ϑΥΛΨ 1994 ∃3.95 Ηοω χανχερσ δεφεατ δρυγ τηεραπψ. Ρε−χρεατινγ τηε οριγιν οφ λιφε. Χαν σχιενχε στυδψ χονσχιουσνεσσ? Τηε µοον ωασ βορν ωηεν α Μαρσ−σιζε πλανετοιδ χολλιδεδ ωιτη τηε ψουνγ εαρτη. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ϑυλψ 1994 30 ςολυµε 271 Νυµβερ 1 Αγριχυλτυρε φορ ∆εϖελοπινγ Νατιονσ Φρανχεσχα Βραψ Ασ τηε ωορλδ∏σ ποπυλατιον χλιµβεδ το 5.7 βιλλιον, ιτ φεδ ον ηιγη−ψιελδ χροπσ ραισεδ τηρουγη τηε λαϖιση υσε οφ ιρριγατιον ανδ φερτιλιζερσ. Α σοχιαλλψ ανδ ενϖιρονµενταλλψ κινδερ ρεχιπε εξιστσ. ∆εϖελοπινγ νατιονσ σηουλδ χονσιδερ εξπανδινγ χυρρεντ αγριχυλ− τυραλ πραχτιχεσ, ωηιλε πρεσερϖινγ τηειρ εσταβλισηεδ χυλτυραλ ανδ εχονοµιχ παττερνσ. Ασιαν ριχε εχονοµιεσ σερϖε ασ α στρονγ µοδελ φορ τηε στρατεγψ. 40 Τηε Σχιεντι⇒χ Λεγαχψ οφ Απολλο Γ. ϑε⇑ρεψ Ταψλορ Α θυαρτερ οφ α χεντυρψ αγο τηε φιρστ ηυµαν σετ φοοτ ον τηε µοον. Τηε γεολογιχ εϖ− ιδενχε τηε Απολλο µισσιονσ βρουγητ βαχκ ορ χαπτυρεδ τηρουγη σεισµογραπησ ανδ οτηερ ινστρυµεντσ ηασ πρεχιπιτατεδ α χοµπλετε ρεχονστρυχτιον οφ ουρ ϖιεω οφ λυναρ ηιστορψ ανδ τηε εαρτη∏σ εϖολυτιον ασ ωελλ. Τηε µοστ σταρτλινγ δεϖελοπµεντ : τηε µοον ωασ προβαβλψ βορν ιν α χολλισιον βετωεεν τηε εαρτη ανδ α Μαρσ−σιζε βοδψ. 48 + – 58 – + Σψντηετιχ Σελφ−Ρεπλιχατινγ Μολεχυλεσ ϑυλιυσ Ρεβεκ, ϑρ. Ηοω διδ λιφε βεγιν? Ονε τηεορψ ηολδσ τηατ ιτ αροσε φροµ χηεµιστριεσ ωηοσε µολε− χυλεσ χουλδ σψντηεσιζε χοπιεσ οφ τηεµσελϖεσ, βυτ νοτ περφεχτ χοπιεσ. (Σοµε µαργιν οφ χρεατιϖε ερρορ ισ νεεδεδ το προδυχε ϖαριαντ τψπεσ.) Το τεστ τηεσε ιδεασ, οργανιχ µολεχυλεσ τηατ εξηιβιτ συχη προπερτιεσ ηαϖε βεεν ινϖεντεδ ανδ ασσεµβλεδ, πιεχε βψ πιεχε. ∆ι⇑ερεντ κινδσ εϖεν ϖιε ωιτη ονε ανοτηερ φορ µατεριαλ. Βαρριερσ το ∆ρυγ ∆ελιϖερψ ιν Σολιδ Τυµορσ Ρακεση Κ. ϑαιν Ωηψ δο µανψ σολιδ χανχερσ ρεσιστ δρυγ τηεραπψ? Μυχη οφ τηε ανσωερ λιεσ ιν τηε χρανκψ ανατοµψ οφ τηε τυµορσ. Βλοοδ ϖεσσελσ τηατ βρινγ τηεραπευτιχ αγεντσ ιντο τυ− µορσ δο νοτ περµεατε αλλ παρτσ οφ τηε γροωτησ, ανδ αβνορµαλλψ φορµεδ ϖεσσελσ χαν ιµπεδε δρυγ πασσαγε. Ελεϖατεδ πρεσσυρε ιν τηε τυµορ ιντεριορ χαν αλσο πρεϖεντ αγεντσ φροµ λεαϖινγ τηε χιρχυλατιον ανδ σπρεαδινγ το µαλιγναντ χελλσ. 66 Μανατεεσ Τηοµασ ϑ. Ο∏Σηεα Τηεσε γιαντ, γεντλε αθυατιχ µαµµαλσ εϖολϖεδ φροµ τηε σαµε στοχκ τηατ γαϖε ρισε το ελεπηαντσ ανδ ααρδϖαρκσ. Χλοακεδ ιν µψτηολογιχαλ ανδ ρελιγιουσ βελιεφ, τηεψ ηαϖε σερϖεδ ηυµανσ ασ α σουρχε οφ ποετιχ ινσπιρατιον, φοοδ ανδ µατεριαλ. Νοω ηυντινγ, δεστρυχτιον οφ τηε µανατεε∏σ σεµιτροπιχαλ ηαβιτατ, ανδ δεχιµατιον βψ ενχουντερσ ωιτη σπεεδβοατσ ηαϖε πυτ τηεσε λανγυιδ µαµµοτησ ιν δανγερ οφ εξτινχτιον. 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. 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. Canada Post International Publications Mail (Canadian Distribution) Sales Agreement No. 242764. 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. 74 ϑεαν Ηενρι Φαβρε Γεοργεσ Παστευρ ∆υρινγ τηε 19τη χεντυρψ, ηισ µετιχυλουσ οβσερϖατιονσ οφ ινσεχτ λιφε ηελπεδ το τυρν τηε στυδψ οφ ανιµαλ βεηαϖιορ ιντο αν εξπεριµενταλ σχιενχε. Ονε Φαβρε δισχοϖερψ µαψ εϖεν ηαϖε τρυµπεδ χοντεµποραρψ ρεσεαρχηερσ. Ψετ τηε νατυραλιστ, ωηο χορρε− σπονδεδ ωιτη Χηαρλεσ ∆αρωιν, διδ νοτ αχχεπτ τηε Ενγλισηµαν∏σ τηεορψ οφ εϖολυτιον. 82 Λατε Ιχε Αγε Ηυντινγ Τεχηνολογψ Ηειδι Κνεχητ Τηε σπεαρποιντσ φασηιονεδ βψ τηε ⇒ρστ µεµβερσ οφ ουρ σπεχιεσ σηοω α σοπηιστιχατ− εδ γρασπ οφ µατεριαλσ σχιενχε. Τηε χραφτσµεν κνεω τηε στρενγτησ ανδ ωεακνεσσεσ οφ τηε βονψ στυ⇑ τηεψ ωορκεδ. Ανδ τηεψ διδ νοτ λεαϖε ωελλ ενουγη αλονε. Τηε Χρο− Μαγνον αρτισανσ χοντινυαλλψ σουγητ γρεατερ ε⇔χιενχψ ανδ δυραβιλιτψ. 88 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΝΕΥΡΟΣΧΙΕΝΧΕ Χαν Σχιενχε Εξπλαιν Χονσχιουσνεσσ? ϑοην Ηοργαν, σενιορ ωριτερ Ασ νευροβιολογιστσ λεαρν ηοω τηε µινδ αρισεσ φροµ τηε βραιν, τηε υλτιµατε πριζε ηασ χοµε ιντο ϖιεω: τηε ποσσιβιλιτψ οφ α χοµπλετε βιολογιχαλ υνδερστανδινγ οφ χον− σχιουσνεσσ ιτσελφ. Ινεϖιταβλψ, σοµε τηεοριστσ, µοστλψ φροµ οτηερ δισχιπλινεσ, ηαϖε νοτ βοτηερεδ το ωαιτ φορ τηε εϖιδενχε βεφορε προπουνδινγ σοµε ϖερψ οδδ ιδεασ. Οτηερ πλαψερσ αρε ασσερτινγ τηατ τηε µινδ λιεσ βεψονδ βιολογψ∏σ ρεαχη. ∆ΕΠΑΡΤΜΕΝΤΣ 14 Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν Τοππινγ ουτ τηε Στανδαρδ Μοδελ ... . Χανχερ∏σ ιµµορταλιτψ ενζψµε.... Μαν− αγεδ χαρε, 14τη−χεντυρψ−στψλε.... Χηερ− νοβψλ ηεατσ υπ.... Ινστιτυτιοναλιζινγ ϖιολενχε.... Ηοτ χοδε.... Μισσιον το Εαρτη.... ΠΡΟΦΙΛΕ: Ελλεν Φυττερ∏σ σπελλ φορ ολδ βονεσ. 96 Σχιενχε ανδ Βυσινεσσ Ηασ ελεχτρονιχσ ηιτ τηε ωαλλ?... Φροµ Μ.Ι.Τ. το τηε Σοξ: α τεχηιε βατ.... ΑΙ∆Σ τεστ φορ τηε ηοµε.... Βιγ Γρεεν.... Ροαχη ωαρσ.... Βλυε λασερ συχχεσσ.... ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ: Ρετιρε− µεντ ρισκσ αρε σηιφτινγ φροµ εµπλοψερ το ωορκερ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. 10 Λεττερσ το τηε Εδιτορσ Νονλετηαλ ιννυενδο.... Πατεντινγ πριϖαχψ.... Ρατιοναλ αλτρυισµ. 12 50 ανδ 100 Ψεαρσ Αγο 1944: ∆∆Τ ιν ωαρ ανδ πεαχε. 1894: Ινσταντανεουσ ιρριγατιον. 104 Ματηεµατιχαλ Ρεχρεατιονσ Ισ τηε Τηεορψ οφ Εϖερψτηινγ αντψ−ιντυιτιϖε? 108 Βοοκ Ρεϖιεωσ Τηε σχιεντι⇒χ τραϖελερ.... Ταλεσ οφ χηανχε.... ςενυσ υνροβεδ. 112 Εσσαψ : Ροβερτ ΜχΧ. Αδαµσ Ηιστορψ ασ φραχταλσ: τηε χοµπλεξιτιεσ οφ χιϖιλιζατιον. 5 ΤΗΕ ΧΟςΕΡ παιντινγ δεπιχτσ τηε προχεσσ τηατ προβαβλψ χρεατεδ τηε µοον: α µονυµενταλ ιµπαχτ. Α µασσιϖε προϕεχτιλε, περηαπσ ασ λαργε ασ Μαρσ, χρασηεδ ιντο α ψουνγ εαρτη 4.5 βιλ− λιον ψεαρσ αγο. Τηε δυστ ανδ µολτεν δεβρισ σπεωεδ ιντο ορβιτ εϖεντυαλλψ αχχρετεδ το φορµ τηε µοον. Τηε βλοω ισ αλσο τηουγητ το ηαϖε σπεδ υπ τηε εαρτη∏σ ροτατιον το ιτσ χυρρεντ περιοδ. Τηε γιαντ ιµπαχτ ηψποτηεσισ ισ ϕυστ ονε οφ σεϖεραλ ιδεασ αβουτ τηε µοον ανδ τηε εαρτη τηατ εµεργεδ αφτερ τηε ⇒ρστ λυναρ λανδ− ινγ 25 ψεαρσ αγο (σεε Τηε Σχιεντι⇒χ Λεγαχψ οφ Απολλο, βψ Γ. ϑε⇑ρεψ Ταψλορ, παγε 40). ΤΗΕ ΙΛΛΥΣΤΡΑΤΙΟΝΣ Σουρχε Παγε Σουρχε 31 Φρανχεσχα Βραψ 70 Ιαν Ωορπολε 32 Παυλ ϑ. Βυκλαρεωιχζ 71 33 ϑοανιε Ποπεο ϑε⇑ Φοοττ (τοπ ), Ροβερτο Οστι (βοττοµ ) 34∠35 ϑοανιε Ποπεο (δραωινγσ ) 72 Τηοµασ ϑ. Ο∏Σηεα (λεφτ ), Ιαν Ωορπολε (ριγητ ) 36 ϑοηννψ ϑοηνσον 74 37 Ηιροϕι Μοτοωακα/ Νατυρε Προδυχτιον Χουρτεσψ οφ Λ∏Ηαρµασ δε Φαβρε, Νατιοναλ Μυσευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ, Φρανχε 40∠41 Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον 42∠43 Τοµο Ναρασηιµα 44 ΝΑΣΑ (λεφτ ), Γ. ϑε⇑ρεψ Ταψλορ (ριγητ ) 45∠46 ΝΑΣΑ 47 Τοµο Ναρασηιµα (δραωινγσ ) 48∠49 75 Χουρτεσψ οφ Γεοργεσ Παστευρ 76 Χατηψ Τρυχ, ΧΝΡΣ, Μαρσειλλεσ (πηοτογραπησ), Πατριχια ϑ. Ωψννε (δραωινγσ ) 77 Ρ. Χουτιν (πηοτογραπη), Ρεν Αντοινε Φ. δε Ραυµυρ, χουρτεσψ οφ Μιχηελ Εµεριτ (δραωινγσ ) ϑαχκ Ηαρρισ/ςισυαλ Λογιχ 78 Πατριχια ϑ. Ωψννε 50∠53 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ 79 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ 55 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ (τοπ ), Μ. Χ. Εσχηερ, χουρτεσψ οφ Χορδον Αρτ Β.ς. (βοττοµ ) 80 Ε. Ρ. ∆εγγινγερ/ Βρυχε Χολεµαν, Ινχ. 59 ∆ανα Βυρνσ−Πιζερ 60 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ (δραωινγσ ), Μαρχοσ Ινταγλιεττα (πηοτογραπησ ) 61 ϑοαννε Ρ. Λεσσ ανδ Μιτχηελλ Χ. Ποσνερ (τοπ ανδ βοττοµ ) 62 Λαωρενχε ϑ. Νυγεντ 63 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ 64 ∆ανα Βυρνσ−Πιζερ 65 Φαν Ψυαν 67 Ροβερτο Οστι 68 Φροµ Ηιστορψ οφ τηε Ινδιεσ, βψ Φερννδεζ δε Οϖιεδο ( Σεϖιλλε, 1535) 69 Ροβερτο Οστι 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 ; Κριστιν Λευτ− ωψλερ; Πηιλιπ Μορρισον , Βοοκ Εδιτορ; Μαδηυσρεε Μυκερϕεε; Χορεψ Σ. Ποωελλ ; 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⇑ Χοϖερ παιντινγ βψ Αλφρεδ Τ. Καµαϕιαν Παγε ♦ ΠΡΟ∆ΥΧΤΙΟΝ: Ριχηαρδ Σασσο, ςιχε Πρεσιδεντ, Προδυχτιον ; Ωιλλιαµ Σηερµαν, Προδυχτιον Μαν− αγερ ; Μαναγερσ: Χαρολ Αλβερτ, Πριντ Προδυχτιον ; ϑανετ Χερµακ , Μακευπ & Θυαλιτψ Χοντρολ ; Τανψα ∆εΣιλϖα , Πρεπρεσσ; Χαρολ Ηανσεν , Χοµπο− σιτιον ; Μαδελψν Κεψεσ, Σψστεµσ; Εριχ Μαρθυαρδ, Σπεχιαλ Προϕεχτσ; Αδ Τρα⇔χ: Χαρλ Χηερεβιν; Κελλψ Ανν Μερχαδο 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 ; Ρανδψ ϑαµεσ, Ελιζαβετη Ρψαν. ΧΗΙΧΑΓΟ: 333 Ν. Μιχηιγαν Αϖε., Χηιχαγο, ΙΛ 60601; Πατ− ριχκ Βαχηλερ, Αδϖερτισινγ 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 Μοντ− γοµερψ Στ., Συιτε 724, Σαν Φρανχισχο, ΧΑ 94104; Λιαννε Βλοοµερ. ΧΑΝΑ∆Α: Φενν Χοµπανψ, Ινχ. ∆ΑΛΛΑΣ: Γρι⇔τη Γρουπ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓ ΣΕΡςΙΧΕΣ: Λαυρα Σαλαντ, Μαρκετινγ ∆ιρεχτορ ; ∆ιανε Σχηυβε, Προµοτιον Μαναγερ ; Νανχψ Μονγελλι, Ασσισταντ Μαρκετινγ 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. 82∠83 Πηιλιππε Μορελ 84 Πατριχια ϑ. Ωψννε (δραωινγ), Ηειδι Κνεχητ (πηοτογραπησ) 85∠86 Ηειδι Κνεχητ 87 Μυσε δε λ∏Ηοµµε, Παρισ 88∠89 ϑαµεσ Αρονοϖσκψ 90 ϑασον Γολτζ 91 ϑεσσιχα Βοψαττ 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ, ΝΨ 10017−1111 (212) 754−0550 92 Ωαλτερ ϑ. Φρεεµαν, Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Βερκελεψ ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΑΝ∆ ΧΗΙΕΦ ΕΞΕΧΥΤΙςΕ ΟΦΦΙΧΕΡ: ϑοην ϑ. Ηανλεψ 93 Ν. Ηιροκαωα, Ωιλεψ− Λισσ, ♥ 1991 94 ϑονατηαν Ρ. Ρεηγ ΧΟΡΠΟΡΑΤΕ ΟΦΦΙΧΕΡΣ: Πρεσιδεντ, ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ.; Χηιεφ Φινανχιαλ Ο⇔χερ, Ρ . ςινχεντ Βαργερ ; ςιχε Πρεσιδεντσ, Ροβερτ Λ. Βιεωεν, ϑονατηαν Πιελ 104∠107 Πατριχια ϑ. Ωψννε ∆ΙΡΕΧΤΟΡ, ΕΛΕΧΤΡΟΝΙΧ ΠΥΒΛΙΣΗΙΝΓ: Μαρτιν Παυλ Α∆ΜΙΝΙΣΤΡΑΤΙΟΝ: ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ., Πυβλισηερ; Μαριε Μ . Βεαυµοντε, Γενεραλ Μαναγερ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ΙΝΧ. ΧΟ−ΧΗΑΙΡΜΑΝ: ∆ρ. Πιερρε Γερχκενσ ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΕΜΕΡΙΤΥΣ: Γεραρδ Πιελ 8 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΠΡΙΝΤΕ∆ ΙΝ Υ.Σ. Α. ΛΕΤΤΕΡΣ ΤΟ ΤΗΕ Ε∆ΙΤΟΡΣ Πσψχηιχσ ανδ Ωεαπονσ Ιν Βανγ! Ψου∏ρε Αλιϖε [Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Απριλ], ον ρεσεαρχη ιντο νονλετηαλ ωεαπ− ονρψ, ωριτερ ϑοην Ηοργαν αδδρεσσεδ µψ ιντερεστ ιν τηε παρανορµαλ. Ι αµ α µεµβερ οφ τηε Σοχιετψ φορ Σχιεντι⇒χ Εξ− πλορατιον ανδ δο ενδορσε τηε ριγορουσ σχιεντι⇒χ στυδψ οφ ϖαριουσ ανοµαλουσ πηενοµενα. Μψ περσοναλ ανδ προφεσ− σιοναλ ιντερεστσ ιν συχη τοπιχσ ηαϖε ιν− χλυδεδ ινϖολϖεµεντ ιν στυδιεσ βψ τηε Νατιοναλ Ρεσεαρχη Χουνχιλ ανδ οτηερ γοϖερνµενταλ σχιεντι⇒χ βοδιεσ. Τηοσε ιντερεστσ, ηοωεϖερ, ηαϖε νοτη− ινγ το δο ωιτη µψ δεϖελοπµεντ οφ νον− λετηαλ τεχηνολογιεσ ανδ χονχεπτσ. Τηεψ δο νοτ ιν ανψ ωαψ χονστιτυτε παρτ οφ µψ ωορκ ατ Λοσ Αλαµοσ Νατιοναλ Λαβορατο− ρψ. Βελιεφ σψστεµσ, ωηετηερ ρελιγιουσ, πολιτιχαλ ορ οτηερωισε, σηουλδ νοτ βε ρε− πορτεδ ιν αρτιχλεσ ον σχιεντι⇒χ τοπιχσ. Σιµιλαρλψ, τηεψ ηαϖε νο βεαρινγ ον τηε ϖαλιδιτψ οφ νονλετηαλ ωεαπονσ. Τηε υρ− γεντ νεεδ το προϖιδε νεω οπτιονσ το µιλιταρψ ανδ λαω ενφορχεµεντ αγενχιεσ σηουλδ βε σελφ−εϖιδεντ. Ψουρ αρτιχλε ηασ δονε α δισσερϖιχε το ουρ νατιον. Ιννυενδο ανδ οβφυσχατιον δον∏τ βελονγ ιν σχιενχε. ϑΟΗΝ Β. ΑΛΕΞΑΝ∆ΕΡ Λοσ Αλαµοσ Νατιοναλ Λαβορατορψ Λοσ Αλαµοσ, Ν.Μ. Ηοργαν ρεπλιεσ: Τηε γοϖερνµεντ παψσ Αλεξανδερ το οϖερσεε α µυλτιµιλλιον−δολλαρ ρεσεαρχη προγραµ. Ηισ ιντερεστ ιν αλιεν αβδυχ− τιονσ ανδ παρανορµαλ πηενοµενα, αβουτ ωηιχη µοστ σχιεντιστσ αρε δεεπλψ σκεπτιχαλ, ραισεσ θυεστιονσ αβουτ ηισ ϕυδγµεντ ανδ ισ τηερεφορε α λεγιτιµατε παρτ οφ τηε στορψ. Πριϖιλεγεδ Χοµµυνιχατιονσ Ιν Ωιρε Πιρατεσ [ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙ− ΧΑΝ, Μαρχη], Παυλ Ωαλλιχη ωριτεσ: Ωιτη− ιν τηε Υ.Σ., πατεντ ριγητσ το πυβλιχ−κεψ ενχρψπτιον αρε ϕεαλουσλψ γυαρδεδ βψ ΡΣΑ ∆ατα Σεχυριτψ . . . . Αλτηουγη σοφτ− ωαρε εµπλοψινγ πυβλιχ−κεψ αλγοριτηµσ ηασ βεεν ωιδελψ πυβλισηεδ, µοστ πεο− πλε ουτσιδε τηε γοϖερνµεντ χαννοτ υσε ιτ ωιτηουτ ρισκινγ αν ινφρινγεµεντ συιτ. Τηισ ισ ωρονγ ανδ ισ α µψτη περπετυ− ατεδ βψ τηοσε ωηο δον∏τ βοτηερ το χηεχκ τηειρ φαχτσ. ΡΣΑ ∆ατα Σεχυριτψ προϖιδεσ 10 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 νεχεσσαρψ πατεντ λιχενσεσ φορ πυβλιχ− κεψ τεχηνολογψ ατ ρεασοναβλε ρατεσ ανδ αχτιϖελψ προµοτεσ τηε ωιδεσπρεαδ υσε οφ πυβλιχ−κεψ τεχηνολογψ. Λιχενσεεσ ιν− χλυδε ΙΒΜ, ΑΤ&Τ, Μοτορολα, Μιχροσοφτ ανδ οτηερ χοµπανιεσ, λαργε ανδ σµαλλ. Μορεοϖερ, τηε τεχηνολογψ ισ αϖαιλαβλε ροψαλτψ φρεε φορ νονχοµµερχιαλ ανδ εδ− υχατιοναλ υσε. Μορε τηαν τηρεε µιλλιον ινσταλλεδ σοφτωαρε παχκαγεσ υτιλιζε ΡΣΑ; ιτ ισ φαρ ανδ αωαψ τηε µοστ ωιδελψ υσεδ πυβλιχ−κεψ χρψπτογραπηιχ τεχηνιθυε. Τηυσ, αλτηουγη ΡΣΑ ισ πατεντεδ, ιτ ισ γενεραλλψ αν εασψ µαττερ το οβταιν α ρελεϖαντ πατεντ λιχενσε. Ονλψ τηοσε ωηο αρε ιγνοραντ οφ τηε πατεντ ορ δισρεγαρδ ιτ ρυν ανψ αχτυαλ ρισκ. ϑΙΜ ΒΙ∆ΖΟΣ Πρεσιδεντ ΡΣΑ ∆ατα Σεχυριτψ, Ινχ. Ρεδωοοδ Χιτψ, Χαλιφ. Ωαλλιχη ρεπλιεσ: Ασ Βιδζοσ κνοωσ, τηε ωιδελψ πυβ− λισηεδ πυβλιχ−κεψ σοφτωαρε το ωηιχη τηατ πασσαγε ρεφερσ ισ ΠΓΠ, α φρεε προγραµ αϖαιλαβλε ωορλδωιδε το τενσ οφ µιλλιονσ οφ χοµπυτερ υσερσ. ΠΓΠ µακεσ υνλι− χενσεδ υσε οφ αλγοριτηµσ φορ ωηιχη ΡΣΑ ηολδσ Υ.Σ. πατεντσ. ( ςιαχρψπτ, α σµαλλ χοµπανψ τηατ ηαδ πρεϖιουσλψ πυρχηασεδ α γενεραλ λιχενσε φροµ ΡΣΑ, διστριβυτεσ α χοµµερχιαλ ϖερσιον οφ ΠΓΠ.) Αλτηουγη ΡΣΑ µακεσ σοµε οφ ιτσ σοφτωαρε αϖαιλ− αβλε ροψαλτψ φρεε φορ νονχοµµερχιαλ υσε ωιτηιν τηε Υ.Σ., υντιλ ρεχεντλψ τηε χοµπανψ βλοχκεδ ε⇑ορτσ το ινχορπο− ρατε τηατ σοφτωαρε ιντο τηε φρεε ϖερσιον οφ ΠΓΠ. Ον Μαψ 9 τηε Μασσαχηυσεττσ Ιν− στιτυτε οφ Τεχηνολογψ αννουνχεδ α Υ.Σ.− ονλψ, νονχοµµερχιαλ ϖερσιον οφ ΠΓΠ τηατ υσεσ ΡΣΑ−λιχενσεδ σοφτωαρε. Χονγρεσσ ανδ Αλτρυισµ Ιν τηε µιδδλε οφ Ναταλιε Σ. Γλανχε ανδ Βερναρδο Α. Ηυβερµαν∏σ Τηε ∆ψ− ναµιχσ οφ Σοχιαλ ∆ιλεµµασ [ΣΧΙΕΝΤΙΦ− ΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη], Ι σταρτεδ τηινκινγ αβουτ τερµ λιµιτσ ανδ τηε ε⇑εχτ τηεψ ωουλδ ηαϖε ον παρλιαµενταρψ χοµπρο− µισε. Ιφ χοοπερατιον ισ µοστ λικελψ ιν σµαλλ γρουπσ ωιτη λενγτηψ ιντεραχτιονσ, τηεν τερµ λιµιτσ ον Χονγρεσσ ανδ οτηερ λεγισλατυρεσ ωουλδ µακε ουρ αλρεαδψ φραχτιουσ πολιτιχσ εϖεν µορε ϖιτριολιχ. ∆ΑςΙ∆ ΟΛΣΟΝ Πρινχετον, Ν.ϑ. Ι βελιεϖε τηε αυτηορσ∏ χονχλυσιονσ αρε σεριουσλψ ⇓αωεδ, ιν παρτ βεχαυσε τηεψ δο νοτ φυλλψ τακε ιντο αχχουντ τηε εφ− φεχτσ οφ ιρρατιοναλ βεηαϖιορ ανδ αλτρυ− ισµ. Μανψ ηυµαν δεχισιονσ αρε βασεδ νοτ ον περχειϖεδ γοοδ το τηε ινδιϖιδυαλ βυτ ον περχειϖεδ γοοδ το οτηερσ, εϖεν ατ τηε εξπενσε οφ τηε ινδιϖιδυαλ δεχι− σιον µακερ. Μοστ ρελιγιονσ αχτιϖελψ εσ− πουσε συχη βεηαϖιορ, ανδ µοστ ινδιϖιδ− υαλσ ινχορπορατε σοµε δεγρεε οφ αλτρυ− ισµ ιντο τηειρ δεχισιονσ. Φαιλυρε το ινχορπορατε ιρρατιοναλιτψ, αλτρυισµ ανδ οτηερ ρελεϖαντ χυλτυραλ βι− ασεσ ιντο τηεσε σορτσ οφ χοµπυτερ µοδ− ελσ οφ ηυµαν βεηαϖιορ ρενδερσ τηοσε µοδελσ γροσσλψ ιναχχυρατε ανδ ηιγηλψ µισλεαδινγ. ΣΤΕΠΗΕΝ Χ. ΦΟΞ Νεω Ψορκ Χιτψ Γλανχε ανδ Ηυβερµαν ρεπλψ : Ωηεν αλτρυισµ ισ περϖασιϖε, χοοπερα− τιον ισ εασιλψ αχηιεϖεδ. Ωηεν ιρρατιοναλ− ιτψ ρειγνσ, ανψτηινγ χαν ηαππεν. Βυτ ουρ ρεσυλτσ ωιλλ στιλλ ηολδ ωηεν τηε ιν⇓υενχε οφ αλτρυισµ ισ νοτ δοµιναντ ιν α σοχιαλ γρουπ. Τηε νεεδ αλλ οϖερ τηε ωορλδ το ενφορχε ταξατιον ισ αν εξαµπλε οφ ηοω διλεµµασ περσιστ ιν αλλ χουντριεσ. Αλτρυισµ ανδ πιετψ χονφερ βενε⇒τσ ον ινδιϖιδυαλσ τηατ αρε νοτ θυαντι⇒αβλε ανδ περηαπσ νοτ εϖεν αχκνοωλεδγεδ ατ α χονσχιουσ λεϖελ βυτ αρε βενε⇒τσ νονε− τηελεσσ. Ρελιγιουσ βελιεφσ αλλοω α περσον το ηαϖε αν ιν⇒νιτε ηοριζον φορ φυτυρε ιντεραχτιονσ, βεχαυσε ηε ορ σηε εξπεχτσ βενε⇒τσ το χοντινυε ετερναλλψ. Ωιτηιν τηισ φραµεωορκ, α ρελιγιουσ ινδιϖιδυαλ ισ βεηαϖινγ ρατιοναλλψ. Λεττερσ σελεχτεδ φορ πυβλιχατιον µαψ βε εδιτεδ φορ λενγτη ανδ χλαριτψ. Υνσο− λιχιτεδ µανυσχριπτσ ανδ χορρεσπονδενχε ωιλλ νοτ βε ρετυρνεδ ορ αχκνοωλεδγεδ υνλεσσ αχχοµπανιεδ βψ α σταµπεδ, σελφ− αδδρεσσεδ ενϖελοπε. ΕΡΡΑΤΥΜ Τηε σπεχιαλ ισσυε οφ Σχιεντι⇒χ Αµερι− χαν εντιτλεδ Ανχιεντ Χιτιεσ, πυβλισηεδ ιν Απριλ, µισστατεδ τηε χηρονολογψ οφ τηε πρε−Χολυµβιαν χιτψ οφ Τεοτιηυαχν, ιν ωηατ ισ νοω Μεξιχο. Τηε χιτψ ωασ φουνδεδ ιν τηε ⇒ρστ χεντυρψ Β.Χ. ανδ δεχλινεδ το ινσιγνι⇒χανχε αφτερ Α.∆. 750, χεντυριεσ βεφορε τηε περιοδ οφ Αζτεχ δοµινανχε ιν τηε 14τη τηρουγη 16τη χεντυριεσ Α.∆. Copyright 1994 Scientific American, Inc. 50 ΑΝ∆ 100 ΨΕΑΡΣ ΑΓΟ ϑΥΛΨ 1944 Τηε µοστ δισχυσσεδ οφ τηε νεω ιν− σεχτιχιδεσ ισ διχηλορο−διπηενψλ−τριχηλο− ροετηανε, σηορτενεδ το ∆∆Τ βυτ αλσο χαλλεδ Γεσαρολ. Τηισ χοµπουνδ ηασ ρε− µαρκαβλε ποωερ το κιλλ ινσεχτσ, παρτιχυ− λαρλψ βοδψ λιχε∇τηε χοοτιεσ∏ οφ Ωορλδ Ωαρ Ι. Πρεϖαλενχε οφ τψπηυσ, χαρριεδ βψ βοδψ λιχε, ιν τηε Μεδιτερρανεαν τηεατερ οφ τηισ ωαρ ηασ εµπηασιζεδ ιτσ ϖαλυε. ∆∆Τ∏σ ε⇑εχτιϖενεσσ ιν ωαρ µαψ ωελλ βε οϖερσηαδοωεδ βψ ιτσ ϖαλυε ιν πεαχε. Παινστακινγ ινϖεστιγατιονσ ηαϖε σηοων ιτ το βε σιγναλλψ ε⇑εχτιϖε αγαινστ µανψ οφ τηε µοστ δεστρυχτιϖε ινσεχτσ τηατ φεεδ υπον χροπσ. Ιν µανψ ωαρ πλαντσ, ωορκερσ µαψ βε σεεν ταππινγ οβϕεχτσ, ονε αφτερ ανοτηερ, ιν φροντ οφ α µιχροπηονε. Λιττλε ορ νο σουνδ χαν βε ηεαρδ βψ ηυµαν εαρσ, ψετ εϖερψ νοω ανδ τηεν α λιγητ ⇓ασηεσ ανδ τηε οπερατορ τοσσεσ α πιεχε ασιδε ασ δε− φεχτιϖε. Τηισ ισ ϕυστ ονε οφ σεϖεραλ νεω τεχηνιθυεσ ωηιχη υτιλιζεσ συπερσονιχ φρεθυενχιεσ φορ ινσπεχτιον πυρποσεσ ιν ινδυστρψ. Χραχκσ, δι⇑ερενχεσ ιν ηαρδ− νεσσ, χηανγεσ ιν διµενσιονσ, ανδ ϖαρια− τιονσ ιν τηε χοµποσιτιον οφ µανψ µατε− ριαλσ χαν βε θυιχκλψ δετεχτεδ βψ τηισ µετηοδ. Συχχεσσ ιν ονε οφ τηε λονγεστ ανδ µοστ περσιστεντ σεαρχηεσ οφ χηεµιστσ ωασ ρεαλιζεδ ρεχεντλψ ωιτη τηε αννουνχε− µεντ οφ τηε σψντηεσισ οφ θυινινε βψ τωο Αµεριχαν χηεµιστσ, Ροβερτ Β. Ωοοδ− ωαρδ, οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ, ανδ Ωιλλιαµ Ε. ∆οερινγ, νοω οφ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ, χονσυλταντσ φορ τηε Πολαροιδ Χοµπανψ. Ονε οφ τηε εαρλψ αττεµπτσ το προδυχε τηισ ιµπορταντ αλκαλοιδ λεδ Σιρ Ωιλλιαµ Περκιν το προδυχε τηε ⇒ρστ σψντηετιχ δψε ιν 1856 ανδ τηυσ λαιδ τηε φουνδατιον οφ τηε µοδερν δψε ινδυστρψ. τηε Υνιτεδ Στατεσ, ανδ α βοψχοττ αιµεδ ατ τηε Πυλλµαν Χαρ Χοµπανψ τοοκ τηε φορµ οφ α ρεφυσαλ ον τηε παρτ οφ τηε Αµεριχαν Ραιλωαψ Υνιον το περµιτ ιτσ µεµβερσ το τακε α παρτ ιν ρυννινγ ανψ τραινσ τηατ ωερε µαδε υπ ιν ωηολε ορ ιν παρτ οφ Πυλλµαν−µαδε χαρσ. Ιν τηισ ωαψ, φροµ α χαυσε ινϖολϖινγ α φεω ηυνδρεδ ωορκµεν, τηε στρικε ηασ ασσυµεδ λαργε προπορτιονσ ανδ ηασ ⇒ναλλψ βεχοµε α χοντεστ βετωεεν τηε Υνιτεδ Στατεσ γοϖ− ερνµεντ ανδ τηε Αµεριχαν Ραιλωαψ Υνιον. Α Φρενχηµαν, Μ. Βερσιερ, ηασ δεϖισεδ α πλαν βψ ωηιχη τηε χοµπασσ περφορµσ τηε παρτ οφ τηε ηελµσµαν. Αν ελεχτριχ χυρρεντ ισ πλαχεδ το ωορκ ον τηε δεσιρεδ χουρσε, ανδ ωηεν τηε ϖεσσελ γετσ ο⇑ τηε χουρσε φορ ωηιχη τηε ελεχτριχαλ ινστρυ− µεντ ισ σετ, τηε χυρρεντ σταρτσ α µοτορ ιν ειτηερ διρεχτιον ανδ µοϖεσ τηε ρυδ− δερ υντιλ τηε ϖεσσελ ρετυρνσ το ηερ προπ− ερ χουρσε. ∆ρ. Τροιτζκι, ωριτινγ ιν τηε Ρυσσιαν µεδιχαλ περιοδιχαλ ςρατχη, στατεσ ηε ηασ φουνδ τηατ νεω ανδ υνχυτ βρεαδ χον− ταινσ νο µιχρο−οργανισµσ. Ασ σοον, ηοω− εϖερ, ασ βρεαδ ισ χυτ ανδ ισ αλλοωεδ το λιε αβουτ υνχοϖερεδ, ηαρµλεσσ ανδ αλσο πατηογενιχ µιχροβεσ ⇒νδ ιτ αν εξχελλεντ νυτριεντ µεδιυµ. Στρεπτοχοχχυσ πψο− γενεσ αυρευσ ρεταινσ ιτσ ϖιταλιτψ ον τηε χρυµβ οφ ωηεατµεαλ βρεαδ φορ τωεντψ− ειγητ το τηιρτψ−ονε δαψσ; τηε τψπηοιδ βαχιλλυσ ρεµαινσ αχτιϖε τωεντψ−⇒ϖε το τηιρτψ δαψσ; ωηιλε τηε βαχιλλυσ οφ χηολερα λιϖεσ τωεντψ−τηρεε το τωεντψ−⇒ϖε δαψσ. Ιν ηισ αδδρεσσ το τηε Χηαµβρε Σψν− διχαλε δεσ Προδυιτσ Χηιµιθυεσ, Μρ. Βερ− τηελον, τηε ιλλυστριουσ χηεµιστ, συγγεστ− εδ ασ α συβϕεχτ φορ τηε αττεντιον οφ τηε νεξτ γενερατιον οφ ενγινεερσ τηε συβ− στιτυτιον οφ τηε ηεατ οφ τηε συν ασ α σουρχε οφ ενεργψ φορ τηατ δεριϖεδ φροµ χοαλ. Τηε σινκινγ οφ α σηαφτ τηρεε ορ φουρ κιλοµετερσ δεεπ ισ νοτ βεψονδ τηε ποωερ οφ µοδερν ανδ εσπεχιαλλψ οφ φυ− τυρε ενγινεερινγ. Ατ συχη α δεπτη, ωατερ ωουλδ βε φουνδ ωιτη α τεµπερατυρε οφ 160 δεγρεεσ το 200 δεγρεεσ Χεντιγραδε, ωηιχη ωουλδ δεϖελοπ ενουγη ποωερ φορ ανψ νυµβερ οφ µαχηινεσ. Ιν ορδερ το πρεσερϖε α λαων ιν φρεση− νεσσ δυρινγ τηε παρχηινγ δαψσ οφ συµ− µερ τηε γρασσ µυστ βε ρεπεατεδλψ ωα− τερεδ. Α χοµµον µετηοδ ισ το ηαϖε α ηολλοω στανδαρδ προϖιδεδ ατ ιτσ τοπ ωιτη α ροταρψ περφορατεδ ηεαδ. Τηισ, ωηεν χοννεχτεδ ωιτη τηε ωατερ συππλψ οφ α ηοσε, τηροωσ α γεντλε ραιν οϖερ α χονσιδεραβλε σπαχε. Τηεν τηε στανδαρδ ισ µοϖεδ ιντο α νεω ποσιτιον, ανδ σο ον. Τηε οβϕεχτ οφ τηε πρεσεντ ινϖεντιον [σεε ιλλυστρατιον βελοω ] ισ το ε⇑εχτ τηε ινσταντανεουσ ιρριγατιον οφ εϖερψ παρτ οφ τηε λαων ωιτηουτ τηε ιντερποσιτιον οφ α σπεχιαλ αττενδαντ, συχη ιρριγατιον βε− ινγ ε⇑εχτεδ βψ σιµπλψ τυρνινγ τηε ωα− τερ φαυχετ, ωηιχη ανψ µεµβερ οφ α ηουσεηολδ µαψ δο. ϑΥΛΨ 1894 Τηε παπερσ οφ τηε εντιρε χουντρψ ηαϖε βεεν φυλλ οφ αχχουντσ οφ α γρεατ ραιλροαδ στρικε νοω ιν προγρεσσ. Ιτ σταρτ− εδ ιν χονσεθυενχε οφ αν αννουνχεµεντ µαδε βψ τηε Πυλλµαν Χαρ Χοµπανψ τηατ τηεψ χουλδ νοτ χοντινυε το ρυν τηειρ ωορκσ ωιτηουτ α ρεδυχτιον οφ ωαγεσ. Πυλλµαν χαρσ αρε ρυν ον ροαδσ αλλ οϖερ 12 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Φουνταιν πιπεσ φορ λαων ιρριγατιον Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΧΙΤΙΖΕΝ Ιµµορταλ∏σ Ενζψµε Βψ ρεβυιλδινγ τηειρ εροδινγ ∆ΝΑ, χανχερ χελλσ σταψ ψουνγ 14 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ROBERT K. MOYZIS Χ ανχερ χελλσ αρε λικε ∆οριαν Γραψ: ιντερναλλψ χορρυπτ ανδ δεστρυχ− τιϖε βυτ µιραχυλουσλψ βλεσσεδ ωιτη ετερναλ ϖιγορ. Ρεσεαρχηερσ ιν Χαλι− φορνια ανδ Ονταριο νοω βελιεϖε τηεψ ηαϖε ιδεντι⇒εδ τηε σεχρετ οφ τηατ µαλιγ− ναντ ιµµορταλιτψ. Ιτ αππεαρσ το βε αν ιµµορταλιζινγ ενζψµε αβσεντ φροµ µοστ νορµαλ τισσυεσ τηατ αλλοωσ τυµορ χελλσ το διϖιδε αδ ιν⇒νιτυµ. Χουντερ− αχτινγ τηατ ενζψµε µιγητ βε τηε κεψ το δεϖελοπινγ χοµπλετελψ νοϖελ τηεραπιεσ τηατ, υνλικε τηοσε αϖαιλαβλε τοδαψ, ωουλδ λεαϖε πατιεντσ λαργελψ υνσχατηεδ. Ι∏µ οπτιµιστιχ τηατ τηισ ρεπρεσεντσ α υνιθυε οππορτυνιτψ φορ ινηιβιτινγ χαν− χερ χελλσ, ρε⇓εχτσ Ηυβερ Ωαρνερ, α δεπ− υτψ ασσοχιατε διρεχτορ ατ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε ον Αγινγ. Ιµµορταλιτψ ισ τηε νορµ αµονγ τυ− µορ χελλσ ανδ σινγλε−χελλ οργανισµσ∇ χονδιτιονσ περµιττινγ, τηεψ ρεπροδυχε τηεµσελϖεσ φορεϖερ. Νορµαλ ηυµαν χελλσ, ηοωεϖερ, γενεραλλψ ηαϖε α ⇒νιτε λιφε εξπεχτανχψ. Τηεψ µαψ διϖιδε φορ α φεω δοζεν γενερατιονσ, βυτ τηεψ εϖεν− τυαλλψ στοπ ανδ διε. Μανψ χελλ βιολογιστσ συσπεχτ τηατ τηε εροσιον οφ στρυχτυρεσ χαλλεδ τελοµερεσ ισ το βλαµε. Τελοµερεσ αρε σπεχιαλιζεδ σεγµεντσ οφ ηιγηλψ ρεπετιτιϖε ∆ΝΑ φουνδ ατ τηε τιπσ οφ χηροµοσοµεσ. Τηεψ σεεµ το σταβιλιζε τηε ενδσ οφ τηε χηροµοσοµεσ ανδ πρεϖεντ τηεµ φροµ στιχκινγ τογετη− ερ ορ δεγενερατινγ. (Μολεχυλαρ βιολογιστσ αρε φονδ οφ χοµπαρινγ τελοµερεσ το τηε προτεχτιϖε πλαστιχ χαπσ ον σηοελαχεσ.) Βεχαυσε οφ α θυιρκ ιν τηε ρεπλιχατιϖε µαχηινερψ, ωηεν α στρανδ οφ ∆ΝΑ ισ δυπλιχατεδ δυρινγ µιτοσισ, α φεω συβ− υνιτσ ατ ονε ενδ αρε αλωαψσ λοστ. Ωιτη εαχη τιχκ οφ τηε µιτοτιχ χλοχκ, ανοτηερ πιεχε οφ τελοµερε ισ ωηιττλεδ αωαψ. Α περσον∏σ τελοµερεσ τηυσ σηρινκ ασ ηε ορ σηε αγεσ. Ινϖεστιγατορσ ηαϖε ηψποτηε− σιζεδ τηατ χελλσ λοσε τηειρ αβιλιτψ το δι− ϖιδε ωηεν τηε τελοµερεσ φαλλ βελοω σοµε χριτιχαλ λενγτη. Τυµορ χελλσ ανδ σινγλε−χελλ οργανισµσ αρε ιµµορταλ αππαρεντλψ βεχαυσε τηεψ χαν σταβιλιζε τηειρ τελοµερεσ. Ιν τηε µιδ− 1980σ ρεσεαρχηερσ σηοωεδ τηατ προτο− ζοανσ µακε αν ενζψµε, τελοµερασε, τηατ αδδσ νεω σεθυενχεσ το τηε τελοµερεσ ανδ πρεσερϖεσ τηειρ λενγτη. Ηυµαν χελλσ, ΤΕΛΟΜΕΡΕΣ (ψελλοω) ατ τηε ενδσ οφ χηροµοσοµεσ σηρινκ ασ ηυµαν χελλσ αγε ανδ δι− ϖιδε. Αν ενζψµε τηατ µαινταινσ τηε τελοµερεσ µαψ µακε τυµορ χελλσ ιµµορταλ. τοο, χαρρψ τηε γενε φορ τελοµερασε, βυτ µοστ οφ τηεµ δο νοτ εξπρεσσ ιτ αφτερ βιρτη. Τηε ονε χλεαρ εξχεπτιον ιν ηυ− µανσ ισ ιν τηε τεστισ, ωηιχη σεεµσ το υσε τελοµερασε το ρεβυιλδ τηε τελοµερεσ οφ σπερµ χελλσ. Εξπεριµεντσ ον ηυµαν χελλσ τρανσ− φορµεδ ιν χυλτυρε βψ τυµοριγενιχ ϖιρυσ− εσ συγγεστεδ τηατ τυµορσ αλσο ρελιεδ ον τελοµερασε. Τωο ψεαρσ αγο Χαλϖιν Β. Ηαρλεψ, νοω ατ Γερον Χορπορατιον ιν Μενλο Παρκ, Χαλιφ., ανδ Χαρολ Ω. Γρειδερ οφ Χολδ Σπρινγ Ηαρβορ Λαβορατορψ οβ− σερϖεδ τηατ τηε τρανσφορµεδ χελλσ γρεω υνχοντρολλαβλψ ανδ δισπλαψεδ οτηερ ηαλλ− µαρκσ οφ τυµορ χελλσ. Ονλψ α φεω οφ τηεσε αβνορµαλ χελλσ, ηοωεϖερ, εξηιβιτ− εδ τελοµερασε αχτιϖιτψ∇ανδ τηοσε ωερε τηε ονλψ χελλσ τηατ βεχαµε ιµµορταλ. Ηαρλεψ ανδ Σιλϖια Βαχχηεττι οφ ΜχΜασ− τερ Υνιϖερσιτψ ανδ τηειρ χολλεαγυεσ ηαϖε νοω ϖερι⇒εδ τηατ τηε χελλσ οφ ατ λεαστ ονε κινδ οφ χανχερ, οϖαριαν χαρχινοµα, δο εξπρεσσ α τελοµερασε. Εξτραχτσ οφ αβ− νορµαλ χελλσ τακεν φροµ χανχερ πατιεντσ σηοωεδ τελοµερασε αχτιϖιτψ, ωηερεασ εξτραχτσ φροµ νορµαλ χελλσ διδ νοτ. Τηε τελοµερεσ οφ τηε χανχερ χελλσ ωερε σηορτ− ερ τηαν τηοσε οφ νορµαλ χελλσ, βυτ τηεψ ωερε σταβλε∇α φαχτ χονσιστεντ ωιτη τηε ιδεα τηατ τηε µυτατιον αχτιϖατινγ τηε τελοµερασε οχχυρρεδ σοµετιµε αφτερ τηε µυτατιονσ τηατ ινιτιατεδ τηε τυµορι− γενιχ χηανγεσ. Αλλ τηε τραδιτιοναλ ονχογενεσ ανδ τυ− µορ συππρεσσορ γενεσ αρε ινϖολϖεδ ιν ασπεχτσ οφ γροωτη χοντρολ, βυτ τηεψ δον∏τ βψ τηεµσελϖεσ µακε χελλσ ιµµορ− ταλ, Ηαρλεψ σαψσ. Ωε∏ρε προποσινγ τηατ τηερε∏σ α νεω χατεγορψ οφ ιµµορταλιζ− ινγ ονχογενεσ ανδ τηατ τηε τελοµερασε γενε ισ ιτσ ονλψ µεµβερ. Βψ εξτενσιον, ηε αδδσ, τηε υνιδεντι⇒εδ γενε τηατ ρε− πρεσσεσ τελοµερασε αχτιϖιτψ ιν νορµαλ χελλσ ωουλδ θυαλιφψ ασ α νεω κινδ οφ τυ− µορ συππρεσσορ γενε. Ηαρλεψ∏σ ρεπορτ, πυβλισηεδ ιν τηε Προ− χεεδινγσ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ, χονχερνσ ονλψ οϖαριαν χανχερ. Ηε σαψσ ηισ γρουπ ηασ λοοκεδ φορ τελο− µερασε αχτιϖιτψ ιν α λαργε νυµβερ οφ οτηερ τυµορσ, ανδ ηε εξπεχτσ το ρεπορτ ον τηοσε ⇒νδινγσ σοον ασ ωελλ. Ιφ τελοµερασε ισ τηε ιµµορταλιζινγ ενζψµε ιν τυµορσ ανδ ψετ ισ µισσινγ φροµ µοστ νορµαλ χελλσ, ιτ ρεπρεσεντσ α Copyright 1994 Scientific American, Inc. ριπε ταργετ φορ α νεω κινδ οφ αντιχανχερ τρεατµεντ. Ηαρλεψ ανδ Γρειδερ τηινκ δρυγσ ινηιβιτινγ τηε αχτιϖιτψ οφ τελο− µερασε σηουλδ ροβ τυµορ χελλσ οφ τηειρ ιµµορταλιτψ. Τελοµερασε ινηιβιτορσ ωουλδ νοτ κιλλ τυµορ χελλσ, βυτ τηεψ ωουλδ αρρεστ τηε χελλσ∏ προλιφερατιον, ωηιχη µιγητ βοοστ τηε ε⇑εχτιϖενεσσ οφ οτηερ αντιχανχερ αγεντσ. Υνλικε χονϖεντιοναλ χηεµοτηεραπψ ανδ ραδιατιον τρεατµεντσ, ωηιχη δαµ− αγε αλλ τηε διϖιδινγ χελλσ ιν α πατιεντ∏σ βοδψ, ινηιβιτορσ σηουλδ ηαϖε φεω βαδ σιδε ε⇑εχτσ. Τηατ συπποσιτιον, ηοωεϖερ, στιλλ νεεδσ το βε εξαµινεδ χλοσελψ, Ωαρ− νερ ανδ οτηερσ νοτε. Τηε αβιλιτψ το προ− δυχε ηεαλτηψ σπερµ ωουλδ προβαβλψ βε ιµπαιρεδ, αλτηουγη τηατ ρισκ ισ αλρεαδψ χοµµον το χονϖεντιοναλ τηεραπιεσ. Ανοτηερ χονχερν ισ τηε ραρε βυτ ιµ− πορταντ στεµ χελλσ ιν τηε ιντεστιναλ λιν− ινγ, τηε βονε µαρροω ανδ οτηερ τισσυεσ τηατ µυστ φρεθυεντλψ ρεπλαχε τηεµ− σελϖεσ. Ιτ ισ ποσσιβλε τηατ τηε στεµ χελλσ, ωηιχη προδυχε τηε ρεπλαχεµεντ χελλσ βψ διϖιδινγ τηρουγηουτ α περσον∏σ λιφε− τιµε, µαψ αλσο νεεδ τελοµερασε. Τηε νεγατιϖε ασσαψσ φορ τελοµερασε αχτιϖιτψ ιν νορµαλ τισσυεσ µαψ ηαϖε µισσεδ τραχεσ ιν τηε στεµ χελλσ. Ιφ 99 περχεντ οφ τηε χελλσ δον∏τ ηαϖε τελοµερασε, ψου µιγητ νοτ σεε τηε 1 περχεντ τηατ δοεσ, Γρειδερ ρεµαρκσ. Μορε πρεχισε ασσαψσ ωιλλ βε ποσσιβλε ωηεν τηε τελοµερασε ενζψµε ισ ισολατ− εδ ανδ ιτσ γενε ισ χλονεδ∇ε⇑ορτσ ιν ωηιχη βοτη Γρειδερ ανδ Ηαρλεψ αρε νοω ενγαγεδ. Φορτυνατελψ, Ηαρλεψ σαψσ, τηε χυρρεντ βιοχηεµιχαλ ασσαψσ αρε γοοδ ενουγη φορ τεστινγ ποσσιβλε τελοµερασε ινηιβιτορσ. Γερον ισ νοω σχρεενινγ τηου− σανδσ οφ χοµπουνδσ φορ αντιτελοµερ− ασε αχτιϖιτψ. Ωιτη λυχκ, Ηαρλεψ τηινκσ, σοµε οφ τηε δρυγσ µιγητ βε ρεαδψ φορ χλινιχαλ τεστινγ ιν τωο ορ τηρεε ψεαρσ. Θυιτε απαρτ φροµ τηειρ ρελεϖανχε το χανχερ, στυδιεσ οφ τελοµερασε µιγητ αλσο χαρρψ α πρεµιυµ φορ πεοπλε ωορριεδ αβουτ ολδ αγε. Ιφ ψου τακε ηυµαν χελλσ ανδ πυτ τελοµερασε βαχκ ιντο τηεµ, χαν ψου λενγτηεν τελοµερεσ αγαιν? Γρειδερ ασκσ. Ιφ σο, χελλσ ιν τηε βοδψ χουλδ χον− χειϖαβλψ βε ρεϕυϖενατεδ, ωηιχη µιγητ φορεσταλλ αγινγ ορ σοµε οφ ιτσ ε⇑εχτσ. Σοµε γεροντολογιστσ δισπυτε τηατ ιδεα, αργυινγ τηατ αγε ισ νοτ σο εασιλψ τηωαρτ− εδ. Ασκ ∆οριαν. ∇ϑοην Ρεννιε Α ςισιτ το αν Εξοτιχ Πλανετ Τ budget scientific research. The Space Radar Laboratory represents the National Aeronautics and Space Administration’s literally down-to-earth approach. The $366-million suite of instruments employs radar signals to reveal such key environmental markers as the density of biomass, the amount of moisture in the soil and the quantity of water contained in snow covering. During the 11-day flight of Endeavor, the Space Radar Laboratory scanned about 12 percent of the earth’s landmass. Other targets included the volcanic features of the Galápagos Islands (opposite page, top ) and erosion formations around Death Valley in California (opposite page, bottom ). The radar images of Death Valley will clarify the effects of ancient climate shifts in that region. NASA plans to launch the laboratory again in August, to give scientists a chance to examine seasonal and humangenerated environmental changes. Evans hopes NASA will pony up the necessary funds (about $100 million) to transform the laboratory into a free-flying satellite. It would then take its place as a full-time companion to NASA’s multibillion-dollar Earth Observing System, the centerpiece of the agency’s “Mission to Planet Earth”—an ambitious scheme for using remote-sensing technology to monitor global change. The Space Radar Laboratory has also generated considerable interest among researchers looking outward to other worlds, because its radar system is similar to the one on board the Magellan spacecraft that has been mapping Venus. A number of planetary scientists, including Ellen R. Stofan of the Jet Propulsion Laboratory, are poring over images from the Endeavor flight to learn more about the environmental and geologic disparities between the earth and Venus, its wayward sister world. —Corey S. Powell JET PROPULSION LABORATORY/NASA his false-color radar image of Mount Pinatubo in the Philippines (below ) was made by the Space Radar Laboratory, which flew on the space shuttle Endeavor in April. Reddish-brown areas represent ash spewed from the volcano during its potent June 1991 eruption. Darker areas indicate the location of mudflows from the volcano. Distinguishing between mud and ash is extremely difficult from the ground, notes Diane L. Evans of the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., the project scientist for the Space Radar Laboratory. This image will help determine which areas around the volcano can be safely resettled and which ones may still undergo potentially lethal mudslides, she says. In the current era of fiscal austerity, American lawmakers and taxpayers alike are looking for practical results from big- 16 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Συπερηαχκ Φορτψ θυαδριλλιον ψεαρσ εαρλψ, α 129−διγιτ χοδε ισ βροκεν Ι JET PROPULSION LABORATORY/NASA ν Αυγυστ 1977 τηρεε προφεσσορσ φροµ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ δαρεδ Σχιεντι⇒χ Αµερι− χαν ρεαδερσ το δεχοδε α χιπηερ τηεψ πριντεδ ιν Μαρτιν Γαρδνερ∏σ Ματηε− µατιχαλ Γαµεσ χολυµν. Τηε νυµεριχαλ τεασερ ωασ ονε οφ τηε ⇒ρστ πυβλισηεδ εξ− αµπλεσ οφ τηειρ νεωλψ ινϖεντεδ ενχρψπ− τιον σψστεµ, χαλλεδ ΡΣΑ. Τηε τριο∇Ρον− αλδ Λ. Ριϖεστ, Αδι Σηαµιρ ανδ Λεοναρδ Μ. Αδλεµαν∇ο⇑ερεδ α ∃100 ρεωαρδ φορ τηε ρετυρν οφ α πλαιν−τεξτ σεντενχε, αν εϖεντ τηεψ πρεδιχτεδ µιγητ νοτ οχχυρ Copyright 1994 Scientific American, Inc. φορ σοµε 40 θυαδριλλιον ψεαρσ. Τηισ παστ Απριλ, Βελλ Χοµµυνιχατιονσ Ρεσεαρχη σχιεντιστ Αρϕεν Κ. Λενστρα, τηρεε χοµπυτ− ερ ηοββψιστσ ανδ οϖερ 600 ϖολυντεερσ φροµ τηε Ιντερνετ χλαιµεδ τηε χηεχκ εαρλψ, αφτερ ονλψ ειγητ µοντησ οφ ωορκ. Ιτ ωασ ινχονχειϖαβλε 17 ψεαρσ αγο τηατ τηισ χοδε χουλδ εϖερ βε βροκεν, Λενστρα σαψσ. Ινδεεδ, ΡΣΑ ισ χονσιδερεδ ονε οφ τηε µοστ σεχυρε χοµµερχιαλ εν− χρψπτιον µεασυρεσ αϖαιλαβλε. Το ενχοδε α µεσσαγε υσινγ ΡΣΑ, τηε τεξτ ισ χον− ϖερτεδ ιντο α νυµβερ, ωηιχη ισ τηεν ραισεδ το α χερταιν εξπονεντ; φροµ τηατ, α ⇒ξεδ, λαργε νυµβερ, ορ µοδυλυσ, ισ συβτραχτεδ ρεπεατεδλψ υντιλ τηε ρεσυλτ ισ σµαλλερ τηαν τηε µοδυλυσ ιτσελφ. Τηε υσερ χαν πυβλιση τηε εξπονεντ ανδ λαργε µοδυλυσ (χαλλεδ τηε πυβλιχ κεψσ) σο τηατ ανψονε χαν χρεατε α σεχρετ µεσσαγε ωιτη τηεµ. Το δετερµινε τηε ινϖερσε φυνχτιον ανδ ρεχοϖερ τηατ µεσσαγε, ηοωεϖερ, ρε− θυιρεσ κνοωλεδγε οφ τηοσε τωο πριµε νυµβερσ (τηοσε διϖισιβλε ονλψ βψ 1 ανδ τηεµσελϖεσ) τηατ ωηεν µυλτιπλιεδ ψιελδ τηε πυβλιχ κεψ. Αλτηουγη ιτ ισ τριϖιαλ το γενερατε προδυχτσ οφ λαργε, πριµε νυµ− βερσ, ιτ ισ ινορδινατελψ δι⇔χυλτ το φαχτορ τηεσε προδυχτσ. Ιν τηειρ Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν χηαλλενγε, Ριϖεστ, Σηαµιρ ανδ Αδλεµαν υσεδ ωηατ ατ τηε τιµε ωασ αν ινδοµιταβλε 129− διγιτ νυµβερ ασ τηειρ πυβλιχ µοδυλυσ, λατερ νιχκναµεδ ΡΣΑ−129. Τηατ Λενστρα ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαϖε χραχκεδ τηισ κεψ αττεστσ το τηε ρεµαρκαβλε στριδεσ µαδε οϖερ τηε παστ τωο δεχαδεσ βοτη ιν µατη− εµατιχσ ανδ ιν τηε αβιλιτψ το µαρσηαλ χοµπυτινγ ποωερ φροµ µαχηινεσ δισ− τριβυτεδ αρουνδ τηε γλοβε. Το βρεακ ΡΣΑ−129 ρεθυιρεδ σοµε 100 θυαδριλλιον χοµπυτερ ινστρυχτιονσ, περηαπσ ονε οφ τηε λαργεστ ανδ µοστ δι⇔χυλτ σινγλε χοµπυτατιονσ εϖερ περφορµεδ. Ιν ορδερ το ηαρνεσσ ενουγη χοµπυτ− ερ ποωερ, ωε νεεδεδ λοτσ οφ χοµπυτερσ ανδ λοτσ οφ πεοπλε, σαψσ Παυλ Λεψλανδ, α χοµπυτερ σψστεµσ µαναγερ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Οξφορδ, ωηο ηελπεδ το ινιτιατε τηε προϕεχτ. Τηε µατηεµατιχαλ ατταχκ τηε τεαµ υσεδ ισ χαλλεδ α µυλτι− πλε πολψνοµιαλ θυαδρατιχ σιεϖε, α τοολ τηατ εναβλεδ τηεµ το σπλιτ τηε ϕοβ ιντο µανψ σµαλλερ τασκσ. Εϖεντυαλλψ τηε αλ− γοριτηµ σιφτσ ουτ λικελψ φαχτορσ φορ λαργε νυµβερσ φροµ τηε µιλλιονσ οφ χανδι− δατεσ τηατ ιτ γενερατεσ. Λεψλανδ, ιν χονϕυνχτιον ωιτη ∆ερεκ Ατκινσ, α γραδυατε στυδεντ ατ Μ.Ι.Τ., ανδ Μιχηαελ Γρα⇑, αν υνδεργραδυατε στυδεντ ατ Ιοωα Στατε Υνιϖερσιτψ, χοορ− δινατεδ τηε ε⇑ορτσ οφ Ιντερνετ παρτιχι− παντσ ον ⇒ϖε χοντινεντσ, ωηο δονατεδ τιµε φροµ σοµε 1,600 χοµπυτερσ το χρεατε 8.2 µιλλιον πιεχεσ οφ δατα. Ατκινσ ϖερι⇒εδ ανδ στορεδ τηε χοντριβυτιονσ ιν α δαταβασε ατ Μ.Ι.Τ. ανδ τηεν σεντ τηε εντιρε χολλεχτιον το Λενστρα. Ιν τωο δαψσ α µασσιϖελψ παραλλελ συπερχοµπυτερ ατ Βελλχορε χηυρνεδ ουτ α 64−διγιτ φαχτορ ανδ α 65−διγιτ χοφαχτορ φορ ΡΣΑ−129. Ωηατ διδ τηε 1977 χιπηερ σαψ? ΤΗΕ ΜΑΓΙΧ ΩΟΡ∆Σ ΑΡΕ ΣΘΥΕΑΜΙΣΗ ΟΣΣΙ− ΦΡΑΓΕ. Ριϖεστ εξπλαινσ τηατ τηεψ χηοσε τηε ωορδσ ατ ρανδοµ. Ι δον∏τ κνοω τηατ ωε εϖερ εξπεχτεδ το σεε τηεµ ποπ υπ αγαιν, ηε αδδσ. Φορτυνατελψ, τηοσε ωηο υσε ΡΣΑ σοφτ− ωαρε (µορε τηαν τηρεε µιλλιον χοπιεσ ηαϖε βεεν σολδ) νεεδ νοτ βε σθυεαµιση αβουτ τηε προτεχτιον τηειρ σψστεµ ο⇑ερσ. Ασ ψετ, νο τρυλψ ε⇔χιεντ αλγοριτηµ φορ ρεχκονινγ πριµε φαχτορσ φροµ µασσιϖε χοµποσιτεσ ηασ βεεν φουνδ, αλτηουγη ονε µαψ σοµεδαψ εξιστ. Ιν τηε µεαν− τιµε, Λενστρα λικενσ υσινγ νυµβερ σιεϖε µετηοδσ το σεαρχηινγ φορ µιλλιονσ οφ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 17 Μαναγεδ Χαρε, Χιρχα 1300 Β LOREN C. MACKINNEY COLLECTION University of North Carolina at Chapel Hill ernat de Berriac, M.D., could have taught Hillary Clinton a lesson or two. In the early 1300s de Berriac received five to 20 sous a year from each of several dozen men of modest means from Castelló d’Empúries, a village in Catalonia. For this paltry sum, the youthful doctor agreed to treat these men and their wives, children and servants “for every illness that requires the art of medicine.” Dental coverage was not included (that was mostly the realm of the barber). But it probably should have been, since pulling teeth was one job the 14th-century health provider could handle. The advent of the medieval precursor to the managed care plan was documented in a history that won a prize for the best recent book from the American Association for the History of Medicine for Michael R. McVaugh, a historian at the University of North Carolina at Chapel Hill. In Medicine Before the Plague, published by Cambridge University Press, McVaugh shows how the discipline of medicine began to emerge as a formal profession. A major preoccupation of this era, not to mention the late 20th century, was who was covered and how a physician would get paid. Quality of care, too, was an issue. Many of these freshly minted products of the academy had not yet achieved the status that made them desirable marital quarry. Indeed, they had to distinguish themselves from society’s unlettered masses or even less educated practitioners. “In the first decades of the century,” McVaugh comments, “every physician would at the outset have had to convince his patients that he knew something they did not—what was wrong with them, and how it could be cured—and that they should concede him authority and power over them in treatment.” To lure patients, early practitioners entered into a contractual arrangement—in effect, a form of managed care. In the 14th century it was easy for special-interest groups to prevail. Royalty and the church got the best pickings. Count-kings paid a lifetime retainer, a violarium, to three or four physicians and surgeons, in addition to barbers and apothecaries. In exchange, these newly emerging medical professionals were on call at any time, at the dispatch of a real—not an electronic—page. Even in the 1300s, society worried about coverage for its less fortunate. Combing through old histories, contracts and wills, McVaugh found that physicians agreed to become service providers in what were inexpensive, prepaid health insurance plans. Many towns set up a post–Dark Ages version of a public health service by simply putting a doctor on the payroll. It was still more than half a millennium until the arrival of sulfa drugs and the AMA. But surgeons of the time knew how to cut. And preventive medicine, then as now, enjoyed a vogue. Witness the promises by the physician Abraham des Castlar when he agreed to serve Castelló d’Empúries in the year 1316: “I will look at and assess all the urines brought to me by the citizens, whom I will advise as to bloodletting and diet, and generally as to their manner of life, and I will visit two or three ΓΟΤΗΙΧ ΛΕΤΤΕΡ φροµ α 14τη−χεντυρψ µανυσχριπτ times all the sick of the ιν τηε Βιβλιοτεχα Αποστολιχα ςατιχανα ηασ ατ ιτσ χεν− town who ask me to atτερ αν ιλλυστρατιον οφ α συργεον µινιστερινγ το α πα− τιεντ ωηο χλινγσ το τηε συργεον∏σ ασσισταντ. tend them.” —Gary Stix 20 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 νεεδλεσ ιν α ηαψσταχκ. ΡΣΑ υσερσ χαν στιλλ ελυδε νοσψ ηαχκερσ βψ χηοοσινγ κεψσ ηαϖινγ µορε διγιτσ τηαν τηοσε Λεν− στρα ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαϖε πυτ δοων. Τηε σιγνι⇒χανχε οφ τηισ αχχοµπλιση− µεντ ισ τηατ ιτ ηελπσ υσ βενχηµαρκ τηε σψστεµ ανδ ηελπσ τηε υσερ κνοω ηοω λαργε τηε νυµβερσ νεεδ το βε, Ριϖεστ σαψσ. Φορ τηισ πυρποσε, ΡΣΑ ∆ατα Σεχυ− ριτψ ιν Ρεδωοοδ Χιτψ, Χαλιφ., ωηιχη προ− δυχεσ ΡΣΑ ενχρψπτιον σοφτωαρε παχκαγ− εσ, σπονσορσ α σεριεσ οφ φαχτορινγ χον− τεστσ, ρανγινγ υπ το ΡΣΑ−500. Λενστρα νοτεσ τηατ µανψ οργανιζατιονσ αλρεαδψ ηολδ ιν ηουσε τηε χοµπυτινγ ποωερ νεεδεδ το φαχτορ νυµβερσ 129 διγιτσ λονγ, ανδ σο ΡΣΑ−150, νεξτ ον τηε ηιτ λιστ, χαννοτ βε φαρ φροµ φαλλινγ. Τηε λεσσον το βε λεαρνεδ ισ τηατ α σψστεµ βελιεϖεδ το βε σεχυρε νοω µαψ νοτ βε τοµορροω, Λενστρα σαψσ. Ατ λεαστ νοτ ωηιλε ηε∏σ αρουνδ. ∇Κριστιν Λευτωψλερ Λετηαλ Λεγαχψ Σοϖιετ ρεαχτορ σιτεσ µεναχε Ευρασια Τ ηε χολδ ωαρ ηασ ενδεδ ωιτηουτ αν εξχηανγε οφ νυχλεαρ ατταχκσ. Φορ τηατ, εϖερψονε χαν βε (περ− ηαπσ γυαρδεδλψ) τηανκφυλ. Ψετ τηε περι− οδ οφ τεντατιϖε πεαχε ηασ βεεν µαρρεδ βψ α περσιστεντ ραδιοαχτιϖε λεγαχψ. Τηε εξπλοσιον ανδ ⇒ρε τηατ δεστροψεδ ρεαχτορ νυµβερ 4 ατ τηε Χηερνοβψλ ποω− ερ πλαντ ον Απριλ 26, 1986, ισ γενεραλ− λψ∇ανδ χορρεχτλψ∇δεσχριβεδ ασ τηε ωορλδ∏σ ωορστ νυχλεαρ αχχιδεντ. Τηε αµουντ οφ ραδιατιον τηατ τηε βυρνινγ ρεαχτορ ρελεασεδ ιντο τηε ατµοσπηερε ωιλλ νεϖερ βε κνοων εξαχτλψ : 50 µιλλιον χυριεσ ισ α ωιδελψ θυοτεδ ⇒γυρε, αλ− τηουγη ονε ρεχεντ στυδψ χονχλυδεσ τηε αµουντ ωασ περηαπσ εϖεν ⇒ϖε τιµεσ γρεατερ. Ασ δεαδλψ ασ ιτ ωασ, τηε ρελεασε ατ Χηερνοβψλ ωασ πυνψ χοµπαρεδ ωιτη τηε χολοσσαλ εξυδατιον οφ µυχη λονγερ λιϖεδ ραδιονυχλιδεσ φροµ ρεαχτορσ τηατ τηε φορµερ Σοϖιετ Υνιον υσεδ, ανδ Ρυσ− σια στιλλ υσεσ, το προδυχε πλυτονιυµ φορ βοµβσ. Ρυσσιαν ο⇔χιαλσ ωηο αρε χολ− λαβορατινγ ωιτη τηε Υ.Σ. ∆επαρτµεντ οφ Ενεργψ (∆ΟΕ) το δεϖισε χλεανυπ τεχη− νιθυεσ ηαϖε δισχλοσεδ δατα τηατ µακε εϖεν ραδιατιον−ηαρδενεδ νυχλεαρ ενγι− νεερσ βλανχη. Α ρεχεντ ασσεσσµεντ βψ Χλψδε Ω. Φρανκ οφ τηε ∆ΟΕ, τογετηερ ωιτη ∆ον ϑ. Βραδλεψ οφ Βαττελλε∏σ Παχι⇒χ Νορτηωεστ Λαβορατοριεσ ιν Ριχηλανδ, Ωαση., χον− ⇒ρµσ τηατ τηε ωορλδ∏σ βιγγεστ ενϖιρον− µενταλ ρελεασε οχχυρρεδ οϖερ δεχαδεσ ατ α σιτε χαλλεδ Τοµσκ−7 ιν χεντραλ Σιβε− ρια. Τοµσκ−7, ωηοσε εξιστενχε ωασ χλασ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. IVLEVA Magnum ΣΑΡΧΟΠΗΑΓΥΣ ΑΤ ΧΗΕΡΝΟΒΨΛ τηατ ηουσεσ τηε ρεµαινσ οφ ρεαχτορ νυµβερ 4 ισ λιττερεδ ωιτη ωρεχκαγε. Τηε στρυχτυρε µαψ χολλαπσε ωιτηιν α φεω ψεαρσ. Α ρισινγ ωα− τερ ταβλε ισ αδδινγ το φεαρσ τηατ µορε ραδιοαχτιϖε µατεριαλ µαψ εσχαπε. σι⇒εδ υντιλ αβουτ 1990, ισ τηουγητ το ηαϖε πουρεδ ανδ πυµπεδ αβουτ α βιλ− λιον χυριεσ οφ ηιγη−λεϖελ ωαστε, ορ 20 Χηερνοβψλσ∏ ωορτη, ιντο λακεσ ιν τηε ρε− γιον ανδ ιντο υνδεργρουνδ φορµατιονσ. Βψ ωαψ οφ χοµπαρισον, τηε λαργεστ ρε− λεασεσ ιν τηε Υ.Σ.∇ατ τηε ∆ΟΕ∏σ Ηανφορδ σιτε ιν Ωασηινγτον Στατε, ατ τηε Σαϖαν− ναη Ριϖερ χοµπλεξ ιν Σουτη Χαρολινα ανδ ατ Οακ Ριδγε Νατιοναλ Λαβορατορψ ιν Τεννεσσεε∇αρε βελιεϖεδ το ρανγε φροµ 700,000 το α µιλλιον χυριεσ. Τηε ∆ΟΕ εστιµατεσ τηατ τηε τοταλ αµουντ οφ ρελεασεδ ραδιοαχτιϖιτψ ιν Ρυσσια ισ αβουτ 400 τιµεσ τηε αµουντ ιν τηε Υ.Σ. Φρανκ ποιντσ ουτ τηατ µυχη οφ τηε ρα− διοαχτιϖε µατεριαλ ρελεασεδ ατ Τοµσκ ηασ βεεν στορεδ ιν φραχτυρεδ ροχκσ τηατ αρε χαππεδ βψ χλαψσ ανδ σο αρε παρτλψ ισολατεδ, ατ λεαστ φορ τηε πρεσεντ, φροµ τηε εχοσπηερε. Τηατ φορµ οφ δισ− ποσαλ ωασ χονσιδερεδ σαφε ιν τηε Υ.Σ. ιν τηε 1940σ ανδ 1950σ. Βυτ ιν τερµσ οφ χυριεσ, Τοµσκ βεατσ Οακ Ριδγε βψ α φαχ− τορ οφ 1,000. Λιττλε ισ κνοων αβουτ ηοω ωελλ ισολατεδ τηε Τοµσκ βυριαλ γρουνδ ρεαλλψ ισ, νοτεσ Τηοµασ Β. Χοχηραν οφ τηε Νατυραλ Ρεσουρχεσ ∆εφενσε Χουνχιλ. Τηε λακεσ ατ Τοµσκ τηατ ηαϖε βεεν υσεδ ασ δυµπσ δραιν, ϖια τηε Οβ Ριϖερ, ιντο τηε Αρχτιχ Οχεαν. Προδυχτιον οφ πλυτονιυµ ατ Τοµσκ χοντινυεσ, τηουγη ατ α λοω λεϖελ, Φρανκ σαψσ. Τηε σαµε ισ τρυε οφ ανοτηερ Ρυσ− σιαν προδυχτιον σιτε, Κρασνοψαρσκ−26. Φρανκ ανδ Βραδλεψ ρεπορτ τηατ τηε Κρασ− 22 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 νοψαρσκ φαχιλιτψ, ωηιχη ισ βυιλτ υνδερ− γρουνδ, ηασ ρελεασεδ σοµε ηυνδρεδσ οφ µιλλιονσ οφ χυριεσ φροµ µιλιταρψ προ− δυχτιον ρεαχτορσ ιντο αν υνδεργρουνδ ρεσερϖοιρ. Αν αρτιχλε πυβλισηεδ ιν Ιζϖεσ− τια ιν ϑανυαρψ δεσχριβεσ τηε Κρασνο− ψαρσκ σιτε ασ λοχατεδ 100 µετερσ αβοϖε ανδ ονλψ 750 µετερσ φροµ τηε Ψενισει Ριϖερ, ωηιχη αλσο ⇓οωσ ιντο τηε Αρχτιχ Οχεαν. Ρυσσιαν εξπερτσ χιτεδ βψ τηε νεωσπαπερ ωερε ρεπορτεδλψ εξτρεµελψ σκεπτιχαλ τηατ τηε ωαστε ωουλδ ρεµαιν ισολατεδ φορ λονγ. Ινδεεδ, αχχορδινγ το Ιζϖεστια, πλυτονιυµ ανδ ραδιοαχτιϖε ισο− τοπεσ οφ χοβαλτ, χεσιυµ ανδ στροντιυµ ηαϖε αλρεαδψ βεεν δετεχτεδ αλονγ τηε Ψενισει. Τηεν τηερε ισ Χηελψαβινσκ. Τηε χοµ− πλεξ, νοω χαλλεδ Χηελψαβινσκ−65, ωασ τηε Υ.Σ.Σ.Ρ.∏σ ⇒ρστ πλυτονιυµ προδυχ− τιον φαχτορψ ανδ τηε σιτε οφ αν ινφαµουσ αχχιδεντ ιν 1957 ιν ωηιχη α ηιγη−λεϖελ ωαστε τανκ εξπλοδεδ, ρελεασινγ αβουτ τωο µιλλιον χυριεσ οφ ⇒σσιον προδυχτσ ιντο τηε ατµοσπηερε. Χονταµινατιον σπρεαδ οϖερ ηυνδρεδσ οφ σθυαρε κιλο− µετερσ. Ψετ ιν τερµσ οφ χυριεσ, τηε αχχι− δεντ παλεσ ιν σιγνι⇒χανχε αλονγσιδε τηε ρουτινε δυµπινγ οφ ωαστεσ ιντο συρφαχε ωατερσ ιν τηε ρεγιον. Λακε Καραχηαι, νεαρ Χηελψαβινσκ, ηασ βεεν υσεδ φορ δεχαδεσ ασ α ρεποσιτορψ φορ µεδιυµ−λεϖελ ωαστε φροµ προδυχ− τιον ρεαχτορσ τηερε. Τηε λακε ισ τηουγητ το βε τηε µοστ ραδιοαχτιϖε βοδψ οφ συρφαχε ωατερ ον τηε εαρτη. Ιν 1967 α δρουγητ δριεδ ουτ παρτ οφ τηε λακε, ανδ δυστ φορµεδ φροµ τηε εξποσεδ σεδιµεντ µαδε α ραδιοαχτιϖε ωινδ τηατ σπρεαδ δανγερουσ λεϖελσ οφ ραδιατιον υπ το 70 κιλοµετερσ αωαψ. Ανψονε ατ λακεσιδε ωουλδ ηαϖε αχθυιρεδ α λετηαλ δοσε οφ ραδιατιον ιν ονε ηουρ. Σπεχιαλ µαχηιν− ερψ ισ νοω βεινγ υσεδ το ⇒λλ Καραχηαι ανδ χαπ ιτ. Ρυσσιαν ο⇔χιαλσ αχκνοωλεδγε τηατ ατ λεαστ 130 µιλλιον χυριεσ ηαϖε βεεν ρε− λεασεδ ατ Χηελψαβινσκ. Τηατ ⇒γυρε χουλδ βε αν υνδερεστιµατε, ασσερτσ Μυρραψ Φεσηβαχη, α προφεσσορ οφ δεµογραπηψ ατ Γεοργετοων Υνιϖερσιτψ. Φεσηβαχη χιτεσ ο⇔χιαλ ανδ υνο⇔χιαλ σουρχεσ τηατ ρεφερ το µορε τηαν α βιλλιον χυριεσ ρε− λεασεδ ατ Χηελψαβινσκ. Ιν τηε εαρλψ δαψσ οφ τηε σιτε∇βετωεεν 1951 ανδ 1953∇ ωαστε ωασ δυµπεδ στραιγητ ιντο τηε Τεχηα Ριϖερ. Στυδιεσ ηαϖε δοχυµεντεδ µαρκεδλψ ελεϖατεδ ρατεσ οφ λευκεµια ιν λοχαλ ινηαβιταντσ. Χολλαβορατιον ωιτη Ρυσσια ον χλεανυπ τεχηνολογιεσ ισ προϖινγ φρυιτφυλ, Φρανκ σαψσ. Ρυσσιαν ωορκερσ ηαϖε φορ σοµε ψεαρσ βεεν ινϖεστιγατινγ χοβαλτ διχαρβολ− λιδε, α χηεµιχαλ τηατ ηασ α στρονγ α⇔ν− ιτψ φορ χεσιυµ ανδ στροντιυµ, ωηιχη µακεσ ιτ υσεφυλ φορ δεχονταµινατινγ λιθυιδσ. Ρυσσιαν ινϖεστιγατορσ ρεχεντλψ παρτιχιπατεδ ιν τηε ⇒ρστ τεστ οφ τηε µα− τεριαλ ον αχτυαλ ωαστε ατ τηε Ιδαηο Να− τιοναλ Ενγινεερινγ Λαβορατορψ. Ανοτηερ τεχηνολογψ, ονε δεϖελοπεδ ιν τηε Υ.Σ., υσεσ ρεσιν−χοατεδ µαγνετιχ βεαδσ το αχηιεϖε α σιµιλαρ ρεσυλτ. Ηοωεϖερ προµισινγ τηε τεχηνιθυεσ, τηε εξπενσε οφ χλεανινγ υπ τηε χολδ ωαρ∏σ λεγαχψ ισ λικελψ το βε προηιβιτιϖε. Τηε ∆ΟΕ ηασ εστιµατεδ τηατ χοστσ ατ µιλιταρψ νυχλεαρ σιτεσ ιν τηε Υ.Σ. αλονε αρε λικελψ το τοπ ∃300 βιλλιον. Τηερε ισ αλσο τηε λεγαχψ οφ πεαχε. Τηε σαρχοπηαγυσ τηατ φραιλλψ ηουσεσ τηε ρε− µαινσ οφ Χηερνοβψλ−4 ισ χρυµβλινγ φαστερ τηαν εξπεχτεδ ανδ χουλδ χολ− λαπσε, αχχορδινγ το αν ασσεσσµεντ χαρ− ριεδ ουτ ιν Μαρχη βψ τηε Ιντερνατιοναλ Ατοµιχ Ενεργψ Αγενχψ ( ΙΑΕΑ ). Ιφ α χολ− λαπσε οχχυρρεδ, αν εστιµατεδ 10 τονσ οφ ηιγηλψ ραδιοαχτιϖε δυστ χουλδ βε σηοτ ιντο τηε αιρ. Μορεοϖερ, Πουρ Λα Σχιενχε, τηε Φρενχη εδιτιον οφ Σχιεντι⇒χ Αµερι− χαν, ρεπορτεδ ιν Μαρχη τηατ τηε στρυχ− τυρε χουλδ ρελεασε ραδιοαχτιϖιτψ ιντο τηε αρεα∏σ ρισινγ ωατερ ταβλε, δεσπιτε τηε πρεσενχε οφ α βαρραγε. Τηε ΙΑΕΑ ινσπεχτορσ αλσο φουνδ σερι− ουσ σαφετψ δε⇒χιενχιεσ ατ τηε τωο ρεαχ− τορσ στιλλ οπερατινγ ατ Χηερνοβψλ, ωηιχη αρε οφ τηε σαµε δεσιγν ασ τηε ιλλ−φατεδ νυµβερ 4 ρεαχτορ. Υκραινε µαινταινσ τηατ ιτ χαννοτ αφ− φορδ το σηυτ δοων τηε ρεµαινινγ Χηερ− νοβψλ ρεαχτορσ. Οτηερσ µιγητ ωονδερ ιφ τηε ωορλδ χαν α⇑ορδ το λετ Υκραινε κεεπ τηεµ ρυννινγ. ∇Τιµ Βεαρδσλεψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. MARK PETERSON SABA ΠΡΟΤΕΣΤΙΝΓ ςΙΟΛΕΝΧΕ : χανδλελιγητ ϖιγιλ ισ ηελδ ουτσιδε Χιτψ Ηαλλ ιν Λοσ Ανγελεσ ιν Μαρχη 1993, δυρινγ τηε σεχονδ τριαλ οφ πολιχε ο⇔χερσ αχχυσεδ οφ βεατινγ µοτοριστ Ροδνεψ Κινγ. Φιφτψ−ειγητ πεοπλε διεδ ιν ριοτσ τηατ φολλοωεδ αχθυιτταλσ ατ τηε ⇒ρστ τριαλ. ∆εσπερατε Μεασυρε ∆οεσ ϖιολενχε νεεδ ιτσ οων ινστιτυτε? ς ιολενχε ιν Αµεριχα βαττερσ τηε σενσεσ. Εϖεν τηοσε ωηο ηαϖε ηαδ τηε γοοδ φορτυνε το αϖοιδ α περ− σοναλ ενχουντερ αρε συβϕεχτ το α χον− σταντ ϖιχαριουσ ασσαυλτ τηρουγη τηε µε− δια. Ιν Χονγρεσσ α σενατορ ορ ρεπρεσεν− τατιϖε∏σ ωιλλινγνεσσ το γετ τουγη ον χριµε ισ α µεασυρε οφ ηισ ορ ηερ πολιτι− χαλ ϖιαβιλιτψ. Ιτ ισ ηαρδ το αργυε αγαινστ τηε σενσε οφ ουτραγε: τηε περ χαπιτα ηοµιχιδε ρατε ιν τηε Υ.Σ. ιν 1985 ωασ φουρ τιµεσ ηιγηερ τηαν τηατ ιν µοστ Ευ− ροπεαν χουντριεσ, αχχορδινγ το Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζατιον δατα. Αϖεραγε πρισ− ον τιµε ιν τηε Υ.Σ. φορ εαχη ϖιολεντ χριµε τριπλεδ βετωεεν 1975 ανδ 1989, ψετ ρεπορτεδ λεϖελσ οφ ϖιολενχε χηανγεδ λιττλε οϖερ τηατ περιοδ. Γιϖεν τηε µαγνιτυδε οφ τηε προβλεµ ανδ τηε φαιλυρε οφ τηε χουρτσ το δετερ ϖι− ολεντ χριµε, ονε µιγητ γυεσσ τηατ ρε− σεαρχη ον τηε συβϕεχτ σηουλδ βε α ηιγη πριοριτψ. Ορ σηουλδ ιτ? Συχη ινθυιριεσ αρουσε συσπιχιονσ τηατ τηε ε⇑ορτ ωουλδ σερϖε το ρεινφορχε ραχιαλ στερεοτψπεσ ανδ συππορτ γοϖερνµεντ αττεµπτσ το χον− τρολ βεηαϖιορ. Ατ πρεσεντ, συχη φεαρσ σεεµ φαρ− φετχηεδ. Τηε αµουντ τηε φεδεραλ γοϖ− ερνµεντ σπενδσ ον ρεσεαρχη ιντο ϖιο− λεντ χριµε, χοµπαρεδ ωιτη οτηερ χαυσεσ οφ δεατη, ισ µινυσχυλε. Αχχορδινγ το τηε στυδψ Υνδερστανδινγ ανδ Πρεϖεντινγ ςι− ολενχε, πυβλισηεδ λαστ ψεαρ βψ τηε Να− τιοναλ Ρεσεαρχη Χουνχιλ, ιν 1989 ονλψ ∃31 ωασ σπεντ ον ϖιολενχε−ρελατεδ στυδ− 24 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ιεσ περ ψεαρ οφ ποτεντιαλ λιφε λοστ το ϖιο− λενχε ιν 1989. Τηε εθυιϖαλεντ χαλχυλα− τιονσ φορ χανχερ ανδ ΑΙ∆Σ ψιελδεδ ⇒γ− υρεσ οφ ∃794 ανδ ∃697, ρεσπεχτιϖελψ. Τηε χονϖιχτιον τηατ µορε ρεσεαρχη µιγητ ηελπ ισ ωηατ λιεσ βεηινδ α χον− γρεσσιοναλλψ ινσπιρεδ µοϖε το βρινγ ιντο τηε πιχτυρε α πλαψερ νορµαλλψ ασσοχιατεδ ωιτη σεµιχονδυχτορσ ανδ συπερχοµ− πυτερσ. Ρεπρεσεντατιϖε Λουισ Στοκεσ οφ Οηιο ανδ Σενατορ Βαρβαρα Α. Μικυλσκι οφ Μαρψλανδ εαρλιερ τηισ ψεαρ ασκεδ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον (ΝΣΦ) το λοοκ ιντο τηε φεασιβιλιτψ οφ εσταβλισηινγ αν ιντερδισχιπλιναρψ σχιενχε ανδ τεχη− νολογψ χεντερ φοχυσινγ ον ρεσεαρχη ιντο ϖιολεντ βεηαϖιορ. Ιν λατε Μαψ τηε φουν− δατιον ωασ πλαννινγ το αχχεπτ τηε χηαλ− λενγε, αλτηουγη αγενχψ ο⇔χιαλσ σαιδ τηε ωορκ ωουλδ προβαβλψ βε διστριβυτ− εδ ιν α χονσορτιυµ ρατηερ τηαν χαρριεδ ουτ ατ α σπεχι⇒χ χεντερ. ϑε⇑ρεψ Α. Ροτη, τηε πρινχιπαλ στα⇑ οφ− ⇒χερ φορ τηε Νατιοναλ Ρεσεαρχη Χουν− χιλ∏σ ρεπορτ, στατεσ ηε εξπεχτσ τηε ΝΣΦ∏σ προγραµ το χονχεντρατε ον νονγενετιχ βεηαϖιοραλ ρεσεαρχη, ινχλυδινγ ωορκ ον νευροχηεµιχαλ φαχτορσ τηατ µαψ πρεδισ− ποσε πεοπλε το ϖιολεντ βεηαϖιορ. Ι τηινκ α βεττερ υνδερστανδινγ οφ τηε νευροβι− ολογψ χαν οπεν αν αϖενυε φορ βενιγν ιν− τερϖεντιονσ, ηε χοµµεντσ. Βυτ τηε λινε βετωεεν νευροχηεµιχαλ φαχτορσ ανδ γενεσ ισ αργυαβλψ νονεξιστεντ. Ιν 1992 τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη χαν− χελεδ α µεετινγ ιτ ηαδ προποσεδ το σπονσορ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ χαλλεδ Γενετιχ Φαχτορσ ιν Χριµε αφτερ τηε ιδεα χαµε υνδερ ατταχκ φροµ Αφρι− χαν−Αµεριχαν γρουπσ ανδ οτηερσ ασ ραχ− ιστ. Α ρεπλαχεµεντ µεετινγ ισ πλαννεδ φορ 1995. Ονε οφ τηε χριτιχσ ωασ Πετερ Ρ. Βρεγ− γιν, ωηο ηεαδσ τηε ινδεπενδεντ Χεντερ φορ τηε Στυδψ οφ Πσψχηιατρψ ιν Βετηεσδα, Μδ. Βρεγγιν οβσερϖεσ τηατ βρινγινγ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον ιντο φυν− δαµενταλλψ σοχιαλ ανδ πολιτιχαλ ισσυεσ ισ φραυγητ ωιτη δι⇔χυλτιεσ. Ηε αργυεσ τηατ ρατηερ τηαν λοοκινγ φορ ινδιϖιδυαλ δι⇑ερενχεσ τηατ µαψ πρεδιχτ αντισοχιαλ βεηαϖιορ, τηε ρεαλ ισσυε ισ ωηετηερ Αµεριχα ωαντσ το φαχε υπ το ωηατ α ραχιστ σοχιετψ ιτ ισ. Ωορκερσ ιν τηε ⇒ελδ οφ ϖιολενχε αρε, ον τηε οτηερ ηανδ, πρεδιχταβλψ χηεερεδ βψ τηε ποσσιβιλιτψ οφ α νεω γοϖερνµεντ προγραµ. Τηε ⇒ελδ ηασ συ⇑ερεδ φροµ βεινγ φραγµεντεδ, οβσερϖεσ Χολιν Λοφ− τιν οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ. Ηε τηινκσ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον χουλδ µακε α δι⇑ερενχε. Συχη ρεσεαρχη χουλδ, ηε συγγεστσ, βεγιν το αδδρεσσ τηε προβλεµ οφ ηοω το µεασυρε ϖιολενχε ανδ ηοω το ασσεσσ πρεϖεντιον προγραµσ. Σο λιττλε ισ νοω κνοων τηατ αλµοστ ανψ− τηινγ ωε λεαρν ωουλδ ηαϖε αν ιµπαχτ, ηε σαψσ. ∇Τιµ Βεαρδσλεψ Ψου∏ρε τηε Τοπ... Φερµιλαβ ⇒νδσ τηε τοπ θυαρκ∇σορτ οφ Ρ υµορσ ηαδ βεεν χιρχυλατινγ σινχε λαστ συµµερ, σο ιτ σεεµεδ το βε ϕυστ α µαττερ οφ τιµε βεφορε αν ο⇔χιαλ αννουνχεµεντ ωουλδ βε µαδε. Ωηεν τηε χαλλ χαµε, τηε εξπεχταντ µε− δια χιρχυσ δεσχενδεδ ον τηε Φερµι Να− τιοναλ Αχχελερατορ Λαβορατορψ (Φερµιλαβ) ιν Βαταϖια, Ιλλ. Ψετ τηε Φερµιλαβ σπεακερσ ηεσιτατεδ το δελιϖερ τηε µεδια γοοδσ. Νοω, ωε∏ρε νοτ χλαιµινγ α δισχοϖερψ, χαυτιονεδ Ωιλλιαµ Χ. Χαριτηερσ, ϑρ., ονε οφ τηε σποκεσπερσονσ φορ τηε ηυνδρεδσ οφ πηψσιχιστσ ωηο γαρνερεδ τηε ρεσυλτσ. Ωηατ ωε σεε ισ τηε ⇒ρστ διρεχτ ηιντ τηατ τηε τοπ θυαρκ ισ τηερε. Φερµιλαβ διρεχ− τορ ϑοην Πεοπλεσ, ϑρ., ρεινφορχεδ τηε ηεδγε: Ι ασσυρε ψου, ωε αρε γοινγ το ηαϖε φαρ µορε εϖιδενχε φορ ιτ σοον. Χερταινλψ τηε αντιχιπατεδ πριζε ωασ ωορτη τηε αττεντιον. Φορ τωο δεχαδεσ, τηε τοπ θυαρκ ηασ βεεν ονε οφ τηε Ηολψ Γραιλσ οφ ηιγη−ενεργψ πηψσιχσ. Ουτ οφ τηε σιξ κινδσ οφ θυαρκσ τηουγητ το µακε υπ αλλ µαττερ, ιτ ωασ τηε ονλψ ονε τηατ ηαδ νοτ βεεν οβσερϖεδ. Τηε τηεορψ τηατ χηαραχτεριζεσ παρτιχλεσ, χαλλεδ τηε Σταν− δαρδ Μοδελ, ινδιχατεσ τηατ θυαρκσ αρε οργανιζεδ ιντο τηρεε παιρσ. Τηε ⇒ρστ παιρ ινχλυδεσ τηε υπ ανδ δοων θυαρκσ, ωηιχη ιν δι⇑ερεντ χοµβινατιονσ προ− δυχε προτονσ ανδ νευτρονσ. ( Τηε προ− τον χονταινσ τωο υπ θυαρκσ ανδ α δοων; τηε νευτρον γριπσ ονε υπ ανδ τωο δοων.) Τηε οτηερ τωο παιρσ χονσιστ οφ Copyright 1994 Scientific American, Inc. FERMI NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY τηε χηαρµ ανδ στρανγε θυαρκσ, ανδ τηε χλε ψετ δισχοϖερεδ, βυτ ωιτηιν τηε πα− Ασσυµινγ Φερµιλαβ ηασ ινδεεδ φουνδ τοπ ανδ βοττοµ θυαρκσ. Τηεσε λαττερ ραµετερσ σετ βψ τηε Στανδαρδ Μοδελ. τηε τοπ θυαρκ, ωηατ ισ λεφτ φορ ηιγη−ενερ− παιρσ µακε υπ µορε εξοτιχ, σηορτ−λιϖεδ Τηε Χ∆Φ µεµβερσ στοπ σηορτ οφ χρψ− γψ πηψσιχσ? Πλεντψ, ωορκερσ σαψ. Ι δον∏τ παρτιχλεσ σεεν ιν ηιγη−ενεργψ πηψσιχσ ινγ ευρεκα βεχαυσε οφ τηε στατιστιχαλ να− τηινκ ψου σηουλδ ϖιεω τηισ ασ τηε χοµ− λαβορατοριεσ. Αλονγ ωιτη θυαρκσ, τηε τυρε οφ τηε ⇒νδ. Βεσιδεσ τηε ραριτψ οφ πλετιον οφ τηε Στανδαρδ Μοδελ, οπινεσ φαµιλψ οφ παρτιχλεσ κνοων ασ λεπτονσ τοπ−θυαρκ εϖεντσ, οτηερ παρτιχλεσ αππεαρ Ρ. Κειτη Ελλισ, α Φερµιλαβ τηεοριστ. Τηε (νευτρινοσ, ελεχτρονσ, µυονσ ανδ ταυ ιν τηε ωρεχκαγε τηατ µιµιχ τηε δεχαψ Ηιγγσ ισ στιλλ µισσινγ, ανδ ωηο κνοωσ παρτιχλεσ) χοµποσεσ τηε ελεµενταρψ σιγνατυρεσ, τηυσ χρεατινγ α νοισψ βαχκ− ωηατ ελσε. Τηε Ηιγγσ βοσον ισ τηε ηψ− χονστιτυεντσ οφ τηε υνιϖερσε. γρουνδ. Φορ στατιστιχαλ ινθυιριεσ συχη ασ ποτηεσιζεδ µεχηανισµ τηατ ωουλδ εξ− Τηε θυεστ φορ τηε τοπ θυαρκ βεγαν τηισ ονε, Χαριτηερσ σαψσ, ονε µιγητ ωαντ πλαιν ωηψ παρτιχλεσ ηαϖε τηε µασσεσ αφτερ ιτσ παρτνερ, τηε βοττοµ θυαρκ, φουρ ορ ⇒ϖε στανδαρδ δεϖιατιονσ φροµ τηεψ δο. Ιτ ισ τηουγητ το λιε ωελλ βεψονδ ωασ φουνδ ατ Φερµιλαβ ιν 1977. Τηε τοπ τηε βαχκγρουνδ ιν ορδερ το προχλαιµ α τηε ρεαχη οφ τηε Τεϖατρον (τηε Συπερ− θυαρκ ρεµαινεδ ελυσιϖε µοστλψ βεχαυσε δισχοϖερψ. Αφτερ σεϖεραλ µοντησ οφ τε− χονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ ωασ µεαντ οφ ιτσ ηεφτ (τηε ηεαϖιερ α παρτιχλε ισ, τηε διουσ νυµβερ χρυνχηινγ, τηε Χ∆Φ δατα το ⇒νδ τηε Ηιγγσ µεχηανισµ). µορε ενεργψ ισ νεεδεδ το χρεατε ιτ ιν δισπλαψεδ αλµοστ τηρεε δεϖιατιονσ, χορ− Βεχαυσε ιτ ισ σο ηεαϖψ, τηε τοπ θυαρκ αχχελερατορσ). Εαρλψ εστιµατεσ πλαχεδ ρεσπονδινγ το α ονε−ιν−400 ποσσιβιλιτψ µυστ βε τηε παρτιχλε µοστ στρονγλψ χου− τηατ ϖαλυε ατ α φεω τενσ οφ βιλλιονσ οφ τηατ τηε ρεσυλτσ αρε φαλσε. Τηε οδδσ φορ πλεδ το τηε Ηιγγσ. Φερµιλαβ τηεοριστ ελεχτρον ϖολτσ ( Γες ). Βυτ ωηεν αχχελερ− βεινγ ωρονγ σεεµ λοω. Στιλλ, σχιεντιστσ Χηριστοπηερ Τ. Ηιλλ τηινκσ τηε τοπ ανδ ατορσ φαιλεδ το τυρν υπ τηε τοπ θυαρκ, τενδ το βε α χονσερϖατιϖε λοτ, ποιντσ αντιτοπ θυαρκσ µαψ ρεπρεσεντ ονε χοµ− τηεοριστσ ρεαλιζεδ τηε παρτι− πονεντ οφ ιτ. Μαψβε τηε τοπ χλε µυστ βε ηεαϖιερ τηαν τηεψ ισ α σταγινγ αρεα το γετ το τηουγητ. νεω παρτιχλεσ τηρουγη ιτσ δε− Σχιεντιστσ ηαδ τηε βεστ σηοτ χαψ µοδεσ, Ηιλλ σπεχυλατεσ. ατ ⇒νδινγ τηε τοπ θυαρκ ονχε Αλσο ιντριγυινγ ινϖεστι− τηεψ χοµπλετεδ τηε Τεϖατρον γατορσ αρε τωο µινορ ανοµ− ατ Φερµιλαβ ιν 1983. Τηε αλιεσ ιν τηε δατα. Φιρστ, ονε ωορλδ∏σ µοστ ποωερφυλ αχχελ− χηαννελ σεεµεδ το χονταιν ερατορ, ιτ σµασηεσ προτονσ αλλ σιγναλ ανδ νο βαχκ− ανδ αντιπροτονσ τογετηερ ατ γρουνδ. Σεχονδ, τωο τοπ 1.8 τριλλιον ελεχτρον ϖολτσ. Ατ εϖεντσ αππεαρεδ ιν α χον− τηισ ενεργψ λεϖελ, πηψσιχιστσ τρολ σαµπλε τηατ σηουλδ νοτ βελιεϖεδ α τοπ θυαρκ σηουλδ ηαϖε προδυχεδ ανψ ατ αλλ. βε µαδε ονχε φορ εϖερψ φεω Ηιλλ ποιντσ ουτ τηατ ιφ συχη βιλλιον χολλισιονσ. Τηε σεαρχη ανοµαλιεσ περσιστ (ωηιχη ισ δεµανδεδ τηε ε⇑ορτσ οφ 440 υνλικελψ), ιτ ωουλδ χονστιτυτε ινϖεστιγατορσ φροµ 36 ινστιτυ− εϖιδενχε φορ πηψσιχσ βεψονδ τιονσ, προµπτινγ πραισε φορ τηε Στανδαρδ Μοδελ. τηε µεριτσ οφ ιντερνατιοναλ Φερµιλαβ ηοπεσ το βεχοµε χοοπερατιον ανδ ϕοκεσ αβουτ α τοπ−θυαρκ φαχτορψ βψ τηε νυµβερ οφ πηψσιχιστσ 1998, ωηεν τηε µαιν ινϕεχ− ΠΑΡΤΙΧΛΕ ∆ΕΧΑΨ ΤΡΑΧΚΣ σιγναλ τοπ−θυαρκ προδυχτιον. νεεδεδ το ινσταλλ α λιγητβυλβ. τορ ισ σλατεδ φορ χοµπλετιον. Βψ 1989 τηε Τεϖατρον ηαδ σετ Τηισ υπγραδε προµισεσ το α λοωερ λιµιτ ον τηε τοπ θυαρκ∏σ µασσ ατ ουτ Μελϖψν ϑ. Σηοχηετ, τηε οτηερ Χ∆Φ βοοστ τηε δενσιτψ οφ χολλιδινγ προτονσ 91 Γες∇α ωηοππινγ νυµβερ, χονσιδερ− σποκεσπερσον. Ονε ωουλδ λικε το ηαϖε ιν τηε Τεϖατρον ανδ τηυσ ψιελδ µανψ ινγ τηατ τηε νεξτ µοστ µασσιϖε θυαρκ, τηε προβαβιλιτψ εϖεν σµαλλερ τηαν τηατ. µορε δατα. Ωιτη α πλετηορα οφ τοπ τηε βοττοµ, ωειγηεδ ιν ατ ονλψ 5 Γες. Ανξιετψ αλσο στεµσ φροµ ανοτηερ τοπ− εϖεντσ, νεω δεχαψ µοδεσ, ιφ τηεψ εξιστ, Το γετ τηε ρεσυλτσ τηεψ αννουνχεδ ατ ⇒νδινγ δεϖιχε ατ Φερµιλαβ∇τηε ∆0 (δεε σηουλδ βεχοµε αππαρεντ. Ωε∏λλ βε υσ− τηε πρεσσ χονφερενχε, τηε Χ∆Φ τεαµ ζερο) δετεχτορ, ναµεδ αφτερ ιτσ λοχατιον ινγ τοπ ασ α λαβορατορψ το υνδερστανδ µεµβερσ (ασ τηεψ αρε κνοων, φορ Χολ− αλονγ τηε αχχελερατορ πατη. Παυλ ∆. Γραν− ηοω ιτσ ελεµενταρψ παρτιχλεσ ιντεραχτ, λιδερ ∆ετεχτορ ατ Φερµιλαβ) χολλεχτεδ νισ, α ∆0 σποκεσπερσον, σαψσ τηε γρουπ∏σ Σηοχηετ στατεσ. Τηατ ωουλδ αλσο ινχλυδε δατα φροµ Αυγυστ 1992 το ϑυνε 1993. δατα νειτηερ συππορτ νορ ρεφυτε τοπ− στυδιεσ οφ τηε Ω παρτιχλε ανδ βοττοµ Αχχορδινγ το τηε Στανδαρδ Μοδελ, α τοπ θυαρκ προδυχτιον ασ µεασυρεδ βψ Χ∆Φ. θυαρκ, ωηιχη ωουλδ αλσο βε προδυχεδ θυαρκ ανδ ιτσ αντιµαττερ τωιν χουλδ απ− Τηατ∏σ σοµετηινγ τηατ ωορριεσ υσ, ιν προφυσιον. Ινδεεδ, ατ λεαστ ονε ωορκ− πεαρ ιν προτον−αντιπροτον χολλισιονσ. σαψσ Χ∆Φ µεµβερ ϑοσε Βενλλοχη. ερ τηινκσ Φερµιλαβ ωιλλ βε ασ σιγνι⇒χαντ Τηε τοπ ανδ αντιτοπ θυαρκσ ωουλδ δε− ∆εσπιτε τηε υνχερταιντιεσ, µοστ ρε− ασ∇ανδ ιν σοµε ωαψσ συπεριορ το∇τηε χαψ ιντο βοττοµ ανδ αντιβοττοµ θυαρκσ σεαρχηερσ ατ Φερµιλαβ δο νοτ χονσιδερ Β φαχτορψ πλαννεδ φορ Στανφορδ Υνι− ανδ α παιρ οφ σο−χαλλεδ Ω βοσονσ. Τηε τηε αννουνχεµεντ πρεµατυρε. Τηε ϖερσιτψ το εξπλορε ωηψ µαττερ δοµι− Χ∆Φ ωορκερσ λοοκεδ φορ δεχαψ προδυχτσ, γοοδ τηινγ ισ τηατ φορ τηε ⇒ρστ τιµε, ωε νατεσ αντιµαττερ ιν τηε υνιϖερσε. συχη ασ ελεχτρονσ, µυονσ, νευτρινοσ σεε α ποσιτιϖε σιγναλ, Βενλλοχη σαψσ. Τηε Γιϖεν α σενσε οφ προγρεσσ, ηιγη−ενερ− ανδ µεσονσ, οφ τηεσε παρτιχλεσ. ηοπε, τοο, ωασ το σθυελχη τηε περσιστεντ γψ πηψσιχιστσ αρε βρεατηινγ α σιγη οφ ρε− Τηε αλµοστ ψεαρ−λονγ εξπεριµεντ προ− ρυµορσ αβουτ α δισχοϖερψ. Σινχε τηεσε λιεφ. Τηερε ωασ τρεµενδουσ τηεορετιχαλ δυχεδ µορε τηαν ονε τριλλιον χολλισιονσ. ρεπορτσ ωερε γοινγ το χοµε ουτ, ιτ βε− εξπεχτατιον τηατ τηε τοπ θυαρκ ισ τηερε, Αφτερ σιφτινγ τηε δατα, τηε ωορκερσ δισ− ηοοϖεσ υσ αλλ το ηαϖε τηε οππορτυνιτψ σαψσ Στεϖεν Ωεινβεργ οφ τηε Υνιϖερσιτψ χοϖερεδ 12 εϖεντσ τηατ ηαρβορεδ σιγνα− το εξπλαιν ωηατ ωε ηαϖε δονε, Σηοχηετ οφ Τεξασ ατ Αυστιν. Α λοτ οφ υσ ωουλδ τυρεσ οφ τηε τοπ θυαρκ. Τηε Χ∆Φ εστι− σαψσ. Φερµιλαβ ηασ αλρεαδψ ινιτιατεδ αν− ηαϖε βεεν εµβαρρασσεδ ιφ ιτ ωερε νοτ. µατεσ τηε τοπ θυαρκ το ωειγη 174 Γες, οτηερ ρουνδ οφ χολλισιονσ, ανδ βψ τηε Τηανκσ το Φερµιλαβ, πηψσιχσ µαψ νοτ γιϖε ορ τακε 10 περχεντ. Τηατ µακεσ ιτ ενδ οφ τηε ψεαρ τηε Χ∆Φ τεαµ σηουλδ ηαϖε το συφφερ τηε ινδιγνιτψ οφ βεινγ τηε ηεαϖιεστ οβσερϖεδ ελεµενταρψ παρτι− βε αβλε το ϖεριφψ τηε ρεσυλτσ. τοπλεσσ ανψµορε. ∇Πηιλιπ Ψαµ 26 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΠΡΟΦΙΛΕ : ΕΛΛΕΝ ς. ΦΥΤΤΕΡ Σπελλ φορ Ολδ Βονεσ ατταχκινγ αλλοσαυρυσ, ρεµινδεδ ηερ οφ ηερ προτεχτιϖε ρολε. Τηισ µυσευµ ισ παρτ σχηοολ, παρτ υνιϖερσιτψ ανδ παρτ πυβλιχ φορυµ, Φυτ− τερ σαψσ. Βοτη Φυττερ ανδ Μιχηαελ ϑ. Νο− ϖαχεκ, τηε µυσευµ∏σ δεαν οφ σχιενχε, ταλκ οφ ηοω τωο δοµιναντ χονχερνσ οφ ουρ τιµεσ∇τηε πυβλιχ∏σ ποορ κνοωλεδγε οφ τηε νατυραλ ωορλδ ανδ τηε ϖανισηινγ διϖερσιτψ οφ λιφε∇πρεσεντ τηε µυσευµ ωιτη α παρτιχυλαρ οππορτυνιτψ το εν− ηανχε ιτσ προ⇒λε. Τηεψ µαψ βε ριγητ. Αν αχχουντ οφ τηε µυσευµ∏σ ηιστορψ, ωριττεν ιν 1968 βψ ϑοην Μ. Κεννεδψ οφ Ψαλε Υνιϖερσιτψ, ρε− Τηε αχθυισιτιονσ γρεω ραπιδλψ. Βελιεϖ− ινγ τηατ χολλεχτιονσ µαδε φορ τηε πυρ− ποσεσ οφ ρεσεαρχη ωερε βεστ λεφτ το τηε τ 31, σηε µαδε ιτ ιντο τηε Γυιννεσσ Ευροπεανσ, τηε τρυστεεσ τενδεδ το βυψ οβϕεχτσ τηατ δισπλαψεδ ωελλ, συχη ασ λαργε Βοοκ οφ Ρεχορδσ ασ τηε ψουνγεστ βονεσ∇ιναδϖερτεντλψ σεττινγ τηε σταγε εϖερ πρεσιδεντ οφ α µαϕορ χολλεγε. φορ τηε µυσευµ∏σ φυτυρε εµινενχε ιν Τηιρτεεν ψεαρσ λατερ, ηαϖινγ τριπλεδ τηε παλεοντολογψ. Ιν 1877 τηε βιρδσ ανδ ενδοωµεντ οφ Βαρναρδ Χολλεγε, µαδε βονεσ µοϖεδ ιντο α γρανδ νεω βυιλδινγ ιτ φυλλψ ρεσιδεντιαλ φορ τηε ⇒ρστ τιµε∇νο δονατεδ βψ τηε χιτψ ον τηε ωεστ σιδε οφ µεαν αχηιεϖεµεντ ιν Μανηατταν∇ανδ Χεντραλ Παρκ. γιϖεν βιρτη το τωο δαυγητερσ, Ελλεν ς. Αττενδανχε προµπτλψ φελλ : τηερε ωασ Φυττερ ισ τηε νεωεστ πρεσιδεντ οφ τηε νο εασψ ωαψ φορ τηε χιτψ∏σ ποπυλαχε το Αµεριχαν Μυσευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ. γετ τηατ φαρ νορτη. Βεσιδεσ, µοστ οφ τηε Ον ιτσ 125τη αννιϖερσαρψ, τηε λαργεστ τρυστεεσ βεινγ στριχτ Πρεσβψτεριανσ, τηε νατυραλ ηιστορψ µυσευµ ιν τηε ωορλδ ισ µυσευµ ωασ χλοσεδ ον τηε Σαβ− ρεαδψ το µαρχη ουτ οφ µυστινεσσ. βατη∇τηε ονε δαψ οφ τηε ωεεκ Ωε φελτ Ελλεν χουλδ βριγητεν ωηεν τηε ωορκινγ χλασσεσ ωερε τηε πλαχε υπ ανδ γετ ριδ οφ τηε νοτ ωορκινγ. δυστ ανδ µοσσ, σαψσ Ωιλλιαµ Τ. Τηε τρυστεεσ ασκεδ Μορρισ Κ. Γολδεν, ωηο χηαιρσ τηε µυσευµ∏σ ϑεσυπ το στυδψ τηε προβλεµ. Βε− βοαρδ οφ τρυστεεσ. Ιτ∏σ αλρεαδψ χοµινγ πρεσιδεντ ιν 1881, ϑεσυπ α µυχη ηαππιερ σηιπ. Ι∏µ ϖερψ λαϖισηεδ ον τηε µυσευµ τηε πλεασεδ τηατ ονε χαν γετ τηινγσ σαµε χαρεφυλ αττεντιον τηατ ηαδ δονε. Φυττερ∏σ στρενγτησ, ηε σαψσ, βενε⇒τεδ ηισ Ωεστερν ραιλροαδσ. αρε δεδιχατιον, δεχισιϖενεσσ, ηυ− Φιρστ ηε ηαδ τηε λονε χυρατορ, Αλ− µανιτψ ανδ ινεξηαυστιβλε ενεργψ. φρεδ Βιχκµορε, ρεαρρανγε τηε εξ− Αλλ τηεσε τηε µυσευµ γετσ φορ α ηιβιτσ. Ηισ λαβελσ, ϑεσυπ τολδ Βιχκ− σαλαρψ νοτ δισσιµιλαρ το τηατ ατ µορε, ωερε τοο λονγ ανδ σχιεν− Βαρναρδ (αβουτ ∃250,000 βεφορε τι⇒χ. Βιχκµορε αλσο βεγαν το γιϖε βενε⇒τσ) ανδ αν απαρτµεντ ον λεχτυρεσ ιν νατυραλ ηιστορψ το λοχαλ τηε Εαστ Σιδε. τεαχηερσ. Ιν 1884 ϑεσυπ σαιλεδ το Ιν περσον, Φυττερ ισ σµαλλερ Ευροπε ανδ στυδιεδ τηε ρεσεαρχη τηαν ονε ωουλδ εξπεχτ, βυτ νοτ χολλεχτιονσ οφ τωο µαϕορ µυσε− φραγιλε. Ι λοϖε χοµπετιτιον, σηε υµσ. ∆εχιδινγ τηατ τηε Αµεριχαν σαψσ, ταλκινγ αβουτ σχηοολ σπορτσ, Μυσευµ ασ ωελλ σηουλδ ενγαγε ιν ατ ωηιχη σηε εξχελλεδ. Ονε ιµαγ− ρεσεαρχη, ηε ηιρεδ ϑοελ Α. Αλλεν ασ ινεσ τηοσε ιν τηε ουτ⇒ελδ τακινγ ΣΥΠΕΡΑΧΗΙΕςΕΡ ΦΥΤΤΕΡ : Ωιννινγ ισ µορε φυν. τηε χυρατορ οφ α βρανδ−νεω δεπαρτ− α φεω στεπσ βαχκ ωηεν Φυττερ γοτ υπ το βατ. Σπορτσ ταυγητ ηερ τεαµωορκ, ϖεαλσ τηατ τηε ινστιτυτιον προσπερεδ µεντ οφ µαµµαλογψ ανδ ορνιτηολογψ. Λικε τηειρ πεερσ ιν τηε 20τη, σχιεντιστσ σηε εξπλαινσ, ηερ παρεντσ ταυγητ ηερ εµ− ωηεν ιτ ωασ συχχεσσφυλλψ ιδεντι⇒εδ ωιτη οφ τηε λατε 19τη χεντυρψ ωερε αχυτελψ πατηψ, ανδ λαω σχηοολ ρεινφορχεδ ηερ τηε ϖαλυεσ ανδ χονχερνσ οφ τηε αγε. λοϖε οφ ϕυστιχε. Εϖεν ηερ ιντερεστ ιν νατ− Τηε Αµεριχαν Μυσευµ οφ Νατυραλ αωαρε οφ τηε σπεεδ ωιτη ωηιχη σπεχιεσ υραλ ηιστορψ ηασ εαρλψ ροοτσ. Ι∏ϖε αλωαψσ Ηιστορψ χαµε ιντο βεινγ ιν 1869, ωηεν ωερε ϖανισηινγ φροµ τηε εαρτη. Αλλεν, ιν χολλεχτεδ ροχκσ, σηελλσ ανδ βυττερ⇓ιεσ, σοµε ωεαλτηψ Νεω Ψορκερσ, αµονγ παρτιχυλαρ, ωισηεδ το πρεσερϖε α ρεχορδ Φυττερ σαψσ. Μψ δαυγητερσ αρε αµαζεδ τηεµ Τηεοδορε Ροοσεϖελτ, Σρ., ανδ ϑ. οφ Αµεριχαν βιρδσ ανδ µαµµαλσ φορ τηατ Ι χαν στιλλ ϕυστ ρεαχη ουτ ανδ χαπ− Πιερποντ Μοργαν, ρεσολϖεδ το βρινγ τηε ποστεριτψ. Τηε προχεσσ οφ χολλεχτινγ τυρε α βυττερ⇓ψ. υπλιφτινγ λεσσονσ οφ νατυρε το τηε χιτψ∏σ µαµµαλσ αππεαλεδ το τηε τρυστεεσ, ανδ Φυττερ ηασ βεεν σπενδινγ ωηατ τιµε ωορκινγ χλασσεσ. Αν αππεαλ το τηε πυβ− ιν 1888 τηε µυσευµ∏σ ⇒ρστ εξπεδιτιον∇ σηε χαν εξπλορινγ τηε µυσευµ∇τωο λιχ βρουγητ ιν ηυνδρεδσ οφ ροχκσ, σηελλσ α γρουπ οφ σπορτσµεν ωιτη γυνσ∇ωεντ τηιρδσ οφ ωηιχη ισ ο⇑−λιµιτσ το ϖισιτορσ. ανδ πρεσσεδ ⇓οωερσ; νεξτ τηε τρυστεεσ ουτ ιν σεαρχη οφ βισον. Αλσο ιν τηατ ψεαρ Φεω οφ τηοσε µιλλιονσ ρεαλιζε τηατ βε− πυρχηασεδ τηε βιρδ ανδ φοσσιλ χολλεχ− τηε µυσευµ φουνδ ιτσελφ φορχεδ βψ τηε ηινδ τηε στριπεδ ποτσ ανδ στυ⇑εδ δεερ τιονσ οφ σεϖεραλ νατυραλιστσ. Ονε τρυστεε χιτψ, νοω δοµινατεδ βψ Ιριση Χατηολιχ λιε σοµε φροντ−ρανκ λαβορατοριεσ. Ωηεν αλσο αχθυιρεδ α λιφε−σιζε εξηιβιτ οφ α ϖοτερσ, το οπεν ον Συνδαψσ. ϑεσυπ δεχιδεδ ασ ωελλ το δεϖελοπ α ασκεδ ωηατ ηερ φαϖοριτε σχιεντι⇒χ προϕ− λιον ατταχκινγ αν Αραβ ον α χαµελ. Ιτ εχτσ αρε, Φυττερ δεµυρσ: Α µοτηερ χαν∏τ ωιλλ αδδ γρεατλψ το τηε ποπυλαρ ιντερεστ παλεοντολογψ δεπαρτµεντ. Υναβλε το εν− ηαϖε φαϖοριτεσ. Ι λοϖε αλλ οφ µψ χηιλδρεν οφ τηε µυσευµ, ηε ωροτε, ανδ αιδ υσ τιχε τηε φαµεδ Οτηνιελ Χ. Μαρση οφ Ψαλε, εθυαλλψ. Ατταχηεδ το τηε µατερναλ µετα− ιν γεττινγ συβσχριπτιονσ. ( Τηε σεντι− ηε ηιρεδ Ηενρψ Φαιρ⇒ελδ Οσβορν. Οσβορν πηορ, Φυττερ νοτεδ ατ ηερ ωελχοµινγ ρε− µεντ ωασ εχηοεδ βψ τηε µυσευµ∏σ χυ− χαµε το τηε µυσευµ ιν 1891 ανδ τηατ χεπτιον τηατ τηε µυσευµ∏σ δραµατιχ ρατορσ ιν 1991, ωηεν τηε νεωλψ υνϖειλεδ συµµερ σεντ αν εξπεδιτιον το τηε βεστ φοσσιλ µουντ οφ α 50−φοοτ βαροσαυρυσ, βαροσαυρυσ τριο δρεω χοµµεντσ αβουτ οφ Μαρση∏σ φοσσιλ θυαρριεσ. Τηερεβψ ηε αχθυιρεδ σοµε ⇒νε σπεχιµενσ∇αλονγ ρεαρινγ υπ το δεφενδ ιτσ βαβψ φροµ αν αυτηεντιχιτψ.) ϑΑΣΟΝ ΓΟΛΤΖ Α 28 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ϑΑΣΟΝ ΓΟΛΤΖ ωιτη τηε πριϖιλεγε οφ ναµινγ τηεµ. Τηεν, ⇒χερ, µαδε ηεροεσ οφ µεν συχη ασ Αν− στοραγε αρεασ χονταιν µορε τηαν 30 µιλ− ηαϖινγ χονσπιρεδ το ηαϖε Μαρση∏σ φυνδ− δρεωσ. ( Τηε Ινδιανα ϑονεσ µοϖιεσ λιον σπεχιµενσ ανδ αρτιφαχτσ. Αµονγ ινγ χυτ ο⇑, ηε σεττλεδ δοων το αµασσ ασ µαψ ηαϖε βεεν ινσπιρεδ βψ ηιµ.) Ιν τηε τηεσε, ρεπορτεδλψ, αρε βυστσ ονχε υσεδ χοµπλετε ασ ποσσιβλε α ρεχορδ οφ παστ 1920σ ηυνδρεδσ οφ βοψσ ωροτε εαχη ιν τηε σερϖιχε οφ ευγενιχσ, νοω λινινγ α Νορτη Αµεριχαν ϖερτεβρατεσ. ψεαρ το τηε µυσευµ, ασκινγ ηοω τηεψ γηοστλψ αττιχ∇ανδ α χολονψ οφ βεετλεσ ϑεσυπ αλσο ηιρεδ Φρανζ Βοασ, α ρεπυτ− χουλδ γετ α ϕοβ τηερε. Οφτεν τηεψ οφ− αλµοστ α χεντυρψ ολδ τηατ στιλλ σερϖεσ το εδ αντηροπολογιστ. Αρτιφαχτσ τηατ Βοασ φερεδ το ωορκ ωιτηουτ παψ ανδ το δο χλεαν τηε ⇓εση ο⇑ δελιχατε βονεσ. χολλεχτεδ νοω ρεπρεσεντ∇ασ ηε ηαδ εν− ανψτηινγ, ϕυστ σωεεπινγ τηε ⇓οορσ. Α στα⇑ οφ 200 σχιεντιστσ, αµονγ τηεµ ϖισαγεδ∇ουρ ονλψ ρεχορδ οφ τηε χυλτυρεσ Υντιλ τηε στοχκ µαρκετ χραση οφ 1929, 42 χυρατορσ, χονδυχτ ρεσεαρχη ιν λαβο− οφ σεϖεραλ Νορτη Αµεριχαν τριβεσ τηατ τηε µυσευµ γρεω ηεαδιλψ. Νεω εξηιβ− ρατοριεσ τυχκεδ βεηινδ εξηιβιτιον ηαλλσ. ωεντ τηε ωαψ οφ τηε βισον. Ονε τρεκ το ιτσ∇συχη ασ τηε Αφριχαν µαµµαλ ηαλλ, Τηεψ αλσο γο ον νυµερουσ εξπεδιτιονσ τηε νορτηωεστερν χοαστ, δεσιγνεδ το ρε− τηε ωορκ οφ τηε γρεατ ηυντερ, νατυραλιστ (αλτηουγη τηε οριγιναλ ρυλε οφ ⇒νδερσ, σολϖε ωηετηερ Ινδιανσ ηαδ χοµε φροµ ανδ ταξιδερµιστ Χαρλ Ακελεψ∇οπενεδ κεεπερσ ισ µυχη αλτερεδ τηεσε δαψσ). Ασια, βρουγητ βαχκ α ωαρ χανοε τηατ φρεθυεντλψ. Τηε αδµινιστρατιϖε ο⇔χεσ Τηουσανδσ οφ σχρεαµινγ σχηοολχηιλ− νοω σερϖεσ ασ α ρενδεζϖουσ ποιντ ατ τηε αλσο εξπανδεδ, ιν ρεσπονσε το τηε νεεδ δρεν γαλλοπ τηρουγη τηε ηαλλσ εϖερψ µυσευµ. Α µονογραπη ον τηε Ψυκαγηιρ φορ περπετυαλ φυνδ−ραισινγ. Ρεσεαρχη δαψ, φαλλινγ οϖερ ιν αωε ατ τηε σιγητ οφ τριβε οφ Σιβερια, βασεδ ον ανοτηερ ϑεσυπ διδ νοτ αλωαψσ δο σο ωελλ. Οσβορν τηε βαροσαυρυσ. (ςισιτινγ Μοµµψ∏σ οφ− φοραψ, ωασ ρεχεντλψ αχθυιρεδ βψ τηε τηουγητ οφ νατυραλιστσ ωιτη δοχτορατεσ ⇒χε ισ νοω α λοτ µορε φυν, σαψσ Φυττερ τριβε∏σ δεσχενδαντσ. Τρανσλατινγ ιτ ιντο ασ τοο τηεορετιχαλ ανδ αντηροπολογψ οφ ηερ δαυγητερσ, αγεδ ειγητ ανδ 12.) τηειρ λανγυαγε ανδ τεαχηινγ ιτ ιν σχηοολσ, ασ γοσσιπ οφ τηε νατιϖεσ; Βοασ εϖεντυ− Ον τηε φουρτη ⇓οορ, ωινδοωσ τηατ ηαϖε µοδερν−δαψ Ψυκαγηιρσ ηοπε το ρεγαιν αλλψ λεφτ τηε µυσευµ φορ Χολυµβια Υνι− βεεν βοαρδεδ υπ φορ δεχαδεσ αρε βεινγ σοµε σενσε οφ τηειρ χυλτυρε, δεστροψεδ ϖερσιτψ. Ιν λατερ ψεαρσ τηε µυσευµ ρε− οπενεδ, λεττινγ λιγητ ιντο νεω ανδ φυ− βψ Σοϖιετ οχχυπατιον. τυρε εξηιβιτσ οφ φοσσιλ ϖερτεβρατεσ. Λικε ανψ οτηερ ραµβλινγ, ολδ Χυρατορσ χοντινυε το βε δεεπλψ ςιχτοριαν ηουσε, τηε νατυραλ ηισ− ινϖολϖεδ ιν πλαννινγ τηε µυσε− τορψ µυσευµ ηασ ιτσ δαρκ σε− υµ∏σ εξηιβιτσ. Τηε Ηαλλ οφ Ηυµαν χρετσ. Ροβερτ Πεαρψ, τηε Αρχτιχ εξ− Βιολογψ, ωηιχη οπενεδ ιν 1992, πλορερ, βρουγητ βαχκ σιξ Ινυιτ Ιν− τοοκ σιξ ψεαρσ οφ ιντενσε ωορκ βψ διανσ, φουρ οφ ωηοµ διεδ σοον τηε αντηροπολογιστ Ιαν Ταττερσαλλ. αφτερ αρριϖινγ ιν Μανηατταν. (Ονλψ Μυσευµ σχιεντιστσ αρε ρεοργανιζ− λαστ ψεαρ ωερε τηειρ σκελετονσ ινγ τηε φοσσιλ ηαλλσ αχχορδινγ το σηιππεδ βαχκ το Γρεενλανδ.) Ονε τηε χλαδιστιχ παραδιγµ οφ εϖο− συρϖιϖορ ωασ αβλε το ρετυρν ηοµε; λυτιοναρψ τηεορψ, φορ ωηιχη τηε τηε οτηερ, α λιττλε βοψ, Μινικ, ωασ µυσευµ ισ Μεχχα. Σαψσ Ωαρδ Χ. βρουγητ υπ βψ α µυσευµ εµ− Ωηεελερ, ωηο ηελπεδ το σταρτ υπ πλοψεε ανδ διεδ, α βιττερ ψουνγ τηε νεω µολεχυλαρ σψστεµατιχσ µαν, ατ αγε 27. Ανοτηερ ινδιϖιδ− λαβορατορψ: Τηε εξπερτισε ον εϖο− υαλ δισπλαψεδ ατ τηε µυσευµ ανδ λυτιον ατ τηισ µυσευµ ισ ινχρεδι− ατ τηε Βρονξ Ζοο, τηε πψγµψ Οτα βλε. Ψου νεεδ το κνοω σοµετηινγ, Βενγα, τοοκ ηισ οων λιφε. ιτ∏σ ηερε. Ορ ψου νεεδ σοµετηινγ, Ανδ, λικε α ςιχτοριαν φαµιλψ, τηε ιτ∏σ ηερε, τοο. µυσευµ συρϖιϖεδ ιτσ τραγεδιεσ. Το ρεσεαρχηερσ, τηε µυσευµ∏σ Βψ τηε τιµε ϑεσυπ διεδ ιν 1908, χολλεχτιον πρεσεντσ αν ουτστανδ− ΣΥΠΕΡΜΟΤΗΕΡ ΒΑΡΟΣΑΥΡΥΣ προτεχτινγ ηερ ψουνγ. ηε ηαδ γρεατλψ ενηανχεδ τηε ιν− ινγ ρεσουρχε: τηε ωορλδ∏σ µοστ εξ− στιτυτιον∏σ σχιεντι⇒χ στατυσ. Τηε τενσιϖε ρεχορδ οφ λιφε−φορµσ, παστ τρυστεεσ ηαδ γιϖεν γενερουσλψ, το προϕ− χαπτυρεδ ηισ λεγαχψ τηρουγη τηε πρεσ− ανδ πρεσεντ. ςαλυαβλε ασ ωελλ ισ τηε χυ− εχτσ τηατ χαυγητ τηειρ αττεντιον∇ανδ ενχε οφ Μαργαρετ Μεαδ, ηισ στυδεντ. ρατορσ∏ εξπεριενχε ιν ιδεντιφψινγ σπεχιεσ. τηατ βρουγητ ιν τηε πυβλιχ. Τηε στυδψ οφ ∆υρινγ τηε Γρεατ ∆επρεσσιον, τηε µυ− Οϖερ ρεχεντ δεχαδεσ, ασ βιολογψ ηασ βε− νατυρε, τηεσε σελφ−µαδε µεν ηοπεδ, σευµ λοστ µανψ οφ ιτσ οριγιναλ τρυστεεσ. χοµε εϖερ µορε σπεχιαλιζεδ, φεωερ σχι− ωουλδ αχθυαιντ τηε χιτψ∏σ ιµµιγραντσ Τιρεδ οφ ωορρψινγ αβουτ µονεψ, Οσβορν εντιστσ χαν ρεχογνιζε βιοδιϖερσιτψ ωηεν ωιτη τηε ρεαλ Αµεριχα. ρετιρεδ ιν 1933. Φροµ τηεν ον, τηε µυ− τηεψ σεε ιτ. Οσβορν, ωηο φολλοωεδ ϑεσυπ ασ πρεσι− σευµ ωασ ρυν νοτ σο µυχη βψ ιτσ πρεσι− Συχη εξπεριενχε ισ υσεφυλ ιν γυιδινγ δεντ, τυρνεδ τηε µυσευµ ιντο α νατιον− δεντ ασ βψ ιτσ διρεχτορ. Οϖερ τηε ψεαρσ χονσερϖατιον ε⇑ορτσ. Χυρατορ Μελανιε αλ ινστιτυτιον. Εξπεδιτιονσ το τηε Γοβι τηε διρεχτορσ χονσολιδατεδ τηε αδµινισ− Στιασσνψ, φορ εξαµπλε, ποιντσ ουτ τηατ ∆εσερτ λεδ βψ Ροψ Χηαπµαν Ανδρεωσ τρατιϖε ανδ σχιεντι⇒χ δεπαρτµεντσ. Νεω λεµυρσ ανδ σοµε χιχηλιδ ⇒ση, φουνδ τυρνεδ υπ φοσσιλιζεδ δινοσαυρ εγγσ ανδ σουρχεσ οφ φυνδινγ, συχη ασ τηε Νατιον− ονλψ ιν πριστινε ποχκετσ ιν Μαδαγασχαρ, τηε εαρλιεστ κνοων σκυλλσ οφ µαµµαλσ, αλ Σχιενχε Φουνδατιον, οπενεδ υπ αφτερ αρε οφ ανχιεντ ανδ υνιθυε λινεαγε. Τηεψ ρεινφορχινγ Οσβορν∏σ σχιεντι⇒χ εµι− Ωορλδ Ωαρ ΙΙ. Χυρατορσ βεγαν το χοµ− τηερεφορε δεσερϖε ουρ υτµοστ αττεντιον. νενχε. Ενϕοψινγ τηε σπονσορσηιπ οφ τηε πετε ωιτη αχαδεµιχσ ατ υνιϖερσιτιεσ φορ Ωε αρε σιττινγ ον τωο οφ τηε µοστ τρυστεεσ∇ϑ. Π. Μοργαν ωασ ηισ µατερ− ρεσεαρχη γραντσ. πρεσσινγ ισσυεσ οφ ουρ τιµε, Φυττερ ναλ υνχλε∇Οσβορν µαναγεδ ασ ωελλ το Ιν 1988 τηε τρυστεεσ δεχιδεδ τηατ, νοτεσ. Βοτη οφ τηεσε ισσυεσ∇τηε στατε χατχη τηε ιµαγινατιον οφ µιδδλε−χλασσ ονχε µορε, τηε πρεσιδεντ σηουλδ βε τηε οφ τηε νατυραλ ενϖιρονµεντ ανδ σχιενχε Αµεριχανσ. χηιεφ εξεχυτιϖε ο⇔χερ. ∆υρινγ τηε τεν− εδυχατιον∇τηε Αµεριχαν Μυσευµ ισ Ηε συχχεσσφυλλψ ιδεντι⇒εδ τηε µυσε− υρε οφ Γεοργε ∆. Λανγδον, ϑρ., τηε ⇒ρστ δετερµινεδ το µακε ιτσ οων. Ιφ ηιστορψ υµ ωιτη συχη δοµιναντ ϖαλυεσ οφ τηε παιδ πρεσιδεντ, τηε µυσευµ εµβαρκεδ ισ ανψ γυιδε, τηε στρατεγψ βοδεσ ωελλ. αγε ασ βολδνεσσ, αδϖεντυρουσνεσσ ανδ ον α προγραµ οφ µοδερνιζατιον∇ωηιχη Τηισ µυσευµ, σαψσ Φυττερ ωιτη χηαρ− ηαρδ ωορκ. Τηε εξπεδιτιονσ, σκιλλφυλλψ Φυττερ ηασ ινηεριτεδ. αχτεριστιχ χονϖιχτιον, ισ ποισεδ φορ ενορ− δραµατιζεδ βψ τηε µυσευµ∏σ πρεσσ οφ− Τοδαψ τηε µυσευµ∏σ λαβψριντηινε µουσ συχχεσσ. ∇Μαδηυσρεε Μυκερϕεε Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 29 Αγριχυλτυρε φορ ∆εϖελοπινγ Νατιονσ The capital-intensive, highly mechanized Western model may not suit every developing region. Systems of intensive polyculture, exemplified by rice cultivation, may be better βψ Φρανχεσχα Βραψ Π εοπλε ιν τηε ριχη ινδυστριαλ χουν− τριεσ ηαϖε ⇒ξεδ ιδεασ αβουτ τηε δεϖελοπµεντ οφ αγριχυλτυρε. Χηιλ− δρεν ατ σχηοολ λεαρν αβουτ τηε τεχηνι− χαλ προγρεσσ φροµ διγγινγ στιχκ το ηοε ανδ φροµ τηε χαττλε−δραων ωοοδεν αρδ το τηε τραχτορ−δριϖεν, στεελ−σηαρεδ πλοω. Εχονοµιστσ ανδ σοχιολογιστσ δεσχριβε τηε σηιφτ φροµ σµαλλ φαµιλψ φαρµσ το λαργε, ε⇔χιεντ χοµµερχιαλ εντερπρισεσ. Ηυµαν λαβορ ανδ σκιλλσ ψιελδ το ινχρεασ− ινγλψ χοµπλιχατεδ µαχηινεσ. Αλτηουγη ατ τιµεσ ωε φεελ πανγσ οφ νοσταλγια φορ τηε ολδ ωαψσ, ωε κνοω τηατ τηε Ωεστ− ερν µοδελ τραχεσ τηε ινεϖιταβλε πατη οφ ηυµαν προγρεσσ. Ορ δοεσ ιτ? Μουντινγ φρυστρατιον οϖερ αττεµπτσ το πλαν αγριχυλτυραλ δεϖελοπ− µεντ αρουνδ τηε ωορλδ ηασ µαδε ιτ χλεαρ τηατ τηε ωαψ φαρµινγ δεϖελοπεδ ιν Ευροπε ανδ Νορτη Αµεριχα µαψ νοτ, αφτερ αλλ, βε τηε βεστ µοδελ ιν τηε ποορ χουντριεσ οφ Αφριχα, Ασια ανδ Λατιν Αµεριχα∇νορ, ινδεεδ, φορ τηε συρϖιϖαλ οφ τηε βιοσπηερε. Τηε Εαρτη Συµµιτ ηελδ ιν 1992 ιν Ριο δε ϑανειρο µαρκεδ τηε ο⇔χιαλ ενδορσεµεντ οφ α νεω, χριτι− χαλ αππροαχη το τηε ωορλδ∏σ προβλεµσ ωιτη ρεσουρχεσ. Ιτσ κεψ ωορδσ αρε νοτ γροωτη ανδ δεϖελοπµεντ βυτ χον− σερϖατιον ανδ συσταιναβιλιτψ. Τηε βα− σιχ πηιλοσοπηψ οφ χλασσιχαλ αγριχυλτυραλ ανδ εχονοµιχ δεϖελοπµεντ∇µορε ισ βεττερ, φορ εϖερψβοδψ∇ισ νοω σεριουσλψ ιν θυεστιον. Ψετ τηε ωορλδ στιλλ φαχεσ υργεντ προβ− λεµσ οφ ποϖερτψ, ηυνγερ ανδ δισεασε. Ρυραλ ποπυλατιονσ αρε εσπεχιαλλψ δε− πριϖεδ ανδ ϖυλνεραβλε. Τηε γρεατ θυεσ− τιον ισ ωηετηερ αγριχυλτυραλ πολιχιεσ βασεδ ον χονσερϖατιον ανδ συσταιναβιλ− ιτψ χαν σολϖε τηεσε αχυτε προβλεµσ. Ορ ισ χονϖεντιοναλ γροωτη−δριϖεν δεϖελοπ− µεντ, φορ αλλ ιτσ δραωβαχκσ, τηε ονλψ ωαψ το ιµπροϖε ρυραλ λιϖινγ στανδαρδσ? Ι σηαλλ αργυε ηερε τηατ τηε Ωεστερν µοδ− ελ µαψ νοτ βε τηε ιδεαλ φορ εϖερψ δεϖελ− οπινγ ρεγιον. ΦΡΑΝΧΕΣΧΑ ΒΡΑΨ ισ προφεσσορ οφ αντηροπολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Σαντα Βαρβαρα. Τακινγ ηερ βαχηελορ∏σ δεγρεε ιν Χηινεσε στυδιεσ ανδ ηερ Πη.∆. ιν σοχιαλ αντηρο− πολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαµβριδγε, σηε ωορκεδ ατ τηε Νεεδηαµ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε ιν Χαµβριδγε φροµ 1973 το 1981. Ηερ ⇒ελδ τηερε ωασ τηε ηιστορψ οφ Χηινεσε αγριχυλτυρε, ανδ σηε ωροτε Αγριχυλτυρε, α ϖολυµε ιν τηε σεριεσ Σχιενχε ανδ Χιϖιλισατιον ιν Χηινα, εδιτ− εδ βψ ϑοσεπη Νεεδηαµ. Φροµ 1981 το 1983 σηε ηελδ α Λεϖερηυλµε Ρεσεαρχη Φελλοωσηιπ το στυδψ τηε ριχε εχονοµιεσ οφ Ασια, ανδ φορ τηε νεξτ φουρ ψεαρσ σηε ωορκεδ ατ τηε ΧΝΡΣ ιν Παρισ. Σηε χαµε το τηε Υ.Σ. ιν 1987, σερϖινγ ασ προφεσσορ οφ αντηροπολογψ ατ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Λοσ Ανγελεσ, υντιλ σηε τρανσφερρεδ το Σαντα Βαρβαρα λαστ ψεαρ. Ηερ βοοκσ ινχλυδε Τηε Ριχε Εχονοµιεσ: Τεχηνολογψ ανδ ∆εϖελοπµεντ ιν Ασιαν Σοχιετιεσ, πυβ− λισηεδ ιν 1986 ανδ ρεισσυεδ τηισ ψεαρ, ανδ τηε φορτηχοµινγ Φαβριχσ οφ Ποωερ, α στυδψ οφ τηε τεχηνολογιεσ τηατ δε⇒νεδ ωοµεν∏σ λιϖεσ ιν ιµπεριαλ Χηινα. Ηερ νεξτ ρεσεαρχη προϕεχτ ωιλλ βε ον ιννοϖατιον ιν Χηινεσε µεδιχινε. 30 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Ασ χριτιχσ οφ χλασσιχαλ δεϖελοπµεντ πολιχιεσ ηαϖε ποιντεδ ουτ, τηε ωορλδ νοω προδυχεσ µορε τηαν ενουγη φοοδ φορ εϖερψονε, βυτ δεϖελοπµεντ ηασ οφ− τεν ωορσενεδ τηε ινεθυιτιεσ οφ διστριβυ− τιον. Ιν φαχτ, τηισ τρενδ ισ ηαρδλψ συρ− πρισινγ ιφ ονε εξαµινεσ τηε χριτερια τηατ δε⇒νε δεϖελοπµεντ ιν αγριχυλτυρε. Τηε µοδερνιζατιον οφ αγριχυλτυρε, ασ γεν− εραλλψ υνδερστοοδ, ενταιλσ τηε αππλιχα− τιον οφ σχιενχε, τεχηνολογψ ανδ χαπιταλ το ινχρεασε τηε ουτπυτ οφ ϕυστ α φεω χροπσ τηατ ηαϖε ωορλδ µαρκετσ∇αµονγ τηεµ ωηεατ ανδ ριχε φορ ηυµαν χον− συµπτιον, χορν ανδ σοψβεανσ φορ ανι− µαλ φεεδ, ανδ χοττον φορ ινδυστρψ. Τ ηισ αππροαχη γιϖεσ ρισε το ισσυεσ οφ εθυιτψ ανδ χονσερϖατιον. Ιν τερµσ οφ εθυιτψ, τηε σψστεµ φα− ϖορσ ριχη φαρµερσ ανδ πυτσ ποορ ονεσ ατ α δισαδϖανταγε. Ιν αδδιτιον, σπεχιαλ− ιζατιον ανδ εχονοµιεσ οφ σχαλε ρεδυχε εχονοµιχ διϖερσιτψ ανδ εµπλοψµεντ οππορτυνιτιεσ ιν ρυραλ αρεασ. Τηε σψστεµ ενταιλσ τηρεε προβλεµσ ιν χονσερϖατιον. Μονοχυλτυρε ρεδυχεσ βιοδιϖερσιτψ. Τηε ιντενσιϖε υσε οφ φοσσιλ φυελσ ανδ χηεµι− χαλ ινπυτσ χρεατεσ πολλυτιον; οφτεν τηε ινπυτσ οφ ενεργψ εθυαλ ορ εϖεν εξχεεδ τηε ουτπυτ οφ χροπσ. Λαργε−σχαλε µεχηα− νιζεδ οπερατιονσ ηαστεν σοιλ εροσιον ανδ οτηερ ενϖιρονµενταλ δεγραδατιον. Φορ τηεσε ρεασονσ, τηε τρενδ οφ Ωεστ− ερν αγριχυλτυραλ δεϖελοπµεντ τοωαρδ ινδυστριαλ φαρµινγ ηασ χοµε υνδερ ιν− χρεασινγ χηαλλενγε φροµ χονσερϖατιον− ιστσ ανδ αλσο φροµ σοχιαλ γρουπσ τηατ φεελ τηρεατενεδ βψ ιτ∇αµονγ τηεµ Ιν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΤΡΑ∆ΙΤΙΟΝΑΛ ΡΙΧΕ ΦΑΡΜΙΝΓ ενταιλεδ λαργε αµουντσ οφ ηανδ λαβορ. Τηισ σχενε οφ ριχε χυλτιϖατιον ιν τηε βεαυτιφυλ βυτ ποορ διαν ρεβελσ ιν τηε Μεξιχαν στατε οφ Χηι− απασ ανδ οωνερσ οφ σµαλλ φαρµσ ιν Φρανχε. Αρε τηερε αλτερνατιϖεσ το τηε Ωεστερν µοδελ, ορ δο ωε νεεδ το ινϖεντ νεω µοδελσ? Ενϖιρονµενταλιστσ ηαϖε ιδεντι⇒εδ σεϖεραλ αππαρεντλψ συσταιν− αβλε λοχαλ φαρµινγ τραδιτιονσ∇αλλ οφ τηεµ φορµσ οφ πολψχυλτυρε. Αλλ φαρµινγ σψστεµσ ωερε οριγιναλλψ πολψχυλτυρεσ προϖιδινγ α ρανγε οφ βασιχ ρεθυιρεµεντσ φορ συβσιστενχε. Ιν σοµε Μεδιτερρανεαν αρεασ εϖεν τοδαψ, ονε χαν ⇒νδ φαρµερσ πλαντινγ ωηεατ ανδ βαρλεψ αρουνδ τηειρ ολιϖε τρεεσ. Μυχη οφ τηε Νορτη Αµεριχαν ωηεατ βελτ υσεδ το συππορτ µιξεδ γραιν ανδ δαιρψ φαρµινγ. Α φορµ οφ πολψχυλ− τυρε τηατ ηασ ρεχεντλψ αττραχτεδ αττεν− τιον φροµ αγρονοµιστσ βεχαυσε οφ ιτσ ινηερεντ συσταιναβιλιτψ ισ τηε σψστεµ ωηερεβψ χορν, βεανσ ανδ σθυαση αρε Copyright 1994 Scientific American, Inc. Μαλαψσιαν στατε οφ Κελανταν ωασ πηοτογραπηεδ σοµε 20 ψεαρσ αγο βψ τηε αυτηορ. Τηε ωοµαν ισ τρανσπλαντινγ σεεδλινγσ. πλαντεδ ιν τηε σαµε ηολε. Τηεψ χοµπλε− µεντ ρατηερ τηαν χοµπετε ωιτη ονε αν− οτηερ βεχαυσε τηειρ ροοτ σψστεµσ δραω νυτριτιον ανδ µοιστυρε φροµ δι⇑ερεντ λεϖελσ οφ τηε σοιλ. Ιν φαχτ, τηε ροοτσ οφ τηε βεαν αχτυαλλψ ⇒ξ νιτρατεσ ανδ σο φυρ− νιση νατυραλ φερτιλιζερ φορ τηε χορν. Τηισ ηιγηλψ ιντενσιϖε φορµ οφ λανδ υσε ωασ ⇒ρστ δεϖελοπεδ ωελλ οϖερ 2,000 ψεαρσ αγο. Ιτ συσταινεδ γρεατ χιϖιλιζατιονσ συχη ασ τηε Μαψα ανδ χοντινυεσ το συππορτ δενσε ποχκετσ οφ ποπυλατιον αλλ οϖερ Χεντραλ Αµεριχα. Αρε τηερε οτηερ τψπεσ οφ αγριχυλτυραλ σψστεµσ τηατ µιγητ συππορτ συσταιν− αβλε βυτ ιντενσιϖε δεϖελοπµεντ ον α σχαλε λαργε ενουγη το αδδρεσσ τηε διρε προβλεµσ οφ ρυραλ ποϖερτψ φαχεδ βψ µανψ δεϖελοπινγ νατιονσ? Τηε ανσωερ ρεθυιρεσ ⇒ρστ α δε⇒νιτιον οφ συσταιν− αβλε. Το µψ µινδ, α συσταιναβλε αγρι− χυλτυραλ σψστεµ χαννοτ βε ϕυδγεδ σιµ− πλψ βψ τηε εχολογιχαλ σουνδνεσσ οφ ιτσ φαρµινγ µετηοδσ. Ιτ µυστ αλσο προϖιδε α λιϖινγ φορ αλλ ιτσ ποπυλατιον, φαρµερσ ανδ νονφαρµερσ αλικε. Τηε µαϕοριτψ οφ τηε ωορλδ∏σ ποορ λιϖε ιν τηε χουντρψ− σιδε; ρυραλ ποπυλατιονσ αρε στιλλ γροω− ινγ, ανδ υρβαν σερϖιχεσ ανδ ινδυστριεσ νοω αβσορβ λεσσ λαβορ τηαν τηεψ ονχε διδ. Α συσταιναβλε αγριχυλτυραλ σψστεµ µυστ τηερεφορε βε αβλε το χρεατε εµ− πλοψµεντ ασ ωελλ ασ το προδυχε φοοδ. Ιτ σηουλδ βε ⇓εξιβλε ανδ διϖερσι⇒εδ, αβλε το ψιελδ νοτ ονλψ συβσιστενχε βυτ αλσο µαρκεταβλε συρπλυσεσ, ανδ ιτ σηουλδ συσ− ταιν αν ιντερναλ ρυραλ εξχηανγε οφ γοοδσ ανδ σερϖιχεσ ινστεαδ οφ δεπενδινγ ηεαϖιλψ ον τηε εξτερναλ ωορλδ φορ βοτη ινπυτσ ανδ µαρκετσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 31 Ι ωαντ το προποσε τηατ ιτ ισ εασιερ το πλαν δεϖελοπµεντ τοωαρδ συσταιναβλε ρυραλ εχονοµιεσ ιφ ωε τακε ασ ουρ µοδελ νοτ τηε φαρµινγ σψσ− τεµσ οφ τηε Ωεστ, ωηιχη ιν− ηερεντλψ τενδ τοωαρδ σψσ− τεµσ οφ µονοχυλτυρε ανδ εχονοµιεσ οφ σχαλε, βυτ σψσ− τεµσ οφ πολψχυλτυρε τηατ υσε λανδ ιντενσιϖελψ ανδ ο⇑ερ α βασισ φορ εχονοµιχ διϖερσι− ⇒χατιον. Σοµε φοοδ σταπλεσ λενδ τηεµσελϖεσ µορε εασιλψ τηαν δο οτηερσ το ιντενσιϖε πολψχυλτυρε. Ιν τηισ αρτιχλε, Ι υσε ωετ−ριχε φαρµινγ ιν Εαστ Ασια ασ µψ χασε, βεχαυσε ιτσ ηιστοριχαλ ρεχορδ ισ συ⇔− χιεντλψ ριχη το δεµονστρατε α χοηερεντ παττερν οφ τεχηνιχαλ ανδ εχονοµιχ εϖολυτιον. Ι δο νοτ συγγεστ, ηοωεϖερ, τηατ τηε ωορλδ∏σ προβλεµσ ωιλλ βε σολϖεδ ιφ εϖερψ ρεγιον σωιτχη− εσ το ωετ ριχε. Αλµοστ ανψ χοµβινατιον οφ φοοδ σταπλεσ τηατ υσεσ λανδ ιντενσιϖελψ ωιλλ δο. ωηερε α πλοωσηαρε ηαδ το χυτ δεεπλψ το τυρν τηε σοιλ οϖερ, ασ µανψ ασ α δοζεν οξεν µιγητ φορµ α τεαµ. Ωηερε δραφτ ανιµαλσ ανδ ηεαϖψ ιµ− πλεµεντσ ⇒γυρε προµινεντ− λψ ιν αγριχυλτυραλ προδυχτιον, ιτ ισ χλεαρ τηατ λαργε φαρµσ, ωηιχη χαν α⇑ορδ µορε ανι− µαλσ ανδ εθυιπµεντ ανδ χαν οργανιζε τηειρ υσε µορε ε⇔− χιεντλψ, ωιλλ ηαϖε α σιγνιφιχαντ αδϖανταγε οϖερ σµαλλερ ηολδ− ινγσ. Τηε λαργερ τηε φαρµ ιν µεδιεϖαλ Ευροπε, τηε µορε λικελψ ιτ ωασ το προδυχε α συρπλυσ. Υρβαν µαρκετσ φορ φοοδ γρεω ιν τηε 12τη ανδ 13τη χεντυριεσ, ανδ τηε ολδ φευδαλ σψστεµσ, υνδερ ωηιχη σερφσ ωορκεδ βοτη τηειρ οων στριπσ οφ λανδ ανδ τηε λορδ∏σ δο− µαιν, βεγαν το βρεακ δοων. Μανοριαλ λορδσ σταρτεδ το χον− σολιδατε ανδ ενχλοσε λαργε ηολδινγσ ανδ φαρµ τηεµ ωιτη ωαγε λαβορ. Τηε λαβορερσ ωερε οφτεν πεασαντσ ωηο ηαδ λοστ τραδιτιοναλ ριγητσ το λανδ ασ ηε ϖιεω οφ προπερ ιτσ οωνερσηιπ βεχαµε πριϖα− αγριχυλτυραλ προγρεσσ τιζεδ. Ιφ λανδοωνερσ λετ τηειρ τηατ τηε Ωεστ ηασ ιν− λανδ το τεναντσ, ιτ ωασ νοτ το ⇓ιχτεδ ον τηε ρεστ οφ τηε συβσιστενχε σµαλληολδερσ βυτ ωορλδ ηασ ιτσ ηιστοριχαλ ροοτσ το βεττερ−ο⇑ φαρµερσ∇σµαλλ ιν τηε δεϖελοπµεντ οφ φαρµ− χαπιταλιστσ λικε τηε Ενγλιση ινγ ιν νορτηωεστερν Ευροπε ψεοµεν, ωηο χουλδ βεαρ τηε ανδ τηε γραιν βελτσ οφ τηε ρισκσ οφ ινϖεστµεντ ιν ανι− Νεω Ωορλδ∇τηε ρεγιονσ τηατ µαλσ ανδ εθυιπµεντ. Χαπι− συππλιεδ φοοδ φορ τηε υρβαν ταλιστ ρελατιονσ ιν αγριχυλτυρε χεντερσ οφ τηε ινδυστριαλ ρεϖ− ηαδ φορµεδ ιν µανψ παρτσ οφ ολυτιον. Βυτ τηισ δψναµιχ, ιν νορτηωεστερν Ευροπε βεφορε ωηιχη λαβορ ισ α σχαρχε ρε− τηε 15τη χεντυρψ. Μαρκετσ ιν σουρχε ανδ ουτπυτ ισ ιν− λανδ ανδ λαβορ ωερε ωελλ δε− χρεασεδ βψ συβστιτυτινγ τεχη− ϖελοπεδ. Τηε σοχιαλ ρελατιονσ νιχαλ ιννοϖατιονσ φορ µαν− νεχεσσαρψ φορ τηε φουνδατιον ποωερ ανδ ανιµαλσ, ισ νοτ οφ α µοδερν µεχηανιζεδ αγ− ΣΥΠΠΛΕΜΕΝΤΑΡΨ ΧΡΟΠ οφ καβοχηα ( ϑαπανεσε πυµπκιν ινεϖιταβλε; ιτ ισ πρεδιχατεδ ον σθυαση) ισ γροων ον α βυνδ, ορ σµαλλ δικε, συρρουνδινγ α ριχυλτυρε ωερε τηυσ ιν πλαχε, τηε χονδιτιονσ οφ προδυχτιον ριχε φιελδ ιν ϑαπαν. Συχη α χονχεντρατεδ υσε οφ λανδ ισ χηαραχ− βυτ τηε νεχεσσαρψ τεχηνιχαλ σπεχι⇒χ το τηοσε ρεγιονσ. εξπερτισε ωασ λαχκινγ. τεριστιχ οφ φαρµινγ ιν Εαστ Ασιαν πολψχυλτυρε. Νορτηερν Ευροπε, ωηερε ∆εϖελοπµεντ οφ τηισ αγ− τηισ δρψ−γραιν φαρµινγ σψσ− ριχυλτυραλ σψστεµ ωασ δριϖεν τεµ εϖολϖεδ, ηασ α σηορτ γροωινγ σεα− φερτιλιζερ αϖαιλαβλε ωασ µανυρε, λανδ βψ τηε συπεριορ περφορµανχε οφ λαργε, σον. Τηε σταπλε χερεαλσ∇ωηεατ, βαρλεψ ηαδ το βε λεφτ φαλλοω οφτεν ανδ χουλδ βε χεντραλλψ µαναγεδ υνιτσ οφ προδυχτιον. ανδ ρψε∇βεαρ σεεδ ηεαδσ, ορ πανιχλεσ, πλαντεδ ωιτη χερεαλ ονλψ ονχε εϖερψ Τηε 18τη χεντυρψ ρεχορδεδ ιµπροϖε− ωιτη ρελατιϖελψ φεω γραινσ, ατ βεστ α φεω τωο ορ τηρεε ψεαρσ. Ιν σηορτ, τηισ φαρµ− µεντσ τηατ ινχλυδεδ νεω χροπ ϖαριετιεσ δοζεν χοµπαρεδ ωιτη 100 ορ µορε ινγ σψστεµ υσεδ λανδ εξτενσιϖελψ ανδ ανδ βρεεδσ οφ ανιµαλ, βεττερ πλοωσ ανδ γραινσ ον α πανιχλε οφ ριχε ορ µιλλετ. χουλδ νοτ συππορτ ηιγη ποπυλατιον δεν− δραιναγε σψστεµσ, ανδ χροπ ροτατιονσ Εαχη πλαντ υσυαλλψ ηασ νο µορε τηαν σιτιεσ. Τηε τψπιχαλ 11τη−χεντυρψ Ενγλιση τηατ χοµβινεδ χερεαλσ ωιτη φοδδερ χροπσ τηρεε ορ φουρ στεµσ, ορ τιλλερσ. Ιν πρινχι− ηολδινγ, ασ ρεχορδεδ ιν τηε ∆οµεσδαψ συχη ασ χλοϖερ ανδ τυρνιπσ. Αλλ τηε εξ− πλε, ονε σεεδ χουλδ προδυχε σοµε 200 Βοοκ, ωασ 30 αχρεσ (12 ηεχταρεσ). περτσ αγρεεδ τηατ ονλψ λαργε φαρµσ ωερε ο⇑σπρινγ, βυτ τηε βιβλιχαλ παραβλε ρε− ∆ραφτ ανιµαλσ πλαψεδ α χρυχιαλ ρολε ιν συιταβλε φορ τηεσε ηιγη φαρµινγ µετη− µινδσ υσ τηατ µανψ σεεδσ διε ωηερε τηισ φαρµινγ σψστεµ. Ψιελδσ ωερε σο λοω οδσ. Εχονοµιεσ οφ σχαλε διχτατεδ ωηο τηεψ φαλλ. Φαρµερσ ιν µεδιεϖαλ Ευροπε τηατ ιτ ωασ ιµποσσιβλε το τιλλ ενουγη λανδ χουλδ α⇑ορδ συχη ιµπροϖεµεντσ. ηαδ το κεεπ ασ µυχη ασ α τηιρδ οφ τηειρ φορ συβσιστενχε βψ µανποωερ αλονε. Βεφορε µεχηανιζατιον, µανψ ηιγη− χροπ φορ τηε νεξτ ψεαρ∏σ σεεδ; ανοτηερ Σοµε πλοω τεαµσ χονσιστεδ ονλψ οφ α φαρµινγ ιννοϖατιονσ ρεθυιρεδ ινχρεασεδ λαργε πορτιον ωεντ το φεεδινγ δραφτ ανι− παιρ ορ τωο οφ οξεν, βυτ ιν τηε ηεαϖψ λαβορ ασ ωελλ ασ χαπιταλ. Ιν νορτηωεστερν µαλσ οϖερ τηε ωιντερ. Βεχαυσε τηε ονλψ χλαψ σοιλσ τψπιχαλ οφ νορτηερν Ευροπε, Ευροπε, φαρµερσ ηαδ το χοµπετε ωιτη Τ 32 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε νεω ανδ εξπανδινγ ινδυστριεσ φορ ωορκερσ; ιν τηε σπαρσελψ ποπυλατεδ Νεω Ωορλδ, λαβορ ωασ σιµπλψ ϖερψ σχαρχε. Ιν− ϖεντορσ ηαδ βεεν τινκερινγ ωιτη φαρµ µαχηινερψ ασ εαρλψ ασ τηε 16τη χεντυρψ, βυτ ωιτηουτ µυχη συχχεσσ. Βψ τηε εαρλψ 19τη χεντυρψ τηε νεεδ φορ συχη µα− χηινεσ ωασ φελτ αχυτελψ. Τηατ ωασ τηε τιµε ωηεν ενγινεερσ χουλδ ατ λαστ δραω ον µατεριαλσ ανδ εξ− περτισε φροµ τηε ινδυστριαλ σπηερε∇ στεελ, στεαµ ποωερ ανδ χηεµιχαλσ∇το δεϖελοπ λαβορ συβστιτυτεσ φορ αγριχυλ− τυρε. Τηε ⇒ρστ συχχεσσφυλ µεχηανιχαλ τηρεσηερσ χαµε ον τηε Βριτιση µαρκετ ιν τηε 1830σ (προϖοκινγ ριοτσ βψ αγρι− χυλτυραλ λαβορερσ ασ τηεψ σαω τηειρ πρε− χαριουσ λιϖελιηοοδσ τηρεατενεδ ). Ηορσε− δραων ρεαπερσ, ηαρϖεστερσ ανδ µεχηαν− ιχαλ δριλλσ φολλοωεδ, ανδ εϖεντυαλλψ ιν τηε 20τη χεντυρψ τηε τραχτορ ρεπλαχεδ τηε ηορσε. Χηεµιχαλ φερτιλιζερ ελιµινατ− εδ τηε νεχεσσιτψ φορ χροπ ροτατιονσ ανδ φαχιλιτατεδ µονοχυλτυρε. Ηερβιχιδεσ ανδ πεστιχιδεσ φυρτηερ ρεδυχεδ τηε νεεδ φορ λαβορ. Τηε αµουντ οφ αγριχυλτυραλ λανδ περ αγριχυλτυραλ ωορκερ ιν τηε Υ.Σ. τοδαψ ισ 137 ηεχταρεσ, ανδ α µεδιυµ−σιζε φαρµ οφ τηε τψπε υσυαλλψ ρυν βψ α σινγλε φαµ− ιλψ ρανγεσ βετωεεν 20 ανδ 100 ηεχταρεσ. Τ ηισ ισ τηε ηιστοριχαλ εξπεριενχε φροµ ωηιχη ουρ ιµαγε οφ νορ− µαλ αγριχυλτυραλ προγρεσσ δε− ριϖεσ. ϑυστ ασ Ωεστερν παττερνσ οφ ινδυσ− τριαλισµ σπρεαδ φροµ νατιον το νατιον, δε⇒νινγ ουρ νοτιονσ οφ α µοδερν εχον− οµψ, σο, τοο, αφτερ Ωορλδ Ωαρ ΙΙ τηε χηαρ− αχτεριστιχσ οφ τηε Ωεστερν αγριχυλτυραλ ρεϖολυτιον δε⇒νεδ τηε ωορλδωιδε αγεν− δα οφ αγριχυλτυραλ µοδερνιζατιον. Συχη προγρεσσ σεεµεδ νορµαλ ανδ ινεϖιταβλε το τηε ποστωαρ αγριχυλτυραλ εχονοµιστσ ανδ σχιεντιστσ, µοστλψ φροµ ορ τραινεδ ιν τηε Υ.Σ., ωηο ωορκεδ ουτ α παχκαγε οφ τεχηνιχαλ ανδ εχονοµιχ αιδ το µοδερν− ιζε αγριχυλτυρε ιν τηε ποορερ νατιονσ. Τηε νεω τεχηνολογψ τηεψ δεϖελοπεδ γαϖε συχη ιµπρεσσιϖε ινιτιαλ ρεσυλτσ τηατ ιτ θυιχκλψ χαµε το βε χαλλεδ τηε γρεεν ρεϖολυτιον. Τηε τεχηνολογψ χεντερσ ον τηε υσε οφ ηιγη−ψιελδινγ ϖαριετιεσ οφ ωηεατ, χορν ανδ ριχε. Τηεσε ϖαριετιεσ αρε ηψβριδσ τηατ φαρµερσ χαννοτ βρεεδ τηεµσελϖεσ ανδ τηατ νεεδ χηεµιχαλ φερ− τιλιζερσ ανδ ηερβιχιδεσ το τηριϖε. Ιν εξ− περιµενταλ στατιονσ τηε ηψβριδσ προ− δυχεδ συχη ηιγη ψιελδσ τηατ τηεψ ωερε σοον χαλλεδ µιραχλε σεεδσ. Ασ Ινδιαν εχονοµιστ ςανδανα Σηιϖα ποιντσ ουτ, ηοωεϖερ, χοµπαρισονσ βετωεεν ολδ ανδ νεω ϖαριετιεσ µεασυρε ονλψ τηε ουτπυτ οφ τηατ ονε χροπ, νοτ οφ τηε ωηολε µιξεδ χροππινγ σψστεµ τηατ ιτ οφτεν δισπλαχεσ, σο τηε οϖεραλλ γαινσ µαψ βε µυχη λεσσ τηαν χλαιµεδ. Βεχαυσε οφ τηε εµπηασισ ον µονο− χυλτυρε, τηε αγριχυλτυραλ αγενχιεσ τηατ Copyright 1994 Scientific American, Inc. συππλψ τεχηνιχαλ ινφορµατιον, σεεδ ανδ χρεδιτ το φαρµερσ υσυαλλψ αδϖοχατε λαργε− σχαλε χυλτιϖατιον ανδ τηε χονσολιδατιον οφ ηολδινγσ το µακε µεχηανιζατιον φεα− σιβλε. Υνδερ τηεσε χονδιτιονσ, σαλαβλε συρπλυσεσ ανδ προ⇒τ µαργινσ (βυτ νοτ νεχεσσαριλψ ψιελδσ) αρε γενεραλλψ προ− πορτιοναλ το τηε σιζε οφ τηε φαρµ, ανδ σµαλλ φαρµσ λοσε τηειρ ϖιαβιλιτψ. Τηε πριµαρψ αιµ οφ τηε γρεεν ρεϖολυ− τιον πολιχιεσ οφ τηε 1960σ ανδ 1970σ ωασ τηε εραδιχατιον οφ ωορλδ ηυνγερ: τηε µοδερνιζατιον οφ υνδερπροδυχτιϖε φαρµινγ σψστεµσ ωουλδ ινχρεασε τηε ωορλδ ουτπυτ οφ σταπλε γραινσ. Ιν τηισ ρεσπεχτ, τηε γρεεν ρεϖολυτιον ηασ βεεν α γρεατ συχχεσσ. Τηε ωορλδ∏σ προδυχ− τιον οφ τηε µαιν σταπλε γραινσ (ωηεατ, χορν ανδ ριχε) ωουλδ τοδαψ βε µορε τηαν αδεθυατε το φεεδ τηε ωορλδ∏σ ποπ− υλατιον ιφ ιτ ωερε νοτ φορ προβλεµσ οφ µαλδιστριβυτιον. Βυτ ασ φαρµερσ ηαϖε βεεν ενχουραγεδ το χονχεντρατε ον µονοχυλτυρε, τηεψ ηαϖε βεχοµε µορε ϖυλνεραβλε το χροπ πεστσ ανδ πριχε ⇓υχτυατιονσ. Τηε ϖαρι− ετψ οφ λοχαλ διετσ ηασ βεεν δραστιχαλλψ ρεδυχεδ, ασ ηαϖε εµπλοψµεντ οππορτυ− νιτιεσ. Τηε νεω τεχηνολογψ υσεσ ενορ− µουσ αµουντσ οφ χηεµιχαλσ ανδ φοσσιλ φυελσ. Ιν ενεργψ τερµσ, ιτ ισ λεσσ ε⇔χιεντ τηαν µανψ τραδιτιοναλ φαρµινγ σψστεµσ. Μονοχυλτυρε, µεχηανιχαλ πλοωινγ, τηε εξτενσιον οφ χροπσ ιντο ωοοδλανδσ ανδ Αγριχυλτυραλ Προδυχτιϖιτψ Ε conomic calculations of agricultural productivity usually take into account only the yield of a particular crop per unit of land and overlook other uses to which the land may be put. The drawings show the result of such a calculation comparing a polyculture (growing several different crops on a hectare of land) with a monoculture in which only rice—a dwarf, high-yielding variety common in green revolution agriculture—is grown. In the polyculture (top) one hectare of land is used for several crops in a year, producing as the main crop 1.1 tons of a cereal grain (rice) and 1.6 tons of straw used for fodder and fuel, but also producing as secondary crops quantities of oil, beans and fiber. The monoculture (bottom) produces four tons of rice and two tons of straw. Because the typical calculation of productivity applies only to yields of a single crop, the comparison puts the polyculture in an unfavorable light—1.1 tons of grain per hectare as against four tons for the monoculture crop. The other yields of the polyculture are ignored. TRADITIONAL POLYCULTURE OIL CROPS BEANS AND PULSES FIBER CROPS CEREALS GRAIN = 1.1 TONS STRAW = 1.6 TONS GREEN REVOLUTION MONOCULTURE DWARF HIGH-YIELD VARIETIES OF CEREALS GRAIN = 4 TONS STRAW = 2 TONS ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 33 παστυρεσ, ανδ τηε υσε οφ χηεµιχαλ προδ− υχτσ αλλ χοντριβυτε το ενϖιρονµενταλ δεγραδατιον. Τηε σεχονδ αιµ οφ γρεεν ρεϖολυτιον πολιχιεσ ωασ το γενερατε ρυραλ προσπερι− τψ τηρουγη τηε προδυχτιον οφ µαρκετ− αβλε συρπλυσεσ. Ιτ σεεµεδ χλεαρ τηατ τηε αππλιχατιον οφ σχιενχε ανδ χαπιταλ ωουλδ ψιελδ µορε ε⇔χιεντ ανδ προδυχτιϖε φαρµινγ πραχτιχεσ. Τηεοριεσ ιν ϖογυε ατ τηε τιµε ρεχογνιζεδ τηατ τηε χαπιταλ ρε− θυιρεµεντσ οφ τηισ κινδ οφ µοδερνι− ζατιον ωουλδ ινιτιαλλψ φαϖορ ωεαλτηιερ φαρµερσ βυτ ασσυµεδ τηατ σοον τηε βενε⇒τσ ωουλδ τριχκλε δοων το τηε εν− τιρε ποπυλατιον. Ιν φαχτ, µανψ ρεγιονσ ηαϖε εξπερι− ενχεδ α σεϖερε εχονοµιχ πολαριζατιον. Ριχη φαρµερσ αδδ το τηειρ ηολδινγσ ωηιλε ποορ ονεσ αρε εδγεδ ουτ οφ φαρµινγ ιντο α δεπενδεντ ωαγε−λαβορ φορχε. Τηε πεο− πλε ωηο χαν α⇑ορδ το φαρµ ρελψ ινχρεασ− ινγλψ ον τηε υρβαν εχονοµψ φορ γοοδσ, σερϖιχεσ ανδ µαρκετσ. Οππορτυνιτιεσ φορ ωορκ ιν τηε χουντρψσιδε διµινιση, βυτ υρβαν ινδυστρψ χαννοτ γενερατε ενουγη ϕοβσ, ανδ τηε υνεµπλοψεδ χονγρεγατε ιν χιτψ σλυµσ. Τηε παραλλελσ βετωεεν τηε γρεεν ρεϖο− λυτιον ανδ τηε 18τη−χεντυρψ µοδερν− ιζατιον οφ Ωεστερν φαρµινγ αρε χλεαρ. Ιφ αδϖοχατεσ οφ τηε γρεεν ρεϖολυτιον νε− γλεχτεδ το χονσιδερ τηε νεγατιϖε σοχιαλ ανδ εχολογιχαλ χονσεθυενχεσ οφ τηειρ πλανσ, ιτ ωασ λαργελψ βεχαυσε τηισ στψλε οφ δεϖελοπµεντ, ωιτη ιτσ ρελιανχε ον χαπ− ιταλ ανδ µαχηινερψ, σεεµσ το ρεπρεσεντ τηε ινεϖιταβλε πατη το µοδερνιζατιον. Ι τ ωασ ιν 1976, δυρινγ α ψεαρ σπεντ στυδψινγ φαρµερσ∏ ρεαχτιονσ το τηε γρεεν ρεϖολυτιον ιν τηε βεαυτιφυλ βυτ ποορ Μαλαψσιαν στατε οφ Κελανταν, τηατ Ι βεγαν το τηινκ αβουτ αλτερνατιϖε µοδελσ οφ αγριχυλτυραλ δεϖελοπµεντ. Βεφορε Ι ωεντ το Κελανταν, Ι ηαδ σπεντ σεϖεραλ ψεαρσ ρεσεαρχηινγ τηε ηιστορψ οφ ριχε χυλτιϖατιον ιν Χηινα. Ασ Ι ρεαδ µορε αβουτ αγριχυλτυραλ δεϖελοπµεντ, Ι ρεαλ− ιζεδ τηατ µανψ ϑαπανεσε εξπερτσ ηαδ ρεαχηεδ χονχλυσιονσ σιµιλαρ το µινε βασεδ ον τηειρ ηιστοριχαλ εξπεριενχε. Τηεψ, τοο, σαω α λογιχ ιν τηε ηιστοριχαλ ιντενσι⇒χατιον οφ Ασιαν ριχε χυλτιϖατιον τηατ ωασ θυιτε δι⇑ερεντ φροµ ωηατ ηαδ ηαππενεδ ιν τηε Ωεστ. Τηεψ αλσο φελτ τηατ τηε ιντροδυχτιον οφ γρεεν ρεϖολυ− τιον τεχηνολογψ οφτεν ρεπρεσεντεδ α δισαστρουσ βρεακ ωιτη τηε παστ, ανδ τηεψ συγγεστεδ τηατ τηερε ωουλδ βε µανψ αδϖανταγεσ το αδοπτινγ τηε ϑαπανεσε µοδελ. Λοοκινγ ατ τηε χονδιτιονσ οφ προδυχ− τιον ανδ τηε χονσεθυενχεσ οφ δεϖελοπ− µεντ, ονε ⇒νδσ τηατ τηε ϑαπανεσε (ορ, βεττερ, Εαστ Ασιαν) µοδελ, ωηιχη χεντερσ ον τηε προδυχτιον οφ ωετ ριχε, δι⇑ερσ ραδιχαλλψ φροµ τηε δρψ−ωηεατ µοδελ οφ νορτηερν Ευροπε. Ιν Χηινα, ϑαπαν, ςιετ− ναµ ανδ Κορεα, τηε υσε οφ λανδ ωασ ιν− τενσι⇒εδ οϖερ τηε χεντυριεσ βεχαυσε οφ τηε ινχρεασινγ αϖαιλαβιλιτψ οφ σκιλλεδ λα− βορ. Τηερε ωερε φεω εχονοµιεσ οφ σχαλε, σµαλληολδινγσ πρεδοµινατεδ ανδ ιν− τενσιϖε χροππινγ παττερνσ συσταινεδ α µιξεδ φαρµινγ σψστεµ ανδ α ηιγηλψ δι− ϖερσι⇒εδ ρυραλ εχονοµψ τηατ χουλδ προ− ϖιδε α λιϖινγ φορ λαργε ποπυλατιονσ. Ωατερ ισ α χρυχιαλ φαχτορ ιν σηαπινγ τηε δεϖελοπµεντ οφ ριχε χυλτιϖατιον. Ριχε ισ α µονσοον χροπ; ιτ χαν βε γροων ιν δρψ ⇒ελδσ, βυτ ωατερ ισ ιτσ νατυραλ ηαβι− τατ. Τηε εαρλιεστ ⇒νδ οφ δοµεστιχατεδ ριχε σο φαρ ισ ιν α Νεολιτηιχ Χηινεσε ϖιλ− λαγε νεαρ Σηανγηαι, σιτυατεδ ατ τηε εδγε οφ α σηαλλοω µαρση ανδ δατεδ το απ− προξιµατελψ 5000 Β.Χ. Οτηερ εαρλψ σιτεσ δοττεδ αρουνδ σουτηεαστερν χοντινεν− ταλ Ασια αρε αλσο χλοσε το µαρσηεσ ορ οτηερ νατυραλ ωατερ συππλιεσ. Α γοοδ ριχε ⇒ελδ ορ παδδψ ισ ονε ιν ωηιχη τηε ωατερ συππλψ χαν βε αχχυρατε− λψ ρεγυλατεδ ανδ δραινεδ. Ασ α ρεσυλτ, παδδιεσ αρε υσυαλλψ θυιτε σµαλλ βψ Ωεστ− ερν στανδαρδσ: α ⇒ελδ 20 ψαρδσ σθυαρε ωουλδ βε χονσιδερεδ λαργε ιν Χηινα. Ψουνγ ριχε σεεδλινγσ νεεδ δαµπ σοιλ βυτ ροτ ιν στανδινγ ωατερ; ονχε τηεψ αρε αβουτ α φοοτ ταλλ, τηεψ λικε το ηαϖε σεϖ− εραλ ινχηεσ οφ στανδινγ ωατερ τηρουγη τηε περιοδ οφ ⇓οωερινγ ανδ ριπενινγ, αφτερ ωηιχη τηε ⇒ελδ σηουλδ βε δραινεδ φορ σεϖεραλ δαψσ βεφορε ηαρϖεστινγ. Ραινωατερ χαν εασιλψ βε ιµπουνδεδ ιν α ⇒ελδ συρρουνδεδ βψ βυνδσ (σµαλλ TRADITIONAL RICE-BASED POLYCULTURE (16TH-CENTURY SOUTHEASTERN CHINA) HOUSEHOLD ECONOMIC ACTIVITIES OUTPUT = 100 FODDER FOR LIVESTOCK INPUT = 5 (EXCLUDING LABOR) TRANSPLANTING IRRIGATION SEED FROM FARM HARVEST WEAVING COMMERCIAL FERTILIZERS (BEAN FIBER, NIGHT SOIL) FALL FUEL RAW MATERIALS FOR COMMODITY PRODUCTION WINTER RICE OTHER CROPS HANDICRAFTS, ETC. SILKWORM SEASONS 34 FOOD CAPITAL GOODS (SIMPLE EQUIPMENT) MANURE FROM FARM SPRING SUMMER SEED GRAIN ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 FAMILY LABOR ΙΝΠΥΤΣ ΑΝ∆ ΟΥΤΠΥΤΣ αρε χοµπαρεδ φορ α τραδιτιοναλ ριχε−βασεδ πολψχυλτυρε ιν 16τη−χεντυρψ σουτηεαστερν Χηινα ανδ α µοδερν γρεεν ρεϖολυτιον ριχε µονο− Copyright 1994 Scientific American, Inc. δικεσ), βυτ ιτ µαψ εϖαπορατε βεφορε τηε ριχε ισ φυλλψ γροων. Ριχε φαρµερσ ιν σοµε ρεγιονσ τηερεφορε αδοπτεδ ραιν−φεδ τανκ ιρριγατιον σψστεµσ ϖερψ εαρλψ. Οτηερ φορµσ οφ ιρριγατιον ινχλυδε τηε χηαννελ− ινγ οφ σµαλλ στρεαµσ ιντο ηιλλσιδε τερ− ραχεσ ανδ τηε χονστρυχτιον οφ διϖερσιον χηαννελσ φροµ λαργερ ριϖερσ∇ιν ωηιχη χασε τηε ωατερ υσυαλλψ ηασ το βε πυµπεδ υπ ιντο τηε ⇒ελδσ. Αλλ τηεσε φορµσ ωερε χοµµον ιν Χηινα ανδ ϑαπαν βψ µε− διεϖαλ τιµεσ ανδ αλλοωεδ ριχε φαρµινγ το σπρεαδ φροµ σµαλλ ριϖερ ϖαλλεψσ υπ µουνταινσιδεσ ανδ δοων ιντο τηε δελ− ταιχ ⇓οοδπλαινσ. Χονστρυχτινγ βυνδσ, ιρριγατιον νετωορκσ, τανκσ ορ τερραχεδ ⇒ελδσ ρεθυιρεσ λαργε ινιτιαλ ινϖεστµεντσ οφ λαβορ, βυτ τηερεαφτερ µαιντενανχε ισ ρελατιϖελψ χηεαπ ανδ εασψ. Σο ιτ ισ νοτ συρπρισινγ τηατ ριχε φαρµερσ ηαϖε οφτεν πρεφερρεδ ιντενσιφψινγ προδυχτιον ιν τηειρ εξιστινγ ⇒ελδσ το εξτενδινγ τηε χυλτιϖατεδ αρεα. Ωατερ ενηανχεσ τηε συσταιναβιλιτψ οφ ριχε σψστεµσ. Υνλικε δρψ ⇒ελδσ, ριχε παδ− διεσ γαιν ρατηερ τηαν λοσε φερτιλιτψ οϖερ τηε ψεαρσ. Ωηατεϖερ τηε οριγιναλ στρυχ− τυρε ανδ φερτιλιτψ οφ τηε σοιλ, οϖερ σεϖερ− αλ ψεαρσ οφ χοντινυουσ ωετ−ριχε χυλτιϖα− τιον τηε τοπ φεω ινχηεσ οφ σοιλ τυρν το α ⇒νε, γραψ, λοω−αχιδιτψ µυδ ωιτη α λαψερ οφ ηαρδπαν βελοω τηατ ρεταινσ τηε ωα− τερ. Νιτρογεν−⇒ξινγ οργανισµσ τηατ οχ− χυρ νατυραλλψ ιν τηε ωατερ σερϖε ασ α µα− νυρε. Τραδιτιοναλ ριχε ϖαριετιεσ υσυαλλψ ρεσπονδ ωελλ το οργανιχ φερτιλιζερσ; λιµε ανδ σοψβεαν ωαστε ωερε ωιδελψ υσεδ ιν βοτη Χηινα ανδ ϑαπαν βψ τηε 17τη χεν− τυρψ, γιϖινγ αννυαλ ψιελδσ οφ υπ το σιξ τονσ περ ηεχταρε ιν σοµε δουβλε−χροπ− πινγ αρεασ. Ριχε πλαντσ ηαϖε σεϖεραλ σεεδ−βεαρινγ στεµσ, ανδ εαχη σεεδ ηεαδ χονταινσ ον αϖεραγε αβουτ 100 γραινσ. Τηε τεχη− νιθυε οφ τρανσπλαντινγ ριχε σεεδλινγσ αυγµεντσ τηεσε τραιτσ. Α σµαλλ πατχη οφ φερτιλε λανδ ισ µετιχυλουσλψ τιλλεδ, µα− νυρεδ ανδ σοωεδ ωιτη χαρεφυλλψ σελεχτ− εδ πρεγερµινατεδ σεεδ. Μεανωηιλε τηε µαιν ⇒ελδ ισ σοακεδ, πλοωεδ ανδ ηαρ− INPUT = 300 (EXCLUDING LABOR) PURCHASED HYBRID SEEDS IRRIGATION FEES CHEMICAL FERTILIZERS HERBICIDES ροωεδ το χρεατε α ⇒νε σιλκψ µυδ. Αφτερ α µοντη ορ σο, τηε σεεδλινγσ αρε πυλλεδ υπ, τηε σιχκλψ ονεσ αρε δισχαρδεδ ανδ τηε τοπσ οφ τηε λεαϖεσ οφ τηε ηεαλτηψ ονεσ αρε χηοππεδ ο⇑. Τηεν τηε σεεδ− λινγσ αρε ρεπλαντεδ ιν σηαλλοω ωατερ ιν τηε µαιν ⇒ελδ. Τηισ προχεδυρε ισ λαβορ ιντενσιϖε, βυτ ιτ περµιτσ τηε χαρεφυλ σελεχτιον οφ ηεαλτηψ πλαντσ ανδ τηε ε⇔χιεντ υσε οφ σµαλλ αµουντσ οφ µανυρε. Μορεοϖερ, τηε πλαντ ρεσπονδσ το τηε τρανσπλαντινγ προχεσσ βψ γροωινγ µορε τιλλερσ. Βψ τηε τιµε τηε σεεδλινγσ αρε τρανσπλαντεδ, τηεψ νεεδ ονλψ α φεω ωεεκσ ιν τηε µαιν ⇒ελδ. Ηενχε, τηε λανδ χαν βε υσεδ φορ οτηερ χροπσ ιν τηε ο⇑−σεασον. Ω ετ−ριχε χυλτιϖατιον ηασ ενορ− µουσ ποτεντιαλ φορ εξπανδινγ τηε υσεσ οφ λανδ. Τανκσ, χηαν− νελσ ανδ βυνδσ µαψ οχχυπψ ασ µυχη ασ α ⇒φτη οφ τηε λανδ, βυτ νο σπαχε νεεδ βε ωαστεδ. Φιση νιββλε τηε ωεεδσ ιν τηε τανκσ ορ εατ σναιλσ ιν τηε παδδψ, ανδ δυχκσ φεεδ ον τηε ⇒ση. Ναρροω βυνδσ σερϖε φορ γροωινγ ϖεγεταβλεσ, ανδ βροαδ βυνδσ µαψ βε πλαντεδ ωιτη µυλβερριεσ το φεεδ σιλκωορµσ, ωηοσε δροππινγσ αρε υσεδ ασ µανυρε. Αφτερ τηε ριχε ισ ηαρ− ϖεστεδ, τηε ⇒ελδ χαν βε δραινεδ το γροω βαρλεψ, ϖεγεταβλεσ, συγαρχανε ορ τοβαχχο. Τηε αλτερνατιον οφ ωιντερ ριχε ωιτη συµµερ ωηεατ βεχαµε χοµµον ιν τηε λοωερ Ψανγτζε ρεγιον οφ Χηινα 1,000 GREEN REVOLUTION HIGH-TECH RICE MONOCULTURE (CONTEMPORARY JAPAN) FOSSIL FUELS HOUSEHOLD ECONOMIC ACTIVITIES OUTPUT = 100 TRANSPLANTING HARVEST CAPITAL EQUIPMENT (FARM MACHINERY) FOOD GRAIN OFF-FARM WAGE WORK RICE SPRING SUMMER FALL WINTER FAMILY LABOR χυλτυρε ιν ϑαπαν. Τηε ηειγητ οφ τηε λαβελεδ βαρσ ρε⇓εχτσ τηε ρελατιϖε αµουντ οφ τηατ ινπυτ ορ ουτπυτ. Τηε χυρϖεσ ατ τηε βοτ− τοµ λεφτ οφ εαχη διαγραµ ινδιχατε ηοω τηε πεοπλε οφ τηε φαρµ ηουσεηολδ αππορτιον τηειρ προδυχτιϖε τιµε. Ιν τηε πολψχυλτυρε Copyright 1994 Scientific American, Inc. εχονοµψ τηε ωοµεν δο λιττλε ωορκ ιν τηε ⇒ελδσ βυτ αρε ηεαϖ− ιλψ ινϖολϖεδ ιν ηανδιχραφτσ συχη ασ σιλκ προδυχτιον. Ιν τηε µονοχυλτυρε εχονοµψ, ωοµεν δο µορε οφ τηε ⇒ελδωορκ βε− χαυσε µανψ οφ τηε µεν ηαϖε οφφ−σιτε ϕοβσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 35 ψεαρσ αγο. Α ϕυδιχιουσ χηοιχε οφ φαστ− µατυρινγ ϖαριετιεσ ανδ τηε αβυνδανχε οφ ωατερ α⇑ορδεδ 17τη−χεντυρψ φαρµερσ ιν τηε Χαντον ρεγιον τωο ορ εϖεν τηρεε χροπσ περ ψεαρ πλυσ α φεω σιδε χροπσ οφ ϖεγεταβλεσ; ψεαρλψ ψιελδσ τοταλεδ ασ µυχη ασ σεϖεν τονσ περ ηεχταρε. Βε− χαυσε ⇒ελδσ ωερε σµαλλ, φαρµ ιµπλε− µεντσ ωερε σµαλλ, λιγητ ανδ χηεαπ. Α σινγλε ωατερ βυ⇑αλο σερϖεδ τηε νεεδσ οφ α τψπιχαλ φαρµ; ιφ προδυχτιον ωασ ρε− αλλψ ιντενσιϖε, τηε φαρµερ µιγητ γιϖε υπ πλοωινγ αλτογετηερ ιν φαϖορ οφ ηοεινγ. Ιν γενεραλ, ριχε φαρµινγ διδ νοτ ρε− θυιρε µυχη χαπιταλ ουτλαψ χοµπαρεδ ωιτη δρψ−ωηεατ φαρµινγ, ανδ τηερε ωερε φεω εχονοµιεσ οφ σχαλε το βε πραχτιχεδ. Αλτηουγη α λανδλορδ ιν σουτη Χηινα µιγητ οων ασ µυχη λανδ ασ ηισ Ενγλιση χουντερπαρτ, ηισ ηοµε φαρµ ωουλδ βε οφ µοδεστ σιζε, ανδ τηε ρεστ ωουλδ βε λετ ουτ ιν σµαλλ παρχελσ το µανψ τεν− αντσ, χηοσεν νοτ φορ τηειρ χαπιταλ ασσετσ βυτ φορ τηειρ σκιλλσ ανδ εξπεριενχε. Τηε σψστεµ διδ νοτ πολαριζε ρυραλ σοχιετψ ανδ δριϖε ποορ πεοπλε ουτ. Τηε ρελατιϖε αδϖανταγε οφ σµαλληολδινγσ γυαραντεεδ αχχεσσ το λανδ φορ λαργε νυµβερσ οφ πεασαντσ, εϖεν ιφ ιτ ωασ τηρουγη τηε εξ− πλοιτατιϖε ρελατιον οφ τενανχψ. Τηε λαβορ ρεθυιρεµεντσ οφ ωετ−ριχε φαρµινγ αρε ηιγη βυτ ιντερµιττεντ. Πεασ− αντσ ιν µεδιεϖαλ Χηινα ανδ ϑαπαν χουλδ τηερεφορε υσε ριχε φαρµινγ ασ τηε βασισ φορ τηε χοµµερχιαλ προδυχτιον οφ ϖεγε− ταβλεσ, συγαρ, σιλκ ορ τεα ορ φορ τηε ηουσε− ηολδ µανυφαχτυρε οφ τεξτιλεσ, λιθυορ, βεαν χυρδ ορ ηανδιχραφτσ. Ριχε σερϖεδ ασ τηε φουνδατιον οφ α ρυραλ εχονοµψ τηατ βοτη ρεθυιρεδ ανδ αβσορβεδ τηε λα− βορ οφ α δενσε ποπυλατιον. Εχονοµιχ ηιστοριανσ ηαϖε οφτεν εθυατ− εδ τηισ σψστεµ ωιτη αγριχυλτυραλ ινϖο− λυτιον, βψ ωηιχη ινδιϖιδυαλσ ωορκ ηαρδ− ερ ανδ ηαρδερ φορ εϖερ δεχρεασινγ ρε− τυρνσ. Τηε ασσερτιον µιγητ βε τρυε ιφ χαλχυλατιονσ ωερε βασεδ ονλψ ον ριχε ψιελδσ, ασ ιφ ονε ωερε δεαλινγ ωιτη α µονοχυλτυρε. Βυτ ωηεν αλλ τηε οτηερ γοοδσ προδυχεδ ιν συχη αν εχονοµψ αρε τακεν ιντο αχχουντ, τηε σψστεµ απ− πεαρσ ιν α µυχη µορε φαϖοραβλε λιγητ. Αλτηουγη ιτσ χαπαχιτιεσ φορ εξπανσιον αρε νοτ ιν⇒νιτε, τηεψ αρε χονσιδεραβλε. ∆υρινγ σεϖεραλ χεντυριεσ οφ ποπυλατιον γροωτη, Χηινα∏σ ριχε ρεγιονσ εσταβλισηεδ τηε φουνδατιον φορ α ρυραλ εχονοµψ ιν ωηιχη µανψ οφ τηε πεοπλε µαδε σαλαβλε γοοδσ ατ ηοµε. Ονλψ αφτερ 1800 διδ ρυ− ραλ λιϖινγ στανδαρδσ βεγιν σηαρπλψ δε− χλινινγ∇α τρενδ τηατ ωασ εξαχερβατεδ βψ τηε ε⇑εχτσ οφ µυλτιπλε ωαρσ. Α σιµιλαρ προχεσσ οφ ρυραλ δεϖελοπ− µεντ τοοκ πλαχε ιν ϑαπαν, χρεατινγ τηε βασισ φορ τηε βυιλδινγ οφ τηε µοδερν στατε. Τηισ αχηιεϖεµεντ ισ ονε ρεασον Χοµπαρισον βετωεεν τηε Υ.Σ. ανδ ϑαπαν AVERAGE FARM SIZE (HECTARES) 185 0.97 JAPAN U.S. AGRICULTURAL LAND PER AGRICULTURAL WORKER (HECTARES) 137 1.15 AGRICULTURAL LAND PER CAPITA (HECTARES) 1.77 0.04 AGRICULTURAL LABOR AS PERCENT OF TOTAL WORKFORCE 2.6 7.6 RICE YIELDS (KILOGRAMS PER HECTARE) 6,246 6,112 PRICE AS RICE LEAVES FARM (U.S. = 100) 100 688 RICE PRODUCTION COSTS (U.S. = 100) 100 1,150 LABOR PRODUCTIVITY (KILOGRAMS OF BROWN RICE PRODUCED BY ONE WORKER IN 10 HOURS) 2,435 106 36 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ϑαπανεσε αγρονοµιστσ σεε τηειρ σψστεµ ασ αν εξπορταβλε µοδελ. Ψετ ιν ϑαπαν ασ ιν τηε Ωεστ, ινδυστριαλιζατιον ωασ αχηιεϖεδ τηρουγη ρυτηλεσσ παττερνσ οφ εξπλοιτατιον. Βετωεεν 1600 ανδ 1800 τηε ρυραλ εχονοµψ εξπανδεδ ιν χον− ϕυνχτιον ωιτη τηε γροωτη οφ τραδε ανδ χιτιεσ. Τεχηνιθυεσ φορ γροωινγ ριχε ωερε ιµπροϖεδ, ανδ λανδ βεχαµε σο προδυχ− τιϖε τηατ τηε Μειϕι γοϖερνµεντ οφ 1868∠ 1912 ωασ αβλε το φυνδ τηε χονστρυχτιον οφ α µοδερν ινδυστριαλ στατε µοστλψ τηρουγη ραισινγ αγριχυλτυραλ ταξεσ. Βυτ τηισ λεϖελ οφ εξτραχτιον λεφτ τεναντ φαρµ− ερσ ιν α στατε οφ νεαρ δεστιτυτιον τηατ τηε στατε διδ νοτ φεελ οβλιγεδ το αδδρεσσ υντιλ τηε ιντροδυχτιον οφ υνιϖερσαλ συφ− φραγε ιν 1945. Τηε νεω ρεγιµε σετ ουτ το γυαραντεε ριχε σελφ−συ⇔χιενχψ ανδ το ελιµινατε ρυ− ραλ ποϖερτψ. Λανδ ρεφορµσ ωερε εναχτεδ το δο αωαψ ωιτη τενανχψ ανδ σετ στριν− γεντ λιµιτσ ον τηε πυρχηασε οφ λανδ. Τηισ πολιχψ ινστιτυτιοναλιζεδ τηε τινψ βυτ ινδεπενδεντ φαµιλψ ριχε φαρµ, συπ− πλψινγ α φραµεωορκ φορ τηε συχχεσσφυλ λονγ−τερµ βαλανχινγ ανδ ιντεγρατιον οφ ρυραλ ανδ υρβαν δεϖελοπµεντ. Ψ ετ ϑαπανεσε αγριχυλτυρε τοδαψ ισ ιν α στατε οφ χρισισ. Εξχεπτ φορ τηε αβερραντ ποορ ηαρϖεστ οφ 1993, χαυσεδ βψ βαδ ωεατηερ, ριχε ισ οϖερπρο− δυχεδ ανδ ωαστεφυλλψ προδυχεδ, ιν λαργε παρτ βεχαυσε οφ ηεαϖψ συβσιδιεσ ανδ πριχε συππορτ παιδ βψ τηε γοϖερν− µεντ σινχε τηε 1950σ. Τηε στρατεγψ οφ ινχρεασινγ ρυραλ ινχοµεσ βψ ραισινγ ριχε πριχεσ ηασ βαχκ⇒ρεδ. Υντιλ τηε 1960σ, ϑαπανεσε φαρµερσ υσεδ µοδερατε ιν− πυτσ ανδ σιµπλε µαχηινερψ. Σινχε τηε 1960σ, µεχηανιζατιον ηασ τακεν οϖερ ιν ριχε προδυχτιον ωιτη σµαλλ−σχαλε τραχ− τορσ, τρανσπλαντερσ ανδ ηαρϖεστερσ. Αλ− µοστ αλλ φαρµερσ οων α φυλλ ρανγε οφ εξ− πενσιϖε µαχηινερψ, ανδ τηε αϖεραγε υσε οφ φερτιλιζερ περ ηεχταρε ισ 1,110 κιλο− γραµσ (χοµπαρεδ ωιτη 160 ιν τηε Υ.Σ. ανδ 48 ιν Τηαιλανδ ). Ασ λονγ αγο ασ 1977, τηε ϑαπανεσε εχονοµιστ Τακετο− σηι Υδαγαωα χαλχυλατεδ τηατ ενεργψ ιν− πυτσ αµουντεδ το τηρεε τιµεσ τηε φοοδ ενεργψ οφ τηε ριχε. Ιτ χοστσ 15 τιµεσ ασ µυχη το προδυχε α κιλογραµ οφ ριχε ιν ϑαπαν ασ ιν Τηαιλανδ ανδ 11 τιµεσ ασ µυχη ασ ιν τηε Υ.Σ. Νο ονε ιν ϑαπαν τοδαψ ωουλδ χαλλ τηισ πολιχψ εχονοµιχαλλψ συσταιναβλε. Νορ ισ ιτ ανψ λονγερ χονσερϖατιοναλλψ σουνδ. Αλτηουγη τηε ιρριγατεδ ⇒ελδσ ανδ χηαν− νελσ στιλλ προτεχτ ϑαπαν∏σ ναρροω ριϖερ ϖαλλεψσ φροµ ⇓οοδσ, τηε χηαννελσ ανδ σοιλ αρε σατυρατεδ ωιτη χηεµιχαλσ. Νο ⇒ση ορ φρογσ σωιµ ιν τηε παδδιεσ νοω. ϑαπαν∏σ χυρρεντ χρισισ µακεσ ιτ χλεαρ τηατ τηε Εαστ Ασιαν µοδελ οφ αγριχυλ− τυρε, τοο, χαν γο αωρψ. Ψετ ιτ ωουλδ βε τραγιχ ιφ τηε ϑαπανεσε γαϖε ιν ταµελψ το Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε αδϖιχε τηεψ αρε ηεαρινγ το αδοπτ τηε Ωεστερν στψλε ρατηερ τηαν σεεκινγ χρεατιϖε ενδογενουσ σολυτιονσ τηατ µιγητ βε εχολογιχαλλψ ανδ σοχιαλλψ µορε ρεωαρδινγ. Συχη σολυτιονσ µαψ βε αλρεαδψ ατ ωορκ. Τηρουγη ρεχεντ εχονοµιχ ρε− φορµσ ιν ϑαπαν, Ταιωαν ανδ Χηινα, τηε παττερνσ οφ λανδ υσε ανδ εχονοµιχ δι− ϖερσι⇒χατιον βασεδ ον ριχε χυλτιϖατιον ηαϖε βρουγητ αβουτ α µοδερνιζατιον χηαραχτεριζεδ βψ αν υνυσυαλ δεγρεε οφ βαλανχε βετωεεν ρυραλ ανδ υρβαν δεϖελ− οπµεντ. Τηε ρισινγ ρατιο οφ φαρµ−ηουσε− ηολδ ινχοµε το τηε ηουσεηολδ ινχοµε οφ ινδυστριαλ ωορκερσ ιν ϑαπαν σηοωσ τηε τρενδ: 69 περχεντ ιν 1960, 92 ιν 1970, 115 ιν 1980 ανδ 113 ιν 1988. Ω ηατ αρε τηε ιµπλιχατιονσ φορ συσταιναβλε ρυραλ δεϖελοπµεντ ελσεωηερε? Τηισ ισ α προβλεµ φαχεδ νοτ ονλψ βψ νατιονσ ωιτη λαργε ανδ ιµποϖερισηεδ ρυραλ ποπυλατιονσ, συχη ασ Μεξιχο ανδ Ινδια, βυτ αλσο βψ ωεαλτηψ νατιονσ, συχη ασ Φρανχε, τηατ ωαντ το αϖοιδ φυρτηερ ρυραλ δεποπυλατιον. Μονο− χυλτυρε ισ νοτ αν ιρρεϖερσιβλε τρενδ, βυτ ιν τοδαψ∏σ γλοβαλ εχονοµψ, ρυραλ διϖερ− σι⇒χατιον δοεσ ρεθυιρε στρυχτυρεδ συπ− πορτ ανδ φαιρ πριχεσ φορ αγριχυλτυραλ προδυχτσ. Ιν ϑαπαν, ωηερε χονσυµερσ ωιλλ παψ ηιγη πριχεσ φορ φρυιτσ ανδ ϖεγ− εταβλεσ, λαργε νυµβερσ οφ ριχε φαρµερσ ηαϖε βεεν περσυαδεδ το σωιτχη παρτ οφ τηειρ λανδ το ορχηαρδσ ανδ τρυχκ φαρµσ. Ιν Χηινα, τηε στατε αβανδονεδ τηε Μαο− ιστ πολιχψ οφ πυττινγ γραιν ⇒ρστ ιν τηε λατε 1970σ. Ιτ αλλοωεδ φαρµερσ το χοµ− βινε α βασιχ λεϖελ οφ γραιν φαρµινγ ωιτη αλλ κινδσ οφ οτηερ χροπσ ανδ λιϖεστοχκ. Ατ τηε σαµε τιµε, φαρµ πριχεσ ωερε ιν− χρεασεδ το α ρεαλιστιχ λεϖελ. Αγριχυλτυραλ προδυχτιον σηοτ υπ οϖερνιγητ. Φαρµερσ προδυχεδ νοτ ϕυστ φοοδ βυτ αλσο τηε ραω µατεριαλσ φορ τηε δεϖελοπµεντ οφ ρυραλ ινδυστρψ. Μορεοϖερ, τηεψ βεχαµε ωεαλτηψ ενουγη το χονσυµε α ωιδε ρανγε οφ ινδυστριαλ γοοδσ. Χηινα∏σ χυρ− ρεντ σπεχταχυλαρ γροωτη ρατεσ χαν βε υνδερστοοδ ονλψ αγαινστ τηισ βαχκ− γρουνδ οφ ρυραλ ρεϖιταλιζατιον. Τηε εξαµπλεσ οφ πρεµοδερν Χηινα ανδ ϑαπαν σηοω τηατ ιντενσιϖε πολψχυλ− τυρε, πρεχισελψ βεχαυσε ιτ δοεσ νοτ δε− πενδ ον εξπενσιϖε ινπυτσ, χαν ψιελδ α λιϖελιηοοδ φορ ποορερ φαρµερσ, ο⇑ερ ωιδεσπρεαδ αχχεσσ το λανδ ανδ γενερατε οτηερ εµπλοψµεντ οππορτυνιτιεσ. Ιδεαλ− λψ, πολψχυλτυρε σηουλδ νοτ ονλψ συππορτ ρυραλ διϖερσι⇒χατιον βυτ αλσο λεσσεν δε− πενδενχε ον ινδυστριαλ ινπυτσ. Μαψαν πεασαντσ χαν γροω χορν ωιτηουτ βυψινγ χηεµιχαλσ βεχαυσε βεανσ νατυραλλψ µαν− υφαχτυρε νιτρατεσ. Βυτ α φαρµερ δοεσ νοτ ηαϖε το οπερατε ατ τηε σχαλε οφ πεασαντ συβσιστενχε το δο ωιτηουτ χηεµιχαλσ. Ιν Χαλιφορνια, οργανιχ ϖεγεταβλε γροωερσ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΜΟ∆ΕΡΝ ΡΙΧΕ ΦΑΡΜΙΝΓ ισ ινχρεασινγλψ δονε ωιτη µαχηινεσ δεσιγνεδ φορ τηε σµαλλ σχαλε οφ ριχε ⇒ελδσ. Ηερε α φαρµερ ιν ϑαπαν οπερατεσ α µαχηινε τηατ τρανσπλαντσ ριχε σεεδλινγσ ιν α ωετ παδδψ αφτερ τηεψ ηαϖε γροων το α λενγτη οφ αβουτ α φοοτ. ανδ ωινε προδυχερσ αρε δεϖελοπινγ ιν− τερπλαντινγ τεχηνιθυεσ (ανοτηερ φορµ οφ πολψχυλτυρε) το συβστιτυτε φορ χηεµι− χαλ πεστιχιδεσ. Τηεψ γροω µορε κινδσ οφ πλαντσ, ηιρε µορε ωορκερσ ανδ βυψ φεω− ερ χηεµιχαλσ∇ανδ τηεψ αρε δοινγ α βιγ βυσινεσσ. Τηε εξαµπλεσ Ι ηαϖε χιτεδ σηουλδ βε α στιµυλυσ το λοοκ χλοσελψ ατ οτηερ νον− Ωεστερν αγριχυλτυραλ σψστεµσ. Ιφ ωε αρε το ⇒νδ λονγ−τερµ σολυτιονσ το τηε τρυλψ µοδερν προβλεµ οφ φεεδινγ τηε ωορλδ ωιτηουτ δεστροψινγ ιτ, ωε ηαϖε µυχη το λεαρν φροµ συχη σψστεµσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ϑΑΠΑΝΕΣΕ ΑΓΡΙΧΥΛΤΥΡΕ: ΠΑΤΤΕΡΝΣ ΟΦ ΡΥΡΑΛ ∆ΕςΕΛΟΠΜΕΝΤ. Ριχηαρδ Η. Μοορε. Ωεστϖιεω Πρεσσ, 1990. ΤΗΕ ςΙΟΛΕΝΧΕ ΟΦ ΤΗΕ ΓΡΕΕΝ ΡΕςΟΛΥ− ΤΙΟΝ: ΤΗΙΡ∆ ΩΟΡΛ∆ ΑΓΡΙΧΥΛΤΥΡΕ, ΕΧΟΛ− ΟΓΨ ΑΝ∆ ΠΟΛΙΤΙΧΣ. ςανδανα Σηιϖα. Ζεδ Βοοκσ ανδ Τηιρδ Ωορλδ Νετωορκ, 1991. ϑΑΠΑΝΕΣΕ ΑΝ∆ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ΑΓΡΙΧΥΛΤΥΡΕ: ΤΡΑ∆ΙΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΠΡΟΓΡΕΣΣ ΙΝ ΧΟΝΦΛΙΧΤ. Λυτηερ Τωεετεν, Χψντηια Λ. ∆ισηον, Ωεν Σ. Χηερν, Ναραοµι Ιµαµυρα ανδ Μασαρυ Μορισηιµα. Ωεστϖιεω Πρεσσ, 1993. ΤΗΕ ΡΙΧΕ ΕΧΟΝΟΜΙΕΣ: ΤΕΧΗΝΟΛΟΓΨ ΑΝ∆ ∆ΕςΕΛΟΠΜΕΝΤ ΙΝ ΑΣΙΑΝ ΣΟΧΙΕΤΙΕΣ. Φραν− χεσχα Βραψ. Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια Πρεσσ, 1994. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 37 Τηε Σχιεντι⇒χ Λεγαχψ οφ Απολλο The retrieved lunar rocks have helped settle questions about the moon’s origin, its composition and even the early conditions that a›ected life on the earth βψ Γ. ϑε⇑ρεψ Ταψλορ Ω ηεν Νειλ Α. Αρµστρονγ ανδ Εδ− ωιν Βυζζ Αλδριν, ϑρ., δυγ ιντο τηε µοον∏σ συρφαχε 25 ψεαρσ αγο, τηεψ ωερε δοινγ µορε τηαν χολλεχτ− ινγ δρψ, δαρκ διρτ. Τηεψ ωερε τιµε τραϖ− ελινγ. Τηειρ ϕουρνεψ ιν Απολλο 11 αχροσσ 380,000 κιλοµετερσ οφ σπαχε σεντ τηεµ βαχκ βιλλιονσ οφ ψεαρσ. Αρµστρονγ, Αλ− δριν ανδ τηε 10 αστροναυτσ ωηο φολ− λοωεδ ρετυρνεδ ωιτη σαµπλεσ τηατ χον− ταιν α φασχινατινγ ηιστορψ οφ τηε µοον ανδ τηε εαρτη. Τηε ροχκσ ηαϖε ινδιχατεδ τηε µοον∏σ ϖιολεντ ανδ συρπρισινγ ορι− γιν, ιτσ χοµποσιτιον ανδ ιτσ αγε. Ινστρυ− µεντσ πλαχεδ ον τηε συρφαχε εναβλεδ γεοπηψσιχιστσ το ρεχονστρυχτ τηε σατελ− λιτε∏σ ιντερναλ στρυχτυρε ανδ αχτιϖιτψ. Ωιτηουτ τηε Απολλο προγραµ, νονε οφ τηεσε δισχοϖεριεσ χουλδ ηαϖε βεεν µαδε. Βψ τραϖελινγ το τηε µοον, ωε αλσο λεαρνεδ αβουτ τηε εαρτη. ςολχανισµ, φολδινγ, φαυλτινγ, µουνταιν βυιλδινγ, ωεατηερινγ ανδ γλαχιατιον ηαϖε ερασεδ ορ µοδι⇒εδ µοστ οφ τηε εαρτη∏σ ανχιεντ ηιστορψ. Φορτυνατελψ, τηε µοον ωασ νοτ σο ενεργετιχ α γεολογιχ ενγινε. Ιτ ωασ αχτιϖε ενουγη ιν ιτσ ⇒ρστ βιλλιον ψεαρσ το προδυχε αν ιντριγυινγ ανδ χοµπλεξ αρ− Γ. ϑΕΦΦΡΕΨ ΤΑΨΛΟΡ, ωηο ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. ιν γεολογψ φροµ Ριχε Υνιϖερσιτψ ιν 1970, ισ α προφεσσορ ατ τηε Ηαωαιι Ινστιτυτε οφ Γεοπηψσιχσ ανδ Πλανετολογψ, Σχηοολ οφ Οχεαν ανδ Εαρτη Σχιενχεσ ανδ Τεχηνολογψ, Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι ατ Μανοα ιν Ηονολυλυ. Ηε χηαιρσ τηε λυναρ εξπλορατιον σχιενχε ωορκινγ γρουπ, α χοµµιττεε τηατ αδϖισεσ τηε Να− τιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον ον φυτυρε λυναρ µισσιονσ. Ηε ηασ ρεχεντλψ βεχοµε αχτιϖε ιν στυδιεσ οφ τηε δψναµιχσ οφ λαϖα ⇓οωσ ον τηε εαρτη, τηε µοον, Μαρσ ανδ ςενυσ. Ηισ βελιεφ τηατ εδυχατιον ισ α πριµε ϕυστι⇒χατιον φορ α ϖιγορουσ σπαχε προγραµ ηασ λεδ ηιµ το δεϖελοπ ινστρυχτιοναλ µατεριαλσ φορ υσε ιν γραδεσ 4 τηρουγη 12. 40 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ραψ οφ προδυχτσ, βυτ νοτ σο ϖιγορουσ τηατ ιτ χοµπλετελψ εραδιχατεδ τηε χηρον− ιχλε οφ ωηατ ηαδ ηαππενεδ. Βψ χοµπαρ− ινγ τηε µοον∏σ χρατερσ, λαϖα ⇓οωσ ανδ ϖολχανιχ δεβρισ ωιτη χορρεσπονδινγ φορ− µατιονσ ον τηε εαρτη, ωορκερσ χαν τεστ τηεορετιχαλ µοδελσ οφ τηε µεχηανισµσ τηατ χρεατεδ συχη φεατυρεσ ηερε. Τηε Απολλο µισσιονσ, οφ χουρσε, διδ νοτ ινσταντλψ µοδιφψ τηε τηινκινγ αβουτ ουρ νεαρεστ χελεστιαλ νειγηβορ. Ιτ τοοκ σεϖεραλ ψεαρσ το αναλψζε τηε σαµπλεσ ανδ το φορµ ρεασοναβλε τηεοριεσ βασεδ ον τηοσε εµπιριχαλ ⇒νδινγσ. Τηε λανδ− ινγσ ρεχοϖερεδ 382 κιλογραµσ οφ µοον µατεριαλ φροµ σιξ σιτεσ. Τηε ροχκσ θυιχκ− λψ οξιδιζε ωηεν εξποσεδ το αιρ, σο τηεψ αρε πρεσερϖεδ ιν α δρψ, νιτρογεν−⇒λλεδ χηαµβερ ατ τηε Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον Λψνδον Β. ϑοηνσον Σπαχε Χεντερ ιν Ηουστον. Αµονγ τηε ⇒ρστ θυεστιονσ τηε σαµ− πλεσ ρεσολϖεδ ωασ τηε µοον∏σ αγε. Ισο− τοπιχ δατινγ σηοωεδ τηατ τηε µοον φορµεδ ατ τηε σαµε τιµε ασ διδ τηε Copyright 1994 Scientific American, Inc. εαρτη, 4.5 βιλλιον ψεαρσ αγο. Τηε ροχκσ αλσο ινδιχατεδ τηατ τηε µοον ωασ γεο− λογιχαλλψ αχτιϖε υντιλ αβουτ τωο βιλλιον ψεαρσ αγο. Οτηερ µαϕορ θυεστιονσ τοοκ λονγερ το ανσωερ. Ιν φαχτ, ινϖεστιγατορσ διδ νοτ αχηιεϖε α χονσενσυσ ον α τηεορψ οφ τηε µοον∏σ οριγιν υντιλ 1984, 12 ψεαρσ αφτερ τηε λαστ Απολλο µισσιον ⇓εω. Τηε αγρεεµεντ εµεργεδ φροµ α χονφερενχε Ι οργανιζεδ ωιτη Ωιλλιαµ Κ. Ηαρτµανν οφ τηε Πλανε− ταρψ Σχιενχεσ Ινστιτυτε ιν Τυχσον ανδ Ρογερ ϑ. Πηιλλιπσ, νοω ατ Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ. Τηε µεετινγ ωασ ηελδ ιν Κονα, ον τηε βιγ ισλανδ οφ Ηαωαιι. Γιϖ− εν τηε τεναχιτψ ωιτη ωηιχη σχιεντιστσ χλινγ το τηειρ ϖιεωσ, νονε οφ υσ συσπεχτ− εδ τηατ ονε οφ τηε ηψποτηεσεσ οφ λυναρ οριγιν ωουλδ σπρινγ φορτη ασ α λεαδινγ χανδιδατε αβοϖε τηε οτηερσ. Χερταινλψ νονε οφ υσ τηουγητ τηε ποστχονφερενχε φαϖοριτε ωουλδ νοτ βε ονε οφ τηε τηρεε χλασσιχ ηψποτηεσεσ. Εαχη οφ τηεσε ηψ− ποτηεσεσ ηαδ ωηατ σοµε χονσιδερεδ το βε φαταλ ⇓αωσ. Εαχη αλσο ηαδ αρδεντ συππορτερσ. Ιτ ισ α τεσταµεντ το ηυµαν περσιστενχε ανδ ιµαγινατιον τηατ σο µανψ σχιεντιστσ τριεδ σο ηαρδ το αδαπτ τηειρ πρεφερρεδ ιδεα το α γροωινγ λιστ οφ φαχτσ. Μανψ ηουσεσ οφ χαρδσ χαµε τυµ− βλινγ δοων ιν Κονα. Τηε λεαστ φαϖοριτε χλασσιχ ιδεα γοινγ ιντο τηε χονφερενχε ωασ τηε χαπτυρε ηψ− ποτηεσισ. Ιν ιτσ οριγιναλ φορµ τηε χαπτυρε ηψποτηεσισ ηελδ τηατ τηε εαρτη σειζεδ α φυλλψ φορµεδ µοον τηατ χαµε ωηιζζινγ ιν φροµ ελσεωηερε ιν τηε σολαρ σψστεµ. Ιν πρινχιπλε, συχη χαπτυρε ισ ποσσιβλε βυτ υνλικελψ. Α βοδψ πασσινγ νεαρ τηε εαρτη ωουλδ προβαβλψ χολλιδε ωιτη ιτ ορ γετ α γραϖιτατιοναλ βοοστ τηατ ωουλδ αλ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΕΑΡΤΗΡΙΣΕ οϖερ τηε Μαρε Σµψτηιι ρεγιον, λοχατεδ ον τηε εαστερν λιµβ οφ τηε µοον, ωασ τακεν 25 ψεαρσ αγο βψ Απολλο 11. Ιτ επιτοµιζεσ τηε ιδεα τηατ ωε χαν λεαρν αβουτ τηε εαρτη βψ στυδψινγ τηε µοον. τερ ιτσ ορβιτ σο µυχη τηατ ιτ χουλδ νεϖ− ερ µεετ υπ ωιτη τηε εαρτη αγαιν. Τηε χηανχεσ οφ τηε ορβιτσ οφ τηε µοον ανδ τηε εαρτη βεινγ εξθυισιτελψ ριγητ φορ α χαπτυρε ισ σο µινυσχυλε τηατ αλλ βυτ α φεω σχιεντιστσ ηαδ ρεϕεχτεδ τηε ιδεα. Τηε Απολλο µισσιον ηελπεδ το πυτ τηατ τηεορψ το ρεστ. Λυναρ σαµπλεσ σηοωεδ τηατ τηε µοον ανδ τηε εαρτη ηαϖε σιµι− λαρ θυαντιτιεσ οφ οξψγεν ισοτοπεσ, συγ− γεστινγ α χλοσε κινσηιπ. Ιφ τηε µοον ηαδ φορµεδ ελσεωηερε ιν τηε σολαρ σψστεµ, ιτ ωουλδ προβαβλψ ηαϖε ηαδ α δι⇑ερεντ ισοτοπιχ οξψγεν χοµποσιτιον φροµ τηατ οφ τηε εαρτη. Τηε σεχονδ χλασσιχ λυναρ γενεσισ ιδεα πρεσεντεδ ωασ τηε ⇒σσιον ηψποτηεσισ. Τηισ τηεορψ ηασ α λονγ ανδ ηονοραβλε ηιστορψ. Γεοργε ∆αρωιν, τηε σεχονδ σον οφ Χηαρλεσ∏σ 10 χηιλδρεν, ⇒ρστ προποσεδ ιτ. Ηε ποστυλατεδ τηατ τηε εαρτη, δυρινγ α περιοδ αφτερ ιτ φορµεδ α χορε, ωασ ατ ονε τιµε σπιννινγ εξτρεµελψ φαστ. Ιτ βυλγεδ σο µυχη ατ τηε εθυατορ τηατ εϖεντυαλλψ α σµαλλ βλοβ σπυν ο⇑, βε− χοµινγ τηε µοον. Τηε σχεναριο ωουλδ αχχουντ νιχελψ φορ α χρυχιαλ φεατυρε οφ τηε µοον δεδυχεδ βψ αστρονοµερσ µορε τηαν 100 ψεαρσ αγο. Βασεδ ον τηε σατελλιτε∏σ ορβιταλ χηαραχτεριστιχσ ανδ σιζε, τηε ινϖεστιγατορσ χαλχυλατεδ τηατ τηε µοον µυστ βε λεσσ δενσε τηαν τηε εαρτη. Τηε λοω δενσιτψ ιµπλιεσ τηατ τηε µοον µυστ ηαϖε ονλψ α σµαλλ µεταλλιχ χορε, ιφ ιτ ηαρβορσ ονε ατ αλλ. Τηε ⇒σσιον ιδεα ωουλδ εξπλαιν τηισ φαχτ: α ⇒σσιονεδ µοον ισ χοµποσεδ µοστλψ οφ τηε εαρτη∏σ µαντλε (τηε λαψερσ βετωεεν τηε χρυστ ανδ τηε χορε). Σ υβσεθυεντ χαλχυλατιονσ σηοωεδ τηατ τηε εαρτη ωουλδ ηαϖε το ηαϖε βεεν ροτατινγ ονχε εϖερψ 2.5 ηουρσ ιν ορδερ το ηαϖε σπυν ο⇑ τηε µατεριαλ τηατ βεχαµε τηε µοον. Τηισ σηορτ δαψ ισ αµονγ τηε χηιεφ προβλεµσ ωιτη τηε ηψποτηεσισ: νο ονε χαν ⇒γυρε ουτ ηοω τηε εαρτη ωουλδ ηαϖε βεεν σπιννινγ σο φαστ ιν τηε ⇒ρστ πλαχε. Τηε µοδελσ τηατ δεσχριβεδ πλανεταρψ φορµατιον ασ αν αχχυµυλατιον οφ δυστ γραινσ ινδιχατεδ τηατ τηε εαρτη ωουλδ ενδ υπ σπιννινγ ρατηερ σλοωλψ, ιφ ατ αλλ. Ινχορπορατινγ εϖεντσ τηατ αδδ ανγυλαρ µοµεντυµ∇ µοστ νοταβλψ, ιµπαχτσ οφ πλανετεσιµαλσ υπ το α φεω ηυνδρεδ κιλοµετερσ αχροσσ∇ διδ νοτ ηελπ. Χοµπυτερ σιµυλατιονσ σηοωεδ τηατ φορ εϖερψ οβϕεχτ τηατ στρυχκ τηε εαρτη το αδδ χλοχκωισε σπιν, ανοτηερ ιµπαχτ ωουλδ χαυσε τηε πλανετ το σπιν χουντερχλοχκωισε. Εϖεν ιφ τηερε ωερε α µεχηανισµ φορ ιµπαρτινγ ενουγη ανγυ− λαρ µοµεντυµ ιντο τηε εαρτη, αδϖοχατεσ οφ τηε ⇒σσιον ηψποτηεσισ ηαδ το ⇒νδ α ωαψ το ελιµινατε µυχη οφ τηε ροτατιοναλ ενεργψ. Τηε εαρτη−µοον σψστεµ οφ τοδαψ δοεσ νοτ ηαϖε νεαρλψ τηε αµουντ οφ µοµεντυµ νεεδεδ το ινιτιατε σεπαρα− τιον οφ τηε τωο βοδιεσ φροµ ονε ανοτη− ερ. Νεϖερτηελεσσ, τηε χαλχυλατιονσ λεφτ ενουγη ροοµ φορ ιντελλεχτυαλ µανευ− ϖερινγ το κεεπ τηε ⇒σσιον ηψποτηεσισ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 41 a b ΣΧΕΝΑΡΙΟΣ ΟΦ ΛΥΝΑΡ ΦΟΡΜΑΤΙΟΝ ϖαριεδ ωιδελψ βεφορε τηε Απολλο µισσιονσ. Τηε χαπτυρε ηψποτηεσισ (α) δεπιχτσ τηε φροµ βεινγ δισχουντεδ ον δψναµιχαλ γρουνδσ αλονε. Τηε Απολλο προγραµ προϖιδεδ α νεω τεστ. Ιφ τηε µοον σπλιτ φροµ τηε εαρτη ιν τηισ µαννερ, ιτ ουγητ το ηαϖε εξαχτλψ τηε σαµε χοµποσιτιον ασ τηε εαρτη∏σ ροχκψ µατεριαλ νεαρ τηε συρφαχε (σπεχι⇒χαλλψ, τηε χρυστ ανδ µαντλε). Τηε µοον ανδ τηε εαρτη δο ηαϖε ιδεντιχαλ αµουντσ οφ οξψγεν ισοτοπεσ, ωηιχη ινδιχατεσ τηατ τηε τωο βοδιεσ αρε ρελατεδ ιν σοµε ωαψ. Βυτ τηε χοµποσιτιοναλ σιµιλαριτψ ενδσ τηερε. Χρυχιαλ δατα χαµε φροµ λυναρ σαµπλεσ, α νετωορκ οφ σεισµοµετερσ λεφτ βεηινδ ανδ σπεχτροσχοπιχ στυδιεσ βψ τηε Απολλο 15 ανδ 16 µισσιονσ. Τηεψ εναβλεδ ρεσεαρχηερσ το χονχλυδε τηατ τηε µοον ανδ τηε εαρτη ηαϖε δι⇑ερεντ χηεµιχαλ χοµποσιτιονσ. Φορ εξαµπλε, τηε µοον ηασ µυχη λεσσ ϖολατιλε µατεριαλ∇συβστανχεσ τηατ βοιλ αωαψ εασιλψ∇τηαν δοεσ τηε εαρτη∏σ µαν− τλε. Τηε σατελλιτε χοµπλετελψ λαχκσ ανψ ωατερ−βεαρινγ µινεραλσ: ιτ ισ βονε−δρψ. Ιτ αλσο λαχκσ οτηερ κινδσ οφ ϖολατιλε ελε− µεντσ, φροµ χοµµον ονεσ συχη ασ πο− τασσιυµ ανδ σοδιυµ το µορε εξοτιχ χηεµιχαλσ συχη ασ βισµυτη ανδ τηαλλι− υµ. Σχιεντιστσ αλσο δισχοϖερεδ τηατ τηε µοον ισ ενριχηεδ ιν νονϖολατιλε συβ− στανχεσ ρελατιϖε το τηε εαρτη. Χαλλεδ ρε− φραχτοριεσ, τηεσε ελεµεντσ αρε τηε οππο− σιτε οφ ϖολατιλεσ: τηεψ βοιλ ατ ηιγη τεµ− περατυρεσ. Ιτ αππεαρσ τηατ ρεφραχτοριεσ συχη ασ αλυµινυµ, χαλχιυµ, τηοριυµ ανδ τηε ραρε−εαρτη ελεµεντσ αρε πρεσεντ ιν τηε µοον ατ χονχεντρατιονσ τηατ αρε αβουτ 50 περχεντ ηιγηερ τηαν τηοσε ιν τηε εαρτη. Ανοτηερ βιτ οφ δαµαγινγ εϖι− δενχε αγαινστ τηε χασε φορ ⇒σσιον χοµεσ φροµ τηε ρατιο οφ ιρον οξιδε το µαγνε− σιυµ οξιδε. Τηε ρατιο οφ τηεσε χοµµον χοµπουνδσ σεεµσ το βε αβουτ 10 περ− 42 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 µοον ασ α βοδψ χαυγητ βψ τηε εαρτη∏σ γραϖιτψ. Ιν τηε φισσιον ιδεα (β), ραπιδ ροτατιον χαυσεδ α πιεχε οφ τηε εαρλψ εαρτη το χεντ ηιγηερ ιν τηε µοον τηαν ιτ ισ ιν τηε χρυστ ανδ µαντλε οφ τηε εαρτη. ∆εσπιτε τηε εϖιδενχε, ⇒σσιον προπο− νεντσ διδ νοτ ψιελδ. Τηεψ δεϖελοπεδ σχηεµεσ το δριϖε ο⇑ ϖολατιλεσ ανδ εν− ριχη ρεφραχτοριεσ; τηεψ ωιδενεδ τηε ερ− ρορ βαρσ ιν τηε ιρον οξιδε το µαγνεσιυµ οξιδε ρατιοσ συ⇔χιεντλψ το χλαιµ τηατ τηε τωο βοδιεσ αρε ινδιστινγυισηαβλε. Βυτ ιν τηε λονγ ρυν τηε Απολλο προγραµ ⇒νδινγσ ηαϖε χονϖινχεδ µοστ ινϖεστι− γατορσ τηατ τηε ⇒σσιον µοδελ φαιλσ τηε χοµποσιτιοναλ τεστ. Τηε τηιρδ χλασσιχ ιδεα ισ τηε δουβλε πλανετ ηψποτηεσισ, βψ ωηιχη τηε µοον ανδ τηε εαρτη φορµεδ χονχυρρεντλψ φροµ α χλουδ οφ γασ ανδ δυστ. Τηυσ, τηε ραω µατεριαλσ φορ τηε µοον χαµε φροµ α ρινγ οφ µατεριαλ ιν ορβιτ αρουνδ τηε εαρτη. Ασ τηε εαρτη γρεω, σο διδ τηε ρινγ ανδ τηε εµβρψονιχ µοον ωιτηιν. Τηισ ηψποτηεσισ αλωαψσ ηαδ τρουβλε εξπλαιν− ινγ ωηψ τηε µοον ηασ συχη α σµαλλ µε− ταλλιχ χορε χοµπαρεδ ωιτη τηατ οφ τηε εαρτη. Ριχηαρδ ϑ. Γρεενβεργ ανδ Στυαρτ ϑ. Ωειδενσχηιλλινγ ανδ σοµε οφ τηειρ χολ− λεαγυεσ ατ τηε Πλανεταρψ Σχιενχεσ Ιν− στιτυτε ανδ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα ταχκλεδ τηε θυεστιον δυρινγ τηε ψεαρ βεφορε τηε Κονα χονφερενχε. Τηεψ συγ− γεστεδ τηατ τηε ορβιτινγ ρινγ οφ µατεριαλ αχτσ ασ α χοµποσιτιοναλ ⇒λτερ. Τηε ροχκψ παρτσ οφ ινχοµινγ βοδιεσ βρεακ υπ εασ− ιλψ ανδ αρε ινχορπορατεδ ιντο τηε ρινγ; µεταλλιχ παρτσ πασσ τηρουγη το βεχοµε παρτ οφ τηε εαρτη. Μυχη δεβατε χεντερεδ ον τηε ε⇔χαχψ οφ τηε προχεσσ, ανδ µανψ ρεσεαρχηερσ ραισεδ δουβτσ αβουτ ωηετηερ τηε ινχοµ− ινγ βοδιεσ ωουλδ ηαϖε βεεν σεπαρατεδ ιντο χορεσ ανδ µαντλεσ. Αλτηουγη τηε βιναρψ πλανετ ηψποτηεσισ εξπλαινσ τηε σιµιλαριτψ οφ τηε χοµποσιτιον οφ τηε εαρτη ανδ τηε µοον ωιτη ρεσπεχτ το οξψγεν ισοτοπεσ, ιτ δοεσ νοτ αχχουντ φορ τηε δι⇑ερενχεσ ιν ϖολατιλεσ ανδ ρε− φραχτοριεσ. Μοστ ιµπορταντ, ιτ ρυνσ ιντο τηε ανγυλαρ µοµεντυµ προβλεµ. Τηατ ισ, ιτ δοεσ νοτ εξπλαιν ηοω τηε εαρτη∏σ ροτατιον χαµε το βε 24 ηουρσ, ωηιχη ισ φαστερ τηαν πρεδιχτεδ βψ σιµπλε αχχρε− τιον µοδελσ, ανδ ηοω τηε ρινγ χουλδ ηαϖε αχθυιρεδ ενουγη χιρχυλαρ µοτιον το σταψ ιν ορβιτ. Α σ ωε ωερε οργανιζινγ τηε Κονα µεετινγ, Ι ωονδερεδ ωηατ νεω τωιστσ τηε προπονεντσ φορ τηεσε φαταλλψ ⇓αωεδ ιδεασ ωουλδ δεϖισε. Αλ− τηουγη µοδι⇒χατιονσ ωερε ινδεεδ πρε− σεντεδ, ωε ωερε αλλ συρπρισεδ βψ τηε εν− τηυσιαστιχ ρεχεπτιον γιϖεν το α λονγ− ιγνορεδ ιδεα : τηε γιαντ ιµπαχτ τηεορψ. Αµονγ τηε µοστ συρπρισεδ ωασ χονφερ− ενχε χο−οργανιζερ Ηαρτµανν, ανδ ηε ωασ ονε οφ τηε ινϖεντορσ οφ τηε νοτιον. Βψ τηε ενδ οφ τηε δελιβερατιονσ, α χλεαρ χονσενσυσ φορµεδ ιν συππορτ οφ τηε ιδεα τηατ τηε ιµπαχτ οφ α λαργε προϕεχ− τιλε ωιτη τηε γροωινγ εαρτη δισλοδγεδ τηε µατεριαλ τηατ ωουλδ φορµ τηε µοον. Οφ χουρσε, σκεπτιχαλ διεηαρδσ ανδ οτη− ερσ δεσπερατελψ χλινγινγ το ονε οφ τηε ολδ ιδεασ ρεµαινεδ, βυτ τηε γιαντ ιµ− παχτ τηεορψ οφ λυναρ οριγιν ενχηαντεδ µοστ παρτιχιπαντσ. Τηε ιδεα ωασ νοτ ρεαλλψ βρανδ−νεω. Λικε αν αχτορ ωηο αχηιεϖεσ οϖερνιγητ συχχεσσ αφτερ ψεαρσ οφ σµαλλ ρολεσ, τηε γιαντ ιµπαχτ τηεορψ ωασ α βιτ πλαψερ φορ α λονγ τιµε. Ηαρτµανν ανδ ηισ χολλεαγυε ∆οναλδ Ρ. ∆αϖισ προποσεδ τηε ιµπαχτ τηεορψ ιν 1975. Τηεψ ηαδ βεεν ινϖεστι− γατινγ τηε αχχυµυλατιον οφ πλανετσ φροµ σµαλλερ οβϕεχτσ ανδ νοτιχεδ τηατ νυ− µερουσ λαργε βοδιεσ ωουλδ ηαϖε ωαν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. c d βρεακ ο⇑ ανδ βεχοµε τηε µοον. Ιν τηε δουβλε πλανετ ηψποτη− εσισ (χ), δυστ γραινσ αχχυµυλατεδ το φορµ τηε εαρτη ανδ µοον. δερεδ νεαρ τηε εαρτη. Α φεω χουλδ ηαϖε βεεν ασ λαργε ασ Μαρσ. Ηαρτµανν ανδ ∆αϖισ ηψποτηεσιζεδ τηατ τηε εαρτη χολ− λιδεδ ωιτη συχη αν οβϕεχτ. Ασ α ρεσυλτ, σοµε οφ τηε δεβρισ ωασ λαυνχηεδ ιντο ορβιτ, προϖιδινγ ραω µατεριαλ φορ τηε µοον. Αλασταιρ Γ. Ω. Χαµερον οφ τηε Ηαρϖαρδ−Σµιτησονιαν Χεντερ φορ Αστρο− πηψσιχσ ανδ Ωιλλιαµ Ρ. Ωαρδ οφ τηε ϑετ Προπυλσιον Λαβορατορψ ιν Πασαδενα, Χαλ− ιφ., ινδεπενδεντλψ συγγεστεδ τηε σαµε ιδεα ονε ψεαρ λατερ ασ τηεψ τριεδ το ρε− σολϖε τηε ανγυλαρ µοµεντυµ προβλεµ. Τηεψ αλσο αδδρεσσεδ τηε δεταιλσ οφ τηε µεχηανισµ βψ ωηιχη τηε µατεριαλ χουλδ αχηιεϖε ορβιτ ανδ νοτ φαλλ βαχκ το τηε εαρτη. Τηε ωορκ οφ Ηαρτµανν ανδ ∆αϖισ ηαδ βεεν αντιχιπατεδ αλµοστ 30 ψεαρσ βεφορε βψ τηε λατε γεολογιστ Ρεγιναλδ Α. ∆αλψ οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ. Τωο διστινγυισηεδ πιονεερσ οφ λυναρ σχιενχε, Ραλπη Β. Βαλδ− ωιν οφ τηε Ολιϖερ Μαχηινερψ Χοµπανψ ιν Γρανδ Ραπιδσ, Μιχη., ανδ ∆ον Ε. Ωιλ− ηελµσ οφ τηε Υ.Σ. Γεολογιχαλ Συρϖεψ ιν Μενλο Παρκ, Χαλιφ., φουνδ τηατ ∆αλψ ηαδ συγγεστεδ ιν 1946 τηατ τηε µοον φορµεδ φροµ τηε εαρτη βψ τηε γλανχινγ ιµπαχτ οφ α πλανετ−σιζε οβϕεχτ. Αλτηουγη ∆αλψ∏σ αναλψσισ χονταινσ ερρορσ, τηε γι− αντ ιµπαχτ ιδεα ισ χλεαρλψ στατεδ ιν τηισ ινσιγητφυλ βυτ χοµπλετελψ ιγνορεδ πα− Τηε νοω δοµιναντ γιαντ ιµπαχτ τηεορψ (δ ) στατεσ τηατ α ηυγε χολλισιον ⇓υνγ ιντο ορβιτ δεβρισ τηατ βεχαµε τηε µοον. περ. Εϖεν ιφ ∆αλψ∏σ ωορκ ηαδ βεεν ωιδε− λψ ρεαδ, ιτ µιγητ ηαϖε βεεν δισχουντεδ : τηε παπερ ωασ πυβλισηεδ βεφορε σχιεν− τιστσ ρεαλιζεδ τηατ ιµπαχτσ ωερε αν ιµ− πορταντ πλανεταρψ προχεσσ [σεε Πρεµα− τυριτψ ανδ Υνιθυενεσσ ιν Σχιεντι⇒χ ∆ισ− χοϖερψ, βψ Γυντηερ Σ. Στεντ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ∆εχεµβερ 1972]. Αλτηουγη τηε γιαντ ιµπαχτ ηψποτηε− σισ λαψ ιν οβσχυριτψ υντιλ τηε αννουνχε− µεντ ατ Κονα, νοτηινγ σινχε τηατ 1984 χονφερενχε ηασ σηακεν ιτσ ⇒ρµ ποσιτιον ασ τηε λεαδινγ τηεορψ. Ιτ σιµπλψ εξπλαινσ τοο µανψ οβσερϖατιονσ. Τηε µοον λαχκσ µεταλλιχ ιρον ατ ιτσ χεντερ βεχαυσε τηε χορε οφ τηε ιµπαχτορ στυχκ το τηε εαρτη, σο τηε µοον φορµεδ φροµ τηε σιλιχατε παρτσ οφ βοτη οβϕεχτσ. Τηε δι⇑ερενχε ιν τηε ρατιο οφ ιρον οξιδε το µαγνεσιυµ οξιδε βετωεεν τηε εαρτη ανδ τηε µοον εξιστσ βεχαυσε τηε µοον φορµεδ µοστ− λψ φροµ τηε ιµπαχτορ. ( Ονε ασσυµεσ τηατ τηε προϕεχτιλε ηαρβορεδ λεσσ ιρον οξιδε τηαν δοεσ τηε εαρτη.) Τηε µοον ισ δρψ βεχαυσε οφ τηε ιν− χαλχυλαβλε αµουντ οφ ηεατινγ τηατ τοοκ πλαχε δυρινγ τηε χολλισιον: τηε ηιγη τεµ− περατυρεσ εϖαπορατεδ αλλ ωατερ ανδ οτη− ερ ϖολατιλεσ. Τηε ρεφραχτοριεσ ενριχηεδ τηε µοον∏σ χοµποσιτιον βεχαυσε τηεψ ρεχονδενσεδ θυιχκλψ αφτερ ηεατινγ ανδ σο ωερε ινχορπορατεδ. Τηε ιδεντιχαλ οξψ− γεν ισοτοπιχ χοµποσιτιον οφ τηε εαρτη ανδ τηε µοον αρισεσ βεχαυσε τηε ιµ− παχτορ ανδ τηε εαρτη φορµεδ ιν τηε σαµε ρεγιον οφ τηε εϖολϖινγ σολαρ σψστεµ. Φι− ναλλψ, τηε ηψποτηεσισ εξπλαινσ τηε µοστ δι⇔χυλτ προβλεµ: τηε ανγυλαρ µοµεν− τυµ οφ τηε εαρτη−µοον σψστεµ. Τηε προ− ϕεχτιλε µυστ ηαϖε στρυχκ τηε εαρτη ο⇑− χεντερ, αωαψ φροµ τηε χεντραλ αξισ. Τηισ τψπε οφ βλοω ωουλδ ηαϖε σπεδ υπ τηε εαρτη∏σ ροτατιον το ιτσ χυρρεντ ϖαλυε. Τηε µοστ εντιχινγ ασπεχτ οφ τηε γιαντ ιµπαχτ τηεορψ ισ τηατ συχη α χολλισιον ισ α νατυραλ χονσεθυενχε οφ πλανετ φορµα− τιον. Νο υνυσυαλ ορ αδ ηοχ χιρχυµστανχ− εσ νεεδ το βε ινϖοκεδ. Συχη χαταστρο− MAGMA OCEAN PLAGIOCLASE FELDSPAR ΟΧΕΑΝ ΟΦ ΜΑΓΜΑ ισ τηουγητ το ηαϖε ονχε ενχιρχλεδ τηε µοον οϖερ ιτσ σολιδ ιντεριορ. Οϖερ 100 µιλλιον ψεαρσ, τηε µαγµα σλοωλψ χρψσταλλιζεδ. Λιγητερ µα− τεριαλ, µοστλψ πλαγιοχλασε φελδσπαρ, ροσε το τηε συρφαχε ανδ εϖεντυαλλψ φορµεδ τηε λυναρ χρυστ. Ηεαϖιερ χοµπουνδσ, χηιε⇓ψ ολιϖινε ανδ πψροξενε, σανκ ανδ βεχαµε τηε µοον∏σ µαντλε. Copyright 1994 Scientific American, Inc. PYROXENE AND OLIVINE SOLID INTERIOR ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 43 πηεσ, ωηιλε ενορµουσ, αρε νοτ υνλικελψ. Ινδεεδ, πλανεταρψ σχιεντιστσ νοω αππεαλ το γιαντ ιµπαχτσ το εξπλαιν τηε χοµπο− σιτιον οφ Μερχυρψ ανδ τηε λαργε τιλτ οφ Υρανυσ. Ωιτηουτ τηισ χολοσσαλ εϖεντ εαρλψ ιν τηε ηιστορψ οφ τηε σολαρ σψστεµ, τηερε ωουλδ βε νο µοον ιν τηε σκψ. Τηε εαρτη ωουλδ νοτ βε ροτατινγ ασ φαστ ασ ιτ δοεσ, νορ ωουλδ ιτ ηαϖε συχη στρονγ τιδεσ. ∆αψσ µιγητ εϖεν λαστ α ψεαρ, ασ τηεψ δο ον ςενυσ. Βυτ τηεν, ωε προβα− βλψ ωουλδ νοτ βε ηερε το νοτιχε. Ι ν αδδιτιον το σεττλινγ τηε θυεστιον οφ τηε µοον∏σ οριγιν, τηε Απολλο σαµπλεσ εναβλεδ ρεσεαρχηερσ το δε− δυχε τηε σατελλιτε∏σ στρυχτυρε ανδ εϖολυ− τιον. Τηε µοον∏σ φεατυρεσ αππεαρ το ηαϖε βεεν ρεωορκεδ θυιτε α βιτ βψ ιν− τερναλ προχεσσεσ, τηουγη το α µυχη λεσσ− ερ εξτεντ τηαν τηοσε οφ τηε εαρτη. Α γι− γαντιχ βοδψ οφ µαγµα ηυνδρεδσ οφ κιλοµετερσ δεεπ, ωηιχη αππαρεντλψ συρ− ρουνδεδ τηε µοον ανδ ηελπεδ το φορµ τηε λυναρ χρυστ ανδ µαντλε, πρεχιπιτατεδ τηε εϖεντσ. Ινδεεδ, τηισ µαγµα οχεαν τηεορψ ηασ ρειγνεδ ασ α χεντραλ τενετ οφ λυναρ σχιενχε σινχε Απολλο 11 ρετυρνεδ τηε ⇒ρστ σαµπλεσ. Τηε Εαγλε λανδεδ ον τηε συρφαχε οφ α µαρε ιν τηε Σεα οφ Τρανθυιλλιτψ, ονε οφ τηε δαρκ γραψ αρεασ τηατ παιντ τηε φεα− τυρεσ οφ τηε µαν−ιν−τηε−µοον. Τηεψ αρε τηε ρεµναντσ οφ ϖαστ λαϖα ⇓οωσ τηατ λεακεδ ουτ οντο τηε συρφαχε βιλλιονσ οφ ψεαρσ αγο. Αρµστρονγ ανδ Αλδριν ρε− τυρνεδ µοστλψ σαµπλεσ φροµ υνδερ− φοοτ∇βασαλτιχ βεδροχκ ριχη ιν τιτανιυµ. Τηεψ αλσο ρετυρνεδ σαµπλεσ οφ τηε λυ− ναρ ρεγολιτη. Τηε ρεγολιτη ισ τηε λοοσε δεβρισ τηατ φαλλσ βαχκ το τηε µοον αφτερ µετεοροιδ ιµπαχτσ ηαϖε κιχκεδ τηεµ υπ. Ιτ ισ τηε µοον∏σ ϖερσιον οφ σοιλ, χοϖ− ερινγ µοστ οφ τηε συρφαχε το δεπτησ ασ γρεατ ασ 20 µετερσ. Τηε σαµπλεσ οφ ρεγολιτη χονταιν α σµαλλ περχενταγε οφ ωηιτε στονεσ ανδ πεββλεσ χοµποσεδ χηιε⇓ψ οφ χαλχιυµ ανδ αλυµινυµ σιλιχατεσ κνοων ασ πλα− γιοχλασε φελδσπαρ. Σοµε ροχκσ, χαλλεδ ανορτηοσιτεσ, ωερε χοµποσεδ οφ νοτη− ινγ βυτ συχη φελδσπαρ. ϑοην Α. Ωοοδ οφ τηε Ηαρϖαρδ−Σµιτησονιαν Χεντερ φορ Αστροπηψσιχσ ανδ ϑοσεπη ς. Σµιτη οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο ινδεπενδεντ− λψ συγγεστεδ τηατ τηεσε ανοµαλουσ παρ− τιχλεσ δεχορατινγ τηε Απολλο 11 ρεγολιτη ωερε τοσσεδ τηερε βψ ιµπαχτσ ον δισ− ταντ ηιγηλανδ τερραιν (τηε λιγητ−χολορεδ αρεασ οφ τηε µοον). Τηυσ, τηεψ αργυεδ, τηε ηιγηλανδσ µυστ βε δοµινατεδ βψ φελδσπαρ−ριχη ροχκσ. Τηισ βολδ εξτραπο− λατιον ωασ χον⇒ρµεδ βψ Απολλο 16 ανδ οτηερ χραφτ τηατ ηαδ τουχηεδ δοων ον τηε ηιγηλανδσ. Ρεµοτε χηεµιχαλ µεα− συρεµεντσ χονδυχτεδ βψ τηε ορβιτινγ Απολλο 15 ανδ Απολλο 16 χοµµανδ µοδ− υλεσ, αλονγ ωιτη τελεσχοπιχ οβσερϖατιονσ οφ τηε ηιγηλανδσ βψ µψ χολλεαγυε Β. Ραψµονδ Ηαωκε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι ανδ ηισ χο−ωορκερσ, αλσο προϖιδ− εδ χριτιχαλ εϖιδενχε. Βυτ τηατ εξτραπολατιον ωασ νοτ ενουγη φορ Ωοοδ ανδ Σµιτη. Τηεψ ωονδερεδ ωηψ τηε ηιγηλανδσ ωερε σο ριχη ιν πλα− γιοχλασε φελδσπαρ. Τηε µατεριαλ µιγητ ηαϖε αχχυµυλατεδ ον τοπ οφ µαγµα, λικε ιχε χυβεσ ⇓οατινγ ιν α γλασσ οφ ωα− τερ. Συχη εϖεντσ ηαππεν ον τηε εαρτη ιν λαργε µαγµα βοδιεσ χαλλεδ λαψερεδ ιν− τρυσιονσ. Τηε στρυχτυρεσ φορµ ωηεν δενσε µινεραλσ σινκ ανδ λιγητερ ονεσ ρισε. Ωοοδ ανδ Σµιτη προποσεδ τηατ φελδσπαρ ⇓οατεδ ιν α µαγµα σεα, ΑΝΟΡΤΗΟΣΙΤΕ ισ α τψπε οφ ροχκ φροµ τηε λυναρ ηιγηλανδσ (λεφτ ). Α σλιχε οφ συχη α ροχκ, πηοτογραπηεδ τηρουγη πολαριζεδ λιγητ, ρεϖεαλσ ιτσ χοµποσιτιον (ριγητ ). ∆ι⇑ερεντ χοµπουνδσ 44 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 εϖεντυαλλψ χρεατινγ τηε λυναρ χρυστ. Τηε ηεαϖψ µινεραλσ χοµποσεδ οφ ιρον ανδ µαγνεσιυµ σιλιχατεσ∇ολιϖινε ανδ πψ− ροξενε∇σανκ το χρεατε τηε µαντλε. Μορεοϖερ, τηε ωορκερσ αργυεδ, ιφ αλλ τηε ηιγηλανδσ αρε ριχη ιν φελδσπαρ, τηεν τηε µαγµα µυστ ηαϖε βεεν εϖερψωηερε, ενχιρχλινγ τηε µοον. Τηυσ ωασ βορν τηε µαγµα οχεαν, αν ιδεα νοτ εϖεν χον− χειϖεδ οφ βεφορε τηε Απολλο µισσιονσ. Φυρτηερ συππορτ φορ τηε µαγµα οχεαν χονχεπτ χοµεσ φροµ α σεεµινγλψ υν− χοννεχτεδ γρουπ οφ ροχκσ, τηε µαρε βα− σαλτσ. Τηεσε ροχκσ αρε ριχη ιν ολιϖινε ανδ πψροξενε∇τηε ηεαϖψ µατεριαλ τηατ σανκ ιν τηε µαγµα οχεαν. Τηεψ ερυπτ− εδ οντο τηε συρφαχε ιν τηε φορµ οφ λαϖα τηρεε βιλλιον ψεαρσ αγο. Μοστ ιµπορταντ, τηεσε βασαλτσ λαχκ α τραχε ελεµεντ χαλλεδ ευροπιυµ. Τηε πλαγιοχλασε φελδσπαρ φροµ τηε ηιγηλανδσ, ηοωεϖερ, ισ εν− ριχηεδ ιν τηισ ελεµεντ. Ιν φαχτ, τηε εν− ριχηµεντ ιν τηε ηιγηλανδσ ισ αβουτ εθυαλ το τηε δεπλετιον ιν τηε µαρε βασαλτσ. Τηε ⇒νδινγσ βολστερ τηε πρεσυµπτιον τηατ βοτη τηε µαρια ανδ τηε ηιγηλανδσ εµεργεδ φροµ τηε µαγµα οχεαν. ∆υρ− ινγ τηειρ φορµατιον, τηε φελδσπαρ−ριχη ηιγηλανδσ σιµπλψ γραββεδ µορε οφ τηε ευροπιυµ τηαν διδ τηε µαρε βασαλτσ. Τηε πρεσενχε οφ α µαγµα οχεαν προµπτσ α θυεστιον. Ηοω ωασ ιτ χρεατ− εδ ιν τηε ⇒ρστ πλαχε? Σπεχι⇒χαλλψ, φροµ ωηερε διδ τηε ενεργψ νεχεσσαρψ το λιθ− υεφψ πλανεταρψ µατεριαλ χοµε? Τηε προ− χεσσ οφ χορε φορµατιον µαψ ηαϖε συπ− πλιεδ σοµε ενεργψ : τηε σινκινγ οφ µε− ταλλιχ ιρον ρελεασεσ ηεατ. Τηε ιµµενσε ιµπαχτ τηατ λεδ το τηε φορµατιον οφ τηε µοον χοντριβυτεδ α φυρτηερ βοοστ οφ ενεργψ. Γεοπηψσιχιστσ ηαϖε εξαµινεδ τηε προβλεµ ιν δεταιλ ανδ χονχλυδεδ πολαριζε λιγητ ιν ϖαριουσ ωαψσ ανδ, ωιτη ⇒λτερσ, χαν βε ιδεν− τι⇒εδ βψ χολορ. Αλλ γραψιση−το−ωηιτε µινεραλσ αρε φελδσπαρ. Τινψ ορανγε γραινσ αρε ιρον−µαγνεσιυµ µινεραλσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηατ τηε γιαντ ιµπαχτ λεδ το τηε φορµα− τιον οφ α λαργε αµουντ οφ µολτεν µατε− ριαλ. Σο γρεατ ωασ τηε µελτινγ τηατ υπ το 65 περχεντ οφ τηε προϕεχτιλε ανδ τηε εαρτη βεχαµε µαγµα. Τηε χονχεπτ οφ τηε µαγµα οχεαν ισ νοω βεινγ αππλιεδ το οτηερ πλανετσ ασ ωελλ. Ιτ ισ χηανγινγ τηε ωαψ σχιεντιστσ λοοκ ατ τηε εϖολυτιον ανδ εαρλψ ηιστορψ οφ τηε σολαρ σψστεµ. Ιν τηε λαβορατορψ, εξπεριµεντερσ τρψ το δετερµινε ηοω µινεραλσ φορµ ιν µαγµα ανδ ηοω τραχε ελεµεντσ αρε παρτιτιονεδ βετωεεν τηε µαγµα ανδ χρψσταλλιζεδ µατεριαλσ. Αν− οτηερ χοµµυνιτψ οφ ρεσεαρχηερσ ινϖεσ− τιγατεσ προχεσσεσ τηατ χουλδ ηαϖε οπερ− ατεδ ιν α µαγµα οχεαν ον τηε εαρτη 4.5 βιλλιον ψεαρσ αγο (τηε αχτιϖε γεολογψ οφ τηε πλανετ σινχε τηεν ηασ ρεµοϖεδ αλλ εϖιδενχε οφ α µαγµα οχεαν). Ι ηαϖε βεεν µαρσηαλινγ εϖιδενχε τηατ σοµε αστεροιδσ, εσπεχιαλλψ τηοσε τηατ φορµεδ ιρον χορεσ, αλσο βορε µαγµα οχεανσ εαρλψ ιν τηειρ ηιστοριεσ. Αλλ τηισ ρεσεαρχη ωασ σπαωνεδ βεχαυσε χρεατιϖε ανδ βολδ σχιεντιστσ ατταχηεδ σπεχιαλ ιµπορτανχε το α φεω δοζεν λιττλε χηυνκσ οφ ωηιτε ροχκ ιν α χηαρχοαλ−γραψ πιλε οφ διρτ φροµ τηε µοον. Αλτηουγη τηε εϖιδενχε ισ χοµπελλινγ, σοµε ινϖεστιγατορσ αρε στιλλ σκεπτιχαλ αβουτ τηε µαγµα οχεαν τηεορψ : τηεψ χιτε τηε εξιστενχε οφ λυναρ ηιγηλανδσ τηατ λαχκ φελδσπαρ. Τηε ⇒ναλ προοφ ρε− θυιρεσ α γλοβαλ συρϖεψ φροµ α λυναρ ορ− βιτ οφ τηε ηιγηλανδσ∏ χρυστ. Τηε Χλεµεν− τινε προβε, α ∆επαρτµεντ οφ ∆εφενσε µισσιον το τεστ αδϖανχεδ σενσορσ, ηασ ρεχεντλψ χοµπλετεδ ιτσ µισσιον το µαπ τηε µοον σπεχτροσχοπιχαλλψ. (ΝΑΣΑ ηασ νο πλαννεδ µισσιονσ το εξπλορε τηε µοον.) Ινφορµατιον φροµ Χλεµεντινε∏σ σενσορσ µαψ προϖιδε τηε χρυχιαλ δατα το εσταβλιση τηε αµουντ οφ πλαγιοχλασε φελδσπαρ ιν τηε χρυστ. Α φτερ τηε γιαντ ιµπαχτ ανδ τηε στρυχτυραλ φορµατιον ινδυχεδ βψ τηε µαγµα οχεαν, τηε µοον εξ− περιενχεδ ανοτηερ στεπ ιν ιτσ εϖολυτιον: ιµπαχτ χρατερινγ. Τηισ µαϕορ γεολογιχ προχεσσ ιν φαχτ στιλλ α⇑εχτσ τηε πλανετσ. Ιτσ ιµπορτανχε ωασ νοτ αλωαψσ αππρεχι− ατεδ. Βεφορε τηε σπαχε αγε, µανψ σχιεν− τιστσ χλαιµεδ τηατ ϖολχανισµ φορµεδ λυ− ναρ χρατερσ ανδ χαϖιτιεσ. Βυτ ασ τηε Απολ− λο µισσιονσ αππροαχηεδ, υνδερστανδινγ οφ ιµπαχτ προχεσσεσ ανδ προδυχτσ ιν− χρεασεδ τρεµενδουσλψ. Γεολογιστσ προϖεδ τηατ µανψ χιρχυλαρ στρυχτυρεσ ον τηε εαρτη ωερε φορµεδ βψ χολλισιον ωιτη αν εξτρατερρεστριαλ οβϕεχτ. Τηεψ στυδιεδ τηεµ ιν ορδερ το εσταβλιση τηε κεψ χηαρ− αχτεριστιχσ οφ συχη φεατυρεσ. Οτηερσ µαδε χρατερσ ιν λαβορατοριεσ, υσινγ ηιγη−σπεεδ γυνσ τηατ προπελλεδ προϕεχτιλεσ ατ ϖε− λοχιτιεσ οφ σεϖεραλ κιλοµετερσ α σεχονδ, ωηιχη σµασηεδ ιντο ταργετσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΑΠΟΛΛΟ 17 ΑΣΤΡΟΝΑΥΤ Ηαρρισον Η. Σχηµιττ στανδσ νεξτ το α ροχκ τηατ χονταινσ µατεριαλσ τηατ ηαδ βεεν µελτεδ αφτερ α ηυγε προϕεχτιλε στρυχκ τηε µοον 3.86 βιλλιον ψεαρσ αγο. Τηε ιµπαχτ χρεατεδ τηε Σερενιτατισ βασιν, α 920−κιλοµετερ−ωιδε δεπρεσ− σιον. Τηε σελεχτιον οφ σπεχιφιχ τψπεσ οφ σαµπλεσ ηασ ηελπεδ δεταιλ τηε ιµπορτανχε οφ ιµπαχτ χρατερινγ ιν πλανεταρψ φορµατιον. Τηε ⇒ρστ περσον το ασσεµβλε στρονγ εϖιδενχε φορ αν ιµπαχτ οριγιν φορ λυναρ χρατερσ ωασ τηε ρενοωνεδ γεολογιστ Γροϖε Κ. Γιλβερτ, ωηοσε χοντριβυτιονσ ρανγεδ φροµ βασιχ µαππινγ το ηψδρο− γεολογψ. Ιν 1893 ηε πυβλισηεδ α χλασσιχ παπερ χαλλεδ Τηε Φαχε οφ τηε Μοον, τηε ⇒ρστ γεολογιχ στυδψ οφ τηε εαρτη∏σ σατελ− λιτε. Γιλβερτ χορρεχτλψ ιδεντι⇒εσ τηε µα− ρια ασ ϖαστ λαϖα πλαινσ. Ηε αλσο δεσχριβεσ τηε χρατερσ ανδ εξπλαινσ ωηψ τηεψ χουλδ νοτ βε ϖολχανιχ. Λικε ∆αλψ∏σ παπερ αβουτ τηε οριγιν οφ τηε µοον, τηισ ονε ωασ αλσο φοργοττεν φορ δεχαδεσ. Ιν φαχτ, τηε ιµπαχτ−χρατερινγ ιδεα διδ νοτ ρετυρν υντιλ τηε εαρλψ 1940σ, ωηεν Βαλδωιν βε− γαν στυδψινγ τηε µοον. Ιρονιχαλλψ, Βαλδ− ωιν βεχαµε αωαρε οφ Γιλβερτ∏σ ιµπορ− ταντ ωορκ ιν α λεττερ φροµ ∆αλψ ιν 1948. Τηε ηιγηλανδσ αρε εσπεχιαλλψ βαττερεδ, ανδ τηε ροχκσ σηοω ιτ. Μοστ σαµπλεσ ηαϖε βεεν µελτεδ, µιξεδ, χρυσηεδ ανδ χοµπρεσσεδ βψ σηοχκ ωαϖεσ. Τηεσε ροχκσ, χαλλεδ βρεχχιασ, αρε ασ χοµπλιχατ− εδ ασ αν Μ. Χ. Εσχηερ πριντ. Τηε αγεσ οφ ηιγηλανδ βρεχχιασ αρε συρπρισινγ. Ιν 1974 Φουαδ Τερα, ∆ιµιτρι Α. Παπαναστασσιου ανδ Γεραλδ ϑ. Ωασσερβυργ οφ τηε Χαλιφορ− νια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ ποιντεδ ουτ τηατ τηερε αρε τωο σηαρπ δελινεατιονσ οφ αγεσ οφ ηιγηλανδ ροχκσ. Τηε ⇒ρστ ισ ατ αρουνδ 4.4 βιλλιον ψεαρσ, ωηιχη Τερα ανδ ηισ χολλεαγυεσ τοοκ το βε τηε ενδ οφ πριµαρψ λυναρ δι⇑ερεντιατιον (βασιχαλλψ, ωηεν τηε µαγµα οχεαν στοππεδ χρψσταλ− λιζινγ). Τηε οτηερ τακεσ πλαχε ατ αβουτ 3.9 βιλλιον ψεαρσ. Τηισ σεχονδ αγε, τηεψ ρεασονεδ, ρεπρεσεντσ α τιµε οφ ιντενσε βοµβαρδµεντ τηατ χοµπλετελψ ωιπεδ ουτ ανψ εϖιδενχε οφ πρεϖιουσ βοµβαρδ− µεντσ; τηε ιµπαχτσ ρεσετ τηε αγεσ οφ τηε συρφαχε ροχκσ. Τηεψ δυββεδ τηισ πε− ριοδ οφ ⇒ερχε ιµπαχτ βοµβαρδµεντ τηε λυναρ χαταχλψσµ. Τηε ιδεα στατεσ τηατ µοστ οφ τηε βασινσ ανδ λαργε χρατερσ ον τηε µοον φορµεδ ιν α ναρροω τιµε ιν− τερϖαλ, ρουγηλψ 3.85 το φουρ βιλλιον ψεαρσ αγο. Ινδεεδ, οφ τηε σαµπλεσ δατεδ, τηε αγεσ οφ ϖιρτυαλλψ αλλ τηε ροχκσ φροµ τηε Απολλο προγραµ ⇓ιγητσ ανδ τηε Ρυσσιαν αυτοµατεδ Λυνα 20 µισσιον αρε ιν τηε 3.85− το 3.95−βιλλιον−ψεαρ ρανγε. Σοµε πεοπλε διδ νοτ λικε τηε χατα− χλψσµ ιδεα. Βαλδωιν αργυεδ τηατ τηε απ− παρεντ χλυστερινγ οφ αγεσ ωασ αν ιλλυ− σιον. Τηε δατα ιν ε⇑εχτ ωερε χονταµι− νατεδ βψ τηε ωιδεσπρεαδ διστριβυτιον οφ εϕεχτεδ δεβρισ. Σπεχι⇒χαλλψ, τηε δεβρισ οριγινατεδ φροµ τηε ιµµενσε εϖεντ ρε− σπονσιβλε φορ τηε φορµατιον οφ τηε Ιµβρι− υµ βασιν, α 1,300−κιλοµετερ−ωιδε δεντ τηατ χορρεσπονδσ το τηε µαν−ιν−τηε− µοον∏σ ριγητ εψε. Βαλδωιν αλσο αργυεδ τηατ τηε ελεϖατεδ παρτσ οφ λαργε βασινσ ηαϖε γραδυαλλψ συνκ δοων, ινδιχατινγ τηεψ φορµεδ βεφορε 3.95 βιλλιον ψεαρσ αγο, περηαπσ ασ µυχη ασ 4.3 βιλλιον ψεαρσ αγο. Ηαρτµανν βελιεϖεσ τηε χλυστερ οφ αγεσ αρουνδ 3.9 βιλλιον ψεαρσ ρεπρε− σεντεδ τηε λαστ οφ α δεχλινινγ ⇓υξ οφ προϕεχτιλεσ λεφτ οϖερ φροµ πλανεταρψ αχ− χρετιον. Τηε παυχιτψ οφ σαµπλεσ φροµ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 45 ΧΡΑΤΕΡΕ∆ ΗΙΓΗΛΑΝ∆Σ ον τηε φαρ σιδε εαστ οφ Μαρε Σµψτηιι µαψ ηαϖε βεεν φορµεδ δυρινγ α γεολογιχαλλψ βριεφ επι− σοδε∇τηε λυναρ χαταχλψσµ. Τηισ ηψποτηε− σισ συπποσεσ τηατ τηε µοον ωασ εξποσεδ το αν ιντενσε βοµβαρδµεντ βετωεεν 3.85 βιλλιον ανδ φουρ βιλλιον ψεαρσ αγο. σαµπλεσ φροµ τηε µοον. Εσπεχιαλλψ υσε− φυλ ωουλδ βε σπεχιµενσ φροµ δεποσιτσ οφ ιµπαχτ µελτ ινσιδε λαργε βασινσ. ∆ατ− ινγ τηεµ ωουλδ ψιελδ διρεχτ, υναµβιγυ− ουσ αγεσ οφ εαχη βασιν φροµ ωηιχη τηε σαµπλεσ ωερε χολλεχτεδ. Ι βεφορε τηατ περιοδ ωασ τηε ρεσυλτ οφ ωηατ ηε χαλλεδ α στονε ωαλλ. Ασ ολδερ ροχκσ ωερε ρεηεατεδ βψ ιµπαχτσ, τηειρ αγεσ ωερε χοντινυουσλψ ρεσετ το 3.9 βιλ− λιον ψεαρσ. Τηερεφορε, ονλψ τηε λαστ ιµ− παχτ εϖεντσ αρε ρεχορδεδ. Ηαρτµανν∏σ ανδ Βαλδωιν∏σ αργυµεντσ περσυαδεδ µοστ ινϖεστιγατορσ. Σο τηε ποσσιβιλιτψ τηατ α χαταχλψσµ∇τηε δραµατιχ πιχκυπ ιν τηε ιµπαχτ ρατε βετωεεν 3.85 ανδ φουρ βιλλιον ψεαρσ αγο∇ωασ χαστ ασιδε ορ ατ λεαστ ιγνορεδ. Τηε χαταχλψσµ∏σ εξιλε λαστεδ µορε τηαν α δεχαδε, υντιλ Γραηαµ Ρψδερ οφ τηε Λυναρ ανδ Πλανεταρψ Ινστιτυτε ιν Ηουστον ϖιγορουσλψ ρεϖιϖεδ τηε ιδεα ιν 1990. Ρψδερ µακεσ τηρεε ποιντσ. Ονε ισ τηατ αγεσ οφ ροχκσ αρε νοτ σο εασιλψ ρε− σετ. Ρεχεντ ωορκ ον τηε ε⇑εχτσ οφ ιµ− παχτσ ον αγεσ δεµονστρατεσ τηατ τηε ονλψ µατεριαλσ ωηοσε αγεσ αρε α⇑εχτεδ αρε τηοσε τηατ µελτ δυρινγ τηε ιµπαχτ ανδ, περηαπσ, α σµαλλ περχενταγε οφ οτη− ερ ροχκσ ιν τηε ταργετ. Μοστ ροχκσ αρε χρυσηεδ υπ ανδ τοσσεδ αρουνδ βυτ νοτ ηεατεδ συβσταντιαλλψ. Ρψδερ αλσο αργυεσ αγαινστ Ηαρτµανν∏σ στονε−ωαλλ ιδεα. Ηε δραωσ αττεντιον το σαµπλεσ οφ λαϖα ⇓οωσ φουνδ αµονγ τηε Απολλο 14 σπεχιµενσ. Τηεσε ροχκσ ρανγε 46 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ιν αγε φροµ 3.9 το 4.3 βιλλιον ψεαρσ. Τηεψ ινδιχατε τηατ τηε αγεσ οφ σαµπλεσ χαν βε πρεσερϖεδ εϖεν τηουγη τηεψ ωουλδ ηαϖε βεεν τηε µοστ προνε το δεµολι− τιον βεχαυσε οφ τηειρ ποσιτιον ον τηε λυ− ναρ συρφαχε. Ρψδερ∏σ τηιρδ µαιν χοντεντιον χηαλ− λενγεσ τηε νοτιον τηατ αλλ τηε σαµπλεσ ρε⇓εχτ τηε αγε οφ τηε ηυγε Ιµβριυµ βασιν. Ινδεεδ, µοστ ωορκερσ νοω φεελ τηε ιδεα ισ προβαβλψ τοο σιµπλιστιχ. Τηε ηιγηλανδσ ηαρβορ µανψ χηεµιχαλλψ δισ− τινχτ γρουπσ οφ ροχκσ µελτεδ βψ ιµπαχτ, α φαχτ τηατ συγγεστσ σεϖεραλ χολλισιονσ. Τηε αγεσ οφ τηε ροχκσ χλυστερ βετωεεν 3.85 ανδ 3.95 βιλλιον ψεαρσ. Στιλλ, τηε θυεστιον οφ τηε εξαχτ νυµ− βερ οφ προπερλψ δατεδ εϖεντσ ρεµαινσ. Σο δοεσ τηε ισσυε οφ ωηατ νυµβερ οφ ιµπαχτσ χονστιτυτεσ α χαταχλψσµ. Τηε δι⇑ερινγ ϖιεωποιντσ εξπρεσσεδ ιν τηε χαταχλψσµ ηψποτηεσισ ανδ τηε στονε− ωαλλ ιδεα στεµ ιν παρτ φροµ τωο ωαψσ οφ λοοκινγ ατ τηε µοον. Ρψδερ αδϖο− χατεσ χαταχλψσµ βεχαυσε ηε ηασ σοµε χον⇒δενχε ιν ωηατ λυναρ σαµπλεσ αρε τελλινγ υσ. Ηαρτµανν ισ µορε χονχερνεδ ωιτη ηοω πλανετσ αχχρετε ανδ τηυσ πρε− φερσ τηε στονε−ωαλλ τηεορψ. Ρεχονχιλινγ τηε τωο περσπεχτιϖεσ ρεθυιρεσ µορε ν αλλ λικελιηοοδ, τηε βοµβαρδµεντ τηατ χρατερεδ τηε µοον ωασ νοτ υνιθυε. Ιτ αππεαρσ το ηαϖε οχχυρρεδ τηρουγηουτ τηε ιννερ σολαρ σψστεµ. Αν− χιεντ χρατερεδ τερραινσ εξιστ ον Μαρσ ανδ Μερχυρψ∇ινδεεδ, Μερχυρψ λοοκσ µυχη λικε τηε µοον. ( ςενυσ ισ σο αχ− τιϖε τηατ ιτσ εαρλιεστ φεατυρεσ χουλδ νοτ ηαϖε συρϖιϖεδ.) Νυµερουσ προϕεχτιλεσ προβαβλψ ηιτ τηε εαρλψ εαρτη ασ ωελλ. Τηε λυναρ χρατερσ χαν προϖιδε σοµε εσ− τιµατε οφ τηε σιζε οφ σοµε οφ τηε οβ− ϕεχτσ τηατ χρασηεδ ιντο τηε εαρτη. Τηε µοον ηασ 35 βασινσ λαργερ τηαν 300 κιλοµετερσ ωιδε. Εϖεν ιφ ονλψ ηαλφ οφ τηεσε βασινσ φορµεδ βετωεεν 3.85 ανδ φουρ βιλλιον ψεαρσ αγο, τηε χονχλυσιον ισ ινεσχαπαβλε τηατ δυρινγ τηε σαµε περι− οδ τηε εαρτη ωουλδ ηαϖε εξπεριενχεδ µορε τηαν 300 χοµπαραβλε ιµπαχτσ. ( Τηε εαρτη ισ α βιγγερ ταργετ, βοτη ιν τερµσ οφ χροσσ−σεχτιοναλ αρεα ανδ µασσ, σο ιτ τενδσ το βε ηιτ βψ αβουτ 20 τιµεσ ασ µανψ προϕεχτιλεσ.) Οφ τηεσε, βετωεεν 15 ανδ 20 ωουλδ ηαϖε βεεν µονυµεν− ταλ, φορµινγ βασινσ λαργερ τηαν 2,500 κιλοµετερσ ιν διαµετερ. Τηισ σιζε, εθυαλ το τηατ οφ τηε λαργεστ λυναρ βασιν, ισ αβουτ ηαλφ τηε διστανχε αχροσσ τηε χον− τινενταλ Υ.Σ. Συχη ιµπαχτσ ωουλδ ηαϖε ηαδ δρα− µατιχ χονσεθυενχεσ. Ονε α⇑εχτεδ χηαρ− αχτεριστιχ ωουλδ ηαϖε βεεν τηε εαρτη∏σ γεολογψ. Λαργε ιµπαχτσ ωουλδ ηαϖε αλ− τερεδ ανψ χονϖεχτιον παττερνσ ιν τηε µαντλε τηατ µαψ ηαϖε δριϖεν εαρλψ πλατε τεχτονιχσ. Τηεψ ωουλδ αλσο ηαϖε ραπιδλψ εξχαϖατεδ ηοτ µατεριαλ φροµ τηε µαν− τλε. Βρουγητ το τηε συρφαχε, τηε ηοτ ροχκσ ωουλδ ηαϖε µελτεδ ινσταντλψ, προδυχ− ινγ ϖαστ αµουντσ οφ µαγµα. Τηε ρεσιδ− υαλ χρατερσ µαψ ηαϖε χολλεχτεδ σεδι− µεντσ. Συχη µατεριαλ µαψ ηαϖε εροδεδ φροµ τηε ηιγηερ αρεασ ον τηε ριµσ οφ τηε χρατερσ ορ φροµ τηε χεντραλ πεακσ. Τηε σεδιµεντατιον χουλδ ηαϖε λεδ το τηε φορµατιον οφ τηε ⇒ρστ χοντινεντσ. Λιφε ωουλδ ηαϖε ηαδ α δι⇔χυλτ τιµε τηριϖινγ δυρινγ τηισ τιµε. Τηε µοστ δρα− µατιχ εϖεντσ ωουλδ ηαϖε βεεν χαπαβλε οφ ϖαποριζινγ αλλ λιθυιδ ωατερ ον τηε πλανετ. Ιτ σεεµσ υνλικελψ τηατ λιφε ωουλδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ηαϖε συρϖιϖεδ ανψωηερε. Ιτ ωουλδ τηυσ ηαϖε βεεν φορχεδ το σταρτ οϖερ. Ιν φαχτ, Χηριστοπηερ Φ. Χηψβα οφ τηε ΝΑΣΑ Αµεσ Ρεσεαρχη Χεντερ ατ Μο⇑εττ Φιελδ, Χαλιφ., συγγεστσ τηατ σεϖεραλ στεριλιζατιον εϖεντσ οχχυρρεδ βεφορε τηε ιµπαχτ ρατε σεττλεδ δοων αβουτ 3.8 βιλλιον ψεαρσ αγο. Ονλψ σινχε τηεν ωουλδ λιφε ηαϖε βεεν αβλε το τακε α περµανεντ ηολδ ον τηε εαρτη. Ιν− δεεδ, στρονγ εϖιδενχε εξιστσ τηατ οργαν− ισµσ αροσε βψ 3.6 βιλλιον ψεαρσ αγο, ονλψ αβουτ 200 µιλλιον ψεαρσ αφτερ τηε βοµ− βαρδµεντ συβσιδεδ. Ρεχεντ ωορκ ινδι− χατεσ τηατ σελφ−ρεπλιχατινγ µολεχυλεσ χαν δεϖελοπ θυιχκλψ, σο τηε 200−µιλλιον−ψεαρ περιοδ ισ α ρεασοναβλε τιµε φραµε φορ οργανισµσ το εµεργε. Λαργε ιµπαχτσ ηαϖε αλσο βεεν ινϖοκεδ το εξπλαιν µαϕορ εξτινχτιονσ ον τηε εαρτη. Τηε ιµπαχτ ηψποτηεσισ ισ εσπεχιαλ− λψ ωελλ δοχυµεντεδ ατ τηε Χρεταχεουσ− Τερτιαρψ βουνδαρψ, ωηιχη ρεσυλτεδ ιν τηε ενδ οφ ηαλφ οφ τηε λιϖινγ σπεχιεσ, ιν− χλυδινγ τηε δινοσαυρσ, 65 µιλλιον ψεαρσ αγο. Τηε µαιν λινεσ οφ εϖιδενχε στεµ φροµ α γλοβαλ ενριχηµεντ οφ ιριδιυµ ατ τηε βουνδαρψ ανδ τηε πρεσενχε οφ σηοχκεδ φορµσ οφ θυαρτζ ανδ φελδσπαρ. Τεαµσ σπεαρηεαδεδ βψ Αλαν Ρ. Ηιλδε− βρανδ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα ανδ ςιργιλ Λ. Βυχκ Σηαρπτον οφ τηε Λυναρ ανδ Πλανεταρψ Ινστιτυτε ηαϖε ιδεντι⇒εδ τηε σιτε οφ τηε προβαβλε ιµπαχτ. Τηε χρατερ, χαλλεδ Χηιχξυλυβ, ισ χοµπλετελψ ηιδδεν βψ σεδιµεντσ φορµινγ τηε Ψυ− χατν Πενινσυλα. Ιτ ωασ οριγιναλλψ δισ− χοϖερεδ ιν 1981 τηρουγη γραϖιτψ συρ− ϖεψσ ανδ τηρουγη δριλλινγ αχτιϖιτιεσ βψ Πεµεξ, Μεξιχο∏σ νατιοναλ οιλ χοµπανψ. Τηε στρυχτυρε ισ 300 κιλοµετερσ ιν δι− αµετερ ανδ 65 µιλλιον ψεαρσ ολδ. Σοµε σχιεντιστσ ηαϖε προποσεδ τηατ συχη µασσ εξτινχτιονσ αρε νοτ ηαππεν− στανχε εϖεντσ βυτ ιν φαχτ ρεχυρ περιοδι− χαλλψ. Προϖινγ τηισ ηψποτηεσισ βψ λοοκ− ινγ ατ φεατυρεσ ον τηε εαρτη ισ νοτ ποσ− σιβλε. Βεσιδεσ υνχερταιντιεσ ιν τηε φοσσιλ ρεχορδ, τοο φεω τερρεστριαλ χρατερσ ηαϖε βεεν δατεδ αχχυρατελψ. Ωιτηουτ α χορ− ρεχτ ηιστοριχαλ ρεχορδ, α σεαρχη φορ περι− οδιχιτψ ισ φυτιλε. Τηε µοον∏σ συρφαχε µαψ ηολδ τηε εϖιδενχε: ιτ ισ τεεµινγ ωιτη χρατερσ φορµεδ δυρινγ τηε παστ 600 µιλλιον ψεαρσ. Φριεδριχη Ηρζ οφ τηε ΝΑΣΑ ϑοην− σον Σπαχε Χεντερ εστιµατεσ τηατ 5,000 οφ τηεµ αρε λαργερ τηαν ⇒ϖε κιλοµετερσ ιν διαµετερ. Εϖεν ιν α λοχαλ ρεγιον, σαψ, ωιτηιν α 100−κιλοµετερ ραδιυσ, τηερε αρε 500 χρατερσ ωιδερ τηαν ονε κιλοµετερ. Βυτ αν αχχυρατε δετερµινατιον οφ αγε ρεθυιρεσ σαµπλεσ. Ινδεεδ, το ⇒λλ ιν µισσινγ δατα αβουτ τηε εαρτη∏σ οριγιν ανδ εαρλψ ηιστορψ, ωε µυστ ρετυρν το τηε µοον. Τηε οριγιν προβλεµ σεεµσ το βε σολϖεδ, βυτ τηε δε− ταιλσ ρεµαιν σκετχηψ. Τηε εξιστενχε οφ τηε µαγµα οχεαν ισ νοτ προϖεδ το εϖ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. Απολλο∏σ Ινφλυενχε ον Λυναρ Σχιενχε TOPIC PRE-APOLLO VIEW CURRENT VIEW Origin Captured, derived from the earth or formed with the earth as a dual planet Giant impact on the earth, followed by formation of the moon from debris Craters Most impact, some volcanic Almost all impact; dynamics of ejected debris determined Presence of volatiles (such as water) Unknown, although some scientists thought water had flowed on the moon’s surface Mostly dry, but water brought in by impacting comets may be trapped in very cold places at the poles Rock ages Uncertain, but probably ancient (more than a few billion years) Highlands: most rocks older than 4.1 billion years, with anorthosites 4.4 billion years. Maria: some as young as about two billion years, others as old as 4.3 billion years Magma ocean Not conceived of Anorthosites formed from magma ocean; other highland rocks formed after that Composition of maria Unknown Wide variety of basalt types Composition of highlands Unknown Wide variety of rock types, but all containing more aluminum than do mare basalts Composition of mantle Unknown Varying amounts of mostly olivine and pyroxene ερψονε∏σ σατισφαχτιον. Ωε νεεδ το δετερ− µινε τηε οϖεραλλ χοµποσιτιον οφ τηε µοον, ωηιχη χαν βε δονε ωιτη σπεχτρο− σχοπιχ συρϖεψσ φροµ ορβιτ ανδ σεισµο− γραπηιχ στυδιεσ ον τηε συρφαχε. Μορε σαµπλεσ φροµ κεψ λοχαλιτιεσ ιν τηε λυναρ ηιγηλανδσ ωουλδ αλλοω υσ το υνραϖελ τηε προχεσσεσ τηατ οπερατεδ ινσιδε α χοµπλιχατεδ µαγµα οχεαν βοδψ. Τηε βοµβαρδµεντ ηιστορψ οφ τηε µοον ωιλλ νεϖερ βε ωορκεδ ουτ ωιτηουτ σαµπλεσ φροµ ιδεντι⇒αβλε ιµπαχτ δεποσιτσ ιν− σιδε χρατερσ. Μορεοϖερ, νεω µισσιονσ δο νοτ ηαϖε το βε ασ εξπενσιϖε ορ χοµπλεξ ασ ωασ Απολλο. Αυτοµατεδ προβεσ χαν δο τηε ϕοβ φορ υσ. Οφ χουρσε, τηε νατιον ανδ τηε ωορλδ µαψ δεχιδε τηεψ χαννοτ α⇑ορδ το σενδ α ⇓εετ οφ ορβιταλ ανδ συρφαχε µισσιονσ το τηε µοον. Ιν τηατ χασε, ωε ωιλλ νεϖερ κνοω τηε δεταιλσ οφ τηε φορµατιον, εαρ− λψ µελτινγ ανδ βοµβαρδµεντ ηιστορψ οφ τηε µοον ανδ τηε εαρτη. Ονλψ βψ χοντινυινγ τηε λεγαχψ οφ Απολλο χαν ωε ηοπε το χοµπλετε ουρ υνδερστανδινγ οφ ουρ πλαχε ιν τηε σολαρ σψστεµ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΛΥΝΑΡ ΣΟΥΡΧΕ ΒΟΟΚ: Α ΥΣΕΡ∏Σ ΓΥΙ∆Ε ΤΟ ΤΗΕ ΜΟΟΝ. Εδιτεδ βψ Γραντ Ηεικεν, ∆αϖιδ ςανιµαν ανδ Βεϖαν Μ. Φρενχη. Χαµβριδγε Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1991. ΤΟ Α ΡΟΧΚΨ ΜΟΟΝ: Α ΓΕΟΛΟΓΙΣΤ∏Σ ΗΙΣ− ΤΟΡΨ ΟΦ ΛΥΝΑΡ ΕΞΠΛΟΡΑΤΙΟΝ. ∆ον Ε. Ωιληελµσ. Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα Πρεσσ, 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 47 Σψντηετιχ Σελφ−Ρεπλιχατινγ Μολεχυλεσ Molecules crafted in the laboratory can make copies of themselves, “mutate,” compete for resources and assemble, giving a paradigm for life βψ ϑυλιυσ Ρεβεκ, ϑρ. Ι µαγινε α µολεχυλε τηατ λικεσ ιτσ οων σηαπε: ⇒νδινγ α χοπψ οφ ιτσελφ, ιτ ωιλλ ⇒τ νεατλψ ωιτη ιτσ τωιν, φορµινγ φορ α ωηιλε α χοµπλετε εντιτψ. Ιφ τηε οριγιναλ µολεχυλε ισ πρεσεντεδ ωιτη τηε χοµπο− νεντ παρτσ οφ ιτσελφ, ιτ ωιλλ ασσεµβλε τηεσε ιντο αδδιτιοναλ ρεπλιχασ. Τηε προ− χεσσ ωιλλ χοντινυε ασ λονγ ασ τηε συππλψ οφ χοµπονεντσ λαστσ. Μψ χολλεαγυεσ ανδ Ι ατ τηε Μασσαχηυ− σεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ ηαϖε δε− σιγνεδ συχη σελφ−ασσεµβλινγ µολεχυλεσ ανδ χραφτεδ τηεµ ιν τηε λαβορατορψ. Ουρ ε⇑ορτσ αρε ιντενδεδ το ιλλυµινατε τηε ωαψσ ιν ωηιχη λιφε µιγητ ηαϖε αρισεν. Προβαβλψ ιτ βεγαν ωηεν µολεχυλεσ χαµε ιντο εξιστενχε τηατ ωερε χαπαβλε οφ ρεπροδυχινγ τηεµσελϖεσ. Ουρ οργαν− ιχ µολεχυλεσ, αλτηουγη τηεψ οπερατε ουτσιδε οφ λιϖινγ σψστεµσ, ηελπ το ελυχι− δατε σοµε οφ τηε εσσεντιαλ πρινχιπλεσ οφ σελφ−ρεπλιχατιον. Αττεµπτσ το ιµιτατε λιφε αρε στιλλ ϖερψ ψουνγ χοµπαρεδ το τηε βεγιννινγσ οφ λιφε ον τηε εαρτη περηαπσ τηρεε ανδ α ηαλφ βιλλιον ψεαρσ αγο. Νο ονε χαν σαψ φορ συρε ωηατ τηε ατµοσπηεριχ ορ τερρεστρι− αλ χονδιτιονσ ωερε ατ τηε τιµε ορ ωηιχη µολεχυλε χροσσεδ τηε χριτιχαλ φροντιερ βετωεεν οργανιχ χηεµιστρψ ανδ βιολογψ. Ιν 1953 Στανλεψ Λ. Μιλλερ, τηεν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο, µαδε ονε οφ τηε ⇒ρστ∇ιφ νοτ τηε ⇒ρστ∇αττεµπτσ το ρε− χρεατε τηισ τρανσιτιον. Ηε φορµεδ αµινο αχιδσ ιν α µιξτυρε οφ ωατερ, µετηανε, αµµονια ανδ ηψδρογεν∇συβστανχεσ τηουγητ το ηαϖε βεεν πρεσεντ ον τηε ΑΡΝΙ, α σελφ−χοµπλεµενταρψ µολεχυλε (βοττοµ ), γατηερσ τηε χοµπονεντσ ιτ νεεδσ∇αν αδενινε ριβοσε (τοπ λεφτ ) ανδ α ναπητηαλενε ιµιδε (τοπ ριγητ )∇το ρεπ− λιχατε. Βλυε βαλλσ ινδιχατε νιτρογεν ατοµσ ανδ ρεδ βαλλσ, οξψγεν. Ηαλοσ συρρουνδ ατοµσ ινϖολϖεδ ιν ηψδρογεν βονδινγ. 48 πριµιτιϖε εαρτη∇βψ συβϕεχτινγ τηε χηεµ− ιχαλσ το αν ελεχτριχ δισχηαργε. ϑαµεσ ∆. Ωατσον ανδ Φρανχισ Χριχκ∏σ υνραϖελινγ οφ τηε στρυχτυρε οφ ∆ΝΑ∇αλσο ιν 1953∇ φυρτηερ φυελεδ τηισ θυεστ. Φορ σοµε δεχαδεσ νοω, τηε µοστ ωιδελψ αχχεπτεδ ρεχιπε φορ τηε οριγιν οφ λιφε ηασ σπεχι⇒εδ ∆ΝΑ ορ ΡΝΑ ιν λυκε− ωαρµ ωατερ, νειτηερ αχιδιχ νορ αλκαλινε, πλυσ ονλψ τηοσε ρεαγεντσ τηατ ωερε πρε− συµαβλψ παρτ οφ τηε πριµιτιϖε εαρτη∏σ ατµοσπηερε. Πραχτιτιονερσ οφ πρεβιοτιχ χηεµιστρψ συχη ασ Μιλλερ ανδ Λεσλιε Ε. Οργελ οφ τηε Σαλκ Ινστιτυτε φορ Βιολογιχαλ Στυδιεσ ιν Σαν ∆ιεγο ηαϖε προϖιδεδ δεεπ ινσιγητσ ιντο µολεχυλαρ ρεπλιχατιον υνδερ τηεσε χονστραιντσ. Ινδεεδ, χουντ− λεσσ µετριχ τονσ οφ ∆ΝΑ ρεπλιχατε εϖερψ δαψ ιν λιϖινγ χρεατυρεσ ιν πρεχισελψ τηισ µαννερ, υνδερ τηε συρϖειλλανχε οφ α ηοστ οφ ενζψµεσ. Βυτ ρεχεντ ⇒νδινγσ ινδιχατε τηατ τηε πριµιτιϖε εαρτη ωασ περηαπσ νοτ θυιτε ασ ηοσπιταβλε ασ τηε ωαρµ πονδ παρα− διγµ ωουλδ ηαϖε [σεε Ιν τηε Βεγιν− νινγ . . . , βψ ϑοην Ηοργαν; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Φεβρυαρψ 1991]. Συχη συσπι− χιονσ, χουπλεδ ωιτη δισχοϖεριεσ οφ ορ− γανισµσ λιϖινγ ατ (λιτεραλλψ) βλοοδ−χυρ− δλινγ τεµπερατυρεσ ορ νεαρ συλφυρουσ ϖολχανιχ ϖεντσ ατ τηε βοττοµ οφ τηε οχεαν, ηαϖε λεδ σχιεντιστσ το συγγεστ τηατ λιφε ποσσιβλψ αροσε βψ σοµε ϖερψ δι⇑ερεντ ρουτε. Περηαπσ τηε ονλψ θυαλι− τιεσ εσσεντιαλ το τηε µολεχυλεσ τηατ βε− χοµε λιϖε αρε δεταιλεδ ιν τωο ρεµαρκ− H IMIDE NAPHTHALENE ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. RIBO OSE αβλε βοοκσ βψ Ριχηαρδ ∆αωκινσ, Τηε Βλινδ Ωατχηµακερ ανδ Τηε Σελ⇒ση Γενε. Αλτηουγη ωριττεν 15 ψεαρσ αγο, ∆αω− κινσ∏σ σκετχηεσ αστονισηινγλψ πρε⇒γυρε τηε ρεσυλτσ οφ τηε παστ φουρ ψεαρσ οφ µψ ωορκ ον σελφ−ρεπλιχατιον. Μολεχυλεσ, νατυραλ ορ σψντηετιχ, αρε αβλε το ρεπλιχατε ωηεν τηειρ σηαπεσ ανδ χηεµιστρψ ηαϖε α φεατυρε χαλλεδ χοµπλε− µενταριτψ. Βψ ϖιρτυε οφ τηε ωαψ α µολε− χυλε οχχυπιεσ σπαχε ανδ τηε ωαψ ιτσ ατ− τραχτινγ ατοµσ ορ γρουπσ οφ ατοµσ αρε διστριβυτεδ αλονγ ιτσ αρµσ, ονε µολε− χυλε µαψ ⇒τ σνυγλψ ιντο τηε χηεµιχαλ νοοκσ ανδ χραννιεσ οφ ανοτηερ. Τηε γοοδνεσσ οφ ⇒τ βετωεεν τωο συχη χοµ− πλεµενταρψ µολεχυλεσ τηυσ δεπενδσ νοτ ονλψ ον τηειρ σπατιαλ στρυχτυρε βυτ αλσο ον τηε δι⇑ερεντ κινδσ οφ χηεµιχαλ βονδσ τηατ ηολδ τηεµ τογετηερ ιν γρουπσ. Συχη γρουπσ, ορ χοµπλεξεσ, φορµ ανδ δισσι− πατε ραπιδλψ ιν µιχροσεχονδσ ορ νανο− σεχονδσ∇τιµεσ τηατ αρε ϖερψ σηορτ, ψετ λονγ ενουγη φορ χηεµιχαλ ρεαχτιονσ το τακε πλαχε. Τηε φορχεσ ηολδινγ χοµπλεξεσ τογετη− ερ αρε µανψ τιµεσ ωεακερ τηαν τηε χο− ϖαλεντ βονδσ βινδινγ ατοµσ ιντο µολ− εχυλεσ. Ονε κινδ οφ φορχε∇ιµπορταντ ιν χοµπλεξεσ∇ισ χαλλεδ α ηψδρογεν βονδ. Τηισ βονδ χοµεσ αβουτ ωηεν α ηψδρογεν ατοµ ποσσεσσινγ α παρτιαλ ποσιτιϖε χηαργε ισ αττραχτεδ το, φορ ιν− στανχε, αν οξψγεν ατοµ τηατ ηασ α παρ− τιαλ νεγατιϖε χηαργε. Μορε γενεραλ ατ− τραχτιονσ οφ τηισ χλασσ γο βψ τηε ναµε οφ πολαρ ιντεραχτιονσ. Ανοτηερ κινδ οφ φορχε, τηε ϖαν δερ ϑΥΛΙΥΣ ΡΕΒΕΚ, ϑΡ., ωασ βορν ιν Ηυνγαρψ ιν 1944. Αφτερ σπενδινγ τηε ψεαρσ βετωεεν 1945 ανδ 1949 ιν Αυστρια, ηισ φαµιλψ σεττλεδ ιν Κανσασ. Ρεβεκ ρεχειϖεδ ηισ βαχηελορ∏σ δεγρεε φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Κανσασ ανδ α Πη.∆. φροµ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ, ωηερε ηε ωορκεδ ωιτη ∆ανιελ Σ. Κεµπ ον πεπτιδε χηεµιστρψ. Ασ αν ασσισ− ταντ προφεσσορ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Λοσ Ανγελεσ, ηε δεϖελοπεδ τηε τηρεε−πηασε τεστ φορ ρεαχτιϖε ιντερµεδιατεσ. Ιν 1976 ηε µοϖεδ το τηε Υνιϖερσιτψ οφ Πιττσβυργη ανδ ιν 1989 βαχκ το Μ.Ι.Τ., ωηερε ηε ισ τηε Χαµιλλε ∆ρεψφυσ Προφεσσορ οφ Χηεµιστρψ. Ρεβεκ ισ α Φελλοω οφ τηε Αµεριχαν Αχαδεµψ οφ Αρτσ ανδ Σχιενχεσ ανδ ωασ ρεχεντλψ ελεχτεδ α µεµ− βερ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. Ωααλσ φορχε, ισ µορε συβτλε: ιφ χορρεχτλψ ποσιτιονεδ, ελεχτρονσ οφ ονε µολεχυλε χαν ϕοστλε αωαψ τηοσε οφ ανοτηερ, χρεατ− ινγ α χηαργε ιµβαλανχε τηατ ρεσυλτσ ιν αττραχτιον. Ψετ α τηιρδ κινδ οφ αττραχτιον ισ αροµατιχ σταχκινγ∇αν αρρανγεµεντ τηατ ⇓ατ οργανιχ µολεχυλεσ (οφτεν ηαϖ− ινγ α πλεασαντ οδορ; ηενχε τηε ναµε) σοµετιµεσ ασσυµε ωηεν τηεψ δο νοτ λικε τηε σολϖεντ τηεψ ⇒νδ τηεµσελϖεσ ιν. Βψ σιδλινγ υπ το ονε ανοτηερ, ⇓ατ συρ− φαχε το ⇓ατ συρφαχε, τηεψ χαν σθυεεζε ουτ αλλ τηε σολϖεντ µολεχυλεσ βετωεεν τηεµ ανδ αχηιεϖε α µορε σταβλε, σταχκεδ χον⇒γυρατιον. Ο νχε α χοµπλεξ φορµσ, τηε µο− λεχυλαρ συρφαχεσ τηατ µατχη υπ ωιτη ονε ανοτηερ αρε ρελατιϖε− λψ προτεχτεδ. ∆εστρυχτιϖε σολϖεντσ, δισ− σολϖεδ αχιδσ, βασεσ ορ οξιδαντσ χαννοτ γετ το τηεµ. Στρονγ χοϖαλεντ βονδσ τηεν ηαϖε τιµε το ϕοιν τηε χοµπλεµενταρψ παρτσ. Σοµετιµεσ τωο οφ τηρεε µολε− χυλεσ ιν α χοµπλεξ λινκ τογετηερ; τηε τηιρδ µερελψ σερϖεσ το εασε τηε προχεσσ. H ADENINE Συχη α χουπλινγ γιϖεσ ρισε το α ρατηερ ποπυλαρ σχηεµε φορ ρεπλιχατιον∇τηε ονε πρεφερρεδ βψ ∆ΝΑ. Α σιµπλε δεπιχτιον οφ τηισ σχηεµε υσεσ χονχαϖε ανδ χον− ϖεξ σηαπεσ. Α χονχαϖε µολεχυλαρ συρ− φαχε∇λινεδ ωιτη αππροπριατελψ εντιχινγ ατοµσ∇χαν ρεχογνιζε ανδ συρρουνδ ιτσ χονϖεξ χοµπλεµεντ. Φυρτηερ, ιτ χαν αχτ ασ α µολδ φορ ασσεµβλινγ τηε χονϖεξ µολεχυλε φροµ ιτσ χοµπονεντ παρτσ. Ιν τυρν, τηε χονϖεξ µολεχυλε σερϖεσ ασ α τεµπλατε φορ γατηερινγ ανδ φυσινγ τηε χοµπονεντ παρτσ οφ τηε χονχαϖε ονε. Τηεσε τωο ρεπλιχατιον εϖεντσ∇εαχη µολ− εχυλε φορµινγ τηε οτηερ∇εσταβλιση ωηατ ισ χαλλεδ α βι−χψχλε [σεε βοττοµ ιλλυστρα− τιον ον νεξτ παγε]. Ουρ ρεχεντ εξπερι− µεντσ ινδιχατε τηατ α βι−χψχλε χαν βε εξτρεµελψ ε⇔χιεντ. Τηερε ισ αν αλτερνατιϖε παραδιγµ οφ ρεπλιχατιον: τωο χοµπλεµενταρψ µολε− χυλεσ ιν α χοµπλεξ χαν ϕοιν ατ σοµε σιτε τηατ ισ νοτ ον τηε ρεχογνιτιον συρφαχε. Τηεψ φορµ α σινγλε µολεχυλε, ονε ενδ οφ ωηιχη ισ χοµπλεµενταρψ το τηε οτη− ερ∇ανδ τηε ωηολε ισ χοµπλεµενταρψ το ιτσελφ [σεε βοττοµ ιλλυστρατιον ον παγε 51]. Τηε ρεχογνιτιον συρφαχεσ ατ τηε ενδσ οφ τηισ νεω, σελφ−χοµπλεµενταρψ µολεχυλε αρε στιλλ αχχεσσιβλε το οτηερ µολεχυλεσ. Τηε ενδσ χαν εαχη γατηερ α φραγµεντ ιδεντιχαλ το τηατ ατ τηε οτηερ ενδ. Ονχε γατηερεδ, τηε τωο νεω χοµπο− νεντσ χαννοτ µοϖε φρεελψ ανδ τραϖελ τηρουγη σπαχε ιν τανδεµ; τηε χηανχεσ οφ τηειρ βεχοµινγ λινκεδ το εαχη οτηερ αρε γρεατλψ ενηανχεδ. Τηυσ, τηε σελφ− χοµπλεµενταρψ εντιτψ µακεσ α χοπψ∇ ανδ ιν σιµιλαρ µαννερ, µανψ χοπιεσ∇ οφ ιτσελφ. Νο ενζψµεσ αρε νεεδεδ : τηε µολεχυλε χαταλψζεσ ιτσ οων φορµατιον. Τηισ ισ τηε µετηοδ ωε ηαϖε υσεδ ιν τηε λαβορατορψ το µακε µολεχυλεσ χαπα− βλε οφ ρεαχτινγ ωιτη ονε ανοτηερ ιν ωαψσ ρεµινισχεντ οφ λιφε. Αµονγ τηεµ αρε µολεχυλεσ τηατ βεαρ α πασσινγ ρε− σεµβλανχε το γενετιχ µατεριαλσ∇σπε− χι⇒χαλλψ, το νυχλειχ αχιδ χοµπονεντσ κνοων ασ αδενινεσ. Αδενινεσ αρε ⇓ατ; βεσιδεσ, τηεψ ηαϖε ηψδρογεν ανδ νιτρο− γεν ατοµσ τηατ χαν φορµ ηψδρογεν βονδσ ωιτη τηε οξψγεν ανδ ηψδρογεν ατοµσ οφ τηειρ χοµπλεµενταρψ µολε− χυλεσ, χαλλεδ ιµιδεσ. Ουρ ιµιδεσ αρε χον− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 49 + – + – MOLECULE A + – MOLECULE B – + COMPLEX ΜΟΛΕΧΥΛΑΡ ΡΕΧΟΓΝΙΤΙΟΝ οχχυρσ ωηεν τωο φραγµεντσ ωηοσε γεοµετριχ ανδ χηεµιχαλ προπερτιεσ χοµπλεµεντ ονε ανοτηερ φορµ α χοµπλεξ. Τηε + ανδ ∠ σιγνσ ινδιχατε ελεχτροστατιχ αττραχτιονσ. Μορεοϖερ, τηε σολϖεντ ισ σθυεεζεδ ουτ βετωεεν τηε µολεχυλεσ, ηελπινγ το σταβιλιζε τηε σηορτ−λιϖεδ χοµπλεξ. στρυχτεδ φροµ α ηυµπβαχκεδ µολεχυλε, Κεµπ∏σ τριαχιδ, τηε σκελετον οφ ωηιχη φολδσ οϖερ ιν συχη α ωαψ τηατ λαργε, χον− χαϖε στρυχτυρεσ χαν εασιλψ βε φασηιονεδ φροµ ιτ. Σο τηε ιµιδε φεατυρεσ α ηψδρο− γεν βονδινγ σιτε χροοκεδλψ ατταχηεδ το αν αροµατιχ σταχκινγ συρφαχε; τηεσε ⇒τ περφεχτλψ ωιτη τηε ηψδρογεν βονδινγ σιτε ανδ τηε ⇓ατ σταχκινγ συρφαχε οφ αδενινε. Ωηεν ασσοχιατεδ τογετηερ ιν α χοµ− πλεξ, τηε αδενινε ανδ τηε ιµιδε βεχοµε χοϖαλεντλψ ατταχηεδ, φορµινγ α σελφ−χοµ− πλεµενταρψ µολεχυλε. Ουρ εαρλψ ατ− τεµπτσ το γετ τηισ µολεχυλε το σελφ−ρεπ− λιχατε ωερε τηωαρτεδ βψ ιτσ υνφορεσεεν ⇓οππινεσσ. Αλτηουγη σοµε ⇓εξιβιλιτψ ισ ηελπφυλ φορ µολεχυλαρ ρεχογνιτιον∇α λεατηερ βοοτ ισ εασιερ το σλιπ ον τηαν α ωοοδεν ονε∇α λοτ οφ ⇓εξιβιλιτψ χαν µακε ⇒ττινγ ϖερψ δι⇔χυλτ∇τρψ σλιππινγ ον α σοχκ ωιτηουτ υσινγ ψουρ ηανδσ. Μολεχυλεσ βεχοµε ⇓οππψ ιφ τηεψ ηαϖε σινγλε βονδσ, ινϖολϖινγ ονλψ τωο ελεχ− τρονσ εαχη. Συχη α βονδ αλλοωσ τηε παρτσ ιτ ϕοινσ το ροτατε ωιτη ρεσπεχτ το εαχη οτηερ, γιϖινγ ρισε το µανψ δι⇑ερεντ σηαπεσ. Ωηεν Τϕαµα Τϕιϖικυα, µψ γραδ− υατε στυδεντ φροµ Ναµιβια, λινκεδ τηε αδενινε το τηε ιµιδε βψ α χοϖαλεντ βονδ, ηε ηαδ το ωορκ ωιτη α χηαιν οφ χαρβον ατοµσ. Τηε χηαιν ωασ σο λονγ ανδ ⇓εξι− βλε τηατ τηε ρεσυλτινγ σελφ−χοµπλεµεν− ταρψ στρυχτυρε δουβλεδ οϖερ ον ιτσελφ, ρατηερ λικε α ϕαχκκνιφε φολδινγ σηυτ. Σο σνυγλψ διδ τηε αδενινε ⇒τ ιντο τηε ιµιδε τηατ τηε σελφ−σατισ⇒εδ µολεχυλε νο λονγερ ασσοχιατεδ ωιτη οτηερ µολε− χυλεσ ορ ρεπλιχατεδ. Ηαππιλψ, τηισ σιτυατιον ωασ χυραβλε. Τηε ρεµεδψ χαλλεδ φορ ινσερτινγ α λαργερ ανδ µορε ριγιδ µολεχυλε ιν πλαχε οφ τηε + REACTION + ASSOCIATION DISSOCIATION A B DISSOCIATION ASSOCIATION + REACTION + ΡΕΠΛΙΧΑΤΙΟΝ ΒΙ−ΧΨΧΛΕ ινϖολϖεσ τωο µολεχυλεσ οφ χοµπλεµενταρψ σηαπεσ, ρεπρε− σεντεδ βψ βλοχκ Α ανδ σλεεϖε Β, ιντο ωηιχη ιτ ⇒τσ. Ιν τηε λεφτ χψχλε, τηε βλοχκ (µιδ− δλε) χολλεχτσ τηε τωο παρτσ οφ τηε σλεεϖε (βοττοµ ) αρουνδ ιτ το φορµ α χοµπλεξ (λεφτ ); τηε παρτσ τηεν ρεαχτ το φορµ α ωηολε σλεεϖε (τοπ ). Τηε βλοχκ ανδ σλεεϖε θυιχκλψ δισ− σοχιατε. Ιν τηε ριγητ χψχλε, ιτ ισ τηε σλεεϖε τηατ ασσεµβλεσ τηε φραγµεντσ οφ τηε βλοχκ. Τηυσ, τηε τωο χοµπλεµενταρψ µολεχυλεσ χαταλψζε εαχη οτηερ∏σ φορµατιον. 50 σινγλε χηαιν το πρεϖεντ φολδινγ. Ουρ χηοιχε ωασ α λαργερ σταχκινγ συρφαχε, α ναπητηαλενε, βολστερεδ βψ α λεσσ ⇓εξι− βλε λινκ βετωεεν τηε τωο χοµπονεντσ, α χψχλιχ ριβοσε γρουπ. Τηισ νεω J−σηαπεδ µολεχυλε, αδενινε ριβοσε ναπητηαλενε ιµιδε ( ΑΡΝΙ φορ σηορτ), προϖιδεδ υσ ωιτη ουρ ⇒ρστ ιν− στανχε οφ ρεπλιχατιον. Υσινγ ηιγη−περ− φορµανχε λιθυιδ χηροµατογραπηψ το δε− τεχτ µινυτε χηανγεσ ιν χηεµιχαλ χονχεν− τρατιονσ, Τϕιϖικυα ανδ Παβλο Βαλλεστερ, α ποστδοχτοραλ ϖισιτορ φροµ Μαϕορχα, αχηιεϖεδ τηε ρεσυλτ. Τηεψ χοµπαρεδ τηε ρατε οφ φορµατιον οφ ΑΡΝΙ ιν α σολυτιον τηατ χονταινεδ ονλψ ιτσ χοµπονεντσ ωιτη τηε ρατε οφ φορµατιον ωηεν σοµε ΑΡΝΙ ωασ αδδεδ. Τηε πρεσενχε οφ ΑΡΝΙ ιν− χρεασεδ τηε ρατε οφ φορµατιον, χλεαρ εϖι− δενχε οφ τηε πρεσενχε οφ α σελφ−ρεπλιχατ− ινγ σψστεµ. Ι φ ονε πλοτσ τηε προγρεσσ οφ α ρεαχ− τιον τηρουγη τιµε, ονε γενεραλλψ δε− ριϖεσ α χυρϖε τηατ ασσυµεσ τηε σηαπε οφ α ρεχλινινγ παραβολα. Τηε προδυχτ φορµσ φαστεστ ατ τηε βεγιννινγ, ωηεν τηε ρεαχταντσ αρε ατ τηειρ ηιγηεστ χονχεντρατιονσ; τηε ρατε οφ φορµατιον σλοωσ δοων ασ τηε ρεαχταντσ αρε χον− συµεδ. Φορ αν αυτοχαταλψτιχ ρεαχτιον∇ ονε ιν ωηιχη τηε προδυχτ, λικε ουρ ΑΡΝΙ, χαταλψζεσ ιτσ οων φορµατιον∇τηε γροωτη χυρϖε σηουλδ βε S−σηαπεδ, ορ σιγµοιδαλ [σεε τοπ ιλλυστρατιον ον οπ− ποσιτε παγε]. Τηε ρεαχτιον βεγινσ σλοω− λψ. Ασ τηε προδυχτ αππεαρσ ανδ βεγινσ το αχτ ασ α χαταλψστ, τηε ρεαχτιον αχχελ− ερατεσ. Αν υπωαρδ χυρϖε ρεσυλτσ. Φιναλ− λψ, ασ τηε µατεριαλσ αρε χονσυµεδ, τηε ρεαχτιον γρινδσ το α ηαλτ. Τηε δεγρεε οφ σιγµοιδαλ χυρϖατυρε δε− πενδσ ον σεϖεραλ φαχτορσ, τηε µοστ ιµ− πορταντ οφ ωηιχη ισ τηε ε⇔χιενχψ οφ τηε αυτοχαταλψτιχ στεπ. Ιφ τηε βαχκγρουνδ ρε− αχτιον∇ιν ωηιχη τηε χοµπονεντσ χοµ− βινε βψ τηεµσελϖεσ, ωιτηουτ γεττινγ ηελπ φροµ τηε σελφ−ρεπλιχατινγ µολεχυλε∇ισ τοο στρονγ, ιτ χαν σωαµπ τηε σιγναλ φροµ τηε σελφ−ρεπλιχατινγ προχεσσ. Ιν 1990 Γντηερ ϖον Κιεδροωσκι ανδ ηισ χο−ωορκερσ ιν Γττινγεν σηοωεδ τηατ α σελφ−ρεπλιχατινγ νυχλειχ αχιδ χουλδ εξ− ηιβιτ συχη σιγµοιδαλ γροωτη∇προϖινγ τηατ τηε αυτοχαταλψζεδ σψντηεσισ ισ ιν τηισ χασε µορε ε⇔χιεντ τηαν τηε ραν− δοµ ονε. Αλτηουγη ΑΡΝΙ διδ νοτ σηοω σιγ− µοιδαλ γροωτη, ουρ νεξτ αττεµπτ, ΑΡΒΙ, διδ. Ωε σλοωεδ τηε βαχκγρουνδ ρεαχ− τιον ρατεσ βψ γιϖινγ ΑΡΒΙ α σλιγητλψ λονγερ σταχκινγ ελεµεντ, α βιπηενψλ ιν− στεαδ οφ ναπητηαλενε. Ωε νοω ηαδ προοφ οφ α βονα ⇒δε σψντηετιχ σελφ− ρεπλιχατινγ µολεχυλε. Ισ ιτ αλιϖε? Νοτ βψ µοστ χυρρεντ δε⇒− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. S ΧΥΡςΕ (ρεδ ) ισ τηε σιγνατυρε οφ αν αυ− τοχαταλψτιχ ρεαχτιον ωηεν τηε χονχεντρα− τιον οφ τηε ρεαχτιον προδυχτ ισ πλοττεδ αγαινστ τιµε. Ατ ⇒ρστ, τηε µολεχυλε φορµσ σλοωλψ. Ασ ιτ χαταλψζεσ ιτσ οων σψντηε− σισ, τηε ρεαχτιον συδδενλψ αχχελερατεσ, ονλψ το σλοω δοων ασ τηε ρεαχταντσ αρε χονσυµεδ. Χονϖεντιοναλ ρεαχτιονσ (βλυε) σιµπλψ ηαϖε α παραβολιχ σηαπε. ωηιλε λεαϖινγ τηε Ηοογστεεν εδγε λαργε− λψ οπεν. Φορ εξαµπλε, ωηεν α σµαλλ µετηψλ γρουπ ϕοινσ τηε αδενινε, µορε τηαν 85 περχεντ οφ ουρ σψντηετιχ ιµιδε ρεχεπτορσ αρε φουνδ το βινδ αλονγ τηε Ηοογστεεν εδγε. Ωε δεχιδεδ το εξπλοιτ τηε χηανγε ιν τηε ρατε οφ ρεπλιχατιον τηατ χοµεσ φροµ βλοχκινγ τηε Ωατσον−Χριχκ εδγε. Αχχορδ− ινγλψ, ωε πρεπαρεδ τωο δι⇑ερεντ αδε− νινεσ, ονε βεαρινγ α βενζψλοξψχαρβον− ψλ, ορ Ζ, γρουπ (α ποπυλαρ βλοχκινγ γρουπ ιν προτειν σψντηεσισ) ανδ ανοτη− ερ βεαρινγ α Ζ γρουπ ωιτη αν αδδιτιοναλ νιτρογεν γρουπ: Ζ−ΝΟ 2. Τηε πλαν ωασ τηισ: αν αλτερεδ αδενινε ανδ τηε ιµιδε ωουλδ ασσεµβλε ον τηε προδυχτ τεµ− πλατε ασ βεφορε. Βυτ τηε βλοχκινγ γρουπσ ωουλδ βε δανγλινγ ο⇑ τηε µολεχυλε ιν σιτεσ θυιτε φαρ φροµ ωηερε τηε χοϖαλεντ βονδ φορµσ. Τηε Ζ γρουπ ατ ονε ενδ ωουλδ νοτ κνοω ιφ τηε βλοχκινγ γρουπ ατ τηε οτηερ ενδ ωασ α Ζ ορ Ζ−ΝΟ2; σψν− τηεσισ σηουλδ τακε πλαχε ρεγαρδλεσσ οφ τηε γρουπσ∏ ιδεντιτιεσ. Μορεοϖερ, βλοχκαδε οφ τηε Ωατσον− Χριχκ εδγε ωουλδ λιµιτ ηψδρογεν βονδ− ινγ το τηε Ηοογστεεν εδγε. Τηυσ, τηε µοδι⇒εδ ρεπλιχατορσ ΖΑΡΒΙ ανδ ΖΝΑΡ− ΒΙ∇µαδε φροµ αδενινεσ χονταινινγ Ζ ανδ Ζ−ΝΟ 2, ρεσπεχτιϖελψ∇ωουλδ ηαϖε το ρεπλιχατε σλοωλψ. Ατ τηισ ποιντ, τηε χηοιχε οφ βλοχκινγ γρουπ βεχοµεσ χριτι− χαλ. Αλτηουγη µανψ ατταχηεδ γρουπσ χαν λεαδ το τηε φορµατιον οφ ρεπλιχατορσ τηατ µακε µιστακεσ, τηε νιτρο γρουπ ( ΝΟ 2 ) ισ σοµεωηατ σπεχιαλ. Ινϖεστιγα− τορσ ηαϖε κνοων φορ 30 ψεαρσ τηατ τηεψ χαν ρεµοϖε τηε γρουπ εασιλψ βψ ιρραδι− ατινγ ιτ ωιτη παρτιχυλαρ ωαϖελενγτησ οφ υλτραϖιολετ λιγητ. Ονχε τηε Ζ−ΝΟ 2 ισ εξ− REACTION A + CONCENTRATION (PERCENT) νιτιονσ. Ουρ (ορ ιτσ) χριτιχσ ωερε θυιχκ το ποιντ ουτ τηατ ασ α λιφε−φορµ, ΑΡΒΙ ηαδ σεϖερε λιµιτατιονσ: τηε µολεχυλε ωουλδ µακε χοπιεσ ονλψ οφ ιτσελφ. Το αλ− λοω εϖολυτιον, α σελφ−ρεπλιχατινγ µολε− χυλε ηασ το βε χαπαβλε οφ µακινγ µισ− τακεσ: οχχασιοναλλψ σψντηεσιζινγ οτηερ µολεχυλεσ τηατ χαν περηαπσ βε βεττερ ρεπλιχατορσ. Υνλικε αρτ ανδ µυσιχ χριτ− ιχσ, τηοσε ιν σχιενχε ατ λεαστ ινδιχατε ιν ωηιχη διρεχτιον ιµπροϖεµεντσ µαψ λιε. Ωε ρεσπονδεδ βψ δεϖισινγ µολεχυλεσ τηατ ωερε χαπαβλε οφ µακινγ∇ινδεεδ, τηατ ωερε ινχαπαβλε οφ νοτ µακινγ∇ µιστακεσ. Ιν οργανιχ χηεµιστρψ, α µιστακε ισ µαδε ωηεν τηερε ισ α λαχκ οφ σελεχτιϖιτψ βετωεεν ρεαχτιον παρτνερσ. Ωε νεεδεδ α µολεχυλε τηατ ωουλδ χαταλψζε νοτ ονλψ ιτσ οων φορµατιον βυτ αλσο τηατ οφ α µολεχυλε οφ σιµιλαρ σηαπε. Βεσιδεσ, ατ λεαστ ονε οφ τηεσε τωο µολεχυλεσ ηαδ το βε αβλε το χηανγε ιντο α µορε ε⇔χιεντ ρεπλιχατορ. Α µολεχυλε χαν ρεαδιλψ βε µανιπυλατ− εδ ιντο µακινγ ρεπλιχασ οφ α χοµπετι− τορ. Ινστιλλινγ τηε χαπαχιτψ το εϖολϖε τακεσ µορε πλαννινγ. Ιν τηε χουρσε οφ ουρ σεαρχη φορ α σολυτιον, ωε ταππεδ ιντο σοµε εαρλιερ ⇒νδινγσ ον τηε ηψδρο− γεν βονδινγ σιτεσ οφ αδενινε. Τηερε αρε τωο ωαψσ ιν ωηιχη αν ιµιδε χαν ατταχη το αν αδενινε. Ιτ χαν ⇒νδ α σιτε αλονγ τηε Ωατσον−Χριχκ εδγε, ωηιχη ισ ιν− ϖολϖεδ ιν τηε ρεπλιχατιον οφ ∆ΝΑ, ορ ιτ χαν δοχκ αλονγ τηε Ηοογστεεν εδγε, α ρεγιον νορµαλλψ εξποσεδ ιν ∆ΝΑ (τηουγη σοµετιµεσ ϕοινεδ ιν συχη εξ− οτιχ φορµσ ασ τριπλε ηελιχεσ). Ωε ηαδ αλρεαδψ σηοων τηατ σιµπλε αδενινεσ χαν ατταχη το ουρ ιµιδεσ αλονγ ειτηερ εδγε. Φορ εξαµπλε, ρουγηλψ εθυαλ αµουντσ οφ Ωατσον−Χριχκ ανδ Ηοογ− στεεν χοµπλεξεσ αρε φορµεδ ωιτη αν ιµιδε ατταχηεδ το α ναπητηαλενε συρ− φαχε. Βυτ ιφ ονε οφ τηε ηψδρογενσ οφ τηε αµινο ( ΝΗ 2 ) γρουπ οφ αδενινε∇ιν− ϖολϖεδ ιν ηψδρογεν βονδινγ∇ισ ρε− πλαχεδ βψ α λαργερ γρουπ οφ µολεχυλεσ, τηε σιτυατιον χηανγεσ. Τηισ νεω γρουπ ποσιτιονσ ιτσελφ ιν συχη α ωαψ ασ το βλοχκ αχχεσσ το τηε Ωατσον−Χριχκ εδγε 100 75 50 0 0 2 4 6 TIME (HOURS) 8 10 χισεδ, τηε Ωατσον−Χριχκ εδγε ισ φρεεδ. Τηε νεω, λιγητερ µολεχυλε χαν νοω µατχη υπ αλονγ τηισ εδγε ασ ωελλ ασ τηε Ηοογστεεν εδγε, µακινγ ιτ, ωε ηοπεδ, τωιχε ασ ε⇔χιεντ ασ τηε µολεχυλεσ φροµ ωηιχη ιτ ισ δεριϖεδ. Ωε συβϕεχτεδ ουρ αδενινεσ βεαρινγ Ζ ορ Ζ−ΝΟ 2 γρουπσ το ουρ νοω στανδαρδ τεστσ φορ σελφ−ρεπλιχατιον. Ωηεν τηε αδε− νινεσ ϕοινεδ ωιτη τηε βιπηενψλ ρεχεπ− τορσ το προδυχε ΖΑΡΒΙ ανδ ΖΝΑΡΒΙ, τηε νεω µολεχυλεσ διδ ινδεεδ βεηαϖε ασ ρεπλιχατορσ∇τηουγη αδµιττεδλψ νοτ ϖερψ ε⇔χιεντ ονεσ. Τηε ρεπλιχατορσ χοµπεν− σατεδ φορ τηειρ χλυµσινεσσ ωιτη τηειρ αβιλιτψ το µακε µιστακεσ. ΖΑΡΒΙ ωουλδ χαταλψζε ιτσ οων φορµατιον ανδ αλσο αχτ ασ α τεµπλατε φορ ασσεµβλινγ ιτσ ριϖαλ, ΖΝΑΡΒΙ. Τηε λαττερ ρεχιπροχατεδ, χατ− αλψζινγ ιτσ οων φορµατιον ανδ αλσο τηατ οφ ΖΑΡΒΙ. Ν οω χαµε τηε χηαλλενγε οφ δεµ− ονστρατινγ α χηεµιχαλ ϖερσιον οφ µυτατιον: α περµανεντ, ηεριτα− βλε στρυχτυραλ χηανγε α⇑εχτινγ τηε συρ− ϖιϖαλ χαπαχιτψ οφ αν οργανισµ∇ορ ιν ουρ χασε ιτσ αναλογυε, α σελφ−ρεπλιχατινγ µολ− εχυλε. Χηανγεσ ιν α µολεχυλαρ ρεπλιχα− τορ∏σ στρυχτυρε µιγητ βε χαυσεδ βψ σηιφτσ ιν τεµπερατυρε, αχιδιτψ, σαλινιτψ ορ µανψ οτηερ φαχτορσ. Ωε χηοσε ιρραδιατιον ωιτη λιγητ. Ωε ⇒ρστ πλαχεδ ΖΑΡΒΙ ανδ ΖΝΑΡΒΙ ιν διρεχτ χοµπετιτιον φορ ρεπροδυχτιϖε ρε− σουρχεσ. Θινγ Φενγ, τηεν µψ γραδυατε στυδεντ, ανδ ϑονγ−Ιν Ηονγ, α ποστδοχ− τοραλ φελλοω, αλλοωεδ τηε αδενινε δεριϖα− τιϖεσ βεαρινγ τηε Ζ ανδ Ζ−ΝΟ 2 γρουπσ το χοµπετε φορ α λιµιτεδ αµουντ οφ τηε χοµπλεµενταρψ βιπηενψλ ρεχεπτορ. ASSOCIATION B REACTIVE SITES SELF-COMPLEMENTARY MOLECULE REACTION ΣΕΛΦ−ΡΕΠΛΙΧΑΤΙΟΝ τακεσ πλαχε ωηεν τωο χοµπλεµενταρψ µολεχυλεσ ( Α ανδ Β ), ιν− στεαδ οφ ⇒ττινγ ιντο εαχη οτηερ ασ τηεψ ωουλδ ιν α βι−χψχλε, ϕοιν ατ σοµε οτηερ ρεαχ− τιϖε σιτε (λεφτ ) ανδ φορµ α σελφ−χοµπλεµενταρψ µολεχυλε (χεντερ ). Τηισ µολεχυλε τηεν γατηερσ χοπιεσ οφ τηε οριγιναλ χοµπονεντσ (τοπ ριγητ ) ανδ ηολδσ τηεµ σο τηατ τηεψ, τοο, χαν ρεαχτ. Τηε ρεσυλτ ισ α χοπψ οφ ιτσελφ (βοττοµ ριγητ ). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 51 IMIDE O Pr Pr ADENINE H2N O N H O O BIPHENYL H N N O N O NH Pr N N O O R C6F5 Pr O Pr REACTION N H O O HN NH Pr O N N O O ZARBI OR ZNARBI H N N O N R ASSOCIATION HOOGSTEEN EDGE O O Pr O Pr N H N O H N N R NH Pr N O C6F5 NH2 O N O HN O HN O O N O O O H N N N WATSON-CRICK EDGE Pr O N O N H Pr Pr R ΜΥΤΑΝΤ ΜΟΛΕΧΥΛΕΣ αρε προδυχεδ ωηεν αν αδενινε ωιτη αν εξτρα γρουπ Ρ ϕοινσ ωιτη α βιπηενψλ ιµιδε το φορµ α σελφ−χοµπλεµενταρψ µολεχυλε. Τηε Ρ χαν βε α Ζ (βενζψλοξψχαρβονψλ) ορ α Ζ−ΝΟ2 γρουπ, γιϖινγ, ρεσπεχτιϖελψ, α ΖΑΡΒΙ ορ α ΖΝΑΡΒΙ µολεχυλε. Τηε λαττερ χαν χολλεχτ αν αδενινε αλονγ τηε Ηοογστεεν εδγε (τηε Ρ βλοχκσ τηε Ωατσον−Χριχκ εδγε) ανδ φυσε ιτ ωιτη α βιπηενψλ ιµιδε, χαταλψζινγ ιτσ οων φορ− µατιον ανδ αλσο τηατ οφ ιτσ χοµπετιτορ. Τηε ρεδ οϖαλσ ινδιχατε ηψδρογεν βονδινγ. ΖΝΑΡΒΙ προϖεδ το βε α σλιγητλψ βεττερ ρεπλιχατορ. Ωηεν αλλ τηε ρεχεπτορ ωασ υσεδ υπ, ωε ιρραδιατεδ τηε ρεαχτιον ϖεσ− σελ ωιτη υλτραϖιολετ λιγητ ηαϖινγ α ωαϖε− λενγτη οφ 350 νανοµετερσ. Αφτερ α φεω ηουρσ οφ ιρραδιατιον, τηε Ζ−ΝΟ 2 βλοχκ− ινγ γρουπσ ηαδ αλλ βεεν ρεµοϖεδ φροµ βοτη τηε ΖΝΑΡΒΙ ρεπλιχατορσ ασ ωελλ ασ φροµ τηε αδενινε προγενιτορσ. Τηατ ισ, τηε ΖΝΑΡΒΙ µολεχυλεσ ηαδ αλλ βεεν χονϖερτεδ το ΑΡΒΙσ ανδ τηε Ζ−ΝΟ 2− βεαρινγ αδενινεσ το πλαιν αδενινεσ. Α µυτατιον ηαδ οχχυρρεδ, προµπτεδ βψ α χηανγε ιν τηε ενϖιρονµεντ. ΖΑΡΒΙ ανδ τηε Ζ−αδενινε ρεµαινεδ υναλτερεδ. Νεξτ ωε αδδεδ µορε βιπηενψλ ρεχεπ− τορ. ΖΑΡΒΙ φουνδ τηε ραδιατιον προδυχτ, ΑΡΒΙ, το βε ιτσ χοµπετιτορ. Τηε σλεεκερ ΑΡΒΙ, ηαϖινγ τηε αδϖανταγε οφ ρεπλιχατ− ινγ ιν ειτηερ τηε Ηοογστεεν ορ τηε Ωατ− σον−Χριχκ µοδε, ραπιδλψ τοοκ οϖερ τηε ρεσουρχεσ οφ τηε σψστεµ. 52 Α σιµπλε εϖολυτιοναρψ ιντερπρετατιον χαν βε σκετχηεδ φορ τηισ εξπεριµεντ. Τηινκ οφ ΖΑΡΒΙ ασ τηε οριγιναλ ιν τηισ σεθυενχε; ιτσ ρεπλιχατιον ρεθυιρεσ τηε πρεσενχε οφ Ζ−αδενινε ανδ τηε βιπηενψλ ρεχεπτορ. Ιφ νιτριχ αχιδ ισ αδδεδ, τηεν σοµε οφ τηε Ζ−αδενινεσ αρε υσεδ υπ το φορµ Ζ−ΝΟ2 αδενινεσ; τηε λαττερ γιϖε ρισε το ΖΝΑΡΒΙσ. ΖΝΑΡΒΙ ισ α βεττερ ρεπλιχατορ χοµπαρεδ ωιτη ιτσ ανχεστορ ΖΑΡΒΙ. Ωηεν τηε σψστεµ ισ ιρραδιατεδ, α σεχονδ χηανγε τακεσ πλαχε. ΖΝΑΡΒΙ χον− ϖερτσ το τηε σιµπλερ ανδ µορε ε⇔χιεντ ΑΡΒΙ. Τηισ λαστ µολεχυλε προϖεσ το βε τηε βεστ ρεπλιχατορ οφ τηε τηρεε. Αλτηουγη µυτατιον ισ χονσιδερεδ το βε τηε δριϖινγ φορχε φορ µοστ εϖολυτιον− αρψ αλτερατιονσ, ανοτηερ σιγνι⇒χαντ παραδιγµ φορ χηανγε ισ ρεχοµβινατιον. Τωο χηροµοσοµεσ χαν σπλιτ, εξχηανγε στρινγσ οφ ∆ΝΑ ανδ ρεϕοιν, τηυσ χοµ− βινινγ τηειρ χηαραχτεριστιχσ. Αλσο, χερταιν χοµπυτερ προγραµσ αττεµπτ το τεαχη στρινγσ οφ ινφορµατιον το σολϖε α προβ− λεµ. Ιφ τηε στρινγσ αρε αλλοωεδ το σπλιτ ανδ ρεχοµβινε ατ ρανδοµ, τηεψ σοον γιϖε ρισε το µυχη βεττερ προβλεµ σολϖ− ερσ. Μυτατιον αλλοωσ φορ σινγλε, σµαλλ χηανγεσ; ρεχοµβινατιον, ον τηε οτηερ ηανδ, αλλοωσ τηε χρεατιον οφ ηψβριδσ τηατ αρε ϖερψ δι⇑ερεντ φροµ τηε προγενιτορσ. Ουρ ιντερεστ ιν δεµονστρατινγ ρεχοµ− βινατιον ατ τηε µολεχυλαρ λεϖελ λεδ υσ το δεϖελοπ αν εντιρελψ νεω σετ οφ σελφ−ρεπ− λιχατινγ µολεχυλεσ. Τηε πρινχιπλε ωασ τηε σαµε: τωο χοµπλεµενταρψ µολε− χυλεσ ωερε ϕοινεδ βψ α χοϖαλεντ βονδ το γιϖε α σινγλε, σελφ−χοµπλεµενταρψ ωηολε τηατ χουλδ αιδ ιτσ οων σψντηεσισ. Φενγ ανδ ανοτηερ στυδεντ, Ταε Κωο Παρκ, δε− ϖισεδ α ρεπλιχατινγ σψστεµ βασεδ ον α δι⇑ερεντ χοµπονεντ οφ νυχλειχ αχιδσ, τηψµινε. Σοµε τιµε εαρλιερ Παρκ ηαδ δε− ϖελοπεδ α σψντηετιχ ρεχεπτορ τηατ ωουλδ ρεχογνιζε τηψµινε∏σ ιµιδε νυχλευσ ανδ αλσο λιε ον τηψµινε∏σ ⇓ατ αροµατιχ συρ− φαχε. Τηισ ρεχεπτορ φεατυρεδ α U−σηαπεδ µολεχυλαρ σκελετον. Τηε βοττοµ οφ τηε U ωασ α λαργε, ριγιδ αροµατιχ σπαχερ κνοων ασ ξαντηενε; ονε αρµ οφ τηε U φεατυρεδ αν αµινε ανδ τηε οτηερ αρµ α διαµινοτριαζινε, τηε ρεχεπτορ φορ τηψ− µινε. Ωηεν τηε λαττερ τωο βεχαµε ϕοινεδ βψ α χοϖαλεντ βονδ, α σελφ−χοµ− πλεµενταρψ υνιτ ωασ γενερατεδ, χαλλεδ διαµινοτριαζινε ξαντηενε τηψµινε, ορ ∆ΙΞΤ. Ωε ωερε αβλε το σηοω τηατ ∆ΙΞΤ ωασ αλσο σελφ−ρεπλιχατινγ. Τηε σταγε ωασ νοω σετ φορ α ρεχοµβι− νατιον εξπεριµεντ. Χουλδ τηε αδενινε− βασεδ ρεπλιχατορσ ανδ τηε τηψµινε− βασεδ ρεπλιχατορσ, ωηεν πλαχεδ ιν τηε σαµε ϖεσσελ, σηυ⇐ε τηειρ χοµπονεντσ ιντο νεω χοµβινατιονσ? Τηεψ διδ ιν− δεεδ. Εϖεν σο, ωε ωερε συρπρισεδ βψ τηε ρεσυλτσ. Ονε οφ τηε νεω ρεχοµβιναντσ, ΑΡΤ (αδενινε ριβοσε τηψµινε), ωασ τηε µοστ προλι⇒χ ρεπλιχατορ ωε ηαδ ψετ εν− χουντερεδ, ωηερεασ τηε οτηερ ονε, ∆ΙΞΒΙ (διαµινοτριαζινε ξαντηενε βιπηενψλ ιµιδε), ωασ υναβλε το ρεπλιχατε ατ αλλ∇ιτ ωασ στεριλε. Η οω διδ τηισ δι⇑ερενχε ιν τηε αβιλιτψ το ρεπλιχατε χοµε αβουτ? Τηε ε⇔χιενχψ οφ τηε ΑΡΤ ρεπλι− χατορ ισ εασιλψ ρατιοναλιζεδ. ΑΡΤ λοοκσ α γοοδ δεαλ λικε α πιεχε οφ ∆ΝΑ, ποσσιβλψ τηε βεστ ρεπλιχατορ ιν εξιστενχε. Φυρτηερ− µορε, ιτσ ριβοσε πιεχε µακεσ τηε ρεχογ− νιτιον συρφαχεσ παραλλελ το ονε ανοτηερ, α ϖερψ ηελπφυλ χον⇒γυρατιον. Τηισ ανδ τηε ηιγη α⇔νιτψ οφ αδενινε φορ ιτσ χοµ− πλεµεντ τηψµινε µακε φορ αν εασιλψ ασσεµβλεδ χοµπλεξ∇τηε ιντερµεδιατε σταγε ιν ρεπλιχατιον. Τηε ινε⇔χιενχψ οφ ∆ΙΞΒΙ χαν αλσο βε τραχεδ το ιτσ οϖεραλλ µολεχυλαρ σηαπε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ∆ΙΞΒΙ ισ χοµποσεδ οφ τωο U−σηαπεδ µολ− εχυλεσ χοννεχτεδ βψ α ριγιδ βιπηενψλ σπαχερ; ιτσ οϖεραλλ στρυχτυρε χαν αδοπτ α C ορ αν S σηαπε. Τηε ρεχογνιτιον συρ− φαχεσ αρε εξποσεδ ινσιδε τηε C σηαπε, ωηερε τηερε ισ νοτ ενουγη ροοµ φορ α ρεπλιχατινγ χοµπλεξ το φορµ. Ιν τηε S σηαπε τηε ρεχογνιτιον συρφαχεσ αρε φαρ απαρτ, σο τηατ ωηεν α χοµπλεξ φορµσ, τηε ρεαχτιϖε πιεχεσ αρε τοο φαρ αωαψ φροµ ονε ανοτηερ το βονδ χοϖαλεντλψ. Τηυσ, εϖεν τηουγη ∆ΙΞΒΙ ισ σελφ−χοµπλε− µενταρψ, ιτ χαννοτ αχηιεϖε ρεπλιχατιον. Ωιτη τηισ εξπεριµεντ ωε ωερε αβλε το Φαµιλψ Τρεε οφ Ρεπλιχατορσ Α solution containing complementary molecular fragments can generate several different self-complementary molecules. The adenine ribose and the biphenyl imide normally make ARBI. If, in addition, the solution contains diaminotriazine xanthene and thymine, ART, DIXT and DIXBI are also synthesized. The last cannot replicate, whereas the first is the most prolific replicator of the four. ART H N O σηοω τηατ α ρελατιϖελψ σµαλλ ποολ οφ χοµπονεντσ χαν γιϖε ρισε το α φαµιλψ τρεε οφ ρεπλιχατορσ. Τηρεε οφ τηεσε αρε ε⇑εχτιϖε ατ σελφ−ρεπλιχατιον, βυτ ονε βρανχη οφ τηε τρεε διεσ ουτ. Το πυση τηισ αναλογψ φυρτηερ, ιτ ωουλδ βε αππρο− πριατε φορ τηε στεριλε µολεχυλε το βε N O N N O N H N NH2 NH2 N N O O R DIXT NH2 O N N N N O N N NH2 H N O O O O O N N R H R O N NH O O ARBI H NH2 N N N O H NH2 N R O O H O H N O DIXBI Pr N O H O O N O Pr N H NH Pr Pr Pr Pr THYMINE O DIAMINOTRIAZINE R N HO NH2 NH2 N N NH2 O H N O N O R H N N H O N N XANTHENE IMIDE O N N N ADENINE O O O H N O O N H HO Pr O Pr Pr BIPHENYL RIBOSE ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 53 N N N O N N OH ΤΕΝΝΙΣ ΒΑΛΛ χυτ αλονγ ιτσ σεαµ ψιελδσ τωο σελφ−χοµπλεµενταρψ σηαπεσ τηατ ιν− σπιρε α δεσιγν φορ α χελλ ωαλλ. Το τηε ριγητ ισ α µολεχυλε τηατ χαν ασσεµβλε ωιτη ιτσ τωιν ιντο α ηολλοω σπηερε. Τηε δραωινγσ αρε στερεοσχοπιχ; ιφ ψου χαν χροσσ ψουρ εψεσ ενουγη το οϖερλαπ τηε ιµαγεσ, ψου χαν σεε α τηρεε−διµενσιοναλ µολεχυλε. χηοππεδ υπ ανδ χονϖερτεδ ιντο πιεχεσ τηατ τηε ε⇑εχτιϖε ρεπλιχατορσ χουλδ υσε φορ τηεµσελϖεσ. Ωε ηαϖε µαδε σοµε προγρεσσ ιν τηισ διρεχτιον. Ιτ ρεθυιρεσ εθυιππινγ ουρ µολεχυλεσ ωιτη αχιδσ ανδ βασεσ τηατ χαν µανιπυλατε οτηερ µολεχυλεσ µορε αχτιϖελψ τηαν σιµπλε ρεχογνιτιον ωιλλ αλλοω. Αλτηουγη ιτ ηασ βεεν ενϕοψαβλε το πυρσυε ρεπλιχατιον ανδ εϖεν εϖολυτιον ωιτη σψντηετιχ µολεχυλεσ, ωε ηαϖε βεεν λοοκινγ το τηε νεξτ στεπ ιν εξπρεσσινγ λιφε ασ α σεριεσ οφ µολεχυλαρ ρεαχτιονσ. Ωε φεελ, ασ δο οτηερ ωορκερσ, τηατ α κεψ αττριβυτε οφ λιφε ισ α βουνδαρψ : α χον− ταινερ ορ α χελλ ωαλλ τηατ σεπαρατεσ ιν− σιδε φροµ ουτσιδε ανδ πρεϖεντσ δεσιρ− αβλε µολεχυλεσ φροµ ⇓οατινγ αωαψ∇ N NO N O O N O H O NN H H NN N H NO O O N N ωηιλε κεεπινγ υνδεσιραβλε ονεσ ατ βαψ. Ινσπιρεδ βψ α νατυραλλψ οχχυρρινγ µεµβρανε, ωε ηαϖε µαδε σοµε σµαλλ, ινιτιαλ στεπσ τοωαρδ τηισ γοαλ. ςιρυσεσ υσε α προτειν σηελλ ασ α χονταινερ; τηε σηελλ ισ µαδε υπ οφ µανψ ιδεντιχαλ χοπ− ιεσ οφ α σινγλε προτειν υνιτ. Τηε υνιτσ αρε αλσο σελφ−χοµπλεµενταρψ∇βυτ τηε ρεχογνιτιον συρφαχεσ αρε οριεντεδ σο τηατ τηεψ αυτοµατιχαλλψ ασσεµβλε ιντο α χλοσεδ σηελλ. Ινδεεδ, Χριχκ ηαδ πρεδιχτ− εδ τηατ µανψ ιδεντιχαλ χοπιεσ οφ προ− τεινσ ωουλδ χοµποσε τηε ϖιραλ χοατ, σινχε τηερε ισ νοτ ενουγη ινφορµατιον ιν τηε ϖιραλ γενοµε φορ µανψ δι⇑ερεντ µολεχυλεσ το βε ινϖολϖεδ. Ωηεν ωε υσεδ σελφ−χοµπλεµενταριτψ ασ ουρ γυιδε, α µινιµαλιστ δεσιγν στρυχκ ∆ΡΑΩΙΝΓ ΗΑΝ∆Σ, α 1948 λιτηογραπη βψ Μ. Χ. Εσχηερ, ιλλυστρατεσ τηε πρινχιπλεσ οφ σελφ−χοµπλεµενταριτψ ανδ σελφ−ρεπλιχατιον. H H N O N H N N H O N H O N H H N O N N H H H N N O N O N N υσ, βασεδ ον τηε στρυχτυρε οφ α τεννισ βαλλ. Χυτ αλονγ ιτσ σεαµ, α τεννισ βαλλ γιϖεσ τωο ιδεντιχαλ πιεχεσ, τηε χονϖεξ ενδσ οφ ωηιχη αρε χοµπλεµενταρψ ιν σηαπε το τηε χονχαϖε µιδδλεσ. Ρεν Ωψλερ, α Σωισσ ποστδοχτοραλ φελλοω, ηασ νοω σψντηεσιζεδ α στρυχτυρε τηατ µιµ− ιχσ τηε σηαπε οφ τηε τεννισ−βαλλ πιεχεσ, ωηιλε αδδινγ χηεµιχαλ χοµπλεµενταρι− τψ. Τηε υνιτσ ⇒τ τογετηερ ωιτη ηψδρογεν βονδσ αλονγ τηε σεαµ. Τηερε αρε γοοδ ινδιχατιονσ τηατ α σµαλλερ µολεχυλε, συχη ασ α σολϖεντ χηλοροφορµ µολεχυλε, χαν ⇒τ ωιτηιν ουρ µολεχυλαρ τεννισ βαλλ. Βυτ ιτ ισ τοο σµαλλ το αχχοµµοδατε εϖεν ουρ µοστ µινι− µαλ ρεπλιχατορσ. Ωε αρε νοω ωορκινγ ωιτη ϑαϖιερ δε Μενδοζα οφ τηε Φρεε Υνι− ϖερσιτψ οφ Μαδριδ το δεϖελοπ α λαργερ µολεχυλε∇α σοφτβαλλ∇τηατ µαψ ηαϖε αν ιντεριορ ροοµψ ενουγη το ηολδ σοµε οφ ουρ ρεπλιχατορσ. Ονχε ωε ηαϖε µαδε ιτ παστ τηε προβ− λεµ οφ χονταινµεντ, τηε βιγγεστ οβστα− χλε το τηε µολεχυλαρ λιφε αγενδα ωιλλ βε τηεσε θυεστιονσ: Ηοω χαν ουρ ⇓εδγλινγ οργανισµ ηαρνεσσ ενεργψ? Φροµ συν− λιγητ ορ φροµ οτηερ µολεχυλεσ? Ηοω χαν τηε χοµπονεντ πιεχεσ οφ τηε ρεπλι− χατορσ ανδ τηειρ χονταινερσ βε ρεπλεν− ισηεδ? Τηεσε αρε τηε χηαλλενγεσ οφ τηε νεξτ δεχαδε. Ωηετηερ τηεψ αρε µετ ορ νοτ, τηε ε⇑ορτσ οφ χηεµιστσ το ανσωερ τηεµ ωιλλ συρελψ προϖιδε ινσιγητ ιντο τηε οργανιχ χηεµιστρψ οφ λιφε∇ηοω ιτ χαµε αβουτ ανδ ηοω ιτ χοντινυεσ το ⇓ουριση. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΧΗΕΜΙΧΑΛ ΕςΟΛΥΤΙΟΝ: ΟΡΙΓΙΝ ΟΦ ΤΗΕ ΕΛΕΜΕΝΤΣ, ΜΟΛΕΧΥΛΕΣ, ΑΝ∆ ΛΙςΙΝΓ ΣΨΣ− ΤΕΜΣ. Στεπηεν Φ. Μασον. Χλαρενδον Πρεσσ, 1991. ΜΟΛΕΧΥΛΑΡ ΡΕΠΛΙΧΑΤΙΟΝ. Λεσλιε Οργελ ιν Νατυρε, ςολ. 358, Νο. 6383, παγεσ 203∠ 209; ϑυλψ 16, 1992. Α ΤΕΜΠΛΑΤΕ ΦΟΡ ΛΙΦΕ. ϑυλιυσ Ρεβεκ ιν Χηεµιστρψ ιν Βριταιν, ςολ. 30, Νο. 4, παγ− εσ 286∠290; Απριλ 1994. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. H 55 Βαρριερσ το ∆ρυγ ∆ελιϖερψ ιν Σολιδ Τυµορσ Many tumors resist full penetration by anticancer agents. Such resistance may help explain why drugs that eradicate tumor cells in laboratory dishes often fail to eliminate malignancies in the body βψ Ρακεση Κ. ϑαιν Α ν αγεντ τηατ δεστροψσ χανχερ χελλσ ιν α χυλτυρε διση σηουλδ, ιν τηεο− ρψ, βε αβλε το κιλλ συχη χελλσ ιν τηε βοδψ. Χερταιν δρυγσ τηατ δισπλαψ πο− τεντ αντιχανχερ αχτιϖιτψ ιν τηε λαβορατο− ρψ ηαϖε ινδεεδ σαϖεδ τηε λιϖεσ οφ µανψ πατιεντσ, παρτιχυλαρλψ τηοσε συ⇑ερινγ φροµ ϖαριουσ πεδιατριχ χανχερσ ορ µα− λιγνανχιεσ οφ τηε βλοοδ. Σαδλψ, ηοωεϖερ, τηε εξιστινγ πηαρµαχοποεια ηασ νοτ µαρκεδλψ ρεδυχεδ τηε νυµβερ οφ δεατησ χαυσεδ βψ τηε µοστ χοµµον σολιδ τυ− µορσ ιν αδυλτσ, αµονγ τηεµ χανχερσ οφ τηε λυνγ, βρεαστ, χολον, ρεχτυµ, προστατε ανδ βραιν. Νο σινγλε προχεσσ ισ λικελψ το εξπλαιν τηε δισαπποιντινγ ρεσυλτσ. Νεϖερτηελεσσ, ρεχεντ ρεσεαρχη ινδιχατεσ τηατ α µυχη οϖερλοοκεδ προπερτψ οφ τυµορσ∇ναµε− λψ, ρεσιστανχε το πενετρατιον βψ δρυγσ∇ χαν πλαψ α σιγνι⇒χαντ ρολε ιν υνδερµιν− ινγ τηεραπψ. Αφτερ χανχερ−⇒γητινγ δρυγσ αρε δελιϖερεδ οραλλψ ορ βψ ινϕεχτιον, τηεψ τραϖελ ϖια τηε βλοοδστρεαµ το τηειρ ταργετσ. Το εραδιχατε τυµορσ, τηε αγεντσ µυστ τηεν δισπερσε τηρουγηουτ τηε γροωτησ ιν χονχεντρατιονσ ηιγη ενουγη το ελιµινατε εϖερψ δεαδλψ χελλ. Ψετ στυδ− ΡΑΚΕΣΗ Κ. ϑΑΙΝ, ωηο ωασ βορν ιν Ιν− δια, ισ Ανδρεω Ωερκ Χοοκ Προφεσσορ οφ Τυµορ Βιολογψ ιν τηε δεπαρτµεντ οφ ρα− διατιον ονχολογψ ατ Ηαρϖαρδ Μεδιχαλ Σχηοολ. Ηε ισ αλσο προφεσσορ ιν τηε Ηαρ− ϖαρδ Υνιϖερσιτψ∠Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ διϖισιον οφ ηεαλτη σχιενχ− εσ ανδ τεχηνολογψ ανδ διρεχτορ οφ τηε Εδ− ωιν Λ. Στεελε Λαβορατορψ ατ Μασσαχηυσεττσ Γενεραλ Ηοσπιταλ. Βεφορε µοϖινγ το Βοσ− τον, ηε ωασ α προφεσσορ οφ χηεµιχαλ εν− γινεερινγ ατ Χαρνεγιε Μελλον Υνιϖερσιτψ φορ µορε τηαν α δεχαδε. ϑαιν∏σ ρεσεαρχη υνιθυελψ χοµβινεσ ενγινεερινγ σχιενχε ωιτη τυµορ βιολογψ. Ηε ηασ ρεχειϖεδ µανψ αωαρδσ φορ ηισ χοντριβυτιονσ το τηε υνδερστανδινγ οφ τυµορ πατηοπηψσιολο− γψ, ρεχεντλψ ινχλυδινγ α Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε Ουτστανδινγ Ινϖεστιγατορ Γραντ. 58 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ιεσ µψ χολλεαγυεσ ανδ Ι ηαϖε χονδυχτεδ δυρινγ τηε παστ 20 ψεαρσ σηοω τηατ σολιδ χανχερσ φρεθυεντλψ ιµποσε φορµιδαβλε βαρριερσ το συχη δισπερσιον. Ινϖεστιγα− τιον οφ τηοσε βαρριερσ ισ νοω γενερατινγ εξχιτινγ ιδεασ φορ οϖερχοµινγ τηεµ. Συχχεσσ ιν χοµβατινγ τηε οβσταχλεσ σηουλδ ενηανχε µανψ δι⇑ερεντ απ− προαχηεσ το τηεραπψ, αλλ οφ ωηιχη ηαϖε ασ α χοµµον δενοµινατορ τηατ τηειρ ε⇑εχτιϖενεσσ δεπενδσ ον οπτιµαλ αχχυ− µυλατιον οφ τηεραπευτιχ αγεντσ ιν τυ− µορσ. Ωηενεϖερ ποσσιβλε, πηψσιχιανσ τρεατ σολιδ χανχερσ βψ συργιχαλ ρεµοϖαλ ορ βψ ιρραδιατιον. Ιφ, ηοωεϖερ, παρτσ οφ αν οριγιναλ (πριµαρψ) µασσ χαννοτ βε εξ− χισεδ ορ ιφ τηε τυµορ ισ τηουγητ το ηαϖε µεταστασιζεδ, δοχτορσ µαψ ρελψ ον σψσ− τεµιχ δρυγ τηεραπψ το ελιµινατε ανψ ρε− µαινινγ χανχερουσ τισσυε. Σψστεµιχ τρεατµεντ τψπιχαλλψ χονσιστσ οφ χηεµοτηεραπευτιχ δρυγσ τηατ αρε τοξ− ιχ το διϖιδινγ χελλσ ( ινχλυδινγ, υνφορτυ− νατελψ, ηεαλτηψ ονεσ). Μορε ρεχεντλψ, γε− νετιχ ενγινεερινγ ανδ οτηερ τεχηνολο− γιεσ ηαϖε προϖιδεδ α σεχονδ χλασσ οφ δρυγσ∇προτεινσ ανδ οτηερ βιολογιχαλ προδυχτσ. Τηισ χλασσ ενχοµπασσεσ σεϖ− εραλ µολεχυλεσ οφ τηε ιµµυνε σψστεµ, συχη ασ τυµορ νεχροσισ φαχτορ, ιντερλευ− κινσ, ιντερφερονσ ανδ µονοχλοναλ αντι− βοδιεσ. Ιτ αλσο ινχλυδεσ ωηιτε βλοοδ χελλσ κνοων ασ λψµπηοκινε−αχτιϖατεδ κιλλερ ( ΛΑΚ ) χελλσ ανδ τυµορ−ιν⇒λτρατινγ λψµ− πηοχψτεσ, ασ ωελλ ασ ϖαριουσ αγεντσ δε− σιγνεδ το χαρρψ ουτ γενε τηεραπψ. Ραδιατιον τηεραπψ µαψ σιµιλαρλψ ιν− χορπορατε δελιϖερψ οφ βλοοδ−βορνε δρυγσ. Ραδιατιον ωορκσ ιν παρτ βψ χονϖερτινγ οξψγεν µολεχυλεσ ιντο ηιγηλψ δεστρυχ− τιϖε φορµσ χαλλεδ φρεε ραδιχαλσ. Ψετ τυ− µορσ αρε φρεθυεντλψ οξψγεν δε⇒χιεντ. Ιν αν αττεµπτ το ινχρεασε τηε ϖυλνερα− βιλιτψ οφ µαλιγνανχιεσ το τηε τρεατµεντ, ινϖεστιγατορσ αρε τεστινγ τηε ϖαλυε οφ αδµινιστερινγ σενσιτιζινγ αγεντσ τηατ µιµιχ οξψγεν ορ σοµεηοω ελεϖατε οξψ− γεν λεϖελσ ιν α τυµορ. Μαλιγνανχιεσ χαν αλσο βε κιλλεδ βψ ηεατινγ, ανδ σο ηψ− περτηερµιχ τηεραπιεσ σοµετιµεσ ινϖολϖε δρυγσ τηατ ινχρεασε α τυµορ∏σ ρεσπονσε το ηεατ. Ιν πηοτοδψναµιχ τηεραπψ, α χοµπουνδ τηατ ισ ρελατιϖελψ ηαρµλεσσ υντιλ ιτ ισ εξποσεδ το λασερ λιγητ ισ ινϕεχτ− εδ ανδ γιϖεν τιµε το χολλεχτ ιν α τυµορ. Τηεν λιγητ ισ φοχυσεδ ον τηε µασσ. Ι ωασ α γραδυατε στυδεντ ιν χηεµιχαλ ενγινεερινγ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ ∆ελ− αωαρε ωηεν Ι ⇒ρστ βεχαµε ιντριγυεδ βψ τηε ποσσιβιλιτψ τηατ τυµορσ µιγητ ρε− σιστ ινϖασιον βψ δρυγσ. Ιν 1974 ϑαµεσ Ωει, µψ Πη.∆. αδϖισερ, αρρανγεδ φορ µε το ασσιστ Πιετρο Μ. Γυλλινο οφ τηε Νατιον− αλ Χανχερ Ινστιτυτε ιν µεασυρινγ τηε υπ− τακε οφ δρυγσ βψ µαλιγνανχιεσ ιν ανι− µαλσ. Ασ Ι λεαρνεδ µορε ανδ µορε αβουτ χανχερ, ιτ βεχαµε οβϖιουσ το µε τηατ τηε φαιλυρε οφ βλοοδ−βορνε αγεντσ το διστριβ− υτε τηρουγηουτ τυµορσ χουλδ ρεαδιλψ υν− δερµινε δρυγ τηεραπψ. Ι βεγαν το ωον− δερ ωηετηερ σολιδ τυµορσ ποσσεσσεδ φεα− τυρεσ τηατ βλοχκεδ συχη διστριβυτιον. Ι αλσο βεγαν το τηινκ τηατ µψ ενγινεερινγ βαχκγρουνδ, ινχλυδινγ µψ υνδερστανδ− ινγ οφ ⇓υιδ ανδ µολεχυλαρ τρανσπορτ, χουλδ αιδ ιν εξπλορινγ τηατ ποσσιβιλιτψ. Τηε λικελιηοοδ τηατ τυµορσ χουλδ ιµ− πεδε δρυγ πενετρατιον ωασ συγγεστεδ παρτλψ βψ τηειρ στρυχτυρε. Χοντραρψ το ποπυλαρ περχεπτιον, µαλιγναντ γροωτησ αρε νοτ µερελψ χλυστερσ οφ προλιφερατινγ Ι∆ΕΑΛΙΖΕ∆ ΣΟΛΙ∆ ΤΥΜΟΡ ηασ βεεν παρτ− λψ χυτ αωαψ το ρεϖεαλ σοµε οφ ιτσ βλοοδ ϖεσσελσ. Βεφορε α βλοοδ−βορνε δρυγ χαν βεγιν το ατταχκ µαλιγναντ χελλσ ιν α τυ− µορ, ιτ µυστ αχχοµπλιση τηρεε χριτιχαλ τασκσ (δεταιλ ). Ιτ ηασ το µακε ιτσ ωαψ ιντο α µιχροσχοπιχ βλοοδ ϖεσσελ λψινγ νεαρ µαλιγναντ χελλσ ιν τηε τυµορ (1 ), εξιτ φροµ τηε ϖεσσελ ιντο τηε συρρουνδινγ µα− τριξ (τηε ιντερστιτιυµ) (2 ) ανδ, ⇒ναλλψ, µιγρατε τηρουγη τηε µατριξ το τηε χελλσ (3). Υνφορτυνατελψ, τυµορσ οφτεν δεϖελοπ ιν ωαψσ τηατ ηινδερ εαχη οφ τηεσε στεπσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. χελλσ. Χανχερ χελλσ οφτεν οχχυπψ λεσσ τηαν ηαλφ τηε ϖολυµε οφ α τυµορ. Ονε το 10 περχεντ οφ τηε ϖολυµε ισ χοντριβυτεδ βψ βλοοδ ϖεσσελσ ωεαϖινγ τηρουγη τηε τυµορ µασσ. Τηε ρεµαινινγ σπαχε ισ ⇒λλεδ πριµαριλψ βψ αν αβυνδαντ χολλα− γεν−ριχη µατριξ∇τηε ιντερστιτιυµ∇τηατ συρρουνδσ χανχερ χελλσ ανδ χαν σεπαρατε τηεµ φροµ τηε ϖασχυλατυρε. (Ηεαλτηψ τισ− συε χονταινσ αν εξτραχελλυλαρ µατριξ ασ ωελλ, βυτ τηε ιντερστιτιυµ ιν τυµορσ ισ υσυαλλψ µορε εξτενσιϖε.) Το ρεαχη χανχερ χελλσ ιν α τυµορ, τηεν, α τηεραπευτιχ αγεντ µυστ µακε ιτσ ωαψ ιντο τηε βλοοδ ϖεσσελσ οφ τηε τυµορ ανδ αχροσσ τηε ϖεσσελ ωαλλ ιντο τηε ιντερστι− τιυµ. Φιναλλψ, ιτ µυστ τραϖελ, οφτεν γρεατ διστανχεσ, τηρουγη τηατ µατριξ το τηε χελλσ. Αχχοµπλισηινγ ανψ οφ τηοσε στεπσ, Ι ρεασονεδ, χουλδ βε προβλεµατιχ. Ι ωασ υναβλε το πυρσυε τηισ ιδεα ωηεν Ι οβταινεδ µψ ⇒ρστ φαχυλτψ ποσιτιον, βυτ Copyright 1994 Scientific American, Inc. µψ οππορτυνιτψ χαµε ιν 1978, τηε ψεαρ Ι µοϖεδ το Χαρνεγιε Μελλον Υνιϖερσιτψ. Μψ χολλεαγυεσ ανδ Ι∇α µυλτιδισχιπλιν− αρψ γρουπ∇ηαϖε βεεν στυδψινγ βαρριερσ το δρυγ πενετρατιον εϖερ σινχε, µοστ ρε− χεντλψ ατ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ ανδ ατ Μασσαχηυσεττσ Γενεραλ Ηοσπιταλ, ωηιχη Ι ϕοινεδ ιν 1991. Ωε αππλψ σεϖεραλ µετηοδσ ιν ουρ ωορκ. Φορ εξαµπλε, ατ Χαρνεγιε Μελλον, ωε ιµµεδιατελψ αδοπτεδ α µετηοδ ιν− τροδυχεδ βψ Γυλλινο ιν 1961. Ιν τηισ απ− προαχη ωε γροω τυµορσ ιν ροδεντσ σο τηατ εαχη χανχερουσ µασσ ισ χοννεχτεδ το τηε χιρχυλατορψ σψστεµ βψ α σινγλε αρτερψ ανδ α σινγλε ϖειν. Τηατ αρρανγε− µεντ εναβλεσ υσ το µεασυρε ηοω µυχη δρυγ ⇓οωσ ιντο ανδ ουτ οφ α τυµορ. Φροµ συχη ινφορµατιον, τηε αµουντ οφ δρυγ τηατ ισ ρεταινεδ χαν βε χαλχυλατεδ. Ωε αλσο δεϖελοπεδ α ρε− λατεδ προχεδυρε τηατ περµιτσ τηε στυδψ οφ χολον χανχερσ αρισινγ σποντανεουσλψ ιν ηυµανσ. Ωηεν συργεονσ ρεµοϖε τυ− µορσ φροµ πατιεντσ, τηεψ χαν οχχασιον− αλλψ προϖιδε υσ ωιτη ινδιϖιδυαλ νοδυλεσ φεδ βψ ονε αρτερψ ανδ δραινεδ βψ ονε ϖειν. Ωε τηεν µαινταιν τηε χιρχυλατιον αρτι⇒χιαλλψ. Αλτηουγη τηεσε αππροαχηεσ ψιελδ ϖαλ− υαβλε ινφορµατιον, τηε ιννερ ωορκινγσ οφ τηε τυµορσ ρεµαιν σοµετηινγ οφ α βλαχκ βοξ. Το οβταιν δεταιλεδ ινσιγητ Ηοω ∆ρυγ ∆ελιϖερψ Ισ Στυδιεδ Εξπεριµενταλλψ Τ he author’s group applies two main experimental strategies for determining the fate of drugs in tumors. In “isolated tumor” techniques the workers implant into a rodent a tumor that is fed by a single artery and drained by a single vein (a), or they occasionally obtain such a tumor from a human patient and keep blood flowing artificially (b). Then they measure the amount of drug entering and leaving the tumor and calculate the amount absorbed. In “window” techniques the investigators grow a tumor in the ear of a rabbit (c ) or on the brain (d ) or dorsal skin (e) of a rodent and put a glass cover slip on the tumor. By focusing a microscope on the visible tissue, they can directly observe such phenomena as the development of new blood vessels and the spread of a drug through a tumor. The photographs track changes that occurred between the fifth day and 20th day (left to right ) after cancer cells were implanted in the dorsal skin of a rodent. By day 20, the periphery of the resulting tumor had gained a tangle of blood vessels, but the center had lost much of its blood supply (white area). The tumor thus lost vessels needed for bringing blood-borne drugs directly to the central region. ιντο τηε ⇓οω οφ βλοοδ ανδ τηε διστριβυ− τιον οφ δρυγσ ανδ οτηερ συβστανχεσ ιν α τυµορ, ωε αππλψ µοδι⇒εδ ϖερσιονσ οφ ωινδοω τεχηνιθυεσ τηατ ωερε ιντρο− δυχεδ φορ υσε ιν ραββιτσ βψ ϑ. Χαλϖιν Σανδισον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Πεννσψλ− ϖανια ιν τηε 1920σ ανδ φορ υσε ιν µιχε βψ Γλενν Η. Αλγιρε οφ τηε Νατιοναλ Χαν− χερ Ινστιτυτε ιν τηε 1940σ. Ωε ιµπλαντ τυµορ χελλσ ιν τηε εαρ οφ α ραββιτ ορ ον τηε βραιν ορ βαχκ σκιν οφ α ροδεντ. Τηεν ωε χοϖερ τηεµ ωιτη α τρανσπαρεντ γλασσ χοϖερ σλιπ ορ σανδ− ωιχη τηεµ βετωεεν τωο χοϖερ σλιπσ. Ασ τηε ρεσυλτινγ τυµορ γροωσ αγαινστ τηε γλασσ, ωε χαν οβσερϖε ιτ υνδερ α µιχρο− σχοπε. Βψ ατταχηινγ ⇓υορεσχεντ λαβελσ το ινϕεχτεδ αγεντσ, ωε χαν εϖεν τραχε τηε πασσαγε οφ ϖαριουσ συβστανχεσ τηρουγη τηε τυµορ. Σινχε 1991 ουρ αχχεσσ το ιµ− µυνοδε⇒χιεντ µιχε ηασ εναβλεδ υσ το ϖιεω ηυµαν τυµορσ, νοτ µερελψ τηοσε οφ ανιµαλ οριγιν. ( Τηε λαχκ οφ αν ιµ− µυνε σψστεµ πρεϖεντσ τηε µιχε φροµ ρεϕεχτινγ τηε ηυµαν γραφτσ.) Ματηεµατ− 60 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ISOLATED-TUMOR TECHNIQUES HUMAN TUMOR ARTERY ARTERY VEIN a WINDOW TECHNIQUES VEIN PERFUSION APPARATUS b WINDOW c WINDOW WINDOW d ιχαλ µοδελινγ, α χλασσιχ ενγινεερινγ στρατεγψ, αιδσ ουρ ινϖεστιγατιονσ ασ ωελλ. Ιτ αλλοωσ υσ το χοµβινε τηεορψ ωιτη εξ− περιµεντ, το φορµυλατε ανδ τεστ πρεδιχ− τιονσ, ανδ το µινιµιζε τηε νυµβερ οφ ανιµαλσ ιν ουρ εξπεριµεντσ. Εαρλψ ον, ουρ ωορκ ανδ τηατ οφ οτηερσ ρεϖεαλεδ τηατ τηε ϖασχυλαρ σψστεµ οφ τυ− µορσ χαν βε ηιγηλψ δισοργανιζεδ, βοτη ιν ιτσ στρυχτυρε ανδ ιτσ οπερατιον. Τηισ δισοργανιζατιον, ιν τυρν, χαν φορµ ονε ιµπορταντ βαρριερ το δρυγ δελιϖερψ. Ιν νορµαλ οργανσ, βλοοδ ϖεσσελσ αρε αρ− ραψεδ πρεδιχταβλψ ανδ προϖιδε βλοοδ το αλλ αρεασ οφ τηε χονστιτυεντ τισσυε. Αρ− τεριεσ δελιϖερινγ οξψγενατεδ βλοοδ φροµ τηε ηεαρτ διϖιδε ιντο σµαλλερ αρτεριολεσ ανδ τηεν ιντο µιχροσχοπιχ χαπιλλαριεσ. Φροµ τηε χαπιλλαριεσ, ⇓υιδ, νυτριεντσ ανδ οξψγεν πασσ ιντο τηε συρρουνδινγ µατριξ ανδ χελλσ. Τηε χαπιλλαριεσ φεεδ ιντο ϖενυλεσ, ωηιχη τακε υπ ωαστεσ ανδ εξχεσσ ⇓υιδ φροµ τηε τισσυε ανδ δελιϖερ τηεµ το ϖεινσ φορ ρεµοϖαλ. Αλτηουγη τυµορσ ινιτιαλλψ οβταιν βλοοδ e φροµ τηε εξιστινγ ϖασχυλατυρε ιν τηε ρε− γιον, τηεψ εϖεντυαλλψ προδυχε νεω σµαλλ βλοοδ ϖεσσελσ, ωηιχη βρανχη εξχεσσιϖε− λψ, τωιστ ιντο τορτυουσ σηαπεσ ανδ γροω ιν υνπρεδιχταβλε διρεχτιονσ τηατ χαν χηανγε φροµ δαψ το δαψ. Χονσεθυεντλψ, σοµε αρεασ οφ τηε τυµορ µαψ βε ωελλ ϖασχυλαριζεδ, ωηερεασ οτηερσ ηαϖε λιττλε ορ νο βλοοδ συππλψ. Τ ηεσε ⇒νδινγσ τηυσ ινδιχατεδ τηατ ονε οφ τηε ⇒ρστ προβλεµσ α βλοοδ− βορνε δρυγ ενχουντερσ εν ρουτε το χανχερ χελλσ ισ αν υνεϖεν διστριβυτιον οφ βλοοδ ϖεσσελσ. Ινδεεδ, τηρουγη ουρ τρανσπαρεντ ωινδοωσ ωε χαν σεε τηατ ρεγιονσ λαχκινγ βλοοδ ϖεσσελσ ρεχειϖε νο δρυγ διρεχτλψ φροµ τηε χιρχυλατιον. ( Τυµορ χελλσ ιν τηοσε βλοοδ−σταρϖεδ αρ− εασ µαψ σεεµ, ον συπερ⇒χιαλ ινσπεχ− τιον, το βε δεαδ, βυτ τηεψ φρεθυεντλψ ρε− ϖιϖε ιφ νουρισηµεντ ρετυρνσ.) Ωηατ ισ µορε, τηε αβερραντ βρανχηινγ ανδ τωιστινγ οφ τηε ϖασχυλατυρε οφτεν χοντριβυτε το αν οβσερϖαβλε σλοωινγ οφ Copyright 1994 Scientific American, Inc. βλοοδ ⇓οω∇α πηενοµενον τηατ ισ εξ− αχερβατεδ βψ τηε υνυσυαλ ϖισχοσιτψ οφ τηε βλοοδ ιν τυµορσ. Τηε σλοωεδ ⇓οω ηινδερσ δελιϖερψ οφ δρυγσ το ποορλψ περ− φυσεδ ρεγιονσ οφ τηε τυµορ. Ιτ αλσο παρ− τιχιπατεσ ιν χαυσινγ οτηερ δρυγ−δελιϖερψ προβλεµσ, ασ ωιλλ βε σεεν. Τηε νονυνιφορµ βλοοδ συππλψ ισ βψ νο µεανσ τηε ονλψ οβσταχλε το τηε σπρεαδ οφ α δρυγ ιν α τυµορ. Α σεχονδ ιµπεδιµεντ τακεσ τηε φορµ οφ αβνορ− µαλλψ ηιγη πρεσσυρε ιν τηε ιντερστιτιαλ µατριξ (ασ µεασυρεδ βψ τηε φορχε τηε µατριξ εξερτσ ον α προβε ινσερτεδ ιντο ιτ). Τηε πρεσσυρε χαν ρεταρδ τηε πασσαγε οφ λαργε µολεχυλεσ αχροσσ ϖεσσελ ωαλλσ ιντο τηε ιντερστιτιαλ µατριξ. Ιτ χαν τηυσ χοντριβυτε το τηε λοω χονχεντρατιον οφ δρυγ µολεχυλεσ φρεθυεντλψ σεεν (βψ ⇓υορεσχενχε µιχροσχοπψ ορ οτηερ ιµαγ− ινγ τεχηνιθυεσ) ιν τηε ιντερστιτιαλ µατριξ οφ ανιµαλ ανδ ηυµαν τυµορσ γροωινγ ιν µιχε. Ωε βεγαν το συσπεχτ τηατ ιντερστιτιαλ πρεσσυρε µιγητ ποσε προβλεµσ φορ δρυγ δελιϖερψ ωηεν ωε τοοκ α χλοσε λοοκ ατ τηε φορχεσ τηατ χοντρολ τηε µοϖεµεντ οφ µολεχυλεσ φροµ τηε βλοοδ ιντο τηε µατριξ. Συχη πασσαγε οχχυρσ αχροσσ ορ βετωεεν ενδοτηελιαλ χελλσ, ωηιχη λινε ϖεσσελ ωαλλσ ιν α σινγλε λαψερ. Ωε κνεω τηατ µολεχυλεσ λεαϖε βλοοδ ϖεσσελσ (εξ− τραϖασατε) πριµαριλψ βψ τωο µεχηα− νισµσ: δι⇑υσιον ανδ χονϖεχτιον. (Χελλσ, ωηιχη Ι σηαλλ δισχυσσ σεπαρατελψ, υσε α τηιρδ οπτιον ασ ωελλ.) ∆ι⇑υσιον ισ τηε µοϖεµεντ οφ µολεχυλεσ φροµ αν αρεα οφ ηιγη χονχεντρατιον το αν αρεα οφ λοωερ χονχεντρατιον. Χονϖεχτιον ισ τηε τρανσπορτ οφ µολεχυλεσ βψ α στρεαµ οφ ⇓οωινγ ⇓υιδ. Υνλικε δι⇑υσιον, ωηιχη ισ υνα⇑εχτεδ βψ πρεσσυρε γραδιεντσ, χον− ϖεχτιον ισ γοϖερνεδ βψ τηεµ: ⇓υιδ ⇓οωσ φροµ αρεασ οφ ηιγη πρεσσυρε το αρεασ οφ λοω πρεσσυρε, χαρρψινγ µολεχυλεσ ωιτη ιτ. Τηε δι⇑ερενχε βετωεεν τηε τωο προ− χεσσεσ χαν βε ιλλυστρατεδ βψ α σιµπλε εξ− αµπλε. Ωηεν α βλοβ οφ ινκ ισ δροππεδ ιντο α γλασσ οφ στιλλ ωατερ, τηε ινκ µολε− χυλεσ σπρεαδ γραδυαλλψ ουτωαρδ∇βψ διφ− φυσιον∇υντιλ α υνιφορµ χονχεντρατιον ισ αχηιεϖεδ. Ιφ, ηοωεϖερ, ωατερ ιν α γλασσ ισ στιρρεδ αφτερ α δροπ οφ ινκ ισ αδδεδ, τηε σωιρλινγ ωατερ ραπιδλψ διστριβυτεσ τηε ινκ ωηερεϖερ τηε ⇓υιδ τραϖελσ. Ωε κνεω, τοο, τηατ σµαλλ µολεχυλεσ∇ συχη ασ οξψγεν ανδ χονϖεντιοναλ χηε− µοτηεραπευτιχ δρυγσ (ωηιχη ηαϖε α µολεχυλαρ ωειγητ λοωερ τηαν 2,000 δαλ− τονσ)∇λεαϖε βλοοδ ϖεσσελσ ανδ µιγρατε τηρουγη νορµαλ τισσυε µαινλψ βψ δι⇑υ− σιον. Βυτ λαργε µολεχυλεσ∇ινχλυδινγ γε− νετιχαλλψ ενγινεερεδ δρυγσ (ωηιχη ηαϖε α µολεχυλαρ ωειγητ γρεατερ τηαν 5,000 δαλτονσ)∇µοϖε µαινλψ βψ χονϖεχτιον. Ιν ηεαλτηψ τισσυε, χονϖεχτιϖε µοϖε− µεντ οφ λαργε µολεχυλεσ φροµ τηε βλοοδ ιντο τηε ιντερστιτιυµ οχχυρσ βεχαυσε Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε πρεσσυρε ιν τηε χαπιλλαρψ νετωορκ ισ ηιγηερ τηαν τηε πρεσσυρε ιν τηε ιντερστι− τιαλ τισσυε (ωηιχη ισ αππροξιµατελψ ζερο). Βυτ ωηατ ηαππενσ ιν τυµορσ? Ιν 1987 Ι προποσεδ τηατ ιφ τηε ιντερστιτιαλ πρεσ− συρε ιν σολιδ τυµορσ ωασ αβνορµαλλψ ηιγη, τηε χονϖεχτιϖε πασσαγε οφ λαργε δρυγ µολεχυλεσ ιντο τηε ιντερστιτιυµ ωουλδ βε ιµπεδεδ. Σοµε βιγ µολεχυλεσ ωουλδ στιλλ εντερ τηε µατριξ βψ δι⇑υσιον βυτ νοτ ραπιδλψ, βεχαυσε τηε ρατε οφ πασ− σαγε βψ δι⇑υσιον βεχοµεσ σλοωερ ασ σιζε ινχρεασεσ. Ι ν ορδερ το βεγιν τεστινγ τηισ ηψποτη− εσισ, µψ χολλεαγυεσ ανδ Ι σετ ουτ το δετερµινε ωηετηερ ιντερστιτιαλ πρεσ− συρεσ ιν ηυµαν τυµορσ αρε ινδεεδ ελε− ϖατεδ. Τωο εαρλψ δισχοϖεριεσ λεντ συπ− πορτ το τηατ ποσσιβιλιτψ. Φιρστ, α ρεϖιεω οφ τηε σχιεντι⇒χ λιτερατυρε ρεϖεαλεδ τηατ ιν 1950 ϑ. Σ. Ψουνγ ανδ ηισ χο−ωορκερσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αβερδεεν ηαδ µεα− συρεδ ιντερστιτιαλ πρεσσυρε ατ τηε χεντερ οφ ραββιτ τυµορσ τηατ ωερε τρανσπλαντ− εδ ιντο οτηερ ραββιτσ; τηε πρεσσυρε ιν τηε τυµορσ ωασ ηιγηερ τηαν τηατ ιν νορ− µαλ τισσυε. Οτηερ γρουπσ ηαδ συβσε− θυεντλψ πυβλισηεδ σιµιλαρ ⇒νδινγσ. Τηε ρελεϖανχε το σποντανεουσ ηυµαν τυ− µορσ ωασ υνχλεαρ, τηουγη, ανδ σο τηεσε δισχοϖεριεσ ωερε λαργελψ ιγνορεδ. Σεχονδ, ωηεν ονε οφ µψ γραδυατε στυ− δεντσ ανδ Ι δεϖελοπεδ α µατηεµατιχαλ µοδελ οφ πρεσσυρε διστριβυτιον ιν σολιδ τυµορσ ιν 1988, τηε µοδελ συγγεστεδ τηατ ιντερστιτιαλ πρεσσυρε ωουλδ βε ηιγη. Ιν φαχτ, ιτ προδυχεδ τηε υνεξπεχτεδ πρεδιχτιον τηατ τηε πρεσσυρε ωουλδ βε εθυαλλψ ηιγη τηρουγηουτ τηε βυλκ οφ α ΧΑΣΤ ΟΦ ΒΛΟΟ∆ ςΕΣΣΕΛΣ ιν α ηαλφ−πουνδ ηυµαν τυµορ ισ σηοων ιν τωο ϖιεωσ. Ιτ ωασ µαδε βψ ινϕεχτινγ α βλυε πολψµερ ιντο τηε ϖεσσελσ οφ α συργιχαλλψ εξχισεδ χολον χανχερ ανδ τηεν ελιµινατινγ αλλ τισσυε. Τηε ρεγιον ρεσεµβλινγ α χρψσταλ ιν τηε φυλλ χαστ (λεφτ παρτ οφ τοπ ιµαγε) ωασ φορµεδ βψ α χηαοτιχ χλυστερ οφ µιχροσχοπιχ ϖεσσελσ; τηε ηολε ατ τηε χεντερ οφ τηε ρεγιον αροσε βεχαυσε τηε αρεα λαχκεδ α βλοοδ συππλψ. Τηε χλοσε−υπ ϖιεω (βοττοµ) ηιγηλιγητσ ονε οφ µανψ στρυχτυραλ αβνορµαλιτιεσ οφ τυ− µορσ: α νυµβερ οφ τηε ϖεσσελσ αρε τορτυουσ ανδ τωιστ ιντο χορκσχρεωλικε χοιλσ τηατ χαν χοντριβυτε το α µαρκεδ σλοωινγ οφ βλοοδ ⇓οω. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 61 ΦΛΥΟΡΕΣΧΕΝΤΛΨ ΛΑΒΕΛΕ∆ ΜΟΛΕΧΥΛΕΣ (ωηιτε) ωερε πηοτο− γραπηεδ σοον αφτερ τηεψ εντερεδ σµαλλ βλοοδ ϖεσσελσ ιν τηε ουτερ ριµ οφ α τυµορ (λεφτ ) ανδ, λατερ, αφτερ τηεψ βεγαν σεεπινγ ιντο τηε ιντερστιτιαλ µατριξ συρρουνδινγ τηε ϖεσσελσ (ριγητ ). Τηε µολεχυλεσ ωερε αβλε το χροσσ σοµε ϖεσσελ ωαλλσ ιντο τηε τυµορ. Τηεν τηε πρεσσυρε ωουλδ δροπ στεεπλψ το νεαρ ζερο ιν τηε περιπηερψ, ωηερε ιτ ωουλδ αππροαχη τηε λοω πρεσ− συρεσ ιν τηε συρρουνδινγ νορµαλ τισσυε. Τηε ⇒νδινγ οφ α υνιφορµλψ ελεϖατεδ πρεσσυρε προ⇒λε σταρτλεδ υσ βεχαυσε εϖ− ερψ οτηερ παραµετερ τηατ ηαδ βεεν µεα− συρεδ ιν τυµορσ (ορ ηασ σινχε βεεν µεα− συρεδ) ωασ νονυνιφορµ. Νοτ ονλψ ισ τηε διστριβυτιον οφ βλοοδ ϖεσσελσ υνεϖεν ανδ χηανγεαβλε, βυτ τηε ρατε οφ βλοοδ ⇓οω χαν αλσο χηανγε ωιτη τιµε, εϖεν ιν α σινγλε ϖεσσελ. Μορεοϖερ, σοµε ϖεσσελσ αρε εξτρεµελψ πορουσ, ορ λεακψ, ωηερεασ οτηερσ αρε νοτ. Ανδ α σινγλε ϖεσσελ χαν βε αβνορµαλλψ λεακψ ιν ονε ρεγιον βυτ ρελατιϖελψ νονπορουσ ιν ανοτηερ. Νο εξπεριµενταλ δατα ιν τηε σχιεντι⇒χ λιτερατυρε χουλδ χον⇒ρµ ορ ρεφυτε τηε µοδελ∏σ πρεδιχτιονσ, ανδ σο α ποστδοχ− τοραλ φελλοω ιν µψ γρουπ υνδερτοοκ το µεασυρε ιντερστιτιαλ πρεσσυρεσ τηρουγη− ουτ ανιµαλ τυµορσ. Ασ πρεδιχτεδ, ηε φουνδ τηατ τηε πρεσσυρε ιν λαργε σολιδ τυµορσ (τηοσε γρεατερ τηαν αβουτ ηαλφ α χεντιµετερ ιν διαµετερ ) ωασ υνιφορµλψ ηιγη εϖερψωηερε εξχεπτ ιν τηε ουτερ ριµ. Οτηερ λαβορατοριεσ ηαϖε νοω χον⇒ρµεδ τηεσε ρεσυλτσ ιν ανιµαλσ. Σινχε 1990 ωε ηαϖε χολλαβορατεδ ωιτη πηψσιχιανσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Πιττσβυργη, ατ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Μυνιχη ανδ ατ Μασσαχηυσεττσ Γενεραλ Ηοσπιταλ το µεασυρε πρεσσυρεσ ιν σολιδ τυµορσ οφ πατιεντσ υνδεργοινγ τρεατµεντ. Τηε πρεσσυρεσ αρε ασ ηιγη ασ τηοσε ιν ανιµαλσ, σοµετιµεσ ηιγηερ. Παρτ οφ τηε 1987 ηψποτηεσισ ηασ τηυσ βεεν βορνε ουτ : ιντερστιτιαλ πρεσσυρε ιν λαργε τυµορσ ισ αβνορµαλλψ ηιγη. Βυτ ισ τηε ελεϖατιον συ⇔χιεντ το χαυσε σεριουσ ιµπαιρµεντ οφ τηε χονϖεχτιϖε ⇓οω οφ λαργε δρυγ µολεχυλεσ? Τηατ ισ, ισ τηε πρεσσυρε ιν ιντερστιτιαλ τισσυε εθυαλ το 62 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 µατριξ βυτ νοτ οτηερσ, συχη ασ τηε ριγητ ωαλλ ιν τηε ριγητµοστ ϖεσσελ. Τηεψ αλσο µαδε τηειρ ωαψ τηρουγη παρτσ οφ τηε µατριξ βυτ νοτ τηρουγη οτηερσ, συχη ασ τηε βλαχκ ρεγιον ατ τηε τοπ. Τηε δι⇑ερενχεσ ρεσυλτ το α γρεατ εξτεντ φροµ ϖαριαβιλιτψ ιν τηε ποροσιτψ οφ βοτη τηε ϖεσσελσ ανδ τηε µατριξ ιν τηε περιπηερψ. ορ ηιγηερ τηαν τηε πρεσσυρε ιν τηε µι− χροϖασχυλαρ νετωορκ? Ουρ µατηεµατι− χαλ µοδελ συγγεστεδ τηεψ ωουλδ βε αβουτ εθυαλ. Σιµυλτανεουσ µεασυρε− µεντσ οφ µιχροϖασχυλαρ ανδ ιντερστιτιαλ πρεσσυρεσ ιν ανιµαλ τυµορσ ηαϖε ρεχεντ− λψ ϖαλιδατεδ τηισ πρεδιχτιον. Τηε µεα− συρεµεντσ αλσο ινδιχατε τηατ τηε πρεσ− συρε ιν τυµορ βλοοδ ϖεσσελσ ισ ηιγηερ τηαν ιτ ισ ιν νορµαλ χαπιλλαριεσ. Ωε τηινκ τηισ ελεϖατιον στεµσ µαινλψ φροµ τηε διρεχτ ανδ ινδιρεχτ χοµπρεσσιον οφ τηε ϖεσσελσ βψ προλιφερατινγ χελλσ. Τηε υν− υσυαλ αρχηιτεχτυρε οφ τηε ϖασχυλατυρε ανδ τηε ηιγη ϖισχοσιτψ οφ βλοοδ ιν τυ− µορσ αππαρεντλψ χοντριβυτε ασ ωελλ. Τογετηερ τηε εξπεριµενταλ ανδ τηεο− ρετιχαλ ⇒νδινγσ ⇒τ ωελλ ιντο τηε φολλοω− ινγ σχεναριο φορ τηε δεϖελοπµεντ οφ πρεσσυρε−ρελατεδ βαρριερσ το δρυγ αχχυ− µυλατιον ιν τηε ιντερστιτιυµ. Α τυµορ ινιτιαλλψ γροωσ ιν τηε µιδστ οφ νορµαλ τισσυε ανδ µακεσ υσε οφ τηε εξιστινγ ϖασχυλατυρε. Ατ τηισ σταγε, ιτ δισπλαψσ λοω ιντερστιτιαλ ανδ ϖασχυλαρ πρεσσυρε ανδ ρελιεσ ον τηε εξιστινγ λψµπηατιχ σψστεµ το δραιν εξχεσσ ⇓υιδ φροµ τηε ιντερστιτιαλ µατριξ. Ασ τηε τυµορ γροωσ, ιτ προδυχεσ νεω, οφτεν λεακψ βλοοδ ϖεσ− σελσ βυτ ισ υναβλε το φορµ ιτσ οων λψµ− πηατιχ σψστεµ. Μεανωηιλε τηε αβνορµαλ γεοµετρψ οφ βλοοδ ϖεσσελσ σλοωσ τηε ρατε οφ βλοοδ ⇓οω. Τηισ σλοωινγ, χοµ− βινεδ ωιτη χοµπρεσσιον βψ τυµορ χελλσ ανδ οτηερ φαχτορσ, ελεϖατεσ τηε πρεσσυρε ιν τηε ϖεσσελσ. Φλυιδ σεεπσ χοπιουσλψ ουτ οφ τηεµ ιντο τηε µατριξ ανδ, ιν τηε αβ− σενχε οφ α φυνχτιοναλ λψµπηατιχ σψστεµ, ισ νοτ ρεµοϖεδ ε⇔χιεντλψ. Ασ τηε ⇓υιδ βυιλδσ ιν τηε ιντερστιτιυµ, σο δοεσ τηε πρεσσυρε. Εϖεντυαλλψ τηε πρεσσυρε ιν τηε ϖεσσελσ ανδ τηε µατριξ εθυαλιζεσ. Ατ τηατ ποιντ, σµαλλ µολε− χυλεσ ⇓οωινγ ιν τηε βλοοδ χοντινυε το εσχαπε ρεαδιλψ βψ δι⇑υσιον (αλβειτ ονλψ ιν αρεασ τηατ στιλλ ηαϖε α βλοοδ συππλψ). Βυτ λαργερ µολεχυλεσ οφτεν ρεµαινεδ χον⇒νεδ ιν βλοοδ ϖεσσελσ, εξχεπτ ιν τηε περιπηερψ, ωηερε ιντερστιτιαλ πρεσσυρε ισ χλοσε το νορµαλ. Σοµε λαργε µολεχυλεσ δο χροσσ ιντο τηε ιντερστιτιυµ βψ δι⇑υ− σιον, βυτ τηεψ δο σο σλοωλψ. Ηενχε, τηε βοδψ χαν ελιµινατε µοστ οφ τηεµ φροµ τηε χιρχυλατιον βεφορε τηεψ χαν αχχυµυ− λατε το οπτιµαλ χονχεντρατιον ιν τυµορσ. Τ ηε χηαλλενγεσ φαχεδ βψ τηεραπευ− τιχ αγεντσ περσιστ εϖεν αφτερ τηεψ ⇒νδ τηειρ ωαψ ιντο τηε ιντερστι− τιυµ. Το βε φυλλψ ε⇑εχτιϖε, τηεψ µυστ σπρεαδ τηρουγηουτ τηε µατριξ το χελλσ νοτ διρεχτλψ φεδ βψ βλοοδ ϖεσσελσ. Σµαλλ µολεχυλεσ µακε τηε τριπ φαιρλψ εασιλψ (βψ δι⇑υσιον) ιφ τηεψ αρε νοτ δεγραδεδ, ρεαβσορβεδ βψ µιχροϖεσσελσ ορ στοππεδ βψ οτηερ προχεσσεσ. Βυτ λαργε, χονϖεχ− τιον−δεπενδεντ µολεχυλεσ ηαϖε α µυχη ηαρδερ τιµε; τηε υνιφορµ πρεσσυρε ιν µοστ οφ α τυµορ∏σ ιντεριορ κεεπσ χον− ϖεχτιον φροµ οπερατινγ τηερε. Ιρονιχαλλψ, χονϖεχτιον δοεσ φυνχτιον ιν τηε περιπηερψ∇ρεγρετταβλψ, ιν τηε ωρονγ διρεχτιον. Ρεχαλλ τηατ πρεσσυρε πλυµµετσ ατ τηε τυµορ µαργιν, ωηερε ιτ αππροαχηεσ τηατ οφ τηε συρρουνδινγ νορµαλ τισσυε. Ιν χονσεθυενχε, ⇓υιδ ⇓οωσ φροµ τηε ουτερµοστ βουνδαρψ οφ τηε ηιγη−πρεσσυρε ρεγιον ιντο τηε πε− ριπηερψ ανδ αωαψ φροµ τηε χανχερ. Γυλ− λινο µεασυρεδ τηε µαγνιτυδε οφ τηισ µοϖεµεντ ιν 1974. Ηε φουνδ τηατ απ− προξιµατελψ 10 περχεντ οφ τηε βλοοδ ⇓υιδ λεαϖινγ α σολιδ τυµορ οοζεσ ουτ φροµ ιτσ περιπηερψ ρατηερ τηαν δραινινγ ϖια α ϖειν. Ωε ανδ οτηερσ ηαϖε σινχε χον⇒ρµεδ ηισ ⇒νδινγ. Τηε λιθυιδ εσχαπ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ινγ φροµ τηε τυµορ συρφαχε χαρριεσ δρυγ µολεχυλεσ ουτ ανδ αωαψ φροµ τηε τυ− µορ ιν τηε προχεσσ. Φορ µολεχυλεσ τηατ ρεµαιν ιν τηε ιν− τερστιτιυµ, τηε οφτεν σλοω προχεσσ οφ δι⇑υσιον ισ τηε ονλψ αϖαιλαβλε µεανσ οφ δισπερσιον το ποορλψ περφυσεδ αρεασ. Ιν µατηεµατιχαλ τερµσ, τηε τιµε ρεθυιρεδ το µοϖε σοµε διστανχε βψ δι⇑υσιον ισ προπορτιοναλ το τηε σθυαρε οφ τηε δισ− τανχε. Τηατ ισ, ιφ ιτ τακεσ α µολεχυλε ονε µινυτε το τραϖελ ονε µιχρον, τηε µολε− χυλε ωιλλ ρεθυιρε φουρ µινυτεσ (2 2 ) το µοϖε τωο µιχρονσ ανδ 16 µινυτεσ (4 2 ) το µοϖε φουρ µιχρονσ. Ιν χοντραστ, τηε τιµε ρεθυιρεδ το µοϖε βψ χονϖεχτιον, ιφ ιτ ωερε οπερατινγ, ωουλδ βε διρεχτλψ προ− πορτιοναλ το τηε διστανχε αλονε. Ιν οτηερ ωορδσ, α µολεχυλε τηατ σπεντ ονε µιν− υτε τραϖελινγ αχροσσ ονε µιχρον οφ τισ− συε βψ χονϖεχτιον ωουλδ ρεθυιρε ονλψ τωο µινυτεσ το τραϖελ τωο µιχρονσ ανδ φουρ µινυτεσ το τραϖελ φουρ µιχρονσ. Ηοω λονγ µιγητ ιτ τακε φορ µαχρο− µολεχυλεσ ατ τηε περιπηερψ οφ α τυµορ το σπρεαδ το τηε χεντερ βψ δι⇑υσιον? Το γαιν α σενσε οφ τηε ανσωερ, ωε ινϕεχτεδ µολεχυλεσ ηαϖινγ δι⇑ερεντ σιζεσ, σηαπεσ ανδ χηαργε διστριβυτιονσ ιντο ανιµαλσ ανδ µεασυρεδ τηε τιµε ιτ τοοκ φορ τηεµ το πασσ τηρουγη τηε τισσυε ϖισιβλε ιν ουρ τρανσπαρεντ ωινδοωσ. Ωε τηεν φεδ τηισ ινφορµατιον ιντο α µατηεµατι− χαλ µοδελ τηατ αλλοωεδ υσ το χαλχυλατε τηε τιµε ιτ ωουλδ τακε φορ τηε µολε− χυλεσ το ρεαχη υνιφορµ χονχεντρατιονσ ιν τυµορσ οφ δι⇑ερεντ σιζεσ ανδ πηψσι− ολογιχαλ χηαραχτεριστιχσ. Ωε φουνδ, φορ ινστανχε, τηατ α χοντινυουσλψ συππλιεδ µονοχλοναλ αντιβοδψ ηαϖινγ α µολεχυ− λαρ ωειγητ οφ 150,000 δαλτονσ χουλδ τακε σεϖεραλ µοντησ το ρεαχη α υνιφορµ χον− χεντρατιον ιν α τυµορ τηατ µεασυρεδ ονε χεντιµετερ ιν ραδιυσ ανδ ηαδ νο βλοοδ συππλψ ιν ιτσ χεντερ. Συχη σλοω σπρεαδ χουλδ εασιλψ ηινδερ τηε αβιλιτψ οφ µαχροµολεχυλεσ, ινχλυδ− ινγ τηε νεω γενερατιον οφ γενετιχαλλψ INTERSTITIUM IN LOW-PRESSURE ZONE Πρεσσυρε Παττερνσ ιν Ηυµαν Τυµορσ BLOOD VESSEL Π ressure in the interstitial tissue of solid tumors is uniformly elevated (top left ), except in the outermost rim, where it drops precipitously. The elevated pressure in the inner zone can impede movement of large drug molecules into the matrix from the bloodstream—for a simple reason. Large molecules travel mainly by convection, flowing in fluid from a high- to a low-pressure region. In the outer zone of a tumor (top detail ), the vascular pressure is higher than it is in the interstitium, and so blood fluid (gray ) laden with drug molecules (blue ) seeps (arrows ) into the interstitium. In the inner zone (bottom detail ), the interstitial pressure is about equal to that in the blood vessels; hence, convection virtually ceases. High interior pressure, which was predicted by a mathematical model, has now been found in humans (table ) as well as in animals. The pressure readings listed are measured in millimeters of mercury. ενγινεερεδ δρυγσ, το εραδιχατε τυµορσ. Αγεντσ δελιϖερεδ το τηε βλοοδστρεαµ δο νοτ συρϖιϖε τηερε ινδε⇒νιτελψ. Ρεπεατεδ δοσεσ ωουλδ τηερεφορε ηαϖε το βε δελιϖ− ερεδ το µαινταιν ελεϖατεδ χονχεντρα− τιονσ ιν τηε βλοοδ φορ ασ λονγ ασ ωουλδ βε νεεδεδ το αχηιεϖε χοµπλετε πενετρα− τιον οφ α τυµορ. Ονγοινγ δελιϖερψ ωουλδ νοτ ονλψ βε εξπενσιϖε, ιτ χουλδ αλσο βε ηαρµφυλ το σοµε νορµαλ τισσυεσ τηατ τοοκ υπ τηε δρυγσ. ( Φορ ανψ δρυγ το βε αχχεπταβλε ασ α τηεραπψ, ιτ µυστ ωορκ ωιτηουτ χαυσινγ σεριουσ ιρρεϖερσιβλε δαµαγε το ηεαλτηψ τισσυε.) Ρεπεατεδ δοσινγ χουλδ αλσο λεαδ τηε ιµµυνε σψσ− τεµ το µανυφαχτυρε αντιβοδιεσ ανδ οτη− ερ αγεντσ τηατ ωουλδ δεγραδε τηε δρυγ βεφορε ιτ χουλδ αχηιεϖε ιτσ µαξιµαλ ε⇑εχτ. Οτηερ ιµπεδιµεντσ το πασσαγε ιν τηε ιντερστιτιυµ αρε αλσο υνδερ ινϖεστιγα− τιον βψ υσ ανδ βψ οτηερσ. Τηεσε στυδιεσ ινδιχατε τηατ µανψ γενετιχαλλψ ενγι− νεερεδ δρυγσ αρε στιχκψ; τηισ προπερτψ ZONE OF ALMOST NORMAL PRESSURE DRUG FLUID INTERSTITIUM IN HIGH-PRESSURE ZONE ZONE OF UNIFORMLY ELEVATED INTERSTITIAL PRESSURE BLOOD VESSEL TUMOR INTERSTITIAL PRESSURE IN HUMAN TUMORS Copyright 1994 Scientific American, Inc. TYPE OF TISSUE NUMBER OF PATIENTS MEAN PRESSURE NORMAL BREAST 8 0.0 NORMAL SKIN 5 0.4 RENAL CELL CARCINOMAS 1 38.0 CERVICAL CARCINOMAS 26 22.8 COLORECTAL LIVER METASTASES 8 21.0 HEAD AND NECK CARCINOMAS 27 19.0 BREAST CARCINOMAS 8 15.0 METASTATIC MELANOMAS 12 14.3 LUNG CARCINOMAS 26 10.0 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 63 σλοωσ τηε ρατε οφ δι⇑υσιον, ϕυστ ασ στιχκψ σηοε σολεσ ωουλδ ηανδιχαπ σοµεονε ρυννινγ α ραχε. Μορεοϖερ, ενζψµεσ ιν τηε ιντερστιτιαλ χοµπαρτµεντ µιγητ δε− γραδε σοµε δρυγσ βεφορε τηεψ ηαϖε τηε οππορτυνιτψ το αχτ ον ταργετ χελλσ. Τυ− µορσ αλσο δισπλαψ µεταβολιχ δισορδερσ τηατ χαν ρεδυχε τηε ε⇑εχτιϖενεσσ οφ σοµε δρυγσ ανδ ραδιατιον. Φορ ινστανχε, τηε ρελατιϖε λαχκ οφ οξψγεν ιν τυµορσ µαψ λεαδ χανχερ χελλσ το σεχρετε ηιγη λεϖελσ οφ λαχτιχ αχιδ. Α νυµβερ οφ δρυγσ ωιλλ βρεακ δοων ορ φαιλ το ωορκ ιν αν αχιδιχ ενϖιρονµεντ. Οδδλψ ενουγη, τηε ϖερψ φαχτορσ τηατ αχτ ασ ιµπεδιµεντσ το πενετρατιον χαν οχχασιοναλλψ βε βενε⇒χιαλ. Φορ εξαµπλε, στιχκινεσσ χαν ηελπ ρεταιν α δρυγ ιν α τυµορ. Σοµε δρυγσ ωορκ βεττερ ιν αν αχιδιχ ορ ηψποξιχ ενϖιρονµεντ. Φυρτηερ, ιφ α χοµπουνδ χαν οϖερχοµε τηε µυλτι− φαριουσ ροαδβλοχκσ ανδ εϖεντυαλλψ αχ− χυµυλατε ιν α ποορλψ ϖασχυλαριζεδ αρεα, τηε λαχκ οφ α βλοοδ συππλψ βεχοµεσ α βονυσ. Ιν ωηατ ωε ρεφερ το ασ τηε ρεσερ− ϖοιρ πηενοµενον, τηε αχχυµυλατεδ δρυγ, ωηιχη ηασ φεω αϖενυεσ οφ εσχαπε, χαν σερϖε ασ α ρεσερϖοιρ τηατ ρελεασεσ τηε δρυγ γραδυαλλψ ιντο νειγηβορινγ ρε− γιονσ οφ α τυµορ. Χερταιν βαρριερσ τηατ χονφροντ δρυγ µολεχυλεσ αλσο ηινδερ τηε δελιϖερψ οφ ωηιτε βλοοδ χελλσ αδµινιστερεδ ασ αντι− χανχερ ωεαπονσ. Τηε ηετερογενεουσ βλοοδ συππλψ οφ τυµορσ ισ χλεαρλψ α µα− ϕορ βαρριερ, ϕυστ ασ ιτ ισ φορ µολεχυλεσ. Ωε αρε στιλλ τρψινγ το δετερµινε τηε εξ− τεντ το ωηιχη χανχερσ ρεσιστ εξτραϖασα− τιον ανδ ιντερστιτιαλ µιγρατιον βψ ωηιτε χελλσ. Τηε χελλσ∏ αβιλιτψ το λεαϖε βλοοδ ϖεσσελσ µαψ δεπενδ λεσσ ον πρεσσυρε γραδιεντσ τηαν ον τηειρ αβιλιτψ το ατταχη το ενδοτηελιαλ χελλσ ιν ϖεσσελ ωαλλσ ανδ το δεφορµ τηεµσελϖεσ ιν ωαψσ τηατ ιν− χρεασε τηειρ χονταχτ ωιτη τηε ωαλλ. Τηεσε βεηαϖιορσ ηελπ τηε χελλσ το σθυεεζε βε− τωεεν ενδοτηελιαλ χελλσ ανδ τηυσ προπελ τηεµσελϖεσ ουτ οφ τηε ϖασχυλαρ σψστεµ. Ονχε χελλσ αρε ιν τηε ιντερστιτιαλ µα− τριξ, τηεψ µιγρατε βψ ατταχηινγ το τηε µατριξ ανδ χραωλινγ τηρουγη ιτ. Τηε εφ− φιχιενχψ οφ τηισ µοϖεµεντ ισ αγαιν ιν− ⇓υενχεδ βψ τηε χελλσ∏ αδηεσιϖε προπερ− τιεσ ανδ δεφορµαβιλιτψ ασ ωελλ ασ βψ ϖαριουσ χηαραχτεριστιχσ οφ τηε τυµορ τισ− συε. Φορ ινστανχε, χερταιν µολεχυλεσ ιν τηε τυµορ µιλιευ χαν φαχιλιτατε ορ ηαµ− περ χελλ µοτιλιτψ; οτηερσ χοντρολ τηε δι− ρεχτιον ιν ωηιχη τηε χελλσ µιγρατε. Μορε στυδψ οφ τηεσε προχεσσεσ ισ νεεδεδ. Ι σηουλδ νοτε τηατ ωηεν τηεραπευτιχ χελλσ ορ µολεχυλεσ εϖεντυαλλψ ρεαχη χαν− χερ χελλσ, τηειρ προβλεµσ δο νοτ ενδ. Τηεψ µαψ ενχουντερ αδδεδ ρεσιστανχε φροµ τηε χελλσ τηεµσελϖεσ. Οτηερ λαβο− ρατοριεσ αρε στυδψινγ τηατ πηενοµενον [σεε Μυλτιδρυγ Ρεσιστανχε ιν Χανχερ, βψ Νορβερτ Καρτνερ ανδ ςιχτορ Λινγ; ΣΧΙ− ΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1989]. Ι φ, ασ ουρ δατα ινδιχατε, τηε οβσταχλεσ το δρυγ δισπερσιον ιν τυµορσ χαν βε φορµιδαβλε, ωηατ µιγητ βε δονε το χιρχυµϖεντ ορ ελιµινατε τηε βαρριερσ? Νο περφεχτ σολυτιονσ ηαϖε εµεργεδ, βυτ ιντριγυινγ αππροαχηεσ ηαϖε βεεν προ− ποσεδ. Ασ εϖερ, εαρλψ δετεχτιον ανδ τρεατµεντ χαν βε βενε⇒χιαλ. Χοµπαρεδ ωιτη εσταβλισηεδ τυµορσ, σµαλλ ονεσ τενδ το ηαϖε α µορε υνιφορµ χιρχυλατο− ρψ σψστεµ ανδ λοωερ ιντερστιτιαλ πρεσ− συρε. Τηεψ σηουλδ τηερεφορε βε εασιερ ΣΕΓΜΕΝΤ ΟΦ Α ΤΥΜΟΡ ινχλυδεσ ωελλ−περφυσεδ, µοδερατελψ περφυσεδ ανδ νονπερφυσεδ ζονεσ (λεφτ ); α φυλλ τυµορ χαν ηαϖε µανψ σιµιλαρλψ ηετερογενεουσ αρεασ. ∆ρυγ µολεχυλεσ (βλυε) τηατ ρεαχη τηε ιντερστιτιυµ φροµ βλοοδ ϖεσσελσ (ρεδ ) ιµ− µεδιατελψ αττεµπτ το δι⇑υσε φροµ ωελλ−περφυσεδ ζονεσ (ωηερε τηε χονχεντρατιον οφ τηε δρυγ ισ τηε ηιγηεστ) το ποορλψ 64 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 φορ χονϖεντιοναλ ανδ νοϖελ δρυγσ το πενετρατε. Φορ λαργε τυµορσ, ϖαριουσ τωο− ανδ τηρεε−στεπ αππροαχηεσ το τρεατµεντ αρε υνδερ στυδψ. Ιν ονε οφ τηεµ, αν αντι− βοδψ τηατ βινδσ σελεχτιϖελψ το σοµε µολεχυλαρ χονστιτυεντ οφ τηε τυµορ ισ λινκεδ το αν ενζψµε το φορµ ωηατ ισ χαλλεδ αν αβζψµε. Τηε ενζψµε χηοσεν ισ ονε τηατ ηασ νο αππαρεντ ε⇑εχτ ον τηε βοδψ βυτ ισ χαπαβλε οφ χονϖερτινγ αν ιν− αχτιϖε φορµ οφ α σελεχτεδ, σµαλλ δρυγ µολεχυλε (α προδρυγ) ιντο α τυµορ−κιλλ− ινγ αγεντ. Α ϖερψ λαργε δοσε οφ τηε αβ− ζψµε ισ ινϕεχτεδ ιντο τηε βλοοδστρεαµ, σο τηατ ιτ χαν αχχυµυλατε ιν α τυµορ ιν σπιτε οφ σλοω εξτραϖασατιον ανδ σλοω ιν− τερστιτιαλ δι⇑υσιον. Ηιγη δοσεσ χαν βε υσεδ βεχαυσε νειτηερ τηε αντιβοδψ νορ τηε ενζψµε χοµπονεντ σιγνι⇒χαντλψ ηαρµσ νορµαλ τισσυε. Τηε προδρυγ ισ ινϕεχτεδ ονχε τηε αβζψµε αχχυµυλατεσ ιν τηε τυµορ ανδ ισ χλεαρεδ φροµ νορ− µαλ τισσυεσ ανδ τηε σψστεµιχ χιρχυλα− τιον. Βεινγ σµαλλ, ιτ χαν ρεαδιλψ δι⇑υσε ουτ οφ τηε τυµορ χιρχυλατιον; ιν τηε ιν− τερστιτιαλ µατριξ, ιτ σηουλδ ενχουντερ τηε αβζψµε, βεχοµε αχτιϖατεδ ανδ ωενδ τηρουγη τηε τυµορ, εραδιχατινγ µαλιγ− ναντ χελλσ. Ανοτηερ στρατεγψ φορ εϖαδινγ τηε βαρ− ριερσ το δρυγ δισπερσιον ωουλδ βε το ιν− ϕεχτ πατιεντσ ωιτη λιποσοµεσ (φαττψ ϖεσι− χλεσ) τηατ ηαϖε βεεν ⇒λλεδ ωιτη α δρυγ οφ λοω µολεχυλαρ ωειγητ. Τηε νεωεστ γενερατιον οφ λιποσοµεσ περσιστσ φορ α λονγ ωηιλε ιν τηε βλοοδ. Ηενχε, τηε ϖεσι− χλεσ σηουλδ ηαϖε τιµε το εξιτ φροµ λεακψ αρεασ οφ ϖεσσελσ ανδ το ρεαχη ρεασοναβλψ ηιγη λεϖελσ ιν τηε συρρουνδινγ ιντερστι− τιυµ. Τηερε τηε λιποσοµεσ ωουλδ γραδ− περφυσεδ, λοω−χονχεντρατιον ζονεσ (βλαχκ αρροωσ ιν ριγητ ιµ− αγε ). Βυτ µανψ οφ τηε µολεχυλεσ νεϖερ χοµπλετε τηε ϕουρνεψ. Σοµε οφ τηεµ αρε ωασηεδ αωαψ ιν ⇓υιδ οοζινγ φροµ τηε πε− ριπηερψ (γραψ αρροω). Οτηερσ µαψ υνδεργο προχεσσεσ∇συχη ασ βινδινγ το τηε ιντερστιτιαλ µατριξ ορ δεγραδατιον∇τηατ σιγ− νι⇒χαντλψ δελαψ ορ ηαλτ τηειρ προγρεσσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. υαλλψ ρελεασε τηε δρυγ, ωηιχη ωουλδ προ− χεεδ το δισπερσε τηρουγηουτ τηε τυµορ. Τηε αβζψµε ανδ λιποσοµε στρατεγιεσ, λικε οτηερσ τηατ εξπλοιτ σµαλλ µολεχυλεσ, ηαϖε αν Αχηιλλεσ∏ ηεελ, ηοωεϖερ. Ασ νοτ− εδ εαρλιερ, σµαλλ µολεχυλεσ χαν δεγραδε θυιχκλψ. Τηεψ χαν αλσο σεεπ βαχκ ιντο τυµορ ϖεσσελσ ανδ βε χλεαρεδ αωαψ φροµ τυµορσ ασ εασιλψ ασ τηεψ δι⇑υσε ουτ οφ βλοοδ ϖεσσελσ. Τηεψ µαψ τηυσ δισαππεαρ βεφορε τηεψ ηαϖε φυλ⇒λλεδ τηειρ χελλ−κιλλ− ινγ ρεσπονσιβιλιτιεσ. Φυρτηερµορε, ηιγη ρατεσ οφ εξτραϖασατιον οχχυρ ονλψ ατ σιτεσ ωηερε ϖεσσελ ωαλλσ αρε λεακψ. Ασ ρεσεαρχη ιµπροϖεσ υνδερστανδινγ οφ τηε φαχτορσ τηατ γοϖερν βλοοδ ⇓οω ανδ τηε µοϖεµεντ οφ µολεχυλεσ ανδ χελλσ ωιτηιν τυµορσ, ωορκερσ σηουλδ βε αβλε το ινϖεντ τοολσ τηατ δο νοτ µερελψ εϖαδε βαρριερσ το δρυγ δελιϖερψ βυτ αχ− τυαλλψ ελιµινατε τηεµ. Το βε µορε πρε− χισε, ινϖεστιγατορσ σηουλδ βε αβλε το ιν− χρεασε περφυσιον ιν ποορλψ ϖασχυλαριζεδ αρεασ, ινχρεασε περµεαβιλιτψ οφ τυµορ ϖεσσελσ, ρεδυχε ιντερστιτιαλ πρεσσυρε ανδ ινχρεασε τηε ρατε οφ ιντερστιτιαλ τρανσ− πορτ. Υνφορτυνατελψ, ϖερψ φεω λαβορατο− ριεσ αρε στυδψινγ τηε χαυσεσ οφ νονυνι− φορµ βλοοδ ⇓οω ανδ ηιγη πρεσσυρε ιν τυµορσ. Ωορκ ωουλδ προχεεδ µορε θυιχκλψ ιφ µορε ινϖεστιγατορσ βεχαµε ινϖολϖεδ. Ν εϖερτηελεσσ, σοµε προγρεσσ ηασ βεεν µαδε, παρτιχυλαρλψ ιν λοω− ερινγ πρεσσυρε. Φορ εξαµπλε, ωε ρεχεντλψ φουνδ τηατ τηε δρυγσ πεντοξι− φψλλινε ανδ νιχοτιναµιδε χαν ρεδυχε ιν− τερστιτιαλ πρεσσυρε ιν ηυµαν τυµορσ γροων ιν ανιµαλσ. Τηεσε αγεντσ αρε αλσο κνοων το ινχρεασε τηε οξψγεν συππλψ ιν ϖαριουσ τυµορσ, ωηιχη ισ α βενε⇒τ φορ ραδιατιον τηεραπψ. Ωε αλσο ⇒νδ τηατ ιρραδιατινγ χερϖιχαλ χανχερσ ιν ωοµεν σοµετιµεσ λοωερσ ιντερστιτιαλ πρεσσυρε. Ωηετηερ συχη τρεατµεντ ωιλλ ιµπροϖε τηε υπτακε οφ δρυγσ ιν πατιεντσ ρεµαινσ το βε σεεν. Στιλλ, σεϖεραλ στυδιεσ ιν τηε σχιεντι⇒χ λιτερατυρε σηοω τηατ αφτερ ηυ− µαν τυµορσ γροων ιν ανιµαλσ αρε ιρρα− διατεδ, τηεψ αχχρυε ινχρεασεδ αµουντσ οφ ινϕεχτεδ αντιβοδιεσ. Ανοτηερ πρεσσυρε−ρελατεδ στρατεγψ µαψ χοµβατ τυµορσ χον⇒νεδ το ονε ρεγιον. Τηε αππροαχη χαλλσ φορ µιξινγ α δρυγ ωιτη α λαργε αµουντ οφ ⇓υιδ ανδ ινϕεχτινγ τηε µιξτυρε διρεχτλψ ιντο τηε χεντερ οφ α τυµορ. Τηισ αχτ ωουλδ ιν− χρεασε τηε πρεσσυρε ατ τηε χορε οφ τηε τυµορ ρελατιϖε το τηε συρρουνδινγ τυ− µορ τισσυε. Ασ α ρεσυλτ, τηε δρυγ ωουλδ σπρεαδ αλονγ τηε ινδυχεδ πρεσσυρε γρα− διεντ βψ χονϖεχτιον, φροµ τηε χορε τηρουγη τηε συρρουνδινγ ρεγιον το τηε περιπηερψ. Τηισ αππροαχη ισ νοω βεινγ χαρριεδ ουτ ιν βραιν ανδ οτηερ τυµορσ. Αλτερνατιϖελψ, ιφ α τυµορ∏σ ϖασχυλαρ σψστεµ χουλδ βε δεστροψεδ χοµπλετελψ, Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΒΡΙΓΗΤ ΣΠΟΤΣ χλυστερεδ αρουνδ βλοοδ ϖεσσελσ (δαρκ τυβεσ) αρε ⇓υορεσχεντλψ λα− βελεδ λιποσοµεσ τηατ ηαϖε σεεπεδ φροµ λεακψ αρεασ οφ τηε ϖεσσελσ ιντο τηε ιντερστι− τιαλ µατριξ ατ τηε περιπηερψ οφ α τυµορ. Λιποσοµεσ µαψ ονε δαψ σερϖε ασ ϖεηιχλεσ φορ δελιϖερινγ δρυγσ το τηε ιντερστιτιυµ. Τηερε τηε λιποσοµεσ ωουλδ πρεσυµαβλψ ρε− λεασε δρυγσ οϖερ τηε προλονγεδ περιοδ νεεδεδ το ενηανχε πενετρατιον ιν τηε µα− τριξ. Τηε εξτεντ οφ λιποσοµε τρανσπορτ το τηε ιντερστιτιυµ ωουλδ βε ιµπροϖεδ, ηοω− εϖερ, ιφ τηε περµεαβιλιτψ οφ νονλεακψ τυµορ ϖεσσελσ χουλδ σοµεηοω βε ινχρεασεδ. νο δρυγ ωουλδ ηαϖε το εξτραϖασατε ορ χοπε ωιτη τηε ιντερστιτιυµ. Τηε περσισ− τεντ, τοταλ λαχκ οφ νουρισηµεντ ωουλδ βε εξπεχτεδ το σταρϖε ανδ εϖεντυαλλψ κιλλ τυµορ χελλσ. Α ϖαριετψ οφ δρυγσ∇ αµονγ τηεµ τυµορ νεχροσισ φαχτορ ανδ µονοχλοναλ αντιβοδιεσ τηατ ρεχογνιζε ενδοτηελιαλ χελλσ ορ τηε συβενδοτηελιαλ µατριξ∇ηαϖε τηε ποτεντιαλ το σηυτ δοων τηε βλοοδ συππλψ χοµπλετελψ. Υνδερ σοµε χονδιτιονσ, ηεατινγ ανδ πηοτοδψ− ναµιχ τηεραπιεσ χαν αλσο ιµπαιρ τηε ϖασχυλατυρε. Α νυµβερ οφ αντιανγιογεν− εσισ αππροαχηεσ, πιονεερεδ βψ ϑυδαη Φολκµαν οφ Ηαρϖαρδ, αρε υνδερ αχτιϖε ινϖεστιγατιον ιν µανψ λαβορατοριεσ ανδ χλινιχσ. Τηε ωηιτε βλοοδ χελλσ τηατ αρε χυρ− ρεντλψ βεινγ τεστεδ αγαινστ ϖαριουσ χαν− χερσ ιν ηυµαν πατιεντσ µαψ προϖε υσε− φυλ ασ αντιϖασχυλαρ τηεραπιεσ ασ ωελλ. Ωε ηαϖε ρεχεντλψ φουνδ τηατ ΛΑΚ χελλσ αδηερε το τηε τυµορ ϖασχυλατυρε ανδ ιµπαιρ τηε ⇓οω οφ βλοοδ ιν τηε ϖεσσελσ. Τηισ δισχοϖερψ ισ χονσιστεντ ωιτη τηε συγγεστιον τηατ ιν χασεσ ωηερε τηεσε χελλσ προϖε ηελπφυλ το πατιεντσ, τηεψ δο σο ιν παρτ βψ δισρυπτινγ τηε τυµορ∏σ βλοοδ συππλψ. Τηυσ, τοξιχιτψ το τυµορ χελλσ µαψ νοτ βε τηε ονλψ ε⇑εχτ οφ ΛΑΚ χελλσ ιν τηε βοδψ. Τηε ⇒νδινγ φυρτηερ ιµπλιεσ τηατ χοµβινινγ αντιϖασχυλαρ τηεραπιεσ ωιτη τηεραπιεσ τηατ αρε δε− σιγνεδ το ατταχκ χανχερ χελλσ χουλδ ωελλ ιµπροϖε τηε εφφεχτιϖενεσσ οφ βοτη τψπεσ οφ τρεατµεντ. Ασ τηε αγε οφ µολεχυλαρ µεδιχινε ανδ γενε τηεραπψ δαωνσ, σχιεντιστσ νεεδ το πυτ εξπανδεδ ε⇑ορτ ιντο υνχοϖερινγ τηε ρεασονσ ωηψ τηεραπευτιχ αγεντσ τηατ σηοω ενχουραγινγ προµισε ιν τηε λαβο− ρατορψ οφτεν τυρν ουτ το βε ινε⇑εχτιϖε ιν τηε τρεατµεντ οφ χοµµον σολιδ τυ− µορσ. Ι ηοπε ονγοινγ ρεσεαρχη ιντο τηε βαρριερσ το δρυγ δελιϖερψ ωιλλ υλτιµατελψ ενσυρε τηατ εξιστινγ ανδ φυτυρε αντι− χανχερ δρυγσ λιϖε υπ το τηειρ τανταλιζινγ ποτεντιαλ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΤΡΑΝΣΠΟΡΤ ΟΦ ΜΟΛΕΧΥΛΕΣ ΑΧΡΟΣΣ ΤΥ− ΜΟΡ ςΑΣΧΥΛΑΤΥΡΕ. Ρ. Κ. ϑαιν ιν Χανχερ ανδ Μεταστασισ Ρεϖιεωσ, ςολ. 6, Νο. 4, παγεσ 559∠593; 1987. ΤΡΑΝΣΠΟΡΤ ΟΦ ΜΟΛΕΧΥΛΕΣ ΙΝ ΤΗΕ ΤΥ− ΜΟΡ ΙΝΤΕΡΣΤΙΤΙΥΜ: Α ΡΕςΙΕΩ. Ρ. Κ. ϑαιν ιν Χανχερ Ρεσεαρχη, ςολ. 47, Νο. 12, παγεσ 3039∠3051; ϑυνε 15, 1987. ∆ΕΤΕΡΜΙΝΑΝΤΣ ΟΦ ΤΥΜΟΡ ΒΛΟΟ∆ ΦΛΟΩ: Α ΡΕςΙΕΩ. Ρ. Κ. ϑαιν ιν Χανχερ Ρεσεαρχη, ςολ. 48, Νο. 10, παγεσ 2641∠2658; Μαψ 15, 1988. ΠΗΨΣΙΟΛΟΓΙΧΑΛ ΡΕΣΙΣΤΑΝΧΕ ΤΟ ΤΗΕ ΤΡΕΑΤΜΕΝΤ ΟΦ ΣΟΛΙ∆ ΤΥΜΟΡΣ. Ρ. Κ. ϑαιν ιν ∆ρυγ Ρεσιστανχε ιν Ονχολογψ. Εδιτεδ βψ Βεϖερλψ Α. Τειχηερ. Μαρχελ ∆εκκερ, 1993. ΤΥΜΟΡ ΑΝΓΙΟΓΕΝΕΣΙΣ. ϑυδαη Φολκµαν ιν Χανχερ Μεδιχινε. Εδιτεδ βψ ϑαµεσ Φ. Ηολλανδ ετ αλ. Λεα ανδ Φεβιγερ, 1993. ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΧΑΝΧΕΡ ΕΠΙ∆ΕΜΙΟΛΟΓΨ: Α ΩΑΡ ΝΟΤ ΩΟΝ. Τιµ Βεαρδσλεψ ιν Σχιεν− τιφιχ Αµεριχαν, ςολ. 270, Νο. 1, παγεσ 130∠138; ϑανυαρψ 1994. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 65 Μανατεεσ These giant aquatic grazers outchewed their rivals in the New World. Now humans, their sole enemy, hold the key to their survival βψ Τηοµασ ϑ. Ο∏Σηεα Ο νχε υπον α τιµε, α ψουνγ µαιδ− εν ωασ βατηινγ βψ τηε βανκσ οφ α ριϖερ. Σταρτλεδ βψ τηε σιγητ οφ αππροαχηινγ µεν, σηε ϕυµπεδ ιν, χοϖ− ερινγ ηερ βοττοµ ωιτη α φαν. Σηψνεσσ τηεν δοοµεδ ηερ το α λιφε ιν ωατερ : τηε µαιδεν βεχαµε α µανατεε, ηερ φαν µεταµορπηοσινγ ιντο ιτσ διστινχτιϖε σπατυλατε ταιλ. Σο ρυνσ α λεγενδ φροµ Μαλι ιν Ωεστ Αφριχα, εχηοινγ χυριουσλψ τηε οριγινσ οφ µανατεεσ ασ µαµµαλσ ωηο λεφτ τηε λανδ φορ α λιφε ιν σεα ανδ ριϖερ. Ωηερεασ µψρ− ιαδ ταλεσ ιν νατιϖε χυλτυρεσ φροµ Αφριχα το τηε Αµεριχασ τελλ οφ µανατεεσ, ονλψ ρεχεντλψ αρε τηε βεαστσ ψιελδινγ τηειρ σε− χρετσ το σχιεντι⇒χ ινθυιρψ. Αµονγ τηειρ υνιθυε αδαπτατιονσ το λιφε ασ µαρινε ηερβιϖορεσ αρε αν υνενδινγ συππλψ οφ τεετη∇χονσταντλψ ρεπλενισηινγ ωορν ονεσ∇ανδ αν ανοµαλουσλψ λοω µετα− βολιχ ρατε τηατ αλλοωσ τηεµ το φαστ φορ υπ το σεϖεν µοντησ. Πονδερουσ ανδ σλοω, µανατεεσ ηαϖε ηυµανσ ασ τηειρ ονλψ ενεµψ. Μανατεεσ βελονγ το τηε µαµµαλιαν ορδερ Σιρενια∇σο ναµεδ βεχαυσε (ατ λεαστ το σοµε εψεσ) τηεψ λοοκεδ λικε σιρενσ. Τηε αθυατιχ σιρενιανσ προβαβλψ αροσε ιν τηε Ολδ Ωορλδ; τηειρ αντεχε− δεντσ ωερε τερρεστριαλ µαµµαλσ τηατ ΤΗΟΜΑΣ ϑ. Ο∏ΣΗΕΑ ισ α µεµβερ οφ τηε Νατιοναλ Βιολογιχαλ Συρϖεψ οφ τηε Υ.Σ. ∆επαρτµεντ οφ τηε Ιντεριορ ανδ τηε ασ− σισταντ διρεχτορ οφ τηε Νατιοναλ Εχολογψ Ρεσεαρχη Χεντερ ιν Φορτ Χολλινσ, Χολο. Χονσερϖατιον βιολογψ ανδ µαµµαλογψ αρε ηισ πριµαρψ ιντερεστσ. Ο∏Σηεα ηασ στυδιεδ µανατεεσ σινχε 1979, ιν Φλοριδα ανδ ιν σεϖεραλ τροπιχαλ χουντριεσ. Ηε λεδ τηε Σιρενια Προϕεχτ οφ τηε Υ.Σ. Φιση ανδ Ωιλδλιφε Σερϖιχε φορ µορε τηαν σεϖεν ψεαρσ ανδ σερϖεδ ασ δεπυτψ χηαιρ οφ τηε Σιρενια Σπεχιαλιστ Γρουπ οφ τηε ΙΥΧΝ∠ Ωορλδ Χονσερϖατιον Υνιον. Αν αδϕυνχτ ασσοχιατε προφεσσορ ιν τηε ∆επαρτµεντ οφ Ωιλδλιφε ανδ Ρανγε Σχιενχεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Φλοριδα ανδ αν αδϕυνχτ χυ− ρατορ ατ τηε Φλοριδα Μυσευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ, ηε σερϖεσ ασ α σχιεντι⇒χ αδϖισερ το τηε Υ.Σ. Μαρινε Μαµµαλ Χοµµισσιον. 66 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 αλσο γαϖε ρισε το ελεπηαντσ, ηψραξεσ ανδ περηαπσ ααρδϖαρκσ. Ωε δο νοτ κνοω ωηατ φορχεσ οφ νατυραλ σελεχτιον δροϖε αν ανχιεντ µαµµαλ το εξπλοιτ τηε νιχηε οφ α λαργε µαρινε ηερβιϖορε. Ψετ τηε βε− γιννινγσ οφ συχη αν εχολογιχαλ στρατεγψ χαν στιλλ βε σεεν τοδαψ. ∆οµεστιχ σηεεπ ον ισλανδσ ο⇑ Σχοτλανδ φοραγε φορ µα− ρινε αλγαε ιν τηε ιντερτιδαλ ζονε, εϖεν σωιµµινγ βετωεεν πατχηεσ; πιγσ οφ τηε Τοκελαυ Ισλανδσ ιν τηε Σουτη Παχι⇒χ ηα− βιτυαλλψ φοραγε αλονγ χοραλ ρεεφσ, ωαδ− ινγ ωιτη ηεαδσ συβµεργεδ. Φοσσιλ εϖιδενχε συγγεστσ τηατ Ολδ Ωορλδ σιρενιανσ ρεαχηεδ αν ισολατεδ Σουτη Αµεριχα ιν τηε Εοχενε ορ Ολιγο− χενε ερα, µορε τηαν 35 µιλλιον ψεαρσ αγο. Τηε εαρλιεστ κνοων τρυε µανατεε (ωηο λαχκεδ, ηοωεϖερ, τηε δενταλ τεχη− νολογψ οφ µοδερν µανατεεσ) λιϖεδ ιν τηε µιδδλε Μιοχενε ερα, 13 το 16 µιλ− λιον ψεαρσ αγο. Τηε σιρενιαν ορδερ χυρ− ρεντλψ ινχλυδεσ τηρεε σπεχιεσ οφ µανα− τεεσ ιν τηε φαµιλψ Τριχηεχηιδαε, πλυσ τηειρ ολδερ ρελατιϖε, τηε δυγονγ, ιν τηε φαµιλψ ∆υγονγιδαε. Α σεχονδ δυγονγιδ, τηε Στελλερ∏σ σεα χοω, ωασ ηυντεδ το εξ− τινχτιον ωιτηιν 25 ψεαρσ οφ ιτσ δισχοϖερψ ιν 1741. Υ π το τηε λατε Μιοχενε, δυγονγιδσ εξπλοιτινγ σεα−γρασσ µεαδοωσ χολονιζεδ τηε µαρινε ωατερσ οφ τηε ωεστερν Ατλαντιχ ανδ Χαριββεαν. Μανατεεσ, τηουγη φεεδινγ ον βοτη φρεση− ωατερ ανδ σαλτωατερ πλαντσ, ωερε ρεστριχτ− εδ το τηε ριϖερσ ανδ εστυαριεσ οφ Σουτη Αµεριχα. ∆υγονγσ αρε νοω φουνδ ονλψ ιν τηε ωαρµ, σηαλλοω παρτσ οφ τηε Ινδι− αν Οχεαν ανδ τηε ωεστερν Παχι⇒χ. Τηε ανιµαλσ ωερε εϖιδεντλψ δισπλαχεδ αβουτ α µιλλιον ψεαρσ αγο βψ υπσταρτ Νεω Ωορλδ µανατεεσ, ωηιχη, ασ παλεοντολο− γιστ ∆αρψλ Π. ∆οµνινγ οφ Ηοωαρδ Υνι− ϖερσιτψ χονϖινχινγλψ αργυεσ, ουτχηεωεδ τηειρ ολδερ ρελατιϖεσ. Τηε χηεωινγ προωεσσ οφ µανατεεσ δε− ριϖεσ φροµ τηε φαχτ τηατ τηεψ νεϖερ ρυν ουτ οφ τεετη. Μανατεεσ ποσσεσσ ονλψ πρε− µολαρσ ανδ µολαρσ (ονε ροω ον ειτηερ σιδε οφ τηε ϕαω), βυτ τηεσε αρε χοντινυ− ουσλψ ρεπλαχεδ βψ νεω τεετη σπρουτινγ ατ τηε ρεαρ οφ τηε ροω∇ρατηερ λικε ωισ− δοµ τεετη∇ανδ µοϖινγ φορωαρδ. Τηε ωορν−δοων φροντ τεετη δροπ ουτ, ανδ τηε βονψ τισσυε σεπαρατινγ τηε τοοτη σοχκετσ χοντινυουσλψ βρεακσ δοων ανδ ρε−φορµσ το αλλοω τηε νεω τεετη το µοϖε φορωαρδ ατ ρουγηλψ ονε ορ τωο µιλλιµε− τερσ περ µοντη. Τηισ προχεσσ τακεσ πλαχε τηρουγηουτ λιφε: εϖεν τηε ολδεστ σπεχι− µενσ σηοω νεω χηεεκ τεετη ερυπτινγ ατ τηε ρεαρ οφ εαχη τοοτη ροω. Συχη αν αδαπτατιον ποιντσ το αν ιν− χρεασεδ αβρασιϖενεσσ οφ τηε µανατεε διετ ατ σοµε εαρλιερ τιµε. Ηορσεσ, φορ εξαµπλε, εϖολϖεδ ηιγη−χροωνεδ χηεεκ τεετη ιν ρεσπονσε το τηε εµεργενχε οφ τηε τρυε γρασσεσ, ωηιχη ηαϖε αν ελεϖατ− εδ χοντεντ οφ σανδπαπερψ σιλιχα. Χυρ− ρεντλψ τρυε γρασσεσ αρε αν ιµπορταντ παρτ οφ τηε διετ οφ αλλ τηρεε σπεχιεσ οφ µανατεεσ; ιν χοντραστ, τηε σταπλε οφ τηε εξχλυσιϖελψ µαρινε δυγονγ ισ µαρινε ανγιοσπερµσ (σεα γρασσεσ). Τηε ανχιεντ Χαριββεαν δυγονγιδσ προβαβλψ αλσο λιϖεδ ον τηισ διετ. ∆οµνινγ νοτεσ τηατ τηε νεωλψ αβυν− δαντ τρυε γρασσεσ σεεµ το ηαϖε ινϖαδεδ Σουτη Αµεριχαν εχοσψστεµσ ιν τηε Μιο− χενε. Χοντινενταλ γλαχιατιον ιν τηε Πλιο− χενε ανδ Πλειστοχενε περιοδσ λοωερεδ τηε σεα λεϖελ ανδ ινχρεασεδ εροσιον ανδ ρυνο⇑ οφ σανδ ανδ σοιλ. Σανδ δεποσι− τιον λικελψ ινχρεασεδ τηε αµουντ οφ αβρασιϖε µατεριαλ ινγεστεδ ωιτη τηε σεα γρασσεσ. Τηε µορε σανδ−τολεραντ τριχη− εχηιδσ ινϖαδεδ τηεσε ηαβιτατσ ασ ωελλ. Βψ αβουτ α µιλλιον ψεαρσ αγο τηεψ ηαδ βροαδενεδ τηειρ φεεδινγ νιχηε το ιν− χλυδε σεα γρασσεσ ανδ ρεπλαχεδ δυγονγ− ιδσ ιν τηε Ατλαντιχ ανδ Χαριββεαν. Ιν τηε Αµαζον ρεγιον, µουνταιν βυιλδινγ ιν τηε λατε Μιοχενε ερα χρεατεδ α τρανσιεντ χλοσεδ βασιν; τριχηεχηιδσ ισολατεδ ηερε βεχαµε τηε Αµαζον µαν− ατεε (Τριχηεχηυσ ινυνγυισ). Τηε Ωεστ Ιν− διαν µανατεε (Τ. µανατυσ) ισ αππαρεντ− λψ α λιττλε−χηανγεδ δεσχενδαντ οφ χοαστ− αλ Σουτη Αµεριχαν τριχηεχηιδσ οφ τηε Πλιοχενε−Πλειστοχενε τιµε; ατ πρεσεντ ιτ χαν βε διστινγυισηεδ ιντο συβσπεχιεσ φροµ Φλοριδα ανδ τηε Αντιλλεσ. Α σιµιλαρ φορµ αλσο ρεαχηεδ Ωεστ Αφριχα βψ ωαψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΦΛΟΡΙ∆Α ΜΑΝΑΤΕΕ ανδ ηερ χαλφ λαζε ιν πλαχιδ ωατερσ. Χαλϖεσ σταψ ωιτη τηειρ µοτηερσ φορ υπ το τωο ψεαρσ, χοµµυνιχατινγ οφ τρανσοχεανιχ χυρρεντσ χοµπαρατιϖελψ ρεχεντλψ∇περηαπσ σινχε τηε λατε Πλιο− χενε∇το γιϖε ρισε το τηε Ωεστ Αφριχαν µανατεε, Τ. σενεγαλενσισ. Μανατεεσ ηαϖε ηαδ α λονγ ανδ ιντι− µατε ρελατιονσηιπ ωιτη ηυµανσ, µοστλψ ασ φοοδ. Τηεσε λαργε ανιµαλσ∇µψ χολ− λεαγυεσ ανδ Ι ονχε ωειγηεδ α Φλοριδα µανατεε ατ 3,650 πουνδσ∇ηαϖε βεεν Copyright 1994 Scientific American, Inc. βψ φαιντ σθυεακσ ανδ λεαρνινγ σεασοναλ µιγρατιον παττερνσ. Τηε τωο µαψ ρεχογνιζε εαχη οτηερ λονγ αφτερ ωεανινγ. ηυντεδ ανδ ρελισηεδ βψ µεµβερσ οφ χοασταλ ανδ ριϖερινε χυλτυρεσ τηρουγη− ουτ τηε τροπιχαλ Ατλαντιχ. Ιν Ωεστ Αφρι− χα, µανατεεσ αρε λυρεδ ιντο βοξ τραπσ ωιτη χασσαϖα, σπεαρεδ φροµ πλατφορµσ ον στιλτσ, εντανγλεδ ιν νετσ, σηοτ βψ ηαρ− ποονσ ον βαιτεδ τριγγερσ ανδ τραππεδ βψ φενχεσ ον ουτγοινγ τιδεσ. Σουτη Αµερι− χαν Ινδιανσ πλαχε λογσ αχροσσ στρεαµσ το τραπ µανατεεσ ιν ρεχεδινγ ωατερσ. Τηε χρεατυρεσ αλσο φεατυρε ιν νυµερ− ουσ συπερστιτιονσ ανδ λεγενδσ ιν νατιϖε χυλτυρεσ. Ιν Μαλι, µανατεεσ ιν τηε ριϖερ Νιγερ αρε χονσιδερεδ εϖιλ σπιριτσ; ονλψ α φεω τριβεσµεν κνοω τηε προπερ ινχαν− τατιονσ το ηυντ ανδ κιλλ α µανατεε ωιτη− ουτ δψινγ ορ γοινγ µαδ. Ωηεν α ηυντ ισ συχχεσσφυλ, χυτσ οφ µεατ αρε διστριβυτεδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 67 ΕΑΡΛΙΕΣΤ ΚΝΟΩΝ ΡΕΠΡΕΣΕΝΤΑΤΙΟΝ οφ α µανατεε, φροµ Φερ− ννδεζ δε Οϖιεδο∏σ 1535 Ηιστορψ οφ τηε Ινδιεσ, ισ βασεδ ον αχχορδινγ το σοχιαλ στατυσ. Σοµε οτηερ προτοχολσ µυστ βε φολλοωεδ, τοο. Ιφ α πρεγναντ ωοµαν εατσ χερταιν χυτσ, τηε υνβορν χηιλδ ισ βελιεϖεδ το βε ιν δαν− γερ οφ βεχοµινγ αν αδυλτ οφ λοω µοραλ χηαραχτερ. Τηε οιλσ ανδ σκιν οφ τηε µαν− ατεε αρε µαδε ιντο ρεµεδιεσ φορ ϖαριουσ αιλµεντσ, ανδ ποτιονσ αρε µαδε φροµ ιτσ ριβσ. Αχροσσ τηε Ατλαντιχ, ιν τηε ηεαδωα− τερσ οφ τηε Αµαζον ιν Εχυαδορ, α Σιονα Ινδιαν σηαµαν τολδ µψ φελλοω σχιεντιστσ ανδ µε α λεγενδ αβουτ τηε οριγιν οφ τηε Αµαζον µανατεε. Αν ανχιεντ γοδ ωασ δεχειϖεδ ανδ τραππεδ βψ α ταπιρ, ωηο χρυελλψ συβϕεχτεδ τηε γοδ το ατταχκ βψ πιρανηασ. Τηε γοδ εσχαπεδ ανδ ιν ρε− ϖενγε βανισηεδ ονε οφ τηε ταπιρ∏σ δαυγητερσ το λιϖε φορεϖερ ιν τηε ωατερ∇ ασ α µανατεε. Ινηαβιταντσ οφ τηε χοαστσ ανδ ριϖερσ οφ Χεντραλ Αµεριχα, τηε Χαριββεαν ανδ νορτηεαστερν Σουτη Αµεριχα πριζε µαν− ατεεσ ασ φοοδ ανδ ασ α σουρχε οφ µεδ− ιχινε. Γρεατ στεαλτη ανδ µαχηισµο αρε νεεδεδ το ηαρποον µανατεεσ φροµ δυγ− ουτ χανοεσ ον τηε Ορινοχο Ριϖερ. Αχ− χορδινγλψ, τηε τινψ µιδδλε−εαρ βονεσ οφ µανατεεσ αρε ωορν ασ µαγιχαλ χηαρµσ αγαινστ εϖιλ ανδ δισεασε. Τηε Πιραοα Ιν− διανσ οφ ςενεζυελα, ηοωεϖερ, ηαϖε α ταβοο ον ηυντινγ µανατεεσ ανδ ριϖερ δολπηινσ. Τηε Πιραοα τηινκ τηεψ ωιλλ διε ιφ τηεψ εατ µανατεε µεατ; τηεψ βελιεϖε τηε χρεατυρεσ το βε βεωιτχηεδ ηυµανσ ωηο δωελλ ιν υνδερωατερ χιτιεσ ατ τηε βοττοµ οφ τηε Ορινοχο. Ιν 1493 Χηριστοπηερ Χολυµβυσ ανδ ηισ χρεω βεχαµε τηε ⇒ρστ Ευροπεανσ το σεε µανατεεσ ιν τηε Νεω Ωορλδ. Τηεψ 68 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Χηριστοπηερ Χολυµβυσ∏σ δεσχριπτιον οφ τηε χρεατυρεσ. Ηισ χρεω, τηε ⇒ρστ Ευροπεανσ το σεε µανατεεσ, τοοκ τηεµ το βε µερµαιδσ. ρεπορτεδ τηε χρεατυρεσ ασ µερµαιδσ. Ιν τηε δεχαδεσ τηατ φολλοωεδ, Ευροπεανσ αχθυιρεδ α χλοσερ αχθυαιντανχε ωιτη µανατεεσ. Ινδιανσ υσεδ µανατεε ηιδεσ ασ σηιελδσ αγαινστ Σπανιση εξπλορερσ αρµεδ ωιτη χροσσβοωσ. Ιν τηε λατε 1600σ Ωιλλιαµ ∆αµπιερ, τηε Ενγλιση βυχχανεερ, φεδ ηισ χρεωσ ωιτη βοατλοαδσ οφ µανα− τεε µεατ φροµ Παναµα, συππλιεδ βψ Μισκιτο Ινδιανσ. Λατερ, µανατεεσ ωερε εξπλοιτεδ χοµ− µερχιαλλψ, βοτη ασ βυση µεατ φορ λαβορ− ερσ ατ Σουτη Αµεριχαν φροντιερ ποστσ ανδ ιν προχεσσεδ φορµ φορ ρεσαλε ιν δισ− ταντ µαρκετσ. Σηιπλοαδσ ωερε εξπορτεδ το τηε Ωεστ Ινδιεσ φροµ Γυψανα, Συρι− ναµε ανδ Βραζιλ ιν τηε 17τη ανδ 18τη χεντυριεσ. Εξπορτσ ενδεδ ωιτη τηε χλοσε οφ τηε 19τη χεντυρψ, ωηεν µανατεε ποπ− υλατιονσ ηαδ βεχοµε γρεατλψ ρεδυχεδ. Λεγαλ τραδε ιν Αµαζον µανατεεσ χον− τινυεδ ιν Βραζιλ υντιλ 1973. Περηαπσ ασ µανψ ασ 7,000 ωερε κιλλεδ ιν πεακ ψεαρσ οφ τηε λατε 1950σ. Τηε ενδ οφ χοµµερχιαλ εξπλοιτατιον χοινχιδεδ ωιτη τηε ρισε οφ οτηερ τηρεατσ το τηε συρϖιϖαλ οφ µανατεεσ. Βψ τηε 1970σ ιτ βεχαµε χλεαρ τηατ ινχρεασινγ νυµβερσ ωερε δψινγ ιν αχχιδεντσ ανδ ιν ενχουντερσ ωιτη µαν−µαδε αρτιφαχτσ. Ινεξπενσιϖε σψντηετιχ γιλλ νετσ τηατ βε− χαµε ωιδεσπρεαδ ιν τροπιχαλ ⇒σηεριεσ ινχιδενταλλψ εντανγλεδ ανδ συ⇑οχατεδ µανατεεσ. Ριϖερσ ανδ εστυαριεσ βεχαµε πολλυτεδ ανδ τυρβιδ βεχαυσε οφ δεφορ− εστατιον ανδ εροσιον, βλοχκινγ τηε λιγητ νεεδεδ βψ αθυατιχ πλαντσ. Μανατεε ηαβ− ιτατσ βεχαµε ενδανγερεδ, εσπεχιαλλψ ιν αρεασ ωηερε ηυµανσ αρε πλεντιφυλ. Αν εστιµατεδ 800 το 1,000 πεοπλε µοϖε το Φλοριδα εϖερψ δαψ; µανψ νεωχοµερσ σεττλε ιν χοασταλ αρεασ, ωηερε ωετλανδσ αρε δραινεδ ανδ ρεπλαχεδ βψ ηουσινγ∇ χοµπλετε ωιτη χαναλσ ανδ βοατ δοχκσ. Ωατερ θυαλιτψ ηασ δροππεδ; ιν Ταµπα Βαψ, 80 περχεντ οφ τηε σεα−γρασσ βεδσ ηαϖε ϖανισηεδ οϖερ ρεχεντ δεχαδεσ. Ιν Φλοριδα, βοατ προπελλερσ ιν⇓ιχτεδ γρυε− σοµε ωουνδσ. ∆εατησ οφ µανατεεσ αχ− χιδενταλλψ χαυσεδ βψ ηυµανσ δουβλεδ δυρινγ τηε 1980σ, ασ τηε νυµβερ οφ ρεγιστερεδ βοατσ πλψινγ τηε ωατερσ αλσο γρεω δραµατιχαλλψ. Χ λεαρλψ, τηε µανατεε νεεδεδ προ− τεχτιον, ορ ελσε ιτ ωουλδ ραπιδλψ βεχοµε λεγενδ αλονε. Σο λιττλε ωασ κνοων αβουτ ιτσ ηαβιτσ ανδ ηαβι− τατ, ηοωεϖερ, τηατ ιτ ωασ δι⇔χυλτ το φορ− µυλατε πλανσ το σαϖε τηε µανατεε. Τηεν, ιν τηε 1970σ, τηε Μαρινε Μαµµαλ Προ− τεχτιον Αχτ ανδ τηε Ενδανγερεδ Σπεχιεσ Αχτ ινιτιατεδ α σπυρτ οφ ρεσεαρχη, χον− χεντρατεδ ιν Φλοριδα. Βιολογιστσ βεγαν, φορ ονε τηινγ, το δισσεχτ σψστεµατιχαλλψ χαρχασσεσ χαστ ον τηε βεαχη. Τηε δισσεχτιονσ αυγµεντεδ εαρλιερ κνοωλεδγε αβουτ τηε ανατοµψ οφ µανατεεσ. Ιν αδδιτιον το ρεπλαχινγ τηειρ τεετη χονσταντλψ, µανατεεσ ηαϖε εϖολϖεδ οτηερ φεατυρεσ ηελπφυλ το τηειρ αθυατιχ λιφεστψλε. Α µανατεε∏σ λυνγσ ηαϖε σινγλε λοβεσ ανδ λιε αβοϖε τηε αβδοµιναλ χαϖιτψ∇ αλονγ τηε βαχκ∇εναβλινγ τηε χρεατυρε το ρεµαιν ηοριζονταλ υνδερ ωατερ. Ιτσ γαστροιντεστιναλ τραχτ ισ λονγ, ανδ τηε ανιµαλ διγεστσ φοοδ ιν τηε ηινδγυτ. Τηερε ισ αλσο α χαρδιαχ γλανδ ιν α πουχη ο⇑ τηε στοµαχη. Τηε γλανδ χον− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ταινσ σπεχιαλιζεδ σεχρετορψ χελλσ, ανδ τηε πουχη προτεχτσ τηεµ φροµ τηε αβρα− σιϖε διετ. Τηε ανιµαλ∏σ ηεαϖψ, δενσε βονεσ λαχκ µαρροω; τηεψ ηελπ το κεεπ τηε µανατεε συβµεργεδ. Ονλψ τηε βαχκβονε χονταινσ σοµε µαρροω φορ προδυχινγ ρεδ βλοοδ χελλσ. Τηε ανιµαλ χαν αδϕυστ ιτσ δεπτη βψ χηανγινγ τηε ϖολυµε οφ ιτσ λυνγσ. Ιτσ λιπσ αρε λαργε, στυδδεδ ωιτη βριστλεσ, ανδ πρεηενσιλε∇φορµινγ α κινδ οφ αββρεϖι− ατεδ τρυνκ. Τηε λονγ, παδδλελικε ⇓ιπ− περσ αρε υσεδ το µανιπυλατε φοοδ ανδ το ωαλκ στεαλτηιλψ αλονγ τηε βοττοµ. Χουντσ οφ γροωτη λαψερσ ιν εαρ βονεσ συγγεστ τηατ τηε µανατεε∏σ νορµαλ λιφε− σπαν ισ αβουτ 60 ψεαρσ. Βψ εξαµινινγ τηε στοµαχη χοντεντσ οφ µανατεεσ, Χατηερινε Α. Βεχκ ανδ ηερ χολλεαγυεσ ατ τηε Νατιοναλ Βιολογιχαλ Συρϖεψ ιν Γαινεσϖιλλε, Φλα., ηαϖε φουνδ τηατ τηε διετ ηασ µυχη ϖαριετψ. Φορ ιν− στανχε, µανατεεσ εατ µοστ λοχαλ αθυατιχ πλαντσ, ασ ωελλ ασ αχορνσ φροµ οϖερ− ηανγινγ οακ τρεεσ. Υνφορτυνατελψ, τηειρ στοµαχησ αλσο ινχλυδε ρεφυσε, συχη ασ πλαστιχσ, χονδοµσ, ⇒σηινγ λινε ανδ στεελ ηοοκσ∇σοµε οφ ωηιχη ηαϖε λεδ το τηειρ δεατη. Αλσο ιν τηε 1970σ βιολογιστσ βεγαν το στυδψ λιϖε, χαπτιϖε µανατεεσ, τηερεβψ υνχοϖερινγ σοµε ιντριγυινγ φαχτσ αβουτ τηε ρατε ατ ωηιχη τηε ανιµαλσ χονσυµε ενεργψ. Τηε µεταβολιχ ρατε ισ ρελατεδ το τηε αµουντ οφ οξψγεν α µαµµαλ χον− συµεσ περ υνιτ τιµε διϖιδεδ βψ ιτσ βοδψ ωειγητ. Μοστ σπεχιεσ χονσυµε ενεργψ ατ ρατεσ τηατ δεπενδ ον τηειρ σιζε. Φορ εξ− αµπλε, σµαλλ µαµµαλσ ηαϖε α λαργε συρ− φαχε αρεα φορ τηειρ ωειγητ. Βεχαυσε ηεατ ισ λοστ τηρουγη τηε συρφαχε ανδ µαµ− µαλσ ηαϖε το εξπενδ ενεργψ το µαινταιν α χονσταντ βοδψ τεµπερατυρε, σµαλλερ µαµµαλσ υσε µορε ενεργψ ρελατιϖε το τηειρ σιζε ανδ ηαϖε ηιγηερ µεταβολιχ ρατεσ. Ον α µουσε−το−ελεπηαντ χυρϖε οφ µεταβολιχ ρατεσ φορ µαµµαλσ οφ δι⇑ερ− εντ ωειγητσ, µοστ κινδσ οφ µαρινε µαµ− µαλσ φαλλ ωηερε τηεψ σηουλδ∇γοινγ βψ τηειρ ρεσπεχτιϖε σιζεσ. Βυτ Βλαιρ Ιρϖινε οφ τηε Υ.Σ. Φιση ανδ Ωιλδλιφε Σερϖιχε ανδ Χ. ϑαµεσ Γαλλιϖαν ανδ τηε λατε Ροβιν Χ. Βεστ οφ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε φορ Αµα− ζον Ρεσεαρχη ιν Βραζιλ φουνδ τηατ µαν− ατεεσ δεϖιατε σηαρπλψ φροµ τηισ παττερν. Αµαζον µανατεεσ µεταβολιζε ενεργψ ατ ονλψ 36 περχεντ οφ τηε ρατε εξπεχτεδ φορ µαµµαλσ οφ τηειρ σιζε; ιν Φλοριδα, µανατεεσ χοµε ιν ατ α µερε 15 το 22 περχεντ οφ τηε πρεδιχτεδ ϖαλυεσ. Ωηατ αρε τηε ραµι⇒χατιονσ οφ συχη λοω µεταβολιχ ρατεσ? Ονε οφ τηε µοστ αστουνδινγ ισ τηε χαπαχιτψ τηατ τηε Αµα− ζον µανατεε ηασ φορ προλονγεδ φαστινγ. Ασ ιν εαρλιερ δαψσ οφ σιρενιαν εϖολυτιον, σεασοναλ ⇓οοδινγ ιν τηε υππερ Αµαζον γιϖεσ ρισε το λαργε ⇓οατινγ µεαδοωσ οφ γρασσεσ ανδ οτηερ ϖεγετατιον. Αµαζον µανατεεσ σωιµ τηρουγη τηε τρεετοπσ οφ τηε ⇓οοδεδ φορεστσ ιν τιµεσ οφ πλεντψ, βυτ δυρινγ τηε δρψ σεασον τηεψ χαν βε− χοµε ισολατεδ φορ µοντησ ιν λακεσ ανδ ποολσ δεϖοιδ οφ ϖεγετατιον [σεε Φλοοδ− εδ Φορεστσ οφ τηε Αµαζον, βψ Μιχηαελ Γουλδινγ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1993]. Λικε µαµµαλσ οφ χολδερ ζονεσ πρεπαρινγ φορ ωιντερ δορµανχψ, τηε χρεατυρεσ πυτ ον λαργε θυαντιτιεσ οφ φατ δυρινγ τηε ⇓οοδ σεασον, ωηιχη αλλοωσ τηεµ το συρϖιϖε τηε λεαν τιµεσ οφ τηε δρψ σεασον. Βεστ χαλχυλατεδ τηατ Αµα− ζον µανατεεσ χαν γο ωιτηουτ φεεδινγ φορ αλµοστ σεϖεν µοντησ βψ συβσιστινγ ον στορεδ φατ ανδ βψ εξπενδινγ ενεργψ ατ τηειρ χυστοµαριλψ λοω µεταβολιχ ρατεσ. Ωε δο νοτ κνοω ιφ τηερε ισ α σιµιλαρ λινκ βετωεεν µεταβολισµ, φαττενινγ ανδ σεασοναλ φαστινγ φορ οτηερ σπεχιεσ οφ µανατεεσ. Βυτ τηε ιν⇓υενχε οφ λοω µετ− αβολιχ ρατεσ ον τηε διστριβυτιον οφ Φλορ− ιδα µανατεεσ ισ ωελλ κνοων. Τηε ανι− µαλσ δο νοτ λιϖε νορτη οφ Φλοριδα ορ Γεοργια ον α ψεαρ−ρουνδ βασισ. Υναβλε το µεταβολιζε ενεργψ φαστ ενουγη το χουντερ ηεατ λοστ το χοολ συρρουνδινγ ωατερσ, µανατεεσ προβαβλψ χαννοτ εξ− πανδ βεψονδ συβτροπιχαλ χλιµεσ. Νεαρ− λψ αλλ σιρενιανσ τηρουγηουτ γεολογιχ τιµε ηαϖε λιϖεδ ιν ωαρµ ρεγιονσ. Αλµοστ εϖερψ ψεαρ, ηοωεϖερ, µανατεεσ αρε σιγητεδ νορτη οφ τηειρ τψπιχαλ ρανγε. Τηεσε συµµερ ωανδερερσ ρετυρν σουτη ιν αυτυµν ορ διε ανδ ωαση ασηορε ιν ςιργινια ορ τηε Χαρολινασ λατερ ιν ωιντερ. Τηε χαρχασσεσ αρε µαρκεδ βψ αν αβ− σενχε οφ φατ δεποσιτσ ανδ οτηερ σιγνσ οφ λονγ−τερµ εξποσυρε το χολδ. Ωανδερερσ ηαϖε βεεν ϖερι⇒εδ ασ φαρ νορτη ασ τηε ΑΝΑΤΟΜΙΧΑΛ ∆ΡΑΩΙΝΓ οφ α µανατεε ρεϖεαλσ σεϖεραλ αδαπτατιονσ το λιφε ασ αν αθυατιχ γραζερ. Λυνγσ λψινγ αλονγ τηε βαχκ ηελπ το κεεπ τηε ανιµαλ ηοριζονταλ υν− δερ ωατερ. Φλιππερσ ανδ α πρεηενσιλε υππερ λιπ αρε υσεδ το µανιπυλατε φοοδ. Νεω τεετη (ριγητ ) αρε χονσταντλψ γενερατεδ ατ τηε ρεαρ οφ εαχη τοοτη ροω ανδ µοϖε φορ− ωαρδ. Εϖεντυαλλψ, τεετη ωορν ουτ βψ χηεωινγ αβρασιϖε γρασσεσ δροπ ουτ. Τηε φοοδ ισ διγεστεδ ασ ιτ πασσεσ τηρουγη τηε λονγ ηινδγυτ (χεχυµ το ανυσ) φορ σεϖεραλ δαψσ. TOOTH LOSS ESOPHAGUS TRACHEA NEW TEETH HEMIDIAPHRAGM LIVER LUNGS KIDNEYS HEART ANUS STOMACH DUODENUM CECUM INTESTINES COLON NAILS Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 69 Σατελλιτε Τραχκινγ Τ NOAA SATELLITE he travels of Florida manatees are monitored by satellite telemetry. A floating platform-transmitter terminal is attached to a belt on a manatee. The belt falls off after a few months. The inset shows the belt buckle; the swivel minimizes drag, while the joiner frees the manatee if the tether snags. The terminal emits signals at an ultrahigh frequency. The transmissions—encoding the identity of a manatee, the water temperature and the angle at which the platform is tipped— are received by a passing satellite of the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration. Equipment on board the satellite calculates the transmitter’s position and relays all the information to stations on the earth. Data next pass through telecommunications satellites to processing centers and then via telephone links to personal computers at biologists’ desks. BUCKLE AND SWIVEL TELECOMMUNICATIONS SATELLITE BELT PROCESSING CENTER TIGHTENING STRAP DATA TRANSFER JOINER CHAIN-LINK CONNECTOR PLATFORMTRANSMITTER TERMINAL USER MANATEE λοωερ Ποτοµαχ; Ι στρονγλψ συσπεχτ τηατ τηε Χηεσσιε σεα µονστερσ οφ Χηεσα− πεακε Βαψ ιν τηε 1970σ ανδ 1980σ ωερε ερραντ Φλοριδα µανατεεσ. Εϖεν ιν Φλοριδα, µανατεεσ ⇒νδ ωιντερ τεµπερατυρεσ στρεσσφυλ. Τηεψ ρεσπονδ βψ µιγρατινγ το τηε σουτηερν τηιρδ οφ τηε πενινσυλα ορ το λοχαλ σουρχεσ οφ ωαρµερ ωατερ. Τηεσε ινχλυδε αρτεσιαν σπρινγσ, συχη ασ Χρψσταλ Ριϖερ ον τηε Γυλφ Χοαστ, ανδ ε⇐υεντσ οφ πυλπ µιλλσ ανδ ελεχτριχ ποωερ πλαντσ. Ον τηε χολδ− εστ δαψσ, 300 ορ σο ανιµαλσ αγγρεγατε ατ σεϖεραλ οφ τηεσε σιτεσ. Φορ µανψ ψεαρσ, ωιντερ αγγρεγατιονσ γαϖε βιολογιστσ τηε ονλψ ωινδοω ιντο τηε λιϖεσ οφ µανατεεσ ιν τηε ωιλδ. Ι ν τηε εαρλψ 1950σ ϑοσεπη Χ. Μοορε οφ Εϖεργλαδεσ Νατιοναλ Παρκ νοτεδ τηατ ινδιϖιδυαλ µανατεεσ χαν βε δισ− τινγυισηεδ βψ βοατ−προπελλερ σχαρσ; ηε ωασ τηυσ αβλε το µακε σοµε βασιχ βε− ηαϖιοραλ οβσερϖατιονσ. Ηισ ινιτιαλ στυδψ 70 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ωασ φολλοωεδ ιν τηε 1960σ βψ ∆ανιελ Ηαρτµαν, τηεν α γραδυατε στυδεντ ατ Χορνελλ Υνιϖερσιτψ. Ηαρτµαν τραχκεδ ιν− διϖιδυαλ φεµαλεσ ανδ τηειρ ο⇑σπρινγ ατ Χρψσταλ Ριϖερ. Χυρρεντλψ τηε Νατιοναλ Βι− ολογιχαλ Συρϖεψ µαινταινσ α χοµπυτερ− βασεδ σχαρ−παττερν χαταλογυε ιδεντιφψ− ινγ ηυνδρεδσ οφ Φλοριδα µανατεεσ φροµ σιτεσ τηρουγηουτ τηειρ ρανγε. ∆οζενσ οφ ωιλδ φεµαλεσ ηαϖε νοω βεεν οβσερϖεδ φορ µορε τηαν α δεχαδε∇ σοµε φορ 20 το 25 ψεαρσ∇γιϖινγ υσ ιν− σιγητ ιντο τηειρ ρεπροδυχτιϖε χψχλε. Α φεµαλε ατταινσ σεξυαλ µατυριτψ ασ ψουνγ ασ τηρεε ψεαρσ οφ αγε ανδ χοντινυεσ το ρεπροδυχε φορ µορε τηαν 20 ψεαρσ. Ονε χαλφ ισ βορν εϖερψ τωο το τηρεε ψεαρσ; τηερε αρε οχχασιοναλλψ εϖεν τωινσ. Σοχιαλ ιντεραχτιονσ σεεµ το ρεϖολϖε αρουνδ ρεπροδυχτιον. Μανατεεσ αρε βα− σιχαλλψ σολιταρψ ανιµαλσ, βυτ ωηεν α φε− µαλε ισ ιν εστρυσ, σηε ισ πυρσυεδ βψ α ηερδ οφ σιξ το 20 ϕοστλινγ ανδ ωρεστλινγ µαλεσ. Αβουτ α ψεαρ αφτερ µατινγ, απ− παρεντλψ ωιτη σεϖεραλ µαλεσ, τηε φεµαλε σελεχτσ α σεχλυδεδ αρεα φορ βιρτηινγ. Μοτηερ ανδ χαλφ σταψ τογετηερ ασ α νυρσ− ινγ παιρ φορ ατ λεαστ α ψεαρ, µαινταινινγ χονταχτ βψ φαιντ, σθυεακψ ϖοχαλιζατιονσ. Α φεω φεµαλεσ ανδ τηειρ χαλϖεσ ηαϖε βεεν σεεν τογετηερ φορ υπ το α ψεαρ αφ− τερ ωεανινγ ανδ περηαπσ χοντινυε το ρεχογνιζε ονε ανοτηερ φορ µυχη λονγερ. Σοµετιµεσ νυρσινγ φεµαλεσ ωιλλ αδοπτ ανδ συχκλε χαλϖεσ τηατ αρε νοτ τηειρ οων. Μανατεεσ ωιλλ οχχασιοναλλψ σοχιαλιζε ιν τρανσιεντ γρουπσ, ωηιχη ινδιϖιδυαλσ ϕοιν ανδ λεαϖε σεεµινγλψ ατ ρανδοµ. Ιν 1978 σπεεδ ζονεσ φορ βοατσ ωερε εσταβλισηεδ ατ ωιντερ αγγρεγατιον σιτεσ. Στιλλ, µανατεεσ ανδ βοατσ χοντινυεδ το χολλιδε ατ οτηερ τιµεσ ανδ πλαχεσ. Ιφ τηεψ ωερε το προτεχτ τηε χρεατυρεσ ιν τηειρ διϖερσε ηαβιτατσ, πολιχψµακερσ νεεδεδ το κνοω µορε αβουτ τηε διστριβυτιον ανδ µιγρατιον παττερνσ οφ µανατεεσ. Ιν τηε 1980σ αδϖανχεσ ιν ραδιοτελεµετρψ προϖιδεδ α µεανσ οφ οβσερϖινγ µανα− Copyright 1994 Scientific American, Inc. τεεσ ιν τηειρ τραϖελσ οϖερ λονγ διστανχεσ. Μανατεεσ ιν τηε ωατερσ οφ Βραζιλ ανδ Φλοριδα ωερε ⇒ρστ το βε τραχκεδ βψ ρα− διο ιν τηε 1970σ. Ινϖεστιγατορσ ατταχηεδ α τρανσµιττερ το α βελτ∇δεσιγνεδ το χορροδε ανδ φαλλ ο⇑ αφτερ τηε στυδψ∇ αρουνδ τηε χονστριχτιον βετωεεν α µαν− ατεε∏σ βοδψ ανδ ιτσ σπατυλατε ταιλ. Τηε τεχηνιθυε ωασ νοτ, ηοωεϖερ, υσεφυλ ιν χοασταλ ηαβιτατσ, ωηερε σαλτωατερ ιµ− πεδεσ τηε πασσαγε οφ ραδιο ωαϖεσ. Σο µψ χολλεαγυεσ Γαλεν Β. Ρατηβυν, ϑαµεσ Π. Ρειδ ανδ ϑαµεσ Α. Ποωελλ δε− σιγνεδ α ⇓οατινγ τρανσµιττερ ατταχηεδ το τηε βελτ βψ α τωο−µετερ−λονγ ⇓εξιβλε νψλον τετηερ. Τηε τετηερ ωασ εθυιππεδ ωιτη σωιϖελσ το µινιµιζε δραγ ανδ ωιτη βρεακαωαψ λινκσ το πρεϖεντ τηε µανα− τεε φροµ γεττινγ τραππεδ σηουλδ τηε τετηερ σναγ. Τηε δεϖιχε πυτ τηε αντεννα ιν τηε αιρ δυρινγ µοστ µανατεε αχτιϖι− τιεσ ιν σηαλλοω ωατερσ. Ωε χουλδ λοχατε ανιµαλσ ασ φαρ ασ 20 το 30 µιλεσ αωαψ φροµ λιγητ αιρχραφτ ανδ ⇒ϖε το 10 µιλεσ αωαψ φροµ βοατσ ορ σηορε. Σοον ωε ωερε αβλε το τακε τηε ⇓οατ− ινγ−τρανσµιττερ χονχεπτ α στεπ φυρτηερ. Βρυχε Ματε οφ Ορεγον Στατε Υνιϖερσιτψ ηαδ βεεν τρψινγ το τραχκ γρεατ ωηαλεσ ιν τηε οπεν οχεαν. Ηε σολϖεδ τηισ τρεµεν− δουσ λογιστιχαλ προβλεµ βψ ατταχηινγ το τηε ωηαλεσ πλατφορµ−τρανσµιττερ τερ− µιναλσ µονιτορεδ βψ σατελλιτεσ. Τηεσε τρανσµιττερσ, υσεδ το τραχκ ωεατηερ βαλ− λοονσ ανδ ϖεσσελσ ατ σεα, εµιτ υλτραηιγη− φρεθυενχψ σιγναλσ. Σατελλιτεσ ρεχειϖε τηε σιγναλσ ανδ πασσ ον τηε ενχοδεδ ινφορ− µατιον το προχεσσινγ χεντερσ ον τηε εαρτη. Φροµ τηε χεντερσ ιτ τραϖελσ ϖια τελεπηονε λινκσ το περσοναλ χοµπυτερσ. Ωιτηιν ηουρσ ορ λεσσ οφ τηε λαστ πασσ οφ α σατελλιτε οϖερ α τρανσµιττερ, α σχιεντιστ χαν κνοω α ωηαλε∏σ λοχατιον. Ιν 1985 Ρατηβυν, Ματε ανδ Ρειδ ρε− λεασεδ α µανατεε ωιτη α ⇓οατινγ σατελ− λιτε τρανσµιττερ ο⇑ Φλοριδα∏σ Γυλφ Χοαστ. Ιτσ σιγναλσ ωερε ρεχειϖεδ βψ σατελλιτεσ οφ τηε Νατιοναλ Οχεανιχ ανδ Ατµοσπηεριχ Αδµινιστρατιον. Σινχε τηεν, ωε ηαϖε τραχκεδ µορε τηαν 100 µανατεεσ ωιτη τετηερεδ τρανσµιττερσ, µοστ βψ σατελλιτε. Τηε τεχηνιθυε ηασ βεεν αδοπτεδ βψ τηε Φλοριδα ∆επαρτµεντ οφ Ενϖιρονµενταλ Προτεχτιον, ισ βεινγ υσεδ ιν Πυερτο Ριχο ανδ ηασ βεεν αππλιεδ το δυγονγσ ιν Αυστραλια. Τηε σατελλιτε λινκ ρεϖεαλσ α µανατεε∏σ λοχατιον (ωιτηιν 100 µετερσ), τηε ωα− τερ∏σ τεµπερατυρε ανδ τηε νυµβερ οφ τιµεσ τηε τρανσµιττερ ισ τιππεδ∇γιϖινγ χλυεσ αβουτ τηε ανιµαλ∏σ αχτιϖιτψ. Ιν Φλορ− ιδα, τηισ ινφορµατιον ισ χορρελατεδ ωιτη µαπσ οφ σεα−γρασσ βεδσ, ωαρµ ωατερσ ανδ οτηερ µανατεε ρεσουρχεσ ατ τηε Μα− ρινε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ τηε Φλοριδα ∆επαρτµεντ οφ Ενϖιρονµενταλ Προτεχ− τιον ιν Στ. Πετερσβυργ. Εαρλιερ, ιτ ωασ βε− λιεϖεδ Φλοριδα µανατεεσ µοϖεδ σλοωλψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΩΑΤΕΡ ΗΨΑΧΙΝΤΗ, α ⇓οατινγ πλαντ, ισ ηελδ δοων ωιτη α ⇓ιππερ ανδ στριππεδ οφ ιτσ βροαδ λεαϖεσ βψ α Φλοριδα µανατεε ιν τηε Χρψσταλ Ριϖερ Νατιοναλ Ωιλδλιφε Ρεφυγε. 1 2 1 West Indian manatee 2 West African manatee 3 Amazon manatee 3 ΤΗΡΕΕ ΣΠΕΧΙΕΣ ΟΦ ΜΑΝΑΤΕΕΣ νοω λιϖε ιν τροπιχαλ ανδ συβτροπιχαλ ωατερσ. Τηε Ωεστ Ινδιαν µανατεε, σηοων ωιτη αλγαε ον ιτσ βαχκ, µοστ χλοσελψ ρεσεµβλεσ τηε εαρλιεστ τριχηεχηιδ. Τηε Αφριχαν µανατεε ισ δεσχενδεδ φροµ δισπερσεδ Ωεστ Ινδιαν µανα− τεεσ. Τηε Αµαζον σπεχιεσ φεεδσ ον γρασσεσ ανδ ηασ τηε µοστ χοµπλεξ δεντιτιον. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 71 800 60 DEATHS VESSELS 700 40 30 600 20 500 VESSELS (THOUSANDS) DEATHS FROM BOAT STRIKES 50 10 0 1976 400 1980 1984 1988 YEAR 1992 SOURCE: Florida Department of Environmental Protection ΒΟΑΤ−ΚΙΛΛΕ∆ ΜΑΝΑΤΕΕ δισπλαψσ σλασηεσ ιν⇓ιχτεδ βψ α προπελλερ. Τηε γραπη δε− ταιλσ τηε ινχρεασε ιν τηε νυµβερ οφ βοατσ ρεγιστερεδ ιν Φλοριδα ανδ ιν τηε νυµβερ οφ µανατεεσ κιλλεδ βψ βοατσ σινχε τηε µιδ−1970σ. Τηε χορρελατιον, ωηιλε νοτ προϖινγ α χαυσε−ανδ−ε⇑εχτ ρελατιονσηιπ, ισ ηιγηλψ συγγεστιϖε. Τηε ρισε ιν τηε νυµβερ οφ βοατσ αλσο ινδιχατεσ τηατ τηειρ υσε φορ ρεχρεατιον ισ ινχρεασινγ. Χονσεθυεντλψ, σο ισ τηειρ δεστρυχτιϖε ε⇑εχτ ον τηε µανατεε ηαβιτατ. ανδ ωερε εσσεντιαλλψ νοµαδιχ. Νοω ωε κνοω τηεψ χαν τραϖελ φαιρλψ φαστ∇σοµε− τιµεσ 50 κιλοµετερσ α δαψ∇ανδ τηειρ σεασοναλ µοϖεµεντσ χαν βε θυιτε δι− ρεχτεδ. Σοµε φεµαλεσ, φορ ινστανχε, ωιλλ οφτεν γραζε ιν ρουγηλψ τηε σαµε αρεασ εϖερψ συµµερ ανδ ηεαδ φορ τηε σαµε ηοτ σποτσ εϖερψ ωιντερ. Ο⇑σπρινγ αππεαρ το λεαρν τηε µοτηερ∏σ µιγρατιον παττερνσ. Γενεραλλψ, τηουγη, µανατεεσ αρε ⇓εξ− ιβλε ιν τηε κινδσ οφ ηαβιτατσ τηεψ οχχυ− πψ. Ωε ηαϖε τραχκεδ ινδιϖιδυαλσ φροµ σουτηερν Γεοργια ανδ νορτηεαστερν Φλορ− ιδα∇ωηερε τηε πριµαρψ φοραγε ισ σαλτ− µαρση γρασσ αϖαιλαβλε ονλψ ον βανκσ ατ ηιγη τιδε∇τραϖελινγ ιν λεσσ τηαν ⇒ϖε δαψσ το τηε Μερριττ Ισλανδ Νατιοναλ Ωιλδ− λιφε Ρεφυγε, ωηερε τηεψ φεεδ αλµοστ εξ− χλυσιϖελψ ον συβµεργεδ, ροοτεδ µαρινε ανγιοσπερµσ. Αφτερ λινγερινγ ιν τηισ ρε− γιον, ριχη ιν χλασσιχ Φλοριδα ωιλδλιφε συχη ασ ωαδινγ βιρδσ, σεα τυρτλεσ, βοττλε− νοσεδ δολπηινσ ανδ αλλιγατορσ∇ωηιχη σοµετιµεσ σειζε ανδ δεταχη τηε τραιλ− ινγ τρανσµιττερσ∇τηε σαµε µανατεεσ µαψ χοντινυε σουτηωαρδ, αρριϖινγ ιν τηε υρβαν ενϖιρονσ οφ Φορτ Λαυδερδαλε ανδ Μιαµι φορ τηε χολδεστ ωεεκσ οφ τηε ψεαρ. Ι νχρεασεδ κνοωλεδγε αβουτ τηε αδαπταβιλιτψ οφ µανατεεσ το διϖερσε ηαβιτατσ ανδ αβουτ τηειρ ρατε οφ ρε− προδυχτιον ηασ µαδε υσ γυαρδεδλψ οπ− τιµιστιχ αβουτ τηε συρϖιϖαλ οφ µανατεεσ ιν Φλοριδα∇ονχε τηεψ αρε αδεθυατελψ προτεχτεδ. Αδµινιστρατιϖε ε⇑ορτσ βψ τηε στατε οφ Φλοριδα, τηε Υ.Σ. Φιση ανδ Ωιλδ− λιφε Σερϖιχε ανδ λοχαλ γοϖερνµεντσ το 72 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ρεδυχε αχχιδεντσ ηαϖε α ηιγη ποτεντιαλ φορ παψινγ ο⇑. Ωε ηαϖε χοµβινεδ τηε ρεσιγητινγ ηιστοριεσ οφ µανατεεσ ιν τηε σχαρ−παττερν χαταλογυε ωιτη ρεχεντ στα− τιστιχαλ τηεοριεσ το εστιµατε τηε ψεαρ−το− ψεαρ συρϖιϖαλ ρατε οφ αδυλτ µανατεεσ. Χηανχεσ οφ συρϖιϖαλ αρε γοοδ ιν αρεασ ωιτη σολιδ ηιστοριεσ οφ προτεχτιον, λικε Χρψσταλ Ριϖερ. Τηε ποπυλατιον τηερε ηασ γροων φροµ αβουτ 60 ανιµαλσ σοµε 20 ψεαρσ αγο το νεαρλψ 300 νοω. Ιν Φλοριδα ασ α ωηολε, 1,856 ηαϖε βεεν χουντεδ βψ αιρ ιν ωιντερ. Ωε δο νοτ κνοω ηοω µανψ µανατεεσ ωερε µισσεδ ιν τηεσε χουντσ. Αλτηουγη τηε γενεραλ παττερν φροµ τηε 1970σ τηρουγη τηε 1980σ ποιντεδ το αν ιν− χρεασε ιν µανατεεσ ιν σεϖεραλ ρεγιονσ οφ Φλοριδα, τρενδσ ιν µοστ ρεχεντ ψεαρσ λεαϖε δουβτ αβουτ ωηετηερ τηε ποπυλα− τιον ισ γροωινγ ατ αλλ. Αλονγ ωιτη λοωερ εστιµατεσ οφ συρϖιϖαλ ιν λεσσ προτεχτεδ ρεγιονσ ( φροµ ουρ µατηεµατιχαλ µοδ− ελσ) ανδ µορε µανατεεσ βεινγ φουνδ δεαδ φροµ ηυµαν αχτιϖιτιεσ, υνχερταιν− τιεσ ιν τηε ρεχεντ ποπυλατιον δατα χαλλ φορ χοντινυεδ ε⇑ορτσ φορ χονσερϖατιον φοχυσεδ ον σοµε κεψ αρεασ οφ Φλοριδα. Σηουλδ συχη ε⇑ορτσ µαινταιν τηειρ µο− µεντυµ∇ανδ βαρρινγ υνφορεσεεν χα− ταστροπηεσ∇τηε Φλοριδα µανατεε χουλδ βεχοµε α ραρε συχχεσσ στορψ φορ ενδαν− γερεδ σπεχιεσ. Υλτιµατελψ ωηατ ωιλλ σαϖε τηεσε χρεα− τυρεσ ισ α σψµπατηετιχ πυβλιχ. Ιν τηισ ρε− γαρδ, τηερε ηασ βεεν σοµε γενυινε προγ− ρεσσ. Μανατεεσ ηαϖε βεχοµε εξτρεµελψ ποπυλαρ. Φορ εξαµπλε, ωαλκινγ ιντο µψ δαυγητερ∏σ ελεµενταρψ σχηοολ χλασσροοµ, Ι ωασ πλεασαντλψ συρπρισεδ το σεε∇ιν τηε περµανεντ αλπηαβετ δισπλαψεδ αβοϖε τηε βλαχκβοαρδ∇αλονγ ωιτη Α φορ απ− πλε, Μ φορ µανατεε. Ιντερνατιοναλλψ, τηε σιτυατιον ισ λεσσ ενχουραγινγ. Αλτηουγη µοστ οφ τηε 40 το 45 νατιονσ ιν ωηιχη µανατεεσ λιϖε οφ− φερ τηεµ λεγαλ προτεχτιον, τηε λαωσ αρε νοτ ωελλ ενφορχεδ. Αλσο, φεω αττεµπτσ ηαϖε βεεν µαδε (ουτσιδε οφ Φλοριδα ) το προτεχτ τηειρ ηαβιτατ. Γυατεµαλα χρεατ− εδ τηε ωορλδ∏σ ⇒ρστ µανατεε ρεσερϖε σοµε 30 ψεαρσ αγο. Τηε σεχρετιϖε ανι− µαλσ αρε ραρελψ γλιµπσεδ τηερε, βυτ τηε ρεσερϖε ισ στιλλ µαινταινεδ. Αλονγ τηε χοαστ οφ Παναµα, ωηερε ∆αµπιερ προϖι− σιονεδ ηισ χρεωσ χεντυριεσ αγο, µεαγερ νυµβερσ οφ µανατεεσ περσιστ ιν ριϖερσ οφ τηε Βοχασ δελ Τορο ρεγιον, ανδ Πανα− µανιαν χονσερϖατιον γρουπσ αρε ωορκ− ινγ ον τηειρ βεηαλφ. Ιτ ωιλλ βε αν υπηιλλ βαττλε. Βυτ σιµιλαρ αττεµπτσ αρε σταρτινγ ελσεωηερε. Α νεω γενερατιον οφ χονσερϖατιον βιολογιστσ φροµ τηε τροπιχαλ Ατλαντιχ ισ ινχρεασινγλψ εντηυσιαστιχ ανδ χονχερνεδ αβουτ µαν− ατεεσ. Τηε ενεργψ οφ τηεσε σχιεντιστσ ωασ εϖιδεντ ατ τηε Φιρστ Ιντερνατιοναλ Χον− φερενχε ον Μανατεεσ ανδ ∆υγονγσ ηελδ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Φλοριδα τηισ παστ σπρινγ. Ε⇑ορτσ το λεαρν µορε αβουτ µαν− ατεεσ ιν τηε τροπιχσ ανδ το αππλψ τηισ ινφορµατιον το χονσερϖατιον σεεµ το βε γροωινγ, προϖιδινγ σεεδσ οφ ηοπε φορ τηε φυτυρε. Τηε Ωαραυνο Ινδιανσ οφ τηε Ορινοχο ∆ελτα Τερριτορψ οφ ςενεζυελα ρεφερ το τηε Μιλκψ Ωαψ Γαλαξψ ασ τηε ροαδ οφ τηε µανατεε. Ι ρεµαιν ηοπεφυλ τηατ τηε υνδερωατερ ροαδσ οφ τηε µανατεε ωιλλ χοντινυε το βε τραϖελεδ αλονγ ουρ τροπι− χαλ Ατλαντιχ ριϖερσ ανδ χοαστλινεσ ηερε ον τηε εαρτη, το τηε µαρϖελ ανδ δελιγητ οφ φυτυρε γενερατιονσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΕΧΟΛΟΓΨ ΑΝ∆ ΒΕΗΑςΙΟΡ ΟΦ ΤΗΕ ΜΑΝΑ− ΤΕΕ (ΤΡΙΧΗΕΧΗΥΣ ΜΑΝΑΤΥΣ ) ΙΝ ΦΛΟΡ− Ι∆Α. ∆ανιελ Σ. Ηαρτµαν. Αµεριχαν Σοχι− ετψ οφ Μαµµαλογιστσ, Σπεχιαλ Πυβλιχα− τιον Νο. 5, ϑυνε 27, 1979. ∆ΙΣΤΡΙΒΥΤΙΟΝ, ΣΤΑΤΥΣ, ΑΝ∆ ΒΙΟΓΕΟΓΡΑ− ΠΗΨ ΟΦ ΤΗΕ ΩΕΣΤ ΙΝ∆ΙΑΝ ΜΑΝΑΤΕΕ. Λ. Ω. Λεφεβϖρε, Τ. ϑ. Ο∏Σηεα, Γ. Β. Ρατη− βυν ανδ Ρ. Χ. Βεστ ιν Τηε Βιογεογραπηψ οφ τηε Ωεστ Ινδιεσ: Παστ, Πρεσεντ, ανδ Φυ− τυρε. Εδιτεδ βψ Χ. Α. Ωοοδσ. Σανδηιλλ Χρανε Πρεσσ, 1989. ΜΑΝΑΤΕΕΣ ΑΝ∆ ∆ΥΓΟΝΓΣ. ϑ. Ε. Ρεψνολδσ ΙΙΙ ανδ ∆. Κ. Οδελλ. Φαχτσ ον Φιλε, 1991. ΩΑΤΕΡΒΟΡΝΕ ΡΕΧΡΕΑΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΦΛΟΡΙ∆Α ΜΑΝΑΤΕΕ. Τ. ϑ. Ο∏Σηεα ιν Ωιλδ− λιφε ανδ Ρεχρεατιονιστσ: Χοεξιστενχε τηρουγη Μαναγεµεντ ανδ Ρεσεαρχη. Εδιτεδ βψ Ριχηαρδ Λ. Κνιγητ ανδ Κεϖιν ϑ. Γυτζωιλλερ. Ισλανδ Πρεσσ, Χοϖελο, Χαλιφ. ( ιν πρεσσ). Copyright 1994 Scientific American, Inc. ϑεαν Ηενρι Φαβρε This reclusive entomologist became one of the most popular educational authors of his day. A look at his greatest work reveals both the underappreciated achievements and the failings of his science βψ Γεοργεσ Παστευρ Boletus appendiculatus Order Aphyllophorales Lactarius sanguifluus υχη οφ τηε γενεραλ πυβλιχ ηασ φοργοττεν τηε εντοµολογιστ ανδ αυτηορ ϑεαν Ηενρι Φαβρε, ψετ δυρινγ τηε 19τη ανδ εαρλψ 20τη χεντυ− ριεσ, ηε ωασ ονε οφ τηε µοστ χελεβρατεδ εδυχατορσ ον τηε συβϕεχτ οφ νατυρε. ςιχ− τορ Ηυγο ονχε χαλλεδ ηιµ τηε Ηοµερ οφ ινσεχτσ. Εδµονδ Ροστανδ ρεβαπτιζεδ ηιµ τηε ςιργιλ οφ ινσεχτσ. Τοωαρδ τηε ενδ οφ ηισ λιφε, Φαβρε ωασ νοµινατεδ φορ τηε Νοβελ Πριζε ιν Λιτερατυρε; τηε οϖερ− εντηυσιασµ οφ ηισ συππορτερσ, ωηο πεσ− τερεδ τηε Σωεδιση Αχαδεµψ, µαψ ηαϖε ρυινεδ ωηατεϖερ χηανχε ηε ηαδ. Τοδαψ Φαβρε ισ µοστ ωιδελψ ρεµεµ− βερεδ βψ τηε πεοπλε οφ ϑαπαν. Εξηιβιτιονσ αβουτ ηιµ αρε χοµµονπλαχε τηερε, ανδ σχηοολσ φρεθυεντλψ υσε ηισ ωορκσ ασ ρεφ− ερενχεσ. Σινχε 1923 τηε ϑαπανεσε πυβ− λισηινγ µαρκετ ηασ φεατυρεδ νο φεωερ τηαν 47 χοµπλετε ορ παρτιαλ τρανσλατιονσ οφ Φαβρε∏σ 10−ϖολυµε χοµπενδιυµ εν− τιτλεδ Σουϖενιρσ εντοµολογιθυεσ (Εντο− µολογιχαλ Μεµοριεσ), ασ ωελλ ασ εδιτιονσ οφ ηισ οτηερ βοοκσ. Γενερατιονσ οφ σχιεντιστσ αρουνδ τηε ωορλδ ηαϖε αλσο ρεϖερεδ Φαβρε∏σ µεµο− ρψ. Τηεψ φονδλψ ρεχαλλ ωηεν, ασ τεεναγ− ερσ, τηεψ ρεαδ εξτραχτσ οφ Σουϖενιρσ ανδ ωερε ρουσεδ τοωαρδ τηειρ ϖοχατιονσ. Φαβρε∏σ ινσπιρατιοναλ ε⇑εχτ ισ νοτ ωιτη− ουτ ιρονψ: σοµε οφ ηισ σχιεντι⇒χ πρινχι− πλεσ ωερε υνορτηοδοξ ιν ηισ οων τιµε ανδ αρε στιλλ µορε σο τοδαψ. Ιν αδδιτιον, αλτηουγη Χηαρλεσ ∆αρωιν γρεατλψ αδ− µιρεδ Φαβρε ανδ ρεφερρεδ το ηιµ ασ τηε ινιµιταβλε οβσερϖερ ιν Ον τηε Οριγιν οφ Σπεχιεσ, Φαβρε ρεφυσεδ το αχχεπτ τηε τηεορψ οφ εϖολυτιον. Ψετ τηε χηαρµ οφ Σουϖενιρσ εντοµολ− ογιθυεσ οϖερωηελµσ ωηατεϖερ θυιρκσ Φα− βρε µαψ ηαϖε ηαδ. Ασ Φαβρε εξπλαινεδ ιν αν 1882 λεττερ το ϑεαν Βαπτιστε ∆υµασ, τηε φορµερ µεντορ οφ Λουισ Παστευρ, ηε ηαδ αδοπτεδ α λιγητ φορµ ιν Σουϖεν− ιρσ σο ιτ ωουλδ ⇒νδ ρεαδερσ ιν αδδιτιον το νατυραλιστσ. Τηατ ιτ διδ : Σουϖενιρσ ωασ ηυγελψ ποπυλαρ φροµ τηε µοµεντ τηε ⇒ρστ ϖολυµε αππεαρεδ ιν 1879. Τηε µορε τηαν 4,000 παγεσ οφ Σου− ϖενιρσ χοµβινε οριγιναλ σχιενχε ωιτη προσε τηατ ισ υνχαννιλψ ριχη ανδ ϖιϖιδ, ατ τιµεσ φυννψ, ατ τιµεσ ποετιχ ανδ αλ− ωαψσ ωιττψ. Τηεψ αλτερνατε ρεχολλεχτιονσ ανδ διγρεσσιονσ ον αλλ µαννερ οφ τοπ− ιχσ ωιτη συσπενσεφυλ ταλεσ οφ ινϖεστιγα− τιονσ ιντο ινσεχτ βεηαϖιορ. Τηεψ εξποσε Φαβρε∏σ εµοτιονσ ανδ οπινιονσ αβουτ εϖερψτηινγ. Ανδ τηεψ βλενδ υν⇓αγγινγ οπτιµισµ ανδ ινεξηαυστιβλε αδµιρατιον φορ νατυρε ιν α ρελαξεδ ατµοσπηερε, λικε τηατ οφ ωαρµ συµµερ δαψσ σπεντ ιν ⇒ελδσ οφ ϕοψουσλψ βυζζινγ ινσεχτσ. Σου− ϖενιρσ τηυσ ο⇑ερσ αν εξτραορδιναρψ γλιµπσε ιντο βοτη τηε χηαραχτερ ανδ τηε σχιενχε οφ ιτσ αυτηορ. Μ ΓΕΟΡΓΕΣ ΠΑΣΤΕΥΡ βεχαµε ινϖολϖεδ ιν Φαβραν στυδιεσ ατ τηε συγγεστιον οφ τηε Αµεριχαν εντοµολογιστ Γεοργε Π. Γεοργηιου. Α ⇒ελδ ϖερτεβρατε στυδεντ ιν Αφριχα, Παστευρ ωασ τραινεδ ιν ινσεχτ βε− ηαϖιορ βψ στυδψινγ τηε χονσεθυενχεσ οφ σελεχτιον φορ γεοταξισ ανδ πηοτοταξισ ον φρυιτ ⇓ιεσ ιν τηε λαβορατορψ οφ Τηεοδο− σιυσ ∆οβζηανσκψ ατ τηε Ροχκεφελλερ Υνι− ϖερσιτψ ιν 1968 ανδ 1969. Παστευρ ηασ βεεν τηε ηεαδ οφ τηε λαβορατορψ οφ εχο− λογιχαλ γενετιχσ ατ τηε χολε Πρατιθυε δεσ Ηαυτεσ τυδεσ ιν Μοντπελλιερ σινχε 1978 ανδ ισ ασσοχιατεδ ωιτη τηε Νατιοναλ Μυ− σευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ ιν Παρισ. Ιν αδ− διτιον το σεϖεραλ βοοκσ ιν Φρενχη, ηε ισ χο−αυτηορ ωιτη Νιχολε Παστευρ οφ Πραχτι− χαλ Ισοζψµε Γενετιχσ. 74 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Β ορν ιν 1823 το α ποορ ρυραλ φαµιλψ ιν τηε σουτη οφ Φρανχε, Φαβρε∇ Ηενρι, ατ ηοµε∇ηαδ το ⇒γητ τηρουγηουτ ηισ χηιλδηοοδ φορ σχηολαρ− σηιπσ ανδ λατερ φορ µενιαλ ϕοβσ το παψ φορ ηισ εδυχατιον. Βεχαυσε ηε χουλδ σχαρχε− λψ α⇑ορδ σχηοολ ατ αλλ ιν σοµε ψεαρσ, ηε δεϖελοπεδ αν ουτστανδινγ απτιτυδε φορ σελφ−τεαχηινγ. Βψ ηιµσελφ, ηε λεαρνεδ βοτη ανχιεντ Γρεεκ ανδ Ενγλιση. Φαβρε βεχαµε α βαχηελορ οφ λεττερσ ιν 1844 ανδ οφ µατηεµατιχσ ιν 1846, τηεν α λι− χενσεε ιν µατηεµατιχσ ιν 1847 ανδ ιν τηε πηψσιχαλ σχιενχεσ ιν 1848. (Σινχε τηε Μιδδλε Αγεσ, Φρενχη υνιϖερσιτιεσ ηαϖε χονφερρεδ α λιχενσε, ιντερµεδιατε βε− τωεεν α βαχχαλαυρεατε ανδ α δοχτορατε, ακιν το τηε Αµεριχαν µαστερ∏σ δεγρεε.) Ηε λατερ βεχαµε α λιχενσεε ιν τηε οτηερ νατυραλ σχιενχεσ. Ηισ εδυχατιοναλ προγ− ρεσσ ωασ εσπεχιαλλψ ρεµαρκαβλε γιϖεν τηατ ηε ραρελψ ιφ εϖερ αττενδεδ χουρσεσ ιν τηεσε συβϕεχτσ. Ιν 1855 Φαβρε βεχαµε α δοχτευρ σ σχιενχεσ φροµ τηε Σορβοννε, τοιλινγ ιν ηισ κιτχηεν το χοµπλετε ονε δισσερτατιον ον ανιµαλσ ανδ τωο ον πλαντσ. Συχη βεγιννινγσ παϖεδ τηε ρεχλυσιϖε πατη τηατ Φαβρε ωασ το φολλοω τηρουγη− ουτ ηισ χαρεερ. Ωηιλε ωορκινγ ασ α λψχε (ηιγη σχηοολ ) τεαχηερ οφ πηψσιχσ, Φαβρε Copyright 1994 Scientific American, Inc. βεχαµε τηε θυιντεσσεντιαλ ηερµιτ. Ηισ σολιταρψ ηαβιτσ ρυ⇐εδ µανψ οφ ηισ χολ− λεαγυεσ∏ φεατηερσ, ωηιχη ισ ονε ρεασον ωηψ ηε νεϖερ ατταινεδ α υνιϖερσιτψ πο− σιτιον. Α µορε ιµπορταντ ρεασον ωασ Φαβρε∏σ λαχκ οφ µονεψ. Τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ποιτιερσ διδ ο⇑ερ ηιµ α ποσιτιον ιν τηε εαρλψ 1860σ, βυτ Φαβρε ηαδ το ρεφυσε ιτ βεχαυσε ηε ωασ νοτ ⇒νανχιαλλψ ινδε− πενδεντ: ατ τηατ τιµε, φαχυλτψ µεµβερσ ωερε παιδ ονλψ τοκεν σαλαριεσ, ανδ ρε− σεαρχη γραντσ ωερε υνκνοων. Φαβρε σταϖεδ ο⇑ ποϖερτψ βψ τωο µεανσ. Φιρστ, πυττινγ ηισ κνοωλεδγε οφ χηεµιστρψ το ωορκ, ηε ταχκλεδ τηε προβ− λεµ οφ εξτραχτινγ τηε ρεδ δψε αλιζαριν, ωηιχη ωασ ωιδελψ υσεδ ιν τεξτιλεσ, φροµ µαδδερ, α χοµµον Ευροπεαν ηερβ. Φα− βρε συχχεεδεδ ωηερε οτηερσ ηαδ φαιλεδ, ανδ βψ 1866 ηε ηελδ α πατεντ φορ οβ− ταινινγ πυρε αλιζαριν ποωδερ φροµ µαδ− δερ. Υνφορτυνατελψ, ηισ λυχκ ωασ σηορτ− λιϖεδ. Βψ 1867 Γερµαν χηεµιστσ ηαδ λεαρνεδ ηοω το σψντηεσιζε αλιζαριν φροµ οτηερ χοµπουνδσ. Ασ α ρεσυλτ, µαδδερ χυλτυρε ωασ αβανδονεδ αλτογετηερ. Α σεχονδ µονεψµακινγ σχηεµε ωασ µορε ενδυρινγλψ φρυιτφυλ. Φαβρε βεχαµε α 19τη−χεντυρψ Ισααχ Ασιµοϖ: ηε ωροτε βοοκσ τηατ µαδε σχιενχε ανδ τεχηνολο− γψ φαµιλιαρ το αδυλτσ ανδ χηιλδρεν αλικε, συβστιτυτινγ ρατιοναλιτψ φορ τηε ολδ ωιϖεσ∏ ταλεσ τηατ δοµινατεδ µοστ πεο− πλε∏σ τηινκινγ. Βετωεεν 1862 ανδ 1891 ηε ωροτε 95 συχη βοοκσ, ανδ αλλ προϖεδ σµασηινγ συχχεσσεσ. Ινδεεδ, δυρινγ ΙΝΙΜΙΤΑΒΛΕ ΟΒΣΕΡςΕΡ ϑεαν Ηενρι Φαβρε, ασ Χηαρλεσ ∆αρωιν χαλλεδ ηιµ, χονδυχτ− εδ εξτραορδιναριλψ δεταιλεδ εντοµολογιχαλ στυδιεσ ον τηε γρουνδσ οφ ηισ ηοµε ιν σουτηερν Φρανχε. Ηισ βοοκσ ον ινσεχτσ ανδ µανψ οτηερ τοπιχσ ηαϖε ινσπιρεδ α λοϖε οφ σχιενχε ιν γενερατιονσ οφ ρεαδερσ. Αµονγ ηισ οτηερ αχχοµπλισηµεντσ, Φαβρε ωασ αλσο α βριλλιαντ παιντερ οφ µυσηροοµσ (οπποσιτε παγε). Copyright 1994 Scientific American, Inc. Φαβρε∏σ λιφετιµε, µανψ οφ τηεµ ουτσολδ Σουϖενιρσ. Σεϖεραλ σταψεδ ιν πριντ τηρουγη τηε 1920σ∇Λε χιελ (Τηε Σκψ), ⇒ρστ πυβλισηεδ ιν 1865, σαω 11 πριντ− ινγσ. Α βεαυτιφυλλψ ιλλυστρατεδ ϑαπανεσε εδιτιον οφ Ηιστοιρε δε λα βχηε (Τηε Ωονδερ Βοοκ οφ Πλαντ Λιφε), ωηιχη ισ προβαβλψ τηε βεστ κνοων οφ τηε βοοκσ, αππεαρεδ ασ ρεχεντλψ ασ 1986. Ιν 1868, βεχαυσε οφ τηοσε βοοκσ∏ φαµε, τηε εδυχατιον µινιστερ περσοναλ− λψ ασκεδ Φαβρε∇α συβστιτυτε τεαχηερ ιν α προϖινχιαλ ηιγη σχηοολ∇το τυτορ τηε σον οφ Ναπολεον ΙΙΙ. Τρυε το ηισ σολιταρψ χηαραχτερ, Φαβρε δεχλινεδ τηατ ηονορ. (Ινδεεδ, ιν Σουϖενιρσ, ηε δεσχριβεσ ηοω ανξιουσ ηε ωασ το λεαϖε αλλ τηε ωηιλε ηε ωασ ατ χουρτ.) Τηατ δεχισιον ωασ α σµαρτ ονε, ιν ϖιεω οφ ωηατ βεφελλ τηε εµπερορ ανδ ηισ χουρτ σοον αφτερωαρδ! Βετωεεν τηατ επισοδε ανδ τηε 1870 Φρανχο−Πρυσσιαν Ωαρ, Φαβρε∏σ ⇒ρµ βε− λιεφ ιν βεττερινγ τηε χονδιτιον οφ ωοµ− εν γοτ ηιµ ιντο τρουβλε. Ηε ηαδ σταρτεδ αν ιµµενσελψ ποπυλαρ σεριεσ οφ εϖενινγ λεχτυρεσ φορ γιρλσ. Τηε εδυχατιον οφ γιρλσ, ηοωεϖερ, ηαδ αλωαψσ βεεν τηε βυσινεσσ οφ τηε Χατηολιχ Χηυρχη, ωηιχη διδ νοτ εντιρελψ αππροϖε οφ Φαβρε∏σ χυρριχυλυµ. Ηε ωασ σοον βλαµεδ νατιονωιδε φορ συχη χριµεσ ασ τεαχηινγ γιρλσ αβουτ τηε σεξυαλ φυνχτιονσ οφ ⇓οωερσ. Τηε ωαρ ενδεδ βοτη τηε λεχτυρε σεριεσ ανδ τηε υπροαρ, βυτ ιν 1871 Φαβρε ανδ ηισ φαµι− λψ ωερε νονετηελεσσ τυρνεδ ουτ οφ τηειρ ηοµε βψ τηειρ λανδλαδιεσ, τωο δεϖουτ Χατηολιχ σπινστερσ. Τηατ εϖιχτιον προϖεδ πιϖοταλ φορ Φα− βρε. Ηε ηαδ νοτ βεεν ηαππψ ωιτη ηισ λιφε τηρουγη τηατ µοµεντ : ηε τηορουγηλψ ρεγρεττεδ νεϖερ ηαϖινγ φυλ⇒λλεδ τηε δρεαµσ οφ ηισ ψουτη, συχη ασ βεχοµινγ α υνιϖερσιτψ προφεσσορ. Τηε συδδεν µισ− φορτυνε οφ βεινγ ωιτηουτ α ηοµε αλ− λοωεδ ηιµ το χηανγε αλλ τηατ. Τηανκσ το α λοαν φροµ ηισ ωεαλτηψ φριενδ ϑοην Στυαρτ Μιλλ, Φαβρε, τηεν ϕυστ 48 ψεαρσ ολδ, ωασ αβλε το ρετιρε. Τηερε− αφτερ ηε δεϖοτεδ ηιµσελφ το ωριτινγ, οβ− σερϖινγ νατυρε ανδ εξπεριµεντινγ ωιτη ινσεχτσ. Ιν 1879, τηε ψεαρ τηατ τηε ⇒ρστ ϖολυµε οφ Σουϖενιρσ αππεαρεδ, τηε Φα− βρε φαµιλψ µοϖεδ ιντο Λ∏Ηαρµασ, α τωο− αχρε φαλλοω λοτ αβουτ σιξ µιλεσ ωεστ οφ Ορανγε, ωηιχη Φαβρε σελεχτεδ ασ α λιϖινγ εντοµολογψ λαβορατορψ. ( Τοδαψ Λ∏Ηαρ− µασ σερϖεσ ασ τηε Φαβρε Αννεξ οφ τηε Νατιοναλ Μυσευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ.) Φορ µορε τηαν φουρ δεχαδεσ, υντιλ ηισ δεατη ιν 1915, Φαβρε χοντινυεδ ηισ ωορκ. Ιν αδδιτιον το Σουϖενιρσ, ηε ωροτε πο− εµσ ιν τωο λανγυαγεσ ανδ χοµποσεδ µελοδιεσ βασεδ ον τηεµ. Ηε αλσο παιντ− εδ 700 γραχεφυλ, συβλιµελψ χολορεδ ιµ− αγεσ οφ µυσηροοµσ τηατ αρε αµονγ τηε µοστ εξθυισιτε εϖερ προδυχεδ. Ιν ρετροσπεχτ, ονε χαν σεε τηατ ιφ Φα− βρε ηαδ ρεαλιζεδ ηισ δρεαµ οφ βεχοµ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 75 τεστσ τηατ ωουλδ ψιελδ ρεσυλτσ οφ ινδισ− πυταβλε µεανινγ. Το βε φαιρ, ονε σηουλδ νοτε τηατ Φα− βρε ωασ νοτ αλονε ιν ιντροδυχινγ εξπερ− ιµεντατιον το ανιµαλ βεηαϖιορ στυδιεσ. Τηε Βριτιση σχιεντιστ ϑοην Λυββοχκ (1834∠1913) πιονεερεδ τηε υσε οφ µαζ− εσ ανδ προβλεµ σολϖινγ ιν τηε στυδψ οφ ινσεχτ βεηαϖιορ, ανδ τηοσε ρεσεαρχη µετηοδσ ηαϖε βεχοµε τηε φουνδατιον φορ δεχαδεσ οφ στανδαρδ λαβορατορψ πραχτιχεσ ινϖολϖινγ αλλ κινδσ οφ ανιµαλσ. Βυτ Λυββοχκ∏σ γρεατεστ ιν⇓υενχε ωασ ον λαβορατορψ ρεσεαρχη (εσπεχιαλλψ ιν Αµεριχα ), ωηερεασ Φαβρε ωασ µορε ιν− ⇓υεντιαλ ον στυδιεσ ιν νατυραλ σεττινγσ (χηιε⇓ψ ιν χοντινενταλ Ευροπε). Ε ΠΑΡΑΣΙΤΟΙ∆ ΩΑΣΠΣ, συχη ασ Ποδαλονια, ιµµοβιλιζε ινσεχτσ (τοπ) βψ στινγινγ τηεµ, τηεν δραγ τηεµ αωαψ (µιδδλε) ανδ λαψ εγγσ ιν τηειρ βοδιεσ. Ασ Φαβρε οβσερϖεδ, τηε ωασπσ ινστινχτιϖελψ κνοω τηειρ πρεψ∏σ ανατοµψ (βοττοµ): τηεψ στινγ α χατερπιλλαρ νεαρ νερϖε χεντερσ ιν εαχη σεγµεντ (ρεδ ) το παραλψζε ωιτηουτ κιλλινγ ιτ. ινγ α υνιϖερσιτψ προφεσσορ, ηε ωουλδ ηαϖε ρετιρεδ νο εαρλιερ τηαν 1893, ωηιχη ωουλδ προβαβλψ ηαϖε βεεν τοο λατε το λαυνχη α ρεσεαρχη προγραµ λικε τηε ονε ηε σταρτεδ ατ Λ∏Ηαρµασ. Ατ βεστ ηε ωουλδ ηαϖε λεφτ ονλψ α σηορτ εθυιϖα− λεντ οφ Σουϖενιρσ∇µυχη το τηε δετρι− µεντ οφ ηυµανιτψ∏σ χυλτυραλ ηεριταγε. Τηε ινσεχτ στυδιεσ τηατ Φαβρε εξπλορεδ ιν Σουϖενιρσ εντοµολογιθυεσ ρεπρεσεντ ηισ µαϕορ ιντελλεχτυαλ ιντερεστ, ανδ φορ τηατ ρεασον ιτ δεσερϖεσ τηε φυλλεστ ατ− τεντιον. Ι ο⇑ερ α συµµαρψ οφ ιτσ σχιεν− τι⇒χ χοντεντσ φροµ µψ περσπεχτιϖε ασ α λατε 20τη−χεντυρψ βιολογιστ. 76 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Τηε µοστ νοτεωορτηψ ασπεχτ οφ Φα− βρε∏σ ωορκ ωασ ηισ εµπηασισ ον εξπερι− µεντατιον. Υντιλ Φαβρε, τηε φεω εξπερι− µεντσ τηατ ηαδ εϖερ βεεν χονδυχτεδ ον ανιµαλ βεηαϖιορ ωερε εσσεντιαλλψ λιµιτ− εδ το βιρδσ. Τηατ οϖερσιγητ ισ νοτ σο στρανγε ασ ιτ µαψ σουνδ. Τηε προτοχολσ οφ βιολογιχαλ εξπεριµεντατιον, ωηιχη δε− πενδ ον χοντρολλεδ στυδιεσ ανδ προβα− βιλιστιχ αναλψσεσ, αρε νοτ οβϖιουσ. Τρυε εξπεριµεντατιον διδ νοτ αππεαρ ιν τηε ηιστορψ οφ σχιενχε υντιλ Γαλιλεο. Φεω βι− ολογιστσ ηαϖε σιµυλτανεουσλψ ποσσεσσεδ α φαχυλτψ φορ σελεχτινγ τηε ριγητ οργαν− ισµσ το υσε ανδ α γιφτ φορ χονχειϖινγ ντοµολογιστσ ρεµεµβερ Φαβρε ιν παρτ φορ ηισ δεταιλεδ στυδψ οφ ιν− σεχτ µεταµορπηοσεσ. Αλλ ινσεχτσ ανδ τρυε βυγσ βεγιν λιφε ασ λαρϖαε φροµ εγγσ ανδ ενδ ασ αδυλτσ, βυτ ιν βετωεεν τηεψ πασσ τηρουγη σεϖεραλ δι⇑ερεντ τψπεσ οφ ιντερµεδιατε σταγεσ. Σοµε ιν− σεχτσ, συχη ασ σιλϖερ⇒ση, ασσυµε τηειρ αδυλτ φορµ ϖερψ εαρλψ ανδ γροω το µα− τυριτψ βψ ενλαργινγ ανδ µολτινγ. Γρασσ− ηοππερσ ανδ τρυε βυγσ µατυρε τηρουγη α προχεσσ οφ ινχοµπλετε µεταµορπηο− σισ, ιν ωηιχη τηε λαρϖαε βεχοµε νψµπησ τηατ λοοκ µυχη λικε αδυλτσ βυτ λαχκ ωινγσ; ονλψ ωηεν φυλλψ µατυρε δο τηε νψµπησ βεχοµε ωινγεδ αδυλτσ. Βεε− τλεσ, ⇓ιεσ ανδ οτηερ ινσεχτσ εξπεριενχε φυλλ µεταµορπηοσισ, ιν ωηιχη τηε λαρϖαε χηανγε ιντο ιµµοβιλε πυπαε ανδ λατερ εµεργε ασ φυλλψ φορµεδ ωινγεδ αδυλτσ. Φαβρε εξαµινεδ αλλ τηεσε λιφε χψχλεσ ιν δεταιλ ανδ αλσο δισχοϖερεδ α φουρτη ονε. Ψουνγ βλιστερ βεετλεσ πασσ τηρουγη τωο ορ µορε ιντερµεδιατε λαρϖαλ ανδ πυπαλ σταγεσ βεφορε χοµπλετινγ τηειρ µετα− µορπηοσισ ιντο αδυλτσ. Φαβρε χαλλεδ τηισ παττερν ηψπερµεταµορπηοσισ∇τηε ονλψ σχιεντι⇒χ τερµ ηε εϖερ χοινεδ. Νοτωιτηστανδινγ τηοσε χοντριβυτιονσ, Φαβρε ηασ ον τηε ωηολε νοτ ρεχειϖεδ τηε φυλλ χρεδιτ φροµ σχιεντι⇒χ χιρχλεσ τηατ ηε δεσερϖεσ. Παρτ οφ τηε προβλεµ ισ τηατ Σουϖενιρσ ισ α λιτεραρψ ωορκ ωιτη φεω τα− βλεσ ανδ νο διαγραµσ ανδ τηερεφορε στοοδ λιττλε χηανχε οφ ρεχειϖινγ σεριουσ αττεντιον φροµ τηε εξπερτσ. Ρεσεαρχηερσ ωηο διδ ρεαδ ιτ ωερε γενεραλλψ στρυχκ βψ τηε σαµε ϖιρτυεσ τηατ αππεαλεδ το τηε πυβλιχ ιµαγινατιον ανδ νοτ αλωαψσ βψ ωηατ ωασ σχιεντι⇒χαλλψ ιµπορταντ. Σχιεντιστσ ηαϖε οϖερλοοκεδ τηατ Φαβρε ωασ τηε ⇒ρστ το δεµονστρατε ταξισ ιν αν− ιµαλσ. Α ταξισ ισ α ρε⇓εξ ιν ωηιχη αν ορ− γανισµ οριεντσ ιτσ βοδψ τοωαρδ ορ αωαψ φροµ α σουρχε οφ στιµυλατιον. Τηατ χον− χεπτ ισ γενεραλλψ αττριβυτεδ το τηε Γερ− µαν−Αµεριχαν σχιεντιστ ϑαχθυεσ Λοεβ, ωηο δεϖελοπεδ ιτ ιν τηε 1880σ ασ αν αν− ιµαλ χουντερπαρτ το τροπισµ ιν πλαντσ∇ τηε τενδενχψ φορ πλαντσ το γροω τοωαρδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. λιγητ ανδ αγαινστ γραϖιτψ. Ψετ Φαβρε ρεχ− ογνιζεδ σοµε ταξεσ ιν ινσεχτσ ασ εαρλψ ασ τηε µιδ−1870σ, ανδ ηε εµβαρκεδ ον α σιξ−ψεαρ εξπεριµεντινγ σπρεε ωιτη ωιλδ βεεσ το τεστ τηε ιδεα. Ηε σηοωεδ, φορ εξαµπλε, τηατ βεεσ εµεργινγ φροµ τηειρ πυπαε ηαϖε αν ιννατε τενδενχψ το µοϖε υπωαρδ (αγαινστ γραϖιτψ) ανδ τοωαρδ φρεση αιρ, τηε δοµιναντ τενδενχψ δε− πενδινγ ον τηε σπεχιεσ. Ιφ 10 Οσµια βεε πυπαε, φορ εξαµπλε, ωερε πλαχεδ ινσιδε ϖερτιχαλ τυβεσ σεαλεδ ατ τηε τοπ ανδ οπεν ατ τηε βοττοµ, ατ µοστ τηρεε βεεσ νεαρ τηε λοω οπενινγ εσχαπεδ∇τηε οτηερσ στυββορνλψ µοϖεδ το τηε τοπ, βεχαµε τραππεδ ανδ εϖεντυαλλψ διεδ. Ι αλσο κνοω οφ ονε ινστανχε ιν ωηιχη Φαβρε φουνδ τηε τρυτη αβουτ α πηενοµ− ενον τηατ µανψ µοδερν βιολογιστσ στιλλ µισυνδερστανδ. Τηε πηενοµενον ισ µιµιχρψ αµονγ ςολυχελλα ⇓ιεσ, ωηιχη χλοσελψ ρεσεµβλε βεεσ ανδ ωασπσ ανδ λαψ τηειρ εγγσ ιν τηοσε ινσεχτσ∏ νεστσ. Τηε ολδεστ µιµιχρψ ηψποτηεσισ εϖερ πυβλισηεδ, δατινγ βαχκ το 1817, στατεδ τηατ τηε σιµιλαριτψ βετωεεν σοµε ςολυ− χελλα ⇓ιεσ ανδ βυµβλεβεεσ ηελπεδ τηε ⇓ιεσ το φυνχτιον ασ βροοδ παρασιτεσ. Τηατ ισ, τηε βεε−µιµιχκινγ ⇓ιεσ χουλδ εντερ τηε βεε νεστσ ανδ λαψ τηειρ εγγσ ωιτηουτ φεαρ οφ ατταχκ. Τηε ⇓ψ λαρϖαε ωουλδ λατερ εατ τηε νεστ∏σ χοντεντσ. Α χρυχιαλ ασπεχτ οφ τηισ ηψποτηεσισ ισ τηατ τηε πρεσενχε οφ τηε ⇓ιεσ ιν τηε νεστ ηαρµσ τηε βεεσ. Οτηερωισε, τηε ηοστ βεεσ ηαϖε νο ρεασον το ατταχκ τηειρ γυεστσ. Ιφ τηε βεεσ ανδ ⇓ιεσ αρε νοτ αν− ταγονιστιχ, τηεν τηε βεστ εξπλανατιον φορ τηε ⇓ιεσ∏ µιµιχρψ ισ τηατ ιτ προτεχτσ τηεµ φροµ βιρδσ. ( Φλιεσ ανδ βεετλεσ οφ− τεν δον τηε ωαρνινγ χολορσ οφ ωασπσ το δισχουραγε βιρδσ.) Ιν τηε 1860σ, ωηεν µανψ σχιεντιστσ χιτεδ µιµιχρψ ασ εϖιδενχε συππορτινγ ∆αρωιν∏σ ιδεασ αβουτ εϖολυτιον, τηατ ηψ− ποτηεσισ ωασ εντηυσιαστιχαλλψ εξτενδεδ το οτηερ χασεσ οφ ινσεχτ µιµιχρψ. Αµονγ τηοσε ωασ ςολυχελλα ζοναρια, ωηοσε λαρ− ϖαε δεϖελοπ ιν τηε νεστσ οφ Ευροπεαν χοµµον ωασπσ. Βυτ φεω σχιεντιστσ ιν ειτηερ τηε 19τη ορ 20τη χεντυρψ ηαϖε βοτηερεδ το χηεχκ ωηετηερ τηε νατυραλ ηιστορψ οφ ς. ζοναρια συππορτσ τηε βροοδ παρασιτισµ ρατιοναλε φορ µιµιχρψ. Φαβρε ωασ µορε χαρεφυλ. Ιν Σουϖενιρσ ηε δεσχριβεσ ηοω τηε χοµµον ωασπ νεστ, α χοµπλετελψ δαρκ υνδεργρουνδ στρυχτυρε, ισ µετιχυλουσλψ χλεανεδ βψ ωορκερ ωασπσ, ωηιχη ηυρλ ανψ δεβρισ, δψινγ ινσεχτσ ανδ χαδαϖερσ ιντο α συβ− ϕαχεντ χηαρνελ πιτ. Ορδιναρψ ⇓ιεσ τηατ δο νοτ λοοκ ατ αλλ λικε ωασπσ χονσταντλψ ⇓ψ ιν ανδ ουτ οφ τηε νεστ ωιτηουτ βεινγ ατταχκεδ υνλεσσ τηεψ λανδ ον τηε βροοδ− χοµβ, ωηερε ωασπ λαρϖαε δεϖελοπ. Ανψ ⇓ιεσ υνωισε ενουγη το γο τηερε∇ιν− χλυδινγ ονεσ τηατ αρε βεττερ µιµιχσ τηαν ς. ζοναρια∇αρε ινσταντλψ κιλλεδ. Αλλ τηεσε οβσερϖατιονσ ανδ οτηερσ συγ− γεστ τηατ ϖισυαλ µιµιχρψ ισ οφ νο βενε− ⇒τ το τηε ςολυχελλα ⇓ιεσ ινσιδε τηε δαρκ νεστ ορ ατ ιτσ εντρανχε. Ασ Φαβρε αλσο σαω, ςολυχελλα ⇓ιεσ σαφε− λψ λαψ τηειρ εγγσ ιν τηε ουτερ λαψερσ οφ τηε νεστ, αωαψ φροµ τηε χοµβ. Μοστ οφ τηε ⇓ψ λαρϖαε φαλλ ιντο τηε χηαρνελ ανδ τηερε συβσιστ ον τηε βοδιεσ οφ δεαδ ωασπσ. Τηε ⇓ψ λαρϖαε τηατ δο εντερ τηε νεστ αρε ιγνορεδ βψ τηε ωορκερ ωασπσ ανδ εϖεντυαλλψ εντερ τηε χοµβ. Φαβρε φουνδ τηατ τηε ⇓ψ λαρϖαε δο νοτ χοµ− πετε φορ φοοδ ωιτη τηε ωασπ λαρϖαε. Ιν− στεαδ τηε ⇓ιεσ χραωλ ιντο τηε χελλσ ηουσ− ινγ τηε ωασπ λαρϖαε, σθυεεζε παστ τηεµ ανδ δρινκ τηε ⇓υιδ εξχρετιονσ αχχυµυ− λατινγ ατ τηε βοττοµ. Τηε χοηαβιτινγ ⇓ψ ανδ ωασπ λαρϖαε νεϖερ ηαρµ ονε ανοτη− ερ υνλεσσ τηε ωασπ λαρϖα ισ ινϕυρεδ; τηε ⇓ψ λαρϖα ωιλλ τηεν σταρτ φεεδινγ ατ τηε ινϕυρεδ σποτ. Γενεραλλψ σπεακινγ, ⇓ψ λαρϖαε χαν συρϖιϖε ον ανψ λιϖινγ ορ ροτ− τινγ ανιµαλ µαττερ. ςΟΛΥΧΕΛΛΑ ΦΛΙΕΣ (αβοϖε) µιµιχ ωασπσ ανδ λαψ τηειρ εγγσ ινσιδε ωασπ νεστσ (ριγητ ). Μανψ εντοµολογιστσ ηαϖε µισ− τακενλψ δεσχριβεδ τηε ⇓ιεσ ασ παρασιτεσ οφ τηε ωασπσ. Φαβρε ωασ τηε ⇒ρστ το ρεαλ− ιζε τηατ τηε ⇓ιεσ ανδ ωασπσ αρε µυτυαλ− λψ συππορτιϖε. Τηε δραωινγ οφ τηε ωασπ νεστ ισ βψ Ρεν Αντοινε Φ. δε Ραυµυρ (1683∠1757), ωηοµ Φαβρε αδµιρεδ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 77 MOLTING EGG YOUNG ADULTS INCOMPLETE METAMORPHOSIS EGG NYMPHS ADULT COMPLETE METAMORPHOSIS EGG LARVAE PUPA ADULT HYPERMETAMORPHOSIS GROWTH EGG LARVA 1 LARVA 2 PUPA 1 ΙΝΣΕΧΤΣ ΜΑΤΥΡΕ τηρουγη α ϖαριετψ οφ δεϖελοπµενταλ πατ− τερνσ, αλλ οφ ωηιχη Φαβρε οβσερϖεδ ιν τηε χουρσε οφ ηισ ωορκ . Σιλϖερφιση αρε εσσεντιαλλψ αδυλτ ιν σηαπε ασ λαρϖαε; τηεψ γροω το µατυριτψ βψ µολτινγ. Τρυε βυγσ ηαϖε ιµµατυρε νψµπη φορµσ βεφορε βεχοµινγ ωινγεδ αδυλτσ. Φλιεσ εξπεριενχε χοµ− 78 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 LARVA 3 PUPA 2 ADULT πλετε µεταµορπηοσισ, ιν ωηιχη λαρϖαλ γρυβσ βεχοµε πυπαε ανδ εµεργε ασ αδυλτσ. Φαβρε οβσερϖεδ αλλ τηεσε δεϖελοπµεν− ταλ χψχλεσ ανδ αλσο δισχοϖερεδ α φουρτη: ηψπερµεταµορπηοσισ αµονγ τηε µελοιδ βεετλεσ, ωηιχη πασσ τηρουγη σεϖεραλ λαρϖαλ ανδ πυπαλ φορµσ βεφορε βεχοµινγ αδυλτσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Φαβρε χονχλυδεδ τηατ τηε ρελατιον βε− τωεεν τηε ⇓ιεσ ανδ τηε ωασπσ ισ νοτ παρασιτισµ βυτ µυτυαλισµ: τηε ς. ζον− αρια λαρϖαε σχαϖενγε φορ φοοδ ιν τηε ωασπ νεστ ανδ ιν ρετυρν ηελπ το χλεαν ιτ. Ψετ µορε τηαν α χεντυρψ λατερ τεξτ− βοοκσ χοντινυε το ασσερτ τηατ ςολυχελλα ⇓ιεσ αρε προβαβλψ βροοδ παρασιτεσ ανδ τηατ τηε αδυλτ µιµιχρψ προτεχτσ τηε ⇓ιεσ φροµ ωασπ ατταχκσ, ασ τηουγη τηοσε θυεστιονσ ηαδ νοτ βεεν ανσωερεδ οτη− ερωισε. Φαβρε∏σ δεµονστρατιον δοεσ νοτ πρεχλυδε τηε ποσσιβιλιτψ τηατ οτηερ σπε− χιεσ οφ ⇓ιεσ αρε ωασπ παρασιτεσ νορ τηατ ςολυχελλα λαρϖαε χλοτηε τηεµσελϖεσ ιν χηεµιχαλ ορ ταχτιλε σιγναλσ τηατ ηελπ τηεµ το µιµιχ ωασπ λαρϖαε. Στιλλ, µοδ− ερν σχιεντιστσ σηουλδ βε µορε χογνιζ− αντ οφ τηε εξπεριµεντσ Φαβρε ηασ αλ− ρεαδψ χονδυχτεδ ον τηειρ βεηαλφ. Ι φ Φαβρε ηιµσελφ ηαδ βεεν ασκεδ ωηατ ηισ µοστ ιµπορταντ χοντριβυ− τιον ωασ, ηε ωουλδ ηαϖε ποιντεδ το ηισ ωορκ διστινγυισηινγ ανιµαλ ιντελλι− γενχε φροµ τηατ οφ ηυµανσ. Ιν ηισ τιµε, α ϖαστ βοδψ οφ ανεχδοτεσ πυρπορτεδ το σηοω τηατ ανιµαλσ χουλδ ρεασον. Φαβρε προϖεδ, ηοωεϖερ, τηατ αλτηουγη ινσεχτσ δισπλαψ ωηατ λοοκ λικε ινχρεδιβλψ σοπηισ− τιχατεδ µενταλ ποωερσ ιν τηειρ νατυραλ σεττινγσ, τηεψ µανιφεστ αβσολυτε στυπιδ− ιτψ ωηεν φαχεδ ωιτη υνυσυαλ σιτυατιονσ. Νο µαττερ ηοω υσελεσσ ορ χουντερπρο− δυχτιϖε αν ινσεχτ∏σ νορµαλ ρεσπονσε βε− χαµε ιν Φαβρε∏σ εξπεριµενταλ σεττινγσ, τηε ινσεχτσ ρεσπονδεδ ρεπεατεδλψ ιν τηε σαµε φυτιλε ωαψ. Τηοσε δεµονστρατιονσ, ανδ σιµιλαρ εξπεριµεντσ ωιτη πετσ ανδ ωιλδ βιρδσ, χονϖινχεδ Φαβρε τηατ τηε µενταλ εσσενχε οφ ηυµανσ ισ φυνδαµεν− ταλλψ δι⇑ερεντ φροµ τηατ οφ ανιµαλσ. Τηατ δι⇑ερενχε µαδε τηε βεηαϖιορ οφ ανιµαλσ νο λεσσ φασχινατινγ το ηιµ. Νοτηινγ εξχιτεδ Φαβρε µορε τηαν τηε µανιφεστατιονσ οφ ινστινχτ αµονγ σολι− ταρψ ωασπσ, ωηιχη γριππεδ ηισ ιµαγινα− τιον φορ 50 ψεαρσ. Ηε σηοωεδ τηατ µανψ σολιταρψ ωασπσ παραλψζε ρατηερ τηαν κιλλ τηειρ πρεψ ανδ τηατ τηεψ λαψ τηειρ εγγσ ιν τηε βοδιεσ οφ τηε ιµµοβιλιζεδ ανιµαλ∇ αχτιϖιτιεσ ιν ωηιχη τηε ωασπσ σεεµεδ το σηοω αν υνχαννιλψ πρεχισε κνοωλεδγε οφ τηειρ πρεψ∏σ νερϖουσ σψστεµ. Φαβρε ρεαλιζεδ ωηψ τηε παρασιτιχ ωασπσ αχτεδ ασ τηεψ διδ. Παραλψσισ κεεπσ τηε λαρϖα∏σ φοοδ φρεση ανδ σαφελψ ιµµοβιλε. Τηε ωασπ δεποσιτσ ιτσ εγγ ον α σοφτ συ− περ⇒χιαλ παρτ οφ τηε πρεψ σο τηατ τηε λαρ− ϖα χαν βεγιν το εατ φαρ φροµ βραιν γαν− γλια εσσεντιαλ το τηε πρεψ∏σ συρϖιϖαλ. Α µαρϖελ οφ ινστινχτ, τηε λαρϖα εατσ ιτσ ωαψ τηρουγη τηε βοδψ, ρεαχηινγ τηε βραιν ονλψ ατ τηε ενδ οφ ιτσ γροωτη. Στινγινγ ανδ εγγ λαψινγ ηαϖε νοω βεεν οβσερϖεδ ιν ηυνδρεδσ οφ ωασπ σπεχιεσ, σπεχι⇒χαλλψ βψ Ανδρε Λ. Στεινερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αλβερτα [σεε Ηοω Παρασιτιχ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ωασπσ Φινδ Τηειρ Ηοστσ, βψ ϑαµεσ Η. Τυµλινσον, Ω. ϑοε Λεωισ ανδ Λουισε Ε. Μ. ςετ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1993]. Τηε βεωιλδερινγ διϖερσιτψ οφ ρε− χορδεδ βεηαϖιορσ δε⇒εσ ανψ αλλ−ενχοµ− πασσινγ εξπλανατιον. Νεϖερτηελεσσ, Φα− βρε ωασ εσσεντιαλλψ χορρεχτ αβουτ τηε σπεχιεσ ηε στυδιεδ. Ηε διδ νοτιχε ινδι− ϖιδυαλ ϖαριατιονσ ιν τηε βεηαϖιορ οφ ωασπσ, συχη ασ τηε λοχατιον ανδ νυµ− βερ οφ στινγσ τηεψ δελιϖερεδ. Ιµπρεσσεδ ασ ηε ωασ βψ τηε περµανενχε οφ τηεσε χοµπλεξ βεηαϖιορσ, ηοωεϖερ, Φαβρε σαω ινδιϖιδυαλ ϖαριατιονσ ασ εξχεπτιονσ το ⇒ξεδ παττερνσ ιν σπεχιεσ. Τηε ∆αρωινιαν ρεϖολυτιον προµοτεδ α δι⇑ερεντ ϖιεω οφ βεηαϖιοραλ ϖαριατιον. Το ∆αρωινιστσ, α τψπιχαλ βεηαϖιορ ωασ νοτ α ⇒ξεδ αρχηετψπε. Ρατηερ ιτ ωασ µερελψ τηε µοστ χοµµον βεηαϖιορ φουνδ ιν α ποπυλατιον ανδ τηερεφορε βουνδ το εϖολϖε τηρουγη νατυραλ σελεχ− τιον. Ψετ υντιλ τηε νατυρε οφ ηερεδιτψ ανδ ποπυλατιον γενετιχσ ωασ υνδερ− στοοδ, βελιεφ ιν διρεχτιοναλ σελεχτιον∇ τηατ ισ, χονσιστεντ σελεχτιον φορ χερταιν τραιτσ∇χουλδ νοτ βε µορε τηαν αν αχτ οφ φαιτη. Τηατ ισ ωηψ µανψ σχιεντιστσ ιν τηε 19τη ανδ εαρλψ 20τη χεντυριεσ ωηο ωερε φυλλψ χονϖινχεδ οφ τηε φαχτ οφ εϖο− λυτιον χουλδ νοτ αχχεπτ νατυραλ σελεχ− τιον ασ ιτσ µεχηανισµ. Φαβρε, ηοωεϖερ, διδ νοτ σεπαρατε τηε τωο. Βεχαυσε ηε χουλδ νοτ αδµιτ νατυραλ σελεχτιον, ηε ρεϕεχτεδ εϖολυτιον, ωηιχη ηε σαω ασ α τηεορψ φορ αρµχηαιρ νατυραλιστσ. Φυρτηερ− µορε, τηε νοτιον οφ α χοντινυυµ οφ ιν− τελλιγενχε στρετχηινγ τηρουγη ανιµαλσ το ηυµανσ σεεµεδ αδϖερσε το χηερισηεδ χονχλυσιονσ οφ ηισ ωορκ. Στιλλ, Σουϖενιρσ χλεαρλψ σηοωσ τηατ τηε συβϕεχτ ηαυντεδ Φαβρε∇ιν παρτ βεχαυσε, ασ ηε χονφεσσεδ, τηε µερε ρεϕεχτιον οφ εϖολυτιον εξπλαινσ νοτηινγ. Ηισ αωαρε− νεσσ οφ παλεοντολογψ γαϖε ηιµ τορµεντ− ινγ γλιµπσεσ οφ ηισ οων ινχονσιστενχψ. Οχχασιοναλλψ ηε χουλδ νοτ ηελπ εξπρεσσ− ινγ ηιµσελφ ασ αν εϖολυτιονιστ, ασ ιν τηισ ρε⇓εχτιον φροµ 1901, ωηιχη ωασ αστονισηινγλψ αηεαδ οφ ιτσ τιµε: Ι τακε ιντερεστ ιν . . . α βυνχη οφ χροω−σιλκσ; . . . Ι χατχη α ⇓εετινγ ϖιεω ιν µψ ιµαγινατιον οφ ανχιεντ τιµεσ ωηερε τηοσε χονφερϖα [χψανοβαχτερια, ορ βλυε−γρεεν αλγαε], ⇒ρστ βορν οφ τηε πλαντσ, ρουγηεδ ουτ α ρεσπιραβλε ατµοσπηερε φορ λιφε το χοµε. Ωηατ Ι ηαϖε υνδερ µψ εψεσ, βετωεεν τηε τιλεδ ωαλλσ οφ µψ τρουγη, τελλσ µε τηε ηιστορψ οφ τηισ πλανετ ωραππινγ ιτ− σελφ ιν πυρε αιρ. ∆ ΙΝΣΤΙΝΧΤΙςΕ ΟΡΙΕΝΤΑΤΙΟΝ βψ ανιµαλσ, ορ ταξισ, ωασ ⇒ρστ στυδιεδ βψ Φαβρε. Ηε φουνδ, φορ εξαµπλε, τηατ Οσµια βεεσ εµεργινγ φροµ τηειρ πυπαε πριµαριλψ µοϖε υπωαρδ ανδ σεχονδαριλψ τοωαρδ φρεση αιρ. Ιφ α τυβε σιµυλατινγ 10 πυπαλ χελλσ ωασ ινϖερτεδ, µοστ οφ τηε βεεσ διεδ ατ τηε χλοσεδ τοπ. Νο µορε τηαν τηρεε, σενσινγ εξτερναλ αιρ, εσχαπεδ βψ µοϖινγ δοων (λεφτ ). Ιφ Φαβρε ροτατεδ τηε πυπαε βαχκ το τηειρ νατυραλ οριεντατιον, ατ βεστ ονε βεε εσχαπεδ (ριγητ ). ιδ Φαβρε εϖερ ρεαδ Ον τηε Οριγιν οφ Σπεχιεσ? Τηερε ισ νο ωαψ το σεττλε τηατ ναγγινγ θυεστιον. Βψ τηε τιµε Λ∏Ηαρµασ βεχαµε Φρενχη να− τιοναλ προπερτψ ιν 1922, Φαβρε∏σ λαστ σον ηαδ σολδ ηισ φατηερ∏σ λιβραρψ. Ιν α λεττερ στιλλ πρεσερϖεδ ατ Λ∏Ηαρµασ, ∆αρ− ωιν τηανκσ Φαβρε φορ σενδινγ ηιµ Σου− ϖενιρσ, αδδινγ, Ι δο νοτ βελιεϖε τηατ ανψ− ονε ιν Ευροπε ηασ µορε τρυλψ αδµιρεδ ψουρ ινϖεστιγατιονσ τηαν Ι ηαϖε δονε. Περηαπσ ∆αρωιν ρετυρνεδ τηε γεστυρε βψ σενδινγ Φαβρε α χοπψ οφ Οριγιν. Σινχε Φαβρε λατερ µοχκεδ ∆αρωιν∏σ στατεµεντ τηατ α λιττλε δοσε οφ ϕυδγµεντ ορ ρεα− σον ... οφτεν χοµεσ ιντο πλαψ, εϖεν ωιτη ανιµαλσ λοω ιν τηε σχαλε οφ νατυρε, Ι συρµισε τηατ Φαβρε διδ ρεαδ ατ λεαστ τηατ φαρ ιν τηε χηαπτερ ον ινστινχτ∇τηατ ισ, το τηε βοττοµ οφ ιτσ ⇒ρστ παγε. ∆ο νοτ ινφερ φροµ τηειρ δισαγρεεµεντσ τηατ Φαβρε υνδερεστιµατεδ ∆αρωιν. Ηε προβαβλψ ρεχειϖεδ µορε προφεσσιοναλ λεττερσ φροµ ∆αρωιν τηαν φροµ ανψονε ελσε, ανδ ηε βρυσηεδ υπ ηισ Ενγλιση φορ τηοσε οχχασιονσ. Τηρουγη χορρεσπον− δενχε, ∆αρωιν παρτιχιπατεδ ιντενσελψ ιν Φαβρε∏σ εξπεριµεντσ ον ηοµινγ ιν− στινχτσ ιν µασον βεεσ. Ωηεν ∆αρωιν διεδ, Φαβρε ρεπορτεδλψ ωεπτ. Ψετ Φαβρε∏σ ρεϕεχτιον οφ εϖολυτιον ασ α γενεραλ χονχεπτ ισ α σοβερινγ εξαµ− πλε οφ ηοω εϖεν τηε βριγητεστ οφ σχιεν− τιστσ χαν βε βλινδεδ βψ α πρεχονχειϖεδ ιδεα∇α λεσσον τηατ ισ εσπεχιαλλψ ιρονιχ ιν Φαβρε∏σ χασε βεχαυσε ηε ωασ οβσεσσεδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 79 Εξχερπτσ φροµ τηε Ωριτινγσ οφ ϑεαν Ηενρι Φαβρε Ω ho does not know the magnificent [Great Peacock] how, here are forty lovers eager to pay their respects to Moth, the largest in Europe, clad in maroon velvet the marriageable bride born that morning amid the myswith a necktie of white fur? The wings, with their sprinkling teries of my study.” —from The Life of the Caterpillar, translated by Alexanof grey and brown, crossed by a faint zig-zag and edged with smoky white, have in the centre a round patch, a der Teixeira de Mattos (Dodd, Mead and Company, 1918) great eye with a black pupil and a variegated iris contain“The more maternity asserts itself, the higher does ining successive black, white, chestnut and purple arcs . . . . “Well, on the morning of the 6th of May, a female emerg- stinct ascend. In this respect, no creatures are more deserving of our attention than the es from her cocoon in my presence, Hymenoptera [bees, wasps and on the table of my insect laboratory. ants], upon whom the cares of maI forthwith cloister her, still damp ternity devolve in their fullness. All with the humours of the hatching, these favourites of instinct prepare under a wire-gauze bell-jar. For the board and lodging for their offrest, I cherish no particular plans. I spring. They become master-craftsincarcerate her from mere habit, the men in a host of trades for the sake habit of the observer always on the of a family which their faceted eyes lookout for what may happen . . . . will never behold, but which is nev“It was a lucky thought. At nine ertheless no stranger to the motho’clock in the evening, just as the er’s powers of foresight. One turns household is going to bed, there Γρεατ Πεαχοχκ µοτη cotton-spinner and produces cotis a great stir in the room next to mine. Little Paul, half-undressed, is rushing about, jump- ton-wool bottles; another sets up as a basketmaker and ing and stamping, knocking the chairs over like a mad weaves hampers out of bits of leaves; a third becomes a mason and builds rooms of cement and domes of roadthing. I hear him call me: “ ‘Come quick!’ he screams. ‘Come and see these Moths, metal. . . . Next comes the provisions for the expected big as birds! The room is full of them!’. . . In the kitchen I nurselings: piles of honey, loaves of pollen, stores of find the servant, who is also bewildered by what is hap- game, preserved by a cunning paralysing-process. . . . “So far as the rest of the insect race is concerned, the pening and stands flicking her apron at great Moths mother’s cares are generally most summary. In the majoriwhom she took at first for Bats. . . . “We enter the room, candle in hand. What we see is un- ty of cases, all that is done is to lay the eggs in a favourforgettable. With a soft flick-flack the great Moths fly able spot, where the larva, at its own risk and peril, can around the bell-jar, alight, set off again, come back, fly up find bed and breakfast.” —from the preface to volume 5 of Souvenirs entomolto the ceiling and down. They rush at the candle, putting it out with a stroke of their wings; they descend on our ogiques, quoted in The Sacred Beetle and Others, translatshoulders, clinging to our clothes, grazing our faces. . . . ed by Alexander Teixeira de Mattos (Dodd, Mead and Coming from every direction and apprised I know not Company, 1918) ωιτη αϖοιδινγ πρεχονχεπτιονσ ιν ηισ ωορκ. Ινδεεδ, Φαβρε∏σ ανιµοσιτψ τοωαρδ πρεϕυδιχε εξτενδεδ το αν ινορδινατε δισδαιν φορ τηεοριεσ ιν γενεραλ. Ονε χαν− νοτ πραχτιχε βιολογψ ωιτηουτ τηεοριεσ: τηεψ αρισε φροµ τηε φαλσι⇒αβλε ηψποτηε− σεσ ον ωηιχη αλλ εξπεριµεντσ αρε βασεδ. Τηεοριεσ βεχοµε βαδ ονλψ ωηεν τηεψ τυρν ιντο δογµασ. Υνφορτυνατελψ, δογµατιχ ισ ωηατ Φα− βρε τενδεδ το βε. Φορ ινστανχε, ηισ ρε− ϕεχτιον οφ εϖολυτιον ανδ εϖολυτιοναρψ εξπλανατιονσ φορ µιµιχρψ χοµπλετελψ διστορτεδ ηισ στυδιεσ οφ τηε χραβ σπιδερ, Τηοµισυσ ονυστυσ. Πυτ Τ. ονυστυσ ον ανψ ⇓οωερ, ανδ ωιτηιν α δαψ ορ τωο ιτ ωιλλ οβλιγινγλψ τακε ον τηε ⇓οωερ∏σ χολορ : ωηιτε ον ωηιτε ⇓οωερσ, ψελλοω ον ψελ− λοω ⇓οωερσ, πινκ ωιτη πυρπλε ϖεινσ ον πινκ ⇓οωερσ ϖεινεδ ωιτη πυρπλε. Φαβρε ωριτεσ τηατ ωηεν πρεψ αππεαρ, τηε τηο− µισε, α βανδιτ ιν ωαιτ υνδερ τηε χοϖερ οφ ⇓οωερσ, χοµεσ ουτ οφ ιτσ λυρκινγ− πλαχε. Βυτ τηε σπιδερ νεϖερ ηιδεσ: ιτ ισ αλωαψσ ιν φυλλ ϖιεω, αλβειτ ιν αν ινχον− σπιχυουσ ποσιτιον, ανδ ον τηε ⇓οωερ 80 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 χλυστερσ χαλλεδ σπυργε ιν⇓ορεσχενχεσ, ιτ λοοκσ λικε ϕυστ ονε µορε τινψ βλοοµ. Τηε ινιµιταβλε οβσερϖερ ωασ µισλεδ βψ ηισ οων βιασεσ. Ιν τηε σαµε ωαψ, Φαβρε ρεϕεχτεδ τηε εϖολυτιοναρψ εξπλανατιον φορ ωηψ σοµε ινσεχτσ σιµυλατε δεατη. Βψ πρετενδινγ το βε δεαδ, τηοσε ινσεχτσ χαν αϖοιδ πρε− δατιον βψ λιζαρδσ ανδ ινσεχτιϖορουσ βιρδσ. Φαβρε δεχιδεδ, ηοωεϖερ, τηατ ιν− σεχτσ χουλδ νοτ σιµυλατε δεατη, βε− χαυσε τηεψ ηαϖε νο χονχεπτ οφ ιτ. Ηε πρεφερρεδ το τηινκ τηατ τηε ιµµοβιλιτψ οφ τηε ινσεχτσ ωασ α φορµ οφ ηψπνοσισ φροµ δρεαδ. Τηε χηαπτερσ ιν Σουϖε− νιρσ ον τηισ τοπιχ αρε χηαρµινγ, βυτ Φαβρε∏σ εϖιδενχε ισ συβϕεχτιϖε, ανδ ηισ εξπεριµεντσ αρε ιρρελεϖαντ. Ιν α 4,000−παγε ωορκ φροµ ανοτηερ τιµε, ωεακνεσσεσ αρε συρε το αππεαρ. Ωε χαν φοργιϖε τηεµ ιν σοµεονε ωηο οπενεδ α νεω ωορλδ οφ κνοωλεδγε το ηισ χοντεµποραριεσ ανδ ωηο προϖιδεδ λαψ ρεαδερσ ωιτη αν οππορτυνιτψ το χριτ− ιχιζε τηε µετηοδσ ανδ σχρυτινιζε τηε οπινιονσ οφ α συχχεσσφυλ σχιεντιστ. ϑυδγ− ινγ φροµ τηε αχχοµπλισηµεντσ οφ σχι− εντιστσ ιν ϑαπαν, τηε Υ.Σ. ανδ ελσεωηερε ωηο δεϖοτεδλψ ρεαδ Φαβρε, Ι ωουλδ ϖεν− τυρε τηατ ηισ οπποσιτιον το τηε ∆αρωινι− αν τηεορψ οφ εϖολυτιον ηασ νοτ αππρε− χιαβλψ ηυρτ ηισ ενλιγητενινγ ε⇑εχτ ον ψουνγ µινδσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΤΗΕ ΟΞΦΟΡ∆ ΧΟΜΠΑΝΙΟΝ ΤΟ ΑΝΙΜΑΛ ΒΕ− ΗΑςΙΟΥΡ. Εδιτεδ βψ ∆αϖιδ ΜχΦαρλανδ. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1981. ϑΕΑΝ−ΗΕΝΡΙ ΦΑΒΡΕ: ΑΧΤΕΣ ∆Υ ΧΟΝΓΡΕΣ ΑΝΝΙςΕΡΣΑΙΡΕ ∆Υ ϑΥΒΙΛΕ (1910∠1985). Εδιτεδ βψ Ψϖεσ ∆ελανγε. Λεοπαρδ δ∏Ορ, Παρισ, 1986. ΣΤΙΝΓΙΝΓ ΒΕΗΑςΙΟΥΡ ΟΦ ΣΟΛΙΤΑΡΨ ΩΑΣΠΣ. Α. Λ. Στεινερ ιν ςενοµσ οφ τηε Ηψµενοπτερα: Βιοχηεµιχαλ, Πηαρµαχο− λογιχαλ, ανδ Βεηαϖιουραλ Ασπεχτσ. Εδιτεδ βψ Τ. Πιεκ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, 1986. ΤΗΕ ΣΤΥ∆Ψ ΟΦ ΙΝΣΤΙΝΧΤ. Νικο Τινβερ− γεν. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1989. ΛΕΣ ΧΗΑΜΠΙΓΝΟΝΣ ∆Ε ϑΕΑΝ−ΗΕΝΡΙ ΦΑ− ΒΡΕ. Εδιτεδ βψ Χλαυδε Χαυσσανελ. Χιτα− δελλε, Παρισ, 1991. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Λατε Ιχε Αγε Ηυντινγ Τεχηνολογψ Cro-Magnon artisans designed many kinds of spearpoints. By re-creating these weapons, we can better appreciate the sophisticated skill ancient hunters possessed βψ Ηειδι Κνεχητ Α ρχηαεολογιστσ τρψ το πιεχε τογετηερ α χοµπλετε πιχτυρε οφ παστ εϖεντσ βψ εξαµινινγ οβϕεχτσ λεφτ ατ τηε σχενε. Αλτηουγη αρτιφαχτσ βυριεδ υνδερ λαψερσ οφ σεδιµεντ φορ λονγ περιοδσ αρε οφτεν δεχαψεδ, σχαττερεδ ανδ δαµαγεδ, τηεψ ο⇑ερ α τρεµενδουσ αµουντ οφ ιν− φορµατιον αβουτ τηε πεοπλε ωηο µαδε τηεµ ανδ αβουτ ηοω ανδ ωηψ τηεψ ωερε προδυχεδ. Ιν ρεχεντ ψεαρσ, αρχηαεολο− γιστσ ηαϖε ινχρεασινγλψ αδοπτεδ αν εξ− περιµενταλ αππροαχη το γαιν φρεση περ− σπεχτιϖε ον τηε χλυεσ τηεψ υνεαρτη. Βψ τρψινγ το ρεπλιχατε χερταιν οβϕεχτσ ανδ υσε τηεµ ασ ουρ ανχεστορσ µαψ ηαϖε, ρεσεαρχηερσ χαν τεστ τηειρ τηεοριεσ ανδ γαιν ινσιγητ ιντο τηε χουρσε οφ δαιλψ λιφε µιλλεννια αγο. Υσινγ τηισ µετηοδ, Ι ινϖεστιγατεδ τηε ηυντινγ τοολσ ανδ πραχτιχεσ οφ τηε Χρο− Μαγνονσ, ωηο λιϖεδ δυρινγ τηε Λατε Ιχε Αγε (40,000 το 12,000 ψεαρσ αγο). Φροµ στυδιεσ οφ Χρο−Μαγνον φοοδ δεβρισ ανδ αρτιφαχτσ, ωορκερσ ηαϖε λονγ κνοων τηατ τηοσε ανχιεντ πεοπλε ωερε ηιγηλψ συχ− χεσσφυλ ατ κιλλινγ λαργε γαµε. Αλλ τηε σαµε, υντιλ ρεχεντλψ νο ονε ηαδ χονσιδ− ερεδ ηοω Λατε Ιχε Αγε ηυµανσ ηαδ δε− σιγνεδ ανδ υσεδ τηειρ σοπηιστιχατεδ ηυντινγ ωεαπονσ. Χρο−Μαγνον αρσεναλσ µαψ ωελλ ηαϖε ινχλυδεδ τραπσ ανδ σναρεσ µαδε φροµ ωοοδ ανδ πλαντ ορ ανιµαλ ⇒βερσ. Τηεσε ηυντερσ αλσο υσεδ σπεαρσ, χονσιστινγ οφ α σηαρπ ποιντ (µαδε φροµ στονε, αντλερ, βονε ορ ιϖορψ) τηατ ωασ ΗΕΙ∆Ι ΚΝΕΧΗΤ ηασ δονε ηερ µοστ ρεχεντ ⇒ελδωορκ ιν τηε σουτηωεστ οφ Φρανχε, εξχαϖατινγ Λατε Ιχε Αγε σιτεσ ανδ αναλψζινγ προϕεχτιλε ποιντσ. Σηε πλανσ το χοντινυε ηερ εξπεριµενταλ ωορκ υνδερ α 1994 ρεσεαρχη γραντ φροµ τηε Ηιγηερ Χουνχιλ οφ Αρχηαεολογιχαλ Ρεσεαρχη ιν Φρανχε. Σηε ρεχειϖεδ α Πη.∆. ιν αντηρο− πολογψ ιν 1991 φροµ Νεω Ψορκ Υνιϖερσι− τψ ανδ χυρρεντλψ τεαχηεσ αντηροπολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιαµι. 82 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ηαφτεδ, ορ φαστενεδ, το α ωοοδεν σηαφτ. Φορ τηε µοστ παρτ, ονλψ τηε σπεαρποιντσ τηεµσελϖεσ ηαϖε συρϖιϖεδ. Λυχκιλψ, αρ− χηαεολογιστσ ηαϖε ρεχοϖερεδ συχη ποιντσ φροµ µανψ δι⇑ερεντ σιτεσ τηρουγηουτ Ευροπε. Ι αναλψζεδ ιν δεταιλ φουρ διστινχτ τψπεσ οφ Λατε Ιχε Αγε σπεαρποιντσ δατινγ φροµ βετωεεν 40,000 ανδ 22,000 ψεαρσ αγο, ηοπινγ το ρεδισχοϖερ σοµε οφ τηε προχε− δυρεσ ουρ ανχεστορσ υσεδ το µακε τηεµ. Αππλψινγ τηοσε σαµε τεχηνιθυεσ, Ι τηεν φασηιονεδ σπεαρποιντσ ιν τηε λαβορατο− ρψ ιδεντιχαλ το τηοσε φουνδ ατ αρχηαεο− λογιχαλ σιτεσ ανδ τεστεδ τηεµ ιν τηε ⇒ελδ. Τηρουγη τηεσε εξπεριµεντσ, Ι ηαϖε χοµε το ρεαλιζε τηε σπεχιαλιζεδ κνοωλεδγε Χρο−Μαγνον ηυντερσ µυστ ηαϖε ηαδ νοτ ονλψ οφ τηειρ πρεψ βυτ αλσο οφ τηε µε− χηανιχαλ προπερτιεσ οφ τηειρ ωεαπονρψ. Τηεψ δραµατιχαλλψ χηανγεδ τηε δεσιγν οφ τηειρ σπεαρποιντσ δυρινγ δι⇑ερεντ πε− ριοδσ οφ τηε Λατε Ιχε Αγε. Βψ γαινινγ α ηανδσ−ον αππρεχιατιον οφ εαχη οφ τηεσε φουρ δεσιγνσ, ωε χαν σεε µορε χλεαρλψ τηε γοαλσ τηατ ινσπιρεδ τηεµ σο ϖερψ λονγ αγο. Αρχηαεολογιστσ ασσυµε τηατ Χρο−Μα− γνον ηυντερσ µυστ ηαϖε στυδιεδ τηε ηαβιτσ οφ τηειρ πρεψ εξτενσιϖελψ. Τηεψ νεεδεδ το κνοω ωηερε ηερδσ οφ ρεδ δεερ, ηορσεσ, ιβεξεσ ανδ οτηερ λαργε µαµµαλσ ροαµεδ φροµ σεασον το σεασον. Τηεψ αλσο ηαδ το βε αωαρε τηατ τηε ϖαλυε οφ ανιµαλσ ϖαριεδ ατ δι⇑ερεντ τιµεσ οφ τηε ψεαρ. Ιν τηε εαρλψ συµµερ, φορ ινστανχε, ρεινδεερ µαψ ηαϖε βεεν ινφεστεδ ωιτη ινσεχτσ τηατ ωουλδ ηαϖε ρενδερεδ τηειρ ηιδεσ υνσυιταβλε φορ µακινγ χλοτηινγ ανδ τεντσ. Ιν αδδιτιον, το τακε δοων αν− ιµαλσ ασ ποωερφυλ ασ βισον ανδ µαµ− µοτησ, τηεσε ηυντερσ νεεδεδ τηε σκιλλ το χραφτ ανδ υσε αν αρραψ οφ λετηαλ ωεαπονσ. ∆υρινγ τηε βεγιννινγ οφ τηε Λατε Ιχε Αγε, αρτισανσ µοστ φρεθυεντλψ χρεατεδ τηειρ δεαδλψ σπεαρποιντσ φροµ βονε ανδ αντλερ. Σεϖεραλ φαχτορσ προβαβλψ γοϖερνεδ τηε σελεχτιον οφ τηεσε τωο ραω µατερι− ΠΙΕΡΧΕ∆ ςΕΡΤΕΒΡΑ ηαρβορσ α σπλιτ− βασεδ σπεαρποιντ τηατ τηε αυτηορ µαδε, Copyright 1994 Scientific American, Inc. αλσ ανδ τηε δεχισιον το υσε ονε ινστεαδ οφ τηε οτηερ. Τηε ⇒ρστ φαχτορ ωασ τηειρ ρελατιϖε αϖαιλαβιλιτψ. Βονεσ, οφ χουρσε, χαµε παρτ ανδ παρχελ ωιτη τηε ρεστ οφ αν ανιµαλ αφτερ ανψ συχχεσσφυλ κιλλ. Ιν χοντραστ, ονλψ χερταιν σπεχιεσ, συχη ασ ρεινδεερ ανδ ρεδ δεερ, χαρρψ αντλερσ ανδ ονλψ δυρινγ χερταιν σεασονσ. Μορεοϖερ, αντλερσ αρε ηαρδεστ ανδ λαργεστ ανδ τηερεφορε χουλδ συππλψ µορε δυραβλε ποιντσ ιν γρεατερ νυµβερσ δυρινγ τηε φαλλ ρυττινγ σεασον ορ αφτερ τηεψ ηαδ βεεν σηεδ. Ανδ, εξχεπτ φορ ρεινδεερ, ονλψ τηε µαλεσ οφ α σπεχιεσ σπορτ αντλερσ. Τηε δεχισιον το υσε βονε ορ αντλερ φορ φασηιονινγ σπεαρποιντσ αλσο δεπενδεδ ον ωηετηερ ειτηερ µατεριαλ ωασ νεεδεδ φορ σοµε οτηερ πυρποσε. Φορ εξαµπλε, βονε ωασ οφτεν υσεδ το φυελ ⇒ρεσ κιν− δλεδ φορ ωαρµτη ανδ χοοκινγ. Μαρροω, αν εξχελλεντ σουρχε οφ φατ, ωηιχη ισ νεεδ− εδ το µεταβολιζε µεατ προτειν, ρεσιδεσ ιν τηε χεντερ οφ α λονγ βονε ανδ χουλδ βε εξτραχτεδ ονλψ βψ βρεακινγ τηε βονεσ απαρτ. Βψ σηαττερινγ λονγ βονεσ ανδ τηεν βοιλινγ τηεµ, τηε Χρο−Μαγνονσ χουλδ µακε βονε γρεασε∇α κινδ οφ σουπ. Αλλ τηεσε αχτιϖιτιεσ δεστροψεδ λονγ βονεσ το συχη αν εξτεντ τηατ τηεψ χουλδ νοτ βε υσεδ φορ µακινγ τοολσ ορ ωεαπονσ. Νεϖερτηελεσσ, τηε χηοιχε βετωεεν αντ− λερ ανδ βονε δοεσ νοτ σεεµ το ηαϖε βεεν βασεδ σολελψ ον ωηιχη µατεριαλσ ωερε µοστ αϖαιλαβλε δυρινγ ανψ ονε σεα− σον. Χρο−Μαγνον ηυντερσ µανιπυλατ− εδ τηεσε τωο µατεριαλσ υσινγ δι⇑ερεντ υσινγ προχεδυρεσ σιµιλαρ το τηοσε πραχτιχεδ δυρινγ τηε Λατε Ιχε Αγε. Τηε ρεµαρκαβλε δυραβιλιτψ οφ τηισ ρεπλιχατεδ ωεαπον Copyright 1994 Scientific American, Inc. µετηοδσ, ιν ωαψσ τηατ ιµπλψ τηατ τηεψ υνδερστοοδ τηε χοµπαρατιϖε αδϖανταγ− εσ οφ εαχη. Αντλερ ισ α τψπε οφ βονε, βυτ ιτσ παττερν οφ γροωτη ανδ δεϖελοπµεντ διφφερσ δραµατιχαλλψ φροµ τηατ οφ σκελε− ταλ βονε. Ασ α ρεσυλτ, αντλερ ανδ βονε ηαϖε διστινχτ στρυχτυραλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ. ϑοην ∆. Χυρρεψ, α βιολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ψορκ, ηασ µεα− συρεδ τηε βενδινγ στρενγτη, ελαστιχιτψ ανδ φραχτυρε προπερτιεσ οφ τηε τωο µα− τεριαλσ ανδ φουνδ σιγνι⇒χαντ δι⇑ερενχ− εσ βετωεεν τηεµ. Ωηεν φορχε ισ απ− πλιεδ αλονγ τηε λονγιτυδιναλ αξισ οφ βονε ανδ αντλερ σαµπλεσ, τηεψ σηοω νεαρλψ τηε σαµε βενδινγ ανδ χοµπρεσ− σιϖε στρενγτησ. Βονε, ηοωεϖερ, ισ στι⇑ερ ανδ µορε µινεραλιζεδ, ανδ σο ιτ ισ µορε δεµονστρατεσ τηατ Χρο−Μαγνον αρτισανσ ηαδ χονσιδεραβλε κνοωλεδγε αβουτ τηε µατεριαλσ τηεψ υσεδ ιν τηειρ δεσιγνσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 83 λικελψ το φραχτυρε ον ιµπαχτ. Τηε φαχτ τηατ Λατε Ιχε Αγε αρτισανσ δεϖελοπεδ σπεχι⇒χ ωαψσ φορ ηανδλινγ αντλερ ανδ βονε δοεσ νοτ συγγεστ τηατ τηεψ κνεω ωηψ τηε τωο προδυχτσ περφορµεδ ασ τηεψ διδ. Βυτ, τηρουγη εξπεριενχε, τηεψ νο δουβτ ωουλδ ηαϖε αχχυµυλατεδ θυιτε α βιτ οφ κνοωλεδγε αβουτ ωηιχη οφ τηε τωο ωασ µορε συιταβλε φορ α γιϖεν τασκ. ∆ ΣΠΕΑΡΠΟΙΝΤΣ χηανγεδ δραµατιχαλλψ δυρινγ τηε Λατε Ιχε Αγε ιν φορµ (πηοτογραπησ) ανδ ιν τηε ωαψ τηεψ ωερε ηαφτεδ οντο α σηαφτ (δραωινγσ). Τηε λατερ δεσιγνσ ωερε µορε εασιλψ ρεπαιρεδ. Σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ χουλδ βε ρεϖερσεδ ιφ τηε τιπ ωορε ουτ. Βεχαυσε τηε βεϖελσ οφ τηε βονε ποιντσ ωερε υνιφορµ, τηεψ χουλδ βε ιντερχηανγεδ. υρινγ τηε Αυριγναχιαν περιοδ, 40,000 το 28,000 ψεαρσ αγο (τηε εαρλιεστ περιοδ δυρινγ ωηιχη αν− ατοµιχαλλψ µοδερν ηυµανσ ωερε λιϖινγ ιν ωεστερν Ευροπε), Χρο−Μαγνον αρτισανσ πρεφερρεδ αντλερ φορ µακινγ ωεαπονσ. Τηεψ µαδε αντλερ σπεαρποιντσ ιν τηρεε συχχεσσιϖε δεσιγνσ. Τηε εαρλιεστ ονεσ ωερε λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ ωιτη σπλιτ βασεσ; τηεν, βεγιννινγ αρουνδ 30,000 ψεαρσ αγο, τηιχκερ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ ηαϖινγ ρουνδεδ βασεσ ωερε ιντροδυχεδ; ανδ 2,000 ψεαρσ αφτερ τηατ, σπινδλε− σηαπεδ ποιντσ ωιτη γεντλψ ταπερεδ βασ− εσ χαµε ιντο υσε. ∆υρινγ τηε Γραϖεττιαν περιοδ, ωηιχη φολλοωεδ τηε Αυριγνα− χιαν, Χρο−Μαγνον αρτισανσ ιντροδυχεδ α φουρτη τψπε οφ σπεαρποιντ, ονε τηατ ωασ µαδε φροµ βονε ανδ ηαδ α βεϖελεδ βασε [σεε ιλλυστρατιον ατ λεφτ ]. Ωηατ χριτερια γυιδεδ τηοσε ωηο φαση− ιονεδ τηεσε ηιγηλψ ρεγυλαρ ποιντσ? Το τρψ το ανσωερ τηατ θυεστιον, Ι ⇒ρστ χον− σιδερεδ ωηατ χηαραχτεριστιχσ τηεσε φουρ βασιχ ϖαριατιονσ σηαρε. Οφ νεχεσσιτψ, τηε ποιντσ αρε αλλ σηαπεδ σο τηατ τηεψ χαν πιερχε τηε ηιδε οφ αν ανιµαλ, πενετρατε µυσχλεσ ανδ ιντερναλ οργανσ, ανδ ιν⇓ιχτ α λιφε−τηρεατενινγ ωουνδ. Τηε σηαπεσ οφ τηε βασεσ, δεσπιτε τηειρ δισσιµιλαριτιεσ, ωερε αλσο φυνχτιοναλ. Χρο−Μαγνον αρτι− σανσ δεϖελοπεδ τηε δι⇑ερεντ φορµσ σο τηατ τηε ποιντσ χουλδ βε ⇒ρµλψ φαστενεδ το τηε ωοοδεν σηαφτ ανδ τηυσ σταψ ατ− ταχηεδ ον ιµπαχτ. Οφ χουρσε, τηε ωαψ α ποιντ ωασ ηαφτ− εδ οντο ιτσ σηαφτ α⇑εχτεδ τηε αεροδψ− ναµιχσ οφ τηε σπεαρ ασ α ωηολε. Το αϖοιδ µακινγ τηε ⇒νισηεδ προδυχτ τοο ηεαϖψ ορ υνωιελδψ, Χρο−Μαγνον ηυντερσ νεεδεδ το τακε ιντο αχχουντ ηοω φορχε− φυλλψ τηε αϖεραγε ηυντερ χουλδ τηροω α σπεαρ. ∆υρινγ τηε Λατε Ιχε Αγε, σπεαρσ ωερε ηυρλεδ ειτηερ βψ ηανδ ορ βψ ατλατλ, α ηανδηελδ στιχκ ωιτη α ηοοκ ατ ονε ενδ τηατ ωασ ινσερτεδ ιντο α σοχκετ ατ τηε ενδ οφ α σπεαρ. Πρεηιστοριχ ηυντερσ βεγαν υσινγ ατλατλσ ατ λεαστ ασ εαρλψ ασ 22,000 ψεαρσ αγο. Αλτηουγη αρχηαεολο− γιστσ δεβατε τηε πρεχισε ρεασονσ ανχιεντ πεοπλε ηαδ φορ υσινγ ατλατλσ, τηεσε δε− ϖιχεσ χλεαρλψ ινχρεασεδ τηε φορχε ανδ αχ− χυραχψ ωιτη ωηιχη α ηυντερ χουλδ τηροω α σπεαρ. Αλλ φουρ ποιντσ, ωηετηερ τηροων βψ ηανδ ορ βψ ατλατλ, ωουλδ ηαϖε σερϖεδ εθυαλλψ ωελλ ασ τηε λετηαλ ενδ οφ α σπεαρ. Ωηψ διδ τηειρ δεσιγν χηανγε οϖερ τηε 84 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ANTLER SPLIT-BASED POINT Early Aurignacian (35,000 to 32,000 years ago) ANTLER LOZENGE-SHAPED POINT WITH SIMPLE BASE Aurignacian (32,000 to 29,000 years ago) TOP VIEW ANTLER SPINDLE-SHAPED POINT WITH SIMPLE BASE Late Aurignacian (30,000 to 28,000 years ago) BONE POINT WITH BEVELED BASE Gravettian (25,000 to 22,000 years ago) ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 χουρσε οφ τηε Λατε Ιχε Αγε? Ιν σεαρχη οφ αν εξπλανατιον, Ι χονδυχτεδ τωο σεριεσ οφ εξπεριµεντσ. Φιρστ, Ι υσεδ Λατε Ιχε Αγε προχεδυρεσ το µανυφαχτυρε βονε ανδ αντλερ σπεαρποιντσ ιν τηε λαβορατορψ. Ι ωασ αβλε το ρεχονστρυχτ στεπ βψ στεπ τηε προδυχτιον προχεσσ υσεδ βψ Χρο−Μα− γνονσ βεχαυσε αρχηαεολογιστσ ηαϖε βεεν φορτυνατε ενουγη το ρεχοϖερ σπεαρποιντσ ιν δι⇑ερεντ σταγεσ οφ χοµπλετιον, ασ ωελλ ασ ωαστε ανδ βψ−προδυχτσ φροµ τηε προχεσσ. Το χηεχκ τηατ µψ µετηοδ ωασ αχχυρατε, ατ εϖερψ οππορτυνιτψ Ι χοµ− παρεδ τηε σχρατχηεσ ανδ οτηερ µαρκσ λεφτ ον τηε συρφαχε οφ µψ οβϕεχτσ ωιτη τηοσε φουνδ ον αρχηαεολογιχαλ σπεχι− µενσ. Ιφ τηε µαρκσ διδ νοτ µατχη, Ι τριεδ αλτερνατιϖε τεχηνιθυεσ ορ τοολσ υντιλ τηεψ διδ αγρεε. Ι λιµιτεδ µψσελφ το υσινγ τοολσ µαδε ονλψ φροµ στονε, βονε ανδ αντλερ. Ιν τηε ενδ, Ι ωασ αβλε το φαβ− ριχατε ποιντσ νεαρλψ ιδεντιχαλ το τηε γεν− υινε αρτιφαχτσ φροµ εαχη περιοδ. Ιν τηε νεξτ σταγε οφ µψ εξπεριµεντσ, ωορκινγ ωιτη σεϖεραλ χολλεαγυεσ ον α σµαλλ φαρµ νεαρ Λεσ Εψζιεσ ιν τηε σουτη− ωεστ ρεγιον οφ Φρανχε, Ι µεασυρεδ τηε αεροδψναµιχσ ανδ δυραβιλιτψ οφ τηε ρεπ− λιχατεδ ποιντσ, ασ ωελλ ασ ηοω ρεαδιλψ τηεψ πενετρατεδ αν ανιµαλ∏σ ηιδε ανδ βονεσ. Ωε ηαφτεδ ουρ σπεαρποιντσ το ωοοδεν σηαφτσ υσινγ στριπσ οφ ανιµαλ ηιδε ανδ νατυραλ ρεσιν ανδ τηεν σηοτ τηεµ ιντο γοατ χαρχασσεσ συσπενδεδ ιν λιφελικε ποσιτιονσ. Φορ τηε πυρποσε οφ ουρ εξερχισεσ, ωε λαυνχηεδ τηε σπεαρσ υσινγ α χαλιβρατεδ χροσσβοω, ωηιχη αλ− λοωεδ υσ το χοντρολ τηε σπεεδ ανδ φορχε ωιτη ωηιχη τηε σπεαρ ηιτ τηε ταργετ. Ωε χουλδ τηερεφορε βε χερταιν τηατ τηε κινετιχ ενεργψ οφ τηε σπεαρ ωουλδ βε χλοσε το τηατ οφ α σπεαρ τηροων ειτηερ βψ ηανδ ορ βψ ατλατλ. Ωε τεστεδ εαχη οφ ουρ σπεαρποιντσ σεϖεραλ τιµεσ ιν τηε ηοπεσ οφ βρεακινγ τηεµ. Ονε γοαλ οφ τηεσε τριαλσ ωασ το δετερµινε ωηετηερ βονε ανδ αντλερ ποιντσ βρεακ ιν τελλταλε ωαψσ. Μανψ Ιχε Αγε σπεαρποιντσ εξχαϖατεδ φροµ αρ− χηαεολογιχαλ σιτεσ αρε δαµαγεδ, ανδ ιτ ισ οφτεν ιµποσσιβλε το τελλ ηοω, ορ εϖεν ωηεν, τηεψ βροκε. Ωε λεαρνεδ τηατ ιφ τηε ποιντσ ωερε δαµαγεδ ωηεν τηεψ ηιτ βονεσ ινσιδε τηε ταργετ, βονε ποιντσ υσυαλλψ βροκε αλονγ τηειρ µιδσεχτιον. Αντλερ σπεαρποιντσ, ηοωεϖερ, σηοωεδ δαµαγε ιν τηε φορµ οφ τρανσϖερσε σναπσ ονλψ νεαρ τηε τιπ. Φροµ συχη οβσερϖα− τιονσ, ωε ωιλλ βε βεττερ αβλε το ϕυδγε ωηετηερ χερταιν ποιντσ βροκε δυρινγ µανυφαχτυρε ορ δυρινγ υσε ορ ωηετηερ ινστεαδ τηεψ ωερε χρυσηεδ ιν τηε γρουνδ λονγ αφτερ τηεψ ηαδ βεεν δεποσιτεδ. Ωε αλσο ρεχορδεδ ηοω µυχη δαµαγε τηε σπεαρποιντσ διδ το τηε βονεσ οφ τηε ανιµαλ. Ποιντσ µαδε φροµ βονε ανδ αντλερ ωερε φαρ µορε ρυγγεδ τηαν ωε ηαδ εξπεχτεδ. Ωηεν τηεψ εντερεδ τηε Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΡΕΠΛΙΧΑΤΕ∆ ΣΠΕΑΡΣ ωερε φορµεδ βψ ηαφτινγ ποιντσ (τηεσε αρε λοζενγε−σηαπεδ ) οντο σηαφτσ υσινγ ανιµαλ ηιδε ανδ νατυραλ ρεσιν. Χρο−Μαγνον ηυντερσ µοστ λικελψ αππλιεδ ρεσιν το τηε σπεαρποιντ ανδ σηαφτ το ινχρεασε τηε αδηεσιον βετωεεν τηεµ. ανιµαλ ατ α φορχε εθυιϖαλεντ το τηατ οφ α σπεαρ ρελεασεδ φροµ αν ατλατλ, τηε ποιντσ οφτεν πασσεδ υνσχατηεδ τηρουγη ϖερτε− βραε, ριβσ ανδ εϖεν φεµυρσ. Π ροδυχινγ βονε ανδ αντλερ σπεαρ− ποιντσ σιµιλαρ το τηε Λατε Ιχε Αγε αρτιφαχτσ προϖεδ το βε νο σιµπλε τασκ. Ιν ουρ ε⇑ορτσ, ιτ βεχαµε εϖερ µορε αππαρεντ τηατ εϖεν δυρινγ τηε εαρλιεστ πηασε οφ τηε Αυριγναχιαν, Λατε Ιχε Αγε ωορκερσ ηαδ µαστερεδ α ηιγηλψ χοηερεντ παρχελ οφ τεχηνιθυεσ. Οϖερ τιµε, τηειρ µετηοδσ χηανγεδ το µεετ τηε νεεδσ οφ Λατε Ιχε Αγε ηυντινγ ιν ιννοϖατιϖε ωαψσ. Ινδεεδ, ιτ σεεµσ φροµ ουρ εξερχισεσ τηατ τηε ωαψ ιν ωηιχη τηε σπεαρποιντσ χηανγεδ σηαπε οϖερ τιµε ο⇑ερεδ µορε αδϖανταγεσ το ηυντερσ, ωηο ωερε οφτεν ον τηε µοϖε ωηεν ιν σεαρχη οφ γαµε. Τηε λατερ ποιντσ ωερε νοτ ονλψ λετηαλ, τηεψ ωερε αλσο µορε εασιλψ ρεπαιρεδ, ανδ δυρινγ τηε Γραϖεττιαν τηεψ ωερε ρεαδιλψ ιντερχηανγεαβλε ασ ωελλ. Ατ τηε βεγιννινγ οφ τηε Αυριγναχιαν, Χρο−Μαγνον ηυντερσ µανυφαχτυρεδ σπλιτ−βασεδ ποιντσ βψ σπλιττινγ ανδ ωεδγινγ σεχτιονσ οφ αντλερ. Το εξτραχτ α µορσελ οφ αντλερ, τηε αρτισανσ ηαλϖεδ α σεγµεντ οφ αντλερ αλονγ ιτσ λενγτη. Το µακε τηε σπλιτ ιν τηε βασε οφ τηε ποιντ, τηεψ γεντλψ στρυχκ α ωεδγε ηελδ αγαινστ α πλατφορµ χονστρυχτεδ ατ τηε βασε οφ τηε σπεαρποιντ. Τηεψ χοντρολλεδ τηε δι− ρεχτιον ανδ λενγτη οφ τηε σπλιτ βψ σηαπ− ινγ τηε ποιντ σο τηατ ιτ ωασ ωιδερ ανδ τηιχκερ ιν τηατ ρεγιον ωηερε τηε σπλιτ σηουλδ ενδ. Γιϖεν τηατ σπλιττινγ ανδ ωεδγινγ ωερε χοµµον τεχηνιθυεσ φορ φορµινγ σπεαρ− ποιντσ, ιτ ισ νοτ συρπρισινγ τηατ τηε ηυντ− ερσ αππαρεντλψ υσεδ ανοτηερ ωεδγινγ ταχτιχ το ηαφτ τηε σπλιτ−βασεδ ποιντσ. Τηεψ ινσερτεδ τηε βασε οφ α σπεαρποιντ ιντο α U−σηαπεδ σλοτ χυτ ιντο τηε ενδ οφ α ωοοδεν σηαφτ ανδ τηεν ωραππεδ τηε ασσεµβλψ υσινγ α λιγατυρε µαδε φροµ πλαντ ορ ανιµαλ ⇒βερ. Νεξτ τηεψ φορχεδ α σµαλλ ωεδγε µαδε φροµ αντλερ ορ ωοοδ ιντο τηε σπλιτ ιν τηε βασε οφ τηε ποιντ. Αρχηαεολογιστσ ηαϖε ρεχοϖερεδ αντλερ ωεδγεσ οφ τηισ κινδ φροµ ονε αρχηαεο− λογιχαλ σιτε, τηε Αβρι Χαστανετ ιν τηε ςαλ− λον δε Χαστελµερλε, Σεργεαχ, Φρανχε. Τηε ωεδγε τηεν σπλαψεδ τηε ωινγσ οφ τηε σπλιτ βασε οπεν ινσιδε τηε σηαφτ [σεε τοπ ιλλυστρατιονσ ον οπποσιτε παγε]. Α χοµβι− νατιον οφ τηε φορχεσ αχτινγ βετωεεν τηε σηαφτ, τηε ποιντ, τηε ωεδγε ανδ τηε λιγα− τυρε σεχυρεδ τηε ατταχηµεντ. Χυριουσλψ, δεσπιτε τηε χαρε ιτ τοοκ το εξεχυτε τηισ δεσιγν, τηε µακερσ οφ σπλιτ−βασεδ ποιντσ δο νοτ σεεµ το ηαϖε βεεν πριµαριλψ χον− χερνεδ ωιτη ρεπαιρινγ τηειρ προδυχτσ. Αλτηουγη µοστ σπλιτ−βασεδ ποιντσ ηαϖε στανδαρδιζεδ, σψµµετριχαλ σηαπεσ, ρε− ωορκεδ ποιντσ φουνδ ατ αρχηαεολογιχαλ σιτεσ αππεαρ υνβαλανχεδ, λοπσιδεδ ορ µισσηαπεν. Τηιρτψ−τωο τηουσανδ ψεαρσ αγο, σπλιτ− βασεδ ποιντσ συδδενλψ δισαππεαρεδ, ανδ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ ωιτη σιµπλε βασεσ τοοκ τηειρ πλαχε. Ιν χοντραστ το τηειρ φορερυννερσ, τηε λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ σεεµ το ηαϖε βεεν δεσιγνεδ σο τηατ τηεψ µιγητ βε ρεσηαρπενεδ. Το µακε λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ, τηε ηυντ− ερσ χυτ α φραγµεντ οφ αντλερ ιν ηαλφ αλονγ ιτσ λενγτη. Τηε αρτισανσ σηαπεδ τηε συρ− φαχεσ ανδ σιδεσ οφ τηε λοζενγε−σηαπεδ ποιντ σεπαρατελψ, ασ τηεψ διδ ωηεν µακ− ινγ σπλιτ−βασεδ ποιντσ. Τηεψ τριµµεδ τηε σιδεσ οφ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ βψ σχραπινγ τηεµ λενγτηωισε. Τηεν τηεψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 85 σχραπεδ τηε τοπ ανδ βοττοµ συρφαχεσ οφ τηε ποιντσ υντιλ τηεψ ωερε σµοοτη. Βεχαυσε τηε λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ αρε µυχη ωιδερ ιν τηε µιδδλε τηαν ατ ει− τηερ ενδ, τηε σπεαρ σηαφτ προβαβλψ νεεδ− εδ το βε σλοττεδ σο τηατ τηε γιρτη οφ τηε ποιντ χουλδ εξτενδ παστ τηε διαµετερ οφ τηε σηαφτ. Α σπεαρ σηαφτ ηαϖινγ α διαµ− ετερ ασ ωιδε ασ α λοζενγε−σηαπεδ ποιντ ωουλδ ηαϖε βεεν χυµβερσοµε το γρασπ ορ τηροω. Ι φουνδ τηατ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ ωερε λεσσ δι⇔χυλτ το µακε βεχαυσε τηερε ωασ νο νεεδ το σπλιτ τηε βασε οφ τηε ποιντ ⇒ρστ. Μορεοϖερ, τηεσε ποιντσ χουλδ εασιλψ βε ρεσηαρπενεδ, ωιτηουτ εϖεν ρε− µοϖινγ τηεµ φροµ τηε σηαφτ. Εϖερψ τιµε ωε σηαρπενεδ ονε οφ ουρ ποιντσ τηατ ηαδ βεεν δαµαγεδ ιν τηε ⇒ελδ, ιτσ φορµ φελλ ωιτηιν τηε ρανγε οφ ϖαριατιον φουνδ ιν τηε αρχηαεολογιχαλ σαµπλε. Τηερεφορε, τηε δεσιγν οφ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ µαψ ηαϖε βεεν α ρεσπονσε το α γροωινγ δεσιρε φορ εασιλψ µαινταινεδ ανδ ρευσ− αβλε σπεαρποιντσ. Λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ γραδυαλλψ φαδεδ ουτ, ανδ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ εµεργεδ. Βοτη τηε Αυριγναχιαν λοζενγε− ανδ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ ωερε υσυαλ− λψ µαδε φροµ αντλερ, αλτηουγη οχχασιον− αλλψ σοµε ωερε φασηιονεδ φροµ βονε ορ ιϖορψ ινστεαδ. Υνλικε τηε σπλιτ−βασεδ ποιντσ, τηεψ βοτη ηαϖε σιµπλε βασεσ τηατ ταπερ γεντλψ το α βλυντ, ρουνδεδ ενδ. Τηε αρτισανσ, ηοωεϖερ, χουλδ µανυφαχ− τυρε µορε σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ φροµ τηε σαµε αµουντ οφ αντλερ τηαν τηεψ χουλδ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ. Το φορµ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ, Χρο−Μαγνονσ σχραπεδ α σεγµεντ οφ αντλερ αλονγ ιτσ λενγτη. Ρατηερ τηαν σµοοτηινγ τηε σιδεσ οφ τηε ποιντ σεπαρατελψ φροµ σηαπινγ τηε υππερ ανδ λοωερ συρφαχεσ, τηεψ ρε− µοϖεδ µατεριαλ φροµ τηε εντιρε χιρχυµ− φερενχε οφ τηε σπινδλε−σηαπεδ ποιντ σι− µυλτανεουσλψ. Ιν οτηερ ωορδσ, σπινδλε− σηαπεδ ποιντσ ωερε φορµεδ ιν τηε ρουνδ. Τηε σπεαρ µακερ προβαβλψ ιν− σερτεδ τηε ταπερεδ ενδσ οφ τηε σπινδλε− σηαπεδ ποιντσ ιντο α σοχκετ ηολλοωεδ ιν τηε ενδ οφ τηε σηαφτ. Ιν τηισ ωαψ, τηε σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ χουλδ βε ηαφτεδ ϖερψ σιµπλψ, αγαιν µακινγ νο διστινχ− τιον βετωεεν τηειρ συρφαχεσ ανδ σιδεσ. Τηε σψµµετριχαλ δεσιγν λοοκεδ εξαχτλψ τηε σαµε αλλ τηε ωαψ αρουνδ τηε περιµε− τερ οφ τηε ποιντ ανδ τηε σηαφτ. Ωε ρεσηαρπενεδ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ ατταχηεδ το τηε σηαφτ ωιτη τηε σαµε εασε τηατ ωε εξπεριενχεδ ρεωορκ− ινγ δαµαγεδ λοζενγε−σηαπεδ ποιντσ. Μορεοϖερ, βεχαυσε τηε τωο ενδσ οφ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ αρε ιδεντιχαλ, α ρεωορκεδ σπινδλε−σηαπεδ ποιντ χουλδ αλσο βε ρεχψχλεδ βψ τυρνινγ ιτ αρουνδ. Τηε οριγιναλ βασε ωουλδ τηεν σερϖε ασ α φρεση ποιντ. Ωηερεασ ονλψ ονε σιδε οφ α λοζενγε−σηαπεδ ποιντ χουλδ ηαϖε βεεν ρευσεδ, βοτη σιδεσ οφ α σπινδλε−σηαπεδ ποιντ χουλδ ηαϖε βεεν ρεσηαρπενεδ ρεπεατεδλψ. Σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ πρεϖαιλεδ φορ τηε ρεµαινδερ οφ τηε Αυριγναχιαν. Τηεν, δυρινγ τηε Γραϖεττιαν, τηερε αππεαρ σιν− γλε−βεϖελεδ ποιντσ µαδε φροµ λονγ βονεσ οφ λαργε µαµµαλσ ρατηερ τηαν φροµ αντλερσ. Τηε αρτισανσ βροκε τηε βονεσ ιντο λαργε σπλιντερσ ανδ σηαπεδ τηεµ το α γεντλψ ταπερεδ ποιντ βψ σχραπ− ινγ τηεµ αλονγ τηειρ λενγτη. Νεξτ τηεψ ωηιττλεδ ορ σχραπεδ τηε ενδ οφ τηε πιεχε το φορµ τηε σλοπεδ βασε. Τηε Γραϖεττιαν δεσιγνερσ προβαβλψ βεϖελεδ ονε ενδ οφ α ωοοδεν σηαφτ ατ τηε σαµε ανγλε ασ τηε βεϖελ ον τηε βασε οφ τηε ποιντ. Τηε τωο φαχεσ, ποιντινγ τοωαρδ εαχη οτηερ, ωουλδ τηεν ⇒τ τογετηερ περφεχτλψ. Το ινχρεασε αδηεσιον, τηε σπεαρ µακερ αππλιεδ ρεσιν το εαχη οφ τηε βεϖελεδ συρφαχεσ. Ιν αδδιτιον, ον ϖιρτυαλλψ αλλ σινγλε−βεϖ− ελεδ ποιντσ, τηε συρφαχε οφ τηε βεϖελ ισ τεξτυρεδ ανδ µαρκεδ ειτηερ βψ τηε πορεσ οφ τηε ρεµαινινγ σπονγψ βονε ορ βψ πυρποσεφυλλψ σχορεδ γροοϖεσ. Τηισ ιρρεγ− υλαρ συρφαχε φυρτηερ ινχρεασεδ τηε ηολδ βετωεεν τηε βασε ανδ τηε ενδ οφ τηε σηαφτ∇σµοοτη συρφαχεσ ωουλδ ηαϖε σλιδ αγαινστ εαχη οτηερ, ανδ τηε ποιντ χουλδ ηαϖε χοµε λοοσε ιν τηε ηαφτ. Τηε αρτισανσ σοµετιµεσ ⇓αττενεδ ανδ σχορεδ τηε σιδεσ οφ σινγλε−βεϖελεδ ποιντσ ασ ωελλ, α φεατυρε τηατ προβαβλψ ηελπεδ το σεχυρε τηε λασηινγ ορ αδηεσιϖε εϖεν µορε. Τ ΧΑΛΙΒΡΑΤΕ∆ ΧΡΟΣΣΒΟΩ εναβλεδ εξπεριµεντερσ το χοντρολ τηε σπεεδ ανδ φορχε οφ α σπεαρ ιν ταργετ τριαλσ. Τηεψ σετ τηε χροσσβοω σο τηατ τηε κινετιχ ενεργψ οφ τηειρ σπεαρσ εθυαλεδ τηατ οφ α σπεαρ τηροων βψ ηανδ ορ βψ ατλατλ. Τηεψ χουλδ τηεν βε χερταιν τηατ τηε ρεπλιχατεδ ωεαπονσ ωουλδ νοτ ουτπερφορµ τηοσε υσεδ βψ πρεηιστοριχ ηυντερσ. ηε σηιφτ φροµ αντλερ ποιντσ το βονε ποιντσ ισ παρτιχυλαρλψ χυρι− ουσ. Γιϖεν τηατ αντλερ ισ α τουγη− ερ ανδ µορε ⇓εξιβλε µατεριαλ τηαν βονε, σπεαρποιντσ µαδε φροµ αντλερ αρε λεσσ λικελψ το βρεακ. Μορεοϖερ, αχχορδινγ το τηε διφφερεντ µαννερ ιν ωηιχη αντλερ ανδ βονε ποιντσ φραχτυρε ωηεν τηεψ στρικε αν ανιµαλ ορ τηε γρουνδ, α βονε ποιντ λοσεσ µορε οφ ιτσ λενγτη ωιτη εαχη συχχεσσιϖε βρεακ. Αφτερ σεϖεραλ βρεακσ, α βονε ποιντ βεχοµεσ τοο σηορτ το βε ρεσηαρπενεδ. Τηερεφορε, ιτ χαννοτ βε ρεσηαρπενεδ ασ µανψ τιµεσ ασ χαν αν 86 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ΑΤΛΑΤΛ µαδε φροµ ρεινδεερ αντλερ, δατεσ το τηε Μαγδαλενιαν (18,000 το 11,000 ψεαρσ αγο) ανδ ωασ ρεχοϖερεδ φροµ τηε χαϖε οφ Ενλνε ιν Φρανχε. Τηε ηοοκ αγαινστ ωηιχη τηε ενδ οφ α σπεαρ αντλερ ποιντ οφ τηε σαµε οριγιναλ λενγτη. Ιν δεσιγνινγ σινγλε−βεϖελεδ ποιντσ, ηοωεϖερ, τηε αρτισανσ διδ ιν φαχτ υσε βονε ιν τηε βεστ ωαψ ποσσιβλε το αϖοιδ βρεακαγε. Τηεψ υσεδ σεγµεντσ οφ βονε νεαρ τηε επιπηψσεσ, τηε ενδσ οφ α λονγ βονε. Επιπηψσεαλ βονε εξηιβιτσ µορε υνιφορµ µεχηανιχαλ προπερτιεσ τηαν δοεσ τηε µατεριαλ φουνδ αλονγ τηε µιδ− δλε οφ α λονγ βονε, ρεγαρδλεσσ οφ τηε δι− ρεχτιον ιν ωηιχη ιτ εξπεριενχεσ στρεσσ. Ασ α ρεσυλτ, τηισ βονε ωουλδ ηαϖε βεεν λεσσ λικελψ το φραχτυρε δυρινγ ιµπαχτ, πενετρατιον ανδ ανψ συβσεθυεντ µοϖε− µεντ οφ τηε ωουνδεδ ανιµαλ. Μορε− οϖερ, σινγλε−βεϖελεδ ποιντσ ατταχηεδ το α ωοοδεν σηαφτ αρε µορε στρεαµλινεδ τηαν αρε τηειρ αντλερ πρεδεχεσσορσ, οφ− φερινγ ψετ ανοτηερ αδϖανταγε. Ινδεεδ, τηε χροσσ−σεχτιοναλ σηαπε οφ συχη α σπεαρ ρεµαινσ τηε σαµε αλονγ ιτσ εντιρε λενγτη, α χηαραχτεριστιχ τηατ µαξιµιζεσ ιτσ ελαστιχ ρεσιλιενχε. Ιν ουρ εξπεριµεντσ, ωε ηαδ νο δι⇔− χυλτψ ρετοολινγ βροκεν σινγλε−βεϖελεδ ποιντσ ωηιλε τηεψ ωερε στιλλ ατταχηεδ το τηε σηαφτ, ασ ωασ τηε χασε φορ λοζενγε− ανδ σπινδλε−σηαπεδ ποιντσ. Ασ εϖιδενχε τηατ Γραϖεττιαν ηυντερσ ϖαλυεδ τηισ χηαρ− αχτεριστιχ, αρχηαεολογιστσ ηαϖε φουνδ βροκεν σινγλε−βεϖελεδ ποιντσ φροµ σεϖ− εραλ Ιχε Αγε σιτεσ τηατ λοοκ ασ τηουγη σοµεονε ηαδ βεεν ιν τηε προχεσσ οφ ρε− σηαρπενινγ τηεµ. Αλσο, ιφ τηε σινγλε− βεϖελεδ βασε οφ α σπεαρποιντ ωασ δαµ− αγεδ, ωε φουνδ τηατ ανοτηερ βεϖελ χουλδ ρεαδιλψ βε µαδε ον τηε ρεµαινινγ παρτ οφ τηε σηαφτ το αχχοµµοδατε τηε νεω ηαφτ. Σιγνι⇒χαντλψ, τηε ανγλε οφ τηε βεϖ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ωουλδ ρεστ ισ ιν τηε φορµ οφ α βιρδ. Ανοτηερ βιρδ ισ χαρϖεδ ιν βασ−ρελιεφ αλονγ τηε ηανδλε. Περηαπσ α πιεχε οφ ιϖορψ ορ στονε ωασ ατ ονε τιµε ινσερτεδ ιντο τηε ηανδλε το φορµ τηε βιρδ∏σ εψε. ελ ωασ ηιγηλψ στανδαρδιζεδ. Τηισ υνι− φορµιτψ µεαντ τηατ τηε σαµε σπεαρ σηαφτ χουλδ ηοστ α νυµβερ οφ ρεσηαρπενεδ ορ νεω ποιντσ. Α ηυντερ χουλδ χαρρψ σπαρε ποιντσ ανδ ρεπλαχε α βροκεν ποιντ ωηιλε αωαψ φροµ ηοµε ον α ηυντινγ εξπεδι− τιον. Οφ χουρσε, τηε φεω στονε τοολσ νεεδεδ το ρεπαιρ α βροκεν ποιντ χουλδ αλσο βε τακεν αλονγ. Τηεσε φουρ τψπεσ οφ σπεαρποιντσ αρε βυτ α σµαλλ φραχτιον οφ τηε µψριαδ κινδσ τηατ ηυντερσ µανυφαχτυρεδ δυρινγ τηε Λατε Ιχε Αγε. Ιν αδδιτιον το βονε ανδ αντλερ ποιντσ, σεϖεραλ τψπεσ οφ ποιντσ ωερε µαδε φροµ στονε ασ ωελλ. Ατ σιτεσ δατινγ το τηε Γραϖεττιαν ιν σουτηερν Γερµανψ, αρχηαεολογιστσ ηαϖε φουνδ χολλεχτιονσ οφ ποιντσ µαδε φροµ µαµ− µοτη ριβσ. Ιν αδδιτιον, ιτ αππεαρσ τηατ ηυντερσ εϖεντυαλλψ δεϖελοπεδ µορε σο− πηιστιχατεδ ηαφτινγ µεχηανισµσ τηατ ωερε δεσιγνεδ σο τηατ τηε ποιντ ωουλδ δεταχη φροµ τηε σηαφτ ωηεν ιτ ηιτ α ταρ− γετ. Λεφτ ινσιδε τηε ανιµαλ, τηε ποιντ χουλδ ηαϖε χαυσεδ εϖεν µορε ιντερναλ δαµαγε. Ινδεεδ, δυρινγ δι⇑ερεντ περιοδσ οφ τηε Λατε Ιχε Αγε, αρτισανσ εξπλορεδ α νυµβερ οφ στρατεγιεσ το φορµ λετηαλ σπεαρποιντσ. Ιν τηειρ ϖαριουσ δεσιγνσ, ωε χαν σεε διστινχτ σολυτιονσ το τηε σαµε προβλεµ∇τηατ οφ µανυφαχτυρινγ ηιγηλψ ε⇑εχτιϖε ωεαπονσ. Βψ χοντινυινγ το ρεπροδυχε τηεσε ωεαπονσ ανδ το τεστ τηειρ περφορµανχε χαπαβιλιτιεσ, ωε χαν ρεαχη α φυλλερ υνδερστανδινγ οφ τηε µαννερ ιν ωηιχη ουρ ανχεστορσ ταχκλεδ τηε χηαλλενγεσ τηατ ηυντινγ πρεσεντεδ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΟΣΣΕΟΥΣ ΠΡΟϑΕΧΤΙΛΕ ΠΟΙΝΤΣ: ΒΙΟΛΟΓΙΧΑΛ ΧΟΝΣΙ∆ΕΡΑΤΙΟΝΣ ΑΦΦΕΧΤΙΝΓ ΡΑΩ ΜΑΤΕ− ΡΙΑΛ ΣΕΛΕΧΤΙΟΝ ΑΝ∆ ∆ΕΣΙΓΝ ΑΜΟΝΓ ΠΑ− ΛΕΟΛΙΤΗΙΧ ΑΝ∆ ΠΑΛΕΟΙΝ∆ΙΑΝ ΠΕΟΠΛΕΣ. Ρ. ∆αλε Γυτηριε ιν Ανιµαλσ ανδ Αρχηαε− ολογψ, ςολ. 1: Ηυντερσ ανδ Τηειρ Πρεψ. Εδιτεδ βψ ϑυλιετ Χλυττον−Βροχκ ανδ Χαρο− λινε Γριγσον. ΒΑΡ Ιντερνατιοναλ Σεριεσ 163, παγεσ 273∠294; 1983. ΤΗΕ ΟΠΤΙΜΑΛ ∆ΕΣΙΓΝ ΟΦ ΗΥΝΤΙΝΓ ΩΕΑΠ− ΟΝΣ: ΜΑΙΝΤΑΙΝΑΒΙΛΙΤΨ ΟΡ ΡΕΛΙΑΒΙΛΙΤΨ. Πετερ Βλεεδ ιν Αµεριχαν Αντιθυιτψ, ςολ. 51, Νο. 4, παγεσ 737∠747; Οχτοβερ 1986. ςΙΣΥΑΛ ΤΗΙΝΚΙΝΓ ΙΝ ΤΗΕ ΙΧΕ ΑΓΕ. Ραν− δαλλ Ωηιτε ιν Σχιεντιφιχ Αµεριχαν, ςολ. 261, Νο. 1, παγεσ 92∠99; ϑυλψ 1989. ΗΥΝΤΕΡΣ ΟΦ ΤΗΕ ΡΕΧΕΝΤ ΠΑΣΤ. Εδιτεδ βψ Λεσλιε Β. ∆αϖισ ανδ Βριαν Ο. Κ. Ρεεϖεσ. Υνωιν Ηψµαν, 1990. ΒΕΦΟΡΕ ΛΑΣΧΑΥΞ: ΤΗΕ ΧΟΜΠΛΕΞ ΡΕΧΟΡ∆ ΟΦ ΤΗΕ ΕΑΡΛΨ ΥΠΠΕΡ ΠΑΛΕΟΛΙΤΗΙΧ. Εδιτ− εδ βψ Ηειδι Κνεχητ, Αννε Πικε−Ταψ ανδ Ρανδαλλ Ωηιτε. ΧΡΧ Πρεσσ, 1993. ΗΥΝΤΙΝΓ ΑΝ∆ ΑΝΙΜΑΛ ΕΞΠΛΟΙΤΑΤΙΟΝ ΙΝ ΤΗΕ ΛΑΤΕΡ ΠΑΛΕΟΛΙΤΗΙΧ ΑΝ∆ ΜΕΣΟΛΙΤΗ− ΙΧ ΟΦ ΕΥΡΑΣΙΑ. Εδιτεδ βψ Γ. Λ. Πετερκιν, Η. Μ. Βριχκερ ανδ Π. Μελλαρσ. Αρχηεολογ− ιχαλ Παπερσ οφ τηε Αµεριχαν Αντηροπο− λογιχαλ Ασσοχιατιον, Νο. 4; 1993. ΣΠΕΑΡΣ, ∆ΑΡΤΣ, ΑΝ∆ ΑΡΡΟΩΣ: ΛΑΤΕ ΩΟΟ∆ΛΑΝ∆ ΗΥΝΤΙΝΓ ΤΕΧΗΝΙΘΥΕΣ ΙΝ ΤΗΕ ΥΠΠΕΡ ΟΗΙΟ ςΑΛΛΕΨ. Μιχηαελ Σηοττ ιν Αµεριχαν Αντιθυιτψ, ςολ. 58, Νο. 3, παγεσ 425∠443; ϑυλψ 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 87 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΝΕΥΡΟΣΧΙΕΝΧΕ Χαν Σχιενχε Εξπλαιν Χονσχιουσνεσσ? βψ ϑοην Ηοργαν, σενιορ ωριτερ Ω ηατ ωασ ονχε τηε γρεατεστ µψστερψ οφ βιολογψ, τηε ηυµαν βραιν, ισ γραδυαλλψ ψιελδινγ ιτσ σεχρετσ. Ινϖεστιγατορσ αρε προβινγ ιτσ δεεπεστ ρεχεσσεσ ωιτη ινχρεασινγλψ ποωερφυλ τοολσ, ρανγινγ φροµ µιχροελεχτροδεσ, ωηιχη χαν δισχερν τηε σθυεακσ οφ ινδιϖιδυαλ νευρονσ, το µαγνετιχ ρεσονανχε ιµαγινγ ανδ ποσιτρον εµισσιον τοµογραπηψ, ωηιχη χαν αµ− πλιφψ τηε χορτιχαλ σψµπηονψ εϖοκεδ βψ, σαψ, ϖιεωινγ Γεοργεσ Σευρατ∏σ Λα Γρανδε ϑαττε ορ σνι⇔νγ βαρβεχυεδ σπαρεριβσ. Ωιτη τηεσε ανδ οτηερ τεχηνιθυεσ, ρεσεαρχηερσ ηαϖε βεγυν ελυ− χιδατινγ τηε πηψσιολογιχαλ προχεσσεσ υνδερλψ− ινγ συχη φαχετσ οφ τηε µινδ ασ µεµορψ, περ− χεπτιον, λεαρνινγ ανδ λανγυαγε. Εµβολδενεδ βψ τηεσε αχηιεϖεµεντσ, α γροω− ινγ νυµβερ οφ σχιεντιστσ ηαϖε δαρεδ το αδδρεσσ ωηατ ισ σιµυλτανεουσλψ τηε µοστ ελυσιϖε ανδ ινεσχαπαβλε οφ αλλ πηενοµενα: χονσχιουσνεσσ, ουρ ιµµεδιατε, συβϕεχτιϖε αωαρενεσσ οφ τηε ωορλδ ανδ οφ ουρσελϖεσ. Φρανχισ Χριχκ σηουλδ ρεχειϖε µυχη οφ τηε χρεδιτ∇ορ βλαµε∇φορ τηε τρενδ. Χριχκ, ωηο σηαρεδ α Νοβελ Πριζε φορ τηε δισχοϖερψ οφ ∆ΝΑ∏σ στρυχτυρε ιν 1953, τυρνεδ το νευροσχιενχε σηορτλψ αφτερ ηε µοϖεδ φροµ Εν− γλανδ το τηε Σαλκ Ινστιτυτε φορ Βιολογιχαλ Στυδ− ιεσ ιν Σαν ∆ιεγο αλµοστ 20 ψεαρσ αγο. ϑυστ ασ ονλψ τηε λατε Ριχηαρδ Μ. Νιξον, φαµουσ φορ ηισ ρεδ−βαιτινγ, χουλδ ρεεσταβλιση ρελατιονσ ωιτη χοµµυνιστ Χηινα, σο ονλψ Χριχκ, ωηο ποσσεσσ− εσ α νοτοριουσλψ ηαρδ νοσε, χουλδ µακε χον− σχιουσνεσσ α λεγιτιµατε συβϕεχτ φορ σχιενχε. Ιν 1990 Χριχκ ανδ Χηριστοφ Κοχη, α ψουνγ νευ− ροσχιεντιστ ατ τηε Χαλιφορνια Ινστιτυτε οφ Τεχη− νολογψ ωηο χολλαβορατεσ χλοσελψ ωιτη Χριχκ, προ− χλαιµεδ ιν Σεµιναρσ ιν τηε Νευροσχιενχεσ τηατ τηε τιµε ωασ ριπε φορ αν ασσαυλτ ον χονσχιουσ− νεσσ. Τηεψ ρεϕεχτεδ τηε βελιεφ οφ µανψ οφ τηειρ χολλεαγυεσ τηατ χονσχιουσνεσσ χαννοτ βε δε− ⇒νεδ, λετ αλονε στυδιεδ. Χονσχιουσνεσσ, τηεψ αργυεδ, ισ ρεαλλψ σψνονψµουσ ωιτη αωαρενεσσ, ανδ αλλ φορµσ οφ αωαρενεσσ∇ωηετηερ ινϖολϖ− ινγ οβϕεχτσ ιν τηε εξτερναλ ωορλδ ορ ηιγηλψ αβ− στραχτ, ιντερναλ χονχεπτσ∇σεεµ το ινϖολϖε τηε σαµε υνδερλψινγ µεχηανισµ, ονε τηατ χοµ− βινεσ αττεντιον ωιτη σηορτ−τερµ µεµορψ. Χοντραρψ το τηε ασσυµπτιονσ οφ χογνιτιϖε σχι− εντιστσ, πηιλοσοπηερσ ανδ οτηερσ, Χριχκ ανδ Κοχη ασσερτεδ, ονε χαννοτ ηοπε το αχηιεϖε τρυε 88 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 υνδερστανδινγ οφ χονσχιουσ− νεσσ ορ ανψ οτηερ µενταλ πηε− νοµενον βψ τρεατινγ τηε βραιν ασ α βλαχκ βοξ∇τηατ ισ, αν οβ− ϕεχτ ωηοσε ιντερναλ στρυχτυρε ισ υνκνοων ανδ εϖεν ιρρελε− ϖαντ. Ονλψ βψ εξαµινινγ νευ− ρονσ ανδ τηε ιντεραχτιονσ βε− τωεεν τηεµ χουλδ σχιεντιστσ αχχυµυλατε τηε κινδ οφ εµπιρ− ιχαλ, υναµβιγυουσ κνοωλεδγε τηατ ισ ρεθυιρεδ το χρεατε τρυλψ σχιεντι⇒χ µοδελσ οφ χονσχιουσ− νεσσ, µοδελσ αναλογουσ το τηοσε τηατ εξπλαιν τρανσµισ− σιον οφ γενετιχ ινφορµατιον βψ µεανσ οφ ∆ΝΑ. Χριχκ ανδ Κοχη υργεδ τηατ ινϖεστιγατορσ φοχυσ ον ϖισυαλ αωαρενεσσ, σινχε τηε ϖισυαλ σψστεµ ηασ αλρεαδψ βεεν ωελλ µαππεδ ιν βοτη ανιµαλσ ανδ ηυµανσ. Ιφ ρεσεαρχηερσ χουλδ ⇒νδ τηε νευραλ µεχηανισµσ υνδερλψινγ τηισ φυνχτιον, τηεψ µιγητ υνραϖελ µορε χοµπλεξ ανδ συβτλε πηενοµενα, συχη ασ σελφ−αωαρενεσσ, τηατ µαψ βε υνιθυε το ηυµανσ (ανδ τηερε− φορε µυχη µορε δι⇔χυλτ το στυδψ ατ τηε νευραλ λεϖελ ). Ωε µαψ εϖεν χοµπρεηενδ ωηψ ωε ηαϖε τηε παραδοξιχαλ σεν− σατιον οφ φρεε ωιλλ, αν ινεραδι− χαβλε σενσε τηατ ουρ µινδσ εξ− ιστ ινδεπενδεντλψ οφ ανδ εξερτ χοντρολ οϖερ ουρ βοδιεσ. Χριχκ ελαβορατεσ ον τηεσε ιδεασ ιν Τηε Αστονισηινγ Ηψποτηεσισ, α βοοκ πυβλισηεδ τηισ ψεαρ ανδ δεδιχατεδ το Κοχη. Χριχκ∏σ εξηορτατιονσ ηαϖε ηελπεδ ινχιτε αν ιν− τελλεχτυαλ σταµπεδε ιν ωηιχη µαινστρεαµ ρε− σεαρχηερσ ϕοστλε ωιτη πηιλοσοπηερσ, χοµπυτερ σχιεντιστσ, πσψχηιατριστσ ανδ οτηερ διστινχτλψ εξ− οτιχ σπεχιεσ τηιρστινγ φορ ινσιγητσ ιντο τηε µινδ. Μεετινγσ αρε προλιφερατινγ. Ιν Απριλ µορε τηαν 300 ινϖεστιγατορσ γατηερεδ ατ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Αριζονα Ηεαλτη Σχιενχεσ Χεντερ ιν Τυχ− σον φορ α µεετινγ εντιτλεδ Τοωαρδ α Σχιεντι⇒χ Copyright 1994 Scientific American, Inc. What is consciousness? Can neurobiology explain it, or—as some philosophers argue—does this most elusive and inescapable of all phenomena lie beyond experiment’s reach? Βασισ φορ Χονσχιουσνεσσ. Τηε αννυαλ χονφερ− ενχε οφ τηε Σοχιετψ φορ Νευροσχιενχε, τηε ⇒ελδ∏σ λαργεστ ανδ µοστ πρεστιγιουσ µεετινγ, ωιλλ ηοστ ιτσ ⇒ρστ σψµποσιυµ ον χονσχιουσνεσσ ωηεν ιτ χονϖενεσ ιν Μιαµι ιν Νοϖεµβερ. Νεω πυβλιχα− τιονσ ηαϖε σπρυνγ υπ το φεεδ τηε βυργεονινγ ιντερεστ, ινχλυδινγ Πσψχηε, αν Ε−µαιλ ϕουρναλ βασεδ ιν Αυστραλια, ανδ ϑουρναλ οφ Χονσχιουσ− νεσσ Στυδιεσ, α Βριτιση θυαρτερλψ σχηεδυλεδ φορ λαυνχηινγ τηισ συµµερ. Οφ χουρσε, νευροσχιεντιστσ αρε στιλλ φαρ φροµ αγρεεινγ ον ηοω χονσχιουσνεσσ σηουλδ βε στυδ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΦΡΑΝΧΙΣ ΧΡΙΧΚ οφ τηε Σαλκ Ινστιτυτε φορ Βιολογιχαλ Στυδ− ιεσ ηασ σπυρρεδ ιντερεστ ιν χονσχιουσνεσσ βψ δεχλαρινγ ιτ το βε α λεγιτιµατε συβϕεχτ φορ σχιενχε. ιεδ ορ εϖεν δε⇒νεδ. Ονε προµινεντ ωορκερ χλαιµσ το ηαϖε αλρεαδψ σολϖεδ χονσχιουσνεσσ: Γεραλδ Μ. Εδελµαν οφ τηε Σχριππσ Ρεσεαρχη Ιν− στιτυτε, ωηο σηαρεδ α Νοβελ Πριζε ιν 1972 φορ ρεσεαρχη ον αντιβοδιεσ. Εδελµαν χοντενδσ τηατ ουρ σενσε οφ αωαρενεσσ στεµσ φροµ α προχεσσ ηε χαλλσ νευραλ ∆αρωινισµ, ιν ωηιχη γρουπσ οφ νευρονσ χοµπετε ωιτη ονε ανοτηερ το χρεατε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 89 χονσχιουσ στατε? σαψσ ϑερρψ Α. Φοδορ, α πηιλοσοπηερ ατ Ρυτγερσ Υνιϖερσιτψ. Σχιεντιστσ ωηο τηινκ σχιενχε αλονε χαν ανσωερ τηατ θυεστιον δον∏τ ρεαλλψ υνδερ− στανδ ιτ, Φοδορ δεχλαρεσ. Νονε οφ τηεσε πηιλοσοπηερσ αδ− ϖοχατεσ δυαλισµ, α πηιλοσοπηψ τηατ ηολδσ τηατ τηε µινδ εξιστσ ινδεπενδεντλψ οφ ανδ χαν ιν⇓υ− ενχε µαττερ. Βυτ τηεψ ρεϕεχτ τηε ηαρδ−χορε µατεριαλισµ οφ Χριχκ, ωηο χλαιµσ ιν ηισ νεω βοοκ τηατ ψουρ ϕοψσ ανδ ψουρ σορροωσ, ψουρ µεµοριεσ ανδ ψουρ αµβιτιονσ, ψουρ σενσε οφ περσοναλ ιδεντιτψ ανδ φρεε ωιλλ, αρε ιν φαχτ νο µορε τηαν τηε βεηαϖιορ οφ α ϖαστ ασ− σεµβλψ οφ νερϖε χελλσ ανδ τηειρ ασσοχιατεδ µολεχυλεσ. Συχη α φραµεωορκ, τηεψ σαψ, ισ ιναδε− θυατε φορ χοµπρεηενδινγ µενταλ πηενοµενα. Σοµε οτηερ τηεορψ ισ ρεθυιρεδ το µακε τηε ρελατιον βετωεεν µαττερ ανδ µινδ τρανσ− παρεντ, ασ τηε πηιλοσοπηερ Τηο− µασ Ναγελ οφ Νεω Ψορκ Υνιϖερσι− τψ ηασ πυτ ιτ. Βοτη τηεσε πηιλοσοπηιχαλ ϖιεωσ ανδ τηε θυαντυµ−χονσχιουσνεσσ Τηε Νεω Μψστεριανσ τηεοριεσ αρε ρεϕεχτεδ βψ Τερρενχε ϑ. Σεϕνοωσκι, α νευραλ−νετωορκ ρε− Τοµασο Πογγιο οφ τηε Μασσα− ΗΑΡ∆−ΧΟΡΕ ΜΨΣΤΕΡΙΑΝ Χολιν ΜΧΓινν, α πηιλοσ− σεαρχηερ ατ τηε Σαλκ Ινστιτυτε. Ι χηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ, οπηερ ατ Ρυτγερσ Υνιϖερσιτψ, βελιεϖεσ χονσχιουσ− χαλλ τηεσε αργυµεντσ φροµ ιγνο− αν αυτηοριτψ ον περχεπτιον ωηο νεσσ ανδ ιτσ αττενδαντ χονυνδρυµσ, συχη ασ φρεε ρανχε, σαψσ Σεϕνοωσκι, ωηο ρεγ− ωασ Κοχη∏σ τηεσισ αδϖισερ, τηινκσ ωιλλ, αρε µψστεριεσ τοο προφουνδ φορ ηυµανσ το υλαρλψ σηαρεσ τεα ωιτη Χριχκ ανδ Χριχκ µαψ πλαχε τοο µυχη εµπηα− πλυµβ, σχιεντι⇒χαλλψ ορ οτηερωισε. αππλαυδσ ηισ ε⇑ορτσ το µακε χον− σισ ον µεχηανισµσ τηατ µιγητ χο− σχιουσνεσσ α σχιεντι⇒χ συβϕεχτ. ορδινατε, ορ βινδ τογετηερ, τηε ⇒ρινγσ οφ ανδ πηιλοσοπηψ. Συχη ινδιϖιδυαλσ οφτεν Σεϕνοωσκι τηινκσ τηατ βψ φολλοωινγ νευρονσ ρεσπονδινγ το α ϖισυαλ σχενε. σεεµ λεσσ ιντερεστεδ ιν χλαριφψινγ χον− Χριχκ∏σ στριχτ προγραµ νευροσχιεντιστσ Χονϖερσελψ, Χριχκ µαψ υνδυλψ νεγλεχτ σχιουσνεσσ τηαν ιν µψστιφψινγ ιτ. Φορ µιγητ αχτυαλλψ γετ σοµεωηερε ιν αδ− τηε ρολε τηατ τηε βραιν∏σ πλαστιχιτψ, ορ τηατ ρεασον, Οωεν Φλαναγαν, α πηιλοσο− δρεσσινγ βιολογψ∏σ µοστ προφουνδ ριδ− αβιλιτψ το χηανγε ιτσ χιρχυιτρψ, µιγητ πηερ ατ ∆υκε Υνιϖερσιτψ, ηασ δυββεδ δλε. Ποιντινγ ουτ τηατ λιφε ονχε σεεµεδ πλαψ ιν χρεατινγ χονσχιουσνεσσ ανδ οτη− σοµε δουβτερσ τηε νεω µψστεριανσ ιµποσσιβλψ χοµπλεξ∇βεφορε τηε δισχοϖ− ερ ασπεχτσ οφ τηε µινδ, αχχορδινγ το (αφτερ τηε 1960σ ροχκ γρουπ Θυεστιον ερψ οφ ∆ΝΑ∏σ στρυχτυρε ρεϖεαλεδ ηοω ιν− Πογγιο. Αντονιο Ρ. ∆αµασιο οφ τηε Υνι− Μαρκ ανδ τηε Μψστεριανσ, ωηο περ− φορµατιον ισ πασσεδ φροµ ονε γενερα− ϖερσιτψ οφ Ιοωα, ωηο µαπσ ουρ µενταλ φορµεδ τηε ηιτ σονγ 96 Τεαρσ). τιον το ανοτηερ∇Σεϕνοωσκι αργυεσ τηατ Ονε χοντινγεντ οφ µψστεριανσ, ωηοσε µυχη οφ τηε µψστερψ ϖειλινγ τηε µινδ φαχυλτιεσ βψ στυδψινγ βραιν−δαµαγεδ πατιεντσ, ηολδσ τηατ βεχαυσε α τηεορψ οφ µοστ προµινεντ µεµβερ ισ Ρογερ Πεν− ωιλλ εϖαπορατε ονχε σχιεντιστσ λεαρν χονσχιουσνεσσ µυστ σηοω ηοω εαχη οφ ροσε, α πηψσιχιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ µορε αβουτ ηοω τηε βραιν ωορκσ. υσ αχθυιρεσ α σενσε οφ σελφ, ιτ µυστ τακε Οξφορδ, προποσεσ τηατ τηε µψστεριεσ οφ ιντο αχχουντ νοτ ϕυστ τηε βραιν βυτ τηε τηε µινδ µυστ βε ρελατεδ το τηε µψσ− ϑυστ Λικε Ωοοδστοχκ εντιρε βοδψ. ∆αµασιο αλσο βελιεϖεσ τηατ τεριεσ οφ θυαντυµ µεχηανιχσ, ωηιχη βεχαυσε χονσχιουσνεσσ ισ σηαπεδ βψ αν γενερατεσ νονδετερµινιστιχ ε⇑εχτσ τηατ Στιλλ, Σεϕνοωσκι εξπρεσσεσ τηε ηοπε ινδιϖιδυαλ∏σ ιντεραχτιονσ ωιτη τηε ενϖι− χλασσιχαλ τηεοριεσ οφ πηψσιχσ (ανδ νευ− τηατ τηε χηαλλενγεσ φροµ τηε πηιλοσοπη− ρονµεντ ανδ ωιτη οτηερ πεοπλε, α νευ− ροσχιενχε) χαννοτ. Αλτηουγη ατ ⇒ρστ ιγ− ιχαλ σκεπτιχσ ανδ τηε θυαντυµ−χον− ραλ µοδελ οφ χονσχιουσνεσσ ωιλλ προβα− νορεδ ανδ τηεν δεριδεδ βψ χονϖεντιον− σχιουσνεσσ χλαθυε, ωηιλε µισγυιδεδ, βλψ ηαϖε το βε συππλεµεντεδ βψ χογνι− αλ νευροσχιεντιστσ, τηισ αλτερνατιϖε ηασ µαψ σπυρ νευροσχιεντιστσ το βε µορε στεαδιλψ ωον ποπυλαρ αττεντιον τηρουγη χρεατιϖε ασ ωελλ ασ ριγορουσ ιν τηειρ οων τιϖε ανδ σοχιαλ τηεοριεσ. Ασ νευροσχιεντιστσ δεβατε τηεσε ισ− Πενροσε∏σ ε⇑ορτσ. ρεσεαρχη ον χονσχιουσνεσσ. Ωηεν ψου Ανοτηερ γρουπ οφ µψστεριανσ, ωηιχη γετ τηεσε ωιλδ δισαγρεεµεντσ, ηε σαψσ, συεσ αµονγ τηεµσελϖεσ, οτηερσ ηαϖε χηαλλενγεδ ωηετηερ χονϖεντιοναλ νευ− χονσιστσ φορ τηε µοστ παρτ οφ πηιλοσο− ψου αλσο ηαϖε αν οππορτυνιτψ. ροσχιενχε∇δεσπιτε ιτσ συχχεσσ ιν ιλλυµι− πηερσ, δουβτσ ωηετηερ ανψ τηεορψ βασεδ Βψ τηατ χριτεριον, τηερε σηουλδ ηαϖε νατινγ οτηερ αττριβυτεσ οφ τηε µινδ∇ ον στριχτλψ µατεριαλιστιχ ε⇑εχτσ∇θυαν− βεεν οππορτυνιτιεσ γαλορε ατ τηε ρεχεντ χαν εϖερ αχχουντ φορ χονσχιουσνεσσ. τυµ ορ χλασσιχαλ∇χαν τρυλψ εξπλαιν ηοω µεετινγ ον χονσχιουσνεσσ ατ τηε Υνι− Μεµβερσ οφ τηισ εχλεχτιχ γρουπ ηαιλ πρι− ανδ ωηψ ωε ηυµανσ ηαϖε α συβϕεχτιϖε ϖερσιτψ οφ Αριζονα, βιλλεδ ασ τηε ⇒ρστ µαριλψ φροµ τραδιτιονσ ουτσιδε µαιν− εξπεριενχε οφ τηε ωορλδ. Τηε θυεστιον ιντερδισχιπλιναρψ σχιεντι⇒χ χονφερενχε στρεαµ νευροσχιενχε, συχη ασ πηψσιχσ ισ, ηοω χαν ανψ πηψσιχαλ σψστεµ ηαϖε α ον χονσχιουσνεσσ. Ωοω, ιτ∏σ ϕυστ λικε αν ε⇑εχτιϖε ρεπρεσεντατιον οφ τηε ωορλδ. Εδελµαν ηασ προµυλγατεδ τηισ τηεορψ ιν α σεριεσ οφ βοοκσ∇ µοστ ρεχεντλψ, Βριγητ Αιρ, Βριλλιαντ Φιρε, πυβλισηεδ ιν 1992. Χριχκ ηασ αχχυσεδ Εδελµαν οφ δρεσσινγ υπ ιδεασ τηατ αρε νοτ τερ− ριβλψ οριγιναλ ιν αν ιδιοσψνχρατιχ ανδ οβσχυρε ϕαργον. Μοστ νευρο− σχιεντιστσ αγρεε ωιτη τηισ ασσεσσ− µεντ (ανδ ⇒νδ λυδιχρουσ τηε συγ− γεστιον ιν α ρεχεντ Νεω Ψορκερ µαγαζινε προ⇒λε τηατ Εδελµαν µιγητ γαρνερ α σεχονδ Νοβελ Πριζε φορ τηισ ωορκ). Βυτ εϖεν τηοσε ωηο αδµιρε Χριχκ∏σ ε⇑ορτσ συσπεχτ ηισ ουτλοοκ µιγητ βε τοο ναρροω. Γερ− αλδ ∆. Φισχηβαχη οφ Ηαρϖαρδ Υνι− ϖερσιτψ, α φορµερ πρεσιδεντ οφ τηε Σοχιετψ φορ Νευροσχιενχε, σαψσ τηατ ιτ ισ νοτ χλεαρ ωηετηερ τηε κινδ οφ ελεχτροπηψσιολογιχαλ τηεορψ χαλλεδ φορ βψ Χριχκ ωουλδ συ⇔χε το εξπλαιν χονσχιουσνεσσ, ιν τηε σενσε τηατ δισχοϖερινγ τηε στρυχτυρε οφ ∆ΝΑ αχχουντεδ φορ ηερεδιτψ. Ι δον∏τ τηινκ τηε ⇒ελδ ισ µατυρε ενουγη το ανσωερ τηατ θυεστιον ψετ, ηε σαψσ. 90 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ωοοδστοχκ, ονε σπεακερ εξ− παπερ ωιτη τηε ωορδσ ψεσ ανδ χλαιµσ ασ ηε σχανσ αν αυδιτοριυµ νο ωριττεν ον ιτ ανδ τελλσ ηερ το χραµµεδ ωιτη νευροσχιεντιστσ, ποιντ το τηε χορρεχτ ανσωερ. Τηε πηιλοσοπηερσ, πσψχηιατριστσ, χογ− ωοµαν σταρεσ ατ τηε σηεετ φορ α νιτιϖε σχιεντιστσ ανδ οτηερσ ωηο µοµεντ. Τηεν ηερ λεφτ φορε⇒νγερ δεφψ χατεγοριζατιον. Χυλτυρε χλαση− σταβσ ατ ψεσ ανδ ηερ ριγητ φορε− εσ αβουνδ. Ινδεεδ, τηε µεετινγ ⇒νγερ ατ νο. οφφερσ α σναπσηοτ οφ α ⇒ελδ∇χαλλ Το µατεριαλιστσ συχη ασ Χριχκ, ιτ χονσχιουσνεσσ στυδιεσ∇ιν τηε τηε σιγνι⇒χανχε οφ συχη πηενοµ− τηροεσ οφ χρεατιον. ενα ισ οβϖιουσ: ωηεν τηε βραιν ισ Χριχκ ισ νοτ ηερε, βυτ Κοχη ισ. ινϕυρεδ ιν χερταιν ωαψσ, χον− Σο ισ Στεεν Ρασµυσσεν, α βιο− σχιουσνεσσ (ανδ νοτ νεχεσσαριλψ χηεµιστ ανδ χοµπυτερ σχιεντιστ περχεπτιον) ισ ιµπαιρεδ. Χλεαρλψ, φροµ τηε Σαντα Φε Ινστιτυτε, ηεαδ− χονσχιουσνεσσ ηασ νο εξιστενχε θυαρτερσ οφ τηε τρενδψ ⇒ελδσ οφ ινδεπενδεντ οφ ωηατ ηασ βεεν χηαοσ ανδ χοµπλεξιτψ. Ηε συγ− χαλλεδ τηε µεατ µαχηινε βυτ ισ γεστσ τηατ τηε µινδ µαψ βε αν λοδγεδ ⇒ρµλψ ωιτηιν ιτ. Σοµε αυ− εµεργεντ∇τηατ ισ, υνπρεδιχτ− διενχε µεµβερσ, ηοωεϖερ, εξ− αβλε ανδ ιρρεδυχιβλε∇προπερτψ τραχτ δι⇑ερεντ µεσσαγεσ φροµ οφ τηε βραιν∏σ χοµπλεξ βεηαϖιορ, Μαρκ∏σ ϖιδεο πρεσεντατιον, ασ ιφ ιτ ϕυστ ασ ϑαµεσ ϑοψχε∏σ Υλψσσεσ ισ α ωερε α Ρορσχηαχη βλοτ. Ονε λισ− συρπρισινγ ουτχοµε οφ αππλψινγ τενερ συγγεστσ τηατ εϖεν ηεαλτηψ τηε ρυλεσ οφ σπελλινγ ανδ γραµ− ινδιϖιδυαλσ εξπεριενχε σοµε φραχ− µαρ το τηε αλπηαβετ. τυρινγ οφ τηε σελφ∇αλβειτ ιν α Οτηερ ινϖεστιγατορσ ο⇑ερ µορε µυχη λεσσ δραµατιχ φορµ. Α πσψ− ραδιχαλ τακεσ ον χονσχιουσνεσσ. χηιατριστ τηεν ωονδερσ αλουδ Βριαν ∆. ϑοσεπησον οφ τηε Υνι− ωηετηερ τηε ωοµαν∏σ τωο σελϖεσ ϖερσιτψ οφ Χαµβριδγε, ωηο ωον α χουλδ βε τραινεδ το γετ αλονγ βετ− Νοβελ Πριζε ιν 1973 φορ δισχοϖερ− τερ ωιτη εαχη οτηερ τηρουγη χον− ινγ α συβτλε θυαντυµ ε⇑εχτ τηατ ⇓ιχτ ρεσολυτιον. νοω βεαρσ ηισ ναµε, χαλλσ φορ α υνι⇒εδ ⇒ελδ τηεορψ τηατ χαν αχ− Τηε Βινδινγ Προβλεµ χουντ φορ µψστιχαλ ανδ εϖεν πσψ− ΧΗΡΙΣΤΟΦ ΚΟΧΗ οφ τηε Χαλιφορνια Ινστιτυτε οφ Τεχη− χηιχ εξπεριενχεσ. Ανδρεω Τ. Ωειλ, νολογψ, Χριχκ∏σ χολλαβορατορ, συγγεστσ τηατ ωηεν ιτ Κοχη, δυρινγ ηισ πρεσεντατιον, α πηψσιχιαν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ χοµεσ το χονσχιουσνεσσ, πηιλοσοπηερσ σηουλδ ηεεδ στριϖεσ το βρινγ τηε δισχυσσιον Αριζονα ωηο ισ αν αυτηοριτψ ον τηε αδϖιχε οφ Λυδωιγ Ωιττγενστειν: Ωηερεοφ ονε δοων το εαρτη. Στριδινγ ρεστλεσσλψ πσψχηεδελια, ασσερτσ τηατ α χοµ− χαννοτ σπεακ, τηερεοφ ονε µυστ βε σιλεντ. αρουνδ τηε σταγε ιν ϕεανσ ανδ πλετε τηεορψ οφ µινδ µυστ αδ− σχαρλετ λιζαρδ−σκιν χοωβοψ βοοτσ, δρεσσ τηε ρεπορτεδ αβιλιτψ οφ Σουτη µεντσ οϖερ ωηετηερ ονλψ ηυµανσ αρε ηε δελιϖερσ α ηιγη−σπεεδ, Γερµαν−αχ− Αµεριχαν Ινδιανσ ωηο ηαϖε ινγεστεδ χονσχιουσ ορ ωηετηερ χοµπυτερσ, βατσ χεντεδ συµµαρψ οφ τηε µεσσαγε ηε ανδ πσψχηεδελιχ δρυγσ το εξπεριενχε ιδεντι− ορ εϖεν παραµεχια σηαρε τηισ τραιτ. Χριχκ ηαϖε προµυλγατεδ φορ τηε παστ χαλ ηαλλυχινατιονσ. Τηε χονφερενχε δοεσ νοτ λαχκ εµπιρι− φουρ ψεαρσ: σχιεντιστσ σηουλδ χονχεν− ϑυστ ωηεν ονε τηινκσ τηατ ονε ηασ εν− χαλ ⇒νδινγσ. Αµονγ τηε µοστ ιντριγυ− τρατε ον θυεστιονσ τηατ χαν βε εξπερι− χουντερεδ εϖερψ ποσσιβλε παραδιγµ (α ινγ αρε τηοσε ινϖολϖινγ πατιεντσ ωηοσε µενταλλψ ρεσολϖεδ ανδ λεαϖε µεταπηψσ− τερµ µυχη αβυσεδ ατ τηισ χονφερενχε), σενσε οφ αωαρενεσσ ηασ βεεν δαµαγεδ ιχαλ σπεχυλατιονσ το λατε−νιγητ χονϖερ− ανοτηερ ρεαρσ ιτσ ηεαδ. Αφτερ α σπεακερ βψ σοµε τραυµα ορ δισεασε. Σεϖεραλ ιν− σατιονσ οϖερ βεερ. Το εµπηασιζε τηισ δεσχριβεσ ηυµαν τηουγητσ ασ θυαν− ϖεστιγατορσ ηαϖε στυδιεδ πατιεντσ ωηο ποιντ, Κοχη ρειτερατεσ α λινε οφ τηε πηι− τυµ ⇓υχτυατιονσ οφ τηε ϖαχυυµ ενεργψ δισπλαψ τηε στρανγε χονδιτιον κνοων ασ λοσοπηερ Χλιντ Εαστωοοδ : Α µαν ηασ οφ τηε υνιϖερσε∇ωηιχη ισ ρεαλλψ Γοδ, βλινδσιγητ: τηεψ ρεσπονδ το ϖισυαλ στιµ− γοττα κνοω ηισ λιµιτατιονσ. σηε ασσυρεσ ηερ λιστενερσ∇αν αυδιενχε υλι∇εϖεν χατχηινγ α βαλλ τοσσεδ το Ηε τηεν δεταιλσ ηισ ανδ Χριχκ∏σ αργυ− µεµβερ στανδσ το προχλαιµ τηατ πηψσι− τηεµ, φορ εξαµπλε∇ωηιλε ινσιστινγ τηατ µεντ τηατ χονσχιουσνεσσ στεµσ φροµ α χιστσ αρε δισχοϖερινγ προφουνδ λινκσ βε− τηεψ χαννοτ σεε ανψτηινγ. προχεσσ τηατ χοµβινεσ αττεντιον ωιτη τωεεν ινφορµατιον, τηερµοδψναµιχσ ςιχτορ Ω. Μαρκ, α νευρολογιστ φροµ σηορτ−τερµ µεµορψ. ( Κοχη νοτεσ τηατ ανδ βλαχκ ηολεσ, ανδ τηεσε ⇒νδινγσ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Νορτη ∆ακοτα, σηοωσ τηε τυρν−οφ−τηε−χεντυρψ πηιλοσοπηερ Ωιλ− µαψ ηελπ υνλοχκ τηε µψστεριεσ οφ χον− α ϖιδεοταπε οφ α ψουνγ ωοµαν συ⇑ερ− λιαµ ϑαµεσ ⇒ρστ ηαδ τηισ ινσιγητ.) Τηε σχιουσνεσσ. Τηερε∏σ νοτ α βλαχκ ηολε ιν ινγ φροµ επιλεπσψ σο δεβιλιτατινγ τηατ το πηενοµενον οφ αττεντιον ινϖολϖεσ ουρ βραινσ, ηε αδδσ, βυτ∇ Ι τηινκ ρελιεϖε ιτ συργεονσ σεϖερεδ ηερ χορπυσ µορε τηαν σιµπλε ινφορµατιον προχεσσ− τηερε ισ α βλαχκ ηολε ιν µψ βραιν! αν χαλλοσυµ, τηε βυνδλε οφ νευρονσ λινκ− ινγ, Κοχη οβσερϖεσ. Το δεµονστρατε οϖερλοαδεδ λιστενερ ιντερρυπτσ. ινγ τηε τωο ηεµισπηερεσ οφ ηερ βραιν. τηισ ποιντ, ηε σηοωσ α σλιδε οφ α παττερν Τηοσε ωηο ⇒νδ λεχτυρεσ ιν τηε αυδι− Αλτηουγη τηε οπερατιον αλλεϖιατεδ ηερ τηατ χαν βε ϖιεωεδ ειτηερ ασ α ϖασε ορ τοριυµ τοο σταιδ χαν φοραγε φορ µορε σειζυρεσ, σηε ωασ λεφτ ωιτη τωο χεντερσ ασ α παιρ οφ ηυµαν προ⇒λεσ φαχινγ εαχη νονλινεαρ φαρε ιν τηε ηαλλωαψ ουτσιδε. οφ χονσχιουσνεσσ ϖψινγ φορ δοµινανχε. οτηερ. Αλτηουγη τηε ϖισυαλ ινπυτ το τηε Τηατ∏σ ωηερε αλλ τηε ρεαλλψ ιντερεστινγ Ωηεν ασκεδ ιφ ηερ λεφτ ηανδ φεελσ νυµβ, βραιν ρεµαινσ χονσταντ, τηε παττερν τηατ στυ⇑ ισ, χον⇒δεσ Σπιροσ Αντονοπου− σηε σηουτσ, Ψεσ! Ωαιτ! Νο! Ψεσ! Νο, νο! ονε ισ αωαρε οφ, ορ αττενδσ το, κεεπσ λοσ, α ϕουρναλιστ ωηο σπορτσ α νοσε ρινγ Ωαιτ, ψεσ! ηερ φαχε χοντορτεδ ασ εαχη χηανγινγ. Ωηατ νευραλ αχτιϖιτψ χορρε− ανδ χηιν βραιδ ανδ ισ χοϖερινγ τηε µεετ− οφ ηερ τωο µινδσ, ονλψ ονε οφ ωηιχη σπονδσ το τηε χηανγε ιν αττεντιον? ινγ φορ τηε χψβερπυνκ µαγαζινε Φρινγε− χαν φεελ τηε ηανδ, τριεσ το ανσωερ. Τηε Τηε ανσωερ το τηισ θυεστιον ισ χοµ− ωαρε Ρεϖιεω. Τηερε ονε χαν ϕοιν αργυ− ρεσεαρχηερ τηεν ηανδσ ηερ α σηεετ οφ πλιχατεδ βψ τηε φαχτ τηατ τηερε ισ νο Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 91 πυζζλε µαψ βε συππλιεδ βψ Βενϕαµιν Λιβετ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν Φρανχισχο, ονε οφ τηε φεω ρεσεαρχη− ερσ ωηο ηασ στυδιεδ χονσχιουσνεσσ βψ χονδυχτινγ εξτενσιϖε εξπεριµεντσ ον ηυµανσ. Λιβετ ισ α σηαρπ−φεατυρεδ µαν ωιτη τηε ναρροω−εψεδ, σοµεωηατ δεφεν− σιϖε µιεν οφ σοµεονε ωηο ηασ ηαδ το ⇒γητ ηαρδ φορ αχχεπτανχε οφ ηισ ωορκ. ( Χριχκ, ιν ηισ νεω βοοκ, ρεχαλλσ τηατ Λι− βετ ονχε χον⇒δεδ τηατ ηε δαρεδ το στυδψ χονσχιουσνεσσ ιν ηυµαν συβϕεχτσ ονλψ αφτερ ρεχειϖινγ τενυρε.) Τιµινγ Ισ Εϖερψτηινγ ΧΗΑΟΤΙΧ ΦΙΡΙΝΓ οφ λαργε γρουπσ οφ νευρονσ µαψ αλλοω υσ το ρεσπονδ ραπιδλψ το∇ ανδ βεχοµε αωαρε οφ∇νεω περχεπτιονσ, αχχορδινγ το Ωαλτερ ϑ. Φρεεµαν οφ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ. Τηισ ιµαγε ισ αν αβστραχτ πηασε πορτραιτ οφ τηε ολφαχτορψ χορτεξ∏σ ελεχτροενχεπηαλογραπηιχ ρεσπονσε το α σµελλ. σινγλε πλαχε ωηερε εϖερψτηινγ χοµεσ τογετηερ ιν φορµινγ α περχεπτιον; εϖεν α σινγλε σχενε ισ προχεσσεδ βψ δι⇑ερεντ νευρονσ ιν δι⇑ερεντ παρτσ οφ τηε βραιν. Ονε µυστ τηερεφορε δετερµινε ωηατ µεχηανισµ τρανσφορµσ τηε ⇒ρινγ οφ νευρονσ σχαττερεδ τηρουγηουτ τηε ϖισ− υαλ χορτεξ ιντο α υνι⇒εδ περχεπτιον. Τηισ ισ κνοων ασ τηε βινδινγ προβ− λεµ, Κοχη εξπλαινσ, νοτινγ τηατ ιτ ισ χονσιδερεδ βψ µανψ νευροσχιεντιστσ το βε τηε χεντραλ ισσυε οφ τηειρ ⇒ελδ. Ονε ποσσιβλε ανσωερ το τηε βινδινγ προβλεµ ηασ βεεν συγγεστεδ βψ εξπερι− µεντσ ον ανιµαλσ σηοωινγ τηατ νευ− ρονσ ιν δι⇑ερεντ ρεγιονσ οφ τηε βραιν οχχασιοναλλψ οσχιλλατε ατ τηε σαµε φρε− θυενχψ, ρουγηλψ 40 τιµεσ περ σεχονδ. Κοχη ασκσ τηε αυδιενχε το ιµαγινε τηε βραιν ασ α Χηριστµασ τρεε ωιτη βιλλιονσ οφ λιγητσ ⇓ιχκερινγ αππαρεντλψ ατ ραν− δοµ. Τηεσε ⇓ιχκερινγσ ρεπρεσεντ τηε ρεσπονσε οφ τηε ϖισυαλ χορτεξ το, σαψ, α ροοµφυλ οφ πεοπλε. Συδδενλψ, α συβσετ οφ λιγητσ ⇓ιχκερσ ατ τηε σαµε φρεθυενχψ, 40 τιµεσ περ σεχονδ, ασ τηε µινδ φο− χυσεσ ον τηε φαχε οφ αν ολδ ⇓αµε. Κοχη χονχεδεσ τηατ τηε εϖιδενχε ιµ− πλιχατινγ 40−ηερτζ οσχιλλατιονσ ιν αωαρε− νεσσ ισ τενυουσ; ιτ ηασ σηοων υπ µοστ χλεαρλψ ιν ανεστηετιζεδ χατσ. Ανοτηερ φορµ οφ βινδινγ χουλδ βε σιµπλε σψν− χηρονψ: νευρονσ µερελψ ⇒ρε ατ τηε σαµε τιµε ανδ νοτ νεχεσσαριλψ τηε σαµε φρε− θυενχψ. Εϖιδενχε φορ σψνχηρονψ ισ αλσο τριχκλινγ ιν φροµ ανιµαλ εξπεριµεντσ. Αφτερ Κοχη∏σ λεχτυρε, ςαλεριε Γραψ 92 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Ηαρδχαστλε, α πηιλοσοπηερ ατ ςιργινια Πολψτεχηνιχ Ινστιτυτε ανδ Στατε Υνιϖερ− σιτψ, τακεσ τηε ποδιυµ το προχλαιµ τηατ σιµπλε σολυτιονσ το τηε βινδινγ προβ− λεµ µυστ φαιλ. Ποιντινγ ουτ τηατ µονι− τορινγ ινδιϖιδυαλ νευρονσ µαψ ψιελδ σπυριουσ ασσοχιατιονσ, σηε συγγεστσ τηατ σχιεντιστσ ωουλδ δο βεττερ το εξαµινε τηε βεηαϖιορ οφ ποπυλατιονσ οφ νευρονσ ορ εϖεν οφ τηε εντιρε βραιν. Ωαλτερ ϑ. Φρεεµαν, α λεαν, ωηιτε−βεαρδ− εδ προφεσσορ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλι− φορνια ατ Βερκελεψ, ραισεσ σιµιλαρ οβϕεχ− τιονσ το Κοχη∏σ ρεµαρκσ. Φρεεµαν∏σ χριτιχισµ ισ σιγνι⇒χαντ, βεχαυσε ηε ωασ ονε οφ τηε ⇒ρστ προµινεντ σχιεντιστσ το ινϖεστιγατε 40−ηερτζ οσχιλλατιονσ. Ηε ασ− σερτσ τηατ νειτηερ οσχιλλατιονσ νορ σψν− χηρονψ ωιλλ πλαψ µορε τηαν α µινορ ρολε ιν τηε σολυτιον το τηε βινδινγ προβλεµ ανδ τηατ τηε χυρρεντ ωαϖε οφ εντηυσιασµ ισ µισπλαχεδ. Φρεεµαν αδϖοχατεσ α µορε χοµπλεξ αππροαχη το τηε βινδινγ προβλεµ. Λαργε γρουπσ οφ νευρονσ, ηε εξπλαινσ, δισπλαψ χηαοτιχ βεηαϖιορ; τηατ ισ, τηειρ ⇒ρινγ σεεµσ ρανδοµ βυτ αχτυαλλψ χον− ταινσ α ηιδδεν ορδερ. Λικε αλλ χηαοτιχ σψστεµσ, τηεσε νευραλ παττερνσ αρε εξ− τρεµελψ σενσιτιϖε το µινυτε ιν⇓υενχεσ. Τηε σιγητ οφ α φαµιλιαρ φαχε, τηερεφορε, χαν τριγγερ αν αβρυπτ σηιφτ ιν τηε ⇒ρινγ παττερν χορρεσπονδινγ το α σηιφτ ιν ονε∏σ αωαρενεσσ. Φρεεµαν χονχεδεσ, ηοωεϖερ, τηατ εϖεν ηισ τηεορψ ισ ονλψ∇ ατ βεστ∇ονε πιεχε οφ τηε πυζζλε. Φρεεµαν τηινκσ ανοτηερ πιεχε οφ τηε Ονε σετ οφ εξπεριµεντσ δονε βψ Λιβετ ινϖολϖεδ πατιεντσ ιν ωηοσε χορτιχεσ ελεχτροδεσ ηαδ βεεν ιµπλαντεδ φορ µεδ− ιχαλ ρεασονσ. Λιβετ δελιϖερεδ α µιλδ ελεχ− τριχαλ πυλσε βοτη το τηεσε ελεχτροδεσ ανδ το τηε σκιν οφ τηε συβϕεχτσ. Ιν ειτηερ χασε, τηε συβϕεχτσ βεχαµε αωαρε οφ πυλσεσ ονλψ ιφ τηεψ λαστεδ φορ µορε τηαν 0.5 σεχονδ. Ωηεν Λιβετ στιµυλατεδ τηε χορτιχαλ νευρονσ ασ µυχη ασ 0.5 σεχονδ βεφορε στιµυλατινγ τηε σκιν, τηε συβϕεχτσ ρεπορτεδ, παραδοξιχαλλψ, ηαϖινγ φελτ τηε σκιν πυλσεσ ⇒ρστ. Λιβετ τηεοριζεσ τηατ ονχε τηε ϖολυν− τεερσ βεχαµε αωαρε οφ τηε στιµυλατιον οφ τηειρ σκιν, τηεψ εξπεριενχεδ τηε σεν− σατιον ασ ιφ τηεψ ηαδ βεεν αωαρε οφ ιτ φροµ τηε βεγιννινγ ανδ νοτ αφτερ 0.5 σεχονδ. Ωε συβϕεχτιϖελψ χοµπενσατε φορ τηε τιµε λαγ ιν ουρ αωαρενεσσ οφ ταχτιλε σενσατιονσ, Λιβετ χοντενδσ, τηρουγη α προχεσσ ηε χαλλσ βαχκωαρδ ρεφερραλ ιν τιµε. Ηε λικενσ τηισ αβιλιτψ το τηε ονε τηατ αλλοωσ αν οβσερϖερ µοϖινγ παστ α πιχκετ φενχε το µαινταιν α χονσταντ ιµ− αγε οφ τηε ηουσε βεηινδ ιτ. Λιβετ τηεν δεσχριβεσ αν εθυαλλψ συρ− πρισινγ σετ οφ εξπεριµεντσ ον ηεαλτηψ συβϕεχτσ ωηοσε βραιν ωαϖεσ ωερε µον− ιτορεδ βψ αν ελεχτροενχεπηαλογραπη (ΕΕΓ) µαχηινε. Τηεψ ωερε ινστρυχτεδ το ⇓εξ α ⇒νγερ ατ α µοµεντ οφ τηειρ χηοοσ− ινγ ωηιλε νοτινγ τηε ινσταντ οφ τηειρ δε− χισιον ασ ινδιχατεδ ον α χλοχκ. Τηε ϖολ− υντεερσ τοοκ σοµε 0.2 σεχονδ το ⇓εξ αφτερ τηεψ ηαδ δεχιδεδ το δο σο. Βυτ, αχχορδινγ το τηε ΕΕΓ, τηε συβϕεχτσ∏ βραινσ δισπλαψεδ νευραλ αχτιϖιτψ 0.3 σεχ− ονδ βεφορε τηεψ δεχιδεδ το αχτ. Ιν α σενσε, τηε βραιν µαδε τηε δεχισιον το µοϖε βεφορε τηε µινδ βεχαµε χον− σχιουσ οφ ιτ. Τηε αχτυαλ ινιτιατιον οφ ϖο− λιτιον µαψ ηαϖε βεγυν εϖεν εαρλιερ ιν α παρτ οφ τηε βραιν ωε ωερεν∏τ µονιτορ− ινγ, Λιβετ χοµµεντσ. Αφτερ Λιβετ δελιϖερσ ηισ χαρεφυλλψ χραφτεδ σπεεχη, ονε αυδιενχε µεµβερ ασκσ ωηετηερ ηισ ⇒νδινγσ βεαρ ον τηε θυεστιον οφ φρεε ωιλλ. Ι∏ϖε αλωαψσ βεεν αβλε το αϖοιδ τηατ θυεστιον, Λιβετ ρε− πλιεσ ωιτη α γριµαχε. Ηε προποσεσ τηατ ωε µαψ εξερτ φρεε ωιλλ νοτ βψ ινιτιατινγ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιντεντιονσ βυτ βψ ϖετοινγ, αχχεδινγ ορ οτηερωισε ρεσπονδινγ το τηεµ αφτερ τηεψ αρισε. Οτηερ οβσερϖερσ φαυλτ Λιβετ φορ οϖερ− γενεραλιζινγ φροµ ηισ δατα. Φλαναγαν, τηε ∆υκε πηιλοσοπηερ ωηο χοινεδ τηε τερµ µψστεριανσ, ποιντσ ουτ τηατ, στριχτλψ σπεακινγ, Λιβετ∏σ συβϕεχτσ ωερε νοτ αχτινγ οφ τηειρ οων φρεε ωιλλ, σινχε τηεψ ηαδ βεεν ινστρυχτεδ ιν αδϖανχε το ⇓εξ τηειρ ⇒νγερσ. Φλαναγαν αδδσ τηατ Λι− βετ∏σ τιµε−λαγ ⇒νδινγσ µαψ ηολδ τρυε ονλψ φορ ταχτιλε ρεσπονσεσ ανδ νοτ φορ οτηερ σενσορψ µοδεσ. Ιν φαχτ, Φλαναγαν τηινκσ τηερε µαψ βε µανψ µοδεσ οφ χονσχιουσνεσσ; ουρ αωαρενεσσ οφ αν οδορ, φορ εξαµπλε, νοτ ονλψ στεµσ φροµ α δι⇑ερεντ σετ οφ νευ− ρονσ βυτ αλσο ισ ιν σοµε σενσε θυαλιτα− τιϖελψ δι⇑ερεντ φροµ ουρ ϖισυαλ αωαρε− νεσσ. Φλαναγαν χοντενδσ τηατ νευροσχι− εντιστσ µυστ τηερεφορε ρεσιστ τηε τεµπτατιον το λοοκ φορ ανψ σινγλε µεχη− ανισµ∇συχη ασ 40−ηερτζ οσχιλλατιονσ ορ Φρεεµαν∏σ χηαοτιχ νευραλ βεηαϖιορ ορ Λιβετ∏σ τιµε−δελαψ φαχτορ∇τηατ αχχουντσ φορ χονσχιουσνεσσ. Ιν ηισ 1992 βοοκ Χονσχιουσνεσσ Ρε− χονσιδερεδ, Φλαναγαν αργυεσ ον βεηαλφ οφ α πηιλοσοπηψ χαλλεδ χονστρυχτιϖε νατ− υραλισµ, ωηιχη ηολδσ χονσχιουσνεσσ το βε α χοµµον βιολογιχαλ πηενοµενον οχχυρρινγ νοτ ονλψ ιν ηυµανσ βυτ ιν µανψ οτηερ ανιµαλσ∇ανδ χερταινλψ αλλ τηε ηιγηερ πριµατεσ. Οτηερ αδηερεντσ το τηισ ποσιτιον ινχλυδε ∆ανιελ Χ. ∆εν− νεττ οφ Τυφτσ Υνιϖερσιτψ (αυτηορ οφ Χον− σχιουσνεσσ Εξπλαινεδ, αλσο πυβλισηεδ ιν 1992) ανδ Πατριχια Σ. Χηυρχηλανδ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν ∆ιεγο. Ωε σαψ ψου χαν αχθυιρε κνοωλεδγε οφ χονσχιουσνεσσ βψ τριανγυλατιον, Φλανα− γαν ρεµαρκσ, τηατ ισ, βψ χοµβινινγ νευ− ραλ ανδ πσψχηολογιχαλ δατα φροµ εξπερι− µεντσ ον ηυµανσ ανδ ανιµαλσ ωιτη συβϕεχτιϖε ρεπορτσ φροµ ηυµανσ. Πενροσε τιλεσ, ωηιχη ⇒τ τογετηερ το φορµ θυασιπεριοδιχ παττερνσ. Ιν ηισ 1989 βεστ−σελλερ, Τηε Εµπερορ∏σ Νεω Μινδ, ηε ϖιγορουσλψ ατταχκεδ τηε χλαιµ οφ αρτι− ⇒χιαλ−ιντελλιγενχε προπονεντσ τηατ χοµ− πυτερσ χαν ρεπλιχατε αλλ τηε αττριβυτεσ οφ ηυµανσ, ινχλυδινγ χονσχιουσνεσσ. Α σεθυελ, Σηαδοωσ οφ τηε Μινδ, ωιλλ βε πυβλισηεδ τηισ φαλλ. Αν ελ⇒ν µαν ωιτη α σηοχκ οφ βλαχκ ηαιρ ωηο µαναγεσ το σεεµ σιµυλτα− νεουσλψ διστραχτεδ ανδ αχυτελψ αλερτ, Πενροσε συµµαριζεσ τηε νεω βοοκ∏σ τηεµεσ ατ τηε Τυχσον χονφερενχε. Ηε ⇒ρστ τελλσ α στορψ αβουτ ηοω ∆εεπ Τηουγητ, α χοµπυτερ τηατ ηασ βεατεν σοµε οφ τηε ωορλδ∏σ βεστ χηεσσ πλαψερσ, ωασ στυµπεδ βψ αν ενδγαµε σιτυατιον τηατ εϖεν α χλεϖερ αµατευρ πλαψερ ωουλδ ηαϖε κνοων ηοω το ηανδλε. Πεν− ροσε χονχλυδεσ τηατ ωηατ χοµπυτερσ χαν∏τ δο ισ υνδερστανδ. Τηε κεψ το Πενροσε∏σ αργυµεντ ισ Γδελ∏σ τηεορεµ, α 60−ψεαρ−ολδ µατηε− µατιχαλ δεµονστρατιον τηατ ανψ µοδερ− ατελψ χοµπλεξ σψστεµ οφ αξιοµσ ψιελδσ στατεµεντσ τηατ αρε σελφ−εϖιδεντλψ τρυε βυτ χαννοτ βε προϖεδ ωιτη τηοσε αξ− ιοµσ. Τηε ιµπλιχατιον οφ τηε τηεορεµ, αχχορδινγ το Πενροσε, ισ τηατ νο δετερ− µινιστιχ, ρυλεδ−βασεδ σψστεµ∇τηατ ισ, νειτηερ χλασσιχαλ πηψσιχσ, χοµπυτερ σχι− ενχε νορ νευροσχιενχε∇χαν αχχουντ φορ τηε µινδ∏σ χρεατιϖε ποωερσ ανδ αβιλιτψ το ασχερταιν τρυτη. Ιν φαχτ, Πενροσε τηινκσ τηε µινδ µυστ εξπλοιτ νονδετερµινιστιχ ε⇑εχτσ τηατ χαν βε δεσχριβεδ ονλψ βψ θυαντυµ µε− χηανιχσ ορ α νεω πηψσιχαλ τηεορψ τηατ ωιλλ βριδγε θυαντυµ ανδ χλασσιχαλ µε− χηανιχσ ανδ ωιλλ γο βεψονδ χοµπυτα− τιον. Ηε εϖεν συγγεστσ τηατ νονλοχαλι− τψ, τηε αβιλιτψ οφ ονε παρτ οφ α θυαντυµ σψστεµ το α⇑εχτ οτηερ παρτσ ινσταντα− νεουσλψ ( Εινστειν δυββεδ ιτ σποοκψ αχτιον ατ α διστανχε), µιγητ βε τηε σο− λυτιον το τηε βινδινγ προβλεµ. Αλτηουγη Πενροσε ωασ ονχε ρατηερ ϖαγυε αβουτ ωηερε θυαντυµ ε⇑εχτσ ωορκ τηειρ µαγιχ, ηε νοω ηαζαρδσ α γυεσσ: µιχροτυβυλεσ, µινυτε τυννελσ οφ προτειν τηατ σερϖε ασ α κινδ οφ σκελετον φορ χελλσ, ινχλυδινγ νευρονσ. Τηισ εν− δορσεµεντ δελιγητσ Στυαρτ Ρ. Ηαµερο⇑, αν ανεστηεσιολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα, ωηο οργανιζεδ τηε Τυχσον µεετινγ ανδ ισ τηε λεαδινγ προπονεντ οφ τηε µιχροτυβυλε ηψποτηεσισ. Ηαµερο⇑, αν αγινγ ηιπστερ ωιτη α γοα− τεε ανδ πονψταιλ, µαναγεσ το σθυεεζε α ρεµαρκαβλε νυµβερ οφ σχιεντι⇒χ βυζζ− ωορδσ ιντο ηισ ταλκ ον µιχροτυβυλεσ: εµεργεντ, φραχταλ, σελφ−οργανιζινγ, δψ− ναµιχαλ. Ηε χλαιµσ το ηαϖε φουνδ εϖι− δενχε τηατ ανεστηεσια ελιµινατεσ χον− σχιουσνεσσ βψ ινηιβιτινγ τηε µοϖεµεντ οφ ελεχτρονσ ιν µιχροτυβυλεσ. Ερεχτινγ α µιγητψ τηεορετιχαλ εδι⇒χε ον τηισ φραιλ χλαιµ, ηε προποσεσ τηατ µι− χροτυβυλεσ περφορµ νονδετερµινιστιχ, θυαντυµ−βασεδ χοµπυτατιονσ τηατ σοµεηοω γιϖε ρισε το χονσχιουσνεσσ. Εαχη νευρον ισ τηυσ νοτ α σιµπλε σωιτχη βυτ α νετωορκ ωιτηιν α νετωορκ, Ηαµ− ερο⇑ ελαβορατεσ. Ηε αχκνοωλεδγεσ τηατ µιχροτυβυλεσ οχχυρ ιν µοστ χελλσ, νοτ ϕυστ νευρονσ, βυτ τηε ιµπλιχατιονσ οφ τηισ φαχτ δο νοτ φαζε ηιµ. Ι∏µ νοτ γο− ινγ το χοντενδ τηατ α παραµεχιυµ ισ χονσχιουσ, βυτ ιτ δοεσ σηοω πρεττψ ιν− τελλιγεντ βεηαϖιορ, ηε σαψσ. Οτηερ θυαντυµ−χονσχιουσνεσσ δεϖο− τεεσ µακε Πενροσε ανδ Ηαµερο⇑ λοοκ λικε παραγονσ οφ ριγορ. Φορ εξαµπλε, Ιαν Θυαντυµ Μιχροτυβυλεσ Αλλ τηεσε πηιλοσοπηερσ∇ανδ µοστ νευροσχιεντιστσ∇αρε υνιτεδ ιν τηειρ σκεπτιχισµ τηατ χονσχιουσνεσσ δεπενδσ ιν σοµε ιµπορταντ ωαψ ον θυαντυµ εφ− φεχτσ. Σινχε ατ λεαστ τηε 1930σ σοµε πηψσιχιστσ ηαϖε σπεχυλατεδ τηατ θυαν− τυµ µεχηανιχσ ανδ χονσχιουσνεσσ µιγητ βε λινκεδ. Τηεψ βασεδ τηειρ σπεχ− υλατιον ον τηε πρινχιπλε τηατ τηε αχτ οφ µεασυρεµεντ∇ωηιχη υλτιµατελψ ιν− ϖολϖεσ α χονσχιουσ οβσερϖερ∇ηασ αν ε⇑εχτ ον τηε ουτχοµε οφ θυαντυµ εϖεντσ. Συχη νοτιονσ ηαϖε γενεραλλψ ιν− ϖολϖεδ λιττλε µορε τηαν ηανδ ωαϖινγ, βυτ τηεψ ηαϖε βεχοµε µορε προµινεντ λατελψ βεχαυσε οφ Πενροσε. Πενροσε ηασ εαρνεδ ρεσπεχτ ασ αν αυ− τηοριτψ ον γενεραλ ρελατιϖιτψ ανδ φορ ιν− ϖεντινγ τηε γεοµετριχ φορµσ κνοων ασ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΜΙΧΡΟΤΥΒΥΛΕΣ, µινυτε τυννελσ οφ προτειν σερϖινγ ασ α κινδ οφ σκελετον ιν αλµοστ αλλ χελλσ (νοτ ϕυστ νευρονσ), µαψ γενερατε θυαντυµ ε⇑εχτσ χρυχιαλ το χονσχιουσνεσσ, αχχορδινγ το Ρογερ Πενροσε, α πηψσιχιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Οξφορδ, ανδ Στυαρτ Ρ. Ηαµερο⇑, αν ανεστηεσιολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 93 Ν. Μαρσηαλλ, α Βριτιση πσψχηιατριστ, ασσερτσ τηατ ϕυστ ασ πηψσιχσ ασ− πρεσεντσ ωηατ ηε βελιεϖεσ ισ εϖι− συµεσ τηε εξιστενχε οφ προπερτιεσ δενχε τηατ τηουγητ στεµσ φροµ οφ νατυρε συχη ασ σπαχε, τιµε, εν− θυαντυµ εφφεχτσ. Ηε ανδ σεϖεραλ εργψ, χηαργε ανδ µασσ, σο µυστ α χολλεαγυεσ χλαιµ το ηαϖε φουνδ τηεορψ οφ χονσχιουσνεσσ ποσιτ τηε τηατ τηε αβιλιτψ οφ συβϕεχτσ το περ− εξιστενχε οφ α νεω φυνδαµενταλ φορµ σιµπλε τεστσ ωηιλε ηοοκεδ προπερτψ : ινφορµατιον. Τηε χον− υπ το αν ΕΕΓ µαχηινε ϖαριεσ δε− χεπτ οφ ινφορµατιον, Χηαλµερσ εξ− πενδινγ ον ωηετηερ τηατ µαχηινε πλαινσ, ηασ ασπεχτσ τηατ αρε βοτη ισ πλυγγεδ ιν ορ νοτ. Τηειρ χον− πηψσιχαλ ανδ πηενοµεναλ (α χλυσιον? Ωηεν τηε ΕΕΓ µαχηινε πηιλοσοπηερ∏σ τερµ τηατ ισ ρουγη− ισ τυρνεδ ον, ιτ οβσερϖεσ τηε λψ εθυιϖαλεντ το εξπεριεντιαλ ορ βραιν ανδ τηερεφορε αλτερσ ιτσ το συβϕεχτιϖε). τηουγητσ∇ϕυστ ασ οβσερϖινγ αν Κοχη ⇒νδσ συχη αργυµεντσ ιρκ− ελεχτρον αλτερσ ιτσ χουρσε. Ιν οτη− σοµε. Ηε νοτεσ τηατ ιφ εϖερψονε ερ ωορδσ, Ηεισενβεργ∏σ υνχερταιν− σηαρεδ τηε βελιεφ οφ ΜχΓινν ανδ τψ πρινχιπλε αππλιεσ το τηε εντιρε Χηαλµερσ τηατ σχιενχε χαννοτ βραιν. σολϖε χονσχιουσνεσσ, τηε προπηε− Ονε λιστενερ αππαλλεδ βψ συχη χψ ωουλδ βε σελφ−φυλ⇒λλινγ. Σχιενχε ασσερτιονσ ισ ϑοην Γ. Ταψλορ, α µαψ νοτ βε αβλε το ρεσολϖε αλλ τηε πηψσιχιστ ανδ νευραλ−νετωορκ σπε− µψστεριεσ οφ τηε µινδ, Κοχη χον− χιαλιστ ατ Κινγ∏σ Χολλεγε Λονδον. χεδεσ, βυτ πηιλοσοπηψ ηασ α µυχη Ηε ινσιστσ τηατ αλλ τηε θυαντυµ− σλιµµερ χηανχε οφ προϖιδινγ λαστ− χονσχιουσνεσσ εντηυσιαστσ, ανδ ινγ ινσιγητσ αβουτ τηε µινδ−βοδψ εϖεν Πενροσε, ιγνορε τηε µοστ προβλεµ ορ τηε θυεστιον οφ φρεε βασιχ φαχτσ αβουτ θυαντυµ µε− ωιλλ. Ηε αδδσ τηατ ωηεν χονσιδερ− χηανιχσ. Φορ εξαµπλε, νονλοχαλιτψ ινγ συχη ανχιεντ χονυνδρυµσ, ανδ οτηερ θυαντυµ ε⇑εχτσ τηεψ πηιλοσοπηερσ σηουλδ ηεεδ τηε αδ− ηαϖε σειζεδ ον ασ ϖιταλ το χον− ϖιχε ο⇑ερεδ βψ τηειρ ιλλυστριουσ σχιουσνεσσ αρε οβσερϖεδ ονλψ ατ φορεβεαρ Λυδωιγ Ωιττγενστειν: τεµπερατυρεσ νεαρ αβσολυτε Ωηερεοφ ονε χαννοτ σπεακ, ζερο∇ορ ατ ανψ ρατε φαρ βελοω ∆ΑςΙ∆ ϑ. ΧΗΑΛΜΕΡΣ οφ Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ ηολδσ τηερεοφ ονε µυστ βε σιλεντ. τηε αµβιεντ τεµπερατυρεσ οφ τηε τηατ πηιλοσοπηψ µυστ βριδγε τηε εξπλανατορψ γαπ Ψετ οφ αλλ τηε ουτχοµεσ οφ τηε βραιν. Λικε µοστ νευροσχιεντιστσ, βετωεεν α πηψσιχαλ τηεορψ οφ χονσχιουσνεσσ ανδ ουρ συργινγ ιντερεστ ιν χονσχιουσνεσσ, συβϕεχτιϖε εξπεριενχε. Ταψλορ αλσο οβϕεχτσ το τηε θυαν− τηε λεαστ λικελψ ισ σιλενχε. Τηε εϖε− τυµ αππροαχη ον πραγµατιχ νινγ αφτερ Χηαλµερσ γιϖεσ ηισ γρουνδσ. Βεφορε τυρνινγ το τηε εξτρεµε το τηισ γλυµ χονχλυσιον. ∆αϖιδ ϑ. Χηαλ− σπεεχη ιν Τυχσον (ωηιχη ισ εξτρεµελψ ρεδυχτιονιστ αππροαχη αδϖοχατεδ βψ µερσ, αν Αυστραλιαν ατ Ωασηινγτον Υνι− ωελλ ρεχειϖεδ ), Κοχη χονφροντσ ηιµ το Πενροσε ανδ οτηερσ, ρεσεαρχηερσ σηουλδ ϖερσιτψ ωηο βεαρσ αν υνχαννψ ρεσεµ− χοµπλαιν τηατ ηισ δουβλε−ασπεχτ τηεο− εξπλορε ποσσιβιλιτιεσ τηατ αρε µορε βλανχε το τηε συβϕεχτ οφ Τηοµασ Γαινσ− ρψ οφ ινφορµατιον ισ υντεσταβλε ανδ πλαυσιβλε ανδ εξπεριµενταλλψ αχχεσσι− βορουγη∏σ παιντινγ Βλυε Βοψ, αγρεεσ τηερεφορε υσελεσσ. Ωηψ δον∏τ ψου ϕυστ βλε∇ανδ τηατ ηαϖε αλρεαδψ προϖεδ συχ− ωιτη ΜχΓινν τηατ νο στριχτλψ πηψσιχαλ σαψ τηατ ωηεν ψου ηαϖε α βραιν τηε Ηολψ χεσσφυλ φορ εξπλαινινγ χερταιν ασπεχτσ οφ τηεορψ∇ωηετηερ βασεδ ον θυαντυµ Γηοστ χοµεσ δοων ανδ µακεσ ψου περχεπτιον ανδ µεµορψ. Ιφ τηατ φαιλσ, µεχηανισµσ ορ νευραλ ονεσ∇χαν εξ− χονσχιουσ! Κοχη εξχλαιµσ. Συχη α τηε− τηεν µαψβε ωε σηουλδ λοοκ ελσεωηερε, πλαιν χονσχιουσνεσσ. ορψ ισ υννεχεσσαριλψ χοµπλιχατεδ, Χηαλ− ηε αδδσ. Αλλ πηψσιχαλ τηεοριεσ, Χηαλµερσ χλαιµσ, µερσ ρεσπονδσ δριλψ, ανδ ιτ ωουλδ νοτ χαν δεσχριβε ονλψ σπεχι⇒χ µενταλ φυνχ− αχχορδ ωιτη ηισ οων συβϕεχτιϖε εξπερι− Τηε Εξπλανατορψ Γαπ τιονσ∇συχη ασ µεµορψ, αττεντιον, ιν− ενχε. Βυτ ηοω δο Ι κνοω ψουρ συβϕεχ− τεντιον, ιντροσπεχτιον∇χορρελατινγ το τιϖε εξπεριενχε ισ τηε σαµε ασ µινε? Ονε οφ τηε φεω ποιντσ οφ ϖιεω µισσ− σπεχι⇒χ πηψσιχαλ προχεσσεσ ιν τηε βραιν. Κοχη σπυττερσ. Ηοω δο Ι εϖεν κνοω ινγ ατ τηε Αριζονα µεετινγ ισ τηατ οφ Αχχορδινγ το Χηαλµερσ, νονε οφ τηεσε ψου∏ρε χονσχιουσ? Χολιν ΜχΓινν, α πηιλοσοπηερ ατ Ρυτγερσ τηεοριεσ αδδρεσσεσ τηε ρεαλλψ ηαρδ Λατερ, Κοχη ανδ Χηαλµερσ ηεαδ ο⇑ το Υνιϖερσιτψ ανδ περηαπσ τηε µοστ υν− θυεστιον ποσεδ βψ τηε εξιστενχε οφ τηε τηε ηοτελ βαρ το χοντινυε τηειρ δισχυσ− ⇓ινχηινγ οφ αλλ µψστεριανσ. Ιν ηισ 1991 µινδ : Ωηψ ισ τηε περφορµανχε οφ τηεσε σιον οϖερ βεερ. Τηεψ χοµε το α ρεχον− βοοκ Τηε Προβλεµ οφ Χονσχιουσνεσσ, φυνχτιονσ αχχοµπανιεδ βψ συβϕεχτιϖε χιλιατιον οφ σορτσ. Κοχη εξπρεσσεσ ιντερ− ΜχΓινν αργυεδ τηατ βεχαυσε ουρ βραινσ εξπεριενχε? Αφτερ αλλ, ονε χαν χερταινλψ εστ ιν Χηαλµερσ∏σ ϖιεωσ ον χοµπυτα− αρε προδυχτσ οφ εϖολυτιον, τηεψ ηαϖε ιµαγινε α ωορλδ οφ ανδροιδσ τηατ ρε− τιον ανδ χογνιτιον∇α παπερ ον ωηιχη χογνιτιϖε λιµιτατιονσ. ϑυστ ασ ρατσ ορ σεµβλε ηυµανσ ιν εϖερψ ρεσπεχτ∇εξ− Χηαλµερσ ϕυστ ηαππενσ το ηαϖε ιν ηισ µονκεψσ χαννοτ εϖεν χονχειϖε οφ χεπτ τηατ τηεψ δο νοτ ηαϖε α χονσχιουσ κναπσαχκ. Χηαλµερσ χονχεδεσ τηατ περ− θυαντυµ µεχηανιχσ, σο ωε ηυµανσ εξπεριενχε οφ τηε ωορλδ. ηαπσ νευροσχιενχε µαψ στιλλ προϖιδε δι− µαψ βε προηιβιτεδ φροµ υνδερστανδινγ Σχιενχε αλονε χαννοτ συππλψ αν αν− ρεχτιον ανδ ινσπιρατιον φορ πηιλοσοπηψ. χερταιν ασπεχτσ οφ εξιστενχε, συχη ασ σωερ το τηισ θυεστιον, Χηαλµερσ δε− Τηε ⇒ελδ οφ χονσχιουσνεσσ στυδιεσ ισ τηε ρελατιον βετωεεν µινδ ανδ µαττερ. χλαρεσ. Υνλικε ΜχΓινν, ηοωεϖερ, Χηαλ− στρυγγλινγ ωιτη ιτσ οων βινδινγ προβ− Χονσχιουσνεσσ, ιν οτηερ ωορδσ, ωιλλ ρε− µερσ ηολδσ τηατ πηιλοσοπηερσ χαν ανδ λεµ. Ψετ φροµ ενχουντερσ συχη ασ τηισ, µαιν φορεϖερ βεψονδ ηυµαν υνδερ− µυστ χονστρυχτ α ηιγηερ−λεϖελ τηεορψ το προγρεσσ µαψ εµεργε∇ϕυστ ασ τηε ιν− στανδινγ, αχχορδινγ το ΜχΓινν. βριδγε τηατ εξπλανατορψ γαπ βετωεεν τεραχτιονσ βετωεεν νευρονσ ρατηερ τηαν Ατ λεαστ ονε πηιλοσοπηερ ατ τηε Αρι− τηε πηψσιχαλ ανδ συβϕεχτιϖε ρεαλµσ. Ιν τηειρ ινδιϖιδυαλ προπερτιεσ γιϖε ρισε το ζονα µεετινγ ϖεερσ δανγερουσλψ χλοσε φαχτ, Χηαλµερσ ηασ συχη α τηεορψ. Ηε τηε µιραχλε οφ τηε µινδ. 94 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΒΥΣΙΝΕΣΣ Τηε Ωαλλ ινδιϖιδυαλ χηιπσ τηατ αρε τηεν παχκαγεδ ωιτη α χεραµιχ ορ πλαστιχ χοϖερινγ. Χηιπ µακερσ∏ θυεστ φορ Τηε προδυχτιον οφ µιχροχηιπσ ρε− θυιρεσ τηε ϖαριουσ στεπσ, συχη ασ δεπο− σµαλλ µαψ βε ηιττινγ ιτ σιτιον ανδ λιτηογραπηψ, το βε ρεπεατεδ µανψ τιµεσ βεφορε τηε ωαφερ ισ χυτ ιντο χηιπσ. Τοδαψ∏σ στατε−οφ−τηε−αρτ χηιπσ, ορδον Μοορε, χηαιρµαν οφ Ιντελ, τηε ωορλδ∏σ λαργεστ σεµιχονδυχ− ωηιχη ηουσε 16 µιλλιον βιτσ οφ µεµο− ρψ, ρεθυιρε 200 προχεσσινγ στεπσ. Τηατ τορ χορπορατιον, ρεχαλλσ τηατ τηε χοµπανψ∏σ ⇒ρστ χηιπ−µανυφαχτυρινγ νυµβερ χουλδ τριπλε ιφ ινδυστρψ ισ το πλαντ ιν τηε λατε 1960σ χοστ ∃3 µιλλιον. σηιπ βιλλιον−βιτ δψναµιχ ρανδοµ−αχχεσσ µεµορψ χηιπσ βψ τηε ψεαρ 2001. Φορ Τοδαψ τηατ ισ τηε χοστ οφ ονε πιεχε οφ εθυιπµεντ ιν ονε οφ ουρ πλαντσ, Μοορε συχη δεϖιχεσ, ενγινεερινγ τολερανχεσ χαν βε ον τηε ορδερ οφ 15 το 50 νανο− λαµεντσ. Τηε πριχε ταγ φορ τηε νεωεστ φαχτοριεσ τηατ Ιντελ ανδ οτηερ συππλιερσ µετερσ, λεσσ τηαν τηε ωιδτη οφ α χοιλεδ ∆ΝΑ µολεχυλε. βυιλδ χαν εξχεεδ ∃1 βιλλιον. Ιν τηε ψεαρ 2000 τηατ ⇒γυρε χουλδ βε ηιγηερ βψ α Μετηοδσ υσεδ το ενηανχε προδυχτιϖι− τψ ηαϖε βεγυν το φαδε. Χλεανερ προχεσσ− φαχτορ οφ νεαρλψ 10. Τηε τρενδ µαψ τερµινατε τηε ινεξ− ινγ ηασ ρεδυχεδ τηε νυµβερ οφ δεφεχτσ ον α σιλιχον ωαφερ. Τηε µεασυρε οφ α δε− οραβλε δεχλινε ιν τηε υνιτ πριχε οφ χοµ− πυτερ λογιχ ανδ µεµορψ τηατ µανυφαχ− φεχτ−φρεε ωαφερ, χαλλεδ ψιελδ, νοω στανδσ ατ 90 περχεντ. Τηερε∏σ νο πλαχε λεφτ το τυρερσ ηαϖε ριδδεν σο προ⇒ταβλψ φορ τηε παστ 25 ψεαρσ. Υνιτ πριχεσ ηαϖε γο, σαψσ Τηοµασ Σειδελ, χηιεφ δεχλινεδ βεχαυσε σεµιχονδυχ− τεχηνολογιστ ατ Σεµατεχη, α τορ µακερσ ηαϖε βεεν αβλε το χονσορτιυµ οφ σεµιχονδυχτορ δουβλε τηε δενσιτψ οφ τρανσισ− µανυφαχτυρερσ. τορσ ον α χηιπ, ον αϖεραγε, εϖ− Ανοτηερ προδυχτιϖιτψ βοοστ− ερψ 18 µοντησ. ερ∇εξπανδινγ τηε διαµετερ Χονσεθυεντλψ, δυρινγ ρεχεντ οφ α ωαφερ σο τηατ µορε χηιπσ δεχαδεσ, τηε χοστ περ φυνχ− χαν βε προχεσσεδ βψ αν ινδι− τιον∇α φυνχτιον βεινγ α βιτ οφ ϖιδυαλ µαχηινε∇ηασ αλσο λοστ µεµορψ ορ α λογιχ σωιτχη ον α σοµε οφ ιτσ αλλυρε. Ιν παστ χηιπ∇ηασ δεχλινεδ εϖερψ ψεαρ ψεαρσ, α σινγλε χηιπ µακερ βψ 25 το 30 περχεντ. Τηατ φαχτ ωουλδ αβσορβ τηε ρεσεαρχη ηασ λετ χοµπυτερ βυψερσ πυρ− ανδ δεϖελοπµεντ χοστ οφ ιν− χηασε α µορε ποωερφυλ µα− τροδυχινγ α λαργερ ωαφερ. Βψ χηινε εαχη ψεαρ φορ τηε σαµε σο δοινγ, ιτ ωουλδ γετ α µανυ− πριχε. φαχτυρινγ αδϖανταγε βεφορε ιτσ Τηεσε χηανγεσ χουλδ α⇑εχτ χοµπετιτορσ. Υλτιµατελψ, τηε τηε γροωτη ιν τηε σεµιχονδυχ− λεαδερ προϖιδεδ ιτσ ριϖαλσ ωιτη τορ ινδυστρψ. Τηερε∏σ α φεαρ α νιχε συβσιδψ. Ηαϖινγ ⇒λλεδ τηατ ιφ τηε 25 το 30 περχεντ τηε φροντ−ρυννερ∏σ ορδερ, εθυιπ− δεχρεασε ιν χοστ περ φυνχτιον µεντ µανυφαχτυρερσ ωουλδ χηανγεσ, τηε ινδυστρψ∏σ ρατε οφ τηεν σελλ τηε µαχηινερψ νεεδ− γροωτη ωιλλ σλοω, σαψσ Γλεν εδ το ωορκ ωιτη τηε λαργερ ωα− Χηενεψ, πρεσιδεντ οφ Σεµι/ φερ σιζε το χηιπ µακερσ πλαψ− Σεµατεχη, α χονσορτιυµ οφ ινγ φολλοω τηε λεαδερ. εθυιπµεντ, µατεριαλσ ανδ ΙΒΜ, φορ εξαµπλε, ωασ τηε σερϖιχε συππλιερσ. ϑαµεσ ∆. ⇒ρστ το δεσιγν νεω προχεσσεσ Μεινδλ, α προφεσσορ ατ τηε ανδ τηεν ορδερ α χοµπλετελψ Γεοργια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολο− νεω σετ οφ µαχηινεσ φορ µακ− γψ, πυτσ ιτ µορε συχχινχτλψ: ινγ ειγητ−ινχη ωαφερσ, ωηιχη Ιτ∏σ α ποτεντιαλ σηοωστοππερ. χυρρεντλψ ρε⇓εχτσ τηε στατε οφ Τηε προβλεµ ισ τηατ λιφε γετσ τηε αρτ. Ψετ εϖεν ΙΒΜ µαψ βαλκ ηαρδερ φορ χηιπ µακερσ ασ δι− ατ τηε ∃2 βιλλιον ορ µορε νεεδ− µενσιονσ σηρινκ βελοω α µι− εδ φορ τηε νεξτ ωαφερ σιζε, χρον ιν σιζε. Ατ σοµε τιµε, ΠΡΕΧΙΣΙΟΝ−ΕΤΧΗΙΝΓ εθυιπµεντ ισ νεεδεδ το χρεατε µιχρο− ωηιχη χουλδ µεασυρε ανψ− περηαπσ ωελλ παστ τηε τυρν οφ χηιπ στρυχτυρεσ ωηοσε σµαλλεστ διµενσιονσ αρε λεσσ τηαν ωηερε φροµ 10 το 16 ινχηεσ ιν τηε χεντυρψ, χονϖεντιοναλ ιν− ονε µιχρον. Χαπιταλ χοστσ σοαρ, ηοωεϖερ, ασ τηε σιζε οφ διαµετερ. τεγρατεδ−χιρχυιτ τεχηνολογψ τρανσιστορσ ον τηε χηιπ συρφαχε γετσ σµαλλερ. Σεµατεχη ανδ τηε Σεµιχον− APPLIED MATERIALS Γ ωιλλ πετερ ουτ. Ατ αβουτ 0.05 µιχρον, τηε διµενσιονσ οφ τηε ινδιϖιδυαλ δεϖιχ− εσ ωιλλ βε σο σµαλλ τηατ θυαντυµ εφ− φεχτσ ωιλλ δισρυπτ τηειρ βεηαϖιορ. Τηεν α νεω τεχηνολογψ βασεδ ον προβαβιλιστιχ λαωσ ωιλλ βε νεεδεδ. Τηε θυεστ φορ σµαλλ ηασ αλρεαδψ βε− γυν το γροω δι⇔χυλτ ασ ινδυστρψ τριεσ το εκε ιµπροϖεµεντσ φροµ τηε χλασσιχαλ µανυφαχτυρινγ προχεσσ. Ιν ιτ, τηιν λαψερσ οφ σιλιχον, οξιδεσ ορ µεταλ αρε γροων ορ δεποσιτεδ ον τηε συρφαχε οφ α σιλιχον δισκ, χαλλεδ α ωαφερ. Σελεχτεδ συρφαχε αρ− εασ φορ εαχη χηιπ αρε τηεν παττερνεδ ανδ ρεµοϖεδ υσινγ α πηοτολιτηογραπηιχ ανδ ετχηινγ προχεσσ. Τινψ ριδγεσ ανδ ϖαλλεψσ φορµεδ τηρουγη ετχηινγ αρε ιµπλαντεδ, ορ δοπεδ, ωιτη µατεριαλσ συχη ασ βο− ρον ορ αρσενιχ το χοντρολ τηε χονδυχτιϖ− ιτψ οφ τηε χοµπονεντ παρτσ οφ τρανσισ− τορσ ανδ οτηερ χιρχυιτ ελεµεντσ. Ωηεν χοµπλετε, τηε ωαφερ ισ διχεδ υπ ιντο 96 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. δυχτορ Ρεσεαρχη Χορπορατιον, ωηιχη χοορδινατεσ υνιϖερσιτψ ρεσεαρχη ε⇑ορτσ, ηαϖε εσταβλισηεδ προγραµσ το ⇒νδ ωαψσ το πιχκ υπ τηε παχε οφ προδυχτιον. Τηερε σεεµσ το βε α ρυλε οφ τηυµβ τηατ ηασ οπερατεδ ιν τηε παστ τηατ νο πιεχε οφ εθυιπµεντ ωιλλ εξχεεδ 30 ωαφερσ περ ηουρ τηρουγηπυτ, χοµπλαινσ Χραιγ Βαρ− ρεττ, Ιντελ∏σ χηιεφ οπερατινγ ο⇔χερ. Ι δον∏τ κνοω ιφ τηατ∏σ α ρυλε οφ νατυρε ορ α ρυλε οφ εθυιπµεντ ϖενδορσ. Εθυιπµεντ συππλιερσ, συχη ασ Αππλιεδ Ματεριαλσ ιν Σαντα Χλαρα, Χαλιφ., τηε ιν− δυστρψ∏σ λαργεστ µανυφαχτυρερ, αρε ρε− σπονδινγ. Τηεψ ηαϖε χρεατεδ τεχηνολο− γψ τηατ αλλοωσ σεϖεραλ προδυχτιον στεπσ το βε εξεχυτεδ ωιτηουτ ρεµοϖινγ τηε σιλ− ιχον ωορκπιεχε φροµ τηε ϖαχυυµ χηαµ− βερ, ωηιχη σαϖεσ προχεσσινγ τιµε. Ασ χαπιταλ βυδγετσ µουντ, ρισκ σηαρ− ινγ ισ βεχοµινγ αν ινχρεασινγλψ ποπυ− λαρ ωαψ το ρελιεϖε τηε παιν. Ωιτνεσσ τηε χολλαβορατιον βετωεεν ΙΒΜ, Σιεµενσ ανδ Τοσηιβα ον δεϖελοπινγ α 256−µεγαβιτ µεµορψ χηιπ. Ανοτηερ ανοδψνε ισ χα− παχιτψ ρεδυχτιον. Τηε ινδυστρψ, ωηιχη συ⇑ερεδ φροµ α γλυτ οφ χαπαχιτψ ιν τηε 1980σ, ηασ βεχοµε α λοτ λεανερ. Ιτ χουλδ βεχοµε εϖεν µορε σο. Τηε νυµβερ οφ πλαψερσ ισ λικελψ το βε θυιτε λιµιτεδ ανδ νοτ το γροω ιν τηε φυτυρε βεχαυσε οφ τηε ρισινγ χαπιταλ χοστσ, Μεινδλ σαψσ. Αχ− χορδινγ το ινδυστρψ µαρκετ αναλψστ ςΛΣΙ Ρεσεαρχη, τηε νυµβερ οφ πλαντσ ηασ αλ− ρεαδψ δροππεδ φροµ αβουτ 2,000 α δεχαδε αγο το 876 τοδαψ. Τηερε ισ µορε εϖιδενχε οφ αν ινδυσ− τρψ εντερινγ εαρλψ µιδδλε αγε. ςΛΣΙ Ρε− σεαρχη υνδερτοοκ α προϖοχατιϖε ⇒ναν− χιαλ αναλψσισ οφ τηρεε µαϕορ ινδυστρψ προδυχερσ. Τηε ⇒ρµ υσεδ χηαοσ τηεορψ το αναλψζε α φαχτορ ιτ χαλλσ τεχηνολογψ δραγ, τηε βυρδεν πλαχεδ ον χοµπανιεσ βψ ηαϖινγ το ιντροδυχε εϖερ µορε χοστ− λψ τεχηνολογιεσ. Τηε στυδψ σηοωεδ τηατ Ιντελ, τηε ινδυστρψ λεαδερ, ηαδ γενερατ− εδ ∃3 ιν ρεϖενυε φορ εαχη δολλαρ ινϖεστ− εδ δυρινγ τηε εαρλψ 1970σ. Βψ 1998, υν− λεσσ σοµετηινγ χηανγεσ, ιτ ωιλλ µακε ονλψ α δολλαρ φορ εαχη δολλαρ ινϖεστεδ. Ιντελ ωιλλ ωαιτ ανδ σεε. Ανψβοδψ∏σ αβιλ− ιτψ το αναλψζε ωηατ∏σ ηαππενινγ α φεω ψεαρσ δοων τηε ροαδ ισ εξτρεµελψ λιµιτ− εδ, Μοορε ρεπλιεσ. Το χοπε ωιτη µουντινγ χαπιταλ χοστσ, ςΛΣΙ Ρεσεαρχη ρεχοµµενδσ τηατ µανυ− φαχτυρερσ µοδερατε τηε βλιστερινγ παχε οφ τεχηνολογιχαλ ονε−υπµανσηιπ τηατ ηασ λεδ το φουρ γενερατιονσ οφ αδϖανχεδ χηιπσ χοεξιστινγ ιν τηε σαµε µαρκετ. Ιτ µιγητ ωορκ, βυτ τηε χηανχεσ τηατ τηε πατιεντ ωιλλ ϖολυνταριλψ τακε ιτσ µεδι− χινε αρε σλιµ. ∇Γαρψ Στιξ Το Φενωαψ, ωιτη Λοϖε olf balls fly faster, and therefore farther, because they have dimples that relieve aerodynamic drag. This past February an aeronautics instructor at the Massachusetts Institute of Technology won a patent for extending the same idea to baseball bats. Knocking shallow pea-size depressions into a bat, he discovered, can add speed to a swing and distance to a hit. The eureka moment came to Jeffrey C. DiTullio after using a wind tunnel ∆ΙΜΠΛΕ∆ ΒΑΣΕΒΑΛΛ ΒΑΤ to study drag on cylinders. πατεντεδ βψ ϑε⇑ρεψ Χ. ∆ιΤυλ− “While I was sitting in traf- λιο οφ Μ.Ι.Τ. προδυχεσ λεσσ fic on the way home, it oc- δραγ, ψιελδινγ λονγερ ηιτσ. curred to me that if we could reduce the drag on the baseball bat, then hitters could swing it faster.” A quicker swing would both add distance to each hit and give the batter more time to judge the pitch. DiTullio knew that the main source of drag on a moving cylinder is not friction but pressure. As a bat carves its swath, it separates the air in front of it into two boundary layers that recombine some distance behind it. In the wake of the bat, between the separated boundary layers, the lack of air creates a partial vacuum that pulls on the bat and sucks energy out of the swing. A smooth bat will slice the air cleanly, leaving a large wake of low pressure. But a bat roughened by shallow dimples will trip up the boundary layers, sending them tumbling in turbulent eddies into the space just behind the speeding bat. That relieves the vacuum and cuts the drag. With bats donated by the Boston Red Sox, DiTullio hammered out three prototypes. In the M.I.T. wind tunnel, Di- 98 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Tullio says, the dimpled bats showed 60 percent less drag against a 70mile-per-hour wind than did smooth bats that were otherwise identical. In theory, that ought to allow a professional batter to swing a dimpled bat 5 percent faster—enough to add about 15 feet to a hit. But in field trials with players from the Red Sox farm team, DiTullio measured a less dramatic improvement of just 3 percent. Still, in many sports, equipment manufacturers would jump at the chance to offer a 3 percent boost in performance at little or no extra cost. M.I.T. has high hopes that it can sell the idea to bat manufacturers such as Hillerich & Bradsby, maker of the famed Louisville Slugger. But while “some companies are mildly interested,” reports David McFeeters-Krone of M.I.T.’s technology licensing office, “we are still actively seeking licensees.” M.I.T. will have to make a good pitch indeed to get a dimpled bat into the majors. The league has rejected many previous innovations in bat design, from J. A. Hillerich’s 1904 “fish scale” bat (covered in wedged points to reduce foul hits) to the metal and composite bats that have consumed 75 percent of wooden bat sales since the mid-1970s. Dimples would work as well on aluminum or graphite bats as on wood, and DiTullio’s design may find easier acceptance among amateur ballplayers than among purist professionals. If so, M.I.T., like the inventor of the dimpled golf ball, may strike it rich. Otherwise, like the inventor of the fish-scale bat, it may just strike out. —W. Wayt Gibbs DONNA COVENEY MIT Photo Γ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Πριϖατε Σχρεενινγ Ατ−ηοµε ΗΙς τεστσ στιρ υπ χοντροϖερσψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. EPITOPE, INC. Α Ι∆Σ ισ α λατε 20τη−χεντυρψ σχουργε. Ιτ ισ αλσο, ιν α µαρκετ εχονοµψ, αν οππορτυνιτψ φορ δρυγ ανδ µεδι− χαλ δεϖιχε µανυφαχτυρερσ, αλβειτ α χον− τροϖερσιαλ ονε. Φορ εξαµπλε, ρεσεαρχη βψ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν Φραν− χισχο∏σ Χεντερ φορ ΑΙ∆Σ Πρεϖεντιον Στυδ− ιεσ πρεδιχτσ τηατ οϖερ 40 µιλλιον πεοπλε µιγητ γετ τεστεδ φορ τηε ηυµαν ιµµυ− νοδε⇒χιενχψ ϖιρυσ (ΗΙς) ιφ τηεψ χουλδ βε ασσυρεδ οφ τηειρ πριϖαχψ. Τηε τεστινγ µιγητ αδδ 100,000 ινδιϖιδυαλσ το τηε ροστερ οφ τηοσε κνοων το χαρρψ ΗΙς. Ατ λεαστ ονε χοµπανψ περχειϖεσ τηε στυδψ ασ ποιντινγ το τηε νεεδ φορ α ηοµε ΗΙς τεστ, α µαρκετ τηατ χουλδ ρεαχη ιντο τηε ηυνδρεδσ οφ µιλλιονσ οφ δολλαρσ. ∆ιρεχτ Αχχεσσ ∆ιαγνοστιχσ, α συβσιδ− ιαρψ οφ ϑοηνσον & ϑοηνσον, ηασ αλρεαδψ αππλιεδ το τηε Φοοδ ανδ ∆ρυγ Αδµινισ− τρατιον φορ αππροϖαλ οφ α τεστ τηατ ωουλδ λετ σοµεονε πριχκ α ⇒νγερ ωιτη α λανχετ ατ ηοµε. Τηε ινδιϖιδυαλ τηεν βλοτσ τηε βλοοδ ον ⇒λτερ παπερ ανδ µαιλσ τηε σπεχ− ιµεν το τηε µανυφαχτυρερ. Τηε µανυ− φαχτυρερ ασσαψσ τηε σαµπλε, υσινγ χον− ϖεντιοναλ αντιβοδψ−τεστινγ µετηοδσ. Τηε περσον τεστεδ ωουλδ γετ τηε ρε− συλτσ οφ τηε ανονψµουσ τεστ βψ χαλλινγ τηε σερϖιχε∇τηε πατιεντ ισ ιδεντι⇒εδ ονλψ βψ χοδε νυµβερ. Ιφ τηε τεστ σηοωσ τηατ τηε περσον ισ ποσιτιϖε φορ ΗΙς, α τραινεδ χουνσελορ ωουλδ ρεσπονδ. Νεγ− ατιϖε τεστ ρεσυλτσ ωουλδ βε χονϖεψεδ βψ α ρεχορδεδ µεσσαγε. Α χαλλερ ρεχειϖινγ γοοδ νεωσ ωουλδ στιλλ ηαϖε αν οππορτυ− νιτψ το ταλκ το α χουνσελορ ανδ λιστεν το ρεχορδεδ ταπεσ ον ΑΙ∆Σ−ρελατεδ ισσυεσ. ∆ιρεχτ Αχχεσσ∏σ προδυχτ ηασ αλρεαδψ βεγυν το δραω ⇒ρε. Αν οργανιζατιον τηατ ρεπρεσεντσ ΑΙ∆Σ χουνσελορσ ανδ τεστινγ περσοννελ σαψσ α τελεπηονε χαλλ ισ νοτ ενουγη. Τηε Νατιοναλ Αλλιανχε οφ Λεσ− βιαν ανδ Γαψ Ηεαλτη Χλινιχσ (ΝΑΛΓΗΧ ), ωηιχη σπεακσ φορ 11 πριϖατε ηεαλτη χεν− τερσ νατιονωιδε, ηασ χριτιχιζεδ τηε τεστ ιν α λεττερ το τηε Φ∆Α ανδ ηελδ αν Απριλ πρεσσ χονφερενχε το ϖοιχε ιτσ οβϕεχτιονσ. Χηριστοπηερ ϑ. Πορτελλι, τηε ΝΑΛΓΗΧ∏σ χοορδινατορ, εµπηασιζεδ τηατ πατιεντσ νεεδ ιντενσε φαχε−το−φαχε χουνσελινγ ον ηεαλτη χαρε οπτιονσ ανδ πραχτιχεσ τηατ χαν πρεϖεντ ινφεχτιον οφ οτηερσ. Ιτ∏σ ϖερψ εασψ το δροπ τηε ρεχειϖερ ωηεν α πατιεντ ηεαρσ βαδ νεωσ, ηε σαψσ. Χαρρι− ερσ οφ τηε ϖιρυσ ωηο δο νοτ γετ αδε− θυατε χουνσελινγ αρε συσχεπτιβλε το συι− χιδε ανδ δοµεστιχ ϖιολενχε, Πορτελλι ωαρνσ. Α τεστ παχκετ πυρχηασεδ ατ α λο− χαλ πηαρµαχψ, ηε ασσερτσ, χουλδ αλσο φα− χιλιτατε χοερχιϖε τεστινγ βψ λαω ενφορχε− µεντ ο⇔χιαλσ ορ σχηοολ αδµινιστρατορσ. ΟΡΑΛ ΣΑΜΠΛΕ ΧΟΛΛΕΧΤΟΡ φροµ Επιτοπε, ωηιχη χαν βε υσεδ φορ γατηερινγ σπεχι− µενσ φορ ΗΙς σχρεενινγ, ισ πλαχεδ βετωεεν τηε γυµ ανδ χηεεκ. Τηε σαµπλε οφ σαλιϖα ανδ βλοοδ χοµπονεντσ ισ τηεν σεντ βψ τηε ηεαλτη προϖιδερ το α λαβορατορψ φορ τεστινγ. Τηε Αµεριχαν Μεδιχαλ Ασσοχιατιον ωορριεσ αβουτ χολλεχτινγ βλοοδ σαµπλεσ ατ ηοµε. Ι τηινκ ιτ [α τεστ] σηουλδ βε δονε ϖια α ηεαλτη προϖιδερ ωιτη αν εξ− πλανατιον ανδ α πηψσιχαλ, εξπλαινσ Ραψ− µονδ Σχαλετταρ, α µεµβερ οφ τηε ΑΜΑ∏σ βοαρδ οφ τρυστεεσ. Τηισ ισ νοτ λικε ανψ ηοµε τεστ. Το σοµε, α ποσιτιϖε ΑΙ∆Σ τεστ ισ α δεατη σεντενχε. Ελλιοττ ϑ. Μιλλενσον, πρεσιδεντ οφ ∆ιρεχτ Αχχεσσ, σαψσ ηε ηασ λαβορεδ φορ σεϖεν ψεαρσ το αδδρεσσ τηε κινδ οφ προβλεµσ χιτεδ βψ Πορτελλι ανδ Σχαλετταρ. Βεφορε βεχοµινγ πρεσιδεντ οφ τηε ϑοηνσον & ϑοηνσον χονχερν, Μιλλενσον ηεαδεδ αν− οτηερ χοµπανψ, Υνιϖερσιτψ Ηοσπιταλ Λαβ− ορατοριεσ, ωηιχη δεϖελοπεδ αν ιδεντιχαλ τεστ τηατ ωασ ρεϕεχτεδ βψ τηε Φ∆Α ιν 1990 βεχαυσε οφ τηε ισσυε οφ αδεθυατε τελεπηονε χουνσελινγ. Αφτερ βεινγ τυρνεδ δοων, Μιλλενσον χονϖινχεδ ϑοηνσον & ϑοηνσον το βαχκ ηιµ ιν τηε ϖεντυρε τηατ ηασ βεχοµε ∆ιρεχτ Αχχεσσ ∆ιαγνοστιχσ. Σινχε Μιλλενσον∏σ ⇒ρστ ρεϕεχτιον, ηε ηασ ωορκεδ το σετ υπ α τηορουγη τραιν− ινγ προγραµ φορ τελεπηονε χουνσελορσ. Ηισ ⇒ρµ αλσο εσταβλισηεδ αν εξτενσιϖε χοµπυτερ δαταβασε, ωηιχη υσεσ ινφορ− µατιον φροµ τηε Χεντερσ φορ ∆ισεασε Χοντρολ, το προϖιδε ρεφερραλσ φορ ηεαλτη χαρε, λεγαλ ηελπ ανδ ⇒νανχιαλ χουνσελινγ. Μιλλενσον φοχυσεσ ον τηε νεεδ φορ χολλεχτινγ ηοµε σαµπλεσ: ηε χιτεσ α 1991 συρϖεψ φροµ τηε Χεντερσ φορ ∆ισ− εασε Χοντρολ τηατ σηοωεδ τηατ 8 περ− χεντ οφ Υ.Σ. αδυλτσ πλαννεδ το βε τεστεδ φορ ΗΙς δυρινγ τηε φολλοωινγ ψεαρ; τηατ ⇒γυρε, ηε σαψσ, χουλδ ηαϖε τριπλεδ ιφ α ηοµε τεστ ωερε αϖαιλαβλε. Ιν φαχτ, νοτ εϖερψονε χονχερνεδ ωιτη ΑΙ∆Σ ηεαλτη χαρε προβλεµσ αγρεεσ ωιτη τηε ΝΑΛΓΗΧ∏σ στανχε. Οτηερ αχτιϖιστσ, ρεσεαρχηερσ, µινοριτψ οργανιζατιονσ ανδ στατε ο⇔χιαλσ ηαϖε ωριττεν τηε Φ∆Α ιν συππορτ οφ τηε προδυχτ ανδ σερϖιχε. Ασ ιτ αωαιτσ α ⇒ναλ αγενχψ δεχισιον, ∆ιρεχτ Αχχεσσ ηασ σηοων µορε τηαν α τουχη οφ σενσιτιϖιτψ το χριτιχισµ. Ωηεν ιτ λεαρνεδ οφ τηε ΝΑΛΓΗΧ∏σ οπποσιτιον, τηε χοµπανψ στοππεδ παψµεντ ον α ∃5,000 χοντριβυτιον το τηε Ωηιτµαν− Ωαλκερ Χλινιχ ιν Ωασηινγτον, ∆.Χ., ωηερε τηε ΝΑΛΓΗΧ∏σ πρεσσ χονφερενχε ωασ ηελδ. Ωηιτµαν−Ωαλκερ ισ τηε χιτψ∏σ λαργ− εστ πριϖατε φαχιλιτψ φορ ΑΙ∆Σ τεστινγ ανδ α µεµβερ οφ τηε ΝΑΛΓΗΧ. Τηε χοµπα− νψ αλσο δισµισσεδ α πηψσιχιαν ατ Ωηιτ− µαν−Ωαλκερ φροµ αν εξπερτ πανελ ιτ ηασ σετ υπ το στυδψ τηε ηεαλτη ιµπαχτ οφ τηε προδυχτ ιφ ιτ δοεσ γαιν αππροϖαλ. Τηε Φ∆Α σεεµσ υνχερταιν αβουτ τηε πολιτιχαλλψ χηαργεδ ισσυε οφ ηοµε τεστ− ινγ. Τηε αγενχψ ηασ τηυσ χοντεµπλατεδ χονσυλτινγ ηιγηερ−λεϖελ ο⇔χιαλσ ιν τηε ∆επαρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυµαν Σερ− ϖιχεσ, οφ ωηιχη τηε Φ∆Α ισ ονε αγενχψ. Αγενχψ ηιγηερ−υπσ µιγητ τηεν µακε α πολιχψ δεχισιον αβουτ τηισ τψπε οφ τεστ. ∆εβατε οϖερ νεω φορµσ οφ ΗΙς τεστ− ινγ µαψ βεχοµε στιλλ µορε αχυτε. Σεϖερ− αλ χοµπανιεσ αρε ωορκινγ ον µακινγ ΗΙς τεστινγ ασ εασψ ασ σπιττινγ ιν α χυπ. Σαλιϖα ∆ιαγνοστιχ Σψστεµσ (Σ∆Σ) ιν ςαν− χουϖερ, Ωαση., ισ δεϖελοπινγ α τεστ φορ προφεσσιοναλσ ανδ χονσυµερσ τηατ ιτσ οφ− ⇒χιαλσ χοµπαρε ωιτη α ηοµε πρεγνανχψ τεστ. Α στριπ χοατεδ ωιτη αν αντιγεν προ− τειν ισ εξποσεδ το σαλιϖα. Ιτ χηανγεσ χολ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 99 100 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 πλεσ ασ χοµπαρεδ το βλοοδ σαµπλεσ υσ− ινγ τηε σαµε τεστ µετηοδ. Α χοµπανψ ϖιχε πρεσιδεντ, ϑοην Η. Φιτχηεν, χλαιµσ τηατ ΟραΣυρε ψιελδσ ρε− συλτσ χοµπαραβλε το τηοσε οφ βλοοδ τεστσ ιν χλινιχαλ υσε. Τηε στοχκ µαρκετ, ηοω− εϖερ, ισ χψνιχαλ αβουτ τηε χοµπανψ∏σ αβιλιτψ το γετ τηε αγενχψ∏σ αππροϖαλ. Ιν εαρλψ Μαψ, Φιτχηεν σαψσ, ονε ⇒φτη οφ τηε ⇒ρµ∏σ 10 µιλλιον σηαρεσ τραδεδ ον τηε Αµεριχαν Στοχκ Εξχηανγε ωερε βεινγ σολδ σηορτ βψ ινϖεστορσ βεττινγ τηατ τηε στοχκ ωιλλ πλυµµετ ιφ τηε Φ∆Α δοεσ νοτ αππροϖε Επιτοπε∏σ αππλιχατιον. Τηεψ µαψ ωαντ το ηεδγε βψ ινϖεστινγ ιν Τρινιτψ Βιοτεχη ιν ∆υβλιν, Ιρελανδ. Τρινιτψ ισ συππλψινγ ιτσ ραπιδ σαλιϖα τεστ το τηε γοϖερνµεντ οφ Χηινα. ϑυδψ Πηε− λαν, τηε προδυχτ µαναγερ, σαψσ τηε Χηι− νεσε αρε ιντερεστεδ ιν εϖαλυατινγ τηε τεστ φορ µασσ ΗΙς σχρεενινγ οφ πεοπλε ωηο εντερ τηε χουντρψ. ∇Γαρψ Στιξ Βλυε ςιδεο αρεα. Ρεδυχινγ τηε σιζε οφ τηε πιτσ ισ νο µεαν φεατ ιτσελφ: ιφ α χονϖεντιοναλ οπτι− χαλ δισκ ωερε βλοων υπ το τηε σιζε οφ α βασεβαλλ ⇒ελδ, εαχη πιτ ωουλδ βε ρουγη− λψ τηε σιζε οφ α γραιν οφ σανδ. Βψ ναρ− ροωινγ τηε τραχκ πιτχη ανδ τηε λενγτη βετωεεν πιτσ, Σηιµιζυ αδδσ, ρεχορδινγ δενσιτψ χαν βε ινχρεασεδ αν αδδιτιοναλ 2.5 το τηρεε τιµεσ ιν τοταλ. Το βε υσεφυλ ιν α χονσυµερ προδυχτ, τηε λασερ µυστ µεετ ανοτηερ τεστ. Ιτ ηασ το οπερατε ατ ροοµ τεµπερατυρε. Α χρψ− ογενιχ συππορτ σψστεµ δοεσ νοτ ⇒τ ωελλ ωιτη εϖερψδαψ δοµεστιχ λιϖινγ. ∆υρινγ τηε παστ ψεαρ, χορπορατε ανδ υνιϖερσιτψ ωορκερσ ηαϖε ποστεδ σιγνι⇒χαντ προγ− ρεσσ ωιτη ρεσπεχτ το ωαϖελενγτη ανδ ροοµ−τεµπερατυρε οπερατιον. Τηισ παστ Μαρχη, Πιονεερ ωορκερσ δι− ρεχτεδ α 100−µιλλιωαττ βεαµ φροµ αν ινφραρεδ σεµιχονδυχτορ λασερ τηρουγη α νονλινεαρ χρψσταλ οφ ποτασσιυµ τιτανψλ πηοσπηατε µαδε βψ ∆υ Ποντ. Τηε εµεργινγ βεαµ, α σεχονδ ηαρµονιχ ατ 425 νανοµετερσ, ωασ συ⇔χιεντλψ σταβλε το ρεαδ δατα φροµ α ηιγη−δενσιτψ οπτι− χαλ δισκ υνδερ λαβορατορψ χονδιτιονσ. Λεσσ τηαν α µοντη λατερ, ιν εαρλψ Απριλ, Ματσυσηιτα ρεσεαρχηερσ χοαξεδ βλυε λιγητ φροµ α σεµιχονδυχτορ λασερ, υσινγ τηε σαµε σεχονδ−ηαρµονιχ γεν− ερατιον µετηοδ ασ Πιονεερ διδ. Ψετ αν− οτηερ Ματσυσηιτα τεαµ, λεδ βψ Τσυνεο Μιτσυψυ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ιν τηε ∆ε− ϖιχε Ρεσεαρχη Γρουπ, δεϖελοπεδ α λασερ διοδε τηατ εµιτσ πυλσεσ οφ λιγητ ωιτη α ωαϖελενγτη οφ 509 νανοµετερσ. Μιτσυ− ψυ ισ νοω δεϖελοπινγ α σολιδ−στατε λασερ τηατ γενερατεσ α χοντινυουσ βλυε σιγ− ναλ. Το δο τηατ, ηε σαψσ, ρεθυιρεσ α νεω σεµιχονδυχτορ µατεριαλ ωιτη α ωιδε βανδ γαπ, συχη ασ ζινχ σελενιδε, α ΙΙ∠Ις χοµπουνδ ιν τερµσ οφ τηε περιοδιχ ταβλε. Ηιταχηι∏σ Χεντραλ Ρεσεαρχη Λαβορατο− ρψ ιν Τοκψο ηασ αλσο βεεν ωορκινγ ωιτη ζινχ σελενιδε χοµπουνδσ φορ σεϖεραλ ψεαρσ. Μασαηιτο Μιγιτα, α σενιορ ρε− Τηε θυεστ φορ τηε βλυε λασερ σπαρκσ ιντενσε χοµπετιτιον Ω ηεν ιτ χοµεσ το ηιγη−δενσιτψ οπτιχαλ−δισκ ρεχορδινγ, τηερε ισ νο ωιδγετ σο εαρνεστλψ σουγητ βψ σο µανψ ωορκερσ ασ τηε λοω−χοστ, βλυε−ϖιολετ, ροοµ−τεµπερατυρε σεµιχον− δυχτορ λασερ. Τηε ϖιρτυε οφ λοω χοστ ισ οβϖιουσ; τηε δεσιραβιλιτψ οφ α βλυε−ϖιολετ βεαµ ανδ ροοµ−τεµπερατυρε οπερατιον µαψ νεεδ ελαβορατιον. ∆υρινγ τηε οπτιχαλ ρεχορδινγ προχεσσ, α λασερ βυρνσ µιχροσχοπιχ πιτσ ιντο τηε συρφαχε οφ τηε µαστερ δισκ. Τηε πιτσ αρε ωηατ χαρρψ τηε ινφορµατιον τηατ ισ ρε− τριεϖεδ ωηεν ανοτηερ λασερ ρεαδσ τηε πιτσ. Το αχηιεϖε µορε τηαν τωο ηουρσ οφ ηιγη−θυαλιτψ, φυλλ−µοτιον ϖιδεο ον α Χ∆−σιζε δισκ, σαψσ Πιονεερ σποκεσ− µαν Κινρο Σηιµιζυ, τηε βλυε λασερ ισ εσσεντιαλ. Αχχορδινγ το Σηιµιζυ, τηε σιζε οφ α πιτ τηατ χαν βε ινσχριβεδ ορ ρεαδ βψ α βλυε λασερ ισ ηαλφ τηε λενγτη ανδ ωιδτη οφ α πιτ τηατ α ρεδ λασερ χαν ινσχριβε. Τηατ µεανσ α βλυε λασερ χαν βυρν φουρ τιµεσ ασ µυχη δατα ιντο α γιϖεν συρφαχε MATSUSHITA ELECTRIC, INC., CO. ορ ωιτηιν µινυτεσ ιφ ΗΙς αντιβοδιεσ αρε πρεσεντ. Τηε Φ∆Α ισ υνλικελψ το ενδορσε σο ρεαδιλψ α τεστ τηατ, ιφ νοτ χλοσελψ ρεγυ− λατεδ, χουλδ βε συβϕεχτ το αβυσε: αν εµ− πλοψερ χουλδ τεστ ϕοβ αππλιχαντσ, ορ πεο− πλε µιγητ ηεαδ φορ α σινγλεσ βαρ ωιτη α χονδοµ ανδ α τεστ κιτ. Α µεασυρε οφ τηε αγενχψ∏σ χαυτιουσνεσσ ον νεω ΗΙς τεστινγ χουλδ βε ωιτνεσσεδ ιν 1991 ωηεν ιτ πυλλεδ φροµ τηε µαρκετ Ορα− Συρε, αν οραλ ΗΙς σαµπλε χολλεχτορ δε− ϖελοπεδ βψ Επιτοπε ιν Βεαϖερτον, Ορε. Α ηεαλτη προϖιδερ πλαχεσ τηε σωαβ βε− τωεεν τηε γυµ ανδ χηεεκ το γατηερ σαλι− ϖα ανδ χοµπονεντσ οφ βλοοδ τηατ ⇒λτερ ιντο επιτηελιαλ τισσυε. Τηε σαµπλε ισ τηεν τεστεδ φορ αντιβοδιεσ ιν α λαβορατορψ. Επιτοπε ηαδ σολδ ιτσ προδυχτ το ινσυρ− ανχε χοµπανιεσ φορ εϖαλυατινγ αππλιχα− τιονσ φορ νεω πολιχιεσ, α µαρκετ τηατ ωασ λεσσ ρεγυλατεδ βψ τηε Φ∆Α. Τηε χοµπα− νψ, ωηιχη ηασ γαρνερεδ συππορτ φορ τηε δεϖιχε φροµ σοµε ΑΙ∆Σ γρουπσ, στιλλ αωαιτσ αν Φ∆Α δεχισιον ον ΟραΣυρε ασ α δεϖιχε φορ υσε βψ ηεαλτη προφεσσιοναλσ. Βεχαυσε οφ Φ∆Α χονσερϖατισµ, Σ∆Σ∇ ανδ τωο οτηερ χοµπανιεσ δεϖελοπινγ σαλιϖα τεστσ∇ηασ ταργετεδ µαρκετσ ουτ− σιδε τηε Υ.Σ. συχη ασ δεϖελοπινγ νατιονσ ιν Αφριχα ανδ Σουτηεαστ Ασια. Ροναλδ Λ. Λεαλοσ, πρεσιδεντ οφ Σ∆Σ, ποιντσ ουτ τηατ αν αδϖανταγε οφ µαρκετινγ ιν πλαχεσ λικε Τηαιλανδ ισ τηατ τηε χοµπανψ δοεσ νοτ ηαϖε το χοπε ωιτη τηε χηαργεδ πο− λιτιχαλ ατµοσπηερε τηατ συρρουνδσ τηε δισεασε ιν τηε Υ.Σ. Ιτ δοεσν∏τ ηαϖε ανψ οφ τηεσε γαψ δισεασε∏ τψπε οφ χοννοτα− τιονσ οϖερ τηερε, Λεαλοσ νοτεσ. Τηατ∏σ νοτ τηε ωαψ ιτ∏σ περχειϖεδ, σο τηερε ισν∏τ α πολιτιχαλ αυρα συρρουνδινγ ιτ. Ιφ ε⇑εχτιϖε, σαλιϖα µαψ βεχοµε α ωαψ το δετεχτ ΗΙς ινφεχτιον ωηερε λαβορατο− ρψ φαχιλιτιεσ αρε σχαρχε. Τηερε αρε φεωερ αντιβοδιεσ ιν σαλιϖα τηαν ιν βλοοδ. Ιφ τηε τεστσ αρε µαδε συ⇔χιεντλψ σενσιτιϖε, τηεψ σηουλδ σερϖε ασ αχχυρατε διαγνοσ− τιχ τοολσ, σαψσ Τηοµασ Χ. Θυινν, α σενιορ ινϖεστιγατορ ατ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Αλλεργψ ανδ Ινφεχτιουσ ∆ισεασεσ. Τεστ− ινγ σαλιϖα χαν βε α χονϖενιεντ νονινϖα− σιϖε τεχηνιθυε, Θυινν χοµµεντσ. Θυινν ηασ, ιν φαχτ, υσεδ ραπιδ βλοοδ τεστσ ιν Αφριχα. Συχη αν ασσαψ ισ αππροϖεδ φορ υσε ιν Υ.Σ. ηεαλτη χαρε φαχιλιτιεσ. Νο τεστ φορ σαλιϖα ορ οτηερ οραλ ⇓υιδσ ηασ ψετ το µακε ιτσ ωαψ τηρουγη τηε Φ∆Α∏σ ριγορουσ χλινιχαλ τριαλσ. Λαστ ∆ε− χεµβερ ιν α λεττερ το Επιτοπε, Π. Μιχηαελ ∆υβινσκψ, αν ο⇔χιαλ ατ τηε Φ∆Α∏σ Χεν− τερ φορ Βιολογιχσ Εϖαλυατιον ανδ Ρε− σεαρχη, ορδερεδ τηε χοµπανψ το ρεφραιν φροµ µακινγ ανψ στατεµεντ συγγεστινγ τηατ τηε Φ∆Α ωασ νοτ ωορριεδ αβουτ τηε σαφετψ ανδ ε⇔χαχψ οφ ΟραΣυρε. ∆υβιν− σκψ ωροτε τηατ τηε Φ∆Α ηασ ηαδ σοµε ϖερψ ρεαλ χονχερνσ ρεγαρδινγ ρεδυχεδ σενσιτιϖιτψ ωηεν τεστινγ ΟραΣυρε σαµ− ΒΛΥΕ ΛΙΓΗΤ ατ α ωαϖελενγτη οφ 509 νανοµετερσ ισ εµιττεδ φροµ τηισ λασερ δι− οδε, ρεχεντλψ δεµονστρατεδ βψ α τεαµ λεδ βψ Τσυνεο Μιτσυψυ οφ Ματσυσηιτα Ελεχ− τριχ, τηε µακερ οφ Πανασονιχ προδυχτσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. σεαρχηερ ατ Ηιταχηι, ισ λοοκινγ ατ τωο οτηερ ποσσιβλε χοµπουνδσ φροµ ωηιχη το µακε βλυε−ϖιολετ λασερ διοδεσ: ζινχ χαδµιυµ µαγνεσιυµ συλφυρ σελενιυµ τελλυριδε∇ωηιχη ηασ βεεν ινδυχεδ το λασε, ιφ ονλψ βριε⇓ψ∇ανδ γαλλιυµ αλυ− µινυµ ινδιυµ νιτριδε. Λικε τηειρ χουντερπαρτσ ατ Πιονεερ ανδ Ματσυσηιτα, Ηιταχηι ρεσεαρχηερσ αρε εξ− περιµεντινγ ωιτη τηε σεχονδ−ηαρµονιχ γενερατιον µετηοδ. Οτηερ µαϕορ ϑαπαν− εσε ελεχτρονιχσ ⇒ρµσ, συχη ασ ΝΕΧ ανδ Τοσηιβα, αρε αλσο ινϖολϖεδ ιν τηε βλυε− λασερ θυεστ. Ιν τηε συµµερ οφ 1993 α Σονψ ρε− σεαρχη τεαµ οπερατεδ α χοντινυουσ− ωαϖε βλυε λασερ συχχεσσφυλλψ ατ ροοµ τεµπερατυρε. Σονψ∏σ εξπεριµενταλ λασερ διοδε εµιτσ λιγητ ατ α ωαϖελενγτη οφ 489.9 νανοµετερσ∇χλοσερ το τηε γρεεν παρτ οφ τηε σπεχτρυµ τηαν το τηε ϖιολετ. Α γρουπ φροµ Βροων Υνιϖερσιτψ ανδ Πυρ− δυε Υνιϖερσιτψ ινδεπενδεντλψ αχηιεϖεδ σιµιλαρ ρεσυλτσ ατ αβουτ τηε σαµε τιµε. Ιν τηε Υ.Σ., ωορκερσ ατ ΙΒΜ ηαϖε συχ− χεσσφυλλψ υσεδ ποτασσιυµ νιοβατε χρψσ− ταλσ ασ α νονλινεαρ µεδιυµ ιν ωηιχη το δουβλε τηε φρεθυενχψ οφ γαλλιυµ αρσεν− ιδε λασερ διοδεσ. ΑΤ&Τ ρεχεντλψ σιγνεδ α τεχηνολογψ αγρεεµεντ ωιτη ΑΠΑ Οπ− τιχσ ιν Βλαινε, Μινν. Τηε αγρεεµεντ ωιλλ εναβλε ΑΤ&Τ το χονδυχτ βλυε−λασερ ρε− σεαρχη εξπλοιτινγ γαλλιυµ αλυµινυµ νι− τριδε επιταξιαλ σψστεµσ τηατ ΑΠΑ ηασ δεϖελοπεδ. Βυτ δον∏τ χονφυσε εξπεριµενταλ συχ− χεσσ ωιτη χοµµερχιαλ πραχτιχαλιτψ. Τηε βλυε λασερ τηατ ωιλλ ρεαδ ανδ ρεχορδ α τωο−ηουρ µοϖιε φροµ α Χ∆−σιζε δισκ ισ στιλλ ψεαρσ αωαψ. Υντιλ τηεν, χονσυµερσ ωιλλ ηαϖε το βε χοντεντ ωιτη α ςΧΡ ορ ωιτη τηε σοµεωηατ χυµβερσοµε τηρεε− δισκ σψστεµσ βασεδ ον ρεδ−ωαϖελενγτη τεχηνολογψ. ∇Ροβερτ Παττον, Τοκψο Ροαχη Ωαρσ ∆ιαβολιχαλ αδδιτιονσ το τηε βλαττιχιδαλ αρσεναλ Α σ µανψ ασ 50,000 χοχκροαχηεσ µαψ χαλλ ψουρ ηουσε τηειρ ηοµε. Ιφ ψου αρε τεµπτεδ το τακε εξ− τρεµε µεασυρεσ το ριδ ψουρσελφ οφ τηεσε ροοµµατεσ, ψου µαψ βε ϕυστι⇒εδ ιν φεελ− ινγ τηατ ιτ∏σ ψου ορ τηεµ. Α ροαχη (Βλατελ− λα γερµανιχα, ορ Γερµαν ροαχη, ισ ονε φαµιλιαρ εξαµπλε) χαν σπρεαδ ηαρµφυλ µιχροοργανισµσ συχη ασ σαλµονελλα. Σε− χρετιονσ φροµ α ροαχη χαν προδυχε δερ− µατολογιχαλ ορ ρεσπιρατορψ αλλεργιεσ. Ατ λεαστ ονε λαβορατορψ ρεσεαρχηερ ηασ εϖεν ηαδ το γιϖε υπ ινϖεστιγατιονσ οφ ροαχη− εσ βεχαυσε οφ αλλεργιχ ρεαχτιονσ. (Ροαχη− εσ 1, ρεσεαρχηερσ 0.) Στυδιεσ ιν εµερ− γενχψ ροοµσ ιν Ωιλµινγτον, ∆ελ., ανδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ατλαντα, ηαϖε φουνδ τηατ σενσιτιζατιον το χοχκ− ροαχηεσ ισ αν ιµπορταντ ρισκ φαχτορ φορ αστηµα ατταχκσ. Βυτ ισν∏τ τηερε σοµε− τηινγ ϕυστ α ωεε βιτ χρυ− ελ ιν βιολογιχαλ ωεαπονσ τηατ πεστιχιδε µανυ− φαχτυρερσ ανδ βιοτεχη− νολογψ χοµπανιεσ ωαντ το πυτ ιν ψουρ ηανδσ? Το βε συρε, τηε χορπορα− τιονσ χαννοτ βε βλαµεδ ΡΟΑΧΗ ΧΙΤΨ δεϖισεδ βψ τηε ∆επαρτµεντ οφ Αγριχυλτυρε∏σ φορ τρψινγ. Υ.Σ. χονσυµ− Αγριχυλτυραλ Ρεσεαρχη Σερϖιχε λετσ ινϖεστιγατορσ βρεεδ ερσ βουγητ ∃240 µιλλιον τηουσανδσ οφ ροαχηεσ ε⇔χιεντλψ ιν χον⇒νεδ σπαχεσ. ωορτη οφ αντιχοχκροαχη τοξινσ λαστ ψεαρ. Χονσιδερ τηε ιννοϖατιον τηατ ΕχοΣχι− φριγερατεδ ιν α Κµαρτ, α Παψλεσσ ορ α ενχε, α Ωορχεστερ, Μασσ., χοµπανψ, ηασ Ηοµε ∆εποτ, σαψσ Στεπηεν Α. Μανωειλ− µαρκετεδ. Ιτ χονσιστσ οφ α τψπε οφ φυν− ερ, α χοµπανψ µαναγερ ωηο ηασ δονε γυσ τηατ λιτεραλλψ δεϖουρσ τηε Γερµαν ρεσεαρχη ον τηε νεµατοδεσ φορ υσε χοχκροαχη. Μεταρηιζιυµ ανισοπλιαε, ασ αγαινστ ροαχηεσ ανδ οτηερ ινσεχτσ. τηε φυνγυσ ισ κνοων, χουλδ πλαψ α προ− Α νυµβερ οφ χοµπανιεσ αρε δεϖελοπ− ταγονιστ ιν α γραδε Β µοϖιε. Ωηεν τηε ινγ πρεπαρατιονσ τηατ ινηιβιτ τηε σψν− φυνγυσ∏σ σπορεσ χονταχτ τηε εξοσκελε− τηεσισ οφ χηιτιν, τηε µαιν χονστιτυεντ οφ τον, τηεψ ρελεασε ενζψµεσ τηατ εατ τηε ινσεχτ∏σ ηαρδενεδ εξοσκελετον. Αχα− αωαψ τηε ηαρδενεδ χυτιχλε, αλλοωινγ τηε δεµιχ ρεσεαρχη τεαµσ, ινχλυδινγ ονε ατ πενετρατιον οφ ροοτλικε ηψπηαε. Τηε Νορτη Χαρολινα Στατε Υνιϖερσιτψ, ηαϖε ροαχη∏σ ινναρδσ αρε τηεν σλοωλψ διγεστ− λαυνχηεδ α θυεστ το δισχοϖερ τηε χηεµ− εδ βψ τηε φυνγυσ, κιλλινγ τηε ινσεχτ ωιτη− ιχαλ, κνοων ασ αν αγγρεγατιον πηερο− ιν α ωεεκ. ∆υρινγ τηατ τιµε, σπορεσ αλσο µονε, τηατ τηε Γερµαν χοχκροαχη ρε− ατταχη τηεµσελϖεσ το νεστµατεσ, ωηο λεασεσ το συµµον α κλατσχη οφ µαλεσ αρε τηεν σιµιλαρλψ δεϖουρεδ. ανδ φεµαλεσ. ( Α σεξυαλ πηεροµονε, βψ ΕχοΣχιενχε σαψσ ιτσ προδυχτ ισ αν εν− χοντραστ, ωουλδ δραω ονλψ τηε οπποσιτε ϖιρονµενταλλψ βενιγν αλτερνατιϖε το τηε σεξ.) Τηε αγγρεγατιον πηεροµονε µιγητ χηεµιχαλ σπραψσ ανδ βαιτσ τηατ ατταχκ α βε υσεδ το λυρε τηε ινσεχτσ ιντο τηε κινδ ροαχη∏σ νερϖουσ σψστεµ. Αλσο, τηε χοµ− οφ στιχκψ τραπ σοµετιµεσ µαρκετεδ ασ α πανψ∏σ στυδιεσ ηαϖε σηοων τηατ ρισκ οφ ροαχη µοτελ. φυνγαλ αλλεργιεσ ισ λοω, σαψσ Κεϖιν ϑ. ∆ε− Ινδυστριαλ ⇒ρµσ ανδ γοϖερνµεντ ανδ ϖινε, τηε χοµπανψ∏σ ϖιχε πρεσιδεντ οφ αχαδεµιχ ρεσεαρχη λαβορατοριεσ τακε σαλεσ ανδ µαρκετινγ. βλαττιχιδε σεριουσλψ. Σ. Χ. ϑοηνσον Χορ− Τηισ φυνγυσ συπποσεδλψ ωασ δεπλοψεδ πορατιον, ωηιχη µακεσ ϑοηνσον Ωαξ αγαινστ αγριχυλτυραλ πεστσ ιν Χζαριστ Ρυσ− ανδ Ραιδ, τηε αντιροαχη προδυχτ, βρεεδσ σια. Νοω ΕχοΣχιενχε ηασ ⇒γυρεδ ουτ α 80,000 ροαχηεσ α ωεεκ ανδ πλαψσ ηοστ ωαψ το παχκαγε τηεσε µιχροοργανισµσ το υπ το α µιλλιον ροαχηεσ ατ ανψ ονε φορ τηε συπερµαρκετ σηελφ. Α περµεαβλε τιµε. Τηεσε ανιµαλσ αρε φορµιδαβλε πλαστιχ πουχη ενχλοσεσ τηε ρουνδ πλασ− οππονεντσ, σαψσ Κειτη Κεννεδψ, α ρε− τιχ χηαµβερσ ηουσινγ τηε φυνγι σπορεσ. σεαρχη λεαδερ ατ Σ. Χ. ϑοηνσον. Πεοπλε Τηε πουχη χοντρολσ ηυµιδιτψ ασ ωελλ ασ ωορκινγ ωιτη χοχκροαχηεσ δον∏τ ηαϖε λεϖελσ οφ χαρβον διοξιδε ανδ οξψγεν. το ωορρψ αβουτ ϕοβ οππορτυνιτιεσ. Τηισ αρρανγεµεντ γιϖεσ Μεταρηιζιυµ Ονε πριζεδ στραιν οφ ροαχη ιν Σ. Χ. σηελφ λιφε. ϑοηνσον∏σ σταβλε ισ κνοων σιµπλψ ασ Ανοτηερ βιολογιχαλ ασσαυλτ αγαινστ τηε ΗΡ∆Χ. Τηε αχρονψµ δοεσ νοτ ρεπρεσεντ χοχκροαχη µαψ βε αφοοτ. Βιοσψσ, α χοµ− α λονγ−ωινδεδ Λατιν ναµε. Ιτ στανδσ φορ πανψ ιν Παλο Αλτο, Χαλιφ., ηασ ενλιστεδ τηε Ηουσε οφ Ρεπρεσεντατιϖεσ, ∆ιστριχτ νεµατοδεσ. Τηε τινψ ωορµσ εντερ α οφ Χολυµβια, φροµ ωηοσε χορριδορσ οφ ροαχη∏σ ανυσ ορ ιτσ σπιραχλε (τηε απερ− ποωερ τηε στραιν εµεργεδ ιν τηε εαρλψ τυρε τηρουγη ωηιχη τηε ινσεχτ βρεατηεσ). 1980σ. Ωε υσε ΗΡ∆Χ ασ α ρεαλιτψ χηεχκ Τηεψ τηεν δεποσιτ α βαχτεριυµ τηατ κιλλσ βεχαυσε ιτ ισ ρεσισταντ αγαινστ σο µανψ τηε ροαχη, τυρνινγ ιτ ιντο φοδδερ φορ τηε δι⇑ερεντ χηεµιχαλσ, Κεννεδψ σαψσ. Ιτ νεµατοδε. σεεµσ το βε α συπερτουγη χοχκροαχη, Βυτ τηε ⇒ρµ νεεδσ το ⇒νδ α ωαψ το ανδ ιτ∏σ ονλψ ⇒ττινγ τηατ ιτ χαµε φροµ σλοω νεµατοδε µεταβολισµ σο τηατ τηε Ωασηινγτον. Ινδεεδ, ΗΡ∆Χ µαψ βε ωορµσ δο νοτ σταρϖε δυρινγ τηε ψεαρ ορ αρουνδ λονγ αφτερ ουρ νατιον∏σ χαπιταλ σο τηεψ µαψ ηαϖε το σπενδ ον τηε σηελφ ισ γονε. Ανψ οργανισµ τηατ ηασ ουτ− ιν α ηαρδωαρε στορε ορ συπερµαρκετ. λιϖεδ Τψραννοσαυρυσ ρεξ ηασ τιµε ον Τηε προδυχτ χουλδν∏τ ψετ εξιστ υνρε− ιτσ σιδε. ∇Γαρψ Στιξ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 101 Γρεεν Εχονοµιχσ 1991. Ιν χονσταντ δολλαρσ τηε ρεαλ στοχκ σλιππεδ, βυτ βψ αν ινσιγνι⇒χαντ αµουντ, φροµ βετωεεν ∃544 βιλλιον ανδ ∃1,077 βιλλιον ιν 1958 το βετωεεν ∃530 βιλλιον ανδ ∃1,030 βιλλιον ιν 1991. Ανψονε ωηο ηασ λοοκεδ ιντο τηε Βινγ− ηαµ χοππερ πιτ νεαρ Σαλτ Λακε Χιτψ ωιλλ ωονδερ ωηατ κινδ οφ λεγερδεµαιν χαν εξπλαιν τηεσε νυµβερσ. Τηε ινϖισιβλε ηανδ ατ ωορκ ισ τηατ οφ τεχηνολογψ, νοτ τηατ οφ Αδαµ Σµιτη. Τηε ⇒γυρεσ σηοω λιττλε χηανγε βεχαυσε τηε ϖαλυε οφ ρε− σερϖεσ υσεδ ηασ αλµοστ βεεν χοµπεν− σατεδ φορ βψ τηε ινχρεασε ιν ρεσερϖεσ τηατ χαν προ⇒ταβλψ βε εξπλοιτεδ. Αδϖανχεσ ιν µινινγ ανδ εξτραχτιον χαπαβιλιτιεσ ηαϖε τυρνεδ ρεσερϖεσ τηατ ωερε νοτ ωορτη υσ− ινγ 30 ψεαρσ αγο ιντο ϖαλυαβλε ρεσουρχ− εσ. Προσπεχτινγ ηασ αλσο λεδ το σοµε νεω ⇒νδσ. Σο ινχορπορατινγ τηε δεπλε− τιον οφ µινεραλ ρεσουρχεσ ιντο Υ.Σ. εχο− νοµιχ στατιστιχσ ωουλδ ηαϖε λιττλε ε⇑εχτ. Ισ τηε χονστανχψ οφ µινεραλ ρεσουρχεσ, τηεν, αν αργυµεντ φορ ιγνορινγ συσταιν− αβιλιτψ ανδ χοντινυινγ βυσινεσσ ασ υσυ− αλ? Αβσολυτελψ νοτ, ρεπλιεσ Ροβερτ Ρε− πεττο, α προµινεντ ρεσεαρχηερ ιν ενϖι− ρονµενταλ εχονοµιχσ ατ τηε Ωορλδ Ρεσουρχεσ Ινστιτυτε ιν Ωασηινγτον, ∆.Χ. Ρεπεττο ποιντσ ουτ τηατ αλτηουγη ιµ− προϖεµεντσ ιν τεχηνολογψ ηαϖε αλλοωεδ τηε µινε ταιλινγσ, ορ ωαστε µατεριαλ, οφ 30 ψεαρσ αγο το βεχοµε α προ⇒ταβλε σουρχε οφ ορεσ τοδαψ, τηε χηανγε ηασ νοτ τακεν πλαχε ωιτηουτ α τολλ ον τηε ενϖιρονµεντ. Ωαστεσ αρε νοω προδυχεδ ιν λαργερ αµουντσ, φορ εξαµπλε. Μορε− οϖερ, χονσυµπτιον ηασ ινχρεασεδ, σο τηε ρατιο οφ ρεσερϖεσ το χονσυµπτιον ηασ γονε δοων. Τηε χονσταντ ϖαλυε οφ µινεραλ ρεσερϖεσ ιν τηε Υ.Σ. δοεσ, ηοω− εϖερ, χον⇒ρµ ωηατ εξπερτσ αλρεαδψ κνεω, Ρεπεττο σαψσ: τηατ ωηατεϖερ οτη− ερ ενϖιρονµενταλ προβλεµσ ιτ µαψ ηαϖε, τηε Υ.Σ. ισ νοτ ιν ιµµινεντ δανγερ οφ ρυννινγ ουτ οφ µινεραλσ. Ιφ αχχουντσ ΧΛΕΑΡ−ΧΥΤ ΦΟΡΕΣΤΣ αρε υναππεαλινγ φορ ρεχρεατιον. Ενϖιρονµενταλ αχχουντινγ µιγητ πυτ α ϖαλυε ον τηατ λοσσ. Τηισ στανδ ιν Ωασηινγτον ωασ χλεαρ−χυτ τηισ ψεαρ. ωερε πρεπαρεδ τηατ ϖαλυεδ ⇒ση στοχκσ, ον τηε οτηερ ηανδ, τηεψ µιγητ ωελλ λεαδ το βεττερ µαναγεµεντ οφ τηατ ρεσουρχε. Ενϖιρονµενταλ αχχουντσ µαψ ηαϖε α σηαρπερ µεσσαγε ιν δεϖελοπινγ χουν− τριεσ, ωηιχη γενερατε µορε οφ τηειρ γροσσ νατιοναλ προδυχτ βψ σελλινγ ραω µατερι− αλσ ανδ εξπλοιτινγ οτηερ νατυραλ ρεσουρχ− εσ, νοτεσ Κιρκ Ηαµιλτον, αν εχονοµιστ ατ τηε Ωορλδ Βανκ. ∆αϖιδ Ω. Πεαρχε, αν εχονοµιστ ατ Υνιϖερσιτψ Χολλεγε Λον− δον, ηασ εστιµατεδ γρεεν εχονοµιχ στατιστιχσ τηατ ινχορπορατε νατυραλ ρε− σουρχεσ φορ α σελεχτιον οφ χουντριεσ. Αλ− τηουγη Χοστα Ριχα, Γερµανψ, ϑαπαν, τηε Υ.Σ. ανδ σεϖεραλ οτηερ χουντριεσ αρε λικελψ το βε συσταιναβλε εχονοµιεσ, βψ Πεαρχε∏σ ρεχκονινγ, µανψ δεϖελοπινγ χουντριεσ, ινχλυδινγ Παπυα Νεω Γυι− νεα, Ετηιοπια ανδ Μαλι, ηαϖε α δεχρεασ− ινγ λεϖελ οφ τοταλ χαπιταλ ανδ σο αρε υν− συσταιναβλε. Φορ υνσυσταιναβλε εχονο− µιεσ, δεϖελοπινγ γρεεν αχχουντσ µαψ λεαδ το ωισερ πολιχιεσ, Ηαµιλτον σαψσ. Εϖεν χουντριεσ συχη ασ Μεξιχο ανδ τηε Πηιλιππινεσ αρε ονλψ µαργιναλλψ συσταιν− αβλε, αχχορδινγ το Πεαρχε. Πυττινγ α ϖαλυε ον τανγιβλε νατυραλ ρε− σουρχεσ τηατ αρε σολδ ανδ σο ηαϖε α µαρ− κετ ϖαλυε χαν βε α χοµπλιχατεδ εξερχισε, βυτ ιτ ισ ατ λεαστ χονχεπτυαλλψ στραιγητ− φορωαρδ. Ψετ ιτ ισ ονλψ τηε ⇒ρστ στεπ το τρυλψ γρεεν εχονοµιχσ, ωηιχη ωουλδ ιν− χλυδε αλλ σιγνι⇒χαντ ιντεραχτιονσ ωιτη τηε ενϖιρονµεντ. Ωηεν γρεεν αχχουντ− ινγ ισ εξτενδεδ το ινχλυδε φαχτορσ συχη ασ τηε ϖαλυε οφ δαµαγε χαυσεδ βψ πολ− λυτιον, ηοωεϖερ, τηινγσ βεχοµε µορε χοµπλεξ. Εχονοµιχ τηεοριστσ ηαϖε νοτ χοµε το α χονσενσυσ ον τηε ϖαλυε το ιν− δυστρψ οφ τηε ατµοσπηερε ασ α ρεποσ− ιτορψ φορ υνωαντεδ γασεσ, φορ εξαµπλε. Τηε χουντινγ γετσ µορε χοµπλιχατ− εδ στιλλ ιφ εντιρελψ ιντανγιβλε ϖαλυεσ αρε το βε ινχλυδεδ∇ωηιχη, αργυαβλψ, τηεψ σηουλδ βε φορ σοµε πυρποσεσ. Εχον− οµιστσ ηαϖε βεεν υναβλε το αγρεε εϖεν ιν πρινχιπλε ον ηοω εξαχτλψ το µεασυρε τηε ϖαλυε οφ ασσετσ συχη ασ τηε βεαυτψ οφ α ωιλδερνεσσ ορ τηε σπλενδορ οφ α βλυε ωηαλε. Ι δον∏τ σεε υσ τρψινγ το πυτ αεσ− τηετιχ ϖαλυεσ ιντο εχονοµιχ αχχουντσ, χοµµεντσ Χαρολ Σ. Χαρσον, διρεχτορ οφ τηε Βυρεαυ οφ Εχονοµιχ Αναλψσισ. Ωηεν ιτ χοµεσ δοων το ηαρδ νυµβερσ, συσ− ταιναβιλιτψ ρεµαινσ αν ιµπρεχισε ιδεα. Εχονοµιστσ µαψ βε γεττινγ γρεενερ, βυτ τηεψ ωιλλ νοτ ανψτιµε σοον βε αβλε το λεαδ τηε ωαψ το α συσταιναβλε φυτυρε. ∆ι⇔χυλτιεσ αρισε αβοϖε ανδ βεψονδ τηε µεασυρεµεντ χηαλλενγεσ, Ηαµιλτον αρ− γυεσ. Μανψ γοϖερνµεντσ ωουλδ προβα− βλψ νοτ λοοκ αφτερ τηε λονγ−τερµ ιντερ− εστσ οφ τηειρ πεοπλε εϖεν ιφ γρεεν αχ− χουντσ σηοωεδ τηεµ ηοω το δο σο. Ενϖιρονµενταλ αχχουντσ αρε υνλικελψ το ηαϖε µυχη ιν⇓υενχε ον λεαδερσ ωηο δο νοτ ωαντ το ηεαρ. ∇Τιµ Βεαρδσλεψ 102 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τηε Υ.Σ. µακεσ α φοραψ ιντο συσταιναβλε αχχουντινγ Α CHIP VINAI Gamma Liaison τ τηε Υνιτεδ Νατιονσ Χονφερενχε ον Ενϖιρονµεντ ανδ ∆εϖελοπ− µεντ ηελδ ιν Ριο δε ϑανειρο ιν 1992, γοϖερνµεντσ αγρεεδ το δεϖελοπ α σψστεµ οφ αχχουντινγ τηατ ωουλδ βεττερ ρε⇓εχτ εξπλοιτατιον οφ νατυραλ ρεσουρχ− εσ. Ωιτη τραδιτιοναλ µετηοδσ, αχτιϖιτιεσ συχη ασ λογγινγ, ⇒σηινγ ανδ µινινγ χαν ονλψ αδδ το τηε γροσσ νατιοναλ προδυχτ. Συχη αχχουντινγ φαιλσ το ρε⇓εχτ τηε φαχτ τηατ εξπλοιτατιον ρεδυχεσ τηε ϖαλυε οφ νατυραλ ασσετσ∇φορεστσ, ⇒ση ανδ µινερ− αλσ∇ανδ α⇑εχτσ τηειρ αβιλιτψ το προϖιδε ινχοµε ιν φυτυρε ψεαρσ. Εξπλοιτατιον τηατ εξχεεδσ ρεπλαχεµεντ ισ υνσυσταιναβλε. Τηε Υ.Ν. πυβλισηεδ ρεχοµµενδατιονσ ον ενϖιρονµενταλ αχχουντινγ λαστ ψεαρ, ανδ ιν Μαψ οφ τηισ ψεαρ τηε Υ.Σ. µαδε ιτσ ⇒ρστ αττεµπτ το χοµπλψ. Τηε ενδ προδ− υχτ, πυβλισηεδ βψ τηε ∆επαρτµεντ οφ Χοµµερχε∏σ Βυρεαυ οφ Εχονοµιχ Αναλ− ψσισ, ισ κνοων ασ τηε Ιντεγρατεδ Εχο− νοµιχ ανδ Ενϖιρονµενταλ Σατελλιτε Αχ− χουντσ. Τηε ρεσυλτ, πλεασαντλψ συρπρισ− ινγ το τηε υνινιτιατεδ βυτ πρεδιχταβλε το εχονοµιστσ, σεεµσ το συγγεστ τηατ ασ φαρ ασ οιλ, γασ, χοαλ ανδ σοµε µινεραλσ αρε χονχερνεδ, τηε Υ.Σ. µεασυρεσ υπ ωελλ. Τηε νεω αχχουντσ τρψ το πυτ α ϖαλυε ον τηε Υ.Σ.∏σ µοστ ιµπορταντ βελοω− γρουνδ νατυραλ ρεσουρχεσ δυρινγ τηε περιοδ βετωεεν 1958 ανδ 1991. Τηε βυ− ρεαυ υσεδ ϖαριουσ µετηοδσ το µεασυρε τηε ϖαλυε οφ προϖεδ ρεσερϖεσ ιν τηισ σεχτορ, ρεσερϖεσ τηατ αρε εχονοµιχαλλψ εξπλοιταβλε. Τηε ουτχοµε ωασ τηατ τηε αγγρεγατεδ στοχκ οφ προϖεδ ρεσερϖεσ ιν− χρεασεδ ιν ϖαλυε φροµ βετωεεν ∃103 βιλλιον ανδ ∃182 βιλλιον ιν 1958 το βε− τωεεν ∃471 βιλλιον ανδ ∃916 βιλλιον ιν ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ Ιν τηε Λονγ Ρυν, Ωε Αλλ Ρετιρε Α δισθυιετινγ χηανγε µαψ σοον δισ− ρυπτ τηε ρετιρεµεντ ριτυαλ ιν χορ− πορατε Αµεριχα. Τηε γολδ ωατχη ανδ τηε ηανδσηακε µαψ λινγερ, βυτ τηε πενσιον χουλδ βε ιν δεεπ τρουβλε. Ασ αν ινχρεασινγ νυµβερ οφ λαργε χοµπα− νιεσ ρυν ιντο ⇒νανχιαλ δι⇔χυλτψ ανδ αν αγινγ ποπυλατιον σωελλσ τηε ρανκσ οφ ρετιρεεσ, χονχερν γροωσ αβουτ τηε σαφε− τψ οφ τηε ρετιρεµεντ βενε⇒τσ σεχυρεδ βψ πριϖατελψ φυνδεδ πενσιον πλανσ. Βψ λαστ ψεαρ τηε γαπ βετωεεν εµπλοψ− ερσ∏ πενσιον λιαβιλιτιεσ ανδ τηε χορρε− σπονδινγ ασσετσ εξχεεδεδ ∃53 βιλλιον, νεαρλψ φουρ τιµεσ τηε ⇒γυρε οφ ϕυστ α δε− χαδε αγο. Τηε γοϖερνµεντ−ρυν Πενσιον Βενε⇒τ Γυαραντψ Χορπορατιον ( ΠΒΓΧ ), ωηιχη στανδσ βεηινδ ρετιρεµεντ πλανσ ωηοσε σπονσορσ δεφαυλτ, ηασ α µερε ∃8 βιλλιον ιν ηανδ το χοϖερ τηε ποτεντιαλ σηορτφαλλ. ∆οεσ τηισ µεαν ταξπαψερσ αρε γοινγ το ηαϖε το χουγη υπ ανοτηερ 40−οδδ βιλ− λιον δολλαρσ νεξτ ωεεκ το βαιλ ουτ τηε ΠΒΓΧ? Προβαβλψ νοτ. Φιρστ, µυχη οφ τηε µονεψ τηατ πενσιον πλανσ οωε δοεσ νοτ αχτυαλλψ ηαϖε το βε παιδ ουτ υντιλ ωελλ παστ τηε τυρν οφ τηε χεντυρψ. Σεχονδ, δεπενδινγ ον ηοω τηε εχονοµψ περ− φορµσ ιν τηε ιντεριµ, τηερε χουλδ βε νο πενσιον δε⇒χιτ ατ αλλ. Ορ τηε γαπ χουλδ βε µυχη γρεατερ. Νο ονε κνοωσ. ϑερεµψ Ι. Βυλοω οφ Στανφορδ Υνιϖερσιτψ εξπλαινσ τηατ χαλχυλατιονσ οφ πενσιον χοστσ αρε ινορδινατελψ σενσιτιϖε το ασσυµπτιονσ αβουτ ιντερεστ ρατεσ ανδ τηε περφορµανχε οφ τηε εχονοµψ ιν χοµινγ δεχαδεσ. Α δολλαρ ινϖεστεδ τοδαψ ατ α 7 περχεντ αννυαλ ρετυρν ωιλλ προ− δυχε ονλψ αβουτ ηαλφ τηε ρετιρεµεντ βεν− ε⇒τσ ιν 20 ψεαρσ τηατ ιτ χουλδ ατ 10 περ− χεντ. Τηε σηαρπ δροπ ιν ιντερεστ ρατεσ δυρινγ τηε παστ ⇒ϖε ψεαρσ ηασ σεντ χορ− πορατιονσ σχραµβλινγ το ρεπλενιση τηειρ πενσιον φυνδσ. Οφ χουρσε, βαχκ ωηεν ιντερεστ ρατεσ ωερε ηιγη, χοµπανιεσ τοοκ αδϖανταγε οφ τηε λογιχ οφ χοµπουνδινγ το ρεχαπτυρε εξχεσσ πενσιον ασσετσ. ∆υρινγ τηε µιδ− 1980σ, χορπορατε τρεασυριεσ τοοκ βαχκ αβουτ ∃20 βιλλιον φροµ οστενσιβλψ οϖερ− φυνδεδ πενσιον πλανσ. Αλτηουγη Χον− γρεσσ συβσεθυεντλψ χηανγεδ τηε λαω το µακε συχη ωινδφαλλσ µορε διφ⇒χυλτ το ρεαπ, ρισινγ στοχκ πριχεσ χαν ηαϖε µυχη τηε σαµε ε⇑εχτ βψ ιν⇓ατινγ τηε ϖαλυε οφ α πλαν∏σ ασσετσ. Τηε βυλλ µαρκετ οφ 1993 εξχυσεδ µανψ χοµπανιεσ φροµ Copyright 1994 Scientific American, Inc. µακινγ ανψ πενσιον χοντριβυτιονσ ωηατ− σοεϖερ τηατ ψεαρ, σαψσ ∆ουγλασ Λ. Κρυσε οφ Ρυτγερσ Υνιϖερσιτψ. Τηε ρυλεσ τηατ γοϖερν πενσιον χοντρι− βυτιονσ µακε ιτ ρελατιϖελψ εασψ φορ α χοµπανψ το υνδερφυνδ, Βυλοω σαψσ. Φορ εξαµπλε, ιφ µαναγεµεντ προµισεσ ιν− χρεασεδ ρετιρεµεντ βενε⇒τσ το σωεετεν σταγναντ ωαγεσ, ιτ ηασ ασ λονγ ασ 15 ψεαρσ το µακε γοοδ τηε ρεσυλτινγ σηορτ− φαλλ ιν πενσιον ασσετσ. Α χοµπανψ τηατ υνδερτακεσ συχη α µανευϖερ φρεθυεντ− λψ χαν βυιλδ υπ α σιγνι⇒χαντ βαχκλογ. ( Χυριουσλψ, ηε νοτεσ, πενσιον πλανσ φορ υνιονιζεδ, ηουρλψ εµπλοψεεσ αρε γενερ− αλλψ υνδερφυνδεδ, ωηερεασ τηοσε φορ σαλαριεδ ωορκερσ αρε γενεραλλψ φυλλψ φυνδεδ.) Συχη χηρονιχ υνδερφυνδινγ εσσεντιαλ− λψ πυσηεσ τηε χοστ οφ µακινγ γοοδ ον τοδαψ∏σ προµισεσ οντο τοµορροω∏σ µαν− αγερσ. Μανψ οβσερϖερσ, ηοωεϖερ, ωορρψ τηατ φυτυρε γενερατιονσ οφ εξεχυτιϖεσ Πενσιον χηανγεσ σηιφτ τηε ρισκ φροµ µαναγερσ ανδ σηαρεηολδερσ το ωορκερσ. µαψ χοµε υπ σηορτ ορ µαψ αττεµπτ το δυχκ τηειρ ρεσπονσιβιλιτψ αλτογετηερ. Ιν ωηατ χουλδ βεχοµε αν αλαρµινγ τρενδ, αχχορδινγ το τηε ΠΒΓΧ, σοµε οτηερωισε προ⇒ταβλε χοµπανιεσ ωιτη σεϖερελψ υν− δερφυνδεδ πλανσ ηαϖε εντερεδ βανκ− ρυπτχψ προχεεδινγσ, δροππεδ τηειρ πεν− σιον ρεσπονσιβιλιτιεσ ιντο τηε λαπ οφ τηε γοϖερνµεντ ανδ εµεργεδ οτηερωισε υν− χηανγεδ. Λαργερ χορπορατιονσ ηαϖε αλσο µοϖεδ το διϖεστ τηεµσελϖεσ οφ τρου− βλεδ διϖισιονσ ωηοσε ρετιρεµεντ γαπσ αρε παρτιχυλαρλψ ονερουσ. Ιφ τηε σπιν−ο⇑ χοµπανιεσ φαιλ, τηε γοϖερνµεντ, νοτ τηε φορµερ οωνερ, µυστ µακε υπ τηε δι⇑ερενχε. Σεχρεταρψ οφ Λαβορ Ροβερτ Β. Ρειχη ισ πυσηινγ λεγισλατιον τηατ ωουλδ λιµιτ συχη πραχτιχεσ. Χοµπανιεσ ωουλδ βε φορχεδ το ρεπλενιση σεριουσλψ δελινθυεντ φυνδσ ωιτηιν ονλψ ⇒ϖε ψεαρσ, ανδ τηε ΠΒΓΧ ωουλδ γαιν α ϖοιχε ιν χορπορατε τρανσαχτιονσ (συχη ασ σαλεσ, µεργερσ ανδ βανκρυπτχψ προχεεδινγσ) τηατ τηρεατεν το λεαϖε ταξπαψερσ ηολδινγ τηε βαγ. Χοµπανιεσ τηατ τρψ το γετ ουτ φροµ υν− δερ πενσιον οβλιγατιονσ χουλδ βε ρε− θυιρεδ το χοντινυε µακινγ παψµεντσ φορ ατ λεαστ α φεω ψεαρσ, υντιλ τηε βεν− ε⇒τσ τηεψ προµισεδ αρε ον α σουνδερ φοοτινγ. Ιν αδδιτιον, τηε προποσεδ λαω ωουλδ ρεµοϖε τηε χαπ ον ΠΒΓΧ ινσυρανχε πρε− µιυµσ. Αννυαλ παψµεντσ χυρρεντλψ ρυν ∃19 περ περσον χοϖερεδ, πλυσ ∃9 φορ εϖ− ερψ ∃1,000 ιν υνφυνδεδ βενε⇒τσ υπ το α µαξιµυµ οφ ∃53 περ ψεαρ. Τηε µοστ σεριουσλψ υνδερφυνδεδ πλανσ ωουλδ παψ ασ µυχη ασ ∃50 α περσον µορε υν− δερ τηε νεω λαω, ινχρεασινγ τηειρ ινχεν− τιϖε το ρεφορµ. Μεανωηιλε ανοτηερ τρενδ τηρεατενσ το υνδερµινε τηε ΠΒΓΧ∏σ εντιρε εντερ− πρισε. Ιν τηε 20 ψεαρσ σινχε ΕΡΙΣΑ (τηε Εµπλοψεε Ρετιρεµεντ Ινχοµε Σεχυριτψ Αχτ, ωηιχη εσταβλισηεδ πενσιον οϖερ− σιγητ) ωασ ⇒ρστ πασσεδ, εµπλοψερσ ηαϖε ινχρεασινγλψ σηιφτεδ αωαψ φροµ δε⇒νεδ− βενε⇒τ πλανσ, ωηιχη προµισε α χερταιν λεϖελ οφ παψµεντσ, το δε⇒νεδ−χοντριβυ− τιον πλανσ, ωηιχη σιµπλψ ινϖεστ αν αγρεεδ−ον αµουντ εαχη ψεαρ ανδ παψ ρετιρεεσ ωηατεϖερ ιτ ψιελδσ. ∆ε⇒νεδ−χοντριβυτιον πλανσ αρε νοτ συβϕεχτ το τηε σαµε χοµπλεξ ρεγυλα− τιονσ ασ δε⇒νεδ−βενε⇒τ ονεσ. Φυρτηερ− µορε, Κρυσε ποιντσ ουτ, τηεψ σηιφτ τηε ρισκ οφ χηανγινγ ινϖεστµεντ χονδιτιονσ φροµ µαναγερσ ανδ σηαρεηολδερσ το ωορκερσ. (Ιν σοµε χασεσ, δε⇒νεδ−χοντρι− βυτιον πλανσ χαν εϖεν ινχρεασε ινϖεστ− µεντ ρισκσ συβσταντιαλλψ βεχαυσε µοστ οφ τηειρ ασσετσ µαψ βε ιν τηε φορµ οφ τηε παρεντ χοµπανψ∏σ στοχκ.) Αλτηουγη χλασσιχαλ εχονοµιχ τηεορψ πρεδιχτσ τηατ εµπλοψερσ σηουλδ ηαϖε το παψ σοµε κινδ οφ πρεµιυµ το ωορκερσ φορ αχ− χεπτινγ τηισ ρισκ, συχη χοµπενσατιον ισ νοτ ϖισιβλε ιν στυδιεσ. Ινδεεδ, τηε ρε− µαινινγ δε⇒νεδ−βενε⇒τ πλανσ αππεαρ το βε ασσοχιατεδ ωιτη ηιγηερ ωαγεσ, Κρυσε σαψσ. Ιτ ισ νοτ χλεαρ ηοω τηε υνχερταιντψ νοω σπρεαδινγ τηρουγη τηε πενσιον φυνδινγ σψστεµ ωιλλ εϖεντυαλλψ α⇑εχτ τηε βενε⇒τσ ωορκερσ ρεχειϖε. Φορ αλλ ανψονε κνοωσ, ινχρεασεδ σαϖινγσ ρατεσ χουλδ µορε τηαν µακε υπ τηε δι⇑ερ− ενχε ιφ ωαγε εαρνερσ δεχιδε το τακε ρε− τιρεµεντ νεστ εγγσ ιντο τηειρ οων ηανδσ. Περηαπσ τηε ονλψ υνιµπεαχηαβλε πρε− διχτιον, ιν λινε ωιτη ϑοην Μαψναρδ Κεψνεσ∏σ φαµουσ διχτυµ, ισ τηατ µοστ οφ τηε µαναγερσ ανδ πολιχψµακερσ χηαρτινγ τηε πενσιον σψστεµ∏σ χουρσε τοδαψ ωιλλ νοτ σεε τηε υλτιµατε ρεσυλτσ οφ τηειρ αχτιονσ. ∇Παυλ Ωαλλιχη ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 103 ΜΑΤΗΕΜΑΤΙΧΑΛ ΡΕΧΡΕΑΤΙΟΝΣ βψ Ιαν Στεωαρτ Τηε Υλτιµατε ιν Αντψ−Παρτιχλεσ Τ ηε ηοτελ λοββψ ωασ ιν α στατε οφ πανδεµονιυµ, ωιτη συιτχασεσ ανδ βαχκπαχκσ πιλεδ αλλ οϖερ τηε πλαχε. Ι ωονδερεδ φορ τηε ηυνδρεδτη τιµε ωηετηερ Ι∏δ βεεν ιν µψ ριγητ µινδ εϖεν το χονσιδερ αττενδινγ τηε Θυιν− θυεννιαλ ΣΠΑΜ Ωορλδ Χονϖεντιον. Ι τοοκ ονε λοοκ ατ τηε χηεχκ−ιν λινε ανδ ηεαδεδ φορ τηε ηοτελ βαρ. Αβουτ ηαλφ τηε παρτιχιπαντσ ατ τηισ µεετινγ οφ τηε Σοχιετψ φορ Πηιλοσοπηιζινγ αβουτ Ματη− εµατιχσ ηαδ ηαδ τηε σαµε ιδεα. Ιµµεδιατελψ το µψ λεφτ, α σµαρτλψ δρεσσεδ ωοµαν ιν ηερ µιδ−σιξτιεσ ωασ ενγαγεδ ιν α ηεατεδ δισχυσσιον ωιτη ωηατ αππεαρεδ το βε τηε επιτοµε οφ τεεναγε γρυνγε. Α τηιν ωοµαν ωιτη σπικψ ηαιρ ωορε α Τ−σηιρτ λαβελεδ Ωατχη Τηισ Σπαχε. Τηερε ωασ αν οϖερεξχιτεδ φυζζιχιστ ωηο ωασ βυσιλψ εξπλαινινγ α ⇓εξιβλε εξτενσιον οφ χονϖεντιοναλ λογιχ το τηρεε σκεπτιχαλ χονστρυχτιϖιστσ ωηο ωαντεδ το µακε ιτ µορε ριγιδ. Ανδ α νερδιση τψπε ιν ονε χορνερ ωασ µαδλψ ταππινγ τηε κεψσ οφ α λαπτοπ χοµπυτερ. Ι γριννεδ ανδ βεγαν το ρελαξ. Τηε τριπ ωασ γοινγ το βε ασ ιντελλεχτυαλλψ ρε− ωαρδινγ ασ Ι ηαδ ηοπεδ, αφτερ αλλ. Ι ιν− τροδυχεδ µψσελφ το σπικψ ηαιρ ανδ Τ− σηιρτ, ωηοσε ναµε τυρνεδ ουτ το βε Λουισε. Ι∏µ ωατχηινγ, Ι σαιδ. Υη? Τηισ Σπαχε.∏ Ι∏µ νοτ σεεινγ ανψτηινγ υνεξπεχτεδ. Σηε γαϖε µε α φυννψ λοοκ, ασ ιφ σηε ωασ τρψινγ το ωορκ ουτ ωηετηερ Ι ωασ βεινγ σεξιστ. Ιτ∏σ φορ τηε Εθυατιον, σηε σαιδ. Ωηεν τηεψ ⇒νδ ιτ. Τηε Εθυατιον? Μινδ ψου, Ι∏µ νοτ ϖερψ ηοπεφυλ οφ α θυιχκ βρεακτηρουγη νοω τηατ τηοσε ιδ− ιοτσ ιν Χονγρεσσ ηαϖε χανχελεδ τηε Συ− περχονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ. Οη, τηατ εθυατιον, Ι σαιδ. Τηε Τηε− ορψ οφ Εϖερψτηινγ. Σηε ωασ α φυνδα− µενταλιστ; Ι σηουλδ ηαϖε πιχκεδ τηατ υπ. Ψου µαψ σχο⇑, σηε σαιδ. Ι σταρτεδ το σηακε µψ ηεαδ το ινδιχατε τηατ σχοφ− ⇒νγ ηαδ νοτ βεεν ον µψ µινδ. Ι µερε− λψ βελιεϖε τηατ εϖερψτηινγ ιν τηε υνιϖερσε ισ γοϖερνεδ βψ ονε φυνδαµενταλ λαω ανδ τηατ τηε χεντραλ αιµ οφ σχιενχε µυστ βε το ⇒νδ ουτ ωηατ ιτ ισ. Ψεσ, βυτ εϖεν ιφ ιτ εξιστσ, ωηατ µακεσ ψου τηινκ ιτ∏σ α µατηεµατιχαλ λαω? τεεναγε γρυνγε θυεριεδ. Τηε ϖερψ ωορδ λαω∏ ινδιχατεσ α πρε− χισιον τηατ χαν βε φουνδ ονλψ ιν µατηε− 104 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 µατιχσ. Ινδεεδ, ωε χαν δε⇒νε µατηεµατιχσ ασ τηε στυδψ οφ τηε λογιχαλ χονσεθυενχεσ οφ σιµπλε, πρεχισε λαωσ. Ωηατ δο ψου µεαν εξαχτλψ βψ λογιχαλ∏? θυεριεδ ονε οφ τηε χονστρυχτιϖιστσ. Ωηατ δο ψου µεαν βψ πρε− χισε∏? ασκεδ τηε φυζζιχιστ, ωηο ωασ χαλλεδ Ινεζ. Τηε χονϖεντιον ωασ υνδερ ωαψ. Τηε ποιντ ισ, Λουισε σαιδ, ονχε ωε ⇒νδ τηε λαωσ οφ να− τυρε, ωε χαν δεδυχε εϖερψτηινγ ελσε. Ινστεαδ οφ α µεσσψ πατχη− ωορκ οφ αππροξιµατε τηεοριεσ, ωε∏λλ κνοω τηε τρυτη. Ι τηινκ ψου∏ρε αλλ ον τηε ωρονγ λεϖελ οφ δισχυσσιον, Ι ιν− τερϕεχτεδ. Ιτ∏σ ονλψ 100 ψεαρσ ορ σο σινχε µατηεµατιχιανσ προϖεδ τηατ ιν πρινχιπλε τηε εντιρε φυ− τυρε οφ τηε υνιϖερσε ισ δετερ− µινεδ βψ ιτσ πρεσεντ στατε ανδ τηατ λεδ το α πιχτυρε οφ α χλοχκ− ωορκ υνιϖερσε ανδ τηε ιδεα τηατ σιµπλε λαωσ νεχεσσαριλψ γενερ− ατε σιµπλε βεηαϖιορ. Βυτ ωηεν πεοπλε σταρτεδ το τηινκ σεριουσ− λψ αβουτ ωηατ∏σ ποσσιβλε ιν πραχ− τιχε, τηεψ δισχοϖερεδ χηαοσ∇σιµ− πλε λαωσ χαν γενερατε εξτρεµελψ χοµπλεξ βεηαϖιορ, ανδ δετερ− µινιστιχ σψστεµσ χαν βεηαϖε ρανδοµλψ. Φορ τηε σακε οφ αργυ− µεντ, συπποσε ψου∏ρε ριγητ. Συπ− ποσε τηατ ατ βασε τηε υνιϖερσε ρεαλλψ δοεσ οβεψ α σιµπλε σετ οφ φυνδαµενταλ λαωσ, ανδ ωε ⇒νδ τηεµ. Ωιλλ τηατ ρεαλλψ ηελπ υσ υνδερστανδ τηε ωορλδ ιν ωηιχη ωε λιϖε? Οφ χουρσε ιτ ωιλλ, Λουισε ανσωερεδ. Φιρστ, ιτ ωιλλ προϖιδε α βασιχ πηιλοσοπη− ιχαλ υνδερπιννινγ. Σεχονδ, τηε βεηαϖιορ οφ ουρ ηυµαν−σιζεδ ωορλδ ισ νεχεσσαρι− λψ ιµπλιχιτ ιν τηε φυνδαµενταλ λαωσ, σο τηε λαωσ ωιλλ εξπλαιν εϖερψτηινγ. Ιν πρινχιπλε, µαψβε. Βυτ νοτ ιν πραχ− τιχε. Φορ ινστανχε, ιν τηε ηυµαν−σχαλε υνιϖερσε, χατσ λικε το χηασε µιχε. Ι ωουλδν∏τ αγρεε τηατ ψουρ φυνδαµενταλ∏ λαωσ εξπλαινεδ τηατ υνλεσσ ψου χουλδ σηοω µε α χονϖινχινγ δεδυχτιον, σταρτ− ινγ φροµ ψουρ εθυατιονσ ανδ ενδινγ ωιτη τηε φαχτ τηατ χατσ λικε το χηασε µιχε. Ηοω δο ψου πλαν το δο τηατ? Εϖεν ιφ ψου χουλδ χαρρψ τηε χοµπυ− τατιονσ ουτ, τηεψ ωουλδ βε ιµποσσιβλψ ΗΙΓΗΩΑΨ−ΒΥΙΛ∆ΙΝΓ πηασε ιν τηε ιν⇒νιτε ϕουρνεψ οφ Λανγ− τον∏σ αντ χοµεσ αφτερ σοµε 10,000 χηαοτιχ στεπσ. ηυγε ανδ τοταλλψ ινχοµπρεηενσιβλε. Νο, τηε προβλεµ ωιτη Τηεοριεσ οφ Εϖερψ− τηινγ ισ τηατ τηεψ σταρτ ωιτη τηε ωρονγ χονχεπτ οφ εξπλανατιον.∏ Αν εξπλανα− τιον ισ αν εξπλιχιτ αργυµεντ τηατ λεαδσ φροµ ηψποτηεσισ το χονχλυσιον, νοτ ϕυστ α ϖαγυε στατεµεντ τηατ τηε χονχλυσιον ισ ιµπλιχιτ ιν τηε ασσυµπτιονσ. Ανδ χερ− ταινλψ νοτ α σταχκ οφ χοµπυτερ πριντ− ουτσ 1,000 µιλεσ ηιγη τηατ πυρπορτσ το ρενδερ τηε ιµπλιχιτ εξπλιχιτ. Τηε νερδ ιν τηε χορνερ ωοκε υπ. Λετ µε σηοω ψου αλλ σοµετηινγ. Ηε πλυνκεδ ηισ λαπτοπ ον τηε ταβλε. Λοοκ ατ τηε σχρεεν. Α ⇒νε γριδ οφ σθυαρεσ αππεαρεδ. Τηατ∏σ αν αντ, οκαψ? Ωηερε? Ιν τηε µιδδλε, ονλψ ιτ∏σ ινϖισιβλε. Βυτ νοω Ι∏λλ σηοω ιτ το ψου. Ηε χλιχκεδ αγαιν. Σοµετηινγ ρυσηεδ µαδλψ το ανδ φρο αχροσσ τηε γριδ, λεαϖινγ βεηινδ α ρανδοµ τραιλ οφ βλαχκ ανδ ωηιτε σθυαρεσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ιτ χοντινυεδ φορ α µινυτε ορ σο ανδ τηεν βυιλτ α χυριουσλψ παττερνεδ διαγοναλ στριπε ανδ δισαππεαρεδ ο⇑ τηε εδγε οφ τηε σχρεεν. Φασχινατινγ, Λουισε σαιδ. Νοω, ασ Ι ωασ σαψινγ αβουτ τηε Εθυατιον∇ Λουισε, τηε νερδ σαιδ, ιφ ψου∏λλ λετ µε εξπλαιν ωηατ ψου ϕυστ σαω, ψου∏λλ σεε τηατ ιτ ισ ηιγηλψ ρελεϖαντ το τηε τοπιχ υνδερ δισχυσσιον. Ψου αλωαψσ σαψ τηατ, Νατηαν, εϖεν ωηεν ιτ∏σ α γαµε οφ ∆ουγαλ τηε ∆υγονγ. Συσπενδ ϕυδγµεντ φορ α φεω µιν− υτεσ, ανδ Ι∏λλ ϕυστιφψ µψ χλαιµ. Ωηατ Ι∏ϖε ϕυστ σηοων ψου ισ α µατηεµατιχαλ σψσ− τεµ κνοων ασ Λανγτον∏σ αντ. Ιτ∏σ αν αµαζινγλψ σιµπλε χελλυλαρ αυτοµατον ινϖεντεδ βψ Χηρισ Λανγτον οφ τηε Σαντα Φε Ινστιτυτε. Τηε χοµπλεξιτψ µοβ? Πρεχισελψ. Τηεψ λοοκ φορ λαργε−σχαλε ρεγυλαριτιεσ ιν χοµπλεξ σψστεµσ. Λανγ− τον∏σ αντ ισ α σιµπλε εξαµπλε. Τηε αντ σταρτσ ουτ ον τηε χεντραλ σθυαρε, ηεαδ− ινγ ιν σοµε σελεχτεδ διρεχτιον∇σαψ, εαστ. Ιτ µοϖεσ ονε σθυαρε ιν τηατ διρεχ− τιον ανδ λοοκσ ατ τηε χολορ οφ τηε σθυαρε ιτ λανδσ ον∇βλαχκ ορ ωηιτε. Ιφ ιτ λανδσ ον α βλαχκ σθυαρε, ιτ παιντσ ιτ ωηιτε ανδ τυρνσ 90 δεγρεεσ το τηε λεφτ. Ιφ ιτ λανδσ ον α ωηιτε σθυαρε, ιτ παιντσ ιτ βλαχκ ανδ τυρνσ 90 δεγρεεσ το τηε ριγητ. Ιτ κεεπσ ον φολλοωινγ τηοσε σαµε σιµπλε ρυλεσ φορεϖερ. Ψου σαω ωηατ ηαππενεδ ωηεν Ι σταρτεδ ιτ ον αν αλλ−ωηιτε γριδ [σεε ιλ− λυστρατιον ατ τοπ ριγητ ]. Συρπρισινγλψ χοµπλεξ βεηαϖιορ φορ συχη α σιµπλε σετ οφ ρυλεσ, Ι οβσερϖεδ. Ψου σεε, Λουισε, Λανγτον∏σ ρυλεσ αρε τηε Τηεορψ οφ Εϖερψτηινγ φορ τηε υνι− ϖερσε τηατ ηισ αντ ινηαβιτσ. Αν αντψ−µατ− τερ υνιϖερσε, ηε ενδεδ απολογετιχαλλψ. Λοοκ ατ τηε στρανγε σεθυενχε οφ σηαπεσ τηατ τηε αντ χρεατεσ. Φορ τηε ⇒ρστ 500 ορ σο στεπσ, ιτ κεεπσ ρετυρνινγ το τηε χεντραλ σθυαρε, λεαϖινγ βεηινδ ιτ α σεριεσ οφ ρατηερ σψµµετριχαλ παττερνσ. Τηεν, φορ τηε νεξτ 10,000 στεπσ ορ σο, τηε πιχτυρε βεχοµεσ ϖερψ χηαοτιχ. Συδ− δενλψ∇αλµοστ ασ ιφ τηε αντ ηασ ⇒ναλλψ µαδε υπ ιτσ µινδ ωηατ το δο∇ιτ βυιλδσ ωηατ ϑαµεσ Προππ οφ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ, ωηο ⇒ρστ µαδε τηε δισχοϖερψ, χαλλσ α ηιγηωαψ. Ιτ ρεπεατ− εδλψ φολλοωσ α σεθυενχε οφ πρεχισελψ 104 στεπσ τηατ µοϖεσ ιτ τωο χελλσ νορτη− ωεστ ανδ χοντινυεσ τηισ ινδε⇒νιτελψ, φορµινγ α διαγοναλ βανδ [σεε ιλλυστρα− τιον ον οπποσιτε παγε]. Αµαζινγ, Ι ρεµαρκεδ. Λουισε∏σ φαχε σαιδ, Σο ωηατ? Τηε ρεαλλψ αµαζινγ τηινγ, Νατηαν ωεντ ον, ισ τηατ ιτ αλωαψσ σεεµσ το ενδ υπ βυιλδινγ α ηιγηωαψ, εϖεν ιφ ψου σχαττερ βλαχκ σθυαρεσ αρουνδ τηε γριδ βεφορε ιτ σταρτσ. Ι τηινκ, ονε οφ τηε χονστρυχτιϖιστσ σαιδ, Ι χαν σταρτ ιτ ο⇑ νεξτ το αν ιν⇒ν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΦΙΡΣΤ 12 ΣΤΕΠΣ φολλοωεδ βψ Λανγτον∏σ αντ αρε ινδιχατεδ. ( Φορ χλαριτψ, σθυαρεσ νοτ ψετ ϖισιτεδ αρε σηοων ασ γραψ: τηεσε σηουλδ βε τρεατεδ ασ ωηιτε ωηεν αππλψινγ τηε ρυλεσ.) ιτε λινε οφ βλαχκ σθυαρεσ, ανδ ιτ ωιλλ ϕυστ φολλοω τηεµ ο⇑ το ιν⇒νιτψ. Ιφ Ι γετ τηε σπαχινγ ϕυστ ριγητ. Σορρψ. Ανψ ⇒νιτε αρρανγεµεντ οφ βλαχκ σθυαρεσ. Βυτ νοβοδψ ηασ εϖερ βεεν αβλε το προϖε τηατ τηε αντ αλωαψσ βυιλδσ α ηιγηωαψ. Χαν ανψτηινγ γενεραλ βε προϖεδ αβουτ ωηατ Λανγτον∏σ αντ δοεσ ωηεν ιτ σταρτσ ωιτη ανψ ⇒νιτε αρρανγεµεντ οφ βλαχκ σθυαρεσ? Ψεσ, Νατηαν ρεπλιεδ. Ε.Γ.∆. Χοηεν ανδ Ξ. Π. Κονγ οφ τηε Ροχκεφελλερ Υνι− ϖερσιτψ προϖεδ τηατ τηε αντ∏σ τραϕεχτορψ ισ νεχεσσαριλψ υνβουνδεδ. Ιτ εσχαπεσ φροµ ανψ ⇒νιτε ρεγιον [σεε βοξ βελοω]. Βυτ ωηατ δοεσ ιτ ηαϖε το δο ωιτη τηε Εθυατιον ? Λουισε ασκεδ. Ωε κνοω τηε Τηεορψ οφ Εϖερψτηινγ φορ Λανγτον∏σ αντ, Νατηαν ο⇑ερεδ. Τηε ρυλεσ. Ωε σετ τηεµ υπ. Βυτ δεσπιτε τηατ, νοβοδψ χαν ανσωερ ονε σιµπλε θυεσ− τιον: Σταρτινγ φροµ αν αρβιτραρψ ενϖι− ρονµεντ∏ οφ ⇒νιτελψ µανψ βλαχκ χελλσ, δοεσ τηε αντ αλωαψσ βυιλδ α ηιγηωαψ? Σο ηερε τηε Τηεορψ οφ Εϖερψτηινγ λαχκσ εξπλανατορψ ποωερ? Ι ωονδερεδ. Πρεχισελψ. Ιτ πρεδιχτσ εϖερψτηινγ βυτ εξπλαινσ νοτηινγ. Ιν χοντραστ, τηε Χο− ηεν−Κονγ τηεορεµ εξπλαινσ ωηψ τραϕεχ− τοριεσ αρε υνβουνδεδ. Ι χαν σεε σεϖεραλ ⇓αωσ ιν ψουρ αργυ− Χοηεν−Κονγ Τηεορεµ Ι t is easy to check that the Theory of Everything for Langton’s ant is timereversible—that is, the current pattern and heading uniquely determine the past as well as the future. Any bounded trajectory must eventually repeat the same pattern, position and heading, and by reversibility such a trajectory must be periodic, repeating the same motions indefinitely. Thus, every cell that is visited must be visited infinitely often. The ant’s motion is alternately horizontal and vertical, because its direction changes by 90 degrees at each step. Call a cell an H cell if it is entered horizontally and a V cell if it is entered vertically. The H and V cells tile the grid like the black and white squares of a checkerboard. Select a square M that is visited by the ant and is as far up and to the right as possible, in the sense that the cells immediately above and to the right of it have never been visited. Suppose this is an H cell. Then M must have been entered from the left and exited downward and hence must have been white. But M now turns black, so that on the next visit the ant exits upward, thereby visiting a square that has never been visited. A similar problem arises if M is a V cell. This contradiction proves that no bounded trajectory exists. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 105 µεντ, Λουισε νοτεδ. Φιρστ, τηε Χοηεν− Κονγ τηεορεµ ισ α χονσεθυενχε οφ τηε Τηεορψ οφ Εϖερψτηινγ, ωηιχη τηερεφορε ηασ ατ λεαστ σοµε εξπλανατορψ ποωερ. Νεξτ, ψουρ αργυµεντ ισ φουνδεδ ον ιγ− νορανχε. Μαψβε τοµορροω σοµεβοδψ ωιλλ χοµε υπ ωιτη α προοφ τηατ αντσ αλ− ωαψσ βυιλδ ηιγηωαψσ. Ι αγρεε. Βυτ ιτ ισ µακινγ τηε Χοηεν− Κονγ χονσεθυενχε εξπλιχιτ τηατ εξ− πλαινσ τηε υνβουνδεδ τραϕεχτοριεσ. Ψου χαν αππεαλ το τηε υνιθυενεσσ οφ τηε χονσεθυενχεσ οφ τηε Τηεορψ οφ Εϖερψ− τηινγ υντιλ ψου∏ρε βλυε ιν τηε φαχε, βυτ τηατ αλονε ωον∏τ τελλ ψου ωηετηερ α βουνδεδ τραϕεχτορψ εξιστσ. Σιµιλαρλψ, εϖεν τηουγη ωε κνοω τηε Τηεορψ οφ Εϖ− ερψτηινγ, ωε ωιλλ ηαϖε νο ιδεα ωηετηερ ηιγηωαψ βυιλδινγ ισ τηε υνιϖερσαλ πατ− τερν υντιλ σοµεβοδψ µακεσ ιτ αν εξ− πλιχιτ χονσεθυενχε. Ορ δισπροϖεσ ιτ. Σεεµσ το µε, Ι ιντερρυπτεδ, τηατ ψου∏ρε ασσερτινγ αν αωφυλ λοτ βασεδ ον ϕυστ ονε εξχεπτιοναλ εξαµπλε. Νοτ ρεαλλψ, Νατηαν χουντερεδ. Λανγ− τον∏σ αντ ισ εντιρελψ τψπιχαλ οφ ρυλε−βασεδ σψστεµσ. Τηερε αρε λοτσ οφ γενεραλιζα− τιονσ, ανδ τηεψ εξηιβιτ συρπρισινγ βε− ηαϖιορσ ανδ, µορε συρπρισινγ, χοµµον παττερνσ. Ψου χαν ηαϖε φυν πυττινγ ονε ορ µορε αντσ ιντο α χηοσεν ενϖιρον− µεντ ανδ σεεινγ ωηατ τηεψ δο. Ψου χαν χηανγε τηε ρυλεσ ανδ σετ υπ δι⇑ερεντ ενϖιρονµεντσ∇α ηεξαγοναλ λαττιχε, φορ ινστανχε, ινστεαδ οφ α σθυαρε γριδ. Ιτ∏σ βεστ δονε ον α χοµπυτερ, ωηερε σιµπλε προγραµσ χαν ιµπλεµεντ τηε ρυλεσ. Ι σηουλδ αδδ τηατ τηερε∏σ αλσο α πραχτιχαλ σιδε το τηεσε ιδεασ: τηεψ ρελατε το θυεσ− τιονσ ιν στατιστιχαλ µεχηανιχσ αβουτ αρ− ραψσ οφ παρτιχλεσ∇αντσ∏∇τηατ ατ ανψ γιϖεν µοµεντ χαν εξιστ ιν ονλψ ονε οφ σεϖεραλ στατεσ∇χολορεδ σθυαρεσ.∏ Παρτιχλεσ ανδ αντψ−παρτιχλεσ? Τηανκ ψου, Ινεζ. Νοω, ρεχεντλψ Γρεγ Τυρκ οφ Στανφορδ Υνιϖερσιτψ ανδ, ινδε− πενδεντλψ, Λεονιδ Α. Βυνιµοϖιχη οφ τηε Γεοργια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ ανδ Σ. Ε. Τρουβετζκοψ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βιελεφελδ ινϖεστιγατεδ γενεραλιζεδ αντσ δε⇒νεδ βψ α ρυλε−στρινγ. Συπποσε τηατ ινστεαδ οφ ϕυστ βλαχκ ανδ ωηιτε, τηε σθυαρεσ ηαϖε ν χολορσ, λαβελεδ 0, 1, 2 . . . ν ∠ 1. Τηε ρυλε−στρινγ ισ α σεθυενχε οφ ν σψµβολσ 0 ορ 1. Ωηεν τηε αντ λεαϖεσ α χελλ οφ χολορ κ, ιτ χηανγεσ ιτ το χολορ κ + 1 (ωραππινγ ν = (ν ∠ 1) + 1 αρουνδ το 0). Ιτ τυρνσ ριγητ ιφ τηε κτη σψµβολ ισ 1 ανδ λεφτ ιφ ιτ ισ 0. Ιτ µοϖεσ ονε σθυαρε ον ανδ ρεπεατσ. Λανγτον∏σ οριγιναλ ρυλεσ αρε συµµεδ υπ ιν ρυλε−στρινγ 10. Σοµε ρυλε−στρινγσ γιϖε τριϖιαλ αντ δψναµιχσ∇φορ εξαµπλε, αν αντ ωιτη ρυλε−στρινγ 1 (ορ εϖεν 111 . . . 1) τραϖελσ φορεϖερ αρουνδ α 2 × 2 σθυαρε. Βυτ ανψ ρυλε−στρινγ τηατ χονταινσ βοτη 0 ανδ 1 µυστ λεαδ το υνβουνδεδ τραϕεχτοριεσ, βψ τηε Χοηεν−Κονγ ιδεα. 106 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΨΜΜΕΤΡΙΧΑΛ ΠΑΤΤΕΡΝΣ αρε προδυχεδ ατ εαχη στεπ οφ σοµε ρυλε−στρινγσ. Τηε πατ− τερν σηοων ηερε ισ στεπ 16,464 οφ αντ 1100. Συπποσε φορ σιµπλιχιτψ ψου σταρτ ωιτη α χλεαν∏ γριδ∇αλλ χελλσ ιν χολορ 0. Αντ 100 χρεατεσ παττερνσ τηατ σταρτ ουτ λοοκινγ ρατηερ λικε τηοσε οφ Λανγτον∏σ αντ∇ατ ⇒ρστ σψµµετριχαλ, τηεν χηαοτιχ. Αφτερ 150 µιλλιον στεπσ, ηοωεϖερ, ιτ ισ στιλλ βεηαϖινγ χηαοτιχαλλψ. ∆οεσ ιτ εϖερ βυιλδ α ηιγηωαψ? Νοβοδψ κνοωσ. Αντ 110 δοεσ βυιλδ α ηιγηωαψ, ανδ ιτ τακεσ ονλψ 150 στεπσ το δο σο. Μορεοϖερ, ιτ νεεδσ α χψχλε οφ ϕυστ 18 στεπσ το χρεατε τηε ηιγηωαψ, ινστεαδ οφ τηε 104 υσεδ βψ Λανγτον∏σ αντ. Αντ 1000 ισ ρελεντλεσσλψ χηαοτιχ. Αντ 1101 βεγινσ χηαοτιχαλλψ βυτ γοεσ ιντο ηιγηωαψ χονστρυχτιον αφτερ 250,000 στεπσ, υσινγ α χψχλε οφ λενγτη 388. Αντ 1100 κεεπσ βυιλδινγ εϖερ µορε χοµπλεξ παττερνσ τηατ, ιν⇒νιτελψ οφτεν, αρε βιλατεραλλψ σψµµετριχαλ [σεε ιλλυστρα− τιον αβοϖε]. Σο ιτ χαν∏τ βυιλδ ανψ κινδ οφ ηιγηωαψ ιν τηε υσυαλ σενσε. Ι δεφψ ανψονε το γιϖε α σιµπλε χλασ− σι⇒χατιον οφ τηε βεηαϖιορσ οφ αλλ τηεσε γενεραλιζεδ αντσ ορ το πρεδιχτ φροµ τηειρ ρυλε−στρινγ ϕυστ ωηατ τηειρ λονγ−τερµ βε− ηαϖιορ ωιλλ βε, Νατηαν δεχλαρεδ. Εϖεν ιφ τηεψ αλλ σταρτ ον α χλεαν γριδ. Λουισε λοοκεδ υνηαππψ. Ψεαη, βυτ ψου ηαϖεν∏τ προϖεδ νοβοδψ χαν δο τηατ. Τηατ∏σ τρυε, Ι ποιντεδ ουτ. Βυτ ονλψ σλιγητλψ µορε χοµπλεξ τρανσιτιον ρυλεσ λεαδ το εξαµπλεσ συχη ασ ϑοην Ηορτον Χονωαψ∏σ γαµε οφ Λιφε. Χονωαψ προϖεδ τηατ ιν Λιφε τηερε αρε χον⇒γυρατιονσ τηατ φορµ υνιϖερσαλ Τυρινγ µαχηινεσ∇προ− γραµµαβλε χοµπυτερσ. Αλαν Μ. Τυρινγ προϖεδ τηατ τηε λονγ−τερµ βεηαϖιορ οφ α Τυρινγ µαχηινε ισ υνδεχιδαβλε∇φορ εξ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. αµπλε, ιτ ισ ιµποσσιβλε το ωορκ ουτ ιν αδϖανχε ωηετηερ ορ νοτ τηε προγραµ ωιλλ τερµινατε. Τρανσλατεδ ιντο Λιφε τερµσ, τηατ ιµπλιεσ τηατ τηε θυεστιον ∆οεσ τηισ χον⇒γυρατιον γροω υνβουνδεδλψ?∏ ισ φορµαλλψ υνδεχιδαβλε. Σο ηερε∏σ α χασε ωηερε ωε κνοω τηε Τηεορψ οφ Εϖερψ− τηινγ, ανδ ωε κνοω α σιµπλε θυεστιον τηατ ιτ ισ προϖαβλψ ιµποσσιβλε το ανσωερ ον τηε βασισ οφ τηατ τηεορψ. Εξαχτλψ, Νατηαν χονχυρρεδ. Σο ωηψ δο ψου τηινκ α ρεαλ Τηεορψ οφ Εϖερψ− τηινγ, φορ ουρ υνιϖερσε, χαν ιν ανψ µεαν− ινγφυλ σενσε βε αν Υλτιµατε Ανσωερ? Ι δυννο, σιγηεδ Λουισε, ηερ φαιτη τεµποραριλψ σηακεν. Σηε σηοοκ ηερ ηεαδ, τηεν βριγητενεδ. Ιτ ισ α βιτ οφ αν αντψ−χλιµαξ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΩΙΝΝΙΝΓ ΩΑΨΣ, ςολ. 2: ΦΟΡ ΨΟΥΡ ΜΑΤΗ− ΕΜΑΤΙΧΑΛ ΠΛΑΨΣ: ΓΑΜΕΣ ΙΝ ΠΑΡΤΙΧΥ− ΛΑΡ. Ελωψν Ρ. Βερλεκαµπ, ϑοην Η. Χον− ωαψ ανδ Ριχηαρδ Κ. Γυψ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, 1982. ΧΟΜΠΥΤΕΡ ΡΕΧΡΕΑΤΙΟΝΣ. Α. Κ. ∆εωδνεψ ιν Σχιεντιφιχ Αµεριχαν, ςολ. 261, Νο. 3, παγεσ 180∠183; Σεπτεµβερ 1989 ανδ ςολ. 262, Νο. 3, παγεσ 118∠121; Μαρχη 1990. ΜΑΤΗΕΜΑΤΙΧΑΛ ΕΝΤΕΡΤΑΙΝΜΕΝΤΣ. ∆αϖιδ Γαλε ιν Ματηεµατιχαλ Ιντελλιγενχερ, ςολ. 15, Νο. 2, παγεσ 54∠55; Σπρινγ 1993. ΦΥΡΤΗΕΡ ΑΝΤ−ΙΧΣ: ΤΡΑϑΕΧΤΟΡΨ ΟΦ ΓΕΝ− ΕΡΑΛΙΖΕ∆ ΑΝΤΣ. ϑιµ Προππ ιν Ματηε− µατιχαλ Ιντελλιγενχερ, ςολ. 16, Νο. 1, παγεσ 37∠42; Ωιντερ 1994. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 107 ΒΟΟΚ ΡΕςΙΕΩΣ Α Σχιεντι⇒χ Συµµερ βψ Πηιλιπ Μορρισον ΤΕΜΠΛΕ ΟΦ ςΑΧΧΙΝΙΑ, ωηερε Εδωαρδ ϑεννερ γαϖε φρεε ϖαχχινατιονσ το τηε ποορ, στανδσ ιν α χορνερ οφ τηε γαρδεν ατ τηε ϑεννερ Μυσευµ ιν Βερκελεψ, Ενγλανδ. Τηε ονλψ τριβυτε τηατ στρικεσ α νοτε οφ γενυινε ρεσπεχτ, τηε αυτηορσ ρεπορτ, ισ α µοδεστ χαρϖεδ στονε σλαβ, α γιφτ το τηε χιτψ οφ Υλµ φροµ τηε πεοπλε οφ Ιν− δια. Εϖεν αφτερ ηισ φαµε ισ ρεσπλενδεντ, Εινστειν ισ στιλλ µορε ωελχοµε ασ α Σωισσ ϑεω τηαν ασ α σχιεντιστ οφ Γερµαν Υλµ. Ιν α συβυρβ οφ ∆εν Ηααγ ψου χαν ϖισιτ τηε βεαυτιφυλ συµµερ ηοµε οφ τηε Ηυψ− γενσ φαµιλψ. Ουρ γυιδεσ χοντραστ τηε πλαχε ωιτη τηε χοντεµποραρψ ηοµε οφ Ισααχ Νεωτον ιν Ωοολστηορπε: τηε Νεω− τονσ ωερε χουντρψ σθυιρεσ, ανδ νοτ ποορ, βυτ τηειρ συβσταντιαλ ηουσε ωασ α φαρµ− ηουσε . . . φορ πεοπλε ωηο ωορκ αλλ δαψ ωιτη µυδδψ βοοτσ, ωηερεασ παρκ ανδ ηουσε οφ τηε αριστοχρατιχ Ηυψγενσ ωερε µεαντ φορ γαρδεν παρτιεσ ανδ µυσιχαλ σοιρεσ . . . ωελλ−δρεσσεδ γεντλεµεν ανδ λαδιεσ ωιτη . . . δελιχατε σλιππερσ. Λιστεδ ηερε αρε σοµε 200 σιτεσ, ασ σχενιχ ασ ϑαµεσ Χλερκ Μαξωελλ∏σ φαµιλψ ηοµε (νοω α γυττεδ ρελιχ οφ ⇒ρε) νεαρ ∆υµφριεσ ορ τηοσε µαρϖελουσ παιντεδ χαϖεσ οφ Σπαιν ανδ τηε ∆ορδογνε ορ τηε γρασσψ ολδ ϖολχανοεσ οφ τηε Αυϖεργνε. Ψου χαν δριϖε ωιτη αν αλτιµετερ υπ Πυψ δε ∆µε ϕυστ ασ Βλαισε Πασχαλ ⇒ρστ προ− ποσεδ (αλτηουγη ηε σεντ ηισ βροτηερ−ιν− λαω το µακε τηε χλιµβ). Νεαρ τηε χλι⇑σ ατ Λψµε Ρεγισ ιν ∆ορσετ, ψου χαν νοω λεαρν αβουτ Μαρψ Αννινγ, α χαρπεντερ∏σ ψουνγ δαυγητερ, ωηο φουνδ τηερε τηε ⇒ρστ ωηολε ιχητηψοσαυρ σκελετον. Ιν Παρ− ισ τηερε ισ τηε Χυριε Ινστιτυτε, βυτ πηψσ− ιχιστ Λισε Μειτνερ ισ νοτ ατ αλλ ωελλ ρε− χορδεδ ατ ηερ λαβ ιν Βερλιν−∆αηλεµ. ∆ρ. ϑοηνσον συππλιεσ αν επιγραπη, ϖια Βοσωελλ : Α µαν ωηο ηασ νοτ βεεν ιν Ιταλψ ισ αλωαψσ χονσχιουσ οφ αν ινφεριορ− ιτψ. Νοωαδαψσ ηε ωουλδ ινχλυδε ωοµ− εν ανδ µυχη εξτενδ τηε λιστ οφ δεστινα− τιονσ οϖερσεασ. Τιµε φορ τραϖελ? Τηε σεχονδ βοοκ βεαρσ τηε βαδ νεωσ (αχτυαλλψ, νοτ σο βαδ ), ωελλ πρεσεντεδ βψ τηε εδιτορ−οριγινατορ οφ τηισ βαργαιν 600−παγε χοµπενδιυµ. ∆αωοοδ ισ α φαρ−ροϖινγ Λονδον πηψσιχιαν ωηο δραωσ ον ηελπ φροµ 70 σπεχιαλιστ φριενδσ. Χηαπτερ βψ χηαπτερ, τηεψ λαψ ουτ τηε µεδιχαλ βαχκγρουνδ α σεριουσ ρεαδερ ωαντσ. Ηερε µεδιχινε ισ ϖιεωεδ ωιδελψ, βασεδ ον σχιενχε, ψετ εξτενδινγ το σο− χιαλ πσψχηολογψ, τοδαψ∏σ χιτιεσ ανδ µαρ− κετπλαχεσ ανδ τηε ϖιϖιδ υνχοµµον σενσε οφ βροαδ εξπεριενχε. Αχχιδεντσ αρε τηε µοστ χοµµον χαυσε οφ δεατη ιν τραϖελερσ, χουντινγ 25 τιµεσ τηε φαταλιτιεσ φροµ ινφεχτιουσ δισ− εασε. Αλλ τηε σαµε, α τηιρδ οφ τηε τεξτ τρεατσ ινφεχτιονσ, ιν παρτιχυλαρ τηοσε 108 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΤΗΕ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΤΡΑςΕΛΕΡ: Α ΓΥΙ∆Ε ΤΟ ΤΗΕ ΠΕΟΠΛΕ, ΠΛΑΧΕΣ, ΑΝ∆ ΙΝΣΤΙΤΥΤΙΟΝΣ ΟΦ ΕΥΡΟΠΕ, βψ Χηαρλεσ Τανφορδ ανδ ϑαχ− θυελινε Ρεψνολδσ. ϑοην Ωιλεψ & Σονσ, 1992 (παπερβουνδ, ∃16.95). ΤΡΑςΕΛΕΡΣ∏ ΗΕΑΛΤΗ: ΗΟΩ ΤΟ ΣΤΑΨ ΗΕΑΛΤΗΨ ΑΛΛ ΟςΕΡ ΤΗΕ ΩΟΡΛ∆, δεϖισεδ ανδ εδιτεδ βψ Ριχηαρδ ∆αωοοδ. Ρεϖισεδ τηιρδ εδι− τιον. Ρανδοµ Ηουσε, 1994 (παπερ− βουνδ, ∃18). Τ ηεσε τωο υνυσυαλ τραϖελ γυιδεσ ο⇑ερ σπεχι⇒χ, δεταιλεδ µαττερ οφ πραχτιχαλ µεριτ. Βοτη εµβεδ ωελλ− οργανιζεδ αδϖιχε ωιτηιν αν αττραχτιϖε χονχεπτυαλ φραµεωορκ, ενϕοψαβλε ρεαδ− ινγ εϖεν φορ σταψ−ατ−ηοµεσ. Τηε τωο τι− τλεσ σπαν τηε λιµιτσ φροµ τραϖελ∏σ βροαδ πλεασυρεσ το ιτσ ϖαριεδ ρισκσ. Τανφορδ ανδ Ρεψνολδσ αρε διστιν− γυισηεδ ρεσεαρχηερσ ιν χηεµιστρψ ανδ βιολογψ φροµ ∆υκε Υνιϖερσιτψ, νοω ρεσ− ιδεντ ιν Ενγλανδ. Τηειρ σενσιβιλιτιεσ αρε χυλτιϖατεδ ανδ ϕοψφυλλψ ινφορµεδ βψ σχι− ενχε; τηεψ ωριτε ωιτη ενγαγινγ χανδορ ανδ γοοδωιλλ. Τηειρ βοοκ χονταινσ ιµ− αγεσ ανδ ⇒ρστηανδ δεσχριπτιονσ ωιτηιν 17 Ευροπεαν χουντριεσ, φροµ Σπαιν το Στ. Πετερσβυργ, φροµ Σχοτλανδ το Σαµοσ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 Ψου χαν λεαρν α λοτ, φορ πρεφαχεδ το εαχη δεστινατιον ισ α λιϖελψ, χοµπαχτ αχχουντ οφ τηε ηιστορψ οφ τηε περσονσ ανδ πλαχεσ τηεψ χελεβρατε. Τηειρ δεεπ αιµ ισ ωιδερ τηαν σχηολαρσηιπ ιτσελφ, τουχηινγ ον τηε σχιεντιστ∏σ πλεασυρε ωιτη αχτυαλιτψ, τηε λυρε οφ τηε ϖερψ πλαχε, τηε ϖερψ τοολσ, οφ µεµοραβλε χηανγε. Τηε σηεερ πλεασυρε ιν βεινγ τηερε ινχλυδεσ (ανδ εϖεν γοεσ βεψονδ) τηε πρεσενχε οφ ριχη χοντεξτ ατ ιτσ τρυε σχαλε, α σενσορψ γρασπ τηατ νο ωορδσ ον παπερ χαν χονϖεψ. Σοµετιµεσ τηε ρεπορτ ιτσελφ φασχινατεσ. ϑοιν τηειρ θυεστ φορ Αλβερτ Εινστειν ιν Βερν, στιλλ ασ προϖινχιαλ α πλαχε ασ ονε χαν ⇒νδ ιν Ευροπε. Τηερε τηε ψουνγ µαν ανδ ηισ νεω ωιφε ⇒ρστ σεττλεδ, τηερε τηε παπερσ ωερε ωριττεν τηατ ιν 1905 βλαζεδ φορτη τηε γοοδ νεωσ οφ Χοµετ Εινστειν. Μοστ οφ τηε χιτψ ισ στιλλ οφ Ειν− στειν∏σ τιµε, ανδ Βερν δοεσ νοτ φοργετ ιτσ φαµουσ ψουνγ φαµιλψ ανδ τηειρ βο− ηεµιαν χιρχλε. Τηε χραµπεδ απαρτµεντ τωο ⇓οορσ υπ ωηερε τηρεε Εινστεινσ λιϖεδ ισ νοω α µυσευµ, λιγητ οφ ηεαρτ, τηατ συχχεεδσ ιν εϖοκινγ βοτη . . . τηε µαν ανδ τηε σχιεντιστ φορ α τηρονγ οφ ϖισιτορσ. Ωε νεεδ µορε πλαχεσ λικε τηισ ιν τηε ωορλδ. Βυτ Υλµ, ωηερε Εινστειν ωασ βορν, ισ νο συχη πλαχε. Τηατ χιτψ σεεµσ γρυδγινγ αβουτ ιτσ φαµουσ σον. πρεϖαλεντ ωιτηιν τηε τροπιχσ ανδ τηε ποορερ λανδσ. Ανοτηερ τηιρδ ρεϖιεωσ τηε ηαζαρδσ ανδ δισχοµφορτσ οφ τηε ϕουρ− νεψ ιτσελφ, αχχιδεντσ, σεχυριτψ ανδ α µεδ− ιχαλ γυιδε το σεξ οϖερσεασ. Τηε ρεµαιν− δερ ο⇑ερσ ηελπ το τραϖελερσ ωιτη σπεχιαλ νεεδσ (εϖεν µουνταινεερσ ανδ διϖερσ) ανδ µανψ λιστσ ανδ ταβλεσ, αµονγ τηεµ α χουντρψ−βψ−χουντρψ αππραισαλ, νοτ οφ ωινεσ βυτ οφ δρινκινγ ωατερ. Τηε αυ− τηορσ ρεστ τηειρ περσυασιϖε οπινιονσ ον ρεασονεδ γρουνδσ, αλωαψσ γοοδ ρεαδ− ινγ, ανδ τηεψ ρεχογνιζε τηατ ιν τηε ενδ ιτ ισ τηε δεταιλσ τηατ ηελπ τηε µοστ. Φορτψ περχεντ οφ αλλ τραϖελερσ φροµ λοω− το ηιγη−ρισκ ρεγιονσ αχθυιρε διαρ− ρηεαλ ιλλνεσσ. Μοστ οφ ιτ ισ βαχτεριαλ ιν ορι− γιν; διετ ανδ ωατερ αρε κεψ. Τηινκ ουτ ωηψ φρενχη φριεσ ανδ χιτρυσ φρυιτ αρε σαφε ανδ ωηψ ιχεδ δρινκσ ανδ φρεση σαλαδσ βρινγ ηιγη ρισκ. Τηε δρυγσ τηατ ωορκ∇ ανδ ονε ορ τωο τηατ δον∏τ∇αρε ναµεδ ανδ ασσεσσεδ; σοµε αρε αντιµιχροβιαλσ, ανδ σοµε ρελιεϖε βψ ινηιβιτινγ τηε δεβιλ− ιτατινγ σψµπτοµσ. Εϖεν τηε µοστ δαν− γερουσ οφ τηεσε δισεασεσ, χηολερα ιτσελφ, ηασ α σιµπλε, αλµοστ συρε χυρε, οραλ ρε− ηψδρατιον. ςιραλ ηεπατιτισ Α ισ χοµµον ανδ σεϖερε βυτ πρεϖενταβλε βψ πριορ ιν− ϕεχτιον οφ ιµµυνε ( γαµµα ) γλοβυλιν. Συνβυρν ισ χοστλψ βυτ φαµιλιαρ; ραβιεσ ισ ϖερψ ραρε βυτ ρεθυιρεσ προµπτ αχτιον. Ενδεµιχ µαλαρια δεµανδσ α δεγρεε οφ περσοναλ αττεντιον ανδ τηε ριγητ πιλλσ; νεω ρεσισταντ στραινσ αρε ινχρεασινγ. Α ρεµαρκαβλε χλοσινγ εσσαψ τρεατσ τηε πλαννεδ εραδιχατιον οφ σπεχι⇒χ δισεασεσ ον τηε τριυµπηαντ µοδελ οφ νοω ϖαν− ισηεδ σµαλλποξ. Νο σινγλε σµαλλποξ χασε ισ κνοων ανψωηερε τοδαψ, ωηερε ονχε ωερε µανψ µιλλιονσ οφ συ⇑ερερσ. Τηε ιλλ− νεσσ χοστ τηε ωορλδ εαχη ψεαρ µορε τηαν α τηιρδ οφ α βιλλιον δολλαρσ ανδ µυχη τραγεδψ. Τηε Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζατιον χαµπαιγν ενδεδ σµαλλποξ φορ γοοδ ιν αβουτ α δεχαδε, ατ α τοταλ ωορλδ χοστ βε− λοω τηατ οφ ονε σινγλε ψεαρ οφ χοπινγ. Α λιστ οφ 21 χανδιδατεσ φορ εραδιχατιον ισ γιϖεν ηερε. Τηε χριτερια αρε χλεαρ, βοτη φορ τηε επιδεµιολογιχαλ ϖυλνεραβιλιτψ οφ α δισεασε ανδ φορ τηε πυβλιχ ωιλλ το ενδ ιτ. Ιν 1986 τηε τροπιχαλ Γυινεα ωορµ ωασ χηοσεν φορ εραδιχατιον βψ 1995. Ιν− δια ανδ Πακισταν ωιλλ, ιτ σεεµσ, ενδ ιτ βψ τηεν, ανδ ιν Αφριχα, τοο, τηε χασε ρατεσ ηαϖε φαλλεν βψ τωο τηιρδσ. Τηε µετηοδ ισ το µακε συρε τηατ νο δρινκινγ ωατερ χαρριεσ τηε λαρϖαε οφ τηε ωορµ. Τηρεε µιλλιον πεοπλε α ψεαρ ωερε ινφεχτεδ αµονγ 100 µιλλιον ατ νατυραλ ρισκ. Τηε ωορµ δοεσ νοτ κιλλ; ηοωεϖερ, ιτ σλοωλψ ανδ παινφυλλψ εµεργεσ ουτ οφ ψουρ αρµ, σαψ, ασ α τηρεαδλικε χρεατυρε υπ το τηρεε φεετ λονγ, κεεπινγ κιδσ φροµ σχηοολ ανδ φαρµερσ φροµ τηειρ ⇒ελδσ φορ α µοντη ορ τωο. Τυβε ωελλσ αρε τηε βεστ προτεχ− τιον, αλτηουγη τηεψ αρε εξπενσιϖε ανδ σλοω το χοµε. Φιλτρατιον τηρουγη ⇒νε− Copyright 1994 Scientific American, Inc. µεσηεδ χλοτη, πρεϖεντιον οφ ινφεχτιον ανδ α χηεµιχαλ αδδιτιϖε χαν αλλ βρεακ τηε χηαιν χηεαπλψ, ενδινγ τηε τινψ ωατερ ⇓εασ τηατ αρε ηοστ το τηε λαρϖαε. Τηε νεξτ ταργετ φορ γλοβαλ εραδιχατιον ισ πολιοµψελιτισ ιτσελφ. Νοτ λονγ βαχκ στιλλ α θυαρτερ οφ α µιλλιον οϖερτ χασεσ ωερε ρεχορδεδ εϖερψ ψεαρ ωορλδωιδε. ΩΗΟ ηασ πασσεδ ιτσ χαπιταλ σεντενχε ον πολιο φορ τηε ψεαρ 2000. Τηε τωο Αµεριχασ αρε αλρεαδψ αλµοστ φρεε; 10 ψεαρσ οφ χοµβατ χυτ νεω χασεσ τηερε φροµ µανψ τηου− σανδσ το α σχαντ φεω ιν 1992. Τηε µετη− οδ : ωιδε χοϖεραγε οφ τηε χηιλδρεν ωιτη λιϖε οραλ ϖαχχινε (εσπεχιαλλψ ονχε ιτ ισ µαδε µορε ηεατ σταβλε βψ δευτερατιον) ανδ πυβλιχ συρϖειλλανχε το ⇒νδ ανδ ισο− λατε νεω χασεσ οφ ⇓αχχιδ παραλψσισ ωιτη− ιν αν υργεντ χορδον οφ ϖαχχινατιονσ. Εραδιχατιον ισ νοτ αλωαψσ ωιτηιν ουρ ρεαχη. Αν ιλλ−αδϖισεδ προµισε ωασ µαδε το ελιµινατε νεοναταλ τετανυσ βψ 1995. Τηατ α⇐ιχτιον ισ νοω ηελδ ασ ινεραδιχα− βλε βεχαυσε τηε νατυραλ ενϖιρονµενταλ ρεσερϖοιρ οφ τηε αγεντ ισ ινεξηαυστιβλε. Στεριλε ϖιγιλανχε ωιλλ αλωαψσ βε νεεδεδ ατ ηυµαν βιρτη, ασ φαρ ασ ωε νοω κνοω. Ωε ηαϖε νοτ συχχεεδεδ φυλλψ αγαινστ τηε µαλαριαλ προτοζοαν νορ αγαινστ ιτσ ϖεχ− τορ, τηε µοσθυιτο. Μεασλεσ ισ ποτεντιαλ− λψ εραδιχαβλε; τηε µοδεστ γοαλ σο φαρ ισ α 90 περχεντ ρεδυχτιον βψ 2000, φορ τηε ϖαχχινε δοεσ νοτ ωορκ ωελλ ον ινφαντσ, ανδ τηε πυβλιχ δοεσ νοτ ρεγαρδ τηε αιλ− µεντ ασ σεριουσ. Πυβλιχ ηεαλτη ανδ ϖερψ πριϖατε ηεαλτη ινδεεδ αρε εθυαλλψ ωελλ σερϖεδ βψ τηισ πραχτιχαλ βοοκ, χηοχκ−φυλλ οφ ιδεασ, ηιντσ ανδ χογεντ χοννεχτιονσ, λαχεδ ωιτη βοτη τηε ρεασσυρινγ ανδ τηε σχαρψ. ( ∆ον∏τ ιγ− νορε τηοσε στυδιεσ τηατ σηοω ινχρεασεδ ηεαρτ δισορδερσ αµονγ τηοσε ωηο ρε− µαιν χοντεντ ατ ηοµε.) Χοντινγενχψ∏σ Φοοτπριντσ ΤΗΕ ΒΡΟΚΕΝ ∆ΙΧΕ ΑΝ∆ ΟΤΗΕΡ ΜΑΤΗ− ΕΜΑΤΙΧΑΛ ΤΑΛΕΣ ΟΦ ΧΗΑΝΧΕ, βψ Ιϖαρ Εκελανδ. Τρανσλατεδ φροµ τηε Φρενχη βψ Χαρολ ςολκ. Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο Πρεσσ, 1993 (∃19.95). Σ αιντ Ολαφ∏σ Σαγα τελλσ οφ αν ισλανδ σεττλεµεντ τηατ ηαδ φροµ τιµε το τιµε χηανγεδ ιτσ φεαλτψ, νοω το τηε κινγδοµ οφ Νορωαψ, αγαιν το τηε ρυλερσ οφ Σωεδεν. Ιτ φελλ ιν Ολαφ∏σ δαψ τηατ τηε τωο κινγσ αγρεεδ το τηροω διχε φορ α ⇒ναλ δεχισιον. Ηε ωασ το ηαϖε ιτ ωηο τηρεω τηε ηιγηεστ. Τηε Σωεδιση µοναρχη τηρεω τωο σιξεσ ανδ συγγεστ− εδ τηατ Νορωαψ ρετιρε. Ολαφ οφ Νορωαψ ρεµαρκεδ τηατ τηε τωο σιξεσ ωερε στιλλ τηερε ιν τηε διχε, ανδ Γοδ χουλδ τριϖιαλ− λψ τυρν τηεµ υπ αγαιν. Ολαφ τηεν ινδεεδ ρολλεδ τωο σιξεσ. Βψ χυστοµ τηε κινγ οφ Νορωαψ χαστ αγαιν. Ον ονε οφ τηε διχε τηε σιξ σποτσ σηοωεδ. Τηε οτηερ διε σπλιτ ιν τωο, ανδ ιτσ τωο ηαλϖεσ δισπλαψεδ α ονε ανδ α σιξ. Ολαφ τοοκ ποσσεσσιον οφ τηε ισλανδ. Ολαφ Ηαραλδσσον ωασ νο πεττψ φραυδ; τηε διχε ωερε νοτ λοαδεδ ορ χλεϖερλψ χραχκεδ. Ωε ηαϖε τηισ ον τηε αυτηοριτψ οφ σηαδοωψ Βροτηερ Εδϖιν. Ηισ υνιθυε µανυσχριπτ οφ αβουτ 1240 ωασ ρεπορτ− εδ βψ ονε πεερλεσσ λιβραριαν, ϑοργε Λυισ Βοργεσ οφ Βυενοσ Αιρεσ, ανδ ιτ ισ ανα− λψζεδ ιν τηε οπενινγ χηαπτερσ οφ τηισ δελιγητφυλ λιτεραρψ εξαµινατιον οφ τηε γρανδ ισσυεσ οφ χηανχε ανδ φατε. Λεαϖε οτηερ χηαπτερσ το τηε ρολλ οφ τηε διχε. ( Τηε γιφτεδ αυτηορ, βεαρινγ βοτη τηε ωειγητψ χρεδεντιαλσ οφ α ποωερφυλ Παρισ− ιαν µατηεµατιχιαν ανδ ηισ γρανδφα− τηερ∏σ ριχη λεγαχψ οφ τηε Εδδα, συγγεστσ τηατ χηανχε σηουλδ ρυλε τηε ρεαδερ∏σ χηοιχε; ορδερ ηερε ισ λεσσ ιµπορταντ.) Τηε λεαρνεδ Εδϖιν δεαλτ ωιτη τηε µορ− αλ ισσυεσ οφ χαστινγ λοτσ ανδ φουνδ αµ− πλε πρεχεδεντ εϖεν ιν Σχριπτυρε. Ηε φυρ− τηερ εξπανδεδ ον α νεω νοτε: Ωασ νοτ ανψ µατεριαλ ρεαλιζατιον οφ πυρε χηανχε βουνδ το βε ασ ιµπερφεχτ ασ ιτ ηαδ προϖεδ φορ τηε Σωεδιση κινγ? Μορε, ηε αργυεδ τηατ εϖεν πυρελψ αριτηµετιχαλ µεανσ το αχηιεϖε ρανδοµνεσσ ωερε ⇓αωεδ. Ουρ Χοντινυατορ πιχκσ υπ τηατ σαµε τηεµε, αππλψινγ ιτ το ουρ τιµε οφ διγιταλ χοµπυτερσ. Σοµε αριτηµετιχαλ γενερατορ οφ ραν− δοµνεσσ ισ τοδαψ α χοµµον αχχεσσο− ρψ οφ µοστ σοφτωαρε. Ψετ αλλ συχη µατη− εµατιχαλ αττεµπτσ ατ χηανχε αρε ασ ⇓αωεδ ασ βονε χυβεσ. Α ρυδιµενταρψ µοδελ µακεσ τηισ συρπρισινγλψ χλεαρ. Ωριτε τηε διγιτσ ψου ρεαχη βψ σιµπλψ αδδινγ 3 φροµ α σταρτ ατ 0: τηε λιστ βε− γινσ 0, 3, 6, 9. Νοω τηροω αωαψ ανψ εξ− χεσσ οϖερ 10: τηεν ψου ηολδ 2, 5, 8, 1, 4, 7. Τηε χψχλε χλοσεσ, ασ ψου ρετυρν αγαιν το 0. Ιτ σεεµσ το βε ονε ρανδοµ χηοιχε. Αλασ φορ ουρ ηοπεσ: πλοτ δοτσ ον α νυµβερεδ πλανε γριδ, λοχατινγ εαχη δοτ βψ τηε ηοριζονταλ ανδ ϖερτιχαλ εντριεσ γιϖεν βψ τηε νυµβερ παιρσ ψου φορµ βψ τακινγ τωο διγιτσ ατ ονχε ουτ οφ ψουρ ρανδοµ λιστ. Τηυσ, βεγιν ωιτη α ηορι− ζονταλ 0 ανδ α ϖερτιχαλ 3, τηεν µοϖε το Η6, ς9, τηεν το Η9, ς2 ανδ σο ον. Ψουρ γριδ ωιλλ νοτ ατ αλλ δισπλαψ α στρεω οφ δισορδερλψ ποιντσ; ινστεαδ ιτ ωιλλ σηοω τωο παραλλελ λινεσ, ονε ωιτη τηρεε δοτσ, ονε ωιτη σεϖεν: ορδερ. Ανψ τρυλψ ρανδοµ χολλεχτιον οφ νυµ− βερσ µυστ σατισφψ εϖερψ τεστ οφ ηιδδεν ορδερ τηατ χαν βε δεϖισεδ, αν ιµποσσι− βιλιτψ φορ α ⇒νιτε χολλεχτιον οφ τηε διγιτσ, εϖεν ιφ τηε χοµµονπλαχε ηοµε χοµπυτ− ερ ρανδοµ νυµβερ γενερατορσ νοω χψχλε τηειρ λιστ τηρουγη 10 βιλλιον νυµ− βερσ ινστεαδ οφ ονλψ 10. Τηεψ στιλλ αρε νοτ ινδεπενδεντ χηοιχεσ βυτ ρεταιν σοµε ουτραγεουσλψ ηιδδεν ορδερ. ∆οεσ χηανχε εϖεν εξιστ? ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 109 Τηε µονκεψ τψπινγ ιγνοραντλψ φορεϖ− ερ µυστ σοονερ ορ λατερ προδυχε τηε εν− τιρε προσε Εδδα, ωιτηουτ ανψ αυτηορ ατ αλλ. Ηερε Εκελανδ∏σ κνοωινγ τρεατµεντ αϖοιδσ τηε µισλεαδινγ αχχουντσ οφ σο µανψ λεσσ ωιττψ αυτηορσ: τηε µονκεψ µυστ βε α δεµον φορ πατιενχε ανδ πρε− παρε το τυρν ουτ ασ ωελλ εϖερψ οτηερ βοοκ τηατ ηασ εϖερ βεεν ωριττεν, α γρεατ µανψ µορε στιλλ υνωριττεν ανδ αστον− ισηινγλψ µορε φαλσε ϕυµβλε ανδ γιββερ− ιση. Ψετ ιφ ηε ωιλλ σηορτεν τηε ρανδοµ τεξτ βψ νοτινγ µαϕορ ρεπετιτιονσ (φορ ιν− στανχε, ηερε φολλοωσ χοπψ 1472 οφ Ηαµ− λετ), τηε σηορτενεδ σεριεσ οφ λεττερσ, χοδ− εδ ιντο βιναρψ, ωιλλ ηαϖε α περφεχτλψ χαλ− χυλαβλε προπερτψ τηατ σηοωσ τηε τεξτ το βε λεσσ τηαν ρανδοµ. Ανψ σεριεσ τρυνχατεδ πιεχε βψ πιεχε βψ χερταιν σιµπλε δεχισιονσ, ρεαλλψ βψ α ρυλε τηατ τηερε µυστ βε νο ρυλεσ, βε− χοµεσ βψ ανψ τεστ ινδιστινγυισηαβλε φροµ ρανδοµνεσσ. Τηατ ηολδσ εϖεν ιφ ιτ ισ µαδε βψ α µεχηανιχαλ ρυλε ενδλεσσλψ ιτερατεδ, ιφ ονλψ τηε ρυν ισ εδιτεδ βψ φυλ− λψ πρεσχριβεδ τηουγη υνενδινγ δεχι− σιονσ. Α πυρελψ ρανδοµ σεριεσ χαν τηυσ βε φορµεδ ωηολλψ βψ νεχεσσιτψ. Ωε χαν∏τ γετ αωαψ φροµ δετερµιν− ισµ. Νοτ σο φαστ. Τηε µατηεµατιχαλ αξ− ιοµσ τηεµσελϖεσ αρε χοντινγεντ. Τηε φαµουσ τηεορεµ οφ Κυρτ Γδελ α⇔ρµσ τηατ αν ιν⇒νιτε νυµβερ οφ διστινχτ µατη− εµατιχσ εξιστ, αλλ βορν οφ τηε σαµε νε− χεσσιτψ. Ονε οφ τηεµ σοµεηοω εξχελσ, Πλατο ηελδ (ανδ Γδελ ηιµσελφ χον− χυρρεδ ). Ψετ ανψονε ωηο στυδιεσ τηε ηιστορψ οφ µατηεµατιχσ χαννοτ ηελπ βε− ινγ οϖερωηελµεδ βψ δουβτ. Τηε ηοοφεδ φοοτπριντσ οφ χοντινγενχψ αρε σταµπεδ εϖερψωηερε. Σο τηεν ισ χηανχε το βε κινγ? Α πηψσ− ιχιστ ηασ αν εασιερ τιµε τηαν α µατηε− µατιχιαν; φορ ηιµ, κνοωλεδγε ισ φορεϖερ παρτιαλ, αππροξιµατε. Ηε ισ σκεπτιχαλ οφ ιν⇒νιτιεσ βοτη ιν τηε λαργε ανδ ιν τηε σµαλλ. Περηαπσ λογιχαλ χερταιντψ ιτσελφ ισ τηε µοτηερ οφ δουβτσ? Ιφ ψου φεελ λικε τηε κινγ οφ Σωεδεν, ηισ ιρρεφυταβλε αριτη− µετιχ τηωαρτεδ ωηεν τηε χυβε σπλιτ, τηε οτηερ χηαπτερσ ωιλλ ωονδερφυλλψ ραισε ανδ χουραγεουσλψ ασσυαγε, αλτηουγη νοτ ρεαλλψ ανσωερ, τηε τηορνψ θυεστιονσ τηατ ψου ανδ Ι ανδ ∆ρ. Εκελανδ στιλλ σηαρε. Βεηινδ τηε ςειλσ οφ ςενυσ ςΕΝΥΣ: ΤΗΕ ΓΕΟΛΟΓΙΧΑΛ ΣΤΟΡΨ, βψ Πε− τερ Χαττερµολε. ϑοηνσ Ηοπκινσ Υνιϖερ− σιτψ Πρεσσ, 1994 (∃49.95). Β ριγητεστ οφ τηε ωανδερερσ, ουρ λαδψ πλανετ οφ περπετυαλ χλουδ ηασ δαζζλεδ ωατχηινγ εψεσ σινχε Συµερ, εξαχτλψ βεχαυσε οφ ηερ ωηιτε ϖειλ, παστ ωηιχη νο οπτιχαλ τυβε εϖερ χαν πεερ. Τηε ϖειλ ισ αν οπαθυε χλουδ λαψερ 110 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 10 τιµεσ ασ ρε⇓εχτιϖε ασ τηε σιντερεδ συρφαχε οφ τηε µοον. Μιχροωαϖε ραδαρ ⇒ρστ σηοωεδ υσ τηε ροχκ συρφαχε ιν τηε 1960σ ανδ ⇒ξεδ τηε πλανετ∏σ τρυε διαµ− ετερ ανδ υνεξπεχτεδ σπιν. ςενυσ ισ α φεω περχεντ σµαλλερ τηαν τηε εαρτη ανδ ηασ α δαψ λονγερ τηαν ηερ ψεαρ : 243 εαρτη δαψσ το τυρν ονχε ον ηερ αξισ, ονλψ 224 το ορβιτ τηε συν. Εαρτη−βασεδ ραδαρσ λιφτ τηε ϖειλ ονλψ ωηενεϖερ ςενυσ δραωσ νεαρεστ τηε εαρτη. Βυτ σινχε 1962, 21 προβεσ ηαϖε λοοκεδ ιν µορε χλοσελψ. Βοτη Ρυσσιαν ανδ Αµεριχαν χραφτ ηαϖε ϖισιτεδ ςενυσ: ⇓ψβψσ, ορβιτερσ, δροππεδ ινστρυµεντ προβεσ ανδ λανδερσ. Τηε λατεστ εντραντ, Μαγελλαν, τηε ϑετ Προπυλσιον Λαβορατο− ρψ∏σ ωονδερφυλ ορβιτερ οφ 1989, ηασ εµ− βαρκεδ ον ιτσ ⇒ναλ ψεαρ οφ αδϖανχεδ ρα− δαρ µαππινγ, τακινγ τοπογραπηψ, τεξ− τυρε, τηερµαλ ανδ γραϖιτατιοναλ δατα ατ α ρεσολυτιον αρουνδ 100 µετερσ, ριϖαλ− ινγ τηε βεστ εαρτη ορβιτερσ. Μαγελλαν ρε− οριεντσ φουρ τιµεσ εαχη ορβιτ το ρεχορδ ανδ σενδ ιτσ δατα; ιτ ποιντσ µερελψ βψ σπιννινγ αν ιντερναλ ρεαχτιον ωηεελ, ωιτη νο νεεδ φορ ⇒ρινγ λιττλε ϕετσ βψ τηε τενσ οφ τηουσανδσ. Ιτσ σολαρ πανελσ υν− δερ τηατ ηοτ νεαρβψ συν φυρνιση µορε τηαν α κιλοωαττ οφ ελεχτριχ ποωερ. Ιτσ ενδ µαψ χοµε λατε ιν 1994, ιτσ βεστ ατ− µοσπηεριχ δατα χοµινγ ωιτη τηε ⇒ερψ γλορψ οφ δελιβερατε τερµιναλ ρεεντρψ. Τηισ ϖολυµε, µαρκεδ βψ ιτσ χλαριτψ ανδ ωιδε ιντερεστσ, φυλλ οφ υπ−το−δατε ιµ− αγεσ, αµουντσ το α βαρε−βονεσ αχχουντ οφ α ωηολε νεω γεολογψ ασ ιτ ισ υνφολδ− ινγ. Τηε ϖισυαλλψ βασεδ ναρρατιϖε βψ α γεολογιστ ατ Σηε⇔ελδ Υνιϖερσιτψ νοτ ονλψ φυλλψ συρϖεψσ νοϖελ ςενυσ, ιτσ αιρ ανδ ροχκ (νο λιθυιδσ τηερε σαϖε λαϖα ), ιτ αλσο ιλλυµινεσ βψ εξπλιχιτ χοµπαρισον τηε ηιστορψ οφ ουρ οων πλανετ υνδερφοοτ. Τηε βαροµετερ ον συν−δρενχηεδ, χλουδ−δαρκενεδ ςενυσ ρεαδσ 100 τιµεσ ηιγηερ πρεσσυρε τηαν ουρσ; νεαρλψ αλλ τηατ γασ ισ χαρβον διοξιδε. Τηε ροχκ συρφαχε ισ ηοτ ενουγη το µελτ λεαδ ανδ ζινχ; τηε χιρχυλατιον οφ τηε δενσε ατµο− σπηερε εϖενσ ουτ δαψ ανδ νιγητ, ανδ σεασονσ αρε αβσεντ ασ ωελλ. Τηε ηιστορψ οφ τηισ χλιµατε ισ υνδερστοοδ φροµ ηψ− δρογεν ισοτοπεσ ανδ τραχεσ οφ νοβλε γασεσ. Σολαρ υλτραϖιολετ πηοτονσ δισασ− σοχιατεδ ανψ Η2Ο µολεχυλεσ τηατ χαµε το ηιγη λεϖελσ, ανδ τηε λιγητεστ οφ ατοµσ, φρεε ηψδρογεν, ωασ ρεµορσελεσσλψ λοστ το σπαχε. Εαρλψ ον, ηοτ οχεανσ φεδ τηε προχεσσ, ανδ ηοτ ροχκ ωεατηερεδ ιν τηε νεω οξψγεν συππλψ. Τηερε ωασ νοτ µυχη γασ λεφτ εξχεπτ χαρβον διοξιδε φροµ τηε χαρβονατε µινεραλσ, υνσταβλε ατ τηοσε φυρναχε τεµπερατυρεσ. Τηε µαπσ αλλοω αν ινστρυχτιϖε σιµπλε χοµπαρισον: α πλοτ οφ τηε αµουντ οφ σολιδ συρφαχε αρεα ατ εαχη αλτιτυδε. Φορ τηε εαρτη, τηε γραπη ισ πλαινλψ βιµοδαλ: ονε ωιδε πεακ αππεαρσ ατ τηε λεϖελ οφ Copyright 1994 Scientific American, Inc. τηε σεα⇓οορ ανδ ανοτηερ πεακ αρουνδ ⇒ϖε κιλοµετερσ ηιγηερ, τηε χοντινεντσ. ςενυσ ισ δι⇑ερεντ; ιτ ηασ ονε ναρροω πεακ ατ τηε µεδιαν. Νο σεασ, νο ραισεδ χοντινεντσ. Ιτ ισ νοτ τηε εξτρεµεσ τηατ αρε µισσινγ; τηεψ οχχυπψ σµαλλ αρεασ ιν ανψ χασε, ανδ ςενυσ δοεσ ηαϖε α φεω δεεπ ριφτσ ανδ ηιγη µουνταινσ. ςενυσ ισ σµοοτηερ οϖεραλλ; 90 περχεντ οφ τηε συρφαχε λιεσ ωιτηιν α τηρεε−κιλοµετερ ιν− τερϖαλ. Τηε εαρτη ηασ µανψ ⇓ατ πλαχεσ, λεϖελεδ βψ ωατερ−προδυχεδ χλαψσ ανδ σιλτσ; τηε βροκεν ροχκ σλαβσ ον ςενυσ ψιελδ µυχη λεσσ αρεα ατ λοω σλοπε. Ωινδσ ον ςενυσ αρε ⇒ερχε, δενσε ανδ φαστ−µοϖινγ. Ιµπαχτ χρατερσ αρε οφτεν αχ− χοµπανιεδ βψ ωηατ αππεαρ το βε ωινδ στρεακσ ανδ εϖεν δυνεσ. Ψετ σµαλλ ιµ− παχτ χρατερσ αρε µισσινγ; ονλψ λαργερ βοδιεσ χαν µακε ιτ δοων τηρουγη τηατ δενσε αιρ το τηε γρουνδ. Σιγνσ αππεαρ οφ ιµπαχτορσ τηατ βλεω υπ ιν ⇓ιγητ, λεαϖινγ α ηαλο οφ δεβρισ αρουνδ α χεντερ σωεπτ σµοοτη βεχαυσε οφ τυρβυλενχε φροµ αν εξπλοσιον ηιγη αβοϖε, ασ τηε Σιβεριαν φορεστ ωασ φελλεδ υνδερ τηε σηοχκ οφ τηε Τυνγυσκα µιδαιρ εξπλοσιον. Ιτ ισ ηεατ τηατ µακεσ τηε βιγγεστ διφ− φερενχε ον ςενυσ. Τηε ϖερψ συρφαχε ροχκσ αρε ασ ⇒ερψ ασ τηοσε βυριεδ ον τηε εαρτη ατ α δεπτη οφ σεϖεραλ τενσ οφ κιλοµετερσ, α µαϕορ παρτ οφ τηε χρυσταλ τηιχκνεσσ. Ωαρµ ροχκσ αρε µορε δυχ− τιλε, σο τηατ ον ςενυσ τηε συππορτ οφ µουνταινσ ισ λεσσ ενδυρινγ, ανδ τηεψ σπρεαδ ρατηερ θυιχκλψ. Ηιγη πεακσ ηαϖε το βε κεπτ υπ βψ αχτιϖε µοτιονσ βελοω. Τηε Εϖερεστ οφ ςενυσ, Μαξωελλ Μοντεσ, ισ νο νεαρλψ βαλανχεδ πιλε, βυτ α δψ− ναµιχ ρεσυλτ οφ ονγοινγ µοτιονσ. Τηε λανδφορµσ οφ ςενυσ, ιτσ ϖολχα− νοεσ, ριφτσ ανδ διστορτιονσ, αρε νοτ τηε ρεσυλτ οφ πλατε χολλισιονσ ανδ συβδυχ− τιον. Μορε λικελψ, τηεψ στανδ αβοϖε ορ βεσιδε ρισινγ ηοτ πλυµεσ οφ µαγµα, λικε τηοσε βελοω Ηαωαιι. ςενυσ ηασ α ωεακ− ερ, βλοχκιερ χρυστ ανδ λεσσ µαρκεδ ρελιεφ, ανδ λιττλε δι⇑ερενχε ισ σεεν∇τηουγη εξχεπτιονσ εξιστ∇αµονγ τηε µινεραλ χηεµιστρψ οφ ιτσ ρεγιονσ. Τηε στρανγε φορµσ χαλλεδ χορονασ, λικε ενορµουσ ⇓αττιση λαϖα δοµεσ, ωειρδ σπιδερλικε λαϖα τωιστσ χαλλεδ αραχηνοιδσ (νο χλεαρ πηοτο ηερε) ανδ οτηερ νεω φορµσ ρεχ− ορδ σοµεηοω τηε χοµπλεξ, ιντεραχτιϖε, δεεπ−λψινγ πλυµεσ χοµµον ον ςενυσ. Τηισ ισ ωορκ ιν προγρεσσ, βοτη τηε ⇓οω ιτσελφ ανδ ουρ υνδερστανδινγ οφ ιτ. Ονε πιχτυρε, λοοκινγ ουτ φροµ γρουνδ λεϖελ οϖερ λαϖα πλαινσ ιν Ιδαηο, αλλοωσ α νονσπεχιαλιστ σοµε φεελινγ φορ τηε χοµ− πλεξιτψ οφ ςενυσ. Μορε συχη χοµπαρι− σονσ, ανδ µορε διαγραµµατιχ γυιδεσ το Μαγελλαν ιµαγεσ, ωουλδ µακε τηισ ⇒νε αχχουντ εϖεν µορε ηελπφυλ. Ονε στυν− νινγ χοµπυτερ−δεριϖεδ ραδαρ περσπεχ− τιϖε οφ Μαατ Μονσ, ηιγη αβοϖε ιτσ Ιδα− ηο−ον−ςενυσ, λιφτσ τηε ϖειλ δραµατιχαλλψ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΧΟΡΡΕΣΠΟΝ∆ΕΝΧΕ Ρεπριντσ αρε αϖαιλαβλε; το ορδερ, ωριτε Ρεπριντ ∆επαρτµεντ, Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν, 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ , ΝΨ 10017−1111, ορ φαξ ινθυιριεσ το (212) 355−0408. Βαχκ ισσυεσ: ∃6 εαχη (∃7 ουτσιδε Υ.Σ.) πρεπαιδ. Μοστ νυµβερσ αϖαιλαβλε. Χρεδιτ χαρδ (Μαστερχαρδ/ ςισα) ορδερσ φορ τωο ορ µορε ισσυεσ αχχεπτεδ. Το ορδερ, φαξ (212) 355−0408. Ινδεξ οφ αρτιχλεσ σινχε 1948 αϖαιλαβλε ιν ελεχτρονιχ φορµατ. Ωριτε Σχι∆εξ , Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν, 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ , ΝΨ 10017−1111, φαξ (212) 980−8175 ορ χαλλ (800) 777−0444. Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν−βρανδεδ προδυχτσ αϖαιλαβλε. Φορ φρεε χαταλογυε, ωριτε Σχι− εντι⇒χ Αµεριχαν Σελεχτιονσ, Π.Ο. Βοξ 11314, ∆εσ Μοινεσ, ΙΑ 50340−1314, ορ χαλλ (800) 777− 0444. Πηοτοχοπψινγ ριγητσ αρε ηερεβψ γραντεδ βψ Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν, Ινχ., το λιβραριεσ ανδ οτηερσ ρεγιστερεδ ωιτη τηε Χοπψριγητ Χλεαρανχε Χεντερ ( ΧΧΧ ) το πηοτοχοπψ αρτιχλεσ ιν τηισ ισσυε οφ Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν φορ τηε φεε οφ ∃3.00 περ χοπψ οφ εαχη αρτιχλε πλυσ ∃0.50 περ παγε. Συχη χλεαρανχε δοεσ νοτ εξτενδ το τηε πηοτοχοπψινγ οφ αρτιχλεσ φορ προµοτιον ορ οτηερ χοµµερχιαλ πυρποσεσ. Χορρεσπονδενχε ανδ παψµεντ σηουλδ βε αδδρεσσεδ το Χοπψριγητ Χλεαρανχε Χεντερ, Ινχ., 222 Ροσεωοοδ ∆ριϖε, ∆ανϖερσ, ΜΑ 01923. Σπεχιφψ ΧΧΧ Ρεφερενχε Νυµβερ ΙΣΣΝ 0036−8733/94. ∃3.00 + 0.50. Εδιτοριαλ χορρεσπονδενχε σηουλδ βε αδδρεσσεδ το Τηε Εδιτορσ, Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν, 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ , ΝΨ 10017−1111. Μανυσχριπτσ αρε συβµιττεδ ατ τηε αυτηορσ∏ ρισκ ανδ ωιλλ νοτ βε ρετυρνεδ υνλεσσ αχχοµπανιεδ βψ ποσταγε. Αδϖερτισινγ χορρεσπονδενχε σηουλδ βε αδδρεσσεδ το Αδϖερτισινγ Μαναγερ, Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν, 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ , ΝΨ 10017−1111, ορ φαξ (212) 754−1138. Συβσχριπτιον χορρεσπονδενχε σηουλδ βε αδδρεσσεδ το Συβσχριπτιον Μαναγερ, Σχιεν− τι⇒χ Αµεριχαν, Π.Ο. Βοξ 3187, Ηαρλαν , ΙΑ 51537. Τηε δατε οφ τηε λαστ ισσυε οφ ψουρ συβσχριπτιον αππεαρσ ον εαχη µοντη∏σ µαιλινγ λαβελ . Φορ χηανγε οφ αδδρεσσ νοτιφψ υσ ατ λεαστ φουρ ωεεκσ ιν αδϖανχε. Πλεασε σενδ ψουρ ολδ αδδρεσσ ( µαιλινγ λαβελ, ιφ ποσσι− βλε) ανδ ψουρ νεω αδδρεσσ. Ε−µαιλ : ΣΧΑινθυιρψ≅αολ.χοµ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 111 ΕΣΣΑΨ βψ Ροβερτ ΜχΧ. Αδαµσ Ανχιεντ Συµερ, Μοδερν Ιραθ Τ ηε Γυλφ Ωαρ ανδ ιτσ αφτερµατη ηαϖε λεφτ α χυριουσλψ χοντραδιχ− τορψ πιχτυρε οφ Ιραθ. Ον τηε ονε ηανδ, α ρεπρεσσιϖε, ιντερναλλψ φραγµεντ− εδ υπσταρτ αµονγ νατιονσ. Ον τηε οτη− ερ, α ρεσιλιεντ σοχιετψ τηατ ηασ µαναγεδ, δεσπιτε α χριππλινγ ιµπορτ εµβαργο ανδ τηε λοσσ οφ µοστ οφ ιτσ οιλ−εξπορτ ινχοµε, το ρεβυιλδ α σιγνι⇒χαντ παρτ οφ ιτσ ινφρα− στρυχτυρε. Ασ α ωηολε, τηε πιχτυρε µαψ σεεµ χοµπλετελψ ατ οδδσ ωιτη Ιραθ∏σ εαρ− λιερ ηιστορψ οφ χυλτυραλ αχηιεϖεµεντ. Τηε τερριτορψ νοω κνοων ασ Ιραθ ωασ, αφτερ αλλ, τηε σχενε οφ τηε ωορλδ∏σ ⇒ρστ λιτερατε, υρβαν χιϖιλιζατιον ιν τηε λατε φουρτη µιλ− λεννιυµ Β.Χ. Νορ ωασ τηατ α σινγυλαρ αχ− χιδεντ. Αδµιττεδλψ ωιτη λενγτηψ ιντερ− ρυπτιονσ, Συµεριαν σοχιετψ ανδ ιτσ συχ− χεσσορσ χοντινυεδ το βε ϕυστλψ χελεβρατεδ φορ χιϖιλιζατιον οφ α ηιγη ορδερ τηρουγη τηε ⇒ρστ µιλλεννιυµ Α.∆. Ωιτηουτ δισµισσινγ τηε ιµπορτανχε οφ τηεσε ηιστοριχ αχηιεϖεµεντσ, ον ωηιχη µοστ στυδψ (ινχλυδινγ µυχη οφ µψ οων) ηασ τραδιτιοναλλψ χονχεντρατεδ, σοµε− τιµεσ α γρεατερ ε⇑ορτ ατ αβστραχτιον χαν χλεαρ τηε ηεαδ. Ιν τηισ χασε, ιτ συγγεστσ τηατ τηε χοντραστ βετωεεν παστ ανδ πρεσ− εντ µαψ βε βοτη λεσσ σεϖερε ανδ µορε ιλλυµινατινγ τηαν ιτ ⇒ρστ αππεαρσ. Α διστινγυισηινγ χηαραχτεριστιχ οφ σο− χιετιεσ ιν τηισ ρεγιον ηασ βεεν τηειρ συβ− στιτυτιον οφ οργανιζατιοναλ χοµπλεξιτψ ανδ ηιεραρχηψ φορ µορε δεπενδαβλε ανδ γενερουσ ενδοωµεντσ οφ νατυραλ ρεσουρχεσ. Ψετ ωηερεασ ηιεραρχηψ ισ α βλανδλψ νευτραλ τερµ, ιτσ αππλιχατιον ωασ νοτ. Αλλ υρβαν σοχιετιεσ ιν τηισ αρεα ηαϖε βεεν ερεχτεδ ον εξαχτιονσ φροµ τηειρ ηεαϖιλψ εξπλοιτεδ αγριχυλτυραλ σεχτορ. Τηε προδυχτιϖιτψ οφ λοωλανδ Μεσοπο− ταµια ηασ αλωαψσ βεεν προϖερβιαλ, αλ− τηουγη ιτ ισ αλσο λαργελψ ιλλυσορψ. Συβσισ− τενχε ηασ βεεν δραων φροµ µανψ χοµ− πλεµενταρψ σουρχεσ, οϖερχοµινγ τηε δε⇒χιενχιεσ οφ εαχη τηρουγη χοµπλεξ ρεδιστριβυτιϖε ορ µαρκετινγ αρρανγε− µεντσ. Ιρριγατιον αγριχυλτυρε, τηε µοστ ιµπορταντ χοµπονεντ, ιλλυστρατεσ τηε δι⇔χυλτιεσ. Προβλεµσ οφ σαλινιζατιον αρε περϖασιϖε, φρεθυεντλψ φορχινγ τηε αβαν− δονµεντ οφ εντιρε ρεγιονσ φορ ψεαρσ. Τηεψ αρε εξαχερβατεδ βψ τηε γροσσ υν− δεπενδαβιλιτψ οφ τηε ωατερ συππλψ. Οϖερ− ιρριγατινγ λεαδσ ωιτη χερταιντψ το φυτυρε προβλεµσ οφ σαλινιζατιον, βυτ ιτ ηασ λονγ προϖιδεδ τηε ονλψ ινσυρανχε αϖαιλαβλε το τηε ινδιϖιδυαλ χυλτιϖατορ τηατ ατ λεαστ τηισ ψεαρ∏σ ωιντερ χροπ ωιλλ συρϖιϖε το βε 112 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑυλψ 1994 ηαρϖεστεδ. Υνχερταιντψ ισ ενδεµιχ, ιν οτηερ ωορδσ, ανδ ρισκσ αρε ιντενσι⇒εδ βψ τηε σηορτ−τερµ χηοιχεσ το ωηιχη φαρµ− ερσ αρε δριϖεν. Ιµαγινε τηισ ασ αν εχοσψστεµ ωιτη− ουτ α σελφ−οργανιζεδ, ιντεντιοναλ ηυµαν χοµπονεντ τηατ σεεκσ το ενηανχε ιτσ οων ωελλ−βεινγ. Τηε χοµπλεξ σψστεµ οφ οργανισµσ συβστιτυτινγ φορ πεοπλε µιγητ βεστ ρεµαιν ατ α λοω−δενσιτψ, ⇓υιδλψ αδαπτιϖε λεϖελ. Σοµε βιολογιχαλ µεανσ µιγητ ωελλ εϖολϖε φορ στορινγ συβσισ− τενχε ρεσερϖεσ αγαινστ σηορτ−τερµ ⇓υχ− τυατιονσ ανδ φορ ρεγυλατινγ αχχεσσ το ρεσουρχεσ. Ασ νοτηινγ µορε τηαν α νεω κινδ οφ αντ χολονψ, τηισ σψστεµ ωουλδ στιλλ µαπ φαιρλψ ωελλ οντο τηε βασιχ εχο− νοµιχ φυνχτιονσ τηατ ιν Μεσοποταµια ηαϖε βεεν ⇒λλεδ σινχε τηε φουρτη µιλ− λεννιυµ βψ τοωνσ ανδ χιτιεσ. Ν οω ινσερτ ρεαλ πεοπλε. Βιγ ρε− σερϖεσ αρε βεττερ τηαν λιττλε ονεσ, βυτ τηεψ αττραχτ πρεδατορσ. Βυιλδ ωαλλσ, οργανιζε αρµιεσ, σενδ ουτ ραιδινγ παρτιεσ. Ωιτη ηυµαν προπενσιτιεσ φορ σψµβολιζινγ, ινϖοκε δειτιεσ ασ ρεασονσ φορ δοινγ αλλ τηισ ανδ εµβελλιση τηειρ αβοδεσ ανδ τηε περθυισιτεσ οφ τηοσε νεω σπεχιαλιστσ χηοσεν το αττενδ τηεµ. Γιϖεν σοµε λεισυρε ανδ σελφ−ιµπορ− τανχε, τηοσε αττενδαντσ∏ δοµαινσ οφ δισ− χρετιον γροω. Τηεψ εξπλοιτ α σερϖιλε ποπ− υλατιον οφ τηειρ οων, ωηιλε χυλτιϖατινγ ρισινγ νυµβερσ οφ σπεχιαλιστσ ιν λεαρν− ινγ ανδ τηε αρτσ. Τηε λαττερ ιν τυρν ρειφψ τηε εντιρε εδι⇒χε ασ α διϖινελψ σανχ− τιονεδ ωορλδ. Ιτ βεχοµεσ ενδοωεδ ωιτη χυλτυραλ µονυµεντσ εµβοδψινγ ιτσ οων ριχη σψµβολισµ. Μανψ µιλλεννια λατερ τηοσε αφφιρµατιονσ οφ ετερναλ λιφε ανδ ιµπορτανχε στιλλ ⇒νδ τρεασυρεδ πλαχεσ ιν λιβραριεσ ανδ µυσευµσ. Νοω, ρεµεµβερ τηε χονστραιντσ οφ τηε συβσιστενχε σψστεµ. Ηιγηλψ προδυχτιϖε υνδερ οπτιµαλ χονδιτιονσ, ιτ ισ συβϕεχτ το υνχοντρολλαβλε ρισκσ ανδ το σαλινιζα− τιον. Ον α λεαστ−ε⇑ορτ βασισ φορ τηε χυλ− τιϖατορ, ιτ ισ πρεφεραβλψ λοω ιντενσιτψ, σηαρεσ ρισκσ ανδ λαβορ, ανδ ιντερναλιζεσ τηε χαπαχιτψ το δραω ⇓εξιβλψ αµονγ συβ− σιστενχε αλτερνατιϖεσ. Τηυσ φαϖορεδ αρε σοχιαλ αρρανγεµεντσ περµιττινγ µοβιλ− ιτψ (τοωαρδ µορε σεχυρε ωατερ ανδ µορε αραβλε λανδ) οϖερ µακινγ ιµπροϖεµεντσ τηατ ωιλλ ρεµαιν ϖυλνεραβλε βψ βεινγ τιεδ το λοχατιονσ ⇒ξεδ βψ α παρτιχυλαρ αδµινιστρατιον. Ρυραλ, σεµινοµαδιχ γρουπσ αρε ιντι− µατελψ αδαπτεδ το τηεσε χονστραιντσ. Τηειρ ιντερεστσ αρε αντιτηετιχαλ το στατε ορ υρβαν ελιτεσ τηατ ωαντ το µαξιµιζε ρεσουρχε ιντακε φορ τηειρ οων πυρποσεσ. Συχη γρουπσ αρε βεττερ σερϖεδ βψ τριβ− αλ στρυχτυρεσ οφ σολιδαριτψ βασεδ ον σηαρεδ δεσχεντ ανδ ρεχιπροχαλ οβλιγα− τιον. Ρεϖιλεδ βυτ αλσο σοµετιµεσ φεαρεδ βψ ελιτεσ φορ τηεσε ρεασονσ, τηεψ ηαϖε αλωαψσ βορνε τηε µαιν βυρδεν οφ ταξεσ ανδ ινϖολυνταρψ λαβορ. Τηειρ ινφεριορ στα− τυσ ανδ χοντινυινγ εξπλοιτατιον φεεδσ τηε ρεπρεσσιϖε χηαραχτερ οφ τηε σψστεµ. Οφ χουρσε, ρεπρεσσιϖε ρεγιµεσ αρε αλ− ωαψσ ατ ρισκ. Περτυρβατιονσ οφ ανψ κινδ, πολιτιχαλ ορ ενϖιρονµενταλ, χαν σηριϖελ τηε ρεσουρχεσ ον ωηιχη τηεψ δεπενδ φορ συπρεµαχψ. Τηε συχχεσσιον οφ ρυλερσηιπ ισ α ρεχυρρεντ χρισισ. Ιν τηισ λιγητ, τηε διστανχε βετωεεν µοδερν Ιραθ ανδ ιτσ παστ γροωσ σµαλλερ. Νοτηινγ ισ δετερµινιστιχ ορ λινεαρ ιν τηε δψναµιχσ οφ τηισ σψστεµ, ωηιχη ισ χηαραχτεριζεδ βψ στρεσσ, υνχερταιντψ ανδ χον⇓ιχτ βυτ νεϖερ βψ εθυιλιβριυµ. Λικε µανψ σοχιαλ ανδ νατυραλ σψστεµσ, ιτ ωαν− δερσ ερρατιχαλλψ τηρουγη ηιστορψ αλονγ α ριδγε βετωεεν τωο αδϕοινινγ βασινσ οφ αττραχτιον (ασ χοµπλεξιτψ τηεοριστσ σοµε− τιµεσ χαλλ τηεµ): χηαοσ ανδ ορδερ. Τηε λονγερ ιντερϖαλσ οφ πολιτιχαλ φραγµεντα− τιον, υρβαν δεχλινε ανδ τριβαλ ρεσυργενχε λεαϖε φεω ρεχορδσ ανδ µονυµεντσ ανδ ηαϖε ρεχειϖεδ ϖερψ λιττλε ηιστοριχαλ ατ− τεντιον. Ιτ ισ τηε σηορτερ ιντερϖαλσ οφ σελφ− ασσερτεδ σπλενδορ ατ τηε ηιδδεν χοστ οφ ηαρσηλψ ιµποσεδ χεντραλιζατιον τηατ τοο οφτεν αρε τακεν το ρεπρεσεντ τηε ωηολε. Λοχαλ χιρχυµστανχεσ τηατ µαψ ηαϖε σηαπεδ ηιστορψ νο λονγερ εξχυσε τψραν− νψ ασ τηειρ µοδερν ουτγροωτη. Γλαχιαλ− λψ, περηαπσ, ασ αν αϖαλανχηε οφ ιντερ− χουρσε ανδ ινφορµατιον εροδεσ βουνδ− αριεσ οφ αλλ κινδσ, τηε ωορλδ ισ εδγινγ τοωαρδ α χοµµον στανδ αγαινστ τηε µορε εξτρεµε φορµσ οφ ιντερναλ ρεπρεσ− σιον ασ ωελλ ασ εξτερναλ αγγρεσσιον. Ψετ αλλ οφ υσ ωιλλ χοντινυε το λιϖε ωιτη εϖερ γροωινγ ηιεραρχηιεσ ανδ χοµπλεξιτιεσ οφ οργανιζατιον∇χονϖενιεντ βυ⇑ερσ αγαινστ α δετεριορατινγ ενϖιρονµεντ, ωιδενινγ σοχιαλ ανδ εχονοµιχ γυλφσ ανδ ινχρεασινγλψ γραϖε υνχερταιντιεσ οφ µανψ κινδσ τηατ αρε µοστλψ οφ ουρ οων µακ− ινγ. Ιτ µαψ βε ωελλ το κεεπ ιν µινδ τηισ εξαµπλε οφ τηε λονγ−τερµ ρισκ. ΡΟΒΕΡΤ ΜχΧ. Α∆ΑΜΣ ωασ προφεσσορ οφ αντηροπολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηι− χαγο βεφορε βεχοµινγ σεχρεταρψ οφ τηε Σµιτησονιαν Ινστιτυτιον ιν 1984. Copyright 1994 Scientific American, Inc.
© Copyright 2024 Paperzz
![PathoDxtra EN Extraction Reagents [EL]](http://s3.paperzz.com/store/data/005197268_1-df17f7f75aac79943f4a19223c5a9735-250x500.png)
