在地球上能够与我们的国宝大熊猫比萌的动物，非企鹅莫属。企鹅不仅仅是南极科考人的宠儿，对于旅游者来说，去南极如果没有看到企鹅，那实在等于没有去过南极。1998年我有幸参加了中国第15次南极长城站考察，在菲尔德斯半岛考察了100天，那是一段令人难以忘怀的经历，通过对企鹅和企鹅粪土层的研究，我们开启了一扇认识过去近2万年以来企鹅生态历史的窗户，那里头有许多美丽的风景。给企鹅“看病”是我们研究工作中的一段花絮。

　　企鹅步态有点异常

　　企鹅是鸟类，有翅膀，却不会飞翔。它们身披黑色斗篷，头顶黑色礼帽，从胸前到腹部的羽毛都是白色的，像是挂着拖地的白色餐巾，随时准备参加宴会。不同种属的企鹅又各有不同：金图企鹅涂抹着鲜红的“口红”;南极企鹅(又称帽带企鹅)系着黑色的“帽带”;帝企鹅腮帮上搽着鹅黄色“胭脂”，它们身材高大，成年帝企鹅身高可达90~120厘米甚至更高，哪怕是幼崽，也有一番王者气概。

　　企鹅在大海中游起来，那速度、那矫健的身姿真是令人叹服。它们有时还嫌自己游得不够快，作飞鱼腾空状，以45度角向上向前跃起，再自由落下，完成一个完美的抛物线。一群企鹅挤在一起时，你追我赶的阵势相当壮观。

　　在冰原雪地上，企鹅从来不会因自己那圆滚滚的身材惭愧，总是傲然地昂首挺胸，走起路来摇头晃脑，旁若无人地向前遥望，样子有些像京剧舞台上的官老爷，从容自信、不紧不慢地踱着方步。刚从海上登陆的企鹅更有一番王者归来的气势，踏波逐浪一路小跑，很是威风。有些遗憾的是，企鹅的腿很短，好像没有关节，在雪地上走起路来直挺挺的，身子左右摇晃着向前移动，看起来是萌萌的，却显得好像有点残疾。这一点似乎是企鹅小小的缺陷，却也因此让人平添了几分对它们的怜爱和关注。

　　在南极，观察与欣赏鸟儿的千姿百态真是极大的享受。你看：小贼鸥走起路来迈着小碎步，真像是穿着和服的日本女人，行走起来轻巧灵动;成年贼鸥行动起来，东张西望，行走自如;南极燕鸥在空中裁风剪云，落地时收起翅膀，走起路来却像个孩子似的蹦蹦跳跳。比较起来，企鹅的步态就没有那么自然了。企鹅与众鸟不同，虽然看起来很萌，但总是有点另类。企鹅这种不合常规的走态背后，有什么不同寻常的道理吗?

　　我突发奇想：这会不会是在南极这种极端严寒的气候条件下，企鹅由于不能飞翔，经年累月在冰原雪地上行走而冻出来的一种病态姿势呢?这种猜想完全没有根据，但是，研究常常就是从直觉和猜想起步的。好奇心或许就是直觉和猜想的第一推动力。

　　苔藓含高氟的启迪

　　这个奇想也不完全是凭空冒出来的，另外一个谜团诱导了我的这个猜想。此前在分析南极半岛长城站区苔藓的元素含量时，我注意到一个现象：比起被子植物的叶片，苔藓中的氟元素含量特别高。我百思不得其解。后来我又发现，阿德雷岛企鹅粪土沉积物中氟元素的含量也超高，远远超出了土壤的背景值。氟是企鹅粪土的标志性元素。企鹅的食料磷虾中含有很高的氟，所以在其粪便中有大量的氟排出，也就不奇怪了。

　　苔藓是喜湿的，偏好生长在有营养的土壤上。在查阅生物学教科书时，我注意到氟有个特别的作用，它能抑制细胞的分裂速度。南极苔藓这种低等植物为了在极端寒冷的情况下减少能量消耗，应该要限制自己的新陈代谢速度。这在理论上可以解释得通。有丰富的氟供给，自身又有需求，将氟收入囊中，苔藓何乐不为呢?

　　苔藓在中低纬度的热带和温带地区也同样存在，它在暖热的气候条件下，更应该降低新陈代谢的速度，即便土壤中氟的背景丰度不高，苔藓的氟含量也应该偏高才对。为了证明这一点，我们采集了浙江朱家尖岛上的苔藓，经过测试，其全氟浓度比南极苔藓低得多，但是比被子植物还是高很多。苔藓的生长虽然要依赖高氟，但是在土壤氟含量很低的地区，“供给侧”出了问题，苔藓就难以吸收太多的氟了。

　　低等植物苔藓富氟的事实表明，这是它们亿万年来在不同路径上几乎不进化的原始特征，似乎与气候冷暖变化无关。苔藓对外部环境变化保持着“冷漠”，极简约的器官保证了生存和繁衍的最低门槛，氟的富集大大减低了能量交换的速度。苔藓能够在恶劣的环境下忍饥受冻，对环境的要求极低，所以能挺过严酷的冰期、大暖期和干旱期，这使得它们得以在地球上存在了近5亿年。最早的苔藓孢子在距今4亿多年前的奥陶纪就已经大量出现了。在千变万化的环境变迁中，苔藓以不变应万变，即便有变化，也是微不足道的。所以它们能够经久不衰，而那些在3.5亿年前泥盆纪高度发达的巨大的石松类植物(如鳞木)早已绝灭了，侏罗纪的恐龙属种更是更替频繁。

　　在地球历史的长河中，那些善于投机的、对环境特别敏感并且快速适应变化的生物都成了地球上来去匆匆的过客。原因是，对环境特别敏感的、适应和进化特别快的生物，一旦环境发生变化，这些“精致的利己主义者”就变得特别地不适应，从而很快绝灭了。这真是对“精致”和“过度进化”的绝妙讽刺。

　　在南极这样的恶劣环境下，苔藓要在雪层下生活8~9个月，更需要在冬眠的状态下生存。如果没有高含量的氟来抑制新陈代谢，那么一旦过度消耗能量，苔藓就很难生存下来。氟对苔藓生长繁衍的重要性毋庸置疑，那么，企鹅粪中的高氟会不会预示企鹅体内有超高的氟含量呢?过量的氟会导致氟骨病。这个常识告诉我，企鹅体内的氟是特别需要关注的问题。

　　企鹅患了氟骨病吗

　　过去的研究表明，动物吸收的氟只有一半排出体外，另一半保存在体内，特别是骨骼中。企鹅粪中的氟含量已经很高了，那么，企鹅骨骼中的氟含量应该也很高，而过量的氟有可能导致企鹅患氟骨病。氟骨病的主要症状是关节僵直、骨骼变形、腰腿关节疼痛。根据企鹅的异常行走姿态和骨骼可能的高氟，很容易推测企鹅可能患了氟骨病。我似乎为企鹅特别的行走方式找到了一个解释。

　　为了证实这个假定，第一步就是分析企鹅骨骼的氟含量，为了对比，我们同时分析了贼鸥骨骼的氟含量。6个企鹅骨骼样品的氟含量为6400~9000微克/克，6个贼鸥骨骼样品的氟含量平均是832.15微克/克：企鹅确实有骨氟含量异常的问题!

　　人体骨骼的正常氟含量是500~1000微克/克，如果超过3500微克/克则会患氟骨病。家鹅骨骼的正常氟含量是400~1220微克/克，当氟含量达到3500微克/克，就会出现氟中毒症状。人或家禽的骨氟浓度如果达到企鹅的水平，肯定会遭受氟中毒，那么企鹅能够幸免吗?

　　从企鹅的淡定和从容中似乎看不到病态，但是，企鹅骨骼中异乎寻常的高氟实在令人不得不为它们担忧，同时其中也有令我们鼓舞的一面，因为它可能导致一个新的发现：企鹅患了氟骨病。同样生活在南极的贼鸥，其骨骼的氟浓度在正常的范围内，这似乎可以解释企鹅与贼鸥为什么行走方式不同。通过这样的对比和已有的数据，我们可以写出一篇文章《企鹅患了氟骨病吗?》。用骨骼高氟或者可能患了氟骨病来解释企鹅行走时的腿骨僵直，这是一个好主意。

　　我们似乎找到了企鹅行走姿态异常的原因。当时我并没有意识到，我把发现自然奥秘的快感建立在寄希望于企鹅患氟骨病的痛苦上，回想起来，这多少有点居心不良。好在这种名利场上的阴影没有公开，也没有造成任何不良后果。

　　企鹅没有患氟骨病

　　“企鹅患了氟骨病吗?”一开始，我想用这个标题在学术刊物上发一篇短文。再一想，为什么不用感叹号来代替问号呢?“企鹅患了氟骨病!”如果我们能够证明企鹅这个南极最重要的生物群落普遍得了病，我们甚至可以起一个更加震撼和伪善的标题：“救救企鹅，企鹅患了氟骨病!”这将是一个多么有诱惑力的科学发现!

　　不过，我们应该深入研究下去。理智告诉我们，不能仅仅根据骨骼中氟的含量来确认企鹅得病了，这需要病理学的严谨证据。我们不是医生，也不是生物学家，很难做出合理可信的诊断。为此，我们求助于氟骨病专家。

　　当那位专家看到我们提供的骨骼氟含量时，大吃一惊，马上打电话询问我们这是什么动物的骨头。为了暂时保密，我们告诉他，可能是鹅的骨头。我们没有说假话，企鹅的名字里也有“鹅”，但真话没有全说。他说如果是鹅骨，几乎可以肯定是氟中毒了，并连忙追问它来自什么地区，我们含糊其辞地回避了这个问题。接着，他给我们解释：如果要确诊氟骨病，一定要对骨骼本身进行X光拍片鉴定。

　　值得庆幸的是：我的大弟子——博士生谢周清在中山站考察时获得了一具企鹅的骨架，那是被海豹袭击后留下的遗体。我们拍摄了企鹅椎骨、股骨和胫骨等不同部位的X 光片，诊断结果出来了。我们的心情真是五味杂陈。

　　首先，企鹅没有患氟骨病。企鹅椎骨、股骨和胫骨纹理都很清晰、规整，骨质密度正常，骨周围软组织无骨化。不必为企鹅家族的健康操心了，这是值得庆幸的。另一方面，“心怀叵测”的我们遗憾地放下了“不良”的居心。现在，我们只能写一篇文章，标题是：“企鹅没有患氟骨病!”虽然这也是一个研究成果，但是意义大不相同了，研究工作到此似乎就该告一个段落了。

　　可是，心还是放不下来，我仍然感到有些困惑：企鹅为什么没有患氟骨病呢?这个从感叹号到问号的回归又激发了我继续探索的热情和兴趣。这就是科学研究的魅力。它总是在不经意间，在问题的引导下，将我们带入新的境界。

　　企鹅为什么没有患氟骨病

　　为了探索企鹅骨骼中的高氟及企鹅未患氟骨病的机理，我给我的博士生尹雪斌提出了一个新的课题：深入研究氟在企鹅骨骼分子化合物中不同的存在状态。他查阅资料后得知，氟骨病患者体内的氟通常包括有机氟和无机氟两种形式。他测量了企鹅翅骨和翅骨关节全氟含量，又分别测量了有机氟与无机氟的含量。无机氟与有机氟的浓度加和的结果与全氟结果近似相等，表明测试方法是可靠的。结果如下：

　　从测试结果可见，企鹅骨骼中近2/3的氟是以有机形态存在的。尽管企鹅骨骼中的氟含量异常高，但X光诊断未发现任何氟骨病症状。这可能反映了企鹅对氟毒性具有较高的拮抗能力。如果能够认识这种能力，不是有助于治疗氟骨病吗?当然，我们还要考虑这样一种可能：是否存在不致病的含氟的分子形态呢?

　　调研前人的研究结果才知道，骨骼的主要成分是羟基钙磷灰石，晶胞结构属六方晶系，氟骨病发病的根源在于无机氟离子取代了羟基钙磷灰石中的羟基(OH)，引起钙磷灰石结晶度增大，骨质增生。对临床病例的调查也发现，氟骨病的发病率与无机氟暴露水平、暴露时间紧密相关，但与有机氟无关。在中国贵州有些山村，由于冬季室内燃烧高氟煤，空气不流通，无机氟浓度可达11~155微克/米3，高出国家标准值好几倍，这导致了氟骨病流行。可见，过量的无机氟才是导致氟骨病的罪魁祸首。

　　对企鹅骨骼进行X射线衍射分析，特别是红外光谱和电子能谱分析为此提供了证据。与人造羟基钙磷灰石X射线衍射图谱对比表明，企鹅骨骼的结晶主要成分为羟基钙磷灰石。原来，企鹅骨骼中的有机氟未进入羟基钙磷灰石的晶体格架中，是无害的氟!

　　问题没有终结

　　好了，企鹅没有患氟骨病的原因找到了!企鹅骨骼中无机氟的含量尚没有达到患氟骨病的水平。现在可以确认，企鹅似乎笨拙的走步姿态与骨氟含量无关，该给腿骨中的氟平反昭雪了!我们的文章发表在知名的国际学术期刊《极地生物学》(Polar Biology)上，但是，我们没能解决一开始提出的问题：企鹅为啥在南极“T型台”上这样走步?有趣的是，生态学家和生物学家没有解决的问题，被力学家解决了。

　　几年后，和我们一样关心企鹅走步的几位西方学者，从力学的角度，经过机械模拟和计算证明，企鹅在雪地上行走的姿态比起其他鸟类的步态更省力，当然就更节省能量。还有什么比在南极减少能量消耗更重要的行动?显然，企鹅为此付出步态滑稽的代价还是值得的，好在这无伤大雅，还有点呆萌。他们的文章发表在国际权威杂志《自然》上，它证明了企鹅走的是《天鹅湖》舞步，那真是泰然自若，浑然天成，悠然自得，美不胜收!

　　我们关心的问题似乎都解决了，不过，我还在设想，能不能深入研究下去，选择适当的食物添加剂，把骨骼中的无机氟转化成有机氟或者把无机氟排泄出去呢?如果这些研究成功了意义会更大，那不仅是发表一篇论文，更可以减少或者根除氟骨病患者的痛苦。那才是一个震撼的感叹号呢!

　　作为研究极地生态的学者，我深感问题远没有终结。两百年来地球自然景观和水土气的迅速改变正在继续证明：有病的不是企鹅，而是貌似走在文明高峰上不爱惜环境的人们。

　　文/孙立广

本文来自《科学画报》