστ ασ σοµε φορµ οφ δαρκ µαττερ τηατ ισ ινϖισιβλε τηρουγη ανψ κινδ οφ τελεσχοπε. Στυδιεσ οφ ηοω γαλαξιεσ ροτατε ανδ µοϖε αβουτ ονε ανοτηερ ινδιχατε τηατ τηεψ αρε ενϖελοπεδ ιν ηαλοσ οφ συχη µατερι− αλ. Βυτ ρεσεαρχηερσ δο νοτ κνοω ωηατ δαρκ µαττερ ισ µαδε οφ. Τηεψ ηαϖε χον− σιδερεδ εϖερψτηινγ φροµ υνδισχοϖερεδ συβατοµιχ παρτιχλεσ το σνοωβαλλσ ⇓οατ− ινγ ιν σπαχε. Νοω ατ λαστ τηεψ ηαϖε α χλυε. Τηρεε τεαµσ ηαϖε µαδε οβσερϖατιονσ ηιντινγ τηατ ατ λεαστ σοµε οφ τηε δαρκ µαττερ συρρουνδινγ ουρ γαλαξψ χονσιστσ οφ διµινυτιϖε ρελατιϖεσ οφ τηε συν: φαιντ, λοω−µασσ σταρσ ανδ βροων δωαρφσ, οβ− ϕεχτσ λαργερ τηαν πλανετσ βυτ στιλλ τοο σµαλλ το σηινε λικε σταρσ. Κιµ Γριεστ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν ∆ι− εγο ηασ χολλεχτιϖελψ δυββεδ συχη οβ− ϕεχτσ ΜΑΧΗΟσ (µασσιϖε χοµπαχτ ηαλο οβϕεχτσ)∇α ριποστε το ηισ παρτιχλε πηψσ− ιχιστ χολλεαγυεσ ωηο προποσε τηατ δαρκ µαττερ ισ χοµποσεδ οφ ΩΙΜΠσ (ωεακλψ ιντεραχτινγ µασσιϖε παρτιχλεσ). Τηε κεψ θυεστιον τηατ ηασ δαυντεδ ρεσεαρχηερσ αττεµπτινγ το λεαρν αβουτ δαρκ µαττερ ισ, Ηοω χαν ονε ιδεντιφψ σοµετηινγ τηατ χαννοτ βε σεεν? Ιν 1986 ↔ Βοδηαν Παχζψνσκι οφ Πρινχετον Υνιϖερ− σιτψ ρεαλιζεδ τηατ αστρονοµερσ χουλδ, ιν πρινχιπλε, περχειϖε τηε γραϖιτατιοναλ τυγ προδυχεδ βψ ΜΑΧΗΟσ εϖεν τηουγη τηε οβϕεχτσ τηεµσελϖεσ αρε νεαρλψ υνδε− τεχταβλε. Εινστειν∏σ τηεορψ οφ ρελατιϖιτψ στατεσ τηατ γραϖιτψ χαν βενδ λιγητ. Ιφ α ΜΑΧΗΟ ωερε το πασσ βετωεεν τηε εαρτη ανδ α µορε δισταντ σταρ, ιτσ γραϖιτατιον− αλ ⇒ελδ ωουλδ αχτ ασ α µαγνιφψινγ λενσ, βενδινγ ανδ φοχυσινγ λιγητ φροµ τηε βαχκγρουνδ σταρ. Βεχαυσε οφ τηατ ε⇑εχτ, τηε βαχκγρουνδ σταρ ωουλδ αππεαρ βριγητερ τηαν νορµαλ. Ασ τηε ΜΑΧΗΟ χοντινυεδ ον ιτσ πατη, ιτ ωουλδ µοϖε ουτ οφ αλιγνµεντ, ανδ τηε σταρ ωουλδ ρετυρν το ιτσ υσυαλ βριγητνεσσ. ↔ Παχζψνσκι ρεαλιζεδ τηατ σεαρχηινγ φορ συχη αν εϖεντ∇κνοων ασ γραϖιτατιοναλ µιχρολενσινγ∇ωουλδ ρεθυιρε µονιτορ− ινγ τηε εξαχτ βριγητνεσσεσ οφ ηυγε νυµβερσ οφ σταρσ οϖερ αν εξτενδεδ δυ− ρατιον. Ιν 1986 ιτ ωασ σχιενχε ⇒χτιον∇ τηε τεχηνολογψ ωασν∏τ τηερε το µονιτορ ↔ α µιλλιον σταρσ, Παχζψνσκι ρεχαλλσ. Σινχε τηεν, ιµπροϖεδ διγιταλ λιγητ δε− τεχτορσ ανδ ηιγη−σπεεδ χοµπυτερσ ηαϖε σωιφτλψ τρανσφορµεδ ⇒χτιον ιντο α πραχ− τιχαλ ρεαλιτψ. Βψ 1993 ατ λεαστ τηρεε σετσ οφ ινϖεστιγατορσ (α Υ.Σ.−Αυστραλιαν τεαµ λεδ βψ Χηαρλεσ Αλχοχκ οφ Λαωρενχε Λιϖ− ερµορε Νατιοναλ Λαβορατορψ, α Υ.Σ.−Πολ− ιση γρουπ λεδ βψ Παχζψνσκι ανδ α Φρενχη ↔ χολλαβορατιον ηεαδεδ βψ Μιχηελ Σπιρο οφ τηε Σαχλαψ Ρεσεαρχη Χεντερ ιν Φρανχε) ηαδ βεγυν α δετερµινεδ ηυντ φορ τηε βλιπσ οφ λιγητ τηατ µιγητ σεττλε τηε δαρκ µαττερ θυεστιον. Λαστ φαλλ αλλ τηρεε τεαµσ ρεπορτεδ τεντατιϖε σιγητινγσ οφ τηε µι− χρολενσινγ πηενοµενον∇α ραπιδ−⇒ρε ↔ συχχεσσιον οφ ρεσυλτσ τηατ Παχζψνσκι ρεφερσ το ασ στιµυλατεδ εµισσιον. Γριεστ, ωηο παρτιχιπατεσ ιν Αλχοχκ∏σ γρουπ, ρεχουντσ τηατ ηε ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ ηαδ βεεν µονιτορινγ 1.8 µιλλιον σταρσ ιν τηε Λαργε Μαγελλανιχ Χλουδ, ονε οφ τηε Μιλκψ Ωαψ∏σ σατελλιτε γαλαξ− ιεσ, φορ νεαρλψ α ψεαρ ωιτηουτ δετεχτινγ ανψτηινγ υνυσυαλ. Ωε ωερε ρεαδψ το πυτ υππερ λιµιτσ ον τηε αµουντ οφ ΜΑΧΗΟ δαρκ µαττερ ωηεν ουτ ποππεδ α γοοδ εϖεντ, ηε ρεπορτσ. Ασ τηε νεωσ σπρεαδ τηρουγη τηε χολλαβορατιον, ρυ− µορσ βεγαν το χιρχυλατε τηατ τηε Φρενχη τεαµ ηαδ ϕυστ ρεχορδεδ αν εϖεντ οφ ιτσ οων. Τηε τωο γρουπσ ενδεδ υπ µακινγ σιµυλτανεουσ αννουνχεµεντσ. Σηορτλψ ΣΤΕΛΛΑΡ ΒΡΙΓΗΤΕΝΙΝΓ (σεεν ιν τηε χεντερ οφ τηεσε διγιταλ ιµαγεσ) ισ τηουγητ το ρεσυλτ φροµ τηε γραϖιτατιοναλ πυλλ οφ αν 20 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 υνσεεν βοδψ∇ποσσιβλψ τηε λονγ−σουγητ δαρκ µαττερ ∇ τηατ πασσεδ βετωεεν τηε εαρτη ανδ α µορε δισταντ σταρ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Βιοωαρφαρε Ωαρσ Χριτιχσ ασκ ωηετηερ τηε αρµψ χαν µαναγε τηε προγραµ Ο ϖερ τηε παστ δεχαδε, τηε Υ.Σ. ηασ σπεντ µορε τηαν ∃600 µιλλιον τρψινγ το αντιχιπατε ανδ δεϖελ− οπ δεφενσεσ αγαινστ αν ατταχκ ινϖολϖινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ. Τηε πριµαρψ ϕυστι− ⇒χατιον οφ τηε σο−χαλλεδ βιολογιχαλ δε− φενσε προγραµ ηασ αλωαψσ βεεν τηε Σο− ϖιετ Υνιον, ωηιχη ωασ αλλεγεδ βψ παστ Υ.Σ. αδµινιστρατιονσ το ηαϖε α ϖιγορουσ ο⇑ενσιϖε προγραµ∇ιν ϖιολατιον οφ τηε Βιολογιχαλ Ωεαπονσ Χονϖεντιον. Νοω τηατ τηε χολδ ωαρ ισ οϖερ, σοµε αρµσ− χοντρολ αδϖοχατεσ αρε χοντενδινγ τηατ τηε Υ.Σ. σηουλδ χυρταιλ ιτσ ρεσεαρχη ιντο συχη ωεαπονρψ ανδ χονχεντρατε ον στεµµινγ προλιφερατιον τηρουγη ιντερ− νατιοναλ αγρεεµεντσ. Ψετ τηε νεεδ φορ δεφενσεσ αγαινστ βιολογιχαλ ωεαπονσ∇συχη ασ δετεχτορσ, προτεχτιϖε χλοτηινγ ανδ ϖαχχινεσ∇ισ µορε χοµπελλινγ τηαν εϖερ, αχχορδινγ το µιλιταρψ ο⇔χιαλσ. Αδϖανχεσ ιν βιο− τεχηνολογψ, τηεψ ασσερτ, ηαϖε µαδε βιο− λογιχαλ ωεαπονσ αν ινχρεασινγλψ αττραχ− τιϖε αλτερνατιϖε το χουντριεσ ωηοσε ρε− σουρχεσ ωουλδ νοτ βε συ⇔χιεντ το δεϖελοπ α νυχλεαρ αρσεναλ. Τηε Πεντα− γον χλαιµσ τηατ ασ µανψ ασ 25 νατιονσ, ινχλυδινγ συχη αϖοωεδ ενεµιεσ οφ τηε Υ.Σ. ασ Νορτη Κορεα, Ιραν ανδ Ιραθ, αρε νοω δεϖελοπινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ ορ ηαϖε αλρεαδψ δονε σο. Βιλλψ Ριχηαρδσον, ωηο ασ δεπυτψ ασσισταντ σεχρεταρψ οφ δεφενσε φορ χηεµιχαλ µαττερσ οϖερσεεσ βοτη χηεµιχαλ ανδ βιολογιχαλ δεφενσε ρεσεαρχη, ηασ τεστι⇒εδ βεφορε Χονγρεσσ τηατ βιολογιχαλ ωαρφαρε δεφενσε ηασ γαινεδ υνπαραλλελεδ ιντερεστ ανδ συπ− πορτ ωιτηιν τηε Πενταγον ανδ ηασ βεεν δεσιγνατεδ α πριοριτψ ρεθυιρεµεντ βψ σενιορ µιλιταρψ ο⇑ιχιαλσ. Τηε ∆επαρτµεντ οφ ∆εφενσε ηασ ρε− θυεστεδ σοµε ∃60 µιλλιον φορ ιτσ ρε− σεαρχη προγραµ φορ 1994, υπ φροµ ∃50 µιλλιον ιν 1992. Τηε αρµψ ισ σεεκινγ φυνδσ φορ α νεω ϖαχχινε−τεστινγ φαχιλιτψ ατ Φορτ ∆ετριχκ, Μδ., ωηιχη ηασ βεεν τηε ηεαδθυαρτερσ φορ βιοωαρφαρε ρεσεαρχη σινχε Ωορλδ Ωαρ ΙΙ. Μορεοϖερ, λαστ ϑυνε τηε αρµψ αννουνχεδ ιτσ ιντεντιον το χονστρυχτ α λαβορατορψ φορ τεστινγ πατη− ογενσ ατ τηε ∆υγωαψ Προϖινγ Γρουνδ ιν Υταη. Ιν τηε µιδ−1980σ οπποσιτιον φροµ γρασσ−ροοτσ γρουπσ ανδ συχη προµινεντ Υταη πολιτιχιανσ ασ Σενατορ Ορριν Ηατχη βλοχκεδ πλανσ το βυιλδ α φαχιλιτψ ατ ∆υγωαψ φορ ρεσεαρχη ον τηε µοστ δανγερουσ αγεντσ τηατ µιγητ βε δεϖελοπεδ, νοταβλψ γενετιχαλλψ αλτερεδ πατηογενσ φορ ωηιχη τηερε ισ νο χυρε. Τηε αρµψ νοω ιντενδσ το ερεχτ α φαχιλι− τψ τηατ ηασ λεσσ ριγορουσ χονταινµεντ 22 φεατυρεσ βυτ ισ στιλλ θυαλι⇒εδ το ηανδλε συχη δεαδλψ αγεντσ ασ αντηραξ, βοτυλιν τοξινσ ανδ ενχεπηαλοµψελιτισ ϖιρυσεσ. Ηασ τηε µονεψ αλλοχατεδ τηυσ φαρ το τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ βεεν ωελλ σπεντ? Τηισ θυεστιον ηασ βεεν ραισεδ νοτ βψ τηε µιλιταρψ∏σ τραδιτιοναλ χριτιχσ βυτ βψ τηε Γενεραλ Αχχουντινγ Ο⇔χε. Ονε ΓΑΟ ρεπορτ φουνδ τηατ ατ τηε βεγιννινγ οφ τηε Γυλφ Ωαρ τηε Υ.Σ. Αρµψ∏σ στοχκπιλεσ οφ ϖαχχινεσ φορ αν− τηραξ ανδ βοτυλισµ, ωηιχη ωερε τηουγητ το µακε υπ τηε βυλκ οφ Ιραθ∏σ βιολογιχαλ αρσεναλ, φελλ φαρ σηορτ οφ ωηατ ωασ νεεδ− εδ το προτεχτ Υ.Σ. τροοπσ. Ιν 1990 τηε ΓΑΟ χονχλυδεδ τηατ ατ λεαστ 20 περ− χεντ∇ποσσιβλψ ασ µυχη ασ 40 περχεντ∇ οφ τηε αρµψ∏σ βιολογιχαλ ωεαπονσ βυδ− γετ ωασ νοτ διρεχτεδ ατ δισεασεσ ορ τοξ− ινσ ιδεντι⇒εδ ασ τηρεατσ βψ τηε µιλι− ταρψ∏σ οων ιντελλιγενχε. Ιν φαχτ, τηε ΓΑΟ φουνδ τηατ τηε αρµψ µαψ υννεχεσσαρι− λψ δυπλιχατε µεδιχαλ ρεσεαρχη ον ϖαχ− χινεσ αλρεαδψ βεινγ δονε ατ τηε Νατιον− αλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη ανδ τηε Χεντερσ φορ ∆ισεασε Χοντρολ. Πενταγον ο⇔χιαλσ ρεσπονδ τηατ νο χιϖιλιαν αγενχψ χαν αδδρεσσ µιλιταρψ νεεδσ ανδ θυεστιονσ. Τηεψ αλσο αργυε τηατ τηε σηορτχοµινγσ εξποσεδ βψ τηε Γυλφ Ωαρ σηοω τηατ τηε προγραµ νεεδσ µορε συππορτ, νοτ λεσσ. Ψετ χριτιχσ οφ τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ ηαϖε υργεδ τηατ ρεσεαρχη ινϖολϖινγ ϖαχχινεσ ανδ οτηερ µεδιχαλ αππλιχατιονσ ρεθυιρ− ινγ τηε ηανδλινγ οφ λιϖε πατηογενσ βε πλαχεδ υνδερ α χιϖιλιαν αγενχψ. Λαστ ϑυνε, Χονγρεσσ τοοκ α στεπ τοωαρδ τηατ γοαλ. Λαωµακερσ ηαϖε ρεθυιρεδ τηε ∆ε− παρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυµαν Σερϖιχ− εσ το στυδψ τηε αππροπριατενεσσ ανδ ιµπαχτ οφ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη ασσυµινγ ρεσπονσιβιλιτψ φορ τηε χονδυχτ οφ αλλ Φεδεραλ ρεσεαρχη, δεϖελ− οπµεντ, τεστινγ ανδ εϖαλυατιον φυνχ− τιονσ ρελατινγ το µεδιχαλ χουντερµεα− συρεσ αγαινστ βιοωαρφαρε τηρεατ αγεντσ. Τηε ηεαλτη σεχρεταρψ∏σ ρεπορτ ισ δυε νεξτ ϑυνε. Βψ ατ λεαστ παρτιαλλψ δεµιλιταριζινγ ιτσ προγραµ ανδ τηυσ µακινγ ιτ µορε οπεν το σχρυτινψ, µιγητ τηε Υ.Σ. αιδ ιν− τερνατιοναλ αρµσ−χοντρολ ε⇑ορτσ? Αχ− χορδινγ το Συσαν Ωριγητ οφ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Μιχηιγαν, α πολιτιχαλ σχιεντιστ ανδ αν αυτηοριτψ ον βιολογιχαλ ωεαπονσ, τηε ανσωερ ισ α⇔ρµατιϖε. Ωηατεϖερ τηε Υ.Σ. δοεσ ισ γοινγ το προϖοκε αττεντιον ανδ βε χοπιεδ το σοµε εξτεντ, σηε ρε− µαρκσ. Φορ σεϖεραλ ψεαρσ, αρµσ−χοντρολ γρουπσ ηαϖε βεεν υργινγ τηε αδοπτιον οφ ϖερι⇒χατιον προϖισιονσ το ενηανχε τηε Βιολογιχαλ Ωεαπονσ Χονϖεντιον, ωηιχη προηιβιτσ τηε µανυφαχτυρε ανδ υσε οφ βιολογιχαλ ωεαπονσ ασ ωελλ ασ ο⇑ενσιϖε ρεσεαρχη. Τηε χονϖεντιον ηασ βεεν σιγνεδ βψ µορε τηαν 120 χουν− τριεσ, ινχλυδινγ τηε Υ.Σ., σινχε 1972. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Ιν 1991 σιγνερσ οφ τηε χονϖεντιον εσ− ταβλισηεδ χοµµιττεεσ οφ εξπερτσ το στυδψ ϖερι⇒χατιον. Τηε εξπερτσ πρεσεντ− εδ τηειρ ρεπορτσ ατ α Υνιτεδ Νατιονσ φο− ρυµ λαστ φαλλ, ανδ µεµβερσ αρε εξπεχτ− εδ το βεγιν φορµαλ νεγοτιατιονσ οφ ϖερι− ⇒χατιον προϖισιονσ σοµετιµε τηισ ψεαρ. Συχη προϖισιονσ χουλδ χαλλ φορ βοτη ρου− τινε ανδ υνσχηεδυλεδ ινσπεχτιονσ οφ ινδυστριαλ ανδ γοϖερνµενταλ βιοτεχη− νολογψ φαχιλιτιεσ ασ ωελλ ασ ρεθυιρινγ δεταιλεδ αννυαλ ρεπορτινγ ον δυαλ−υσε αχτιϖιτιεσ. Τηε Ρεαγαν ανδ Βυση αδµιν− ιστρατιονσ οπποσεδ συχη µεασυρεσ, χον− τενδινγ τηατ τηεψ ωουλδ βε ινε⇑εχτιϖε ανδ ωουλδ λεαδ το δισχλοσυρεσ οφ προ− πριεταρψ ινφορµατιον. Ισ περφεχτ ϖερι⇒χατιον ποσσιβλε? ασκσ Βαρβαρα Η. Ροσενβεργ οφ τηε Στατε Υνι− ϖερσιτψ οφ Νεω Ψορκ ατ Πυρχηασε, ωηο ηεαδσ τηε χηεµιχαλ ανδ βιολογιχαλ ωεα− πονσ ϖερι⇒χατιον προϕεχτ οφ τηε Φεδερα− τιον οφ Αµεριχαν Σχιεντιστσ. Εϖερψονε αγρεεσ ιτ ισν∏τ, εσπεχιαλλψ φορ βιολογιχαλ ωεαπονσ τηατ ινϖολϖε δυαλ−υσε τεχηνολ− ογιεσ. Βυτ ιτ∏σ αιµεδ ατ προϖιδινγ µορε οπεννεσσ. Το ενχουραγε δεϖελοπινγ χουντριεσ το συβµιτ το ιντρυσιϖε ϖερι⇒− χατιον, σηε αδδσ, αδϖανχεδ νατιονσ µιγητ ηαϖε το ηελπ τηεµ αχθυιρε βιο− τεχηνολογψ βψ ρελαξινγ εξπορτ χοντρολσ. Αλλ τηε δεϖελοπινγ χουντριεσ αρε ιντερ− εστεδ, βυτ νοτηινγ ηασ ηαππενεδ ψετ, σηε σαψσ. Τηε Φεδερατιον οφ Αµεριχαν Σχιεν− τιστσ ανδ τηε Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζα− τιον αρε αλσο σεεκινγ το µακε τηε ϖερι⇒− χατιον ρεγιµε παρτ οφ α βροαδερ ε⇑ορτ το µονιτορ ανδ ρεσπονδ ραπιδλψ το τηε ουτβρεακ οφ δισεασεσ, ωηετηερ χαυσεδ δελιβερατελψ ορ νατυραλλψ. Τηε τωο οργα− νιζατιονσ σπονσορεδ α µεετινγ ιν Γε− νεϖα λαστ Σεπτεµβερ το χονσιδερ τηε πλαν, χαλλεδ τηε Προγραµ ον Μονιτορινγ Εµεργινγ ∆ισεασεσ. Βυτ αρµσ χοντρολ αλονε ισ νοτ ενουγη το προτεχτ Υ.Σ. τροοπσ, αχχορδινγ το α µεµβερ οφ α χονγρεσσιοναλ χοµµιττεε ωιτη οϖερσιγητ οφ τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ. Σηε ρεϕεχτσ Ωριγητ∏σ χοντεν− τιον τηατ τηε Υ.Σ., βψ χυττινγ βαχκ ον ορ δεµιλιταριζινγ ιτσ βιοωαρφαρε ρεσεαρχη, µιγητ δισχουραγε οτηερ χουντριεσ φροµ αχθυιρινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ. Συχη αν αχτ ωον∏τ στοπ Νορτη Κορεα ορ Ιραθ ορ Ιραν φροµ δεϖελοπινγ συχη ωεαπονσ, σηε ασσερτσ. Τηε Χλιντον αδµινιστρατιον ηασ ψετ το σετ φορτη αν εξπλιχιτ πολιχψ ον ιτσ οων βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ ορ ον αρµσ−χοντρολ ε⇑ορτσ. Αν αδµινιστρατιον σουρχε συγγεστσ τηατ αλτηουγη τηε Ωηιτε Ηουσε µαψ συππορτ µορε ιντρυσιϖε αρµσ−χοντρολ µεασυρεσ, ιτ ισ υνλικελψ το χυρταιλ ορ δεµιλιταριζε ιτσ οων ε⇑ορτ. Μψ οων ϖιεω, τηε ο⇔χιαλ νοτεσ, ισ τηερε ισ α ρεαλ νεεδ φορ α στρονγ βιολογ− ιχαλ δεφενσε προγραµ. ∇ϑοην Ηοργαν Copyright 1994 Scientific American, Inc. Χηιλλερ Τηριλλερ Ωορκερσ αχηιεϖε τεµπερατυρεσ βελοω αβσολυτε ζερο Ρ εσεαρχη ιν πηψσιχσ ηασ ρεαχηεδ α νεω λοω. Σχιεντιστσ ατ τηε Ηελ− σινκι Υνιϖερσιτψ οφ Τεχηνολογψ ηαϖε µεασυρεδ πιχοκελϖιν (τριλλιοντησ οφ α δεγρεε) τεµπερατυρεσ ϕυστ αβοϖε, ανδ εϖεν βελοω, αβσολυτε ζερο ιν µεταλ− λιχ ρηοδιυµ. Τηεσε τεµπερατυρεσ αρε µυχη λοωερ τηαν ανψ πρεϖιουσλψ ρεχορδ− εδ. Ωηεν ασκεδ ωηατ τηε φεατ µεανσ, Περττι Ηακονεν, λεαδερ οφ τηε Φιννιση τεαµ, πλυνγεσ ιντο α ρεϖιεω οφ τηε δψ− ναµιχσ τηατ δεσχριβε τεµπερατυρε. Βψ δε⇒νιτιον, τεµπερατυρε µεασυρεσ τηε ενεργψ, ορ τηε αµουντ οφ δισορδερ, ιν α σψστεµ. Α σψστεµ ηαϖινγ αβσολυτε ζερο τεµπερατυρε ωουλδ βε υνθυεστιοναβλψ φρεε φροµ αλλ ατοµιχ µοτιον. Ασ α ρε− συλτ, τηε σψστεµ ωουλδ ηολδ νο ενεργψ ανδ νο εντροπψ. Τηε ελεχτρονσ ιν τηε λαττιχε οφ α χρψσταλ ωουλδ, φορ εξαµπλε, βε υττερλψ στιλλ. Τηε σπινσ ιν αν αρραψ οφ ατοµιχ νυχλει µιγητ αλλ ποιντ ιν τηε σαµε διρεχτιον (τηινκ οφ α χλυτχη οφ τινψ πλανετσ σπιννινγ ιν σπαχε). Βυτ τηερε ισ α χατχη. Τηε τηιρδ λαω οφ τηερµοδψναµιχσ στατεσ τηατ συχη α χονδιτιον χουλδ νοτ ηαππεν. Τηε παρτι− χλεσ τηατ µακε υπ αλλ µαττερ µυστ ϖι− βρατε, ατ λεαστ α λιττλε, αλλ τηε τιµε. Φολ− λοωινγ ορδιναρψ λογιχ, τηεν, ιτ ωουλδ Σοµετηινγ το Χηεω ον Β y chewing on the bark of a white willow tree, Edmund Stone, an 18th-century Anglican clergyman, discovered the analgesic merits of salicylic acid, the active ingredient in aspirin. No one, no matter how grateful for pain relief, has yet fathomed why Stone was gnawing on willow bark. But a possible reason why the willow and other plants produce this versatile compound has been discovered. A team from the Agricultural Biotechnology Research Unit at Ciba-Geigy has shown that the accumulation of salicylic acid in plant tissue after an infection is essential for prompting a crucial immune response, called systemic acquired resistance (SAR). The two main defenses a plant inherits to fight disease are known as vertical resistance and horizontal resistance. Vertical resistance acts against individual agents of disease. Horizontal resistance, a category to which SAR belongs, is mounted against a wide array of related plant PATRICIA J. WYNNE Χοµµον ωηιτε ωιλλοω 24 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 pathogens. It works by stalling fungal, bacterial or viral proliferation and activity. Because horizontal resistance protects against many kinds of plant pathogens, the ability to mobilize SAR in the absence of an actual infection could bolster a plant’s ability to ward off disease. “One of our goals is to develop chemicals to spray on plants that will actually trigger a plant to be healthy,” says John Ryals, the project’s research director. Systemic acquired resistance appears to be involved in the control of the expression of a set of genes that encode for specific proteins. Some of these proteins act like antibiotics when tested against plant pathogens in vitro. These proteins may help keep a plant healthy when exposed to disease. An external application of salicylic acid to tobacco leaves causes SAR to develop quickly as though a pathogen were present. Work by the Ciba-Geigy researchers reported in a recent issue of Science confirms that the onset of SAR is related to a plant’s salicylic acid levels. Ryals and his colleagues wrote that by blocking the buildup of salicylic acid in infected tobacco plants, they had weakened the plants’ ability to resist infection. Specifically, they prevented the accretion of salicylic acid in tobacco plants by inserting a gene for producing salicylate hydroxylase, an enzyme that breaks down salicylic acid. Next the researchers inoculated the tobacco mosaic virus (TMV) into three lower leaves of the altered plants and of the unaltered, control-group plants; the disease causes splotches of dark-green blisters and dulled yellow areas. Seven days after the lesions appeared, members of the Ciba-Geigy laboratory harvested the leaves and compared them. Leaves from the control group showed much less damage. Those plants had also accumulated an expected 185-fold increase in salicylic acid after the infection. The specimens in which the salicylate hydroxylase gene had been implanted showed only minor increases in salicylic acid. The workers then exposed the upper leaves of the plants infected with TMV to a second dose of the virus. Five days later the leaves that were low on salicylic acid had the largest lesions. This result confirms the harbinger role the chemical plays in this form of plant immunity. Although these data demonstrate that salicylic acid must be present for the development of SAR, other factors are known to be involved in controlling the response. When investigators have deciphered the entire mechanism controlling SAR, the secrets revealed could spare plants from physical ills and farmers from financial pain as well. —Kristin Leutwyler Copyright 1994 Scientific American, Inc. σεεµ ιµποσσιβλε το ατταιν τεµπερατυρεσ βελοω ζερο. Τηε σεχρετ οφ τηε Φιννιση γρουπ∏σ συχχεσσ, Ηακονεν νοτεσ, ισ τηατ νεγατιϖε τεµπερατυρεσ αρε ιν φαχτ νοτ χολδερ τηαν αβσολυτε ζερο. Ιν τηειρ λαβορατορψ, Ηακονεν ανδ ηισ χολλεαγυεσ µεασυρε νυχλεαρ σπιν τεµ− περατυρεσ. Φιρστ, τηεψ πλαχε α συβστανχε ιν αν εξτερναλ µαγνετιχ ⇒ελδ, σο τηατ τηε νυχλει ωιλλ σπιν παραλλελ το τηε εξτερ− ναλ φορχε ιν νυµβερσ προπορτιοναλ το τηε ⇒ελδ∏σ στρενγτη. Ωηεν τηε µαϕοριτψ οφ τηε νυχλει σπιν ιν τηε σαµε διρεχτιον, τηε σαµπλε ρεγιστερσ α λοω, ποσιτιϖε νυ− χλεαρ σπιν τεµπερατυρε. Τηισ ηιγη δεγρεε οφ παραλλελ, ορ φερροµαγνετιχ, ορδερ χο− ινχιδεσ ωιτη τηε λοωεστ ενεργψ λεϖελ ανδ λεαστ εντροπψ αϖαιλαβλε το τηε σψστεµ. Νεξτ, τηε πηψσιχιστσ θυιχκλψ (ωιτηιν τηε σπαν οφ α µιλλισεχονδ ) ⇓ιπ τηε δι− ρεχτιον οφ τηε αππλιεδ µαγνετιχ φορχε. Μοστ οφ τηε νυχλει τηεν σπιν ιν οπποσι− τιον το τηε εξτερναλ ⇒ελδ ιν ηιγη−ενεργψ οριεντατιονσ. Τηε προχεσσ ισ αδιαβατιχ, µεανινγ τηε εντροπψ ρεµαινσ υν− χηανγεδ. Τηε ρεσυλτινγ σπιν διστριβυτιον ισ τηε ινϖερσε οφ τηατ ασσοχιατεδ ωιτη ποσιτιϖε νυχλεαρ σπιν τεµπερατυρεσ. Ηενχε, ιτ ισ ασσιγνεδ α νεγατιϖε ϖαλυε. Τηε µαιν δι⇑ερενχε ισ τηατ ατ α νεγα− τιϖε τεµπερατυρε, τηε σψστεµ τριεσ το µαξιµιζε ιτσ ενεργψ, Ηακονεν εξπλαινσ. Ιν α σενσε, νεγατιϖε τεµπερατυρεσ χαν βε χονσιδερεδ ηοττερ τηαν ιν⇒νιτε τεµ− περατυρεσ. Αν ιν⇒νιτε νυχλεαρ σπιν τεµ− περατυρε χορρελατεσ ωιτη αν εϖεν διστρι− βυτιον οφ ποσσιβλε σπιν αλιγνµεντσ: ϕυστ ασ µανψ νυχλει ασσυµε ηιγη−ενερ− γψ οριεντατιονσ ασ δο λοω−ενεργψ ονεσ. Τηε αρρανγεµεντ ρεπρεσεντσ µαξιµυµ εντροπψ, ορ χηαοσ, ωιτηιν α συβστανχε. Ηεατινγ συχη α µατεριαλ φορχεσ γροω− ινγ νυµβερσ οφ νυχλει το σπιν ιν οππο− σιτιον το τηε εξτερναλ ⇒ελδ ιν ορδερ το αβσορβ τηε αδδιτιοναλ ενεργψ. Τηε προβ− αβιλιτψ οφ ανψ γιϖεν νυχλευσ ασσυµινγ α ηιγη−ενεργψ σπιν οριεντατιον ινχρεασεσ, ανδ σο οϖεραλλ εντροπψ ιν τηε σψστεµ δεχρεασεσ. Βψ χοαξινγ συβστανχεσ το λοω τεµ− περατυρεσ ϖερψ νεαρ αβσολυτε ζερο, πηψσ− ιχιστσ ηαϖε ηοπεδ το οβσερϖε τηε ωεακ µαγνετιχ ιντεραχτιονσ τηατ τρανσπιρε βετωεεν νειγηβορινγ νυχλει. Τηισ χοµ− πλιχατεδ παττερν γοϖερνσ ηοω εαχη ινδι− ϖιδυαλ σπιν α⇑εχτσ τηε νεξτ, ιν α δοµι− νολικε φασηιον τηρουγηουτ τηε µατεριαλ. Ηακονεν ανδ ηισ χολλεαγυεσ, ωηο ρε− πορτεδ τηειρ ωορκ ιν Πηψσιχαλ Ρεϖιεω Λεττερσ, δετεχτ τηε σπιν οριεντατιονσ οφ ρηοδιυµ βψ ρεχορδινγ νυχλεαρ µαγνετιχ ρεσονανχε σπεχτρα ωιτη α ΣΘΥΙ∆ µαγ− νετοµετερ. Ατ τηε µοµεντ, τηεψ αρε πρε− παρινγ εξπεριµεντσ φορ χοολινγ πλατι− νυµ. Φροστψ φεµτοκελϖιν (θυαδριλλιοντησ οφ α δεγρεε) τεµπερατυρεσ µαψ ψετ βε ωιτηιν ρεαχη∇παρτιχυλαρλψ δυρινγ τηε λονγ Φιννιση ωιντερ. ∇Κριστιν Λευτωψλερ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ∆ιοξιν Ινδιχτµεντ Α γροωινγ βοδψ οφ ρεσεαρχη λινκσ τηε χοµπουνδ το χανχερ ∆ ιοξιν ηασ αλωαψσ σεεµεδ α παρ− αδοξιχαλ πολλυταντ. Ιν λαβορατο− ρψ ανιµαλσ, ιτ ισ χλεαρλψ α ποτεντ χαρχινογεν; ιν ηυµανσ, ιτσ λινκ το χανχερ ηασ βεεν τενυουσ. Βυτ α ρεχεντλψ πυβ− λισηεδ στυδψ οφ πεοπλε εξποσεδ το τηε τοξιν πρεσεντσ χοµπελλινγ εϖιδενχε τηατ διοξιν ηασ χαρχινογενιχ ε⇑εχτσ ιν τηε ηυµαν σπεχιεσ ασ ωελλ. Σινχε 1976, ωηεν αν ινδυστριαλ αχχι− δεντ σπεωεδ διοξιν ιντο τηε αιρ νεαρ τηε Ιταλιαν τοων οφ Σεϖεσο, σχιεντιστσ ηαϖε µονιτορεδ τηε ηεαλτη οφ αβουτ 2,000 φαµιλιεσ τηερε. Σεϖεραλ ψεαρσ αγο τηε ρε− σεαρχηερσ δοχυµεντεδ ινχρεασεσ ιν χαρ− διοϖασχυλαρ δισεασε ανδ συγγεστιϖε ιν− χρεασεσ ιν χερταιν χανχερσ. Μορε χυρρεντ ωορκ βψ τηε σαµε γρουπ ηασ στρενγτηενεδ τηε εϖιδενχε φορ διοξ− ιν ασ α χαρχινογεν ιν ηυµανσ. Ωριτινγ ιν Επιδεµιολογψ, Πιερ Αλβερτο Βερταζζι οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιλαν ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ δεσχριβε αν υπτυρν ιν τηε ινχι− δενχε οφ παρτιχυλαρ χανχερσ αµονγ τηε Σεϖεσο ποπυλατιον. Πεοπλε λιϖινγ ιν τηε σεχονδ µοστ χονταµινατεδ αρεα, χαλλεδ ζονε Β, ωερε νεαρλψ τηρεε τιµεσ µορε λικελψ το αχθυιρε λιϖερ χανχερ τηαν ωασ τηε γενεραλ ποπυλατιον. Ιν τηισ σαµε χλυστερ, α φορµ οφ µψελοµα οχχυρρεδ 5.3 τιµεσ µορε οφτεν αµονγ ωοµεν; αµονγ µεν, σοµε χανχερσ οφ τηε βλοοδ ωερε 5.7 τιµεσ µορε λικελψ. Τηε ρεσεαρχηερσ διδ νοτ ⇒νδ α γρεατερ νυµβερ οφ τηε χανχερσ ιν τηε µοστ πολ− λυτεδ αρεα, α φαχτ Βερταζζι αντιχιπατεδ. Τηε σµαλλ γρουπ οφ πεοπλε µοστ αφφεχτ− εδ µοϖεδ ιµµεδιατελψ, σο τηειρ εξπο− συρε ωασ σηορτ, Βερταζζι σαψσ. Τηοσε ιν ζονε Β ηαδ λοωερ, προλονγεδ εξποσυρε. Τηεσε ⇒νδινγσ αρε νοτ τηε ⇒ρστ το ασ− σοχιατε διοξιν ωιτη χανχερ ιν ηυµανσ; οϖερ τηε ψεαρσ, ϖαριουσ στυδιεσ ηαϖε φουνδ εϖιδενχε φορ ανδ αγαινστ συχη α λινκ. Τηε Σεϖεσο στυδψ ισ σιγνι⇒χαντ βε− χαυσε τηισ ποπυλατιον ηασ βεεν ωελλ µονιτορεδ ανδ βεχαυσε νεω τεχηνιθυεσ ηαϖε µαδε βλοοδ λεϖελσ οφ διοξιν εασψ το µεασυρε∇α χρυχιαλ φαχτορ ιν αχχυ− ρατελψ δετερµινινγ εξποσυρε. Αλτηουγη Βερταζζι ηασ βασεδ ηισ ⇒νδινγσ ον εξ− τραπολατιονσ φροµ σοιλ δατα, τηε ινϖεστι− γατορ σαψσ αναλψσεσ οφ τηε βλοοδ σαµ− πλεσ χορρεσπονδ το ηισ εστιµατεσ. Τηε Σεϖεσο στυδψ µαψ βε ιµπορταντ εϖεν φορ ωηατ ισ αβσεντ φροµ ιτ. Βερταζ− ζι νοτεσ τηατ τηε οχχυρρενχεσ οφ βρεαστ χανχερ ανδ ενδοµετριαλ χανχερ αρε βε− λοω νορµαλ. Ωηατ ισ ρεµαρκαβλε αβουτ τηεσε ⇒νδινγσ ισ τηατ τηεψ ρε⇓εχτ ανι− µαλ δατα αλµοστ περφεχτλψ, χοµµεντσ Ελλεν Κ. Σιλβεργελδ, α τοξιχολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ ανδ α στα⇑ σχι− εντιστ ατ τηε Ενϖιρονµενταλ ∆εφενσε Φυνδ. Βοτη χανχερσ αρε τηουγητ το βε ινδυχεδ βψ εστρογεν. Βεχαυσε διοξιν φυνχτιονσ ιν παρτ ασ αν αντιεστρογεν, ιτ µαψ ωορκ το προτεχτ αγαινστ συχη χαν− χερσ, Σιλβεργελδ εξπλαινσ. Τηε Σεϖεσο ⇒νδινγσ αλσο χοµε ατ α τιµε ωηεν ινφορµατιον αβουτ τηε µο− λεχυλαρ ε⇑εχτσ οφ διοξιν ηαϖε βεγυν το αχχυµυλατε. Σχιεντιστσ υνδερστανδ τηατ διοξιν∇ιν παρτιχυλαρ, 2,3,7,8−τετραχηλο− ροδιβενζο−παρα−διοξιν, τηε µοστ ποτεντ οφ τηε 75 τψπεσ οφ διοξιν∇βινδσ το αν ιντραχελλυλαρ ρεχεπτορ. Τηε διοξιν−λαδεν ρεχεπτορ τηεν ϕοινσ ωιτη α τρανσπορτερ τηατ σηυττλεσ τηε χοµπλεξ το α χελλ∏σ νυ− χλευσ ανδ αχτιϖατεσ αν ενζψµε, χψτο− χηροµε π450. Ωηεν τηε χοµπλεξ ιν− τεραχτσ ωιτη τηε ∆ΝΑ, ιτ δισρυπτσ τηε χηροµοσοµε στρυχτυρε, σαψσ ϑαµεσ Π. Ωηιτλοχκ, ϑρ., α πηαρµαχολογιστ ατ Σταν− φορδ Υνιϖερσιτψ. Τηε ρεσυλτινγ χηανγεσ ιν γενε εξπρεσσιον ηαϖε λεδ ινϖεστιγατ− ορσ το ποστυλατε τηατ διοξιν προµοτεσ χανχερ χαυσεδ βψ ανοτηερ συβστανχε. Οτηερ στυδιεσ ηαϖε συγγεστεδ τηατ διοξιν φυνχτιονσ ασ α ηορµονε ανδ αφ− φεχτσ τηε ιµµυνε σψστεµ ανδ τηε ρε− προδυχτιϖε τραχτ. Σηερρψ Ε. Ριερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Σουτη Φλοριδα ρεπορτεδ ιν Φυνδαµενταλ ανδ Αππλιεδ Τοξιχολογψ τηατ διοξιν ισ ασσοχιατεδ ωιτη ενδοµε− τριοσισ ιν ρηεσυσ µονκεψσ. Τηε Νατιον− αλ Ινστιτυτε οφ Ενϖιρονµενταλ Ηεαλτη Σχιενχεσ (ΝΙΕΗΣ) ισ στυδψινγ τηε σαµε ασσοχιατιον ιν ωοµεν. Μοστ Υ.Σ. οχχυ− πατιοναλ στυδιεσ οφ διοξιν∇ωηιχη χον− στιτυτε τηε βυλκ οφ συχη ρεσεαρχη∇ηαϖε νοτ εξαµινεδ ιτσ ιµπαχτ ον ωοµεν, ωηο σελδοµ ενχουντερ τηε χοµπουνδ ιν τηε ωορκπλαχε. Ριχηαρδ Ε. Πετερσον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωισχονσιν ανδ οτηερσ ηαϖε αλσο φουνδ τηατ διοξιν χαν χαυσε νευροβεηαϖιοραλ χηανγεσ ιν ρατσ ανδ χαν αλτερ ρεπροδυχ− τιϖε τραχτ δεϖελοπµεντ. Σιµιλαρ ⇒νδινγσ ηαϖε βεεν σεεν ιν α ποπυλατιον ποισονεδ βψ α διοξιν αναλογυε ιν Ταιωαν. Βοψσ ωηο ωερε εξποσεδ ιν υτερο ηαϖε σµαλλ− ερ πενισεσ τηαν δο υνεξποσεδ βοψσ. ∆ιοξιν ισ α ϖερψ ποτεντ γροωτη δισ− ρεγυλατορ, νοτεσ Λινδα Βιρνβαυµ, α τοξιχολογιστ ατ τηε Ενϖιρονµενταλ Προ− τεχτιον Αγενχψ. Ιτ ηασ µανψ δι⇑ερεντ ε⇑εχτσ ον µανψ δι⇑ερεντ οργαν σψσ− τεµσ∇ατ δι⇑ερεντ σταγεσ οφ δεϖελοπ− µεντ. Τηε ΕΠΑ ισ εϖαλυατινγ τηε νεω δατα ασ ιτ χοντινυεσ ιτσ ρεασσεσσµεντ οφ διοξιν. Τηε αγενχψ ισ εξπεχτεδ το ισσυε ιτσ ρεϖιεω τηισ ψεαρ. Ανδ Βερταζζι∏σ παπερ ισ νοτ τηε λαστ ωορδ φροµ Σεϖεσο. Γεοργε Ω. Λυχιερ, α βιοχηεµιστ ατ τηε ΝΙΕΗΣ, ανδ οτηερσ αρε λοοκινγ ατ τηε ινδυχτιον οφ χψτοχηροµε π450 ιν τηε Σεϖεσο ρεσιδεντσ το σεε ιφ ιτ ισ ασσοχιατεδ ωιτη τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. ∇Μαργυεριτε Ηολλοωαψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 25 ΠΡΟΦΙΛΕ : ΑΛΒΕΡΤ ΕΙΝΣΤΕΙΝ Κεψηολε ςιεω οφ α Γενιυσ Α ηιγηεστ πραισε, ονχε γιϖεν ιν α γενερουσ µοµεντ το ηισ ελδεστ σον, ωασ το ποσ− σεσσ τηε αβιλιτψ το ρισε αβοϖε µερε εξ− ιστενχε βψ σαχρι⇒χινγ ονε∏σ σελφ τηρουγη τηε ψεαρσ φορ αν ιµπερσοναλ γοαλ. Εινστειν∏σ οων µερε εξιστενχε, ασ σεεν βψ Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ, χονσιστσ οφ α χολλαγε οφ περσονασ ονλψ φαιντλψ ρεχογ− νιζαβλε το ρεαδερσ οφ πρεϖιουσ βιογρα− πηιεσ. Φιρστ ωε λεαρν τηατ Εινστειν ωασ αν αλιενατεδ ανδ οϖερµοτηερεδ ψουτη. FRED STEIN Black Star λβερτ Εινστειν σχηολαρσ ηαϖε λονγ βεεν αωαρε οφ τρουβλεδ ανδ τρου− βλινγ ασπεχτσ οφ τηε γρεατ πηψσι− χιστ∏σ λιφε. Ηισ ⇒ρστ µαρριαγε, στρονγλψ δισαππροϖεδ οφ βψ ηισ φαµιλψ, ενδεδ ιν διϖορχε. Τηε χηιλδ οφ τηισ υνιον ωασ πυτ υπ φορ αδοπτιον. Λεττερσ ανδ οτηερ δοχ− υµεντσ ιν Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ οφ Αλβερτ Εινστειν, α χοµπενδιυµ οφ Εινστειν∏σ παπερσ, πυβλισηεδ βψ Πρινχετον Υνιϖερ− σιτψ Πρεσσ, χονταιν ηιντσ οφ ιν⇒δελιτψ. Ψετ ηισ σχηολαρσ ανδ βι− ογραπηερσ ηαϖε φοχυσεδ ον ηισ ωορκ ορ τυρνεδ δισχρεετλψ αωαψ φροµ τηισ ασπεχτ οφ ηισ λιφε. Ιν δοινγ σο, τηεψ ηαϖε λεφτ τηε ⇒ελδ οπεν. Ανδ Φλεετ Στρεετ αβηορσ α ϖαχ− υυµ. Σο ινστεαδ οφ τηε κινδ οφ σχηολαρσηιπ τηατ ωουλδ προϖιδε υσ ωιτη α ρουνδεδ πιχτυρε οφ τηισ χοµπλιχατεδ, ποωερφυλλψ γιφτεδ ηυµαν βεινγ, ωε ηαϖε Τηε Πριϖατε Λιϖεσ οφ Αλβερτ Εινστειν. Ιν τηε βοοκ, ωηιχη ωασ πυβ− λισηεδ λαστ Αυγυστ ιν Βριτ− αιν βψ Φαβερ & Φαβερ, τωο Ενγλιση ϕουρναλιστσ, Πετερ Ηιγη⇒ελδ ανδ Παυλ Χαρ− τερ, ρεπορτ τηε ρεσυλτσ οφ α θυιχκ φοραψ τηεψ ηαϖε µαδε ιντο Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ. ( Το δατε, τηρεε ϖολυµεσ ηαϖε αππεαρεδ; τωο µορε αρε εξπεχτεδ.) Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ∏σ βοοτψ χονσιστσ οφ α σεριεσ οφ λεττερσ, ωηιχη τηεψ ηαϖε ⇓εσηεδ ουτ ωιτη ιντερϖιεωσ ανδ∇ωηερε εϖιδενχε φαιλσ∇ωιτη τηειρ οων σπεχυλατιον. Υσ− ινγ συχη µατεριαλσ, τηε αυτηορσ ηαϖε χρεατεδ α πορτραιτ οφ α µαν οφ πηψσιχαλ πασσιον ωηο χονδυχτεδ α χοµπλιχατεδ ροµαντιχ λιφε ασ ηε ρεϖολυτιονιζεδ τηε φουνδατιονσ οφ χοντεµποραρψ πηψσιχσ ανδ χοσµολογψ. Στ. Μαρτιν∏σ Πρεσσ ωιλλ πυβλιση τηε βοοκ ιν τηε Υ.Σ. τηισ σπρινγ. Βψ τηε τιµε Εινστειν λεφτ ωαρ−τορν Ευ− ροπε το τακε ηισ πλαχε ασ α χυλτυραλ ιχον ιν τηε Υ.Σ., ηε ηαδ αλρεαδψ ⇒νισηεδ τηε ωορκ τηατ εσταβλισηεδ ηιµ ασ α σεµιναλ ⇒γυρε ιν µοδερν πηψσιχσ. Φορ σχιεντιστσ, τηε ωορκ χουντσ αβοϖε αλλ ; Εινστειν, τηε µαν, χοµεσ σεχονδ. Εινστειν ωουλδ ηαϖε αππροϖεδ οφ τηεσε πριοριτιεσ. Ηισ 26 Τηεν ωε µεετ τηε αδολεσχεντ Εινστειν, βυρστινγ ωιτη λιβιδο: α ηανδσοµε τεεν− αγερ εξυδινγ χασυαλ χηαρισµα ωηο ποσ− σεσσεδ µασχυλινε γοοδ λοοκσ, α ρα⇑− ιση µυσταχηε ανδ α µυσχυλαρ ανδ θυιτε ποωερφυλ πηψσιθυε. ( Τηε γενιαλ γνοµε οφ τηε χλασσιχ πορτραιτ ισ αλσο α µψτη: εϖεν ιν ολδ αγε, Εινστειν ωασ α πηψσιχαλλψ ροβυστ µαν.) Ασ α ψουτη, Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ σαψ, Εινστειν ωασ βοτη πασσιονατε ανδ χαλ− χυλατινγ ιν ηισ ηανδλινγ οφ ωοµεν. Ηε πενσ α λοϖε ποεµ το ονε τεεναγε αχ− θυαιντανχε∇. . . α κισσ ον ψουρ τινψ λιτ− τλε µουτη . . .∇ωηιλε ρεασσυρινγ ωιφε− το−βε Μιλεϖα οφ ηισ χοντινυινγ δεϖοτιον. Αχχορδινγ το Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ, Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ρεϖεαλσ α δαρκ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 περηαπσ ϖιολεντ, σιδε οφ Εινστειν τηατ αππεαρσ σεϖεραλ ψεαρσ ιντο ηισ ⇒ρστ µαρ− ριαγε, παρτιχυλαρλψ αφτερ ηισ 1905 παπερσ ον σπεχιαλ ρελατιϖιτψ βεγιν το αττραχτ ρεχογνιτιον. Εινστειν ανδ Μιλεϖα αργυε ⇒ερχελψ οϖερ ηισ χονταχτ ωιτη οτηερ ωοµεν, ανδ Εινστειν, ιν λεττερσ το ηισ φριενδ Μιχηελε Βεσσο, αττριβυτεσ ηερ ϕεαλουσψ το α πατηολογιχαλ ⇓αω τψπιχαλ οφ α ωοµαν οφ συχη υνχοµµον υγλι− νεσσ. Ονε δαψ Λισβετη Ηυρωιτζ νοτεσ ιν ηερ διαρψ τηατ σηε ηασ σεεν Μιλεϖα∏σ φαχε βαδλψ σωολλεν. Τηε αυτηορσ λεαϖε τηε ρεαδερ το δεχιδε ωηετηερ τηε χαυσε ωασ α βλοω ορ α τοοτη− αχηε. Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρ− τερ νοτε τηατ βεφορε τηε βρεακυπ οφ Εινστειν∏σ ⇒ρστ µαρριαγε, τηε ψουνγ πηψσ− ιχιστ λιϖεδ ωιτη Ελσα Ειν− στειν, α χουσιν, ιν Βερλιν, λεαϖινγ ηισ ωιφε ανδ τηειρ τωο χηιλδρεν ιν Ζυριχη, υναβλε το παψ τηε ρεντ. Ασ τηε Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ ναρρατιϖε υνφολδσ, Εινστειν∏σ µισογψνψ ιν− χρεασεσ ασ δοεσ ηισ φαµε. Ηε ωασ, φορ εξαµπλε, α φριενδ οφ τηε ρενοωνεδ Φρανχο−Πολιση σχιεντιστ Μαριε Χυριε. Ηε νονετηε− λεσσ ρεφερσ ιν α λεττερ το Ελσα το Χυριε∏σ σεϖερε ουτωαρδ ασπεχτ ανδ σαψσ σηε ηασ τηε σουλ οφ α ηερ− ρινγ. Ηε αλσο σπινσ τηεο− ριεσ το εξπλαιν ωηατ ηε ρε− γαρδσ ασ τηε ινηερεντ ιν− αβιλιτψ οφ ωοµεν το τηινκ γρεατ σχιεντι⇒χ τηουγητσ. Εϖεντυαλλψ ηε διϖορχεσ Μιλεϖα ανδ µαρριεσ Ελσα, βυτ, τηε αυτηορσ χλαιµ, τηε πηιλανδερ− ινγ γοεσ ον. Ατ λεαστ ονε ωοµαν, α ψουνγ βλονδε, ϖισιτσ ηιµ ρεγυλαρλψ ατ ηισ συµµερ ηουσε ιν Βερλιν, ωηερε τηεψ τακε βοατινγ εξχυρσιονσ ωηιλε Ελσα χον− σολεσ ηερσελφ ωιτη παστριεσ ανδ χακεσ, αχχορδινγ το α µαιδ ωηοµ τηε αυτηορσ ιντερϖιεωεδ. Ιν ανοτηερ ανεχδοτε, ασ ρε− λατεδ βψ τηε πηψσιχιστ∏σ φριενδ ϑανοσ Πλεσχη, Εινστειν στοπσ ονε δαψ το ογλε α ωοµαν κνεαδινγ βρεαδ Εϖερψ νοω ανδ τηεν τηε αµορουσ Ειν− στειν πορτραψεδ βψ Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ δοεσ παυσε το δο α βιτ οφ πηψσιχσ. Ηε αλσο σηοωσ α φεω γλιµπσεσ οφ χοµπασ− σιον το ηισ λοϖεδ ονεσ. Βυτ ον τηε ωηολε, ηε ισ Μρ. Ηψδε το τηε ∆ρ. ϑεκψλλ οφ ποπυλαρ Εινστειν µψτη. Ωε ωαντεδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. το προϖιδε αν αντιδοτε το τηε πρεϖιουσ βιογραπηιεσ, Ηιγη⇒ελδ εξπλαινσ. Ωηατ χαν βε γαινεδ βψ εξαµινινγ τηισ µερε εξιστενχε οφ Εινστειν∏σ? Ψου χαν∏τ γετ α φεελινγ φορ ωηατ Εινστειν ωασ λικε βψ ρεελινγ ο⇑ ηισ σχιεντι⇒χ αχηιεϖε− µεντσ, Ηιγη⇒ελδ οβσερϖεσ. Σοµε σχι− εντιστσ ωηο κνεω Εινστειν δισαγρεε. Ι ωασ σοµεωηατ υνηαππψ ατ τηε πυβλιχα− τιον οφ αλλ τηισ µατεριαλ, σαψσ Πετερ Βεργµανν, Εινστειν∏σ χολλαβορατορ δυρ− ινγ ηισ δαψσ ατ τηε Ινστιτυτε φορ Αδ− ϖανχεδ Στυδιεσ ιν Πρινχετον, Ν.ϑ. Βεινγ δεαδ, ψου δον∏τ γιϖε υπ ψουρ χλαιµσ το πριϖαχψ, Βεργµανν δεχλαρεσ. Βεργµανν πλαχεσ ηιµσελφ ⇒ρµλψ ιν τηε χαµπ οφ Εινστειν∏σ εξεχυτορσ: ηισ φορ− µερ σεχρεταρψ Ηελεν ∆υκασ ανδ φριενδ Οττο Νατηαν. Εινστειν, ηαϖινγ κεπτ ηισ τωο σονσ φροµ ηισ ⇒ρστ µαρριαγε, Ηανσ Αλβερτ ανδ Εδυαρδ, ατ αν εµοτιοναλ δισ− τανχε, ενλιστεδ τηε ποσσεσσιϖε ∆υκασ ασ µοτηερ προτεχτορ αφτερ τηε δεατη οφ Ελσα. Ιν ηισ ωιλλ, ηε λεφτ ηερ ανδ Νατηαν ιν χηαργε οφ ηισ λιτεραρψ λεγαχψ. Τηεψ γυαρδεδ ιτ ϖιγορουσλψ, πρεϖεντινγ ιν 1958 τηε πυβλιχατιον οφ α µανυσχριπτ ωριττεν βψ Φριεδα Εινστειν, Εινστειν∏σ δαυγητερ−ιν−λαω, τηατ ωασ βασεδ ιν παρτ ον λεττερσ φροµ Μιλεϖα. ∆ιδ συχη πολιχ− ινγ κεεπ ϖαλυαβλε τρυτησ φροµ σχηολαρσ? Ηιστοριανσ µαψ τηινκ σο, Βεργµανν ασσερτσ, βυτ Ι ηαϖε µψ δουβτσ. Νεϖερτηελεσσ, αφτερ τηε δεατησ οφ ∆υ− κασ ανδ Νατηαν, τηε λεττερσ φουνδ τηειρ ωαψ το τηε Ηεβρεω Υνιϖερσιτψ οφ ϑερυ− σαλεµ, ανδ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ προϕ− εχτ ωασ βεγυν. Βεργµανν ωασ ον τηε λοσινγ σιδε οφ ηεατεδ αργυµεντσ αµονγ φελλοω σχιεντιστσ αδϖισινγ τηε πυβλιση− ερσ ον ωηετηερ το ινχλυδε παρτιχυλαρλψ ιντιµατε λεττερσ. Βυτ ϑοην Σταχηελ, δι− ρεχτορ οφ τηε Χεντερ φορ Εινστειν Στυδ− ιεσ ατ Βοστον Υνιϖερσιτψ ανδ φορµερ εδ− ιτορ οφ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ, χαλλσ τηε βοοκ ωελλ δοχυµεντεδ ανδ σεριουσ, εϖεν τηουγη ηε δισαγρεεσ ωιτη µανψ οφ Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ∏σ χονχλυσιονσ. Ιφ ψου τηινκ Εινστειν ωασ α πλαστερ σαιντ, ηε σαψσ, ψου∏λλ βε υπσετ. Αβραηαµ Παισ, αυτηορ οφ Συβτλε ισ τηε Λορδ, αν Εινστειν βιογραπηψ χονχερνεδ µαινλψ ωιτη Εινστειν∏σ σχιεντι⇒χ αχηιεϖε− µεντσ ανδ ρεγαρδεδ βψ µανψ πηψσι− χιστσ ασ δε⇒νιτιϖε, αγρεεσ ωιτη Σταχηελ αβουτ τηε νεεδ το πυβλιση τηε αρχηιϖεσ ιν τηειρ εντιρετψ. Βυτ τηε ρελεντλεσσ φο− χυσ ον Εινστειν∏σ ροµαντιχ ανδ εροτιχ βεηαϖιορ ιν Πριϖατε Λιϖεσ µακεσ ηιµ σεετηε. Ιτ χουλδ βε ωορσε, ηε σαψσ, βυτ νοτ µυχη. Σο [Εινστειν] ηαδ α φεω εξ− τραµαριταλ α⇑αιρσ. Τηατ ηαππενσ ιν τηε βεστ οφ φαµιλιεσ. Τηε βοοκ∏σ εµπηασισ ισ ωρονγ. Σιρ Μαρτιν Ρεεσ, α προφεσσορ οφ αστρονοµψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαµ− βριδγε, εντερταινσ σιµιλαρ σεντιµεντσ: Ιτ∏σ εντιρελψ αππροπριατε το λεαρν εϖερψ− τηινγ ψου χαν αβουτ σοµεβοδψ ψου∏ρε 28 ωριτινγ αβουτ. Βυτ ατ αλλ ποιντσ, [ Ηιγη− ⇒ελδ ανδ Χαρτερ] πλαχε τηε ωορστ ποσσι− βλε χονστρυχτιον ον Εινστειν∏σ µοτιϖεσ. Ηιγη⇒ελδ ανδ Χαρτερ ινδεεδ γο το χονσιδεραβλε λενγτησ το παιντ Εινστειν ιν τηε ωορστ λιγητ ποσσιβλε. Πριϖατε Λιϖεσ ρελιεσ αλµοστ εξχλυσιϖελψ ον χιρχυµσταν− τιαλ εϖιδενχε ανδ ινδιρεχτ ρεφερενχεσ το συππορτ µανψ οφ ιτσ χονχλυσιονσ. Τηισ πραχτιχε ηολδσ εσπεχιαλλψ τρυε φορ µανψ οφ τηε χλαιµσ αβουτ Εινστειν∏σ πηιλαν− δερινγ. Τακε τηε χασε οφ Γρετε Μαρκ− στειν, α Βερλιν αχτρεσσ ωηο χλαιµεδ ιν 1935 το βε Εινστειν∏σ λονγ−λοστ δαυγη− τερ. Τηε αρχηιϖεσ χονταιν πλαιν εϖιδενχε τηατ Εινστειν σιρεδ α δαυγητερ βψ Μιλεϖα βεφορε τηειρ ωεδδινγ, ωηοµ τηε χουπλε αρε βελιεϖεδ το ηαϖε πυτ υπ φορ αδοπ− τιον. Αλτηουγη Εινστειν δισµισσεδ Μαρκ− στειν∏σ χλαιµ ουτ οφ ηανδ, ηε τοοκ τηε τρουβλε το ηαϖε ηισ σεχρεταρψ ηιρε α δε− τεχτιϖε το χηεχκ ουτ ηερ στορψ. Ιτ τυρνεδ ουτ το βε υντρυε, βυτ δοχυµενταρψ εϖι− δενχε συγγεστσ τηατ τηρεε ψεαρσ εαρλιερ Εινστειν µαδε α παψµεντ οφ 80 µαρκσ το Μαρκστειν φορ σεµιο⇔χιαλ σερϖιχεσ. Αγαιν, τηε αυτηορσ ποιντ τηε ρεαδερ το− ωαρδ αν υνσεεµλψ χονχλυσιον. Εϖεν Εινστειν∏σ ε⇑ορτσ το ιντερϖενε ιν τηε λιϖεσ οφ ηισ χηιλδρεν σουνδ λικε ταλεσ φροµ α σταγ παρτψ. Αχχορδινγ το τηε αυ− τηορσ, Εινστειν ωροτε το Μιλεϖα αβουτ ηισ δισαππροϖαλ οφ τηειρ σον Ηανσ Αλ− βερτ∏σ βριδε−το−βε. Εινστειν συγγεστσ τηατ ηισ σον∏σ χηοιχε οφ α δοµινεερινγ ωοµ− αν ισ τηε ρεσυλτ οφ σεξυαλ ινηιβιτιονσ. Αλλεγεδλψ, Εινστειν προποσεσ τηατ τηε σον βε σεντ το α πρεττψ 40−ψεαρ−ολδ ωοµαν οφ τηε πηψσιχιστ∏σ αχθυαιντανχε φορ υνσπεχι⇒εδ ρεµεδιαλ ινστρυχτιον. Ανδ, σηαδεσ οφ Ωοοδψ Αλλεν, τηε αυ− τηορσ ποιντ ουτ τηατ ιν Εινστειν∏σ λατερ ψεαρσ ηισ στεπδαυγητερ, Μαργοτ, απ− πεαρεδ ωιτη ηιµ αλµοστ εϖερψωηερε ηε ωεντ∇φαρ µορε τηαν διδ ηισ ωιφε, Ελσα. Αλτηουγη ηε αδµιτσ τηατ τηε αρχηιϖεσ προϖιδε νο ηαρδ εϖιδενχε φορ µανψ οφ ηισ ανδ Χαρτερ∏σ χοντεντιονσ, Ηιγη⇒ελδ στανδσ βψ τηεµ. Βεχαυσε πεοπλε ωερε νοτ ιν τηε ηαβιτ ιν τηε εαρλψ παρτ οφ τηε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 χεντυρψ οφ ρεχορδινγ ιντιµατε ιτεµσ ιν τηειρ λεττερσ, Ηιγη⇒ελδ βελιεϖεσ, ηε ανδ Χαρτερ ηαδ το ρελψ ον ινδιρεχτ ρεφερ− ενχεσ. Ψου ηαϖε το λοοκ ατ τηε οϖεραλλ αχχυµυλατιον οφ τηεσε δεταιλσ, ηε σαψσ. ϑργεν Ρενν, α πηψσιχιστ ωηο υντιλ ρεχεντλψ παρτιχιπατεδ ιν τηε πρεπαρατιον οφ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ανδ ωηο ισ νοω διρεχτορ οφ τηε Μαξ Πλανκ Ινστιτυτε φορ τηε Ηιστορψ οφ Σχιενχε ιν Βερλιν, αργυεσ τηατ τηε περσοναλ δεταιλσ ιν Πριϖατε Λιϖεσ αχτυαλλψ ο⇑ερ σοµε ινσιγητ ιντο τηε χρεατιϖε προχεσσ βεηινδ Εινστειν∏σ αχηιεϖεµεντσ. Ψου χαν∏τ υνδερστανδ τηε πεχυλιαρ χοµβινατιον οφ ωηατ ηε διδ ανδ ωηεν ηε διδ ιτ ωιτηουτ κνοω− ινγ αβουτ ηισ περσοναλ λιφε, ηε σαψσ. Τηατ Εινστειν ανδ Μιλεϖα λιϖεδ λικε βοηεµιαν ουτσιδερσ ιν τηε περιοδ βε− φορε 1905 ηαδ αν ιµπαχτ ον Εινστειν∏σ τηεορψ οφ σπεχιαλ ρελατιϖιτψ, Ρενν χον− τενδσ. Ηισ µαρριαγε το Μιλεϖα εστρανγεδ Εινστειν φροµ ηισ φαµιλψ, ανδ ηε ωασ ηαϖινγ τρουβλε ⇒νδινγ α ϕοβ. Τηε πηψσι− χιστ∏σ αρρογανχε ανδ ρεβελλιουσνεσσ, χουπλεδ ωιτη ηισ ρελατιονσηιπ ωιτη Μιλε− ϖα, γαϖε ηιµ τηε χουραγε το τακε υπ [σχιεντι⇒χ] ισσυεσ τηατ ηε ωουλδν∏τ ηαϖε τακεν υπ οτηερωισε, Ρενν σαψσ. Τηατ ασσυµπτιον γοεσ φαρ τοωαρδ εξπλαινινγ ωηψ Εινστειν, ιν ηισ χορρεσπονδενχε ωιτη Μιλεϖα, ρεφερρεδ ιν 1901 το ουρ ωορκ ον ρελατιϖε µοτιον. Βψ τηε σαµε τοκεν, Εινστειν∏σ λατερ µοϖε το Βερλιν χονστιτυτεδ σοµετηινγ οφ α ρετυρν το τηε ινσιδε∇το ηισ νεω ϕοβ ατ τηε χεν− τερ οφ τηε πηψσιχσ εσταβλισηµεντ ανδ το τηε γοοδ γραχεσ οφ ηισ φαµιλψ. Μιλεϖα νο λονγερ συιτεδ ηισ χηανγεδ σενσιβιλιτψ. Σο φαρ φεω πηψσιχιστσ σεεµ το ηαϖε αχτυαλλψ ρεαδ Πριϖατε Λιϖεσ. Ρογερ Πεν− ροσε, Ρουσε Βαλλ Προφεσσορ οφ Ματηε− µατιχσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Οξφορδ ανδ αυτηορ οφ Τηε Εµπερορ∏σ Νεω Μινδ, δοεσ νοτ πυτ τηε βοοκ ηιγη ον ηισ ρεαδ− ινγ λιστ, αλτηουγη ηε ισ κεεν το περυσε τηε λεττερσ ιν Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ϖολ− υµεσ. ∆αϖιδ Ροβινσον, α προφεσσορ οφ µατηεµατιχσ ατ Κινγ∏σ Χολλεγε, Λονδον, χοµµεντσ τηατ µοστ ωορκινγ πηψσι− χιστσ λικε µε ωιλλ ωαιτ φορ τηε παπερ− βαχκ ϖερσιον. Γεοργε Π. Εφστατηιου, Σαϖιλιαν Προφεσσορ οφ Αστρονοµψ ατ Οξ− φορδ, σαψσ τηε βοοκ ηασ γιϖεν ηιµ ιν− σιγητ ιντο Εινστειν∏σ χηαραχτερ: Ιτ∏σ νοτ τηε σεξυαλ µισδεµεανορσ τηατ ιντερεστ µε βυτ ρατηερ Εινστειν∏σ ινδεπενδενχε φροµ αυτηοριτψ ιν ηισ ψουνγερ ψεαρσ. Εφστατηιου µαψ βε ον τηε ριγητ τραχκ. Ονχε τηε σαλαχιουσ χυριοσιτψ ηασ βεεν σατισ⇒εδ, Παισ, Βεργµανν ορ οτηερ σερι− ουσ σχηολαρσ φαχε τηε φασχινατινγ χηαλ− λενγε οφ εξπλορινγ τηε χοµπλεξ περσον− αλιτψ τηατ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ρεϖεαλσ. Ανδ σοχιολογιστσ ορ οτηερ σοφτ σχιεντιστσ µαψ ωαντ το εξαµινε σοχιετψ∏σ νεεδ φορ ιδολσ, α νεεδ ηιστορψ σεεµσ εϖερ ρεαδψ το φρυστρατε. ∇Φρεδ Γυτερλ, Λονδον Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ωετλανδσ These havens of biodiversity are often endangered because they can be hard to identify. Understanding their variable characteristics can lead to more successful conservation e›orts βψ ϑον Α. Κυσλερ, Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑοσεπη Σ. Λαρσον ς αριουσλψ δρψ, ωετ ορ ανψωηερε βετωεεν, ωετλανδσ αρε βψ τηειρ νατυρε προτεαν. Συχη χονσταντ χηανγε µακεσ ωετλανδσ εχολογιχαλλψ ριχη; τηεψ αρε οφτεν ασ διϖερσε ασ ραιν φορεστσ. Τηεσε σηαλλοω ωατερ∠φεδ σψσ− τεµσ αρε χεντραλ το τηε λιφε χψχλε οφ µανψ πλαντσ ανδ ανιµαλσ, σοµε οφ τηεµ ενδανγερεδ. Τηεψ προϖιδε α ηαβιτατ ασ ωελλ ασ σπαωνινγ γρουνδσ φορ αν εξτρα− ορδιναρψ ϖαριετψ οφ χρεατυρεσ ανδ νεστ− ινγ αρεασ φορ µιγρατορψ βιρδσ. Σοµε ωετλανδσ εϖεν περφορµ α γλοβαλ φυνχ− τιον. Τηε νορτηερν πεατ λανδσ οφ Χανα− δα, Αλασκα ανδ Ευρασια, ιν παρτιχυλαρ, µαψ ηελπ µοδερατε χλιµατιχ χηανγε βψ σερϖινγ ασ α σινκ φορ τηε γρεενηουσε γασ χαρβον διοξιδε. Ωετλανδσ αλσο ηαϖε χοµµερχιαλ ανδ υτιλιταριαν φυνχτιονσ. Τηεψ αρε σουρχεσ οφ λυχρατιϖε ηαρϖεστσ οφ ωιλδ ριχε, φυρ− βεαρινγ ανιµαλσ, ⇒ση ανδ σηελλ⇒ση. Ωετλανδσ λιµιτ τηε δαµαγινγ ε⇑εχτσ οφ ϑΟΝ Α. ΚΥΣΛΕΡ, ΩΙΛΛΙΑΜ ϑ. ΜΙΤΣΧΗ ανδ ϑΟΣΕΠΗ Σ. ΛΑΡΣΟΝ ωορκ ον ασπεχτσ οφ ωετλανδ µαναγεµεντ ανδ εχολογψ. Κυσλερ, ωηο ηασ αδϖισεδ µανψ στατε ανδ φεδεραλ αγενχιεσ ον ωατερ ρεσουρχε πολι− χψ, ισ εξεχυτιϖε διρεχτορ οφ τηε Ασσοχια− τιον οφ Ωετλανδ Μαναγερσ. Προφεσσορ οφ νατυραλ ρεσουρχεσ ανδ ενϖιρονµενταλ σχιενχε ατ Οηιο Στατε Υνιϖερσιτψ, Μιτσχη ηασ χονδυχτεδ εξτενσιϖε ρεσεαρχη ον ωετλανδσ ρεστορατιον ανδ εχοσψστεµ µοδελινγ. Λαρσον ισ προφεσσορ ατ ανδ δι− ρεχτορ οφ τηε Ενϖιρονµενταλ Ινστιτυτε ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μασσαχηυσεττσ ατ Αµ− ηερστ. Ηε ηασ στυδιεδ, αµονγ οτηερ τοπ− ιχσ, τηε βεηαϖιορ οφ βεαϖερσ ανδ τηε ασ− σεσσµεντ οφ φρεσηωατερ ωετλανδσ. 64Β ωαϖεσ, χονϖεψ ανδ στορε ⇓οοδωατερσ, τραπ σεδιµεντ ανδ ρεδυχε πολλυτιον∇ τηε λαστ αττριβυτε ηασ εαρνεδ τηεµ τηε σοβριθυετ νατυρε∏σ κιδνεψσ. ∆εσπιτε τηειρ ϖαλυε, ωετλανδσ αρε ραπ− ιδλψ δισαππεαρινγ. Ιν τηε Υ.Σ., µορε τηαν ηαλφ οφ τηεσε ρεγιονσ ιν εϖερψ στατε εξ− χεπτ Αλασκα ανδ Ηαωαιι ηαϖε βεεν δε− στροψεδ. Βετωεεν τηε 1950σ ανδ τηε 1970σ µορε τηαν νινε µιλλιον αχρεσ∇ αν αρεα εθυιϖαλεντ το τηε χοµβινεδ σιζε οφ Μασσαχηυσεττσ, Χοννεχτιχυτ ανδ Ρηοδε Ισλανδ∇ωερε ωιπεδ ουτ. Σοµε στατεσ ηαϖε αλµοστ εντιρελψ λοστ τηειρ ωετλανδσ: Χαλιφορνια ανδ Οηιο, φορ εξ− αµπλε, ρεταιν ονλψ 10 περχεντ οφ τηειρ οριγιναλ εξπανσε. ∆εστρυχτιον χοντινυεσ τοδαψ, αλβειτ ατ α σλιγητλψ ρεδυχεδ ρατε, ιν παρτ, βεχαυσε τηερε αρε φεωερ ωετ− λανδσ το ελιµινατε. Νο συχη νυµβερσ αρε αϖαιλαβλε ιντερνατιοναλλψ, βυτ ωε εσ− τιµατε τηατ 6 περχεντ οφ αλλ λανδ ισ χυρ− ρεντλψ ωετλανδσ. Τηε εξτενσιϖε λοσσεσ χαν γενεραλλψ βε αττριβυτεδ το τηε σαµε φεατυρε τηατ µακεσ ωετλανδσ σο ϖαλυαβλε: τηειρ εϖερ χηανγινγ νατυρε. Τηε χοµπλεξ δψναµ− ιχσ οφ ωετλανδσ χοµπλιχατε ε⇑ορτσ το χρεατε πολιχιεσ φορ πρεσερϖινγ τηεµ. Τηειρ µαναγεµεντ ανδ προτεχτιον µυστ ινχορπορατε α ρεαλιστιχ δε⇒νιτιον, ονε τηατ ενχοµπασσεσ αλλ τηεσε ιντριχατε ΦΛΟΟ∆ΙΝΓ ΙΝ ΤΗΕ ΜΙ∆ΩΕΣΤ λεφτ τηου− σανδσ οφ ηουσεσ συβµεργεδ∇ινχλυδινγ τηεσε αλονγ τηε Μισσουρι Ριϖερ∇ανδ ποωερφυλλψ δεµονστρατεδ τηε δανγερσ οφ δεστροψινγ ωετλανδσ. Ωηεν υνδισ− τυρβεδ, ωετλανδσ χαν αβσορβ εξχεσσ ⇓οοδωατερ. ∆εϖελοπµεντ, ηοωεϖερ, χαν ρεδυχε ορ ελιµινατε τηισ χαπαβιλιτψ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. εχοσψστεµσ∇φροµ µαρσηεσ, βογσ ανδ σωαµπσ το ϖερναλ ποολσ, πλαψα λακεσ ανδ πραιριε ποτηολεσ. Ιφ σχιεντιστσ χαν βεττερ χλαριφψ ανδ χοµµυνιχατε το τηε πυβλιχ ανδ το πολιχψµακερσ τηε σπεχιαλ χηαραχτεριστιχσ οφ ωετλανδσ ασ ωελλ ασ τηειρ εχονοµιχ ανδ εχολογιχαλ ιµπορ− τανχε, περηαπσ τηοσε τηατ δο ρεµαιν ωιλλ νοτ δισαππεαρ. Ο ϖερ τηε ψεαρσ, ρεσεαρχηερσ ανδ γοϖερνµεντ αγενχιεσ ηαϖε δε− ϖελοπεδ µανψ δε⇒νιτιονσ οφ ωετλανδσ. Αλλ σηαρε τηε ρεχογνιτιον τηατ ωετλανδσ αρε σηαλλοω−ωατερ σψστεµσ, ορ αρεασ ωηερε ωατερ ισ ατ ορ νεαρ τηε συρ− φαχε φορ σοµε τιµε. Μοστ δεσχριπτιονσ αλσο νοτε τηε πρεσενχε οφ πλαντσ αδαπτ− εδ το ⇓οοδινγ, χαλλεδ ηψδροπηψτεσ, ανδ ηψδριχ σοιλσ, ωηιχη, ωηεν ⇓οοδεδ, δε− ϖελοπ χολορσ ανδ οδορσ τηατ διστινγυιση τηεµ φροµ υπλανδ σοιλσ. Ωετλανδσ χαν βε φουνδ ιν διϖερσε το− πογραπηιχαλ σεττινγσ. Τηεψ αρισε ιν ⇓ατ, τιδαλλψ ινυνδατεδ βυτ προτεχτεδ αρεασ, συχη ασ σαλτ µαρσηεσ ανδ µανγροϖε σωαµπσ. Ωετλανδσ εξιστ νεξτ το φρεση− ωατερ ριϖερσ, στρεαµσ ανδ λακεσ ανδ τηειρ ⇓οοδπλαινσ (συχη αρεασ αρε οφτεν χαλλεδ ριπαριαν). Ιν αδδιτιον, τηεψ φορµ ιν συρφαχε δεπρεσσιονσ αλµοστ ανψ− ωηερε. Συχη ωετλανδσ χοµπρισε φρεση− ωατερ µαρσηεσ, ποτηολεσ, µεαδοωσ, πλα− ψασ ανδ ϖερναλ ποολσ ωηερε ϖεγετατιον ισ νοτ ωοοδψ, ασ ωελλ ασ σωαµπσ ωηερε ιτ ισ. Ωετλανδσ χαν αλσο ⇓ουριση ον σλοπεσ ανδ ατ τηε βασε οφ σλοπεσ, συπ− πλιεδ βψ σπρινγσ, ανδ ασ βογσ ανδ φενσ φεδ βψ πρεχιπιτατιον ανδ γρουνδωατερ. Φιναλλψ, τηεψ χαν οχχυρ ιν χολδ χλιµατεσ ωηερε περµαφροστ ρεταινσ ωατερ ανδ λοω εϖαπορατιον ρατεσ πρεϖαιλ. Αλτηουγη τηε κινδσ ανδ λοχατιονσ οφ ωετλανδσ ϖαρψ γρεατλψ, ⇓υχτυατινγ ωατερ λεϖελσ αρε χεντραλ το αλλ οφ τηεµ. Ωατερ ρισεσ ορ φαλλσ ιν αχχορδανχε ωιτη τιδεσ, πρεχιπιτατιον ορ ρυνο⇑; τηε αχτιϖιτιεσ οφ ηυµανσ ανδ οτηερ ανιµαλσ χαν αλσο δε− τερµινε ωατερ λεϖελσ. Τηε εξτεντ οφ τηε ⇓υχτυατιον ισ οφτεν ϖερψ δι⇑ερεντ φροµ σιτε το σιτε. Ιν τηε σαλτ µαρσηεσ οφ τηε νορτηεαστερν Υ.Σ. ανδ εαστερν Χαναδα, δαιλψ τιδεσ µαψ βρινγ αβουτ σηιφτσ οφ 10 φεετ ορ µορε ιν ωατερ λεϖελ. Οτηερ ρεγιονσ υνδεργο εϖεν µορε εξτρεµε χηανγεσ. Φορ εξαµπλε, ραινφαλλ χαν χαυσε τηε Αµαζον Ριϖερ το ρισε 25 φεετ δυρινγ α σεασον ανδ ινϖαδε νειγηβορινγ ωετ− λανδσ [σεε Φλοοδεδ Φορεστσ οφ τηε Αµα− ζον, βψ Μιχηαελ Γουλδινγ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1993]. Ιν τηε πραιριε ποτηολεσ οφ τηε Μιδωεστ, γρουνδωατερ ορ µελτινγ σνοω µαψ αλτερ ωατερ λεϖελσ βψ φουρ ορ ⇒ϖε φεετ οϖερ σεϖεραλ ψεαρσ. Εϖεν ωηεν λεϖελσ ⇓υχτυατε δραµατι− χαλλψ, τηεσε σψστεµσ χαν αδϕυστ σο τηατ τηεψ συσταιν λιττλε περµανεντ δαµαγε. Ινδεεδ, τηε ϖερψ εξιστενχε οφ σοµε ωετ− λανδσ ισ ρελατεδ το τηε ραϖαγεσ οφ ηυρρι− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 65 χανεσ, ⇓οοδσ ανδ δρουγητσ. Μοστ ωετ− λανδσ αλονγ ριϖερσ ανδ χοαστλινεσ ασ ωελλ ασ τηοσε τηατ φορµεδ ιν δεπρεσσιονσ ιν τηε λανδσχαπε αρε λονγ−λιϖεδ πρεχισελψ βεχαυσε οφ εϖεντσ τηατ πεοπλε χονσιδερ εχονοµιχαλλψ δεϖαστατινγ. Ραγινγ ⇒ρεσ βυρν εξχεσσ δεποσιτεδ οργανιχ µαττερ ανδ ρεχψχλε νυτριεντσ. Ηυρριχανεσ ανδ ηιγη−ϖελοχιτψ ⇓οοδσ σχουρ σεδιµεντσ ανδ οργανιχ µαττερ, ρεµοϖινγ τηεµ φροµ ωετλανδσ ορ χρεατινγ ωετλανδσ νεαρβψ. ∆ρουγητσ τεµποραριλψ δεστροψ ηψδροπηψτιχ ϖεγετατιον ανδ αλλοω οξι− δατιον ανδ χοµπαχτιον οφ οργανιχ σοιλσ. Τηισ ανοµαλουσ φεατυρε οφ ωετλανδσ∇ τηε ωαψ τηατ σηορτ−τερµ δεστρυχτιον εν− συρεσ λονγ−τερµ γαιν∇ισ ποορλψ υνδερ− στοοδ βψ τηε γενεραλ πυβλιχ. Μυχη οφ τηε πρεσσ χοϖεραγε οφ Ηυρριχανε Αν− δρεω ανδ ιτσ ιµπαχτ ον τηε Φλοριδα Εϖ− εργλαδεσ ιλλυστρατεσ τηισ φαχτ. Αλτηουγη Τηε Φλυχτυατινγ Ωατερ Λεϖελσ οφ Ωετλανδσ Ω etlands are often as different in their appearance and in the species they host as they are in the range of saturation they experience in the course of a year or a season. Their topographical variety and the complexity of their hydrology have made some wetlands difficult to identify and, hence, difficult to preserve. RELATIVE WATER DEPTH PRAIRIE POTHOLE WET YEAR DRY YEAR RELATIVE WATER DEPTH BOG WET YEAR DRY YEAR RELATIVE WATER DEPTH CYPRESS SWAMP JANUARY 66 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 DECEMBER Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε δαµαγε ωασ σεριουσ, τηε εχοσψστεµ ανδ οτηερσ λικε ιτ ηαϖε συρϖιϖεδ τηου− σανδσ οφ συχη χαταχλψσµσ. Σοµε ρε− σεαρχηερσ ηαϖε συγγεστεδ τηατ τρεεσ ιν τηε χοασταλ µανγροϖε σωαµπσ ρεαχη µατυριτψ ατ αβουτ 30 ψεαρσ οφ αγε, α πε− ριοδιχιτψ τηατ χοινχιδεσ αλµοστ περφεχτ− λψ ωιτη τηε φρεθυενχψ οφ ηυρριχανεσ ιν τηε τροπιχσ. Μισυνδερστανδινγ ηασ αλσο λεδ το µανψ ωελλ−ιντεντιονεδ προποσαλσ το σταβιλιζε ωατερ λεϖελσ ιν ωετλανδσ. Τηε ⇓οοδινγ αλονγ τηε Μισσισσιππι, Μισσου− ρι ανδ οτηερ ριϖερσ λαστ συµµερ ωασ εσ− πεχιαλλψ σεϖερε βεχαυσε ωετλανδσ ηαδ βεεν δεστροψεδ ασ πεοπλε βυιλτ ον τηεµ. Τηεσε εχοσψστεµσ χουλδ νο λονγερ σερϖε το αβσορβ ⇓οοδωατερσ. Οφ χουρσε, τηε λεϖελσ οφ µανψ βοδιεσ οφ ωατερ ρισε ανδ φαλλ. Λακεσ ανδ στρεαµσ αρε οχχυπιεδ βψ πλαντσ ανδ ανιµαλσ RELATIVE WATER DEPTH TROPICAL FLOODPLAIN RELATIVE WATER DEPTH TUNDRA RELATIVE WATER DEPTH FRESHWATER MARSH RELATIVE WATER DEPTH SALTWATER MARSH JANUARY Copyright 1994 Scientific American, Inc. DECEMBER ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 67 ΒΟΤΤΟΜΛΑΝ∆ ΗΑΡ∆ΩΟΟ∆ ΩΕΤΛΑΝ∆Σ τηατ οχχυρ ιν τηε µαϕορ ριϖερ βασινσ οφ τηε σουτηεαστερν Υ.Σ. ηαϖε τωο ϖερψ διστινχτ ηψδροπεριοδσ, ορ περιοδσ οφ ινυνδατιον. ∆υρινγ τηε τηατ αρε αδαπτεδ το α περµανεντλψ ωα− τερψ ενϖιρονµεντ∇εϖεν τεµποραρψ δρψ σπελλσ χουλδ κιλλ τηεµ. Ιν χοντραστ, α ωετλανδ ενχοµπασσεσ αν αρραψ οφ σηαλ− λοω−ωατερ ανδ σατυρατεδ σοιλ ενϖιρον− µεντσ τηατ ποσσεσσ σοµε ελεµεντσ οφ α τερρεστριαλ σψστεµ ανδ σοµε οφ αν αθυατ− ιχ σψστεµ. Βεχαυσε ωατερ λεϖελσ ρισε ανδ φαλλ χοντινυουσλψ, πορτιονσ οφ ωετλανδσ∇ ανδ, ιν σοµε χασεσ, εντιρε ωετλανδσ∇ατ τιµεσ ρεσεµβλε τρυε αθυατιχ σψστεµσ, ατ τιµεσ τερρεστριαλ σψστεµσ ανδ ατ τιµεσ ιντερµεδιατε σψστεµσ. Πλαντσ, ανιµαλσ ανδ µιχροβεσ αρε χονσταντλψ αδαπτινγ ανδ χηανγινγ. Ωετλανδσ αλσο δι⇑ερ φροµ δεεπ−ωατερ αθυατιχ σψστεµσ ιν τηειρ σενσιτιϖιτψ το τηε ε⇑εχτσ οφ ωατερ−λεϖελ χηανγεσ. Α ονε−φοοτ χηανγε ιν τηε λεϖελ οφ α λακε ορ α ριϖερ βρινγσ αβουτ λιττλε δι⇑ερενχε ιν α σψστεµ∏σ βουνδαριεσ ορ φυνχτιονσ. Βυτ αν εθυιϖαλεντ χηανγε ιν α ωετλανδ χαν σιγνι⇒χαντλψ α⇑εχτ βοτη. Χερταιν ωετ− λανδ ϖεγετατιον∇σεδγεσ, γρασσεσ ορ ⇓οατινγ πλαντσ∇οφτεν γροωσ ιν ονε λο− χατιον δυρινγ α ωετ ψεαρ, ανοτηερ λοχα− τιον δυρινγ αν ιντερµεδιατε ψεαρ ανδ νοτ ατ αλλ δυρινγ α δρψ ψεαρ. Τηυσ, χψ− χλεσ οφ πλαντ γροωτη χαν χηανγε οϖερ τιµε. Ασ α ρεσυλτ, τηε κινδσ οφ ανιµαλσ τηατ φρεθυεντ α ωετλανδ ωιλλ αλσο ϖαρψ. Συχη σηιφτσ εξπλαιν τηε ιµµενσε βιο− διϖερσιτψ οφ ωετλανδσ. Αλτερατιονσ ιν τηειρ ωατερ λεϖελσ γιϖε ρισε το α σεριεσ οφ εχολογιχαλ νιχηεσ τηατ χαν συππορτ τερρεστριαλ, παρτιαλλψ αθυατιχ ανδ φυλλψ αθυατιχ πλαντσ ανδ ανιµαλσ. Ιν αδδιτιον, ϖερτιχαλ γραδιεντσ χαυσεδ βψ δι⇑ερινγ 68 δρψ σεασον (λεφτ ), φιση σπεχιεσ συχη ασ τηε ψελλοω βυλληεαδ σταψ ιν τηε χηαννελ, ωηερεασ ανιµαλσ ανδ βιρδσ µοϖε τηρουγη− ουτ αλλ ζονεσ οφ τηε ρεγιον. Βυτ δυρινγ τηε φλοοδεδ περιοδ δεπτησ οφ ωατερ ανδ σατυρατιον χρεατε φυρτηερ ενϖιρονµενταλ ϖαριατιον. Ωετ− λανδσ εσσεντιαλλψ βορροω σπεχιεσ φροµ βοτη αθυατιχ ανδ τερρεστριαλ ρεαλµσ. Εϖεν α τεµποραρψ νιχηε χαν βε χρυ− χιαλ το τηε νεστινγ, σπαωνινγ, βρεεδινγ ορ φεεδινγ παττερνσ οφ α παρτιχυλαρ σπε− χιεσ. Σηορτ−λεγγεδ βιρδσ συχη ασ γρεεν− βαχκεδ ηερονσ ανδ λιµπκινσ φεεδ αλονγ σηαλλοω−ωατερ σηορελινεσ. Λονγερ−λεγγεδ σπεχιεσ, ινχλυδινγ εγρετσ ανδ γρεατ βλυε ηερονσ, φεεδ ιν δεεπερ ωατερ. Σωιµ− µινγ ωατερφοωλ συχη ασ µαλλαρδσ, χοοτσ ανδ πυρπλε γαλλινυλεσ φεεδ ιν τηε δεεπ− εστ οπεν ωατερ. Σηιφτσ ιν ωατερ λεϖελσ σερϖε το τριγγερ νεστινγ βψ ωοοδ στορκσ ιν Φλοριδα ανδ βρεεδινγ βψ δυχκσ ιν πραιριε ποτηολεσ. Ρ ισινγ ανδ φαλλινγ ωατερ λεϖελσ νοτ ονλψ ιν⇓υενχε τηε ιντερναλ χηαρ− αχτερ οφ α ωετλανδ, βυτ τηεψ αλσο λινκ ωετλανδσ το ονε ανοτηερ ανδ το οτηερ αθυατιχ σψστεµσ. Βεχαυσε οφ τηειρ σενσιτιϖιτψ το ωατερ λεϖελσ, ωετλανδσ αρε ηιγηλψ δεπενδεντ ον τηε θυαντιτψ ανδ θυαλιτψ οφ ωατερ ιν τηειρ ιµµεδιατε αρεα. Τηισ φαχτ ισ παρτιχυλαρλψ τρυε φορ ισολατ− εδ ορ σµαλλ ωετλανδσ. Ιν συχη τερραιν, ραιν, λοχαλ ρυνο⇑ ανδ τηε αθυιφερ αρε τηε ονλψ σουρχεσ οφ ωατερ. Ωετλανδσ βορ− δερινγ µαϕορ λακεσ ανδ στρεαµσ µαψ βε λεσσ σενσιτιϖε το συχη νατυραλ χηανγεσ. Τηεψ ρελψ ον τηε λεϖελσ ιν αδϕαχεντ ωα− τερ βοδιεσ τηατ, ιν τυρν, δεπενδ ον πρε− χιπιτατιον ιν λαργερ ωατερσηεδσ. Χοασταλ ωετλανδσ αρε αλσο σοµεωηατ µορε ρε− σιλιεντ σινχε λεϖελσ δεπενδ ον τηε τιδεσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Συχη ασσοχιατιονσ ωιτη τηε νειγηβορ− ινγ ενϖιρονµεντ αρε χριτιχαλ το ωετλανδ φυνχτιονσ. Ωετλανδσ χαν σερϖε ασ ρεπρο− δυχτιϖε ορ φεεδινγ σιτεσ φορ σοµε σπε− χιεσ ονλψ ιφ τηεψ αρε χοννεχτεδ ωιτη οτηερ ωατερωαψσ. Μορεοϖερ, τηε ινχοµ− ινγ ωατερ βρινγσ νυτριεντσ ανδ σεδι− µεντσ τηατ χαν µακε τηε σψστεµ µορε προδυχτιϖε. Τηε ωετλανδσ τηεν χλεανσε τηεσε ωατερσ βψ ρεταινινγ σεδιµεντσ ασ ωελλ ασ πηοσπηορυσ ανδ οτηερ χηεµι− χαλσ. Πολλυταντσ συχη ασ νιτρογεν χαν βε τυρνεδ ιντο ηαρµλεσσ γασεσ βψ τηε αερο− βιχ ανδ αναεροβιχ βαχτερια φουνδ τηερε. Χλεαρλψ, τηε δεπενδενχε οφ µανψ ωετλανδσ ον χοντιγυουσ ωατερ σψστεµσ µακεσ τηεµ εσπεχιαλλψ ϖυλνεραβλε το εϖεν µινορ ηυµαν αχτιϖιτψ. ∆εϖελοπ− µεντ ιν ωατερσηεδ αρεασ ανδ τηε πυµπ− ινγ οφ γρουνδωατερ χαν δισρυπτ ορ δε− στροψ τηεµ. Λανδ⇒λλσ, δικεσ ορ οτηερ µεασυρεσ τηατ ισολατε ωετλανδσ φροµ νεαρβψ ωετλανδσ ορ ωατερσ χαν ρεδυχε τηειρ αβιλιτψ το προϖιδε ⇓οοδ στοραγε, ωατερ πυρι⇒χατιον ανδ ηαβιτατσ. Βαρριερσ αλσο χαν πρεϖεντ ωετλανδ πλαντσ ανδ ανιµαλσ ωιτη ηιγηλψ σενσιτιϖε αθυατιχ τολερανχεσ φροµ µιγρατινγ υπ ανδ δοων γεντλε σλοπεσ. Ωιτηουτ συ⇔− χιεντ ροοµ το µοϖε, ωετλανδσ τηεµ− σελϖεσ µαψ τεµποραριλψ ορ περµανεντλψ δισαππεαρ. Σοµε∇ινχλυδινγ ηεαδωατερ ριπαριαν ωετλανδσ, δεπρεσσιοναλ ωετ− λανδσ ανδ σλοπε ωετλανδσ∇αρε παρτιχυ− λαρλψ προνε το συχη ιντερφερενχε. Α σεα− ωαλλ ορ α δικε ατ τηε λανδωαρδ βουνδαρψ οφ α σαλτ µαρση χαν πρεϖεντ τηε ινλανδ µιγρατιον οφ τηε µαρση ωηεν τηε σεα Copyright 1994 Scientific American, Inc. (ριγητ ), τηε χρυχιαλ ρολε οφ τηε ωετλανδ ασ σπαωνινγ γρουνδ ανδ νυρσερψ βεχοµεσ εϖιδεντ. Τηε φιση µοϖε ιντο τηε ινυν− δατεδ φορεστ, ωηερε τηεψ σπαων ανδ φεεδ; ωοοδ δυχκσ φλψ λεϖελ ρισεσ. Ινδεεδ, συχη δικινγ χυρρεντ− λψ τηρεατενσ, ρατηερ τηαν ηελπσ, µανψ χοασταλ αρεασ. Ινχρεασεδ αµουντσ οφ σεδιµεντ, νυ− τριεντσ ανδ πεστιχιδεσ φροµ ωατερσηεδσ υνδεργοινγ δεϖελοπµεντ χαν δραστιχαλ− λψ αλτερ τηε βιολογιχαλ µακευπ οφ α ωετ− λανδ ανδ οϖερλοαδ ιτσ αβιλιτψ το πυργε πολλυταντσ ιφ τηεψ αρε αδδεδ βεψονδ τηε ωετλανδ∏σ αβιλιτψ το ασσιµιλατε τηεµ. Συχη αδδιτιονσ χαν εϖεν δεστροψ α ωετ− λανδ ιν α σηορτ τιµε. Ισολατεδ ωετλανδσ αρισινγ ιν τοπολογιχαλ δεπρεσσιονσ αρε θυιτε ϖυλνεραβλε βεχαυσε τηεψ αρε νοτ περιοδιχαλλψ πυργεδ οφ σεδιµεντ βψ στορµσ ορ ηιγη−ϖελοχιτψ ριϖερ ⇓οωσ. Μανψ ποτηολε ανδ κεττλε−ηολε ωετ− λανδσ ιν τηε νορτηερν Αµεριχαν στατεσ ανδ τηε σουτηερν παρτσ οφ Χαναδιαν προϖινχεσ αρε ατ ϕυστ συχη ρισκ. Μοστ ωετλανδσ ιν τηεσε ρεγιονσ ωερε χρεατεδ 8,000 το 12,000 ψεαρσ αγο βψ τηε ρετρεατ οφ τηε γλαχιερσ. Ασ βλοχκσ οφ ιχε ιν γλα− χιαλ ουτωαση ανδ τιλλ (τηε ασσεµβλαγε οφ ροχκσ, βουλδερσ ανδ χλαψ τηατ ριδεσ αλονγ ωιτη τηε γλαχιερ ) µελτεδ, ποτηολε δεπρεσσιονσ ωερε φορµεδ. Τηε δεεπερ ονεσ βεχαµε λακεσ; τηε σηαλλοω ονεσ, ωετλανδσ. Ιν πρεσεττλεµεντ τιµεσ, ηεαϖ− ιλψ ϖεγετατεδ συρρουνδινγσ χοντριβυτεδ σµαλλ αµουντσ οφ σεδιµεντ ανδ νυτρι− εντσ το τηεσε ωετλανδσ. Βυτ τηε χλεαρινγ οφ λανδ ινχρεασεδ τηισ ιν⇓υξ οφ σεδι− µεντ, ωηιχη χοντινυεσ το βυιλδ υπ βε− χαυσε τηε εχοσψστεµσ λαχκ ε⇑εχτιϖε ⇓υσηινγ µεχηανισµσ. Ιρονιχαλλψ, δεχρεασεδ σεδιµεντ φροµ δαµσ ανδ ρεσερϖοιρσ αλονγ ριϖερσ ανδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιντο τηε αρεα το νεστ. Μανψ οτηερ χρεατυρεσ µοϖε υπλανδ το δρψ γρουνδ. Τηε βοττοµλανδ ηαρδωοοδ πλαντσ ανδ ανιµαλσ αρε τηυσ αδαπτεδ το βοτη τηε δρψ ανδ τηε ωετ περιοδσ. στρεαµσ τηρεατενσ οτηερ ωετλανδσ. Ιν τηε Μισσισσιππι ∆ελτα, λεϖεεσ ηαϖε πρεϖεντ− εδ λοαδσ οφ σεδιµεντ φροµ βεινγ δε− ποσιτεδ∇το τηε ποιντ τηατ µαρσηεσ χαν νο λονγερ βυιλδ υπ ατ α ρατε εθυαλ το σεα−λεϖελ ρισε ανδ λανδ συβσιδενχε. Τηε ρεσυλτ ισ α µασσιϖε λοσσ, αν εστιµατεδ 25,000 αχρεσ οφ µαρση εϖερψ ψεαρ. Ωα− τερσηεδ δεϖελοπµεντ ανδ διϖερσιονσ τηατ δεχρεασε τηε φρεσηωατερ ⇓οω οφ ριϖερσ σιµιλαρλψ τηρεατεν µανψ εστυαρ− ινε ωετλανδσ βψ ρεδυχινγ τηε θυαντιτψ οφ φρεσηωατερ ανδ ινχρεασινγ σαλινιτψ. Ι τ ισ νοτ δι⇔χυλτ το σεε ηοω ⇓υχτυατ− ινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε ιντριχατε ρελατιονσ βετωεεν ωετλανδσ ανδ ηυ− µαν δεϖελοπµεντ ποσε σεριουσ χηαλ− λενγεσ το ανψ σιµπλε ωετλανδ πολιχψ. Ηιγηλψ γενεραλιζεδ ρυλεσ αρε οφτεν ιν− σενσιτιϖε το τηε πηψσιχαλ χηαραχτεριστιχσ ανδ δψναµιχσ οφ ωετλανδσ. Το σοµε εξτεντ, τηε βαττλε οϖερ ωετ− λανδσ ηασ βεεν α χον⇓ιχτ βετωεεν χον− σερϖατιον ανδ δεϖελοπµεντ. Τηερε ισ ηαρδλψ α φαρµερ, δεϖελοπερ ορ σηοπ− πινγ−µαλλ βυιλδερ ιν τηε Υ.Σ. ωηο ισ νοτ φαµιλιαρ ωιτη ωετλανδσ. Τηε δεβατε ηασ πιϖοτεδ αρουνδ τηε προβλεµ οφ δεϖισ− ινγ µαναγεµεντ στρατεγιεσ τηατ προ− ϖιδε χερταιντψ φορ δεϖελοπερσ ωηιλε προ− τεχτινγ τηε εχολογιχαλ φεατυρεσ οφ ωετ− λανδσ. Φλυχτυατινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε σενσιτιϖιτψ οφ ωετλανδσ το τηεσε χηανγ− εσ ασ ωελλ ασ τηε δεπενδενχε οφ ωετ− λανδσ ον τηε συρρουνδινγ λανδσχαπε µυστ χονσιστεντλψ βε τακεν ιντο αχχουντ. Λανδοωνερσ υνδερστανδαβλψ ωαντ το κνοω τηε εξαχτ ε⇑εχτ οφ ωετλανδ ρεγυ− λατιονσ ωηεν τηεψ χονστρυχτ α ηουσε ορ ροαδ. Τηεψ ωαντ το κνοω ωηατ αχτιϖιτιεσ ωιλλ βε αλλοωεδ ιν ωηιχη αρεασ υνδερ ωηατ χονδιτιονσ. Τηεψ ωαντ το βε αβλε το χοµπενσατε φορ ωετλανδ λοσσεσ ατ ονε σιτε βψ ρεστορινγ ωετλανδσ ατ οτηερ λο− χατιονσ. Ανδ τηεψ ωαντ ηαρδ ανδ φαστ ρυλεσ, ωιτηουτ συρπρισεσ. Τηισ νεεδ ηασ λεδ το προποσαλσ το τακε ωετλανδ πολιχψ ουτ οφ τηε ηανδσ οφ τηε σχιεντιστσ ανδ το εσταβλιση σιµπλισ− τιχ ρυλεσ τηρουγη λεγισλατιϖε ⇒ατ. Συχη αττεµπτσ ινχλυδε χονγρεσσιοναλ βιλλ ΗΡ 1330, χο−σπονσορεδ βψ 170 µεµβερσ οφ τηε Ηουσε ιν 1992 ανδ 100 µεµβερσ ιν 1993, ωηιχη προϖιδεσ αν εξαµπλε οφ σχιενχε ανδ λεγισλατιον ιν χον⇓ιχτ. Τηε βιλλ ωουλδ ρεθυιρε τηατ ηψδριχ ϖεγετα− τιον βε πρεσεντ ιν εϖερψ ωετλανδ. Ιτ αλσο στιπυλατεσ τηατ ωετλανδσ βε χλασσι⇒εδ αχχορδινγ το α ονχε−ανδ−φορ−αλλ δετερµι− νατιον οφ α ωετλανδ∏σ ϖαλυε ορ φυνχτιον. Ιν εσσενχε, ΗΡ 1330 τρεατσ ωετλανδσ λικε στατιχ ωατερ σψστεµσ. ( Α σιµιλαρ προβλεµ οφ φαιλινγ το ρεχογνιζε ωετ− λανδσ ασ α δψναµιχ σψστεµ ωασ σεεν ιν τηε φαλλ οφ 1991, ωηεν τηε Υ.Σ. αδµινισ− τρατιον τριεδ ανδ φαιλεδ το ρεδε⇒νε ωετ− λανδσ.) Μορεοϖερ, τηε προποσαλ ωουλδ αλλοω α λανδοωνερ το σελεχτ τηε τιµε οφ ψεαρ δυρινγ ωηιχη το δεχιδε ωηετηερ ορ νοτ α παρτιχυλαρ αρεα χονστιτυτεσ α ωετ− λανδ. Βεχαυσε συχη ηψδριχ πλαντσ αρε µισσινγ ατ ονε τιµε ορ ανοτηερ φροµ µοστ ωετλανδ σιτεσ, προϖισιονσ οφ τηισ κινδ χουλδ βε υσεδ το δε⇒νε µοστ ωετλανδσ ουτ οφ εξιστενχε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 69 ΦΛΟΡΙ∆Α ΕςΕΡΓΛΑ∆ΕΣ αππεαρεδ το βε σεϖερελψ δαµαγεδ βψ Ηυρριχανε Ανδρεω, ωηιχη ριππεδ τηρουγη τηε ρεγιον ιν 1992. Ψετ χοντραρψ το πυβλιχ περχεπτιον, τηε ωετλανδσ τηατ µακε υπ Τηε βιλλ ωουλδ ρεθυιρε τηατ φεδεραλ αγενχιεσ δοχυµεντ 21 δαψσ οφ ινυνδα− τιον ορ σατυρατιον φορ αλλ ωετλανδσ. Τηισ αρτι⇒χιαλ στανδαρδ ωουλδ βε ιµποσσιβλε το µεετ βεχαυσε ωατερ−λεϖελ ρεχορδσ αρε ραρελψ αϖαιλαβλε, ανδ ⇓υχτυατιονσ αρε εξτρεµελψ δι⇔χυλτ το πρεδιχτ. Τηε εξ− πενσε οφ υσινγ µοδελινγ το φορεσεε ωα− τερ λεϖελσ ισ προηιβιτιϖε: ονε στυδψ το δετερµινε τηε προβαβιλιτψ οφ α 100−ψεαρ, ορ εξτρεµελψ ραρε, ⇓οοδ ον αβουτ ηαλφ τηε νατιον∏σ ⇓οοδπλαινσ χοστ µορε τηαν ∃870 µιλλιον. Φιναλλψ, τηε βιλλ, ωηιχη ωουλδ αλλοω φορ χοµπενσατινγ τηε λοσσ οφ ονε ωετλανδ βψ πρεσερϖινγ ανοτηερ∇χαλλεδ µιτιγα− τιον βανκινγ∇ιγνορεσ τηε τιγητ ασσοχι− ατιονσ βετωεεν χερταιν ωετλανδ φυνχ− τιονσ ανδ τηειρ ωατερσηεδ. Α ωετλανδ∏σ αβιλιτψ το χοντρολ ⇓οοδωατερ ορ µαιν− ταιν ωατερ θυαλιτψ χαν βε σεεν ιµµεδι− ατελψ δοωνστρεαµ. Βυτ, υνδερ τηε βιλλ, δοωνστρεαµ λανδοωνερσ αρε νοτ χοµ− πενσατεδ φορ τηε φαχτ τηατ τηειρ ωετ− λανδσ χαν νο λονγερ φυλ⇒λλ τηεσε φυνχ− τιονσ. Φυρτηερ, βεχαυσε οφ τηειρ συρ− ρουνδινγσ, τωο ωετλανδσ οφ σιµιλαρ σιζε ιν δι⇑ερεντ λοχατιονσ µαψ ηαϖε δισ− τινχτλψ δι⇑ερεντ αττριβυτεσ, φυνχτιονσ ανδ τηερεφορε ϖαλυε. Σ χιεντι⇒χαλλψ σουνδ µαναγεµεντ οφ ωετλανδσ τηατ σατισ⇒εσ εϖερψ− ονε ισ νοτ εασψ το αχηιεϖε, βυτ τηερε αρε σιγνσ οφ ηοπε. Ιν τηε παστ δε− χαδε, ινϖεστιγατορσ ηαϖε λεαρνεδ µυχη 70 τηε Εϖεργλαδεσ ρελψ ον συχη στορµσ φορ τηειρ συρϖιϖαλ. Γαλε− φορχε ωινδσ ρεµοϖε εξχεσσ οργανιχ µαττερ ανδ σεδιµεντ τηατ αρε συ⇑οχατινγ τηε εχοσψστεµ. αβουτ δε⇒νινγ ανδ µαναγινγ ωετλανδσ ασ δψναµιχ φεατυρεσ ιν τηε λανδσχαπε. Τηισ κνοωλεδγε χουλδ φορµ τηε βασισ οφ α ωορκαβλε πολιχψ. Ρεχογνιζινγ τηε ρολε οφ ⇓υχτυατινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε ιντερρελατιον οφ τηε λανδσχαπε ισ α ⇒ρστ στεπ. Ωατερ λεϖελσ ϖαρψ ωιτηιν ρελατιϖελψ ωελλ δε⇒νεδ ρανγ− εσ ιν µοστ ωετλανδσ ανδ χαν τηερεφορε προϖιδε α φουνδατιον φορ δε⇒νιτιον ανδ ρεγυλατιον. Σοιλ ανδ γεολογιχ ινφορµα− τιον χαν βε γατηερεδ το ιδεντιφψ λονγ− τερµ σηιφτσ. Οτηερ χριτερια χαν ηελπ ιν− διχατε αλτερεδ ορ µαναγεδ ωετλανδσ ασ ωελλ ασ τηοσε τηατ αρε ινφρεθυεντλψ ⇓οοδεδ. Ιτ ισ αλσο ιµπορταντ το χονσιδ− ερ τηε ιµµεδιατε λανδσχαπε ωηεν τηε ωετλανδ ισ βεινγ εϖαλυατεδ. Ιν τηε φυτυρε, νατυραλ προχεσσεσ σηουλδ βε πρεσερϖεδ ασ µυχη ασ ποσσι− βλε. Ιν γενεραλ, πεοπλε ηαϖε αττεµπτεδ το χοντρολ τηε ρισε ανδ φαλλ οφ ριϖερσ βψ βυιλδινγ δαµσ. Ωηεν συχη ⇓υχτυατιονσ χαννοτ βε µαινταινεδ, ρεµεδιαλ µαν− αγεµεντ σηουλδ βε υνδερτακεν το σιµ− υλατε νατυραλ ηψδρολογιχ πυλσεσ. Ρεγιοναλ ωατερσηεδ αναλψσεσ τηατ αδ− δρεσσ νοτ ονλψ πρεσεντ βυτ φυτυρε σιτυα− τιονσ χαν ηελπ δελινεατε ωετλανδσ. Τηεσε αναλψσεσ χαν φορµ τηε φουνδατιον φορ πλαννινγ ανδ ρεγυλατιον. Ατ τηε σαµε τιµε, προτεχτιον οφ τηεσε σψστεµσ χαν βε ιντεγρατεδ ιντο βροαδερ λανδ−υσε πολιχιεσ∇ινχλυδινγ τηε µαναγεµεντ οφ ωατερ συππλιεσ ανδ οφ ⇓οοδπλαινσ, στορµ ωατερ ανδ πολλυτιον. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Συχη σχιεντι⇒χαλλψ σουνδ πολιχιεσ ηαϖε βεεν ιµπλεµεντεδ ιν µανψ χουντριεσ. Ιν 1971 τηε Ραµσαρ Χονϖεντιον χαλλεδ φορ τηε προτεχτιον οφ ωετλανδσ ανδ φορ τηε φορµυλατιον οφ νατιοναλ πλανσ το υσε τηεµ ωισελψ. Τοδαψ 37 µιλλιον ηεχταρεσ ατ 582 σιτεσ ηαϖε βεεν δεσιγνατεδ ασ Ραµσαρ σιτεσ∇ινχλυδινγ 1.1 µιλλιον ηεχταρεσ ιν τηε Υ.Σ. Νεϖερτηελεσσ, ονλψ 74 νατιονσ ηαϖε ϕοινεδ τηε χονϖεντιον. Βεχαυσε οφ τηειρ σπεχιαλ χηαραχτερισ− τιχσ, ωετλανδσ ποσε δι⇔χυλτ βυτ νοτ ιν− συρµουνταβλε χηαλλενγεσ ιν τερµσ οφ προτεχτιον ανδ ρεστορατιον. Ιφ ωε ρεχογ− νιζε τηεσε φεατυρεσ ανδ ινχορπορατε τηεµ ιντο πολιχιεσ ατ αλλ λεϖελσ οφ γοϖερν− µεντ, ωε χαν σαϖε τηε ρεµαινινγ ωετ− λανδσ, φροµ τηε τροπιχσ το τηε τυνδρα. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΩΕΤΛΑΝ∆ ΧΡΕΑΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΡΕΣΤΟΡΑΤΙΟΝ: ΤΗΕ ΣΤΑΤΥΣ ΟΦ ΤΗΕ ΣΧΙΕΝΧΕ. Εδιτεδ βψ ϑον Α. Κυσλερ ανδ Μαρψ Ε. Κεντυλα. Ισ− λανδ Πρεσσ, 1990. ΩΕΤΛΑΝ∆Σ: Α ΤΗΡΕΑΤΕΝΕ∆ ΛΑΝ∆ΣΧΑΠΕ. Εδιτεδ βψ Μιχηαελ Ωιλλιαµσ. Βασιλ Βλαχκ− ωελλ, 1991. ΩΕΤΛΑΝ∆Σ. Εδιτεδ βψ Μ. Φινλαψσον ανδ Μ. Μοσερ. Φαχτσ ον Φιλε, 1991. ΩΕΤΛΑΝ∆Σ. Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑαµεσ Γ. Γοσσελινκ. ςαν Νοστρανδ Ρεινηολδ, 1993. ΩΕΤΛΑΝ∆Σ ΙΝ ∆ΑΝΓΕΡ: Α ΩΟΡΛ∆ ΧΟΝ− ΣΕΡςΑΤΙΟΝ ΑΤΛΑΣ. Εδιτεδ βψ Πατριχκ ∆υγαν. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1993. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τηε Σεαρχη φορ Στρανγε Ματτερ Between nucleus and neutron star stretches a desert devoid of nuclear matter. Could strange quark matter fill the gap? βψ Ηενρψ ϑ. Χραωφορδ ανδ Χαρστεν Η. Γρεινερ Φ ορ σοµε ψεαρσ, πηψσιχιστσ ηαϖε ενϕοψεδ τοψινγ ωιτη α παρτιχυλαρλψ ιντριγυινγ πυζζλε. Προτονσ ανδ νευτρονσ ρεαδιλψ φορµ ειτηερ τινψ χλυµπσ οφ µαττερ (τηε ϖαριουσ ατοµιχ νυχλει) ορ ϖερψ λαργε χλυµπσ οφ µαττερ (νευτρον σταρσ). Ψετ βετωεεν τηε ινϖισιβλε νυχλε− υσ ανδ τηε υλτραδενσε νευτρον σταρ (ρε− αλλψ α ϖαστ νυχλευσ τηατ ισ σοµε 11 κιλο− µετερσ ορ µορε ιν χιρχυµφερενχε), νο φορµ οφ νυχλεαρ µαττερ ηασ βεεν δετεχτ− εδ. Ωηατ ισ γοινγ ον ηερε? ∆ο τηε λαωσ οφ πηψσιχσ ασ ωε κνοω τηεµ φορβιδ νυ− χλεαρ παρτιχλεσ φροµ ασσεµβλινγ τηεµ− σελϖεσ ιντο οβϕεχτσ τηατ χουλδ ⇒λλ τηισ µιδδλε ρανγε? Ορ ισ τηισ νυχλεαρ δεσ− ερτ αχτυαλλψ ⇒λλεδ ωιτη νεω φορµσ οφ µαττερ, δι⇑ερεντ ιν στρυχτυρε φροµ ορ− διναρψ νυχλεαρ µαττερ, τηατ ινϖεστιγα− τορσ ηαϖε φαιλεδ το ⇒νδ? Ιν φαχτ, τηε τηεορψ τηατ εµβοδιεσ ουρ χυρρεντ υνδερστανδινγ οφ πηψσιχσ, τηε Στανδαρδ Μοδελ, σεεµσ το βε χονσισ− τεντ ωιτη τηε εξιστενχε οφ νεω φορµσ οφ νυχλεαρ µαττερ τηατ µιγητ ποπυλατε τηε δεσερτ. Ανδ ιφ τηε Στανδαρδ Μοδελ ισ ριγητ, τηε δετεχτιον οφ συχη µαττερ χουλδ σολϖε α µαϕορ χοσµολογιχαλ µψσ− τερψ: τηε νατυρε οφ τηε µισσινγ µατ− τερ, τηουγητ το αχχουντ φορ 90 περχεντ οφ τηε οβσερϖαβλε υνιϖερσε. Τηισ ισ α ΗΕΝΡΨ ϑ. ΧΡΑΩΦΟΡ∆ ανδ ΧΑΡΣΤΕΝ Η. ΓΡΕΙΝΕΡ αρε χολλαβορατορσ ιν αν ιν− ϖεστιγατιον ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβ− ορατορψ τηατ αιµσ το προδυχε ανδ δετεχτ στρανγε θυαρκ µαττερ. Χραωφορδ ισ α ρε− σεαρχη σχιεντιστ ατ τηε Σπαχε Σχιενχεσ Λαβορατορψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Βερκελεψ, ωηερε ηε ρεχειϖεδ ηισ δοχτορ− ατε ιν 1979. Ηε ηασ υσεδ σατελλιτεσ ανδ παρτιχλε αχχελερατορσ το πυρσυε ηισ πρι− µαρψ ρεσεαρχη ιντερεστ ιν νυχλεαρ αστρο− πηψσιχσ. Γρεινερ ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ερλανγεν−Νρνβεργ ιν Γερµανψ ιν 1992. Ηε ισ χυρρεντλψ αν Αλεξανδερ ϖον Ηυµβολδτ Φελλοω ανδ α ϖισιτινγ ασσισταντ προφεσσορ ατ ∆υκε Υνι− ϖερσιτψ, χοντινυινγ ηισ ρεσεαρχη ον τηεο− ρετιχαλ ασπεχτσ οφ νυχλεαρ µαττερ υνδερ εξτρεµε ανδ νονεθυιλιβριυµ χονδιτιονσ. 72 πριζε ωορτη ωιννινγ. Σο, ιν αν εξπερι− µεντ ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατο− ρψ, ωε, αλονγ ωιτη µανψ χολλαβορατορσ φροµ οτηερ ρεσεαρχη ινστιτυτιονσ, αρε σεαρχηινγ φορ εϖιδενχε οφ τηε εξιστενχε οφ τηισ φορµ οφ νυχλεαρ µαττερ τηατ µιγητ ⇒λλ τηε ϖοιδ. Αχχορδινγ το τηε Στανδαρδ Μοδελ, αλλ µαττερ χονσιστσ οφ θυαρκσ. Σιξ ϖαριετιεσ οφ τηεσε παρτιχλεσ εξιστ, γρουπεδ ιντο τηρεε σετσ οφ τωινσ: υπ ανδ δοων, στρανγε ανδ χηαρµ, τοπ ανδ βοτ− τοµ (ορ τρυτη ανδ βεαυτψ). Αλλ βυτ ονε (τηε τοπ θυαρκ ) ηαϖε βεεν οβ− σερϖεδ. Ονλψ τωο κινδσ οφ θυαρκσ ⇒γυρε ιν ουρ δαιλψ λιϖεσ: υπ ανδ δοων. Α προτον χονσιστσ οφ τωο υπ θυαρκσ (εαχη οφ ωηιχη ηασ α φραχτιοναλ χηαργε οφ + 2/3 ) ανδ α δοων θυαρκ (ωηοσε χηαργε ισ ∠ 1/3 ). Τωο δοων θυαρκσ (∠ 1/3 , ∠ 1/3 ) ανδ αν υπ θυαρκ (+ 2/3 ) µακε υπ τηε νευτρον. Τηε οτηερ ϖαριετιεσ, ορ ⇓α− ϖορσ, ηαϖε τηυσ φαρ βεεν φουνδ ονλψ ωιτηιν σηορτ−λιϖεδ παρτιχλεσ. Ρεχεντ τηε− ορετιχαλ χαλχυλατιονσ ραισε τηε ποσσιβιλι− τψ τηατ τηε τωο ⇓αϖορσ οφ θυαρκ φουνδ ιν ορδιναρψ µαττερ χοµβινεδ ωιτη α τηιρδ ⇓αϖορ, τηε στρανγε θυαρκ, χουλδ φορµ σταβλε εντιτιεσ. Συχη στρανγε θυαρκ µαττερ χουλδ εασιλψ ασσεµβλε ιτσελφ ιντο εντιτιεσ ωηοσε σιζεσ φαλλ βετωεεν τηατ οφ τηε νυχλευσ ανδ τηε νευτρον σταρ. Το υνδερστανδ ηοω στρανγε θυαρκ µαττερ µιγητ µατεριαλιζε, ωε µυστ γο δεεπερ ιντο τηε Στανδαρδ Μοδελ. Προ− τονσ, νευτρονσ ανδ οτηερ παρτιχλεσ φορµεδ φροµ θυαρκσ αρε χαλλεδ ηαδρονσ (φροµ τηε Γρεεκ ηαδροσ, µεανινγ ρο− βυστ). Φορ σιµπλιχιτψ, πηψσιχιστσ οφτεν µοδελ ηαδρονσ ασ τινψ βαγσ ιν ωηιχη τηε θυαρκσ φρεελψ ροαµ βυτ φροµ ωηιχη τηεψ χαννοτ εσχαπε. Αλλ κνοων ηαδρον− ιχ παρτιχλεσ χονσιστ οφ ειτηερ βαγσ ηαρ− βορινγ τηρεε θυαρκσ∇τηε βαρψονσ∇ορ α θυαρκ ανδ αν αντιθυαρκ∇τηε µεσονσ. (Εαχη θυαρκ, λικε εϖερψ ελεµενταρψ παρ− τιχλε, ηασ αν αντιµαττερ τωιν.) Θυαρκσ ινσιδε τηε βαγ χαν χηανγε τηειρ ιδεντιτψ ϖια τηε αχτιονσ οφ τηε ωεακ φορχε, ωηιχη ισ ρεσπονσιβλε φορ τηε βετα δεχαψ οφ νυχλει. Τηε ωεακ φορχε χηανγ− εσ τηε δοων θυαρκσ ιντο υπ θυαρκσ. Α νευτρον (υπ θυαρκ, δοων θυαρκ, δοων θυαρκ, ορ υδδ ) χαν βεχοµε α προτον (υπ θυαρκ, υπ θυαρκ, δοων θυαρκ, ορ υυδ ) ωηεν τηε ωεακ φορχε χηανγεσ ονε οφ ιτσ δοων θυαρκσ το αν υπ (αν ελεχ− τρον ανδ αν αντινευτρινο αρε αλσο εµιτ− τεδ ιν τηε προχεσσ). Τηε ωεακ φορχε χαν αλσο χηανγε τηε στρανγε θυαρκ ιντο α δοων θυαρκ. Τηισ ε⇑εχτ εξπλαινσ ωηψ παρτιχλεσ χονταινινγ στρανγε θυαρκσ, συχη ασ τηε λαµβδα (α βαρψον χονταιν− ινγ αν υπ, α δοων ανδ α στρανγε θυαρκ) ορ τηε Κ∏σ (µεσονσ χονταινινγ αν αντι− στρανγε θυαρκ παιρεδ ωιτη ειτηερ αν υπ ορ α δοων θυαρκ ), αρε νοτ σταβλε. Ωε αρε χλοσινγ ιν ον τηε πριζε. Ωε δο ∆ΕΤΕΧΤΟΡ ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατορψ ισ παρτ οφ αν εξπεριµεντ το χρεατε ανδ ⇒νδ στρανγε µαττερ. Τηε πινκ χψλινδερσ αρε Χερενκοϖ χουντερσ, ωηιχη δετεχτ φαστ−µοϖινγ χηαργεδ παρτιχλεσ. Σιµιλαρ εξπεριµεντσ αρε χυρρεντλψ υνδερ χονστρυχ− τιον ατ οτηερ λαβορατοριεσ αρουνδ τηε ωορλδ. PARTICLE BEAM GOLD FOIL TARGET ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 TIME-OF-FLIGHT VECTOR DETECTOR CHAMBER QUADRUPOLE FOCUSING MAGNETS DIPOLE BENDING MAGNETS DIPOLE BENDING MAGNETS Copyright 1993 Scientific American, Inc. σο βψ ασκινγ ανοτηερ θυεστιον. Αρε στα− βλε βαγσ χοµπρισινγ µορε τηαν τηρεε θυαρκσ ποσσιβλε? Νονε ηασ ψετ βεεν δε− τεχτεδ, βυτ τηεοριστσ χαν τηινκ οφ νο οβϖιουσ ρεασον το φορβιδ τηε εξιστενχε οφ συχη οβϕεχτσ. Ωηατ ισ χλεαρ ισ τηατ ιφ τηεψ εξιστ, µορε τηαν ϕυστ υπ ανδ δοων θυαρκσ µυστ µακε τηεµ υπ. Το σεε τηισ, χονσιδερ τηε δευτερον∇τηε νυχλευσ οφ ηεαϖψ ηψδρογεν, ωηοσε χοµπονεντσ αρε α προτον ανδ α νευτρον, ορ σιξ θυαρκσ. Ωε κνοω φροµ εξπεριµεντσ τηατ αλ− τηουγη τηε προτον ανδ τηε νευτρον ιν α δευτερον αρε βουνδ τογετηερ, τηε σιξ θυαρκσ τηατ χονστιτυτε τηεσε παρτιχλεσ αρε στιλλ διστινχτλψ γρουπεδ ιντο τωο τηρεε−θυαρκ βαγσ: τηε προτον (υυδ) βαγ ανδ τηε νευτρον (υδδ) βαγ. Τηισ σιτυα− τιον ωουλδ νοτ βε ποσσιβλε ιφ α σινγλε βαγ χοµπρισινγ αλλ σιξ θυαρκσ ηαδ α λοωερ ενεργψ τηαν τηε δευτερον, φορ ιφ ιτ διδ τηε δευτερον∏σ θυαρκσ ωουλδ σπον− QUADRUPOLE FOCUSING MAGNETS VECTOR CHAMBER τανεουσλψ ρεγρουπ τηεµσελϖεσ ιντο τηισ στατε. Τηισ αργυµεντ µαψ εασιλψ βε γεν− εραλιζεδ το οτηερ νυχλει το χονχλυδε τηατ ιφ µυλτιθυαρκ βαγσ οφ µορε τηαν τηρεε υπ ανδ δοων θυαρκσ ωερε σταβλε, µατ− τερ ασ ωε κνοω ιτ ωουλδ νοτ εξιστ∇ανδ νειτηερ ωουλδ ωε. Β υτ ωηατ µιγητ ηαππεν ιφ στρανγε θυαρκσ ωερε αδδεδ το υπ ανδ δοων θυαρκ χοµβινατιονσ? Συχη στρανγε θυαρκ µαττερ ωουλδ χονσιστ οφ ρουγηλψ εθυαλ νυµβερσ οφ υπ, δοων ανδ στρανγε θυαρκσ χλυστερεδ ιν α σιν− γλε βαγ. Ιν 1971 Αρνολδ Ρ. Βοδµερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ ωασ τηε ⇒ρστ ινϖεστιγατορ το χονσιδερ τηισ νεω φορµ οφ µαττερ. Ηε προποσεδ τηατ στρανγε µυλτιθυαρκ χλυστερσ, βεινγ µυχη µορε χοµπρεσσεδ τηαν ορδιναρψ νυχλει, µαψ εξιστ ασ λονγ−λιϖεδ εξοτιχ φορµσ οφ νυ− χλεαρ µαττερ ινσιδε σταρσ. Συι Χηιν ανδ Αρτηυρ Κ. Κερµαν οφ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολ− ογψ ανδ, ινδεπενδεντλψ, Λαρρψ ∆. Μχ− Λερραν οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα ανδ ϑαµεσ ∆. Βϕορκεν οφ Στανφορδ Υνι− ϖερσιτψ τοοκ υπ τηε θυεστιον. Τηεψ δε− δυχεδ σοµε γενεραλ αργυµεντσ εξπλαιν− ινγ ωηψ στρανγε θυαρκ µαττερ σηουλδ βε σταβλε. Λικε τηε ελεχτρονσ ορβιτινγ αν ατοµ, τηε θυαρκσ ιν α ηαδρονιχ βαγ οχ− χυπψ διστινχτ ενεργψ λεϖελσ, ορ θυαντυµ στατεσ. Αχχορδινγ το τηε Παυλι εξχλυσιον πρινχιπλε, ωηιχη ισ τηε θυαντυµ ανα− λογυε οφ Αρχηιµεδεσ∏ πρινχιπλε τηατ νο τωο βοδιεσ χαν οχχυπψ τηε σαµε σπαχε ατ τηε σαµε τιµε, ονλψ ονε θυαρκ χαν οχχυπψ εαχη θυαντυµ στατε. Ονε ρεα− σον φορ τηε σταβιλιτψ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ µιγητ βε τηατ τηερε αρε νο εµπ− τψ ενεργψ στατεσ το ρεχειϖε τηε δοων θυαρκσ τηατ ωουλδ ρεσυλτ φροµ τηε ωεακ δεχαψ οφ στρανγε θυαρκσ: τηε λοω−ενερ− CERENKOV DETECTOR TIME-OF-FLIGHT DETECTOR Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 73 ATOMIC NUMBER ∼21056 NEUTRON STARS ∼31054 BLACK HOLES ∼98 NUCLEAR DESERT NUCLEI ∼31056 ∼263 ∼1.5 x 1057 ATOMIC WEIGHT ΧΗΑΡΤ ΟΦ ΝΥΧΛΙ∆ΕΣ σηοωσ αλλ κνοων φορµσ οφ σταβλε µαττερ. Βετωεεν τηε ηεαϖι− εστ ατοµιχ ελεµεντσ ανδ νευτρον σταρσ, ωηιχη αρε γιαντ νυχλει, λιεσ α ϖαστ, υνποπυ− λατεδ νυχλεαρ δεσερτ. Τηισ ϖοιδ µαψ αχτυαλλψ βε ⇒λλεδ ωιτη στρανγε θυαρκ µαττερ. γψ δοων−θυαρκ στατεσ αρε αλρεαδψ ⇒λλεδ. Τηισ πρινχιπλε ελυχιδατεσ τηε σταβιλιτψ οφ ορδιναρψ νυχλει: α φρεε νευτρον δεχαψσ ιντο α προτον ιν αβουτ 11 µινυτεσ, βυτ ιν σταβλε νυχλει, νευτρονσ χαν εξιστ ϖιρ− τυαλλψ φορεϖερ. Τηε ρεασον ισ τηατ ιφ τηε νευτρον ωερε το δεχαψ, τηερε ωουλδ βε νο εµπτψ θυαντυµ στατεσ το ρεχειϖε τηε νεωλψ χρεατεδ προτον. Νυχλει ιν ωηιχη τηερε αρε εµπτψ ενεργψ στατεσ φορ τηε προτον αρε ραδιοαχτιϖε ανδ υνδεργο βετα δεχαψ. Βυτ ωηατ χουλδ εξπλαιν τηε αβιλιτψ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ το ⇒λλ ιν τηε ρανγε οφ σιζεσ βετωεεν τηε νυχλευσ ανδ τηε νευτρον σταρ? Νυχλεαρ µαττερ χον− σιστσ οφ ρουγηλψ εθυαλ νυµβερσ οφ προ− τονσ, ωηιχη χαρρψ ονε υνιτ οφ χηαργε, ανδ νευτρονσ, ωηιχη χαρρψ νο χηαργε ατ αλλ. Ελεχτροστατιχ ρεπυλσιον οφ τηε λικε− χηαργεδ προτονσ ιν α νυχλευσ ινχρεασεσ ασ τηε νυµβερ οφ προτονσ ινχρεασεσ. Υλ− τιµατελψ τηε ελεχτροστατιχ ρεπυλσιον οϖερ− ωηελµσ τηε στρονγ φορχε τηατ βινδσ νυ− χλει τογετηερ, ωηιχη ισ ωηψ τηερε ισ α λιµιτ το τηε σιζε οφ σταβλε νυχλει. Τηε σιτυατιον ιν α θυαρκ βαγ τηατ ηολδσ στρανγε µαττερ δι⇑ερσ σιγνι⇒− χαντλψ. Τηε λαωσ οφ θυαντυµ µεχηανιχσ διχτατε τηατ, ατ εθυιλιβριυµ, τηε τηρεε θυαρκ ⇓αϖορσ ιν τηε µυλτιθυαρκ βαγ σηαρε τηε αϖαιλαβλε ενεργψ εθυαλλψ. Τηε στρανγε θυαρκ ισ µορε µασσιϖε τηαν τηε υπ ορ τηε δοων, σο τηερε ωιλλ βε σλιγητ− λψ φεωερ στρανγε θυαρκσ ιν α χηυνκ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ (µασσ ανδ ενεργψ βεινγ εθυιϖαλεντ). Τηε ελεχτριχαλ χηαργε οφ τηε υπ θυαρκ, ωηιχη ισ + 2/3 τηατ οφ αν ελεχτρον, ωιλλ τηερεφορε βε λαργελψ (βυτ νοτ χοµπλετελψ) χανχελεδ βψ τηε συµ οφ τηε ∠ 1/3 χηαργεσ χαρριεδ βψ εαχη 74 δοων ανδ στρανγε θυαρκ. Ασ α ρεσυλτ, στρανγε θυαρκ µαττερ σηουλδ χαρρψ ονλψ α ϖερψ σλιγητ ποσιτιϖε χηαργε ανδ, βε− χαυσε οφ τηε νεαρ βαλανχε βετωεεν ποσ− ιτιϖε ανδ νεγατιϖε χηαργεσ, σηουλδ τηυσ βε φρεε οφ τηε σιζε λιµιτατιον τηατ αφ− φεχτσ ορδιναρψ νυχλεαρ µαττερ. Ηυγε χηυνκσ οφ σταβλε στρανγε θυαρκ µαττερ χουλδ τηερεφορε εξιστ. Ιφ τηεψ δο, τηειρ πρεσενχε χουλδ ρε− σολϖε α λονγ−στανδινγ αστροπηψσιχαλ ενιγ− µα. Φροµ δεταιλεδ οβσερϖατιονσ οφ γαλ− αξιεσ, αστροπηψσιχιστσ ηαϖε χονχλυδεδ τηατ τηερε ισ φαρ µορε το τηε υνιϖερσε τηαν µεετσ τηε εψε. Τηε χοµβινεδ γραϖ− ιτατιοναλ ⇒ελδσ οφ αλλ ϖισιβλε σταρσ ανδ λυµινουσ γαλαχτιχ δυστ αρε νοτ χλοσε το βεινγ στρονγ ενουγη το προδυχε τηε µοτιονσ οφ τηε γαλαξιεσ ορ οφ ινδιϖιδυαλ σταρσ ωιτηιν τηεµ. Χαλχυλατιονσ σηοω τηατ τηε αµουντ οφ µισσινγ µατεριαλ ισ ενορµουσ; ατ λεαστ 80 περχεντ οφ αλλ τηε µαττερ ιν τηε υνιϖερσε ισ αππαρεντλψ χολδ ανδ δαρκ, υνδετεχταβλε βψ ανψ ρα− διο ορ οπτιχαλ τελεσχοπε. Ιν 1984 Εδωαρδ Ωιττεν οφ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ ραισεδ τηε ιντριγυινγ ποσσι− βιλιτψ τηατ τηε µισσινγ µασσ∇τηατ ισ, µοστ οφ τηε υνιϖερσε∇ισ στρανγε θυαρκ µαττερ. Ωιττεν∏σ σχεναριο βεγινσ ιν τηε ϖερψ εαρλψ υνιϖερσε, σηορτλψ αφτερ τηε βιγ βανγ βυτ βεφορε λιγητ νυχλει βεγαν το φορµ. Τηε χοσµοσ ωασ τηεν σο ηοτ ανδ δενσε τηατ θυαρκσ ωανδερεδ φρεε− λψ. Ωιττεν ποστυλατεσ τηατ στρανγε θυαρκ µαττερ φορµεδ φροµ τηισ θυαρκ πηασε ωιτηιν τηε ⇒ρστ 10 ∠6 σεχονδ αφτερ τηε βιγ βανγ. Τηε διαµετερ οφ εαχη οφ τηεσε νυγγετσ ωασ βετωεεν 10∠7 ανδ 10 χεν− τιµετερσ. Βετωεεν 10 33 ανδ 10 42 θυαρκσ µαδε υπ εαχη νυγγετ, ανδ εαχη νυγγετ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ωειγηεδ φροµ 10 9 ανδ 1018 γραµσ. Α νυγγετ τηε σιζε οφ α βασεβαλλ ωουλδ ωειγη οϖερ α τριλλιον τονσ. Βυτ βεχαυσε τηεσε νυγγετσ αρε σο σµαλλ, τηεψ ωουλδ σχαττερ ϖερψ λιττλε λιγητ ανδ ωουλδ βε αλ− µοστ ιµποσσιβλε το οβσερϖε διρεχτλψ. Βψ αδαπτινγ χαλχυλατιονσ υσεδ το πρεδιχτ τηε µασσ οφ ορδιναρψ ηαδρονσ, Εδωαρδ Η. Φαρηι ανδ Ροβερτ Λ. ϑα⇑ε οφ Μ.Ι.Τ. ηαϖε φουνδ τηατ χηυνκσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, ορ στρανγελετσ, χουλδ βε σταβλε φορ α µυχη λαργερ ρανγε οφ σιζεσ τηαν Ωιττεν πρεδιχτσ. Ιφ Φαρηι ανδ ϑα⇑ε αρε ριγητ, στρανγε θυαρκ µατ− τερ χουλδ ⇒λλ τηε γιγαντιχ νυχλεαρ δεσ− ερτ. Τηισ σπεχυλατιϖε πιχτυρε χαννοτ βε ρυλεδ ουτ βψ ανψ οφ τηε κνοων πρινχι− πλεσ οφ πηψσιχσ. Τηε αλερτ ρεαδερ, ηοωεϖερ, µιγητ φεαρ α ποτεντιαλλψ χαταστροπηιχ χονσεθυενχε οφ τηε εξιστενχε οφ στρανγελετσ λιγητερ τηαν ορδιναρψ νυχλει: ορδιναρψ µαττερ ωουλδ δεχαψ ιντο τηεµ. Φαρηι ανδ ϑα⇑ε ασσυρε υσ τηατ αλτηουγη τηισ χουλδ ηαπ− πεν, τηε προβαβιλιτψ ισ σο σµαλλ τηατ ιτ ισ υνλικελψ το ηαππεν ιν α τιµε σπαν µανψ τιµεσ λονγερ τηαν τηε χυρρεντ αγε οφ τηε υνιϖερσε. Ι φ στρανγε θυαρκ µαττερ δοεσ αχ− χουντ φορ 80 περχεντ οφ τηε µασσ οφ τηε υνιϖερσε, ιτ σεεµσ λογιχαλ τηατ οχχασιοναλλψ α χηυνκ οφ ιτ σηουλδ φαλλ το εαρτη. Αλϖαρο ∆ε Ρυϕυλα οφ ΧΕΡΝ, τηε Ευροπεαν λαβορατορψ φορ παρτιχλε πηψσ− ιχσ νεαρ Γενεϖα, ανδ Σηελδον Λ. Γλαση− οω οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ ηαϖε χαλχυ− λατεδ τηε ε⇑εχτσ οφ συχη ενχουντερσ. Α στρανγελετ οφ λεσσ τηαν αβουτ 10 14 θυαρκσ, τηεψ δετερµινεδ, χουλδ βε σλοωεδ ανδ στοππεδ βψ τηε εαρτη. Συχη ενχουντερσ χουλδ τακε τηε φορµ οφ υνυσυαλ µετεοριτε εϖεντσ, εαρτηθυακεσ ωιτη σπεχιαλ σιγνατυρεσ ορ πεχυλιαρ παρ− τιχλε τραχκσ ιν ανχιεντ µιχα. Νυγγετσ οφ µορε τηαν 10 23 θυαρκσ ωουλδ ηαϖε τοο µυχη µοµεντυµ το βε στοππεδ βψ τηε ενχουντερ. Τηεψ ωουλδ ινστεαδ σιµπλψ πασσ τηρουγη τηε εαρτη. Τηε σιζεσ πρε− διχτεδ βψ Ωιττεν∏σ σχεναριο µιγητ νοτ βε οβσερϖεδ ατ αλλ. Νυγγετσ λεσσ τηαν αβουτ 10 7 θυαρκσ ιν σιζε µαψ ηαϖε βροκεν ο⇑ φροµ λαργ− ερ χλυστερσ ανδ βεχοµε εµβεδδεδ ιν µετεοριχ ορ χρυσταλ µατεριαλ, ωηερε τηεψ ωουλδ βεηαϖε µυχη λικε τψπιχαλ νυχλει. Ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαινζ, Κλαυσ Λτζ− ενκιρχηεν ανδ ηισ Γερµαν ανδ Ισραελι χολλεαγυεσ ηαϖε ρεχεντλψ βεγυν το σεαρχη φορ σµαλλ στρανγελετσ ιν µετε− οριτεσ. Λτζενκιρχηεν ηασ δεϖισεδ αν ινγενιουσ µετηοδ οφ σχρεενινγ ηισ µε− τεοριτεσ φορ στρανγελετσ. Ηισ τεχηνιθυε ρελιεσ ον τηε φαχτ τηατ στρανγελετσ αρε µυχη ηεαϖιερ τηαν ορδιναρψ νυχλει. Ηε ⇒ρεσ α βεαµ οφ υρανιυµ νυχλει ατ τηε µετεοριτεσ ανδ λοοκσ φορ τηοσε τηατ βουνχε διρεχτλψ βαχκωαρδ, ασ ιφ τηεψ Copyright 1993 Scientific American, Inc. ηαδ ηιτ α βριχκ ωαλλ. Ελεµενταρψ πηψσ− ιχσ χαν προϖε τηατ τηισ ηαππενσ ονλψ ωηεν τηε µασσ οφ τηε ταργετ ισ γρεατερ τηαν τηατ οφ τηε υρανιυµ νυχλευσ. Τηυσ φαρ τηεσε ανδ οτηερ εξπεριµεντσ ηαϖε προδυχεδ νο εϖιδενχε φορ τηε εξιστενχε οφ σταβλε στρανγε µαττερ, αλτηουγη τηεψ ηαϖε πλαχεδ σοµε λιµιτσ ον τηε ρανγε οφ τηειρ µασσεσ. Χοσµολογιχαλ οβσερϖατιονσ ηαϖε αλσο βεεν υσεδ βψ σεϖεραλ ρεσεαρχηερσ το πλαχε λιµιτσ ον τηε αµουντ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ ιν τηε υνιϖερσε. Ιφ στρανγε νυγγετσ ωερε φορµεδ ιν τηε βιγ βανγ, τηεψ ωουλδ ηαϖε αβσορβεδ νευτρονσ, τηυσ λοωερινγ τηε ρατιο οφ φρεε νευτρονσ το προτονσ. Τηισ ε⇑εχτ ιν τυρν ωουλδ λοωερ τηε ρατε οφ προδυχτιον οφ τηε ισο− τοπε ηελιυµ 4. Τηε ρατε οφ αβσορπτιον οφ νευτρονσ, ανδ τηερεφορε τηε ρατε οφ ηελιυµ προδυχτιον, ισ ϖερψ σενσιτιϖε το τηε τοταλ συρφαχε αρεα οφ αλλ τηε νυγγετσ πρεσεντ. Φορ α ⇒ξεδ αµουντ οφ µασσ, συρφαχε αρεα δεπενδσ ον τηε σιζε ανδ νυµβερ οφ τηε παρτιχλεσ: τηε τοταλ συρ− φαχε αρεα οφ µανψ σµαλλ φραγµεντσ φαρ εξχεεδσ τηε συρφαχε αρεα οφ α φεω λαργε πιεχεσ, εϖεν τηουγη βοτη χολλεχτιονσ ηαϖε τηε σαµε µασσ. Ηενχε, τηε σµαλλ− ερ (ανδ µορε νυµερουσ) τηε ινδιϖιδυαλ νυγγετσ, τηε γρεατερ τηε τοταλ αβσορπ− τιον οφ νευτρονσ. Κ. Ριισαγερ ανδ ϑ. Μαδσεν οφ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Ααρηυσ ιν ∆ενµαρκ θυαντι− QUARKS ANTIQUARKS u – u UP ANTIUP d DOWN ⇒εδ τηισ αργυµεντ. Τηε σχιεντιστσ φουνδ τηατ τηε πριµορδιαλ θυαρκ νυγγετσ ηαδ το βε µαδε υπ οφ µορε τηαν 1023 θυαρκσ ιφ τηειρ εξιστενχε ωερε το βε χονσιστεντ ωιτη βοτη τηε χαλχυλατεδ αµουντ οφ µισσινγ δαρκ µαττερ ανδ τηε οβσερϖεδ αβυνδανχε οφ λιγητ ισοτοπεσ. Σ τρανγε µαττερ µιγητ αλσο βε φουνδ ιν τηε συπερδενσε νευτρον σταρσ τηατ αρε τηε ρεµναντσ οφ συπερ− νοϖαε. Α δροπλετ οφ στρανγε µαττερ φαλλ− ινγ ον α νευτρον σταρ ωουλδ ατταχκ ιτ λικε α ϖιρυσ, γοββλινγ υπ νευτρονσ. Τηε ρεασον φορ τηισ ραπαχιτψ ισ τηατ νευτρονσ, βεινγ ελεχτριχαλλψ νευτραλ, δο νοτ ρεπελ τηε αππροαχη οφ τηε δροπλετ, ωηιχη ηασ α σµαλλ ποσιτιϖε χηαργε; τηε νευτρον∏σ θυαρκσ αρε αβσορβεδ βψ τηε δροπλετ. Ανγελα ς. Ολιντο οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο ηασ σηοων τηατ α στρανγε δροπλετ χουλδ χονσυµε α νευτρον σταρ, χηανγινγ ιτ φροµ α νευτρον σταρ ιντο α στρανγε σταρ, ιν λεσσ τηαν ονε µινυτε. Α στρανγε σταρ ωουλδ βε µορε χοµπαχτ τηαν α νευτρον σταρ βεχαυσε ιτ ισ βουνδ βψ ιντρινσιχ θυαρκ φορχεσ. Λικε α σπιννινγ ιχε σκατερ ωιτη ηερ αρµσ δραων ιν, τηε σµαλλερ στρανγε σταρ ωουλδ ροτατε µορε ραπιδλψ τηαν α νευ− τρον σταρ, ανδ τηε ρατε οφ τηισ ροτατιον χουλδ βε δετεχτεδ. Τηε οβσερϖατιον οφ α ηαλφ−µιλλισεχονδ πυλσαρ ωουλδ βε στρονγ εϖιδενχε οφ τηε εξιστενχε οφ α στρανγε MESONS BARYONS du– udd PI MESON NEUTRON – d s– STRANGE ANTISTRANGE NUCLEAR MATTER HELIUM 4 STRANGE QUARK MATTER ANTIDOWN s σταρ σινχε ορδιναρψ νευτρον σταρσ χαν− νοτ σπιν τηισ ραπιδλψ. Αστροπηψσιχιστσ αρε εαγερλψ σεεκινγ συχη οβϕεχτσ. Ιν τηε αβσενχε οφ ραπιδλψ τωιρλινγ στρανγε σταρσ, ιτ ισ υνλικελψ τηατ στρανγε µαττερ χαν βε δετεχτεδ βψ χυρρεντ τεχη− νιθυεσ οφ οβσερϖατιοναλ αστρονοµψ. Νυ− χλεαρ ανδ παρτιχλε πηψσιχιστσ ηαϖε ρε− χεντλψ βεγυν το λοοκ φορ µορε διρεχτ εϖιδενχε οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, εµ− πλοψινγ ποωερφυλ παρτιχλε αχχελερατορσ. Βψ χαυσινγ τωο ηεαϖψ νυχλει το χολλιδε ηεαδ−ον ατ τηε ηιγηεστ αϖαιλαβλε ενερ− γιεσ, εξπεριµεντερσ αρε νοω ιν τηε φορ− τυνατε ποσιτιον οφ βεινγ αβλε το σιµυ− λατε ιν τηε λαβορατορψ µανψ οφ τηε χον− διτιονσ οφ τηε εαρλψ υνιϖερσε. Συχη λιττλε βιγ βανγσ ο⇑ερ α δεφτ τοολ φορ προδυχινγ εξχιτινγ ανδ υνεξπεχτεδ ρε− αρρανγεµεντσ οφ θυαρκσ ατ ηιγη τεµ− περατυρεσ ανδ πρεσσυρεσ [σεε Ηοτ Νυ− χλεαρ Ματτερ, βψ Ωαλτερ Γρεινερ ανδ Ηορστ Στχκερ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ϑανυαρψ 1985; ανδ Τηε Νυχλεαρ Εθυα− τιον οφ Στατε, βψ Ηανσ Γυτβροδ ανδ Ηορστ Στχκερ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Νοϖεµβερ 1991]. Φορµατιον οφ τηε λιττλε βανγσ ρεθυιρεσ χολλισιονσ οφ τηε ηεαϖιεστ νυχλει ατ τηε ηιγηεστ ατταιναβλε ενεργιεσ. Ωηεν ηεαϖψ ιονσ, συχη ασ γολδ ανδ λεαδ, στρικε ονε ανοτηερ, σηοχκ ωαϖεσ αρε τριγγερεδ τηατ ηεατ υπ τηε νυχλεαρ µαττερ. Τηε ενεργψ οφ τηε νυχλει λεαδσ το τηε προδυχτιον οφ us– uds K MESON LAMBDA ΘΥΑΡΚΣ ΙΝ ςΑΡΙΟΥΣ ΧΟΜΒΙΝΑΤΙΟΝΣ φορµ αλλ κνοων ηα− δρονιχ παρτιχλεσ. Ονλψ τηε λιγητεστ τωο, υπ ανδ δοων θυαρκσ, αρε νεεδεδ το µακε ορδιναρψ µαττερ οφ τηε κινδ τηατ αχχουντσ φορ τηε ωορλδ αρουνδ υσ ανδ τηε ϖισιβλε υνιϖερσε. Α τηιρδ τψπε, τηε στρανγε θυαρκ, ηασ σο φαρ βεεν φουνδ ονλψ ιν Copyright 1993 Scientific American, Inc. υνσταβλε παρτιχλεσ. Υνδερ νορµαλ χονδιτιονσ, θυαρκσ βεηαϖε ασ τηουγη τηεψ ωερε χονφινεδ ιν βαγσ ιν ωηιχη τηεψ χαν µοϖε φρεελψ βυτ φροµ ωηιχη τηεψ χαννοτ εσχαπε. Βαρψονσ χονσιστ οφ τηρεε θυαρκσ; µεσονσ οφ α θυαρκ ανδ αν αντιθυαρκ. Νο οτηερ χοµβινατιονσ οφ θυαρκσ ηαϖε ψετ βεεν οβσερϖεδ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 75 α ⇒ρεβαλλ ανδ τηε φορµατιον οφ α ⇓οοδ οφ εξοτιχ ηαδρονσ. Τωο ηεαϖψ νυχλει, χολλιδινγ ατ ενορ− µουσ ενεργιεσ, χαν βε τηουγητ οφ ασ τωο δροπσ οφ λιθυιδ. Ον χολλισιον τηε τεµ− περατυρε οφ τηε λιθυιδ σοαρσ. Ασ ιτ δοεσ σο, ιτ υνδεργοεσ α πηασε τρανσιτιον ανδ βεχοµεσ α γασ χοµποσεδ οφ αλλ κινδσ οφ ηαδρονιχ παρτιχλεσ. Ιφ τηε ενεργψ οφ τηε χολλισιον ισ ηιγη ενουγη, τηε βαγσ οφ τηε ινδιϖιδυαλ ηαδρονσ ωιλλ ρυπτυρε, φρεεινγ τηε θυαρκσ το ροαµ. Τηε νυχλε− αρ µαττερ εξπεριενχεσ α σεχονδ πηασε τρανσιτιον, βεχοµινγ α φρεε θυαρκ−γλυ− ον πλασµα τηατ ρεσεµβλεσ τηε στατε οφ τηε υνιϖερσε ιµµεδιατελψ αφτερ τηε βιγ βανγ. (Γλυονσ αρε τηε παρτιχλεσ τηατ, υν− δερ νορµαλ χονδιτιονσ, βινδ θυαρκσ το− γετηερ.) Τηε πλασµα ωιλλ χοµπρισε τηε υπ ανδ δοων θυαρκσ οφ τηε οριγιναλ νυχλει, πλυσ εθυαλ νυµβερσ οφ στρανγε θυαρκσ ανδ αντιθυαρκσ, χρεατεδ διρεχτλψ φροµ τηε ενεργψ οφ τηε χολλισιον. ϑυστ ασ ιτ διδ ιν τηε µοµεντσ τηατ φολλοωεδ τηε βιγ βανγ, τηε θυαρκ−γλυον πλασµα ραπιδλψ βεγινσ το χοολ. Τηε θυαρκσ χονδενσε βαχκ ιντο βαγσ ιν α προχεσσ κνοων ασ ηαδρονιζατιον. Προ− ϖιδινγ διρεχτ προοφ οφ τηισ ⇓εετινγ ιν− σταντ οφ τηε θυαρκ−γλυον πλασµα∏σ εξισ− τενχε τυρνσ ουτ το βε α χοµπλιχατεδ τασκ. Θυαρκ δροπλετσ µαψ φορµ δυρινγ τηισ τρανσιτιον φροµ πλασµα το ηαδρον γασ ανδ λιϖε λονγ ενουγη το βε οβσερϖεδ. Τηε µεχηανισµ φορ τηε φορµατιον οφ στρανγελετσ ουτ οφ α χοολινγ θυαρκ−γλυ− ον πλασµα ωασ ⇒ρστ προποσεδ βψ Ηαν− Χηαο Λιυ ανδ Γορδον Λ. Σηαω οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Ιρϖινε ανδ, ινδεπενδεντλψ, βψ Πετερ Κοχη οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βρεµεν, Ηορστ Στχκερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Φρανκφυρτ ανδ ονε οφ υσ (Γρεινερ). Τηεψ ηψποτηεσιζεδ τηατ τηε αντιστρανγε θυαρκσ τηατ αρε φουνδ ιν εθυαλ νυµβερ το τηε στρανγε θυαρκσ ιν τηε θυαρκ−γλυον πλασµα (στρανγε θυαρκσ ανδ τηειρ αντιµαττερ τωινσ µυστ βε προδυχεδ ιν παιρσ) χοµβινε ωιτη τηε αβυνδαντ λιγητ υπ ανδ δοων θυαρκσ οφ τηε οριγιναλ νυχλει το φορµ Κ µεσονσ. Προδυχινγ στρανγε βαρψονσ, συχη ασ τηε λαµβδα, φροµ τηε συρπλυσ στρανγε θυαρκσ, αχχορδινγ το χαλχυλατιονσ βψ Στχκερ ανδ Γρεινερ, ισ ενεργετιχαλλψ µορε εξπενσιϖε τηαν προδυχινγ στρανγε− λετσ. Τηισ ηψποτηεσισ συγγεστσ τηατ ιφ στρανγε θυαρκ µαττερ εξιστσ ατ λοω τεµ− περατυρεσ, ιτ σηουλδ χονδενσε ουτ οφ α χοολινγ µασσ οφ θυαρκ−γλυον πλασµα. Το δετεχτ νυγγετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, εξπεριµενταλιστσ µυστ δεϖισε ωαψσ το σεπαρατε τηεµ φροµ τηε σηοω− ερ οφ νορµαλ ηαδρονιχ µαττερ. Τηε δι⇔− χυλτψ ισ τηατ τηεψ χονστιτυτε α νεω φορµ οφ µαττερ, νοτ α σπεχι⇒χ τψπε οφ παρτι− χλε. Υσυαλλψ αν ινϖεστιγατορ δεσιγνσ αν εξπεριµεντ το ⇒νδ α παρτιχλε οφ α σιν− γλε, ωελλ−δε⇒νεδ µασσ. Βυτ δροπλετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ χαν ηαϖε αλµοστ ανψ µασσ. Τ ηε κεψ το δετεχτινγ νυγγετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ ισ το τακε αδϖανταγε οφ τηειρ πρεϖιουσλψ µεντιονεδ σµαλλ χηαργε−το−µασσ ρατιο. Φορ νορµαλ νυχλεαρ µαττερ, τηισ ρατιο ρανγεσ φροµ 1: 3 φορ τηε ηψδρογεν ισο− τοπε οφ τριτιυµ, ωηιχη χονταινσ τωο νευτρονσ ανδ α προτον, το 1 φορ τηε σιν− γλε προτον οφ α ηψδρογεν νυχλευσ. Μοστ Σταβιλιτψ οφ Στρανγε Θυαρκ Ματτερ Ι n 1977 Robert L. Jaffe of the Massachusetts Institute of Technology considered the possibility that particles containing more than three quarks might be stable. He started by imagining a bound state of two lambda particles, each of which is made of an up, a down and a strange quark. He called this state the H particle and pointed out that in order for it to be stable it would have to weigh less than two lambda particles. Otherwise, it would quickly decay into two lambdas. He also realized that the H particle must weigh less than two neutrons for it to be absolutely stable. If not, the two strange quarks would each decay via the weak interaction into a down quark. The resulting quarks could then form two neutrons. Unfortunately, accurately calculating the mass of the H particle from the Standard Model is beyond the current ability of physicists. 76 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 νυχλει ηαϖε ρουγηλψ τηε σαµε νυµβερ οφ προτονσ ανδ νευτρονσ, ωηιχη γιϖεσ τηεµ α χηαργε−το−µασσ ρατιο οφ 1: 2. Ιν χοντραστ, στρανγε µαττερ σηουλδ ηαϖε α χηαργε−το−µασσ ρατιο ασ σµαλλ ασ ± 1 : 10 ορ ± 1: 20, µακινγ ιτ εασψ το διστινγυιση φροµ ορδιναρψ µαττερ. Α µαγνετιχ σπεχτροµετερ ισ τηε ιν− στρυµεντ οφ χηοιχε. Ιν α µαγνετιχ σπεχ− τροµετερ, βεαµσ οφ χηαργεδ παρτιχλεσ αρε δε⇓εχτεδ βψ α ϖερψ στρονγ µαγνετιχ ⇒ελδ. Βψ µεασυρινγ τηε ανγλε οφ δε⇓εχ− τιον ανδ τηε ϖελοχιτψ οφ τηε παρτιχλε ασ ιτ εντερσ τηε µαγνετιχ σπεχτροµετερ, ιτ ισ εασψ το οβταιν α παρτιχλε∏σ χηαργε−το− µασσ ρατιο. Σεϖεραλ εξπεριµεντσ αρε χυρ− ρεντλψ υνδερ ωαψ τηατ υσε τηισ τεχηνιθυε το σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Τηε ⇒ρστ ηιγηλψ σενσιτιϖε σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ ανδ οτηερ παρτι− χλεσ χρεατεδ ιν ηιγη−ενεργψ νυχλεαρ χολ− λισιονσ ισ νοω βεινγ περφορµεδ βψ ονε οφ υσ (Χραωφορδ ) ανδ ηισ χολλεαγυεσ φροµ τηε Υ.Σ. ανδ ϑαπαν ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατορψ. Ιν τηισ εξπερι− µεντ, α βεαµ οφ γολδ νυχλει, τραϖελινγ ατ νεαρλψ τηε σπεεδ οφ λιγητ, σµασηεσ ιντο α ταργετ µαδε οφ γολδ φοιλ. Βετωεεν 500 ανδ 1,000 παρτιχλεσ αρε προδυχεδ ιν εαχη χολλισιον. Τηε Βροοκηαϖεν εξ− περιµεντ εξαµινεσ ονλψ τηε φεω παρτι− χλεσ τηατ αρε τραϖελινγ ιν τηε διρεχτιον οφ τηε βεαµ ανδ φοχυσεδ βψ α σεριεσ οφ µαγνετσ. Τηε παρτιχλεσ ⇒ρστ ενχουντερ τηε µαγνετιχ σπεχτροµετερ, ωηερε τηε αν− γλε οφ δε⇓εχτιον προδυχεδ ασ τηεψ πασσ τηρουγη α ποωερφυλ µαγνετιχ ⇒ελδ ισ µεασυρεδ. Νεξτ τηε παρτιχλεσ∏ ϖελοχιτιεσ αρε µεασυρεδ. Τηε µεασυρεµεντ ισ αχ− H PARTICLE IS STABLE IF ITS MASS IS LESS THAN TWO NEUTRONS IF H PARTICLE'S MASS IS GREATER THAN TWO NEUTRONS, IT WILL DECAY INTO TWO NEUTRONS UP DOWN STRANGE Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΛΙΤΤΛΕ ΒΙΓ ΒΑΝΓ ισ χρεατεδ ιν α παρτι− χλε αχχελερατορ ωηεν τωο ηεαϖψ νυχλει (τοπ ) χολλιδε, προδυχινγ α ηοτ πλασµα οφ θυαρκσ ανδ γλυονσ, τηε παρτιχλεσ τηατ βινδ θυαρκσ τογετηερ. Ασ τηε πλασµα χοολσ, µοστ οφ τηε θυαρκσ ωιλλ χοµβινε το φορµ τηε ηαδρονιχ παρτιχλεσ φαµιλιαρ το πηψσιχιστσ. Ποσιτιϖε Κ µεσονσ χαρρψ αωαψ τηε αντιστρανγε θυαρκσ, λεαϖινγ τηε στρανγε θυαρκσ το φορµ στρανγελετσ. χοµπλισηεδ ιν τωο ωαψσ. Τηε ϖελοχιτψ οφ τηε σλοωερ παρτιχλεσ ισ δετερµινεδ βψ οβσερϖινγ τηειρ πασσαγε τηρουγη α σεριεσ οφ δετεχτορσ κνοων ασ σχιντιλλα− τιον χουντερσ, τηιν σηεετσ οφ πλαστιχ τηατ γιϖε ο⇑ τινψ ⇓ασηεσ οφ λιγητ ασ χηαργεδ παρτιχλεσ τραϖερσε τηεµ. ςελοχιτψ ισ χαλ− χυλατεδ βψ µεασυρινγ ηοω λονγ ιτ τακεσ τηε παρτιχλεσ το πασσ φροµ ονε δετεχτορ το τηε οτηερ ανδ διϖιδινγ τηισ ϖαλυε ιντο τηε διστανχε βετωεεν τηε δετεχ− τορσ. Τηε ϖελοχιτψ οφ τηε φαστερ παρτιχλεσ ισ µεασυρεδ βψ α Χερενκοϖ δετεχτορ. Α Χερενκοϖ χουντερ εξπλοιτσ τηε φαχτ τηατ ωηεν α χηαργεδ παρτιχλε πασσεσ τηρουγη α µεδιυµ ατ α σπεεδ γρεατερ τηαν τηε σπεεδ οφ λιγητ ιν τηατ µεδιυµ, ιτ εµιτσ α γλοωινγ σηοχκ ωαϖε. Χοµβιν− ινγ τηε δε⇓εχτιον ανγλε ανδ τηε ϖελοχι− τψ γιϖεσ τηε χηαργε−το−µασσ ρατιο. Τηε σπεχτροµετερ βεινγ βυιλτ ατ Βροοκηαϖεν ισ ρελατιϖελψ σιµπλε. Α µα− ϕορ λιµιτατιον ισ τηατ τηισ δετεχτορ χαν σεε ονλψ παρτιχλεσ εµεργινγ ατ α τινψ ανγλε φροµ τηε βεαµ. Ιτ ισ µυχη λικε λοοκινγ ατ αν οβϕεχτ τηρουγη α ηιγη− ποωερ µιχροσχοπε. Τηε ιµαγε µαψ βε σηαρπ, βυτ τηε αρεα ϖιεωεδ ισ τινψ, ανδ σο ⇒νδινγ α µινυτε οβϕεχτ ιν α λαργε ⇒ελδ βεχοµεσ δι⇔χυλτ. Τηε Βροοκηαϖεν σπεχτροµετερ αλσο ηασ α ναρροω ρανγε οφ σενσιτιϖιτψ. Στρανγε µαττερ ωηοσε χηαργε−το−µασσ ρατιο ισ λοωερ τηαν 1: 25 ωιλλ νοτ βε δετεχτεδ. Το ινχρεασε τηε δετεχτορ∏σ λιµιτεδ σενσιτιϖιτψ, ονε χαν ειτηερ λοωερ τηε µαγνι⇒χατιον ορ βυιλδ α βιγγερ δετεχ− τορ. Βοτη αππροαχηεσ αρε βεινγ τακεν βψ δι⇑ερεντ τεαµσ οφ πηψσιχιστσ σεαρχη− ινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Π. Βυφορδ Πριχε ανδ ηισ χο−ωορκερσ ατ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ ηαϖε αδοπτεδ τηε ⇒ρστ αππροαχη. Τηειρ εξ− περιµεντ ισ σενσιτιϖε το ηεαϖψ, σλοω παρ− τιχλεσ τηατ αρε δε⇓εχτεδ ϖερψ λιττλε βψ α µαγνετιχ ⇒ελδ. Ατ Βροοκηαϖεν, ϑαχκ Σανδωεισ οφ Ψαλε Υνιϖερσιτψ ανδ ηισ χολλεαγυεσ αρε πυρ− συινγ τηε σεχονδ µετηοδ. Τηεψ αρε χονστρυχτινγ α γιγαντιχ νονφοχυσινγ, ορ οπεν γεοµετρψ, σπεχτροµετερ. Ωιτη νο φοχυσινγ µαγνετσ, τηειρ εξπεριµενταλ αππαρατυσ ισ αλµοστ 30 µετερσ λονγ. Ιτσ δετεχτορσ αρε ειγητ µετερσ ωιδε ανδ τηρεε µετερσ ηιγη. Σινχε τηε δεϖιχε ισ σο λαργε, µανψ παρτιχλεσ εντερ τηε σπεχ− Copyright 1993 Scientific American, Inc. PLASMA STRANGELET τροµετερ αφτερ εαχη χολλισιον, ωηιχη αδδσ το τηε χοµπλεξιτψ οφ τηε οπερατιον. ΧΕΡΝ, ωηοσε αχχελερατορσ προϖιδε µυχη ηιγηερ ενεργψ παρτιχλεσ τηαν τηοσε ατταιναβλε ατ Βροοκηαϖεν, ισ αλσο βεγιν− νινγ α προγραµ το λοοκ φορ νεω φορµσ οφ µαττερ. Κλαυσ Πρετζλ οφ Βερν Υνιϖερ− σιτψ ιν Σωιτζερλανδ ανδ ηισ χο−ωορκερσ πλαν το σταγε χολλισιονσ βετωεεν λεαδ νυχλει. Τηεψ ωιλλ υσε α σπεχτροµετερ σιµιλαρ το τηε ονε τηατ ισ ινσταλλεδ ατ Βροοκηαϖεν. Τηε ΧΕΡΝ σετυπ ισ, ηοωεϖ− ερ, αλµοστ 500 µετερσ λονγ. Τηισ εξπερ− ιµεντ ωιλλ τακε ιτσ ⇒ρστ βεαµ ιν 1994. Ινσπιρεδ βψ τηεορετιχαλ χοµπυτατιονσ, τηε σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ ισ νοω ωελλ υνδερ ωαψ. Ιτσ δετεχτιον∇ει− τηερ ον τηε εαρτη, ιν τηε σκιεσ ορ ιν συβ− ατοµιχ χολλισιονσ ωιτηιν τηε ωορλδ∏σ µοστ ποτεντ παρτιχλε αχχελερατορσ∇ ωουλδ ηελπ ελυχιδατε τηε νατυρε οφ θυαρκσ, τηε στρυχτυρε οφ µαττερ ανδ τηε χοµποσιτιον οφ τηε υνιϖερσε. Τηε δισ− χοϖερψ ωουλδ αλσο προϖε τηατ τηε ωορλδ ισ ασ στρανγε α πλαχε ασ πηψσιχιστσ ιµαγ− ινε ιτ το βε. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΙΝΤΡΟ∆ΥΧΤΙΟΝ ΤΟ ΗΙΓΗ−ΕΝΕΡΓΨ ΠΗΨΣ− ΙΧΣ. ∆οναλδ Η. Περκινσ. Αδδισον−Ωεσλεψ Πυβλισηινγ, 1987. ΦΡΟΜ ΘΥΑΡΚΣ ΤΟ ΤΗΕ ΧΟΣΜΟΣ: ΤΟΟΛΣ ΟΦ ∆ΙΣΧΟςΕΡΨ. Λεον Μ. Λεδερµαν ανδ ∆αϖιδ Ν. Σχηραµµ. Σχιεντιφιχ Αµεριχαν Λιβραρψ, 1989. ΤΗΕ ΝΥΧΛΕΑΡ ΕΘΥΑΤΙΟΝ ΟΦ ΣΤΑΤΕ, Παρτ Β: ΘΧ∆ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΦΟΡΜΑΤΙΟΝ ΟΦ ΤΗΕ ΘΥΑΡΚ−ΓΛΥΟΝ ΠΛΑΣΜΑ. Εδιτεδ βψ Ωαλ− τερ Γρεινερ ανδ Ηορστ Στχκερ. Πλενυµ Πρεσσ, 1989. ΣΙΜΥΛΑΤΙΝΓ ΗΟΤ ΘΥΑΡΚ ΜΑΤΤΕΡ. ϑεαν Ποτϖιν ιν Αµεριχαν Σχιεντιστ, ςολ. 79, Νο. 2, παγεσ 116∠129; Μαρχη/Απριλ 1991. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 77 Τηε Τοξινσ οφ Χψανοβαχτερια These poisons, which periodically and fatally contaminate the water supplies of wild and domestic animals, can also harm humans. But they are being coaxed into doing good βψ Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ Ο ν Μαψ 2, 1878, Γεοργε Φρανχισ οφ Αδελαιδε, Αυστραλια, πυβλισηεδ τηε ⇒ρστ σχηολαρλψ δεσχριπτιον οφ τηε ποτεντιαλλψ λετηαλ ε⇑εχτσ προδυχεδ βψ χψανοβαχτερια∇τηε µιχροοργανισµσ σοµετιµεσ χαλλεδ βλυε−γρεεν αλγαε ορ, µορε χολλοθυιαλλψ, πονδ σχυµ. Ιν α λετ− τερ το Νατυρε ηε νοτεδ τηατ αν αλγα ηε τηουγητ το βε Νοδυλαρια σπυµιγενα ηαδ σο προλιφερατεδ ιν τηε εστυαρψ οφ τηε Μυρραψ Ριϖερ τηατ ιτ ηαδ φορµεδ α τηιχκ σχυµ λικε γρεεν οιλ παιντ, σοµε τωο το σιξ ινχηεσ τηιχκ, ανδ ασ τηιχκ ανδ παστψ ασ πορριδγε. Τηισ γροωτη ηαδ ρενδερεδ τηε ωατερ υνωηολεσοµε φορ χαττλε ανδ οτηερ ανιµαλσ τηατ δρινκ ατ τηε συρφαχε, βρινγινγ ον α ραπιδ ανδ σοµετιµεσ τερ− ριβλε δεατη: Σψµπτοµσ∇στυπορ ανδ υνχονσχιουσ− νεσσ, φαλλινγ ανδ ρεµαινινγ θυιετ, ασ ιφ ασλεεπ, υνλεσσ τουχηεδ, ωηεν χονϖυλσιονσ χοµε ον, ωιτη ηεαδ ανδ νεχκ δραων βαχκ βψ ριγιδ σπασµ, ωηιχη συβσιδεσ βεφορε δεατη. Τιµε∇σηεεπ, φροµ ονε το σιξ ορ ειγητ ηουρσ; ηορσεσ, ειγητ το τωεντψ−φουρ ηουρσ; δογσ, φουρ το ⇒ϖε ηουρσ; πιγσ, τηρεε ορ φουρ ηουρσ. Σινχε 1878, ινϖεστιγατορσ ηαϖε χον− ⇒ρµεδ τηατ Νοδυλαρια ανδ µανψ οτηερ γενερα οφ χψανοβαχτερια ινχλυδε ποι− σονουσ στραινσ. Ινδεεδ, συχη µιχροβεσ αρε κνοων το αχχουντ φορ σπεχταχυλαρ διε−ο⇑σ οφ ωιλδ ανδ δοµεστιχ ανιµαλσ. ΩΑΨΝΕ Ω. ΧΑΡΜΙΧΗΑΕΛ ισ προφεσσορ οφ αθυατιχ βιολογψ ανδ τοξιχολογψ ατ Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ. Ηε εαρνεδ α δοχ− τορατε ιν αθυατιχ τοξιχολογψ ατ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Αλβερτα ιν Εδµοντον ιν 1974. Αφτερ χοµπλετινγ α ποστδοχτοραλ απ− ποιντµεντ ατ Αλβερτα, ηε ϕοινεδ Ωριγητ Στατε ασ αν ασσισταντ προφεσσορ ιν 1976. Χαρµιχηαελ ισ χυρρεντλψ ενγαγεδ ιν δε− τερµινινγ τηε διστριβυτιον οφ τοξιχ χψαν− οβαχτερια αρουνδ τηε ωορλδ, εξπλορινγ µετηοδσ φορ δετεχτινγ τοξινσ ιν ωατερ συππλιεσ ανδ αππλψινγ τηε µετηοδσ οφ βιοτεχηνολογψ το τηε στυδψ οφ βιοαχτιϖε µολεχυλεσ ιν χψανοβαχτερια ανδ αλγαε. 78 Ιν τηε µιδωεστερν Υ.Σ., φορ ινστανχε, µιγρατινγ δυχκσ ανδ γεεσε ηαϖε περ− ισηεδ βψ τηε τηουσανδσ αφτερ χονσυµ− ινγ ωατερ χονταµινατεδ βψ τοξιχ χψανο− βαχτερια. Ιν ρεχεντ ψεαρσ, ωορκερσ ηαϖε ιδεντι⇒εδ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε οφ µανψ χψανοβαχτεριαλ τοξινσ ανδ ηαϖε αλσο βεγυν το δεχιπηερ τηε στεπσ βψ ωηιχη τηε ποισονσ χαν λεαδ το συ⇑ερινγ ανδ δεατη. Συχη ρεσεαρχη ισ εξχιτινγ ιντερεστ το− δαψ, ιν παρτ βεχαυσε οφ ωορρψ οϖερ πυβ− λιχ ηεαλτη. Νο χον⇒ρµεδ ηυµαν δεατη ηασ ψετ βεεν αττριβυτεδ το τηε ποισονσ. Βυτ ρυνο⇑ φροµ δετεργεντσ ανδ φερτιλιζ− ερσ ισ αλτερινγ τηε χηεµιστρψ οφ µανψ µυνιχιπαλ ωατερ συππλιεσ ανδ σωιµµινγ αρεασ, ινχρεασινγ τηε χονχεντρατιον οφ νιτρογεν ανδ πηοσπηορυσ. Τηεσε νυτρι− εντσ προµοτε ρεπροδυχτιον βψ δανγερ− ουσ χψανοβαχτερια ανδ τηυσ φοστερ φορ− µατιον οφ τηε δενσε γροωτησ, κνοων ασ ωατερβλοοµσ, δεσχριβεδ βψ Φρανχισ. Ασ χψανοβαχτεριαλ ωατερβλοοµσ βεχοµε µορε χοµµον ιν ρεσερϖοιρσ, ριϖερσ, λακεσ ανδ πονδσ, τηε λικελιηοοδ γροωσ τηατ πεοπλε ωιλλ βε εξποσεδ το ινχρεασεδ δοσεσ οφ τοξινσ. ( Ωατερ−τρεατµεντ προ− χεσσεσ ονλψ παρτιαλλψ ⇒λτερ ουτ χψανο− βαχτερια ανδ διλυτε τηειρ τοξινσ.) Τηε ρισκ οφ ανιµαλ διε−ο⇑σ γροωσ ασ ωελλ. Τηε ποσσιβιλιτψ οφ ινχρεασεδ εξποσυρε ηασ βεχοµε παρτιχυλαρλψ διστυρβινγ βε− χαυσε σοµε εϖιδενχε συγγεστσ τηατ χερ− ταιν χψανοβαχτεριαλ τοξινσ µιγητ χον− τριβυτε το τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Κνοωλεδγε οφ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε ανδ αχτιϖιτψ οφ τηε τοξινσ σηουλδ ηελπ σχιεντιστσ το δεϖισε µορε σενσιτιϖε ωαψσ το µεασυρε τηε χοµπουνδσ ιν ωατερ ανδ το δεϖελοπ αντιδοτεσ το λετηαλ δοσ− εσ. Ιµπροϖεδ υνδερστανδινγ οφ ηοω τηεσε χηεµιχαλσ φυνχτιον σηουλδ αλσο φαχιλιτατε ε⇑ορτσ το δετερµινε τηε λονγ− τερµ ε⇑εχτσ οφ εξποσυρε το νονλετηαλ δοσεσ. Ρεσεαρχη ιντο τηε στρυχτυρε ανδ αχτιϖ− ιτψ οφ τηε τοξινσ ισ σπαρκινγ ιντερεστ ον οτηερ γρουνδσ ασ ωελλ. Τηεψ ανδ τηειρ δεριϖατιϖεσ αρε βεινγ χονσιδερεδ ασ πο− τεντιαλ µεδιχινεσ φορ Αλζηειµερ∏σ δισ− εασε ανδ οτηερ δισορδερσ. Τηε συβστανχ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 εσ αλρεαδψ σερϖε ασ ινϖαλυαβλε τοολσ φορ εξπλορατιον οφ θυεστιονσ ιν χελλ βιολογψ. Α σ ωορρισοµε ανδ ωονδερφυλ ασ τηε τοξινσ αρε, οτηερ ασπεχτσ οφ χψανοβαχτερια αρε περηαπσ µορε φαµιλιαρ το µανψ πεοπλε. Φορ εξαµπλε, τεξτβοοκσ οφτεν φεατυρε τηεσε βαχτε− ρια ασ νιτρογεν ⇒ξερσ. Τηε ⇒λαµεντουσ σπεχιεσ (ωηιχη χονσιστ οφ ινδιϖιδυαλ χελλσ ϕοινεδ ενδ το ενδ, λικε βεαδσ ον α στρινγ) χονϖερτ ατµοσπηεριχ νιτρογεν ιντο φορµσ τηατ πλαντσ ανδ ανιµαλσ χαν υσε ιν τηειρ οων λιφε προχεσσεσ. Ιν τηισ ωαψ, τηεψ φερτιλιζε αγριχυλτυραλ λανδ τηρουγηουτ τηε ωορλδ, µοστ νοταβλψ ριχε παδδιεσ, ωηερε τηεψ αρε οφτεν αδ− δεδ το τηε σοιλ. Χψανοβαχτερια αρε κνοων, τοο, φορ τηε χριτιχαλ ινσιγητσ τηεψ ηαϖε προϖιδεδ ιντο τηε οριγινσ οφ λιφε ανδ ιντο τηε ορι− γινσ οφ οργανελλεσ ιν τηε χελλσ οφ ηιγηερ οργανισµσ. Τηε φοσσιλ ρεχορδ σηοωσ τηατ χψανοβαχτερια αλρεαδψ εξιστεδ 3.3 το 3.5 βιλλιον ψεαρσ αγο. Βεχαυσε τηεψ ωερε τηε ⇒ρστ οργανισµσ αβλε το χαρρψ ουτ οξψγενιχ πηοτοσψντηεσισ, ανδ τηυσ το χονϖερτ χαρβον διοξιδε ιντο οξψγεν, τηεψ υνδουβτεδλψ πλαψεδ α µαϕορ παρτ ιν τηε οξψγενατιον οφ τηε αιρ [σεε Τηε Βλυε−Γρεεν Αλγαε, βψ Πατριχκ Εχηλιν; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ϑυνε 1966]. Οϖερ τιµε, τηειρ εξερτιονσ προβαβλψ ηελπεδ το χρεατε τηε χονδιτιονσ νεεδεδ φορ τηε εµεργενχε οφ αεροβιχ οργανισµσ. Ατ σοµε ποιντ, τηεοριστσ συγγεστ, χερταιν οφ τηε πηοτοσψντηεσιζερσ ωερε τακεν υπ περµανεντλψ βψ οτηερ µιχροβεσ. Εϖεντυαλλψ τηεσε χψανοβαχτερια λοστ τηε αβιλιτψ το φυνχτιον ινδεπενδεντλψ ανδ βεχαµε χηλοροπλαστσ: τηε βοδιεσ ρε− σπονσιβλε φορ πηοτοσψντηεσισ ιν πλαντσ. Ιτ ωασ τηε τοξινσ, ηοωεϖερ, τηατ σπαρκεδ µψ οων χυριοσιτψ αβουτ χψανο− βαχτερια. Τηατ ωασ βαχκ ιν τηε λατε 1960σ, ωηεν Ι ωασ αν υνδεργραδυατε µαϕορινγ ιν βοτανψ ατ Ορεγον Στατε Υνιϖερσιτψ. Ατ τηε τιµε, Ι ηαδ τηε ψουνγ στυδεντ∏σ υσυαλ φασχινατιον ωιτη τηε µι− χροσχοπε ανδ τηινγσ µιχροσχοπιχ. Ι ωασ αλσο ιντριγυεδ βψ τηε θυεστιον οφ ηοω τοξινσ∇νατυραλλψ προδυχεδ ποισονσ∇ Copyright 1994 Scientific American, Inc. δαµαγε τηε βοδψ. Ιν βιολογιχαλ χιρχλεσ, τοξινσ αρε αµονγ τηε χοµπουνδσ ρε− φερρεδ το ασ σεχονδαρψ µεταβολιτεσ βε− χαυσε τηεψ αρε προδυχεδ βψ λιϖινγ ορ− γανισµσ βυτ αρε νοτ κνοων το βε χριτι− χαλλψ ιµπορταντ το εϖερψδαψ συρϖιϖαλ. Ι δεχιδεδ το πυρσυε βοτη οφ µψ ιντερ− εστσ βψ λοοκινγ ιντο τηε προδυχτιον ανδ αχτιον οφ ποισονσ µαδε βψ χψανοβαχτε− ρια. Ιν 1970 Ι τηερεφορε βεχαµε α γραδ− υατε στυδεντ οφ Παυλ Ρ. Γορηαµ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αλβερτα ιν Εδµοντον. Γορ− ηαµ ωασ ονε οφ τηε ⇒ρστ σχιεντιστσ το στυδψ τηε προπερτιεσ οφ τοξιχ χψανοβαχ− τερια ανδ ηαδ βεεν δοινγ σο σινχε τηε 1950σ. Ρεσεαρχηερσ ιν Σουτη Αφριχα, Αυστραλια ανδ τηε Υ.Σ. ωερε χαρρψινγ ουτ ρελατεδ ινϖεστιγατιονσ, βυτ Γορηαµ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαδ αλρεαδψ λαιδ µυχη γρουνδωορκ φορ τηε κινδσ οφ στυδιεσ Ι ηοπεδ το υνδερτακε. Ωηεν Ι ϕοινεδ Γορηαµ∏σ γρουπ, χψα− νοβαχτερια ωερε τψπιχαλλψ ρεφερρεδ το ασ βλυε−γρεεν αλγαε βεχαυσε οφ τηε τυρ− θυοισε χολορινγ οφ µοστ βλοοµσ ανδ τηε σιµιλαριτψ βετωεεν τηε µιχροβεσ ανδ τρυε αλγαε (βοτη χαρρψ ουτ πηοτο− σψντηεσισ). Βυτ Ρογερ Ψ. Στανιερ, τηεν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ, ωασ βεγιννινγ το ρεϖεαλ τηε αλγαε παρτ οφ τηε ναµε το βε α µισνοµερ. Αφτερ τηε ελεχτρον µιχροσχοπε ωασ ιν− τροδυχεδ ιν 1950, ωορκ βψ Στανιερ ανδ οτηερσ εσταβλισηεδ τηατ τωο ραδιχαλλψ δι⇑ερεντ τψπεσ οφ χελλσ εξιστ ιν τηε χον− τεµποραρψ ωορλδ. Προκαρψοτιχ ϖαριετιεσ∇ τηοσε βεαρινγ τηε χηαραχτεριστιχσ οφ βαχ− τερια∇ηαϖε νο µεµβρανε ενϖελοπινγ τηειρ νυχλεαρ µατεριαλ ανδ υσυαλλψ λαχκ µεµβρανε−βουνδ βοδιεσ ιν τηειρ ιντερι− ορ. Αλλ οτηερ χελλσ, ινχλυδινγ τηοσε οφ αλ− γαε ανδ µορε χοµπλεξ πλαντσ, αρε ευ− καρψοτιχ: τηεψ χονταιν α δε⇒νιτε νυχλε− αρ µεµβρανε ανδ ηαϖε µιτοχηονδρια ασ ωελλ ασ οτηερ οργανελλεσ. Στανιερ∏σ συβσεθυεντ εξαµινατιονσ οφ χψανοβαχ− τερια προµπτεδ ηιµ το νοτε ιν 1971 τηατ τηεσε οργανισµσ αρε νοτ αλγαε; τηειρ ταξονοµιχ ασσοχιατιον ωιτη ευ− καρψοτιχ γρουπσ ισ αν αναχηρονισµ . . . . Βλυε−γρεεν αλγαε χαν νοω βε ρεχογνιζεδ ασ α µαϕορ γρουπ οφ βαχτερια. Γορηαµ∏σ ωορκ, ανδ λατερ µινε, εξ− τενδεδ τηε ρεσεαρχη βεγυν ωηεν χψα− νοβαχτερια ωερε στιλλ τηουγητ το βε αλ− γαε. Βψ τηε 1940σ ρεπορτσ ιµπλιχατινγ τηε µιχροοργανισµσ ιν τηε ποισονινγ οφ ωιλδ ανδ δοµεστιχ ανιµαλσ ηαδ αχχυ− µυλατεδ φροµ µανψ παρτσ οφ τηε ωορλδ. Τηε ανιµαλσ διεδ αφτερ δρινκινγ φροµ πονδσ ορ οτηερ ωατερσ παρτλψ χοϖερεδ βψ σλιµψ χαρπετσ οφ ωηατ σεεµεδ το βε αλγαε, οφτεν ιν τηε δογ δαψσ οφ λατε συµµερ ανδ εαρλψ φαλλ, ωηεν τηε τεµ− περατυρε ισ ηιγη ανδ τηε αιρ ισ ρελατιϖελψ στιλλ. Ψετ νο ⇒ρµ λινκ βετωεεν σπεχι⇒χ γενερα οφ χψανοβαχτερια ανδ ανιµαλ δεατησ ηαδ ψετ βεεν εσταβλισηεδ. Τηεοδορε Α. Ολσον, α µιχροβιολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα, µαδε τηατ χοννεχτιον ιν τηε χουρσε οφ στυδ− ιεσ ηε χαρριεδ ουτ βετωεεν 1948 ανδ 1950. Ολσον χολλεχτεδ σαµπλεσ οφ ωα− τερβλοοµσ ιν ηισ στατε ανδ δετερµινεδ τηατ τηεψ χονταινεδ χοπιουσ αµουντσ οφ σπεχιεσ φροµ τηε χψανοβαχτεριαλ γεν− ερα Μιχροχψστισ ανδ Αναβαενα (χοµµον γρουπσ οφ πλανκτονιχ χψανοβαχτερια ). Βψ φεεδινγ χψανοβαχτερια φροµ τηοσε βλοοµσ το λαβορατορψ ανιµαλσ, ηε ωασ αβλε το δεµονστρατε τηατ χερταιν ωατερ− δωελλινγ φορµσ χαν ινδεεδ βε ποισον− ουσ το ανιµαλσ. ΠΟΝ∆ ΙΝ ΒΕΙϑΙΝΓ ηασ βεεν χονταµινατ− εδ βψ αν οϖεργροωτη, ορ ωατερβλοοµ, οφ τοξιχ χψανοβαχτερια (γρεεν σχυµ). Τηεσε βαχτερια, φλουρισηινγ ιν τηε Γρανδϖιεω Γαρδεν Παρκ, αρε µεµβερσ οφ τηε ωιδε− σπρεαδ γενυσ Μιχροχψστισ, µανψ σπεχιεσ οφ ωηιχη προδυχε ποτεντ λιϖερ τοξινσ. Τηε τοξινσ ηαϖε κιλλεδ ανιµαλσ, ανδ τηε χονσυµπτιον οφ λοω δοσεσ ιν δρινκινγ ωατερ ισ συσπεχτεδ οφ χοντριβυτινγ το α ηιγη ρατε οφ ηυµαν λιϖερ χανχερ ιν χερ− ταιν παρτσ οφ Χηινα. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 79 ΜΑΣΣ ΟΦ ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ χλοσε το τηε σηορε οφ Βαλγαϖιεσ Λοχη, νεαρ ∆υνδεε, Σχοτλανδ, ηασ τηε τψπιχαλ αππεαρανχε οφ α ωατερβλοοµ σεεν ατ σηορτ ρανγε: ιτ ρεσεµ− βλεσ α τηιχκ ποολ οφ γρεεν οιλ παιντ. Τηισ βλοοµ οχχυρρεδ ιν 1981 ανδ ωασ φουνδ το χονσιστ οφ σπεχιεσ ιν τηε γενυσ Μιχροχψστισ. Τηισ ⇒νδινγ, ιν τυρν, ραισεδ νεω θυεσ− τιονσ. Ωηψ, φορ εξαµπλε, ωερε ανιµαλσ ποισονεδ µοστ οφτεν δυρινγ τηε δογ δαψσ οφ συµµερ ανδ φαλλ? Τηε ανσωερ νοω σεεµσ το βε τηατ χψανοβαχτερια γροω ρεµαρκαβλψ ωελλ ανδ φορµ ωατερ− βλοοµσ ωηεν φουρ χονδιτιονσ χονϖεργε: τηε ωινδ ισ θυιετ ορ µιλδ, ανδ τηε ωατερ ισ α βαλµψ τεµπερατυρε (15 το 30 δε− γρεεσ Χελσιυσ), ισ νευτραλ το αλκαλινε (ηαϖινγ α πΗ οφ 6 το 9) ανδ ηαρβορσ αν αβυνδανχε οφ τηε νυτριεντσ νιτρογεν ανδ πηοσπηορυσ. Υνδερ συχη χιρχυµ− στανχεσ, χψανοβαχτεριαλ ποπυλατιονσ γροω µορε συχχεσσφυλλψ τηαν δο τηοσε οφ τρυε αλγαε. ( Τρυε αλγαε χαν αλσο φορµ ωατερβλοοµσ, βυτ βλοοµσ ιν νυτριεντ− ριχη ωατερ υσυαλλψ χονσιστ οφ τοξιχ χψανοβαχτερια.) Τηε χψανοβαχτεριαλ βλοοµσ βψ τηεµ− σελϖεσ προβαβλψ ωουλδ νοτ ηαρµ ανι− µαλσ ιφ τηε µιχροβεσ χλυστερεδ φαρ φροµ σηορε. Βυτ χψανοβαχτερια µοϖε υπ ανδ δοων ωιτηιν τηε ωατερ το οβταιν λιγητ φορ πηοτοσψντηεσισ ανδ, ιν τηε προχεσσ, οφτεν ⇓οατ το τηε συρφαχε. Τηερε, χυρ− ρεντσ ανδ ανψ ωινδσ τηατ αρισε χαν πυση τηε βαχτερια τοωαρδ τηε λανδ, χαυσινγ ποισον−⇒λλεδ χελλσ το αχχυµυλατε ιν α τηιχκ λαψερ νεαρ τηε λεεωαρδ σηορε. Ανι− µαλσ δρινκινγ συχη χονχεντρατεδ σχυµ χαν ρεαδιλψ χονσυµε α φαταλ δοσε. Βεχαυσε τηε χελλσ ρελεασε τοξινσ ονλψ ωηεν τηεψ τηεµσελϖεσ διε ορ βεχοµε ολδ ανδ λεακψ, ανιµαλσ υσυαλλψ ηαϖε το 80 ινγεστ ωηολε χελλσ το βε α⇑εχτεδ. Τηεψ χαν, ηοωεϖερ, τακε ιν α φαταλ δοσε οφ τοξινσ φροµ χελλ−φρεε ωατερ ιφ σοµεονε ηασ τρεατεδ τηε ωατερ ωιτη α συβστανχε, συχη ασ χοππερ συλφατε, δεσιγνεδ το βρεακ υπ ωατερβλοοµσ. Τηε αµουντ οφ χψανοβαχτερια−ταιντεδ ωατερ νεεδεδ το κιλλ αν ανιµαλ δεπενδσ ον συχη φαχτορσ ασ τηε τψπε ανδ αµουντ οφ ποισον προ− δυχεδ βψ τηε χελλσ, τηε χονχεντρατιον οφ τηε χελλσ, ασ ωελλ ασ τηε σπεχιεσ, σιζε, σεξ ανδ αγε οφ τηε ανιµαλ. Τψπιχαλλψ, τηουγη, τηε ρεθυιρεδ ϖολυµε ρανγεσ φροµ α φεω µιλλιµετερσ (ουνχεσ) το σεϖ− εραλ λιτερσ (α φεω γαλλονσ). Αππαρεντλψ, τηιρστψ ανιµαλσ αρε οφτεν υνδετερρεδ βψ τηε φουλ σµελλ ανδ ταστε οφ χονταµινατ− εδ ωατερ. Τ ηε εαρλψ δεµονστρατιον τηατ χψα− νοβαχτεριαλ τοξινσ ωερε ρεσπονσι− βλε φορ ανιµαλ κιλλσ ιν Μιννεσοτα αλσο ραισεδ τηε θυεστιονσ τηατ Γορηαµ τοοκ υπ ιν τηε 1950σ∇ναµελψ, ωηατ ισ τηε χηεµιχαλ νατυρε ανδ µοδυσ οπερ− ανδι οφ τηε τοξινσ? Το ⇒νδ ανσωερσ, ηε ⇒ρστ ηαδ το δεϖελοπ µετηοδσ φορ µαιν− ταινινγ χυλτυρεσ οφ τοξιχ χψανοβαχτερια ιν τηε λαβορατορψ. Ιν τηε 1950σ ανδ 1960σ Γορηαµ ανδ ηισ χολλεαγυεσ, τηεν ατ τηε Νατιοναλ Ρεσεαρχη Χουνχιλ ιν Οτ− ταωα, συχχεεδεδ ιν εσταβλισηινγ χυλτυρεσ φορ τωο οφ τηε µοστ τοξιχ χψανοβαχτε− ρια : Αναβαενα ⇓οσ−αθυαε ανδ Μιχροχψσ− τισ αερυγινοσα. Ωιτη συχη χυλτυρεσ ιν ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ηανδ, τηεψ ωερε αβλε το ισολατε ποισονσ προδυχεδ βψ τηε χελλσ ανδ ιδεντιφψ τηειρ χηεµιχαλ µακευπ. Α κνοωλεδγε οφ χηεµιχαλ στρυχτυρε ο⇑ερσ χλυεσ το ηοω α µολεχυλε φυνχτιονσ. Ιν 1972, σοον αφτερ Ι αρριϖεδ ιν Γορ− ηαµ∏σ λαβορατορψ, Χαρολ Σ. Ηυβερ ανδ Ολιϖερ Ε. Εδωαρδσ, ωορκινγ ιν Εδ− ωαρδσ∏σ λαβορατορψ ατ τηε Νατιοναλ Ρε− σεαρχη Χουνχιλ, δετερµινεδ τηε χηεµι− χαλ στρυχτυρε οφ α χψανοβαχτεριαλ τοξιν φορ τηε ⇒ρστ τιµε. ∆εριϖεδ φροµ Α. ⇓οσ− αθυαε, ανδ ναµεδ ανατοξιν−α, ιτ τυρνεδ ουτ το βε αν αλκαλοιδ∇ονε οφ τηου− σανδσ οφ νιτρογεν−ριχη χοµπουνδσ τηατ ηαϖε ποτεντ βιολογιχαλ, υσυαλλψ νευρο− λογιχαλ, ε⇑εχτσ. Σο φαρ σπεχιεσ φροµ σεϖ− εν οφ 12 χψανοβαχτεριαλ γενερα ιν− ϖολϖεδ ιν ανιµαλ δεατησ ηαϖε βεεν χυλ− τυρεδ. Ιντερεστινγλψ, νονε οφ τηε 12 γενερα γροω ατταχηεδ το ροχκσ ορ ϖεγε− τατιον; αλλ αρε πλανκτονιχ, ⇓οατινγ ιν ωατερ ασ σινγλε χελλσ ορ ⇒λαµεντσ. Μοστ προδυχε µορε τηαν ονε τψπε οφ τοξιν. Τηε τοξινσ τηατ ηαϖε βεεν στυδιεδ ιν− τενσιϖελψ το δατε βελονγ το ονε οφ τωο γρουπσ, δε⇒νεδ βψ τηε σψµπτοµσ τηεψ ηαϖε προδυχεδ ιν ανιµαλσ. Σοµε, συχη ασ ανατοξιν−α, αρε νευροτοξινσ. Τηεψ ιν− τερφερε ωιτη τηε φυνχτιονινγ οφ τηε νερ− ϖουσ σψστεµ ανδ οφτεν χαυσε δεατη ωιτηιν µινυτεσ, βψ λεαδινγ το παραλψσισ οφ τηε ρεσπιρατορψ µυσχλεσ. Οτηερ χψανοβαχτεριαλ ποισονσ, συχη ασ τηοσε προδυχεδ βψ Φρανχισ∏σ Ν. σπυ− µιγενα, αρε ηεπατοτοξινσ. Τηεψ δαµ− αγε τηε λιϖερ ανδ κιλλ ανιµαλσ βψ χαυσ− ινγ βλοοδ το ποολ ιν τηε λιϖερ. Τηισ ποολινγ χαν λεαδ το φαταλ χιρχυλατορψ σηοχκ ωιτηιν α φεω ηουρσ, ορ, βψ ιντερ− φερινγ ωιτη νορµαλ λιϖερ φυνχτιον, ιτ χαν λεαδ οϖερ σεϖεραλ δαψσ το δεατη βψ λιϖερ φαιλυρε. Φουρ νευροτοξινσ ηαϖε βεεν στυδιεδ ιν δεταιλ. Οφ τηεσε, ανατοξιν−α ανδ ανα− τοξιν−α(σ) σεεµ υνιθυε το χψανοβαχτε− ρια. Τηε οτηερ τωο∇σαξιτοξιν ανδ νεο− σαξιτοξιν∇αρισε ιν χερταιν µαρινε αλγαε ασ ωελλ. Ι ηαδ τηε γοοδ φορτυνε οφ βεινγ αβλε το εξπλορε τηε αχτιϖιτψ οφ ανατοξ− ιν−α σοον αφτερ ιτσ στρυχτυρε ωασ δεχι− πηερεδ. Τηισ χοµπουνδ, µαδε βψ ϖαρι− ουσ στραινσ οφ τηε φρεσηωατερ γενερα Αναβαενα ανδ Οσχιλλατορια, µιµιχσ τηε νευροτρανσµιττερ αχετψλχηολινε. Ωηεν αχετψλχηολινε ισ ρελεασεδ βψ νευρονσ (νερϖε χελλσ) τηατ ιµπινγε ον µυσχλε χελλσ, ιτ βινδσ το ρεχεπτορ µολε− χυλεσ χονταινινγ βοτη α νευροτρανσµιτ− τερ βινδινγ σιτε ανδ αν ιον χηαννελ τηατ σπανσ τηε χελλ µεµβρανε. Ασ αχετψλχηο− λινε ατταχηεσ το τηε ρεχεπτορσ, τηε χηαν− νελ οπενσ, τριγγερινγ τηε ιονιχ µοϖε− µεντ τηατ ινδυχεσ µυσχλε χελλσ το χον− τραχτ. Σοον αφτερ, τηε χηαννελ χλοσεσ, ανδ τηε ρεχεπτορσ ρεαδψ τηεµσελϖεσ το ρεσπονδ το νεω σιγναλσ. Μεανωηιλε αν ενζψµε χαλλεδ αχετψλχηολινεστερασε δε− Copyright 1994 Scientific American, Inc. γραδεσ τηε αχετψλχηολινε, τηερεβψ πρε− ϖεντινγ οϖερστιµυλατιον οφ τηε µυσχλε χελλσ. Ανατοξιν−α ισ δεαδλψ βεχαυσε ιτ χαν− νοτ βε δεγραδεδ βψ αχετψλχηολινεστερ− ασε ορ βψ ανψ οτηερ ενζψµε ιν ευκαρψ− οτιχ χελλσ. Χονσεθυεντλψ, ιτ ρεµαινσ αϖαιλαβλε το οϖερστιµυλατε µυσχλε. Ιτ χαν ινδυχε µυσχλε τωιτχηινγ ανδ χραµπ− ινγ, φολλοωεδ βψ φατιγυε ανδ παραλψσισ. Ιφ ρεσπιρατορψ µυσχλεσ αρε α⇑εχτεδ, τηε ανιµαλ µαψ συ⇑ερ χονϖυλσιονσ ( φροµ λαχκ οφ οξψγεν το τηε βραιν) ανδ διε οφ συ⇑οχατιον. Υνφορτυνατελψ, νο ονε ηασ συχχεεδεδ ιν προδυχινγ αν αντιδοτε το ανατοξιν−α. Ηενχε, τηε ονλψ πραχτιχαλ ωαψ φορ φαρµερσ ορ οτηερ χονχερνεδ ιν− διϖιδυαλσ το πρεϖεντ δεατησ ισ το ρεχογ− νιζε τηατ α τοξιχ ωατερβλοοµ µαψ βε δεϖελοπινγ ανδ το ⇒νδ αν αλτερνατιϖε ωατερ συππλψ φορ τηε ανιµαλσ υντιλ τηε βλοοµ ισ ελιµινατεδ. Φορ ανιµαλσ, ανατοξιν−α ισ αν ανατηε− µα, βυτ φορ σχιεντιστσ ιτ ισ α βλεσσινγ. Ασ α µιµιχ οφ αχετψλχηολινε, ανατοξιν−α µακεσ α ⇒νε ρεσεαρχη τοολ. Φορ εξαµ− πλε, βεχαυσε ιτ ρεσιστσ βρεακδοων βψ αχετψλχηολινεστερασε, τηε τοξιν ανδ ιτσ δεριϖατιϖεσ χαν βε υσεδ ιν πλαχε οφ αχε− τψλχηολινε ιν εξπεριµεντσ εξαµινινγ ηοω αχετψλχηολινε βινδσ το ανδ ιν⇓υ− ενχεσ τηε αχτιϖιτψ οφ αχετψλχηολινε ρε− χεπτορσ (εσπεχιαλλψ τηε σο−χαλλεδ νιχο− τινιχ αχετψλχηολινε ρεχεπτορσ ιν τηε πε− ριπηεραλ ανδ χεντραλ νερϖουσ σψστεµ). Εδσον Ξ. Αλβυθυερθυε ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ Σχηοολ οφ Μεδιχινε αρε λοοκινγ ατ ανα− τοξιν−α ιν οτηερ ωαψσ ασ ωελλ. Τηε ρε− σεαρχηερσ αρε ιν τηε εαρλψ σταγεσ οφ εξ− πλορινγ τηε ιντριγυινγ ποσσιβιλιτψ τηατ α µοδι⇒εδ ϖερσιον µιγητ ονε δαψ βε αδ− µινιστερεδ το σλοω τηε µενταλ δεγενερ− ατιον οφ Αλζηειµερ∏σ δισεασε. Ιν µανψ πατιεντσ, συχη δετεριορατιον ρεσυλτσ ιν παρτ φροµ δεστρυχτιον οφ νευρονσ τηατ προδυχε αχετψλχηολινε. Αχετψλχηολινε ιτ− σελφ χαννοτ βε αδµινιστερεδ το ρεπλαχε τηε λοστ νευροτρανσµιττερ βεχαυσε ιτ δισ− αππεαρσ τοο θυιχκλψ. Βυτ α ϖερσιον οφ ανατοξιν−α τηατ ηασ βεεν µοδι⇒εδ το ρεδυχε ιτσ τοξιχιτψ µιγητ ωορκ ιν ιτσ πλαχε. ∆εριϖατιϖεσ οφ ανατοξιν−α χουλδ αλσο χονχειϖαβλψ προϖε υσεφυλ φορ οτηερ δισορδερσ ιν ωηιχη αχετψλχηολινε ισ δε⇒− χιεντ ορ ισ πρεϖεντεδ φροµ αχτινγ ε⇑εχ− τιϖελψ, συχη ασ µψαστηενια γραϖισ (α δε− γενερατιϖε δισορδερ τηατ χαυσεσ µυσχλε ωεακνεσσ). Τ ηε οτηερ νευροτοξιν υνιθυε το χψανοβαχτερια, ανατοξιν−α(σ), ισ µαδε βψ στραινσ οφ Αναβαενα. Ιτ προδυχεσ µανψ οφ τηε σαµε σψµπτοµσ ασ ανατοξιν−α∇ωηιχη ισ ηοω ιτ χαµε το ηαϖε συχη α σιµιλαρ ναµε. Τηε λεττερ σ ωασ αππενδεδ βεχαυσε ανατοξιν− α(σ) σεεµεδ το βε α ϖαριαντ οφ ανατοξ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιν−α τηατ χαυσεδ ϖερτεβρατεσ το σαλιϖατε εξχεσσιϖελψ. Ρεχεντλψ, ηοωεϖερ, µψ στυ− δεντσ ανδ Ι ατ Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ, τογετηερ ωιτη Σηιγεκι Ματσυναγα ανδ Ριχηαρδ Ε. Μοορε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ηαϖε σηοων τηατ ανατοξιν−α(σ) δι⇑ερσ χηεµιχαλλψ φροµ ανατοξιν−α ανδ ελιχιτσ σψµπτοµσ βψ οτηερ µεανσ. Ανατοξιν−α(σ) ισ α νατυραλλψ οχχυρρινγ οργανιχ πηοσπηατε τηατ φυνχτιονσ µυχη λικε σψντηετιχ οργανοπηοσπηατε ινσεχτι− χιδεσ, συχη ασ παρατηιον ανδ µαλατηι− ον. Το µψ κνοωλεδγε, ιτ ισ τηε ονλψ νατ− υραλ οργανοπηοσπηατε ψετ δισχοϖερεδ. Εϖεν τηουγη ιτσ στρυχτυρε δι⇑ερσ φροµ τηατ οφ τηε σψντηετιχ χοµπουνδσ, ιτσ κιλλινγ ποωερ, λικε τηειρσ, στεµσ φροµ ιτσ αβιλιτψ το ινηιβιτ αχετψλχηολινεστερ− ασε. Βψ ιµπεδινγ αχετψλχηολινεστερασε φροµ δεγραδινγ αχετψλχηολινε, ιτ ενσυρεσ τηατ αχετψλχηολινε ρεµαινσ χοντινυουσ− λψ αϖαιλαβλε το στιµυλατε∇ανδ οϖερστιµ− υλατε∇µυσχλε χελλσ. Ασ α στρυχτυραλλψ νοϖελ οργανοπηοσ− πηατε, ανατοξιν−α(σ) χουλδ ιν τηεορψ φορµ τηε βασισ φορ νεω πεστιχιδεσ. Σψν− τηετιχ οργανοπηοσπηατεσ αρε ωιδελψ υσεδ βεχαυσε τηεψ αρε µορε τοξιχ το ιν− σεχτσ τηαν το ηυµανσ. Τηεψ αρε, ηοωεϖ− ερ, υνδερ σοµε ⇒ρε. Σολυβλε ιν λιπιδσ ( φατσ), τηεψ τενδ το αχχυµυλατε ιν χελλ µεµβρανεσ ανδ οτηερ λιπιδ−ριχη παρτσ οφ ηυµανσ ανδ οτηερ ϖερτεβρατεσ. Ανα− τοξιν−α(σ), ιν χοντραστ, ισ µορε σολυβλε ιν ωατερ ανδ, ηενχε, µορε βιοδεγραδ− αβλε. Σο ιτ χουλδ βε σαφερ. Ον τηε οτηερ ηανδ, ιτ µιγητ αλσο βε λεσσ αβλε το χροσσ τηε λιπιδ−ριχη χυτιχλεσ, ορ εξοσκελετονσ, οφ ινσεχτσ. Βψ τινκερινγ ωιτη τηε στρυχ− τυρε οφ ανατοξιν−α(σ), ινϖεστιγατορσ µιγητ βε αβλε το δεσιγν α χοµπουνδ τηατ ωουλδ µινιµιζε αχχυµυλατιον ιν τισ− συεσ οφ ϖερτεβρατεσ βυτ χοντινυε το κιλλ αγριχυλτυραλ πεστσ. Ασ ισ τρυε οφ ανατοξιν−α ανδ ανατοξ− ιν−α(σ), τηε νευροτοξινσ σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξιν δισρυπτ χοµµυνιχατιον βετωεεν νευρονσ ανδ µυσχλε χελλσ. Βυτ τηεψ δο σο βψ πρεϖεντινγ αχετψλχηολινε φροµ βεινγ ρελεασεδ βψ νευρονσ. Ιν ορ− δερ το σεχρετε αχετψλχηολινε ορ οτηερ νευροτρανσµιττερσ, νευρονσ µυστ ⇒ρστ γενερατε αν ελεχτριχαλ ιµπυλσε. Τηεν τηε ιµπυλσε µυστ προπαγατε αλονγ τηε λενγτη οφ α προϕεχτιον χαλλεδ αν αξον∇ αν αχτιϖιτψ τηατ δεπενδσ ον τηε ⇓οω οφ σοδιυµ ανδ ποτασσιυµ ιονσ αχροσσ χηαννελσ ιν τηε αξοναλ µεµβρανε. Ωηεν τηε ιµπυλσε ρεαχηεσ αν αξον τερ− µιναλ, τηε τερµιναλ ρελεασεσ στορεσ οφ αχετψλχηολινε. Σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξ− ιν βλοχκ τηε ινωαρδ ⇓οω οφ σοδιυµ ιονσ αχροσσ τηε µεµβρανε χηαννελσ; ιν σο δοινγ, τηεψ σνυ⇑ ουτ ανψ ιµπυλσεσ ανδ φορεσταλλ τηε σεχρετιον οφ αχετψλχηολινε. Αλτηουγη σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξιν οχχυρ ιν σοµε στραινσ οφ τηε χψανοβαχ− τεριαλ γενερα Αναβαενα ανδ Απηανι− ζοµενον, τηεσε ποισονσ αρε αχτυαλλψ βεττερ κνοων ασ προδυχτσ οφ δινο⇓αγελ− ANATOXIN-A CH3 O NH ANATOXIN-A(S) NMe2 HN N HN O O P OMe O SAXITOXIN AND NEOSAXITOXIN O H2N O NH RN NH HN N NH OH OH R = H IN SAXITOXIN R = OH IN NEOSAXITOXIN ΒΕΑ∆Σ ΟΝ Α ΣΤΡΙΝΓ (µιχρογραπη) αρε αχτυαλλψ χελλσ οφ τηε χψανοβαχτεριυµ Αν− αβαενα φλοσ−αθυαε, µαγνιφιεδ σοµε 2,500 τιµεσ. Α. φλοσ−αθυαε ισ α µαϕορ προδυχερ οφ νευροτοξινσ, ποισονσ τηατ ιντερφερε ωιτη τηε φυνχτιονινγ οφ τηε νερϖουσ σψστεµ. Τηε στραιν σηοων ηερε ωασ ρεσπονσιβλε φορ τηε δεατη οφ ηογσ ιν Γριγγσϖιλλε, Ιλλ. Τηε χηεµιχαλ στρυχτυρεσ ατ τηε ριγητ ρεπρεσεντ τοξινσ µαδε βψ στραινσ οφ Αναβαενα; αλλ εξχεπτ ανατοξιν−α(σ) αλσο οχχυρ ιν οτηερ χψανοβαχτερια. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 81 Ηοω Νευροτοξινσ Κιλλ Neurotoxins produced by cyanobacteria can disrupt normal signaling between neurons and muscles in several ways. All of them lead to death by causing paralysis of respiratory muscles, followed by suffocation. EFFECTS OF SAXITOXIN AND NEOSAXITOXIN NORMAL EVENTS SODIUM IONS a AXON SODIUM IONS TOXIN BLOCKS CHANNEL SODIUM CHANNEL IMPULSE CANNOT PROPAGATE b IMPULSE PROPAGATES NEURON Saxitoxin and neosaxitoxin silence the neurons that act on muscle cells. Sodium ions (gold ) must flow into neurons (a at left) in order for the neurons to relay impulses (b) to other cells. Saxitoxin and neosaxitoxin (blue sphere at right) halt impulse propagation by preventing the ions from passing into the neurons. When the nerve cells are thus quieted, muscle cells receive no stimulation and become paralyzed. AXON MUSCLE NORMAL EVENTS EFFECTS OF ANATOXIN-A AXON TERMINAL EFFECTS OF ANATOXIN-A(S) ACETYLCHOLINE ACETYLCHOLINESTERASE a c d ANATOXIN-A(S) ANATOXIN-A a b ACETYL- MUSCLE RESTS CHOLINE RECEPTOR e b MUSCLE CONTRACTS Anatoxin-a and anatoxin-a(s) (center and right panels) overexcite muscle cells by disrupting the functioning of the neurotransmitter acetylcholine. Normally, acetylcholine molecules (purple) bind to acetylcholine receptors on muscle cells (a in left panel), thereby inducing the cells to contract (b). Then the enzyme acetylcholinesterase (yellow) degrades acetylcholine (c), allowing its receptors and hence the muscle cells to return to their resting state (d and e). Anatoxin-a (red in center panel) is a mimic of acetylcholine. It, too, binds to acetylcholine receptors (a), triggering con- 82 a ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 NO BREAKDOWN c d e MUSCLE CONTRACTS NO BREAKDOWN c d OVERSTIMULATED MUSCLE STOPS WORKING e b MUSCLE CONTRACTS OVERSTIMULATED MUSCLE STOPS WORKING traction (b), but it cannot be degraded by acetylcholinesterase (c). Consequently, it continues to act on muscle cells (d). The cells then become so exhausted from contracting that they stop operating (e). Anatoxin-a(s) (green in right panel) acts more indirectly. It allows acetylcholine to bind to its receptors and induce contraction as usual (a and b), but it blocks acetylcholinesterase from degrading acetylcholine (c). As a result, the neurotransmitter persists and overstimulates respiratory muscles (d), which once again eventually become too fatigued to operate (e). Copyright 1994 Scientific American, Inc. λατεσ∇τηε µαρινε αλγαε τηατ ηαϖε χαυσεδ ρεδ τιδεσ (ρεδ ωατερβλοοµσ) ιν σεϖεραλ χοασταλ αρεασ οφ τηε ωορλδ. Τηεσε ρεδ τιδεσ ηαϖε λεδ το ρεπεατεδ ουτβρεακσ οφ παραλψτιχ σηελλ⇒ση ποισον− ινγ ανδ το τηε χλοσυρε οφ σηελλ⇒ση βεδσ ιν τηοσε αρεασ. Τηε δισχοϖερψ οφ σαξιτοξιν ανδ νεο− σαξιτοξιν ιν χψανοβαχτερια αδδεδ φεω νεω ιδεασ φορ δρυγσ ορ ινσεχτιχιδεσ ορ φορ ωαψσ το σολϖε προβλεµσ ιν χελλ βιολ− ογψ, σινχε τηε χηεµιχαλσ ωερε αλρεαδψ κνοων εντιτιεσ. Τηε ⇒νδινγ διδ ποσε α φασχινατινγ ριδδλε, ηοωεϖερ. Ωηατ ωουλδ χαυσε φρεσηωατερ χψανοβαχτερια το προ− δυχε τηε σαµε χηεµιχαλσ µαδε βψ µα− ρινε ευκαρψοτεσ? ∆ιδ τηεσε δισπαρατε γρουπσ εϖολϖε τηε σαµε πατηωαψσ οφ σψντηεσισ ινδεπενδεντλψ, ορ διδ τηεψ περηαπσ σηαρε α χοµµον ανχεστορ? Τηατ παρτιχυλαρ πυζζλε ρεµαινσ υν− σολϖεδ, βυτ τηε ρεαλιζατιον τηατ χψανο− βαχτερια προδυχε σαξιτοξιν ανδ νεοσαξ− ιτοξιν ηασ µαδε ιτ ποσσιβλε το υνραϖελ ανοτηερ σχιεντι⇒χ κνοτ. Φορ ψεαρσ, τηε βιοσψντηετιχ πατηωαψ φορ προδυχτιον οφ τηε τοξινσ ωασ υνκνοων βεχαυσε δινο− ⇓αγελλατεσ ωερε δι⇔χυλτ το χυλτιϖατε ιν τηε λαβορατορψ. Στυδιεσ οφ µορε ρεαδιλψ γροων σπεχιεσ οφ Απηανιζοµενον αλ− λοωεδ Ψυζυρυ Σηιµιζυ ανδ ηισ στυ− δεντσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ρηοδε Ισλανδ το ωορκ ουτ τηε πατηωαψ ιν 1984. Χ ψανοβαχτεριαλ νευροτοξινσ, τηεν, αρε βοτη δεαδλψ ανδ ποτεντιαλλψ ϖαλυαβλε, βυτ τηεψ αρε νοτ ασ υβιθυιτουσ ασ τηε οτηερ µαϕορ χλασσ οφ χψανοβαχτεριαλ ποισονσ: τηε ηεπατοτοξ− ινσ. Ωηερεασ νευροτοξινσ ηαϖε βεεν βλαµεδ φορ κιλλσ µαινλψ ιν Νορτη Αµερ− ιχα (ωιτη σοµε ιν Γρεατ Βριταιν, Αυσ− τραλια ανδ Σχανδιναϖια), ηεπατοτοξινσ ηαϖε βεεν ιµπλιχατεδ ιν ινχιδεντσ οχ− χυρρινγ ιν ϖιρτυαλλψ εϖερψ χορνερ οφ τηε εαρτη. Φορ τηισ ρεασον, γρεατ εξχιτεµεντ ενσυεδ ιν τηε εαρλψ 1980σ, ωηεν α γρουπ ηεαδεδ βψ ∆αωιε Π. Βοτεσ, τηεν ατ τηε Χουνχιλ φορ Σχιεντι⇒χ ανδ Ινδυστριαλ Ρεσεαρχη ιν Πρετορια, δετερµινεδ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε οφ α λιϖερ τοξιν. Συχη τοξινσ ωερε λονγ κνοων το βε πεπτιδεσ (σµαλλ χηαινσ οφ αµινο αχιδσ), βυτ τηε τεχηνολογιχαλ αδϖανχεσ νεεδεδ φορ δε− τερµινινγ τηε πρεχισε στρυχτυρεσ οφ τηε τοξινσ διδ νοτ οχχυρ υντιλ τηε 1970σ. Σοον αφτερ Βοτεσ εσταβλισηεδ τηε χηεµιχαλ ιδεντιτψ οφ τηε ⇒ρστ φεω ηεπα− τοτοξινσ, µψ λαβορατορψ ανδ οτηερσ χον− ⇒ρµεδ ηισ ρεσυλτσ ανδ βεγαν ιδεντιφψ− ινγ τηε χηεµιχαλ µακευπ οφ οτηερ ηεπ− ατοτοξινσ. Εξτενσιϖε στρυχτυραλ αναλψσεσ, µαινλψ ιν τηε λαβορατορψ οφ Κεννετη Λ. Ρινεηαρτ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ, ηαϖε νοω εσταβλισηεδ τηατ τηε λιϖερ τοξ− ινσ φορµ α φαµιλψ οφ ατ λεαστ 53 ρελατεδ χψχλιχ, ορ ρινγεδ, πεπτιδεσ. Τηοσε χον− σιστινγ οφ σεϖεν αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. µιχροχψστινσ; τηοσε χονσιστινγ οφ ⇒ϖε αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ νοδυλαρινσ. Τηε ναµεσ ρε⇓εχτ τηε φαχτ τηατ τηε τοξινσ ωερε οριγιναλλψ ισολατεδ φροµ µεµβερσ οφ τηε γενερα Μιχροχψστισ ανδ Νοδυλαρια. Ρεσεαρχη ιντο τηε ηεπατοτοξινσ∇ µυχη οφ ωηιχη ισ χαρριεδ ουτ ατ οτηερ λαβορατοριεσ ωιτη τοξινσ συππλιεδ βψ µψ γρουπ∇ισ διρεχτεδ πριµαριλψ ατ υνδερ− στανδινγ ηοω τηε χοµπουνδσ α⇑εχτ τηε βοδψ. Ινϖεστιγατορσ κνοω τηατ τηε πεπ− τιδεσ χαυσε ηεπατοχψτεσ, τηε φυνχτιοναλ χελλσ οφ τηε λιϖερ, το σηρινκ. Ιν χονσε− θυενχε, τηε χελλσ, ωηιχη αρε νορµαλλψ παχκεδ τιγητλψ τογετηερ, σεπαρατε. Ωηεν τηε χελλσ σεπαρατε, οτηερ χελλσ φορµινγ τηε σο−χαλλεδ σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ οφ τηε λιϖερ αλσο σεπαρατε [σεε ιλλυστρατιον ον παγε 86 ]. Τηεν τηε βλοοδ χαρριεδ βψ τηε ϖεσσελσ σεεπσ ιντο λιϖερ τισσυε ανδ αχχυµυλατεσ τηερε, λεαδινγ το λοχαλ τισ− συε δαµαγε ανδ, οφτεν, το σηοχκ. Οτηερ δεταιλσ οφ τηε ποισονινγ προ− χεσσ αρε ονλψ νοω βεχοµινγ χλεαρ. Φορ ινστανχε, σχιεντιστσ ηαϖε ωονδερεδ ωηψ τηε τοξινσ αχτ µοστ ποωερφυλλψ ον τηε λιϖερ. Τηε ανσωερ προβαβλψ ισ τηατ τηεψ αρε µοϖεδ ιντο ηεπατοχψτεσ βψ τηε τρανσπορτ σψστεµ, φουνδ ονλψ ιν ηεπα− τοχψτεσ, τηατ χαρριεσ βιλε σαλτσ ιντο τηε χελλσ. Μαρια Τ. Χ. Ρυννεγαρ οφ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Σουτηερν Χαλιφορνια ανδ Ιαν Ρ. Φαλ− χονερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αδελαιδε ιν Αυστραλια ηαϖε τακεν τηε λεαδ ιν αδ− δρεσσινγ τηε ρελατεδ προβλεµ οφ ηοω τηε τοξινσ δεφορµ ηεπατοχψτεσ. Τηεψ, ανδ µορε ρεχεντλψ ςαλ Ρ. Βεασλεψ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ ανδ ϑοην Ε. Ερικσ− σον οφ τηε Φινλανδ−Σωεδιση Υνιϖερσιτψ οφ Αβο, ˚ ηαϖε φουνδ τηατ τηε ποισονσ δισ− τορτ λιϖερ χελλσ βψ αχτινγ ον τηε χψτοσκελ− ετον: τηε γριδωορκ οφ προτειν στρανδσ τηατ, αµονγ οτηερ φυνχτιονσ, γιϖεσ σηαπε το χελλσ. Τηε χψτοσκελεταλ χοµπονεντσ µοστ α⇑εχτεδ βψ τηε τοξινσ αρε τηε προτειν πολψµερσ κνοων ασ ιντερµεδιατε ⇒λα− µεντσ ανδ µιχρο⇒λαµεντσ. Συβυνιτσ αρε χοντινυαλλψ αδδεδ το ανδ λοστ φροµ τηε ιντερµεδιατε ⇒λαµεντσ, ανδ τηε προτειν στρανδσ φορµινγ τηε µιχρο⇒λαµεντσ χοντινυαλλψ ασσοχιατε ανδ δισσοχιατε. Τηε νετ σιζεσ οφ τηε ιντερµεδιατε ⇒λα− µεντσ ανδ οφ τηε µιχρο⇒λαµεντσ χηανγε λιττλε οϖερ τιµε, ηοωεϖερ. Μιχροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ σεεµ το τιλτ τηε βαλανχε τοωαρδ συβυνιτ λοσσ ανδ δισσοχιατιον. Τηε ιντερµεδιατε ⇒λαµεντσ αππαρεντ− λψ υνδεργο χηανγε ⇒ρστ, φολλοωεδ βψ τηε µιχρο⇒λαµεντσ. Ασ τηε χψτοσκελε− τον σηρινκσ, τηε ⇒νγερλικε προϕεχτιονσ τηρουγη ωηιχη ηεπατοχψτεσ ιντεραχτ ωιτη νειγηβορινγ χελλσ ωιτηδραω, βρεακ− ινγ τηε χελλ∏σ χονταχτ ωιτη οτηερ ηεπατο− χψτεσ ανδ ωιτη σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ. Στιλλ µορε ρεχεντ ωορκ ιν µανψ λαβο− ρατοριεσ ο⇑ερσ σοµε ινσιγητ ιντο ηοω τηε τοξινσ µαναγε το δισρυπτ χψτοσκελε− ταλ χοµπονεντσ. Ιν στυδιεσ οφ µιχροχψστ− ινσ ανδ νοδυλαρινσ, ρεσεαρχηερσ ηαϖε φουνδ τηατ τηε τοξινσ αρε ποτεντ ιν− ηιβιτορσ οφ ενζψµεσ κνοων ασ προτειν πηοσπηατασεσ. Τηεσε ενζψµεσ ωορκ ιν χονχερτ ωιτη οτηερ ενζψµεσ∇προτειν κινασεσ∇το ρεγυλατε τηε νυµβερ οφ πηοσπηατε γρουπσ ον προτεινσ. Τηε κι− νασεσ αδδ πηοσπηατε γρουπσ, ανδ τηε πηοσπηατασεσ ρεµοϖε τηεµ. Συχη πηοσπηορψλατιον ανδ δεπηοσ− πηορψλατιον ρεαχτιονσ ηαϖε λονγ βεεν κνοων το ιν⇓υενχε τηε στρυχτυρε ανδ φυνχτιον οφ ιντερµεδιατε ⇒λαµεντσ ανδ µιχρο⇒λαµεντσ. Ιτ σεεµσ, τηερεφορε, τηατ τηε τοξινσ δισρυπτ τηε ⇒βερσ βψ υπσετ− τινγ τηε νορµαλ ρεγυλατορψ βαλανχε βε− τωεεν πηοσπηορψλατιον ανδ δεπηοσπηο− ρψλατιον. Μορε σπεχι⇒χαλλψ, ιτ ισ τηουγητ τηατ τηε υνχηεχκεδ αχτιϖιτψ οφ τηε κινασ− εσ ανδ τηε ρεσυλτινγ εξχεσσιϖε πηοσ− πηορψλατιον οφ τηε ιντερµεδιατε ⇒λα− µεντσ ανδ τηε µιχρο⇒λαµεντσ (ορ οφ προτεινσ τηατ αχτ ον τηεµ) ινχρεασε τηε ρατε οφ συβυνιτ λοσσ ανδ δισσοχιατιον. Τ ηε ρεϖελατιον τηατ χψανοβαχτεριαλ ηεπατοτοξινσ χαν ινηιβιτ προτειν πηοσπηατασεσ ηασ ραισεδ τηε δισ− τυρβινγ ποσσιβιλιτψ τηατ ηυµαν εξπο− συρε το νονλετηαλ δοσεσ µιγητ χον− τριβυτε το τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Βεψονδ ιν⇓υενχινγ τηε στρυχτυρε ανδ φυνχτιον οφ χψτοσκελεταλ ⇒βερσ, προτειν κινασεσ ανδ προτειν πηοσπηατασεσ πλαψ α µαϕορ παρτ ιν ρεγυλατινγ χελλ διϖισιον. Προτειν κινασεσ, ωηιχη τηεµσελϖεσ αρε ρεγυλατεδ βψ ϖαριουσ προτεινσ, προµοτε µοϖεµεντ οφ χελλσ τηρουγη τηε χελλ δι− ϖισιον χψχλε. Προτειν πηοσπηατασεσ ηελπ το χηεχκ χελλ διϖισιον βψ θυιετινγ τηε αχτιϖιτψ οφ τηε ρεγυλατορσ. Τηε τοξινσ, βψ ινηιβιτινγ τηε πηοσπηατασεσ, προβα− βλψ γιϖε τηε υππερ ηανδ το τηε προτεινσ τηατ αχτιϖατε κινασεσ; τηεψ µαψ τηυσ ηελπ ρελεασε τηε νορµαλ βρακεσ ον χελλ προλιφερατιον. Στυδιεσ βψ Ηιροτα Φυϕικι ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ ατ τηε Σαιταµα Χανχερ Χεντερ ιν ϑαπαν ηαϖε νοω σηοων ιν χυλτυρεδ χελλσ ανδ ιν ωηολε ανιµαλσ τηατ µιχροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ χαν ινδεεδ ηαστεν τυ− µορ δεϖελοπµεντ. Τηεσε τοξινσ δο νοτ σεεµ το ινιτιατε α χελλ∏σ προγρεσσιον το− ωαρδ βεχοµινγ χανχερουσ; ηοωεϖερ, ονχε σοµετηινγ ελσε ηασ τριγγερεδ εαρ− λψ χηανγεσ, τηε ηεπατοτοξινσ προµοτε δεϖελοπµεντ οφ φυρτηερ χαρχινογενιχ αλ− τερατιονσ. Μψ γρουπ ιν Οηιο ανδ ουρ χολ− λεαγυεσ ατ τηε Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ ιν Ωυηαν, Χηινα, ανδ ατ Σηανγηαι Μεδι− χαλ Υνιϖερσιτψ αρε αττεµπτινγ το ⇒νδ ουτ ωηετηερ συχη αχτιϖιτψ µιγητ χον− τριβυτε το µαλιγνανχψ ιν ηυµανσ. Το δο σο, ωε αρε χαρρψινγ ουτ α λονγ−τερµ στυδψ οφ πεοπλε ιν Χηινα ωηο αρε εξ− ποσεδ ρεπεατεδλψ το µιχροχψστινσ ιν ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 83 τηειρ δρινκινγ ωατερ. Ωε συσπεχτ τηατ τηε εξτραορδιναριλψ ηιγη ρατεσ οφ λιϖερ χανχερ ιν παρτσ οφ Χηινα µαψ βε τιεδ το τηε χψανοβαχτεριαλ τοξινσ ιν συχη ωατερ. Σοµε εϖιδενχε αλσο συγγεστσ τηατ εξ− ποσυρε το συβλετηαλ λεϖελσ οφ χψανοβαχ− τεριαλ ηεπατοτοξινσ ηαϖε χαυσεδ τεµπο− ραρψ στοµαχη, ιντεστιναλ ανδ λιϖερ δψσ− φυνχτιον ιν ηυµαν ποπυλατιονσ. Ιν σεϖεραλ ινστανχεσ ιν ωηιχη µανψ πεοπλε ωερε α⇐ιχτεδ σιµυλτανεουσλψ, χιρχυµ− σταντιαλ εϖιδενχε ιµπλιχατεδ τοξιχ χψανο− βαχτερια ιν δρινκινγ ωατερ ασ τηε χαυσε. Ιτ σεεµσ ρεασοναβλε το γυεσσ τηατ ρε− πεατεδ λοω−λεϖελ εξποσυρε το τηε τοξινσ χουλδ φαϖορ τηε δεϖελοπµεντ οφ χηρονιχ δισορδερσ οφ τηε γαστροιντεστιναλ τραχτ ανδ λιϖερ. Ιφ χανχερ ανδ οτηερ χηρονιχ ιλλνεσσεσ αρε ινδεεδ α δανγερ, τηεν δρινκινγ−ωατερ συππλιεσ µαψ νεεδ χλοσ− ερ µονιτορινγ ιν µανψ πλαχεσ. Ασ ισ τρυε οφ τηε νευροτοξινσ, τηε ηεπ− ατοτοξινσ αρε νοτ αλλ βαδ. Βεχαυσε τηεψ α⇑εχτ τηε χψτοσκελετον, τηεψ αρε νοω βεινγ υσεδ ασ τοολσ το προβε τηε ωορκ− ινγσ οφ τηισ χελλυλαρ σχα⇑ολδινγ. Χερταιν µυσηροοµ ποισονσ αρε αλσο αππλιεδ ιν τηισ ωαψ. Ανδ βεχαυσε µιχροχψστινσ ιµπεδε προτειν πηοσπηατασεσ, τηεψ αρε αιδινγ ινϖεστιγατορσ ιν τηε ε⇑ορτ το υνδερστανδ ηοω τηοσε ενζψµεσ ωορκ. Φορ εξαµπλε, βεχαυσε χερταιν µιχρο− χψστινσ βινδ στρονγλψ το προτειν πηοσ− H πηατασεσ 1 ανδ 2Α, τηεψ αρε βεινγ υσεδ ασ προβεσ το ισολατε τηε ενζψµεσ φροµ τισσυε πρεπαρατιονσ. Βψ τηεν δετερµιν− ινγ τηε αµινο αχιδ σεθυενχεσ οφ τηε εν− ζψµεσ, ωορκερσ σηουλδ βε αβλε το δε− δυχε τηε νυχλεοτιδε σεθυενχεσ οφ τηε χορρεσπονδινγ γενεσ. Τηεψ σηουλδ αλσο βε αβλε το ισολατε τηε γενεσ το εξπλορε τηειρ ρεγυλατιον. Τ ηε νευροτοξινσ ανδ ηεπατοτοξινσ αρε χερταινλψ τηε µοστ δανγερουσ χψανοβαχτεριαλ χοµπουνδσ, βυτ τηεψ αρε βψ νο µεανσ τηε ονλψ βιοαχ− τιϖε χηεµιχαλσ µαδε βψ τηεσε βαχτερια. Φορ εξαµπλε, τηε µιχροβεσ προδυχε αν αρραψ οφ χψτοτοξινσ: συβστανχεσ τηατ χαν ηαρµ χελλσ βυτ δο νοτ κιλλ µυλτιχελλυλαρ οργανισµσ. Στυδιεσ χαρριεδ ουτ µαινλψ βψ Μοορε ανδ Γρεγορψ Μ. Λ. Παττερσον, αλσο ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ινδι− χατε τηατ σεϖεραλ χψτοτοξινσ σηοω προµ− ισε ασ κιλλερσ οφ αλγαε ανδ βαχτερια. Σοµε µαψ εϖεν σερϖε ασ αγεντσ φορ ατταχκινγ τυµορ χελλσ ανδ τηε ηυµαν ιµµυν− οδε⇒χιενχψ ϖιρυσ, τηε χαυσε οφ ΑΙ∆Σ. Το ωηατ πυρποσε αρε αλλ τηεσε χηεµι− χαλσ µαδε? Τηεψ µαψ ενηανχε χψανο− βαχτεριαλ δεφενσε αγαινστ ατταχκ βψ οτη− ερ οργανισµσ ιν τηε εϖερψδαψ ενϖιρον− µεντ. Βυτ ωηψ ωουλδ χψανοβαχτερια προδυχε συβστανχεσ χαπαβλε οφ κιλλινγ λιϖεστοχκ ανδ οτηερ λαργε ανιµαλσ? Αφ− CH3 COOH MICROCYSTIN O H3C OCH3 H H3C O H H3C H H H CH3 H CH2 O NH H H N H O H O CH3 H HN OCH3 H H3C CH3 H H H H H CH3 O H CH3 H N H O H CH3 CH3 H NH O H COOH O NH NH C HN C NH2 NH2 ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑΛ ΣΠΕΧΙΕΣ Μιχροχψστισ αερυγινοσα (λεφτ µι− χρογραπη ) ανδ Νοδυλαρια σπυµιγενα (ριγητ µιχρογραπη ), σηοων ενλαργεδ σοµε 2,500 ανδ 1,250 τιµεσ, ρεσπεχτιϖελψ, αρε αµονγ τηε µανψ φορµσ τηατ σψντηεσιζε τοξινσ δεστρυχ− τιϖε το λιϖερ χελλσ κνοων ασ ηεπατοχψτεσ. Τηε ποισονσ, ινχλυδ− 84 N O NH COOH HN CH3 N H O H N COOH H3C NH H H O NODULARIN N HN H τερ αλλ, λιϖεστοχκ ηαϖε νεϖερ βεεν τηε πριµαρψ πρεδατορσ οφ τηοσε µιχροβεσ. Σοµε ρεχεντ ωορκ ιν µψ λαβορατορψ, δονε ιν χολλαβορατιον ωιτη Ωιλλιαµ Ρ. ∆εΜοττ οφ Ινδιανα Υνιϖερσιτψ∠Πυρδυε Υνιϖερσιτψ ατ Φορτ Ωαψνε, ισ προϖιδινγ χλυεσ. Ιτ τυρνσ ουτ τηατ χψανοβαχτεριαλ νευροτοξινσ ανδ ηεπατοτοξινσ χαν βε εξτρεµελψ ηαρµφυλ νοτ ονλψ το βιρδσ, χοωσ, ηορσεσ ανδ τηε λικε βυτ αλσο το τηε µινυτε ανιµαλσ (ζοοπλανκτον) λιϖ− ινγ ιν λακεσ ανδ πονδσ. Τηε τοξινσ µαψ βε διρεχτλψ λετηαλ (εσπεχιαλλψ τηε νευρο− τοξινσ), ορ τηεψ µαψ ρεδυχε τηε νυµ− βερ ανδ σιζε οφ ο⇑σπρινγ προδυχεδ βψ τηε χρεατυρεσ τηατ φεεδ ον χψανοβαχτε− ρια. Ιν οτηερ ωορδσ, ϕυστ ασ ϖασχυλαρ πλαντσ µακε ταννινσ, πηενολσ, στερολσ ανδ αλκαλοιδσ το δεφενδ αγαινστ πρεδα− τιον, ιτ ισ λικελψ τηατ χψανοβαχτερια σψν− τηεσιζε ποισονσ το ωαρδ ο⇑ ατταχκ βψ φελλοω πλανκτονιχ σπεχιεσ. Ιν συππορτ οφ τηισ συγγεστιον, ωε ηαϖε φουνδ τηατ ζοοπλανκτον σπεχιεσ γενερ− αλλψ δο νοτ εατ χψανοβαχτερια χαπαβλε οφ προδυχινγ τοξινσ υνλεσσ τηερε ισ νο οτηερ φοοδ αρουνδ; τηεν, τηεψ οφτεν αττεµπτ το µοδυλατε τηε αµουντ τηεψ τακε ιν το ενσυρε τηατ τηεψ αϖοιδ α λε− τηαλ δοσε. Τηοσε ωηο ωαλκ τηισ αθυατιχ τιγητροπε συχχεσσφυλλψ παψ α πριχε, οφ χουρσε, ιν φεωερ ο⇑σπρινγ, βυτ ατ λεαστ τηεψ συρϖιϖε το ρεπροδυχε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ινγ τηε τωο ϖαριετιεσ φορ ωηιχη χηεµιχαλ στρυχτυρεσ αρε σηοων ατ τηε βοττοµ, αρε πεπτιδεσ. Τηοσε χονσιστινγ οφ σεϖεν αµινο αχιδσ (διστινγυισηεδ βψ χολορ ) αρε χαλλεδ µιχροχψστινσ ( βε− χαυσε τηεψ ωερε φιρστ δισχοϖερεδ ιν α στραιν οφ Μιχροχψστισ); τηοσε χονσιστινγ οφ φιϖε αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ νοδυλαρινσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΜΙΧΡΟΦΙΛΑΜΕΝΤΣ (ρεδ τηρεαδσ ιν µι− χρογραπησ), στρυχτυραλ χοµπονεντσ οφ χελλσ, αρε υσυαλλψ θυιτε λονγ, ασ ιν τηε ρατ ηεπατοχψτε ατ τηε λεφτ. Βυτ αφτερ εξ− ποσυρε το µιχροχψστινσ (ριγητ ), µιχροφιλ− αµεντσ χολλαπσε τοωαρδ τηε νυχλευσ (βλυε). ( Τηισ χελλ, λικε µανψ ηεαλτηψ ηεπατοχψτεσ, ηαππενσ το ηαϖε τωο νυ− χλει.) Συχη χολλαπσε ηελπσ το σηρινκ ηεπ− ατοχψτεσ∇ωηιχη νορµαλλψ τουχη ονε ανοτηερ ανδ τουχη σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ (λεφτ δραωινγ). Τηεν τηε σηρυνκεν χελλσ σεπαρατε φροµ ονε ανοτηερ ανδ φροµ τηε σινυσοιδσ (ριγητ δραωινγ). Τηε χελλσ οφ τηε σινυσοιδσ σεπαρατε ασ ωελλ, χαυσ− ινγ βλοοδ το σπιλλ ιντο λιϖερ τισσυε. Τηισ βλεεδινγ χαν λεαδ σωιφτλψ το δεατη. NORMAL LIVER LIVER AFTER TOXINS ACT BILE DUCT DAMAGED CAPILLARY SINUSOIDAL CAPILLARY BLOOD SEEPING INTO LIVER TISSUE HEPATOCYTES Ιτ ισ ποσσιβλε, τηουγη, τηατ τηε προ− τεχτιϖε ε⇑εχτ ισ ινχιδενταλ. Τηε τοξινσ µαψ ονχε ηαϖε ηαδ σοµε χριτιχαλ φυνχ− τιον τηατ τηεψ ηαϖε σινχε λοστ. Τηισ λικε− λιηοοδ ισ συγγεστεδ βψ τηε φαχτ τηατ µι− χροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ αχτ ον τηε προτειν πηοσπηατασεσ τηατ ρεγυλατε τηε προλιφερατιον οφ ευκαρψοτιχ χελλσ. Τηε ηεπατοτοξινσ δο νοτ νοω σεεµ το παρ− τιχιπατε ιν χελλ φυνχτιον ανδ χελλ διϖι− σιον ιν χψανοβαχτερια, βυτ τηεψ µαψ ηαϖε πλαψεδ συχη α ρολε εαρλψ ιν τηε εϖο− λυτιον οφ τηεσε οργανισµσ (ανδ οφ οτηερ µιχροβεσ ασ ωελλ ). Ρεγαρδλεσσ οφ τηειρ ιντενδεδ πυρποσε, τηε τοξιχιτψ οφ µανψ χηεµιχαλσ προ− δυχεδ βψ χψανοβαχτερια ισ υνδενιαβλε. Φορ τηισ ρεασον, Ι αµ βεχοµινγ ινχρεασ− ινγλψ ωορριεδ βψ α µοδερν φαδ : τηε εατ− ινγ οφ χψανοβαχτερια φροµ τηε γενυσ Σπιρυλινα ασ α ηεαλτη φοοδ. Χερταιν τριβεσ ιν Χηαδ ανδ µανψ πεοπλεσ ιν Μεξιχο ηαϖε χονσυµεδ τωο χλοσελψ ρελατεδ σπε− χιεσ οφ Σπιρυλινα φορ ηυνδρεδσ οφ ψεαρσ. Ωηεν ωορλδ ηεαλτη ο⇔χιαλσ ανδ σχιεν− τιστσ βεγαν λοοκινγ φορ νεω ηιγη−προ− τειν φοοδ σουρχεσ ιν τηε µιδ−1960σ, µανψ οφ τηεµ τυρνεδ το Σπιρυλινα βε− χαυσε οφ ιτσ ηιγη προτειν χοντεντ. Βεγιν− νινγ ιν τηε λατε 1970σ χερταιν προδυχ− ερσ ανδ διστριβυτορσ οφ Σπιρυλινα βεγαν προµοτινγ ιτ τηρουγηουτ λαργε παρτσ οφ τηε Υ.Σ., Χαναδα ανδ Ευροπε ασ α νυτρι− τιουσ φοοδ φορ ηυµανσ. Ιτ ηασ αλσο βεεν µαρκετεδ ασ α διετ πιλλ, βεχαυσε ανεχ− 86 δοταλ ρεπορτσ, ασ ψετ υνχον⇒ρµεδ, ινδι− χατεδ τηατ α φεω γραµσ τακεν βεφορε µεαλσ δυλλεδ τηε αππετιτε. Σπιρυλινα ιτσελφ ισ νοτ ηαρµφυλ. Τηε δανγερ αρισεσ βεχαυσε τηερε αρε νο γυιδελινεσ ρεθυιρινγ τηοσε µαρκετινγ Σπιρυλινα το µονιτορ τηειρ προδυχτσ φορ χονταµινατιον βψ ποτεντιαλλψ τοξιχ χψ− ανοβαχτερια ορ βψ χψανοβαχτεριαλ τοξ− ινσ. Μορεοϖερ, τηε γενεραλ πυβλιχ ισ ιλλ εθυιππεδ το διστινγυιση Σπιρυλινα ανδ οτηερ βενιγν χψανοβαχτεριαλ προδυχτσ φροµ ποισονουσ φορµσ οφ χψανοβαχτερια. Μψ ωορρψ ηασ ρεχεντλψ ιντενσι⇒εδ βε− χαυσε τηε ποπυλαριτψ οφ Σπιρυλινα ηασ λεδ το τηε προδυχτιον ανδ µαρκετινγ οφ συχη χψανοβαχτερια ασ Αναβαενα ανδ Απηανιζοµενον∇γενερα τηατ χονταιν ηιγηλψ τοξιχ στραινσ. Σοµε προµοτιοναλ µατεριαλ φορ χψανοβαχτερια−χονταινινγ προδυχτσ εϖεν χλαιµσ τηατ τηε ιτεµσ βε− ινγ σολδ χαν µοδερατε σοµε δισεασε σψµπτοµσ, ινχλυδινγ τηοσε οφ δεβιλιτατ− ινγ νευροµυσχυλαρ δισορδερσ. Ψετ τηισ λιτερατυρε δοεσ νοτ προϖιδε α λιστινγ οφ αλλ µιχροβιαλ σπεχιεσ ιν τηε µαρκετεδ προδυχτσ, νορ δοεσ ιτ ινδιχατε τηατ ανψ− ονε ισ µονιτορινγ τηε προδυχτσ το εν− συρε τηεψ αρε πυρε ανδ νοντοξιχ. Βε− χαυσε χψανοβαχτερια αρε οφτεν χολλεχτεδ σιµπλψ φροµ τηε συρφαχε οφ αν οπεν βοδψ οφ ωατερ ανδ βεχαυσε νειτηερ σελλ− ερσ νορ βυψερσ χαν διστινγυιση τοξιχ φροµ νοντοξιχ στραινσ ωιτηουτ αππλψινγ σοπηιστιχατεδ βιοχηεµιχαλ τεστσ, τηε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 σαφετψ οφ τηεσε ιτεµσ ισ θυεστιοναβλε. Αλλ τολδ, τηε χψανοβαχτερια χονστιτυτε α σµαλλ ταξονοµιχ γρουπ, χονταινινγ περηαπσ 500 το 1,500 σπεχιεσ. Βυτ τηειρ ποωερ το ηαρµ ανδ το ηελπ ανιµαλσ ανδ ηυµανκινδ ισ γρεατ. Ινϖεστιγατεδ ανδ εξπλοιτεδ ρεσπονσιβλψ, τηεψ χαν προϖιδε ϖαλυαβλε τοολσ φορ βασιχ ρεσεαρχη ιν τηε λιφε σχιενχεσ ανδ µαψ ονε δαψ παρτιχι− πατε ιν τηε τρεατµεντ οφ δισεασε. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΜΕΤΗΟ∆Σ ΙΝ ΕΝΖΨΜΟΛΟΓΨ, ςολ. 167: ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ. Εδιτεδ βψ Λεστερ Παχκ− ερ ετ αλ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, 1988. ΤΟΞΙΧ ΒΛΥΕ−ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΕ: Α ΡΕΠΟΡΤ ΒΨ ΤΗΕ ΝΑΤΙΟΝΑΛ ΡΙςΕΡΣ ΑΥΤΗΟΡΙΤΨ. Μ. ϑ. Πεαρσον ετ αλ. Νατιοναλ Ριϖερσ Αυτηορι− τψ, Λονδον, Σεπτεµβερ 1990. Α ΣΤΑΤΥΣ ΡΕΠΟΡΤ ΟΝ ΠΛΑΝΚΤΟΝΙΧ ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ ( ΒΛΥΕ−ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΕ) ΑΝ∆ ΤΗΕΙΡ ΤΟΞΙΝΣ. Ω. Ω. Χαρµιχηαελ. Υ.Σ. Ενϖιρονµενταλ Προτεχτιον Αγενχψ, Ρεπορτ ΕΠΑ/600Ρ−92/079, ϑυνε 1992. Α ΡΕςΙΕΩ ΟΦ ΗΑΡΜΦΥΛ ΑΛΓΑΛ ΒΛΟΟΜΣ ΑΝ∆ ΤΗΕΙΡ ΑΠΠΑΡΕΝΤ ΓΛΟΒΑΛ ΙΝ− ΧΡΕΑΣΕ. Γυσταϖ Μ. Ηαλλεγραεφφ ιν Πηψ− χολογια, ςολ. 32, Νο. 2, παγεσ 79∠99; Μαρχη 1993. ∆ΙΣΕΑΣΕΣ ΡΕΛΑΤΕ∆ ΤΟ ΦΡΕΣΗΩΑΤΕΡ ΒΛΥΕ−ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΛ ΤΟΞΙΝΣ, ΑΝ∆ ΧΟΝ− ΤΡΟΛ ΜΕΑΣΥΡΕΣ. Ω. Ω. Χαρµιχηαελ ανδ Ι. Ρ. Φαλχονερ ιν Αλγαλ Τοξινσ ιν Σεαφοοδ ανδ ∆ρινκινγ Ωατερ. Εδιτεδ βψ Ι. Ρ. Φαλ− χονερ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, 1993. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ Problems that would otherwise be impossible to solve can now be computed, as long as one settles for what happens on the average ´ βψ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι Α λτηουγη µατηεµατιχιανσ ανδ σχι− εντιστσ µυστ ρανκ αµονγ τηε µοστ ρατιοναλ πεοπλε ιν τηε ωορλδ, τηεψ ωιλλ οφτεν αδµιτ το φαλλινγ πρεψ το α χυρσε. Χαλλεδ τηε χυρσε οφ δι− µενσιον, ιτ ισ ονε µανψ πεοπλε εξπερι− 102 ενχε ιν σοµε φορµ. Φορ εξαµπλε, α φαµ− ιλψ∏σ δεχισιον αβουτ ωηετηερ το ρε⇒νανχε τηειρ µορτγαγε ωιτη α 15− ορ 30−ψεαρ λοαν χαν βε εξτρεµελψ δι⇔χυλτ το µακε, βεχαυσε τηε χηοιχε δεπενδσ ον αν ιν− τερπλαψ οφ µοντηλψ εξπενσεσ, ινχοµε, φυτυρε ταξ ανδ ιντερεστ ρατεσ ανδ οτηερ υνχερταιντιεσ. Ιν σχι− ενχε, τηε προβλεµσ αρε µορε εσοτεριχ ανδ αργυαβλψ µυχη ηαρδερ το χοπε ωιτη. Ιν τηε χοµπυτερ−αιδεδ δεσιγν οφ πηαρµαχευτιχαλσ, φορ ινστανχε, ονε µιγητ νεεδ το κνοω ηοω τιγητλψ α δρυγ χανδιδατε ωιλλ βινδ το α βιολογιχαλ ρεχεπτορ. Ασσυµινγ α τψπιχαλ νυµβερ οφ 8,000 ατοµσ ιν τηε δρυγ, τηε βιολογιχαλ ρεχεπτορ ανδ τηε σολϖεντ, τηεν βεχαυσε οφ τηε τηρεε σπατιαλ ϖαριαβλεσ νεεδεδ το δεσχριβε τηε ποσιτιον οφ εαχη ατοµ, τηε χαλχυλατιον ιν− ϖολϖεσ 24,000 ϖαριαβλεσ. Σιµ− πλψ πυτ, τηε µορε ϖαριαβλεσ, ορ διµενσιονσ, τηερε αρε το χον− σιδερ, τηε ηαρδερ ιτ ισ το αχ− χοµπλιση α τασκ. Φορ µανψ προβλεµσ, τηε δι⇔χυλτψ γροωσ εξπονεντιαλλψ ωιτη τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Τηε χυρσε οφ διµενσιον χαν ελεϖατε τασκσ το α λεϖελ οφ δι⇔− χυλτψ ατ ωηιχη τηεψ βεχοµε ιν− τραχταβλε. Εϖεν τηουγη σχιεν− τιστσ ηαϖε χοµπυτερσ ατ τηειρ δισποσαλ, προβλεµσ χαν ηαϖε σο µανψ ϖαριαβλεσ τηατ νο φυτυρε ινχρεασε ιν χοµπυτερ σπεεδ ωιλλ µακε ιτ ποσσιβλε το σολϖε τηεµ ιν α ρεασοναβλε αµουντ οφ τιµε. Χαν ιντραχταβλε προβλεµσ βε µαδε τραχταβλε∇τηατ ισ, σολϖ− αβλε ιν α ρελατιϖελψ µοδεστ αµουντ οφ χοµπυτερ τιµε? Σοµετιµεσ τηε ανσωερ ισ, ηαπ− πιλψ, ψεσ. Βυτ ωε µυστ βε ωιλλ− ινγ το δο ωιτηουτ α γυαραντεε οφ αχηιεϖινγ α σµαλλ ερρορ ιν ουρ χαλχυλατιονσ. Βψ σεττλινγ φορ α σµαλλ ερρορ µοστ οφ τηε Α ποτεντιαλλψ ιντραχταβλε προβλεµ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 τιµε (ρατηερ τηαν αλωαψσ), σοµε κινδσ οφ µυλτιϖαριατε προβλεµσ βεχοµε τραχ− ´ ταβλε. Ονε οφ υσ (Ωοζνιακοωσκι) φορ− µαλλψ προϖεδ τηατ συχη αν αππροαχη ωορκσ φορ ατ λεαστ τωο χλασσεσ οφ µατη− εµατιχαλ προβλεµσ τηατ αρισε θυιτε φρε− θυεντλψ ιν σχιεντι⇒χ ανδ ενγινεερινγ τασκσ. Τηε ⇒ρστ ισ ιντεγρατιον, α φυνδα− µενταλ χοµπονεντ οφ τηε χαλχυλυσ. Τηε σεχονδ ισ συρφαχε ρεχονστρυχτιον, ιν ωηιχη πιεχεσ οφ ινφορµατιον αρε υσεδ το ρεχονστρυχτ αν οβϕεχτ, α τεχηνιθυε τηατ ισ τηε βασισ φορ µεδιχαλ ιµαγινγ. Φιελδσ οτηερ τηαν σχιενχε χαν βενε⇒τ φροµ ωαψσ οφ βρεακινγ ιντραχταβιλιτψ. Φορ εξαµπλε, ⇒νανχιαλ ινστιτυτιονσ οφτεν ηαϖε το ασσιγν α ϖαλυε το α ποολ οφ µορτ− γαγεσ, ωηιχη ισ α⇑εχτεδ βψ µορτγαγεεσ ωηο ρε⇒νανχε τηειρ λοανσ. Ιφ ωε ασσυµε α ποολ οφ 30−ψεαρ µορτγαγεσ ανδ περ− µιτ ρε⇒νανχινγ µοντηλψ, τηεν τηισ τασκ χονταινσ 30 ψεαρσ τιµεσ 12 µοντησ, ορ 360 ϖαριαβλεσ. Αδδινγ το τηε δι⇔χυλτψ ισ τηατ τηε ϖαλυε οφ τηε ποολ δεπενδσ ον ιντερεστ ρατεσ οϖερ τηε νεξτ 30 ψεαρσ, ωηιχη αρε οφ χουρσε υνκνοων. Ωε σηαλλ δεσχριβε τηε χαυσεσ οφ ιν− τραχταβιλιτψ ανδ δισχυσσ τηε τεχηνιθυεσ τηατ σοµετιµεσ αλλοω υσ το βρεακ ιτ. Τηισ ισσυε βελονγσ το τηε νεω ⇒ελδ οφ ινφορµατιον−βασεδ χοµπλεξιτψ, ωηιχη εξαµινεσ τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξι− τψ οφ προβλεµσ τηατ χαννοτ βε σολϖεδ εξαχτλψ. Ωε σηαλλ αλσο σπεχυλατε βριε⇓ψ ον ηοω ινφορµατιον−βασεδ χοµπλεξιτψ µιγητ εναβλε υσ το προϖε τηατ χερταιν σχιεντι⇒χ θυεστιονσ χαν νεϖερ βε αν− σωερεδ βεχαυσε τηε νεχεσσαρψ χοµπυτ− ινγ ρεσουρχεσ δο νοτ εξιστ ιν τηε υνι− ϖερσε. Ιφ σο, τηισ χονδιτιον ωουλδ σετ λιµ− ιτσ ον ωηατ ισ σχιεντι⇒χαλλψ κνοωαβλε. Ι νφορµατιον−βασεδ χοµπλεξιτψ φο− χυσεσ ον τηε χοµπυτατιοναλ δι⇔− χυλτψ οφ σο−χαλλεδ χοντινυουσ προβ− λεµσ. Χαλχυλατινγ τηε µοϖεµεντ οφ τηε πλανετσ ισ αν εξαµπλε. Τηε µοτιον ισ γοϖερνεδ βψ α σψστεµ οφ ορδιναρψ διφ− φερεντιαλ εθυατιονσ∇τηατ ισ, εθυατιονσ τηατ δεσχριβε τηε ποσιτιονσ οφ τηε πλαν− ετσ ασ α φυνχτιον οφ τιµε. Βεχαυσε τιµε χαν τακε ανψ ρεαλ ϖαλυε, τηε µατηεµατι− Copyright 1993 Scientific American, Inc. χαλ µοδελ ισ σαιδ το βε χοντινυουσ. Χον− τινυουσ προβλεµσ αρε διστινχτ φροµ δισ− χρετε προβλεµσ, συχη ασ δι⇑ερενχε εθυα− τιονσ ιν ωηιχη τιµε τακεσ ονλψ ιντεγερ ϖαλυεσ. ∆ι⇑ερενχε εθυατιονσ αππεαρ ιν συχη αναλψσεσ ασ τηε πρεδιχτεδ νυµβερ οφ πρεδατορσ ιν α στυδψ οφ πρεδατορ− πρεψ ποπυλατιονσ ορ τηε αντιχιπατεδ πολ− λυτιον λεϖελσ ιν α λακε. Ιν τηε εϖερψδαψ προχεσσ οφ δοινγ σχι− ενχε ανδ ενγινεερινγ, ηοωεϖερ, χοντιν− υουσ µατηεµατιχαλ φορµυλατιονσ πρε− δοµινατε. Τηεψ ινχλυδε α ηοστ οφ προβ− λεµσ, συχη ασ ορδιναρψ ανδ παρτιαλ διφ− φερεντιαλ εθυατιονσ, ιντεγραλ εθυατιονσ, λινεαρ ανδ νονλινεαρ οπτιµιζατιον, ιντε− γρατιον ανδ συρφαχε ρεχονστρυχτιον. Τηεσε φορµυλατιονσ οφτεν ινϖολϖε α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Φορ εξαµπλε, χοµ− πυτατιονσ ιν χηεµιστρψ, πηαρµαχευτιχαλ δεσιγν ανδ µεταλλυργψ οφτεν ενταιλ χαλ− χυλατιονσ οφ τηε σπατιαλ ποσιτιονσ ανδ µοµεντα οφ τηουσανδσ οφ παρτιχλεσ. Οφτεν τηε ιντρινσιχ δι⇔χυλτψ οφ γυαρ− αντεεινγ αν αχχυρατε νυµεριχαλ σολυ− τιον γροωσ εξπονεντιαλλψ ωιτη τηε νυµ− βερ οφ ϖαριαβλεσ, εϖεντυαλλψ µακινγ τηε προβλεµ χοµπυτατιοναλλψ ιντραχταβλε. Τηε γροωτη ισ σο εξπλοσιϖε τηατ ιν µανψ χασεσ αν αδεθυατε νυµεριχαλ σολυτιον χαννοτ βε γυαραντεεδ φορ σιτυατιονσ χοµπρισινγ εϖεν α µοδεστ νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Το στατε τηε ισσυε οφ ιντραχταβιλιτψ µορε πρεχισελψ ανδ το δισχυσσ ποσσιβλε χυρεσ, ωε ωιλλ χονσιδερ τηε εξαµπλε οφ χοµπυτινγ τηε αρεα υνδερ α χυρϖε. Τηε προχεσσ ρεσεµβλεσ τηε τασκ οφ χοµπυτ− ινγ τηε ϖερτιχαλ αρεα οχχυπιεδ βψ α χολ− λεχτιον οφ βοοκσ ον α σηελφ. Μορε εξπλιχ− ιτλψ, ωε ωιλλ χαλχυλατε τηε αρεα βετωεεν τωο βοοκενδσ. Ωιτηουτ λοσσ οφ γενεραλ− ιτψ, ωε χαν ασσυµε τηε βοοκενδσ ρεστ ατ 0 ανδ 1. Ματηεµατιχαλλψ, τηισ συµ− µινγ προχεσσ ισ χαλλεδ τηε χοµπυτατιον οφ τηε δε⇒νιτε ιντεγραλ. ( Μορε αχχυρατε− λψ, τηε αρεα ισ οχχυπιεδ βψ αν ιν⇒νιτε νυµβερ οφ βοοκσ, εαχη ιν⇒νιτεσιµαλλψ τηιν.) Τηε µατηεµατιχαλ ινπυτ το τηισ προβλεµ ισ χαλλεδ τηε ιντεγρανδ, α φυνχ− τιον τηατ δεσχριβεσ τηε προ⇒λε οφ τηε βοοκσ ον τηε σηελφ. Χαλχυλυσ στυδεντσ λεαρν το χοµπυτε τηε δε⇒νιτε ιντεγραλ βψ φολλοωινγ α σετ οφ πρεσχριβεδ ρυλεσ. Ασ α ρεσυλτ, τηε στυ− δεντσ αρριϖε ατ τηε εξαχτ ανσωερ. Βυτ µοστ ιντεγρατιον προβλεµσ τηατ αρισε ιν πραχτιχε αρε φαρ µορε χοµπλιχατεδ, ανδ τηε σψµβολιχ προχεσσ λεαρνεδ ιν σχηοολ χαννοτ βε χαρριεδ ουτ. Ινστεαδ τηε ιντε− γραλ µυστ βε αππροξιµατεδ νυµεριχαλ− λψ∇τηατ ισ, βψ α χοµπυτερ. Μορε εξαχτλψ, ονε χοµπυτεσ τηε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ατ ⇒νιτελψ µανψ ποιντσ. Τηεσε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ρεσυλτ φροµ σο−χαλλεδ ινφορµατιον οπερατιονσ. Τηεν ονε χοµβινεσ τηεσε ϖαλυεσ το προδυχε τηε ανσωερ. Κνοωινγ ονλψ τηεσε ϖαλυεσ δοεσ νοτ Copyright 1993 Scientific American, Inc. ´ ϑΟΣΕΠΗ Φ. ΤΡΑΥΒ ανδ ΗΕΝΡΨΚ ΩΟΖΝΙΑΚΟΩΣΚΙ ηαϖε βεεν χολλαβορατινγ σινχε 1973. Χυρρεντλψ τηε Εδωιν Ηοωαρδ Αρµστρονγ Προφεσσορ οφ Χοµπυτερ Σχιενχε ατ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ, Τραυβ ηεαδεδ τηε χοµπυτερ σχιενχε δεπαρτµεντ ατ Χαρνεγιε Μελλον Υνιϖερ− σιτψ ανδ ωασ φουνδινγ χηαιρ οφ τηε Χοµπυτερ Σχιενχε ανδ Τελεχοµµυνιχατιονσ Βοαρδ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. Ιν 1959 ηε βεγαν ηισ πιονεερινγ ρεσεαρχη ιν ωηατ ισ τοδαψ χαλλεδ ινφορµατιον−βασεδ χοµπλεξιτψ ανδ ηασ ρεχειϖεδ µανψ ηονορσ, ινχλυδινγ ελεχτιον το τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Ενγινεερινγ. Ηε ισ γρατεφυλ το ρεσεαρχηερσ ατ τηε Σαντα Φε Ινστιτυτε φορ νυµερουσ στιµυλατινγ χονϖερσατιονσ χονχερνινγ τηε λιµιτσ οφ σχι− ´ εντι⇒χ κνοωλεδγε. Ωοζνιακοωσκι ηολδσ τωο τενυρεδ απποιντµεντσ, ονε ατ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Ωαρσαω ανδ τηε οτηερ ατ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ. Ηε διρεχτεδ τηε δεπαρτµεντ οφ µατηεµατιχσ, χοµπυτερ σχιενχε ανδ µεχηανιχσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωαρσαω ανδ ωασ τηε χηαιρµαν οφ Σολιδαριτψ τηερε. Ιν 1988 ηε ρεχειϖεδ τηε Μαζυρ Πριζε φροµ τηε Πολιση Ματη− εµατιχαλ Σοχιετψ. Τηε αυτηορσ τηανκ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον ανδ τηε Αιρ Φορχε Ο⇔χε οφ Σχιεντι⇒χ Ρεσεαρχη φορ τηειρ συππορτ. χοµπλετελψ ιδεντιφψ τηε τρυε ιντεγρανδ. Βεχαυσε ονε χαν εϖαλυατε τηε ιντεγρανδ ονλψ ατ α ⇒νιτε νυµβερ οφ ποιντσ, τηε ιν− φορµατιον αβουτ τηε ιντεγρανδ ισ παρ− τιαλ. Τηερεφορε, τηε ιντεγραλ χαν, ατ βεστ, ονλψ βε αππροξιµατεδ. Ονε τψπιχαλλψ σπεχι⇒εσ τηε αχχυραχψ οφ τηε αππροξιµατιον βψ στατινγ τηατ τηε ερρορ οφ τηε ανσωερ φαλλσ ωιτηιν σοµε ερρορ τηρεσηολδ. Ματηεµατιχιανσ ρεπρεσεντ τηισ ερρορ ωιτη τηε Γρεεκ λεττερ επ− σιλον, ε . Εϖεν τηισ γοαλ χαννοτ βε αχηιεϖεδ ωιτηουτ φυρτηερ ρε− στριχτιον. Κνοωινγ τηε ιντε− γρανδ ατ, σαψ, 0.2 ανδ 0.5 ινδι− χατεσ νοτηινγ αβουτ τηε χυρϖε βετωεεν τηοσε τωο ποιντσ. Τηε χυρϖε χαν ασσυµε ανψ σηαπε βετωεεν τηεµ ανδ τηερεφορε ενχλοσε ανψ αρεα. Ιν ουρ βοοκ− σηελφ αναλογψ, ιτ ισ ασ ιφ αν αρτ βοοκ ηασ βεεν σηοϖεδ βε− τωεεν α ρυν οφ παπερβαχκσ. Το γυαραντεε αν ερρορ οφ ατ µοστ ε , σοµε γλοβαλ κνοωλεδγε οφ τηε ιντεγρανδ ισ νεεδεδ. Ονε µαψ νεεδ το ασσυµε, φορ εξ− αµπλε, τηατ τηε σλοπε οφ τηε φυνχτιον ισ αλωαψσ λεσσ τηαν 45 δεγρεεσ∇ορ τηατ ονλψ πα− περβαχκσ αρε αλλοωεδ ον τηατ σηελφ. Ιν συµµαρψ, αν ινϖεστιγα− τορ τρψινγ το σολϖε αν ιντεγραλ µυστ υσυαλλψ δο ιτ νυµεριχαλλψ ον α χοµπυτερ. Τηε ινπυτ το τηε χοµπυτερ ισ τηε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ατ σοµε ποιντσ. Τηε χοµπυτερ προδυχεσ αν ουτπυτ τηατ ισ α νυµβερ αππροξιµατ− ινγ τηε ιντεγραλ. οπερατιονσ, συχη ασ αδδιτιον, µυλτιπλι− χατιον ανδ χοµπαρισον, εαχη ηαϖε α γιϖεν χοστ. Τηε χοστ χουλδ σιµπλψ βε τηε αµουντ οφ τιµε α χοµπυτερ νεεδσ το περφορµ τηε οπερατιον. Τηεν τηε χοµ− πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ οφ τηισ ιντεγρα− Τ ηε βασιχ χονχεπτ οφ χοµπυτατιοναλ χοµπλεξ− ιτψ χαν νοω βε ιντρο− δυχεδ. Ωε ωαντ το ⇒νδ τηε ιν− τρινσιχ δι⇔χυλτψ οφ σολϖινγ τηε ιντεγρατιον προβλεµ. Ασσυµε τηατ δετερµινινγ ιντεγρανδ ϖαλυεσ ανδ υσινγ χοµβινατορψ Ονε σολυτιον το αν ιντραχταβλε προβλεµ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 103 ΣΑΜΠΛΙΝΓ ΠΟΙΝΤΣ ινδιχατε ωηερε το εϖαλυατε φυνχτιονσ ιν τηε ρανδοµιζεδ ανδ αϖ− εραγε−χασε σεττινγσ. Τηε ποιντσ αρε πλοττεδ ιν τωο διµενσιονσ φορ ϖισυαλ χλαριτψ. Τηε ποιντσ χηοσεν χαν βε σπαχεδ οϖερ ρεγυλαρ ιντερϖαλσ συχη ασ γριδ ποιντσ (α ), ορ ιν ρανδοµ ποσιτιονσ (β ). Τωο οτηερ τψπεσ, σο−χαλλεδ Ηαµµερσλεψ ποιντσ (χ ) ανδ ηψ− περβολιχ−χροσσ ποιντσ (δ ), ρεπρεσεντ οπτιµαλ πλαχεσ ιν τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ. τιον προβλεµ χαν βε δε⇒νεδ ασ τηε µιν− ιµαλ χοστ οφ γυαραντεεινγ τηατ τηε χοµ− πυτεδ ανσωερ ισ ωιτηιν αν ερρορ τηρεση− ολδ, ε , οφ τηε τρυε ϖαλυε. Τηε οπτιµαλ ινφορµατιον οπερατιονσ ανδ τηε οπτι− µαλ χοµβινατορψ αλγοριτηµ αρε τηοσε τηατ µινιµιζε τηε χοστ. Τηεορεµσ ηαϖε σηοων τηατ τηε χοµ− πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ οφ τηισ ιντεγρα− τιον προβλεµ ισ ον τηε ορδερ οφ τηε ρε− χιπροχαλ οφ τηε ερρορ τηρεσηολδ (1/ ε ). Ιν οτηερ ωορδσ, ιτ ισ ποσσιβλε το χηοοσε α σετ οφ ινφορµατιον οπερατιονσ ανδ α χοµβινατορψ αλγοριτηµ συχη τηατ τηε σολυτιον χαν βε αππροξιµατεδ ατ α χοστ οφ αβουτ 1/ ε . Ιτ ισ ιµποσσιβλε το δο βεττερ. Ωιτη ονε ϖαριαβλε, ορ διµενσιον, τηε προβλεµ ισ ρατηερ εασψ. Τηε χοµπυ− τατιοναλ χοµπλεξιτψ ισ ινϖερσελψ προπορ− τιοναλ το τηε δεσιρεδ αχχυραχψ. Βυτ ιφ τηερε αρε µορε διµενσιονσ το τηισ ιντεγρατιον προβλεµ, τηεν τηε χοµ− πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ σχαλεσ εξπονεν− τιαλλψ ωιτη τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Ιφ δ ρεπρεσεντσ τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ, τηεν τηε χοµπλεξιτψ ισ ον τηε ορδερ οφ (1/ ε ) δ ∇τηατ ισ, τηε ρεχιπροχαλ οφ τηε ερρορ τηρεσηολδ ραισεδ το α ποωερ εθυαλ το τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Ιφ ονε ωαντσ ειγητ−πλαχε αχχυραχψ (δοων το 0.00000001) ιν χοµπυτινγ αν ιντεγραλ τηατ ηασ τηρεε ϖαριαβλεσ, τηεν τηε χοµ− πλεξιτψ ισ ρουγηλψ 10 24. Ιν οτηερ ωορδσ, ιτ ωουλδ τακε α τριλλιον τριλλιον ιντε− γρανδ ϖαλυεσ το αχηιεϖε τηατ λεϖελ οφ αχ− χυραχψ. Εϖεν ιφ ονε γενερουσλψ ασσυµεσ τηε εξιστενχε οφ α σεθυεντιαλ χοµπυτερ τηατ περφορµσ 10 βιλλιον φυνχτιον εϖαλυ− ατιονσ περ σεχονδ, τηε ϕοβ ωουλδ τακε 100 τριλλιον σεχονδσ, ορ µορε τηαν τηρεε µιλλιον ψεαρσ. Α χοµπυτερ ωιτη α µιλλιον προχεσσορσ ωουλδ στιλλ τακε 100 µιλλιον σεχονδσ, ορ αβουτ τηρεε ψεαρσ. Το δισχυσσ µυλτιϖαριατε προβλεµσ µορε γενεραλλψ, ωε µυστ ιντροδυχε ονε αδδιτιοναλ παραµετερ, χαλλεδ ρ. Τηισ πα− ραµετερ ρεπρεσεντσ τηε σµοοτηνεσσ οφ τηε µατηεµατιχαλ ινπυτσ. Βψ σµοοτη− νεσσ, ωε µεαν τηατ τηε ινπυτσ χονσιστ οφ φυνχτιονσ τηατ δο νοτ ηαϖε ανψ συδ− δεν ορ δραµατιχ χηανγεσ. ( Ματηεµατι− χιανσ σαψ τηατ αλλ παρτιαλ δεριϖατιϖεσ οφ τηε φυνχτιον υπ το ορδερ ρ αρε βουνδ− εδ.) Τηε παραµετερ τακεσ ον νοννεγα− τιϖε ιντεγερ ϖαλυεσ; ινχρεασινγ ϖαλυεσ ιν− διχατε µορε σµοοτηνεσσ. Ηενχε, ρ = 0 ρεπρεσεντσ τηε λεαστ αµουντ οφ σµοοτη− νεσσ (τεχηνιχαλλψ, τηε ιντεγρανδσ αρε ονλψ χοντινυουσ∇τηεψ αρε ρατηερ ϕαγγεδ βυτ στιλλ χοννεχτεδ ασ α σινγλε χυρϖε). Νυµερουσ προβλεµσ ηαϖε α χοµπυ− τατιοναλ χοµπλεξιτψ τηατ ισ ον τηε ορδερ οφ (1/ ε ) δ/ρ. Φορ τηοσε οφ α µορε τεχηνι− χαλ περσυασιον, µυλτιϖαριατε ιντεγρα− a τιον, συρφαχε ρεχονστρυχτιον, παρτιαλ διφ− φερεντιαλ εθυατιονσ, ιντεγραλ εθυατιονσ ανδ νονλινεαρ οπτιµιζατιον αλλ ηαϖε τηισ χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ. Ιφ τηε ερρορ τηρεσηολδ ανδ τηε σµοοτη− νεσσ παραµετερ αρε ⇒ξεδ, τηεν τηε χοµ− πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ δεπενδσ εξπο− νεντιαλλψ ον τηε νυµβερ οφ διµενσιονσ. Ηενχε, τηε προβλεµσ βεχοµε ιντραχταβλε φορ ηιγη διµενσιονσ. Αν ιµπεδιµεντ εϖεν µορε σεριουσ τηαν ιντραχταβιλιτψ µαψ οχχυρ: α προβλεµ µαψ βε υνσολϖ− αβλε. Α προβλεµ ισ υνσολϖαβλε ιφ ονε χαννοτ χοµπυτε εϖεν αν αππροξιµα− τιον ατ ⇒νιτε χοστ. Τηισ ισ τηε χασε ωηεν τηε µατηεµατιχαλ ινπυτσ αρε χοντινυ− ουσ βυτ ϕαγγεδ. Τηε σµοοτηνεσσ πα− ∆εϖελοπινγ α Ρανδοµ Αππροαχη Ι n the 1940s physicists working on variety of phenomena, from the size of the Manhattan Project at Los Alamos cosmic showers to the percolation of a liqNational Laboratory realized that some uid through a solid. of the problems they were trying to For multivariate integration, the classisolve, such as the movement of neucal Monte Carlo method is optimal only if trons through materials, lay beyond the the smoothness parameter, r, of integrands reach of deterministic calculations. is zero. In 1959 the Russian mathematiThey turned to the Monte Carlo method cian N. S. Bakhvalov began pioneering reof Nicholas C. Metropolis and Stanislaw search on the computational complexity M. Ulam. The strength of the method is of multivariate integration in the randomthat its error does not depend on the ized setting and devised an alternative to number of variables in the problem. the Monte Carlo method. Later, in 1988, Hence, if applicable, it breaks the curse Erich Novak of the University of Erlangenof dimension. The classical Monte Carlo Nürnberg extended the work of Bakhvalov method for multivariate integration reto establish that the computational comquires at most of order 1/ ε 2 evaluaplexity in the randomized setting is of orΣτανισλαω Μ. Υλαµ, 1909∠ 84 tions at random points, where ε is the der (1/ ε ) s, with s = 2/( 1 + 2 r/d ). Note error bound. An alternative statement that 0 < s ≤ 2. If the smoothness parameis that if the integrand is evaluated at n random points, ter equals zero, then s = 2, and the classical Monte Carlo then the expected error of randomization is at most of or- method is optimal. On the other hand, if r is positive, then der 1/ √n. Since its formulation, the Monte Carlo method the classical Monte Carlo method is no longer optimal, and its variations have proved to be useful to calculate a and Bakhvalov’s method can be used instead. 104 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc. b c d ραµετερ ισ ζερο, ανδ τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ βεχοµεσ ιν⇒νιτε. Ηενχε, φορ µανψ προβλεµσ ωιτη α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ, γυαραντεεινγ τηατ αν αππροξ− ιµατιον ηασ α δεσιρεδ ερρορ βεχοµεσ αν υνσολϖαβλε ορ ιντραχταβλε τασκ. Ματηεµατιχαλλψ, τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ ρεσυλτσ ωε ηαϖε δεσχριβεδ αππλψ το τηε σο−χαλλεδ ωορστ−χασε δετερ− µινιστιχ σεττινγ. Τηε ωορστ χασε πηρασ− ινγ χοµεσ φροµ τηε φαχτ τηατ τηε απ− προξιµατιον προϖιδεσ α γυαραντεε τηατ τηε ερρορ αλωαψσ φαλλσ ωιτηιν ε . Ιν οτηερ ωορδσ, φορ µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον, αν αππροξιµατιον ωιτηιν τηε ερρορ τηρεση− ολδ ισ γυαραντεεδ φορ εϖερψ ιντεγρανδ τηατ ηασ α γιϖεν σµοοτηνεσσ. Τηε ωορδ δετερµινιστιχ αρισεσ φροµ τηε φαχτ τηατ τηε ιντεγρανδ ισ εϖαλυατεδ ατ δετερ− µινιστιχ (ιν χοντραστ το ρανδοµ) ποιντσ. Ιν τηισ ωορστ−χασε δετερµινιστιχ σετ− τινγ, µανψ µυλτιϖαριατε προβλεµσ αρε υνσολϖαβλε ορ ιντραχταβλε. Βεχαυσε τηεσε ρεσυλτσ αρε ιντρινσιχ το τηε προβλεµ, ονε χαννοτ γετ αρουνδ τηεµ βψ ινϖεντ− ινγ οτηερ µετηοδσ. σµοοτηνεσσ παραµετερ ισ εθυαλ το ζερο. Τηε ωορκηορσε οφ τηε ρανδοµιζεδ αππροαχη ηασ βεεν τηε Μοντε Χαρλο µετηοδ. Νιχηολασ Χ. Μετροπολισ ανδ Στανισλαω Μ. Υλαµ συγγεστεδ τηε ιδεα ιν τηε 1940σ. Ιν τηε χλασσιχαλ Μοντε Χαρλο µετηοδ τηε ιντεγρανδ ισ εϖαλυατ− εδ ατ υνιφορµλψ διστριβυτεδ ρανδοµ ποιντσ. Τηε αριτηµετιχ µεαν οφ τηεσε φυνχτιον ϖαλυεσ τηεν σερϖεσ ασ τηε απ− προξιµατιον οφ τηε ιντεγραλ. Αµαζινγλψ ενουγη, φορ µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον προβλεµσ, ρανδοµιζατιον οφ τηισ κινδ µακεσ τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ ινδεπενδεντ οφ διµενσιον. Προβλεµσ τηατ αρε υνσολϖαβλε ορ ιντραχ− ταβλε ιφ χοµπυτεδ φροµ τηε βεστ ποσσι− βλε δετερµινιστιχ ποιντσ βεχοµε τραχ− ταβλε ιφ αππροαχηεδ ρανδοµλψ. ( Ιφ ρ ισ ποσιτιϖε, ηοωεϖερ, τηεν τηε χλασσιχαλ Μοντε Χαρλο µετηοδ ισ νοτ τηε οπτιµαλ ονε; σεε βοξ ον τηε οπποσιτε παγε.) Ονε δοεσ νοτ γετ σο µυχη φορ νοτη− ινγ. Τηε πριχε τηατ µυστ βε παιδ φορ βρεακινγ τηε υνσολϖαβιλιτψ ορ ιντραχτα− βιλιτψ ισ τηατ τηε ιρονχλαδ γυαραντεε τηατ τηε ερρορ ισ ατ µοστ ε ισ λοστ. Ινστεαδ ονε ισ λεφτ ονλψ ωιτη α ωεακερ γυαραν− τεε τηατ τηε ερρορ ισ προβαβλψ νο µορε τηαν ε ∇µυχη ασ α πρεελεχτιον πολλ ισ υσυαλλψ χορρεχτ βυτ µιγητ, ον οχχασιον, πρεδιχτ α ωρονγ ωιννερ. Ιν οτηερ ωορδσ, α ωορστ−χασε γυαραντεε ισ ιµποσσιβλε; ονε µυστ βε χοντεντ ωιτη α ωεακερ ασσυρανχε. Ρανδοµιζατιον µακεσ µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον ανδ µανψ οτηερ ιµπορταντ προβλεµσ χοµπυτατιοναλλψ φεασιβλε. Ιτ ισ νοτ, ηοωεϖερ, α χυρε−αλλ. Ρανδοµιζα− τιον φαιλσ χοµπλετελψ φορ σοµε κινδσ οφ προβλεµσ. Φορ ινστανχε, ιν 1987 Γρεγ Ω. Ωασιλκοωσκι οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Κεν− τυχκψ σηοωεδ τηατ ρανδοµιζατιον δοεσ νοτ βρεακ ιντραχταβιλιτψ φορ συρφαχε ρε− Ο νε ποσσιβλε ωαψ το βρεακ υν− σολϖαβιλιτψ ανδ ιντραχταβιλιτψ ισ τηρουγη ρανδοµιζατιον. Το ιλ− λυστρατε ηοω ρανδοµιζατιον ωορκσ, ωε ωιλλ αγαιν υσε µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον. Ινστεαδ οφ πιχκινγ ποιντσ δετερµινιστι− χαλλψ ορ εϖεν οπτιµαλλψ, ωε αλλοω (ιν αν ινφορµαλ σενσε) α χοιν τοσσ το µακε τηε δεχισιονσ φορ υσ. Α λοοσε αναλογψ µιγητ βε σαµπλινγ πολλσ. Ρατηερ τηαν ασκ εϖ− ερψ ρεγιστερεδ ϖοτερ, α πολλστερ χονδυχτσ α σµαλλ, ρανδοµ σαµπλινγ το δετερµινε τηε λικελψ ωιννερ. Τηεορεµσ ινδιχατε τηατ ωιτη α ραν− δοµ σελεχτιον οφ ποιντσ, τηε χοµπυτα− τιοναλ χοµπλεξιτψ ισ ατ µοστ ον τηε ορ− δερ οφ τηε ρεχιπροχαλ οφ τηε σθυαρε οφ τηε ερρορ τηρεσηολδ (1/ ε 2 ). Τηυσ, τηε προβλεµ ισ αλωαψσ τραχταβλε, εϖεν ιφ τηε Copyright 1993 Scientific American, Inc. Αϖεραγε−Χασε Χοµπλεξιτψ Ι n the text, we mention that the average-case complexity of multivariate integration is on the order of the reciprocal of the error threshold (1/ ε ) and that for surface reconstruction, it is the square of that reciprocal (1/ ε 2 ). For simplicity, we ignored some multiplicative factors that depend on d and ε . Here we provide more rigorous statements. The average computational complexity, comp avg ( ε , d; INT ), of multivariate integration is bounded by g1 (d ) ε log 1 (d–1)/2 ≤ compavg ( ε , d; INT) ≤ ε g2 (d ) ε log 1 (d–1)/2 ε The average computational complexity, comp avg ( ε , d; SUR ), of surface reconstruction is bounded by g3 (d ) ε 2 log 1 ε 2(d –1) ≤ compavg ( ε , d; SUR) ≤ g4 (d ) ε2 log 1 2(d –1) ε Good estimates of g1 (d ), g2 (d ), g3 (d ) and g4 (d ) are currently not known. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 105 χονστρυχτιον. Ισ τηερε αν αππροαχη τηατ δοεσ ανδ τηατ ωορκσ οϖερ α βροαδ χλασσ οφ µατηεµατιχσ προβλεµσ? Τηερε ισ ινδεεδ. Ιτ ισ τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ, ιν ωηιχη ωε σεεκ το βρεακ υν− σολϖαβιλιτψ ανδ ιντραχταβιλιτψ βψ ρεπλαχ− ινγ α ωορστ−χασε γυαραντεε ωιτη α ωεακ− ερ ονε: τηατ τηε εξπεχτεδ ερρορ ισ ατ µοστ ε. Τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ ιµ− ποσεσ ρεστριχτιονσ ον τηε κινδ οφ µατη− εµατιχαλ ινπυτσ. Τηεσε ρεστριχτιονσ αρε χηοσεν το ρεπρεσεντ ωηατ ωουλδ ηαπ− πεν µοστ οφ τηε τιµε. Τεχηνιχαλλψ, τηε χονστραιντσ αρε δεσχριβεδ βψ προβαβιλι− τψ διστριβυτιονσ; τηε διστριβυτιονσ δε− σχριβε τηε λικελιηοοδ τηατ χερταιν ινπυτσ οχχυρ. Τηε µοστ χοµµονλψ υσεδ διστρι− βυτιονσ αρε Γαυσσιαν µεασυρεσ ανδ, ιν παρτιχυλαρ, Ωιενερ µεασυρεσ. Αλτηουγη ιτ ωασ κνοων σινχε τηε 1960σ τηατ µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον ισ τραχταβλε ον τηε αϖεραγε, τηε προοφ ωασ νονχονστρυχτιϖε. Τηατ ισ, ιτ διδ νοτ σπεχ− ιφψ τηε οπτιµαλ ποιντσ το εϖαλυατε τηε ιντεγρανδ, τηε οπτιµαλ χοµβινατορψ αλ− γοριτηµ ανδ τηε αϖεραγε χοµπυτατιον− αλ χοµπλεξιτψ. Αττεµπτσ το αππλψ ιδεασ φροµ οτηερ αρεασ οφ χοµπυτατιον το δε− τερµινε τηεσε υνκνοωνσ διδ νοτ ωορκ. Φορ εξαµπλε, εϖαλυατινγ τηε ιντεγρανδ ατ ρεγυλαρλψ σπαχεδ ποιντσ, συχη ασ τηοσε ον α γριδ, αρε οφτεν υσεδ ιν χοµπυτα− τιον. Βυτ τηεορεµσ ηαϖε σηοων τηεµ το βε ποορ χηοιχεσ φορ τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ. Α προοφ ωασ γιϖεν ιν 1975 βψ Ν. ∆οναλδ Ψλϖισακερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Λοσ Ανγελεσ. Ιτ ωασ λατερ γενεραλιζεδ ιν 1990 βψ Ωασιλκοωσκι ανδ Αναργψροσ Παπαγεοργιου, τηεν στυδψινγ φορ ηισ Πη.∆. ατ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ. Τηε σολυτιον χαµε ιν 1991, ωηεν ´ Ωοζνιακοωσκι φουνδ τηε χονστρυχτιον. Ασ σοµετιµεσ ηαππενσ ιν σχιενχε, α ρε− συλτ φροµ νυµβερ τηεορψ, α βρανχη οφ µατηεµατιχσ φαρ ρεµοϖεδ φροµ αϖερ− αγε−χασε χοµπλεξιτψ τηεορψ, ωασ χρυχιαλ. Παρτ οφ τηε κεψ χαµε φροµ ωορκ ον νυµβερ τηεορψ βψ Κλαυσ Φ. Ροτη οφ Ιµ− περιαλ Χολλεγε, Λονδον, α 1958 Φιελδσ Μεδαλιστ. Ανοτηερ παρτ ωασ προϖιδεδ βψ ρεχεντ ωορκ βψ Ωασιλκοωσκι. Λετ υσ δεσχριβε τηε ρεσυλτ µορε πρε− χισελψ. Φιρστ, πυτ τηε σµοοτηνεσσ παρα− µετερ ατ ζερο∇τηατ ισ, ταχκλε α προβλεµ τηατ ισ υνσολϖαβλε ιν τηε ωορστ−χασε δε− τερµινιστιχ σεττινγ. Νεξτ, ασσυµε τηατ ιντεγρανδσ αρε διστριβυτεδ αχχορδινγ το α Ωιενερ µεασυρε. Ιφ ωε ιγνορε χερταιν ∆ισχρετε Χοµπυτατιοναλ Χοµπλεξιτψ Τ his article discusses intractability and breaking of intractability for multivariate integration and surface reconstruction. These are two examples of continuous problems. But what is known about the computational complexity of discrete, rather than continuous, problems? The famous traveling salesman problem is an example of a discrete problem, in which the goal is to visit various cities in the shortest distance possible. A discrete problem is intractable if its computational complexity increases exponentially with the number of its inputs. The intractability of many discrete problems in the worstcase deterministic setting has been conjectured but not yet proved. What is known is that hundreds of discrete problems all have essentially the same computational complexity. That means they are all tractable or all intractable, and the common belief among experts is that they are all intractable. For technical reasons, these problems are said to be NP-complete. One of the great open questions in discrete computational complexity theory is whether the NPcomplete problems are indeed intractable [see “Turing Machines,” by John E. Hopcroft; SCIENTIFIC AMERICAN, May 1984]. 106 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 µυλτιπλιχατιϖε φαχτορσ φορ σιµπλιχιτψ∏σ σακε, τηε αϖεραγε χοµπυτατιοναλ χοµ− πλεξιτψ ηασ βεεν προϖεδ το βε ινϖερσελψ προπορτιοναλ το τηε ερρορ τηρεσηολδ (ον τηε ορδερ οφ 1/ ε ) [σεε βοξ ον παγε 105]. Φορ σµαλλ ερρορσ, τηε ρεσυλτ ισ α µαϕορ ιµπροϖεµεντ οϖερ τηε χλασσιχαλ Μοντε Χαρλο µετηοδ, ιν ωηιχη τηε χοστ ισ ιν− ϖερσελψ προπορτιοναλ το τηε σθυαρε οφ τηε ερρορ τηρεσηολδ ( 1/ ε 2 ). Τηε αϖεραγε χασε ο⇑ερσ α δι⇑ερεντ κινδ οφ ασσυρανχε φροµ τηατ προϖιδεδ βψ τηε ρανδοµιζεδ ( Μοντε Χαρλο) σετ− τινγ. Τηε ερρορ ιν τηε αϖεραγε−χασε σετ− τινγ δεπενδσ ον τηε διστριβυτιον οφ τηε ιντεγρανδσ, ωηερεασ τηε ερρορ ιν τηε ρανδοµιζεδ σεττινγ δεπενδσ ον α δισ− τριβυτιον οφ τηε σαµπλε ποιντσ. Ιν ουρ βοοκσ−ον−α−σηελφ αναλογψ, τηε διστριβυ− τιον ιν τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ µιγητ ρυλε ουτ τηε ινχλυσιον οφ µανψ οϖερσιζε βοοκσ, ωηερεασ τηε διστριβυτιον ιν τηε ρανδοµιζεδ σεττινγ δετερµινεσ ωηιχη βοοκσ αρε το βε σαµπλεδ. Ιν τηε αϖεραγε−χασε σεττινγ τηε οπτι− µαλ εϖαλυατιον ποιντσ µυστ βε δετερ− µινιστιχαλλψ χηοσεν. Τηε βεστ ποιντσ αρε Ηαµµερσλεψ ποιντσ ορ ηψπερβολιχ−χροσσ ποιντσ [σεε ιλλυστρατιον ον παγεσ 104 ανδ 105 ]. Τηεσε δετερµινιστιχ ποιντσ ο⇑ερ α βεττερ σαµπλινγ τηαν ρανδοµλψ σελεχτεδ ορ ρεγυλαρλψ σπαχεδ (ορ γριδ ) ποιντσ. Τηεψ µακε ωηατ ωουλδ βε ιµ− ποσσιβλε το σολϖε τραχταβλε ον αϖεραγε. Ισ συρφαχε ρεχονστρυχτιον αλσο τραχτα− βλε ον τηε αϖεραγε? Τηισ θυερψ ισ παρ− τιχυλαρλψ ιµπορταντ βεχαυσε, ασ αλρεαδψ µεντιονεδ, ρανδοµιζατιον δοεσ νοτ ηελπ. Υνδερ τηε σαµε ασσυµπτιονσ ωε υσεδ φορ ιντεγρατιον, ωε ⇒νδ τηατ τηε αϖεραγε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ ισ ον τηε ορδερ οφ 1/ ε 2. Ηενχε, συρφαχε ρε− χονστρυχτιον βεχοµεσ τραχταβλε ον αϖ− εραγε. Ασ ωασ τηε χασε φορ ιντεγρατιον, ηψπερβολιχ−χροσσ ποιντσ αρε οπτιµαλ. Ωε αρε νοω τεστινγ ωηετηερ τηε αϖερ− αγε χασε ισ α πραχτιχαλ αλτερνατιϖε. Α Πη.∆. στυδεντ ατ Χολυµβια, Σπασσιµιρ Η. Πασκοϖ, ισ δεϖελοπινγ σοφτωαρε το χοµ− παρε τηε δετερµινιστιχ τεχηνιθυεσ ωιτη Μοντε Χαρλο µετηοδσ φορ ιντεγρατιον. Πρελιµιναρψ ρεσυλτσ οβταινεδ βψ τεστινγ χερταιν ⇒νανχε προβλεµσ συγγεστ τηε συπεριοριτψ οφ τηε δετερµινιστιχ µετη− οδσ ιν πραχτιχε. Ιν ουρ σιµπλι⇒εδ δεσχριπτιον, ωε ιγ− νορεδ α µυλτιπλιχατιϖε φαχτορ τηατ α⇑εχτσ τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ. Τηισ φαχ− τορ δεπενδσ ον τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ ιν τηε προβλεµ. Ωηεν τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ ισ λαργε, τηατ φαχτορ χαν βε− χοµε ηυγε. Γοοδ τηεορετιχαλ εστιµατεσ οφ τηε φαχτορ αρε νοτ κνοων, ανδ οβταιν− ινγ τηεµ ισ βελιεϖεδ το βε ϖερψ ηαρδ. ´ Ωοζνιακοωσκι υνχοϖερεδ α σολυτιον: γετ ριδ οφ τηατ φαχτορ. Σπεχι⇒χαλλψ, ωε σαψ α προβλεµ ισ στρονγλψ τραχταβλε ιφ τηε νυµβερ οφ φυνχτιον εϖαλυατιονσ νεεδεδ Copyright 1993 Scientific American, Inc. φορ τηε σολυτιον ισ χοµπλετελψ ινδεπεν− δεντ οφ τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Ινστεαδ ιτ ωουλδ δεπενδ ονλψ ον α ποωερ οφ 1/ ε . Τηε ποσσιβιλιτψ σεεµσ τοο µυχη το ηοπε φορ, βυτ ιτ ωασ προϖεδ λαστ ψεαρ τηατ µυλτιϖαριατε ιντεγρατιον ανδ συρ− φαχε ρεχονστρυχτιον αρε βοτη στρονγλψ τραχταβλε ον τηε αϖεραγε. Α ⇒ναλ οβσταχλε µυστ βε οϖερχοµε βεφορε τηεσε νεω ρεσυλτσ χαν βε υσεδ. Ωε κνοω τηερε µυστ εξιστ εϖαλυατιον ποιντσ ανδ α χοµβινατορψ αλγοριτηµ τηατ µακε ιντεγρατιον ανδ συρφαχε ρε− χονστρυχτιον στρονγλψ τραχταβλε ον τηε αϖεραγε. Υνφορτυνατελψ, τηε προοφ οφ τηισ ρεσυλτ δοεσ νοτ τελλ υσ ωηατ τηε ποιντσ ανδ αλγοριτηµσ αρε, τηυσ λεαϖινγ α βεαυτιφυλ χηαλλενγε φορ τηε φυτυρε. Ω ορκ ον ινφορµατιον−βασεδ χοµπλεξιτψ ηασ λεδ ονε οφ υσ ( Τραυβ) το σπεχυλατε τηατ ιτ µιγητ βε ποσσιβλε το προϖε φορµαλλψ τηατ χερταιν σχιεντι⇒χ θυεστιονσ αρε υν− ανσωεραβλε. Τηε προποσεδ ατταχκ ισ το προϖε τηατ τηε χοµπυτινγ ρεσουρχεσ (τιµε, µεµορψ, ενεργψ) δο νοτ εξιστ ιν τηε υνιϖερσε το ανσωερ συχη θυεστιονσ. Ονε ιµπορταντ αχηιεϖεµεντ οφ µατη− εµατιχσ οϖερ τηε παστ 60 ψεαρσ ισ τηε ιδεα τηατ µατηεµατιχαλ προβλεµσ µαψ βε υνδεχιδαβλε, νονχοµπυταβλε ορ ιν− τραχταβλε. Κυρτ Γδελ προϖεδ τηε ⇒ρστ οφ τηεσε ρεσυλτσ. Ηε εσταβλισηεδ τηατ ιν α συ⇔χιεντλψ ριχη µατηεµατιχαλ σψσ− τεµ, συχη ασ αριτηµετιχ, τηερε αρε τηεο− ρεµσ τηατ χαν νεϖερ βε προϖεδ. Ωε βελιεϖε ιτ ισ τιµε το υπ τηε αντε ανδ τρψ το προϖε τηερε αρε υνανσωερ− αβλε σχιεντι⇒χ θυεστιονσ. Ιν οτηερ ωορδσ, ωε ωουλδ λικε το εσταβλιση α πηψσιχαλ Γδελ∏σ τηεορεµ. Τηε προχεσσ ο⇑ερσ α µαρκεδλψ δι⇑ερεντ χηαλλενγε φροµ προϖ− ινγ ρεσυλτσ αβουτ µατηεµατιχαλ προβ− λεµσ, βεχαυσε α σχιεντι⇒χ θυεστιον δοεσ νοτ χοµε εθυιππεδ ωιτη α µατηεµατι− χαλ φορµυλατιον. Συχη θυεστιονσ ινχλυδε ωηεν τηε υνιϖερσε ωιλλ στοπ εξπανδινγ ανδ ωηατ τηε αϖεραγε γλοβαλ τεµπερα− τυρε ωιλλ βε ιν τηε ψεαρ 2001. Ωηψ δο ιντραχταβιλιτψ ρεσυλτσ συγγεστ τηατ σοµε σχιεντι⇒χ θυεστιονσ µιγητ βε υνανσωεραβλε? Ρεχαλλ τηε ρεσυλτσ. Ιν τηε ωορστ−χασε δετερµινιστιχ σεττινγ, τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξιτψ οφ µανψ χον− τινυουσ προβλεµσ γροωσ εξπονεντιαλλψ ωιτη διµενσιον. Αλσο, τηε χοµπυτατιον− αλ χοµπλεξιτψ οφ µανψ δισχρετε προβ− λεµσ ισ χονϕεχτυρεδ το γροω εξπονεν− τιαλλψ ωιτη τηε νυµβερ οφ ινπυτσ [σεε βοξ ον οπποσιτε παγε]. Φυρτηερµορε, αλ− τηουγη σοµε προβλεµσ αρε τραχταβλε ιν τηε ρανδοµιζεδ ορ αϖεραγε−χασε σετ− τινγσ, ιτ ηασ βεεν προϖεδ τηατ οτηερσ ρε− µαιν ιντραχταβλε. Συχη προβλεµσ µαψ λυρκ ιν χερταιν συπερχοµπυτινγ τασκσ ορ θυεστιονσ ρεγαρδινγ τηε φουνδατιονσ οφ πηψσιχσ. Αφτερ αλλ, τηεψ ινϖολϖε α λαργε Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΡΕΕΝΤΡΨ ΟΦ ΣΠΑΧΕ ΣΗΥΤΤΛΕ προϖιδεσ αν εξαµπλε οφ α χοµπυτατιοναλλψ χοµπλεξ τασκ: µοδελινγ οφ τηε αιρφλοω αρουνδ τηε χραφτ. Τηισ ϕοβ ισ διφφιχυλτ εϖεν τηουγη ονλψ σεϖεν ϖαριαβλεσ γοϖερν τηε δψναµιχσ. Αδδεδ διµενσιονσ µαψ ψιελδ προβλεµσ τηατ χαν νεϖερ βε σολϖεδ ανδ τηυσ λιµιτ ωηατ ισ σχιεντιφιχαλλψ κνοωαβλε. νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ ορ παρτιχλεσ. Εϖεν ωορσε, µανψ πηψσιχσ προβλεµσ ρεθυιρε σολυτιονσ το α κινδ οφ ιντεγραλ χαλλεδ α πατη ιντεγραλ, ωηιχη ηασ αν ιν⇒νιτε νυµβερ οφ διµενσιονσ. Σολυτιονσ οφ πατη ιντεγραλσ ινϖιτε ηιγη−διµενσιοναλ αππροξιµατιονσ. Τηυσ, τηε ιντραχταβιλι− τψ ρεσυλτσ ανδ χονϕεχτυρεσ αρε χερταινλψ δαυντινγ βεχαυσε τηεψ συγγεστ τηατ µανψ τασκσ ωιτη α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ ορ οβϕεχτσ µιγητ βε ιµποσσι− βλε το σολϖε. Ωε εµπηασιζε τηε ποσσιβιλιτψ οφ οτη− ερ ιµπεδιµεντσ το ανσωερινγ σχιεντι⇒χ θυεστιονσ. Ονε ισ χηαοσ, τηε εξτρεµε σενσιτιϖιτψ το ινιτιαλ χονδιτιονσ. Βεχαυσε τηε πρεχισε ινιτιαλ χονδιτιονσ αρε ειτηερ νοτ κνοων ορ χαννοτ βε εξαχτλψ εντερεδ ιντο α διγιταλ χοµπυτερ, χερταιν θυεσ− τιονσ αβουτ τηε βεηαϖιορ οφ α χηαοτιχ σψστεµ χαννοτ βε ανσωερεδ. Το φοχυσ ον τηε ισσυε ατ ηανδ, ωε λιµιτ ουρσελϖεσ το ιντραχταβιλιτψ. Ασ ωε ηαϖε αλρεαδψ οβσερϖεδ, α σχιεν− τι⇒χ θυεστιον δοεσ νοτ χοµε εθυιππεδ ωιτη α µατηεµατιχαλ φορµυλατιον. Εαχη οφ α νυµβερ οφ µοδελσ µιγητ χαπτυρε τηε εσσενχε οφ α σχιεντι⇒χ θυεστιον. Βε− χαυσε ιντραχταβιλιτψ ρεσυλτσ ρεφερ το α παρτιχυλαρ µατηεµατιχαλ φορµυλατιον, ιτ µιγητ ηαππεν τηατ αλτηουγη α παρτιχ− υλαρ µατηεµατιχαλ φορµυλατιον ισ ιν− τραχταβλε, ανοτηερ φορµυλατιον µαψ βε φουνδ τηατ ισ ινδεεδ τραχταβλε. Τηισ προσπεχτ ινδιχατεσ α ποσσιβλε ωαψ το προϖε τηε εξιστενχε οφ υνανσωεραβλε σχιεντι⇒χ θυεστιονσ. Ωε χαν αττεµπτ το σηοω τηατ τηερε εξιστ σχιεντι⇒χ θυεσ− τιονσ συχη τηατ εϖερψ µατηεµατιχαλ φορ− µυλατιον τηατ χαπτυρεσ τηε εσσενχε οφ τηε θυεστιον ισ ιντραχταβλε. Ωε ωουλδ τηερεφορε ηαϖε σχιενχε∏σ ϖερσιον οφ Γ− δελ∏σ τηεορεµ. Ηυµανσ αρε ιντριγυεδ νοτ ονλψ βψ τηε υνκνοων βυτ αλσο βψ τηε υνκνοωαβλε. Ηερε ωε ηαϖε συγγεστεδ ονε ποσσιβλε ατταχκ το εσταβλιση ωηατ µαψ βε φορεϖερ υνκνοωαβλε ιν σχιενχε. Τηε χυρσε οφ δι− µενσιον, βροκεν νοω φορ µανψ κινδσ οφ προβλεµσ, µαψ ψετ χαστ ιτσ σπελλ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΙΝΦΟΡΜΑΤΙΟΝ−ΒΑΣΕ∆ ΧΟΜΠΛΕΞΙΤΨ. Ε. Ω. Παχκελ ανδ ϑ. Φ. Τραυβ ιν Νατυρε, ςολ. 328, Νο. 6125, παγεσ 29∠33; ϑυλψ 2, 1987. ΙΝΦΟΡΜΑΤΙΟΝ−ΒΑΣΕ∆ ΧΟΜΠΛΕΞΙΤΨ. ϑ. Φ. ´ Τραυβ, Γ. Ω. Ωασιλκοωσκι ανδ Η. Ωοζ− νιακοωσκι. Αχαδεµιχ Πρεσσ, 1988. ΑςΕΡΑΓΕ ΧΑΣΕ ΧΟΜΠΛΕΞΙΤΨ ΟΦ ΜΥΛΤΙ− ´ ςΑΡΙΑΤΕ ΙΝΤΕΓΡΑΤΙΟΝ. Η. Ωοζνιακοω− σκι ιν Βυλλετιν οφ τηε Αµεριχαν Ματηε− µατιχαλ Σοχιετψ, ςολ. 24, Νο. 1, παγεσ 185∠194; ϑανυαρψ 1991. ΤΗΕ ΧΟΜΠΥΤΑΤΙΟΝΑΛ ΧΟΜΠΛΕΞΙΤΨ ΟΦ ∆ΙΦΦΕΡΕΝΤΙΑΛ ΑΝ∆ ΙΝΤΕΓΡΑΛ ΕΘΥΑ− ΤΙΟΝΣ: ΑΝ ΙΝΦΟΡΜΑΤΙΟΝ−ΒΑΣΕ∆ ΑΠ− ΠΡΟΑΧΗ. Αρτηυρ Γ. Ωερσχηυλζ. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1991. ΤΗΕΟΡΨ ΑΝ∆ ΑΠΠΛΙΧΑΤΙΟΝΣ ΟΦ ΙΝΦΟΡ− ΜΑΤΙΟΝ−ΒΑΣΕ∆ ΧΟΜΠΛΕΞΙΤΨ. ϑ. Φ. Τραυβ ´ ανδ Η. Ωοζνιακοωσκι ιν 1990 Λεχτυρεσ ιν Χοµπλεξ Σψστεµσ, Σαντα Φε Ινστιτυτε. Εδιτεδ βψ Λψνν Ναδελ ανδ ∆ανιελ Λ. Στειν. Αδδισον−Ωεσλεψ, 1991. ΩΗΑΤ ΙΣ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧΑΛΛΨ ΚΝΟΩΑΒΛΕ? ϑ. Φ. Τραυβ ιν Χαρνεγιε Μελλον Υνιϖερ− σιτψ Χοµπυτερ Σχιενχε: Α 25τη Αννι− ϖερσαρψ Χοµµεµορατιϖε. Εδιτεδ βψ Ριχηαρδ Φ. Ρασηιδ. Αδδισον−Ωεσλεψ, 1991. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 107 Ανιµαλ Σεξυαλιτψ Animals have evolved a range of mechanisms to determine whether an individual takes on masculine or feminine traits. Cross-species comparisons offer some surprising insights into the nature of sexuality βψ ∆αϖιδ Χρεωσ 108 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ο νε οφ τηε µοστ φυνδαµενταλ χηαραχτεριστιχσ οφ λιφε ισ σεξυαλ− ιτψ, τηε διϖισιον ιντο µαλε ανδ φεµαλε. Σεξυαλ χονσιδερατιονσ ιν⇓υενχε τηε αππεαρανχε, φορµ, βεηαϖιορ ανδ χηεµιχαλ µακευπ οφ νεαρλψ αλλ µυλτιχελ− λυλαρ οργανισµσ. Αµαζινγλψ ενουγη, σχι− εντιστσ χαννοτ χονχλυσιϖελψ σαψ ωηψ σεξ εξιστσ. Ιν ρεχεντ ψεαρσ, ηοωεϖερ, ανιµαλ στυδιεσ ηαϖε προϖιδεδ α γρεατ δεαλ οφ ινφορµατιον αβουτ τηε µυλτιφαχετεδ χοµπονεντσ οφ σεξυαλιτψ. Τηεσε στυδιεσ ρεϖεαλ τηατ µανψ φαµιλιαρ ασπεχτσ αρε λεσσ υνιϖερσαλ τηαν ονχε συπποσεδ. Τηε ωορκ προϖιδεσ α νεω φραµεωορκ φορ υνδερστανδινγ τηε ρελατιονσηιπ βετωεεν µαλεσ ανδ φεµαλεσ ανδ α γλιµπσε ατ ηοω σεξ εϖολϖεδ. Αµονγ ϖερτεβρατε ανιµαλσ, σεξυαλιτψ ισ εξπρεσσεδ ιν α νυµβερ οφ ωαψσ. Μαλεσ ανδ φεµαλεσ εξηιβιτ α ωιδε ϖαριετψ οφ χηεµιχαλ, ανατοµιχ ανδ βεηαϖιοραλ δισ− παριτιεσ. Τηε µοστ οβϖιουσ οφ τηε βε− ηαϖιοραλ διϖεργενχεσ λιεσ ιν αν ανιµαλ∏σ χοπυλατορψ αχτιϖιτψ. Ιν γενεραλ, ινδιϖιδ− υαλσ ηαϖινγ τεστεσ αττεµπτ ινσεµινατιον (µαλε−τψπιχαλ βεηαϖιορ ), ωηερεασ ινδι− ϖιδυαλσ ηαϖινγ οϖαριεσ αρε ρεχεπτιϖε το βεινγ ινσεµινατεδ (φεµαλε−τψπιχαλ βε− ηαϖιορ ). Μαλεσ ανδ φεµαλεσ οφτεν δι⇑ερ ιν οτηερ, λεσσ οϖερτ ωαψσ, συχη ασ λεϖελ οφ αχτιϖιτψ, ρεγυλατιον οφ βοδψ ωειγητ, λεϖελ οφ αγγρεσσιον ανδ λεαρνινγ πατ− τερνσ. Σοµε γενδερ−σπεχι⇒χ αχτιονσ αρε ασσοχιατεδ ωιτη, βυτ νοτ νεχεσσαριλψ χαυσεδ βψ, σψστεµατιχ δισσιµιλαριτιεσ ιν χερταιν παρτσ οφ τηε βραιν. Οϖερ τηε παστ φουρ δεχαδεσ, βιολογιστσ ηαϖε πιεχεδ τογετηερ α µαστερ ουτλινε οφ τηε νατυρε οφ σεξυαλιτψ, κνοων ασ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ. Αλτηουγη ιτ ισ νοτ τοταλλψ ινχλυσιϖε, τηε οργανιζα− τιοναλ χονχεπτ βροαδλψ αχχουντσ φορ τηε στρυχτυρε οφ σεξυαλιτψ ιν ηυµανσ ανδ οτηερ µαµµαλσ. Α νυµβερ οφ µψ χολ− λεαγυεσ ανδ Ι αρε χυρρεντλψ ινϖεστιγατ− ινγ ηοω το αππλψ τηε ουτλινε µορε γεν− εραλλψ το αλλ ϖερτεβρατε ανιµαλσ. Αχχορδινγ το τηε οργανιζατιοναλ χον− χεπτ, αν ανιµαλ∏σ σεξ∇σπεχι⇒χαλλψ, τηε νατυρε οφ ιτσ γοναδσ∇ισ δετερµινεδ ατ τηε τιµε οφ χονχεπτιον βψ τηε χηροµο− σοµαλ χονστιτυτιον ινηεριτεδ φροµ ιτσ παρεντσ. Τηε γοναδσ προδυχε σεξ στε− ροιδ ηορµονεσ τηατ χιρχυλατε δυρινγ τηε εαρλψ σταγεσ οφ εµβρψονιχ δεϖελοπµεντ; τηεσε ηορµονεσ σχυλπτ τηε ινδιϖιδυαλ∏σ µασχυλινε ορ φεµινινε φεατυρεσ. Μαλε σεξυαλ τραιτσ αρε ινστιγατεδ πριµαριλψ βψ ανδρογενσ, α χλασσ οφ ηορµονεσ (ινχλυδ− ινγ τεστοστερονε) προδυχεδ ιν τηε τεσ− τεσ. Ινδιϖιδυαλσ τηατ λαχκ τεστεσ δεϖελοπ οϖαριεσ, ωηιχη γενερατε µοστλψ φεµαλε ηορµονεσ χαλλεδ εστρογενσ ανδ προγεσ− τινσ. Ιν τηισ σχεναριο, τηε φεµαλε ισ τηε νευτραλ, ορ δεφαυλτ, σεξ, ωηερεασ τηε µαλε ισ τηε οργανιζεδ σεξ. Α κεψ ελεµεντ οφ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ ισ τηε χεντραλ ρολε οφ σεξ στε− ροιδ ηορµονεσ. Μοδερν υνδερστανδινγ οφ τηε ιν⇓υενχε οφ συχη ηορµονεσ ον σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον βεγαν ωιτη τηε ωορκ οφ Φρανκ Ρ. Λιλλιε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο. Εαρλψ ιν τηισ χεντυρψ, Λιλλιε οβσερϖεδ τηατ ωηεν χοωσ γαϖε βιρτη το τωινσ οφ οπποσιτε σεξεσ, τηε φεµαλε τωιν ωασ στεριλε ανδ ηαδ µασχυλινε τραιτσ. Λιλλιε, ωηο ωασ αν εµβρψολογιστ βψ τραινινγ, συγγεστεδ τηατ ανδρογενιχ ηορµονεσ σεχρετεδ βψ τηε µαλε τωιν ιν τηε ωοµβ ιµβυεδ τηε φεµαλε τωιν ωιτη σοµε µαλε τραιτσ. Σχιεντιστσ ηαϖε σινχε τηορουγηλψ χορροβορατεδ Λιλλιε∏σ χονϕεχ− τυρε τηατ τηε γοναδσ ιν εµβρψοσ σε− χρετε τηε ηορµονεσ τηατ χαυσε µαλεσ το δι⇑ερ φροµ φεµαλεσ. Α µονγ µαµµαλσ, αν εµβρψο σταρτσ ουτ ηαϖινγ α µασσ οφ πριµορδιαλ σεξυαλ τισσυε. Γενετιχ σιγναλσ δετερµινε ωηετηερ τηατ τισσυε δεϖελοπσ ιντο µαλε ορ φεµαλε γοναδσ. Συβσεθυεντ ηορµοναλ τριγγερσ τηατ αχτ ιν τηε εµ− βρψο χοντρολ τηε σεξ οφ τηε γενιταλια. Τηε τεστεσ οφ γενετιχ µαλεσ προδυχε σιγ− νι⇒χαντ χονχεντρατιονσ οφ ανδρογενσ, ωηιχη ινδυχε τηε φορµατιον οφ τηε ϖασ δεφερενσ, α πενισ ανδ α σχροτυµ. Ιν τηε αβσενχε οφ ανδρογενσ, τηε εµβρψο αχ− θυιρεσ φεµαλε σεξυαλ οργανσ: α υτερυσ, α χλιτορισ ανδ ϖαγιναλ λαβια. Αχχυµυλατινγ εϖιδενχε φροµ ανιµαλ εξπεριµεντσ συγγεστσ τηατ µανψ χοµ− πονεντσ οφ αδυλτ σεξυαλιτψ∇νοτ ϕυστ τηε στρυχτυρε οφ τηε σεξυαλ οργανσ∇δεπενδ ον τηε ηορµοναλ ενϖιρονµεντ δυρινγ φεταλ δεϖελοπµεντ. Σοµε οφ τηε µοστ περσυασιϖε συππορτ οφ τηισ νοτιον χοµεσ φροµ στυδιεσ οφ σπεχιεσ τηατ προδυχε λιττερσ οφ µανψ ψουνγ φροµ εαχη πρεγ− νανχψ. ∆υρινγ συχη πρεγνανχιεσ, τηε φε− τυσεσ αρε αρρανγεδ λικε πεασ ιν α ποδ ινσιδε τηε υτερυσ. Τηισ γρουπινγ ρεσυλτσ ιν φεµαλε ανδ µαλε φετυσεσ ρεσιδινγ νεξτ το ονε ανοτηερ ιν ρανδοµ ορδερ. ΩΗΙΠΤΑΙΛ ΛΙΖΑΡ∆Σ ενγαγε ιν ελαβορατε µατινγ ριτυαλσ εϖεν τηουγη σοµε ωηιπταιλ σπεχιεσ χονσιστ οφ σελφ−ρεπροδυχινγ φεµαλεσ ονλψ. Σεξυαλ βεηαϖιορ σεεµσ το βε α δεεπλψ ινγραινεδ τραιτ τηατ σερϖεσ βιολογιχαλ φυνχτιονσ οτηερ τηαν ϕυστ φερτιλιζατιον; φορ εξαµπλε, µουντινγ ινδυχεσ ασεξυαλ ωηιπταιλσ το λαψ µορε εγγσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ιν συχη αν ενϖιρονµεντ, στεροιδ ηορ− µονεσ προδυχεδ βψ ονε φετυσ∏σ γοναδσ χουλδ ιν⇓υενχε τηε δεϖελοπινγ νευραλ ανδ σεχονδαρψ ανδ αχχεσσορψ σεξ στρυχ− τυρεσ ιν αν αδϕαχεντ φετυσ. Λψνωοοδ Γ. Χλεµενσ οφ Μιχηιγαν Στατε Υνιϖερσιτψ δισχοϖερεδ τηατ τηε ηορµοναλ συρρουνδ− ινγσ χρεατεδ βψ νειγηβορινγ φετυσεσ χαν προφουνδλψ α⇑εχτ αδυλτ σεξυαλιτψ ιν ρατσ. Μερτιχε Χλαρκ ανδ Βεννεττ Γ. Γαλεφ οφ ΜχΜαστερ Υνιϖερσιτψ ηαϖε ρεχεντλψ οβ− σερϖεδ α σιµιλαρ ε⇑εχτ αµονγ γερβιλσ. Φρεδεριχκ Σ. ϖοµ Σααλ οφ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Μισσουρι ηασ χονδυχτεδ αν εσπε− χιαλλψ τηορουγη στυδψ οφ σεξυαλ δεϖελ− οπµεντ ιν µιχε. Ηε φουνδ τηατ φεµαλε µιχε δεϖελοπινγ βετωεεν τωο µαλε µουσε φετυσεσ (κνοων ασ 2Μ φεµαλεσ) αρε εξποσεδ το ηιγηερ χονχεντρατιονσ οφ τεστοστερονε ανδ λοωερ χονχεντρατιονσ οφ εστρογεν τηαν αρε φεµαλε φετυσεσ τηατ δο νοτ δεϖελοπ νεξτ το α µαλε (0Μ φε− µαλεσ). Αφτερ βιρτη, 2Μ φεµαλεσ εϖινχε α µορε µασχυλινε ανατοµψ τηαν δο 0Μ φεµαλεσ. 2Μ φεµαλεσ αλσο τακε λονγερ το ρεαχη πυβερτψ ανδ ηαϖε σηορτερ ανδ φεωερ ρεπροδυχτιϖε χψχλεσ ασ αδυλτσ. Φι− ναλλψ, χοµπαρεδ ωιτη 0Μ φεµαλεσ, 2Μ φεµαλεσ αρε λεσσ αττραχτιϖε ανδ λεσσ σεξ− υαλλψ αρουσινγ το µαλεσ ανδ αρε µορε αγγρεσσιϖε τοωαρδ οτηερ φεµαλεσ. Τηε σποττεδ ηψενα, α νοχτυρναλ Αφρι− χαν χαρνιϖορε, ο⇑ερσ ανοτηερ πριµε εξ− αµπλε οφ ηοω φεταλ ηορµονεσ χαν διρεχτ αδυλτ σεξυαλιτψ. Φεµαλε ηψενασ εξηιβιτ µανψ χηαραχτεριστιχσ υσυαλλψ ασσοχιατεδ ωιτη µαλε µαµµαλσ. Αδυλτ φεµαλε ηψε− νασ ωιτηιν α χλαν, ορ σοχιαλ γρουπ, αρε λαργερ ανδ ηεαϖιερ τηαν τηε µαλεσ; φε− µαλεσ δοµινατε νεαρλψ αλλ οφ τηε αδυλτ µαλεσ ιν αγγρεσσιϖε δισπυτεσ ανδ ιν αχ− χεσσ το φοοδ. Φεµαλε σποττεδ ηψενασ ηαϖε νορµαλ−λοοκινγ οϖαριεσ ανδ ιντερ− ναλ γενιταλια, βυτ τηειρ εξτερναλ γενι− ∆ΑςΙ∆ ΧΡΕΩΣ ηασ σπεντ ψεαρσ εξπλορ− ινγ τηε εϖολυτιοναρψ ροοτσ οφ σεξυαλιτψ ανδ τηε ρολε οφ ηορµονεσ ιν χοντρολλινγ σεξυαλ διφφερεντιατιον ανδ βεηαϖιορ. Ηε ρεχειϖεδ α Πη.∆. ιν βιολογψ φροµ Ρυτγερσ Υνιϖερσιτψ ιν 1973. Ιν 1982 ηε µοϖεδ το τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τεξασ ατ Αυστιν, ωηερε ηε ισ χυρρεντλψ α προφεσσορ οφ ζοολογψ. Χρεωσ∏σ ρεσεαρχη ηασ φοχυσεδ ον σεξυαλ− ιτψ αµονγ γαρτερ σνακεσ, ωηιπταιλ λιζαρδσ ανδ, µοστ ρεχεντλψ, ρεδ−εαρεδ σλιδερ τυρ− τλεσ ανδ λεοπαρδ γεχκοσ. Χρεωσ φουνδεδ Ρεπροδυχτιϖε Σχιενχεσ, α βιοτεχηνολογψ φιρµ τηατ ισ υσινγ α πατεντεδ προχεσσ οφ ηορµονε−ινδυχεδ σεξ δετερµινατιον το ασσιστ ιν τηε βρεεδινγ οφ οστριχηεσ, εµυσ ανδ οτηερ ραρε βιρδσ. Ιν 1992 ηε αλσο φορµεδ Ρεπτιλε Χονσερϖατιον Ιντερνατιον− αλ, α νονπροφιτ χορπορατιον τηατ ισ υσινγ εστρογεν τρεατµεντ σελεχτιϖελψ το βυιλδ υπ φεµαλε ποπυλατιονσ οφ ενδανγερεδ τυρτλεσ ιν Βραζιλ ανδ Μεξιχο. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 109 TURTLE ANEMONE FISH SEA BASS WHIPTAIL LIZARD Femaletypical behaviors Maletypical behaviors Femaletypical behaviors Maletypical behaviors Femaletypical behaviors Maletypical behaviors Brain Brain Brain Brain Brain Brain Brain Brain Ovaries Testes Ovaries Testes Ovaries Testes Ovotestes Ovaries Embryo Embryo FORMATION ORGANIZATION ACTION HUMANS Egg Sperm Embryo Embryo Embryo Egg Sperm Egg Sperm SEQUENTIAL HERMAPHRODITISM GENOTYPIC SEX DETERMINATION TEMPERATURE-DEPENDENT SEX DETERMINATION ΣΕΞΥΑΛ ∆ΙΦΦΕΡΕΝΤΙΑΤΙΟΝ οχχυρσ ιν αλλ ϖερτεβρατε σπεχιεσ βυτ τηρουγη σεϖεραλ θυιτε διφφερεντ µεχηανισµσ. Ιν µαµµαλσ, χηροµοσοµεσ ινηεριτεδ ατ τηε τιµε οφ φερτιλιζατιον διχτατε ωηετηερ αν ινδιϖιδυαλ δεϖελοπσ µαλε ορ φεµαλε σεξυαλ ορ− γανσ. Ιν µανψ ρεπτιλεσ, ινχυβατιον τεµπερατυρε οφ τηε εµ− βρψο χοντρολσ αν ινδιϖιδυαλ∏σ σεξ. Ηερµαπηροδιτιχ ανιµαλσ ταλια ηαϖε α στρονγλψ µασχυλινε µορ− πηολογψ. Τηεψ λαχκ εξτερναλ ϖαγινασ, ανδ τηειρ λαβια αρε φυσεδ, φορµινγ α σχροταλ σαχ χοµπλετε ωιτη τωο βυλγινγ παδσ οφ φατ τηατ σιµυλατε τεστεσ. Τηε λαργε, ερεχτιλε χλιτορισ οφ α φεµαλε σποτ− τεδ ηψενα χλοσελψ ρεσεµβλεσ α µαλε∏σ πενισ. Μυχη λικε µανψ µαλε ανιµαλσ, φεµαλε σποττεδ ηψενασ υσε τηειρ χλιτο− ρισεσ ιν γρεετινγ δισπλαψσ ανδ ιν δοµι− νανχε ιντεραχτιονσ. Στεπηεν Ε. Γλιχκµαν ανδ Λαυρενχε Γ. Φρανκ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ ρεχεντλψ δεδυχεδ τηατ τηισ µασχυλινιζατιον οχχυρσ ιν τηε ωοµβ ασ α χονσεθυενχε οφ τηε ηιγη λεϖελσ οφ τηε χηεµιχαλ ανδροστενεδιονε ιν τηε µοτη− ερ∏σ βλοοδστρεαµ. Ανδροστενεδιονε ισ αν ιναχτιϖε χοµπουνδ τηατ χαν βε χονϖερτ− εδ ιντο ειτηερ εστρογεν ορ τεστοστερονε. Ιν τηε πλαχεντα οφ α πρεγναντ ηψενα, λιτ− τλε οφ τηε ανδροστενεδιονε τυρνσ ιντο εστρογεν, ωηιχη λεαδσ το ηιγη λεϖελσ οφ τεστοστερονε ιν τηε φετυσ. Τηε αβυνδαντ τεστοστερονε πρεσυµαβλψ χαυσεσ τηε µασχυλινε τραιτσ οφ τηε φεµαλε ηψενασ. Εϖιδεντλψ, σοµε µεχηανισµ εναβλεσ 110 Femaletypical behaviors Egg Sperm Femaletypical behaviors Maletypical behaviors Egg SIMULTANEOUS HERMAPHRODITISM BEHAVIORAL SEX DETERMINATION PARTHENOGENESIS σωιτχη φροµ µαλε το φεµαλε ρεπροδυχτιϖε βεηαϖιορ, υσυαλλψ τριγγερεδ βψ τηε ινδιϖιδυαλ∏σ σοχιαλ ενϖιρονµεντ. Σιµυλτανε− ουσ ηερµαπηροδιτεσ χαν αλτερνατε γενδερ ρεπεατεδλψ. Σε− θυεντιαλ ηερµαπηροδιτεσ χηανγε ονχε φροµ µαλε το φεµαλε, ορ ϖιχε ϖερσα. Εϖεν παρτηενογενιχ σπεχιεσ δισπλαψ µαλε− ανδ φεµαλε−τψπιχαλ σεξυαλ βεηαϖιορ. τηε ηορµοναλ ενϖιρονµεντ οφ αν εµ− βρψο το ιν⇓υενχε τηατ ανιµαλ∏σ αδυλτ σεξυαλ βεηαϖιορ. Ιν 1959 Χηαρλεσ Η. Πηοενιξ, Ροβερτ Ω. Γοψ, Αρνολδ Α. Γερ− αλλ ανδ Ωιλλιαµ Χ. Ψουνγ, ωηιλε ωορκ− ινγ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Κανσασ, προ− ποσεδ τηατ στεροιδ ηορµονεσ σεχρετεδ ιν µαµµαλιαν εµβρψοσ ηελπ το οργα− νιζε τηε σεξυαλιτψ οφ τηε βραιν. Συβσε− θυεντ ρεσεαρχη ηασ σηοων τηατ ιν ϖερτε− βρατεσ στεροιδ ηορµονεσ αχτ διρεχτλψ ον σπεχι⇒χ νευρονσ τηατ αρε λινκεδ τογετη− ερ ιν χιρχυιτσ. Τηεσε νευραλ χιρχυιτσ σεεµ το προϖιδε τηε ιµπετυσ φορ βεηαϖιοραλ δι⇑ερενχεσ βετωεεν µαλεσ ανδ φεµαλεσ. Σεϖεραλ ρεχεντ δισχοϖεριεσ γρεατλψ χλαριφψ τηε λινκ βετωεεν ηορµονεσ, βραιν στρυχτυρε ανδ σεξυαλ βεηαϖιορ. Φορ ιν− στανχε, Παυλινε Ι. Ψαηρ ανδ ηερ χολ− λεαγυεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Ιρϖινε ιδεντι⇒εδ α νυχλευσ ιν τηε γερ− βιλ βραιν τηατ ισ πρεσεντ ονλψ ιν µαλεσ. Τηισ νυχλευσ λιεσ εµβεδδεδ ιν αν αρεα τηατ ηελπσ το χοντρολ χοπυλατορψ βεηαϖ− ιορ ιν µαλε γερβιλσ. Φεµαλε γερβιλσ ιν− ϕεχτεδ ωιτη ανδρογεν εαρλψ ιν λιφε δεϖελ− οπ τηισ µαλε νυχλευσ ανδ τακε ον ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Maletypical behaviors σοµε µαλε βεηαϖιοραλ χηαραχτεριστιχσ. Χερταιν σπεχιεσ οφ σµαλλ σονγβιρδσ αλσο µανιφεστ ηορµονε−ιν⇓υενχεδ βραιν στρυχτυρεσ τηατ σεεµ το χορρεσπονδ το γενδερ ρολεσ ιν χουρτσηιπ. Μαλε χαναριεσ βεγιν το σινγ ιν τηε σπρινγ, ωηεν τηειρ ανδρογεν λεϖελσ αρε ηιγη. Τηε σινγινγ βοτη εσταβλισηεσ βρεεδινγ τερριτοριεσ ανδ αττραχτσ φεµαλεσ. Φεµαλεσ ρεσπονδ το τηε σονγ βυτ δο νοτ σινγ τηεµσελϖεσ. Φερνανδο Νοττεβοηµ οφ τηε Ροχκεφελ− λερ Υνιϖερσιτψ ανδ οτηερσ ηαϖε δετερ− µινεδ τηατ τηε χοντραστινγ βεηαϖιορ οφ µαλε ανδ φεµαλε χαναριεσ ανδ οτηερ σονγβιρδσ ισ µατχηεδ βψ δι⇑ερενχεσ ιν τηε στρυχτυρεσ οφ τηειρ βραινσ. Τηε ωορκερσ ⇒νδ τηατ σινγινγ ισ µε− διατεδ βψ αν ιντερχοννεχτεδ σεριεσ οφ βραιν νυχλει τηατ χοντρολ τηε ϖοχαλ ορ− γανσ. Τηε σονγ−χοντρολ ρεγιονσ ιν τηε βραινσ οφ φεµαλε σονγβιρδσ νορµαλλψ αρε µυχη σµαλλερ τηαν τηοσε ιν τηε βραινσ οφ τηε µαλεσ. Στεροιδ ηορµονεσ ιν σονγβιρδ εµβρψοσ δετερµινε ωηιχη νευρονσ συρϖιϖε ανδ ωηιχη διε. Τηε ρε− συλτ ισ τηατ τηε σιζε ανδ νυµβερ οφ νευ− ρονσ, ασ ωελλ ασ τηε θυαντιτψ οφ σψναπσ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. εσ, ιν τηε σονγ−χοντρολ νυχλει αρε µυχη γρεατερ ιν µαλεσ τηαν ιν φεµαλεσ. Νοττεβοηµ ηασ σηοων τηατ τηε σονγ− χοντρολλινγ βραιν νυχλει ϖαρψ ιν σιζε σεασοναλλψ, ωαξινγ ανδ ωανινγ ιν χον− ϕυνχτιον ωιτη τηε ⇓οω οφ τηε ρεπροδυχ− τιϖε χψχλε. Βψ χαστρατινγ µαλε σονγβιρδσ (το λοωερ τηειρ ανδρογεν λεϖελσ) ορ ιν− ϕεχτινγ τηεµ ωιτη ανδρογεν (το ραισε τηοσε λεϖελσ), ηε ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαϖε αρτι⇒χιαλλψ ρε−χρεατεδ συχη σεασον− αλ χηανγεσ ιν σινγινγ. Ιν ρελατεδ ωορκ, φεµαλε χαναριεσ γιϖεν αππροπριατε ιν− ϕεχτιονσ οφ ανδρογεν ηαϖε βεεν ινδυχεδ το σινγ [σεε Φροµ Βιρδ Σονγ το Νευρο− γενεσισ, βψ Φερνανδο Νοττεβοηµ; ΣΧΙ− ΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Φεβρυαρψ 1989]. Α παρτιχυλαρλψ εξχιτινγ ανδ χοντροϖερ− σιαλ δισχοϖερψ οφ α λινκ βετωεεν σεξυαλ βεηαϖιορ ανδ βραιν στρυχτυρε χονχερνσ ηοµοσεξυαλιτψ ιν ηυµανσ. Σιµον Λε− ςαψ, τηεν ατ τηε Σαλκ Ινστιτυτε φορ Βιο− λογιχαλ Στυδιεσ ιν Σαν ∆ιεγο, ηασ ρεπορτ− εδ τηατ τηε σιζε οφ α νυχλευσ ιν τηε αν− τεριορ ηψποτηαλαµυσ οφ ηοµοσεξυαλ µεν µορε χλοσελψ ρεσεµβλεσ τηε χοµ− παραβλε στρυχτυρε ιν ωοµεν τηαν τηατ ιν ηετεροσεξυαλ µεν. ∆εαν Η. Ηαµερ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ατ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη χλαιµ το ηαϖε φουνδ α ρεγιον ον τηε Ξ χηροµοσοµε τηατ µαψ χον− ταιν α γενε ορ γενεσ φορ ηοµοσεξυαλιτψ. Ιφ σο, τηε ασσοχιατεδ βραιν στρυχτυρε µαψ βε υνδερ διρεχτ γενετιχ χοντρολ. Ιτ ισ αλσο ποσσιβλε, ηοωεϖερ, τηατ τηε ηορ− µοναλ ενϖιρονµεντ συρρουνδινγ τηε φε− τυσ µαψ παρτιαλλψ ορ τοταλλψ χοντρολ τηε δεϖελοπµεντ οφ τηε βραιν νυχλευσ. Τηεσε δισχοϖεριεσ ιλλυστρατε τηε ιναδ− εθυαχψ οφ στερεοτψπιχαλ διϖισιονσ οφ µαλε ορ φεµαλε. Ασ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ µακεσ χλεαρ, σεξυαλιτψ δεπενδσ ον συβτλε ηορµοναλ χοντρολσ, νοτ ϕυστ ον ειτηερ−ορ γενετιχ λαβελινγ. Τηισ ⇒νδ− ινγ αππλιεσ το αλλ τηε τισσυεσ ασσοχιατεδ ωιτη ρεπροδυχτιον, ινχλυδινγ τηε χιρ− χυιτσ ιν τηε βραιν τηατ υνδερλιε σεξυαλ βεηαϖιορ. Ιν µοστ ϖερτεβρατε σπεχιεσ, αδυλτσ υσυαλλψ εξηιβιτ µατινγ βεηαϖιορσ χηαρ− αχτεριστιχ οφ τηειρ οων γοναδαλ σεξ, κνοων ασ ηοµοτψπιχαλ σεξυαλ βεηαϖ− ιορσ. Νοτ ινφρεθυεντλψ, ηοωεϖερ, ινδι− ϖιδυαλσ αλσο περφορµ βεηαϖιορ παττερνσ νορµαλλψ ασσοχιατεδ ωιτη τηε οπποσιτε σεξ, κνοων ασ ηετεροτψπιχαλ βεηαϖιορσ. Φορ εξαµπλε, φεµαλεσ σοµετιµεσ ενγαγε ιν µουντινγ, ανδ µαλεσ σοµετιµεσ σο− λιχιτ βεινγ µουντεδ. Συχη ηετεροτψπιχαλ σεξυαλ βεηαϖιορσ αρε α φρεθυεντ ανδ ιµπορταντ παρτ οφ τηε σοχιαλ βιολογψ οφ µανψ σπεχιεσ, εσ− πεχιαλλψ αµονγ µαµµαλσ. Φεµαλε χοωσ χοµµονλψ µουντ οτηερ φεµαλεσ, α πραχ− τιχε τηατ σεεµσ το ηελπ σψνχηρονιζε τηε ρεπροδυχτιϖε χψχλεσ οφ τηε ηερδ. Ιν ρηε− συσ µονκεψσ, µουντινγ φυνχτιονσ ασ αν ινδιχατορ οφ δοµινανχε ανδ σο µαιν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ταινσ αν ορδερλψ σοχιαλ ηιεραρχηψ. Εϖεν τηουγη εµβρψονιχ ηορµονεσ διρεχτ νευ− ροναλ δεϖελοπµεντ, ιτ σεεµσ τηατ τηε βραιν νεϖερ χοµπλετελψ λοσεσ τηε δυαλ χιρχυιτρψ τηατ περµιτσ βοτη ηοµοτψπι− χαλ ανδ ηετεροτψπιχαλ σεξυαλ βεηαϖιορ. Σ ο φαρ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ σεεµσ το ο⇑ερ α χοµπλετε φραµε− ωορκ βψ ωηιχη το υνδερστανδ αν− ιµαλ σεξυαλιτψ. Τηερε ισ, ηοωεϖερ, α δαν− γερ ιν µακινγ σωεεπινγ στατεµεντσ αβουτ ιτσ νατυρε ον τηε βασισ οφ οβσερ− ϖατιονσ οφ α ϖερψ σµαλλ νυµβερ οφ σπε− χιεσ, αλλ οφ τηεµ ωαρµ−βλοοδεδ ϖερτε− βρατεσ, συχη ασ βιρδσ ανδ µαµµαλσ. Το εϖαλυατε τηε ρεσυλτινγ χονχλυσιονσ αβουτ σεξυαλιτψ, ονε µυστ λοοκ ατ α φαρ µορε χοµπρεηενσιϖε ρανγε οφ ϖερτεβρατε σπε− χιεσ. Μυχη οφ µψ οων ρεσεαρχη ηασ χον− χεντρατεδ ον δετερµινινγ ηοω ωελλ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ αππλιεσ το χολδ− βλοοδεδ ρεπτιλεσ ανδ ⇒ση. Συχη ινϖεστιγατιονσ αρε χρυχιαλ φορ ελαβορατινγ α µορε χοµπλετε πιχτυρε οφ ανιµαλ σεξυαλιτψ. Τηε κινδσ οφ σεξυαλ µατυρατιον ανδ βεηαϖιορ φουνδ ιν ανψ παρτιχυλαρ µαµµαλ ορ βιρδ µαψ ρε⇓εχτ τηε υνιθυε αδαπτατιονσ οφ τηατ σπεχιεσ. Σεξυαλ τραιτσ τηατ αρε σηαρεδ βψ µανψ δι⇑ερεντ κινδσ οφ ϖερτεβρατεσ, ιν χον− τραστ, πρεσυµαβλψ δατε φροµ α µορε αν− χιεντ εϖολυτιοναρψ σταγε. Λικεωισε, σεξ− υαλ βεηαϖιορσ (συχη ασ µουντινγ) τηατ αππεαρ ιν βοτη µαλεσ ανδ φεµαλεσ µαψ πρεδατε µορε φαµιλιαρ, σεξ−σπεχι⇒χ µατ− ινγ αχτιϖιτιεσ. Ονλψ βψ κνοωινγ τηε εϖο− λυτιοναρψ ροοτσ οφ σεξυαλιτψ ωιλλ σχιεν− τιστσ βε αβλε το λεαρν τηε ρυλεσ τηατ γοϖ− ερν τηισ οµνιπρεσεντ λιφε προχεσσ. Ωηεν ϖιεωεδ τηρουγη α βροαδενεδ περσπεχτιϖε τηατ εµβραχεσ τηε φυλλ διϖερ− σιτψ οφ ϖερτεβρατε ανιµαλσ, τηε οργανι− ζατιοναλ χονχεπτ χλεαρλψ φαιλσ. Ι σεε ονλψ ονε τρυλψ εσσεντιαλ χοµπονεντ οφ ανι− µαλ σεξυαλιτψ : τηε οργανιζινγ ε⇑εχτσ οφ σεξ στεροιδ ηορµονεσ ον τηε τισσυεσ τηατ µεδιατε ρεπροδυχτιον. Τηε µεχηα− νισµ τηατ διρεχτσ τηοσε ε⇑εχτσ ϖαριεσ χονσιδεραβλψ, ηοωεϖερ. Ιν τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ, τηε σεξ χηροµοσοµεσ εξερτ υλτιµατε χοντρολ οϖερ ωηετηερ αν ανιµαλ δεϖελοπσ ιντο α µαλε ορ α φεµαλε. Ψετ µανψ ⇒ση ανδ ρεπτιλεσ λαχκ σεξ χηροµοσοµεσ. Τηεσε σπεχιεσ δεπενδ ον νονγενετιχ τριγγερσ το γυιδε σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον. Αµονγ συχη σπεχιεσ, αν ινδιϖιδυαλ∏σ γενδερ υσυαλλψ δεπενδσ ον τηε ενϖι− ρονµεντ ιτ εξπεριενχεσ. Ιν σοµε χασεσ, τηε δετερµινινγ φαχτορ ισ τηε τεµπερα− τυρε ατ ωηιχη τηε εµβρψο δεϖελοπσ (τεµ− OVARY OVIDUCT 0F 0M 1M 1F UTERINE ARTERY PLACENTA 2M 2F AMNIOTIC SAC UTERINE HORN ΗΟΡΜΟΝΑΛ ΕΝςΙΡΟΝΜΕΝΤ ιν τηε υτερυσ α⇑εχτσ αδυλτ σεξυαλιτψ ιν µιχε, γερβιλσ ανδ ρατσ. Φεµαλε εµβρψοσ συρρουνδεδ βψ µαλεσ ον βοτη σιδεσ (2Μ φεµαλεσ) αρε εξ− ποσεδ το ηιγηερ λεϖελσ οφ τεστοστερονε τηαν τηοσε τηατ δο νοτ δεϖελοπ νεξτ το α µαλε (0Μ φεµαλεσ). Ματυρε 2Μ φεµαλεσ ηαϖε α µασχυλινιζεδ ανατοµψ; τηεψ αρε αλσο µορε αγγρεσσιϖε ανδ λεσσ αττραχτιϖε το µαλεσ τηαν αρε 0Μ φεµαλεσ. Τηε οπποσιτε, φεµινιζινγ ε⇑εχτ ισ σεεν ιν µαλεσ συρρουνδεδ βψ φεµαλεσ (2Φ µαλεσ). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 111 περατυρε−δεπενδεντ σεξ δετερµινατιον). Ιν οτηερ ινστανχεσ, τηε αδυλτ∏σ σοχιαλ συρ− ρουνδινγσ χοντρολ ιτσ σεξ (βεηαϖιορ−δε− πενδεντ σεξ δετερµινατιον). Χερταιν αν− ιµαλ σπεχιεσ εϖεν δισπενσε ωιτη σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον ανδ ρεπροδυχε ασεξυαλ− λψ, α προχεσσ κνοων ασ παρτηενογενε− σισ. Τηεσε νονγενετιχ µετηοδσ οφ σεξυ− αλ δι⇑ερεντιατιον µαψ βε εϖολυτιοναρψ πρεχυρσορσ οφ τηε χηροµοσοµαλ χοντρολ υσεδ ιν µαµµαλσ. Τεµπερατυρε−δεπενδεντ σεξ δετερµι− νατιον ωασ ιδεντι⇒εδ µορε τηαν 25 ψεαρσ αγο, ωηεν Μαδελινε Χηαρνιερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ ∆ακαρ ιν Σενεγαλ ρε− πορτεδ τηατ τηε τεµπερατυρε ατ ωηιχη ραινβοω λιζαρδ εγγσ αρε ινχυβατεδ γοϖ− ερνσ τηατ ανιµαλ∏σ σεξ ρατιο. Ιν τηε λατε 1970σ ϑαµεσ ϑ. Βυλλ ανδ Ριχηαρδ ςογτ, τηεν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωισχονσιν, χονχλυσιϖελψ δεµονστρατεδ τηατ τεµπερ− ατυρε αχτιϖατεσ σοµε ασ ψετ υνκνοων σεξ−δετερµινινγ µεχηανισµ. Σχιεντιστσ νοω κνοω τηατ τεµπερα− τυρε χοντρολσ γενδερ ιν µανψ κινδσ οφ ρεπτιλεσ, ινχλυδινγ αλλ χροχοδιλιανσ, µανψ τυρτλεσ ανδ σοµε λιζαρδσ. Αλτηουγη αλλ τεµπερατυρε−δεπενδεντ ρεπτιλεσ λαχκ σεξ χηροµοσοµεσ, τηειρ γενδερ, ονχε σετ, ρεµαινσ περµανεντ τηρουγηουτ τηειρ λιφε. Ιν τηεσε σπεχιεσ, σεξ δετερµινατιον οχχυρσ ιν τηε µιδδλε οφ εµβρψολογιχαλ δεϖελοπµεντ, χοινχιδινγ ωιτη τηε διφ− φερεντιατιον οφ τηε γοναδσ. Τεµπερατυρε ρεγυλατιον οφ σεξυαλιτψ τακεσ πλαχε ιν αν αλλ−ορ−νοτηινγ φασηιον. Ιντερµεδιατε τεµπερατυρεσ δο νοτ προ− δυχε ηερµαπηροδιτεσ; ρατηερ τηεψ ρε− συλτ ιν α µορε εϖενλψ βαλανχεδ σεξ ρα− τιο. Τηισ παττερν ινδιχατεσ τηατ τεµπερ− ατυρε αχτιϖατεσ α βιολογιχαλ σωιτχη τηατ δετερµινεσ γοναδαλ σεξ. Ι ηαϖε στυδιεδ τηισ πηενοµενον ιν χονϕυνχτιον ωιτη Βυλλ, ϑυδιτη Μ. Βεργερον οφ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Τεξασ ατ Αυστιν ανδ Τηανε Ωιβ− βελσ, νοω ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αλαβαµα ατ Βιρµινγηαµ. Ωε φουνδ τηατ τεµπερ− ατυρε αχτσ βψ µοδιφψινγ τηε διστριβυ− τιον οφ ενζψµεσ ανδ ηορµονε ρεχεπ− τορσ, ινχλυδινγ εστρογεν ανδ ανδρογεν ρεχεπτορσ, ιν τηε γροωινγ εµβρψο. Ι ν τηε λεοπαρδ γεχκο, λοω ανδ ηιγη ινχυβατιον τεµπερατυρεσ προδυχε φεµαλεσ, ωηερεασ ιντερµεδιατε τεµ− περατυρεσ ψιελδ µαλεσ (δι⇑ερεντ πατ− τερνσ πρεϖαιλ ιν οτηερ σπεχιεσ). Ωορκινγ ωιτη Βυλλ ανδ Ωιλλιαµ Η. Ν. Γυτζκε, νοω ατ Μεµπηισ Στατε Υνιϖερσιτψ, Ι αδ− µινιστερεδ εστρογεν το γεχκο εγγσ εαρλψ ιν δεϖελοπµεντ. Τηε εστρογεν οϖερροδε τηε µαλε−δετερµινινγ τεµπερατυρεσ σο τηατ αλλ οφ τηε ψουνγ ηαδ οϖαριεσ. Ατ τεµπερατυρεσ χλοσε το τηοσε τηατ προδυχε φεµαλεσ, λοωερ δοσαγεσ οφ εσ− τρογεν συ⇔χε το ινδυχε τηε φορµατιον οφ οϖαριεσ. Βεργερον, Ωιββελσ ανδ Ι ρε− χεντλψ ρεχογνιζεδ τηατ χηεµιχαλσ τηατ 112 ινηιβιτ τηε προδυχτιον οφ εστρογενσ ανδ ανδρογενσ χαν πρεϖεντ αν εµβρψο φροµ δεϖελοπινγ τηε υσυαλ, τεµπερατυρε−χον− τρολλεδ µαλε ορ φεµαλε γοναδσ. Ιτ σεεµσ τηατ σεξ ηορµονεσ φυνχτιον ασ τηε πηψσ− ιολογιχαλ εθυιϖαλεντ οφ ινχυβατιον τεµ− περατυρεσ αµονγ σπεχιεσ τηατ υτιλιζε τεµπερατυρε σεξ δετερµινατιον. Τηε τεµπερατυρε ατ ωηιχη λεοπαρδ γεχκο εγγσ αρε ινχυβατεδ ηασ α περµα− νεντ ιµπριντ ον αδυλτ σεξυαλιτψ. Αλαν Τουσιγναντ, α γραδυατε στυδεντ οφ µινε, ανδ Ι φουνδ τηατ φεµαλεσ φροµ εγγσ ιν− χυβατεδ ατ ρελατιϖελψ χοολ τεµπερατυρεσ µατυρε φαστερ τηαν τηοσε τηατ δεϖελοπ ατ ωαρµερ, πρεδοµιναντλψ µαλε−προ− δυχινγ τεµπερατυρεσ. ∆εβοραη Φλορεσ, ανοτηερ γραδυατε στυδεντ, ανδ Ι δετερ− µινεδ τηατ φεµαλε γεχκοσ φροµ µαλε− βιασεδ ινχυβατιον τεµπερατυρεσ αρε λεσσ αττραχτιϖε το µαλεσ τηαν αρε φεµαλεσ φροµ φεµαλε−βιασεδ τεµπερατυρεσ. Βοτη µαλε ανδ φεµαλε λεοπαρδ γεχκ− οσ αρε µορε αγγρεσσιϖε ιφ τηεψ εξπερι− ενχεδ ηιγη τεµπερατυρεσ δυρινγ ινχυ− βατιον ανδ αρε µορε συβµισσιϖε ιφ τηεψ εξπεριενχεδ λοω τεµπερατυρεσ. Φυρτηερ, φεµαλεσ τηατ ινχυβατεδ ατ µαλε−βιασεδ τεµπερατυρεσ δεϖελοπ πυβιχ γλανδσ ηαϖ− ινγ πατεντ πορεσ σιµιλαρ το τηοσε φουνδ ιν µαλεσ; φεµαλεσ τηατ δεϖελοπεδ ατ φε− µαλε−βιασεδ τεµπερατυρεσ ηαϖε σµαλλερ γλανδσ ανδ χλοσεδ πορεσ. Ιν γενεραλ, τηε χιρχυλατινγ χονχεντρατιονσ οφ ανδρο− γενσ ιν αδυλτ φεµαλεσ αρε λοωερ τηαν τηοσε ιν αδυλτ µαλεσ. Βυτ τηε ανδρογεν λεϖελσ ιν φεµαλεσ φροµ µαλε−βιασεδ τεµ− περατυρεσ αρε ηιγηερ, ανδ εστρογεν λεϖ− ελσ λοωερ, τηαν ιν τηοσε τηατ δεϖελοπεδ ατ φεµαλε−βιασεδ τεµπερατυρεσ. Ιτ σεεµσ τηατ αδυλτ βεηαϖιορ ανδ σεξυαλ χηεµισ− τρψ ρε⇓εχτ αν ινδιϖιδυαλ∏σ εαρλψ, τεµπερα− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 τυρε−µοδυλατεδ ηορµοναλ ενϖιρονµεντ. Τεµπερατυρε−δεπενδεντ σεξ δετερµι− νατιον µαψ βε αν εϖολυτιοναρψ πρεχυρ− σορ το τηε γενετιχ χοντρολ οφ γενδερ φουνδ ιν µαµµαλσ. Ιφ σο, ρελιχσ οφ τεµ− περατυρε−σενσιτιϖε βεηαϖιορ µιγητ συρ− ϖιϖε ιν σοµε ηιγηερ ϖερτεβρατεσ. Σεϖεραλ ωορκερσ, ινχλυδινγ Εϖελψν Σατινο⇑ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ ανδ Χηριστιανα Λ. Ωιλλιαµσ οφ Ηυντερ Χολλεγε, ρεπορτ τηατ µοδιφψινγ τηε τεµπερατυρε δραστι− χαλλψ ιν⇓υενχεσ τηε βεηαϖιορ οφ ρατ πυπσ. Τηισ ⇒νδινγ ηιντσ τηατ εϖεν ιν µαµ− µαλσ τεµπερατυρε χηανγεσ µαψ µοδυ− λατε τηε οργανιζινγ ε⇑εχτσ οφ στεροιδ ηορµονεσ. Περηαπσ τηε φαιρλψ χονσταντ βοδψ τεµπερατυρεσ οφ ωαρµ−βλοοδεδ ανιµαλσ µασκ α συρϖιϖινγ µεχηανισµ ωηερεβψ τεµπερατυρε χαν α⇑εχτ τηε σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον οφ τηε φετυσ. Α µονγ τεµπερατυρε−δεπενδεντ σπεχιεσ, σεξ ρεµαινσ ⇒ξεδ ονχε ιτ ισ σετ. Βυτ σπεχιεσ τηατ εξπερι− ενχε βεηαϖιορ−δεπενδεντ σεξ δετερµι− νατιον, τηε οτηερ µαιν φορµ οφ νον− γενετιχ χοντρολ οφ γενδερ, στραψ εϖεν φυρτηερ φροµ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ ανδ φροµ γενετιχαλλψ δετερµινεδ σεξ. Ιν µοστ χασεσ, τηεσε ανιµαλσ αρε ηερ− µαπηροδιτεσ∇τηατ ισ, ινδιϖιδυαλσ τηατ ποσσεσσ βοτη µαλε ανδ φεµαλε γοναδσ. Τηε σοχιαλ ενϖιρονµεντ χοντρολσ ωηετη− ερ αν ινδιϖιδυαλ τακεσ ον α µαλε ορ φε− µαλε ρεπροδυχτιϖε ρολε; ιν οτηερ ωορδσ, σενσορψ στιµυλι ρατηερ τηαν χηροµο− σοµεσ διρεχτ σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον. Εϖεν σο, ηερµαπηροδιτιχ σπεχιεσ σηαρε µανψ χηεµιχαλ ανδ βεηαϖιοραλ χηαραχτεριστιχσ ωιτη ωαρµ−βλοοδεδ ϖερτεβρατεσ. Σοµε βεηαϖιορ−δεπενδεντ σπεχιεσ οφ ⇒ση αρε σεθυεντιαλ ηερµαπηροδιτεσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. 100 INDIVIDUALS RESPONDING TO STIMULUS (PERCENT) MALES (PERCENT ) 100 50 0 80 60 40 20 ATTRACTIVENESS LOW HIGH INCUBATION TEMPERATURE AGGRESSIVENESS 0 MANY LIZARDS, ALLIGATORS MANY TURTLES LEOPARD GECKO, SNAPPING TURTLE, CROCODILES 26 30 34 INCUBATION TEMPERATURE (CELSIUS) ΙΝΧΥΒΑΤΙΟΝ ΤΕΜΠΕΡΑΤΥΡΕ οφ εµβρψοσ δετερµινεσ τηε σεξ ρατιο ιν µανψ κινδσ οφ ρεπτιλεσ. ∆επενδινγ ον τηε σπεχιεσ, τηε εµβρψοσ δεϖελοπ ιντο µαλεσ πρεδοµι− ναντλψ ατ λοω, ιντερµεδιατε ορ ηιγη τεµπερατυρεσ (αβοϖε, λεφτ ). Αµονγ φεµαλε λεοπ− αρδ γεχκοσ, ωαρµερ ινχυβατιον τεµπερατυρεσ (υπ το 32.5 δεγρεεσ Χελσιυσ) ενγενδερ ηειγητενεδ αγγρεσσιϖενεσσ ανδ ρεδυχεδ αττραχτιϖενεσσ το µαλεσ (αβοϖε, ριγητ ). Τηε πηοτογραπη (φαρ λεφτ ) σηοωσ νορµαλ χουρτσηιπ αµονγ λεοπαρδ γεχκοσ. Τηεσε χρεατυρεσ χηανγε φροµ ονε σεξ το ανοτηερ δυρινγ τηειρ λιφετιµε βυτ εξ− πρεσσ ονλψ ονε γοναδαλ σεξ ατ ανψ γιϖεν τιµε. Ορανγε ανδ ωηιτε ανεµονε ⇒ση αρε βορν µαλε ανδ λατερ δεϖελοπ ιντο φεµαλεσ. Χερταιν χοραλ ρεεφ ⇒ση ιν τηε Παχι⇒χ Οχεαν ανδ ιν τηε Χαριββεαν Σεα φολλοω τηε οπποσιτε χουρσε, σταρτινγ ουτ φεµαλε ανδ βεχοµινγ µαλε. Τηε τιµινγ οφ τηε σεξ χηανγε δεπενδσ ον α σοχιαλ τριγγερ, συχη ασ τηε δισαππεαρανχε οφ α δοµιναντ µαλε ορ φεµαλε. Οτηερ ⇒ση σπεχιεσ αρε σιµυλτανεουσ− λψ ηερµαπηροδιτιχ, µεανινγ τηεψ ποσ− σεσσ α γοναδ χονταινινγ βοτη οϖαριαν ανδ τεστιχυλαρ τισσυε. Ιντερεστινγλψ, ινδι− ϖιδυαλσ οφ τηεσε σπεχιεσ αλµοστ νεϖερ φερτιλιζε τηειρ οων εγγσ. Ινστεαδ τηεψ χοντινυε το µατε, περηαπσ σο ασ το ρε− ταιν τηε αδϖανταγεσ οφ γενετιχ διϖερσιτψ προϖιδεδ βψ σεξυαλ ρεπροδυχτιον. Εριχ Α. Φισχηερ, τηεν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωασηινγτον, σηοωεδ τηατ µατινγ παιρσ οφ ηερµαπηροδιτιχ βυττερ ηαµλετ αλτερ− νατε βετωεεν µαλε ανδ φεµαλε βεηαϖ− ιοραλ ρολεσ δυρινγ συχχεσσιϖε µατινγσ. Τηε σεξ εξπρεσσεδ βψ αν ινδιϖιδυαλ ⇒ση δεπενδσ ον ιτσ σοχιαλ συρρουνδινγσ. Ηοω δο σεθυεντιαλλψ ηερµαπηροδιτιχ ⇒ση αχχοµπλιση τηειρ γενδερ σωιτχη? Συχη σπεχιεσ µαψ χηανγε φροµ µαλε το φεµαλε σεξυαλ βεηαϖιορ ωιτηιν µινυτεσ αφτερ ωιτνεσσινγ αν αππροπριατε χηανγε ιν τηε νυµβερ ορ σοχιαλ στρυχτυρε οφ τηε συρρουνδινγ ⇒ση. Τηατ ραπιδ τρανσφορ− µατιον µυστ ρεσυλτ φροµ σιγναλσ οριγι− νατινγ ιν τηε βραιν. Νευραλ χοννεχτιονσ βετωεεν τηε ηψποτηαλαµυσ ανδ τηε γο− ναδσ εξιστ ιν αλλ ϖερτεβρατεσ. Λεο Σ. ∆εµ− σκι οφ Νεω Χολλεγε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Σουτη Φλοριδα οβσερϖεδ τηατ ελεχτριχαλ στιµυλατιον ιν τηε ηψποτηαλαµυσ ρε− Copyright 1994 Scientific American, Inc. γιον οφ τηε βραιν οφ τηε ηερµαπηροδιτιχ σεα βασσ χαν ινδυχε τηε ρελεασε οφ εγγσ ορ σπερµ. Περηαπσ ιν σεθυεντιαλ ηερ− µαπηροδιτεσ τηεσε νερϖεσ αλτερ τηε ηορ− µοναλ ενϖιρονµεντ ωιτηιν τηε γοναδ; τηε ηορµονεσ, ιν τυρν, χαρρψ τηε υλτι− µατε ρεσπονσιβιλιτψ φορ εξεχυτινγ χηανγ− εσ ιν σεξυαλιτψ. Λεσσ οβϖιουσ κινδσ οφ βραιν−χοντρολλεδ χηανγεσ ιν σεξυαλιτψ µαψ οχχυρ ιν οτηερ ανιµαλσ. Παρτηενογενεσισ, ορ σελφ−χλονινγ, οφ− φερσ ψετ ανοτηερ αλτερνατιϖε το γενετι− χαλλψ δετερµινεδ ρεπροδυχτιϖε ρολεσ. Τηε σπεχιεσ τηατ περφορµ τηισ κινδ οφ ρεπλι− χατιον χονσιστ οφ φεµαλεσ ονλψ. Ονε µιγητ τηινκ τηατ σελφ−χλονινγ σπεχιεσ ωουλδ ηαϖε νο νεεδ οφ ανψ νοτιχεαβλε φορµ οφ σεξυαλ βεηαϖιορ, ψετ συχη ισ νοτ τηε χασε. Σπεχιεσ οφ ωηιπταιλ λιζαρδσ τηατ ρεπροδυχε βψ παρτηενογενεσισ εξηιβιτ ιδεντιχαλ µατινγ βεηαϖιορ το ρελατεδ σπεχιεσ τηατ ενγαγε ιν χονϖεντιοναλ σεξ, εξχεπτ τηατ εαχη ινδιϖιδυαλ αλτερνατεσ βετωεεν µαλε ανδ φεµαλε βεηαϖιορ. Ι ηαϖε δετερµινεδ τηατ τηισ βεηαϖιορ ισ χοντρολλεδ βψ ηορµονεσ, µυχη ασ ιτ ισ ιν ρελατεδ, σεξυαλ σπεχιεσ οφ ωηιπταιλσ. Τηε περσιστενχε οφ σεξυαλ βεηαϖιορ εϖεν ιν αν αλλ−φεµαλε σπεχιεσ ινδιχατεσ τηατ συχη αχτιϖιτψ ισ νοτ ϕυστ α ϖεστιγιαλ τραιτ βυτ ονε τηατ σερϖεσ αν ιµπορταντ βιολογιχαλ φυνχτιον [σεε Χουρτσηιπ ιν Υνισεξυαλ Λιζαρδσ: Α Μοδελ φορ Βραιν Εϖολυτιον, βψ ∆αϖιδ Χρεωσ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ∆εχεµβερ 1987]. Αµονγ ωηιπταιλ λιζαρδσ, σεξυαλ ιντεραχτιονσ χαυσε τηε ανιµαλσ το λαψ µανψ µορε εγγσ τηαν τηεψ ωουλδ ιφ τηεψ ωερε αλονε. Μψ στυδιεσ οφ ανιµαλ σεξυαλιτψ ηαϖε χονϖινχεδ µε τηατ χοορδινατεδ, χοµ− πλεµενταρψ, µαλε ανδ φεµαλε βεηαϖιορσ αρε χρυχιαλ φορ ηεαλτηψ ρεπροδυχτιον, εϖεν ιν σινγλε−σεξ σπεχιεσ. Ιτ ισ νοτεωορ− τηψ τηατ ιν χερταιν χονϖεντιοναλ µαλε− ανδ−φεµαλε σπεχιεσ, µεµβερσ οφ ονε σεξ µαψ τυρν συχη χοορδινατιον το τηειρ αδ− ϖανταγε βψ ιµιτατινγ µεµβερσ οφ τηε οπποσιτε σεξ. Συχη αχτιϖιτψ µαψ βε τηουγητ οφ ασ ανοτηερ νονγενετιχ φορµ οφ σεξυαλ δι⇑ερεντιατιον. Τηε βλυεγιλλ συν⇒ση ενγαγεσ ιν αν ιν− τριγυινγ φορµ οφ συχη γενδερ βενδινγ. Ωαλλαχε ∆οµινεψ, ωηιλε ατ Χορνελλ Υνι− ϖερσιτψ, ανδ Μαρτ Ρ. Γροσσ, νοω ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τοροντο, ινδεπενδεντ− λψ δισχερνεδ τηατ µαλε βλυεγιλλ συν⇒ση εξιστ ιν τηρεε δι⇑ερεντ φορµσ. Λαργε, χολορφυλ µαλεσ χουρτ φεµαλεσ ανδ δε− φενδ τηειρ τερριτοριεσ. Α σεχονδ κινδ οφ µαλε∇οφτεν κνοων ασ α σνεακερ∇ βεχοµεσ σεξυαλλψ µατυρε ατ α µυχη ψουνγερ αγε ανδ σµαλλερ σιζε. Τηεσε σµαλλ µαλεσ λιϖε ον τηε περιπηερψ οφ α βιγγερ µαλε∏σ τερριτορψ ανδ χλανδεστινε− λψ µατε ωιτη φεµαλεσ ωηιλε τηε δοµι− ναντ µαλε ισ οτηερωισε οχχυπιεδ. Σνεακερ µαλεσ µατυρε ιντο α τηιρδ κινδ οφ µαλε, ονε τηατ ασσυµεσ τηε βε− ηαϖιορ ανδ δραβ χολορατιον οφ α φεµαλε συν⇒ση. Τηεσε φεµαλε µιµιχσ ιντερϖενε ΒΡΑΙΝ ΣΤΡΥΧΤΥΡΕ ηασ βεεν λινκεδ το σεξυαλ βεηαϖιορ ιν µανψ σπεχιεσ. Τηεσε ιµ− αγεσ σηοω νευραλ διφφερενχεσ ιν τηε πρεοπτιχ ρεγιον οφ φεµαλε ( λεφτ ) ανδ µαλε (ριγητ ) γερβιλ βραινσ. Τηατ ρεγιον ισ ινϖολϖεδ ιν τηε χοντρολ οφ µασχυλινε χοπυλατορψ βε− ηαϖιορ ανδ σχεντ µαρκινγ, βεηαϖιορσ ινφλυενχεδ βψ ανδρογενιχ ηορµονεσ. Φεµαλεσ γιϖεν ανδρογενσ εαρλψ ιν λιφε δεϖελοπ µασχυλινε βραιν στρυχτυρεσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 113 ΣΕΞΥΑΛ ΒΕΗΑςΙΟΡ δοεσ νοτ αλωαψσ χλεαϖε νεατλψ ιντο µαλε ανδ φεµαλε χατεγοριεσ. Φεµαλε σποττεδ ηψενασ, συχη ασ τηισ ονε ωιτη α χυβ (λεφτ ), ηαϖε µανψ µαλε βεηαϖιοραλ ανδ πηψσι− βετωεεν α τερριτοριαλ µαλε ανδ τηε φε− µαλε ηε ισ χουρτινγ. Τηε φεµαλε µιµιχ, ρατηερ τηαν τηε χουρτινγ µαλε, υσυαλλψ ενδσ υπ φερτιλιζινγ τηε εγγσ. Μαλε ρεδ−σιδεδ γαρτερ σνακεσ εναχτ α σιµιλαρ φορµ οφ σεξυαλ µιµιχρψ. Ατ τιµεσ οφ πεακ σεξυαλ αχτιϖιτψ, µαλεσ χονγρεγατε αρουνδ φεµαλεσ, φορµινγ α σο−χαλλεδ µατινγ βαλλ. Ροβερτ Τ. Μασον, α φορµερ γραδυατε στυδεντ οφ µινε νοω ατ Ορεγον Στατε Υνιϖερσιτψ, εξαµινεδ µανψ συχη βαλλσ. Ηε φουνδ τηατ ιν 16 περχεντ οφ τηε βαλλσ, τηε σνακε βεινγ χουρτεδ βψ τηε µαλεσ ωασ ιν φαχτ α δισ− γυισεδ µαλε, ωηιχη ωε χαλλ α σηε−µαλε. Σηε−µαλεσ ηαϖε τεστεσ τηατ προδυχε νορµαλ σπερµ, ανδ τηεψ χουρτ ανδ µατε ωιτη φεµαλεσ. Βυτ ιν αδδιτιον το εξηιβιτ− ινγ µαλε−τψπιχαλ βεηαϖιορσ, σηε−µαλεσ προδυχε τηε σαµε αττραχτιϖενεσσ πηερ− οµονε ασ δο αδυλτ φεµαλεσ. Ιν τηε µατ− ινγ βαλλ, τηισ σεχονδ σουρχε οφ τηε πηερ− οµονε χονφυσεσ τηε µορε πρεϖαλεντ χονϖεντιοναλ µαλεσ, γιϖινγ τηε σηε−µαλε α δεχιδεδ µατινγ αδϖανταγε. Ν υµερουσ στυδιεσ οφ λοωερ ϖερτε− βρατεσ χλεαρλψ δεµονστρατε τηατ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ ωε ηαϖε ουτλινεδ ηερε ο⇑ερσ αν ινχοµ− πλετε πιχτυρε οφ ανιµαλ σεξυαλιτψ. Ι προ− ποσε τηατ α σλιγητλψ βροαδερ ϖιεω χουλδ ενχοµπασσ αλλ ϖερτεβρατεσ. Ι λοοκ βε− ψονδ τηε κινδ οφ γενετιχαλλψ δετερµινεδ σεξυαλιτψ ενχοµπασσεδ ιν τηε οργανιζα− τιοναλ χονχεπτ τοωαρδ α µορε χοµπρε− ηενσιϖε, εϖολυτιοναρψ ϖιεω οφ σεξυαλιτψ. Τηατ ϖιεω βυιλδσ ον τηε νοτιον τηατ µαλεσ µοστ χερταινλψ εϖολϖεδ ονλψ αφτερ τηε εϖολυτιον οφ τηε ⇒ρστ σελφ−ρεπλιχατ− ινγ (ανδ ηενχε φεµαλε) οργανισµσ. Ιν τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ τηε φε− µαλε ισ τηε δεφαυλτ σεξ ανδ τηε µαλε τηε οργανιζεδ σεξ, ιµποσεδ ον τηε φε− µαλε βψ τηε αχτιον οφ ηορµονεσ. Ιν µψ αλτερνατιϖε σχεναριο, τηε φεµαλε ισ τηε 114 χαλ αττριβυτεσ, ινχλυδινγ α πενισλικε χλιτορισ υσεδ ιν γρεετινγ δισπλαψσ. Παιρσ οφ ηερµαπηροδιτιχ βυττερ ηαµλετ (ριγητ ) ρε− πεατεδλψ τραδε γενδερ ρολεσ δυρινγ µατινγ. ανχεστραλ σεξ ανδ τηε µαλε τηε δεριϖεδ σεξ. Χονσιδερ ηερµαπηροδιτιχ ⇒σηεσ. ∆ουγλασ Ψ. Σηαπιρο οφ Εαστερν Μιχηιγαν Υνιϖερσιτψ ηασ φουνδ τηατ ⇒ση σπεχιεσ τηατ αρε βορν µαλε ανδ βεχοµε φεµαλε νεϖερτηελεσσ πασσ τηρουγη α µοδι⇒εδ οϖαριαν σταγε βεφορε δεϖελοπινγ τεστεσ. Το µε, συχη οβσερϖατιονσ συγγεστ τηατ µαλεσ µαψ βε µορε λικε φεµαλεσ τηαν φεµαλεσ αρε λικε µαλεσ. Γιϖεν τηατ εϖερψ µαλε µυστ χονταιν εϖολυτιοναρψ τραχεσ οφ φεµαλενεσσ, βιολ− ογιστσ µιγητ βε ωελλ σερϖεδ το φοχυσ λεσσ ον τηε δι⇑ερενχεσ βετωεεν τηε σεξεσ ανδ µορε ιν τερµσ οφ τηε σιµιλαρ− ιτιεσ. Α λογιχαλ πλαχε το χονχεντρατε τηατ σεαρχη ωουλδ βε τηε σεξ ηορµονεσ τηατ αρε υβιθυιτουσ αµονγ ϖερτεβρατεσ. Σοµε ρεσεαρχη διρεχτεδ αλονγ τηεσε λινεσ ισ ιν φαχτ παψινγ ο⇑. Ενδοχρινολογιστσ ηαϖε φουνδ εϖιδενχε τηατ εστρογεν ανδ προ− γεστερονε, βοτη υσυαλλψ ασσοχιατεδ ονλψ ωιτη φεµαλε σεξυαλ βεηαϖιορ, µαψ φυνχ− τιον αχτιϖελψ ιν τηε σεξυαλιτψ οφ βοτη γενδερσ. Ιν σοµε σπεχιεσ, τεστοστερονε ισ χονϖερτεδ το εστρογεν ιν τηε βραιν; ιν τηοσε σπεχιεσ, εστρογεν αχτιϖατεσ βοτη χοπυλατορψ βεηαϖιορ ιν µαλεσ ανδ σεξυ− αλ ρεχεπτιϖιτψ ιν φεµαλεσ. Ιν σονγβιρδσ, εστρογεν οριγινατεσ πριµαριλψ ιν τηε βραιν, ιµπλψινγ τηατ ιτσ πρεσενχε τραν− σχενδσ γενδερ βουνδαριεσ ανδ ηιντινγ ατ τηε εξιστενχε οφ βραιν−χοντρολλεδ σεξ− υαλιτψ ιν σοµε ηιγηερ ϖερτεβρατεσ. Προγεστερονε ισ γενεραλλψ τηουγητ το ινηιβιτ σεξυαλ αχτιϖιτψ ιν µαλεσ; ιτ εϖεν ηασ βεεν υσεδ ασ α φορµ οφ χηεµιχαλ χαστρατιον ιν φελονψ ραπε χονϖιχτιονσ. Μοστ ρεσεαρχηερσ τηερεφορε ηαϖε ασ− συµεδ τηατ προγεστερονε ηασ νο πλαχε ιν νορµαλ µαλε σεξυαλιτψ. Μαλε ρατσ ανδ ηυµανσ, ηοωεϖερ, σηοω α προνουνχεδ δαιλψ ρηψτηµ ιν προγεστερονε σεχρετιον; πεακ προγεστερονε λεϖελσ οχχυρ ατ τηε ονσετ οφ νιγητ, ωηεν χοπυλατορψ βεηαϖ− ιορ µοστ οφτεν οχχυρσ. ∆ιανε Ωιττ οφ τηε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Μενταλ Ηεαλτη, Λαρ− ρψ Ψουνγ, ονε οφ µψ γραδυατε στυδεντσ, ανδ Ι ρεχεντλψ οβσερϖεδ τηατ πηψσιολογ− ιχαλ δοσαγεσ οφ προγεστερονε χαν ινδυχε χαστρατεδ µαλε ρατσ το ρεσυµε µουντ− ινγ. Μορεοϖερ, ινϕεχτιονσ οφ ΡΥ 486, α ηορµονε τηατ χηεµιχαλλψ νυλλι⇒εσ προ− γεστερονε, ρεδυχεσ σεξυαλ βεηαϖιορ ιν ινταχτ µαλε ρατσ. Λικε εστρογεν, προγεσ− τερονε σεεµσ το βε βοτη α φεµαλε ανδ α µαλε ηορµονε∇αν εϖολυτιοναρψ ρελιχ εξτενδινγ βεψονδ τηε χον⇒νεσ οφ τηε οργανιζατιοναλ χονχεπτ. Φυρτηερ ινϖεστιγατιον οφ τηε σιµιλαρι− τιεσ οφ µαλεσ ανδ φεµαλεσ µαψ τυρν υπ αδδιτιοναλ ινστανχεσ οφ φεµαλε ασ− πεχτσ οφ σεξυαλιτψ τηατ µιγητ βε µορε χορρεχτλψ ϖιεωεδ ασ ανχεστραλ. Συχη ωορκ µαψ ψιελδ µορε χλυεσ αβουτ τηε µοδε οφ αχτιον ανδ εϖολυτιοναρψ ορι− γινσ οφ σεξ στεροιδ ηορµονεσ. Ιτ µαψ αλσο ιλλυµινατε χοννεχτιονσ βετωεεν τηε µεχηανισµσ βψ ωηιχη τεµπερατυρε, βραιν φυνχτιον ανδ γενετιχσ δετερµινε γενδερ. Ιν τηισ ωαψ, ρεσεαρχηερσ ωιλλ αχηιεϖε α δεεπερ ανδ ριχηερ υνδερ− στανδινγ οφ τηε εσσεντιαλ νατυρε οφ σεξ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΦΥΝΧΤΙΟΝΑΛ ΑΣΣΟΧΙΑΤΙΟΝΣ ΙΝ ΒΕΗΑς− ΙΟΡΑΛ ΕΝ∆ΟΧΡΙΝΟΛΟΓΨ. ∆αϖιδ Χρεωσ ιν Μασχυλινιτψ/Φεµινινιτψ: Βασιχ Περσπεχ− τιϖεσ. Εδιτεδ βψ ϑ. Μ. Ρεινισχη, Λ. Α. Ροσενβλυµ ανδ Σ. Α. Σανδερσ. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1987. ΒΕΗΑςΙΟΡΑΛ ΕΝ∆ΟΧΡΙΝΟΛΟΓΨ. ϑιλλ Β. Βεχκερ, Σ. Μαρχ Βρεεδλοϖε ανδ ∆αϖιδ Χρεωσ. ΜΙΤ Πρεσσ, 1992. ΤΗΕ ΟΡΓΑΝΙΖΑΤΙΟΝΑΛ ΧΟΝΧΕΠΤ ΑΝ∆ ςΕΡΤΕΒΡΑΤΕΣ ΩΙΤΗΟΥΤ ΣΕΞ ΧΗΡΟΜΟ− ΣΟΜΕΣ. ∆αϖιδ Χρεωσ ιν Βραιν, Βεηαϖιορ ανδ Εϖολυτιον, ςολ. 42, Νοσ. 4∠5, παγεσ 202∠214; Οχτοβερ 1993. ΤΗΕ ∆ΙΦΦΕΡΕΝΧΕΣ ΒΕΤΩΕΕΝ ΤΗΕ ΣΕΞΕΣ. Εδιτεδ βψ Ρ. ς. Σηορτ ανδ Ε. Βαλαβαν. Χαµβριδγε Υνιϖερσιτψ Πρεσσ ( ιν πρεσσ). Copyright 1994 Scientific American, Inc. World Linguistic Diversity The ancestor of each language was taken to its current territory by pioneers, farmers, traders or a conquering elite. Multidisciplinary studies are clarifying their respective roles by Colin Renfrew T he Greek historian Herodotus reports that Psamtik, a seventh-century pharaoh of Egypt, arranged that two newborn babies should be reared in isolation until their first words together could be heard. Their first recorded utterance was bekos. This the pharaoh’s scribes discovered to be the word for bread in Phrygian, a language of Anatolia. They concluded that Phrygian was the original language of the earth. Unfortunately, this fanciful experiment seems to have set the standard for later inquiries. By the 19th century speculation on the origin of language had become so vacuous that the Société de Linguistique of Paris banned the subject from its discussions. Today, at last, advances in archaeology, genetics and linguistics itself are opening a way to a plausible account of the diversity of the world’s languages. Many aspects of the problem are still highly controversial, and any attempt at a synthesis can be merely tentative, but the broad features of the process by which languages evolve have begun to be discernible. History provides a secure foundation for the creation of a reasonable hypothesis. For more than 200 years, linguists have recognized that some languages have such similarities in vocabulary, grammar, the formation of words and the use of sounds that they must stem from a common ancestor. These ancestral alliances they termed language families. The most famous early classifica- COLIN RENFREW is Disney Professor of Archaeology at the University of Cambridge and Master of Jesus College there; he also directs the McDonald Institute for Archaeological Research. He has conducted excavations in Greece and the British Isles. His previous articles for Scientific American were on radiocarbon dating, the obsidian trade, the megalithic monuments of Europe and the origins of Indo-European languages. In 1991 he was made Lord Renfrew of Kaimsthorn. 116 tion of this kind was undertaken in 1786 by Sir William Jones, a British judge at the High Court in Calcutta, who observed relationships between Sanskrit, Greek, Latin, Gothic and Persian. Common words and grammatical features suggested to Jones that the languages had “sprung from some common source.” This family is now known as Indo-European. S ubsequent generations have refined and elaborated the analytical methods that Jones employed. At present, the discipline of historical linguistics to which Indo-European research has given rise systematically compares the languages that belong to a family. The comparison enables workers to reconstruct a hypothetical ancestor tongue, called a protolanguage. This problem of inferring patterns of descent from data observed in the present is also found in evolutionary biology. Biologists have traditionally attempted to reconstruct the genetic relationships among species by studying anatomic and physiological evidence. In recent decades the search has extended to the molecular level. There investigators decipher the line of descent of specific nucleotide sequences in DNA. In each case, the systematic study produces a classification, or taxonomy, entirely based on information currently observable. Such classification is phenetic, or based on overall appearances. Often the relative similarity of taxonomic units can be diagramed in the form of a tree. Since Charles Darwin, most workers in historical disciplines, including historical linguistics and paleontology, have tended to equate such a tree with the evolutionary process that led to the current situation. In other words, they have equated the phenetic tree with the phylogenetic tree. This conflation rests on the strength of several central assumptions. The most important of them is that evolutionary change occurs at a steady, constant rate. As time passes, forms that SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 had become separated steadily diverge from one another, and innovations in vocabulary arise. The assumption of a relatively steady rate of change is crucial because di›erential change obscures the branching pattern. Imagine, for instance, that Danish split o› from English and German before those two languages themselves diverged. The true phylogeny would then place English and German on one branch and Danish on another. If German and Danish, however, have altered little, whereas English has changed a lot, a linguist without other points of comparison might mistakenly place German and Danish together, apart from English. Another assumption is that shared descent, not independent factors that force convergence, accounts for the similarities. In the linguistic context, convergence occurs when contemporaneous languages influence one another through the borrowing of words, phrases and grammatical forms. The almost universal use of the American idiom “O.K.” in northern Europe is an example of convergence. Because borrowing rarely a›ects the most basic elements of a language, workers can usually recognize it. The problem in doing so consists in establishing standards of proof. Within the discipline of linguistics, enthusiasm for a universal view of the evolution of language is far from unanimous. For many years, it has been possible to recognize two opposing schools of thought among scholars in the field : the “splitters” and the “lumpers.” The splitters tend to emphasize the di›erences that make languages seem unrelated and to split the classification into small, independent units. In their e›orts to rule out spurious relationships, split- LANGUAGES WERE SPREAD by four processes ( from top to bottom ): initial migrations, demographic expansions of farmers, late incursions into the subarctic, and wide-ranging conquest. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΙΝΙΤΙΑΛ ΜΙΓΡΑΤΙΟΝ MAGDALENIAN (NORTHERN FRANCE) 12,000 B.C. ΦΑΡΜΙΝΓ ∆ΙΣΠΕΡΣΑΛ LEVANT 7500 B.C. ΛΑΤΕ ΧΛΙΜΑΤΕ−ΡΕΛΑΤΕ∆ ∆ΙΣΠΕΡΣΑΛ BERING STRAIT 8000 B.C. ΕΛΙΤΕ ∆ΟΜΙΝΑΝΧΕ GENGHIS KHAN A.D. 1200 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ters demand that no group of languages be classed as a family until a series of similarities and a¤nities has been shown to exist between them. They insist also that these correspondences be used to reconstruct the protolanguage from which the putative family derives. Lumpers, on the other hand, accept criteria that would allow them to lump many languages together into a few families. Although some lumpers also reconstruct protolanguages, others regard this step as superfluous. Various language families have nonetheless won wide acceptance, among them the Indo-European family; the Afro-Asiatic family (formerly called Hamito-Semitic ), which comprises the Semitic languages and most of the languages of North Africa; and the Uralic family, which includes Finnish and Hungarian. The legitimacy of other groupings, however, is far less clear. I n 1963 the American linguist Joseph H. Greenberg of Stanford University took a significant step toward a unified view by classifying the languages of Africa into just four dominant macrofamilies: the Afro-Asiatic, the Khoisan, the Niger-Kordofanian and the Nilo-Saharan. In fact, he did not undertake the historical reconstruction by means of the comparative method, which many linguists would prefer; instead he operated by a system of multilateral analysis. This method simultaneously examines a number of words in many languages rather than comparing words in just a pair of languages. Despite the reservations of the splitters, Greenberg’s classification for Africa has been followed by many scholars. More recently, he has applied the same procedure to the languages of the Americas, identifying three important families or macrofamilies [see “Linguistic Origins of Native Americans,” by Joseph H. Greenberg and Merritt Ruhlen; SCIENTIFIC AMERICAN, November 1992]. Two of them, the Eskimo-Aleut and the Na-Dene, have found broad support, although his residual category, “Amerind,” which incorporates most of the native languages of the Americas into a single macrofamily, has been widely criticized in what has at times been a sharp, even excoriating, debate. As an archaeologist, I prefer initially to withhold judgment regarding the validity of these macrofamilies, as well as a number of others that the independent linguist Merritt Ruhlen, an undoubted lumper, has advocated. Instead I simply place quotation marks around the controversial ones [see map on opposite page], leaving the question of their nature open while attempting to 118 solve a more concrete puzzle: How did this distribution come about? In recent years, suggestions of an answer have come from two archaeological advances, one bearing on the evolution of our species, the other on the evolution of our culture. The early hominids are now much better understood than they were 20 years ago. No one doubts that it was in Africa, some four or five million years ago, that Australopithecus emerged. In Africa, too, some 1.6 million years ago, there developed the ancestor of us all, Homo erectus, who dispersed to Asia and Europe and whose fossils and artifacts have been found on both continents. Our own species, H. sapiens, certainly split o› from H. erectus and reached its present form—H. sapiens sapiens—more than 100,000 years ago. Most archaeologists now agree that this process of emergence took place exclusively in Africa. An alternative theory holds that the process of transition from H. erectus to H. sapiens was not restricted to Africa; rather it took place over a greater area, including Asia and perhaps Europe. But the genetic evidence favors at present the “out of Africa” theory. Following this concept, then, we can envisage the emergence of H. sapiens sapiens in Africa about 100,000 years ago and the gradual dispersal of our species through the Old World. By 40,000 years ago modern people had colonized the Levant, southern Asia, Europe, central and eastern Asia, New Guinea and Australia. By perhaps as early as 37,000 years ago—and no later than 16,000 years ago—Asian pioneers had crossed the Bering Strait, beginning the settlement of the New World. We must assume that all these people were speaking a language or languages, even if we may have no clear idea what these languages were like. T he second recent archaeological development of relevance is the emphasis on the mechanisms of cultural change. In particular, archaeologists are no longer willing to explain every alteration in early human culture as the result of some ill-defined migration. They have abandoned the simplistic equation between a language, a culture and a “people.” If a migration is to be used as an explanation for a change in decorative art, the appearance of a new religious system or the emergence of a new language, there must be some evidence for the relationship and some understanding of the economic and social processes that gave rise to it. Four principal processes exist by which a language can come to be spoken in a given territory: initial coloniza- SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. tion of an unoccupied region; divergence (as discussed earlier); convergence (also discussed earlier); and language replacement, whereby one language is replaced by another incoming language. If replacement had never occurred, divergence would represent the primary cause of change, and the linguistic map of the world might take the form of a mosaic of small language units. Each language would di›er markedly from its neighbors, ranking as a separate family or, more accurately, as a language isolate. This mosaic, in fact, is apparent in the aboriginal languages of northern Australia, where a large number of language families occupy a small area. ( Farther south in Australia there is a single, embracing language family, Pama-Nyungan. The explanation for its extraordinarily wide distribution is not clear.) This type of mosaic pattern is found among the horticulturalists of New Guinea. And when one studies the aboriginal language maps of California and of parts of South America (while still, for the present, avoiding Greenberg’s “Amerind” classification), one sometimes has a similar impression. So, too, in the Caucasus. But much of the world map is quite di›erent. Large areas of the globe are occupied by single language families, of the kind that could have arisen only Copyright 1994 Scientific American, Inc. SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 119 through a process of replacement. I suggest three simple reasons for this pattern. First, a few families have attained their present extent through the influence of elite dominance. In this model, an incoming minority seizes control of the levers of power and sets itself up as an aristocracy, lending such prestige to its language as to induce the native people to adopt it in preference to their own tongues. Because such minority takeovers imply that the incoming group has some centralized organization, such a hypothesis can apply only in later prehistoric or in historic times, when highly ranked societies had come into existence. For example, in southern China the Chinese language was adopted only in historical times, through the military expansion of the Chinese empire. The spread of Latin throughout much of Europe also conforms to the principle. So does the di›usion of Indo-European languages through Iran, northern India and Pakistan, which may be attributed to the rise of nomad pastoralism in the second millennium B.C. The Altaic languages became dominant in central Asia in medieval times, when mounted warfare swept that region. Most large-area language families, however, may be regarded as the product of population dispersals of two different kinds, although these, too, occurred after the end of the last ice age, some 10,000 years ago. The dispersals involved the introduction of farming, on the one hand, and the penetration 0 0.01 0.02 0.03 of uninhabited areas because of climate changes, on the other. The recent climate-related dispersals tended to populate empty territories north of the 54th parallel, which had not been habitable during the last cold phase of the Pleistocene. The regions now inhabited by speakers of the Eskimo-Aleut languages were probably first occupied only in the past few thousand years. The Uralic-Yukaghir and Chukchi-Kamchatkan languages would have taken up their present territories earlier than this. The case of the Na-Dene languages seems more complicated. As Greenberg has suggested, they probably came to North America before the Eskimo-Aleut speakers yet long after the initial colonization of the Americas. Their way of life represented, I believe, an early adaptation to the tundra environment. Later, when climate or ecological factors rendered the area less hospitable to them, they moved south. Some speakers of Proto-Na-Dene penetrated as far as Arizona and New Mexico. Elite dominance, amplified by horseback riding, accounts for the presence of the cultures related to this language group throughout much of the continent. T he most important single factor in the development of the largearea language families seems to have been replacement by means of farming dispersal. According to this theory, a language family begins its career as a single tongue spoken by foragers who live in an ecosystem that con- 0.04 0.05 0.06 0.07 GENETIC DISTANCE 0.08 0.09 0.10 0.11 FAMILY TREES derived from gene frequencies constructed for various populations of the world constitute an independent body of evidence with which to compare linguistic, archaeological and anthropological models of prehistory. This tree is based on work done by Joanna L. Mountain and her colleagues at Stanford University. 120 SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 tains plants (and perhaps animals ) amenable to domestication. The foragers develop a farming culture that supports them in sedentary habitation, which favors an increased rate of birth, a reduced rate of infant mortality and a greater intensity of food production. The population density increases, assuring the local predominance of the farmers and of their language. In some instances, the presumption can be made that the domesticated crops and herds, together with the techniques by which they are managed, would prove suitable for transplantation into new ecological niches. In such circumstances, the language or languages of the nuclear area will be transmitted along with the plant and animal domesticates. The languages would move as the farming population expands slowly in a wave of advance, known as demic di›usion. Alternatively, the farmers’ language, together with the new agricultural economy, can be adopted by neighboring hunter-gatherer groups through acculturation. The genetic effects of the two mechanisms are significantly di›erent. It is now accepted by and large that the spread of the Bantu languages of Africa (within the Niger-Kordofanian family ) was sustained by demic di›usion. Peter Bellwood of the Australian National University has made the same argument not simply for the Polynesian languages but for the Austronesian languages in general [see “The Austronesian Dispersal and the Origin of Languages,” by Peter Bellwood; SCIENTIFIC AMERICAN, July 1991]. I have argued this case in some detail for the Indo-European languages of Europe [see “The Origins of Indo-European Languages,” by Colin Renfrew; SCIENTIFIC AMERICAN, October 1989]. Some authors have argued that in northwestern Europe the process was less one of population movement than of acculturation, yet if that is so, the linguistic e›ects may have been ultimately the same. Precisely analogous arguments can be advanced for the Afro-Asiatic languages, perhaps for the ElamoDravidian languages as well, and for the initial spread of the Altaic languages within Asia. Of course, these languages, especially the Turkic ones, were later carried much farther by the elite dominance of horseback-riding, nomadic pastoralists. C. F. W. Higham of the University of Otago has recently suggested that comparable arguments would apply to the Austro-Asiatic languages of Southeast Asia ( Munda and Mon-Khmer ). This group is associated with a Southeast Asian focus on the domestication of rice. Copyright 1994 Scientific American, Inc. The Method of Multilateral Comparison A simple comparison of basic vocabulary reveals such major linguistic groupings as the Germanic, Italic and Slavic branches of Indo-European, Uralic-Yukaghir and Basque. SOURCE: Merrit Ruhlen The spread of the Sino-Tibetan languages seems initially to have been associated with the domestication of millet and other cereals in the valley of the Yellow River and only later with that of rice. Naturally, the case for an agricultural expansion of this kind has to be made in detail in each instance. Such inquiries are well within the competence of contemporary archaeology. It is, in fact, generally possible to determine the homeland area of the specific plant or animal domesticates in question and to establish the approximate date of domestication, as well as to document the material record of the dispersal process. The linguistic consequences are of course a matter of inference: prehistoric languages have left no traces in the archaeological record. The dates for these farming dispersals, increasingly well established by radiocarbon dating, are generally rather earlier than those that linguists have tended to assign for the early phase of the language families in question. Yet the logical basis for the linguistic dating has never been established clearly: no reliable system exists for independently dating protolanguages. And what of the language families that could not have been spread by people acting on a relatively recent change in climate, a revolution in agriculture or a wave of conquest ? Such residual tongues, scattered in bits and pieces throughout the world map, must have arrived in their current ranges 122 long ago, during the initial dispersal of modern humans. Among these families are the Khoisan and Nilo-Saharan languages of Africa; the northern and southern Caucasian languages; Basque; the Australian languages; the mosaic of perhaps mutually unrelated languages in New Guinea (“Indo-Pacific”); and the pre-Na-Dene languages of the Americas. This last category is so vast that it without doubt embraces several subfamilies whose distributions have been for the most part determined by subsequent processes, including agricultural dispersal. M olecular genetics can test at least some elements of this overall account of the distribution of languages on the earth. One approach with this method is to compare gene frequencies in various populations and convert these data into a tree, the branches of which represent genetic distance. One can then see to what extent the genetic relationships confirm predictions arising from the above account. Already the out-of-Africa theory for the origin of our own species receives strong confirmation from the family tree based on a sampling of nuclear DNA from a number of living populations [see diagram on preceding page]. Initial dispersals of population into uninhabited territory obviously entail total gene transfer. Agricultural dispersals will involve significant gene flow SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 only when they proceed through demic di›usion; those that propagate by a process of acculturation will leave fainter genetic traces. Language replacement by elite dominance also involves gene flow on only a very limited scale: usually in such cases, it is the males who travel, so that the e›ects on mitochondrial DNA ( inherited only through the female line) will be minimal. The most carefully studied case is the coming of farming to Europe, the map of which shows geographic distribution of gene frequencies along a clear gradient from southeast to northwest. Recent statistical work by Robert R. Sokal of the State University of New York at Stony Brook and his colleagues has provided good evidence for associating a significant part of this gradient to the spread of agriculture from Anatolia. Although this correlation supports the view that an expanding population of farmers brought agriculture into new territories, it does not prove that those farmers spoke some of the original Indo-European dialects. Recently the statistician Guido Barbujani of the University of Padua has conducted a comparable analysis for the other language families whose distribution may be explained by agricultural dispersal from the Levant (such as Afro-Asiatic, Elamo-Dravidian and early Altaic) and has found a similar correspondence. Even more persuasive studies have been carried out in the Pacific, where the spread of the Polynesian lan- Copyright 1994 Scientific American, Inc. guages correlates impressively however, to convey a glimmer of with the genetic evidence. In this real historical processes. This ascase, however, the correlation is sumption is supported by the not surprising, because the Polywork of linguists such as Johannesians were occupying uninhabna Nichols of the University of ited islands. Therefore, their California at Berkeley, who anamovement qualifies both as an lyzes languages according to agricultural dispersal and as an structural features that may have initial dispersal. no genealogical significance. Her Additional supporting evidence interesting recent analysis of from Africa comes from the work structural typology in a large of Laurent Exco¤er of the Universample of the world’s languages sity of Geneva and his colleagues. has led her to put forth three They find a high correspondence stages for the origins of the between the varieties of gamma world’s languages that could harglobulin in blood samples and monize with the sequence I have the language family of the speaksuggested here. ers in question. This is particuShe notes the existence of two larly marked for the Afro-Asiatic kinds of language areas. “Spread languages and lends support to zones” are large areas occupied the picture outlined here. DIRECT EVIDENCE of ancient languages begins only by just one or two language famThe most consistent advocate some 5,000 years ago, with earliest written records, ilies; examples include Europe of the correlation between genet- such as this pictograph inscription from Uruk. (with the Indo-European languagic and linguistic data, however, es) and North Africa (with the Afhas been Luigi Luca Cavalli-Sforro-Asiatic languages). “Residual za of the Stanford University School of vidian and Afro-Asiatic and including zones” are smaller, although each one Medicine [see “Genes, Peoples and Lan- Eskimo-Aleut and Chukchi-Kamchat- harbors a number of long-established guages,” by Luigi Luca Cavalli-Sforza; kan.) Strikingly, these macrofamilies language families; examples are providSCIENTIFIC AMERICAN, November 1991]. also show a good correlation with the ed by the Caucasus and New Guinea. In an ambitious exercise he has com- genetic evidence, as marshaled by Cav- Nichols also sees the spread zones as pared the family tree obtained from alli-Sforza, and indeed with some of the the result of events that followed the molecular genetic data at a world level archaeological evidence for agricultural end of the last glaciation; the residual with a family tree established using dispersals. zones are by and large the relics of earLinguistic lumpers have not yet car- lier initial dispersals. only linguistic data. His study indicates ried the majority of their specialist colMuch more work remains to be done. a fair degree of overlap. leagues with them. Nevertheless, the Nevertheless, a clear convergence is o far I have adduced no linguistic multilateral analysis method of Green- emerging between the archaeological relationships older than about berg draws on a battery of lexical evi- evidence, the genetic evidence and at 10,000 years. Although even this dence that is certainly impressive to least some of the linguistic evidence. It time depth is greater than most lin- the nonspecialist. And the Nostratic would seem, then, that the broad outguists would choose to examine, I have school does set out to use the compar- lines for a major new synthesis are now justified it not so much by means of ative method of historical reconstruc- visible, one that in the coming decade new classifications as by proposing un- tion, for whose omission Greenberg is can be expected to clarify not only the conventionally early dates for well-es- so severely criticized by his colleagues. diversity of language but also that of tablished language families. Now it is The archaeological and genetic argu- genes and cultures. appropriate to go a little further down ments, in fact, harmonize well with the path of the lumpers, to note the hy- some conclusions of the lumpers. The pothetical existence of more embracing success of the rationales indicates that FURTHER READING macrofamilies, such as Amerind and additional work in this direction will be GENES, PEOPLE AND LANGUAGES. Luigi Indo-Pacific. Their origins, presuming worthwhile. Luca Cavalli-Sforza in Scientific Ameriin each case a single protolanguage, Some scholars, notably Ruhlen, have can, Vol. 265, No. 5, pages 104–110; would probably lie well beyond 20,000 even suggested the existence of much November 1991. years ago. wider underlying a¤nities between A GUIDE TO THE WORLD’S LANGUAGES, Perhaps the best-known macrofamily macrofamilies—for instance, between Vol. 1: CLASSIFICATION, WITH POSTSCRIPT. Merritt Ruhlen. Stanford Uniwas worked out by two Russian schol- Amerind and Eurasiatic. Such a hypothversity Press, 1991. ars, the late Vladislav M. Illich-Svitych esis holds that some modern word ARCHAEOLOGY, GENETICS AND LINGUISand Aharon B. Dolgopolsky of the Uni- forms demonstrably derive from the TIC DIVERSITY. Colin Renfrew in Man, versity of Haifa. They have argued that single and ultimate protolanguage spoVol. 27, No. 3, pages 445–478; SeptemIndo-European, Afro-Asiatic, Dravidian, ken by our remote African ancestors in ber 1992. Altaic and Uralic can be classified to- their homeland. A claim of this kind LINGUISTIC DIVERSITY IN SPACE AND gether within a single macrofamily they is di¤cult to test and will be rejected TIME. Johanna Nichols. University of Chicago Press, 1992. called Nostratic ( from the Latin nos- by most linguists. Still, linguistic arguWORLD LANGUAGES AND HUMAN DISPERtras, “our countryman”), which is itself ments for monogenesis do not contraSALS: A MINIMALIST VIEW. Colin Renderived from a Proto-Nostratic language dict the evidence from archaeology, frew in Transition to Modernity: Essays supposedly spoken in the Middle East bioanthropology and molecular geneton Power, Wealth and Belief. Edited by some 15,000 years ago. ( Greenberg has ics for an out-of-Africa origin for our J. A. Hall and I. C. Jarvie. Cambridge defined a similar macrofamily, “Eurasi- species. University Press, 1992. atic,” which di›ers by excluding DraThese are deep waters. They appear, S Copyright 1994 Scientific American, Inc. SCIENTIFIC AMERICAN January 1994 123 Τηε Φιρστ ∆ατα Νετωορκσ The optical telegraph is almost forgotten. Two centuries ago it moved messages over hundreds of kilometers in a few minutes βψ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν ανδ Βϕρν Πεηρσον Π εοπλε υσυαλλψ τηινκ οφ τηε ρισε οφ λαργε−σχαλε χοµµυνιχατιονσ νετ− ωορκσ ασ α 20τη−χεντυρψ πηενοµ− ενον. Μανψ ιν ινδυστριαλιζεδ χουντριεσ χαν ρεµεµβερ ωηεν τελεπηονεσ ⇒ρστ αρριϖεδ ιν τηειρ νειγηβορηοοδ, ανδ το− δαψ∏σ ψουνγ αδυλτσ ωιλλ νο δουβτ τελλ τηειρ γρανδχηιλδρεν αβουτ τηε δαψσ βε− φορε τηε Ιντερνετ. Τηε ⇒ρστ νατιονωιδε νετωορκσ, ηοωεϖερ, ωερε βυιλτ νοτ ιν τηισ χεντυρψ βυτ αλµοστ 200 ψεαρσ αγο. Ωελλ βεφορε τηε ελεχτροµαγνετιχ τελε− γραπη ωασ φυλλψ δεϖελοπεδ, µανψ χουν− τριεσ ιν Ευροπε ηαδ φυλλψ οπερατιοναλ νατιονωιδε χοµµυνιχατιονσ σψστεµσ, εαχη χονσιστινγ οφ ηυνδρεδσ οφ στατιονσ. Τηε ⇒ρστ τωο σψστεµσ ωερε βυιλτ ιν τηε 1790σ βψ τηε Φρενχη χλεργψµαν Χλαυδε Χηαππε ανδ τηε Σωεδιση νοβλε− µαν Αβραηαµ Νιχλασ Εδελχραντζ. Τηειρ πασσιον το δεϖελοπ ανδ βυιλδ ωορκινγ τελεγραπη σψστεµσ ωασ νοτ υνυσυαλ; χουντλεσσ σεριουσ ανδ νοτ−σο−σεριουσ σχιεντιστσ ηαδ δαββλεδ ατ σενδινγ µεσ− σαγεσ οϖερ λονγ διστανχεσ σινχε χλασσιχαλ τιµεσ. Τηε ρεµαρκαβλε φεατ ωασ τηατ βοτη µεν συχχεεδεδ ωηερε εϖερψονε ελσε ηαδ φαιλεδ. Ανδ τηεψ διδ σο υνδερ τηε µοστ χηαλλενγινγ χιρχυµστανχεσ: ιν τηε µιδστ οφ α ϖιολεντ ρεϖολυτιον ιν Φρανχε ανδ α σεριεσ οφ χουπσ δ∏τατ ιν Σωεδεν. ΓΕΡΑΡ∆ ϑ. ΗΟΛΖΜΑΝΝ ανδ Βϑ ΡΝ ΠΕΗΡΣΟΝ στυδιεδ τηε ηιστορψ οφ τελεχοµ− µυνιχατιονσ µετηοδσ ινδεπενδεντλψ φορ µανψ ψεαρσ. Τηεψ δισχοϖερεδ τηειρ χοµ− µον ιντερεστ ιν 1989 ανδ ηαϖε χολλαβο− ρατεδ σινχε τηεν. Ηολζµανν ωορκσ ατ ΑΤ&Τ Βελλ Λαβορατοριεσ ιν Μυρραψ Ηιλλ, Ν.ϑ., ωηερε ηε δοεσ ρεσεαρχη ιν τηε δε− σιγν ανδ ϖεριφιχατιον οφ χοµµυνιχατιονσ προτοχολσ, διστριβυτεδ χοµπυτινγ ανδ χοµπυτερ γραπηιχσ. Ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τεχηνολογψ ιν ∆ελφτ, τηε Νετηερλανδσ, ιν 1979. Πεηρσον ισ χηαιρ οφ τηε δεπαρτµεντ οφ τελεινφορ− µατιχσ ατ τηε Ροψαλ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολ− ογψ ιν Στοχκηολµ ανδ α µεµβερ οφ τηε βοαρδ οφ τηε Σωεδιση Ινστιτυτε οφ Χοµ− πυτερ Σχιενχε. Ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. φροµ Υππσαλα Υνιϖερσιτψ ιν 1975. 124 Χηαππε ωασ 25 ψεαρσ ολδ ον ϑυλψ 14, 1789, ωηεν τηε στορµινγ οφ τηε Βαστιλλε ραισεδ τηε χυρταιν ον τηε Φρενχη Ρεϖο− λυτιον. Ηε ηαδ στυδιεδ φορ τηε χλεργψ, βυτ ιν Νοϖεµβερ ηε λοστ ηισ ρελιγιουσ βενε⇒χεσ ανδ ηαδ το ρετυρν το ηισ πλαχε οφ βιρτη, Βρλον, νεαρ Λε Μανσ. Ιν τηε τυρµοιλ οφ τηε ρεϖολυτιον, ηισ φουρ βροτη− ερσ, Ιγναχε, Ρεν, Πιερρε−Φρανοισ ανδ Αβραηαµ, αλσο λοστ τηειρ λιϖελιηοοδσ ανδ ρετυρνεδ ηοµε. Φορτυνατελψ, Χηαππε∏σ φαµιλψ ωασ νοτ ωιτηουτ µεανσ, ανδ Χλαυδε βεγαν το σπενδ ηισ τιµε ον εξ− περιµεντσ ιν πηψσιχσ, ωιτη τηε ηελπ οφ ηισ βροτηερσ. Ηισ ινϖεστιγατιονσ σοον εαρνεδ ηιµ α µεµβερσηιπ ιν τηε Σοχι− τ Πηιλοµατιθυε, α σοχιετψ οφ πηψσιχιστσ ιν Παρισ. Βετωεεν 1789 ανδ 1793 ηε πυβλισηεδ ⇒ϖε παπερσ ον πηψσιχσ ανδ ρεπεατεδλψ τουχηεδ ον τηε προβλεµ οφ τρανσµιττινγ ελεχτριχαλ ιµπυλσεσ τηρουγη ωιρεσ. Αλτηουγη συχχεσσ ηαδ βεεν ρε− πορτεδ ελσεωηερε, τηε πρινχιπλεσ οφ ελεχ− τριχιτψ ωερε νοτ υνδερστοοδ ωελλ ενουγη το αλλοω ανψονε το βυιλδ α πραχτιχαλ τελεγραπη. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Περηαπσ φρυστρατεδ βψ ηισ αττεµπτσ το µακε α ωορκινγ ελεχτριχαλ τελεγραπη, Χηαππε τυρνεδ το οπτιχαλ αλτερνατιϖεσ. Ον Μαρχη 2, 1791, ηε γαϖε α πυβλιχ δεµονστρατιον οφ ηισ ⇒ρστ σψστεµ. Εαχη στατιον χονσιστεδ σιµπλψ οφ α µοδι⇒εδ πενδυλυµ χλοχκ ανδ α λαργε πανελ παιντεδ βλαχκ ον ονε σιδε ανδ ωηιτε ον τηε οτηερ. Τηε χλοχκφαχεσ ωερε διϖιδεδ ιντο 10 παρτσ, εαχη υσεδ το δεσιγνατε α νυµβερ. Α σινγλε ηανδ, ορ ποιντερ, µαδε ονε χοµπλετε ροτατιον οφ τηε χλοχκφαχε ατ λεαστ τωιχε α µινυτε. Ατ τηε σταρτ οφ α τρανσµισσιον, τηε σενδερ τυρνεδ τηε πανελ το ινδιχατε ωηεν τηε ηανδ οφ ηισ χλοχκ ρεαχηεδ τηε ζενιτη; τηατ αλλοωεδ τηε ρεχειϖερ, ωατχη− ινγ τηρουγη α τελεσχοπε, το σετ τηε χλοχκ ον τηε οτηερ ενδ. Συβσεθυεντ νυµβερσ ωερε σεντ βψ ⇓ιππινγ τηε πανελ φροµ ωηιτε το βλαχκ εαχη τιµε τηε ποιντερ οφ τηε σενδερ∏σ χλοχκ πασσεδ οϖερ τηε απ− προπριατε ποσιτιον. Βψ λοοκινγ ατ τηε ποσιτιον οφ τηε λοχαλ χλοχκ, τηε ρεχειϖερ χουλδ δετερµινε ωηατ νυµβερ τηε σενδ− ερ ιντενδεδ. Μεσσαγεσ ωερε ενχοδεδ ωιτη τηε ηελπ οφ α νυµβερεδ διχτιοναρψ οφ λεττερσ, ωορδσ ανδ πηρασεσ. Τηε σπεεδ οφ τηε τελεγραπη ωασ ρεγυλατεδ βψ τηε ρατε ατ ωηιχη τηε χλοχκ ποιντερ τυρνεδ. Τ ηε ⇒ρστ τρανσµισσιον τοοκ πλαχε οϖερ α διστανχε οφ ρουγηλψ 16 κιλο− µετερσ, βετωεεν τηε χαστλε ιν Βρ− λον ανδ α πριϖατε ηουσε ιν τηε νειγη− βορινγ τοων οφ Παρχ. Τηε λοχαλ δοχτορ, Μ. Χηενου, χηοσε τηε ⇒ρστ σεντενχε τρανσµιττεδ, ατ 11 Α.Μ.: Σι ϖουσ ρυσ− σισσεζ ϖουσ σερεζ βιενττ χουϖερτ δε γλοιρε (Ιφ ψου συχχεεδ, ψου ωιλλ σοον βασκ ιν γλορψ). Τηε µεσσαγε ωασ τρανσ− µιττεδ ιν αππροξιµατελψ φουρ µινυτεσ. Αρµεδ ωιτη σωορν α⇔δαϖιτσ φροµ ΣΕΜΑΠΗΟΡΕ ΤΟΩΕΡ ατ Μαρχψ−συρ−Ανσε (οπποσιτε παγε ) ωασ βυιλτ αβουτ 1804 ασ παρτ οφ α λινε εξτενδινγ φροµ Παρισ το Λψονσ. Τηε τοωερ ανδ ιτσ σεµαπηορε ηαϖε ρεχεντλψ βεεν ρεχονστρυχτεδ. Τηε ενγραϖινγ (αβοϖε ) σηοωσ α στατιον ον τηε λινε το Λιλλε, ωηιχη ωασ βυιλτ ιν 1794. Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε εψεωιτνεσσεσ το ηισ ⇒ρστ εξπερι− µεντ, Χηαππε µοϖεδ το Παρισ το σεεκ φυνδινγ φορ λαργερ τεστσ. Παρισ ωασ νοτ α θυιετ τοων ατ τηατ τιµε, ανδ ον µορε τηαν ονε οχχασιον ηε ναρροωλψ εσχαπεδ ωιτη ηισ λιφε ωηεν ανγρψ ρεϖολυτιοναρψ µοβσ στορµεδ ανδ δεστροψεδ ηισ εξ− περιµενταλ τελεγραπησ, συσπεχτινγ τηεµ το βε παρτ οφ α ροψαλιστ πλοτ. Ον Μαρχη 22, 1792, Χηαππε συβµιτ− τεδ α φορµαλ προποσαλ το τηε Λεγισλατιϖε Ασσεµβλψ. Ηισ ολδερ βροτηερ, Ιγναχε, ηαδ µεανωηιλε βεεν ελεχτεδ το τηατ βοδψ ανδ χουλδ ηελπ ηιµ γαιν αχχεσσ. Ιν α βριεφ αδδρεσσ το τηε ασσεµβλψ ον Μαρχη 24, Χλαυδε ο⇑ερεδ αν ινϖεντιον τηατ χουλδ βε υσεδ το σενδ µεσσαγεσ, βατ− τλε ορδερσ ορ ανψτηινγ ιµαγιναβλε∏∏ το ανψωηερε ιν τηε χουντρψ, ωιτηιν α µατ− τερ οφ µινυτεσ. Νοτηινγ ηαππενεδ. Χηαππε∏σ χασε ωασ δελεγατεδ φροµ ονε χοµµιττεε το ανοτηερ. Φιναλλψ, ον Απριλ 1, 1793, ∆επ− υτψ Χηαρλεσ−Γιλβερτ Ροµµε (βεττερ κνοων φορ τηε ιντροδυχτιον οφ τηε Φρενχη ρεπυβλιχαν χαλενδαρ) ιντερϖενεδ ον Χηαππε∏σ βεηαλφ. Ηε γαϖε α σπεεχη τηατ στρονγλψ συππορτεδ Χηαππε∏σ ωορκ, εµπηασιζινγ τηε ποτεντιαλ οφ τηε ινϖεν− τιον φορ µιλιταρψ πυρποσεσ. Τηε νεω Φρενχη Ρεπυβλιχ ωασ ατ ωαρ ωιτη µοστ Copyright 1994 Scientific American, Inc. οφ ιτσ νειγηβορσ, σο ηισ ποιντ ωασ τακ− εν. Τηε ασσεµβλψ αππροϖεδ Ροµµε∏σ προποσαλ το φυνδ αν εξπεριµεντ. Ατ τηε σαµε τιµε, α βρανδ−νεω τερµ ωασ ιν− τροδυχεδ το δεσχριβε Χηαππε∏σ δεϖιχε: τλγραπηε, ορ φαρ ωριτερ. Υντιλ τηεν, Χηαππε ηαδ τοψεδ ωιτη τηε τερµ ταχηψ− γραπηε, ορ φαστ ωριτερ, νοτ εξαχτλψ αν αχχυρατε δεσχριπτιον. Τηρεε τελεγραπη στατιονσ ωερε βυιλτ, ωιτη ο⇔χιαλ προτεχτιον. Τηε ⇒ρστ ωασ πλαχεδ ιν Παρισ ατ Λε Πελετιερ Σαιντ−Φαρ− γεαυ Παρκ ιν Βελλεϖιλλε, τηε σεχονδ ατ τηε ηειγητσ οφ χουεν, ρουγηλψ 16 κιλοµε− τερσ το τηε νορτη, ανδ τηε τηιρδ ατ Σαιντ− Μαρτιν−δυ−Τερτρε. Χηαππε ηαδ βψ νοω αβανδονεδ τηε πενδυλυµ δεσιγν ανδ, αφτερ ινϖεστιγατινγ σεϖεραλ οτηερ οπτιονσ, ηαδ σεττλεδ ον α σεµαπηορε σψστεµ. Τηε σεµαπηορε χονσιστεδ οφ α λαργε ηορι− ζονταλ βεαµ, χαλλεδ α ρεγυλατορ. Τωο σµαλλερ βεαµσ, ρεφερρεδ το ασ ινδιχα− τορσ, ωερε µουντεδ ατ τηε ενδσ. Τηε αρραψ σεεµεδ το µιµιχ α περσον ωιτη ωιδε−ουτστρετχηεδ αρµσ, ηολδινγ α σιγ− ναλ ⇓αγ ιν εαχη ηανδ. Τηε ανγλεσ οφ τηε ινδιχατορσ ανδ τηε ποσιτιον οφ τηε λαργε ρεγυλατορ βεαµ χουλδ βε ϖαριεδ ιν ιν− χρεµεντσ οφ 45 δεγρεεσ, συ⇔χιεντ φορ τηε ενχοδινγ οφ ηυνδρεδσ οφ σψµβολσ. Ατ 4:26 Π.Μ. ον ϑυλψ 12, 1793, οπερα− τορσ εξχηανγεδ τηε ⇒ρστ σιγναλσ. Ιν 11 µινυτεσ, ονε οφ τηε οβσερϖερσ, Πιερρε ∆αυνου, σεντ τηε µεσσαγε: ∆αυνου ηασ αρριϖεδ ηερε. Ηε αννουνχεσ τηατ τηε Νατιοναλ Χονϖεντιον ηασ ϕυστ αυτηο− ριζεδ ηισ Χοµµιττεε οφ Γενεραλ Σεχυρι− τψ το πυτ σεαλσ ον τηε παπερσ οφ τηε δεπ− υτιεσ.∏∏ Τηε ανσωερ αρριϖεδ αφτερ νινε µινυτεσ, πρεσυµαβλψ τηε ρεσυλτ οφ µορε χαρεφυλ τηουγητ : Τηε ινηαβιταντσ οφ τηισ βεαυτιφυλ ρεγιον αρε ωορτηψ οφ λιβ− ερτψ βψ τηειρ ρεσπεχτ φορ τηε Νατιοναλ Χονϖεντιον ανδ ιτσ λαωσ.∏∏ Σοµε ωεεκσ λατερ τηε Νατιοναλ Χον− ϖεντιον δεχιδεδ το εσταβλιση α Φρενχη Στατε Τελεγραπη ανδ το φυνδ τηε χον− στρυχτιον οφ α λινε οφ 15 στατιονσ χον− νεχτινγ Παρισ το Λιλλε, αβουτ 190 κιλο− µετερσ νορτη οφ Παρισ, ατ τηε φροντιερ ωιτη τηε Αυστριαν Νετηερλανδσ. Χλαυδε Χηαππε ρεχειϖεδ τηε τιτλε οφ Ινγνιευρ Τλγραπηε, α σαλαρψ οφ 600 φρανχσ περ µοντη ανδ τηε περµανεντ υσε οφ α γοϖ− ερνµεντ ηορσε. Ατ Χηαππε∏σ ρεθυεστ, ηισ βροτηερσ Αβραηαµ, Ιγναχε ανδ Πιερρε− Φρανοισ ωερε απποιντεδ ασ τηε ⇒ρστ αδ− µινιστρατορσ οφ τηε λινε το Λιλλε. Χηαππε χοµπλετεδ τηε λινε ωιτηιν α ψεαρ. Ον Αυγυστ 15, 1794, τηε ⇒ρστ ο⇔− χιαλ µεσσαγε αρριϖεδ ατ Παρισ. Τηισ βυλ− λετιν, αννουνχινγ τηε ρεχαπτυρε οφ τηε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 125 ENGLAND CHERBOURG KILOMETERS NETHERLANDS AMSTERDAM 0 FLUSHING DUNKERQUE ANTWERP CALAIS LILLE BRUSSELS BOULOGNE BELGIUM 200 0 40 ECKERÖ MAINZ SWEDEN METZ PARIS ÖRSKARSBÅK GERMANY LUXEMBOURG ST. MALO KILOMETERS GÄVLE GRISSLEHAMN LANDAU BREST STRASBOURG RENNES SÖDERARM HUNINGUE DIJON TOURS NANTES BESANÇON SWITZERLAND POITIERS STOCKHOLM FRANCE BLAYE LYONS VENICE MILAN KORSÖ BORDEAUX TURIN BAYONNE BÉHOBIE SPAIN MANTUA ITALY MARSEILLES TRANEBERG NARBONNE TOULON PERPIGNAN ΤΕΛΕΓΡΑΠΗ ΝΕΤΩΟΡΚΣ γρεω το χοϖερ µοστ οφ Ευροπε δυρ− ινγ τηε δεχαδεσ βεφορε 1850. Τηε Φρενχη νετωορκ (λεφτ ) ωασ τηε µοστ εξτενσιϖε (ρεδ µαρκσ σεχτιονσ βυιλτ βεφορε 1810; χιτψ οφ Λε Θυεσνοψ φροµ τηε Αυστριανσ ανδ Πρυσσιανσ, ωασ τρανσµιττεδ ωιτηιν αν ηουρ αφτερ τηε βαττλε. Τηε δελεγατεσ ωερε δυλψ ιµπρεσσεδ. Ον Αυγυστ 30 τηε τελεγραπη αγαιν ρεπορτεδ ηαππψ νεωσ: τηε ρεχαπτυρε οφ Χονδ. Τηε µεσσαγε ρεαδ : Χονδ τρε ρεστιτυ λα Ρεπυβ− λιθυε. Ρεδδιτιον αϖοιρ ευ λιευ χε µατιν σιξ ηευρεσ∏∏ (Χονδ ισ ρεστορεδ το τηε Ρεπυβλιχ. Συρρενδερ τοοκ πλαχε τηισ µορνινγ ατ σιξ ο∏χλοχκ). Μορε συχη ρε− πορτσ φολλοωεδ ασ τηε Φρενχη αδϖανχεδ νορτη ιντο Ηολλανδ. Χηαππε ανδ ηισ τελε− γραπη λοοκεδ βεττερ ωιτη εϖερψ ϖιχτορψ µεσσαγε τηατ αρριϖεδ ιν Παρισ. Ον Οχτο− βερ 3 τηε λεγισλατυρε δεχιδεδ το εξτενδ τηε τελεγραπη σψστεµ ωιτη α σεχονδ λινε φροµ Παρισ το Λανδαυ. Τηισ σεχονδ λινε ωασ ηαµπερεδ, ασ ωερε µανψ προϕεχτσ ιν τηοσε δαψσ, βψ λαχκ οφ φυνδσ; ιτ τοοκ φουρ ψεαρσ φορ τηε βυιλδερσ το ρεαχη Στρασβουργ. Τηε τελε− γραπη ο⇔χε δεχιδεδ το τερµινατε τηε λινε τηερε. Ινστεαδ τηεψ εξτενδεδ τηε λινε φροµ Παρισ το Λιλλε βψ ανοτηερ 64 κιλοµετερσ το ρεαχη ∆υνκερθυε. Μεαν− ωηιλε, ατ τηε ρεθυεστ οφ τηε ναϖψ, α νεω λινε ωασ βυιλτ το χοννεχτ Παρισ το τηε ⇓εετ ιν Βρεστ (α διστανχε οφ 210 κιλοµε− τερσ). Τηισ πηασε οφ χονστρυχτιον βρουγητ τηε τοταλ νυµβερ οφ οπτιχαλ τελεγραπη στατιονσ ιν υσε ιν 1799 το ρουγηλψ 150. Ωηεν Ναπολεον Βοναπαρτε σειζεδ ποωερ λατερ τηατ ψεαρ, ηε ορδερεδ χον− στρυχτιον οφ α 95−κιλοµετερ λινε φροµ Στρασβουργ το Ηυνινγυε. Ιν 1803 τηε τελεγραπηερσ βυιλτ λινεσ φροµ Λιλλε το Βρυσσελσ (96 κιλοµετερσ) ανδ φροµ Λιλλε 126 VAXHOLM STOCKHOLM AVIGNON TOULOUSE LANDSORT βλαχκ ινδιχατεσ τηοσε βυιλτ τηερεαφτερ ). Τηε Σωεδιση σψστεµ (ριγητ ) υσεδ σηυττερσ ινστεαδ οφ α σεµαπηορε. ( Τηε ινσετ σηοωσ τηε φιρστ εξπεριµενταλ λινε, βυιλτ ιν 1795.) το Βουλογνε (110 κιλοµετερσ). Τηε λινε το Βουλογνε ωασ χονστρυχτεδ ωιτη αν εψε τοωαρδ α ποσσιβλε ινϖασιον οφ Ενγλανδ. Ινδεεδ, τωο ψεαρσ εαρλιερ Ναπολεον ηαδ χοµµισσιονεδ τηε ψουνγεστ Χηαππε βροτηερ, Αβραηαµ, το δεϖισε α τελεγραπη τηατ χουλδ σιγναλ αχροσσ τηε Ενγλιση Χηαννελ. Αβραηαµ δεσιγνεδ α λαργε τωο− αρµ σεµαπηορε ανδ τεστεδ ιτ ιν ϑυλψ 1801 βετωεεν Βελλεϖιλλε ανδ Σαιντ−Μαρ− τιν−δυ−Τερτρε, ρουγηλψ τηε διστανχε φροµ Βουλογνε το ∆υνγενεσσ. Ονε σεµαπηορε ωασ ρεπορτεδλψ χονστρυχτεδ ιν Βουλογνε, βυτ βεχαυσε τηε ινϖασιον νεϖερ τοοκ πλαχε ιτ ωασ θυιχκλψ αβανδονεδ. Ιν 1804 Ναπολεον ορδερεδ χονστρυχ− τιον οφ τηε λονγεστ λινε οφ τηε τελεγραπη νετωορκ, φροµ Παρισ ϖια ∆ιϕον, Λψονσ ανδ Τυριν το Μιλαν, α τοταλ οφ 720 κιλο− µετερσ. Ωιτηιν α ψεαρ τηε σψστεµ χοϖ− ερεδ νεαρλψ εϖερψ παρτ οφ Φρανχε. Φουρ µαιν βρανχηεσ ρεαχηεδ ουτ φροµ Παρισ το τηε νορτη, σουτη, εαστ ανδ ωεστ, ιν µανψ χασεσ φολλοωινγ τηε ολδ νετωορκ οφ σταγεχοαχη ρουτεσ. Χλαυδε Χηαππε ηαδ ρεαχηεδ α πιννα− χλε, αλτηουγη ηε σεεµσ νεϖερ το ηαϖε ρεαλιζεδ ιτ. Ηε συ⇑ερεδ φροµ τηε εϖερ ινχρεασινγ ατταχκσ οφ οτηερ ινϖεντορσ, ωηο χλαιµεδ το ηαϖε δεσιγνεδ τελε− γραπησ τηατ ειτηερ πρεδατεδ ορ ουτπερ− φορµεδ Χηαππε∏σ. Τοωαρδ τηε ενδ οφ 1804, ηε φελλ ιλλ δυρινγ α ρουτινε ινσπεχ− τιον τουρ οφ σοµε νεω λινεσ υνδερ χον− στρυχτιον. Ηε συσπεχτεδ τηατ ηισ φοοδ ηαδ βεεν ποισονεδ ανδ ποιντεδ αν αχ− χυσινγ ⇒νγερ ατ ηισ αδϖερσαριεσ. Αφτερ σεϖεραλ µοντησ οφ χονϖαλεσχενχε, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 DROTTNINGHOLM Χηαππε ρετυρνεδ το Παρισ βυτ σανκ ιντο α δεπρεσσιον φροµ ωηιχη ηε χουλδ νοτ ρεχοϖερ. Ον ϑανυαρψ 23, 1805, ηε λεαπτ ιντο τηε ωελλ ουτσιδε τηε τελεγραπη αδ− µινιστρατιον ατ τηε Ηοτελ ςιλλεροψ. Τηε ρεµαινινγ Χηαππε βροτηερσ χον− τινυεδ ωορκινγ φορ τηε τελεγραπη αδ− µινιστρατιον, ωιτη τηε στρονγ συππορτ οφ τηε γοϖερνµεντ. Ναπολεον ωασ χον− ϖινχεδ οφ τηε ϖαλυε οφ τηε Χηαππε σεµα− πηορεσ ανδ µαδε υσε οφ τηε τελεγραπη ιν ηισ χαµπαιγνσ. Τηε ραπιδ νοτι⇒χατιον οφ τροοπ µοϖεµεντσ µαψ ωελλ ηαϖε ηελπεδ ηιµ ουτωιτ ηισ ενεµιεσ. Ινδεεδ, ιν 1812 Ναπολεον χοµµισσιονεδ Αβρα− ηαµ Χηαππε το δεϖελοπ α µοβιλε σεµα− πηορε τηατ χουλδ βε δεπλοψεδ δυρινγ τηε ινϖασιον οφ Ρυσσια. Ω ηιλε τηε οπτιχαλ τελεγραπη σψσ− τεµ ωασ υνδερ χονστρυχτιον, τηε µετηοδ βψ ωηιχη ιτσ οπ− ερατορσ τρανσµιττεδ ινφορµατιον ωασ εϖολϖινγ ασ ωελλ. Τηε ⇒ρστ τελεγραπη χοδε ωασ αδαπτεδ φροµ ονε δεϖελοπεδ ιν 1791 φορ τηε πενδυλυµ τελεγραπη. Ιτ χονσιστεδ οφ α βοοκ οφ 9,999 εντριεσ. Τηε ⇒ρστ νινε, τηε νυµεραλσ φροµ ονε το νινε, ωερε ενχοδεδ ιν α σινγλε σιγναλ. Τηε νεξτ 89 εντριεσ, 10 το 99, ωερε εν− χοδεδ ιν τωο σιγναλσ; τηοσε φροµ 100 το 999 ρεθυιρεδ τηρεε; ανδ τηοσε φροµ 1,000 το 9,999 τοοκ φουρ. Το σπεεδ υπ τρανσµισσιονσ, τηε µοστ φρεθυεντλψ υσεδ ωορδσ ανδ πηρασεσ ηαδ τηε λοωεστ νυµ− βερσ (α πρεχυρσορ οφ µοδερν δατα−χοµ− πρεσσιον τεχηνιθυεσ). Το χηανγε τηε σιγναλινγ τεχηνιθυε Copyright 1994 Scientific American, Inc. φροµ σψνχηρονιζεδ χλοχκσ το σεµα− πηορεσ, Χηαππε ινιτιαλλψ χηοσε α σετ οφ σιµπλε σεµαπηορε σιγνσ λοοσελψ βασεδ ον α χοµµον σηορτηανδ νοτατιον. Τηισ ενχοδινγ, ηοωεϖερ, διδ νοτ φυλλψ εξ− πλοιτ τηε χοµβινατιονσ τηατ χουλδ βε σετ ον τηε τηρεε−αρµεδ σεµαπηορε ανδ σο σλοωεδ δοων τρανσµισσιονσ. Ιν 1795, βεφορε χονστρυχτιον ον τηε σεχονδ λινε το Στρασβουργ βεγαν, Χηαππε δεχιδεδ το δεϖελοπ α νεω χοδε οπτι− µιζεδ φορ τηε σεµαπηορε. Τηε ρεγυλατορ ανδ τηε ινδιχατορ βεαµσ ον τηε σεµα− πηορε χουλδ βε σετ ατ ανγλεσ τηατ ϖαριεδ ιν ινχρεµεντσ οφ 45 δεγρεεσ. Εαχη ινδι− χατορ τηυσ ηαδ ειγητ δι⇑ερεντ ποσιτιονσ, ανδ τηε ρεγυλατορ ηαδ φουρ : ιν συµ 256 ποσσιβλε χοµβινατιονσ. Ποσιτιονσ ωηερε FRENCH OPTICAL TELEGRAPH τηε ινδιχατορσ ειτηερ εξτενδεδ τηε ποσι− τιον οφ τηε ρεγυλατορ, ορ ωερε ηιδδεν βεηινδ ιτ, ωερε αλµοστ ινδιστινγυιση− αβλε ανδ ωερε τηερεφορε εξχλυδεδ. Τηισ χηανγε ρεδυχεδ τηε νυµβερ οφ ινδιχα− τορ ποσιτιονσ το σεϖεν εαχη, λεαϖινγ 196 χοµβινατιονσ. Το σιµπλιφψ µαττερσ φυρ− τηερ, Χηαππε ρεστριχτεδ τηε σεµαπηορε σιγνσ το τηοσε φορ ωηιχη τηε ρεγυλατορ βεαµ ωασ πλαχεδ ειτηερ ηοριζονταλλψ ορ ϖερτιχαλλψ, ρεδυχινγ τηε νυµβερ οφ χοµ− βινατιονσ το 98. Φροµ τηεσε, ηε ελιµι− νατεδ ανοτηερ σιξ ποτεντιαλλψ χονφυσινγ χον⇒γυρατιονσ ανδ αδοπτεδ τηε ρε− µαινινγ 92 φορ ηισ χοδε ταβλεσ. Τηε χοδεβοοκ πυβλισηεδ ιν 1795 χον− ταινεδ 92 παγεσ οφ 92 εντριεσ, εαχη φορ α τοταλ οφ 8,464 λεττερσ, νυµεραλσ, ωορδσ ανδ πηρασεσ. Εαχη ονε ωασ τρανσµιττεδ ασ α παιρ οφ σεµαπηορε σιγναλσ ενχοδ− ινγ παγε νυµβερ ανδ λινε. Τηε 92 µοστ φρεθυεντλψ υσεδ χοδεσ ωερε πλαχεδ ον τηε ⇒ρστ παγε οφ τηε βοοκ. Οπερατορσ χουλδ σπεεδ υπ σιγναλινγ βψ ινδιχατινγ τηε ⇒ρστ παγε ωιτη αν αββρεϖιατεδ χοδε χαλλεδ δουβλε−χλοσεδ, µαδε βψ φολδ− ινγ τηε ινδιχατορ ωινγσ ιν φροµ ωηατεϖ− ερ τηε σεµαπηορε ποσιτιον ωασ φορ τηε ⇒ρστ ηαλφ οφ τηε χοδε παιρ. Ιν 1799 Χηαππε εξτενδεδ τηε χοδε ωιτη τωο εξτρα βοοκσ, φορ α τοταλ οφ 25,392 εντριεσ. Τηε αδδιτιοναλ βοοκσ χονταινεδ χοδε παιρσ φορ γεογραπηιχαλ ναµεσ ανδ χοµµον ωορδσ ανδ πηρασ− εσ. Τηε χοδε αλσο ινχλυδεδ σηιφτ χοδεσ το µοϖε φροµ ονε βοοκ το ανοτηερ. Ωηεν α χονϖερσατιον βεγαν, ιτ τοοκ αβουτ σιξ σεχονδσ το τρανσµιτ τηε ⇒ρστ σιγναλ φροµ ονε στατιον το ανοτηερ. Τρανσιτ τηρουγη τηε 120 στατιονσ βε− τωεεν Παρισ ανδ Τουλον, φορ εξαµπλε, ρεθυιρεδ 12 µινυτεσ. Ιν α χοντινυουσ χορρεσπονδενχε βετωεεν τηε τωο χιτιεσ, πασσινγ τηε σιγναλ φροµ στατιον το στα− τιον ρεθυιρεδ ονλψ α σεχονδ ορ τωο, βυτ οπερατορσ γενεραλλψ ηελδ εαχη σιγναλ φορ 20 το 30 σεχονδσ το ενσυρε ρεχεπτιον. Χονσεθυεντλψ, ονλψ ονε ορ τωο σιγναλσ REGULATOR ΣΙΓΝΑΛΙΝΓ ΜΕΧΗΑΝΙΣΜΣ τοοκ διφφερεντ σηαπεσ ιν Φρανχε ανδ Σωεδεν. Χλαυδε Χηαππε∏σ δεϖιχε (λεφτ ) χονσιστεδ οφ α λονγ αρµ, τηε ρεγυλατορ, ωιτη τωο σηορτ αρµσ, χαλλεδ ινδιχατορσ, ατταχηεδ το ιτσ ενδσ. Α σψστεµ οφ βελτσ ανδ χονχεντριχ σηαφτσ αλ− λοωεδ τηε οπερατορ το χοντρολ τηε ποσιτιον οφ εαχη αρµ ινδεπενδεντλψ. Τηε ρεγυλα− τορ ωασ γενεραλλψ σετ ειτηερ ϖερτιχαλλψ ορ ηοριζονταλλψ, ανδ τηε ινδιχατορσ ιν 45−δε− γρεε ινχρεµεντσ; 92 διφφερεντ σιγναλσ χουλδ βε σεντ. Αβραηαµ Εδελχραντζ τραδεδ χοµπαχτνεσσ φορ µεχηανιχαλ σιµπλιχιτψ (ριγητ ). Ηισ σψστεµ ηαδ 10 σηυττερσ τηατ χουλδ βε σετ ιν ειτηερ α ϖερτιχαλ ορ ηοριζονταλ ποσιτιον, φορ α τοταλ οφ 1,024 σιγναλσ. SWEDISH OPTICAL TELEGRAPH INDICATORS SHUTTER COUNTERWEIGHT CONTROL LINE CONTROLS Copyright 1994 Scientific American, Inc. περ µινυτε ωουλδ αρριϖε ατ εαχη ενδ οφ τηε λινε. Βεχαυσε εαχη σιγναλ χουλδ ενχοδε ανψ οφ 25,392 ωορδσ ανδ πηρασεσ, τωο σιγναλσ περ µινυτε χορρεσπονδσ το α δατα ρατε οφ α λιττλε λεσσ τηαν 15 βιτσ (ωηιχη χαν ενχοδε 32,768 χοµβινα− τιονσ ) περ 30 σεχονδσ, ορ 0.5 βιτ περ σεχονδ. Ιφ τηε αϖεραγε λενγτη οφ α ωορδ ορ πηρασε φροµ τηε χοδεβοοκσ ωασ αβουτ 10 χηαραχτερσ, τηε ε⇑εχτιϖε σπεεδ ωουλδ ηαϖε βεεν 20 χηαραχτερσ περ µιν− υτε. Συρπρισινγλψ, τηισ σπεεδ χοµπαρεσ ϖερψ φαϖοραβλψ ωιτη τηατ οφ τηε ⇒ρστ ελεχτροµαγνετιχ τελεγραπησ. Τηε σινγλε− νεεδλε τελεγραπη, πατεντεδ βψ Ωιλλιαµ Φοτηεργιλλ Χοοκε ανδ Χηαρλεσ Ωηεατ− στονε ιν 1837, αϖεραγεδ 25 χηαραχτερσ περ µινυτε. Τηε ⇒ρστ σψστεµ τηατ ωασ φαστερ ωασ τηε Ωηεατστονε Αυτοµατιχ Τελεγραπη οφ 1858, ωηιχη υσεδ πυνχηεδ παπερ−ταπε ρεαδερσ το αχηιεϖε σπεεδσ υπ το 2,000 χηαραχτερσ περ µινυτε. Ω ηιλε Χηαππε ωασ βαττλινγ τηε Ρεϖολυτιον το βυιλδ α τελεγραπη νετωορκ ιν Φρανχε, ηισ χουντερ− παρτ α φεω ηυνδρεδ κιλοµετερσ το τηε νορτη ωασ µακινγ ηισ ωαψ ιν αν ατµο− σπηερε οφ ασσασσινατιον ανδ χουρτ ιν− τριγυε. Αβραηαµ Εδελχραντζ ωασ βορν Αβραηαµ Νιχλασ Χλεωβεργ ον ϑυλψ 29, 1754, ιν τηε Σωεδιση χιτψ οφ Αβο, ˚ νοω παρτ οφ Φινλανδ. Λικε Χηαππε, ηε ωασ βριγητ ανδ χαµε φροµ α ρελατιϖελψ ωελλ− το−δο φαµιλψ. Βεφορε ηισ 19τη βιρτηδαψ ηε ηαδ ωριττεν τωο δοχτοραλ τηεσεσ, ονε ιν οπτιχσ ανδ τηε οτηερ ιν λιτερατυρε. ∆υρινγ τηε νεξτ φεω ψεαρσ, ηε ταυγητ χουρσεσ ιν βοτη ελεχτριχιτψ ανδ λιτερα− τυρε ατ τηε Ροψαλ Αχαδεµψ ιν Αβο. ˚ Ωηεν Κινγ Γυσταϖ ΙΙΙ ϖισιτεδ ιν 1775, τηε ψουνγ Χλεωβεργ ωασ ασκεδ το ρεχιτε σοµε ποετρψ ανδ αππαρεντλψ µαδε συχη αν ιµπρεσσιον τηατ ηε ρεχειϖεδ αν ινϖι− τατιον το ϖισιτ τηε χουρτ ιν Στοχκηολµ. Χλεωβεργ µοϖεδ το Στοχκηολµ περ− µανεντλψ ιν Απριλ 1783. Ωιτηιν τηρεε ψεαρσ ηε ηαδ γαινεδ α πρεστιγιουσ µεµ− βερσηιπ ιν τηε Σωεδιση Αχαδεµψ οφ Λιτ− ερατυρε ανδ Αρτσ. Ιν 1787 ηε βεχαµε τηε κινγ∏σ πριϖατε σεχρεταρψ, ανδ τωο ψεαρσ αφτερ τηατ, ϕυστ 35 ψεαρσ ολδ, ηε ωασ ραισεδ το τηε πεεραγε ανδ χηανγεδ ηισ ναµε το Εδελχραντζ. Τηε ασσασσι− νατιον οφ Γυσταϖ ΙΙΙ ιν 1792 (τηε πλοτ οφ ςερδι∏σ 1859 οπερα Α Μασκεδ Βαλλ ) σταρτεδ α περιοδ οφ ρελεντλεσσ περσεχυ− τιον οφ εϖερψονε ωηο ηαδ βεεν ασσοχι− ατεδ ωιτη τηε µοναρχη. Λικε Χηαππε ιν σιµιλαρ χιρχυµστανχεσ, Εδελχραντζ σοµε− ηοω µαναγεδ το αϖοιδ βεινγ ταργετεδ. Μανψ οφ ηισ φριενδσ ωερε νοτ σο λυχκψ ανδ ωερε τηροων ιν πρισον ορ φορχεδ το λεαϖε τηε χουντρψ. Ιν 1794, ωηεν νεωσ οφ τηε Φρενχη τελεγραπη σπρεαδ ραπιδλψ τηρουγη Ευ− ροπε, Εδελχραντζ ωασ φασχινατεδ. Σολιδ ινφορµατιον ωασ ηαρδ το χοµε βψ; µοστ αχχουντσ ωερε βασεδ ον σχαντψ ρεπορτσ φροµ τραϖελερσ ωηο ηαδ µερελψ σεεν τηε Φρενχη τελεγραπη ορ ρεαδ νεωσπαπερ ρεπορτσ. Εδελχραντζ ιµµεδιατελψ σετ το ωορκ ον ηισ οων σψστεµ ανδ δεµον− στρατεδ α προτοτψπε ον Νοϖεµβερ 1, 1794∇Κινγ Γυσταϖ Ις∏σ 14τη βιρτηδαψ. Εδελχραντζ∏σ ⇒ρστ δεσιγν ωασ σιµι− λαρ το Χηαππε∏σ. Ιτ χονσιστεδ οφ α σινγλε συππορτ βεαµ ωιτη τωο ροτατινγ ινδιχα− τορσ. Εαχη οφ τηε ινδιχατορσ χουλδ βε σετ ιν ονε οφ φουρ διστινχτ ποσιτιονσ, 16 χοµβινατιονσ ιν αλλ. Α ρεδυχεδ βυτ στιλλ υσεφυλ αλπηαβετ χουλδ βε ρεπρεσεντεδ ιν σεµαπηορε ποσιτιονσ. Τηε ⇒ρστ τεστ υσεδ τηρεε στατιονσ: ονε ον τηε ροοφ οφ τηε Ροψαλ Χαστλε ιν τηε χεντερ οφ Στοχκηολµ, α σεχονδ αβουτ ⇒ϖε κιλοµετερσ αωαψ ον τηε ουτσκιρτσ οφ τηε χιτψ ανδ τηε τηιρδ σεϖεν κιλοµε− τερσ φαρτηερ ον τηε γρουνδσ οφ τηε Ροψ− αλ Παλαχε ιν ∆ροττνινγηολµ. Ωιτηιν α ωεεκ οφ τηε δεµονστρατιον, τηε ψουνγ κινγ ρεθυεστεδ ηισ Χουνχιλ οφ Αδϖισερσ το στυδψ τηε χονστρυχτιον οφ αν οπτιχαλ τελεγραπη νετωορκ, ωιτη χοννεχτιονσ το ∆ενµαρκ ανδ Φινλανδ. Ηε αλσο απποιντ− εδ Εδελχραντζ το τηε χουνχιλ, ϖιρτυαλλψ σεαλινγ τηε ουτχοµε οφ τηε στυδψ. Ον ϑανυαρψ 30, 1795, Εδελχραντζ σταρτεδ χονστρυχτιον ον τηε ⇒ρστ τελε− γραπη λινε, φροµ τηε Καταρινα Χηυρχη ιν τηε χεντερ οφ Στοχκηολµ το τηε φορτρεσσ οφ ςαξηολµ, αβουτ 35 κιλοµετερσ αωαψ. Τηε λινε ωεντ ιντο οπερατιον ον ϑυλψ 28. Βετωεεν 1795 ανδ 1797 τωο µορε λινεσ ωερε βυιλτ: φροµ Στοχκηολµ το Φρεδριχσ− βοργ ανδ φροµ Γρισσλεηαµν το Σιγνιλσ− σκρ ανδ Εχκερ ον Αλανδ. Βψ τηισ τιµε ˚ Εδελχραντζ ηαδ αβανδονεδ τηε σεµα− πηορε. Ηισ νεω τελεγραπη χονσιστεδ οφ α µατριξ οφ νινε σηυττερσ ωιτη α τεντη λαργε ονε µουντεδ ον τοπ. Βψ οπενινγ ορ χλοσινγ εαχη σηυττερ ινδεπενδεντλψ, αν οπερατορ χουλδ χονϖεψ 1,024 δι⇑ερ− εντ σιγναλσ. Ιν 1801 Σωεδιση τελεγραπηερσ βυιλτ ανοτηερ, βυτ ιλλ−φατεδ, λινε το Ηελσινγ− βοργ νεαρ τηε ∆ανιση βορδερ. Τηε στα− τιον ατ Ηελσινγβοργ ωασ ιντενδεδ το εσ− ταβλιση α χοννεχτιον βετωεεν τηε Σωεδ− ιση οπτιχαλ τελεγραπη νετωορκ ανδ τηε βεγιννινγσ οφ α ∆ανιση νετωορκ. Τηρεε δαψσ αφτερ τηε λινκ ωασ οπενεδ, τηε Βριτ− ιση ⇓εετ ατταχκεδ ∆ενµαρκ. Σωεδιση χοµµανδερσ φαιλεδ το ρεσπονδ το α τελεγραπηιχ χαλλ φορ αιδ, ανδ τηε Βριτιση βοµβαρδεδ Χοπενηαγεν. Τηε ∆ανεσ υνδερστανδαβλψ λοστ ιντερεστ ιν τηε χον− νεχτιον, ανδ νοτηινγ φυρτηερ χαµε οφ τηε λινε. Τ ΜΟΒΙΛΕ ΤΕΛΕΓΡΑΠΗ φουνδ υσε δυρινγ Ναπολεον Βοναπαρτε∏σ ινϖασιον οφ Ρυσσια ιν 1812. Αβραηαµ Χηαππε (ονε οφ Χλαυδε∏σ βροτηερσ) δεσιγνεδ ιτ ατ Ναπολεον∏σ ρεθυεστ. ηισ εαρλψ δεµονστρατιον τηατ τηε ϖαλυε οφ τεχηνολογψ δεπενδσ ον τηε υσε πεοπλε µακε οφ ιτ διδ νοτ διµ Εδελχραντζ∏σ φαµε. Ιν 1796 ηε ηαδ δοχυµεντεδ ηισ ε⇑ορτσ ιν Α Τρεατισε ον Τελεγραπησ. Τηε βοοκ ωασ σοον τρανσ− λατεδ ιντο Γερµαν (ανδ Φρενχη) ανδ εαρνεδ ηιµ α µεµβερσηιπ ιν τηε Σωεδ− ιση Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. Ιν τηε σπρινγ οφ 1808 α Ροψαλ Σωεδιση Τελεγραπη Ιν− στιτυτιον ωασ χρεατεδ, ανδ Εδελχραντζ ωασ απποιντεδ ιτσ ⇒ρστ διρεχτορ. Ασ Χηαππε ηαδ δονε βεφορε ηιµ, Εδελχραντζ τοοκ τηισ οππορτυνιτψ το ρε− ϖισε ηισ χοδεσ. Τηε νεω ϖερσιον αλλοωεδ 128 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 φορ 5,120 σιγναλσ. Μορεοϖερ, τηε 13 τα− βλεσ οφ τηε εξπανδεδ σψστεµ γαϖε Εδελ− χραντζ ροοµ το χοπε ωιτη χερταιν αδ− µινιστρατιϖε ισσυεσ∇ηε αδδεδ, φορ εξ− αµπλε, σιγναλσ φορ τηε πυνισηµεντ οφ νεγλιγεντ οπερατορσ. Τηε χυριουσ πυνισηµεντ οφ στεππινγ οντο τηε τελεγραπη αρµσ αππεαρσ το ηαϖε βεεν ποπυλαρ ατ σοµε λοχατιονσ λατερ ιν τηε χεντυρψ∇αµονγ τηεµ α στατιον χλοσε το Γτεβοργ. Τηε αυτηορ Νιλσ Ρισβεργ νοτεσ τηατ τηε οπερατορσ ιν θυεστιον ωερε τηε στατιον συπεριντεν− δεντ∏σ δαυγητερσ. Ρισβεργ ιντερϖιεωεδ τηε τωο ιν τηε 1930σ ανδ ωροτε τηατ τηεψ ρεµεµβερεδ τηε εξπεριενχε ωελλ βυτ χαλλεδ ιτ ϕυστ φυν. Τηε νεω ταβλεσ αλσο βρουγητ ωιτη τηεµ α µοττο φορ τηε Τελεγραπη Χορπσ: σιγναλ 636 (Πασσα ϖλ υππ, ορ Βε ον Γυαρδ ). Τηε σιγναλ αππεαρεδ προµι− νεντλψ ιν τηε σεαλ οφ τηε Τελεγραπη Ιν− στιτυτιον ανδ ον τηε βυττονσ οφ τηε τελε− γραπη οπερατορσ∏ υνιφορµσ, το σερϖε ασ α περµανεντ ρεµινδερ οφ τηειρ δυτψ. Ιν Νοϖεµβερ 1809 τηε Σωεδιση νετ− ωορκ χονσιστεδ οφ αππροξιµατελψ 50 στατιονσ σπρεαδ ουτ οϖερ α διστανχε οφ σοµε 200 κιλοµετερσ ανδ προϖιδεδ εµ− πλοψµεντ φορ 172 πεοπλε. Ιτ ινχλυδεδ λινεσ φροµ Στοχκηολµ το τηε χιτψ οφ Γϖ− λε ιν τηε νορτη, Λανδσορτ ιν τηε σουτη ανδ Εχκερ ον Αλανδ ιν τηε εαστ. Σηορτ− ˚ λψ τηερεαφτερ, ηοωεϖερ, Γυσταϖ Ις φουγητ α δισαστρουσ ωαρ ωιτη Ρυσσια ιν ωηιχη Σωεδεν λοστ Φινλανδ ανδ ηε τηε χροων. Τηε νετωορκ ωασ δισµαντλεδ, νοτ το βε ρεβυιλτ φορ µορε τηαν α γενερατιον. Ωηεν Εδελχραντζ διεδ ιν 1821, τηε τοω− ερσ ηε ηαδ χονστρυχτεδ στιλλ λαψ ιν ρυινσ. Ιτ ωασ νοτ υντιλ τηε µιδδλε οφ 1836 τηατ οπτιχαλ τελεγραπη λινεσ φροµ Στοχκ− ηολµ το ςαξηολµ ανδ το Σανδηαµν χαµε βαχκ ιντο οπερατιον. Βψ 1838 τηε νετ ηαδ βεεν εξτενδεδ το α ρουγη σεµ− βλανχε οφ ιτσ φορµερ εξτεντ. Τηε λαστ αδ− διτιον το τηε οπτιχαλ τελεγραπη νετωορκ ωασ µαδε ασ λατε ασ 1854, ωηεν τελεγ− ραπηερσ εξτενδεδ τηε Φυρυσυνδ λινε το Αρηολµα ανδ Σδεραρµ. Ιν 1840 αλµοστ εϖερψ χουντρψ ιν Ευ− ροπε ηαδ ατ λεαστ ονε ορ µορε οπτιχαλ τελεγραπη λινεσ ιν σερϖιχε. Ιν Ενγλανδ, βετωεεν 1796 ανδ 1816, τηε Βριτιση Αδ− µιραλτψ οπερατεδ λινεσ φροµ Λονδον το Πορτσµουτη, Πλψµουτη, Ψαρµουτη ανδ ∆εαλ. Ιν Γερµανψ, α λινε ραν φροµ Βερ− λιν τηρουγη Ποτσδαµ ανδ Μαγδεβυργ ϖια Κλν ανδ Βονν το Κοβλενζ, σταρτινγ ιν 1832. Οτηερσ χαρριεδ µεσσαγεσ φροµ Ηαµβυργ το Αλτονα ανδ Χυξηαϖεν ανδ φροµ Βρεµεν το Βρεµερηαϖεν. Ρυσσια εντερεδ τηε ραχε ρελατιϖελψ λατε βυτ ιν γρανδ στψλε, ωιτη τηε οπενινγ οφ α λινε οφ 220 σεµαπηορε στατιονσ ον Απριλ 8, 1839, βετωεεν Στ. Πετερσβυργ ανδ Ωαρ− σαω. Οπτιχαλ τελεγραπη λινεσ αλσο σπαννεδ παρτσ οφ τηε Υ.Σ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΤΕΛΕΓΡΑΠΗ ΟΠΕΡΑΤΟΡ∏Σ ΥΝΙΦΟΡΜ ωασ αππροϖεδ βψ Σωεδιση κινγ Χαρλ ΞΙς ϑοηαν ιν 1809. Τηε υνιφορµ βυττον (ιν− σετ ) σηοωσ τηε µοττο οφ τηε Τελεγραπη Ινστιτυτιον, σιγναλ 636: Βε ον Γυαρδ. ωηερε τηε ελεχτριχαλ χαβλεσ ατ ⇒ρστ χουλδ νοτ. Ιν 1864 τηερε ωερε 174 ελεχτροµαγ− νετιχ τελεγραπη στατιονσ, ωιτη 250 οπερ− ατορσ, ασ ωελλ ασ 24 οπτιχαλ τελεγραπη στατιονσ µαννεδ βψ 66 οπερατορσ. Νοτ υντιλ 1881 ωερε τηε λαστ τηρεε οπτιχαλ τελεγραπησ ρεπλαχεδ ιν Σωεδεν, βρινγινγ τηειρ ερα το α χλοσε. Χ Ψετ εϖεν ασ οπτιχαλ τελεγραπη νετ− ωορκσ ρεαχηεδ τηειρ ζενιτη, τηειρ ελεχ− τροµαγνετιχ ριϖαλ ωασ βεγιννινγ το µακε ινροαδσ. Ιν 1837 Ενγλανδ ανδ τηε Υ.Σ. βεγαν τηε µοϖε φροµ τοωερ ανδ τελεσχοπε το χοππερ ωιρε ανδ χοδε κεψ. Το τηε χουντριεσ ωιτη εσταβλισηεδ οπτιχαλ νετωορκσ, ιτ ωασ νοτ ιµµεδιατε− λψ χλεαρ τηατ τηε χηανγε ωουλδ βε αν ιµπροϖεµεντ. Τηε Φρενχη οπτιχαλ τελε− γραπη νετωορκ, φορ εξαµπλε, προϖεδ ιµµυνε το χηανγε φορ αλµοστ 10 ψεαρσ. Τηε ⇒ρστ ελεχτροµαγνετιχ τελεγραπη ρε− πλαχεδ τηε ηιστοριχ λινε φροµ Παρισ το Λιλλε ιν 1846. Τηε ινιτιαλ σιγναλσ ωερε πασσεδ βψ µεανσ οφ α χυριουσ δεϖιχε, δεσιγνεδ βψ Αλπηονσε Φοψ ανδ Αβρα− ηαµ Λουισ Βρεγυετ, τηατ ρεπροδυχεδ τηε ποσιτιονσ οφ τηε Χηαππε σεµα− πηορε. Τηε οπτιχαλ νετωορκ ρεαχηεδ ιτσ πεακ ιν 1852, ωιτη 556 στατιονσ αλονγ 4,800 κιλοµετερσ οφ λινεσ. Ιτ λινκεδ 29 οφ Φρανχε∏σ λαργεστ χιτιεσ το Παρισ. Τηε αδµινιστρατιον εµπλοψεδ ασ µανψ ασ σιξ οπερατορσ περ στατιον, ωορκινγ ιν σηιφτσ∇µορε τηαν 3,000 ωορκερσ ιν αλλ. Ιν Σωεδεν, ρεπλαχεµεντ οφ τηε οπτι− χαλ τελεγραπησ βεγαν εϖεν λατερ. Φορ µορε τηαν 10 ψεαρσ, ελεχτριχαλ ανδ οπτι− χαλ τελεγραπη στατιονσ ωερε ιν υσε σιδε βψ σιδε; τηε οπτιχαλ τελεγραπησ ρεαχηεδ λαυδε Χηαππε ανδ Αβραηαµ Εδελ− χραντζ∏σ αχηιεϖεµεντσ αρε µοστ− λψ φοργοττεν, συπερσεδεδ βψ δε− ϖελοπµεντσ τηεψ χουλδ νοτ ηαϖε ιµαγ− ινεδ ιν τηειρ µοστ αµβιτιουσ µοµεντσ. Τηεψ ωερε, νονετηελεσσ, τηε τρυε πιο− νεερσ οφ δατα νετωορκινγ. Βοτη οφ τηεµ ηαδ το σολϖε µανψ συβτλε προβλεµσ το εναβλε οπερατορσ το τρανσφερ µεσσαγεσ σµοοτηλψ οϖερ λονγ χηαινσ οφ στατιονσ. Ιν ρετροσπεχτ, ιτ ισ εξχεπτιοναλλψ ιντερεστ− ινγ το σεε τηατ σοµε οφ τηειρ ιδεασ ηαϖε βεεν ρεδισχοϖερεδ ονλψ ρεχεντλψ βψ τηε δεσιγνερσ οφ µοδερν διγιταλ προτοχολσ. Τηεψ νοτ ονλψ χονχειϖεδ σοπηιστιχατεδ µετηοδσ φορ δατα χοµπαχτιον, ερρορ ρε− χοϖερψ, ⇓οω χοντρολ ανδ εϖεν ενχρψπ− τιον, τηεψ αλσο πυτ τηεµ το πραχτιχε. Ωηατ χηαραχτεριζεδ τηεσε τωο ινϖεν− τορσ ωασ νοτ λυχκ βυτ α στρονγ ϖισιον ανδ α ρελεντλεσσ δεδιχατιον το τηειρ γοαλ, εϖεν υνδερ αδϖερσιτψ. Τεχηνιχαλ οβστα− χλεσ ωερε αµονγ τηε εασιερ ονεσ τηεψ ηαδ το οϖερχοµε. Ασ Εδελχραντζ ωροτε ιν ηισ Τρεατισε: Ιτ οφτεν ηαππενσ, ωιτη ρεγαρδ το νεω ινϖεντιονσ, τηατ ονε παρτ οφ τηε γενεραλ πυβλιχ ⇒νδσ τηεµ υσε− λεσσ ανδ ανοτηερ παρτ χονσιδερσ τηεµ το βε ιµποσσιβλε. Ωηεν ιτ βεχοµεσ χλεαρ τηατ τηε ποσσιβιλιτψ ανδ τηε υσε− φυλνεσσ χαν νο λονγερ βε δενιεδ, µοστ αγρεε τηατ τηε ωηολε τηινγ ωασ φαιρλψ εασψ το δισχοϖερ ανδ τηατ τηεψ κνεω αβουτ ιτ αλλ αλονγ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΠΙΟΝΕΕΡΣ ΟΦ ΕΛΕΧΤΡΙΧΑΛ ΧΟΜΜΥΝΙΧΑ− ΤΙΟΝ. Ρολλο Αππλεψαρδ. Μαχµιλλαν & Χοµπανψ, 1930. Α ΗΙΣΤΟΡΨ ΟΦ ΤΑΧΤΙΧΑΛ ΧΟΜΜΥΝΙΧΑ− ΤΙΟΝ ΤΕΧΗΝΙΘΥΕΣ. ∆αϖιδ Λ. Ωοοδ. Αψερ Χοµπανψ Πυβλιχατιονσ, 1974. ΤΗΕ ΟΛ∆ ΤΕΛΕΓΡΑΠΗΣ. Γεοργε Ωιλσον. Πηιλλιµορε Χηιχηεστερ, 1976. ↔↔ ΧΗΑΠΠΕ. Φδρατιον Να− ΛΑ ΤΕΛΕΓΡΑΠΗΙΕ τιοναλεσ δεσ Ασσοχιατιονσ δε Περσοννελ δεσ Ποστεσ ετ Τλχοµµυνιχατιονσ πουρ λα Ρεχηερχηε Ηιστοριθυε. Εδιτιονσ δε λ∏Εστ, Νανχψ, 1993. ΤΗΕ ΕΑΡΛΨ ΗΙΣΤΟΡΨ ΟΦ ∆ΑΤΑ ΝΕΤΩΟΡΚΣ. Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν ανδ Βϕρν Πεηρσον (ιν πρεσσ). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 129 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΧΑΝΧΕΡ ΕΠΙ∆ΕΜΙΟΛΟΓΨ Α Ωαρ Νοτ Ωον βψ Τιµ Βεαρδσλεψ, σταφφ ωριτερ Τ ηερε ωασ σο µυχη γοοδ νεωσ ατ τηειρ µεετινγ ιν Σεπτεµβερ τηατ τηε µεµ− βερσ οφ τηε Πρεσιδεντ∏σ Χανχερ Πανελ µιγητ ηαϖε βεεν παρδονεδ ηαδ τηεψ βεεν οϖερωηελµεδ βψ ευπηορια. Ρεπορτσ οφ προµ− ισινγ τηεραπιεσ ανδ διαγνοστιχ µανευϖερσ σωιρλεδ ωιτη αχχουντσ οφ δεεπ νεω ινσιγητσ ιντο τηε υνδερλψινγ γενετιχσ ανδ µολεχυλαρ βιολογψ οφ τηε δισεασε. Τηεν τηε µοοδ γρεω σοµβερ∇ορ ωασ ιτ τενσε? ϑοην Χ. Βαιλαρ ΙΙΙ, α νοτεδ προφεσσορ οφ επιδεµιολογψ ανδ βιο− στατιστιχσ ατ ΜχΓιλλ Υνιϖερσιτψ, βεγαν ηισ οβ− σερϖατιονσ ον ρεχεντ τρενδσ ιν τηε µορβιδιτψ ανδ µορταλιτψ οφ χανχερ. Βαιλαρ ηαδ χρεατεδ α στορµ ιν 1986 αφτερ πυβλισηινγ α δαµνινγ λαχκ−οφ−προγρεσσ ρεπορτ ον τηε ωαρ ον χανχερ ινιτιατεδ βψ Πρεσιδεντ Ριχηαρδ Μ. Νιξον ωηεν τηε χηιεφ εξεχυτιϖε σιγνεδ τηε Νατιοναλ Χανχερ Αχτ ιν 1971. Βαι− λαρ∏σ υν⇓ινχηινγ συµµαρψ οφ τηε λατεστ βοδψ χουντσ λαστ φαλλ, παρτ οφ α φορµαλ εϖαλυατιον οφ τηε νατιοναλ χανχερ προγραµ, λεδ το τηε σαµε διστυρβινγ ρεσυλτ. Ιν τηε ενδ, ανψ χλαιµ οφ µαϕορ συχχεσσ αγαινστ χανχερ µυστ βε ρεχον− χιλεδ ωιτη τηισ ⇒γυρε, ηε σαιδ, ποιντινγ το α σιµπλε γραπη τηατ σηοωεδ α σταρκ χοντινυινγ ινχρεασε ιν Υ.Σ. δεατη ρατεσ φροµ χανχερ βε− τωεεν 1950 ανδ 1990. Ι δο νοτ τηινκ συχη ρεχονχιλιατιον ισ ποσσιβλε ανδ αγαιν χονχλυδε, ασ Ι διδ σεϖεν ψεαρσ αγο, τηατ ουρ δεχαδεσ οφ ωαρ αγαινστ χανχερ ηαϖε βεεν α θυαλι⇒εδ φαιλ− υρε. Τηανκ ψου. Τηε νυµβερσ, βασεδ ον δατα συππλιεδ βψ τηε Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε (ΝΧΙ ), ινδεεδ πρεσεντ α γριµ πιχτυρε. Βαιλαρ∏σ πρινχιπαλ χον− χλυσιον, ωιτη ωηιχη τηε ΝΧΙ αγρεεσ, ισ τηατ Υ.Σ. χανχερ δεατη ρατεσ ωεντ υπ βψ 7 περχεντ βετωεεν 1975 ανδ 1990. Τηισ νυµβερ, λικε αλλ τηοσε Βαιλαρ χιτεδ, ηασ βεεν αδϕυστεδ το χοµπενσατε φορ τηε χηανγινγ σιζε ανδ χοµ− ποσιτιον οφ τηε ποπυλατιον ωιτη ρεσπεχτ το αγε, σο τηε ινχρεασε χαννοτ βε βλαµεδ ον πεο− πλε∏σ δψινγ λεσσ οφτεν φροµ οτηερ δισεασεσ. Χανχερ ισ τηε σεχονδ λεαδινγ χαυσε οφ δεατη ιν τηε Υ.Σ. αφτερ ηεαρτ δισεασε; 526,000 χανχερ δεατησ ωερε εξπεχτεδ το ηαϖε οχχυρρεδ ιν τηε Υ.Σ. ιν 1993. Ωηατ δο τηεσε φαχτσ µεαν? Ωουλδ αναλψσισ 130 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 οφ τηεµ ρεϖεαλ ενϖιρονµενταλ ορ οτηερ ιν⇓υ− ενχεσ τηατ αρε τριγγερινγ τηε δισεασε? ∆ο τηε ρεσυλτσ ϕυστιφψ τηε µασσιϖε, φρονταλ ασσαυλτ, ωηιχη ρελιεσ ον ρεσεαρχη ιντο τηε φυνδαµεν− ταλ χαυσεσ, ον ε⇑ορτσ το δεϖισε σενσιτιϖε διαγ− νοστιχ προχεδυρεσ ανδ ον εµπιριχαλ αττεµπτσ το δεϖελοπ χυρεσ? Ηαϖε τηε ρεσεαρχηερσ ανδ χλινιχιανσ βεεν βαρκινγ υπ τηε ωρονγ τρεεσ φορ τηε παστ τωο δεχαδεσ? Ανψονε τρψινγ το ανσωερ τηεσε θυεστιονσ βψ προβινγ µορε δεεπλψ ιντο τηε δατα ⇒νδσ τηατ τηε δεϖιλ οφ υνχερταιντψ λυρκσ ιν τηε δε− ταιλσ. Ατ φιρστ, τηε βασιχ φαχτσ σεεµ σιµπλε. Βψ φαρ τηε γρεατεστ χοντριβυτιον το τηε οϖεραλλ ιν− χρεασε χοµεσ φροµ λυνγ χανχερ, ωηιχη αχ− χουντσ φορ µορε τηαν α θυαρτερ οφ αλλ χανχερ δεατησ. Μοστ λυνγ χανχερ δεατησ αρε, ρεσεαρχη− ερσ αγρεε, τηε ρεσυλτ οφ χιγαρεττε σµοκινγ. Αλ− τηουγη δεατησ φροµ λυνγ χανχερ ηαϖε σταρτεδ το φαλλ ιν µεν, τηεψ ηαϖε µορε τηαν δουβλεδ ιν ωοµεν σινχε 1973, βεχαυσε ωοµεν τοοκ υπ σµοκινγ δεχαδεσ αφτερ µοστ µεν διδ. Το− δαψ λυνγ χανχερ κιλλσ εϖεν µορε ωοµεν ιν τηε Υ.Σ. τηαν δοεσ βρεαστ χανχερ. Ιφ λυνγ χανχερ ισ εξχλυδεδ∇αν εξχλυσιον τηατ τηε βλυντ−σποκεν Βαιλαρ δισλικεσ βεχαυσε σελφ−ιν⇓ιχτεδ δεατησ σηουλδ βε ασ µυχη α µατ− τερ οφ χονχερν ασ ανψ οτηερ∇τηε τοταλ χανχερ δεατη ρατε ηασ χηανγεδ λιττλε σινχε τηε ωαρ ον χανχερ ωασ ⇒ρστ ωαγεδ. Ψετ τηε τοταλ χονχεαλσ α ϖαριετψ οφ ινδιϖιδυαλ χανχερσ τηατ αππαρεντ− λψ ηαϖε ινχρεασινγ δεατη ρατεσ. Τηεψ ινχλυδε νον−Ηοδγκιν∏σ λψµπηοµα, µυλτιπλε µψελοµα ανδ χανχερσ οφ τηε προστατε, βραιν, κιδνεψ, εσοπηαγυσ ανδ βρεαστ. Αλλ τηεσε ινχρεασεσ αρε στατιστιχαλλψ σιγνι⇒χαντ βψ Βαιλαρ∏σ ρεχκονινγ, εϖεν τηουγη τηε βιγγεστ οφ τηεµ ισ ονλψ α τεντη τηε σιζε οφ τηε εξπλοσιον ιν λυνγ χανχερ δεατησ. Τηυσ, τηε ωαρ αγαινστ χανχερ ισ ονε ιν ωηιχη τηε φοε∏σ ορδερ οφ βαττλε χηανγεσ χον− ΒΡΑΙΝ ΣΧΑΝ ιν τηισ πατιεντ ισ µαδε βψ µεανσ οφ µαγ− νετιχ ρεσονανχε ιµαγινγ. Σοπηιστιχατεδ νεω τεχηνολο− γψ εασεσ τηε τασκ οφ δετεχτινγ τυµορσ. Βυτ συχη αδ− ϖανχεσ αλσο χοµπλιχατε τηε ιντερπρετατιον οφ τρενδσ ιν τηε οχχυρρενχε οφ δισεασε βψ υνχοϖερινγ χασεσ τηατ χλιν− ιχιανσ υσινγ λεσσ ποωερφυλ µετηοδσ µιγητ ηαϖε µισσεδ. Copyright 1993 Scientific American, Inc. Despite dramatic scientific gains, cancer remains an undaunted killer Copyright 1993 Scientific American, Inc. DEATHS PER 100,000 POPULATION σταντλψ. ∆εατη ρατεσ ηαϖε δεχλινεδ τιον. Τηε ρεχορδεδ ινχιδενχε οφ Αννυαλ Χανχερ ∆εατησ φορ συχη χανχερσ ασ τηοσε οφ τηε τηε ιλλνεσσ γρεω µαρκεδλψ δυρινγ ιν Υ.Σ., 1950∠90 χολον ανδ ρεχτυµ, στοµαχη, υτερ− τηε µιδ−1970σ αφτερ Φιρστ Λαδψ 180 υσ ( ινχλυδινγ τηε χερϖιξ), βλαδδερ, Βεττψ Φορδ ανδ Μαργαρεττα ( Ηαπ− χρανιυµ, βονε, γαλλβλαδδερ ανδ πψ) Ροχκεφελλερ, ωιφε οφ ςιχε Πρεσ− 170 τεστισ. ∆εατη ρατεσ φροµ χανχερσ ιδεντ Νελσον Α. Ροχκεφελλερ, ωερε ιν χηιλδρεν φελλ βψ αλµοστ ηαλφ βε− διαγνοσεδ ασ ηαϖινγ τηε δισεασε. 160 τωεεν 1973 ανδ 1989, ιν λαργε Αππαρεντλψ, τηε ηιγηλψ ϖισιβλε χασ− 150 παρτ βεχαυσε οφ βεττερ τρεατµεντσ. εσ οφ τηε ιλλνεσσ προµπτεδ µανψ LUNG CANCER Ψετ βεχαυσε χανχερ ιν χηιλδρεν ωοµεν το βε σχρεενεδ. Στιλλ, Πετερ 140 ωασ ραρε το βεγιν ωιτη, τηισ ιµ− Γρεενωαλδ, ηεαδ οφ τηε διϖισιον προϖεµεντ∇ανδ σµαλλερ γαινσ ιν οφ χανχερ πρεϖεντιον ανδ χοντρολ 130 ψουνγ αδυλτσ∇ηασ ηαδ ονλψ α µι− ατ τηε ΝΧΙ, σαψσ τηερε ηασ βεεν α νυσχυλε ε⇑εχτ ον τηε βιγ πιχτυρε. στεαδψ, σλοω ινχρεασε ιν τηε ινχι− 120 Οϖεραλλ, τηε ινχρεασεσ ιν χανχερ δενχε οφ βρεαστ χανχερ σινχε τηε δεατη ρατεσ αρε τωιχε ασ λαργε ασ 1970σ. Ον τηε οτηερ ηανδ, ηε βε− 110 τηε δεχρεασεσ. λιεϖεσ α σεεµινγ αχχελερατιον ιν Ανοτηερ µεασυρε οφ τηε βυρδεν τηε 1980σ ωασ ρελατεδ το τηε χον− 100 οφ χανχερ ισ ιτσ ινχιδενχε∇τηατ ισ, τινυινγ ινχρεασε ιν δεµανδ φορ τηε νυµβερ οφ πεοπλε ιν τηε ποπ− µαµµογραπηψ σχρεενινγ. Ιµ− 90 υλατιον ωηο αρε ρεχορδεδ ασ δε− προϖεµεντσ ιν συρϖειλλανχε χαν, ALL OTHER CANCERS ϖελοπινγ τηε δισεασε. Τηε Πρεσι− παραδοξιχαλλψ, αλσο πρεχιπιτατε α 80 δεντ∏σ Χανχερ Πανελ, χηαιρεδ βψ δεχρεασε ιν ινχιδενχε. Σχρεενινγ 70 Ηαρολδ Π. Φρεεµαν οφ Ηαρλεµ Ηοσ− βψ Παπ σµεαρσ, ωηιχη δετεχτ πιταλ Χεντερ, ηεαρδ τηοσε ⇒γυρεσ τρεαταβλε πρεχανχερουσ χηανγεσ, 60 φροµ Εδωαρδ ϑ. Σονδικ, α σενιορ ισ τηουγητ το ηαϖε λεδ το α 35 περ− ΝΧΙ στατιστιχιαν. Τηεψ, λικε τηε χεντ δροπ ιν τηε ρεπορτεδ οχχυρ− 50 δεατη ρατεσ, αρε αδϕυστεδ φορ τηε ρενχε οφ χανχερ οφ τηε χερϖιξ. χηανγινγ χοµποσιτιον ανδ σιζε οφ ∆εσπιτε τηε δι⇔χυλτιεσ οφ ιντερ− 40 τηε ποπυλατιον. Τηεψ σηοω ⇒ρστ πρετατιον, επιδεµιολογιστσ ωιδελψ ανδ φορεµοστ αν ινχρεασε οφ µορε ρεαδ τηε ινχιδενχε δατα φορ χλυεσ 30 τηαν 100 περχεντ ιν λυνγ χανχερ το χαυσεσ οφ χανχερ. Ιφ α παρτιχυλαρ ιν ωοµεν βετωεεν 1973 ανδ τψπε οφ χανχερ ισ τρυλψ βεχοµινγ 20 1990. Μελανοµα ανδ προστατε µορε χοµµον, τηερε ισ πρεσυµ− χανχερ αλσο δισπλαψεδ ϖερψ λαργε αβλψ σοµε ιδεντι⇒αβλε ανδ περ− 10 ινχρεασεσ (οφ µορε τηαν 80 περ− ηαπσ µοδι⇒αβλε ετιολογψ. ∆εϖρα χεντ) δυρινγ τηατ περιοδ. Τηε Λεε ∆αϖισ, νοω α σενιορ αδϖισερ το 0 1950 1975 1990 Πηιλιπ Ρ. Λεε, τηε ασσισταντ σεχρε− ρογυεσ∏ γαλλερψ οφ σεεµινγλψ ιν− SOURCE: John C. Bailar III χρεασεδ ινχιδενχε αλσο ινχλυδεσ ταρψ φορ ηεαλτη, ηασ χρεατεδ α φυ− νον−Ηοδγκιν∏σ λψµπηοµα, µυλτι− ΧΑΣΥΑΛΤΨ ΡΕΠΟΡΤ φροµ τηε ωαρ ον χανχερ ρορ ιν επιδεµιολογιχ χιρχλεσ ιν ρε− πλε µψελοµα ανδ χανχερσ οφ τηε σηοωσ τηατ τηε εφφορτ ηασ νοτ σλοωεδ δεατησ φροµ χεντ ψεαρσ βψ χοντενδινγ τηατ βρεαστ, κιδνεψ, λιϖερ ανδ βραιν. µανψ οφ τηε ινχρεασεσ ιν χανχερ τηε δισεασε ιν τηε Υ.Σ., ωηερε µορταλιτψ φροµ χαν− Χανχερσ αππαρεντλψ δεχρεασινγ χερ ισ ινχρεασινγ εϖεν ιφ (ασ ηερε) τηε νυµβερσ αρε ινχιδενχε ασ ωελλ ασ ιν δεατη ρατεσ ιν ινχιδενχε ινχλυδε τηοσε οφ τηε αδϕυστεδ το αλλοω φορ τηε αγινγ οφ τηε ποπυλατιον. αρε νοτ µερελψ χλινιχαλ αρτιφαχτσ. χερϖιξ, υτερυσ, στοµαχη, πανχρεασ ∆αϖισ ποιντσ βψ ωαψ οφ εξαµπλε ανδ µουτη; Ηοδγκιν∏σ δισεασε ανδ το α ρεχεντ στυδψ ιν Χαναδα. Τηε σοµε λευκεµιασ αλσο βελονγ ιν τηισ χατ− στροκε. Τωεντψ ψεαρσ αγο τηατ µαψ ηαϖε ινϖεστιγατορ, Μαριε ∆εσµευλεσ οφ Ηεαλτη εγορψ. Σονδικ χονχλυδεδ τηατ τηε οϖερ− βεεν α χοµµον οχχυρρενχε. Τηε ιν− ανδ Ωελφαρε Χαναδα, ασσεσσεδ τηε εφ− αλλ ινχιδενχε οφ χανχερ ηαδ ινχρεασεδ χρεασε ιν δεατησ φροµ βραιν χανχερ φεχτ οφ χοµπυτεδ τοµογραπηψ ανδ βψ 18 περχεντ βετωεεν 1973 ανδ 1990. µιγητ, τηερεφορε, βε αττριβυταβλε ατ λεαστ µαγνετιχ ρεσονανχε ιµαγινγ ον δετεχ− Τηε ΝΧΙ σαψσ σοµε χηιλδηοοδ χανχερσ ιν παρτ το βεττερ διαγνοσισ. τιον οφ βραιν χανχερ ανδ οτηερ νευρο− αρε βεχοµινγ µορε χοµµον. Τηεψ ιν− Ινχιδενχε δατα αρε τηε µοστ συσχεπτι− λογιχ δισεασεσ. Σηε αρρανγεδ φορ συσ− χλυδε αχυτε λψµπηοχψτιχ λευκεµια ασ βλε το διστορτιον. Βαιλαρ ισ σο σκεπτιχαλ πεχτεδ χασεσ οφ βραιν χανχερ το βε ρε− ωελλ ασ χανχερσ οφ τηε βραιν ανδ νερ− οφ τηεµ τηατ ηε δεχλινεδ το δισχυσσ τηε χλασσι⇒εδ αφτερ σηε ηαδ ρεµοϖεδ φροµ ϖουσ σψστεµ. τοπιχ ιν Σεπτεµβερ ατ τηε Πρεσιδεντ∏σ πατιεντσ∏ χηαρτσ εϖιδενχε αχθυιρεδ ωιτη ∆οεσ τηισ πιχτυρε συγγεστ χηανγεσ ιν Χανχερ Πανελ µεετινγ. Ηε ωουλδ ονλψ τηεσε τεχηνιθυεσ. Τηε ρεσυλτσ συγγεστ− υνδερλψινγ χαυσεσ, ορ αρε τηε ϖαριατιονσ εξπρεσσ ηισ χονϖιχτιον τηατ τηε ρεπορτ− εδ τηατ ιν Χαναδα τηοσε ινστρυµεντσ ιν ινχιδενχε αρτιφαχτσ οφ τηε δεϖελοπ− εδ σιγνι⇒χαντ ινχρεασεσ ιν ινχιδενχε οφ ωερε παρτλψ βυτ νοτ εντιρελψ ρεσπονσιβλε µεντ οφ µεδιχαλ κνοωλεδγε? ∆ιαγνοσ− λυνγ ανδ προστατε χανχερ αρε λαργελψ φορ τηε τωοφολδ ινχρεασε ιν βραιν χανχερ τιχ πραχτιχεσ ανδ τεχηνολογψ ηαϖε βε− ορ εντιρελψ σπυριουσ. Ιν Βαιλαρ∏σ ϖιεω, διαγνοσεσ αµονγ τηε ελδερλψ. χοµε µορε σοπηιστιχατεδ ανδ σο χουλδ ιµπροϖινγ µεδιχαλ τεχηνιθυεσ νοω αλ− Χηανγινγ διαγνοστιχ πραχτιχεσ αρε αχχουντ φορ σοµε οφ τηε τρενδσ ιν βοτη λοω τηε ιδεντι⇒χατιον ασ χανχερ οφ τηουγητ το ηαϖε λεσσ οφ α διστορτινγ εφ− µορταλιτψ ανδ ινχιδενχε, εξπερτσ αργυε. µανψ τυµορσ τηατ ωουλδ οτηερωισε φεχτ ον χανχερ δεατη ρατεσ τηαν ον ινχι− Τηε ωιδεσπρεαδ αϖαιλαβιλιτψ οφ νυχλεαρ νεϖερ ηαϖε βεχοµε νοτιχεαβλε. Εϖερψ− δενχε ρατεσ. Εϖεν σο, τηε ιντερπρετατιον µαγνετιχ ρεσονανχε ιµαγινγ, φορ εξαµ− βοδψ ισ τερρι⇒εδ οφ µισσινγ α διαγνο− οφ δεατη ρατεσ ισ αλσο χοντροϖερσιαλ. Ιν πλε, µεανσ τηατ τοδαψ ιτ ισ υνλικελψ σισ, ηε τολδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ. πρινχιπλε, δεατη ρατεσ σηουλδ ρε⇓εχτ σοµεονε δψινγ οφ βραιν χανχερ ωιλλ βε Τηε ινχρεασε ιν τηε ινχιδενχε οφ βοτη ιµπροϖεµεντσ ιν τρεατµεντ ανδ µισδιαγνοσεδ ασ συχχυµβινγ το α βρεαστ χανχερ ισ συβϕεχτ το συχη διστορ− χηανγεσ ιν ινχιδενχε. Υνφορτυνατελψ, χο− 132 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc. λορεχταλ χανχερ ισ τηε ονλψ ονε οφ τηε βιγ φουρ κιλλερσ∇λυνγ, χολορεχταλ, βρεαστ ανδ προστατε∇τηατ ισ βεχοµινγ µορε χυραβλε. Βψ α χρυελ τωιστ οφ φατε, τηε οτηερ χανχερσ τηατ χαν νοω βε χυρεδ σοµεωηατ µορε συχχεσσφυλλψ τηαν ιν 1973 αρε ρελατιϖελψ ραρε. Τηεψ αρε Ηοδγ− κιν∏σ δισεασε, σοµε λευκεµιασ, χανχερ οφ τηε τηψροιδ, τεστιχυλαρ χανχερ ανδ, περηαπσ, χανχερσ οφ τηε υτερυσ ανδ βλαδδερ. ( Εαρλιερ δετεχτιον προβαβλψ εξ− πλαινσ σοµε οφ τηε ιµπροϖεµεντσ ιν συρϖιϖαλ αφτερ διαγνοσισ.) Σοµε χανχερσ ιν ωηιχη δεατη ρατεσ αρε δεχρεασινγ προβαβλψ χαννοτ βε χηαλκεδ υπ ασ ϖιχτοριεσ. ∆εχλινεσ ιν δεατησ φροµ στοµαχη χανχερ ανδ χαν− χερ οφ τηε υτερυσ, µαινλψ τηε χερϖιξ, αρε γλοβαλ ανδ σταρτεδ δεχαδεσ αγο, αχχορδ− ινγ το Βαιλαρ. Τηεψ τηερεφορε προβαβλψ οωε λιττλε το αδϖανχεσ ιν τηεραπψ. Βαιλαρ αγρεεσ, ηοωεϖερ, τηατ Παπ σµεαρσ ηαϖε ηελπεδ ρεδυχε τηε νυµβερ οφ δεατησ ατ− τριβυταβλε το χερϖιχαλ χανχερ. Βεττερ φοοδ πρεπαρατιον ισ χοµµονλψ ηελδ το αχ− χουντ φορ τηε δεχλινε ιν στοµαχη χαν− χερ. Ψετ νο ονε ηασ χερταιν κνοωλεδγε οφ τηε ρεασον (ορ ρατηερ, ασ Βαιλαρ δρψλψ οβσερϖεσ, µανψ πεοπλε κνοω, βυτ τηεψ χαννοτ αγρεε). Τηε πιχτυρε βεχοµεσ εϖεν µορε χοµπλιχατεδ ωηεν τηε δατα αρε σλιχεδ ιν δι⇑ερεντ ωαψσ. Ονε χυτ βαρεσ τηε ρατεσ οφ δεατη ανδ δισεασε ατ δι⇑ερεντ Copyright 1993 Scientific American, Inc. αγεσ. ∆αϖισ, Σονδικ ανδ ∆αϖιδ Γ. Ηοελ οφ τηε Μεδιχαλ Υνιϖερσιτψ οφ Σουτη Χαρ− ολινα ανδ οτηερ εξπερτσ µαινταιν τηατ χονσιδερατιον οφ συχη ισολατεδ ρατεσ χαν ρεϖεαλ ιµπορταντ παττερνσ. Σπεχι⇒χ− αλλψ, τηε δεατη ανδ ινχιδενχε ρατεσ φορ σοµε χανχερσ αρε σταψινγ ρουγηλψ χον− σταντ ορ δεχρεασινγ ιν ψουνγ πεοπλε ωηιλε ινχρεασινγ ιν ολδερ πεοπλε. Βρεαστ χανχερ δεατησ, φορ εξαµπλε, χονφορµ το τηισ παττερν. Τηεψ ηαϖε δε− χρεασεδ ιν ωοµεν ψουνγερ τηαν 50 ψεαρσ βυτ ηαϖε βεχοµε µορε χοµµον ιν ωοµεν αβοϖε τηατ αγε. Τηισ ισ ηαπ− πενινγ εϖεν τηουγη τηε τοταλ βρεαστ χανχερ δεατη ρατε, αχχορδινγ το Γρεεν− ωαλδ οφ τηε ΝΧΙ, µαψ ηαϖε ϕυστ σταρτεδ το δεχλινε. Τηε νυµβερ οφ δεατησ φροµ µελανοµα, ανδ τηε ινχιδενχε οφ τηισ ηιγηλψ λετηαλ χανχερ, ωηιχη ⇒ρστ εµεργ− εσ ον τηε σκιν, ηασ δεχρεασεδ ιν πεοπλε ψουνγερ τηαν 45 ωηιλε ινχρεασινγ ιν ολδερ ινδιϖιδυαλσ. Ιν σιξ ρεγιονσ χοϖερινγ 15 ινδυστριαλ− ιζεδ χουντριεσ ( ινχλυδινγ τηε Υ.Σ.), ∆α− ϖισ ανδ ηερ χολλεαγυεσ φουνδ τηατ οϖερ α περιοδ οφ 17 ψεαρσ, µορταλιτψ φροµ λυνγ, βρεαστ ανδ προστατε χανχερ ιν− χρεασεδ ιν ινδιϖιδυαλσ ολδερ τηαν 45. ∆εατησ φροµ βραιν ανδ οτηερ νερϖουσ σψστεµ χανχερσ αµονγ πεοπλε ολδερ τηαν 75 σηοω δραστιχ ινχρεασεσ ιν σεϖ− εραλ µαϕορ ινδυστριαλ χουντριεσ. Ανδ ιν τηε Υ.Σ., ινχιδενχε οφ βραιν χανχερ σεεµσ το ηαϖε ινχρεασεδ αµονγ ψουνγ πεοπλε. Τηεσε τρενδσ, ρεφερρινγ ασ τηεψ δο το ρατεσ ρατηερ τηαν αβσολυτε νυµ− βερσ, αγαιν χαννοτ βε εξπλαινεδ βψ τηε ινχρεασινγ αϖεραγε αγε οφ τηε ποπυλα− τιον. Ολδ πεοπλε αρε δε⇒νιτελψ µορε λικε− λψ το βε διαγνοσεδ ωιτη ανδ ρεχορδεδ ασ δψινγ φροµ χανχερ τηαν τηεψ ωερε σοµε 20 ψεαρσ αγο. Βυτ ∆αϖισ∏σ ϖιγορουσ χον− τεντιον τηατ τηεσε τρενδσ µανιφεστ νεω, ποσσιβλψ ενϖιρονµενταλ τηρεατσ το πυβ− λιχ ηεαλτη ηασ προϖοκεδ σκεπτιχισµ. Τηε προµινεντ Ενγλιση επιδεµιολο− γιστ ωηο ⇒ρστ ιδεντι⇒εδ τηε λινκ βε− τωεεν σµοκινγ ανδ λυνγ χανχερ, Σιρ Ριχηαρδ ∆ολλ, ηασ βεεν ονε οφ ∆αϖισ∏σ χηιεφ χριτιχσ. Ωηιλε νοτ δισπυτινγ τηατ ρεχορδεδ δεατη ρατεσ φορ σοµε χανχερσ ηαϖε ρισεν αµονγ τηε µιδδλε−αγεδ ανδ ελδερλψ, ∆ολλ ανδ οτηερσ οφ λικε µινδ, συχη ασ Βριαν Ε. Ηενδερσον οφ τηε Σαλκ Ινστιτυτε φορ Βιολογιχαλ Στυδιεσ ιν Σαν ∆ιεγο, βελιεϖε αλµοστ αλλ τηε ινχρεασεσ χαν βε αττριβυτεδ το τοβαχχο υσε, το οτη− ερ αϖοιδαβλε εξποσυρεσ συχη ασ συνλιγητ ορ αλχοηολ, ορ το διαγνοστιχ αρτιφαχτσ. ∆ΕΧΛΑΡΑΤΙΟΝ ΟΦ ΩΑΡ ον χανχερ ισ µαδε ασ Πρεσιδεντ Ριχηαρδ Μ. Νιξον σιγνσ τηε Νατιοναλ Χανχερ Αχτ ον ∆εχεµ− βερ 23, 1971. Τηε λεγισλατιον λαυνχηεδ τηε νατιοναλ χανχερ προγραµ, ωηιχη ηασ σινχε εξπενδεδ σοµε ∃25 βιλλιον. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 133 Χηανγεσ ιν Υ.Σ. Χανχερ ∆εατη Ρατεσ,∗ 1973∠90 PERCENT CHANGE –60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 PERSONS UNDER 65 PERSONS OVER 65 120 140 160 180 200 LUNG (FEMALES) SKIN MELANOMAS LIVER ∆ΕςΙΛΙΣΗ ∆ΕΤΑΙΛΣ συχη ασ χηανγεσ ιν δεατη ρατεσ ασ− σοχιατεδ ωιτη διφφερεντ τψπεσ οφ χανχερ τηατ ηαϖε οχ− χυρρεδ δυρινγ τηε παστ τωο δεχαδεσ χοµπλιχατε εφφορτσ το µεασυρε προγρεσσ ανδ ιδεντιφψ χαυσεσ. Σοµε οφ τηε σηιφτσ αρε ρεαλ, βυτ οτηερσ µαψ ιν παρτ ρεφλεχτ χηανγινγ διαγνοστιχ χαπαβιλιτιεσ. MULTIPLE MYELOMA PROSTATE NON-HODGKIN’S LYMPHOMA ESOPHAGUS KIDNEY/RENAL LUNG (MALES) ALL SITES BREAST (FEMALES) BRAIN PANCREAS LARYNX LEUKEMIA COLON/RECTUM MOUTH AND PHARYNX THYROID URINARY BLADDER OVARY STOMACH UTERUS CERVIX OF UTERUS HODGKIN’S DISEASE TESTIS *age-adjusted 134 SOURCE: National Cancer Institute ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ( Τοβαχχο υσε ηασ βεεν στρονγλψ ιµπλι− χατεδ ασ α χαυσε οφ σεϖεραλ τψπεσ οφ χανχερ βεσιδεσ τηατ οφ τηε λυνγ, ινχλυδ− ινγ τηοσε οφ τηε λαρψνξ, εσοπηαγυσ, παν− χρεασ ανδ βλαδδερ; σεϖεραλ οτηερ χαν− χερσ αρε κνοων το βε λινκεδ το αϖοιδ− αβλε ρισκ φαχτορσ συχη ασ αλχοηολ ανδ α ηιγη−φατ διετ.) ∆ολλ ανδ ηισ ασσοχιατεσ ηαϖε δελιβερατελψ ρεστριχτεδ τηειρ στυδ− ιεσ οφ χαυσεσ οφ χανχερ το χασεσ ιν πεο− πλε ψουνγερ τηαν 65, ιν τηε βελιεφ τηατ ιτ ισ ιν τηε ρελατιϖελψ ψουνγ τηατ τηε ε⇑εχτ οφ νεω ηαζαρδσ ισ υσυαλλψ ⇒ρστ σεεν. Βυτ ιν τηε ϖιεω οφ ∆αϖισ ανδ οτη− ερ δισσεντερσ, ∆ολλ∏σ βλινκερσ γυαραντεε τηατ ηε µισσεσ ιµπορταντ χλυεσ το ωαψσ οφ ρεδυχινγ τηε χανχερ βυρδεν. Βαιλαρ ισ σψµπατηετιχ ωιτη ∆αϖισ∏σ ϖιεω, ατ λεαστ ασ φαρ ασ δεατη ρατεσ αρε χονχερνεδ. ∆ολλ ηασ νεϖερ εξπλαινεδ αδεθυατελψ το µε ωηψ ηε∏σ σκεπτιχαλ αβουτ τηε ινχρεασε ιν τοταλ χανχερ ρατεσ, ηε οβσερϖεσ. Βαιλαρ δοεσ νοτ βελιεϖε ονε εξπλανατιον, ιν παρτιχυλαρ, τηατ ισ σοµε− τιµεσ ο⇑ερεδ φορ ινχρεασινγ δεατη ρατεσ φροµ σπεχι⇒χ χανχερσ: τηατ µεδιχαλ σχι− ενχε ισ γεττινγ βεττερ ατ ⇒νδινγ τηε τρυε σιτε οφ τηε οριγιν. Αν αππαρεντ ινχρεασ− ινγ δεατη ρατε φροµ προστατε χανχερ, φορ εξαµπλε, χουλδ βε α χονσεθυενχε οφ τηε φαχτ τηατ ιν ψεαρσ παστ χορονερσ ωερε µορε λικελψ το ρεχορδ προστατε χαν− χερ δεατησ ασ χανχερ, σιτε υνκνοων. Βαιλαρ νοτεσ, ηοωεϖερ, τηατ δεατησ φροµ χανχερ οφ υνκνοων σιτε αρε τηεµσελϖεσ βεχοµινγ µορε χοµµον. Το ηιµ, τηατ ινδιχατεσ τηατ τηε ινχρεασεσ ιν δεατησ φροµ χανχερσ οφ κνοων σιτε χαννοτ βε βλαµεδ ον ιµπροϖεµεντσ ιν διαγνοστιχ πρεχισιον. Σαµυελ Βροδερ, διρεχτορ οφ τηε ΝΧΙ, αγρεεσ τηατ δεατη ρατεσ φορ σεϖερ− αλ ιµπορταντ χανχερσ αρε γοινγ υπ. Α χοµπλετελψ δι⇑ερεντ ωαψ το λοοκ ατ προγρεσσ ιν τηε ωαρ αγαινστ χανχερ ισ το εξαµινε ωηατ προπορτιον οφ πεοπλε δι− αγνοσεδ ωιτη δι⇑ερεντ τψπεσ συρϖιϖε φορ ατ λεαστ ⇒ϖε ψεαρσ. Αλτηουγη ⇒ϖε−ψεαρ Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΧΡΙΤΙΧ ϑοην Χ. Βαιλαρ ΙΙΙ, α Χαναδιαν επιδεµιολογιστ, ηασ ϖεττεδ τηε νατιοναλ χανχερ προγραµ χονσιστεντλψ ανδ σηαρπ− λψ. Ωηατεϖερ ωε ηαϖε βεεν δοινγ, Βαι− λαρ σαψσ, ιτ ηασ νοτ δεαλτ ωιτη τηε βροαδ− λψ ρισινγ τρενδ ιν µορταλιτψ. συρϖιϖαλ ρατεσ σαψ νοτηινγ αβουτ ινχι− δενχε, τηεψ αρε σεεν ασ ηιγηλψ ρελεϖαντ βψ τηε πεοπλε διαγνοσεδ ασ ηαϖινγ χαν− χερ. Υνφορτυνατελψ, τηε χοµφορτ τηατ τηεσε δατα ο⇑ερ ισ διστινχτλψ χολδ. ∆ε− σπιτε τηε ηεαρτενινγ γαινσ ιν χυρε ρατεσ ιν τηε ψουνγ, τηε ΝΧΙ εστιµατεσ τηε οϖεραλλ ιµπροϖεµεντ ιν ⇒ϖε−ψεαρ συρ− ϖιϖαλ σινχε Νιξον λαυνχηεδ τηε προ− γραµ ισ ονλψ 4 περχεντ. Βαιλαρ τολδ τηε Πρεσιδεντ∏σ Χανχερ Πανελ τηατ εϖεν τηατ ⇒γυρε µαψ χονστιτυτε αν οϖερεστιµατε. Τηε σεεµινγ ιµποτενχε οφ τηε ΝΧΙ ιν τηε φαχε οφ ωηατ ισ στιλλ ονε οφ τηε µοστ φεαρεδ δισεασεσ ηασ λεδ α ϖοχαλ χηορυσ οφ χριτιχσ το αργυε τηατ τηε οργανιζατιον σηουλδ χηανγε ιτσ ταχκ. Ωιτη α βυδγετ οφ µορε τηαν ∃2 βιλλιον τηισ ψεαρ, τηε ΝΧΙ ισ τηε λαργεστ οφ τηε νατιοναλ ηεαλτη ινστιτυτεσ βψ α συβσταντιαλ µαργιν. Σεχ− ονδ ιν λινε ισ τηε Νατιοναλ Ηεαρτ, Λυνγ ανδ Βλοοδ Ινστιτυτε, ωηιχη χαν ποιντ το α 30 περχεντ ρεδυχτιον ιν δεατησ φροµ ηεαρτ δισεασε σινχε 1975 ασ εϖιδενχε οφ ιτσ συχχεσσ ιν πιονεερινγ τρεατµεντσ ανδ, σιγνι⇒χαντλψ, ιν προµοτινγ εξερ− χισε ανδ α ηεαλτηψ διετ. Τηε ΝΧΙ χαν ρε− πορτ νο ϖιχτοριεσ ον τηατ σχαλε. Τηε ιν− στιτυτε ωασ µανδατεδ βψ τηε Νατιοναλ Χανχερ Αχτ το χοµπρεηενσιϖελψ ανδ ενεργετιχαλλψ εξπλοιτ σχιεντι⇒χ λεαδσ το χοµβατ τηε δισεασε. Βυτ τηε χριτιχσ αχ− χυσε ιτ οφ ηαϖινγ νεγλεχτεδ ρεσεαρχη αιµεδ ατ πρεϖεντιον ιν φαϖορ οφ τηε σεαρχη φορ χυρεσ. Τηερε ηασ βεεν λιττλε το σηοω φορ τηε ∃25 βιλλιον σπεντ ον τηε ωαρ ον χανχερ, τηεψ χηαργε: ονχολογιστσ στιλλ µαινλψ χυτ, ποισον, βυρν ανδ ηοπε. Το βε συρε, νοτ αλλ προγρεσσ ισ ρε⇓εχτ− εδ ιν δεατη ανδ ινχιδενχε ρατεσ. Τηε Πρεσιδεντ∏σ Χανχερ Πανελ ηεαρδ ιν Σεπ− τεµβερ ηοω ιµπροϖεµεντσ ιν συργερψ µεαν πατιεντσ αρε νοω µορε λικελψ το ρεταιν βρεαστσ, λιµβσ ανδ βοωελσ. Νεω τηεραπευτιχ αγεντσ συχη ασ ταξολ, α δε− ριϖατιϖε οφ Παχιφιχ ψεω τρεε βαρκ, χροπ υπ φροµ τιµε το τιµε. Σιδε ε⇑εχτσ οφ χηεµοτηεραπψ ανδ ραδιοτηεραπψ συχη ασ ναυσεα αρε αλσο µαναγεδ βεττερ τηαν τηεψ ονχε ωερε. Ανδ τηε πανελ ηεαρδ µυχη αβουτ τηε νυµερουσ αδϖανχεσ ιν υνδερστανδινγ χανχερ ον τηε µολεχυλαρ λεϖελ. Ονχογενεσ ηαϖε βεεν φουνδ τηατ προµοτε χανχερ ωηεν τηεψ αρε δαµ− αγεδ, τυµορ συππρεσσορ γενεσ ηαϖε βεεν ιδεντι⇒εδ τηατ πρεϖεντ χανχερ ασ λονγ ασ τηεψ αρε πρεσεντ, ανδ µυτα− τιονσ ηαϖε βεεν χηαρτεδ ασ τηεψ αχχυ− µυλατε ανδ εϖεντυαλλψ σενδ α ηεαλτηψ χελλ οϖερ τηε βρινκ το α χανχερουσ στατε. Copyright 1993 Scientific American, Inc. Οπτιµιστσ, συχη ασ Γρεενωαλδ, φεελ τηατ λαργε−σχαλε ιµπροϖεµεντσ ιν δεατη ρατεσ ανδ ινχιδενχε ρατεσ ωιλλ εϖεντυαλλψ ρεσυλτ φροµ τηε ψεαρσ οφ ινϖεστµεντ ιν βασιχ χανχερ ρεσεαρχη, αλτηουγη Γρεεν− ωαλδ γυεσσεσ ιτ µαψ βε α δεχαδε βεφορε τηε βενε⇒τσ αρε ωιδελψ φελτ. Γενε τηερα− πψ, ιµµυνοτηεραπψ ανδ αντισενσε ΡΝΑ τεχηνολογψ αρε ϕυστ α φεω οφ τηε µετη− οδσ νοω ιν εαρλψ τεστινγ. Συχη συβχελλυ− λαρ ιντερϖεντιονσ χουλδ, αχχορδινγ το τηειρ προπονεντσ, βρινγ αβουτ δραµατιχ γαινσ βψ χηανγινγ τηε αχτιϖιτψ οφ σπεχιφ− ιχ γενεσ ιν τυµορσ ανδ σελεχτιϖελψ µοδ− ιφψινγ τηε ιµµυνε ρεσπονσε. Βυτ σκεπ− τιχσ, ινχλυδινγ Βαιλαρ, σαψ τηεψ ηαϖε ηεαρδ τηατ κινδ οφ ταλκ τοο µανψ τιµεσ βεφορε. Νο κνοωλεδγεαβλε περσον χαν χοντινυε το βελιεϖε τηερε ισ νεχεσσαριλψ α σπεχτρυµ οφ µαρϖελουσ χυρεσ οφ χαν− χερ ωαιτινγ το βε φουνδ, ηε ασσερτσ. Βαι− λαρ σαψσ ηε ισ φεδ υπ ωιτη τηε χονσταντ προχεσσιον οφ ηοπεφυλ νεωσ στοριεσ συγγεστινγ α χυρε ισ ϕυστ αρουνδ τηε χορνερ. Εξιστινγ χηεµοτηεραπιεσ, δεσπιτε ιµ− προϖεµεντσ, αρε στιλλ αρδυουσ. Ονχολο− γιστσ ωηο εµπλοψ τηεµ κνοω τηεψ αρε ωιελδινγ δουβλε−εδγεδ σωορδσ. Σοµε οφ τηε τρεατµεντσ φορ λψµπηοµα ανδ λευκεµια τριγγερ οτηερ χανχερσ, αφτερ τηεραπψ φορ τηε ινιτιαλ δισεασε ηασ βεεν συχχεσσφυλλψ χοµπλετεδ. Υνρεαλιστιχ αννουνχεµεντσ βψ τηε ΝΧΙ ηαϖε προβαβλψ ονλψ αδδεδ το τηε χριτιχσ∏ ιµπατιενχε. Ιν 1984, υνδερ α πρεϖιουσ διρεχτορ, ςινχεντ Τ. ∆εςιτα, ϑρ., τηε ΝΧΙ αννουνχεδ ωιτη φανφαρε τηε αχηιεϖαβλε γοαλ οφ χυττινγ χανχερ δεατησ ιν ηαλφ ( φροµ 1980 λεϖελσ) βψ τηε ψεαρ 2000. Τηε ινστιτυτε ηασ σινχε σταψεδ θυιετ αβουτ τηε φαχτ τηατ τηε γοαλ ηασ βεεν γεττινγ φυρτηερ αωαψ ωιτη εαχη πασσινγ ψεαρ. Στιλλ, Βροδερ ισ διπλοµατιχ αβουτ ηοω τηε ΝΧΙ ηασ χηανγεδ. Ηε δε− φενδσ τηε πρινχιπλε οφ εσταβλισηινγ ταρ− γετσ, ποιντινγ ουτ τηατ τηε στατε οφ Υταη ηασ (αλµοστ) αχηιεϖεδ τηε γοαλ φορ ονε χανχερ, τηατ οφ τηε λυνγ, βψ ρεδυχινγ σµοκινγ. Βυτ ηε αχκνοωλεδγεσ τηατ τηε 50 περχεντ γοαλ ωιλλ νοτ βε ατταινεδ φορ τηε νατιον ασ α ωηολε. Ιφ τηερε ηασ βεεν α χηανγε, σαψσ Βροδερ, εµπηασιζ− ινγ τηε ιφ, ιτ ισ τηατ ωε µυστ σηεδ ουρ ιλλυσιονσ τηατ χανχερ ισ αν εασψ προβλεµ. Ιτ ισ α φορµιδαβλε προβλεµ. Βαιλαρ ισ αµονγ τηοσε ωηο βελιεϖε τηε ΝΧΙ σηουλδ δεϖοτε µυχη µορε οφ ιτσ µονεψ το πρεϖεντιον. Ωε∏ϖε χοµε το τηε ποιντ ωηερε ωε µυστ φαχε α ρεαλ− λψ σεριουσ προβλεµ σθυαρε ιν τηε φαχε. Ωηατ ιφ τηερε αρεν∏τ ανψ µαϕορ αδϖανχεσ το βε οβταινεδ ιν χηεµοτηεραπψ? ηε δεµανδσ. Φορ α λοτ οφ ψεαρσ νοω, ωε∏ϖε βεεν τινκερινγ. Ιτ∏σ νοτ γοινγ το σολϖε τηε βιγ προβλεµ οφ χανχερ, ανδ ωε νεεδ α µαϕορ αδϖανχε. Πρεϖεντιον ισ γοινγ το ινϖολϖε εϖερψβοδψ οϖερ τηειρ ωηολε λιϖεσ, ηε δεχλαρεσ. Ιτ∏σ γοινγ το ινϖολϖε χλεανινγ υπ τηε ωορκπλαχε ανδ τηε εν− ϖιρονµεντ, ιτ∏σ γοινγ το ινϖολϖε χηανγ− ινγ ουρ διετσ, ανδ ιτ∏σ χερταινλψ γοινγ το βε α βιγγερ ηασσλε ανδ µορε εξπενσιϖε τηαν ουρ ιδεαλ τρεατµεντσ ωουλδ βε. Τηε ΝΧΙ ισ αλρεαδψ νοµιναλλψ δεϖοτ− ινγ µορε οφ ιτσ βυδγετ το πρεϖεντιον ρε− σεαρχη τηαν το τρεατµεντ ρεσεαρχη. Βυτ Βροδερ αδµιτσ τηατ ιτ ισ ηαρδ το χλασσιφψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 135 ΜΑςΕΡΙΧΚ ∆εϖρα Λεε ∆αϖισ, αν αδϖισερ ατ τηε ∆επαρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυ− µαν Σερϖιχεσ, προποσεσ τηατ σψντηετιχ χηεµιχαλσ περµεατινγ τηε ενϖιρονµεντ ανδ µιµιχκινγ εστρογεν ιν τηε βοδψ χουλδ βε χαυσινγ βρεαστ χανχερ. ρεσεαρχη υναµβιγυουσλψ ασ βεινγ ρελατ− εδ ειτηερ το τρεατµεντ ορ πρεϖεντιον. Τακε βιολογιχαλ χαρχινογενεσισ∇ισ τηατ τρεατµεντ ορ πρεϖεντιον ρελατεδ? ηε ασκσ. ( Ηε ρεφερσ το χανχερ χαυσεδ βψ ϖι− ρυσεσ ανδ χλασσεδ ασ πρεϖεντιον ρελατ− εδ.) Τηε αγενχψ ισ, φορ εξαµπλε, πυρσυ− ινγ στυδιεσ ιν ωηιχη νυτριεντσ ορ δρυγσ αρε γιϖεν το ποπυλατιονσ ατ ρισκ ιν τηε ηοπε οφ φορεσταλλινγ τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Λατε λαστ ψεαρ ΝΧΙ σχιεντιστσ εσ− ταβλισηεδ τηατ βετα−χαροτενε, ιν χοµβι− νατιον ωιτη ϖιταµιν Ε ανδ σελενιυµ, ρε− δυχεδ δεατησ φροµ χανχερ ιν α τριαλ ιν Λινξιαν, Χηινα. Ιν τηε Υ.Σ., τηε ΝΧΙ ισ στυδψινγ δρυγσ τηατ µιγητ αχηιεϖε τηε σαµε ε⇑εχτ. Ιρονιχαλλψ, τηεσε στυδιεσ ηαϖε ενγεν− δερεδ ⇒ερχε χοντροϖερσψ. Οππονεντσ αρε ατταχκινγ α βρεαστ χανχερ πρεϖεντιον στυδψ υνδερ ωαψ ωιτη ταµοξιφεν βε− χαυσε τηε συβστανχε ισ κνοων το χαυσε χανχερσ οφ τηε λιϖερ ανδ ενδοµετριυµ. Ρεσεαρχηερσ ηοπε ανδ εξπεχτ τηατ τα− µοξιφεν ωιλλ πρεϖεντ µορε ιλλνεσσ τηαν ιτ χαυσεσ. Γρεενωαλδ δεφενδσ τηε στυδψ ασ ονε οφ τηε µοστ ιµπορταντ πρεϖεν− τιον τριαλσ ωε χαν δο. Ηε ποιντσ ουτ τηατ τηερε ισ αλρεαδψ εϖιδενχε τηατ τα− µοξιφεν χαν πρεϖεντ βρεαστ χανχερ. Βυτ ηε πρεδιχτσ τηατ ωε∏λλ προβαβλψ φαχε τηε σαµε ισσυεσ ωιτη τηε ⇒ναστεριδε τρι− αλ, ρεφερρινγ το α προστατε χανχερ πρε− ϖεντιον τριαλ τηατ σταρτεδ ρεχεντλψ. Ινδεεδ, α θυαλιτψ οφ βλινδµαν∏σ βυ⇑ συ⇑υσεσ ε⇑ορτσ το λαψ τηε γρουνδωορκ φορ πρεϖεντιϖε τηεραπιεσ. Ρεσεαρχηερσ ηαϖε µαδε δραµατιχ προγρεσσ ιν τηε εφ− φορτ το υνραϖελ ονχογενεσισ. Τηε δισχοϖ− ερψ οφ ονχογενεσ ανδ αντιονχογενεσ, ασ ωελλ ασ τηε ιδεντι⇒χατιον οφ α νεω γενε τηατ τριγγερσ χολον χανχερ βψ χαυσ− ινγ µυτατιονσ, χοµεσ το µινδ. Ψετ υν− δερστανδινγ οφ τηε γενετιχ ροοτσ οφ χαν− 136 χερ, Γρεενωαλδ αχκνοωλεδγεσ, ισ φορ τηε πρεσεντ φαρ φροµ χοµπλετε. Τηε υνχερταιντψ τηατ ηαυντσ ινϖεστι− γατορσ ωηο σεεκ πρεϖενταβλε χαυσεσ φολ− λοωσ τηε ωορκερσ ιντο επιδεµιολογψ ασ ωελλ. Στρονγ εϖιδενχε προϖεσ τηατ το− βαχχο λεαδσ το αβουτ α τηιρδ οφ χανχερ δεατησ. Τηε µαγνιτυδε οφ τηε τολλ εξαχτ− εδ βψ οτηερ χαυσεσ οφ χανχερ ισ υνχλεαρ. Αµονγ τηεµ αρε διετ, αλχοηολ χονσυµπ− τιον, σεϖεραλ ινδυστριαλ χηεµιχαλσ (ασ− βεστοσ, φορ ονε), σεϖεραλ ϖιρυσεσ (σοµε οφ τηεµ σεξυαλλψ τρανσµιττεδ ), ανδ ρα− διατιον (µοστ τηουγη περηαπσ νοτ αλλ οφ ιτ φροµ νατυραλ σουρχεσ). Τηε ΝΧΙ εστιµατεσ τηατ αβουτ α τηιρδ οφ χανχερσ χουλδ βε βρουγητ ον βψ διετ. Γρεενωαλδ σαψσ τηατ ⇒γυρε χουλδ λιε ανψωηερε βετωεεν 20 ανδ 60 περχεντ. Τηε πρινχιπαλ εϖιδενχε χονχερνινγ ηυ− µανσ, ωηιχη ισ νοτ χονχλυσιϖε, χονσιστσ οφ στυδιεσ τηατ εξαµινε τηε ρατεσ οφ χανχερ ιν πεοπλε ωηο εµιγρατε. Βρεαστ χανχερ ιν ϑαπαν, φορ εξαµπλε, ισ φουρ τιµεσ λοωερ τηαν ιτ ισ ιν τηε Υ.Σ. Ωηεν ϑαπανεσε ωοµεν µοϖε το τηε Υ.Σ., τηεψ ορ τηειρ δαυγητερσ εϖεντυαλλψ αχθυιρε τηε δισεασε ατ Νορτη Αµεριχαν ρατεσ. Α διετ ριχη ιν φατ ισ οφτεν ηελδ το εξ− πλαιν συχη οβσερϖατιονσ. Τηε δατα συπ− πορτινγ τηατ χονχλυσιον αρε ωεακ, ηοω− εϖερ, ανδ αρε βασεδ µαινλψ ον ανιµαλ στυδιεσ. Οτηερ στυδιεσ ιν πεοπλε ηαϖε προδυχεδ χον⇓ιχτινγ ρεσυλτσ. Ωηατ χαυσεσ βρεαστ χανχερ? Ι δον∏τ τηινκ ανψ− ονε κνοωσ, Βροδερ οβσερϖεσ. Ιν ανοτη− ερ χοµπονεντ οφ ιτσ ινθυιρψ ιντο ποσσι− βλε διεταρψ χαυσεσ, τηε ΝΧΙ ισ νοω στυδψ− ινγ χαρχινογενιχ χηεµιχαλσ φορµεδ ιν µεατ χοοκεδ ατ ηιγη τεµπερατυρεσ. Αχτυαλλψ, φορ σοµε χασεσ οφ βρεαστ χανχερ, τηερε ισ α γοοδ εξπλανατιον: α γενε χαλλεδ ΒΡΧΑ1. Ρεσεαρχηερσ ηαϖε βεεν ηυντινγ φορ τηισ γενε, ανδ οτηερσ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 τηατ προβαβλψ προϖοκε σοµε βρεαστ χανχερσ, φορ ψεαρσ. Βψ αλλ αχχουντσ τηεψ αρε νοω χλοσε. Ιν µανψ τψπεσ οφ χανχερ, α προπορτιον οφ χασεσ σεεµ το βε ινηερ− ιτεδ. Γρεενωαλδ σπεχυλατεσ τηατ ωηεν τεστσ φορ ΒΡΧΑ1 ανδ οτηερ χανχερ γενεσ βεχοµε ωιδελψ αϖαιλαβλε, ενϖιρονµεν− ταλ ανδ ηερεδιταρψ χανχερ ρισκσ ωιλλ βε µαναγεδ ασ ηεαρτ δισεασε ρισκ ισ µαν− αγεδ τοδαψ. Ιφ σο, βασιχ ρεσεαρχη ωουλδ παψ ο⇑ βψ ενηανχινγ τηε ε⇑εχτιϖενεσσ οφ πρεϖεντιϖε µεασυρεσ. Χολον χανχερ συσχεπτιβιλιτψ ισ αλρεαδψ βεινγ µαναγεδ βεττερ βεχαυσε γενεσ αρε ρεχογνιζεδ τηατ αρε ινϖολϖεδ ιν σοµε χασεσ. Ιν τηε ϖιεω οφ µανψ οφ τηε χριτιχσ, ηοωεϖερ, τηε εϖιδενχε τηατ χανχερ ισ βε− χοµινγ µορε χοµµον σηουλδ στιµυ− λατε α σεαρχη φορ υνκνοων ενϖιρονµεν− ταλ φαχτορσ. Ινδυστριαλ χηεµιχαλσ αρε νατ− υραλλψ συσπεχτ. Τηε ινχρεασεδ ϖολυµε ανδ τηε διϖερσιτψ οφ σψντηετιχ χηεµι− χαλσ µανυφαχτυρεδ σινχε Ωορλδ Ωαρ ΙΙ ραισε σεριουσ χονχερν αβουτ τηε χυµυ− λατιϖε ποπυλατιον ρισκσ οφ εξποσυρε το τηεσε συβστανχεσ, ασσερτσ Πηιλιπ ϑ. Λαν− δριγαν οφ τηε Μουντ Σιναι Σχηοολ οφ Μεδιχινε, αν εξπερτ ον οχχυπατιοναλλψ χαυσεδ χανχερ. ∆αϖιδ Π. Ραλλ, α φορµερ διρεχτορ οφ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Ενϖιρονµενταλ Ηεαλτη Σχιενχεσ, τολδ τηε Πρεσιδεντ∏σ Χανχερ Πανελ τηατ µυχη βεττερ δατα αρε νεεδεδ ον αµβιεντ λεϖελσ οφ πολλυ− ταντσ. Μοστ οφ τηε χηεµιχαλσ πεοπλε αρε εξποσεδ το, ηε σαιδ, ηαϖε νοτ βεεν αδε− θυατελψ τεστεδ. Α χονϖιχτιον τηατ τηε ΝΧΙ ισ δοωνπλαψινγ τηε ιµπορτανχε οφ πολλυτιον λεδ Σαµυελ Σ. Επστειν οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ, τογετηερ ωιτη 72 χο−σιγνατοριεσ, το λαµβαστε τηε ΝΧΙ λαστ ψεαρ. Τηε γρουπ αχχυσεδ τηε χανχερ εσταβλισηµεντ οφ ηαϖινγ χοντινυαλλψ µινιµιζεδ τηε εϖιδενχε φορ ινχρεασινγ χανχερ ρατεσ, ωηιχη ιτ ηασ λαργελψ ατ− τριβυτεδ το σµοκινγ ανδ διεταρψ φατ, ωηιλε δισχουντινγ ορ ιγνορινγ τηε χαυσ− αλ ρολε οφ αϖοιδαβλε εξποσυρεσ το ινδυσ− τριαλ χαρχινογενσ ιν τηε αιρ, φοοδ, ωατερ ανδ τηε ωορκπλαχε. Τηε νοτιον τηατ ινδυστριαλ χαρχινο− γενσ µιγητ βε µορε ιµπορταντ τηαν ηασ βεεν ρεχογνιζεδ βψ τηε ΝΧΙ σεεµσ το ηαϖε γαινεδ γρουνδ ρεχεντλψ. ∆αϖισ, ιν χολλαβορατιον ωιτη Ααρον Ε. Βλαιρ, χηιεφ οφ οχχυπατιοναλ στυδιεσ ατ τηε ΝΧΙ, ηασ φουνδ τηατ µανψ στυδιεσ ινδι− χατε τηατ φαρµερσ ηαϖε ηιγηερ ρατεσ οφ σπεχι⇒χ χανχερσ τηαν δο οτηερ πεοπλε, εϖεν τηουγη ιν οτηερ ρεσπεχτσ τηεψ αρε Copyright 1993 Scientific American, Inc. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ∆ΕΑ∆ΛΨ ∆ΙΣΧΡΙΜΙΝΑΤΙΟΝ ισ συφφερεδ βψ Αφριχαν−Αµεριχανσ, φορ ωηοµ χανχερ ρατεσ αρε ηιγηερ τηαν φορ ωηιτεσ. Ρελα− τιϖε λαχκ οφ αχχεσσ το ηεαλτη χαρε µαψ εξπλαιν σοµε οφ τηε δισχρεπανχψ ιν µορ− ταλιτψ ανδ ινχιδενχε. Ηενδερσον. Τηε πεοπλε ωηο αρε πυση− ινγ τηισ φεελ τηεψ ωαντ το µακε α χον− τριβυτιον, ανδ τηεψ αρε σιµπλψ ρεσπονδ− ινγ το πυβλιχ φεαρ βψ τρψινγ το ιδεντιφψ α ρεµοϖαβλε χαυσε. ∆εσπιτε τηε νεω αττεντιον τηε ΝΧΙ ισ γιϖινγ το ενϖιρονµενταλ χαυσεσ, ανδ αν ινχρεασινγ βυδγετ φορ πρεϖεντιον ιν γενεραλ, Βροδερ ωιλλ νοτ χουντενανχε τηε κινδ οφ µαϕορ χηανγε ιν στρατεγψ τηατ Βαιλαρ ανδ Επστειν αρε αδϖοχατινγ. Ηε αργυεσ τηατ µανψ οφ τηε ινστιτυτε∏σ αχηιεϖεµεντσ ιν υνδερστανδινγ τηε µο− λεχυλαρ βιολογψ οφ χανχερ ηαϖε προϖεδ ϖαλυαβλε ιν χοµβατινγ οτηερ δισεασεσ, ΑΙ∆Σ ιν παρτιχυλαρ. Ανδ ηισ ρεσπονσε το τηε αγενχψ∏σ χριτιχσ ισ τηατ τηε ΝΧΙ χαννοτ διρεχτλψ ιν⇓υενχε τηε πραχτιχε οφ χαρε. Επστειν, ηε ασσερτσ, ιν ε⇑εχτ ωαντσ υσ το βε τηε Ενϖιρονµενταλ Προ− τεχτιον Αγενχψ ορ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Ενϖιρονµενταλ Ηεαλτη Σχιενχεσ. Ωε φολλοω τηε αδϖιχε οφ πεερ ρεϖιεω, βυτ Ρελατιϖε Ιµπαχτ οφ Χανχερ ιν Υ.Σ. βψ Ραχε, 1990 400 NUMBER* PER 100,000 POPULATION ηεαλτηιερ. Τηε τψπεσ οφ χανχερ τηατ αρε µορε χοµµον ιν φαρµερσ ινχλυδε Ηοδγ− κιν∏σ δισεασε, µυλτιπλε µψελοµα, λευκε− µια, µελανοµα ανδ χανχερσ οφ τηε λιπ, σκιν ανδ προστατε. Σεϖεραλ οφ τηεσε, ∆α− ϖισ ποιντσ ουτ, αρε αµονγ τηοσε βεχοµ− ινγ µορε χοµµον ιν τηε ποπυλατιον ατ λαργε, τηυσ αδδινγ φυρτηερ ωειγητ το τηε ιδεα τηατ πολλυταντσ συχη ασ πεστιχιδεσ µιγητ βε το βλαµε. Οτηερ φαχτορσ χουλδ ωελλ βε ιµπλιχατεδ, ηοωεϖερ, ινχλυδινγ εξποσυρε το συν, ανιµαλ ϖιρυσεσ ανδ ϖε− ηιχλε εξηαυστσ. Το σεττλε τηε θυεστιον, τηε ΝΧΙ ισ πλαννινγ α χολλαβορατιϖε στυδψ ωιτη τηε Ενϖιρονµενταλ Προτεχτιον Αγενχψ τηατ ωιλλ ενρολλ µορε τηαν 100,000 φαρµερσ ανδ τηειρ σπουσεσ. Γρεενωαλδ σαψσ τηε ΝΧΙ ατ πρεσεντ βελιεϖεσ νο µορε τηαν 8 περχεντ οφ χανχερσ (προβαβλψ αβουτ 5 περχεντ) αρε χαυσεδ βψ ινδυστριαλ πολλυ− ταντσ. Βυτ ηε αχκνοωλεδγεσ τηατ τηε ⇒γ− υρε χουλδ βε ηιγηερ. Λανδριγαν εστι− µατεσ τηατ αβουτ 10 περχεντ οφ χανχερσ αρε χαυσεδ βψ οχχυπατιοναλ εξποσυρεσ το χαρχινογενσ. Τηε επιδεµιολογιστ βε− λιεϖεσ α φυρτηερ 5 περχεντ ισ αττριβυτ− αβλε το πολλυτιον βψ αρτι⇒χιαλ χηεµιχαλσ. ∆αϖισ ανδ οτηερσ ηαϖε δεϖελοπεδ α σπεχι⇒χ ηψποτηεσισ τηατ τηεψ βελιεϖε µιγητ εξπλαιν τηε ινχρεασινγ ρατεσ οφ βρεαστ χανχερ, ιν παρτιχυλαρ. Τηειρ προπ− οσιτιον ρεστσ ον τηε φαχτ τηατ ρισκ φορ τηε δισεασε ισ λινκεδ το εξποσυρε το εσ− τρογεν. Σο τηεψ ηαϖε λιτ α ⇒ρε υνδερ τηε χανχερ ινστιτυτε βψ προποσινγ τηατ τηε ρισε ιν ρεχορδεδ ινχιδενχε ανδ ιν δεατησ αµονγ ολδερ ωοµεν µιγητ βε εξπλαινεδ βψ ινχρεασινγ ενϖιρονµενταλ λεϖελσ οφ φατ−σολυβλε σψντηετιχ χηεµιχαλσ τηατ µιµιχ ορ αµπλιφψ τηε πηψσιολογιχαλ εφ− φεχτσ οφ εστρογεν. Σοµε συχη χηεµιχαλσ αρε κνοων το βε χαρχινογενιχ φροµ λαβ− ορατορψ στυδιεσ. Μορεοϖερ, σεϖεραλ πλασ− τιχσ τηατ αρε ιν ωιδεσπρεαδ υσε ιν λαβ− ορατοριεσ ηαϖε βεεν σηοων το σηεδ χηεµιχαλσ ωιτη εστρογενλικε προπερτιεσ ιν αµουντσ συ⇔χιεντ το ηαϖε ηορµοναλ αχτιϖιτψ ον χυλτυρεδ χελλσ. Τηε σο−χαλλεδ ξενοεστρογεν ηψποτη− εσισ ρεµαινσ υνπροϖεδ. Νεϖερτηελεσσ, Μαρψ Σ. Ωολ⇑, α ρεσεαρχηερ ατ τηε Μουντ Σιναι Σχηοολ οφ Μεδιχινε, χονδυχτεδ αν εξπεριµεντ λαστ ψεαρ τηατ ο⇑ερσ συππορτ φορ ιτ. Σηε σηοωεδ τηατ ωοµεν ωιτη βρεαστ χανχερ ηαϖε ηιγηερ τηαν νορµαλ βλοοδ λεϖελσ οφ ∆∆Ε, αν εστρογενιχ µε− ταβολιτε οφ τηε νοω βαννεδ οργανοχηλο− ρινε πεστιχιδε ∆∆Τ. Ξενοεστρογεν ισ δε⇒νιτελψ βεινγ τακεν µορε σεριουσλψ ατ τηε ΝΧΙ, χοµµεντσ Λουισε Α. Βριντον, χηιεφ οφ ενϖιρονµενταλ στυδιεσ. Τηε ιν− στιτυτε ισ, φορ εξαµπλε, πλαννινγ το εσ− ταβλιση α λαβορατορψ οφ ηορµοναλ χαρχι− νογενεσισ. Οτηερσ αρε δουβτφυλ, ανδ σοµε αρε φρανκλψ σκεπτιχαλ. Τηε ξενο− εστρογεν ιδεα ηασν∏τ γαινεδ ιν χρεδ− ιβιλιτψ, νοτεσ Σαλκ Ινστιτυτε ρεσεαρχηερ 350 CASES 300 250 200 150 DEATHS 100 50 0 BLACKS WHITES *age-adjusted ουρ πριµαρψ µισσιον ισ το γενερατε κνοωλεδγε. Τηερε ισ στιλλ πλεντψ οφ κνοωλεδγε τηατ νεεδσ το βε γενερατεδ. Ηιγη αµονγ Βροδερ∏σ πριοριτιεσ ισ λεαρνινγ τηε ρεα− σον φορ τηε ϖαριατιονσ βετωεεν ραχιαλ γρουπσ. Βλαχκσ ιν τηε Υ.Σ. διε φροµ χαν− Υ.Σ. Χανχερ Χασεσ ανδ ∆εατησ ιν 1993∗ BREAST LUNG AND BRONCHUS LUNG AND BRONCHUS COLON/RECTUM PROSTATE BREAST COLON/RECTUM PROSTATE URINARY BLADDER PANCREAS NON-HODGKIN’S LYMPHOMA NON-HODGKIN’S LYMPHOMA SKIN MELANOMAS LEUKEMIAS UTERUS 280 240 200 160 120 STOMACH LEUKEMIAS OVARY PANCREAS LIVER ALL OTHER ALL OTHER 80 40 0 CASES (THOUSANDS) *estimated 0 40 80 120 160 DEATHS (THOUSANDS) SOURCE: National Cancer Institute ΦΟΥΡ ΚΙΛΛΕΡΣ, χανχερσ οφ τηε λυνγ, βρεαστ, βοωελ ανδ προστατε, αχχουντ φορ µορε τηαν ηαλφ οφ τηε χανχερ δεατησ ιν τηε Υ.Σ. Τηε παστ 20 ψεαρσ ηαϖε σεεν λιττλε ιµ− προϖεµεντ ιν χυρε ρατεσ φορ τηεσε µαϕορ σχουργεσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 137 ΛΕΑ∆ΕΡ ΟΦ ΤΗΕ ΒΑΤΤΛΕ Σαµυελ Βρο− δερ, διρεχτορ οφ τηε Νατιοναλ Χανχερ Ιν− στιτυτε, σαψσ τηε πυβλιχ µυστ υνδερ− στανδ τηατ βασιχ ρεσεαρχη ισ νεεδεδ ιφ µοδεστ προγρεσσ ισ το βε εξτενδεδ. Χανχερ χαυσεσ συφφερινγ βεψονδ µετα− πηορ, ηε δεχλαρεσ. χερ 35 περχεντ µορε φρεθυεντλψ τηαν δο ωηιτεσ, αλτηουγη τηε ινχιδενχε ιν τηατ ποπυλατιον ισ ονλψ 8 περχεντ ηιγηερ. Μορεοϖερ, χολορεχταλ χανχερ δεατησ αρε ινχρεασινγ ιν Αφριχαν−Αµεριχανσ ωηιλε τηεψ αρε δεχρεασινγ ιν ωηιτεσ. Σοµε− τηινγ ισ γοινγ ον ηερε. Ιτ µαψ ηαϖε το δο ωιτη αχχεσσ το χαρε, βυτ ωε νεεδ το ⇒νδ ουτ, ηε ασσερτσ. Α κεψ οβσταχλε το γατηερινγ τηε κνοωλεδγε τηατ εµεργεδ ατ τηε Πρεσι− δεντ∏σ Χανχερ Πανελ µεετινγ ωασ τηε εξπενσε οφ ρυννινγ χλινιχαλ τριαλσ. Ατ πρεσεντ, φεωερ τηαν 3 περχεντ οφ αλλ χανχερ πατιεντσ εντερ εξπεριµενταλ προ− τοχολσ, ωηερεασ 80 περχεντ οφ χηιλδρεν ωιτη χανχερ δο σο. Ι τηινκ τηε χηαλλενγε οφ τηε φυτυρε ισ το ινχρεασε τηε νυµβερ οφ πατιεντσ ωηο γο ιντο χλινιχαλ τριαλσ, Παυλ Χαρβονε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωισ− χονσιν τολδ τηε πανελ. Χαρβονε, αν εξ− περτ ον χανχερ τρεατµεντ, ηασ χηαιρεδ α σπεχιαλ χονγρεσσιοναλλψ µανδατεδ ρε− ϖιεω οφ µεασυρεσ οφ προγρεσσ αγαινστ χανχερ. Πρεϖεντιον τριαλσ χοστ λεσσ περ ϖολυντεερ βυτ αρε στιλλ εξπενσιϖε βεχαυσε τηεψ ενρολλ τηουσανδσ οφ παρτιχιπαντσ. Μορεοϖερ, πρεϖεντιον τριαλσ ενταιλ εξ− τραορδιναρψ πραχτιχαλ διφφιχυλτιεσ. Α φαχετ οφ τηε Ωοµεν∏σ Ηεαλτη Ινιτιατιϖε, α ∃625−µιλλιον, 14−ψεαρ στυδψ φινανχεδ βψ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη, ιλ− λυστρατεσ τηε προβλεµ. Τηε στυδψ, ωηιχη ισ νοω υνδερ ωαψ ανδ αιµσ το ρεχρυιτ 160,000 ωοµεν ολδερ τηαν 50, σεεκσ ιν παρτ το δετερµινε ωηετηερ α ρεδυχτιον ιν διεταρψ φατ ωιλλ λοωερ τηε ρισκ οφ βρεαστ ανδ χολορεχταλ χανχερ. Τηε Ινστι− τυτε οφ Μεδιχινε ρεχεντλψ ρεϖιεωεδ τηε στυδψ ανδ ϕυδγεδ τηατ ασ χυρρεντλψ πλαννεδ ιτ ισ ινχαπαβλε οφ ανσωερινγ τηατ θυεστιον. Τηοσε ωηο χονδυχτ α προσπεχτιϖε στυδψ οφ βεηαϖιορ, τηε ινστιτυτε νοτεδ, 138 ηαϖε τρουβλε γυαραντεεινγ τηατ τηε συβ− ϕεχτσ δο ωηατ τηεψ αρε συπποσεδ το δο. Ινδιϖιδυαλσ παρτιχιπατινγ ιν α λονγ τριαλ ηαϖε δι⇔χυλτψ συσταινινγ συβσταντιαλ χηανγεσ ιν διετ. Ανοτηερ δι⇔χυλτψ, τηε ινστιτυτε δετερµινεδ, ισ τηατ παρτιχιπαντσ ωηο αρε τολδ το ρεδυχε τηειρ φατ ιντακε αρε λικελψ το χοµπενσατε βψ χονσυµινγ οτηερ σουρχεσ οφ χαλοριεσ. Συχη βεηαϖ− ιορ ωουλδ βλυρ τηε ρεσυλτσ βψ ιντροδυχ− ινγ οτηερ διεταρψ φαχτορσ τηατ µιγητ βε ρεσπονσιβλε φορ ανψ οβσερϖεδ ε⇑εχτ ον τηε ινχιδενχε οφ βρεαστ ανδ χολορεχταλ χανχερ αµονγ τηε παρτιχιπαντσ. Πρεϖεντιον τριαλσ τηατ µερελψ ρεθυιρε πεοπλε το τακε ονε ορ µορε διεταρψ συππλεµεντσ αρε µορε λικελψ το αχηιεϖε γοοδ χοµπλιανχε, νοτεσ ∆αϖιδ ϑ. Ηυντερ οφ τηε Ηαρϖαρδ Σχηοολ οφ Πυβλιχ Ηεαλτη. Βυτ εϖεν τηοσε τριαλσ ηαϖε προβλεµσ. Ονε ισ τηατ πεοπλε ιν χοντρολ γρουπσ, ωηοσε βεηαϖιορ ισ συπποσεδ το βε υν− χηανγεδ βψ τηε ιντερϖεντιον υνδερ στυδψ, οφτεν δεχιδε το εµυλατε τηε ιν− τερϖεντιον τηεµσελϖεσ. Τηυσ, µεµβερσ οφ τηε χοντρολ γρουπ ιν α µαϕορ ηεαρτ δισεασε τριαλ σοµε ψεαρσ αγο σταρτεδ το εξερχισε λικε τηε ιντερϖεντιον γρουπ. Ασ α ρεσυλτ, τηε διφφερενχε βετωεεν τηε γρουπσ ωασ σµαλλ. Ηελπ µαψ χοµε φροµ αν υνεξπεχτεδ θυαρτερ : τηε πρεσιδεντ∏σ πλαννεδ ηεαλτη χαρε ρεφορµσ. Μανψ πατιεντσ παρτιχιπατ− ινγ ιν τριαλσ νοω ηαϖε δι⇔χυλτψ οβταιν− ινγ ρειµβυρσεµεντ φορ τηειρ χαρε. Βρο− δερ σαψσ ηε εξπεχτσ τηατ ωηατεϖερ ρε− φορµσ αρε εϖεντυαλλψ αδοπτεδ ωιλλ µακε ιτ εασιερ το χονδυχτ πεερ−ρεϖιεωεδ χλινι− χαλ τριαλσ. Ηε εϖεν σπεχυλατεσ τηατ υνι− ϖερσαλ χοϖεραγε χουλδ λεαδ το α σταν− δαρδιζεδ σψστεµ φορ ρεχορδινγ τρεατ− µεντσ ανδ ουτχοµεσ σο τηατ ιν ε⇑εχτ, εϖερψβοδψ ισ ιν α λαργε, σιµπλε τριαλ. Φυρτηερµορε, ⇒νδινγσ οφ ηισ χανχερ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 πανελ αρε ρεπορτεδ διρεχτλψ το Πρεσιδεντ Χλιντον, σο τηε χηιεφ εξεχυτιϖε µαψ βε− χοµε φαµιλιαρ ωιτη τηε διλεµµασ οφ χανχερ ρεσεαρχη. Τηε πανελ∏σ ⇒νδινγσ αρε λικελψ αλσο το φεεδ ιντο τηε δελιβερα− τιονσ οφ τηε Νατιοναλ Χανχερ Αδϖισορψ Βοαρδ, ωηιχη ισ χηαρτινγ α φυτυρε χουρσε φορ τηε µυχη−χριτιχιζεδ χανχερ ινστιτυτε. Βροδερ ινσιστσ τηατ ηε ισ ρεαδψ το ρε− σπονδ το συχη σχρυτινψ. Τηε πυβλιχ ανδ σχιεντιστσ αλικε ηαϖε το υνδερστανδ ωε νεεδ α βασιχ ρεσεαρχη αγενδα, ηε στατεσ. Ιτ∏σ γοινγ το τακε α λοτ οφ ε⇑ορτ. Ωε νεεδ α στρονγ χλινιχαλ τριαλσ προ− γραµ, βυτ ωε αρε µακινγ προγρεσσ. Αλτηουγη τηε ινστιτυτε∏σ βυδγετ µιγητ αππεαρ λαργε το αν ουτσιδερ, Βροδερ δε− φενσιϖελψ ποιντσ ουτ τηατ ιτ ισ σµαλλ ιν χοµπαρισον το τηε βυδγετ φορ τηε Να− τιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινισ− τρατιον (αλµοστ ∃15 βιλλιον τηισ ψεαρ ). Σινχε 1980 τηε ΝΧΙ βυδγετ ηασ γροων α µερε 1 περχεντ ιν ρεαλ τερµσ. Ωε νεεδ το µακε συρε, Βροδερ εµπηασιζεσ, τηατ ωε αλωαψσ υνδερστανδ βοτη τηε γοοδ νεωσ ανδ τηε βαδ νεωσ. Σο, τακινγ τηε γοοδ νεωσ ωιτη τηε βαδ, ωηατ στρατεγψ σηουλδ γυιδε τηε ωαρ∏σ χονδυχτ? Ιν τηε ϖιεω οφ ϑοην Χαιρνσ, αν εµεριτυσ προφεσσορ ατ τηε Ηαρϖαρδ Σχηοολ οφ Πυβλιχ Ηεαλτη, τηε φαχτσ οφ εχονοµιχ λιφε φαϖορ α πρεϖεν− τιϖε ρατηερ τηαν α τηεραπευτιχ εµπηασισ ιν τηε λονγ ρυν. Απαρτ φροµ τηε ινδιφ− φερεντ ρεσυλτσ οφτεν αχηιεϖεδ, τηεραπψ ισ εξπενσιϖε, Χαιρνσ νοτεσ. Αν ιντενσιϖε χουρσε οφ τρεατµεντ φορ λευκεµια, ηε σαψσ, χαν χοστ µορε τηαν ∃100,000. Πρε− ϖεντιον χουλδ σαϖε λιϖεσ µορε συρελψ, ατ µυχη λοωερ µεδιχαλ χοστ. Ψετ τηε κνοωλεδγε νεεδεδ το πρε− ϖεντ∇ορ τρεατ∇µοστ χανχερσ ρεµαινσ ηιδδεν ιν τηε ρεχεσσεσ οφ τηε ηυµαν γενοµε ανδ ιν τηε ινφινιτε συβτλετιεσ οφ επιδεµιολογιχ δατα. Σο ιµπλεµεντατιον οφ ανψ στρατεγψ ωαιτσ ον δεεπερ υνδερ− στανδινγ. Ονχε αγαιν, ιτ ωουλδ σεεµ, σχιενχε µυστ ηαϖε τηε λαστ ωορδ∇ανδ τηε λαστ δολλαρ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΕςΑΛΥΑΤΙΝΓ ΤΗΕ ΝΑΤΙΟΝΑΛ ΧΑΝΧΕΡ ΠΡΟΓΡΑΜ: ΑΝ ΟΝΓΟΙΝΓ ΠΡΟΧΕΣΣ. Πρεσι− δεντ∏σ Χανχερ Πανελ µεετινγ, Σεπτεµ− βερ 22, 1993. Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε, Βετηεσδα, Μδ., 1994. Αϖαιλαβλε φρεε βψ µαιλ ρεθυεστ. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΒΥΣΙΝΕΣΣ ΡοβοΤυνα Σεαβοργ µαψ σηοω τηε ωαψ το ηψδροδψναµιχ ε⇔χιενχψ 142 JESSICA BOYATT Α νψονε ωηο ηασ λοοκεδ ατ τηε σλεεκ, χοµπαχτ βοδψ οφ α τυνα ωιτη ιτσ σχιµιταρ ⇒νσ ανδ σεαµ− λεσσ γιλλσ ρεχογνιζεσ τηατ ιτ ισ α συπρεµε πιεχε οφ ηψδροδψναµιχ ενγινεερινγ. Α τεαµ οφ ρεσεαρχηερσ ασσεµβλεδ ατ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ ηασ πλανσ το χαπιταλιζε ον τηατ φαχτ βψ βυιλδινγ ανδ τεστινγ α µεχηανιχαλ χηιχκεν οφ τηε σεα. Τηεψ ηοπε το δισ− χοϖερ ωαψσ το ιµπροϖε τηε ε⇔χιενχψ οφ σηιπσ ανδ συβµαρινεσ, οπεν νεω αϖ− ενυεσ οφ ρεσεαρχη ιν ⇓υιδ δψναµιχσ ανδ περηαπσ εϖεν προδυχε βεττερ δε− σιγνσ φορ αιρπλανε ωινγσ. Τηε Μ.Ι.Τ. ροβοτιχ τυνα, ορ σεαβοργ, ασ ιτ µιγητ βε χαλλεδ, ισ προπελλεδ βψ αν αρτιχυλατεδ ταιλ σεχτιον, α ⇒ν τηατ σωεεπσ βαχκ ανδ φορτη ιν τηε πλανε οφ τηε ⇒ση∏σ µοϖεµεντ. Ιν αδδιτιον το ιτσ ταιλ, τηε ⇒ϖε−φοοτ−λονγ σεαβοργ χονσιστσ οφ α ωοοδ σκελετον ωιτη αλυµινυµ ϕοιντσ, αλλ σηεατηεδ ιν α πλαστιχ σκιν. Ιτ ωασ το βε τεστεδ ιν ∆εχεµβερ. Υνλικε τηε ρεαλ τηινγ, τηε σεαβοργ σωιµσ ιν α χον⇒νεδ αρεα, ατ Μ.Ι.Τ.∏σ Σηιπ Μοδελ Τοωινγ Τανκ. Αν ελεχτριχ µοτορ ατ ποολσιδε µοϖεσ πυππετλικε στρινγσ τηατ µακε τηε βοδψ υνδυλατε λικε α ⇒ση. Φορχε ανδ µοτιον σενσορσ ον τηε µεχηανιχαλ βεαστ τραχκ ιτσ µοϖε− µεντσ. Μιχηαελ Σ. Τριανταφψλλου, αν Μ.Ι.Τ. προφεσσορ οφ οχεαν ενγινεερινγ ανδ τηε φατηερ οφ τηε σεαβοργ, ισ νοτ υνδερ χοντραχτ το Ωαλτ ∆ισνεψ Στυδιοσ ορ το Στεϖεν Σπιελβεργ. Ηισ ανγελσ αρε τηε Αδϖανχεδ Ρεσεαρχη Προϕεχτσ Αγεν− χψ ανδ τηε Ο⇔χε οφ Ναϖαλ Ρεσεαρχη. Τριανταφψλλου ωορκσ ωιτη ηισ βροτηερ, Γεοργε, α προφεσσορ οφ µεχηανιχαλ ενγι− νεερινγ ατ Χιτψ Χολλεγε οφ Νεω Ψορκ, ανδ οτηερ ινϖεστιγατορσ ατ βοτη Μ.Ι.Τ. ανδ τηε Ωοοδσ Ηολε Οχεανογραπηιχ Ιν− στιτυτιον. Ανψονε ωηο ισ µοϖεδ βψ τηισ προϕεχτ το ρεϖιϖε φορµερ Ωισχονσιν σεν− ατορ Ωιλλιαµ Προξµιρε∏σ Γολδεν Φλεεχε Αωαρδ σηουλδ νοτε τηατ σοµε ⇒ελδ− ωορκερσ ηαϖε ρεπορτεδ τυνασ ατταινινγ σπεεδσ οφ 20 ναυτιχαλ µιλεσ περ ηουρ, χοµπαραβλε το τηατ οφ α χοµµερχιαλ ϖεσσελ. Βυτ ⇒ση εξπενδ α φραχτιον οφ τηε ενεργψ οφ α φυελ−γυζζλινγ βοατ. Τηε ταιλ µοϖεµεντ οφ α ⇒ση λεαϖεσ α ωακε οφ σωιρλινγ ϖορτιχεσ τηατ ρεσεµβλε τηε εδδιεσ προδυχεδ βψ στιχκινγ α µο− ΣΕΑΒΟΡΓ ωασ βεινγ ρεαδιεδ ατ Μ.Ι.Τ. φορ ιτσ ⇒ρστ σωιµ ιν ∆εχεµβερ. Μιχηαελ Σ. Τριανταφψλλου δεσιγνεδ τηε ροβοτιχ τυνα το γαιν α βεττερ γρασπ οφ ηοω ⇒ση σωιµ. τιονλεσσ παδδλε ορ ηανδ ιντο τηε ωατερ βεσιδε α µοϖινγ βοατ. Τηε ωακε φροµ α παδδλε ορ ηανδ χρεατεσ δραγ τηατ σλοωσ τηε χραφτ∏σ προγρεσσ. Τηε ϖορτιχεσ οφ α ⇒σηταιλ, ιν χοντραστ, ροτατε ιν α διρεχτιον οπποσιτε το τηοσε φροµ αν οβϕεχτ συχη ασ α παδδλε. Τηε Τριανταφψλλου βροτηερσ, αιδεδ βψ Μαρκ Α. Γροσενβαυγη οφ τηε Ωοοδσ Ηολε Οχεανογραπηιχ Ινστιτυτιον, φουνδ τηατ τηε ρεϖερσαλ ιν διρεχτιον οφ τηεσε τινψ ωηιρλποολσ προδυχεσ νοτ τηε δραγ οφ τηε παδδλε βυτ α ϕετλικε τηρυστ, ωηιχη αχχουντσ φορ τηε σπεεδ ανδ ραπ− ιδ αχχελερατιον οφ µανψ ⇒ση ανδ χετα− χεανσ. Τηεσε εξπεριµεντσ ωερε δονε ωιτη α µεχηανιχαλ δεϖιχε τηατ ρεπρο− δυχεσ τηε ταιλλικε µοϖεµεντ οφ α ⇒ση. Τηε δατα ωιλλ βε ρε⇒νεδ ωιτη τηε χοµ− πλετε ροβοτιχ τυνα. Α ⇒γυρε χαλλεδ α Στρουηαλ νυµβερ χηαραχτεριζεσ τηε ⇓υιδ δψναµιχσ οφ τηε τυρβυλεντ ωακε. Τηε οπτιµαλ νυµβερ το γιϖε α ⇒ση α βοοστ ωασ αβουτ 0.3. Τηε ρεσεαρχηερσ ινσπεχτεδ τηε λιτερατυρε φορ µορε τηαν 15 σπεχιεσ οφ ⇒ση ανδ χε− ταχεανσ, φροµ δαχε το δολπηινσ. Αλλ εξ− χεπτ τηε σαιτηε ηαδ α Στρουηαλ νυµβερ φροµ 0.25 το 0.35. Ωε∏ϖε σηοων τηατ ψου γετ ψουρ βεστ βυψ φορ ψουρ µον− εψ ατ τηεσε νυµβερσ, Γεοργε Τριαν− ταφψλλου σαψσ. Φιση ηαϖε βεεν σωιµ− µινγ φορ µιλλιονσ οφ ψεαρσ. Τηεψ ηαϖε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ηαδ πλεντψ οφ τιµε το δισχοϖερ τηισ. Τηε ταιλ µοϖεµεντ αλσο χονϖερτσ α ηινδρανχε το αν αδϖανταγε. Ωηεν α ⇒ση µοϖεσ τηρουγη ωατερ, ιτσ υνδυλατινγ βοδψ προδυχεσ δραγ. Ποσιτιονινγ τηε ταιλ ατ α χερταιν ανγλε ωιτη ρεσπεχτ το τηε βοδψ ρεδυχεσ τηε ρεσιστανχε χρεατεδ βψ δραγ−ινδυχινγ ϖορτιχεσ, τηερεβψ προδυχ− ινγ τηρυστ. Τηε ωορκερσ ηαϖε αλσο ⇒λεδ φορ α πατεντ ον α ⇒σηταιλλικε χοντρολ συρ− φαχε τηατ ⇓απσ, εναβλινγ α συβµαρινε ορ εϖεν αν αιρπλανε το χλιµβ ορ δεσχενδ ατ ηιγη ανγλεσ οφ ατταχκ ωιτηουτ λαπσινγ ιντο αν υνχοντρολλαβλε σταλλ. ΡοβοΤυνα µαψ αλσο ηελπ τηε ρε− σεαρχηερσ δισχοϖερ ωηψ σοµε ⇒ση χαν ϖεερ σιδεωαψσ ωιτηιν α ραδιυσ οφ 10 περχεντ οφ τηειρ λενγτη. Τηε µοστ µα− νευϖεραβλε σηιπ τακεσ τηρεε ορ φουρ λενγτησ το µακε α τυρν. Α ταιλλικε µοϖ− αβλε φοιλ ωουλδ αλσο προδυχε µυχη λεσσ νοισε τηαν α προπελλερ, αν οβϖιουσ βενε⇒τ ιν συβµαρινε δεσιγν. Τηε Ο⇔χε οφ Ναϖαλ Ρεσεαρχη ρεχεντλψ σπονσορεδ α ωορκσηοπ ατ Ωοοδσ Ηολε τηατ βρουγητ τογετηερ ινϖεστιγατορσ ωιτη αν ιντερεστ ιν ηοω ⇒ση µοϖε. Ιτ χουλδ βε α πρελυδε το α ναϖψ−βαχκεδ χροσσ− δισχιπλιναρψ προγραµ∇ηψδροδψναµι− χιστσ ανδ ⇒ση βιολογιστσ τακινγ γρουπ σωιµµινγ λεσσονσ φροµ α τυνα ορ ϕαχκ µαχκερελ. ∇Γαρψ Στιξ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Συρϖιϖαλ Ταχτιχσ ϑαπανεσε ρεσεαρχη µαναγερσ ηυδδλε χλοσερ το τηε µαρκετ Β ουτσ οφ εχονοµιχ µαλαισε ανδ χορπορατε ρεστρυχτυρινγ ηαϖε χαυσεδ Υ.Σ. µαναγεµεντ το ρε− τηινκ τηε ρολε οφ τηε χορπορατε ρεσεαρχη λαβορατορψ∇µοστλψ το τηε δετριµεντ οφ τηοσε ινστιτυτιονσ ανδ ρεσεαρχη φυνδινγ ιν γενεραλ. Ηαϖε ϑαπανεσε µαναγερσ, νοω βαττερεδ βψ τωο ψεαρσ οφ ρεχεσσιον, φουνδ δι⇑ερεντ στρατεγιεσ φορ αδϕυστινγ ρεσεαρχη ανδ δεϖελοπµεντ προγραµσ το εχονοµιχ αδϖερσιτψ? Φεω βιγ ϑαπανεσε χορπορατιονσ ηαϖε δραστιχαλλψ χυρταιλεδ ρεσεαρχη ε⇑ορτσ. Τηε λινκ βετωεεν τεχηνολογψ ανδ τηε χουντρψ∏σ δραµατιχ ποστωαρ συχχεσσ ισ τοο ωελλ ρεχογνιζεδ φορ τηατ. Ινστεαδ σοµε ϑαπανεσε ηιγη−τεχηνολογψ ⇒ρµσ αρε σπενδινγ σοµεωηατ λεσσ, ανδ µανψ αρε ρεαλλοχατινγ ρεσουρχεσ φροµ βασιχ ρεσεαρχη το προδυχτ ιµπροϖεµεντ ανδ µανυφαχτυρινγ. Ασ Μιτσυβισηι σποκεσ− ωοµαν Αλισον Χλαρκ πυτσ ιτ : Ιτ∏σ τηε νεεδ φορ προ⇒τ σοον. Ωε∏ρε τακινγ α µορε πραχτιχαλ ϖιεω νοω. Μιτσυβισηι σπεντ αβουτ Υ.Σ.∃1.59 βιλ− λιον (172 βιλλιον ψεν) ον Ρ&∆ δυρινγ τηε 1993 ⇒σχαλ ψεαρ, ωηιχη ενδσ Μαρχη 31, ανδ ωιλλ σπενδ αβουτ τηε σαµε αµουντ τηισ ψεαρ. ( Ιν⇓ατιον, ωηιχη ισ λοω ιν ϑαπαν, ωιλλ εξαχτ ονλψ α σµαλλ ρεαλ δεχρεασε ιν τηε ουτλαψ.) Βυτ εξπενδι− τυρεσ ωιλλ σκεω τοωαρδ νεω προδυχτ δε− ϖελοπµεντ, πριµαριλψ ιν αρεασ συχη ασ βρινγινγ 64−µεγαβιτ ∆ΡΑΜσ ιντο προ− δυχτιον ανδ χρεατινγ αδϖανχεδ οφφιχε χοµπυτερσ ανδ χαρ ναϖιγατιον σψστεµσ. Ηιταχηι ηαδ ουτλαψσ οφ ∃3.66 βιλλιον ον Ρ&∆ ιν ⇒σχαλ 1992. Ιν 1993, ∃3.45 βιλλιον ωασ βυδγετεδ∇νεαρλψ α 6 περ− χεντ δεχρεασε. Μαϕορ παρτσ οφ τηε ρε− σεαρχη βυδγετ ωιλλ συππορτ δεϖελοπ− µεντ οφ αδϖανχεδ µεµορψ δεϖιχεσ ανδ χοµπυτερσ. Α µαρκετ−οριεντεδ σψστεµ χαλλεδ Στρατεγιχ Βυσινεσσ Προϕεχτσ εσ− ταβλισηεδ α ψεαρ αγο γοϖερνσ Ηιταχηι ρε− σεαρχη αχτιϖιτιεσ. Τηε αππροαχη ισ αν ατ− τεµπτ το σπεεδ προδυχτσ µορε ραπιδλψ το µαρκετ. Τοσηιβα ωιλλ αλσο λαψ ουτ σλιγητλψ λεσσ ον Ρ&∆ τηισ ψεαρ∇∃2.50 βιλλιον ιν ⇒σχαλ 1993 ασ οπποσεδ το ∃2.55 βιλλιον ιν 1992. Φυϕιτσυ, ηοωεϖερ, ωιλλ σηαρπλψ χυτ ιτσ ρεσεαρχη βυδγετ τηισ ψεαρ∇βψ ∃410 µιλ− λιον. Αχχορδινγ το χορπορατε σποκεσ− ωοµαν Ψυρι Μοµοµοτο, ρεσεαρχη εξ− πενδιτυρεσ ηαϖε βεεν τριµµεδ το ∃2.54 βιλλιον. Ωε αρε ρεϖιεωινγ Ρ&∆ ιτεµσ νοω ανδ τρψινγ το βε µορε σελεχ− τιϖε ανδ µορε προδυχτ οριεντεδ, σηε εξπλαινσ. Ιν σπιτε οφ τηε χυτβαχκσ, Φυϕιτ− συ ισ στιλλ σπενδινγ µορε τηαν 10 περ− χεντ οφ νετ σαλεσ ον Ρ&∆. Λαστ ψεαρ τηε χορπορατιον εσταβλισηεδ α σψστεµ το εν− χουραγε χρεατιϖιτψ ιν ρεσεαρχη. Τηε Μψ Ωαψ Προϕεχτ αλλοωσ ρεσεαρχηερσ το χρε− ατε ανδ προποσε τηειρ οων ρεσεαρχη τηεµε. Ιφ αππροϖεδ βψ α σχρεενινγ χοµ− µιττεε, τηε ρεσεαρχηερ ωιλλ βε γιϖεν τηε τιµε ανδ µονεψ το ωορκ ον τηε προϕ− εχτ. Τηρεε ψεαρσ ισ χυστοµαρψ, βυτ εϖεν ιφ τηερε ισ νο ⇒ναλ ρεσυλτ, τηε ρεσεαρχηερ ωιλλ βε γραντεδ µορε τιµε ιφ τηε προϕεχτ αππεαρσ προµισινγ. Τηε φουνδερσ οφ Σονψ Χορπορατιον βυιλτ τηε ⇒ρµ ον ρεσεαρχη. Ψετ τηε µαν− αγεµεντ πλαννεδ το ινχρεασε ρεσεαρχη εξπενδιτυρεσ ονλψ σλιγητλψ, το ∃2.17 βιλ− λιον, χοµπαρεδ ωιτη ∃2.15 βιλλιον ιν ϑαπανεσε Ελεχτρονιχσ Σλυµπ Forecast for fiscal 1993 (through March 31), in millions of dollars, with accompanying annual percentage change R&D SPENDING 2,545 –13.8% 3,453 HITACHI –5.7% 120 JVC –16.7% 1,591 MITSUBISHI ELECTRIC 1.1% 3,795 MATSUSHITA ELECTRIC 1.9% 2,591 NEC –3.4% 1,018 SHARP 6.2% 2,175 SONY 1% 2,499 TOSHIBA –1.9% FUJITSU SALES 19,991 –9.9% 34,244 –3.0% 4,674 –1.6% 22,212 –3.8% 40,259 –4.4% 26,840 1.1% 10,643 –0.2% 16,289 –5.8% 30,079 3.2% PRETAX PROFITS 250 * 555 –23.1% –231 * 259 –13.4% 583 –34.9% 278 65.7% 380 –7.9% 296 –29.9% 417 –17.9% SOURCE: Nikkei Weekly and company sources *Fujitsu and JVC had pretax losses in fiscal 1992. 144 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ⇒σχαλ 1992. Σονψ χαρριεσ ον ρεσεαρχη ατ τηρεε λεϖελσ. Α φαχιλιτψ ιν Ψοκοηαµα ηουσεσ πηψσιχιστσ, χηεµιστσ ανδ µατηε− µατιχιανσ. Βυσινεσσ γρουπσ χονδυχτ ανψ ρεσεαρχη µανδατεδ βψ ιµµεδιατε µαρ− κετ χονδιτιονσ. Ανδ Σονψ∏σ Χορπορατε Ρεσεαρχη Λαβορατορψ βριδγεσ τηε γαπ βετωεεν βασιχ ρεσεαρχη ανδ προδυχτ δεϖελοπµεντ, βψ χρεατινγ συχη τεχη− νολογιεσ ασ µαγνετο−οπτιχαλ σψστεµσ. Οϖερ τηε παστ ⇒σχαλ ψεαρ Ματσυσηιτα Γρουπ χοµπανιεσ χολλεχτιϖελψ σπεντ ∃3.72 βιλλιον. Φορ τηε χυρρεντ ⇒σχαλ ψεαρ, τηε φορεχαστ ισ αβουτ ∃3.79 βιλλιον. Ματ− συσηιτα∏σ Χεντραλ Ρεσεαρχη Λαβορατορψ ιν Οσακα δοεσ µοστ οφ τηε χορπορατιον∏σ βασιχ ρεσεαρχη. ∆ιϖισιονσ αρε ρεσπονσι− βλε φορ προδυχτ δεϖελοπµεντ. Βυτ χοµ− πανψ σποκεσµαν Ακιηιρο Τανιι εµπηα− σιζεσ τηατ Ματσυσηιτα∏σ αιµ ισ νοτ το προδυχε Νοβελ Πριζε ωιννερσ. Ανδ τηατ µαψ βε α φυνδαµενταλ ⇓αω ιν τηε στρατεγιχ ϖισιον οφ µανψ ϑαπα− νεσε χορπορατε βεηεµοτησ (ονε σηαρεδ βψ τηειρ ριϖαλσ ον οτηερ χοντινεντσ). Μιτ− συβισηι, Τοσηιβα, Ηιταχηι ανδ οτηερ γι− αντσ µακε εϖερψτηινγ φροµ ρεφριγερατορσ το σεµιχονδυχτορσ. Τηισ ατταχηµεντ το α βροαδ αρραψ οφ εσταβλισηεδ προδυχτσ ισ χοµινγ υνδερ ⇒ρε εϖεν φροµ τηε ϑαπα− νεσε τηεµσελϖεσ. Ονε χριτιχ ισ Κεισκε Ψα− ωατα, ωηο πασσεδ δεχαδεσ ωιτη ϑαπαν∏σ γιαντ ΝΕΧ Χορπορατιον βεφορε λεαϖινγ το βεχοµε πρεσιδεντ ανδ εϖεντυαλλψ χηαιρ− µαν οφ ΛΣΙ Λογιχ Κ.Κ., τηε ϑαπανεσε συβσιδιαρψ οφ αν Αµεριχαν σεµιχονδυχ− τορ ⇒ρµ τηατ σπεχιαλιζεσ ιν δεϖελοπινγ ΑΣΙΧσ (αππλιχατιον−σπεχι⇒χ ιντεγρατεδ χιρχυιτσ). Ηε ποιντσ το τηε γλυτ οφ χοµ− µοδιτψ χονσυµερ ελεχτρονιχσ προδυχτσ. Εϖερψονε αλρεαδψ ηασ α ςΧΡ, ηε ρε− µαρκσ, ανδ τηεψ νεϖερ ωεαρ ουτ. Ψαωα− τα φεελσ στρονγλψ τηατ ϑαπανεσε ρεσεαρχη µυστ βεχοµε µορε ιννοϖατιϖε ανδ µορε φοχυσεδ το συχχεεδ ιν τηε φυτυρε. Φορ εξαµπλε, ϑαπανεσε ⇒ρµσ χηοσε το πυτ τηειρ χαπιταλ ανδ ε⇑ορτ βεηινδ τηε δεϖελοπµεντ οφ µεµορψ χηιπσ, αν εσ− ταβλισηεδ τεχηνολογψ βλεσσεδ ωιτη α ρεαδψ µαρκετ. ϑαπαν βεχαµε τηε ωορλδ λεαδερ ιν µεµορψ χηιπσ, βυτ νοω τηε δεϖιχεσ ηαϖε βεχοµε α χοµµοδιτψ προδυχτ. Προ⇒τ µαργινσ αρε παπερ−τηιν, ανδ Κορεαν ⇒ρµσ συχη ασ Σαµσυνγ προϖιδε στι⇑ χοµπετιτιον. Αρλον Μαρτιν οφ ΑΤ&Τ Μιχροελεχτρον− ιχσ ϑαπαν σεεσ στρονγ ρεσεµβλανχεσ βε− τωεεν τηε Υ.Σ. ανδ ϑαπαν ωιτη ρεσπεχτ το ηοω ⇒ρµσ δο ρεσεαρχη. ΝΕΧ, Φυϕιτσυ ανδ Τοσηιβα ηαϖε χεντραλ ρεσεαρχη λαβσ ανδ αλσο δο προδυχτ δεϖελοπµεντ ον τηε λοχαλ λεϖελ, ηε οβσερϖεσ. Προϕεχτσ µοϖε φροµ τηε χεντραλ λαβ το α λεϖελ µορε δεδιχατεδ το προδυχτ δεσιγν. Βυτ ιν τηε Υ.Σ., Μαρτιν νοτεσ, ρεσεαρχη οφτεν προϖιδεσ τηε οππορτυνιτψ φορ α βυσινεσσ σταρτ−υπ. Ιν τηε Υ.Σ., α λοτ οφ ιµπορταντ ωορκ ισ δονε βψ σταρτ−υπσ Copyright 1994 Scientific American, Inc. 146 Ματεριαλ Αδϖανταγε ΙΒΜ πυσηεσ σιλιχον−γερµανιυµ χηιπσ ιντο τηε µαρκετπλαχε Ε λεχτρονιχσ µανυφαχτυρερσ ηαϖε νεϖερ φαλλεν ιν λοϖε ωιτη γαλλιυµ αρσενιδε, α µατεριαλ τηατ φυρνιση− εσ φαστερ σπεεδσ τηαν τηε ινδυστρψ∏σ ολδ σταπλε, σιλιχον. Εϖεν ινϖετερατε σπεεδ ϕυνκιεσ συχη ασ χηιπ µακερσ αρε λοατη το γιϖε υπ βιλλιον−δολλαρ ινϖεστµεντσ ιν σιλιχον σεµιχονδυχτορ µανυφαχτυρινγ φαχιλιτιεσ φορ α ωηολλψ αλιεν φαβριχατιον προχεσσ. Τηε αρριϖαλ ιν τηε µαρκετπλαχε οφ αν αλλοψ οφ σιλιχον ανδ γερµανιυµ µεανσ τηεψ µαψ νοτ ηαϖε το. Ωορκερσ ατ ΙΒΜ ανδ Αναλογ ∆εϖιχ− εσ ρεπορτ τηατ α χολλαβορατιον βετωεεν τηεµ ηασ προδυχεδ τηε ⇒ρστ σοον−το−βε χοµµερχιαλ δεϖιχε µαδε φροµ συχη αν αλλοψ. Τηεψ ωερε σχηεδυλεδ το προϖιδε δεταιλσ οφ τηειρ ωορκ ατ τηε Ιντερνατιον− αλ Ελεχτρον ∆εϖιχεσ Μεετινγ, ηελδ ιν εαρλψ ∆εχεµβερ. Τηισ ισ α ρεαλ τεχηνολ− ογψ ροαδ µαπ το δριϖε σιλιχον φορ τηε νεξτ ⇒ϖε, 10 ορ 15 ψεαρσ, σαψσ Βερναρδ Σ. Μεψερσον, α φελλοω ατ τηε ΙΒΜ Τηο− µασ ϑ. Ωατσον Ρεσεαρχη Χεντερ ανδ λεαδερ οφ τηε τεαµ τηατ δεϖελοπεδ τηε µανυφαχτυρινγ τεχηνιθυε. Μεψερσον ανδ ηισ χολλεαγυεσ δε− σχριβε α βιπολαρ τρανσιστορ ωηοσε βασε χονσιστσ οφ τηε σιλιχον−γερµανιυµ αλ− λοψ. Τηε βασε τυρνσ συχη µινιατυριζεδ σωιτχηεσ ον ανδ ο⇑. Τηε πυρποσε οφ τηε δεϖιχε ισ το χονϖερτ α διγιταλ σιγναλ ιντο ιτσ αναλογ φορµ ατ α ραπιδ−⇒ρε ονε βιλ− λιον χψχλεσ (ονε γιγαηερτζ) περ σεχονδ. Τηε 12−βιτ διγιταλ−το−αναλογ χονϖερτερ οπερατεσ φαστερ τηαν ανψ σιλιχον χον− ϖερτερ το δατε. Ιτ υσεσ λεσσ ποωερ ανδ ισ χοµπαραβλε ιν σπεεδ το τηε βεστ σιγναλ χονϖερτερσ τηατ υσε γαλλιυµ αρσενιδε. ∆υρινγ 1994, Αναλογ ∆εϖιχεσ, α συπ− πλιερ οφ αναλογ ανδ διγιταλ σιγναλ προ− χεσσινγ σεµιχονδυχτορσ, ωιλλ βεγιν σελλ− ινγ τηεσε βυιλδινγ βλοχκσ φορ τηε διγιταλ νετωορκσ τηατ τελεπηονε ανδ χαβλε χοµ− πανιεσ ιντενδ το βυιλδ το εϖερψ ηοµε ανδ βυσινεσσ. Α σιγναλ χονϖερτερ χουλδ τακε α ⇒βερ−οπτιχ διγιταλ σιγναλ τρανσ− µιττεδ το τηε ηοµε ανδ τρανσλατε ιτ ιντο τηε αναλογ ρεχεπτιον ρεθυιρεδ φορ α τελε− ϖισιον σετ. ( ΙΒΜ µακεσ τηε χηιπσ; Ανα− λογ ∆εϖιχεσ δεσιγνεδ τηε χονϖερτερ.) Υνλικε γαλλιυµ αρσενιδε, σιλιχον−γερ− µανιυµ δεϖιχεσ χαν βε µαδε βψ τηε σαµε προχεσσεσ ασ τηε µοστ ωιδελψ υσεδ ιντεγρατεδ χιρχυιτσ αρε. Βεχαυσε οφ χηιπ φαβριχατορσ∏ λονγ εξπεριενχε ωιτη σιλι− χον, ελεχτρονιχσ φροµ σιλιχον−γερµανι− υµ µαψ ατταιν ηιγηερ σπεεδσ ατ τηε σαµε χοστ ασ οτηερ χονϖεντιοναλ βιπολαρ σιλιχον χιρχυιτσ. Μιλλιονσ οφ Πη.∆.−ηουρσ ηαϖε βεεν δεϖοτεδ το σιλιχον, ιν χοντραστ το α τινψ φραχτιον οφ τηατ νυµβερ φορ γαλλιυµ αρσενιδε, σαψσ Χηαρλεσ Κ. Φαδελ, χορπορατε µαρκετινγ µαναγερ φορ Ανα− λογ ∆εϖιχεσ. Το δατε, ΝΕΧ, ∆αιµλερ−Βενζ ανδ οτηερ ελεχτρονιχσ γιαντσ εξπλορινγ τηε τεχηνολογψ ηαϖε µαδε ινδιϖιδυαλ τρανσιστορσ βυτ ηαϖε ψετ το ρεπορτ ον ιν− τεγρατεδ χιρχυιτσ, Μεψερσον σαψσ. Εαχη ΙΒΜ−µαδε σιλιχον−γερµανιυµ INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION ανδ βψ πεοπλε χοµινγ ουτ οφ υνιϖερσι− τιεσ, νοτ ϕυστ ιν Σιλιχον ςαλλεψ βυτ ιν σµαλλ χοµπανιεσ ιν οτηερ αρεασ συχη ασ Βοστον. Τηατ κινδ οφ ρεσεαρχη δοεσν∏τ ηαππεν ιν ϑαπαν. Βυτ, Μαρτιν σαψσ, εν− τρεπρενευριαλ σταρτ−υπσ δο ηαππεν ιν Ταιωαν: Α βυνχη οφ χολλεγε γραδσ γετ τογετηερ ανδ σταρτ α νεω χοµπανψ ιν α γαραγε. Τηεψ δεϖελοπ α λιττλε εξπερτισε, ανδ τηεψ∏ρε ιν βυσινεσσ. Ιν ϑαπαν, ιτ ισ µυχη µορε δι⇔χυλτ φορ α νεω χοµπανψ το γαιν τηε φυνδινγ ανδ βυιλδ τηε κεψ ρελατιονσηιπσ τηατ αρε σο χριτιχαλ το συχχεσσ. Τοκψο Υνιϖερσιτψ γραδυατεσ σιµπλψ δο νοτ ηαϖε τηε σαµε οπτιονσ ασ δο τηειρ χουντερπαρτσ ιν ει− τηερ Ταιωαν ορ τηε Υ.Σ. Αλλ τηεψ χαν δο ισ χηοοσε βετωεεν χοµπανιεσ συχη ασ ΝΕΧ, Ματσυσηιτα ανδ Τοσηιβα. Ιν τηε Υ.Σ., α τηριϖινγ ηιγη−τεχη χοµπανψ ωιτη ιννοϖατιϖε τεχηνολογψ µαψ βε ονλψ ⇒ϖε ορ 10 ψεαρσ ολδ. Τηε ϑαπανεσε βυσινεσσ λανδσχαπε ισ ϖιρτυαλλψ δεϖοιδ οφ συχη εντερπρισεσ. Τηε ϖεντυρε χαπιταλ δοεσ νοτ σεεµ το βε αϖαιλαβλε. Νοτ εϖερψονε αγρεεσ τηατ ϑαπαν∏σ βα− σιχ ρεσεαρχη περφορµανχε ισ δε⇒χιεντ. Μαρκ Πεαρχε, α Λονδον νατιϖε ωηο χαµε το ϑαπαν το στυδψ ατ α ϑαπανεσε υνιϖερ− σιτψ, ηασ βεεν ωιτη ΝΕΧ σινχε ηισ γραδ− υατιον ⇒ϖε ψεαρσ αγο. Ηισ ισ α ϖιεω οφ ϑαπαν τηρουγη Ωεστερν εψεσ τηατ ηαϖε λεαρνεδ το σεε βενεατη τηε συρφαχε οφ ϑαπανεσε σοχιετψ ανδ βυσινεσσ. Πεαρχε ρεϕεχτσ τηε ϖιεω τηατ ϑαπαν ισ φαρ βεηινδ τηε Υ.Σ. ιν βασιχ ρεσεαρχη. Ι τηινκ τηατ∏σ χηανγεδ ιν τηε παστ ⇒ϖε ψεαρσ, Πεαρχε ασσερτσ. Τηερε∏σ α λοτ οφ γρουνδβρεακ− ινγ ωορκ νοω βεινγ δονε ιν ϑαπαν. Σοµε οφ τηε αρεασ ιν ωηιχη ΝΕΧ ρε− σεαρχηερσ αρε ωορκινγ αρε προδυχτιον οφ χαρβον νανοτυβεσ, στυδιεσ οφ τηε στρυχτυρε οφ τηε νερϖουσ σψστεµ ιν νεµ− ατοδεσ, χοµπυτατιοναλ χηεµιστρψ υσινγ συπερχοµπυτερσ το ϖισυαλιζε τηε µοϖε− µεντσ οφ σινγλε ατοµσ, ανδ µελτ σχι− ενχε∇λοοκινγ ατ τηε ε⇑εχτ οφ δι⇑ερεντ γασεσ ον τηε γροωινγ οφ σιλιχον ινγοτσ. Ιν Πρινχετον, Ν.ϑ., ΝΕΧ ισ στυδψινγ λαν− γυαγε αχθυισιτιον ιν χηιλδρεν ωιτη α ϖιεω τοωαρδ τηε εϖεντυαλ χρεατιον οφ σψστεµσ φορ αυτοµατιχ τρανσλατιον. Ατ τηε Ιντερνατιοναλ Σολιδ Στατε Χιρ− χυιτσ Χονφερενχε ιν Φεβρυαρψ 1994, ΝΕΧ ρεσεαρχηερσ ωιλλ πρεσεντ σεϖεν παπερσ, ινχλυδινγ ονε αννουνχινγ τηε δεϖελοπ− µεντ οφ α 64−µεγαβιτ ⇓αση µεµορψ δε− ϖιχε. Μορεοϖερ, ιν τηε παστ τωο ψεαρσ, ΝΕΧ ηασ ηαδ 15 παπερσ πυβλισηεδ ιν Νατυρε, µορε τηαν ανψ οτηερ ϑαπανεσε ινδυστριαλ χοµπανψ ανδ ονλψ σλιγητλψ λεσσ τηαν τηε 18 πυβλισηεδ βψ πρεστι− γιουσ Τοκψο Υνιϖερσιτψ. Συχη χοµµιτµεντ το ρεσεαρχη µαψ προϖοκε α φεω τεαρσ αχροσσ τηε ωορλδ ιν Μυρραψ Ηιλλ. Τιµε ωιλλ τελλ ωηετηερ ιτ χαν συρϖιϖε τηε λονγ ϑαπανεσε εχονοµ− ιχ ωιντερ. ∇Ροβερτ Παττον, Τοκψο ΒΕΡΝΑΡ∆ Σ. ΜΕΨΕΡΣΟΝ, αν ΙΒΜ ρεσεαρχηερ, ινσπεχτσ αν υλτραηιγη−ϖαχυυµ χηεµι− χαλ ϖαπορ δεποσιτιον µαχηινε, τηε τεχηνολογψ ηε ινϖεντεδ το δεποσιτ ατοµιχ λαψερσ οφ α σιλιχον−γερµανιυµ αλλοψ οντο α σιλιχον χηιπ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Copyright 1994 Scientific American, Inc. χεσσορ ανδ µεµορψ; τηε βιπολαρ χιρχυιτσ ωουλδ φυνχτιον ασ ηιγη−σπεεδ προχεσ− σορσ οφ ραδιο σιγναλσ τηατ µαψ τραϖελ, σαψ, φροµ α πορταβλε τελεπηονε το α χοµµυνιχατιονσ βασε στατιον. Τηε σιλιχον−γερµανιυµ προϕεχτ µαρκσ Οπτιχαλ Τοµογραπηψ Λιγητ βεγινσ το σηινε ασ α νονινϖασιϖε ιµαγινγ τοολ Α σ α χηιλδ, ψου µαψ ηαϖε πλαχεδ ψουρ ⇒νγερσ ορ παλµ οϖερ α ⇓αση− λιγητ ανδ λοοκεδ ωιτη φασχινα− τιον ατ τηε τρανσλυχεντ ρεδ γλοω υνδερ ψουρ σκιν. Τοδαψ ρεσεαρχηερσ αρε ατ− τεµπτινγ το εξπλοιτ τηισ σιµπλε πηε− νοµενον. Τηεψ σεεκ το χρεατε οπτιχαλ ιµαγινγ δεϖιχεσ τηατ ρελψ ον τηε ωαψ λιϖινγ τισσυε αβσορβσ, δε⇓εχτσ ορ σχατ− τερσ ρεδ ανδ νεαρ−ινφραρεδ λιγητ το ρε− ϖεαλ στρυχτυρε, δενσιτψ ανδ εϖεν πηψσι− ολογιχαλ προχεσσεσ. Τηισ νοϖελ τεχηνολογψ, χαλλεδ οπτιχαλ τοµογραπηψ, µακεσ υσε οφ τηε φαχτ τηατ αλλ φεατυρεσ οφ λιϖινγ τισσυε, φροµ χελλ οργανελλεσ το οξψγενατιον λεϖελσ, τρανσ− µιτ, σχαττερ, αβσορβ ορ οτηερωισε α⇑εχτ πηοτονσ. Σο, βψ µεασυρινγ τηε ιντενσιτψ ανδ οτηερ χηαραχτεριστιχσ οφ συχη λιγητ ανδ φεεδινγ τηε ινφορµατιον ιντο α χοµπυτερ, ιµαγεσ χαν βε χοµποσεδ οφ ωηατ σεντ τηε πηοτονσ ⇓ψινγ τηε ωαψ τηεψ διδ. Φορ νοω, συχη οπτιχαλ ινστρυµεντσ α νεω ερα ατ ΙΒΜ. Ιν τηε παστ, ωε ωουλδ ηαϖε σατ ον τηισ τεχηνολογψ υντιλ 1998, Μεψερσον σαψσ. Τηατ θυιχκνεσσ µαψ ηελπ κεεπ αλιϖε µατεριαλ δεσιγνερσ∏ λοϖε α⇑αιρ ωιτη ονε οφ τηε γεοσπηερε∏σ µοστ αβυνδαντ ελεµεντσ. ∇Γαρψ Στιξ χαννοτ ηολδ α χανδλε το τηε ρεσολυτιον οφ οτηερ µετηοδσ. Ποσιτρον εµισσιον τοµογραπηψ (ΠΕΤ), µαγνετιχ ρεσονανχε ιµαγινγ (ΜΡΙ) ανδ χοµπυτεδ τοµογρα− πηψ ( ΧΤ ) αλλ προϖιδε χλινιχιανσ ανδ σχηολαρσ ωιτη αν υνπρεχεδεντεδ ϖιεω οφ τηε ιντεριορ οφ τηε ηυµαν βοδψ, ατ ϖερψ λοω ρισκ το τηε πατιεντ. Ψετ τηεσε τψπεσ οφ σχαννερσ ρεθυιρε τηατ τηε πα− τιεντ βε βρουγητ το α λαργε αππαρατυσ. Οπτιχαλ τοµογραπηψ, ον τηε οτηερ ηανδ, µαψ ο⇑ερ α χονϖενιεντ ωαψ το µονιτορ τισσυε φυνχτιον χοντινυουσλψ ατ τηε βεδσιδε, σαψσ ∆αϖιδ Α. Βεναρον, α προφεσσορ οφ πεδιατριχσ ανδ νεονατολ− ογψ ατ τηε Στανφορδ Υνιϖερσιτψ Σχηοολ οφ Μεδιχινε ανδ Στανφορδ∏σ Ηανσεν Εξ− περιµενταλ Πηψσιχσ Λαβορατορψ. Μορε− οϖερ, Βεναρον ανδ οτηερ εντηυσιαστσ ασ− σερτ, τηεσε δεϖιχεσ χουλδ προδυχε ιµ− αγεσ φαστερ ανδ λεσσ εξπενσιϖελψ τηαν δο τηε οτηερ νονσυργιχαλ οπτιονσ. Σοµε οφ τηε εντηυσιασµ µαψ βε ϕυσ− τι⇒εδ. Οπτιχαλ ιµαγινγ τεχηνολογψ ηασ βεεν σηοωινγ σοµε πρεχοχιτψ. Σεϖεραλ τεαµσ ηαϖε αλρεαδψ εµπλοψεδ οπτιχαλ µετηοδσ το δετεχτ πηψσιολογιχαλ χηανγ− εσ ιν τηε βραιν ρελατεδ το ηεµορρηαγε, ηψποξια ανδ χογνιτιϖε φυνχτιον. Βυτ τηε JASON GOLTZ χονϖερτερ χονταινσ 3,000 τρανσιστορσ ανδ 2,000 οτηερ ελεµεντσ, συχη ασ ρεσιστορσ ανδ χαπαχιτορσ. Τηατ νυµβερ ισ σµαλλ χοµπαρεδ ωιτη τηε µορε τηαν ονε µιλ− λιον τρανσιστορσ τηατ α διγιταλ χηιπ µαψ σπορτ. Βυτ φορ αναλογ χιρχυιτσ, ιτ µαρκσ α ηιγη λεϖελ οφ χιρχυιτ ιντεγρατιον. ΙΒΜ ηασ τριεδ το τακε αδϖανταγε οφ τηε φαχτ τηατ τηε ηιγη ελεχτριχ ⇒ελδ φροµ τηε αλλοψ χαυσεσ ελεχτρονσ το µοϖε µορε ραπιδλψ αχροσσ τηε βασε. Τηε ελεχτριχ ⇒ελδ ρεσυλτσ φροµ γραδυαλλψ ινχρεασινγ τηε αµουντ οφ γερµανιυµ αχροσσ τηε ωιδτη οφ τηε βασε. Τηατ χρεατεσ α δι⇑ερ− ενχε ιν ελεχτριχαλ ποτεντιαλ, α κινδ οφ σλοπε δοων ωηιχη τηε ελεχτρονσ ραχε. Το ωεδ τηε σιλιχον−γερµανιυµ το α σιλιχον χηιπ συβστρατε, Μεψερσον ηαδ το σολϖε α σεριουσ προβλεµ: τηε σιλιχον−γερ− µανιυµ λαττιχε δοεσ νοτ µατχη τηατ οφ τηε πυρε σιλιχον συβστρατε. Ηε χοπεδ ωιτη τηε χηαλλενγε βψ δεϖισινγ α ϖαρια− τιον οφ τηε χοµµον τεχηνιθυε κνοων ασ χηεµιχαλ ϖαπορ δεποσιτιον ( Χς∆ ). Α µιξτυρε οφ γασεσ λεαϖεσ α τηιν ⇒λµ οφ σιλ− ιχον ανδ γερµανιυµ ατοµσ ον τοπ οφ α σιλιχον συβστρατε. Αν υλτραηιγη ϖαχυυµ εναβλεσ τηε προχεσσ το τακε πλαχε ατ 500 δεγρεεσ Χελσιυσ, λεσσ τηαν ηαλφ τηε τεµ− περατυρε ατ ωηιχη α χονϖεντιοναλ σιλιχον Χς∆ σψστεµ οπερατεσ. Ιν τηισ ρελατιϖελψ µιλδ ενϖιρονµεντ, ρεσεαρχηερσ χαν χον− τρολ τηε πρεχισε βυιλδυπ οφ εαχη λαψερ οφ ατοµσ. Τηε σιλιχον ανδ γερµανιυµ ατοµσ τενδ νοτ το σταψ πυτ ατ τηε ηιγη− ερ τεµπερατυρεσ νορµαλλψ υσεδ ιν Χς∆. Τηε φυτυρε λοοκσ βριγητ φορ γερµα− νιυµ γροωερσ. ΙΒΜ ρεπορτεδ λαστ συµ− µερ τηατ τηε µαξιµυµ φρεθυενχιεσ ατ− ταινεδ βψ αν ινδιϖιδυαλ σιλιχον−γερµανι− υµ τρανσιστορ ρανγε φροµ 110 το 117 γιγαηερτζ. Συχη φρεθυενχιεσ αρε µορε τηαν τωο τιµεσ ηιγηερ τηαν τηοσε ατ− ταιναβλε βψ α σιλιχον τρανσιστορ, ανδ τηεψ χοµπαρε φαϖοραβλψ ωιτη τηοσε οφ µανψ γαλλιυµ αρσενιδε χηιπσ. Αναλογ ∆εϖιχεσ νοω χοντεµπλατεσ υσινγ τηε σιλιχον− γερµανιυµ αλλοψ ιν τηε ελεχτρονιχσ φορ α διγιταλ χορδλεσσ τελεπηονε τηατ οπερ− ατεσ ατ φρεθυενχιεσ ασ ηιγη ασ τηρεε γι− γαηερτζ (τηε ρατεδ σπεεδ οφ χιρχυιτσ υσ− ινγ τρανσιστορσ ισ αλωαψσ µυχη λεσσ τηαν τηε φρεε−σποολινγ τοπ ⇒γυρε φορ αν ινδιϖιδυαλ τρανσιστορ ). Τηε χιρχυιτρψ φορ σενδινγ ανδ ρεχειϖινγ ραδιο σιγναλσ µιγητ ρεσιδε ον α σινγλε χηιπ, ινστεαδ οφ χονσιστινγ οφ αν αµαλγαµ οφ δισχρετε τρανσιστορσ ανδ χαπαχιτορσ. ΙΒΜ ρεσεαρχηερσ ηαϖε αλσο ρεπορτεδ τηατ τηε σιλιχον−γερµανιυµ βιπολαρ τραν− σιστορσ χαν βε ιντεγρατεδ ιντο α χηιπ βεαρινγ χοµπλεµενταρψ µεταλ−οξιδε σεµιχονδυχτορ ( ΧΜΟΣ ) τεχηνολογψ, τηε ινεξπενσιϖε λογιχ ανδ µεµορψ δεϖιχεσ τηατ αρε τηε µαινσταψ φορ µοστ ελεχτρον− ιχσ ιν περσοναλ χοµπυτερσ ανδ χοµµυ− νιχατιονσ εθυιπµεντ. Τηε ΧΜΟΣ χοµ− πονεντσ ωουλδ σερϖε ασ τηε µιχροπρο− ΠΙΧΤΥΡΕ ΟΦ Α ΧΑΤ, σκετχηεδ 1.2 χεντιµετερσ ωιδε ον α χελλοπηανε σηεετ, ισ ηιδδεν ιν αν οπαθυε λιθυιδ, νινε χεντιµετερσ τηιχκ. Τηε χατ ισ δισπλαψεδ ον α χοµπυτερ σχρεεν υσινγ αν οπτιχαλ ιµαγινγ δεϖιχε ατ τηε Χ.Υ.Ν.Ψ. Χεντερ φορ Αδϖανχεδ Τεχη− νολογψ, διρεχτεδ βψ Ροβερτ Ρ. Αλφανο. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 147 βραιν ισ νοτ τηε ονλψ οργαν τηατ σχιεν− τιστσ ηοπε το εξαµινε υσινγ οπτιχαλ ιµ− αγινγ τοολσ. Τηεψ αρε δεϖελοπινγ ινστρυ− µεντσ τηατ ωουλδ τακε νονσυργιχαλ οπ− τιχαλ βιοπσιεσ τηρουγηουτ τηε βοδψ. Τηισ ισ αλλ βασεδ ον ουρ υνδερστανδινγ οφ ωηατ λιγητ ρεαλλψ δοεσ ωηεν ιτ ισ βυζ− ζινγ αρουνδ ιν τισσυε, σαψσ Βριττον Χηανχε, α πιονεερ ιν οπτιχαλ τεχηνολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Πεννσψλϖανια. Το συχχεεδ, τηεσε δεϖιχεσ µυστ σοµε− ηοω χοντενδ ωιτη µεασυρινγ τηε χηα− οτιχ πατη οφ πηοτονσ σχαττερινγ τηρουγη τηε ηυµαν βοδψ. Μοστ πηοτονσ σχαττερ ηυνδρεδσ ιφ νοτ τηουσανδσ οφ τιµεσ βε− φορε τηεψ εξιτ τηε τισσυε ανδ χαν βε δε− τεχτεδ. Το αδδρεσσ τηισ προβλεµ, Χηανχε ανδ Αρϕυν Γ. Ψοδη, α πηψσιχιστ ατ τηε υνιϖερσιτψ, εξποσε τισσυε το πυλσεσ οφ οσχιλλατινγ λιγητ ωηοσε αµπλιτυδε ηασ βεεν µοδυλατεδ. Τηεσε πυλσεσ τογετη− ερ γενερατε α ωαϖελικε διστυρβανχε οφ βριγητνεσσ. Ιφ α σινγλε πυλσε ενχουντερσ αν αρεα οφ ρελατιϖελψ ηιγη σχαττερινγ ορ αβσορβενχψ, ιτσ ιντενσιτψ ωιλλ βε ρεδυχεδ. Τηισ χηανγε σηιφτσ βοτη τηε ιντενσιτψ ανδ τηε πηασε οφ τηε εµεργινγ πυλσεσ ωιτη ρεσπεχτ το τηε εντερινγ πυλσεσ. Συχη διστορτιονσ ρεϖεαλ τηε εξτεντ, δεν− σιτψ ανδ λοχατιον οφ τηε στρυχτυρεσ τηατ χαυσεδ τηεµ. Ροβερτ Ρ. Αλφανο, διρεχτορ οφ τηε Χιτψ Υνιϖερσιτψ οφ Νεω Ψορκ∏σ Ινστιτυτε φορ 148 Υλτραφαστ Σπεχτροσχοπψ ανδ Λασερσ, τακεσ α χοµπλεµενταρψ αππροαχη. Ηε τριεσ το δετερµινε αρεασ τηατ σχαττερ ορ αβσορβ λιγητ βψ αναλψζινγ ονλψ βαλλιστιχ ανδ σνακε λιγητ πηοτονσ, τηε εαρλιεστ πηο− τονσ το εµεργε. Αλφανο∏σ γρουπ ωασ τηε ⇒ρστ το εξπλοιτ τηε ινφορµατιον αϖαιλαβλε φροµ τηισ λιγητ, ωηιχη σχαττερσ ϖερψ λιτ− τλε. Αλφανο υσεσ αν υλτραφαστ ϖιδεο χαµ− ερα, βαχκεδ βψ ρεχορδινγ ανδ αναλψζινγ εθυιπµεντ τηατ χαπτυρεσ ονλψ τηοσε πηοτονσ τηατ εµεργε ιν τηε ⇒ρστ ονε το 10 πιχοσεχονδσ αφτερ τηε πυλσε ισ εµιτ− τεδ. Τηεψ χαν τηεν ροτατε τηε οβϕεχτ ωιτη ρεσπεχτ το τηειρ ινστρυµεντ ανδ χρεατε τηρεε−διµενσιοναλ ιµαγεσ. Βψ τηισ µετηοδ, Αλφανο∏σ γρουπ ηασ δεχιπηερεδ τηε ιµαγε οφ στρυχτυρεσ ασ σµαλλ ασ τωο µιλλιµετερσ ιν διαµετερ τηρουγη α µοδ− ελ µεδιυµ, σιµιλαρ το ηυµαν τισσυε, τηατ ισ σεϖεν χεντιµετερσ τηιχκ. Τηε προχεσσ τακεσ λεσσ τηαν α µινυτε. Βεναρον ανδ ηισ χολλεαγυεσ δεϖελοπεδ τηε σεχονδ οπτιχαλ ιµαγινγ δεϖιχε το βε χλινιχαλλψ τεστεδ. Χαλλεδ τηε τιµε−οφ−⇓ιγητ ανδ αβσορβανχε ( ΤΟΦΑ ) σχοπε, τηε µα− χηινε µεασυρεσ τηε τιµε ιτ τακεσ φορ α ⇒ξεδ περχενταγε οφ τηε φαστεστ πηοτονσ το τραϖελ τηρουγη τισσυε. Τηισ τεχηνιθυε στιλλ αϖοιδσ τηε µοστ διστραχτινγ πηο− τονσ, τηοσε τηατ σχαττερ σηαρπλψ ανδ αρε τηε λαστ το εµεργε. Ιτ δοεσ, ηοωεϖερ, ιν− χλυδε µοδερατελψ δε⇓εχτεδ παρτιχλεσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Τηε ρεσολυτιον ισ νοτ νεαρλψ ασ γοοδ ασ χονϖεντιοναλ ξ−ραψσ, βυτ ιτ∏σ α σταρτ, Βεναρον σαψσ. Ο⇔χιαλσ ατ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη τηινκ οπτιχαλ τοµογραπηψ ισ προµισινγ ενουγη το µεριτ σοµε φυνδ− ινγ. Ονε οφ τηεσε ΝΙΗ−συππορτεδ προϕ− εχτσ σεεκσ το αππλψ οπτιχαλ τοµογραπηψ το τηε διαγνοσισ οφ βρεαστ χανχερ ιν ωοµεν ψουνγερ τηαν 40 ψεαρσ. Αν ξ− ραψ µαµµογραµ δοεσν∏τ διστινγυιση χανχερσ ωελλ ιν ψουνγ ωοµεν, Χηανχε ποιντσ ουτ. Τηε ραδιατιον φροµ α τραδι− τιοναλ ξ−ραψ µαµµογραµ σχαττερσ τοο µυχη ιν ψουνγ τισσυε το προδυχε αν ιν− φορµατιϖε πιχτυρε, ηε εξπλαινσ. ΝΙΗ γραντσ αλσο συππορτ Βεναρον∏σ γρουπ, ωηιχη ωιλλ σοον τεστ ιν ηυµανσ α δεϖιχε δεσιγνεδ το µονιτορ οξψγεν λεϖ− ελσ ιν τηε βραιν τισσυε οφ ινφαντσ. Τηε ιν− στρυµεντ, ωοϖεν οφ ⇒βερ−οπτιχ τηρεαδσ, ωουλδ ⇒τ χοµφορταβλψ αρουνδ α βαβψ∏σ ηεαδ λικε α σωεατβανδ. Εϖενλψ σπαχεδ σενσορσ ιν τηισ οπτιχαλ αρραψ ωουλδ πιχκ υπ σχαττερεδ σιγναλσ φροµ λιγητ σεντ αλονγ τωο αξεσ εξτενδινγ φροµ ονε σιδε οφ τηε σκυλλ το τηε οτηερ. Τηε χοορδινατεσ οφ δεοξψγενατεδ αρεασ ωουλδ βε φουνδ βψ χαλχυλατινγ τηε πατη λενγτη ανδ τηε ιντενσιτψ οφ λιγητ πασσινγ τηρουγη τηε σκυλλ ιν δι⇑ερεντ διρεχτιονσ. Βεναρον πρεδιχτσ τηατ σιµπλε, σπεχ− τροσχοπιχ δεϖιχεσ βασεδ ον τηισ τεχη− Copyright 1994 Scientific American, Inc. νολογψ χουλδ βε αϖαιλαβλε χλινιχαλλψ νεξτ ψεαρ ιφ ενδορσεµεντ φροµ τηε Φοοδ ανδ ∆ρυγ Αδµινιστρατιον ισ φορτηχοµινγ. Μεδισχιενχε Τεχηνολογψ, α χοµπανψ τηατ οωνσ πατεντσ ον σεϖεραλ οφ Αλφα− νο∏σ δεσιγνσ, ισ ωορκινγ τοωαρδ Φ∆Α απ− προϖαλ. Εαρλψ ϖερσιονσ ωουλδ προβαβλψ περφορµ συχη τασκσ ασ µονιτορινγ γλυ− χοσε λεϖελσ ιν διαβετιχσ, Βεναρον νοτεσ. Ψετ τηισ τεχηνολογψ χουλδ βε αϖαιλαβλε σοονερ φορ αππλιχατιον ιν αρεασ οτηερ τηαν χλινιχαλ µεδιχινε, σαψσ Εϖα Σεϖιχκ, α προφεσσορ οφ χηεµιχαλ ενγινεερινγ ατ ςανδερβιλτ Υνιϖερσιτψ. Τηεσε οπτιχαλ τεχηνιθυεσ χουλδ ιµπροϖε µανυφαχτυρ− ινγ ιν τηε χηεµιχαλ ινδυστριεσ, σηε σαψσ. Σηε ισ αλσο στυδψινγ ηοω οπτιχαλ δεϖιχεσ χουλδ βε υσεδ το µονιτορ τοξιχ φυµεσ εµιττεδ φροµ σµοκεσταχκσ. ∆εσπιτε τηειρ εξχιτεµεντ, ρεσεαρχηερσ ιν τηισ ⇒ελδ ωορρψ. Εϖερψ νεω τεχηνολ− ογψ ηασ προµισεδ το βε χηεαπερ, Βενα− ρον σαψσ. Ωε δον∏τ ωαντ τηισ το βε τηε νεω τηινγ τηατ εϖερψονε ηασ το ηαϖε. Το αϖοιδ συχη αν ουτχοµε, τηε τεαµσ στυδψινγ δι⇑ερεντ φαχετσ οφ τηισ τεχη− νολογψ αρε ιν χλοσε χοµµυνιχατιον. Σοµε σχιεντιστσ σαψ ωε∏ρε γοινγ το ηαϖε οπτιχαλ ιµαγινγ ιν α ψεαρ. Ι δον∏τ τηινκ τηατ∏σ γοινγ το βε τηε χασε, Σε− ϖιχκ χαυτιονσ. Ιτ∏σ νοτ χερταιν ιτ ωιλλ ωορκ, βυτ ιφ ιτ δοεσ, τηε παψο⇑ ωιλλ βε χονσιδεραβλε. ∇Κριστιν Λευτωψλερ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Γενε Ρεαδερσ Μιχροελεχτρονιχσ ηασ βεγυν το µεργε ωιτη βιοτεχηνολογψ Τ ωο γρεατ ρεϖολυτιονσ οφ 20τη−χεν− τυρψ σχιενχε, µιχροελεχτρονιχσ ανδ µολεχυλαρ βιολογψ, αρε ϕοιν− ινγ φορχεσ το προδυχε α ποωερφυλ ανα− λψτιχαλ ανδ µανυφαχτυρινγ τεχηνολογψ. Ιν τηε ωορκσ αρε χεντιµετερ−σθυαρε−σιζε ϖερσιονσ οφ λαβορατορψ ινστρυµεντσ τηατ χαν δετερµινε τηε σεθυενχινγ οφ βασεσ ιν α στρανδ οφ ∆ΝΑ, αναλψζε προτεινσ ορ δετεχτ ηυµαν πατηογενσ. Τηερε ισ αν αωακενινγ ιν τηε σχιεντι⇒χ χοµµυνιτψ τηατ µιχρολιτηογραπηψ, ωηιχη το δατε ηασ βεεν τηε πλαψγρουνδ οφ ελεχτρονιχσ ενγινεερσ, χαν βε υσεδ το µακε τηινγσ τοταλλψ διϖορχεδ φροµ ελεχτρονιχ χιρ− χυιτσ, σαψσ ∆. ϑεδ Ηαρρισον, α προφεσσορ οφ χηεµιστρψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αλβερ− τα ιν Εδµοντον. Ηαρρισον∏σ γρουπ, ωορκινγ ωιτη Χιβα− Γειγψ, χλαιµσ ιν αν ισσυε οφ Σχιενχε λατε λαστ ψεαρ το ηαϖε µαδε προγρεσσ ιν φαση− ιονινγ αν ελεχτροπηορετιχ αναλψζερ. Ελεχ− τροπηορεσισ, ⇒ρστ χονχειϖεδ ιν τηε 19τη χεντυρψ, ισ α πριµαρψ µετηοδ φορ σε− θυενχινγ παιρσ οφ βασεσ ιν νυχλειχ αχιδσ ασ ωελλ ασ φορ σεπαρατινγ τηε αµινο αχιδσ τηατ µακε υπ προτεινσ. Το µακε τηε ινστρυµεντ, ρεσεαρχηερσ υσεδ αν υλτραϖιολετ βεαµ το εξποσε α παττερν τηρουγη οπενινγσ ιν α στενχιλ− λικε µασκ ον α γλασσ συρφαχε τηατ ωασ το βε χυτ ιντο α χεντιµετερ−σθυαρε χηιπ. Ηψδρο⇓υοριχ αχιδ ωασ τηεν αππλιεδ το ετχη αωαψ τηε συρφαχε το λεαϖε α νετωορκ οφ χηαννελσ, ορ χαπιλλαριεσ, 10 το 20 µι− χρονσ δεεπ. Το δετερµινε τηε ιδεντι− τψ οφ τηε αµινο αχιδσ, τηε ωορκερσ δισ− σολϖεδ τηεµ ιν α χαρβονατε σολυτιον, ωηιχη τηεψ τηεν ιντροδυχεδ ιντο τηε χηαννελσ. Α ποσιτιϖε ελεχτροδε ον ονε σιδε οφ τηε χηιπ ανδ α νεγατιϖε ελεχτροδε ον τηε οτηερ γενερατεδ αν ελεχτριχ ⇒ελδ. Τηε ⇒ελδ χαυσεδ τηε αµινο αχιδσ, ωηιχη χαρρψ σµαλλ χηαργεσ ον τηειρ συρφαχε, το µιγρατε τηρουγη τηε χηαννελσ τοωαρδ τηε νεγατιϖελψ χηαργεδ ελεχτροδε. Σµαλλ− ερ µολεχυλεσ τραϖελ φαστερ, σο αµινο αχιδσ οφ δι⇑ερινγ δενσιτψ χουλδ βε σεπ− αρατεδ ιντο δισχρετε βανδσ. Εαχη µολε− χυλε ισ ταγγεδ ωιτη α ⇓υορεσχεντ δψε. Ηαρρισον∏σ ρεσεαρχηερσ ρεπορτεδ τηατ τηεψ χουλδ σεπαρατε σιξ αµινο αχιδσ ιν αβουτ 15 σεχονδσ, χοµπαρεδ ωιτη τηε µινυτεσ ιτ τακεσ φορ εξιστινγ χοµµερ− χιαλ χαπιλλαρψ ελεχτροπηορεσισ τεχηνιθυεσ ανδ τηε ηουρσ φορ ολδερ ελεχτροπηορεσισ µετηοδσ στιλλ ιν υσε. Ηαρρισον ηοπεσ εϖεντυαλλψ το χρεατε α γενεραλ−πυρποσε χηεµιχαλ σενσορ τηατ χαν βε ταιλορεδ το φερρετ ουτ τωο ορ τηρεε ταργετ µολεχυλεσ SAMPLE INPUT LIGHT-EMITTING DIODE CHANNEL TEMPERATURE GAUGE CONTROL SAMPLE INPUT BATTERY PRIMERS AND OTHER REAGENTS REACTION CHAMBER ENZYME REAGENT φροµ α χοµπλεξ σαµπλε. Συχη α µινια− τυριζεδ ινστρυµεντ ωιλλ ρεθυιρε ιντεγρα− τιον οφ α ποωερ σουρχε το γενερατε τηε ηιγη ελεχτριχ ⇒ελδσ, λιγητ−εµιττινγ δι− οδεσ φορ ενεργιζινγ τηε δψε, ανδ οτηερ διοδεσ το δετεχτ τηε πηοτοχηεµιχαλσ. Μινυτε ⇓υιδ σψστεµσ χρεατε προβλεµσ αναλογουσ το τηοσε φαχεδ βψ ενγινεερσ τρψινγ το χοννεχτ ωιρεσ το τινψ µεγαβιτ χιρχυιτ ελεµεντσ. Τηινγσ αρε δονε νοω ωιτη µαχροσχοπιχ πλυµβινγ, ρεµαρκσ ∆ανιελ ϑ. Εηρλιχη, α µιχροµεχηανιχ ατ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ. Χοννεχτορσ βετωεεν τυβεσ αρε τιγητ− ενεδ ωιτη ωρενχηεσ. Τηεψ∏ρε αλλ δισχρετε δεϖιχεσ λικε δισχρετε τρανσιστορσ. Εηρ− λιχη∏σ προϕεχτ ωιλλ ρεχειϖε ∃762,000 φροµ τηε Αδϖανχεδ Ρεσεαρχη Προϕεχτσ Αγεν− χψ (ΑΡΠΑ) οϖερ τηε νεξτ τηρεε ψεαρσ το βυιλδ αν ελεχτροπηορετιχ χηιπ. Ηισ ωορκ, δονε ιν χολλαβορατιον ωιτη τηε Ωηιτε− ηεαδ Ινστιτυτε, α λεαδινγ γρουπ ιν τηε Ηυµαν Γενοµε Προϕεχτ, ωιλλ, ιν παρτ, αδδρεσσ µοϖινγ λιθυιδσ φροµ µαχρο− το µιχρον−σιζε ⇓οω χηαννελσ. Εηρλιχη χοµ− παρεσ ιτ το προγρεσσινγ φροµ α ⇒ρε ηοσε δοων το α στραω. Εηρλιχη∏σ σπεχιαλτψ ισ λασερ ετχηινγ. Φορ βυιλδινγ προτοτψπεσ, τηε λασερ χαν µακε σµαλλ ινστρυµεντσ µορε ραπιδλψ τηαν χαν πηοτολιτηογραπηψ. Α λασερ χαν ετχη στρυχτυρεσ διρεχτλψ ιντο τηε χηιπ συρφαχε. Ιτ χαν αλσο χαρϖε ιν τηρεε δι− µενσιονσ ανδ ισ νοτ λιµιτεδ το τηε µι− χροσχοπιχ σχαλε. Φορ εξαµπλε, α µιλλιµε− τερ−σιζε ωελλ µιγητ αχτ ασ α ρεσερϖοιρ φορ λιθυιδσ∇α στρυχτυρε τηατ ωουλδ ηελπ χοντρολ τηε ⇓οω βετωεεν χεντιµετερ− σιζε χοµµερχιαλ ινστρυµεντσ ανδ τηε µιχροσχοπιχ χηαννελσ λοχατεδ ον τηε συρφαχε οφ αν ελεχτροπηορετιχ χηιπ. Συχη δεϖιχεσ, ΑΡΠΑ βελιεϖεσ, χουλδ αλσο ηαϖε µιλιταρψ υσεσ. Τηε Αρµεδ Φορχεσ Ινστιτυτε οφ Πατηολογψ ωαντσ το ιδεντιφψ ςιετναµ Ωαρ ρεµαινσ υσινγ µιτοχηονδριαλ ∆ΝΑ. Α ποχκετ µιχροιν− στρυµεντ χουλδ ηελπ ιδεντιφψ χασυαλτιεσ ιν τηε ⇒ελδ. Λαωρενχε Λιϖερµορε Να− τιοναλ Λαβορατορψ ηασ ρεχειϖεδ ∃1.5 µιλ− 150 REAGENT AND SAMPLE INPUTS HEATER REACTION CHAMBER COVER GLASS 0.5 MILLIMETER LIGHTDIODE EMITTING DETECTOR DIODE ΠΧΡ−ΟΝ−Α−ΧΗΙΠ χουλδ λεαδ το πορταβλε διαγνοστιχ χαρδσ. Ονχε ινπυττεδ, α συσπεχτεδ πατηογεν ορ α χοντρολ σαµπλε µοϖεσ το α ρεαχτιον χηαµβερ (αβοϖε), ωηερε ιτ ισ µιξεδ ωιτη χηεµιχαλ ρεαγεντσ πυµπεδ φροµ τινψ ωελλσ ον τηε χηιπ. Τηε µιξτυρε ισ ρεπεατεδλψ ηεατεδ ανδ χοολεδ το ρεπλιχατε τηε σαµπλε. Λιγητ− εµιττινγ διοδεσ (ΛΕ∆σ) ανδ δετεχτορσ ιν τηε χηαµβερ χονφιρµ τηε πρεσενχε οφ α σαµπλε. Α ποσιτιϖε σαµπλε λιγητσ αν ΛΕ∆ ον τηε φαχε οφ τηε χαρδ, ωηιλε α γαυγε µονιτορσ τεµπερατυρε. λιον υνδερ τηε σαµε ΑΡΠΑ προγραµ φορ α προϕεχτ το µινιατυριζε τηε ινστρυµεν− τατιον φορ τηε πολψµερασε χηαιν ρεαχ− τιον ( ΠΧΡ ), τηε προχεδυρε ιν ωηιχη α βαχτεριαλ ενζψµε ηελπσ το ρεπλιχατε α ταργετ σεθυενχε οφ ∆ΝΑ τηουσανδσ ορ µιλλιονσ οφ τιµεσ. Αµπλι⇒χατιον οφ στρανδσ οφ ∆ΝΑ ωουλδ βε εσσεντιαλ ιν ιδεντιφψινγ ηυµαν ρεµαινσ. Φορ τηε σολ− διερ ιν τηε ⇒ελδ, α πορταβλε ΠΧΡ κιτ µιγητ ψιελδ δετεχταβλε λεϖελσ οφ µιχρο− οργανισµσ ρανγινγ φροµ γιαρδια το τηε σπορεσ οφ βιολογιχαλ ωεαπονρψ. Λιϖερµορε ρεσεαρχηερ Μ. Αλλεν Νορτη− ρυπ ωιλλ ωορκ ωιτη ινστρυµεντ µανυ− φαχτυρερ Περκιν−Ελµερ ανδ Ροχηε Μολεχ− υλαρ Σψστεµσ το βυιλδ µιχροµαχηινεδ χηαµβερσ φορ ηεατινγ ∆ΝΑ το σεπαρατε τηε µολεχυλε ιντο τωο στρανδσ. Ονχε ηεατεδ, α χηαµβερ ισ τηεν χοολεδ σο τηατ στραψ νυχλεοτιδεσ ⇓οατινγ αρουνδ τηε ενζψµε−λαδεν µιξτυρε βυιλδ α παρ− τιαλ χοπψ βψ ατταχηινγ το εαχη σεπαρατ− εδ στρανδ. Βεφορε τηισ ηαππενσ, τηε σεγ− µεντ οφ εαχη στρανδ το βε χοπιεδ ισ δε− λινεατεδ βψ ατταχηινγ α πριµερ, α σηορτ λενγτη οφ ∆ΝΑ τηατ µαρκσ ο⇑ τηε λοχα− τιον ωηερε τηε βινδινγ οφ τηε φρεε νυ− χλεοτιδεσ σηουλδ βεγιν. Ασ τηε εντιρε χψχλε ισ ρεπεατεδ, τηε νυµβερ οφ χοπιεσ γροωσ εξπονεντιαλλψ. Ατ α τεχηνιχαλ χονφερενχε λαστ ϑυνε, Νορτηρυπ ρεπορτεδ ον α προτοτψπε φορ α ρεαχτιον χηαµβερ ον α φουρ−ινχη−διαµ− ετερ σιλιχον ωαφερ. Α σιλιχον ελεµεντ ον τηε βοττοµ οφ τηε χηαµβερ προϖιδεδ ηεατινγ φορ τηε ρεπλιχατιον οφ α 142∠ βασε παιρ ρεγιον οφ ∆ΝΑ οφ τηε ΑΙ∆Σ− χαυσινγ ηυµαν ιµµυνοδε⇒χιενχψ ϖι− ρυσ. Νορτηρυπ εστιµατεσ τηατ αναλψσισ τιµεσ µαψ εϖεντυαλλψ δροπ φροµ ηουρσ το µινυτεσ. Τηε σιζε ανδ τηε λοω−ποωερ ρεθυιρεµεντσ πρεσαγε α χρεδιτ−χαρδ−σιζε πορταβλε τεστινγ δεϖιχε τηατ χουλδ ρυν ον λιτηιυµ ωατχη βαττεριεσ [σεε ιλλυστρα− τιον αβοϖε]. Σεθυενχινγ τηε ηυµαν γενοµε µαψ αλσο λενδ ιτσελφ το χρεατιϖε βορροωινγ φροµ ελεχτριχαλ ενγινεερσ. Ιν 1992 τηε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 5 TO 10 MILLIMETERS Νατιοναλ Χεντερ φορ Ηυµαν Γενοµε Ρεσεαρχη, παρτ οφ τηε Νατιοναλ Ινστι− τυτεσ οφ Ηεαλτη, γραντεδ ∃2.2−µιλλιον χοντραχτσ το Α⇑ψµετριξ ιν Σαντα Χλαρα, Χαλιφ., ανδ τηε Ηουστον Αδϖανχεδ Ρε− σεαρχη Χεντερ ( ΗΑΡΧ ) ιν Τηε Ωοοδ− λανδσ, Τεξ. ( ΗΑΡΧ ισ αλσο ονε οφ νινε ινστιτυτιονσ, ινχλυδινγ Βεχκµαν Ινστρυ− µεντσ, τηατ σηαρεσ ∃9.2 µιλλιον φροµ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Στανδαρδσ ανδ Τεχηνολογψ∏σ Αδϖανχεδ Τεχηνολογψ Προγραµ φορ α Γενοσενσορ Χονσορτιυµ το χρεατε γενετιχ διαγνοστιχ δεϖιχεσ ωιτη τηισ τεχηνολογψ.) Βοτη ΗΑΡΧ ανδ Α⇑ψµετριξ αρε πυρ− συινγ σεπαρατε αππροαχηεσ το σεθυενχ− ινγ ον α χηιπ. Τενσ οφ τηουσανδσ οφ σιν− γλε νυχλεοτιδε στρανδσ, εαχη ειγητ βασεσ λονγ, ωιλλ βε ατταχηεδ το τινψ σθυαρε αρ− εασ ον α χηιπ συρφαχε. Τηεν, σαµπλεσ οφ ∆ΝΑ, εαχη ρεδυχεδ το α σινγλε λονγ στρανδ οφ νυχλεοτιδεσ, ωιλλ βινδ ιν α χοµπλεµενταρψ σιτε ον τηε χηιπ. Φορ τηε ΗΑΡΧ προϕεχτ, ελεχτριχαλ ορ οπτιχαλ δε− τεχτορσ ιν εαχη σθυαρε ωιλλ σιγναλ τηατ βινδινγ ηασ τακεν πλαχε. ∆εδυχινγ τηε φυλλ σεθυενχε οφ ηυνδρεδσ οφ βασε παιρσ ον α λονγ στρανδ οφ ταργετ ∆ΝΑ βψ υσ− ινγ ειγητ−βασε−λονγ νυχλεοτιδε προβεσ ισ στιλλ α βεγυιλινγ χηαλλενγε. Πλαχεµεντ οφ τηε νυχλεοτιδε προβεσ οντο τηε χηιπ ωιλλ αλσο οχχυπψ ρεσεαρχηερσ∏ τιµε. Σοµε οφ τηε ινστρυµεντσ υνδερ στυδψ µαψ υλτιµατελψ ⇒τ τογετηερ, µυχη ασ σεϖεραλ χηιπσ ρεσιδε ον α λαργερ χιρχυιτ βοαρδ. ΠΧΡ−ον−α−χηιπ µιγητ αµπλιφψ νυ− χλεοτιδεσ ωηοσε ιδεντιτψ ισ τηεν χον− ⇒ρµεδ βψ µιχροελεχτροπηορεσισ. ϑυστ ασ ωιτη τηε ελεχτρονιχσ ινδυστρψ, χοστσ φορ χηεµιχαλ αναλψσισ µαψ δροπ δραµατι− χαλλψ. Τηε χοστ οφ αυτοµατεδ σεθυενχ− ινγ µαχηινεσ ισ τψπιχαλλψ µορε τηαν ∃100,000, σαψσ Λτ. Χολ. ςιχτορ Ωαλτερ Ωεεδν οφ τηε Αρµεδ Φορχεσ Ινστιτυτε οφ Πατηολογψ. Τηε χοστσ οφ σεθυενχινγ φορ µολεχυλαρ διαγνοστιχσ µαψ νοω χοµε δοων σο τηατ τηε εθυιπµεντ χουλδ εϖεν βε υσεδ ιν α νειγηβορηοοδ χλινιχαλ λαβ− ορατορψ. ∇Γαρψ Στιξ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ Λιεσ, ∆αµνεδ Λιεσ ανδ Μοδελσ Α χχορδινγ το τηε εχονοµιχ µοδελσ τηατ χηυρνεδ αωαψ φορ µορε τηαν α ψεαρ βεφορε τηε Ηουσε ϖοτε, τηε Νορτη Αµεριχαν Φρεε Τραδε Αγρεε− µεντ, ορ ΝΑΦΤΑ, ισ ονε ορ µορε οφ τηε φολλοωινγ : α βριλλιαντ µανευϖερ τηατ ωιλλ ωελδ τηε χοντινεντ ιντο α υνι⇒εδ εχονοµιχ συπερποωερ, α δεατη κνελλ φορ τηε ταττερεδ ρεµναντσ οφ τηε Υ.Σ. µανυφαχτυρινγ σεχτορ, α ϖιταλ βοοστ φορ Υ.Σ. εξπορτερσ, α ρουνδαβουτ ωαψ οφ ρε− διστριβυτινγ ινχοµε φροµ τηε ποορ το τηε ριχη, αν εχονοµιχ ιρρελεϖανχε. Σοµε εχονοµιστσ∏ µοδελσ πρεδιχτ τηε δισαππεαρανχε οφ ηαλφ α µιλλιον ορ µορε Υ.Σ. ϕοβσ ασ α ρεσυλτ οφ λοωερ ταρ− ι⇑σ ον Μεξιχαν γοοδσ; οτηερσ πρεδιχτ γαινσ οφ 100,000 ϕοβσ ορ µορε, τηανκσ το λοωερ Μεξιχαν ταρι⇑σ ον Υ.Σ. προδ− υχτσ. Αλονγ ωιτη τηε ϕοβσ, βιλλιονσ οφ δολλαρσ ιν χαπιταλ µαψ ⇓οω σουτη ιν τηε χοµινγ δεχαδεσ∇ορ τηεν αγαιν, τηεψ µαψ ⇓οω νορτη ασ Μεξιχο βυψσ Υ.Σ. µα− χηινεσ φορ ιτσ νεω φαχτοριεσ. Εϖεν µορε περπλεξινγ, τηεσε σαµε ε⇑εχτσ µιγητ οχχυρ ασ α ρεσυλτ οφ χηανγεσ ιν τραδε πολιχψ οτηερ τηαν ΝΑΦΤΑ. Α χοµπυτερ σχιεντιστ νοτινγ συχη ρε− συλτσ ωουλδ ιµµεδιατελψ τηινκ οφ τηε ολδ σοφτωαρε αδαγε: Γαρβαγε ιν, γαρ− βαγε ουτ. Περηαπσ συρπρισινγλψ, βοτη τηε µοδελερσ ανδ τηειρ χριτιχσ αγρεε∇ οφτεν χηεερφυλλψ. Τηε πρεσυµπτιονσ τηατ ηαϖε βεεν φεδ ιντο τηε µοδελσ, τηεψ σαψ, αλλ τοο οφτεν ηαϖε λιττλε βασισ ιν φαχτ. Αµονγ τηε λιττλε ωηιτε λιεσ ανδ µα− λιχιουσ ωηοππερσ (ασ Παυλ Κρυγµαν οφ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολ− ογψ χαλλσ τηεµ) αρε ποστυλατεσ τηατ εµ− πλοψµεντ ιν εαχη νατιον ωιλλ ρεµαιν πρεχισελψ χονσταντ, τηατ νο µανυφαχτυρ− ινγ φαχιλιτιεσ ωιλλ µοϖε φροµ τηε Υ.Σ. το Μεξιχο ορ ( ιν αν οπποσινγ µοδελ ) τηατ εϖερψ νεω ϕοβ σουτη οφ τηε βορδερ ωιλλ βε χουντερβαλανχεδ βψ αν εθυιϖαλεντ ονε λοστ νορτη οφ ιτ. Ρεσεαρχηερσ∏ ⇒γυρεσ φορ τηε προδυχτιϖιτψ οφ Μεξιχαν ωορκ− ερσ∇α χρυχιαλ φαχτορ ιν δετερµινινγ ϕυστ ηοω αττραχτιϖε τηε χουντρψ∏σ λοω ωαγεσ ρεαλλψ αρε∇ϖαρψ βψ α φαχτορ οφ τηρεε, δε− πενδινγ ον ωηετηερ ονε χουντσ αλλ ωορκερσ∇ορ ϕυστ τηοσε ιν νεω φαχτοριεσ βυιλτ βψ Υ.Σ. ⇒ρµσ. Ανδ ον ιτ γοεσ. Σοµε οβσερϖερσ χοντενδ τηατ πολιχψ− µακερσ σηουλδ νοτ εϖεν βοτηερ σορτινγ ουτ τηε γοοδ εχονοµιχσ φροµ τηε βαδ ιν τηισ χον⇓ιχτινγ µυδδλε. Εϖερψβοδψ ισ ϕυστ µακινγ υπ νυµβερσ, σαψσ ϑαγ− Copyright 1993 Scientific American, Inc. διση Βηαγωατι οφ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ [σεε Τηε Χασε φορ Φρεε Τραδε, βψ ϑαγ− διση Βηαγωατι; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Νοϖεµβερ 1993]. Ινδεεδ, Αλαν ς. ∆εαρδορ⇑ οφ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Μιχηιγαν φρεελψ αδµιτσ τηατ µανψ οφ τηε µετηοδσ ηε ανδ ηισ χολλαβ− ορατορσ υσεδ το µοδελ ΝΑΦΤΑ∏σ ε⇑εχτσ ωερε αδ ηοχ. Τηεψ νοτιχεδ, φορ εξαµ− πλε, τηατ τηε αγρεεµεντ αππεαρεδ το ιν− χρεασε ρετυρν ον ινϖεστµεντ ιν τηε Υ.Σ. ανδ Μεξιχο, ανδ σο τηεψ ασσυµεδ χαπι− ταλ ωουλδ νατυραλλψ ⇓οω ιν φροµ ελσε− ωηερε το τακε αδϖανταγε οφ ηιγηερ ρε− τυρνσ. Ηοω µυχη? Ωε ϕυστ πιχκεδ α νυµβερ τηατ σεεµεδ πλαυσιβλε, ∆εαρ− δορ⇑ σαψσ. Γαρψ Χ. Ηυφβαυερ ανδ ϑε⇑ρεψ ϑ. Σχηοττ οφ τηε Ινστιτυτε φορ Ιντερνατιοναλ Εχο− νοµιχσ ιν Ωασηινγτον, ∆.Χ., τοοκ α σοµεωηατ µορε φαχτ−βασεδ αππροαχη: τηεψ στυδιεδ ωηατ ηαππενεδ ωηεν λοω− ωαγε χουντριεσ συχη ασ Ιρελανδ ανδ Σπαιν ϕοινεδ τηε Ευροπεαν Χοµµυνιτψ Τηε ΝΑΦΤΑ δεβατε ωασ χονδυχτεδ ιν τερµσ οφ φαλλαχιεσ εξποσεδ 150 ψεαρσ αγο. ανδ εξτραπολατεδ το προϕεχτ τηε ποσσι− βλε χονσεθυενχεσ οφ Μεξιχο∏σ νεω ατ− ταχηµεντ το τηε Υ.Σ. Αλτηουγη τηειρ τεχηνιθυε χαννοτ διστινγυιση τηε ε⇑εχτσ οφ ΝΑΦΤΑ φροµ τηοσε οφ οτηερ δεϖελοπ− µεντσ τηατ στιµυλατε τραδε αχροσσ τηε Ριο Γρανδε, Σχηοττ σαψσ, ιτσ οϖεραλλ πρε− διχτιονσ ψιελδ αν ινχρεασε οφ αβουτ 150,000 Υ.Σ. ϕοβσ οϖερ τηε νεξτ δεχαδε. ∆οεσ τηατ αχτυαλλψ µεαν τηατ υνεµ− πλοψµεντ ωιλλ βε α τεντη οφ α περχεντ− αγε ποιντ λοωερ ιν τηε ψεαρ 2000? Ιφ εχονοµιστσ χουλδ φορεχαστ λαβορ µαρ− κετσ τηατ αχχυρατελψ, Κρυγµαν σχο⇑σ, τηε Σοϖιετ Υνιον νεϖερ ωουλδ ηαϖε χολλαπσεδ. Οτηερ ιντερνατιοναλ εϖεντσ, νοτ το µεντιον τηε δε⇒χιτ ανδ τηε Φεδ− εραλ Ρεσερϖε, ωιλλ σωαµπ ανψ χηανγεσ τηατ µιγητ βε αττριβυτεδ το ΝΑΦΤΑ. Τηε µεσσαγε οφ αλλ τηε δοζενσ οφ µοδελσ ισ µορε θυαλιτατιϖε τηαν θυαντι− τατιϖε, ∆εαρδορ⇑ σαψσ. Σοµε πρεδιχτ σµαλλ ποσιτιϖε ε⇑εχτσ ον εµπλοψµεντ ανδ νατιοναλ ινχοµε; οτηερσ πρεδιχτ σµαλλ νεγατιϖε ονεσ, βυτ αλλ πρεδιχτ σµαλλ ε⇑εχτσ. ( Ιντυιτιϖελψ, τηισ σηουλδ ηαϖε βεεν οβϖιουσ∇Μεξιχο∏σ εχονοµψ ανδ ποπυλατιον αρε σµαλλ χοµπαρεδ ωιτη τηοσε οφ τηε Υ.Σ., ανδ ταρι⇑σ ον µοστ προδυχτσ χροσσινγ τηε βορδερ αρε µινιµαλ αλρεαδψ.) Κνοωινγ τηατ τηε αγρεεµεντ ισ εσσεντιαλλψ ινσιγνι⇒χαντ ασ φαρ ασ τηε Υ.Σ. εχονοµψ γοεσ, ∆εαρ− δορ⇑ σαψσ, περµιτσ πολιχψµακερσ το χονχεντρατε ον οτηερ ισσυεσ, συχη ασ φορειγν πολιχψ γαινσ ορ τηε ε⇑εχτσ οφ τηε αγρεεµεντ ον τηε Μεξιχαν εχονοµψ. Τηεν αγαιν, χηανγεσ τηατ εχονοµιστσ χονσιδερ σµαλλ µαψ λοοµ λαργε το ϖοτ− ερσ ανδ λαωµακερσ. Ασ Βηαγωατι ποιντσ ουτ, τηε οϖεραλλ λεϖελ οφ εµπλοψµεντ µαψ ηιδε σιγνι⇒χαντ χηανγεσ ιν τηε στρυχτυρε οφ τηε Υ.Σ. εχονοµψ∇ΝΑΦΤΑ ισ εξπεχτεδ το αχχελερατε βοτη τηε λοσσ οφ λεσσ σκιλλεδ ϕοβσ ιν τηε Υ.Σ. ανδ τηε χρεατιον οφ ηιγηερ−παψινγ, µορε σοπηισ− τιχατεδ ονεσ. Εϖεν ιφ τηε τοταλ νυµβερ οφ ϕοβσ ιν τηε Υ.Σ. εχονοµψ δοεσ νοτ χηανγε, µιλλιονσ οφ πεοπλε ωιλλ προβα− βλψ βε τηροων ουτ οφ ωορκ ατ λεαστ φορ α ωηιλε. Τηοσε ιν σηρινκινγ ινδυστριεσ, συχη ασ τεξτιλεσ ανδ αυτοµοβιλεσ, ωιλλ ηαϖε το ⇒νδ νεω ϕοβσ ιν συχη γροωτη σεχτορσ ασ ⇒νανχιαλ σερϖιχεσ. Φυρτηερµορε, µοστ µοδελσ συγγεστ τηατ τηε ωαγεσ οφ ωορκερσ ιν τηε ρε− µαινινγ λοω−παψινγ ϕοβσ ωιλλ φαλλ το βρινγ τηεµ χλοσερ ιν λινε ωιτη ιντερνα− τιοναλ χοµπετιτιον. Μεξιχο ωιλλ υνδερ− γο στρυχτυραλ χηανγεσ οφ εϖεν λαργερ σχαλε, ασ σµαλλ φαρµερσ δισπλαχεδ βψ χοµπετιτιον φροµ Νορτηερν αγριβυσι− νεσσ λοοκ φορ ϕοβσ ελσεωηερε. Τηεσε δισλοχατιονσ∇ανδ τηε ρετραιν− ινγ τηατ ωιλλ βε νεεδεδ φορ ωορκερσ το χοπε ωιτη τηεµ∇σηουλδ βε τηε πριµα− ρψ ισσυεσ ιν δισχυσσιονσ οφ ΝΑΦΤΑ ανδ ιτσ χονσεθυενχεσ, Βηαγωατι ασσερτσ. Ψετ τηεψ αρε ηαρδλψ βεινγ δεβατεδ ατ αλλ. Ωηψ νοτ? Ηισ εξπλανατιον ισ τηατ Υ.Σ. πολιχψµακερσ αρε σιµπλψ νοτ πρεπαρεδ το χονφροντ τηεµ. Κρυγµαν πλαχεσ σοµε βλαµε ον εχον− οµιστσ ασ ωελλ : τηεψ ηαϖε πανδερεδ το πρεϖαιλινγ φαδσ∇Ωε κεεπ πυττινγ χοµπετιτιϖενεσσ∏ ιν αρτιχλε τιτλεσ ασ ιφ ιτ µεαντ σοµετηινγ, ηε χοµµεντσ. Ανδ οϖερσιµπλι⇒εδ αργυµεντσ ηαϖε σολδ ωελλ ιν τηε πυβλιχ µαρκετπλαχε οφ ιδεασ, ωηερεασ µορε χαρεφυλ ονεσ σιτ ον τηε σηελφ. ΝΑΦΤΑ ηασ µαδε µε ωονδερ ωηψ ωε βοτηερ τρψινγ το λεαρν ανψτηινγ νεω ιν ιντερνατιοναλ εχονοµιχσ ωηεν πυβλιχ δεβατε ισ χονδυχτεδ ιν τερµσ οφ φαλλαχιεσ τηατ ωερε δισπροϖεδ 150 ψεαρσ αγο, ηε σαψσ. ∇Παυλ Ωαλλιχη ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 151 ΜΑΤΗΕΜΑΤΙΧΑΛ ΡΕΧΡΕΑΤΙΟΝΣ Κνοτσ, Λινκσ ανδ ςιδεοταπε Ι ∏ϖε ποππεδ τηε ποπχορν, Χηαρλοττε∏σ βρουγητ αλονγ τηε σοδα∇διδ ψου µαναγε το ρεντ τηε ϖιδεο? Βορισ ασκεδ. Οφ χουρσε Ι διδ, Αλισον ρεπλιεδ. Εξ− τερµινατορ 4. Οη, τηατ Ερνιε Σχραµβλεδεγγερ, Χηαρλοττε σιγηεδ. Βορισ πυτ τηε ταπε ον. Τηε σχρεεν σηοωεδ α παττερν οφ ιρρεγυλαρ ωηιτε λινεσ, ανδ τηεν τηε τιτλε σεθυενχε χαµε υπ. Τηεψ σταρεδ ατ τηε σχρεεν. Υη∇ µαψβε ιτ∏σ αν αδ, σαιδ Αλισον ηοπεφυλλψ. Ι δον∏τ τηινκ σο, Βορισ σαιδ. Αλισον, ωηατ τηε δεϖιλ ισ Νοτ Κνοτ? Ωηατεϖερ ιτ ισ, σαιδ Χηαρλοττε ιν µεναχινγ τονεσ, ιτ χερταινλψ ισν∏τ Εξ− τερµινατορ 4. Αλισον, διδ ψου φοργετ ψουρ γλασσεσ αγαιν? Ωελλ, τηερε ωασ α βιτ οφ α µιξ−υπ ατ τηε χηεχκουτ∇ Ηολδ ιτ, γυψσ, Βορισ σαιδ. Τηε ϖιδ− εο στορε∏σ χλοσεδ νοω. Ωε∏λλ ϕυστ ηαϖε το µακε δο ωιτη ωηατεϖερ ιτ ισ τηατ Αλι− σον γοτ βψ µιστακε. Ον τηε σχρεεν α µασσ οφ µυλτιχολ− ορεδ ωορµλικε τυβεσ ωριτηεδ αρουνδ λικε α χρεατυρε ιν ιτσ λαστ δεατη τηροεσ. Αλιενσ, σαιδ Χηαρλοττε ⇒ρµλψ. Οκαψ, Ι∏λλ σεττλε φορ αλιενσ. Ι δον∏τ τηινκ σο, Αλισον σαιδ. Ιν φαχτ, Ι∏µ πρεττψ συρε Ι ρεχογνιζε τηισ. Ιτ∏σ α µατη ϖιδεο προδυχεδ βψ τηε Γεοµετρψ Χεντερ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα. Α µατη ϖιδεο? σαιδ Βορισ ιν ηορρορ. Ωελλ, ωε δο λιϖε ιν τηε αγε οφ µατη χοµµυνιχατηιοντη, Χηαρλοττε λισπεδ. Τηεψ γοτ α βιγ ρεσεαρχη γραντ το σετ τηε χεντερ υπ; τηισ ισ ϕυστ ονε οφ τηε τηινγσ τηεψ∏ϖε δονε. Ηεψ, τηε γραπηιχσ αρε γοοδ. Λοοκ ατ τηοσε τρανσπαρεντ βοξεσ. Αλισον, ωηατ∏σ ιτ αλλ αβουτ? Σοµε αµαζινγ δισχοϖεριεσ αβουτ τηε τοπολογψ οφ κνοτσ, Αλισον σαιδ. Τοπολογψ? ασκεδ Βορισ, ατ τηε σαµε τιµε ασ Χηαρλοττε ασκεδ, Κνοτσ? Υµ. Ιµαγινε τψινγ α κνοτ ιν α λενγτη οφ τυβινγ ανδ φυσινγ τηε ενδσ τογετηερ σο τηατ τηε κνοτ χαν∏τ εσχαπε. Τηε θυεσ− τιον ισ, Χαν ψου ρεχογνιζε ωηεν τωο συχη κνοτσ αρε εθυιϖαλεντ? Τηατ ισ, χαν ψου δεφορµ ονε οφ τηεµ ιντο τηε οτηερ βψ βενδινγ ορ τωιστινγ τηε συρρουνδινγ σπαχε, ωιτηουτ χυττινγ ορ τεαρινγ ιτ? Τηε Βορροµεαν ρινγσ 152 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 βψ Ιαν Στεωαρτ Ηοω δο ψου τεαρ σπαχε? Χηαρλοττε ασκεδ. Ορ βενδ ιτ? Ιµαγινε ιτ∏σ ⇒λλεδ ωιτη σοµε κινδ οφ ϖερψ σοφτ, στρετχηψ, σθυασηψ ϑελλ−Ο, ανδ βενδ ορ τεαρ τηατ. Ανδ τηισ ισ µατη? Σθυασηψ ϑελλ−Ο? Νοτ ονλψ ισ τηε υνιϖερσε στρανγερ τηαν ωε κνοω, Αλισον σαιδ, βυτ ιτ ισ στρανγερ τηαν ωε χαν κνοω. Ματη εσπε− χιαλλψ. Βε τηανκφυλ ωε∏ρε ονλψ ⇒λλινγ σπαχε ωιτη ϑελλ−Ο. Τηε σχρεεν χηανγεδ το σηοω τηρεε λινκεδ ρινγσ [σεε ιλλυστρα− τιον ον τηισ παγε]. Τηατ∏σ α λινκ, Αλισον σαιδ. Λικε α κνοτ, βυτ ωιτη µορε τυβεσ. Τηοσε αρε τηε Βορροµεαν ρινγσ, ωηιχη αρε φαµουσ βεχαυσε νο τωο οφ τηεµ αρε λινκεδ, βυτ αλλ τηρεε αρε. Ι µεαν, ιφ ψου χυτ ανψ ονε οφ τηεµ, τηε ωηολε τηινγ φαλλσ απαρτ, βυτ ιφ ψου δον∏τ, ιτ ηανγσ τογετηερ. Οη. Τηεψ ωατχηεδ φορ α ωηιλε. Ωηατ∏σ τηισ βιτ αβουτ? Τηεψ∏ρε σηοωινγ ψου τηατ ιφ ψου φορ− γετ αβουτ τηε κνοττεδ τυβεσ ανδ ϕυστ λοοκ ατ τηε σπαχεσ ουτσιδε τηεµ∇τηειρ χοµπλεµεντσ, τηατ∏σ τηε ωορδ∇τηεν ινεθυιϖαλεντ κνοτσ ηαϖε ινεθυιϖαλεντ χοµπλεµεντσ. Χηαρλοττε τηουγητ φορ α µοµεντ. Ισν∏τ τηατ οβϖιουσ? Ιφ Ι φολλοω ψου χορ− ρεχτλψ, τηε χοµπλεµεντ ισ λικε τηε ωηολε οφ σπαχε ⇒λλεδ ωιτη ϑελλ−Ο βυτ ωιτη α τυν− νελ βυρροωεδ τηρουγη ιτ ωηερε τηε κνοτ− τεδ τυβε ωουλδ βε. Ιφ ψου χαν βενδ τηε σπαχε ουτσιδε ονε κνοτ το λοοκ λικε τηε σπαχε ουτσιδε τηε οτηερ, δοεσν∏τ τηε κνοτ κινδ οφ γετ χαρριεδ αλονγ? Ψεσ, βυτ ιτ µιγητ γετ κινδ οφ τωιστεδ υπ, Ι συπποσε, Αλισον σαιδ. Ανψωαψ, ιτ χαν∏τ βε οβϖιουσ, βεχαυσε τηε σαµε στατεµεντ ισ φαλσε φορ λινκσ. Ψου χαν ⇒νδ λινκσ ωηοσε ουτσιδεσ αρε τηε σαµε βυτ ωηοσε ινσιδεσ αρε δι⇑ερεντ [σεε βοξ ον οπποσιτε παγε]. Τηε αργυµεντ σεεµσ το ινϖολϖε χυτ− τινγ τηινγσ, Βορισ προτεστεδ. Ι τηουγητ ψου ωερεν∏τ αλλοωεδ το χυτ τηε σπαχε. Οκαψ, σο Ι λιεδ. Ψου χαν χυτ ιτ, προ− ϖιδεδ ψου γλυε ιτ βαχκ τογετηερ λατερ. ϑυστ ασ ιτ ωασ. Βυτ τηεν ψου χαν υντιε α κνοτ, Βο− ρισ προτεστεδ. Χυτ τηε τυβε, υνδο τηε κνοτ, τηεν γλυε ιτ βαχκ. Ωηιχη ισ ωηψ, Βορισ, δεαρ, ψου ηαϖε το δεφορµ τηε σπαχε αρουνδ τηε κνοτ ανδ νοτ ϕυστ τηε κνοτ, σαιδ Χηαρλοττε, ωηο ωασ ⇒νδινγ τηε ϖιδεο µορε το ηερ ταστε τηαν σηε∏δ εξπεχτεδ. Ωηιχη ιν τυρν ισ ωηψ ιτ∏σ χαλλεδ Νοτ Κνοτ. Τηανκσ, Χηαρλοττε, Βορισ σαιδ. Ηµµ, ιτ∏σ γεττινγ µορε χοµπλιχατεδ νοω. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ψεσ. Ιτ∏σ λεαδινγ υπ το τηε ρεχεντ δισ− χοϖερψ τηατ κνοτ χοµπλεµεντσ ηαϖε α νατυραλ γεοµετριχ στρυχτυρε, ωηιχη ψου χαν υσε το τελλ τηε δι⇑ερενχε βετωεεν ινεθυιϖαλεντ κνοτσ. Τηε ιντερεστινγ τηινγ ισ τηατ ιτ∏σ νον−Ευχλιδεαν γεοµε− τρψ τηατ σηοωσ υπ, Αλισον εξπλαινεδ. Ψου∏ρε τελλινγ µε τηερε∏σ µορε τηαν ονε κινδ οφ γεοµετρψ? Χηαρλοττε ασκεδ. Τηερε αρε λοτσ οφ δι⇑ερεντ κινδσ οφ γεοµετρψ∇ορδιναρψ Ευχλιδεαν γεοµε− τρψ ισ ϕυστ ονε οφ τηεµ. Τηε µαιν δι⇑ερ− ενχε ιν νον−Ευχλιδεαν γεοµετρψ ισ τηατ παραλλελ λινεσ βεηαϖε ιν φυννψ ωαψσ ανδ µαψ νοτ εξιστ ατ αλλ. Ψου χαν ϖισυαλιζε τωο−διµενσιοναλ νον−Ευχλιδεαν γεοµε− τρψ βψ ρεπλαχινγ τηε πλανε ωιτη χυρϖεδ συρφαχεσ, λικε σπηερεσ ορ σαδδλε σηαπεσ, ανδ δραωινγ τηε λινεσ ανδ στυ⇑ ον τηοσε. Βυτ φορ κνοτ χοµπλεµεντσ, ψου νεεδ το τηινκ αβουτ τηρεε−διµενσιοναλ χυρϖεδ σπαχεσ, ανδ τηατ∏σ ηαρδ. Σο ωηατ τηε ϖιδεο δοεσ ισ ⇓ψ ψου αρουνδ ινσιδε συχη α σπαχε ανδ σηοω ψου ωηατ ιτ ωουλδ λοοκ λικε. Βορισ λοοκεδ ατ τηε σχρεεν, ωηερε τινψ χαρσ ωερε χηασινγ ονε ανοτηερ αρουνδ α χονε. Φλιεσ? Ωιτη α χαρ? Τηε ⇓ψινγ βιτ χοµεσ λατερ. Ηερε τηεψ∏ρε σηοωινγ ψου ηοω το µακε νον− Ευχλιδεαν γεοµετριεσ βψ κινδ οφ χυτ− τινγ α σλιχε ουτ οφ ορδιναρψ σπαχε ανδ γλυινγ τηε εδγεσ τογετηερ. ϑυστ ασ ψου χαν µακε α χονε φροµ α χιρχυλαρ πιεχε οφ παπερ ωιτη α πιε−σηαπεδ σλιχε χυτ ουτ. Ονλψ ψου ϕυστ ηαϖε το ιµαγινε ωηατ τηε ρεσυλτ οφ συχη α γλυινγ προχεσσ ωουλδ βε. Τηε ιδεα ισ τηατ ωηενεϖερ ψου δραω α λινε τηατ ηιτσ αν εδγε οφ τηε σλιχε, ψου ιµµεδιατελψ τρανσφερ το τηε χορρεσπονδ− ινγ πλαχε ον τηε οτηερ εδγε οφ τηε σλιχε ανδ χαρρψ ον δραωινγ. Τηατ κινδ οφ βενδσ τηε λινεσ, εϖεν τηουγη εαχη βιτ οφ τηεµ ισ στραιγητ∇σο νοτ ονλψ δο ψου γετ φυννψ ε⇑εχτσ ωιτη παραλλελ λινεσ βυτ αλσο α στραιγητ∏ λινε τηατ χαν βενδ αρουνδ ανδ χροσσ ιτσελφ. Βορισ λοοκεδ πυζζλεδ. Αλισον, ηοω χαν α στραιγητ λινε βενδ? Ωηεν Ι σαψ στραιγητ∏ Ι µεαν τηε λινε τηατ χοϖερσ τηε σηορτεστ διστανχε. Ωηεν τηε σπαχε ηασ α νον−Ευχλιδεαν γεοµε− τρψ, στραιγητ λινεσ δον∏τ αλωαψσ λοοκ στραιγητ το υσ∇λοοκινγ ιν φροµ τηε ουτ− σιδε. Βυτ ιφ τηερε ωερε λιγητ ραψσ τηατ φολλοωεδ τηε σηορτεστ πατησ, τηεν το α χρεατυρε λιϖινγ ιν τηε σπαχε τηε λινεσ ωουλδ λοοκ στραιγητ. Ανοτηερ ωαψ το χρεατε νον−Ευχλιδ− εαν γεοµετριεσ ισ το υσε µιρρορσ, Αλι− σον ωεντ ον. Λικε α καλειδοσχοπε. Τηε µιρρορσ ηαϖε τηε σαµε ε⇑εχτ, χηανγινγ τηε διρεχτιον οφ λιγητ ραψσ. Φορ ινστανχε, ιµαγινε ψου αρε ινσιδε α χυβιχαλ ροοµ ωηοσε ⇓οορ, ωαλλσ ανδ χειλινγσ αρε αλλ µιρρορσ. Ωηατ δο ψου σεε? Χηαρλοττε τηουγητ φορ α µοµεντ. Λοτσ οφ χοπιεσ οφ µε. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ινεθυιϖαλεντ Λινκσ ωιτη Εθυιϖαλεντ Χοµπλεµεντσ Τ he two links at the top are inequivalent. In this topologically equivalent representation (bottom), one link has been stretched to create a thick cylindrical tube. Cut the right-hand picture across the top of the cylinder (dotted line). If you rotate the links to untwist them and then reattach them, you get the left-hand picture. This proves that the complements are equivalent. But the left-hand link falls apart completely if you cut the cylindrical tube, whereas the right-hand link does not, so the two links are inequivalent. Ψεσ. Τηε ιµαγεσ οφ τηε χυβε ιν τηε µιρρορσ ωουλδ τιλε σπαχε, ανδ ιν ωηατ− εϖερ διρεχτιον ψου λοοκεδ, ψου∏δ σεε ψουρσελφ. Ωελλ, α ρε⇓εχτιον οφ ψουρσελφ. Βυτ µατηεµατιχαλλψ ωε χαν πρετενδ τηατ εαχη ρε⇓εχτιον ρεαλλψ ισ ψου, τηε σαµε ψου. Τηατ ηασ τηε ε⇑εχτ οφ γλυινγ∏ οπ− ποσιτε µιρρορσ τογετηερ, ϕυστ ασ ωε γλυεδ τηε εδγεσ οφ τηε χονε. Βυτ νοω ψου γετ α τηρεε−διµενσιοναλ σπαχε ωιτη ωειρδ γεοµετρψ. Φορ ινστανχε, τηε στραιγητ λινε σταρτινγ ατ ψουρ φορεηεαδ ανδ τραϖελινγ ηοριζονταλλψ φορωαρδ εϖεντυαλλψ ρυνσ βαχκ ιντο ψουρ φορεηεαδ. Σο στραιγητ λινεσ χαν µακε Υ−τυρνσ? Ψεαη. Βυτ τηεψ σταψ στραιγητ, ωηιχη ισ περφεχτλψ νατυραλ ιφ ψου ηαππεν το βε α χρεατυρε τηατ λιϖεσ ιν α κνοτ χοµπλε− µεντ. Νοω, ψου χαν σετ υπ α δι⇑ερεντ κινδ οφ µιρρορ∇µατηεµατιχαλ, νοτ πηψσιχαλ∇τηατ τυρνσ τηινγσ υπσιδε δοων ασ ωελλ ασ ρε⇓εχτινγ τηεµ. Χαλλ τηεµ ινϖερτινγ µιρρορσ, οκαψ? Ιφ τηε ωαλλσ οφ τηε χυβε ωερε ινϖερτινγ µιρ− ρορσ, ψου∏δ σεε λοτσ οφ χοπιεσ οφ ψουρ− σελφ, βυτ σοµε οφ τηεµ ωουλδ βε υπσιδε δοων [σεε τοπ ιλλυστρατιον ον νεξτ παγε]. Τηισ παρτιχυλαρ γεοµετρψ, α χυβε ωιτη ινϖερτινγ µιρρορσ φορ φαχεσ, ισ ονε ποσ− σιβλε γεοµετρψ φορ τηε χοµπλεµεντ οφ τηε Βορροµεαν ρινγσ. Τηε ϖιδεο εξ− πλαινσ ωηψ ιν δεταιλ, βυτ Ι∏λλ τρψ το συµ− µαριζε. Αν ινϖερτινγ µιρρορ∇ιν τηε σενσε ωε∏ϖε ϕυστ βεεν ταλκινγ αβουτ∇ισ α πλαχε ωηερε σπαχε ωραπσ αρουνδ ιτ− σελφ ιν στρανγε ωαψσ. Α κινδ οφ σπαχε ωαρπ. Ωιτη µε σο φαρ? Ηανγινγ ον βψ µψ τοεναιλσ. Νοω, τακε τηε τηρεε σεπαρατε τυβεσ τηατ µακε υπ τηε Βορροµεαν ρινγσ ανδ στρετχη εαχη τυβε υντιλ ιτ γετσ ϖερψ λονγ ανδ τηιν, ωιτη ιτσ εδγεσ στραιγητ φορ µοστ οφ τηειρ λενγτη. Λικε αν ατηλετιχσ σταδιυµ, ονλψ ωιτη τηε στραιγητ παρτσ οφ τηε τραχκ βεινγ µυχη λονγερ. Ιφ ψου δο ιτ ριγητ, ψου χαν γετ α παιρ οφ παραλλελ τυβεσ τηατ ρυνσ νορτη−σουτη, σαψ; ανοτη− ερ παιρ τηατ ρυνσ εαστ−ωεστ; ανδ α τηιρδ παιρ τηατ ρυνσ υπ−δοων. Πλυσ εξτρα Υ− σηαπεδ πιεχεσ ϕοινινγ τηεµ ατ εαχη ενδ, ωηιχη ωε∏λλ πυση αωαψ το ιν⇒νιτψ σο τηεψ δον∏τ µαττερ. Γοτχηα. Ψου χαν ⇒νδ α σιµιλαρ αρρανγεµεντ οφ λινεσ ον α χυβε. Ον τηε ⇓οορ ανδ χειλινγ, ρυν α λινε δοων τηε µιδδλε, γο− ινγ νορτη−σουτη. Ον τωο οφ τηε ωαλλσ, δραω ηοριζονταλ λινεσ ρυννινγ εαστ− ωεστ. Ον τηε ρεµαινινγ ωαλλσ, ρυν ϖερτι− χαλ λινεσ υπ τηε µιδδλε. Τηε ιµπορταντ τηινγ ισ τηατ τηοσε λινεσ σταψ ⇒ξεδ ωηεν ψου ρε⇓εχτ∏ τηεµ ιν ινϖερτινγ µιρρορσ ον τηε χυβε∏σ φαχεσ. Τηατ λετσ ψου ρελατε τηε χορρεσπονδινγ γεοµετρψ το τηε χοµπλεµεντ οφ τηε Βορροµεαν ρινγσ. Ιτ µεανσ τηατ ωηεν ψου περφορµ αλλ τηε ινϖερτινγ ρε⇓εχτιονσ, τηε ιµαγεσ οφ τηε λινεσ ον τηε χυβεσ ⇒τ τογετηερ σο τηατ τηεψ στρετχη αωαψ το ιν⇒νιτψ, ϕυστ ασ τηε Βορροµεαν ρινγσ δο αφτερ ωε πυση τηε Υ−βενδσ ο⇑ το ιν⇒νιτψ. Ανδ τηατ µεανσ τηατ τηε σπαχε αρουνδ τηεµ∇τηε φυννψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 153 Ινϖερτεδ ρεφλεχτιονσ ιν αλλ διρεχτιονσ: ονε ποσσιβλε γεοµετρψ φορ τηε χοµπλεµεντ οφ τηε Βορροµεαν ρινγσ γεοµετρψ ωιτη λοτσ οφ χοπιεσ, σοµε υπ− σιδε δοων∇ισ ϕυστ λικε τηε σπαχε αρουνδ τηε Βορροµεαν ρινγσ. Ι∏λλ βελιεϖε ψου, Χηαρλοττε σαιδ. Οκαψ∇ορ ελσε ωατχη τηε ϖιδεο αγαιν, χαρεφυλλψ. Τηε νιγητ ισ ψουνγ ψετ, Βορισ σαιδ. Ηε στοππεδ, σπελλβουνδ. Ηεψ, τηισ βιτ ισ ρεαλλψ νεατ. Ιτ∏σ λικε βεινγ ινσιδε σοµε κινδ οφ χαγε ανδ µοϖινγ αρουνδ τηρουγη τηε βαρσ. Τηισ ισ τηε ⇓ψινγ παρτ, Αλισον εξ− πλαινεδ. Τηε βαρσ αρε τηε εδγεσ οφ δο− δεχαηεδρονσ. Ωελλ, ρεαλλψ τηεψ∏ρε αλλ τηε σαµε δοδεχαηεδρον, βεχαυσε ψου ηαϖε το ιµαγινε εϖερψτηινγ γλυεδ τογετηερ ασ τηε φαχεσ οφ τηε χυβε ωερε. Βυτ ιφ ψου λιϖεδ ινσιδε συχη α σπαχε, ψου∏δ σεε µυλτιπλε χοπιεσ οφ εϖερψτηινγ, λικε τηε πιχτυρε ωιτη τηε ινϖερτινγ µιρρορσ. Ιτ∏σ ανοτηερ γεοµετρψ ψου χαν γετ φροµ τηε χοµπλεµεντ οφ τηε Βορροµεαν ρινγσ βψ υσινγ α δι⇑ερεντ κινδ οφ µιρρορ.∏ Ρεγυ− λαρ µιρρορσ ον τηε φαχεσ οφ α χυβε προ− δυχε χυβιχ ιµαγεσ τηατ τιλε σπαχε, ανδ σιµιλαρλψ νον−Ευχλιδεαν µιρρορσ ον τηε φαχεσ οφ α δοδεχαηεδρον προδυχε δο− δεχαηεδραλ ιµαγεσ τηατ τιλε νον−Ευχλιδ− Α νον−Ευχλιδεαν τιλινγ οφ σπαχε βψ ρεγυλαρ δοδεχαηεδρονσ 154 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 εαν σπαχε. Τηε εδγεσ αρε ατ ριγητ αν− γλεσ, σο ψου χαν ⇒τ φουρ οφ τηεµ τογετη− ερ, ανδ τηατ∏σ ωηψ τηεψ τιλε. Ηολδ ιτ, Χηαρλοττε ιντερϕεχτεδ. Α δοδεχαηεδρον Ι υνδερστανδ∇ιτ∏σ α σολ− ιδ ωιτη 12 πενταγοναλ φαχεσ. Ριγητ. Βυτ τηεψ δον∏τ µεετ ατ ριγητ ανγλεσ. Νοτ ιν Ευχλιδεαν σπαχε, νο. Βυτ τηισ σπαχε ισ νον−Ευχλιδεαν∇χυρϖεδ, ιφ ψου ωιση. Βεντ ϕυστ ενουγη το µακε τηεµ ιντο ριγητ ανγλεσ. Ι γυεσσ Ι σεε τηατ. Τηε ϖιδεο ρεαλλψ δοεσ λετ ψου σεε ιτ. Ψου ⇓ψ τηρουγη ιτ; ψου χαν σεε ωηατ ιτ λοοκσ λικε, ρεαλλψ φεελ τηε ωειρδ χυρϖα− τυρε ε⇑εχτσ τηατ χοµε φροµ νον−Ευχλιδ− εαν γεοµετρψ [σεε βοττοµ ιλλυστρατιον ον τηισ παγε]. Ιτ∏σ θυιτε στρανγε ανδ βεαυτιφυλ. Ψεαη, Βορισ σαιδ. Ιτ κινδα γετσ το ψου αφτερ α ωηιλε. Ι χουλδ ιµαγινε λιϖινγ ιν α σπαχε λικε τηισ. Ιτ∏σ ροοµψ. Ηοω δο ψου µεαν? Ωελλ, ⇓ψινγ αρουνδ ιτ λικε τηισ ψου χαν σεε τηατ συρρουνδινγ εαχη δοδεχα− ηεδραλ τιλε τηερε αρε α λοτ µορε οτηερ τιλεσ τηαν ψου χουλδ ⇒τ ιντο ορδιναρψ Ευχλιδεαν σπαχε. Τηε αµουντ οφ σπαχε γετσ βιγγερ τηαν ψου∏δ εξπεχτ ασ ψου µοϖε ουτωαρδ. Τηατ∏σ χαλλεδ νεγατιϖε χυρϖατυρε. Ιτ σηοωσ ψου∏ρε ιν ωηατ∏σ χαλλεδ ηψπερβολ− ιχ σπαχε, ονε παρτιχυλαρ κινδ οφ νον−Ευ− χλιδεαν γεοµετρψ. Ανδ τηατ∏σ τηε χεν− τραλ ποιντ οφ τηε ϖιδεο. Αχχορδινγ το α ρεχεντ δισχοϖερψ µαδε βψ Ωιλλιαµ Π. Τηυρστον οφ τηε Ματηεµατιχαλ Σχιενχεσ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε, νεαρλψ αλλ κνοτ ανδ λινκ χοµπλεµεντσ ηαϖε α νατυραλ ηψ− περβολιχ γεοµετρψ. Τηερε αρε α φεω εξ− χεπτιονσ, βυτ τηεψ∏ρε αλλ κνοων. Ανδ ψου χαν υσε τηε γεοµετριχ στρυχτυρε το τελλ αλλ οφ τηε οτηερσ απαρτ. Τηατ ισ, ιν− εθυιϖαλεντ κνοτσ ορ λινκσ ηαϖε δι⇑ερεντ γεοµετριχ στρυχτυρεσ. Ιτ∏σ αν αµαζινγ χοννεχτιον∇Ι δαρε νοτ σαψ λινκ∏∇βε− τωεεν τηε ⇓εξιβλε γεοµετρψ οφ τοπολο− γψ ανδ τηε ριγιδ γεοµετρψ οφ νον−Ευ− χλιδεαν σπαχεσ. Σο νοω α ϖερψ ολδ−φαση− ιονεδ βρανχη οφ µατη∇νον−Ευχλιδεαν γεοµετρψ∇ισ βαχκ ιν ϖογυε. Γρεατ, σαιδ Χηαρλοττε, ρεωινδινγ τηε ταπε. Βυτ ωηατ ωουλδ βε ρεαλλψ γρεατ ισ ιφ τηεψ ηιρεδ Ερνιε Σχραµβλεδεγγερ το σταρ ιν τηε σεθυελ. Τηε Γεοµετρψ Χεντερ γοτ α βιγ γραντ, Αλισον σαιδ. Βυτ νοτ τηατ βιγ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΝΟΤ ΚΝΟΤ. ςιδεο. ∆ιρεχτεδ βψ Χηαρλιε Γυνν ανδ ∆ελλε Μαξωελλ. Συππλεµεντ ωριττεν βψ ∆αϖιδ Επστειν ανδ Χηαρλιε Γυνν. Προδυχεδ βψ Γεοµετρψ Χεντερ, Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα, 1991. ∆ιστριβ− υτεδ βψ Α Κ Πετερσ, Ωελλεσλεψ, Μασσ. Τελεπηονε: (617) 235∠2210. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΒΟΟΚ ΡΕςΙΕΩΣ Χροσσινγ ιν Στψλε ΛΑΝ∆ΜΑΡΚ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ΒΡΙ∆ΓΕΣ, βψ Εριχ ∆εΛονψ. Βυλλ⇒νχη Πρεσσ, 1993 (∃40). Μ ορε τηαν 200 ⇒νε λαργε πηοτο− γραπησ δοχυµεντ 95 εξχεπτιον− αλ εξαµπλεσ οφ Υ.Σ. βριδγεσ, Αµεριχαν ενγινεερινγ∏σ ⇒νεστ ηουρ. Τηε πηοτογραπησ αρε ιν βοτη βλαχκ−ανδ− ωηιτε ανδ χολορ, ωιτη ινδιϖιδυαλ δεσχριπ− τιονσ, α παγε ορ τωο ιν λενγτη, φορ εαχη. Τηειρ ιντεντ ισ νοτ ονλψ το ιµαγε ανδ χελεβρατε τηεσε στρυχτυρεσ βυτ το λεαδ το τηειρ πρεσερϖατιον τηρουγη ο⇔χιαλ λιστ− ινγ ιν τηε Ηιστοριχ Αµεριχαν Ενγινεερ− ινγ Ρεχορδ ανδ ρελατεδ ρεγιστριεσ. Αβουτ 1,000 λανδµαρκ βριδγεσ οφ εϖερψ αγε ανδ κινδ αρε ινχλυδεδ ιν τηε αππενδιξ. ( Τηερε αρε χλοσε το 600,000 βριδγεσ ιν τηε Υ.Σ.; τωο ουτ οφ ⇒ϖε αρε χλασσεδ ασ υνσαφε ορ φυνχτιοναλλψ οβσολεσχεντ.) Τηε βιγ λιστ ισ α ηαππψ ουτχοµε οφ χλοσε χολλαβορατιον βετωεεν τηε Αµερι− χαν Σοχιετψ οφ Χιϖιλ Ενγινεερσ ανδ τηε Νατιοναλ Παρκ Σερϖιχε. Βροωσινγ τηρουγη τηισ λοϖινγ ανδ λεαρνεδ σελεχτιον, µαδε βψ τηε χηιεφ οφ τηε ΗΑΕΡ, ισ α πλεασυρε ανδ αν εδυχατιον φορ ανψ αδµιρερ οφ ποντιστσ ανδ α σατισφψινγ αδδιτιον το κνοωινγ τουρισµ ιν Αµεριχα. Ιτ ωιλλ γιϖε το βριδγεσ α δεσερϖινγ σηαρε οφ τηε πριδε ανδ δεϖοτιον ωε ηολδ φορ α Μουντ ςερ− νον ορ α Μοντιχελλο. Τηε µοστ χελεβρατεδ βριδγεσ αρε ηερε, φροµ τηε Γολδεν Γατε ανδ τηε Εαδσ Βριδγε ατ Στ. Λουισ το Ηελλ Γατε, τηε Κιλλ ϖαν Κυλλ ανδ τηε ςερραζανο Ναρροωσ. Λετ α φεω λεσσ νοταβλε µορσελσ στανδ ασ α φρεση σαµπλε οφ τηε ωηολε. Ιν 1813 βυιλδερ ∆αϖιδ Σηριϖερ, ϑρ., τοοκ τηε Νατιοναλ Ροαδ αχροσσ τηε Χασ− σελµαν Ριϖερ ιν ωεστερν Μαρψλανδ ον αν 80−φοοτ σπαν οφ µασονρψ αρχη. Ιτ ωασ τηε λονγεστ στονε αρχη ιν τηε χουν− τρψ. Τηε βριδγε∏σ σεττινγ . . . στονεωορκ, προπορτιονσ, ανδ δεταιλ αρε εξτραορδι− ναρψ. Α γλανχε ατ τηισ χολορφυλ αυτυµ− ναλ ιµαγε συγγεστσ α ηαρµονιουσ παιντ− ερλψ σχενε φροµ χλασσιχαλ Χηινα. Τηε λονγεστ χοϖερεδ βριδγε ιν τηε ωορλδ ωασ βυιλτ ιν 1862, νοτ ιν τηριφτψ Νεω Ενγλανδ βυτ ον τηε ροαδ τηατ τηε βονανζα Νεϖαδα σιλϖερ ανδ ιτσ Χορνιση µινερσ τραϖελεδ το ανδ φροµ τηε Χοµ− στοχκ Λοδε ανδ τηε πορτ οφ Σαν Φρανχισ− χο. Χονστρυχτεδ ατ τηε χροσσινγ οφ τηε Σουτη Φορκ Ψυβα Ριϖερ, ιτσ σηινγλεδ σιδ− ινγ σηοωσ χλεαρλψ τηε τραχε οφ τηε γρανδ ωοοδ αρχη σηελτερεδ ωιτηιν, α ραρε δισ− τινχτιον ⇒τ φορ τηε 233−φοοτ σπαν. Copyright 1993 Scientific American, Inc. βψ Πηιλιπ Μορρισον Ιν 1882 α γρεατ τιµβερ χοµπανψ βυιλτ α νεατ βριδγε το χαρρψ ιτσ λογγινγ ραιλ− ροαδ αχροσσ τηε ΜχΚενζιε Ριϖερ ιν Ορε− γον. Ιτ λοοκσ λικε τηε φραµε οφ αν οπεν− ωορκ βοξ περχηεδ ον τωο µασονρψ ωαλλσ, ονε ον εαχη βανκ. Τηε ραιλροαδ ισ αβανδονεδ. Βυτ τηε Ηαψδεν Βριδγε δισ− πλαψσ τωο µιλεστονεσ φροµ τηε ηιγη ερα οφ Αµεριχαν Στανδαρδ ωρουγητ−ιρον βριδγεσ. Ιτσ ρεπετιτιϖε πρεφαβ διαγοναλ τενσιον τιεσ ανδ ϖερτιχαλ χοµπρεσσιον χολυµνσ φολλοω τηε Ωηιππλε−Μυρπηψ δεσιγν, τηε τρυσσ οφ χηοιχε χουντρψ− ωιδε φορ ιντερµεδιατε σπανσ. Τηε προ− πριεταρψ Πηοενιξ χολυµνσ ωερε σηιππεδ χοµπλετε φροµ τηειρ µανυφαχ− τυρερ ιν Πεννσψλϖανια; τηεψ ηαϖε α ϖερψ ε⇔χιεντ χροσσ σεχτιον ανδ χαµε ωιτη α κιτ οφ χαστ−ιρον δεχορατιονσ, εϖεν το α ναµεπλατε ανδ νιφτψ ⇒νιαλσ φορ τηε πορ− ταλ χολυµνσ. Τηε Κινζυα ςιαδυχτ σπανσ α θυιετ, ωελλ−φορεστεδ ϖαλλεψ αµονγ τηε ηιλλσ οφ τηε νορτηωεστερν Πεννσψλϖανια πλατεαυ. Ονχε ιτ χαρριεδ Εριε Ραιλροαδ τραχκ ηαλφ α µιλε αλονγ υνενχυµβερεδ ⇓ατ δεχκ, ιν στρονγ ϖισυαλ χοντραστ ωιτη τηε ρουνδ− εδ ηιλλσ. Τηε λοαδ ισ βορνε ον τηρεε δοζ− εν παιρσ οφ τηιν, ωελλ−βραχεδ ιρονωορκ χολυµνσ υπ το 300 φεετ ηιγη. Τηισ ωασ ιν ιτσ δαψ τηε ηιγηεστ ϖιαδυχτ ιν τηε ωορλδ. Ονε οφ τηε τωο µεν ωηο δε− σιγνεδ τηε βριδγε ιν 1900, γλιδερ εντηυ− σιαστ Οχταϖε Χηανυτε, ωασ βοτη φριενδ ανδ ριϖαλ το τηε βροτηερσ Ωριγητ ωηιλε τηεψ βυιλτ τηειρ Φλψερ. Τοδαψ τηε ϖιαδυχτ ισ τηε φοχυσ οφ α στατε παρκ; νο οτηερ πιεχε οφ ηυµαν ηανδιωορκ ισ το βε σεεν ιν τηε εντιρε ϖιεω, ανδ νο νοισψ λοχοµο− τιϖε ηασ χροσσεδ ηερε φορ α γενερατιον. Νοτ αλλ τηε βριδγεσ ιν τηε βοοκ σηαρε τηε στρανγε, λονελψ βεαυτψ οφ Κινζυα. Τηεψ ωερε χηοσεν ρατηερ το δισπλαψ οϖερ τωο χεντυριεσ τηε χηανγεσ οφ πυρ− ποσε, δεσιγν, µατεριαλσ ανδ σχαλε, φροµ χολονιαλ ψεαρσ το τηε 1991 αχτ οφ Χον− γρεσσ τηατ αυτηοριζεδ ⇓εξιβλε µεασυρεσ οφ πρεσερϖατιον. Βψ ιτσ δεσιγν τηε λιστ δοεσ νοτ ινχλυδε νοτεωορτηψ δισαστερσ ορ τηε λατεστ στρυχτυρεσ. Α χονχισε τιµε− λινε οφ βριδγε εϖεντσ φροµ Παλλαδιο ον− ωαρδ ισ α ϖαλυαβλε βονυσ οφ τηε ϖολυµε. Χονδε Β. ΜχΧυλλουγη ωασ στατε βριδγε ενγινεερ φορ Ορεγον δυρινγ τηε ∆επρεσ− σιον ψεαρσ. Ιν α ρεµαρκαβλε ουτπουρ− ινγ οφ χρεατιϖιτψ ανδ σκιλλ, φυνδεδ βψ Φ.∆.Ρ.∏σ Πυβλιχ Ωορκσ Αδµινιστρατιον, ηε ανδ ηισ στα⇑ τοοκ σχενιχ Ηιγηωαψ ΧΑΣΤ−ΙΡΟΝ ΑΡΧΗ ΒΡΙ∆ΓΕ ιν Νεω Ψορκ Χιτψ∏σ Χεντραλ Παρκ, δεσιγνεδ βψ Χαλϖερτ ςαυξ ανδ ϑαχοβ Ωρεψ Μουλδ, ωασ χονστρυχτεδ ιν 1864. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 155 101 υπ τηε σπεχταχυλαρ Ορεγον χοαστ οϖερ 10 µαϕορ σπανσ. Αλλ ωερε βυιλτ ωιτηιν ⇒ϖε ψεαρσ, α φαµιλψ οφ σοµε οφ τηε . . . µοστ ιννοϖατιϖε χονχρετε ανδ στεελ βριδγε δεσιγνσ ιν τηε ωορλδ. Σεϖ− εν οφ τηεµ αρε πιχτυρεδ; ονε ισ α πλεασ− ινγ χοµβινατιον οφ α βιγ τηρουγη στεελ αρχη, ιτσ ροαδωαψ συσπενδεδ φροµ ροδσ, ωιτη α σµαλλερ στεελ δεχκ αρχη το εαχη σιδε, ανδ τωο στρινγσ οφ ριββεδ χονχρετε αρχηεσ τηατ χοµπλετε τηε χροσσινγ οφ Ψαθυινα Βαψ. Α σεχονδ ιντερεστινγ βριδγε ον Ορε− γον∏σ 101 ισ φορµεδ βψ σεϖεν οπεν ρε− ινφορχεδ χονχρετε αρχηεσ τηατ σπαν τηε Ρογυε Ριϖερ. Τηε βριδγε ωασ τηε ⇒ρστ ιν τηε Υ.Σ. το υσε πρεστρεσσεδ χονστρυχτιον τεχηνιθυεσ. Τηε αρχη ηαλϖεσ ωερε ϕαχκεδ απαρτ βεφορε τηε χονχρετε ωασ ωελλ σετ, ανδ τηε γαπσ ατ τηε χροων ωερε θυιχκλψ ⇒λλεδ ιν βψ χονχρετε πλυγσ. Τηε αρχη ωασ λεφτ ιν περµανεντ χοµπρεσσιον, µινι− µιζινγ χραχκινγ ανδ αλλοωινγ α τηιννερ, µορε ελεγαντ, µοδεστλψ χηεαπερ δεσιγν, ϕυστ 20 ψεαρσ αφτερ τηε πιονεερινγ Σωισσ δεϖελοπµεντ. Σκψωατχηινγ ΧΕΛΕΣΤΙΑΛ ∆ΕΛΙΓΗΤΣ: ΤΗΕ ΒΕΣΤ ΑΣ− ΤΡΟΝΟΜΙΧΑΛ ΕςΕΝΤΣ ΤΗΡΟΥΓΗ 2001, βψ Φρανχισ Ρεδδψ ανδ Γρεγ Ωαλζ−Χηοϕ− ναχκι. Χελεστιαλ Αρτσ, Βερκελεψ, 1992 (πα− περβουνδ, ∃16.95). ΤΗΕ ΧΑΜΒΡΙ∆ΓΕ ΓΥΙ∆Ε ΤΟ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΧΑΛ ∆ΙΣΧΟςΕΡΨ, βψ Ωιλλιαµ Λιλλερ. Χαµβριδγε Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1992 (∃29.95). ΛΙΓΗΤ ΑΝ∆ ΧΟΛ− ΟΡ ΙΝ ΤΗΕ ΟΥΤ∆ΟΟΡΣ, βψ Μαρχελ Μιν− ναερτ. Τρανσλατεδ ανδ ρεϖισεδ φροµ τηε λαστ ∆υτχη εδιτιον οφ 1968, βψ Λεν Σεψ− µουρ. Σπρινγερ−ςερλαγ, 1993 (∃44.50). ΤΗΕ ΝΑΤΥΡΕ ΟΦ ΛΙΓΗΤ ΑΝ∆ ΧΟΛΟΥΡ ΙΝ ΤΗΕ ΟΠΕΝ ΑΙΡ, βψ Μ. Μινναερτ. ∆οϖερ Πυβλιχατιονσ, 1954 (παπερβουνδ, ∃8.95). Ε ϖεν ιφ ψου λιϖε βενεατη τηε ταωνψ νιγητγλοω οφ σοµε γρεατ χιτψ, εϖεν ιφ ψου οων ονλψ τηε εψε λενσεσ ψου ωερε βορν ωιτη, µανψ Χελεστιαλ ∆ελιγητσ χαν βε ψουρσ. Αλλ ψου ρεθυιρε ισ α σκψ νοτ αλωαψσ ηιδδεν ιν χλουδ. Τηεσε εξ− περτ αυτηορσ ασσυµε οφ ψου τηε λεαστ οφ πρεπαρατιονσ, νοτ εϖεν αν αβυνδανχε οφ φρεε τιµε. Ιφ ψου λοοκ υπ ιν ωονδερ ατ τηε φυλλ µοον, τηεψ χαν ηελπ ψου το τηε ρεστ. Τηε βοοκ αννοτατεσ ϖερψ σιµπλψ τηε ρηψτηµ οφ συν ανδ ϖαγραντ µοον, τηρουγη µαπσ οφ τηε σκψλινε ατ νοταβλε παρτσ οφ τηειρ υνενδινγ περφορµανχε. Τηεν ιτ προϖιδεσ α ⇒νε−πριντ συµµαρψ γοοδ τηρουγη Α.∆. 2001, γιϖινγ δατεσ ανδ τιµεσ οφ τηε δεχισιϖε ⇒γυρεσ οφ τηατ δανχε ανδ οφ µανψ ανοτηερ. Νεξτ, τηε παγεσ εξαµινε τηε εϖενινγ ανδ µορν− ινγ σταρσ, ονχε σαχρεδ βλαζινγ ςενυσ ανδ συνστρυχκ Μερχυρψ, ανδ τηεν τηε 156 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 πλανετσ βεψονδ, σλοω το ωανδερ, οφτεν ηιγη ιν τηε νιγητ σκψ. Τηε αυτηορσ ατ− τενδ το α δοζεν ορ τωο βριγητ σταρσ, τηε γεµσ οφ σελεχτεδ χονστελλατιονσ, ωισελψ χονχεδινγ τηατ τηε τηουσανδσ οφ νακεδ− εψε σταρσ τηατ δε⇒νε τηε ιντριχατε χλασ− σιχαλ σκψ αρε τοο διµ νοω φορ υρβαν εψεσ. Ουρ λοσσ οφ τηε ϖελϖετ νιγητ ισ προ− φουνδ, ιφ α λιττλε αλλεϖιατεδ βψ α σταρ πατ− τερν πριντεδ, σο το σπεακ, ιν λαργε τψπε. Ιν α πραχτιχαλ ανδ σιµπλε ϖειν, τηε τεξτ, δραωινγσ ανδ συµµαριεσ ο⇑ερ ιν ονε δεφτ βοοκ α χελεστιαλ τιµεταβλε φορ τηε ρεστ οφ τηε δεχαδε (ωε φαχε α δεαρτη οφ τοταλ σολαρ εχλιπσεσ, εϖεν φορ τηε φοοτ− λοοσε). Τηε χοντεµποραρψ χοσµοσ ανδ τηε διρεχτλψ οβσερϖαβλε σκψ οφ µψτη αρε βοτη τρεατεδ: τηε Μαν, τηε Ολδ Ωοµαν ανδ τηε Ραββιτ ιν τηε Μοον; τηε σταρ− τλινγλψ ρεπετιτιϖε σκψ τραχκ οφ ςενυσ, σο ιµπορταντ το Μαψαν χηρονολογιστσ; α γενεραλλψ γοοδ σαµπλινγ οφ σκψ λορε φροµ Βαβψλον το τηε Σκιδι Παωνεε. Με− τεορ σηοωερσ αρε νοτ οϖερλοοκεδ, ανδ εϖεν τηε λεσσ πρεδιχταβλε ισ ωελλ ιντρο− δυχεδ: αυρορασ, χοµετσ ανδ ραρε νεω σταρσ. Ιφ τηισ ισ ψουρ ψεαρ το σκψωατχη, τηισ ισ ψουρ βοοκ. Ωιλλιαµ Λιλλερ ωασ φορ 30 ψεαρσ αν αχ− χοµπλισηεδ προφεσσιοναλ αστρονοµερ. Ηε ρετιρεδ εαρλψ το φολλοω ηισ βεντ, αωαψ φροµ τιγητ σχηεδυλεσ ανδ κνοττψ µεα− συρεµεντσ, ϕυστ το σεε ιτ ⇒ρστ. Τηατ προσπεχτορ∏σ πυριτψ ηασ ωορκεδ ωελλ φορ ηιµ; νο οτηερ ναµε οχχυρσ σο οφτεν ιν τηε δεχαδε∏σ λιστ οφ νεω γαλαχτιχ νοϖαε. Ι ποσιτιϖελψ γυαραντεε ψου, σαψσ τηισ χερτι⇒εδ εντηυσιαστ οφ δισχοϖερψ, τηατ α φεω µινυτεσ ατ δαων ορ δυσκ εϖερψ δαψ ωιτη βινοχυλαρσ ωιλλ ρεωαρδ ψουρ πα− τιενχε, σοµε ηυνδρεδσ οφ ηουρσ οφ ιτ, ωιτη α νεω χοµετ τηατ ωιλλ φορεϖερ βεαρ ψουρ ναµε. Τηε φασχινατινγ χορε οφ τηισ ϖολυµε λοοκσ χλοσελψ νοτ ατ τηε µψριαδ οφ βε− γιννερσ βυτ ατ τωο δοζεν οφ τηε µοστ αχχοµπλισηεδ οφ τηε ωορλδ∏σ 100,000 τελεσχοπιστσ. ( Α χουπλε οφ τηε πεοπλε ηερε αρε ιν φαχτ προφεσσιοναλ δισχοϖερ− ερσ.) Μοστ ρεµαρκαβλε ισ α θυιετ παριση µινιστερ ιν α σµαλλ τοων 50 µιλεσ ωεστ οφ Σψδνεψ. Αµατευρ Ρεϖερενδ Ροβερτ Εϖανσ ηασ δισχοϖερεδ σοµε 18 συπερ− νοϖαε σινχε 1980, αγαινστ τηε ⇒νδινγ οφ 30−οδδ βψ τηε ωορλδ∏σ χοµµυνιτψ οφ γρεατ τελεσχοπεσ ανδ ελεχτρονιχ εψεσ. Ηισ µενταλ στορε οφ τηε νορµαλ σταρ παττερνσ οφ α γρεατ µανψ γαλαξιεσ ισ ηισ στρενγτη; ηε χαν ρεχογνιζε ατ ονχε ωηετηερ α συπερνοϖα ισ πρεσεντ. Νο ονε ελσε χαν πατρολ σο µανψ γαλαξιεσ ωηερε συπερνοϖαε βυρν; εϖεν τηε χοµπυτερ σεαρχηεσ σο φαρ αρε ονλψ ωελλ−µατχηεδ ριϖαλσ. Χαρολψν ανδ Ευγενε Σηοεµακερ, προ σεαρχηερσ, ηολδ τηε χεντυρψ∏σ ρεχορδ φορ νεω χοµετσ, 16 οφ τηεµ, τηε τακε οφ σεϖεν νιγητσ α µοντη ατ αν 18−ινχη Copyright 1993 Scientific American, Inc. Σχηµιδτ τελεσχοπε ατ Μουντ Παλοµαρ. Τηεψ τακε αβουτ 20 παιρσ οφ ⇒λµσ νιγητ− λψ, το σχαν βψ δαψ, σεεκινγ χοµετσ ανδ νεαρβψ αστεροιδσ. Σηε ωριτεσ: Τοο βαδ τηερε αρε νοτ µορε ωοµεν αµατευρσ δοινγ αστρονοµιχαλ τηινγσ∇ιφ τηεψ ονλψ κνεω ωηατ φυν τηερε ισ ιν τηισ ⇒ελδ! Λιλλερ∏σ τεξτ τελλσ µυχη µορε οφ τηε αρτ ανδ τηε σχιενχε οφ σεαρχη ανδ προϖιδεσ ϖαλυαβλε γυιδανχε ον χοορδινατεσ, τεχη− νιθυεσ, ⇒λµ, ελεχτρονιχσ, ωηατ το ρεαδ ανδ ωηερε το βυψ. Ονχε ψου αρε αβσολυτελψ συρε οφ ψουρ δισχοϖερψ, ψουρ χλαιµ ισ σωιφτλψ χιρχυλατ− εδ το τηε χογνιζαντ ωορλδ βψ τηε Χεν− τραλ Βυρεαυ φορ Αστρονοµιχαλ Τελεγραµσ ατ τηε Ηαρϖαρδ−Σµιτησονιαν Χεντερ φορ Αστροπηψσιχσ, βυτ ονλψ αφτερ πενετρατινγ σχρυτινψ. Τηε βυρεαυ ρεχειϖεσ τωο ορ τηρεε τιµεσ ασ µανψ ερρονεουσ συπερ− νοϖα ρεπορτσ ανδ φουρ ορ ⇒ϖε τιµεσ ασ µανψ χοµετ ρεπορτσ ασ τηοσε τηατ παν ουτ. Τηε φοολ∏σ γολδ οφ γηοστ ιµαγεσ, εµυλσιον ⇓αωσ, ⇓ψσπεχκσ ανδ σηιφτψ αστεροιδσ µυστ αλλ βε ωασηεδ ουτ, το λεαϖε α φεω γλιττερινγ ⇓ακεσ οφ τρυτη. ( Βριαν Γ. Μαρσδεν, απποιντεδ ασσαψερ, ισ σχρυπυλουσλψ φαιρ, ψετ ηε ισ δεµανδ− ινγ ασ το τηε φαχτσ; ιν ηισ πηοτογραπη ηερε τηερε ισ τηε ηιντ οφ α σµιλε.) Ωε µαψ ωιτνεσσ α χελεστιαλ εϖεντ τηατ ηασ νο χλοσε πρεχεδεντ αρουνδ ϑυλψ 20, 1994. Σεϖεραλ κιλοµετερ−σιζε φραγµεντσ οφ α νεωλψ χαπτυρεδ ανδ τηεν τιδαλλψ δισρυπτεδ χοµετ σηουλδ στρικε τηε φαρ δαρκ σιδε οφ γρεατ ϑυπιτερ αβουτ τηεν ασ τηεψ φαλλ φροµ τρανσιεντ ορβιτσ. Τηε δυστψ χαταστροπηε µιγητ (ορ µιγητ νοτ) ⇓αση ουτ φορ α φεω ηουρσ ασ 100−φολδ βριγητενινγ οφ τηε ωηολε πλανετ! Τηε ιµπαχτ σιτεσ ωιλλ χοµε υνδερ διρεχτ ϖιεω ηουρσ λατερ ασ ϑυπιτερ σπινσ. Νο βοοκσ ασ ψετ αννουνχε τηε εϖεντ, ονλψ νοω χροσσινγ τηε δεβαταβλε µαργιν οφ πρε− διχταβιλιτψ, βυτ προπηεσιεσ ανδ πρεπαρα− τιονσ ⇓οωερ. Ωατχη φορ µορε πρεχισε νεωσ ανδ µακε ρεαδψ το τυρν αν εψε (σοµε οπτιχαλ γλασσ ασ ωελλ ) το ϑυπιτερ, χοµε τηε ωαρµ εϖενινγσ οφ µιδ−ϑυλψ. Αστρονοµερ Μαρχελ Μινναερτ, λατε οφ Υτρεχητ, α σπιριτυαλ δεσχενδεντ οφ τηε Ενλιγητενµεντ, ωασ αν αυτηοριτατιϖε µαππερ οφ τηε σολαρ σπεχτρυµ, α µαν ατ ηοµε ιν 20 λανγυαγεσ (εϖεν Εσπεραν− το), α µυσιχιαν, αν ουτσποκεν ρεσιστερ οφ τηε Ναζι οχχυπατιον ανδ αν αρτιχυ− λατε, ρε⇓εχτιϖε λοϖερ οφ νατυρε. Ηισ τηρεε Φλεµιση ϖολυµεσ ον πηψσιχσ ιν τηε ουτ− δοορσ αρε χελεβρατεδ; τηε ⇒ρστ ανδ βεστ κνοων οφ τηεµ ισ νοω ουτ ιν α σπλεν− διδ νεω Ενγλιση ϖερσιον. Μινναερτ λοοκεδ ηαρδ ατ τηε εντιρε ϖι− συαλ ωορλδ ανδ ρεαδ ανδ τηουγητ οϖερ ωηατ ηε σαω. Ιν σοµε 270 ινφορµαλ σεχ− τιονσ, µοστλψ ον διστινχτ τοπιχσ, σοµε− τιµεσ ιν µορε εξτενσιϖε σεθυενχε, ηε ηεαπσ υπ θυεριεσ, ανσωερσ, διαγραµσ, χηαλλενγεσ ανδ ρεµινδερσ οφ εξπερι− Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 157 ενχε, σοµε οφ υνφοργετταβλε σιµπλιχιτψ, σοµε συβτλε ανδ ελυσιϖε. Νονε δεµανδσ µυχη ινστρυµεντατιον, φεω χαλχυλατιονσ βεψονδ σιµπλε, αρτφυλ γεοµετρψ ανδ εσ− τιµατεσ οφ µαγνιτυδε. Ραινβοωσ ανδ τηειρ κιν ανδ τηε πηενοµενα οφ τωιλιγητ ρεχειϖε εξτενδεδ τρεατµεντ ανδ νοω αππεαρ ιν χολορφυλ ιµαγεσ ασ ωελλ. Ωηεν ιν ωιντερ τηε συν σηαδοωσ οφ τωο βαρε βρανχηεσ φαλλ τογετηερ, ωηψ δοεσ α βριγητ, τηιν λινε παρτ τηε ναρροω− ερ οφ τηε τωο? Ωηψ δοεσ τηε ωινδοω− πανε οφ τηε βυσ φορµ α χιρχλε οφ γλοω αρουνδ α δισταντ στρεετλιγητ? Ηοω χαν ροχκσ αππεαρ ρεδ ιν α σπλασηινγ ωατερ− φαλλ? ∆ο σταρσ ρε⇓εχτ ιν πονδσ? Ωηψ δο ωε ηολδ α ηανδ αβοϖε τηε εψεσ ωηεν ωε πεερ ιντο τηε διστανχε? Σεεκ τηε φα− µουσ γρεεν ⇓αση οφ τηε σεττινγ συν, τηε ραρερ βλυε ανδ τηε οχχασιοναλ ρεδ ονε. Ηοω χαν α στρεετλαµπ∏σ βριγητ ρε− ⇓εχτιον ιν χαναλ ορ ριϖερ ωατερσ βεχοµε µισαλιγνεδ? Εξαµινε σψστεµατιχαλλψ τηε χολορσ οφ σηαδοωσ, ασ τηε παιντερσ δο. Χοννεχτ τηε ρεαλ βλυε συν οφ 1951 ωιτη τηε χολορσ οφ τηε φροστεδ ωινδοω− πανε. Χοµπαρε ανψ σχενε ϖιεωεδ βοτη υπ συν ανδ δοων (α µιρρορ λετσ ψου σεε βοτη τογετηερ ). Τηεν σεεκ α δοζεν εξαµπλεσ οφ τηε δι⇑ερενχε: τηεψ ⇓οω φροµ τηε συρφαχε τεξτυρε οφ ⇒ελδσ οφ γραιν, τρεεσ ιν βλοοµ, σεα−φοαµ, λακεσ, σνοωψ ροαδσ. Τηε νεω εδιτιον ισ σπαχιουσ, αδορνεδ βψ 50 χολορ πλατεσ τακεν µοστλψ βψ α ρε− µαρκαβλε πηοτογραπηερ, Πεκκα Παρϖι− αινεν. Μινναερτ ηιµσελφ βρουγητ ϕετσ ανδ δαψ−γλοω πηοσπηορσ ανδ Πολαροιδ το υπδατε ηισ πρεωαρ ωορλδ οφ σηιπσ ανδ τραινσ ανδ Νιχολ πρισµσ. Βυτ τηε µοδεστ ρεπριντ οφ 1940, πλαιν ιν γραψ− ιση βλαχκ−ανδ−ωηιτεσ, α λιττλε δατεδ, α λιττλε σµαλλερ, ρεµαινσ α βαργαιν ωελλ ωορτη α µεντιον. Τηεσε λινεσ εξπρεσσ πυβλιχ γρατιτυδε φορ τηε υνιθυε πλεα− συρεσ οφ τηουγητφυλ οβσερϖατιον γιϖεν σο µανψ φορ σο λονγ βψ Μ.Γ.ϑ. Μινναερτ, βορν ατ Βρυγεσ ϕυστ οϖερ 100 ψεαρσ αγο. Ιν τηε Βεγιννινγ ΟΡΙΓΙΝΣ ΟΦ ΛΙΦΕ: ΤΗΕ ΧΕΝΤΡΑΛ ΧΟΝ− ΧΕΠΤΣ, εδιτεδ βψ ∆αϖιδ Ω. ∆εαµερ ανδ Γαιλ Ρ. Φλεισχηαχκερ. Ωιτη ρεπριντσ οφ 46 παπερσ. ϑονεσ ανδ Βαρτλεττ Πυβλιση− ερσ, 1994 (παπερβουνδ, ∃36.25). Β εν ϑονσον∏σ αλχηεµιστ ηελδ τηατ τηε γολδ ιν τηε εαρτη ωασ νοτ βρεδ ιν αν ινσταντ: Σοµετηινγ χαµε βεφορε. Τηισ κνοωινγ αντηολογψ ο⇑ερσ αν υπ−το−δατε ϖιεω οφ 20τη−χεν− τυρψ ε⇑ορτσ το ινϖεστιγατε ωηατ χαµε βεφορε τηε λιϖινγ ωεβ οφ εαρτη. Τηε βοοκ δισπλαψσ α χαρεφυλλψ χηοσεν σετ οφ παπερσ, βοτη φραγιλε τηεορψ ανδ ριγορ− ουσ εξπεριµεντ, σοµε λονγ φαµιλιαρ, 158 σοµε υνεξπεχτεδ. Τηεψ αρε αρρανγεδ βψ ρεσεαρχη τηεµεσ, αλονγ ωιτη α χον− χισε χοµµενταρψ οφ σοµε παγεσ φορ εαχη τηεµε. Τηε ωορκ ισ οφ ϖαλυε ατ ϖαριουσ λεϖελσ; νοτ αλλ τηε ιντριχατε γεο− χηεµιστρψ ανδ βιοχηεµιστρψ ηερε ισ οπεν το γενεραλ σχιεντι⇒χ ρεαδερσ, ψετ α βροαδλψ ενϕοψαβλε βοοκ δοεσ εµεργε, ασ ωελλ ασ α τρυε ρεσουρχε φορ πρεπαρεδ στυδεντσ. Αλλ βυτ α χουπλε οφ τηε παπερσ αππεαρεδ οριγιναλλψ ιν Ενγλιση; τηε ολδ− εστ παπερ χιτεδ ισ φροµ 1908. Τηε φυλλ λιτερατυρε ισ ϖολυµινουσ; ωηατ ισ σελεχτεδ τρεατσ διρεχτλψ ονε οφ ⇒ϖε τηεµεσ. Τηεψ ιµπλψ α τιµε σεθυενχε. Φιρστ χοµεσ τηε γεολογιχ σεττινγ φουρ βιλλιον ψεαρσ αγο, τηεν τηε πρεβιοτιχ φορ− µατιον οφ οργανιχ µολεχυλεσ, σελφ−ασ− σεµβλινγ µολεχυλαρ σψστεµσ, τηε ενερ− γετιχσ οφ συχη προτοβιοχηεµιστρψ, ανδ ⇒ναλλψ τηε ανχεστρψ οφ τηε γιαντ ινφορ− µατιοναλ πολψµερσ τηατ νοω προγραµ λιφε. Αλτηουγη τηε ϖερψ δε⇒νιτιον οφ λιφε εµπλοψεδ (νο τερσε δε⇒νιτιον ισ ρεαλλψ χεντραλ το σο ωιδε ρανγινγ α στυδψ) σπεχ− ι⇒εσ τηε χαπαχιτψ φορ συσταινεδ ∆αρ− ωινιαν εϖολυτιον, τηατ επιχ οφ τηε εονσ ισ ο⇑σταγε. Τηε γενετιχ χοδε, µιχροπα− λεοντολογψ ανδ τηε χηρονιχλε οφ ρεπεατ− εδ υνιονσ ωιτηιν ανδ ωιτηουτ τηατ λεδ το ϖιταλ οργανελλεσ ανδ ατ λαστ το µυλτι− χελλυλαρ οργανισµσ αρε νοτ ινχλυδεδ, αλ− τηουγη τηεψ αρε ωελλ ρεφερενχεδ. Τηισ στορψ χεντερσ ον ανχιεντ σινγλε χελλσ ορ θυασι χελλσ, τηειρ συβστανχε ανδ τηειρ αχτιονσ. Ηερε ισ α σµαλλ βουθυετ οφ εξχιτινγ ρεσυλτσ, µανψ φροµ τηισ παστ δεχαδε, α τιµε οφ ρεβιρτη οφ ιντερεστ ιν ανδ προγρεσσ τοωαρδ τηε γρανδ σολυτιον. Ιµπαχτ! Τηε σχαρρεδ φαχε οφ Σιστερ Μοον δατεσ τηε τιµε οφ µασσιϖε ορβιταλ βοµβαρδµεντσ. Χουλδ λιφε περσιστ ωηιλε τηε οχεανσ βοιλεδ? Α µετεοριτιχ αυτο− χλαϖε στεριλιζεδ τηε εαρτη, ρελεντινγ ονλψ αρουνδ 3.8 ± 0.2 βιλλιον ψεαρσ αγο. Ωηερεασ σοφτ χοµετ δυστ ανδ ατµο− σπηεριχ σηοχκ ωαϖεσ µαδε βψ λαργε− σχαλε ιντρυδερσ µιγητ συππλψ οργανιχ µονοµερσ, τηε σολαρ υλτραϖιολετ, χυρι− ουσλψ µορε ιντενσε τηεν τηουγη τηε συν ωασ διµ, ωασ α πριµαρψ σουρχε οφ συχη µατεριαλ, περηαπσ εϖεν ενουγη το φορµ α διλυτε οργανιχ οχεανιχ σουπ φροµ τηε φαϖορεδ πρεβιοτιχ ατµοσπηερε οφ χαρβον διοξιδε ανδ νιτρογεν. Σεα−φοαµ ανδ χλαψ συρφαχεσ ωερε πρεσεντ, αβλε το αδσορβ ανδ χονχεντρατε. Ονε παπερ αππεαλσ βψ ιτσ τιµε−φρεε χηεµιχαλ λογιχ. Ιτ σεεκσ το ανσωερ ωηψ τηε λιφε ωε κνοω δεπενδσ σο χεντραλλψ ον τηε πηοσπηορυσ ατοµ, οξιδιζεδ ασ πηοσπηατε. Φουρ προπερτιεσ σινγλε ουτ τηισ σµαλλ ραδιχαλ αµονγ ιτσ χηεµιχαλ πεερσ. Ανψ λινκινγ υνιτ µυστ ηαϖε ατ λεαστ τωο ϖαλενχε βονδσ; τηε βεστ ωαψ το χον⇒νε συχη α λινκ ωιτηιν ωαλλσ οφ λιπιδ µεµβρανε ισ τηατ ιτ βε ιονιζεδ, χαλλινγ φορ α τηιρδ ϖαλενχε σιτε. Βυτ αλλ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 οτηερ λικελψ µυλτιϖαλεντ σπεχιεσ ρεαχτ τοο στρονγλψ ωιτη τηε ωατερψ µεδιυµ οφ αλλ λιφε. Τηυσ, τηε λιφε ωε κνοω νεεδσ τηε αχιδ ραδιχαλ οφ Π. Πηοσπηορυσ ισ, αφ− τερ αλλ, ονε οφ τηε δοζεν µοστ αβυνδαντ ατοµσ οφ τηε εαρτη∏σ χρυστ. Σιλιχιχ αχιδ, χιτριχ αχιδ, βασελικε αναλογυεσ∇αλλ φαιλ. Χηεµιχαλ σελφ−ασσεµβλψ οφ τηε ριγητ µολεχυλεσ ισ ασ πλαιν, ασ πηοτογενιχ ανδ ασ ωελλ υνδερστοοδ ασ τηε φαµιλιαρ φορµατιον οφ φροτη ον σοαπψ ωατερ. ∆ισ− περσαλ οφ πηοσπηολιπιδσ ιν ωατερ σπον− τανεουσλψ ψιελδσ τινψ ενχλοσεδ βαγσ οφ ωατερ ωιτηιν λιπιδ λαψερσ. Συχη βαγσ ⇓ατ− τεν ωηεν δριεδ ανδ νατυραλλψ χονταχτ τηειρ νειγηβορσ. Ρεωεττινγ ρεστορεσ λαργερ ενχλοσυρεσ, νοω ηολδινγ µορε οφ τηε σολυτε. Χψχλινγ τιδε−ποολ χονδιτιονσ ηαϖε εϖεν σηοων ενχαπσυλατιον οφ νυ− χλειχ αχιδσ, α νεωλψ διρεχτ ινστανχε οφ α προχεσσ λονγ σεεν ασ ρελεϖαντ. Ιτ εϖεν τυρνσ ουτ τηατ χηεµιχαλ ενεργψ, τηε τρανσφερ οφ προτονσ ιν παρτιχυλαρ, χαν αρισε φροµ τηε δι⇑ερενχεσ ιν ιον χον− χεντρατιον βετωεεν ινσιδε ανδ ουτ, ανδ ενεργψ χαν βε φεδ ιν βψ πηοτον αβσορπ− τιον ιν πιγµεντ ωιτηιν: α µινιµυµ προτοχελλ, ιφ ηαρδλψ αν εϖολϖινγ σπεχιεσ. Ιν τηε ενδ, ωε χοµε το ινφορµατιον στοραγε ανδ ιτσ προµισε οφ εϖολυτιοναρψ ρεπροδυχτιον. Τηε νοϖελτψ οφ τηε δεχαδε ωασ εϖιδενχε τηατ α πολψµεριχ νυχλειχ αχιδ, α ταπεδ προγραµ, χουλδ αλσο διρεχτ χηεµιχαλ χηανγε∇ινφορµατιον ανδ εν− ζψµε ατ ονχε. Τηε µολεχυλε τηατ ισ βοτη χηιχκεν−ανδ−εγγ ισ νοτ τηε φαµεδ ∆ΝΑ βυτ ιτσ µορε λαβιλε κιν ΡΝΑ, ατ πρεσεντ τηε τρανσλατινγ ανδ τρανσχριβινγ συβ− στανχε οφ µοστ λιφε. Φορ ϖιρυσεσ, ιτ ισ οφ− τεν τηε µεµορψ ταπε. Βυτ ιτσ δεταιλεδ σελφ−ρεπλιχατιον σεεµσ υνλικελψ. Υνωινδ− ινγ τηε ηελιξ ισ νο εασψ τασκ, ανδ τηε νεεδεδ σπεχι⇒χ µονοµερ χηοιχεσ αρε ηαρδ το µακε. Ιφ τηερε ωασ αν εαρλψ, σιµπλερ ΡΝΑ ωορλδ, ιτ ωασ νοτ ψετ ουρ προτειναχεουσ λιφε. Τηε ΡΝΑ οργανισµσ ωιτηιν λιπιδ ωαλλσ ατ συββαχτεριαλ σιζε ηαδ το στρετχη τηεµσελϖεσ το εξτενδ τηειρ χαταλψτιχ ρανγε ασ τηε χηοιχεστ µονοµερσ γρεω φεωερ. Ονχε τηεψ βεγαν το δαββλε ιν τηε υσε οφ σηορτ πεπτιδεσ, ονχε τηεψ φουνδ τηατ ρελατεδ ∆ΝΑ συππορτσ α φαρ µορε σταβλε µεµορψ, τηε ΡΝΑ ωορλδ ηαδ φαλλεν ανδ τηε ∆ΝΑ/προτειν ωορλδ ηαδ ρισεν ιν ιτσ πλαχε. Σο ρεαδ τηε λαστ λινεσ οφ τηε λαστ ρεπριντ, α γριππινγ 1991 παπερ βψ Γεραλδ Φ. ϑοψχε οφ τηε Σχριππσ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε. Τηε τιµε ωασ σοµε 3.7 βιλλιον ψεαρσ αγο, τηε πλαχε αλονγ τηε σηορεσ οφ τηε σηαλλοω σεασ. Χαταλψτιχ ΡΝΑ διδ νοτ µακε ιτσελφ: τηε νεεδεδ ηελιχαλ στρινγσ οφ τηε ριγητ νυχλεοτιδεσ σεεµ τοο λονγ. Τηε γαπ βετωεεν χηεµιστρψ ανδ λιφε ηασ βεεν πλαυσιβλψ σηορτενεδ, βυτ ιτ ισ χερταινλψ νοτ ψετ χλοσεδ. Σοµετηινγ χαµε βεφορε. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΕΣΣΑΨ βψ Γεοργε Μονβιοτ Τηε Τραγεδψ οφ Ενχλοσυρε ∆ υρινγ τηε δρψ σεασονσ ιν τηε φαρ νορτηωεστ οφ Κενψα, τηε πεοπλε οφ τηε Τυρκωελ Ριϖερ κεεπ τηεµ− σελϖεσ αλιϖε βψ φεεδινγ τηειρ γοατσ ον τηε ποδσ οφ τηε αχαχια τρεεσ γροωινγ ον τηε ριϖερ∏σ βανκσ. Εϖερψ χλυµπ οφ τρεεσ ισ χοντρολλεδ βψ α χοµµιττεε οφ ελδερσ, ωηο δεχιδε ωηο σηουλδ βε αλλοωεδ το υσε τηεµ ανδ φορ ηοω λονγ. Ανψονε χοµινγ ιντο τηε αρεα ωηο ωαντσ το φεεδ ηισ γοατσ ον τηε ποδσ ηασ το νεγοτιατε ωιτη τηε ελδερσ. ∆επενδινγ ον τηε σιζε οφ τηε ποδ χροπ, τηεψ ωιλλ αλλοω ηιµ ιν ορ τελλ ηιµ το µοϖε ον. Ιφ ανψονε τριεσ το βροωσε ηισ ανιµαλσ ωιτηουτ νεγοτιατινγ ⇒ρστ, ηε ωιλλ βε δριϖ− εν ο⇑ ωιτη στιχκσ; ιφ ηε δοεσ ιτ ρεπεατ− εδλψ, ηε µαψ βε κιλλεδ. Τηε αχαχια ωοοδσ αρε α χοµµον: α ρεσουρχε οωνεδ βψ µανψ φαµιλιεσ. Λικε αλλ τηε χοµµονσ οφ τηε Τυρκανα πεοπλε, τηεψ αρε χοντρολλεδ ωιτη ⇒ερχε δετερµινατιον. Ιν τηε 1960σ ανδ 1970σ τηε Τυρκανα ωερε βαττερεδ βψ α χοµβινατιον οφ δρουγητ ανδ ραιδινγ βψ ενεµψ τριβεσ. Μανψ πεοπλε χαµε χλοσε το σταρϖατιον, ανδ τηε Κενψαν γοϖερνµεντ, τηε Υνιτ− εδ Νατιονσ ∆εϖελοπµεντ Προγραµ ανδ τηε Υ.Ν.∏σ Φοοδ ανδ Αγριχυλτυρε Οργα− νιζατιον δεχιδεδ τηατ σοµετηινγ ηαδ το βε δονε το ηελπ τηεµ. Τηε αυτηοριτιεσ κνεω νοτηινγ οφ ηοω τηε Τυρκανα ρεγ− υλατεδ αχχεσσ το τηειρ χοµµονσ. Ωηατ τηεψ σαω ωασ α συχχεσσιον οφ υνρελατεδ πεοπλε µοϖινγ ιν, τακινγ ασ µυχη ασ τηεψ ωαντεδ, τηεν µοϖινγ ουτ αγαιν. Ιτ λοοκεδ λικε α φρεε−φορ−αλλ, ανδ τηε εξ− περτσ βλαµεδ τηε λαχκ οφ ρεγυλατιον φορ τηε δισαππεαρανχε οφ τηε ϖεγετατιον. Τηισ ωασ, ιν φαχτ, χαυσεδ νοτ βψ πεοπλε βυτ βψ δρουγητ. Τηε αυτηοριτιεσ δεχιδεδ τηατ τηε ονλψ ωαψ το στοπ τηε πεοπλε φροµ οϖερυσινγ τηειρ ρεσουρχεσ ωασ το σεττλε τηεµ δοων, γετ ριδ οφ µοστ οφ τηειρ ανιµαλσ ανδ εν− χουραγε τηεµ το φαρµ. Ον τηε βανκσ οφ τηε Τυρκωελ Ριϖερ τηεψ σταρτεδ α σεριεσ οφ ιρριγατιον σχηεµεσ, ωηερε τηε εξ−νο− µαδσ χουλδ οων α πατχη οφ λανδ ανδ γροω γραιν. Πεοπλε ⇓οχκεδ ιν. Ωιτη τηε ⇒ρστ δρουγητ τηε ιρριγατιον σχηεµε χολ− λαπσεδ. Τηε ιµµιγραντσ ρεϖερτεδ το τηε ονλψ χερταιν µεανσ οφ κεεπινγ τηεµ− σελϖεσ αλιϖε ιν τηε σαϖαννασ: ηερδινγ ανιµαλσ. Τηεψ σπρεαδ αλονγ τηε βανκσ ανδ ιντο τηε αχαχια ωοοδσ. Οϖερωηελµεδ βψ τηειρ νυµβερσ, τηε ελδερσ χουλδ δο νοτηινγ το κεεπ τηε ουτσιδερσ αωαψ φροµ τηε τρεεσ. Τηε ποδσ ανδ τηε συρρουνδινγ γραζινγ λανδ ωερε σωιφτλψ εξηαυστεδ, ανδ πεοπλε σταρτεδ Copyright 1993 Scientific American, Inc. το σταρϖε. Τηε χοµµονσ ηαδ βεχοµε α φρεε−φορ−αλλ. Τηε αυτηοριτιεσ ηαδ αχηιεϖεδ εξαχτλψ ωηατ τηεψ σετ ουτ το πρεϖεντ. Τηε οϖερριδινγ οφ χοµµονερσ∏ ριγητσ ηασ βεεν τακινγ πλαχε, οφτεν ωιτη σιµι− λαρλψ δισαστρουσ χονσεθυενχεσ, φορ χεν− τυριεσ, αλλ αρουνδ τηε ωορλδ. Βυτ ιν τηε παστ τωο δεχαδεσ ιτ ηασ γρεατλψ αχχελερ− ατεδ. Τηε ιµπετυσ φορ µυχη οφ τηισ χηανγε χαµε φροµ α παπερ πυβλισηεδ σοµε 25 ψεαρσ αγο, ωηοσε τιτλε ηασ βε− χοµε α χατχη πηρασε αµονγ δεϖελοπερσ. Ιν Τηε Τραγεδψ οφ τηε Χοµµονσ, τηε Αµεριχαν βιολογιστ Γαρρεττ Ηαρδιν αργυεδ τηατ χοµµον προπερτψ ωιλλ αλ− ωαψσ βε δεστροψεδ βεχαυσε τηε γαιν τηατ ινδιϖιδυαλσ µακε βψ οϖερεξπλοιτ− ινγ ιτ ωιλλ ουτωειγη τηε λοσσ τηεψ συ⇑ερ ασ α ρεσυλτ οφ ιτσ οϖερεξπλοιτατιον. Ηε υσεδ τηε εξαµπλε οφ α ηερδσµαν ωηο κεεπσ ηισ χαττλε ον α χοµµον παστυρε. Ωιτη εϖερψ χοω τηε µαν αδδεδ το ηισ ηερδσ, ηε ωουλδ γαιν µορε τηαν ηε λοστ: ηε ωουλδ βε ονε χοω ριχηερ, ανδ τηε χοµµυνιτψ ασ α ωηολε ωουλδ βεαρ τηε χοστ οφ τηε εξτρα χοω. Ηε συγγεστεδ τηατ τηε ωαψ το πρεϖεντ τηισ τραγεδψ ωασ το πριϖατιζε ορ νατιοναλιζε χοµµον λανδ. Τ ηε παπερ, πυβλισηεδ ιν Σχιενχε ιν ∆εχεµβερ 1968, ηαδ αν ενορ− µουσ ιµπαχτ. Ιτ νεατλψ ενχαπσυ− λατεδ α πρεϖαιλινγ τρενδ οφ τηουγητ ανδ αππεαρεδ το προϖιδε σοµε ανσωερσ το τηε γροωινγ προβλεµ οφ ηοω το πρεϖεντ σταρϖατιον. Φορ αυτηοριτιεσ συχη ασ τηε Ωορλδ Βανκ ανδ Ωεστερν γοϖερνµεντσ, ιτ ο⇑ερεδ α ρατιοναλ βασισ φορ τηε πριϖα− τιζατιον οφ λανδ. Ιν Αφριχα, αµονγ νεω− λψ ινδεπενδεντ γοϖερνµεντσ λοοκινγ φορ δραµατιχ χηανγε, ιτ ενχουραγεδ τηε µασσιϖε τρανσφερ οφ λανδ φροµ τριβαλ πεοπλεσ το τηε στατε ορ το ινδιϖιδυαλσ. Βυτ Ηαρδιν∏σ παπερ ηαδ ονε χριτιχαλ ⇓αω. Ηε ηαδ ασσυµεδ τηατ ινδιϖιδυαλσ χαν βε ασ σελ⇒ση ασ τηεψ λικε ιν α χοµ− µονσ βεχαυσε νο ονε στοπσ τηεµ. Ιν ρεαλιτψ, τραδιτιοναλ χοµµονσ αρε χλοσελψ ρεγυλατεδ βψ τηε πεοπλε ωηο λιϖε τηερε. Χοµµον προπερτψ ηασ τωο ελεµεντσ: χοµµον ανδ προπερτψ. Α χοµµον ισ τηε προπερτψ οφ α παρτιχυλαρ χοµµυνιτψ τηατ, λικε τηε Τυρκανα οφ τηε Τυρκωελ Ριϖερ, δεχιδεσ ωηο ισ αλλοωεδ το υσε ιτ ανδ το ωηατ εξτεντ. Ηαρδιν∏σ τηεσισ ωορκσ ονλψ ωηερε νο οωνερσηιπ εξιστσ. Τηε οχεανσ, ποσσεσσεδ βψ νο ονε ανδ ποορλψ ρεγυλατεδ, αρε οϖερ⇒σηεδ ανδ πολλυτεδ. Εϖερψ υσερ τριεσ το γετ ασ µυχη ουτ οφ τηεµ ασ ποσ− σιβλε, ανδ τηε χοστ οφ τηειρ εξπλοιτατιον ισ βορνε βψ τηε ωορλδ ασ α ωηολε. Τηεσε αρε νοτ χοµµονσ βυτ φρεε−φορ−αλλσ. Τηε ε⇑εχτσ οφ δισµαντλινγ τηε χοµ− µονσ το πρεϖεντ Ηαρδιν∏σ πρεσυµεδ τραγεδψ χαν σχαρχελψ βε οϖερστατεδ. Ωηιλε τηειρ ιµπαχτ ηασ βεεν φελτ βψ τρα− διτιοναλ πεοπλεσ τηρουγηουτ τηε λεσσ δεϖελοπεδ ωορλδ, νο γρουπ ηασ συ⇑ερεδ µορε τηαν τηοσε σινγλεδ ουτ βψ ηισ πα− περ: τηε τραδιτιοναλ ηερδερσ οφ ανιµαλσ, ορ παστοραλιστσ. Ιν Κενψα, τηε Μασαι ηαϖε βεεν χαϕολεδ ιντο πριϖατιζινγ τηειρ χοµµονσ: ιν σοµε παρτσ, εϖερψ φαµιλψ νοω οωνσ α σµαλλ ρανχη. Τηισ ηασ υν− δερχυτ τηε ϖερψ βασισ οφ τηειρ συρϖιϖαλ. Ιν τηε ϖαριεδ ανδ χηανγεαβλε σαϖαν− νασ, τηε ονλψ ωαψ α ηερδερ χαν συρϖιϖε ισ βψ µοϖινγ. Τηε Μασαι φολλοωεδ τηε ραιν αχροσσ τηειρ λανδσ, λεαϖινγ αν αρεα βεφορε ιτσ ρεσουρχεσ ωερε εξηαυστεδ ανδ ρετυρνινγ ονλψ ωηεν ιτ ρεχοϖερεδ. Νοω, χον⇒νεδ το α σινγλε πλοτ, τηεψ ηαϖε νο αλτερνατιϖε βυτ το γραζε ιτ υντιλ δρουγητ ορ οϖερυσε βρινγσ τηε ϖεγετατιον το αν ενδ. Ωηεν τηειρ ηερδσ διε, εντρεπρε− νευρσ µοϖε ιν, βυψ υπ τηειρ λανδσ φορ α σονγ ανδ ειτηερ πλοω τηεµ φορ ωηεατ ανδ βαρλεψ, εξηαυστινγ τηε σοιλ ωιτηιν α φεω ψεαρσ, ορ υσε τηεµ ασ χολλατεραλ φορ σεχυρινγ βυσινεσσ λοανσ. Αρουνδ τηε ωορλδ, χηανγεσ ιν τηε οωνερσηιπ οφ λανδ λιε ατ τηε ηεαρτ οφ ουρ ενϖιρονµενταλ χρισισ. Τραδιτιοναλ ρυραλ χοµµυνιτιεσ υσε τηειρ χοµµονσ το συππλψ µοστ οφ τηειρ νεεδσ. Το κεεπ τηεµσελϖεσ αλιϖε, τηεψ ηαϖε το µαινταιν α διϖερσιτψ οφ ηαβιτατσ, ανδ ωιτηιν τηεσε ηαβιτατσ τηεψ νεεδ το προτεχτ α ωιδε ρανγε οφ σπεχιεσ. Βυτ ωηεν τηε χοµ− µονσ αρε πριϖατιζεδ, τηεψ πασσ ιντο τηε ηανδσ οφ πεοπλε ωηοσε πριοριτψ ισ το µακε µονεψ. Τηε µοστ ε⇔χιεντ µεανσ οφ µακινγ ιτ ισ το σελεχτ τηε µοστ προφ− ιταβλε προδυχτ ανδ χονχεντρατε ον προ− δυχινγ τηατ. Ασ τηε λανδ ισ νο λονγερ τηε σολε µεανσ οφ συρϖιϖαλ βυτ αν ιν− ϖεστµεντ τηατ χαν βε εξχηανγεδ, τηε νεω οωνερσ χαν, ιφ νεχεσσαρψ, οϖερεξ− πλοιτ ιτ ανδ ρεινϖεστ ελσεωηερε. Τηε διϖερσε ενϖιρονµεντσ προτεχτεδ βψ τηε χοµµονερσ αρε ρεπλαχεδ ωιτη υνιφορµ ⇒ελδσ οφ γραιν ορ λιϖεστοχκ. Τηε δισπλαχεδ πεοπλε µοϖε ειτηερ το τηε οϖερλοαδεδ χιτιεσ ορ ιντο νεω ηαβιτατσ, βεχοµινγ ποορερ ασ τηεψ γο, τηρεατεν− ινγ τηε πλαχεσ τηεψ µοϖε το, σοµετιµεσ δισποσσεσσινγ οτηερ χοµµονερσ ιν τυρν. Φορ ηυµαν βεινγσ, ασ φορ τηε βιο− σπηερε, τηε τραγεδψ οφ τηε χοµµονσ ισ νοτ τηε τραγεδψ οφ τηειρ εξιστενχε βυτ τηε τραγεδψ οφ τηειρ δισαππεαρανχε. ΓΕΟΡΓΕ ΜΟΝΒΙΟΤ ισ α ςισιτινγ Φελλοω ατ Γρεεν Χολλεγε, Οξφορδ Υνιϖερσιτψ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 159
© Copyright 2024 Paperzz
![PathoDxtra EN Extraction Reagents [EL]](http://s3.paperzz.com/store/data/005197268_1-df17f7f75aac79943f4a19223c5a9735-250x500.png)
