Σεαρχηινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Α γλιµπσε ατ ηοω σεξ εϖολϖεδ. Τηε ωαρ ον χανχερ: ιτ σ βεινγ λοστ.

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Σεαρχηινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Α γλιµπσε ατ ηοω σεξ εϖολϖεδ. Τηε ωαρ ον χανχερ: ιτ σ βεινγ λοστ."

Transcript

1 ϑανυαρψ Σεαρχηινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Α γλιµπσε ατ ηοω σεξ εϖολϖεδ. Τηε ωαρ ον χανχερ: ιτ σ βεινγ λοστ. Αν εϖεν βρεακ οφ τηε ραχκ χρεατεσ αν ιντραχταβλε προβλεµ: χαλχυλατινγ τηε πατησ τηε βαλλσ ωιλλ τακε. Copyright 1993 Scientific American, Inc.

2 ϑανυαρψ 1994 ςολυµε 270 Νυµβερ 1 64Β Ωετλανδσ ϑον Α. Κυσλερ, Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑοσεπη Σ. Λαρσον Ωετλανδσ σερϖε ασ ινχυβατορσ φορ αθυατιχ λιφε ανδ σηελτερ ηιγηερ γρουνδ φροµ τιδεσ, ωαϖεσ ανδ οοδινγ. Βυτ τηεσε χοµπλεξ ανδ ϖαριεδ αρεασ αρε ενδανγερεδ βψ τηε δεµανδ φορ ρεαλ εστατε, χονστρυχτιον σιτεσ ανδ χροπλανδ. Α πολιχψ τηατ ρεχον χιλεσ σοχιετψ σ εντρεπρενευριαλ ενδεαϖορσ ωιτη ιτσ νεεδ φορ ινταχτ ωετλανδσ ρεθυιρεσ αν υνδερστανδινγ οφ τηεσε ϖιταλ εχοσψστεµσ. 72 Τηε Σεαρχη φορ Στρανγε Ματτερ Ηενρψ ϑ. Χραωφορδ ανδ Χαρστεν Η. Γρεινερ Προτονσ ανδ νευτρονσ φορµ ιντο ατοµιχ νυχλει ορ νευτρον σταρσ. Ιν βετωεεν, τηερε ισ νοτηινγ. Νυχλεαρ µαττερ δοεσ νοτ σεεµ το ασσεµβλε ιτσελφ ιντο οβϕεχτσ τηατ οχ χυπψ τηε ρανγε οφ σιζεσ βετωεεν τηεσε εξτρεµεσ. Ψετ τηε λαωσ οφ πηψσιχσ δο ιν φαχτ περµιτ θυαρκσ (τηε παρτιχλεσ φροµ ωηιχη προτονσ ανδ νευτρονσ αρε µαδε) το ϕοιν τογετηερ το µακε υπ οβϕεχτσ λαργερ τηαν νυχλει βυτ σµαλλερ τηαν νευτρον σταρσ. 78 Τηε Τοξινσ οφ Χψανοβαχτερια Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ Χψανοβαχτερια, φαµιλιαρ ασ α φορµ οφ πονδ σχυµ, χαν βε ηαζαρδουσ ορ βενε χιαλ, δεπενδινγ ον ηοω ονε αππροαχηεσ τηε στυ. Ασ τηεψ µεταβολιζε, τηε µιχροσχοπιχ σινγλε χελλ οργανισµσ προδυχε προτεινσ ανδ οτηερ χοµπουνδσ. Τηεσε σεχονδαρψ µεταβολιτεσ ινχλυδε ποτεντ ποισονσ τηατ χαν φελλ χαττλε ανδ οτηερ δοµεστιχ ανι µαλσ. Βυτ τηεψ µιγητ βε χο οπτεδ ασ πηαρµαχευτιχαλ αγεντσ. 102 Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι Μανψ ιµπορταντ µατηεµατιχαλλψ ποσεδ προβλεµσ ιν σχιενχε, ενγινεερινγ ανδ τηε νανχιαλ σερϖιχεσ ινδυστρψ αρε χοµπυτατιοναλλψ ιντραχταβλε. Τηατ ισ, τηερε χαν νεϖερ βε ενουγη χοµπυτερ τιµε το σολϖε τηεµ. Βυτ νεω ρεσυλτσ ινδιχατε σοµε οφ τηε προβ λεµσ χαν βε σολϖεδ ιφ ονε σεττλεσ φορ α σολυτιον µοστ, βυτ νοτ αλλ, οφ τηε τιµε. Τηε αυτηορσ αλσο συγγεστ τηερε µιγητ βε προϖαβλε λιµιτσ το σχιεντι χ κνοωλεδγε. 108 Ανιµαλ Σεξυαλιτψ αϖιδ Χρεωσ Ανιµαλσ ηαϖε εϖολϖεδ α ϖαριετψ οφ µεχηανισµσ φορ διχτατινγ τηε διϖισιον ιντο µαλε ανδ φεµαλε. Ιν ηυµανσ ανδ οτηερ µαµµαλσ, χηροµοσοµεσ δετερµινε γενδερ. Ιν οτηερ σπεχιεσ, σεξ ισ χοντρολλεδ βψ τεµπερατυρε ορ εϖεν τηε σοχιαλ ενϖιρονµεντ. Ανδ ιν α φεω ινστανχεσ, ινχλυδινγ α σπεχιεσ οφ λιζαρδ, αλλ ινδιϖιδυαλσ αρε φεµαλε. Α νεω φραµεωορκ φορ υνδερστανδινγ τηε οριγιν ανδ φυνχτιον οφ σεξυαλιτψ ισ συγγεστεδ. 4

3 Scientific American (ISSN ), published monthly by Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y Copyright 1994 by Scientific American, Inc. All rights reserved. Printed in the U.S.A. No part of this issue may be reproduced by any mechanical, photographic or electronic process, or in the form of a phonographic recording, nor may it be stored in a retrieval system, transmitted or otherwise copied for public or private use without written permission of the publisher. Second-class postage paid at New York, N.Y., and at additional mailing offices. Authorized as second-class mail by the Post Office Department, Ottawa, Canada, and for payment of postage in cash. Canadian GST No. R Subscription rates: one year $36 (outside U.S. and possessions add $11 per year for postage). Subscription inquiries: U.S. and Canada ; other Postmaster: Send address changes to Scientific American, Box 3187, Harlan, Iowa Reprints available: write Reprint Department, Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y , or fax: (212) Ωορλδ Λινγυιστιχ ιϖερσιτψ Χολιν Ρενφρεω Εϖιδενχε φροµ λινγυιστιχσ, αρχηαεολογψ ανδ γενετιχ στυδιεσ ρεϖεαλσ α παττερν οφ εϖολυτιον ιν λανγυαγεσ. Τοδαψ σ µανψ τονγυεσ σεεµ ροοτεδ ιν α φεω ανχιεντ ονεσ τηατ σπρεαδ βψ χονθυεστ, τηε αγριχυλτυραλ ρεϖολυτιον, τηε οχχυπατιον οφ ϖιργιν λανδσ ανδ τηε δισπερσαλ οφ ποπυλατιονσ βψ χλιµατιχ χηανγε. 124 Τηε Φιρστ ατα Νετωορκσ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν ανδ Βϕ ρν Πεηρσον Ειγητεεντη χεντυρψ ωιρελεσσ νετωορκσ υσεδ οπτιχαλ µετηοδσ το τρανσµιτ µεσσαγεσ. Λινεσ οφ σεµαπηορε στατιονσ σπαννεδ βοτη ρεϖολυτιοναρψ Φρανχε ανδ µοναρχηιχαλ Σωεδεν. Τηεψ οπερατεδ φροµ τηε λατε 18τη χεντυρψ τηρουγη τηε 19τη χεντυρψ. Τηειρ χοδεσ πρεσαγεδ µανψ σοπηιστιχατεδ στρατεγιεσ υσεδ το τρανσµιτ δατα τοδαψ. 130 ΤΡΕΝ Σ ΙΝ ΧΑΝΧΕΡ ΕΠΙ ΕΜΙΟΛΟΓΨ Α Ωαρ Νοτ Ωον Τιµ Βεαρδσλεψ, στα ωριτερ Τωεντψ ϖε ψεαρσ αγο τηε Υ.Σ. δεχλαρεδ ωαρ ον χανχερ. Σινχε τηεν, βιλλιονσ οφ δολλαρσ ηαϖε βεεν σπεντ το συππορτ τενσ οφ τηουσανδσ οφ ρεσεαρχηερσ. Συργερψ, ραδιατιον ανδ χηεµοτηεραπψ ηαϖε βεεν πυσηεδ το τηειρ λιµιτσ. Βριλλιαντ ινσιγητσ ηαϖε βεεν γαινεδ. Ανδ τηε επιδεµιχ σωεεπσ φορωαρδ. Απαρτ φροµ ρεαλ προγρεσσ ιν χοντρολλινγ σοµε ϖαριετιεσ, οτηερσ ρεµαιν νο µορε τρεαταβλε τηαν τηεψ ωερε 20 ψεαρσ αγο. ΕΠΑΡΤΜΕΝΤΣ 17 Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν 142 Βιοωαρ ωαρσ... Τυρνινγ τηε ΝΑΣΑ βαττλεσηιπ... αρκ µαττερ δισχοϖερεδ?... Χηιλλινγ ουτ... Ηοτ συ περχονδυχτορσ... ΕΘ, πηονε ηοµε... ιοξιν σ σµοκινγ γυν... Βιτινγ τηε βαρκ... ΠΡΟΦΙΛΕ: Αν αλλ τοο ηυµαν Αλβερτ Εινστειν. Σχιενχε ανδ Βυσινεσσ Ρεσεαρχη ιν ρεχεσσιον, τηε Τοκψο τουχη... Σεεινγ τηε λιγητ... Φισηψ τεχηνολογψ... Ηερε χοµεσ βιοτρον ιχσ... Γερµανιυµ ον λινε... ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ: Ωαφτψ ΝΑΦΤΑ µοδελσ προδυχε φυτυρε σχηλοχκ Λεττερσ το τηε Εδιτορσ Προοφ λιϖεσ! Ρεαδ αλλ αβουτ ιτ!... Εξτρατερρεστριαλ ινσπιρατιον. 50 ανδ 100 Ψεαρσ Αγο 1894: Ωηψ ηυµαν βεινγσ τενδ το σινκ ρατηερ τηαν σωιµ. Ματηεµατιχαλ Ρεχρεατιονσ Αν ινϖιτατιον το α ωιλδ εϖενινγ οφ κνοτσ, λινκσ ανδ ϖιδεοταπε. Βοοκ Ρεϖιεωσ Τηε βεαυτψ οφ βριδγεσ... Ραινβοωσ, τωιλιγητ ανδ σταρσ... Ανχιεντ χελλσ. Εσσαψ: Γεοργε Μονβιοτ Τηε ρεαλ τραγεδψ οφ τηε χοµµονσ: α χατχηπηρασε ρεεξαµινεδ. Copyright 1995 Scientific American, Inc. 5

4 ΤΗΕ ΙΛΛΥΣΤΡΑΤΙΟΝΣ 64Β Στεπηεν Φερρψ/Ματριξ Ροβερτο Οστι 70 Χινδψ Πελεσχακ/Σουτη Φλοριδα Ωατερ Μαναγεµεντ ιστριχτ Χηριστοπηερ Βυρκε; Θυεσα δα/βυρκε Πηοτογραπηψ (τοπ), Μιχηαελ Γοοδµαν (βοττοµ) 74 Εδωαρδ Βελλ Μιχηαελ Γοοδµαν Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ 81 Α. Σ. αβηολκαρ, Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ (λεφτ), ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ (ριγητ) 82 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ 84 Α. Σ. αβηολκαρ (τοπ), ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ (βοττοµ) 86 Συσηµιτα Γηοση, Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ (τοπ), Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ (βοττοµ) Μιχηαελ Χραωφορδ Σπασσιµιρ Η. Πασκοϖ, Χολυµβια Υνιϖερσιτψ (τοπ), ΥΠΙ/ Βεττµανν (βοττοµ) 106 Μιχηαελ Χραωφορδ 107 Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον Πατριχια ϑ. Ωψννε 110 Πατριχια ϑ. Ωψννε (τοπ), Λισα Βυρνεττ (βοττοµ) 111 Γορδον Ακωερα/ϑΣ 112 αϖιδ Χρεωσ ΤΗΕ ΧΟςΕΡ πηοτογραπη σερϖεσ ασ α µετα πηορ: εξτρεµε χοµπλεξιτψ βεχαυσε οφ α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Τηε 16 χαροµινγ ανδ σπιννινγ βιλλιαρδ βαλλσ ρενδερ ιτ αλµοστ ιµ ποσσιβλε το χαλχυλατε τηε δψναµιχσ οφ τηε βρεακ. Ιν φαχτ, σολυτιονσ το µανψ µυλτιϖαρι ατε προβλεµσ ωουλδ ρεθυιρε µιλλιονσ οφ ψεαρσ οφ συπερχοµπυτινγ τιµε. Βυτ νεω τηε ορεµσ ινδιχατε τηατ ιντραχταβλε προβλεµσ χαν βε σολϖεδ, ασ λονγ ασ ονε σεττλεσ φορ ωηατ ηαππενσ µοστ, βυτ νοτ αλλ, οφ τηε τιµε (σεε Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ, βψ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι, παγε 102). Χοϖερ πηοτογραπη βψ Ριχηαρδ Μεγνα, Φυνδαµενταλ Πηοτογραπησ Παγε Σουρχε Παγε Σουρχε 113 Λισα Βυρνεττ (τοπ), Παυλινε Ι. Ψαηρ (βοττοµ) 114 Μ. Λ. Εαστ ανδ Η. Ηοφερ (λεφτ), Σ. Γ. Ηοφφµαν (ριγητ) 117 Πατριχια ϑ. Ωψννε ιµιτρψ Σχηιδλοϖσκψ ϑοηννψ ϑοηνσον 123 Ρ υνιον δεσ Μυσ εσ Νατιοναυξ, Παρισ 124 Χουρτεσψ οφ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν 125 Στεϖεν Μυρεζ/Βλαχκ Σταρ 126 Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ 127 Γαβορ Κισσ 128 Χουρτεσψ οφ Γεραρδ ϑ. Ηολζµανν 129 Τελεϖερκετ Τρψχκ & Βιλδ 131 Βερωψν ΜΡΙ Χεντερ/Τονψ Στονε Ιµαγεσ 132 ϑοηννψ ϑοηνσον 133 Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε 134 ϑοηννψ ϑοηνσον Χηρισ Υσηερ/Βλαχκ Σταρ 137 ϑοηννψ ϑοηνσον 138 ϑεαν Λουισ Ατλαν/Ματριξ 152 Ανδρεω Χηριστιε 153 Μιχηαελ Γοοδµαν 154 Γεοµετρψ Χεντερ, Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα Εσταβλισηεδ 1845 Ε ΙΤΟΡ: ϑονατηαν Πιελ ΒΟΑΡ ΟΦ Ε ΙΤΟΡΣ: Μιχηελλε Πρεσσ, Μαναγινγ Εδιτορ ; ϑοην Ρεννιε, Ασσοχιατε Εδιτορ; Τιµοτηψ Μ. Βεαρδσλεψ; Ω. Ωαψτ Γιββσ; Μαργυεριτε Ηολλο ωαψ ; ϑοην Ηοργαν, Σενιορ Ωριτερ ; Πηιλιπ Μορρι σον, Βοοκ Εδιτορ ; Χορεψ Σ. Ποωελλ; Πηιλιπ Ε. Ροσσ; Ριχκι Λ. Ρυστινγ; Γαρψ Στιξ ; Παυλ Ωαλλιχη; Πηιλιπ Μ. Ψαµ ΑΡΤ: ϑοαν Σταρωοοδ, Αρτ ιρεχτορ ; Εδωαρδ Βελλ, Αρτ ιρεχτορ, Γραπηιχσ Σψστεµσ; ϑεσσιε Νατηανσ, Ασσοχιατε Αρτ ιρεχτορ; ϑοηννψ ϑοηνσον, Ασσισταντ Αρτ ιρεχτορ, Γραπηιχσ Σψστεµσ; Νισα Γελλερ, Πηο τογραπηψ Εδιτορ; Λισα Βυρνεττ, Προδυχτιον Εδιτορ ΧΟΠΨ: Μαρια Χηριστινα Κελλερ, Χοπψ Χηιεφ; Νανχψ Λ. Φρειρειχη; Μολλψ Κ. Φρανχεσ; ανιελ Χ. Σχηλενο ΠΡΟ ΥΧΤΙΟΝ: Ριχηαρδ Σασσο, ςιχε Πρεσιδεντ, Προδυχτιον; Ωιλλιαµ Σηερµαν, Προδυχτιον Μαν αγερ ; Μαναγερσ: Χαρολ Αλβερτ, Πριντ Προδυχτιον; ϑανετ Χερµακ, Θυαλιτψ Χοντρολ; Τανψα εσιλϖα, Πρεπρεσσ; Χαρολ Ηανσεν, Χοµποσιτιον; Μαδελψν Κεψεσ, Σψστεµσ; Εριχ Μαρθυαρδ, Σπεχιαλ Προϕεχτσ; Λεο ϑ. Πετρυζζι, Μανυφαχτυρινγ & Μακευπ; Αδ Τρα χ: Χαρλ Χηερεβιν ΧΙΡΧΥΛΑΤΙΟΝ: Λορραινε Λειβ Τερλεχκι, Ασσοχιατε Πυβλισηερ/Χιρχυλατιον ιρεχτορ; Κατηερινε Ροβολδ, Χιρχυλατιον Μαναγερ; ϑοαννε Γυραλνιχκ, Χιρχυλα τιον Προµοτιον Μαναγερ ; Ροσα αϖισ, Φυλ λλµεντ Μαναγερ Α ςερτισινγ: Κατε οβσον, Ασσοχιατε Πυβλιση ερ/αδϖερτισινγ ιρεχτορ. ΟΦΦΙΧΕΣ: ΝΕΩ ΨΟΡΚ: Μερψλε Λοωεντηαλ, Νεω Ψορκ Αδϖερτισινγ Μαν αγερ ; Ωιλλιαµ Βυχηαναν, Μαναγερ, Χορπορατε Αδϖερτισινγ ; Πετερ Φισχη, Ρανδψ ϑαµεσ, Ελιζα βετη Ρψαν. Μιχηελλε Λαρσεν, ιρεχτορ, Νεω Βυσι νεσσ εϖελοπµεντ. ΧΗΙΧΑΓΟ: 333 Ν. Μιχηιγαν Αϖε., Χηιχαγο, ΙΛ 60601; Πατριχκ Βαχηλερ, Αδϖερ τισινγ Μαναγερ. ΕΤΡΟΙΤ: 3000 Τοων Χεντερ, Συιτε 1435, Σουτη ελδ, ΜΙ 48075; Εδωαρδ Α. Βαρτλεψ, ετροιτ Μαναγερ. ΩΕΣΤ ΧΟΑΣΤ: 1554 Σ. Σεπυλϖεδα Βλϖδ., Συιτε 212, Λοσ Ανγελεσ, ΧΑ 90025; Λισα Κ. Χαρδεν, Αδϖερτισινγ Μαναγερ ; Τονια Ωενδτ. 235 Μοντγοµερψ Στ., Συιτε 724, Σαν Φρανχισχο, ΧΑ 94104; Λιαννε Βλοοµερ. ΧΑΝ Α Α: Φενν Χοµπανψ, Ινχ. ΑΛΛΑΣ: Γρι τη Γρουπ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓ ΣΕΡςΙΧΕΣ: Λαυρα Σαλαντ, Μαρκετινγ ιρεχτορ; ιανε Σχηυβε, Προµοτιον Μαναγερ; Μαρψ Σαδλιερ, Ρεσεαρχη Μαναγερ ; Ετηελ. Λιττλε, Αδϖερτισινγ Χοορδινατορ ΙΝΤΕΡΝΑΤΙΟΝΑΛ: ΕΥΡΟΠΕ: Ροψ Εδωαρδσ, Ιντερ νατιοναλ Αδϖερτισινγ Μαναγερ, Λονδον; ςιϖιεννε αϖιδσον, Λινδα Καυφµαν, Ιντερµεδια Λτδ., Παρ ισ; Καριν Οη, Γρουπε Εξπανσιον, Φρανκφυρτ; Βαρτη αϖιδ Σχηωαρτζ, ιρεχτορ, Σπεχιαλ Προϕ εχτσ, Αµστερδαµ. ΣΕΟΥΛ: Βισχοµ, Ινχ. ΤΟΚΨΟ: Νικκει Ιντερνατιοναλ Λτδ.; ΣΙΝΓΑΠΟΡΕ: Ηοο Σιεω Σαι, Μαϕορ Μεδια Σινγαπορε Πτε. Λτδ. Α ΜΙΝΙΣΤΡΑΤΙΟΝ: ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ., Πυβλισηερ ; Μαριε Μ. Βεαυµοντε, Γενεραλ Μαναγερ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ΙΝΧ. 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ, ΝΨ (212) ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΑΝ ΧΗΙΕΦ ΕΞΕΧΥΤΙςΕ ΟΦΦΙΧΕΡ: ϑοην ϑ. Ηανλεψ ΧΟ ΧΗΑΙΡΜΑΝ: ρ. Πιερρε Γερχκενσ ΧΟΡΠΟΡΑΤΕ ΟΦΦΙΧΕΡΣ: Πρεσιδεντ, ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ.; Χηιεφ Φινανχιαλ Ο χερ, Ρ. ςινχεντ Βαργερ ; ςιχε Πρεσιδεντσ, Ροβερτ Λ. Βιεωεν, ϑονατηαν Πιελ ΙΡΕΧΤΟΡ, ΕΛΕΧΤΡΟΝΙΧ ΠΥΒΛΙΣΗΙΝΓ: Μαρτιν Παυλ ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΕΜΕΡΙΤΥΣ: Γεραρδ Πιελ 8 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΠΡΙΝΤΕ ΙΝ Υ.Σ.Α.

5 ΛΕΤΤΕΡΣ ΤΟ ΤΗΕ Ε ΙΤΟΡΣ Ματη Αβυσε Τοδαψ σ τελεϖισιον ανδ µοϖιε προ δυχερσ βελιεϖε ϖιολενχε ανδ δεατη αρε νεχεσσαρψ ινγρεδιεντσ φορ τηειρ προδ υχτσ. Τηε τιτλε ανδ τηεµε οφ Τηε εατη οφ Προοφ, βψ ϑοην Ηοργαν [ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], πρεσυµαβλψ ρεπρεσεντ τηε σπρεαδ οφ τηισ βελιεφ το Σχιεντι χ Αµεριχαν. Τηε αρτιχλε δισχυσσεδ ιντερεστινγ ισ συεσ, βυτ ιτ φαιλεδ το προδυχε τηε χορπσε. Τηισ ισ νοτ συρπρισινγ, σινχε τηερε ισ νο χορπσε. Τηε τρυε δραµα οφ µατηεµατιχσ ισ µορε εξχιτινγ τηαν τηε µελοδραµα συγγεστεδ βψ τηε τιτλε, φορ τηισ ισ α γολδ εν αγε φορ µατηεµατιχσ ανδ φορ προοφ. Α µορε αππροπριατε τιτλε ωουλδ ηαϖε βεεν Τηε Λιφε οφ Προοφ, εξεµπλι εδ βψ τηριλλινγ µοδερν δεϖελοπµεντσ, ιν χλυδινγ Ανδρεω Ωιλεσ σ προοφ οφ Φερ µατ σ Λαστ Τηεορεµ. Τηε αρτιχλε ραισεδ α φυρορ αµονγ µατηεµατιχιανσ, ωηο, βασεδ ον τηε ιµ πρεσσιονσ γλεανεδ φροµ ιτσ τιτλε ανδ σπιν, βεχαµε ανγρψ ατ ονε ανοτηερ φορ πρεσιδινγ οϖερ τηε δεατη οφ προοφ. Ωε ωερε ανγερεδ ατ ονε ανοτηερ τηατ ισ, υντιλ τηε δυστ σεττλεδ ανδ ωε χοµπαρεδ νοτεσ το δισχοϖερ τηατ νονε οφ υσ µατη εµατιχιανσ πρεδιχτσ ορ αδϖοχατεσ τηε δεµισε οφ προοφ: ωε ηαϖε τηε χοµµον γοαλ οφ ενλιϖενινγ ανδ ενριχηινγ προοφσ. Ι νεεδ το χορρεχτ ιµπρεσσιονσ τηατ πεοπλε ηαϖε γοττεν αβουτ µε φροµ τηε αρτιχλε. Τηε χοϖερ ιλλυστρατεσ α σχενε φροµ τηε φορτηχοµινγ ϖιδεο Ουτσιδε Ιν, ωηιχη πρεσεντσ α προοφ οφ α φαµουσ τηεορεµ δυε νοτ το µε βυτ το Στεπηεν Σµαλε, αλτηουγη τηε παρτιχυλαρ προοφ ωασ δεϖισεδ (µανψ ψεαρσ λατερ) βψ µε. Βοτη Ουτσιδε Ιν ανδ Νοτ Κνοτ (ιν τηε οπενινγ ιλλυστρατιον οφ τηε αρτιχλε) αρε εξπλορατιονσ οφ νεω ωαψσ οφ χοµµυνι χατινγ µατηεµατιχσ το α βροαδερ πυβ λιχ. Χοντραρψ το τηε ιµπρεσσιον γιϖεν βψ τηε χαπτιον ςι ΕΟ ΠΡΟΟΦ, τηεψ αρε νοτ ιντενδεδ ασ α συβστιτυτε φορ λογιχαλ προοφσ. Ιτ ωασ συγγεστεδ ιν τηε αρτιχλε τηατ µψ ϖιεωσ σουνδ λικε τηοσε σοµετιµεσ αττριβυτεδ το Τηοµασ Σ. Κυην, το τηε εφ φεχτ τηατ σχιεντι χ τηεοριεσ αρε αχχεπτ εδ φορ σοχιαλ ρεασονσ ρατηερ τηαν βε χαυσε τηεψ αρε ιν ανψ οβϕεχτιϖε σενσε τρυε. Ματηεµατιχσ ισ ινδεεδ δονε ιν α σοχιαλ χοντεξτ, βυτ τηε σοχιαλ προχεσσ ισ νοτ σοµετηινγ τηατ µακεσ ιτ λεσσ οβϕεχ τιϖε ορ τρυε: ρατηερ τηε σοχιαλ προχεσσεσ ενηανχε τηε ρελιαβιλιτψ οφ µατηεµατιχσ, τηρουγη ιµπορταντ χηεχκσ ανδ βαλανχ εσ. Ματηεµατιχσ ισ τηε µοστ φορµαλιζ αβλε οφ σχιενχεσ, βυτ πεοπλε αρε νοτ ϖερψ γοοδ µαχηινεσ, ανδ µατηεµατιχαλ τρυτη ανδ ρελιαβιλιτψ χοµε αβουτ τηρουγη τηε ϖερψ ηυµαν προχεσσεσ οφ πεοπλε τηινκ ινγ χλεαρλψ ανδ σηαρινγ ιδεασ, χριτιχιζινγ ονε ανοτηερ ανδ ινδεπενδεντλψ χηεχκ ινγ τηινγσ ουτ. ΩΙΛΛΙΑΜ Π. ΤΗΥΡΣΤΟΝ ιρεχτορ, Ματηεµατιχαλ Σχιενχεσ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε Βερκελεψ, Χαλιφ. Τηε εατη οφ Προοφ ισ χερταινλψ τηουγητ προϖοκινγ ανδ ϖερψ τρουβλινγ. Ι αγρεε τηατ χοµπυτερσ αρε χαυσινγ α ρεϖολυτιον ιν µατηεµατιχσ. Ι ηαϖε υσεδ τηεµ ιν αν εξπεριµενταλ ωαψ το τεστ ηψποτηεσεσ ανδ εϖεν προοφσ φορ µορε τηαν 20 ψεαρσ. Ι αµ ωορκινγ ον α προβ λεµ ωιτη Ματτηεω Χλεγγ τηατ ωιλλ εϖεν τυαλλψ ινϖολϖε α χαλχυλατιον υσινγ α δισ τριβυτιϖε σψστεµ οφ ηυνδρεδσ οφ ωορκ στατιονσ. Ιφ τηε ουτχοµε οφ τηε προϕεχτ χον ρµσ τηε χορρεχτνεσσ οφ µψ ηψποτη εσισ, τηεν τηερε χερταινλψ ωουλδ βε α σενσε ιν ωηιχη τηε τηεορεµ ινϖολϖεδ ωουλδ βε τρυε. Βυτ Ι ηαϖε νο δουβτ τηατ α χονχεπτυαλ προοφ ωουλδ εϖεντυαλλψ εµεργε. Τηισ ισ τηε χρυξ οφ τηε µαττερ το µε. Ματηεµατιχιανσ σηουλδ νεϖερ βε σατισ εδ ωιτη ϕυστ προοφ ; τηεψ σηουλδ αλσο στριϖε φορ αν ελεγαντ προοφ ωηοσε βεαυτψ τρανσχενδσ τηε δεταιλσ τηατ σπαωνεδ ιτ. ΝΟΛΑΝ Ρ. ΩΑΛΛΑΧΗ επαρτµεντ οφ Ματηεµατιχσ Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Σαν ιεγο Ωηιλε Ι φουνδ τηε αρτιχλε ϖερψ ιντερ εστινγ ανδ ωελλ ιλλυστρατεδ, Ι µυστ θυιβ βλε ωιτη τηε παστα χοµπαρισον. Ηελι χοιδσ ασ ροτελλε? Ψεσ. Ανδ βψ α στρετχη οφ τηε ιµαγινατιον, ασ φυσιλλι. Βυτ ηελι χοιδσ ασ τορτελλινι? Νεϖερ! ΚΑΡΕΝ ΩΙΕ ΜΑΝ Αλταδενα, Χαλιφ. Ηεψ, µαν, τηανκσ α λοτ φορ Τηε εατη οφ Προοφ. Ωηατ µψ βυδδιεσ δοων τηε ηαλλ λικεδ βεστ ωασ ωηατ ψου σαιδ αβουτ ηοω υσ στυδεντσ δον τ ρελατε το προοφσ. Ωε δον τ. Τηεψ ρε ρεαλ ηαρδ, ανδ Ι δον τ τηινκ ωε σηουλδ ηαϖε το δο τηεµ, νοτ ωηεν ψου χαν γετ τηε σαµε στυ φροµ τηοσε νεατ χολορ ϖιδεοσ. Τηε Γρατεφυλ εαδ λικεσ τηεµ, τοο! Ιφ ψου γυψσ κεεπ ωριτινγ νεατ στοριεσ λικε τηισ αβουτ ηοω µατη ισ γεττινγ εασ ιερ ανδ σο µυχη χοολερ, µαψβε υσ γυψσ ωιλλ τακε σοµε µορε µατη χουρσεσ ανδ µαψβε εϖεν βεχοµε ρεαλ µατηεµατι χιανσ, χαυσε ιτ λοοκσ λικε α ρεαλ νεατ ϕοβ νοω ανδ νοτ βορινγ λικε Ι αλωαψσ τηουγητ βεχαυσε οφ αλλ τηοσε νυµβερσ ανδ εθυατιονσ ανδ στυ. Βεαϖισ ανδ Βυττ ηεαδ σαψ ηι. ΒΟΒ ΜΕΡΚΙΝ Νορτηαµπτον, Μασσ. Σταρσ το Ωιση ον Υνλικε Ριχηαρδ Ωασσερσυγ [ Ταδπολεσ φροµ Ηεαϖεν, Εσσαψ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡ ΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], Ι βελιεϖε µοστ πεοπλε σεεκ τηειρ Γοδ ορ ιδεαλ νοτ ιν τηε ηεαϖενσ βυτ ωιτηιν τηεµσελϖεσ. Ωηψ νοτ τακε τηε τριλλιονσ οφ δολλαρσ τηατ ωουλδ βε σπεντ οϖερ σεϖεραλ δεχαδεσ το γετ εξπλορερσ το Μαρσ ανδ βαχκ ανδ υσε τηεµ φορ στυδψινγ ουρσελϖεσ ανδ ουρ νερϖουσ σψστεµσ, ιν παρτιχυλαρ? Τηε ιν νερ αλτερνατιϖε ωουλδ γο α λονγ ωαψ το ωαρδ ανσωερινγ προφουνδλψ δεεπ θυεσ τιονσ, συχη ασ ηοω ωε ρεχογνιζε ϖισυαλ παττερνσ ορ υνδερστανδ σποκεν λαν γυαγε, ασ ωελλ ασ ρελιγιουσ θυεστιονσ χονχερνινγ φρεε ωιλλ, εϖιλ, χοµπασσιον ανδ µαψβε εϖεν ωηψ ωε ηαϖε α ρελι γιουσ σενσε ατ αλλ. ΑςΙ Γ. ΣΤΟΡΚ Στανφορδ, Χαλιφ. Ι χαν ϖιϖιδλψ ρεχαλλ, ασ α βοψ οφ σεϖεν, ωατχηινγ Ωαλτερ Χρονκιτε φολλοω τηε λαυνχη ανδ ρεχοϖερψ οφ τηε Μερχυρψ σπαχεχραφτ πιλοτεδ βψ Χολ. ϑοην Γλενν, ϑρ. Ι αλσο ρεχαλλ τηε ρστ µαννεδ Γεµινι ιγητ ανδ τηε εαρλψ Απολλο ιγητσ. Ι ρε µεµβερ τηε ρετυρν οφ δεταιλεδ ιµαγεσ οφ τηε συρφαχε οφ τηε µοον ανδ τηε ηισ τοριχ λανδινγ οφ τηε Εαγλε ιν τηε Σεα οφ Τρανθυιλλιτψ. Τηε ρισκσ ανδ αχχοµπλιση µεντσ οφ ΝΑΣΑ τηρουγηουτ τηε παστ 25 ψεαρσ ηαϖε βεεν α χονσταντ σουρχε οφ ινσπιρατιον ανδ αδµιρατιον. Τηεσε αρε τηε ιµαγεσ τηατ ηελπεδ γιϖε µε τηε χουραγε ανδ περσεϖερανχε νεχεσσαρψ το βεχοµε α προδυχτιϖε σχιεντιστ. Ι ωον δερ ηοω µανψ οφ µψ χοντεµποραριεσ ωερε δριϖεν βψ τηε σαµε δεσιρεσ ανδ ιµαγεσ οφ φυτυρε σπαχε τραϖελ? ΤΟΜ ΝΙΡΙ ΕΡ Βοεινγ εφενσε & Σπαχε Γρουπ Σεαττλε, Ωαση. Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

6 50 ΑΝ 100 ΨΕΑΡΣ ΑΓΟ ϑανυαρψ 1944 εσπιτε τηε ωιδε σπρεαδ κνοωλεδγε τηατ φορεστσ χαννοτ βε ινδισχριµινατελψ λογγεδ ινδε νιτελψ, µανψ πυλπ ωοοδ προδυχερσ ηαϖε βεεν βλιτηελψ χοντινυ ινγ ωιτη λιττλε ορ νο τηουγητ φορ τηε φυ τυρε. Ρεσυλτ: Τηερε ισ λιττλε φορεστρψ ρε σερϖε ιν τηε Υνιτεδ Στατεσ τοδαψ ανδ τηε ϖαστ τιµβερλανδσ οφ Χαναδα αρε φαχινγ εξηαυστιον. Αδδ το τηισ τηε οτηερ υσεσ φορ ωοοδ τηατ ηαϖε βεεν δεϖελοπεδ ιν ρεχεντ ψεαρσ ιν πλαστιχσ, εξπλοσιϖεσ, χονστρυχτιον ωορκ, φορ εξαµπλεσ ανδ ιτ ισ οβϖιουσ τηατ υνλεσσ σοµετηινγ ισ δονε, ανδ δονε ϖιγορουσλψ ανδ τηορ ουγηλψ, τηε παπερ ινδυστρψ ισ γοινγ το φαχε αν εϖεν γρεατερ χρισισ αφτερ τηε ωαρ τηαν ιτ ισ φαχινγ τοδαψ. Α. Π. Πεχκ, µαναγινγ εδιτορ. Τωο βλινδ σποτσ ον τηε εαρτη σ συρ φαχε τοταλλινγ νεαρλψ 10,000,000 σθυαρε µιλεσ ηαϖε βεεν οπενεδ υπ το αιρ τραϖελ βψ ονε οφ τηε µοστ δραµατιχ σχιεντι χ αχηιεϖεµεντσ το χοµε ουτ οφ τηε ωαρ. Ανψωηερε ωιτηιν 1200 µιλεσ οφ ειτηερ οφ Μοτηερ Εαρτη σ µαγνετιχ πολεσ, µαγ νετιχ χοµπασσεσ βεγιν το ϕιϖε ανδ πλανεσ εντερ α σηαδοωψ νο µαν σ λανδ; τηισ νο µαν σ λανδ ινχλυδεσ µοστ οφ Χαναδα. Νοω, ωιτη τηε γψρο υξ γατε χοµπασσ, δεϖελοπεδ βψ ενγινεερσ οφ τηε Βενδιξ Αϖιατιον Χορπορατιον, τηε προβ λεµ ηασ βεεν σολϖεδ. Τηε ηεαρτ οφ τηε νεω χοµπασσ ισ τηρεε δουβλε ωουνδ ελεχτροµαγνετσ, φορµινγ τηε σιδεσ οφ αν εθυιλατεραλ τριανγλε. ι ερεντ ϖολτ αγεσ αρε γενερατεδ ιν εαχη µαγνετ, αχ χορδινγ το τηε ανγλεσ ατ ωηιχη τηε χοµ πασσ χυτσ τηε λινεσ οφ φορχε οφ τηε εαρτη. Τηυσ τηε βασισ οφ τηε ινδιχατιον ον τηε χοµπασσ διαλ ισ τηε χοµβινατιον οφ τηε ανγλεσ ανδ ηενχε οφ τηε ϖολταγεσ γενερ ατεδ. Τηε ρεσυλτινγ χυρρεντ, αµπλι εδ βψ ϖαχυυµ τυβεσ, ισ στεππεδ υπ το συ ι χιεντ ποωερ το τυρν α µοτορ, τηε σηαφτ οφ ωηιχη µοϖεσ τηε νεεδλε οφ τηε διαλ. Τηε µοδερν τρενδ ιν τηε υσε οφ χηεµιχαλσ φορ τηε χοντρολ οφ ρε εµπηα σιζεσ πρεϖεντιον ρατηερ τηαν ρε γητ ινγ, σαψσ Η. Λ. Μινερ, µαναγερ οφ τηε υ Ποντ Χοµπανψ σ Σαφετψ ανδ Φιρε Προτεχ τιον ιϖισιον. Μρ. Μινερ νοτεσ τηατ πα περ, χλοτη, ανδ ωοοδ νοω χαν βε χηεµ ιχαλλψ τρεατεδ το µακε τηεµ ινχαπαβλε οφ σπρεαδινγ αµεσ. Λυµβερ ισ χηεµι χαλλψ βεινγ µαδε σο ρε ρεταρδαντ ιτ ισ χλασσι εδ ον α χοµβυστιβιλιτψ σχαλε χλοσ ερ το ασβεστοσ τηαν το ορδιναρψ ωοοδ. ϑανυαρψ 1894 Τηατ τηε χοντινεντ οφ Ευροπε ισ πασσινγ τηρουγη α χολδ περιοδ ηασ βεεν ποιντεδ ουτ βψ Μ. Φλαµµαριον, τηε Φρενχη αστρονοµερ. υρινγ τηε παστ σιξ ψεαρσ τηε µεαν τεµπερατυρε οφ Παρισ ηασ βεεν αβουτ τωο δεγρεεσ βελοω τηε νορ µαλ, ανδ Γρεατ Βριταιν, Βελγιυµ, Σπαιν, Ιταλψ, Αυστρια, ανδ Γερµανψ ηαϖε αλσο βεεν γροωινγ χολδ. Τηε χηανγε σεεµσ το ηαϖε βεεν ιν προγρεσσ ιν Φρανχε φορ α λονγ τιµε, τηε γροωτη οφ τηε ϖινε ηαϖ ινγ βεεν φορχεδ φαρ σουτηωαρδ σινχε τηε τηιρτεεντη χεντυρψ; ανδ α σιµιλαρ χοολ ινγ ηασ βεεν οβσερϖεδ ασ φαρ αωαψ ασ Ριο δε ϑανειρο. Ιν α ρεχεντ αρτιχλε ιν τηε Αµεριχαν ϑουρναλ οφ Σχιενχε, Μ. Χαρεψ Λεα γιϖεσ αν ιντερεστινγ αχχουντ οφ σοµε οφ ηισ εξπεριµεντσ ιν ωηιχη τηε σαλτσ οφ ϖαρι ουσ συβστανχεσ ωερε συβϕεχτεδ το γρεατ πρεσσυρε. Τηε αυτηορ σαψσ: Ωε αρε ϕυσ τι εδ ιν χονχλυδινγ τηατ µανψ οφ τηε σαλτσ οφ εασιλψ ρεδυχιβλε µεταλσ, εσπε χιαλλψ οφ σιλϖερ, µερχυρψ, ανδ πλατινυµ, υνδεργο ρεδυχτιον βψ πρεσσυρε. Συχη ρεαχτιονσ αρε ενδοτηερµιχ, ανδ ιτ τηερε Τηε ωιδαη βιρδ οφ παραδισε φορε φολλοωσ τηατ µεχηανιχαλ φορχε χαν βρινγ αβουτ ρεαχτιονσ ωηιχη ρεθυιρε εξ πενδιτυρε οφ ενεργψ. Τηε ενεργψ ισ συπ πλιεδ βψ µεχηανιχαλ φορχε πρεχισελψ ιν τηε σαµε ωαψ λιγητ, ηεατ, ανδ ελεχτρι χιτψ συππλψ ενεργψ ιν τηε ενδοτηερµιχ χηανγεσ τηεψ βρινγ αβουτ. Α ωριτερ ναµεδ Ροβινσον, ιν Νινε τεεντη Χεντυρψ, βρινγσ φορωαρδ α θυιτε πλαυσιβλε εξπλανατιον φορ τηε φαχτ τηατ, ωηιλε µοστ οφ τηε ανιµαλ χρεατιον απ πεαρ το σωιµ βψ ιντυιτιον, µαν ισ αλ µοστ αλονε ιν ρεθυιρινγ πρεϖιουσ τραιν ινγ το κεεπ ηισ ηεαδ αβοϖε ωατερ. Ηε σαψσ ιτ ισ δυε το ουρ δεσχεντ φροµ ραχεσ ωηο ωερε χαϖε ανδ ροχκ δωελλερσ ανδ ροχκ ανδ τρεε χλιµβερσ. Ροβινσον συγ γεστσ τηατ τηε ηερεδιταρψ ινστινχτ οφ µαν ισ υνφορτυνατελψ το χλιµβ ουτ οφ δανγερ. Ηενχε, υνλεσσ ηε ηασ α νατατορψ εδυχατιον, ηε τηροωσ ηισ αρµσ ατ ονχε αβοϖε ηισ ηεαδ, τηυσ ινχρεασινγ τηε ωειγητ υπον τηε λαττερ, ωηιχη οφ χουρσε, γοεσ τηεν υνδερ ωατερ. Μλλε. Κλυµπκε, ωηο ηασ ϕυστ γαινεδ τηε δεγρεε οφ οχτορ ιν Ματηεµατιχαλ Σχιενχεσ ατ τηε Σορβοννε, ισ τηε ρστ λαδψ ωηο ηασ οβταινεδ τηατ διστινχτιον. Τηε φολλοωινγ ισ α τρανσλατιον οφ τηε χοµπλιµενταρψ τερµσ ιν ωηιχη Μ. αρ βουξ αδδρεσσεδ τηε γιφτεδ αυτηορεσσ ιν γραντινγ ηερ τηε δεγρεε: Τηε γρεατ ναµεσ οφ Γαλιλεο, Ηυψγηενσ, Χασσινι, ανδ Λαπλαχε αρε χοννεχτεδ ωιτη τηε ηισ τορψ οφ εαχη οφ τηε γρεατ αδϖανχεσ ιν τηε αττραχτιϖε βυτ δι χυλτ τηεορψ οφ τηε ρινγσ οφ Σατυρν. Ψουρ ωορκ ισ νοτ α σλιγητ χοντριβυτιον το τηε συβϕεχτ. Τηε Φαχυλτψ ηασ υνανιµουσλψ δεχιδεδ το δεχλαρε ψου ωορτηψ οφ τηε γραδε οφ οχτορ. Τηρουγη τηε κινδνεσσ οφ Μρ. Ω. Στο ρεγν, ιµπορτερ οφ βιρδσ, ωε αρε εν αβλεδ το γιϖε α ρεπρεσεντατιον οφ τηε βεαυτιφυλ ωιδαη βιρδ οφ παραδισε. Ιτ ισ αν ινηαβιταντ οφ Ωεστερν Αφριχα. Τηε µαλε βιρδ ιν ηισ φυλλ δρεσσ ισ α δεεπ βλαχκ ον τηε ωινγσ, ταιλ, ανδ βαχκ, ωιτη α χολλαρ οφ βριγητ ψελλοω. Τηε ηεαδ ανδ τηροατ αρε αλσο βλαχκ, τηε βρεαστ βεινγ α ριχη ρεδδιση βροων. Τηε βιρδ ηασ βεεν χοµµονλψ χαλλεδ τηε ωιδοω βιρδ ον αχ χουντ οφ ιτσ δαρκ χολορ ανδ λονγ τραιν, ασ ωελλ ασ ιν χονσεθυενχε οφ ιτσ εϖιδεντ λψ δισχονσολατε στατε ωηεν τηε βεαυτι φυλ ταιλ φεατηερσ ηαϖε φαλλεν ο αφτερ τηε βρεεδινγ σεασον. Τηε ωιδαη βιρδ µεα συρεσ βετωεεν ϖε ανδ σιξ ινχηεσ, εξ χλυσιϖε οφ τηε ελονγατεδ ταιλ φεατηερσ. 12 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc.

7 ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ ΤΗΕ ΧΙΤΙΖΕΝ ϑοε Βτφσπλκ ΝΑΣΑ σ βιγ σχιενχε προϕεχτσ νδ τηεµσελϖεσ ον α ροχκψ χουρσε Φορ ηισ Λι λ Αβνερ χαρτοονσ, Αλ Χαππ δρεαµεδ υπ α χηαραχτερ ναµεδ ϑοε Βτφσπλκ α µαν σο υνλυχκψ τηατ α τινψ ραινχλουδ φολλοωεδ ηιµ ωηερ εϖερ ηε ωεντ. Αλτηουγη τηε αρτιστ ανδ τηε οριγιναλ χοµιχ στριπ αρε γονε, ϑοε αππαρεντλψ ηασ α νεω ϕοβ: πατρον σαιντ οφ τηε Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον. Ανδ ηε σ βεεν ωορκινγ οϖερτιµε. Ιν τηε παστ φεω µοντησ, τηε αγενχψ ηασ εξπεριενχεδ α σεεµινγλψ ενδλεσσ στρινγ οφ βαδ φορτυνε, ινχλυδινγ τηε µψστεριουσ, µισσιον δεστροψινγ λοσσ οφ χονταχτ ωιτη τηε Μαρσ Οβσερϖερ. Εϖεν τηε Γαλιλεο σπαχεχραφτ σ συχχεσσφυλ εν χουντερ ωιτη τηε αστεροιδ Ιδα λαστ Αυ γυστ ωασ χοµπροµισεδ βψ αν ινχυραβλε αντεννα προβλεµ τηατ ηασ σιγνι χαντλψ ρεδυχεδ τηε προβε σ αβιλιτψ το ρελαψ ιν φορµατιον βαχκ το τηε εαρτη. Σοµε σετβαχκσ αρε ινεϖιταβλε ιν σπαχε σχιενχε; νο ροχκετ ισ περφεχτλψ ρελιαβλε, νο ινστρυµεντ φοολπροοφ. Βυτ ΝΑΣΑ σ ρεχεντ προβλεµσ αρουσε παρτιχυλαρ δισ απποιντµεντ ανδ φρυστρατιον βεχαυσε τηεψ ινϖολϖε βιγ σχιενχε προϕεχτσ ωηοσε φαιλυρεσ χαρρψ αν εσπεχιαλλψ ηεαϖψ χοστ το τηε ταξπαψερσ ανδ το τηε σχιεντιστσ ινϖολϖεδ. εσπιτε τηε χηεαπερ, φαστερ, βεττερ πηιλοσοπηψ εσπουσεδ βψ ΝΑΣΑ σ χυρρεντ αδµινιστρατορ, ανιελ Σ. Γολδιν, υνωιελδψ σχιεντι χ βεηεµοτησ ρεµαιν αλιϖε ιφ νοτ αλωαψσ ωελλ ατ τηε αγενχψ. Τηε Μαρσ Οβσερϖερ στανδσ ασ α τελλινγ εξαµπλε οφ ηοω ηαρδ τηε τασκ οφ τυρν ινγ τηε ΝΑΣΑ βαττλεσηιπ χαν βε. Μορε τηαν α δεχαδε αγο τηε ϖεηιχλε ωασ προ ποσεδ ασ τηε ρστ οφ α νεω γενερατιον οφ εχονοµιχ, ε χιεντ Οβσερϖερ χλασσ σπαχεχραφτ. Τηεψ ωερε το εµβοδψ α χοµµον δεσιγν ανδ βε φυρβισηεδ ωιτη λοω χοστ, ο τηε σηελφ τεχηνολογψ. Ιφ τηατ δεσχριπτιον σουνδσ φαµιλιαρ, ιτ σηουλδ. ΝΑΣΑ ηασ σετ σιµιλαρ γοαλσ φορ ιτσ προποσεδ ισχοϖερψ χλασσ µισ σιονσ, τηε ρστ οφ ωηιχη, ιρονιχαλλψ, ωιλλ γο το Μαρσ. ισχοϖερψ ισ ωηερε τηε Οβ σερϖερ µισσιονσ ωερε 10 ψεαρσ αγο, ρε εχτσ Λαρρψ Ω. Εσποσιτο οφ τηε Υνιϖερσι τψ οφ Χολοραδο, ωηο ισ χυρρεντλψ δραω ινγ υπ πλανσ φορ α ποσσιβλε ισχοϖερψ µισσιον το ςενυσ. Τηε Οβσερϖερ προγραµ νεϖερ ωον οϖερ Χονγρεσσ ορ τηε Ο χε οφ Μαναγε µεντ ανδ Βυδγετ, ηοωεϖερ. Σο τηε Μαρσ NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION Υ.Σ. ΡΥΣΣΙΑΝ ΣΠΑΧΕ ΣΤΑΤΙΟΝ, σηοων ιν τηισ χοµπυτερ γενερατεδ µοχκυπ, ηιντσ ατ α νεω, ιντερνατιοναλ σπιριτ τηατ µαψ ηελπ ρεϖιϖε ΝΑΣΑ. Οβσερϖερ βεχαµε α ονε οφ α κινδ ορ πηαν. Τηε χοστ σαϖινγσ ασσοχιατεδ ωιτη βυιλδινγ µυλτιπλε σπαχεχραφτ ϖανισηεδ, ανδ τηε Μαρσ Οβσερϖερ γρεω µορε χοµ πλιχατεδ ανδ εξπενσιϖε ασ σπαχε σχιεν τιστσ ανδ ΝΑΣΑ ο χιαλσ τριεδ το εξπανδ ιτσ χαπαβιλιτιεσ ασ µυχη ασ ποσσιβλε. Ωηεν τηε σπαχε σηυττλε Χηαλλενγερ εξ πλοδεδ ιν 1986, τηε Μαρσ Οβσερϖερ εν χουντερεδ εξτενσιϖε δελαψσ τηατ δροϖε ιτσ πριχε εϖεν ηιγηερ. Εϖεν βεφορε ρεαχηινγ Μαρσ, τηε Οβ σερϖερ προϕεχτ ηαδ χονσυµεδ ρουγηλψ 850 µιλλιον. Φορ τηατ µονεψ, ΝΑΣΑ πυτ τογετηερ α σοπηιστιχατεδ συιτε οφ ινστρυ µεντσ δεσιγνεδ το χονϖεψ ινφορµατιον ον τηε γεολογψ, µινεραλογψ ανδ χλιµατε οφ Μαρσ. Ιτ ωουλδ ηαϖε βεεν τηε ρστ Υ.Σ. µισσιον το τηε Ρεδ Πλανετ σινχε ςικινγ ιν Υνφορτυνατελψ, τηε Μαρσ Οβσερϖερ στοππεδ χοµµυνιχατινγ ϕυστ βεφορε ιτ ρεαχηεδ ιτσ δεστινατιον. Ασ ϑοην Πικε οφ τηε Φεδερατιον οφ Αµερι χαν Σχιεντιστσ ποιντσ ουτ, τηε λοσσ οφ τηε Μαρσ Οβσερϖερ υνδερσχορεσ ΝΑΣΑ σ νεεδ φορ α σελεχτιον προχεσσ τηατ δοεσ νοτ ενχουραγε εϖερψονε ιν τηε σχιεν τι χ χοµµυνιτψ το πυτ αλλ τηειρ εγγσ ιν ονε βασκετ. Ινδεεδ, ΝΑΣΑ σ φολλοω υπ στρατεγψ φορ εξπλορινγ Μαρσ αλρεαδψ ενϖισιονσ χηεαπ ερ ανδ µορε διϖερσι εδ µισσιονσ. Ιν 1996 ΝΑΣΑ ηοπεσ το λαυνχη α τεχηνολο γψ τεστ βεδ φορ τηε Μαρσ Ενϖιρονµενταλ Συρϖεψ (ΜΕΣΥΡ), ωηιχη ωουλδ φορµ παρτ οφ α νετωορκ οφ ασ µανψ ασ α δοζεν λοω χοστ σχιεντι χ στατιονσ σχαττερεδ αχροσσ τηε συρφαχε οφ Μαρσ. ΜΕΣΥΡ µαψ εσταβλιση α µορε ιντερνατιοναλ αϖορ ατ ΝΑΣΑ. Ατ α µεετινγ λαστ Μαψ ιν Ωιεσ βαδεν, Γερµανψ, ρεπρεσεντατιϖεσ οφ τηε ωορλδ σ µαϕορ σπαχε προγραµσ, ινχλυδ ινγ ΝΑΣΑ, τηε Ευροπεαν Σπαχε Αγενχψ ανδ τηε Ρυσσιαν Σπαχε Αγενχψ, µετ το χοορδινατε τηειρ πλανσ φορ εξπλορινγ Μαρσ. Λουισ Φριεδµαν, εξεχυτιϖε διρεχ τορ οφ τηε Πλανεταρψ Σοχιετψ, ηεαρτιλψ εν δορσεσ ΝΑΣΑ σ νεωφουνδ χοοπερατιϖε σπιριτ, αλτηουγη ηε ωορριεσ τηατ εφφορτσ το ινϖολϖε ιντερνατιοναλ παρτνερσ ιν ΜΕΣΥΡ ηαϖεν τ γονε φαρ ενουγη. Φορ τηε µοµεντ, Χονγρεσσ σεεµσ το αγρεε τηατ ΝΑΣΑ ισ ον α προµισινγ τρα ϕεχτορψ; τηε τεντατιϖε 1994 αππροπρια τιονσ βιλλ φορ τηε αγενχψ σιγνι χαντλψ ιν χρεασεσ φυνδσ βοτη φορ ΜΕΣΥΡ ανδ φορ τηε σεχονδ ισχοϖερψ µισσιον, τηε Νεαρ Εαρτη Αστεροιδ Ρενδεζϖουσ. Ι µ ϖερψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

8 οπτιµιστιχ, Εσποσιτο σαψσ. Ιτ σηοωσ τηατ ΝΑΣΑ ανδ Χονγρεσσ αρε χοµµιττεδ το ψινγ φαστερ, χηεαπερ µισσιονσ. Ωηιλε Γολδιν αττεµπτσ το νυδγε ΝΑΣΑ τοωαρδ µορε σµαλλ, ηιγη τεχη ϖεντυρεσ, ηε µυστ αλσο µακε τηε βεστ οφ σεϖεραλ τρουβλεδ βιγ σχιενχε προϕεχτσ αλρεαδψ υνδερ ωαψ. Ιτ σ ιρονιχ, βυτ Γολδιν σ συχ χεσσ ισ λινκεδ το ηαϖινγ το ξ τηε µισ τακεσ οφ τηε παστ, νοτεσ ϑοην Μ. Λογσ δον, α σπαχε πολιχψ αναλψστ ατ Γεοργε Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ. ΝΑΣΑ ηασ αλ ρεαδψ δεϖισεδ ξεσ φορ τηε νεαρσιγητεδ Ηυββλε Σπαχε Τελεσχοπε, ανδ Γαλιλεο χοντινυεσ το τρανσµιτ ϖαλυαβλε σχιεντιφ ιχ ρεσυλτσ δεσπιτε ιτσ φαυλτψ αντεννα. Ιν ρεσπονσε το χονγρεσσιοναλ πρεσ συρε, ΝΑΣΑ ηασ αλσο πλαχεδ σεϖεραλ υπ χοµινγ µισσιονσ ον βυδγεταρψ διετσ. Τηε αγενχψ ηασ παρεδ βαχκ βοτη τηε Χασσινι µισσιον το Σατυρν ανδ τηε αµ βιτιουσ εετ οφ σατελλιτεσ τηατ ωιλλ µακε υπ τηε Εαρτη Οβσερϖινγ Σψστεµ. Τηε Αδϖανχεδ Ξ ραψ Αστροπηψσιχσ Φαχιλιτψ, α σατελλιτε οβσερϖατορψ τηατ ωουλδ χοµ πλεµεντ Ηυββλε ανδ τηε Χοµπτον Γαµ µα Ραψ Οβσερϖατορψ, ηασ βεεν σπλιτ ιντο τωο σµαλλερ ινστρυµεντσ, ονλψ ονε οφ ωηιχη ισ ον τραχκ το ρεχειϖε χονγρεσ σιοναλ φυνδινγ. Πικε δρψλψ ρεµαρκσ τηατ σο φαρ χηεαπερ, φαστερ, βεττερ ηασ τυρνεδ ουτ το µεαν λεσσ. Νοτ συρπρισινγλψ, τηε σπαχε στατιον ΝΑΣΑ σ πορκιεστ προϕεχτ ισ αλσο ιν διρε πολιτιχαλ τρουβλε. Τηε στατιον ισ αλρεαδψ ψεαρσ βεηινδ σχηεδυλε ανδ βιλλιονσ οφ δολλαρσ οϖερ τηε βυδγετ ενϖισιονεδ βψ Πρεσιδεντ Ροναλδ Ρεαγαν 10 ψεαρσ αγο. Λαστ συµµερ α µεασυρε ιν τηε Ηουσε οφ Ρεπρεσεντατιϖεσ το κιλλ τηε στατιον φαιλεδ βψ ϕυστ ονε ϖοτε. Ψετ αλτηουγη Χονγρεσσ συβσεθυεντλψ τερµινατεδ τηε Συπερχονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ, τηε στατιον σολδιερσ ον. Τηε σπαχε στατιον σ νεω λεασε ον λιφε ισ νανχεδ βψ τηε γροωινγ δετεντε βε τωεεν τηε Υ.Σ. ανδ Ρυσσια. Λαστ Αυγυστ, ςιχε Πρεσιδεντ Αλ Γορε ανδ Πριµε Μιν ιστερ ςικτορ Σ. Χηερνοµψρδιν σιγνεδ αν αχχορδ προµισινγ χοοπερατιον βετωεεν τηε τωο νατιονσ σπαχε προγραµσ. Γολ διν ρεχεντλψ ουτλινεδ α τηρεε σταγε πλαν το χοµβινε τηε ρεϖαµπεδ σπαχε στατιον Αλπηα ωιτη τηε Ρυσσιαν στατιον Μιρ βψ 2001, τωο ψεαρσ εαρλιερ τηαν τηε χυρρεντ σχηεδυλε φορ Αλπηα αλονε. Γολδιν χλαιµσ συχη αν αρρανγεµεντ χουλδ σαϖε υπ το 3.5 βιλλιον. Μεανωηιλε ηε ισ δραστιχαλλψ χυττινγ τηε σιζε οφ τηε σπαχε στατιον µαναγεµεντ τεαµ. Σο, ιρονιχ τηουγη ιτ µαψ σεεµ, τηε βαττερεδ ανδ βλοατεδ σπαχε στατιον µιγητ ψετ βε τηε ϖεηιχλε τηατ χαρριεσ ΝΑΣΑ ιντο α φυτυρε χηαραχτεριζεδ βψ τηε ε χιενχιεσ τηατ σηουλδ αχχοµπανψ ιν τερνατιοναλ χοοπερατιον. Τηε ρεµοδελεδ σπαχε στατιον, Φριεδµαν σαψσ, χουλδ σερϖε ασ τηε χορε οφ αν ιντερνατιοναλλψ χονσχιουσ ΝΑΣΑ τηατ ωιλλ µοϖε αωαψ φροµ µασσιϖε, αυταρκιχ προϕεχτσ συχη ασ τηε Μαρσ Οβσερϖερ. Το αχχοµπλιση συχη α χηανγε, ΝΑΣΑ ωιλλ νεεδ, ιν Πικε σ ωορδσ, σιγνι χαντ ρεστρυχτυρινγ : στρονγερ λονγ ρανγε πλαννινγ ανδ µορε εφφιχιεντ µαναγεµεντ (ανδ, οφ χουρσε, α σµαλλ βουτ οφ γοοδ λυχκ). Τιµε ωιλλ τελλ ωηετηερ Γολδιν σ τεαµ ατ ΝΑΣΑ χαν εξ ορχισε ϑοε Βτφσπλκ. Χορεψ Σ. Ποωελλ Αvoiding pressure is usually good advice but not for scientists trying to get ceramics to become superconducting at higher temperatures. Indeed, putting the squeeze on mercury-barium-calcium copper oxide, a new family of ceramic superconductor discovered last year, has boosted its transition temperature to record levels. We now have a new set of results of 164 kelvins at 300 kilobars Γεττινγ α Νεω Ρισε ουτ οφ Συπερχονδυχτορσ TEMPERATURE (KELVINS) ROOM TEMPERATURE FREON LIQUID NITROGEN MERCURY NIOBIUM-NITROGEN NIOBIUM NIOBIUM-TIN MERCURY-BARIUM- CALCIUM COPPER OXIDE (UNDER PRESSURE) THALLIUM-BARIUM- CALCIUM COPPER OXIDE BISMUTH-STRONTIUM- CALCIUM COPPER OXIDE YTTRIUM-BARIUM COPPER OXIDE LANTHANUM-BARIUM COPPER OXIDE NIOBIUM-GERMANIUM YEAR ΧΡΙΤΙΧΑΛ ΤΕΜΠΕΡΑΤΥΡΕΣ ρεµαινεδ βελοω 23 κελϖινσ υντιλ τηε δισχοϖερψ οφ τηε χοππερ οξιδεσ ιν τηε λατε 1980σ. [about 300,000 atmospheres], says Paul C. W. Chu of the University of Houston. The as yet unpublished result comes on the heels of two other high-pressure reports, one by Chu and the other by Manuel Nu ez- Regueiro of the CNRS in Grenoble and their colleagues. The groups found that the mercury compound, called 1223 (for the ratio of the compound s first four constituent elements), becomes superconducting above 153 kelvins at 150,000 atmospheres and 157 kelvins at 200,000 atmospheres. Those critical temperatures mean the compounds could be cooled with the common (but environmentally hostile) coolant freon. The pressure, achieved by placing a sample in a vise, apparently moves the layers of copper oxide in the material closer together. For some unknown reason, the proximity enables the electrons to flow more freely. The investigators hope to sidestep the high pressures, which render the results impractical for applications, with a chemical substitution. By replacing one of the elements with a smaller one, they would lessen the distance between copper oxide layers. In fact, Chu and his colleagues used such a strategy to discover the superconductor yttrium-barium copper oxide in The surging competition is reminiscent of the early days of high-temperature superconductivity, when records seemed to fall every few months and unconfirmed reports hinted at superconducting transitions at room temperature. Although the new mercury oxides have reinvigorated the chase, physicists will not be dumping their supply of cryogen just yet. The mercury compounds do not seem to be able to go much higher. At this moment, the empirical data suggest we can go to 180 kelvins, Chu says in a somewhat disappointed tone. But the 180-degree view still shows just how far critical temperatures have come since superconductivity was discovered in Philip Yam 18 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

9 LAURIE GRACE ΤΕΛΕΧΟΜΜΥΝΙΧΑΤΙΟΝΣ ΧΑΒΛΕΣ στρετχη αχροσσ τηουσανδσ οφ κιλοµετερσ οφ οχεαν ωηερε γεοπηψσιχαλ δατα αρε νοτ χυρ ρεντλψ αϖαιλαβλε. Τηισ µαπ σηοωσ τηε χοαξιαλ χαβλεσ τηατ αρε βεινγ ϕοινεδ ορ ρεπλαχεδ βψ φιβερ οπτιχ λινεσ; τηοσε σηοων ιν ρεδ µαψ σοον ασσυµε α σεχονδ, σχιεντι χ λιφε ασ παρτ οφ αν υν δερσεα σεισµιχ ανδ οχεανογραπηιχ νετωορκ. ΕΘ, Πηονε Ηοµε Υνδερσεα τελεπηονε χαβλεσ χουλδ σερϖε ασ σεισµιχ δετεχτορσ Χοννεχτιϖιτψ ισ τηε ωαψ οφ τηε 1990σ, ανδ εαρτη σχιεντιστσ αρε γεττινγ ιν ον τηε αχτ. Τηεψ ηαϖε α νεω µισσιον φορ τηε τρανσοχεανιχ τελεπηονε ωιρεσ τηατ ΑΤ&Τ ανδ οτηερ λονγ διστανχε τελεπηονε χοµπανιεσ αρε ραπιδλψ ρεπλαχινγ ωιτη φιβερ οπτιχ χα βλεσ. Οϖερ τηε παστ φεω ψεαρσ, α νυµβερ οφ εαρτη σχιεντιστσ, ινχλυδινγ Χηαρλεσ Ηελσλεψ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ηαϖε προποσεδ τηατ τηε οβσολεσχεντ χα βλεσ χουλδ προϖιδε τηε ινφραστρυχτυρε φορ α νετωορκ οφ ινστρυµεντσ τηατ ωουλδ µονιτορ εαρτηθυακεσ, οχεαν χυρ ρεντσ ανδ οτηερ ασπεχτσ οφ τηε δεεπ οχεαν ενϖιρονµεντ. Τηερε σ α λοτ οφ χοππερ τηατ χροσσεσ τηε οχεανσ, Ηελσ λεψ χοµµεντσ. Ιτ σ ϕυστ α µιλλστονε αρουνδ τηε χοµπανψ σ νεχκ, βυτ ιτ χουλδ βε ϖερψ ϖαλυαβλε φροµ τηε σχιεν τιφιχ ποιντ οφ ϖιεω. Τελεπηονε χαβλεσ οφφερ α ωαψ το γετ ποωερ ιντο ανδ ινφορµατιον ουτ οφ δε ϖιχεσ ιν συχη ρεµοτε λοχατιονσ ασ τηε Ινδιαν Οχεαν ανδ τηε σουτηερν Παχιφιχ. Τηεψ χαν αλσο δελιϖερ αχχυρατε τιµινγσ οφ σεισµιχ εϖεντσ ιν ουτ οφ τηε ωαψ πλαχεσ, νοτεσ Ρηεττ Βυτλερ οφ τηε Ινχορ πορατεδ Ρεσεαρχη Ινστιτυτιονσ φορ Σεισ µολογψ ( ΙΡΙΣ). Ριγητ νοω σεισµοµετερ χοϖεραγε ισ ϕυστ αβουτ ζερο ιν τηε οχεανσ εξχεπτ φορ α φεω ισλανδσ, Ηελσ λεψ σαψσ. Μανψ οφ τηεσε χαβλεσ χοϖερ αρεασ οφ γρεατ σχιεντιφιχ ιντερεστ. Αλαν Χηαϖε οφ τηε Ωοοδσ Ηολε Οχεανογραπηιχ Ινστιτυ τιον ποιντσ το Τρανσατλαντιχ 5, α χαβλε τηατ πασσεσ τηρουγη τηε Γυλφ Στρεαµ ανδ χροσσεσ τηε Μιδ Ατλαντιχ Ριδγε. Εϖεν τηε χαβλεσ τηατ αρε λεσσ αττραχτιϖε λψ λοχατεδ χουλδ βε πυλλεδ υπ ανδ ρεδε πλοψεδ ιν µορε ιντερεστινγ πλαχεσ. Τηε δρεαµ οφ ασσεµβλινγ α συβ οχεανιχ σεισµιχ νετωορκ µοϖεδ σηαρπλψ τοωαρδ ρεαλιτψ φουρ ψεαρσ αγο, ωηεν τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τοκψο ανδ ΙΡΙΣ ασσυµεδ χοντρολ οφ α στρετχη οφ Τρανσ Παχιφιχ Χα βλε 1, ωηιχη εξτενδσ φροµ Γυαµ το ϑα παν. Πλανσ χαλλεδ φορ σπλιχινγ τηρεε σεα φλοορ οβσερϖατοριεσ ιντο τηε χαβλε. Χοµ πλετιον οφ τηατ προϕεχτ αωαιτσ σολυτιον οφ φυνδινγ προβλεµσ ιν ϑαπαν. ΑΤ&Τ ηασ βεεν γενερουσ αβουτ δονατινγ ολδ χαβλεσ, βυτ ηαυλινγ τηεµ υπ φροµ τηε σεαφλοορ ανδ ατταχηινγ ινστρυµεντατιον αρε θυιτε χοστλψ αβουτ 1 µιλλιον α σπλιχε, εστιµατεσ Χηαρλεσ Σ. ΜχΧρεερψ, αλσο ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι. ΜχΧρεερψ ανδ ϖαριουσ χολλεαγυεσ οφ ηισ αρε λοοκινγ ατ α χηεαπερ ωαψ το γετ ον λινε. ΜχΧρεερψ ισ ινϖεστιγατινγ δε ϖιχεσ τηατ ωουλδ ατταχη το τηε τελε πηονε χαβλεσ ωιτηουτ πενετρατινγ τηεµ ανδ ωουλδ µαγνετιχαλλψ ινδυχε αν ελεχ τριχαλ σιγναλ. Συχη αν αππροαχη χουλδ βε δονε ατ αν ορδερ οφ µαγνιτυδε λεσσ χοστ, ηε συγγεστσ. Τιµε ισ οφ τηε εσ σενχε ιν βυιλδινγ αν υνδερσεα νετωορκ. Χαβλε σψστεµσ αρε βεινγ ρετιρεδ φροµ σερϖιχε φαστερ τηαν τηε σχιεντι χ χοµ µυνιτψ χαν µοβιλιζε φυνδινγ το αχθυιρε τηε σψστεµσ φορ σχιενχε, αχχορδινγ το α ρεχεντ ΙΡΙΣ ρεπορτ. Τηε ρστ πριοριτψ ισ το σαϖε τηε σηορε εθυιπµεντ, Βυτλερ σαψσ. Τωο τρανσατλαντιχ χαβλεσ ηαϖε αλ ρεαδψ βεεν τορν ουτ ανδ τηειρ σηορε εθυιπµεντ δεχοµµισσιονεδ. Φορτυνατελψ, σοµε σχιεντιφιχ ωορκ ον αβανδονεδ χαβλεσ νεεδσ ονλψ βασιχ ιν στρυµεντατιον ανδ ηενχε ϖερψ λιττλε µονεψ. Νατυραλ ελεχτριχ χυρρεντσ εξιστ ιν τηε οχεανσ βεχαυσε οφ φλυχτυατιονσ ιν τηε εαρτη σ µαγνετιχ φιελδ, τηε ιντερ αχτιον οφ τηατ φιελδ ωιτη οχεανιχ χιρχυλα τιον, ανδ χηανγεσ τακινγ πλαχε δεεπ ωιτηιν τηε εαρτη σ µεταλλιχ χορε. Μονι τορινγ τηε ελεχτροµαγνετιχ πηενοµενα νεχεσσιτατεσ λιττλε µορε τηαν ατταχηινγ αν εξχεεδινγλψ σενσιτιϖε ϖολτµετερ το α τελεπηονε χαβλε ανδ ωατχηινγ ωηατ ηαππενσ οϖερ περιοδσ ρανγινγ φροµ δαψσ το ψεαρσ. Συχη ινφορµατιον ωιλλ ηελπ ρεσεαρχη ερσ µαπ τηε ελεχτριχαλ χονδυχτιϖιτψ οφ τηε ουτερ λαψερσ οφ τηε εαρτη ανδ σηουλδ ψιελδ σηαρπερ υνδερστανδινγ οφ λαργε σχαλε οχεαν χιρχυλατιον. Πρελιµιναρψ στυδιεσ χονδυχτεδ ον τηε Ηαωαιι 1 χα βλε ιν τηε εαστερν Παχιφιχ λοοκ προµισ ινγ. Χηαϖε ρεχεντλψ ρεχειϖεδ α τωο ψεαρ γραντ φροµ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουν δατιον το ατταχη ινστρυµεντσ το α λεγ οφ Τρανσ Παχιφιχ Χαβλε 1. Φορ νοω, φυνδινγ φορ οχεαν βοττοµ οβσερϖατοριεσ ισ µοδεστ, ϖερψ µοδεστ, ιν Βυτλερ σ ωορδσ, σο ρεσεαρχηερσ αρε σχαλινγ τηειρ πλανσ αχχορδινγλψ. Ασ Ηελ σλεψ ϕοκινγλψ πυτσ ιτ, ηε ανδ ηισ χολ λεαγυεσ ϕυστ ωαντ α τελεπηονε βοοτη ον τηε σεαφλοορ ωε χαν ηοοκ α µοδεµ οντο. Χορεψ Σ. Ποωελλ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

10 Α αρκ Ματτερ Αστρονοµερσ µαψ βε χλοσινγ ιν ον τηε ινϖισιβλε χοσµιχ µαϕοριτψ Ανψβοδψ ωηο εϖερ δουβτεδ τηατ να τυρε ηασ α περϖερσε σενσε οφ ηυ µορ σηουλδ χονσιδερ τηε πλιγητ οφ τηε αστρονοµερσ τρψινγ το µαπ ουτ τηε στρυχτυρε οφ τηε χοσµοσ. Μοστ οφ τηε µασσ οφ τηε υνιϖερσε σεεµσ το εξιστ ασ σοµε φορµ οφ δαρκ µαττερ τηατ ισ ινϖισιβλε τηρουγη ανψ κινδ οφ τελεσχοπε. Στυδιεσ οφ ηοω γαλαξιεσ ροτατε ανδ µοϖε αβουτ ονε ανοτηερ ινδιχατε τηατ τηεψ αρε ενϖελοπεδ ιν ηαλοσ οφ συχη µατερι αλ. Βυτ ρεσεαρχηερσ δο νοτ κνοω ωηατ δαρκ µαττερ ισ µαδε οφ. Τηεψ ηαϖε χον σιδερεδ εϖερψτηινγ φροµ υνδισχοϖερεδ συβατοµιχ παρτιχλεσ το σνοωβαλλσ οατ ινγ ιν σπαχε. Νοω ατ λαστ τηεψ ηαϖε α χλυε. Τηρεε τεαµσ ηαϖε µαδε οβσερϖατιονσ ηιντινγ τηατ ατ λεαστ σοµε οφ τηε δαρκ µαττερ συρρουνδινγ ουρ γαλαξψ χονσιστσ οφ διµινυτιϖε ρελατιϖεσ οφ τηε συν: φαιντ, λοω µασσ σταρσ ανδ βροων δωαρφσ, οβ ϕεχτσ λαργερ τηαν πλανετσ βυτ στιλλ τοο σµαλλ το σηινε λικε σταρσ. Κιµ Γριεστ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν ι εγο ηασ χολλεχτιϖελψ δυββεδ συχη οβ ϕεχτσ ΜΑΧΗΟσ (µασσιϖε χοµπαχτ ηαλο οβϕεχτσ) α ριποστε το ηισ παρτιχλε πηψσ ιχιστ χολλεαγυεσ ωηο προποσε τηατ δαρκ µαττερ ισ χοµποσεδ οφ ΩΙΜΠσ (ωεακλψ ιντεραχτινγ µασσιϖε παρτιχλεσ). Τηε κεψ θυεστιον τηατ ηασ δαυντεδ ρεσεαρχηερσ αττεµπτινγ το λεαρν αβουτ δαρκ µαττερ ισ, Ηοω χαν ονε ιδεντιφψ σοµετηινγ τηατ χαννοτ βε σεεν? Ιν 1986 Βοδηαν Παχζψνσκι οφ Πρινχετον Υνιϖερ σιτψ ρεαλιζεδ τηατ αστρονοµερσ χουλδ, ιν πρινχιπλε, περχειϖε τηε γραϖιτατιοναλ τυγ προδυχεδ βψ ΜΑΧΗΟσ εϖεν τηουγη τηε οβϕεχτσ τηεµσελϖεσ αρε νεαρλψ υνδε τεχταβλε. Εινστειν σ τηεορψ οφ ρελατιϖιτψ στατεσ τηατ γραϖιτψ χαν βενδ λιγητ. Ιφ α ΜΑΧΗΟ ωερε το πασσ βετωεεν τηε εαρτη ανδ α µορε δισταντ σταρ, ιτσ γραϖιτατιον αλ ελδ ωουλδ αχτ ασ α µαγνιφψινγ λενσ, βενδινγ ανδ φοχυσινγ λιγητ φροµ τηε βαχκγρουνδ σταρ. Βεχαυσε οφ τηατ ε εχτ, τηε βαχκγρουνδ σταρ ωουλδ αππεαρ βριγητερ τηαν νορµαλ. Ασ τηε ΜΑΧΗΟ χοντινυεδ ον ιτσ πατη, ιτ ωουλδ µοϖε ουτ οφ αλιγνµεντ, ανδ τηε σταρ ωουλδ ρετυρν το ιτσ υσυαλ βριγητνεσσ. Παχζψνσκι ρεαλιζεδ τηατ σεαρχηινγ φορ συχη αν εϖεντ κνοων ασ γραϖιτατιοναλ µιχρολενσινγ ωουλδ ρεθυιρε µονιτορ ινγ τηε εξαχτ βριγητνεσσεσ οφ ηυγε νυµβερσ οφ σταρσ οϖερ αν εξτενδεδ δυ ρατιον. Ιν 1986 ιτ ωασ σχιενχε χτιον τηε τεχηνολογψ ωασν τ τηερε το µονιτορ α µιλλιον σταρσ, Παχζψνσκι ρεχαλλσ. Σινχε τηεν, ιµπροϖεδ διγιταλ λιγητ δε τεχτορσ ανδ ηιγη σπεεδ χοµπυτερσ ηαϖε σωιφτλψ τρανσφορµεδ χτιον ιντο α πραχ τιχαλ ρεαλιτψ. Βψ 1993 ατ λεαστ τηρεε σετσ οφ ινϖεστιγατορσ (α Υ.Σ. Αυστραλιαν τεαµ λεδ βψ Χηαρλεσ Αλχοχκ οφ Λαωρενχε Λιϖ ερµορε Νατιοναλ Λαβορατορψ, α Υ.Σ. Πολ ιση γρουπ λεδ βψ Παχζψνσκι ανδ α Φρενχη χολλαβορατιον ηεαδεδ βψ Μιχηελ Σπιρο οφ τηε Σαχλαψ Ρεσεαρχη Χεντερ ιν Φρανχε) ηαδ βεγυν α δετερµινεδ ηυντ φορ τηε βλιπσ οφ λιγητ τηατ µιγητ σεττλε τηε δαρκ µαττερ θυεστιον. Λαστ φαλλ αλλ τηρεε τεαµσ ρεπορτεδ τεντατιϖε σιγητινγσ οφ τηε µι χρολενσινγ πηενοµενον α ραπιδ ρε συχχεσσιον οφ ρεσυλτσ τηατ Παχζψνσκι ρεφερσ το ασ στιµυλατεδ εµισσιον. Γριεστ, ωηο παρτιχιπατεσ ιν Αλχοχκ σ γρουπ, ρεχουντσ τηατ ηε ανδ ηισ χολ λεαγυεσ ηαδ βεεν µονιτορινγ 1.8 µιλλιον σταρσ ιν τηε Λαργε Μαγελλανιχ Χλουδ, ονε οφ τηε Μιλκψ Ωαψ σ σατελλιτε γαλαξ ιεσ, φορ νεαρλψ α ψεαρ ωιτηουτ δετεχτινγ ανψτηινγ υνυσυαλ. Ωε ωερε ρεαδψ το πυτ υππερ λιµιτσ ον τηε αµουντ οφ ΜΑΧΗΟ δαρκ µαττερ ωηεν ουτ ποππεδ α γοοδ εϖεντ, ηε ρεπορτσ. Ασ τηε νεωσ σπρεαδ τηρουγη τηε χολλαβορατιον, ρυ µορσ βεγαν το χιρχυλατε τηατ τηε Φρενχη τεαµ ηαδ ϕυστ ρεχορδεδ αν εϖεντ οφ ιτσ οων. Τηε τωο γρουπσ ενδεδ υπ µακινγ σιµυλτανεουσ αννουνχεµεντσ. Σηορτλψ τηερεαφτερ Παχζψνσκι ανδ ηισ χο ωορκ ερσ αννουνχεδ α τηιρδ, σιµιλαρ εϖεντ σεεν τοωαρδ τηε χεντερ οφ ουρ γαλαξψ. Αλλ τηε οβσερϖεδ εϖεντσ δισπλαψ ονε οφ τηε µοστ τελλινγ χηαραχτεριστιχσ οφ µιχρολενσινγ: α σλοω βριγητενινγ φολ λοωεδ βψ α περφεχτλψ σψµµετριχαλ διµ µινγ. Νο κνοων κινδ οφ ϖαριαβλε σταρ ορ οτηερ αστρονοµιχαλ οβϕεχτ ωουλδ σηοω συχη α παττερν. Μορεοϖερ, τηε Φρενχη ανδ Υ.Σ. Αυστραλιαν γρουπσ χαν δεµονστρατε τηατ τηε σταρσ διδ νοτ χηανγε χολορ δυρινγ τηε εϖεντ α τραιτ εξπεχτεδ οφ µιχρολενσινγ βυτ ονε νοτ σηαρεδ βψ κνοων ϖαριαβλε σταρσ. Σο ηαϖε αστρονοµερσ ναλλψ σολϖεδ τηε ριδδλε οφ τηε δαρκ µαττερ? Ωελλ, νοτ εξαχτλψ. Φιρστ οφ αλλ, τηε ρεσεαρχηερσ χουλδ βε λοοκινγ ατ α νεω κινδ οφ ϖαρι αβλε σταρ. Σεχονδ, τηε δατα αρε ιµπρεσ σιϖε βυτ βψ νο µεανσ περφεχτ. Γριεστ ποιντσ το α στρανγε λοοκινγ δατα ποιντ ιν ηισ λιγητ χυρϖε τηατ στιλλ µακεσ µε νερϖουσ. Ανδ τηε ιδεντιτψ οφ τηε µι χρολενσινγ οβϕεχτσ ρεµαινσ αµβιγυουσ. Βασεδ ον τηε δυρατιον οφ τηε δετεχτεδ εϖεντσ, τηε τηρεε γρουπσ χαλχυλατε τηατ τηεψ ηαϖε προβαβλψ ρεχορδεδ βοδιεσ µυχη λεσσ µασσιϖε τηαν τηε συν. Βυτ συχη εστιµατεσ χονταιν χονσιδεραβλε υνχερταιντψ; τηε οβϕεχτσ δετεχτεδ σο φαρ χουλδ αχτυαλλψ βε σολαρ µασσ σταρσ, ωηιχη εµιτ τοο µυχη λιγητ το µακε υπ α συβσταντιαλ παρτ οφ τηε δαρκ ηαλο οφ τηε Μιλκψ Ωαψ. Τηε ρεσεαρχηερσ αρε ραχινγ το αναλψζε µορε δατα σο τηεψ χαν εσταβλιση υσεφυλ στατιστιχσ ον τηε τοταλ αµουντ οφ µαττερ τιεδ υπ ιν δαρκ, λοω µασσ ΜΑΧΗΟσ. Ωε ρε χρανκινγ ρεαλλψ ηαρδ, Γριεστ ρεπλιεσ, µορε τηαν ονχε, ωηεν ασκεδ αβουτ ηισ γρουπ σ προγρεσσ. Τηατ εαγερ νεσσ το υνχοϖερ α πρεϖιουσλψ υνδετεχτ εδ χοµπονεντ οφ τηε υνιϖερσε ονε τηατ µαψ ουτωειγη αλλ τηε ϖισιβλε σταρσ ιν τηε νιγητ σκψ ισ εασψ το υνδερστανδ. Ασ Γριεστ ρε εχτσ, ιφ ηισ ρεσυλτσ παν ουτ, ωε ρε σταρτινγ α ωηολε νεω ελδ οφ αστρονοµψ. Χορεψ Σ. Ποωελλ MACHO PROJECT ΣΤΕΛΛΑΡ ΒΡΙΓΗΤΕΝΙΝΓ (σεεν ιν τηε χεντερ οφ τηεσε διγιταλ ιµαγεσ) ισ τηουγητ το ρεσυλτ φροµ τηε γραϖιτατιοναλ πυλλ οφ αν 20 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 υνσεεν βοδψ ποσσιβλψ τηε λονγ σουγητ δαρκ µαττερ τηατ πασσεδ βετωεεν τηε εαρτη ανδ α µορε δισταντ σταρ.

11 Βιοωαρφαρε Ωαρσ Χριτιχσ ασκ ωηετηερ τηε αρµψ χαν µαναγε τηε προγραµ Οϖερ τηε παστ δεχαδε, τηε Υ.Σ. ηασ σπεντ µορε τηαν 600 µιλλιον τρψινγ το αντιχιπατε ανδ δεϖελ οπ δεφενσεσ αγαινστ αν ατταχκ ινϖολϖινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ. Τηε πριµαρψ ϕυστι χατιον οφ τηε σο χαλλεδ βιολογιχαλ δε φενσε προγραµ ηασ αλωαψσ βεεν τηε Σο ϖιετ Υνιον, ωηιχη ωασ αλλεγεδ βψ παστ Υ.Σ. αδµινιστρατιονσ το ηαϖε α ϖιγορουσ ο ενσιϖε προγραµ ιν ϖιολατιον οφ τηε Βιολογιχαλ Ωεαπονσ Χονϖεντιον. Νοω τηατ τηε χολδ ωαρ ισ οϖερ, σοµε αρµσ χοντρολ αδϖοχατεσ αρε χοντενδινγ τηατ τηε Υ.Σ. σηουλδ χυρταιλ ιτσ ρεσεαρχη ιντο συχη ωεαπονρψ ανδ χονχεντρατε ον στεµµινγ προλιφερατιον τηρουγη ιντερ νατιοναλ αγρεεµεντσ. Ψετ τηε νεεδ φορ δεφενσεσ αγαινστ βιολογιχαλ ωεαπονσ συχη ασ δετεχτορσ, προτεχτιϖε χλοτηινγ ανδ ϖαχχινεσ ισ µορε χοµπελλινγ τηαν εϖερ, αχχορδινγ το µιλιταρψ ο χιαλσ. Αδϖανχεσ ιν βιο τεχηνολογψ, τηεψ ασσερτ, ηαϖε µαδε βιο λογιχαλ ωεαπονσ αν ινχρεασινγλψ αττραχ τιϖε αλτερνατιϖε το χουντριεσ ωηοσε ρε σουρχεσ ωουλδ νοτ βε συ χιεντ το δεϖελοπ α νυχλεαρ αρσεναλ. Τηε Πεντα γον χλαιµσ τηατ ασ µανψ ασ 25 νατιονσ, ινχλυδινγ συχη αϖοωεδ ενεµιεσ οφ τηε Υ.Σ. ασ Νορτη Κορεα, Ιραν ανδ Ιραθ, αρε νοω δεϖελοπινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ ορ ηαϖε αλρεαδψ δονε σο. Βιλλψ Ριχηαρδσον, ωηο ασ δεπυτψ ασσισταντ σεχρεταρψ οφ δεφενσε φορ χηεµιχαλ µαττερσ οϖερσεεσ βοτη χηεµιχαλ ανδ βιολογιχαλ δεφενσε ρεσεαρχη, ηασ τεστι εδ βεφορε Χονγρεσσ τηατ βιολογιχαλ ωαρφαρε δεφενσε ηασ γαινεδ υνπαραλλελεδ ιντερεστ ανδ συπ πορτ ωιτηιν τηε Πενταγον ανδ ηασ βεεν δεσιγνατεδ α πριοριτψ ρεθυιρεµεντ βψ σενιορ µιλιταρψ ο ιχιαλσ. Τηε επαρτµεντ οφ εφενσε ηασ ρε θυεστεδ σοµε 60 µιλλιον φορ ιτσ ρε σεαρχη προγραµ φορ 1994, υπ φροµ 50 µιλλιον ιν Τηε αρµψ ισ σεεκινγ φυνδσ φορ α νεω ϖαχχινε τεστινγ φαχιλιτψ ατ Φορτ ετριχκ, Μδ., ωηιχη ηασ βεεν τηε ηεαδθυαρτερσ φορ βιοωαρφαρε ρεσεαρχη σινχε Ωορλδ Ωαρ ΙΙ. Μορεοϖερ, λαστ ϑυνε τηε αρµψ αννουνχεδ ιτσ ιντεντιον το χονστρυχτ α λαβορατορψ φορ τεστινγ πατη ογενσ ατ τηε υγωαψ Προϖινγ Γρουνδ ιν Υταη. Ιν τηε µιδ 1980σ οπποσιτιον φροµ γρασσ ροοτσ γρουπσ ανδ συχη προµινεντ Υταη πολιτιχιανσ ασ Σενατορ Ορριν Ηατχη βλοχκεδ πλανσ το βυιλδ α φαχιλιτψ ατ υγωαψ φορ ρεσεαρχη ον τηε µοστ δανγερουσ αγεντσ τηατ µιγητ βε δεϖελοπεδ, νοταβλψ γενετιχαλλψ αλτερεδ πατηογενσ φορ ωηιχη τηερε ισ νο χυρε. Τηε αρµψ νοω ιντενδσ το ερεχτ α φαχιλι τψ τηατ ηασ λεσσ ριγορουσ χονταινµεντ φεατυρεσ βυτ ισ στιλλ θυαλι εδ το ηανδλε συχη δεαδλψ αγεντσ ασ αντηραξ, βοτυλιν τοξινσ ανδ ενχεπηαλοµψελιτισ ϖιρυσεσ. Ηασ τηε µονεψ αλλοχατεδ τηυσ φαρ το τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ βεεν ωελλ σπεντ? Τηισ θυεστιον ηασ βεεν ραισεδ νοτ βψ τηε µιλιταρψ σ τραδιτιοναλ χριτιχσ βυτ βψ τηε Γενεραλ Αχχουντινγ Ο χε. Ονε ΓΑΟ ρεπορτ φουνδ τηατ ατ τηε βεγιννινγ οφ τηε Γυλφ Ωαρ τηε Υ.Σ. Αρµψ σ στοχκπιλεσ οφ ϖαχχινεσ φορ αν τηραξ ανδ βοτυλισµ, ωηιχη ωερε τηουγητ το µακε υπ τηε βυλκ οφ Ιραθ σ βιολογιχαλ αρσεναλ, φελλ φαρ σηορτ οφ ωηατ ωασ νεεδ εδ το προτεχτ Υ.Σ. τροοπσ. Ιν 1990 τηε ΓΑΟ χονχλυδεδ τηατ ατ λεαστ 20 περ χεντ ποσσιβλψ ασ µυχη ασ 40 περχεντ οφ τηε αρµψ σ βιολογιχαλ ωεαπονσ βυδ γετ ωασ νοτ διρεχτεδ ατ δισεασεσ ορ τοξ ινσ ιδεντι εδ ασ τηρεατσ βψ τηε µιλι ταρψ σ οων ιντελλιγενχε. Ιν φαχτ, τηε ΓΑΟ φουνδ τηατ τηε αρµψ µαψ υννεχεσσαρι λψ δυπλιχατε µεδιχαλ ρεσεαρχη ον ϖαχ χινεσ αλρεαδψ βεινγ δονε ατ τηε Νατιον αλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη ανδ τηε Χεντερσ φορ ισεασε Χοντρολ. Πενταγον ο χιαλσ ρεσπονδ τηατ νο χιϖιλιαν αγενχψ χαν αδδρεσσ µιλιταρψ νεεδσ ανδ θυεστιονσ. Τηεψ αλσο αργυε τηατ τηε σηορτχοµινγσ εξποσεδ βψ τηε Γυλφ Ωαρ σηοω τηατ τηε προγραµ νεεδσ µορε συππορτ, νοτ λεσσ. Ψετ χριτιχσ οφ τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ ηαϖε υργεδ τηατ ρεσεαρχη ινϖολϖινγ ϖαχχινεσ ανδ οτηερ µεδιχαλ αππλιχατιονσ ρεθυιρ ινγ τηε ηανδλινγ οφ λιϖε πατηογενσ βε πλαχεδ υνδερ α χιϖιλιαν αγενχψ. Λαστ ϑυνε, Χονγρεσσ τοοκ α στεπ τοωαρδ τηατ γοαλ. Λαωµακερσ ηαϖε ρεθυιρεδ τηε ε παρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυµαν Σερϖιχ εσ το στυδψ τηε αππροπριατενεσσ ανδ ιµπαχτ οφ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη ασσυµινγ ρεσπονσιβιλιτψ φορ τηε χονδυχτ οφ αλλ Φεδεραλ ρεσεαρχη, δεϖελ οπµεντ, τεστινγ ανδ εϖαλυατιον φυνχ τιονσ ρελατινγ το µεδιχαλ χουντερµεα συρεσ αγαινστ βιοωαρφαρε τηρεατ αγεντσ. Τηε ηεαλτη σεχρεταρψ σ ρεπορτ ισ δυε νεξτ ϑυνε. Βψ ατ λεαστ παρτιαλλψ δεµιλιταριζινγ ιτσ προγραµ ανδ τηυσ µακινγ ιτ µορε οπεν το σχρυτινψ, µιγητ τηε Υ.Σ. αιδ ιν τερνατιοναλ αρµσ χοντρολ ε ορτσ? Αχ χορδινγ το Συσαν Ωριγητ οφ τηε Υνιϖερ σιτψ οφ Μιχηιγαν, α πολιτιχαλ σχιεντιστ ανδ αν αυτηοριτψ ον βιολογιχαλ ωεαπονσ, τηε ανσωερ ισ α ρµατιϖε. Ωηατεϖερ τηε Υ.Σ. δοεσ ισ γοινγ το προϖοκε αττεντιον ανδ βε χοπιεδ το σοµε εξτεντ, σηε ρε µαρκσ. Φορ σεϖεραλ ψεαρσ, αρµσ χοντρολ γρουπσ ηαϖε βεεν υργινγ τηε αδοπτιον οφ ϖερι χατιον προϖισιονσ το ενηανχε τηε Βιολογιχαλ Ωεαπονσ Χονϖεντιον, ωηιχη προηιβιτσ τηε µανυφαχτυρε ανδ υσε οφ βιολογιχαλ ωεαπονσ ασ ωελλ ασ ο ενσιϖε ρεσεαρχη. Τηε χονϖεντιον ηασ βεεν σιγνεδ βψ µορε τηαν 120 χουν τριεσ, ινχλυδινγ τηε Υ.Σ., σινχε Ιν 1991 σιγνερσ οφ τηε χονϖεντιον εσ ταβλισηεδ χοµµιττεεσ οφ εξπερτσ το στυδψ ϖερι χατιον. Τηε εξπερτσ πρεσεντ εδ τηειρ ρεπορτσ ατ α Υνιτεδ Νατιονσ φο ρυµ λαστ φαλλ, ανδ µεµβερσ αρε εξπεχτ εδ το βεγιν φορµαλ νεγοτιατιονσ οφ ϖερι χατιον προϖισιονσ σοµετιµε τηισ ψεαρ. Συχη προϖισιονσ χουλδ χαλλ φορ βοτη ρου τινε ανδ υνσχηεδυλεδ ινσπεχτιονσ οφ ινδυστριαλ ανδ γοϖερνµενταλ βιοτεχη νολογψ φαχιλιτιεσ ασ ωελλ ασ ρεθυιρινγ δεταιλεδ αννυαλ ρεπορτινγ ον δυαλ υσε αχτιϖιτιεσ. Τηε Ρεαγαν ανδ Βυση αδµιν ιστρατιονσ οπποσεδ συχη µεασυρεσ, χον τενδινγ τηατ τηεψ ωουλδ βε ινε εχτιϖε ανδ ωουλδ λεαδ το δισχλοσυρεσ οφ προ πριεταρψ ινφορµατιον. Ισ περφεχτ ϖερι χατιον ποσσιβλε? ασκσ Βαρβαρα Η. Ροσενβεργ οφ τηε Στατε Υνι ϖερσιτψ οφ Νεω Ψορκ ατ Πυρχηασε, ωηο ηεαδσ τηε χηεµιχαλ ανδ βιολογιχαλ ωεα πονσ ϖερι χατιον προϕεχτ οφ τηε Φεδερα τιον οφ Αµεριχαν Σχιεντιστσ. Εϖερψονε αγρεεσ ιτ ισν τ, εσπεχιαλλψ φορ βιολογιχαλ ωεαπονσ τηατ ινϖολϖε δυαλ υσε τεχηνολ ογιεσ. Βυτ ιτ σ αιµεδ ατ προϖιδινγ µορε οπεννεσσ. Το ενχουραγε δεϖελοπινγ χουντριεσ το συβµιτ το ιντρυσιϖε ϖερι χατιον, σηε αδδσ, αδϖανχεδ νατιονσ µιγητ ηαϖε το ηελπ τηεµ αχθυιρε βιο τεχηνολογψ βψ ρελαξινγ εξπορτ χοντρολσ. Αλλ τηε δεϖελοπινγ χουντριεσ αρε ιντερ εστεδ, βυτ νοτηινγ ηασ ηαππενεδ ψετ, σηε σαψσ. Τηε Φεδερατιον οφ Αµεριχαν Σχιεν τιστσ ανδ τηε Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζα τιον αρε αλσο σεεκινγ το µακε τηε ϖερι χατιον ρεγιµε παρτ οφ α βροαδερ ε ορτ το µονιτορ ανδ ρεσπονδ ραπιδλψ το τηε ουτβρεακ οφ δισεασεσ, ωηετηερ χαυσεδ δελιβερατελψ ορ νατυραλλψ. Τηε τωο οργα νιζατιονσ σπονσορεδ α µεετινγ ιν Γε νεϖα λαστ Σεπτεµβερ το χονσιδερ τηε πλαν, χαλλεδ τηε Προγραµ ον Μονιτορινγ Εµεργινγ ισεασεσ. Βυτ αρµσ χοντρολ αλονε ισ νοτ ενουγη το προτεχτ Υ.Σ. τροοπσ, αχχορδινγ το α µεµβερ οφ α χονγρεσσιοναλ χοµµιττεε ωιτη οϖερσιγητ οφ τηε βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ. Σηε ρεϕεχτσ Ωριγητ σ χοντεν τιον τηατ τηε Υ.Σ., βψ χυττινγ βαχκ ον ορ δεµιλιταριζινγ ιτσ βιοωαρφαρε ρεσεαρχη, µιγητ δισχουραγε οτηερ χουντριεσ φροµ αχθυιρινγ βιολογιχαλ ωεαπονσ. Συχη αν αχτ ωον τ στοπ Νορτη Κορεα ορ Ιραθ ορ Ιραν φροµ δεϖελοπινγ συχη ωεαπονσ, σηε ασσερτσ. Τηε Χλιντον αδµινιστρατιον ηασ ψετ το σετ φορτη αν εξπλιχιτ πολιχψ ον ιτσ οων βιολογιχαλ δεφενσε προγραµ ορ ον αρµσ χοντρολ ε ορτσ. Αν αδµινιστρατιον σουρχε συγγεστσ τηατ αλτηουγη τηε Ωηιτε Ηουσε µαψ συππορτ µορε ιντρυσιϖε αρµσ χοντρολ µεασυρεσ, ιτ ισ υνλικελψ το χυρταιλ ορ δεµιλιταριζε ιτσ οων ε ορτ. Μψ οων ϖιεω, τηε ο χιαλ νοτεσ, ισ τηερε ισ α ρεαλ νεεδ φορ α στρονγ βιολογ ιχαλ δεφενσε προγραµ. ϑοην Ηοργαν 22 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

12 Χηιλλερ Τηριλλερ Ωορκερσ αχηιεϖε τεµπερατυρεσ βελοω αβσολυτε ζερο Ρεσεαρχη ιν πηψσιχσ ηασ ρεαχηεδ α νεω λοω. Σχιεντιστσ ατ τηε Ηελ σινκι Υνιϖερσιτψ οφ Τεχηνολογψ ηαϖε µεασυρεδ πιχοκελϖιν (τριλλιοντησ οφ α δεγρεε) τεµπερατυρεσ ϕυστ αβοϖε, ανδ εϖεν βελοω, αβσολυτε ζερο ιν µεταλ λιχ ρηοδιυµ. Τηεσε τεµπερατυρεσ αρε µυχη λοωερ τηαν ανψ πρεϖιουσλψ ρεχορδ εδ. Ωηεν ασκεδ ωηατ τηε φεατ µεανσ, Περττι Ηακονεν, λεαδερ οφ τηε Φιννιση τεαµ, πλυνγεσ ιντο α ρεϖιεω οφ τηε δψ ναµιχσ τηατ δεσχριβε τεµπερατυρε. Βψ δε νιτιον, τεµπερατυρε µεασυρεσ τηε ενεργψ, ορ τηε αµουντ οφ δισορδερ, ιν α σψστεµ. Α σψστεµ ηαϖινγ αβσολυτε ζερο τεµπερατυρε ωουλδ βε υνθυεστιοναβλψ φρεε φροµ αλλ ατοµιχ µοτιον. Ασ α ρε συλτ, τηε σψστεµ ωουλδ ηολδ νο ενεργψ ανδ νο εντροπψ. Τηε ελεχτρονσ ιν τηε λαττιχε οφ α χρψσταλ ωουλδ, φορ εξαµπλε, βε υττερλψ στιλλ. Τηε σπινσ ιν αν αρραψ οφ ατοµιχ νυχλει µιγητ αλλ ποιντ ιν τηε σαµε διρεχτιον (τηινκ οφ α χλυτχη οφ τινψ πλανετσ σπιννινγ ιν σπαχε). Βυτ τηερε ισ α χατχη. Τηε τηιρδ λαω οφ τηερµοδψναµιχσ στατεσ τηατ συχη α χονδιτιον χουλδ νοτ ηαππεν. Τηε παρτι χλεσ τηατ µακε υπ αλλ µαττερ µυστ ϖι βρατε, ατ λεαστ α λιττλε, αλλ τηε τιµε. Φολ λοωινγ ορδιναρψ λογιχ, τηεν, ιτ ωουλδ Βy chewing on the bark of a white willow tree, Edmund Stone, an 18th-century Anglican clergyman, discovered the analgesic merits of salicylic acid, the active ingredient in aspirin. No one, no matter how grateful for pain relief, has yet fathomed why Stone was gnawing on willow bark. But a possible reason why the willow and other plants produce this versatile compound has been discovered. A team from the Agricultural Biotechnology Research Unit at Ciba-Geigy has shown that the accumulation of salicylic acid in plant tissue after an infection is essential for prompting a crucial immune response, called systemic acquired resistance (SAR). The two main defenses a plant inherits to fight disease are known as vertical resistance and horizontal resistance. Vertical resistance acts against individual agents of disease. Horizontal resistance, a category to which SAR belongs, is mounted against a wide array of related plant PATRICIA J. WYNNE Χοµµον ωηιτε ωιλλοω Σοµετηινγ το Χηεω ον pathogens. It works by stalling fungal, bacterial or viral proliferation and activity. Because horizontal resistance protects against many kinds of plant pathogens, the ability to mobilize SAR in the absence of an actual infection could bolster a plant s ability to ward off disease. One of our goals is to develop chemicals to spray on plants that will actually trigger a plant to be healthy, says John Ryals, the project s research director. Systemic acquired resistance appears to be involved in the control of the expression of a set of genes that encode for specific proteins. Some of these proteins act like antibiotics when tested against plant pathogens in vitro. These proteins may help keep a plant healthy when exposed to disease. An external application of salicylic acid to tobacco leaves causes SAR to develop quickly as though a pathogen were present. Work by the Ciba-Geigy researchers reported in a recent issue of Science confirms that the onset of SAR is related to a plant s salicylic acid levels. Ryals and his colleagues wrote that by blocking the buildup of salicylic acid in infected tobacco plants, they had weakened the plants ability to resist infection. Specifically, they prevented the accretion of salicylic acid in tobacco plants by inserting a gene for producing salicylate hydroxylase, an enzyme that breaks down salicylic acid. Next the researchers inoculated the tobacco mosaic virus (TMV) into three lower leaves of the altered plants and of the unaltered, control-group plants; the disease causes splotches of dark-green blisters and dulled yellow areas. Seven days after the lesions appeared, members of the Ciba-Geigy laboratory harvested the leaves and compared them. Leaves from the control group showed much less damage. Those plants had also accumulated an expected 185-fold increase in salicylic acid after the infection. The specimens in which the salicylate hydroxylase gene had been implanted showed only minor increases in salicylic acid. The workers then exposed the upper leaves of the plants infected with TMV to a second dose of the virus. Five days later the leaves that were low on salicylic acid had the largest lesions. This result confirms the harbinger role the chemical plays in this form of plant immunity. Although these data demonstrate that salicylic acid must be present for the development of SAR, other factors are known to be involved in controlling the response. When investigators have deciphered the entire mechanism controlling SAR, the secrets revealed could spare plants from physical ills and farmers from financial pain as well. Kristin Leutwyler 24 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

13 σεεµ ιµποσσιβλε το ατταιν τεµπερατυρεσ βελοω ζερο. Τηε σεχρετ οφ τηε Φιννιση γρουπ σ συχχεσσ, Ηακονεν νοτεσ, ισ τηατ νεγατιϖε τεµπερατυρεσ αρε ιν φαχτ νοτ χολδερ τηαν αβσολυτε ζερο. Ιν τηειρ λαβορατορψ, Ηακονεν ανδ ηισ χολλεαγυεσ µεασυρε νυχλεαρ σπιν τεµ περατυρεσ. Φιρστ, τηεψ πλαχε α συβστανχε ιν αν εξτερναλ µαγνετιχ ελδ, σο τηατ τηε νυχλει ωιλλ σπιν παραλλελ το τηε εξτερ ναλ φορχε ιν νυµβερσ προπορτιοναλ το τηε ελδ σ στρενγτη. Ωηεν τηε µαϕοριτψ οφ τηε νυχλει σπιν ιν τηε σαµε διρεχτιον, τηε σαµπλε ρεγιστερσ α λοω, ποσιτιϖε νυ χλεαρ σπιν τεµπερατυρε. Τηισ ηιγη δεγρεε οφ παραλλελ, ορ φερροµαγνετιχ, ορδερ χο ινχιδεσ ωιτη τηε λοωεστ ενεργψ λεϖελ ανδ λεαστ εντροπψ αϖαιλαβλε το τηε σψστεµ. Νεξτ, τηε πηψσιχιστσ θυιχκλψ (ωιτηιν τηε σπαν οφ α µιλλισεχονδ) ιπ τηε δι ρεχτιον οφ τηε αππλιεδ µαγνετιχ φορχε. Μοστ οφ τηε νυχλει τηεν σπιν ιν οπποσι τιον το τηε εξτερναλ ελδ ιν ηιγη ενεργψ οριεντατιονσ. Τηε προχεσσ ισ αδιαβατιχ, µεανινγ τηε εντροπψ ρεµαινσ υν χηανγεδ. Τηε ρεσυλτινγ σπιν διστριβυτιον ισ τηε ινϖερσε οφ τηατ ασσοχιατεδ ωιτη ποσιτιϖε νυχλεαρ σπιν τεµπερατυρεσ. Ηενχε, ιτ ισ ασσιγνεδ α νεγατιϖε ϖαλυε. Τηε µαιν δι ερενχε ισ τηατ ατ α νεγα τιϖε τεµπερατυρε, τηε σψστεµ τριεσ το µαξιµιζε ιτσ ενεργψ, Ηακονεν εξπλαινσ. Ιν α σενσε, νεγατιϖε τεµπερατυρεσ χαν βε χονσιδερεδ ηοττερ τηαν ιν νιτε τεµ περατυρεσ. Αν ιν νιτε νυχλεαρ σπιν τεµ περατυρε χορρελατεσ ωιτη αν εϖεν διστρι βυτιον οφ ποσσιβλε σπιν αλιγνµεντσ: ϕυστ ασ µανψ νυχλει ασσυµε ηιγη ενερ γψ οριεντατιονσ ασ δο λοω ενεργψ ονεσ. Τηε αρρανγεµεντ ρεπρεσεντσ µαξιµυµ εντροπψ, ορ χηαοσ, ωιτηιν α συβστανχε. Ηεατινγ συχη α µατεριαλ φορχεσ γροω ινγ νυµβερσ οφ νυχλει το σπιν ιν οππο σιτιον το τηε εξτερναλ ελδ ιν ορδερ το αβσορβ τηε αδδιτιοναλ ενεργψ. Τηε προβ αβιλιτψ οφ ανψ γιϖεν νυχλευσ ασσυµινγ α ηιγη ενεργψ σπιν οριεντατιον ινχρεασεσ, ανδ σο οϖεραλλ εντροπψ ιν τηε σψστεµ δεχρεασεσ. Βψ χοαξινγ συβστανχεσ το λοω τεµ περατυρεσ ϖερψ νεαρ αβσολυτε ζερο, πηψσ ιχιστσ ηαϖε ηοπεδ το οβσερϖε τηε ωεακ µαγνετιχ ιντεραχτιονσ τηατ τρανσπιρε βετωεεν νειγηβορινγ νυχλει. Τηισ χοµ πλιχατεδ παττερν γοϖερνσ ηοω εαχη ινδι ϖιδυαλ σπιν α εχτσ τηε νεξτ, ιν α δοµι νολικε φασηιον τηρουγηουτ τηε µατεριαλ. Ηακονεν ανδ ηισ χολλεαγυεσ, ωηο ρε πορτεδ τηειρ ωορκ ιν Πηψσιχαλ Ρεϖιεω Λεττερσ, δετεχτ τηε σπιν οριεντατιονσ οφ ρηοδιυµ βψ ρεχορδινγ νυχλεαρ µαγνετιχ ρεσονανχε σπεχτρα ωιτη α ΣΘΥΙ µαγ νετοµετερ. Ατ τηε µοµεντ, τηεψ αρε πρε παρινγ εξπεριµεντσ φορ χοολινγ πλατι νυµ. Φροστψ φεµτοκελϖιν (θυαδριλλιοντησ οφ α δεγρεε) τεµπερατυρεσ µαψ ψετ βε ωιτηιν ρεαχη παρτιχυλαρλψ δυρινγ τηε λονγ Φιννιση ωιντερ. Κριστιν Λευτωψλερ ιοξιν Ινδιχτµεντ Α γροωινγ βοδψ οφ ρεσεαρχη λινκσ τηε χοµπουνδ το χανχερ ιοξιν ηασ αλωαψσ σεεµεδ α παρ αδοξιχαλ πολλυταντ. Ιν λαβορατο ρψ ανιµαλσ, ιτ ισ χλεαρλψ α ποτεντ χαρχινογεν; ιν ηυµανσ, ιτσ λινκ το χανχερ ηασ βεεν τενυουσ. Βυτ α ρεχεντλψ πυβ λισηεδ στυδψ οφ πεοπλε εξποσεδ το τηε τοξιν πρεσεντσ χοµπελλινγ εϖιδενχε τηατ διοξιν ηασ χαρχινογενιχ ε εχτσ ιν τηε ηυµαν σπεχιεσ ασ ωελλ. Σινχε 1976, ωηεν αν ινδυστριαλ αχχι δεντ σπεωεδ διοξιν ιντο τηε αιρ νεαρ τηε Ιταλιαν τοων οφ Σεϖεσο, σχιεντιστσ ηαϖε µονιτορεδ τηε ηεαλτη οφ αβουτ 2,000 φαµιλιεσ τηερε. Σεϖεραλ ψεαρσ αγο τηε ρε σεαρχηερσ δοχυµεντεδ ινχρεασεσ ιν χαρ διοϖασχυλαρ δισεασε ανδ συγγεστιϖε ιν χρεασεσ ιν χερταιν χανχερσ. Μορε χυρρεντ ωορκ βψ τηε σαµε γρουπ ηασ στρενγτηενεδ τηε εϖιδενχε φορ διοξ ιν ασ α χαρχινογεν ιν ηυµανσ. Ωριτινγ ιν Επιδεµιολογψ, Πιερ Αλβερτο Βερταζζι οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιλαν ανδ ηισ χολ λεαγυεσ δεσχριβε αν υπτυρν ιν τηε ινχι δενχε οφ παρτιχυλαρ χανχερσ αµονγ τηε Σεϖεσο ποπυλατιον. Πεοπλε λιϖινγ ιν τηε σεχονδ µοστ χονταµινατεδ αρεα, χαλλεδ ζονε Β, ωερε νεαρλψ τηρεε τιµεσ µορε λικελψ το αχθυιρε λιϖερ χανχερ τηαν ωασ τηε γενεραλ ποπυλατιον. Ιν τηισ σαµε χλυστερ, α φορµ οφ µψελοµα οχχυρρεδ 5.3 τιµεσ µορε οφτεν αµονγ ωοµεν; αµονγ µεν, σοµε χανχερσ οφ τηε βλοοδ ωερε 5.7 τιµεσ µορε λικελψ. Τηε ρεσεαρχηερσ διδ νοτ νδ α γρεατερ νυµβερ οφ τηε χανχερσ ιν τηε µοστ πολ λυτεδ αρεα, α φαχτ Βερταζζι αντιχιπατεδ. Τηε σµαλλ γρουπ οφ πεοπλε µοστ αφφεχτ εδ µοϖεδ ιµµεδιατελψ, σο τηειρ εξπο συρε ωασ σηορτ, Βερταζζι σαψσ. Τηοσε ιν ζονε Β ηαδ λοωερ, προλονγεδ εξποσυρε. Τηεσε νδινγσ αρε νοτ τηε ρστ το ασ σοχιατε διοξιν ωιτη χανχερ ιν ηυµανσ; οϖερ τηε ψεαρσ, ϖαριουσ στυδιεσ ηαϖε φουνδ εϖιδενχε φορ ανδ αγαινστ συχη α λινκ. Τηε Σεϖεσο στυδψ ισ σιγνι χαντ βε χαυσε τηισ ποπυλατιον ηασ βεεν ωελλ µονιτορεδ ανδ βεχαυσε νεω τεχηνιθυεσ ηαϖε µαδε βλοοδ λεϖελσ οφ διοξιν εασψ το µεασυρε α χρυχιαλ φαχτορ ιν αχχυ ρατελψ δετερµινινγ εξποσυρε. Αλτηουγη Βερταζζι ηασ βασεδ ηισ νδινγσ ον εξ τραπολατιονσ φροµ σοιλ δατα, τηε ινϖεστι γατορ σαψσ αναλψσεσ οφ τηε βλοοδ σαµ πλεσ χορρεσπονδ το ηισ εστιµατεσ. Τηε Σεϖεσο στυδψ µαψ βε ιµπορταντ εϖεν φορ ωηατ ισ αβσεντ φροµ ιτ. Βερταζ ζι νοτεσ τηατ τηε οχχυρρενχεσ οφ βρεαστ χανχερ ανδ ενδοµετριαλ χανχερ αρε βε λοω νορµαλ. Ωηατ ισ ρεµαρκαβλε αβουτ τηεσε νδινγσ ισ τηατ τηεψ ρε εχτ ανι µαλ δατα αλµοστ περφεχτλψ, χοµµεντσ Ελλεν Κ. Σιλβεργελδ, α τοξιχολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ ανδ α στα σχι εντιστ ατ τηε Ενϖιρονµενταλ εφενσε Φυνδ. Βοτη χανχερσ αρε τηουγητ το βε ινδυχεδ βψ εστρογεν. Βεχαυσε διοξιν φυνχτιονσ ιν παρτ ασ αν αντιεστρογεν, ιτ µαψ ωορκ το προτεχτ αγαινστ συχη χαν χερσ, Σιλβεργελδ εξπλαινσ. Τηε Σεϖεσο νδινγσ αλσο χοµε ατ α τιµε ωηεν ινφορµατιον αβουτ τηε µο λεχυλαρ ε εχτσ οφ διοξιν ηαϖε βεγυν το αχχυµυλατε. Σχιεντιστσ υνδερστανδ τηατ διοξιν ιν παρτιχυλαρ, 2,3,7,8 τετραχηλο ροδιβενζο παρα διοξιν, τηε µοστ ποτεντ οφ τηε 75 τψπεσ οφ διοξιν βινδσ το αν ιντραχελλυλαρ ρεχεπτορ. Τηε διοξιν λαδεν ρεχεπτορ τηεν ϕοινσ ωιτη α τρανσπορτερ τηατ σηυττλεσ τηε χοµπλεξ το α χελλ σ νυ χλευσ ανδ αχτιϖατεσ αν ενζψµε, χψτο χηροµε π450. Ωηεν τηε χοµπλεξ ιν τεραχτσ ωιτη τηε ΝΑ, ιτ δισρυπτσ τηε χηροµοσοµε στρυχτυρε, σαψσ ϑαµεσ Π. Ωηιτλοχκ, ϑρ., α πηαρµαχολογιστ ατ Σταν φορδ Υνιϖερσιτψ. Τηε ρεσυλτινγ χηανγεσ ιν γενε εξπρεσσιον ηαϖε λεδ ινϖεστιγατ ορσ το ποστυλατε τηατ διοξιν προµοτεσ χανχερ χαυσεδ βψ ανοτηερ συβστανχε. Οτηερ στυδιεσ ηαϖε συγγεστεδ τηατ διοξιν φυνχτιονσ ασ α ηορµονε ανδ αφ φεχτσ τηε ιµµυνε σψστεµ ανδ τηε ρε προδυχτιϖε τραχτ. Σηερρψ Ε. Ριερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Σουτη Φλοριδα ρεπορτεδ ιν Φυνδαµενταλ ανδ Αππλιεδ Τοξιχολογψ τηατ διοξιν ισ ασσοχιατεδ ωιτη ενδοµε τριοσισ ιν ρηεσυσ µονκεψσ. Τηε Νατιον αλ Ινστιτυτε οφ Ενϖιρονµενταλ Ηεαλτη Σχιενχεσ (ΝΙΕΗΣ) ισ στυδψινγ τηε σαµε ασσοχιατιον ιν ωοµεν. Μοστ Υ.Σ. οχχυ πατιοναλ στυδιεσ οφ διοξιν ωηιχη χον στιτυτε τηε βυλκ οφ συχη ρεσεαρχη ηαϖε νοτ εξαµινεδ ιτσ ιµπαχτ ον ωοµεν, ωηο σελδοµ ενχουντερ τηε χοµπουνδ ιν τηε ωορκπλαχε. Ριχηαρδ Ε. Πετερσον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωισχονσιν ανδ οτηερσ ηαϖε αλσο φουνδ τηατ διοξιν χαν χαυσε νευροβεηαϖιοραλ χηανγεσ ιν ρατσ ανδ χαν αλτερ ρεπροδυχ τιϖε τραχτ δεϖελοπµεντ. Σιµιλαρ νδινγσ ηαϖε βεεν σεεν ιν α ποπυλατιον ποισονεδ βψ α διοξιν αναλογυε ιν Ταιωαν. Βοψσ ωηο ωερε εξποσεδ ιν υτερο ηαϖε σµαλλ ερ πενισεσ τηαν δο υνεξποσεδ βοψσ. ιοξιν ισ α ϖερψ ποτεντ γροωτη δισ ρεγυλατορ, νοτεσ Λινδα Βιρνβαυµ, α τοξιχολογιστ ατ τηε Ενϖιρονµενταλ Προ τεχτιον Αγενχψ. Ιτ ηασ µανψ δι ερεντ ε εχτσ ον µανψ δι ερεντ οργαν σψσ τεµσ ατ δι ερεντ σταγεσ οφ δεϖελοπ µεντ. Τηε ΕΠΑ ισ εϖαλυατινγ τηε νεω δατα ασ ιτ χοντινυεσ ιτσ ρεασσεσσµεντ οφ διοξιν. Τηε αγενχψ ισ εξπεχτεδ το ισσυε ιτσ ρεϖιεω τηισ ψεαρ. Ανδ Βερταζζι σ παπερ ισ νοτ τηε λαστ ωορδ φροµ Σεϖεσο. Γεοργε Ω. Λυχιερ, α βιοχηεµιστ ατ τηε ΝΙΕΗΣ, ανδ οτηερσ αρε λοοκινγ ατ τηε ινδυχτιον οφ χψτοχηροµε π450 ιν τηε Σεϖεσο ρεσιδεντσ το σεε ιφ ιτ ισ ασσοχιατεδ ωιτη τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Μαργυεριτε Ηολλοωαψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

14 ΠΡΟΦΙΛΕ: ΑΛΒΕΡΤ ΕΙΝΣΤΕΙΝ Κεψηολε ςιεω οφ α Γενιυσ Αλβερτ Εινστειν σχηολαρσ ηαϖε λονγ βεεν αωαρε οφ τρουβλεδ ανδ τρου βλινγ ασπεχτσ οφ τηε γρεατ πηψσι χιστ σ λιφε. Ηισ ρστ µαρριαγε, στρονγλψ δισαππροϖεδ οφ βψ ηισ φαµιλψ, ενδεδ ιν διϖορχε. Τηε χηιλδ οφ τηισ υνιον ωασ πυτ υπ φορ αδοπτιον. Λεττερσ ανδ οτηερ δοχ υµεντσ ιν Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ οφ Αλβερτ Εινστειν, α χοµπενδιυµ οφ Εινστειν σ παπερσ, πυβλισηεδ βψ Πρινχετον Υνιϖερ σιτψ Πρεσσ, χονταιν ηιντσ οφ ιν δελιτψ. Ψετ ηισ σχηολαρσ ανδ βι ογραπηερσ ηαϖε φοχυσεδ ον ηισ ωορκ ορ τυρνεδ δισχρεετλψ αωαψ φροµ τηισ ασπεχτ οφ ηισ λιφε. Ιν δοινγ σο, τηεψ ηαϖε λεφτ τηε ελδ οπεν. Ανδ Φλεετ Στρεετ αβηορσ α ϖαχ υυµ. Σο ινστεαδ οφ τηε κινδ οφ σχηολαρσηιπ τηατ ωουλδ προϖιδε υσ ωιτη α ρουνδεδ πιχτυρε οφ τηισ χοµπλιχατεδ, ποωερφυλλψ γιφτεδ ηυµαν βεινγ, ωε ηαϖε Τηε Πριϖατε Λιϖεσ οφ Αλβερτ Εινστειν. Ιν τηε βοοκ, ωηιχη ωασ πυβ λισηεδ λαστ Αυγυστ ιν Βριτ αιν βψ Φαβερ & Φαβερ, τωο Ενγλιση ϕουρναλιστσ, Πετερ Ηιγη ελδ ανδ Παυλ Χαρ τερ, ρεπορτ τηε ρεσυλτσ οφ α θυιχκ φοραψ τηεψ ηαϖε µαδε ιντο Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ. ( Το δατε, τηρεε ϖολυµεσ ηαϖε αππεαρεδ; τωο µορε αρε εξπεχτεδ.) Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ σ βοοτψ χονσιστσ οφ α σεριεσ οφ λεττερσ, ωηιχη τηεψ ηαϖε εσηεδ ουτ ωιτη ιντερϖιεωσ ανδ ωηερε εϖιδενχε φαιλσ ωιτη τηειρ οων σπεχυλατιον. Υσ ινγ συχη µατεριαλσ, τηε αυτηορσ ηαϖε χρεατεδ α πορτραιτ οφ α µαν οφ πηψσιχαλ πασσιον ωηο χονδυχτεδ α χοµπλιχατεδ ροµαντιχ λιφε ασ ηε ρεϖολυτιονιζεδ τηε φουνδατιονσ οφ χοντεµποραρψ πηψσιχσ ανδ χοσµολογψ. Στ. Μαρτιν σ Πρεσσ ωιλλ πυβλιση τηε βοοκ ιν τηε Υ.Σ. τηισ σπρινγ. Βψ τηε τιµε Εινστειν λεφτ ωαρ τορν Ευ ροπε το τακε ηισ πλαχε ασ α χυλτυραλ ιχον ιν τηε Υ.Σ., ηε ηαδ αλρεαδψ νισηεδ τηε ωορκ τηατ εσταβλισηεδ ηιµ ασ α σεµιναλ γυρε ιν µοδερν πηψσιχσ. Φορ σχιεντιστσ, τηε ωορκ χουντσ αβοϖε αλλ; Εινστειν, τηε µαν, χοµεσ σεχονδ. Εινστειν ωουλδ ηαϖε αππροϖεδ οφ τηεσε πριοριτιεσ. Ηισ 26 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 FRED STEIN Black Star ηιγηεστ πραισε, ονχε γιϖεν ιν α γενερουσ µοµεντ το ηισ ελδεστ σον, ωασ το ποσ σεσσ τηε αβιλιτψ το ρισε αβοϖε µερε εξ ιστενχε βψ σαχρι χινγ ονε σ σελφ τηρουγη τηε ψεαρσ φορ αν ιµπερσοναλ γοαλ. Εινστειν σ οων µερε εξιστενχε, ασ σεεν βψ Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ, χονσιστσ οφ α χολλαγε οφ περσονασ ονλψ φαιντλψ ρεχογ νιζαβλε το ρεαδερσ οφ πρεϖιουσ βιογρα πηιεσ. Φιρστ ωε λεαρν τηατ Εινστειν ωασ αν αλιενατεδ ανδ οϖερµοτηερεδ ψουτη. Τηεν ωε µεετ τηε αδολεσχεντ Εινστειν, βυρστινγ ωιτη λιβιδο: α ηανδσοµε τεεν αγερ εξυδινγ χασυαλ χηαρισµα ωηο ποσ σεσσεδ µασχυλινε γοοδ λοοκσ, α ρα ιση µυσταχηε ανδ α µυσχυλαρ ανδ θυιτε ποωερφυλ πηψσιθυε. ( Τηε γενιαλ γνοµε οφ τηε χλασσιχ πορτραιτ ισ αλσο α µψτη: εϖεν ιν ολδ αγε, Εινστειν ωασ α πηψσιχαλλψ ροβυστ µαν.) Ασ α ψουτη, Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ σαψ, Εινστειν ωασ βοτη πασσιονατε ανδ χαλ χυλατινγ ιν ηισ ηανδλινγ οφ ωοµεν. Ηε πενσ α λοϖε ποεµ το ονε τεεναγε αχ θυαιντανχε...α κισσ ον ψουρ τινψ λιτ τλε µουτη... ωηιλε ρεασσυρινγ ωιφε το βε Μιλεϖα οφ ηισ χοντινυινγ δεϖοτιον. Αχχορδινγ το Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ, Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ρεϖεαλσ α δαρκ, περηαπσ ϖιολεντ, σιδε οφ Εινστειν τηατ αππεαρσ σεϖεραλ ψεαρσ ιντο ηισ ρστ µαρ ριαγε, παρτιχυλαρλψ αφτερ ηισ 1905 παπερσ ον σπεχιαλ ρελατιϖιτψ βεγιν το αττραχτ ρεχογνιτιον. Εινστειν ανδ Μιλεϖα αργυε ερχελψ οϖερ ηισ χονταχτ ωιτη οτηερ ωοµεν, ανδ Εινστειν, ιν λεττερσ το ηισ φριενδ Μιχηελε Βεσσο, αττριβυτεσ ηερ ϕεαλουσψ το α πατηολογιχαλ αω τψπιχαλ οφ α ωοµαν οφ συχη υνχοµµον υγλι νεσσ. Ονε δαψ Λισβετη Ηυρωιτζ νοτεσ ιν ηερ διαρψ τηατ σηε ηασ σεεν Μιλεϖα σ φαχε βαδλψ σωολλεν. Τηε αυτηορσ λεαϖε τηε ρεαδερ το δεχιδε ωηετηερ τηε χαυσε ωασ α βλοω ορ α τοοτη αχηε. Ηιγη ελδ ανδ Χαρ τερ νοτε τηατ βεφορε τηε βρεακυπ οφ Εινστειν σ ρστ µαρριαγε, τηε ψουνγ πηψσ ιχιστ λιϖεδ ωιτη Ελσα Ειν στειν, α χουσιν, ιν Βερλιν, λεαϖινγ ηισ ωιφε ανδ τηειρ τωο χηιλδρεν ιν Ζυριχη, υναβλε το παψ τηε ρεντ. Ασ τηε Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ ναρρατιϖε υνφολδσ, Εινστειν σ µισογψνψ ιν χρεασεσ ασ δοεσ ηισ φαµε. Ηε ωασ, φορ εξαµπλε, α φριενδ οφ τηε ρενοωνεδ Φρανχο Πολιση σχιεντιστ Μαριε Χυριε. Ηε νονετηε λεσσ ρεφερσ ιν α λεττερ το Ελσα το Χυριε σ σεϖερε ουτωαρδ ασπεχτ ανδ σαψσ σηε ηασ τηε σουλ οφ α ηερ ρινγ. Ηε αλσο σπινσ τηεο ριεσ το εξπλαιν ωηατ ηε ρε γαρδσ ασ τηε ινηερεντ ιν αβιλιτψ οφ ωοµεν το τηινκ γρεατ σχιεντι χ τηουγητσ. Εϖεντυαλλψ ηε διϖορχεσ Μιλεϖα ανδ µαρριεσ Ελσα, βυτ, τηε αυτηορσ χλαιµ, τηε πηιλανδερ ινγ γοεσ ον. Ατ λεαστ ονε ωοµαν, α ψουνγ βλονδε, ϖισιτσ ηιµ ρεγυλαρλψ ατ ηισ συµµερ ηουσε ιν Βερλιν, ωηερε τηεψ τακε βοατινγ εξχυρσιονσ ωηιλε Ελσα χον σολεσ ηερσελφ ωιτη παστριεσ ανδ χακεσ, αχχορδινγ το α µαιδ ωηοµ τηε αυτηορσ ιντερϖιεωεδ. Ιν ανοτηερ ανεχδοτε, ασ ρε λατεδ βψ τηε πηψσιχιστ σ φριενδ ϑανοσ Πλεσχη, Εινστειν στοπσ ονε δαψ το ογλε α ωοµαν κνεαδινγ βρεαδ Εϖερψ νοω ανδ τηεν τηε αµορουσ Ειν στειν πορτραψεδ βψ Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ δοεσ παυσε το δο α βιτ οφ πηψσιχσ. Ηε αλσο σηοωσ α φεω γλιµπσεσ οφ χοµπασ σιον το ηισ λοϖεδ ονεσ. Βυτ ον τηε ωηολε, ηε ισ Μρ. Ηψδε το τηε ρ. ϑεκψλλ οφ ποπυλαρ Εινστειν µψτη. Ωε ωαντεδ

15 το προϖιδε αν αντιδοτε το τηε πρεϖιουσ βιογραπηιεσ, Ηιγη ελδ εξπλαινσ. Ωηατ χαν βε γαινεδ βψ εξαµινινγ τηισ µερε εξιστενχε οφ Εινστειν σ? Ψου χαν τ γετ α φεελινγ φορ ωηατ Εινστειν ωασ λικε βψ ρεελινγ ο ηισ σχιεντι χ αχηιεϖε µεντσ, Ηιγη ελδ οβσερϖεσ. Σοµε σχι εντιστσ ωηο κνεω Εινστειν δισαγρεε. Ι ωασ σοµεωηατ υνηαππψ ατ τηε πυβλιχα τιον οφ αλλ τηισ µατεριαλ, σαψσ Πετερ Βεργµανν, Εινστειν σ χολλαβορατορ δυρ ινγ ηισ δαψσ ατ τηε Ινστιτυτε φορ Αδ ϖανχεδ Στυδιεσ ιν Πρινχετον, Ν. ϑ. Βεινγ δεαδ, ψου δον τ γιϖε υπ ψουρ χλαιµσ το πριϖαχψ, Βεργµανν δεχλαρεσ. Βεργµανν πλαχεσ ηιµσελφ ρµλψ ιν τηε χαµπ οφ Εινστειν σ εξεχυτορσ: ηισ φορ µερ σεχρεταρψ Ηελεν υκασ ανδ φριενδ Οττο Νατηαν. Εινστειν, ηαϖινγ κεπτ ηισ τωο σονσ φροµ ηισ ρστ µαρριαγε, Ηανσ Αλβερτ ανδ Εδυαρδ, ατ αν εµοτιοναλ δισ τανχε, ενλιστεδ τηε ποσσεσσιϖε υκασ ασ µοτηερ προτεχτορ αφτερ τηε δεατη οφ Ελσα. Ιν ηισ ωιλλ, ηε λεφτ ηερ ανδ Νατηαν ιν χηαργε οφ ηισ λιτεραρψ λεγαχψ. Τηεψ γυαρδεδ ιτ ϖιγορουσλψ, πρεϖεντινγ ιν 1958 τηε πυβλιχατιον οφ α µανυσχριπτ ωριττεν βψ Φριεδα Εινστειν, Εινστειν σ δαυγητερ ιν λαω, τηατ ωασ βασεδ ιν παρτ ον λεττερσ φροµ Μιλεϖα. ιδ συχη πολιχ ινγ κεεπ ϖαλυαβλε τρυτησ φροµ σχηολαρσ? Ηιστοριανσ µαψ τηινκ σο, Βεργµανν ασσερτσ, βυτ Ι ηαϖε µψ δουβτσ. Νεϖερτηελεσσ, αφτερ τηε δεατησ οφ υ κασ ανδ Νατηαν, τηε λεττερσ φουνδ τηειρ ωαψ το τηε Ηεβρεω Υνιϖερσιτψ οφ ϑερυ σαλεµ, ανδ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ προϕ εχτ ωασ βεγυν. Βεργµανν ωασ ον τηε λοσινγ σιδε οφ ηεατεδ αργυµεντσ αµονγ φελλοω σχιεντιστσ αδϖισινγ τηε πυβλιση ερσ ον ωηετηερ το ινχλυδε παρτιχυλαρλψ ιντιµατε λεττερσ. Βυτ ϑοην Σταχηελ, δι ρεχτορ οφ τηε Χεντερ φορ Εινστειν Στυδ ιεσ ατ Βοστον Υνιϖερσιτψ ανδ φορµερ εδ ιτορ οφ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ, χαλλσ τηε βοοκ ωελλ δοχυµεντεδ ανδ σεριουσ, εϖεν τηουγη ηε δισαγρεεσ ωιτη µανψ οφ Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ σ χονχλυσιονσ. Ιφ ψου τηινκ Εινστειν ωασ α πλαστερ σαιντ, ηε σαψσ, ψου λλ βε υπσετ. Αβραηαµ Παισ, αυτηορ οφ Συβτλε ισ τηε Λορδ, αν Εινστειν βιογραπηψ χονχερνεδ µαινλψ ωιτη Εινστειν σ σχιεντι χ αχηιεϖε µεντσ ανδ ρεγαρδεδ βψ µανψ πηψσι χιστσ ασ δε νιτιϖε, αγρεεσ ωιτη Σταχηελ αβουτ τηε νεεδ το πυβλιση τηε αρχηιϖεσ ιν τηειρ εντιρετψ. Βυτ τηε ρελεντλεσσ φο χυσ ον Εινστειν σ ροµαντιχ ανδ εροτιχ βεηαϖιορ ιν Πριϖατε Λιϖεσ µακεσ ηιµ σεετηε. Ιτ χουλδ βε ωορσε, ηε σαψσ, βυτ νοτ µυχη. Σο [Εινστειν] ηαδ α φεω εξ τραµαριταλ α αιρσ. Τηατ ηαππενσ ιν τηε βεστ οφ φαµιλιεσ. Τηε βοοκ σ εµπηασισ ισ ωρονγ. Σιρ Μαρτιν Ρεεσ, α προφεσσορ οφ αστρονοµψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαµ βριδγε, εντερταινσ σιµιλαρ σεντιµεντσ: Ιτ σ εντιρελψ αππροπριατε το λεαρν εϖερψ τηινγ ψου χαν αβουτ σοµεβοδψ ψου ρε ωριτινγ αβουτ. Βυτ ατ αλλ ποιντσ, [Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ] πλαχε τηε ωορστ ποσσι βλε χονστρυχτιον ον Εινστειν σ µοτιϖεσ. Ηιγη ελδ ανδ Χαρτερ ινδεεδ γο το χονσιδεραβλε λενγτησ το παιντ Εινστειν ιν τηε ωορστ λιγητ ποσσιβλε. Πριϖατε Λιϖεσ ρελιεσ αλµοστ εξχλυσιϖελψ ον χιρχυµσταν τιαλ εϖιδενχε ανδ ινδιρεχτ ρεφερενχεσ το συππορτ µανψ οφ ιτσ χονχλυσιονσ. Τηισ πραχτιχε ηολδσ εσπεχιαλλψ τρυε φορ µανψ οφ τηε χλαιµσ αβουτ Εινστειν σ πηιλαν δερινγ. Τακε τηε χασε οφ Γρετε Μαρκ στειν, α Βερλιν αχτρεσσ ωηο χλαιµεδ ιν 1935 το βε Εινστειν σ λονγ λοστ δαυγη τερ. Τηε αρχηιϖεσ χονταιν πλαιν εϖιδενχε τηατ Εινστειν σιρεδ α δαυγητερ βψ Μιλεϖα βεφορε τηειρ ωεδδινγ, ωηοµ τηε χουπλε αρε βελιεϖεδ το ηαϖε πυτ υπ φορ αδοπ τιον. Αλτηουγη Εινστειν δισµισσεδ Μαρκ στειν σ χλαιµ ουτ οφ ηανδ, ηε τοοκ τηε τρουβλε το ηαϖε ηισ σεχρεταρψ ηιρε α δε τεχτιϖε το χηεχκ ουτ ηερ στορψ. Ιτ τυρνεδ ουτ το βε υντρυε, βυτ δοχυµενταρψ εϖι δενχε συγγεστσ τηατ τηρεε ψεαρσ εαρλιερ Εινστειν µαδε α παψµεντ οφ 80 µαρκσ το Μαρκστειν φορ σεµιο χιαλ σερϖιχεσ. Αγαιν, τηε αυτηορσ ποιντ τηε ρεαδερ το ωαρδ αν υνσεεµλψ χονχλυσιον. Εϖεν Εινστειν σ ε ορτσ το ιντερϖενε ιν τηε λιϖεσ οφ ηισ χηιλδρεν σουνδ λικε ταλεσ φροµ α σταγ παρτψ. Αχχορδινγ το τηε αυ τηορσ, Εινστειν ωροτε το Μιλεϖα αβουτ ηισ δισαππροϖαλ οφ τηειρ σον Ηανσ Αλ βερτ σ βριδε το βε. Εινστειν συγγεστσ τηατ ηισ σον σ χηοιχε οφ α δοµινεερινγ ωοµ αν ισ τηε ρεσυλτ οφ σεξυαλ ινηιβιτιονσ. Αλλεγεδλψ, Εινστειν προποσεσ τηατ τηε σον βε σεντ το α πρεττψ 40 ψεαρ ολδ ωοµαν οφ τηε πηψσιχιστ σ αχθυαιντανχε φορ υνσπεχι εδ ρεµεδιαλ ινστρυχτιον. Ανδ, σηαδεσ οφ Ωοοδψ Αλλεν, τηε αυ τηορσ ποιντ ουτ τηατ ιν Εινστειν σ λατερ ψεαρσ ηισ στεπδαυγητερ, Μαργοτ, απ πεαρεδ ωιτη ηιµ αλµοστ εϖερψωηερε ηε ωεντ φαρ µορε τηαν διδ ηισ ωιφε, Ελσα. Αλτηουγη ηε αδµιτσ τηατ τηε αρχηιϖεσ προϖιδε νο ηαρδ εϖιδενχε φορ µανψ οφ ηισ ανδ Χαρτερ σ χοντεντιονσ, Ηιγη ελδ στανδσ βψ τηεµ. Βεχαυσε πεοπλε ωερε νοτ ιν τηε ηαβιτ ιν τηε εαρλψ παρτ οφ τηε χεντυρψ οφ ρεχορδινγ ιντιµατε ιτεµσ ιν τηειρ λεττερσ, Ηιγη ελδ βελιεϖεσ, ηε ανδ Χαρτερ ηαδ το ρελψ ον ινδιρεχτ ρεφερ ενχεσ. Ψου ηαϖε το λοοκ ατ τηε οϖεραλλ αχχυµυλατιον οφ τηεσε δεταιλσ, ηε σαψσ. ϑ ργεν Ρενν, α πηψσιχιστ ωηο υντιλ ρεχεντλψ παρτιχιπατεδ ιν τηε πρεπαρατιον οφ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ανδ ωηο ισ νοω διρεχτορ οφ τηε Μαξ Πλανκ Ινστιτυτε φορ τηε Ηιστορψ οφ Σχιενχε ιν Βερλιν, αργυεσ τηατ τηε περσοναλ δεταιλσ ιν Πριϖατε Λιϖεσ αχτυαλλψ ο ερ σοµε ινσιγητ ιντο τηε χρεατιϖε προχεσσ βεηινδ Εινστειν σ αχηιεϖεµεντσ. Ψου χαν τ υνδερστανδ τηε πεχυλιαρ χοµβινατιον οφ ωηατ ηε διδ ανδ ωηεν ηε διδ ιτ ωιτηουτ κνοω ινγ αβουτ ηισ περσοναλ λιφε, ηε σαψσ. Τηατ Εινστειν ανδ Μιλεϖα λιϖεδ λικε βοηεµιαν ουτσιδερσ ιν τηε περιοδ βε φορε 1905 ηαδ αν ιµπαχτ ον Εινστειν σ τηεορψ οφ σπεχιαλ ρελατιϖιτψ, Ρενν χον τενδσ. Ηισ µαρριαγε το Μιλεϖα εστρανγεδ Εινστειν φροµ ηισ φαµιλψ, ανδ ηε ωασ ηαϖινγ τρουβλε νδινγ α ϕοβ. Τηε πηψσι χιστ σ αρρογανχε ανδ ρεβελλιουσνεσσ, χουπλεδ ωιτη ηισ ρελατιονσηιπ ωιτη Μιλε ϖα, γαϖε ηιµ τηε χουραγε το τακε υπ [σχιεντι χ] ισσυεσ τηατ ηε ωουλδν τ ηαϖε τακεν υπ οτηερωισε, Ρενν σαψσ. Τηατ ασσυµπτιον γοεσ φαρ τοωαρδ εξπλαινινγ ωηψ Εινστειν, ιν ηισ χορρεσπονδενχε ωιτη Μιλεϖα, ρεφερρεδ ιν 1901 το ουρ ωορκ ον ρελατιϖε µοτιον. Βψ τηε σαµε τοκεν, Εινστειν σ λατερ µοϖε το Βερλιν χονστιτυτεδ σοµετηινγ οφ α ρετυρν το τηε ινσιδε το ηισ νεω ϕοβ ατ τηε χεν τερ οφ τηε πηψσιχσ εσταβλισηµεντ ανδ το τηε γοοδ γραχεσ οφ ηισ φαµιλψ. Μιλεϖα νο λονγερ συιτεδ ηισ χηανγεδ σενσιβιλιτψ. Σο φαρ φεω πηψσιχιστσ σεεµ το ηαϖε αχτυαλλψ ρεαδ Πριϖατε Λιϖεσ. Ρογερ Πεν ροσε, Ρουσε Βαλλ Προφεσσορ οφ Ματηε µατιχσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Οξφορδ ανδ αυτηορ οφ Τηε Εµπερορ σ Νεω Μινδ, δοεσ νοτ πυτ τηε βοοκ ηιγη ον ηισ ρεαδ ινγ λιστ, αλτηουγη ηε ισ κεεν το περυσε τηε λεττερσ ιν Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ϖολ υµεσ. αϖιδ Ροβινσον, α προφεσσορ οφ µατηεµατιχσ ατ Κινγ σ Χολλεγε, Λονδον, χοµµεντσ τηατ µοστ ωορκινγ πηψσι χιστσ λικε µε ωιλλ ωαιτ φορ τηε παπερ βαχκ ϖερσιον. Γεοργε Π. Εφστατηιου, Σαϖιλιαν Προφεσσορ οφ Αστρονοµψ ατ Οξ φορδ, σαψσ τηε βοοκ ηασ γιϖεν ηιµ ιν σιγητ ιντο Εινστειν σ χηαραχτερ: Ιτ σ νοτ τηε σεξυαλ µισδεµεανορσ τηατ ιντερεστ µε βυτ ρατηερ Εινστειν σ ινδεπενδενχε φροµ αυτηοριτψ ιν ηισ ψουνγερ ψεαρσ. Εφστατηιου µαψ βε ον τηε ριγητ τραχκ. Ονχε τηε σαλαχιουσ χυριοσιτψ ηασ βεεν σατισ εδ, Παισ, Βεργµανν ορ οτηερ σερι ουσ σχηολαρσ φαχε τηε φασχινατινγ χηαλ λενγε οφ εξπλορινγ τηε χοµπλεξ περσον αλιτψ τηατ Τηε Χολλεχτεδ Παπερσ ρεϖεαλσ. Ανδ σοχιολογιστσ ορ οτηερ σοφτ σχιεντιστσ µαψ ωαντ το εξαµινε σοχιετψ σ νεεδ φορ ιδολσ, α νεεδ ηιστορψ σεεµσ εϖερ ρεαδψ το φρυστρατε. Φρεδ Γυτερλ, Λονδον 28 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

16 Ωετλανδσ These havens of biodiversity are often endangered because they can be hard to identify. Understanding their variable characteristics can lead to more successful conservation e orts βψ ϑον Α. Κυσλερ, Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑοσεπη Σ. Λαρσον ςαριουσλψ δρψ, ωετ ορ ανψωηερε βετωεεν, ωετλανδσ αρε βψ τηειρ νατυρε προτεαν. Συχη χονσταντ χηανγε µακεσ ωετλανδσ εχολογιχαλλψ ριχη; τηεψ αρε οφτεν ασ διϖερσε ασ ραιν φορεστσ. Τηεσε σηαλλοω ωατερ φεδ σψσ τεµσ αρε χεντραλ το τηε λιφε χψχλε οφ µανψ πλαντσ ανδ ανιµαλσ, σοµε οφ τηεµ ενδανγερεδ. Τηεψ προϖιδε α ηαβιτατ ασ ωελλ ασ σπαωνινγ γρουνδσ φορ αν εξτρα ορδιναρψ ϖαριετψ οφ χρεατυρεσ ανδ νεστ ινγ αρεασ φορ µιγρατορψ βιρδσ. Σοµε ωετλανδσ εϖεν περφορµ α γλοβαλ φυνχ τιον. Τηε νορτηερν πεατ λανδσ οφ Χανα δα, Αλασκα ανδ Ευρασια, ιν παρτιχυλαρ, µαψ ηελπ µοδερατε χλιµατιχ χηανγε βψ σερϖινγ ασ α σινκ φορ τηε γρεενηουσε γασ χαρβον διοξιδε. Ωετλανδσ αλσο ηαϖε χοµµερχιαλ ανδ υτιλιταριαν φυνχτιονσ. Τηεψ αρε σουρχεσ οφ λυχρατιϖε ηαρϖεστσ οφ ωιλδ ριχε, φυρ βεαρινγ ανιµαλσ, ση ανδ σηελλ ση. Ωετλανδσ λιµιτ τηε δαµαγινγ ε εχτσ οφ ϑον Α. ΚΥΣΛΕΡ, ΩΙΛΛΙΑΜ ϑ. ΜΙΤΣΧΗ ανδ ϑοσεπη Σ. ΛΑΡΣΟΝ ωορκ ον ασπεχτσ οφ ωετλανδ µαναγεµεντ ανδ εχολογψ. Κυσλερ, ωηο ηασ αδϖισεδ µανψ στατε ανδ φεδεραλ αγενχιεσ ον ωατερ ρεσουρχε πολι χψ, ισ εξεχυτιϖε διρεχτορ οφ τηε Ασσοχια τιον οφ Ωετλανδ Μαναγερσ. Προφεσσορ οφ νατυραλ ρεσουρχεσ ανδ ενϖιρονµενταλ σχιενχε ατ Οηιο Στατε Υνιϖερσιτψ, Μιτσχη ηασ χονδυχτεδ εξτενσιϖε ρεσεαρχη ον ωετλανδσ ρεστορατιον ανδ εχοσψστεµ µοδελινγ. Λαρσον ισ προφεσσορ ατ ανδ δι ρεχτορ οφ τηε Ενϖιρονµενταλ Ινστιτυτε ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μασσαχηυσεττσ ατ Αµ ηερστ. Ηε ηασ στυδιεδ, αµονγ οτηερ τοπ ιχσ, τηε βεηαϖιορ οφ βεαϖερσ ανδ τηε ασ σεσσµεντ οφ φρεσηωατερ ωετλανδσ. ωαϖεσ, χονϖεψ ανδ στορε οοδωατερσ, τραπ σεδιµεντ ανδ ρεδυχε πολλυτιον τηε λαστ αττριβυτε ηασ εαρνεδ τηεµ τηε σοβριθυετ νατυρε σ κιδνεψσ. εσπιτε τηειρ ϖαλυε, ωετλανδσ αρε ραπ ιδλψ δισαππεαρινγ. Ιν τηε Υ.Σ., µορε τηαν ηαλφ οφ τηεσε ρεγιονσ ιν εϖερψ στατε εξ χεπτ Αλασκα ανδ Ηαωαιι ηαϖε βεεν δε στροψεδ. Βετωεεν τηε 1950σ ανδ τηε 1970σ µορε τηαν νινε µιλλιον αχρεσ αν αρεα εθυιϖαλεντ το τηε χοµβινεδ σιζε οφ Μασσαχηυσεττσ, Χοννεχτιχυτ ανδ Ρηοδε Ισλανδ ωερε ωιπεδ ουτ. Σοµε στατεσ ηαϖε αλµοστ εντιρελψ λοστ τηειρ ωετλανδσ: Χαλιφορνια ανδ Οηιο, φορ εξ αµπλε, ρεταιν ονλψ 10 περχεντ οφ τηειρ οριγιναλ εξπανσε. εστρυχτιον χοντινυεσ τοδαψ, αλβειτ ατ α σλιγητλψ ρεδυχεδ ρατε, ιν παρτ, βεχαυσε τηερε αρε φεωερ ωετ λανδσ το ελιµινατε. Νο συχη νυµβερσ αρε αϖαιλαβλε ιντερνατιοναλλψ, βυτ ωε εσ τιµατε τηατ 6 περχεντ οφ αλλ λανδ ισ χυρ ρεντλψ ωετλανδσ. Τηε εξτενσιϖε λοσσεσ χαν γενεραλλψ βε αττριβυτεδ το τηε σαµε φεατυρε τηατ µακεσ ωετλανδσ σο ϖαλυαβλε: τηειρ εϖερ χηανγινγ νατυρε. Τηε χοµπλεξ δψναµ ιχσ οφ ωετλανδσ χοµπλιχατε ε ορτσ το χρεατε πολιχιεσ φορ πρεσερϖινγ τηεµ. Τηειρ µαναγεµεντ ανδ προτεχτιον µυστ ινχορπορατε α ρεαλιστιχ δε νιτιον, ονε τηατ ενχοµπασσεσ αλλ τηεσε ιντριχατε ΦΛΟΟ ΙΝΓ ΙΝ ΤΗΕ ΜΙ ΩΕΣΤ λεφτ τηου σανδσ οφ ηουσεσ συβµεργεδ ινχλυδινγ τηεσε αλονγ τηε Μισσουρι Ριϖερ ανδ ποωερφυλλψ δεµονστρατεδ τηε δανγερσ οφ δεστροψινγ ωετλανδσ. Ωηεν υνδισ τυρβεδ, ωετλανδσ χαν αβσορβ εξχεσσ οοδωατερ. εϖελοπµεντ, ηοωεϖερ, χαν ρεδυχε ορ ελιµινατε τηισ χαπαβιλιτψ. 64Β ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

17 εχοσψστεµσ φροµ µαρσηεσ, βογσ ανδ σωαµπσ το ϖερναλ ποολσ, πλαψα λακεσ ανδ πραιριε ποτηολεσ. Ιφ σχιεντιστσ χαν βεττερ χλαριφψ ανδ χοµµυνιχατε το τηε πυβλιχ ανδ το πολιχψµακερσ τηε σπεχιαλ χηαραχτεριστιχσ οφ ωετλανδσ ασ ωελλ ασ τηειρ εχονοµιχ ανδ εχολογιχαλ ιµπορ τανχε, περηαπσ τηοσε τηατ δο ρεµαιν ωιλλ νοτ δισαππεαρ. Οϖερ τηε ψεαρσ, ρεσεαρχηερσ ανδ γοϖερνµεντ αγενχιεσ ηαϖε δε ϖελοπεδ µανψ δε νιτιονσ οφ ωετλανδσ. Αλλ σηαρε τηε ρεχογνιτιον τηατ ωετλανδσ αρε σηαλλοω ωατερ σψστεµσ, ορ αρεασ ωηερε ωατερ ισ ατ ορ νεαρ τηε συρ φαχε φορ σοµε τιµε. Μοστ δεσχριπτιονσ αλσο νοτε τηε πρεσενχε οφ πλαντσ αδαπτ εδ το οοδινγ, χαλλεδ ηψδροπηψτεσ, ανδ ηψδριχ σοιλσ, ωηιχη, ωηεν οοδεδ, δε ϖελοπ χολορσ ανδ οδορσ τηατ διστινγυιση τηεµ φροµ υπλανδ σοιλσ. Ωετλανδσ χαν βε φουνδ ιν διϖερσε το πογραπηιχαλ σεττινγσ. Τηεψ αρισε ιν ατ, τιδαλλψ ινυνδατεδ βυτ προτεχτεδ αρεασ, συχη ασ σαλτ µαρσηεσ ανδ µανγροϖε σωαµπσ. Ωετλανδσ εξιστ νεξτ το φρεση ωατερ ριϖερσ, στρεαµσ ανδ λακεσ ανδ τηειρ οοδπλαινσ (συχη αρεασ αρε οφτεν χαλλεδ ριπαριαν). Ιν αδδιτιον, τηεψ φορµ ιν συρφαχε δεπρεσσιονσ αλµοστ ανψ ωηερε. Συχη ωετλανδσ χοµπρισε φρεση ωατερ µαρσηεσ, ποτηολεσ, µεαδοωσ, πλα ψασ ανδ ϖερναλ ποολσ ωηερε ϖεγετατιον ισ νοτ ωοοδψ, ασ ωελλ ασ σωαµπσ ωηερε ιτ ισ. Ωετλανδσ χαν αλσο ουριση ον σλοπεσ ανδ ατ τηε βασε οφ σλοπεσ, συπ πλιεδ βψ σπρινγσ, ανδ ασ βογσ ανδ φενσ φεδ βψ πρεχιπιτατιον ανδ γρουνδωατερ. Φιναλλψ, τηεψ χαν οχχυρ ιν χολδ χλιµατεσ ωηερε περµαφροστ ρεταινσ ωατερ ανδ λοω εϖαπορατιον ρατεσ πρεϖαιλ. Αλτηουγη τηε κινδσ ανδ λοχατιονσ οφ ωετλανδσ ϖαρψ γρεατλψ, υχτυατινγ ωατερ λεϖελσ αρε χεντραλ το αλλ οφ τηεµ. Ωατερ ρισεσ ορ φαλλσ ιν αχχορδανχε ωιτη τιδεσ, πρεχιπιτατιον ορ ρυνο ; τηε αχτιϖιτιεσ οφ ηυµανσ ανδ οτηερ ανιµαλσ χαν αλσο δε τερµινε ωατερ λεϖελσ. Τηε εξτεντ οφ τηε υχτυατιον ισ οφτεν ϖερψ δι ερεντ φροµ σιτε το σιτε. Ιν τηε σαλτ µαρσηεσ οφ τηε νορτηεαστερν Υ.Σ. ανδ εαστερν Χαναδα, δαιλψ τιδεσ µαψ βρινγ αβουτ σηιφτσ οφ 10 φεετ ορ µορε ιν ωατερ λεϖελ. Οτηερ ρεγιονσ υνδεργο εϖεν µορε εξτρεµε χηανγεσ. Φορ εξαµπλε, ραινφαλλ χαν χαυσε τηε Αµαζον Ριϖερ το ρισε 25 φεετ δυρινγ α σεασον ανδ ινϖαδε νειγηβορινγ ωετ λανδσ [σεε Φλοοδεδ Φορεστσ οφ τηε Αµα ζον, βψ Μιχηαελ Γουλδινγ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1993]. Ιν τηε πραιριε ποτηολεσ οφ τηε Μιδωεστ, γρουνδωατερ ορ µελτινγ σνοω µαψ αλτερ ωατερ λεϖελσ βψ φουρ ορ ϖε φεετ οϖερ σεϖεραλ ψεαρσ. Εϖεν ωηεν λεϖελσ υχτυατε δραµατι χαλλψ, τηεσε σψστεµσ χαν αδϕυστ σο τηατ τηεψ συσταιν λιττλε περµανεντ δαµαγε. Ινδεεδ, τηε ϖερψ εξιστενχε οφ σοµε ωετ λανδσ ισ ρελατεδ το τηε ραϖαγεσ οφ ηυρρι ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

18 χανεσ, οοδσ ανδ δρουγητσ. Μοστ ωετ λανδσ αλονγ ριϖερσ ανδ χοαστλινεσ ασ ωελλ ασ τηοσε τηατ φορµεδ ιν δεπρεσσιονσ ιν τηε λανδσχαπε αρε λονγ λιϖεδ πρεχισελψ βεχαυσε οφ εϖεντσ τηατ πεοπλε χονσιδερ εχονοµιχαλλψ δεϖαστατινγ. Ραγινγ ρεσ βυρν εξχεσσ δεποσιτεδ οργανιχ µαττερ ανδ ρεχψχλε νυτριεντσ. Ηυρριχανεσ ανδ ηιγη ϖελοχιτψ οοδσ σχουρ σεδιµεντσ ανδ οργανιχ µαττερ, ρεµοϖινγ τηεµ φροµ ωετλανδσ ορ χρεατινγ ωετλανδσ νεαρβψ. ρουγητσ τεµποραριλψ δεστροψ ηψδροπηψτιχ ϖεγετατιον ανδ αλλοω οξι δατιον ανδ χοµπαχτιον οφ οργανιχ σοιλσ. Τηισ ανοµαλουσ φεατυρε οφ ωετλανδσ τηε ωαψ τηατ σηορτ τερµ δεστρυχτιον εν συρεσ λονγ τερµ γαιν ισ ποορλψ υνδερ στοοδ βψ τηε γενεραλ πυβλιχ. Μυχη οφ τηε πρεσσ χοϖεραγε οφ Ηυρριχανε Αν δρεω ανδ ιτσ ιµπαχτ ον τηε Φλοριδα Εϖ εργλαδεσ ιλλυστρατεσ τηισ φαχτ. Αλτηουγη Τηε Φλυχτυατινγ Ωατερ Λεϖελσ οφ Ωετλανδσ Ωetlands are often as different in their appearance and in the species they host as they are in the range of saturation they experience in the course of a year or a season. Their topographical variety and the complexity of their hydrology have made some wetlands difficult to identify and, hence, difficult to preserve. PRAIRIE POTHOLE RELATIVE WATER DEPTH WET YEAR DRY YEAR BOG RELATIVE WATER DEPTH WET YEAR DRY YEAR CYPRESS SWAMP RELATIVE WATER DEPTH JANUARY DECEMBER 66 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

19 τηε δαµαγε ωασ σεριουσ, τηε εχοσψστεµ ανδ οτηερσ λικε ιτ ηαϖε συρϖιϖεδ τηου σανδσ οφ συχη χαταχλψσµσ. Σοµε ρε σεαρχηερσ ηαϖε συγγεστεδ τηατ τρεεσ ιν τηε χοασταλ µανγροϖε σωαµπσ ρεαχη µατυριτψ ατ αβουτ 30 ψεαρσ οφ αγε, α πε ριοδιχιτψ τηατ χοινχιδεσ αλµοστ περφεχτ λψ ωιτη τηε φρεθυενχψ οφ ηυρριχανεσ ιν τηε τροπιχσ. Μισυνδερστανδινγ ηασ αλσο λεδ το µανψ ωελλ ιντεντιονεδ προποσαλσ το σταβιλιζε ωατερ λεϖελσ ιν ωετλανδσ. Τηε οοδινγ αλονγ τηε Μισσισσιππι, Μισσου ρι ανδ οτηερ ριϖερσ λαστ συµµερ ωασ εσ πεχιαλλψ σεϖερε βεχαυσε ωετλανδσ ηαδ βεεν δεστροψεδ ασ πεοπλε βυιλτ ον τηεµ. Τηεσε εχοσψστεµσ χουλδ νο λονγερ σερϖε το αβσορβ οοδωατερσ. Οφ χουρσε, τηε λεϖελσ οφ µανψ βοδιεσ οφ ωατερ ρισε ανδ φαλλ. Λακεσ ανδ στρεαµσ αρε οχχυπιεδ βψ πλαντσ ανδ ανιµαλσ TROPICAL FLOODPLAIN RELATIVE WATER DEPTH TUNDRA RELATIVE WATER DEPTH FRESHWATER MARSH RELATIVE WATER DEPTH SALTWATER MARSH RELATIVE WATER DEPTH JANUARY DECEMBER ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

20 ΒΟΤΤΟΜΛΑΝ ΗΑΡ ΩΟΟ ΩΕΤΛΑΝ Σ τηατ οχχυρ ιν τηε µαϕορ ριϖερ βασινσ οφ τηε σουτηεαστερν Υ.Σ. ηαϖε τωο ϖερψ διστινχτ ηψδροπεριοδσ, ορ περιοδσ οφ ινυνδατιον. υρινγ τηε δρψ σεασον (λεφτ ), φιση σπεχιεσ συχη ασ τηε ψελλοω βυλληεαδ σταψ ιν τηε χηαννελ, ωηερεασ ανιµαλσ ανδ βιρδσ µοϖε τηρουγη ουτ αλλ ζονεσ οφ τηε ρεγιον. Βυτ δυρινγ τηε φλοοδεδ περιοδ τηατ αρε αδαπτεδ το α περµανεντλψ ωα τερψ ενϖιρονµεντ εϖεν τεµποραρψ δρψ σπελλσ χουλδ κιλλ τηεµ. Ιν χοντραστ, α ωετλανδ ενχοµπασσεσ αν αρραψ οφ σηαλ λοω ωατερ ανδ σατυρατεδ σοιλ ενϖιρον µεντσ τηατ ποσσεσσ σοµε ελεµεντσ οφ α τερρεστριαλ σψστεµ ανδ σοµε οφ αν αθυατ ιχ σψστεµ. Βεχαυσε ωατερ λεϖελσ ρισε ανδ φαλλ χοντινυουσλψ, πορτιονσ οφ ωετλανδσ ανδ, ιν σοµε χασεσ, εντιρε ωετλανδσ ατ τιµεσ ρεσεµβλε τρυε αθυατιχ σψστεµσ, ατ τιµεσ τερρεστριαλ σψστεµσ ανδ ατ τιµεσ ιντερµεδιατε σψστεµσ. Πλαντσ, ανιµαλσ ανδ µιχροβεσ αρε χονσταντλψ αδαπτινγ ανδ χηανγινγ. Ωετλανδσ αλσο δι ερ φροµ δεεπ ωατερ αθυατιχ σψστεµσ ιν τηειρ σενσιτιϖιτψ το τηε ε εχτσ οφ ωατερ λεϖελ χηανγεσ. Α ονε φοοτ χηανγε ιν τηε λεϖελ οφ α λακε ορ α ριϖερ βρινγσ αβουτ λιττλε δι ερενχε ιν α σψστεµ σ βουνδαριεσ ορ φυνχτιονσ. Βυτ αν εθυιϖαλεντ χηανγε ιν α ωετλανδ χαν σιγνι χαντλψ α εχτ βοτη. Χερταιν ωετ λανδ ϖεγετατιον σεδγεσ, γρασσεσ ορ οατινγ πλαντσ οφτεν γροωσ ιν ονε λο χατιον δυρινγ α ωετ ψεαρ, ανοτηερ λοχα τιον δυρινγ αν ιντερµεδιατε ψεαρ ανδ νοτ ατ αλλ δυρινγ α δρψ ψεαρ. Τηυσ, χψ χλεσ οφ πλαντ γροωτη χαν χηανγε οϖερ τιµε. Ασ α ρεσυλτ, τηε κινδσ οφ ανιµαλσ τηατ φρεθυεντ α ωετλανδ ωιλλ αλσο ϖαρψ. Συχη σηιφτσ εξπλαιν τηε ιµµενσε βιο διϖερσιτψ οφ ωετλανδσ. Αλτερατιονσ ιν τηειρ ωατερ λεϖελσ γιϖε ρισε το α σεριεσ οφ εχολογιχαλ νιχηεσ τηατ χαν συππορτ τερρεστριαλ, παρτιαλλψ αθυατιχ ανδ φυλλψ αθυατιχ πλαντσ ανδ ανιµαλσ. Ιν αδδιτιον, ϖερτιχαλ γραδιεντσ χαυσεδ βψ δι ερινγ δεπτησ οφ ωατερ ανδ σατυρατιον χρεατε φυρτηερ ενϖιρονµενταλ ϖαριατιον. Ωετ λανδσ εσσεντιαλλψ βορροω σπεχιεσ φροµ βοτη αθυατιχ ανδ τερρεστριαλ ρεαλµσ. Εϖεν α τεµποραρψ νιχηε χαν βε χρυ χιαλ το τηε νεστινγ, σπαωνινγ, βρεεδινγ ορ φεεδινγ παττερνσ οφ α παρτιχυλαρ σπε χιεσ. Σηορτ λεγγεδ βιρδσ συχη ασ γρεεν βαχκεδ ηερονσ ανδ λιµπκινσ φεεδ αλονγ σηαλλοω ωατερ σηορελινεσ. Λονγερ λεγγεδ σπεχιεσ, ινχλυδινγ εγρετσ ανδ γρεατ βλυε ηερονσ, φεεδ ιν δεεπερ ωατερ. Σωιµ µινγ ωατερφοωλ συχη ασ µαλλαρδσ, χοοτσ ανδ πυρπλε γαλλινυλεσ φεεδ ιν τηε δεεπ εστ οπεν ωατερ. Σηιφτσ ιν ωατερ λεϖελσ σερϖε το τριγγερ νεστινγ βψ ωοοδ στορκσ ιν Φλοριδα ανδ βρεεδινγ βψ δυχκσ ιν πραιριε ποτηολεσ. Ρισινγ ανδ φαλλινγ ωατερ λεϖελσ νοτ ονλψ ιν υενχε τηε ιντερναλ χηαρ αχτερ οφ α ωετλανδ, βυτ τηεψ αλσο λινκ ωετλανδσ το ονε ανοτηερ ανδ το οτηερ αθυατιχ σψστεµσ. Βεχαυσε οφ τηειρ σενσιτιϖιτψ το ωατερ λεϖελσ, ωετλανδσ αρε ηιγηλψ δεπενδεντ ον τηε θυαντιτψ ανδ θυαλιτψ οφ ωατερ ιν τηειρ ιµµεδιατε αρεα. Τηισ φαχτ ισ παρτιχυλαρλψ τρυε φορ ισολατ εδ ορ σµαλλ ωετλανδσ. Ιν συχη τερραιν, ραιν, λοχαλ ρυνο ανδ τηε αθυιφερ αρε τηε ονλψ σουρχεσ οφ ωατερ. Ωετλανδσ βορ δερινγ µαϕορ λακεσ ανδ στρεαµσ µαψ βε λεσσ σενσιτιϖε το συχη νατυραλ χηανγεσ. Τηεψ ρελψ ον τηε λεϖελσ ιν αδϕαχεντ ωα τερ βοδιεσ τηατ, ιν τυρν, δεπενδ ον πρε χιπιτατιον ιν λαργερ ωατερσηεδσ. Χοασταλ ωετλανδσ αρε αλσο σοµεωηατ µορε ρε σιλιεντ σινχε λεϖελσ δεπενδ ον τηε τιδεσ. Συχη ασσοχιατιονσ ωιτη τηε νειγηβορ ινγ ενϖιρονµεντ αρε χριτιχαλ το ωετλανδ φυνχτιονσ. Ωετλανδσ χαν σερϖε ασ ρεπρο δυχτιϖε ορ φεεδινγ σιτεσ φορ σοµε σπε χιεσ ονλψ ιφ τηεψ αρε χοννεχτεδ ωιτη οτηερ ωατερωαψσ. Μορεοϖερ, τηε ινχοµ ινγ ωατερ βρινγσ νυτριεντσ ανδ σεδι µεντσ τηατ χαν µακε τηε σψστεµ µορε προδυχτιϖε. Τηε ωετλανδσ τηεν χλεανσε τηεσε ωατερσ βψ ρεταινινγ σεδιµεντσ ασ ωελλ ασ πηοσπηορυσ ανδ οτηερ χηεµι χαλσ. Πολλυταντσ συχη ασ νιτρογεν χαν βε τυρνεδ ιντο ηαρµλεσσ γασεσ βψ τηε αερο βιχ ανδ αναεροβιχ βαχτερια φουνδ τηερε. Χλεαρλψ, τηε δεπενδενχε οφ µανψ ωετλανδσ ον χοντιγυουσ ωατερ σψστεµσ µακεσ τηεµ εσπεχιαλλψ ϖυλνεραβλε το εϖεν µινορ ηυµαν αχτιϖιτψ. εϖελοπ µεντ ιν ωατερσηεδ αρεασ ανδ τηε πυµπ ινγ οφ γρουνδωατερ χαν δισρυπτ ορ δε στροψ τηεµ. Λανδ λλσ, δικεσ ορ οτηερ µεασυρεσ τηατ ισολατε ωετλανδσ φροµ νεαρβψ ωετλανδσ ορ ωατερσ χαν ρεδυχε τηειρ αβιλιτψ το προϖιδε οοδ στοραγε, ωατερ πυρι χατιον ανδ ηαβιτατσ. Βαρριερσ αλσο χαν πρεϖεντ ωετλανδ πλαντσ ανδ ανιµαλσ ωιτη ηιγηλψ σενσιτιϖε αθυατιχ τολερανχεσ φροµ µιγρατινγ υπ ανδ δοων γεντλε σλοπεσ. Ωιτηουτ συ χιεντ ροοµ το µοϖε, ωετλανδσ τηεµ σελϖεσ µαψ τεµποραριλψ ορ περµανεντλψ δισαππεαρ. Σοµε ινχλυδινγ ηεαδωατερ ριπαριαν ωετλανδσ, δεπρεσσιοναλ ωετ λανδσ ανδ σλοπε ωετλανδσ αρε παρτιχυ λαρλψ προνε το συχη ιντερφερενχε. Α σεα ωαλλ ορ α δικε ατ τηε λανδωαρδ βουνδαρψ οφ α σαλτ µαρση χαν πρεϖεντ τηε ινλανδ µιγρατιον οφ τηε µαρση ωηεν τηε σεα 68 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

21 (ριγητ ), τηε χρυχιαλ ρολε οφ τηε ωετλανδ ασ σπαωνινγ γρουνδ ανδ νυρσερψ βεχοµεσ εϖιδεντ. Τηε φιση µοϖε ιντο τηε ινυν δατεδ φορεστ, ωηερε τηεψ σπαων ανδ φεεδ; ωοοδ δυχκσ φλψ ιντο τηε αρεα το νεστ. Μανψ οτηερ χρεατυρεσ µοϖε υπλανδ το δρψ γρουνδ. Τηε βοττοµλανδ ηαρδωοοδ πλαντσ ανδ ανιµαλσ αρε τηυσ αδαπτεδ το βοτη τηε δρψ ανδ τηε ωετ περιοδσ. λεϖελ ρισεσ. Ινδεεδ, συχη δικινγ χυρρεντ λψ τηρεατενσ, ρατηερ τηαν ηελπσ, µανψ χοασταλ αρεασ. Ινχρεασεδ αµουντσ οφ σεδιµεντ, νυ τριεντσ ανδ πεστιχιδεσ φροµ ωατερσηεδσ υνδεργοινγ δεϖελοπµεντ χαν δραστιχαλ λψ αλτερ τηε βιολογιχαλ µακευπ οφ α ωετ λανδ ανδ οϖερλοαδ ιτσ αβιλιτψ το πυργε πολλυταντσ ιφ τηεψ αρε αδδεδ βεψονδ τηε ωετλανδ σ αβιλιτψ το ασσιµιλατε τηεµ. Συχη αδδιτιονσ χαν εϖεν δεστροψ α ωετ λανδ ιν α σηορτ τιµε. Ισολατεδ ωετλανδσ αρισινγ ιν τοπολογιχαλ δεπρεσσιονσ αρε θυιτε ϖυλνεραβλε βεχαυσε τηεψ αρε νοτ περιοδιχαλλψ πυργεδ οφ σεδιµεντ βψ στορµσ ορ ηιγη ϖελοχιτψ ριϖερ οωσ. Μανψ ποτηολε ανδ κεττλε ηολε ωετ λανδσ ιν τηε νορτηερν Αµεριχαν στατεσ ανδ τηε σουτηερν παρτσ οφ Χαναδιαν προϖινχεσ αρε ατ ϕυστ συχη ρισκ. Μοστ ωετλανδσ ιν τηεσε ρεγιονσ ωερε χρεατεδ 8,000 το 12,000 ψεαρσ αγο βψ τηε ρετρεατ οφ τηε γλαχιερσ. Ασ βλοχκσ οφ ιχε ιν γλα χιαλ ουτωαση ανδ τιλλ (τηε ασσεµβλαγε οφ ροχκσ, βουλδερσ ανδ χλαψ τηατ ριδεσ αλονγ ωιτη τηε γλαχιερ) µελτεδ, ποτηολε δεπρεσσιονσ ωερε φορµεδ. Τηε δεεπερ ονεσ βεχαµε λακεσ; τηε σηαλλοω ονεσ, ωετλανδσ. Ιν πρεσεττλεµεντ τιµεσ, ηεαϖ ιλψ ϖεγετατεδ συρρουνδινγσ χοντριβυτεδ σµαλλ αµουντσ οφ σεδιµεντ ανδ νυτρι εντσ το τηεσε ωετλανδσ. Βυτ τηε χλεαρινγ οφ λανδ ινχρεασεδ τηισ ιν υξ οφ σεδι µεντ, ωηιχη χοντινυεσ το βυιλδ υπ βε χαυσε τηε εχοσψστεµσ λαχκ ε εχτιϖε υσηινγ µεχηανισµσ. Ιρονιχαλλψ, δεχρεασεδ σεδιµεντ φροµ δαµσ ανδ ρεσερϖοιρσ αλονγ ριϖερσ ανδ στρεαµσ τηρεατενσ οτηερ ωετλανδσ. Ιν τηε Μισσισσιππι ελτα, λεϖεεσ ηαϖε πρεϖεντ εδ λοαδσ οφ σεδιµεντ φροµ βεινγ δε ποσιτεδ το τηε ποιντ τηατ µαρσηεσ χαν νο λονγερ βυιλδ υπ ατ α ρατε εθυαλ το σεα λεϖελ ρισε ανδ λανδ συβσιδενχε. Τηε ρεσυλτ ισ α µασσιϖε λοσσ, αν εστιµατεδ 25,000 αχρεσ οφ µαρση εϖερψ ψεαρ. Ωα τερσηεδ δεϖελοπµεντ ανδ διϖερσιονσ τηατ δεχρεασε τηε φρεσηωατερ οω οφ ριϖερσ σιµιλαρλψ τηρεατεν µανψ εστυαρ ινε ωετλανδσ βψ ρεδυχινγ τηε θυαντιτψ οφ φρεσηωατερ ανδ ινχρεασινγ σαλινιτψ. Ιτ ισ νοτ δι χυλτ το σεε ηοω υχτυατ ινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε ιντριχατε ρελατιονσ βετωεεν ωετλανδσ ανδ ηυ µαν δεϖελοπµεντ ποσε σεριουσ χηαλ λενγεσ το ανψ σιµπλε ωετλανδ πολιχψ. Ηιγηλψ γενεραλιζεδ ρυλεσ αρε οφτεν ιν σενσιτιϖε το τηε πηψσιχαλ χηαραχτεριστιχσ ανδ δψναµιχσ οφ ωετλανδσ. Το σοµε εξτεντ, τηε βαττλε οϖερ ωετ λανδσ ηασ βεεν α χον ιχτ βετωεεν χον σερϖατιον ανδ δεϖελοπµεντ. Τηερε ισ ηαρδλψ α φαρµερ, δεϖελοπερ ορ σηοπ πινγ µαλλ βυιλδερ ιν τηε Υ.Σ. ωηο ισ νοτ φαµιλιαρ ωιτη ωετλανδσ. Τηε δεβατε ηασ πιϖοτεδ αρουνδ τηε προβλεµ οφ δεϖισ ινγ µαναγεµεντ στρατεγιεσ τηατ προ ϖιδε χερταιντψ φορ δεϖελοπερσ ωηιλε προ τεχτινγ τηε εχολογιχαλ φεατυρεσ οφ ωετ λανδσ. Φλυχτυατινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε σενσιτιϖιτψ οφ ωετλανδσ το τηεσε χηανγ εσ ασ ωελλ ασ τηε δεπενδενχε οφ ωετ λανδσ ον τηε συρρουνδινγ λανδσχαπε µυστ χονσιστεντλψ βε τακεν ιντο αχχουντ. Λανδοωνερσ υνδερστανδαβλψ ωαντ το κνοω τηε εξαχτ ε εχτ οφ ωετλανδ ρεγυ λατιονσ ωηεν τηεψ χονστρυχτ α ηουσε ορ ροαδ. Τηεψ ωαντ το κνοω ωηατ αχτιϖιτιεσ ωιλλ βε αλλοωεδ ιν ωηιχη αρεασ υνδερ ωηατ χονδιτιονσ. Τηεψ ωαντ το βε αβλε το χοµπενσατε φορ ωετλανδ λοσσεσ ατ ονε σιτε βψ ρεστορινγ ωετλανδσ ατ οτηερ λο χατιονσ. Ανδ τηεψ ωαντ ηαρδ ανδ φαστ ρυλεσ, ωιτηουτ συρπρισεσ. Τηισ νεεδ ηασ λεδ το προποσαλσ το τακε ωετλανδ πολιχψ ουτ οφ τηε ηανδσ οφ τηε σχιεντιστσ ανδ το εσταβλιση σιµπλισ τιχ ρυλεσ τηρουγη λεγισλατιϖε ατ. Συχη αττεµπτσ ινχλυδε χονγρεσσιοναλ βιλλ ΗΡ 1330, χο σπονσορεδ βψ 170 µεµβερσ οφ τηε Ηουσε ιν 1992 ανδ 100 µεµβερσ ιν 1993, ωηιχη προϖιδεσ αν εξαµπλε οφ σχιενχε ανδ λεγισλατιον ιν χον ιχτ. Τηε βιλλ ωουλδ ρεθυιρε τηατ ηψδριχ ϖεγετα τιον βε πρεσεντ ιν εϖερψ ωετλανδ. Ιτ αλσο στιπυλατεσ τηατ ωετλανδσ βε χλασσι εδ αχχορδινγ το α ονχε ανδ φορ αλλ δετερµι νατιον οφ α ωετλανδ σ ϖαλυε ορ φυνχτιον. Ιν εσσενχε, ΗΡ 1330 τρεατσ ωετλανδσ λικε στατιχ ωατερ σψστεµσ. ( Α σιµιλαρ προβλεµ οφ φαιλινγ το ρεχογνιζε ωετ λανδσ ασ α δψναµιχ σψστεµ ωασ σεεν ιν τηε φαλλ οφ 1991, ωηεν τηε Υ.Σ. αδµινισ τρατιον τριεδ ανδ φαιλεδ το ρεδε νε ωετ λανδσ.) Μορεοϖερ, τηε προποσαλ ωουλδ αλλοω α λανδοωνερ το σελεχτ τηε τιµε οφ ψεαρ δυρινγ ωηιχη το δεχιδε ωηετηερ ορ νοτ α παρτιχυλαρ αρεα χονστιτυτεσ α ωετ λανδ. Βεχαυσε συχη ηψδριχ πλαντσ αρε µισσινγ ατ ονε τιµε ορ ανοτηερ φροµ µοστ ωετλανδ σιτεσ, προϖισιονσ οφ τηισ κινδ χουλδ βε υσεδ το δε νε µοστ ωετλανδσ ουτ οφ εξιστενχε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

22 ΦΛΟΡΙ Α ΕςΕΡΓΛΑ ΕΣ αππεαρεδ το βε σεϖερελψ δαµαγεδ βψ Ηυρριχανε Ανδρεω, ωηιχη ριππεδ τηρουγη τηε ρεγιον ιν Ψετ χοντραρψ το πυβλιχ περχεπτιον, τηε ωετλανδσ τηατ µακε υπ τηε Εϖεργλαδεσ ρελψ ον συχη στορµσ φορ τηειρ συρϖιϖαλ. Γαλε φορχε ωινδσ ρεµοϖε εξχεσσ οργανιχ µαττερ ανδ σεδιµεντ τηατ αρε συ οχατινγ τηε εχοσψστεµ. Τηε βιλλ ωουλδ ρεθυιρε τηατ φεδεραλ αγενχιεσ δοχυµεντ 21 δαψσ οφ ινυνδα τιον ορ σατυρατιον φορ αλλ ωετλανδσ. Τηισ αρτι χιαλ στανδαρδ ωουλδ βε ιµποσσιβλε το µεετ βεχαυσε ωατερ λεϖελ ρεχορδσ αρε ραρελψ αϖαιλαβλε, ανδ υχτυατιονσ αρε εξτρεµελψ δι χυλτ το πρεδιχτ. Τηε εξ πενσε οφ υσινγ µοδελινγ το φορεσεε ωα τερ λεϖελσ ισ προηιβιτιϖε: ονε στυδψ το δετερµινε τηε προβαβιλιτψ οφ α 100 ψεαρ, ορ εξτρεµελψ ραρε, οοδ ον αβουτ ηαλφ τηε νατιον σ οοδπλαινσ χοστ µορε τηαν 870 µιλλιον. Φιναλλψ, τηε βιλλ, ωηιχη ωουλδ αλλοω φορ χοµπενσατινγ τηε λοσσ οφ ονε ωετλανδ βψ πρεσερϖινγ ανοτηερ χαλλεδ µιτιγα τιον βανκινγ ιγνορεσ τηε τιγητ ασσοχι ατιονσ βετωεεν χερταιν ωετλανδ φυνχ τιονσ ανδ τηειρ ωατερσηεδ. Α ωετλανδ σ αβιλιτψ το χοντρολ οοδωατερ ορ µαιν ταιν ωατερ θυαλιτψ χαν βε σεεν ιµµεδι ατελψ δοωνστρεαµ. Βυτ, υνδερ τηε βιλλ, δοωνστρεαµ λανδοωνερσ αρε νοτ χοµ πενσατεδ φορ τηε φαχτ τηατ τηειρ ωετ λανδσ χαν νο λονγερ φυλ λλ τηεσε φυνχ τιονσ. Φυρτηερ, βεχαυσε οφ τηειρ συρ ρουνδινγσ, τωο ωετλανδσ οφ σιµιλαρ σιζε ιν δι ερεντ λοχατιονσ µαψ ηαϖε δισ τινχτλψ δι ερεντ αττριβυτεσ, φυνχτιονσ ανδ τηερεφορε ϖαλυε. Σχιεντι χαλλψ σουνδ µαναγεµεντ οφ ωετλανδσ τηατ σατισ εσ εϖερψ ονε ισ νοτ εασψ το αχηιεϖε, βυτ τηερε αρε σιγνσ οφ ηοπε. Ιν τηε παστ δε χαδε, ινϖεστιγατορσ ηαϖε λεαρνεδ µυχη αβουτ δε νινγ ανδ µαναγινγ ωετλανδσ ασ δψναµιχ φεατυρεσ ιν τηε λανδσχαπε. Τηισ κνοωλεδγε χουλδ φορµ τηε βασισ οφ α ωορκαβλε πολιχψ. Ρεχογνιζινγ τηε ρολε οφ υχτυατινγ ωατερ λεϖελσ ανδ τηε ιντερρελατιον οφ τηε λανδσχαπε ισ α ρστ στεπ. Ωατερ λεϖελσ ϖαρψ ωιτηιν ρελατιϖελψ ωελλ δε νεδ ρανγ εσ ιν µοστ ωετλανδσ ανδ χαν τηερεφορε προϖιδε α φουνδατιον φορ δε νιτιον ανδ ρεγυλατιον. Σοιλ ανδ γεολογιχ ινφορµα τιον χαν βε γατηερεδ το ιδεντιφψ λονγ τερµ σηιφτσ. Οτηερ χριτερια χαν ηελπ ιν διχατε αλτερεδ ορ µαναγεδ ωετλανδσ ασ ωελλ ασ τηοσε τηατ αρε ινφρεθυεντλψ οοδεδ. Ιτ ισ αλσο ιµπορταντ το χονσιδ ερ τηε ιµµεδιατε λανδσχαπε ωηεν τηε ωετλανδ ισ βεινγ εϖαλυατεδ. Ιν τηε φυτυρε, νατυραλ προχεσσεσ σηουλδ βε πρεσερϖεδ ασ µυχη ασ ποσσι βλε. Ιν γενεραλ, πεοπλε ηαϖε αττεµπτεδ το χοντρολ τηε ρισε ανδ φαλλ οφ ριϖερσ βψ βυιλδινγ δαµσ. Ωηεν συχη υχτυατιονσ χαννοτ βε µαινταινεδ, ρεµεδιαλ µαν αγεµεντ σηουλδ βε υνδερτακεν το σιµ υλατε νατυραλ ηψδρολογιχ πυλσεσ. Ρεγιοναλ ωατερσηεδ αναλψσεσ τηατ αδ δρεσσ νοτ ονλψ πρεσεντ βυτ φυτυρε σιτυα τιονσ χαν ηελπ δελινεατε ωετλανδσ. Τηεσε αναλψσεσ χαν φορµ τηε φουνδατιον φορ πλαννινγ ανδ ρεγυλατιον. Ατ τηε σαµε τιµε, προτεχτιον οφ τηεσε σψστεµσ χαν βε ιντεγρατεδ ιντο βροαδερ λανδ υσε πολιχιεσ ινχλυδινγ τηε µαναγεµεντ οφ ωατερ συππλιεσ ανδ οφ οοδπλαινσ, στορµ ωατερ ανδ πολλυτιον. Συχη σχιεντι χαλλψ σουνδ πολιχιεσ ηαϖε βεεν ιµπλεµεντεδ ιν µανψ χουντριεσ. Ιν 1971 τηε Ραµσαρ Χονϖεντιον χαλλεδ φορ τηε προτεχτιον οφ ωετλανδσ ανδ φορ τηε φορµυλατιον οφ νατιοναλ πλανσ το υσε τηεµ ωισελψ. Τοδαψ 37 µιλλιον ηεχταρεσ ατ 582 σιτεσ ηαϖε βεεν δεσιγνατεδ ασ Ραµσαρ σιτεσ ινχλυδινγ 1.1 µιλλιον ηεχταρεσ ιν τηε Υ.Σ. Νεϖερτηελεσσ, ονλψ 74 νατιονσ ηαϖε ϕοινεδ τηε χονϖεντιον. Βεχαυσε οφ τηειρ σπεχιαλ χηαραχτερισ τιχσ, ωετλανδσ ποσε δι χυλτ βυτ νοτ ιν συρµουνταβλε χηαλλενγεσ ιν τερµσ οφ προτεχτιον ανδ ρεστορατιον. Ιφ ωε ρεχογ νιζε τηεσε φεατυρεσ ανδ ινχορπορατε τηεµ ιντο πολιχιεσ ατ αλλ λεϖελσ οφ γοϖερν µεντ, ωε χαν σαϖε τηε ρεµαινινγ ωετ λανδσ, φροµ τηε τροπιχσ το τηε τυνδρα. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ ΙΝΓ ΩΕΤΛΑΝ ΧΡΕΑΤΙΟΝ ΑΝ ΡΕΣΤΟΡΑΤΙΟΝ: ΤΗΕ ΣΤΑΤΥΣ ΟΦ ΤΗΕ ΣΧΙΕΝΧΕ. Εδιτεδ βψ ϑον Α. Κυσλερ ανδ Μαρψ Ε. Κεντυλα. Ισ λανδ Πρεσσ, ΩΕΤΛΑΝ Σ: Α ΤΗΡΕΑΤΕΝΕ ΛΑΝ ΣΧΑΠΕ. Εδιτεδ βψ Μιχηαελ Ωιλλιαµσ. Βασιλ Βλαχκ ωελλ, ΩΕΤΛΑΝ Σ. Εδιτεδ βψ Μ. Φινλαψσον ανδ Μ. Μοσερ. Φαχτσ ον Φιλε, ΩΕΤΛΑΝ Σ. Ωιλλιαµ ϑ. Μιτσχη ανδ ϑαµεσ Γ. Γοσσελινκ. ςαν Νοστρανδ Ρεινηολδ, ΩΕΤΛΑΝ Σ ΙΝ ΑΝΓΕΡ: Α ΩΟΡΛ ΧΟΝ ΣΕΡςΑΤΙΟΝ ΑΤΛΑΣ. Εδιτεδ βψ Πατριχκ υγαν. Οξφορδ Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

23 Τηε Σεαρχη φορ Στρανγε Ματτερ Between nucleus and neutron star stretches a desert devoid of nuclear matter. Could strange quark matter fill the gap? βψ Ηενρψ ϑ. Χραωφορδ ανδ Χαρστεν Η. Γρεινερ Φορ σοµε ψεαρσ, πηψσιχιστσ ηαϖε ενϕοψεδ τοψινγ ωιτη α παρτιχυλαρλψ ιντριγυινγ πυζζλε. Προτονσ ανδ νευτρονσ ρεαδιλψ φορµ ειτηερ τινψ χλυµπσ οφ µαττερ (τηε ϖαριουσ ατοµιχ νυχλει) ορ ϖερψ λαργε χλυµπσ οφ µαττερ (νευτρον σταρσ). Ψετ βετωεεν τηε ινϖισιβλε νυχλε υσ ανδ τηε υλτραδενσε νευτρον σταρ (ρε αλλψ α ϖαστ νυχλευσ τηατ ισ σοµε 11 κιλο µετερσ ορ µορε ιν χιρχυµφερενχε), νο φορµ οφ νυχλεαρ µαττερ ηασ βεεν δετεχτ εδ. Ωηατ ισ γοινγ ον ηερε? ο τηε λαωσ οφ πηψσιχσ ασ ωε κνοω τηεµ φορβιδ νυ χλεαρ παρτιχλεσ φροµ ασσεµβλινγ τηεµ σελϖεσ ιντο οβϕεχτσ τηατ χουλδ λλ τηισ µιδδλε ρανγε? Ορ ισ τηισ νυχλεαρ δεσ ερτ αχτυαλλψ λλεδ ωιτη νεω φορµσ οφ µαττερ, δι ερεντ ιν στρυχτυρε φροµ ορ διναρψ νυχλεαρ µαττερ, τηατ ινϖεστιγα τορσ ηαϖε φαιλεδ το νδ? Ιν φαχτ, τηε τηεορψ τηατ εµβοδιεσ ουρ χυρρεντ υνδερστανδινγ οφ πηψσιχσ, τηε Στανδαρδ Μοδελ, σεεµσ το βε χονσισ τεντ ωιτη τηε εξιστενχε οφ νεω φορµσ οφ νυχλεαρ µαττερ τηατ µιγητ ποπυλατε τηε δεσερτ. Ανδ ιφ τηε Στανδαρδ Μοδελ ισ ριγητ, τηε δετεχτιον οφ συχη µαττερ χουλδ σολϖε α µαϕορ χοσµολογιχαλ µψσ τερψ: τηε νατυρε οφ τηε µισσινγ µατ τερ, τηουγητ το αχχουντ φορ 90 περχεντ οφ τηε οβσερϖαβλε υνιϖερσε. Τηισ ισ α ΗΕΝΡΨ ϑ. ΧΡΑΩΦΟΡ ανδ ΧΑΡΣΤΕΝ Η. ΓΡΕΙΝΕΡ αρε χολλαβορατορσ ιν αν ιν ϖεστιγατιον ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβ ορατορψ τηατ αιµσ το προδυχε ανδ δετεχτ στρανγε θυαρκ µαττερ. Χραωφορδ ισ α ρε σεαρχη σχιεντιστ ατ τηε Σπαχε Σχιενχεσ Λαβορατορψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Βερκελεψ, ωηερε ηε ρεχειϖεδ ηισ δοχτορ ατε ιν Ηε ηασ υσεδ σατελλιτεσ ανδ παρτιχλε αχχελερατορσ το πυρσυε ηισ πρι µαρψ ρεσεαρχη ιντερεστ ιν νυχλεαρ αστρο πηψσιχσ. Γρεινερ ρεχειϖεδ ηισ Πη.. φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ερλανγεν Ν ρνβεργ ιν Γερµανψ ιν Ηε ισ χυρρεντλψ αν Αλεξανδερ ϖον Ηυµβολδτ Φελλοω ανδ α ϖισιτινγ ασσισταντ προφεσσορ ατ υκε Υνι ϖερσιτψ, χοντινυινγ ηισ ρεσεαρχη ον τηεο ρετιχαλ ασπεχτσ οφ νυχλεαρ µαττερ υνδερ εξτρεµε ανδ νονεθυιλιβριυµ χονδιτιονσ. πριζε ωορτη ωιννινγ. Σο, ιν αν εξπερι µεντ ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατο ρψ, ωε, αλονγ ωιτη µανψ χολλαβορατορσ φροµ οτηερ ρεσεαρχη ινστιτυτιονσ, αρε σεαρχηινγ φορ εϖιδενχε οφ τηε εξιστενχε οφ τηισ φορµ οφ νυχλεαρ µαττερ τηατ µιγητ λλ τηε ϖοιδ. Αχχορδινγ το τηε Στανδαρδ Μοδελ, αλλ µαττερ χονσιστσ οφ θυαρκσ. Σιξ ϖαριετιεσ οφ τηεσε παρτιχλεσ εξιστ, γρουπεδ ιντο τηρεε σετσ οφ τωινσ: υπ ανδ δοων, στρανγε ανδ χηαρµ, τοπ ανδ βοτ τοµ (ορ τρυτη ανδ βεαυτψ ). Αλλ βυτ ονε (τηε τοπ θυαρκ) ηαϖε βεεν οβ σερϖεδ. Ονλψ τωο κινδσ οφ θυαρκσ γυρε ιν ουρ δαιλψ λιϖεσ: υπ ανδ δοων. Α προτον χονσιστσ οφ τωο υπ θυαρκσ (εαχη οφ ωηιχη ηασ α φραχτιοναλ χηαργε οφ + 2 / 3 ) ανδ α δοων θυαρκ (ωηοσε χηαργε ισ 1 / 3 ). Τωο δοων θυαρκσ ( 1 / 3, 1 / 3 ) ανδ αν υπ θυαρκ (+ 2 / 3 ) µακε υπ τηε νευτρον. Τηε οτηερ ϖαριετιεσ, ορ α ϖορσ, ηαϖε τηυσ φαρ βεεν φουνδ ονλψ ωιτηιν σηορτ λιϖεδ παρτιχλεσ. Ρεχεντ τηε ορετιχαλ χαλχυλατιονσ ραισε τηε ποσσιβιλι τψ τηατ τηε τωο αϖορσ οφ θυαρκ φουνδ ιν ορδιναρψ µαττερ χοµβινεδ ωιτη α τηιρδ αϖορ, τηε στρανγε θυαρκ, χουλδ φορµ σταβλε εντιτιεσ. Συχη στρανγε θυαρκ µαττερ χουλδ εασιλψ ασσεµβλε ιτσελφ ιντο εντιτιεσ ωηοσε σιζεσ φαλλ βετωεεν τηατ οφ τηε νυχλευσ ανδ τηε νευτρον σταρ. Το υνδερστανδ ηοω στρανγε θυαρκ µαττερ µιγητ µατεριαλιζε, ωε µυστ γο δεεπερ ιντο τηε Στανδαρδ Μοδελ. Προ τονσ, νευτρονσ ανδ οτηερ παρτιχλεσ φορµεδ φροµ θυαρκσ αρε χαλλεδ ηαδρονσ (φροµ τηε Γρεεκ ηαδροσ, µεανινγ ρο βυστ). Φορ σιµπλιχιτψ, πηψσιχιστσ οφτεν µοδελ ηαδρονσ ασ τινψ βαγσ ιν ωηιχη τηε θυαρκσ φρεελψ ροαµ βυτ φροµ ωηιχη τηεψ χαννοτ εσχαπε. Αλλ κνοων ηαδρον ιχ παρτιχλεσ χονσιστ οφ ειτηερ βαγσ ηαρ βορινγ τηρεε θυαρκσ τηε βαρψονσ ορ α θυαρκ ανδ αν αντιθυαρκ τηε µεσονσ. (Εαχη θυαρκ, λικε εϖερψ ελεµενταρψ παρ τιχλε, ηασ αν αντιµαττερ τωιν.) Θυαρκσ ινσιδε τηε βαγ χαν χηανγε τηειρ ιδεντιτψ ϖια τηε αχτιονσ οφ τηε ωεακ φορχε, ωηιχη ισ ρεσπονσιβλε φορ τηε βετα δεχαψ οφ νυχλει. Τηε ωεακ φορχε χηανγ εσ τηε δοων θυαρκσ ιντο υπ θυαρκσ. Α νευτρον (υπ θυαρκ, δοων θυαρκ, δοων θυαρκ, ορ υδδ) χαν βεχοµε α προτον (υπ θυαρκ, υπ θυαρκ, δοων θυαρκ, ορ υυδ) ωηεν τηε ωεακ φορχε χηανγεσ ονε οφ ιτσ δοων θυαρκσ το αν υπ (αν ελεχ τρον ανδ αν αντινευτρινο αρε αλσο εµιτ τεδ ιν τηε προχεσσ). Τηε ωεακ φορχε χαν αλσο χηανγε τηε στρανγε θυαρκ ιντο α δοων θυαρκ. Τηισ ε εχτ εξπλαινσ ωηψ παρτιχλεσ χονταινινγ στρανγε θυαρκσ, συχη ασ τηε λαµβδα (α βαρψον χονταιν ινγ αν υπ, α δοων ανδ α στρανγε θυαρκ) ορ τηε Κ σ (µεσονσ χονταινινγ αν αντι στρανγε θυαρκ παιρεδ ωιτη ειτηερ αν υπ ορ α δοων θυαρκ), αρε νοτ σταβλε. Ωε αρε χλοσινγ ιν ον τηε πριζε. Ωε δο ΕΤΕΧΤΟΡ ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατορψ ισ παρτ οφ αν εξπεριµεντ το χρεατε ανδ νδ στρανγε µαττερ. Τηε πινκ χψλινδερσ αρε Χερενκοϖ χουντερσ, ωηιχη δετεχτ φαστ µοϖινγ χηαργεδ παρτιχλεσ. Σιµιλαρ εξπεριµεντσ αρε χυρρεντλψ υνδερ χονστρυχ τιον ατ οτηερ λαβορατοριεσ αρουνδ τηε ωορλδ. GOLD FOIL TARGET QUADRUPOLE FOCUSING MAGNETS PARTICLE BEAM DIPOLE BENDING MAGNETS TIME-OF-FLIGHT DETECTOR VECTOR CHAMBER DIPOLE BENDING MAGNETS 72 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc.

24 σο βψ ασκινγ ανοτηερ θυεστιον. Αρε στα βλε βαγσ χοµπρισινγ µορε τηαν τηρεε θυαρκσ ποσσιβλε? Νονε ηασ ψετ βεεν δε τεχτεδ, βυτ τηεοριστσ χαν τηινκ οφ νο οβϖιουσ ρεασον το φορβιδ τηε εξιστενχε οφ συχη οβϕεχτσ. Ωηατ ισ χλεαρ ισ τηατ ιφ τηεψ εξιστ, µορε τηαν ϕυστ υπ ανδ δοων θυαρκσ µυστ µακε τηεµ υπ. Το σεε τηισ, χονσιδερ τηε δευτερον τηε νυχλευσ οφ ηεαϖψ ηψδρογεν, ωηοσε χοµπονεντσ αρε α προτον ανδ α νευτρον, ορ σιξ θυαρκσ. Ωε κνοω φροµ εξπεριµεντσ τηατ αλ τηουγη τηε προτον ανδ τηε νευτρον ιν α δευτερον αρε βουνδ τογετηερ, τηε σιξ θυαρκσ τηατ χονστιτυτε τηεσε παρτιχλεσ αρε στιλλ διστινχτλψ γρουπεδ ιντο τωο τηρεε θυαρκ βαγσ: τηε προτον (υυδ) βαγ ανδ τηε νευτρον (υδδ) βαγ. Τηισ σιτυα τιον ωουλδ νοτ βε ποσσιβλε ιφ α σινγλε βαγ χοµπρισινγ αλλ σιξ θυαρκσ ηαδ α λοωερ ενεργψ τηαν τηε δευτερον, φορ ιφ ιτ διδ τηε δευτερον σ θυαρκσ ωουλδ σπον τανεουσλψ ρεγρουπ τηεµσελϖεσ ιντο τηισ στατε. Τηισ αργυµεντ µαψ εασιλψ βε γεν εραλιζεδ το οτηερ νυχλει το χονχλυδε τηατ ιφ µυλτιθυαρκ βαγσ οφ µορε τηαν τηρεε υπ ανδ δοων θυαρκσ ωερε σταβλε, µατ τερ ασ ωε κνοω ιτ ωουλδ νοτ εξιστ ανδ νειτηερ ωουλδ ωε. Βυτ ωηατ µιγητ ηαππεν ιφ στρανγε θυαρκσ ωερε αδδεδ το υπ ανδ δοων θυαρκ χοµβινατιονσ? Συχη στρανγε θυαρκ µαττερ ωουλδ χονσιστ οφ ρουγηλψ εθυαλ νυµβερσ οφ υπ, δοων ανδ στρανγε θυαρκσ χλυστερεδ ιν α σιν γλε βαγ. Ιν 1971 Αρνολδ Ρ. Βοδµερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ ωασ τηε ρστ ινϖεστιγατορ το χονσιδερ τηισ νεω φορµ οφ µαττερ. Ηε προποσεδ τηατ στρανγε µυλτιθυαρκ χλυστερσ, βεινγ µυχη µορε χοµπρεσσεδ τηαν ορδιναρψ νυχλει, µαψ εξιστ ασ λονγ λιϖεδ εξοτιχ φορµσ οφ νυ χλεαρ µαττερ ινσιδε σταρσ. Συι Χηιν ανδ Αρτηυρ Κ. Κερµαν οφ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολ ογψ ανδ, ινδεπενδεντλψ, Λαρρψ. Μχ Λερραν οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα ανδ ϑαµεσ. Βϕορκεν οφ Στανφορδ Υνι ϖερσιτψ τοοκ υπ τηε θυεστιον. Τηεψ δε δυχεδ σοµε γενεραλ αργυµεντσ εξπλαιν ινγ ωηψ στρανγε θυαρκ µαττερ σηουλδ βε σταβλε. Λικε τηε ελεχτρονσ ορβιτινγ αν ατοµ, τηε θυαρκσ ιν α ηαδρονιχ βαγ οχ χυπψ διστινχτ ενεργψ λεϖελσ, ορ θυαντυµ στατεσ. Αχχορδινγ το τηε Παυλι εξχλυσιον πρινχιπλε, ωηιχη ισ τηε θυαντυµ ανα λογυε οφ Αρχηιµεδεσ πρινχιπλε τηατ νο τωο βοδιεσ χαν οχχυπψ τηε σαµε σπαχε ατ τηε σαµε τιµε, ονλψ ονε θυαρκ χαν οχχυπψ εαχη θυαντυµ στατε. Ονε ρεα σον φορ τηε σταβιλιτψ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ µιγητ βε τηατ τηερε αρε νο εµπ τψ ενεργψ στατεσ το ρεχειϖε τηε δοων θυαρκσ τηατ ωουλδ ρεσυλτ φροµ τηε ωεακ δεχαψ οφ στρανγε θυαρκσ: τηε λοω ενερ QUADRUPOLE FOCUSING MAGNETS VECTOR CHAMBER CERENKOV DETECTOR TIME-OF-FLIGHT DETECTOR Copyright 1993 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

25 ATOMIC NUMBER NUCLEI NUCLEAR DESERT ΧΗΑΡΤ ΟΦ ΝΥΧΛΙ ΕΣ σηοωσ αλλ κνοων φορµσ οφ σταβλε µαττερ. Βετωεεν τηε ηεαϖι εστ ατοµιχ ελεµεντσ ανδ νευτρον σταρσ, ωηιχη αρε γιαντ νυχλει, λιεσ α ϖαστ, υνποπυ λατεδ νυχλεαρ δεσερτ. Τηισ ϖοιδ µαψ αχτυαλλψ βε λλεδ ωιτη στρανγε θυαρκ µαττερ. γψ δοων θυαρκ στατεσ αρε αλρεαδψ λλεδ. Τηισ πρινχιπλε ελυχιδατεσ τηε σταβιλιτψ οφ ορδιναρψ νυχλει: α φρεε νευτρον δεχαψσ ιντο α προτον ιν αβουτ 11 µινυτεσ, βυτ ιν σταβλε νυχλει, νευτρονσ χαν εξιστ ϖιρ τυαλλψ φορεϖερ. Τηε ρεασον ισ τηατ ιφ τηε νευτρον ωερε το δεχαψ, τηερε ωουλδ βε νο εµπτψ θυαντυµ στατεσ το ρεχειϖε τηε νεωλψ χρεατεδ προτον. Νυχλει ιν ωηιχη τηερε αρε εµπτψ ενεργψ στατεσ φορ τηε προτον αρε ραδιοαχτιϖε ανδ υνδεργο βετα δεχαψ. Βυτ ωηατ χουλδ εξπλαιν τηε αβιλιτψ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ το λλ ιν τηε ρανγε οφ σιζεσ βετωεεν τηε νυχλευσ ανδ τηε νευτρον σταρ? Νυχλεαρ µαττερ χον σιστσ οφ ρουγηλψ εθυαλ νυµβερσ οφ προ τονσ, ωηιχη χαρρψ ονε υνιτ οφ χηαργε, ανδ νευτρονσ, ωηιχη χαρρψ νο χηαργε ατ αλλ. Ελεχτροστατιχ ρεπυλσιον οφ τηε λικε χηαργεδ προτονσ ιν α νυχλευσ ινχρεασεσ ασ τηε νυµβερ οφ προτονσ ινχρεασεσ. Υλ τιµατελψ τηε ελεχτροστατιχ ρεπυλσιον οϖερ ωηελµσ τηε στρονγ φορχε τηατ βινδσ νυ χλει τογετηερ, ωηιχη ισ ωηψ τηερε ισ α λιµιτ το τηε σιζε οφ σταβλε νυχλει. Τηε σιτυατιον ιν α θυαρκ βαγ τηατ ηολδσ στρανγε µαττερ δι ερσ σιγνι χαντλψ. Τηε λαωσ οφ θυαντυµ µεχηανιχσ διχτατε τηατ, ατ εθυιλιβριυµ, τηε τηρεε θυαρκ αϖορσ ιν τηε µυλτιθυαρκ βαγ σηαρε τηε αϖαιλαβλε ενεργψ εθυαλλψ. Τηε στρανγε θυαρκ ισ µορε µασσιϖε τηαν τηε υπ ορ τηε δοων, σο τηερε ωιλλ βε σλιγητ λψ φεωερ στρανγε θυαρκσ ιν α χηυνκ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ (µασσ ανδ ενεργψ βεινγ εθυιϖαλεντ). Τηε ελεχτριχαλ χηαργε οφ τηε υπ θυαρκ, ωηιχη ισ + 2 / 3 τηατ οφ αν ελεχτρον, ωιλλ τηερεφορε βε λαργελψ (βυτ νοτ χοµπλετελψ) χανχελεδ βψ τηε συµ οφ τηε 1 / 3 χηαργεσ χαρριεδ βψ εαχη 74 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 NEUTRON STARS x ATOMIC WEIGHT BLACK HOLES δοων ανδ στρανγε θυαρκ. Ασ α ρεσυλτ, στρανγε θυαρκ µαττερ σηουλδ χαρρψ ονλψ α ϖερψ σλιγητ ποσιτιϖε χηαργε ανδ, βε χαυσε οφ τηε νεαρ βαλανχε βετωεεν ποσ ιτιϖε ανδ νεγατιϖε χηαργεσ, σηουλδ τηυσ βε φρεε οφ τηε σιζε λιµιτατιον τηατ αφ φεχτσ ορδιναρψ νυχλεαρ µαττερ. Ηυγε χηυνκσ οφ σταβλε στρανγε θυαρκ µαττερ χουλδ τηερεφορε εξιστ. Ιφ τηεψ δο, τηειρ πρεσενχε χουλδ ρε σολϖε α λονγ στανδινγ αστροπηψσιχαλ ενιγ µα. Φροµ δεταιλεδ οβσερϖατιονσ οφ γαλ αξιεσ, αστροπηψσιχιστσ ηαϖε χονχλυδεδ τηατ τηερε ισ φαρ µορε το τηε υνιϖερσε τηαν µεετσ τηε εψε. Τηε χοµβινεδ γραϖ ιτατιοναλ ελδσ οφ αλλ ϖισιβλε σταρσ ανδ λυµινουσ γαλαχτιχ δυστ αρε νοτ χλοσε το βεινγ στρονγ ενουγη το προδυχε τηε µοτιονσ οφ τηε γαλαξιεσ ορ οφ ινδιϖιδυαλ σταρσ ωιτηιν τηεµ. Χαλχυλατιονσ σηοω τηατ τηε αµουντ οφ µισσινγ µατεριαλ ισ ενορµουσ; ατ λεαστ 80 περχεντ οφ αλλ τηε µαττερ ιν τηε υνιϖερσε ισ αππαρεντλψ χολδ ανδ δαρκ, υνδετεχταβλε βψ ανψ ρα διο ορ οπτιχαλ τελεσχοπε. Ιν 1984 Εδωαρδ Ωιττεν οφ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ ραισεδ τηε ιντριγυινγ ποσσι βιλιτψ τηατ τηε µισσινγ µασσ τηατ ισ, µοστ οφ τηε υνιϖερσε ισ στρανγε θυαρκ µαττερ. Ωιττεν σ σχεναριο βεγινσ ιν τηε ϖερψ εαρλψ υνιϖερσε, σηορτλψ αφτερ τηε βιγ βανγ βυτ βεφορε λιγητ νυχλει βεγαν το φορµ. Τηε χοσµοσ ωασ τηεν σο ηοτ ανδ δενσε τηατ θυαρκσ ωανδερεδ φρεε λψ. Ωιττεν ποστυλατεσ τηατ στρανγε θυαρκ µαττερ φορµεδ φροµ τηισ θυαρκ πηασε ωιτηιν τηε ρστ 10 6 σεχονδ αφτερ τηε βιγ βανγ. Τηε διαµετερ οφ εαχη οφ τηεσε νυγγετσ ωασ βετωεεν 10 7 ανδ 10 χεν τιµετερσ. Βετωεεν ανδ θυαρκσ µαδε υπ εαχη νυγγετ, ανδ εαχη νυγγετ ωειγηεδ φροµ 10 9 ανδ γραµσ. Α νυγγετ τηε σιζε οφ α βασεβαλλ ωουλδ ωειγη οϖερ α τριλλιον τονσ. Βυτ βεχαυσε τηεσε νυγγετσ αρε σο σµαλλ, τηεψ ωουλδ σχαττερ ϖερψ λιττλε λιγητ ανδ ωουλδ βε αλ µοστ ιµποσσιβλε το οβσερϖε διρεχτλψ. Βψ αδαπτινγ χαλχυλατιονσ υσεδ το πρεδιχτ τηε µασσ οφ ορδιναρψ ηαδρονσ, Εδωαρδ Η. Φαρηι ανδ Ροβερτ Λ. ϑα ε οφ Μ.Ι.Τ. ηαϖε φουνδ τηατ χηυνκσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, ορ στρανγελετσ, χουλδ βε σταβλε φορ α µυχη λαργερ ρανγε οφ σιζεσ τηαν Ωιττεν πρεδιχτσ. Ιφ Φαρηι ανδ ϑα ε αρε ριγητ, στρανγε θυαρκ µατ τερ χουλδ λλ τηε γιγαντιχ νυχλεαρ δεσ ερτ. Τηισ σπεχυλατιϖε πιχτυρε χαννοτ βε ρυλεδ ουτ βψ ανψ οφ τηε κνοων πρινχι πλεσ οφ πηψσιχσ. Τηε αλερτ ρεαδερ, ηοωεϖερ, µιγητ φεαρ α ποτεντιαλλψ χαταστροπηιχ χονσεθυενχε οφ τηε εξιστενχε οφ στρανγελετσ λιγητερ τηαν ορδιναρψ νυχλει: ορδιναρψ µαττερ ωουλδ δεχαψ ιντο τηεµ. Φαρηι ανδ ϑα ε ασσυρε υσ τηατ αλτηουγη τηισ χουλδ ηαπ πεν, τηε προβαβιλιτψ ισ σο σµαλλ τηατ ιτ ισ υνλικελψ το ηαππεν ιν α τιµε σπαν µανψ τιµεσ λονγερ τηαν τηε χυρρεντ αγε οφ τηε υνιϖερσε. Ιφ στρανγε θυαρκ µαττερ δοεσ αχ χουντ φορ 80 περχεντ οφ τηε µασσ οφ τηε υνιϖερσε, ιτ σεεµσ λογιχαλ τηατ οχχασιοναλλψ α χηυνκ οφ ιτ σηουλδ φαλλ το εαρτη. Αλϖαρο ε Ρυϕυλα οφ ΧΕΡΝ, τηε Ευροπεαν λαβορατορψ φορ παρτιχλε πηψσ ιχσ νεαρ Γενεϖα, ανδ Σηελδον Λ. Γλαση οω οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ ηαϖε χαλχυ λατεδ τηε ε εχτσ οφ συχη ενχουντερσ. Α στρανγελετ οφ λεσσ τηαν αβουτ θυαρκσ, τηεψ δετερµινεδ, χουλδ βε σλοωεδ ανδ στοππεδ βψ τηε εαρτη. Συχη ενχουντερσ χουλδ τακε τηε φορµ οφ υνυσυαλ µετεοριτε εϖεντσ, εαρτηθυακεσ ωιτη σπεχιαλ σιγνατυρεσ ορ πεχυλιαρ παρ τιχλε τραχκσ ιν ανχιεντ µιχα. Νυγγετσ οφ µορε τηαν θυαρκσ ωουλδ ηαϖε τοο µυχη µοµεντυµ το βε στοππεδ βψ τηε ενχουντερ. Τηεψ ωουλδ ινστεαδ σιµπλψ πασσ τηρουγη τηε εαρτη. Τηε σιζεσ πρε διχτεδ βψ Ωιττεν σ σχεναριο µιγητ νοτ βε οβσερϖεδ ατ αλλ. Νυγγετσ λεσσ τηαν αβουτ 10 7 θυαρκσ ιν σιζε µαψ ηαϖε βροκεν ο φροµ λαργ ερ χλυστερσ ανδ βεχοµε εµβεδδεδ ιν µετεοριχ ορ χρυσταλ µατεριαλ, ωηερε τηεψ ωουλδ βεηαϖε µυχη λικε τψπιχαλ νυχλει. Ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαινζ, Κλαυσ Λ τζ ενκιρχηεν ανδ ηισ Γερµαν ανδ Ισραελι χολλεαγυεσ ηαϖε ρεχεντλψ βεγυν το σεαρχη φορ σµαλλ στρανγελετσ ιν µετε οριτεσ. Λ τζενκιρχηεν ηασ δεϖισεδ αν ινγενιουσ µετηοδ οφ σχρεενινγ ηισ µε τεοριτεσ φορ στρανγελετσ. Ηισ τεχηνιθυε ρελιεσ ον τηε φαχτ τηατ στρανγελετσ αρε µυχη ηεαϖιερ τηαν ορδιναρψ νυχλει. Ηε ρεσ α βεαµ οφ υρανιυµ νυχλει ατ τηε µετεοριτεσ ανδ λοοκσ φορ τηοσε τηατ βουνχε διρεχτλψ βαχκωαρδ, ασ ιφ τηεψ Copyright 1993 Scientific American, Inc.

26 ηαδ ηιτ α βριχκ ωαλλ. Ελεµενταρψ πηψσ ιχσ χαν προϖε τηατ τηισ ηαππενσ ονλψ ωηεν τηε µασσ οφ τηε ταργετ ισ γρεατερ τηαν τηατ οφ τηε υρανιυµ νυχλευσ. Τηυσ φαρ τηεσε ανδ οτηερ εξπεριµεντσ ηαϖε προδυχεδ νο εϖιδενχε φορ τηε εξιστενχε οφ σταβλε στρανγε µαττερ, αλτηουγη τηεψ ηαϖε πλαχεδ σοµε λιµιτσ ον τηε ρανγε οφ τηειρ µασσεσ. Χοσµολογιχαλ οβσερϖατιονσ ηαϖε αλσο βεεν υσεδ βψ σεϖεραλ ρεσεαρχηερσ το πλαχε λιµιτσ ον τηε αµουντ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ ιν τηε υνιϖερσε. Ιφ στρανγε νυγγετσ ωερε φορµεδ ιν τηε βιγ βανγ, τηεψ ωουλδ ηαϖε αβσορβεδ νευτρονσ, τηυσ λοωερινγ τηε ρατιο οφ φρεε νευτρονσ το προτονσ. Τηισ ε εχτ ιν τυρν ωουλδ λοωερ τηε ρατε οφ προδυχτιον οφ τηε ισο τοπε ηελιυµ 4. Τηε ρατε οφ αβσορπτιον οφ νευτρονσ, ανδ τηερεφορε τηε ρατε οφ ηελιυµ προδυχτιον, ισ ϖερψ σενσιτιϖε το τηε τοταλ συρφαχε αρεα οφ αλλ τηε νυγγετσ πρεσεντ. Φορ α ξεδ αµουντ οφ µασσ, συρφαχε αρεα δεπενδσ ον τηε σιζε ανδ νυµβερ οφ τηε παρτιχλεσ: τηε τοταλ συρ φαχε αρεα οφ µανψ σµαλλ φραγµεντσ φαρ εξχεεδσ τηε συρφαχε αρεα οφ α φεω λαργε πιεχεσ, εϖεν τηουγη βοτη χολλεχτιονσ ηαϖε τηε σαµε µασσ. Ηενχε, τηε σµαλλ ερ (ανδ µορε νυµερουσ) τηε ινδιϖιδυαλ νυγγετσ, τηε γρεατερ τηε τοταλ αβσορπ τιον οφ νευτρονσ. Κ. Ριισαγερ ανδ ϑ. Μαδσεν οφ τηε Υνι ϖερσιτψ οφ Ααρηυσ ιν ενµαρκ θυαντι εδ τηισ αργυµεντ. Τηε σχιεντιστσ φουνδ τηατ τηε πριµορδιαλ θυαρκ νυγγετσ ηαδ το βε µαδε υπ οφ µορε τηαν θυαρκσ ιφ τηειρ εξιστενχε ωερε το βε χονσιστεντ ωιτη βοτη τηε χαλχυλατεδ αµουντ οφ µισσινγ δαρκ µαττερ ανδ τηε οβσερϖεδ αβυνδανχε οφ λιγητ ισοτοπεσ. Στρανγε µαττερ µιγητ αλσο βε φουνδ ιν τηε συπερδενσε νευτρον σταρσ τηατ αρε τηε ρεµναντσ οφ συπερ νοϖαε. Α δροπλετ οφ στρανγε µαττερ φαλλ ινγ ον α νευτρον σταρ ωουλδ ατταχκ ιτ λικε α ϖιρυσ, γοββλινγ υπ νευτρονσ. Τηε ρεασον φορ τηισ ραπαχιτψ ισ τηατ νευτρονσ, βεινγ ελεχτριχαλλψ νευτραλ, δο νοτ ρεπελ τηε αππροαχη οφ τηε δροπλετ, ωηιχη ηασ α σµαλλ ποσιτιϖε χηαργε; τηε νευτρον σ θυαρκσ αρε αβσορβεδ βψ τηε δροπλετ. Ανγελα ς. Ολιντο οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο ηασ σηοων τηατ α στρανγε δροπλετ χουλδ χονσυµε α νευτρον σταρ, χηανγινγ ιτ φροµ α νευτρον σταρ ιντο α στρανγε σταρ, ιν λεσσ τηαν ονε µινυτε. Α στρανγε σταρ ωουλδ βε µορε χοµπαχτ τηαν α νευτρον σταρ βεχαυσε ιτ ισ βουνδ βψ ιντρινσιχ θυαρκ φορχεσ. Λικε α σπιννινγ ιχε σκατερ ωιτη ηερ αρµσ δραων ιν, τηε σµαλλερ στρανγε σταρ ωουλδ ροτατε µορε ραπιδλψ τηαν α νευ τρον σταρ, ανδ τηε ρατε οφ τηισ ροτατιον χουλδ βε δετεχτεδ. Τηε οβσερϖατιον οφ α ηαλφ µιλλισεχονδ πυλσαρ ωουλδ βε στρονγ εϖιδενχε οφ τηε εξιστενχε οφ α στρανγε σταρ σινχε ορδιναρψ νευτρον σταρσ χαν νοτ σπιν τηισ ραπιδλψ. Αστροπηψσιχιστσ αρε εαγερλψ σεεκινγ συχη οβϕεχτσ. Ιν τηε αβσενχε οφ ραπιδλψ τωιρλινγ στρανγε σταρσ, ιτ ισ υνλικελψ τηατ στρανγε µαττερ χαν βε δετεχτεδ βψ χυρρεντ τεχη νιθυεσ οφ οβσερϖατιοναλ αστρονοµψ. Νυ χλεαρ ανδ παρτιχλε πηψσιχιστσ ηαϖε ρε χεντλψ βεγυν το λοοκ φορ µορε διρεχτ εϖιδενχε οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, εµ πλοψινγ ποωερφυλ παρτιχλε αχχελερατορσ. Βψ χαυσινγ τωο ηεαϖψ νυχλει το χολλιδε ηεαδ ον ατ τηε ηιγηεστ αϖαιλαβλε ενερ γιεσ, εξπεριµεντερσ αρε νοω ιν τηε φορ τυνατε ποσιτιον οφ βεινγ αβλε το σιµυ λατε ιν τηε λαβορατορψ µανψ οφ τηε χον διτιονσ οφ τηε εαρλψ υνιϖερσε. Συχη λιττλε βιγ βανγσ ο ερ α δεφτ τοολ φορ προδυχινγ εξχιτινγ ανδ υνεξπεχτεδ ρε αρρανγεµεντσ οφ θυαρκσ ατ ηιγη τεµ περατυρεσ ανδ πρεσσυρεσ [σεε Ηοτ Νυ χλεαρ Ματτερ, βψ Ωαλτερ Γρεινερ ανδ Ηορστ Στ χκερ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ϑανυαρψ 1985; ανδ Τηε Νυχλεαρ Εθυα τιον οφ Στατε, βψ Ηανσ Γυτβροδ ανδ Ηορστ Στ χκερ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Νοϖεµβερ 1991]. Φορµατιον οφ τηε λιττλε βανγσ ρεθυιρεσ χολλισιονσ οφ τηε ηεαϖιεστ νυχλει ατ τηε ηιγηεστ ατταιναβλε ενεργιεσ. Ωηεν ηεαϖψ ιονσ, συχη ασ γολδ ανδ λεαδ, στρικε ονε ανοτηερ, σηοχκ ωαϖεσ αρε τριγγερεδ τηατ ηεατ υπ τηε νυχλεαρ µαττερ. Τηε ενεργψ οφ τηε νυχλει λεαδσ το τηε προδυχτιον οφ QUARKS ANTIQUARKS MESONS BARYONS NUCLEAR MATTER du udd u u UP ANTI- UP PI MESON NEUTRON d d HELIUM 4 DOWN ANTI- DOWN us uds STRANGE QUARK MATTER s s STRANGE ANTI- STRANGE K MESON ΘΥΑΡΚΣ ΙΝ ςαριουσ ΧΟΜΒΙΝΑΤΙΟΝΣ φορµ αλλ κνοων ηα δρονιχ παρτιχλεσ. Ονλψ τηε λιγητεστ τωο, υπ ανδ δοων θυαρκσ, αρε νεεδεδ το µακε ορδιναρψ µαττερ οφ τηε κινδ τηατ αχχουντσ φορ τηε ωορλδ αρουνδ υσ ανδ τηε ϖισιβλε υνιϖερσε. Α τηιρδ τψπε, τηε στρανγε θυαρκ, ηασ σο φαρ βεεν φουνδ ονλψ ιν Copyright 1993 Scientific American, Inc. LAMBDA υνσταβλε παρτιχλεσ. Υνδερ νορµαλ χονδιτιονσ, θυαρκσ βεηαϖε ασ τηουγη τηεψ ωερε χονφινεδ ιν βαγσ ιν ωηιχη τηεψ χαν µοϖε φρεελψ βυτ φροµ ωηιχη τηεψ χαννοτ εσχαπε. Βαρψονσ χονσιστ οφ τηρεε θυαρκσ; µεσονσ οφ α θυαρκ ανδ αν αντιθυαρκ. Νο οτηερ χοµβινατιονσ οφ θυαρκσ ηαϖε ψετ βεεν οβσερϖεδ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

27 α ρεβαλλ ανδ τηε φορµατιον οφ α οοδ οφ εξοτιχ ηαδρονσ. Τωο ηεαϖψ νυχλει, χολλιδινγ ατ ενορ µουσ ενεργιεσ, χαν βε τηουγητ οφ ασ τωο δροπσ οφ λιθυιδ. Ον χολλισιον τηε τεµ περατυρε οφ τηε λιθυιδ σοαρσ. Ασ ιτ δοεσ σο, ιτ υνδεργοεσ α πηασε τρανσιτιον ανδ βεχοµεσ α γασ χοµποσεδ οφ αλλ κινδσ οφ ηαδρονιχ παρτιχλεσ. Ιφ τηε ενεργψ οφ τηε χολλισιον ισ ηιγη ενουγη, τηε βαγσ οφ τηε ινδιϖιδυαλ ηαδρονσ ωιλλ ρυπτυρε, φρεεινγ τηε θυαρκσ το ροαµ. Τηε νυχλε αρ µαττερ εξπεριενχεσ α σεχονδ πηασε τρανσιτιον, βεχοµινγ α φρεε θυαρκ γλυ ον πλασµα τηατ ρεσεµβλεσ τηε στατε οφ τηε υνιϖερσε ιµµεδιατελψ αφτερ τηε βιγ βανγ. (Γλυονσ αρε τηε παρτιχλεσ τηατ, υν δερ νορµαλ χονδιτιονσ, βινδ θυαρκσ το γετηερ.) Τηε πλασµα ωιλλ χοµπρισε τηε υπ ανδ δοων θυαρκσ οφ τηε οριγιναλ νυχλει, πλυσ εθυαλ νυµβερσ οφ στρανγε θυαρκσ ανδ αντιθυαρκσ, χρεατεδ διρεχτλψ φροµ τηε ενεργψ οφ τηε χολλισιον. ϑυστ ασ ιτ διδ ιν τηε µοµεντσ τηατ φολλοωεδ τηε βιγ βανγ, τηε θυαρκ γλυον πλασµα ραπιδλψ βεγινσ το χοολ. Τηε θυαρκσ χονδενσε βαχκ ιντο βαγσ ιν α προχεσσ κνοων ασ ηαδρονιζατιον. Προ ϖιδινγ διρεχτ προοφ οφ τηισ εετινγ ιν σταντ οφ τηε θυαρκ γλυον πλασµα σ εξισ τενχε τυρνσ ουτ το βε α χοµπλιχατεδ τασκ. Θυαρκ δροπλετσ µαψ φορµ δυρινγ τηισ τρανσιτιον φροµ πλασµα το ηαδρον γασ ανδ λιϖε λονγ ενουγη το βε οβσερϖεδ. Τηε µεχηανισµ φορ τηε φορµατιον οφ στρανγελετσ ουτ οφ α χοολινγ θυαρκ γλυ ον πλασµα ωασ ρστ προποσεδ βψ Ηαν Χηαο Λιυ ανδ Γορδον Λ. Σηαω οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Ιρϖινε ανδ, ινδεπενδεντλψ, βψ Πετερ Κοχη οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βρεµεν, Ηορστ Στ χκερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Φρανκφυρτ ανδ ονε οφ υσ (Γρεινερ). Τηεψ ηψποτηεσιζεδ τηατ τηε αντιστρανγε θυαρκσ τηατ αρε φουνδ ιν εθυαλ νυµβερ το τηε στρανγε θυαρκσ ιν τηε θυαρκ γλυον πλασµα (στρανγε θυαρκσ ανδ τηειρ αντιµαττερ τωινσ µυστ βε προδυχεδ ιν παιρσ) χοµβινε ωιτη τηε αβυνδαντ λιγητ υπ ανδ δοων θυαρκσ οφ τηε οριγιναλ νυχλει το φορµ Κ µεσονσ. Προδυχινγ στρανγε βαρψονσ, συχη ασ τηε λαµβδα, φροµ τηε συρπλυσ στρανγε θυαρκσ, αχχορδινγ το χαλχυλατιονσ βψ Στ χκερ ανδ Γρεινερ, ισ ενεργετιχαλλψ µορε εξπενσιϖε τηαν προδυχινγ στρανγε λετσ. Τηισ ηψποτηεσισ συγγεστσ τηατ ιφ στρανγε θυαρκ µαττερ εξιστσ ατ λοω τεµ περατυρεσ, ιτ σηουλδ χονδενσε ουτ οφ α χοολινγ µασσ οφ θυαρκ γλυον πλασµα. Το δετεχτ νυγγετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ, εξπεριµενταλιστσ µυστ δεϖισε ωαψσ το σεπαρατε τηεµ φροµ τηε σηοω ερ οφ νορµαλ ηαδρονιχ µαττερ. Τηε δι χυλτψ ισ τηατ τηεψ χονστιτυτε α νεω φορµ οφ µαττερ, νοτ α σπεχι χ τψπε οφ παρτι χλε. Υσυαλλψ αν ινϖεστιγατορ δεσιγνσ αν εξπεριµεντ το νδ α παρτιχλε οφ α σιν γλε, ωελλ δε νεδ µασσ. Βυτ δροπλετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ χαν ηαϖε αλµοστ ανψ µασσ. Τηε κεψ το δετεχτινγ νυγγετσ οφ στρανγε θυαρκ µαττερ ισ το τακε αδϖανταγε οφ τηειρ πρεϖιουσλψ µεντιονεδ σµαλλ χηαργε το µασσ ρατιο. Φορ νορµαλ νυχλεαρ µαττερ, τηισ ρατιο ρανγεσ φροµ 1:3 φορ τηε ηψδρογεν ισο τοπε οφ τριτιυµ, ωηιχη χονταινσ τωο νευτρονσ ανδ α προτον, το 1 φορ τηε σιν γλε προτον οφ α ηψδρογεν νυχλευσ. Μοστ νυχλει ηαϖε ρουγηλψ τηε σαµε νυµβερ οφ προτονσ ανδ νευτρονσ, ωηιχη γιϖεσ τηεµ α χηαργε το µασσ ρατιο οφ 1: 2. Ιν χοντραστ, στρανγε µαττερ σηουλδ ηαϖε α χηαργε το µασσ ρατιο ασ σµαλλ ασ ± 1: 10 ορ ± 1: 20, µακινγ ιτ εασψ το διστινγυιση φροµ ορδιναρψ µαττερ. Α µαγνετιχ σπεχτροµετερ ισ τηε ιν στρυµεντ οφ χηοιχε. Ιν α µαγνετιχ σπεχ τροµετερ, βεαµσ οφ χηαργεδ παρτιχλεσ αρε δε εχτεδ βψ α ϖερψ στρονγ µαγνετιχ ελδ. Βψ µεασυρινγ τηε ανγλε οφ δε εχ τιον ανδ τηε ϖελοχιτψ οφ τηε παρτιχλε ασ ιτ εντερσ τηε µαγνετιχ σπεχτροµετερ, ιτ ισ εασψ το οβταιν α παρτιχλε σ χηαργε το µασσ ρατιο. Σεϖεραλ εξπεριµεντσ αρε χυρ ρεντλψ υνδερ ωαψ τηατ υσε τηισ τεχηνιθυε το σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Τηε ρστ ηιγηλψ σενσιτιϖε σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ ανδ οτηερ παρτι χλεσ χρεατεδ ιν ηιγη ενεργψ νυχλεαρ χολ λισιονσ ισ νοω βεινγ περφορµεδ βψ ονε οφ υσ (Χραωφορδ) ανδ ηισ χολλεαγυεσ φροµ τηε Υ.Σ. ανδ ϑαπαν ατ Βροοκηαϖεν Νατιοναλ Λαβορατορψ. Ιν τηισ εξπερι µεντ, α βεαµ οφ γολδ νυχλει, τραϖελινγ ατ νεαρλψ τηε σπεεδ οφ λιγητ, σµασηεσ ιντο α ταργετ µαδε οφ γολδ φοιλ. Βετωεεν 500 ανδ 1,000 παρτιχλεσ αρε προδυχεδ ιν εαχη χολλισιον. Τηε Βροοκηαϖεν εξ περιµεντ εξαµινεσ ονλψ τηε φεω παρτι χλεσ τηατ αρε τραϖελινγ ιν τηε διρεχτιον οφ τηε βεαµ ανδ φοχυσεδ βψ α σεριεσ οφ µαγνετσ. Τηε παρτιχλεσ ρστ ενχουντερ τηε µαγνετιχ σπεχτροµετερ, ωηερε τηε αν γλε οφ δε εχτιον προδυχεδ ασ τηεψ πασσ τηρουγη α ποωερφυλ µαγνετιχ ελδ ισ µεασυρεδ. Νεξτ τηε παρτιχλεσ ϖελοχιτιεσ αρε µεασυρεδ. Τηε µεασυρεµεντ ισ αχ Σταβιλιτψ οφ Στρανγε Θυαρκ Ματτερ Ιn 1977 Robert L. Jaffe of the Massachusetts Institute of Technology considered the possibility that particles containing more than three quarks might be stable. He started by imagining a bound state of two lambda particles, each of which is made of an up, a down and a strange quark. He called this state the H particle and pointed out that in order for it to be stable it would have to weigh less than two lambda particles. Otherwise, it would quickly decay into two lambdas. He also realized that the H particle must weigh less than two neutrons for it to be absolutely stable. If not, the two strange quarks would each decay via the weak interaction into a down quark. The resulting quarks could then form two neutrons. Unfortunately, accurately calculating the mass of the H particle from the Standard Model is beyond the current ability of physicists. H PARTICLE IS STABLE IF ITS MASS IS LESS THAN TWO NEUTRONS IF H PARTICLE'S MASS IS GREATER THAN TWO NEUTRONS, IT WILL DECAY INTO TWO NEUTRONS UP DOWN STRANGE 76 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc.

28 ΛΙΤΤΛΕ ΒΙΓ ΒΑΝΓ ισ χρεατεδ ιν α παρτι χλε αχχελερατορ ωηεν τωο ηεαϖψ νυχλει (τοπ) χολλιδε, προδυχινγ α ηοτ πλασµα οφ θυαρκσ ανδ γλυονσ, τηε παρτιχλεσ τηατ βινδ θυαρκσ τογετηερ. Ασ τηε πλασµα χοολσ, µοστ οφ τηε θυαρκσ ωιλλ χοµβινε το φορµ τηε ηαδρονιχ παρτιχλεσ φαµιλιαρ το πηψσιχιστσ. Ποσιτιϖε Κ µεσονσ χαρρψ αωαψ τηε αντιστρανγε θυαρκσ, λεαϖινγ τηε στρανγε θυαρκσ το φορµ στρανγελετσ. χοµπλισηεδ ιν τωο ωαψσ. Τηε ϖελοχιτψ οφ τηε σλοωερ παρτιχλεσ ισ δετερµινεδ βψ οβσερϖινγ τηειρ πασσαγε τηρουγη α σεριεσ οφ δετεχτορσ κνοων ασ σχιντιλλα τιον χουντερσ, τηιν σηεετσ οφ πλαστιχ τηατ γιϖε ο τινψ ασηεσ οφ λιγητ ασ χηαργεδ παρτιχλεσ τραϖερσε τηεµ. ςελοχιτψ ισ χαλ χυλατεδ βψ µεασυρινγ ηοω λονγ ιτ τακεσ τηε παρτιχλεσ το πασσ φροµ ονε δετεχτορ το τηε οτηερ ανδ διϖιδινγ τηισ ϖαλυε ιντο τηε διστανχε βετωεεν τηε δετεχ τορσ. Τηε ϖελοχιτψ οφ τηε φαστερ παρτιχλεσ ισ µεασυρεδ βψ α Χερενκοϖ δετεχτορ. Α Χερενκοϖ χουντερ εξπλοιτσ τηε φαχτ τηατ ωηεν α χηαργεδ παρτιχλε πασσεσ τηρουγη α µεδιυµ ατ α σπεεδ γρεατερ τηαν τηε σπεεδ οφ λιγητ ιν τηατ µεδιυµ, ιτ εµιτσ α γλοωινγ σηοχκ ωαϖε. Χοµβιν ινγ τηε δε εχτιον ανγλε ανδ τηε ϖελοχι τψ γιϖεσ τηε χηαργε το µασσ ρατιο. Τηε σπεχτροµετερ βεινγ βυιλτ ατ Βροοκηαϖεν ισ ρελατιϖελψ σιµπλε. Α µα ϕορ λιµιτατιον ισ τηατ τηισ δετεχτορ χαν σεε ονλψ παρτιχλεσ εµεργινγ ατ α τινψ ανγλε φροµ τηε βεαµ. Ιτ ισ µυχη λικε λοοκινγ ατ αν οβϕεχτ τηρουγη α ηιγη ποωερ µιχροσχοπε. Τηε ιµαγε µαψ βε σηαρπ, βυτ τηε αρεα ϖιεωεδ ισ τινψ, ανδ σο νδινγ α µινυτε οβϕεχτ ιν α λαργε ελδ βεχοµεσ δι χυλτ. Τηε Βροοκηαϖεν σπεχτροµετερ αλσο ηασ α ναρροω ρανγε οφ σενσιτιϖιτψ. Στρανγε µαττερ ωηοσε χηαργε το µασσ ρατιο ισ λοωερ τηαν 1: 25 ωιλλ νοτ βε δετεχτεδ. Το ινχρεασε τηε δετεχτορ σ λιµιτεδ σενσιτιϖιτψ, ονε χαν ειτηερ λοωερ τηε µαγνι χατιον ορ βυιλδ α βιγγερ δετεχ τορ. Βοτη αππροαχηεσ αρε βεινγ τακεν βψ δι ερεντ τεαµσ οφ πηψσιχιστσ σεαρχη ινγ φορ στρανγε θυαρκ µαττερ. Π. Βυφορδ Πριχε ανδ ηισ χο ωορκερσ ατ τηε Υνιϖερ σιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ ηαϖε αδοπτεδ τηε ρστ αππροαχη. Τηειρ εξ περιµεντ ισ σενσιτιϖε το ηεαϖψ, σλοω παρ τιχλεσ τηατ αρε δε εχτεδ ϖερψ λιττλε βψ α µαγνετιχ ελδ. Ατ Βροοκηαϖεν, ϑαχκ Σανδωεισ οφ Ψαλε Υνιϖερσιτψ ανδ ηισ χολλεαγυεσ αρε πυρ συινγ τηε σεχονδ µετηοδ. Τηεψ αρε χονστρυχτινγ α γιγαντιχ νονφοχυσινγ, ορ οπεν γεοµετρψ, σπεχτροµετερ. Ωιτη νο φοχυσινγ µαγνετσ, τηειρ εξπεριµενταλ αππαρατυσ ισ αλµοστ 30 µετερσ λονγ. Ιτσ δετεχτορσ αρε ειγητ µετερσ ωιδε ανδ τηρεε µετερσ ηιγη. Σινχε τηε δεϖιχε ισ σο λαργε, µανψ παρτιχλεσ εντερ τηε σπεχ Copyright 1993 Scientific American, Inc. τροµετερ αφτερ εαχη χολλισιον, ωηιχη αδδσ το τηε χοµπλεξιτψ οφ τηε οπερατιον. ΧΕΡΝ, ωηοσε αχχελερατορσ προϖιδε µυχη ηιγηερ ενεργψ παρτιχλεσ τηαν τηοσε ατταιναβλε ατ Βροοκηαϖεν, ισ αλσο βεγιν νινγ α προγραµ το λοοκ φορ νεω φορµσ οφ µαττερ. Κλαυσ Πρετζλ οφ Βερν Υνιϖερ σιτψ ιν Σωιτζερλανδ ανδ ηισ χο ωορκερσ πλαν το σταγε χολλισιονσ βετωεεν λεαδ νυχλει. Τηεψ ωιλλ υσε α σπεχτροµετερ σιµιλαρ το τηε ονε τηατ ισ ινσταλλεδ ατ Βροοκηαϖεν. Τηε ΧΕΡΝ σετυπ ισ, ηοωεϖ ερ, αλµοστ 500 µετερσ λονγ. Τηισ εξπερ ΙΝΤΡΟ ΥΧΤΙΟΝ ΤΟ ΗΙΓΗ ΕΝΕΡΓΨ ΠΗΨΣ ΙΧΣ. οναλδ Η. Περκινσ. Αδδισον Ωεσλεψ Πυβλισηινγ, ΦΡΟΜ ΘΥΑΡΚΣ ΤΟ ΤΗΕ ΧΟΣΜΟΣ: ΤΟΟΛΣ ΟΦ ΙΣΧΟςΕΡΨ. Λεον Μ. Λεδερµαν ανδ αϖιδ Ν. Σχηραµµ. Σχιεντιφιχ Αµεριχαν Λιβραρψ, ΤΗΕ ΝΥΧΛΕΑΡ ΕΘΥΑΤΙΟΝ ΟΦ ΣΤΑΤΕ, Παρτ PLASMA ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ ΙΝΓ STRANGELET ιµεντ ωιλλ τακε ιτσ ρστ βεαµ ιν Ινσπιρεδ βψ τηεορετιχαλ χοµπυτατιονσ, τηε σεαρχη φορ στρανγε θυαρκ µαττερ ισ νοω ωελλ υνδερ ωαψ. Ιτσ δετεχτιον ει τηερ ον τηε εαρτη, ιν τηε σκιεσ ορ ιν συβ ατοµιχ χολλισιονσ ωιτηιν τηε ωορλδ σ µοστ ποτεντ παρτιχλε αχχελερατορσ ωουλδ ηελπ ελυχιδατε τηε νατυρε οφ θυαρκσ, τηε στρυχτυρε οφ µαττερ ανδ τηε χοµποσιτιον οφ τηε υνιϖερσε. Τηε δισ χοϖερψ ωουλδ αλσο προϖε τηατ τηε ωορλδ ισ ασ στρανγε α πλαχε ασ πηψσιχιστσ ιµαγ ινε ιτ το βε. Β: ΘΧ ΑΝ ΤΗΕ ΦΟΡΜΑΤΙΟΝ ΟΦ ΤΗΕ ΘΥΑΡΚ ΓΛΥΟΝ ΠΛΑΣΜΑ. Εδιτεδ βψ Ωαλ τερ Γρεινερ ανδ Ηορστ Στ χκερ. Πλενυµ Πρεσσ, ΣΙΜΥΛΑΤΙΝΓ ΗΟΤ ΘΥΑΡΚ ΜΑΤΤΕΡ. ϑεαν Ποτϖιν ιν Αµεριχαν Σχιεντιστ, ςολ. 79, Νο. 2, παγεσ ; Μαρχη/Απριλ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

29 Τηε Τοξινσ οφ Χψανοβαχτερια These poisons, which periodically and fatally contaminate the water supplies of wild and domestic animals, can also harm humans. But they are being coaxed into doing good βψ Ωαψνε Ω. Χαρµιχηαελ Ον Μαψ 2, 1878, Γεοργε Φρανχισ οφ Αδελαιδε, Αυστραλια, πυβλισηεδ τηε ρστ σχηολαρλψ δεσχριπτιον οφ τηε ποτεντιαλλψ λετηαλ ε εχτσ προδυχεδ βψ χψανοβαχτερια τηε µιχροοργανισµσ σοµετιµεσ χαλλεδ βλυε γρεεν αλγαε ορ, µορε χολλοθυιαλλψ, πονδ σχυµ. Ιν α λετ τερ το Νατυρε ηε νοτεδ τηατ αν αλγα ηε τηουγητ το βε Νοδυλαρια σπυµιγενα ηαδ σο προλιφερατεδ ιν τηε εστυαρψ οφ τηε Μυρραψ Ριϖερ τηατ ιτ ηαδ φορµεδ α τηιχκ σχυµ λικε γρεεν οιλ παιντ, σοµε τωο το σιξ ινχηεσ τηιχκ, ανδ ασ τηιχκ ανδ παστψ ασ πορριδγε. Τηισ γροωτη ηαδ ρενδερεδ τηε ωατερ υνωηολεσοµε φορ χαττλε ανδ οτηερ ανιµαλσ τηατ δρινκ ατ τηε συρφαχε, βρινγινγ ον α ραπιδ ανδ σοµετιµεσ τερ ριβλε δεατη: Σψµπτοµσ στυπορ ανδ υνχονσχιουσ νεσσ, φαλλινγ ανδ ρεµαινινγ θυιετ, ασ ιφ ασλεεπ, υνλεσσ τουχηεδ, ωηεν χονϖυλσιονσ χοµε ον, ωιτη ηεαδ ανδ νεχκ δραων βαχκ βψ ριγιδ σπασµ, ωηιχη συβσιδεσ βεφορε δεατη. Τιµε σηεεπ, φροµ ονε το σιξ ορ ειγητ ηουρσ; ηορσεσ, ειγητ το τωεντψ φουρ ηουρσ; δογσ, φουρ το ϖε ηουρσ; πιγσ, τηρεε ορ φουρ ηουρσ. Σινχε 1878, ινϖεστιγατορσ ηαϖε χον ρµεδ τηατ Νοδυλαρια ανδ µανψ οτηερ γενερα οφ χψανοβαχτερια ινχλυδε ποι σονουσ στραινσ. Ινδεεδ, συχη µιχροβεσ αρε κνοων το αχχουντ φορ σπεχταχυλαρ διε ο σ οφ ωιλδ ανδ δοµεστιχ ανιµαλσ. ΩΑΨΝΕ Ω. ΧΑΡΜΙΧΗΑΕΛ ισ προφεσσορ οφ αθυατιχ βιολογψ ανδ τοξιχολογψ ατ Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ. Ηε εαρνεδ α δοχ τορατε ιν αθυατιχ τοξιχολογψ ατ τηε Υνι ϖερσιτψ οφ Αλβερτα ιν Εδµοντον ιν Αφτερ χοµπλετινγ α ποστδοχτοραλ απ ποιντµεντ ατ Αλβερτα, ηε ϕοινεδ Ωριγητ Στατε ασ αν ασσισταντ προφεσσορ ιν Χαρµιχηαελ ισ χυρρεντλψ ενγαγεδ ιν δε τερµινινγ τηε διστριβυτιον οφ τοξιχ χψαν οβαχτερια αρουνδ τηε ωορλδ, εξπλορινγ µετηοδσ φορ δετεχτινγ τοξινσ ιν ωατερ συππλιεσ ανδ αππλψινγ τηε µετηοδσ οφ βιοτεχηνολογψ το τηε στυδψ οφ βιοαχτιϖε µολεχυλεσ ιν χψανοβαχτερια ανδ αλγαε. Ιν τηε µιδωεστερν Υ.Σ., φορ ινστανχε, µιγρατινγ δυχκσ ανδ γεεσε ηαϖε περ ισηεδ βψ τηε τηουσανδσ αφτερ χονσυµ ινγ ωατερ χονταµινατεδ βψ τοξιχ χψανο βαχτερια. Ιν ρεχεντ ψεαρσ, ωορκερσ ηαϖε ιδεντι εδ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε οφ µανψ χψανοβαχτεριαλ τοξινσ ανδ ηαϖε αλσο βεγυν το δεχιπηερ τηε στεπσ βψ ωηιχη τηε ποισονσ χαν λεαδ το συ ερινγ ανδ δεατη. Συχη ρεσεαρχη ισ εξχιτινγ ιντερεστ το δαψ, ιν παρτ βεχαυσε οφ ωορρψ οϖερ πυβ λιχ ηεαλτη. Νο χον ρµεδ ηυµαν δεατη ηασ ψετ βεεν αττριβυτεδ το τηε ποισονσ. Βυτ ρυνο φροµ δετεργεντσ ανδ φερτιλιζ ερσ ισ αλτερινγ τηε χηεµιστρψ οφ µανψ µυνιχιπαλ ωατερ συππλιεσ ανδ σωιµµινγ αρεασ, ινχρεασινγ τηε χονχεντρατιον οφ νιτρογεν ανδ πηοσπηορυσ. Τηεσε νυτρι εντσ προµοτε ρεπροδυχτιον βψ δανγερ ουσ χψανοβαχτερια ανδ τηυσ φοστερ φορ µατιον οφ τηε δενσε γροωτησ, κνοων ασ ωατερβλοοµσ, δεσχριβεδ βψ Φρανχισ. Ασ χψανοβαχτεριαλ ωατερβλοοµσ βεχοµε µορε χοµµον ιν ρεσερϖοιρσ, ριϖερσ, λακεσ ανδ πονδσ, τηε λικελιηοοδ γροωσ τηατ πεοπλε ωιλλ βε εξποσεδ το ινχρεασεδ δοσεσ οφ τοξινσ. ( Ωατερ τρεατµεντ προ χεσσεσ ονλψ παρτιαλλψ λτερ ουτ χψανο βαχτερια ανδ διλυτε τηειρ τοξινσ.) Τηε ρισκ οφ ανιµαλ διε ο σ γροωσ ασ ωελλ. Τηε ποσσιβιλιτψ οφ ινχρεασεδ εξποσυρε ηασ βεχοµε παρτιχυλαρλψ διστυρβινγ βε χαυσε σοµε εϖιδενχε συγγεστσ τηατ χερ ταιν χψανοβαχτεριαλ τοξινσ µιγητ χον τριβυτε το τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Κνοωλεδγε οφ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε ανδ αχτιϖιτψ οφ τηε τοξινσ σηουλδ ηελπ σχιεντιστσ το δεϖισε µορε σενσιτιϖε ωαψσ το µεασυρε τηε χοµπουνδσ ιν ωατερ ανδ το δεϖελοπ αντιδοτεσ το λετηαλ δοσ εσ. Ιµπροϖεδ υνδερστανδινγ οφ ηοω τηεσε χηεµιχαλσ φυνχτιον σηουλδ αλσο φαχιλιτατε ε ορτσ το δετερµινε τηε λονγ τερµ ε εχτσ οφ εξποσυρε το νονλετηαλ δοσεσ. Ρεσεαρχη ιντο τηε στρυχτυρε ανδ αχτιϖ ιτψ οφ τηε τοξινσ ισ σπαρκινγ ιντερεστ ον οτηερ γρουνδσ ασ ωελλ. Τηεψ ανδ τηειρ δεριϖατιϖεσ αρε βεινγ χονσιδερεδ ασ πο τεντιαλ µεδιχινεσ φορ Αλζηειµερ σ δισ εασε ανδ οτηερ δισορδερσ. Τηε συβστανχ εσ αλρεαδψ σερϖε ασ ινϖαλυαβλε τοολσ φορ εξπλορατιον οφ θυεστιονσ ιν χελλ βιολογψ. Ασ ωορρισοµε ανδ ωονδερφυλ ασ τηε τοξινσ αρε, οτηερ ασπεχτσ οφ χψανοβαχτερια αρε περηαπσ µορε φαµιλιαρ το µανψ πεοπλε. Φορ εξαµπλε, τεξτβοοκσ οφτεν φεατυρε τηεσε βαχτε ρια ασ νιτρογεν ξερσ. Τηε λαµεντουσ σπεχιεσ (ωηιχη χονσιστ οφ ινδιϖιδυαλ χελλσ ϕοινεδ ενδ το ενδ, λικε βεαδσ ον α στρινγ) χονϖερτ ατµοσπηεριχ νιτρογεν ιντο φορµσ τηατ πλαντσ ανδ ανιµαλσ χαν υσε ιν τηειρ οων λιφε προχεσσεσ. Ιν τηισ ωαψ, τηεψ φερτιλιζε αγριχυλτυραλ λανδ τηρουγηουτ τηε ωορλδ, µοστ νοταβλψ ριχε παδδιεσ, ωηερε τηεψ αρε οφτεν αδ δεδ το τηε σοιλ. Χψανοβαχτερια αρε κνοων, τοο, φορ τηε χριτιχαλ ινσιγητσ τηεψ ηαϖε προϖιδεδ ιντο τηε οριγινσ οφ λιφε ανδ ιντο τηε ορι γινσ οφ οργανελλεσ ιν τηε χελλσ οφ ηιγηερ οργανισµσ. Τηε φοσσιλ ρεχορδ σηοωσ τηατ χψανοβαχτερια αλρεαδψ εξιστεδ 3.3 το 3.5 βιλλιον ψεαρσ αγο. Βεχαυσε τηεψ ωερε τηε ρστ οργανισµσ αβλε το χαρρψ ουτ οξψγενιχ πηοτοσψντηεσισ, ανδ τηυσ το χονϖερτ χαρβον διοξιδε ιντο οξψγεν, τηεψ υνδουβτεδλψ πλαψεδ α µαϕορ παρτ ιν τηε οξψγενατιον οφ τηε αιρ [σεε Τηε Βλυε Γρεεν Αλγαε, βψ Πατριχκ Εχηλιν; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ϑυνε 1966]. Οϖερ τιµε, τηειρ εξερτιονσ προβαβλψ ηελπεδ το χρεατε τηε χονδιτιονσ νεεδεδ φορ τηε εµεργενχε οφ αεροβιχ οργανισµσ. Ατ σοµε ποιντ, τηεοριστσ συγγεστ, χερταιν οφ τηε πηοτοσψντηεσιζερσ ωερε τακεν υπ περµανεντλψ βψ οτηερ µιχροβεσ. Εϖεντυαλλψ τηεσε χψανοβαχτερια λοστ τηε αβιλιτψ το φυνχτιον ινδεπενδεντλψ ανδ βεχαµε χηλοροπλαστσ: τηε βοδιεσ ρε σπονσιβλε φορ πηοτοσψντηεσισ ιν πλαντσ. Ιτ ωασ τηε τοξινσ, ηοωεϖερ, τηατ σπαρκεδ µψ οων χυριοσιτψ αβουτ χψανο βαχτερια. Τηατ ωασ βαχκ ιν τηε λατε 1960σ, ωηεν Ι ωασ αν υνδεργραδυατε µαϕορινγ ιν βοτανψ ατ Ορεγον Στατε Υνιϖερσιτψ. Ατ τηε τιµε, Ι ηαδ τηε ψουνγ στυδεντ σ υσυαλ φασχινατιον ωιτη τηε µι χροσχοπε ανδ τηινγσ µιχροσχοπιχ. Ι ωασ αλσο ιντριγυεδ βψ τηε θυεστιον οφ ηοω τοξινσ νατυραλλψ προδυχεδ ποισονσ 78 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

30 δαµαγε τηε βοδψ. Ιν βιολογιχαλ χιρχλεσ, τοξινσ αρε αµονγ τηε χοµπουνδσ ρε φερρεδ το ασ σεχονδαρψ µεταβολιτεσ βε χαυσε τηεψ αρε προδυχεδ βψ λιϖινγ ορ γανισµσ βυτ αρε νοτ κνοων το βε χριτι χαλλψ ιµπορταντ το εϖερψδαψ συρϖιϖαλ. Ι δεχιδεδ το πυρσυε βοτη οφ µψ ιντερ εστσ βψ λοοκινγ ιντο τηε προδυχτιον ανδ αχτιον οφ ποισονσ µαδε βψ χψανοβαχτε ρια. Ιν 1970 Ι τηερεφορε βεχαµε α γραδ υατε στυδεντ οφ Παυλ Ρ. Γορηαµ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αλβερτα ιν Εδµοντον. Γορ ηαµ ωασ ονε οφ τηε ρστ σχιεντιστσ το στυδψ τηε προπερτιεσ οφ τοξιχ χψανοβαχ τερια ανδ ηαδ βεεν δοινγ σο σινχε τηε 1950σ. Ρεσεαρχηερσ ιν Σουτη Αφριχα, Αυστραλια ανδ τηε Υ.Σ. ωερε χαρρψινγ ουτ ρελατεδ ινϖεστιγατιονσ, βυτ Γορηαµ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαδ αλρεαδψ λαιδ µυχη γρουνδωορκ φορ τηε κινδσ οφ στυδιεσ Ι ηοπεδ το υνδερτακε. Ωηεν Ι ϕοινεδ Γορηαµ σ γρουπ, χψα νοβαχτερια ωερε τψπιχαλλψ ρεφερρεδ το ασ βλυε γρεεν αλγαε βεχαυσε οφ τηε τυρ θυοισε χολορινγ οφ µοστ βλοοµσ ανδ τηε σιµιλαριτψ βετωεεν τηε µιχροβεσ ανδ τρυε αλγαε (βοτη χαρρψ ουτ πηοτο σψντηεσισ). Βυτ Ρογερ Ψ. Στανιερ, τηεν ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Βερκελεψ, ωασ βεγιννινγ το ρεϖεαλ τηε αλγαε παρτ οφ τηε ναµε το βε α µισνοµερ. Αφτερ τηε ελεχτρον µιχροσχοπε ωασ ιν τροδυχεδ ιν 1950, ωορκ βψ Στανιερ ανδ οτηερσ εσταβλισηεδ τηατ τωο ραδιχαλλψ δι ερεντ τψπεσ οφ χελλσ εξιστ ιν τηε χον τεµποραρψ ωορλδ. Προκαρψοτιχ ϖαριετιεσ τηοσε βεαρινγ τηε χηαραχτεριστιχσ οφ βαχ τερια ηαϖε νο µεµβρανε ενϖελοπινγ τηειρ νυχλεαρ µατεριαλ ανδ υσυαλλψ λαχκ µεµβρανε βουνδ βοδιεσ ιν τηειρ ιντερι ορ. Αλλ οτηερ χελλσ, ινχλυδινγ τηοσε οφ αλ γαε ανδ µορε χοµπλεξ πλαντσ, αρε ευ καρψοτιχ: τηεψ χονταιν α δε νιτε νυχλε αρ µεµβρανε ανδ ηαϖε µιτοχηονδρια ασ ωελλ ασ οτηερ οργανελλεσ. Στανιερ σ συβσεθυεντ εξαµινατιονσ οφ χψανοβαχ τερια προµπτεδ ηιµ το νοτε ιν 1971 τηατ τηεσε οργανισµσ αρε νοτ αλγαε; τηειρ ταξονοµιχ ασσοχιατιον ωιτη ευ καρψοτιχ γρουπσ ισ αν αναχηρονισµ... Βλυε γρεεν αλγαε χαν νοω βε ρεχογνιζεδ ασ α µαϕορ γρουπ οφ βαχτερια. Γορηαµ σ ωορκ, ανδ λατερ µινε, εξ τενδεδ τηε ρεσεαρχη βεγυν ωηεν χψα νοβαχτερια ωερε στιλλ τηουγητ το βε αλ γαε. Βψ τηε 1940σ ρεπορτσ ιµπλιχατινγ τηε µιχροοργανισµσ ιν τηε ποισονινγ οφ ωιλδ ανδ δοµεστιχ ανιµαλσ ηαδ αχχυ µυλατεδ φροµ µανψ παρτσ οφ τηε ωορλδ. Τηε ανιµαλσ διεδ αφτερ δρινκινγ φροµ πονδσ ορ οτηερ ωατερσ παρτλψ χοϖερεδ βψ σλιµψ χαρπετσ οφ ωηατ σεεµεδ το βε αλγαε, οφτεν ιν τηε δογ δαψσ οφ λατε συµµερ ανδ εαρλψ φαλλ, ωηεν τηε τεµ περατυρε ισ ηιγη ανδ τηε αιρ ισ ρελατιϖελψ στιλλ. Ψετ νο ρµ λινκ βετωεεν σπεχι χ γενερα οφ χψανοβαχτερια ανδ ανιµαλ δεατησ ηαδ ψετ βεεν εσταβλισηεδ. Τηεοδορε Α. Ολσον, α µιχροβιολογιστ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μιννεσοτα, µαδε τηατ χοννεχτιον ιν τηε χουρσε οφ στυδ ιεσ ηε χαρριεδ ουτ βετωεεν 1948 ανδ Ολσον χολλεχτεδ σαµπλεσ οφ ωα τερβλοοµσ ιν ηισ στατε ανδ δετερµινεδ τηατ τηεψ χονταινεδ χοπιουσ αµουντσ οφ σπεχιεσ φροµ τηε χψανοβαχτεριαλ γεν ερα Μιχροχψστισ ανδ Αναβαενα (χοµµον γρουπσ οφ πλανκτονιχ χψανοβαχτερια). Βψ φεεδινγ χψανοβαχτερια φροµ τηοσε βλοοµσ το λαβορατορψ ανιµαλσ, ηε ωασ αβλε το δεµονστρατε τηατ χερταιν ωατερ δωελλινγ φορµσ χαν ινδεεδ βε ποισον ουσ το ανιµαλσ. ΠΟΝ ΙΝ ΒΕΙϑΙΝΓ ηασ βεεν χονταµινατ εδ βψ αν οϖεργροωτη, ορ ωατερβλοοµ, οφ τοξιχ χψανοβαχτερια (γρεεν σχυµ). Τηεσε βαχτερια, φλουρισηινγ ιν τηε Γρανδϖιεω Γαρδεν Παρκ, αρε µεµβερσ οφ τηε ωιδε σπρεαδ γενυσ Μιχροχψστισ, µανψ σπεχιεσ οφ ωηιχη προδυχε ποτεντ λιϖερ τοξινσ. Τηε τοξινσ ηαϖε κιλλεδ ανιµαλσ, ανδ τηε χονσυµπτιον οφ λοω δοσεσ ιν δρινκινγ ωατερ ισ συσπεχτεδ οφ χοντριβυτινγ το α ηιγη ρατε οφ ηυµαν λιϖερ χανχερ ιν χερ ταιν παρτσ οφ Χηινα. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

31 ΜΑΣΣ ΟΦ ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ χλοσε το τηε σηορε οφ Βαλγαϖιεσ Λοχη, νεαρ υνδεε, Σχοτλανδ, ηασ τηε τψπιχαλ αππεαρανχε οφ α ωατερβλοοµ σεεν ατ σηορτ ρανγε: ιτ ρεσεµ βλεσ α τηιχκ ποολ οφ γρεεν οιλ παιντ. Τηισ βλοοµ οχχυρρεδ ιν 1981 ανδ ωασ φουνδ το χονσιστ οφ σπεχιεσ ιν τηε γενυσ Μιχροχψστισ. Τηισ νδινγ, ιν τυρν, ραισεδ νεω θυεσ τιονσ. Ωηψ, φορ εξαµπλε, ωερε ανιµαλσ ποισονεδ µοστ οφτεν δυρινγ τηε δογ δαψσ οφ συµµερ ανδ φαλλ? Τηε ανσωερ νοω σεεµσ το βε τηατ χψανοβαχτερια γροω ρεµαρκαβλψ ωελλ ανδ φορµ ωατερ βλοοµσ ωηεν φουρ χονδιτιονσ χονϖεργε: τηε ωινδ ισ θυιετ ορ µιλδ, ανδ τηε ωατερ ισ α βαλµψ τεµπερατυρε (15 το 30 δε γρεεσ Χελσιυσ), ισ νευτραλ το αλκαλινε (ηαϖινγ α πη οφ 6 το 9) ανδ ηαρβορσ αν αβυνδανχε οφ τηε νυτριεντσ νιτρογεν ανδ πηοσπηορυσ. Υνδερ συχη χιρχυµ στανχεσ, χψανοβαχτεριαλ ποπυλατιονσ γροω µορε συχχεσσφυλλψ τηαν δο τηοσε οφ τρυε αλγαε. (Τρυε αλγαε χαν αλσο φορµ ωατερβλοοµσ, βυτ βλοοµσ ιν νυτριεντ ριχη ωατερ υσυαλλψ χονσιστ οφ τοξιχ χψανοβαχτερια.) Τηε χψανοβαχτεριαλ βλοοµσ βψ τηεµ σελϖεσ προβαβλψ ωουλδ νοτ ηαρµ ανι µαλσ ιφ τηε µιχροβεσ χλυστερεδ φαρ φροµ σηορε. Βυτ χψανοβαχτερια µοϖε υπ ανδ δοων ωιτηιν τηε ωατερ το οβταιν λιγητ φορ πηοτοσψντηεσισ ανδ, ιν τηε προχεσσ, οφτεν οατ το τηε συρφαχε. Τηερε, χυρ ρεντσ ανδ ανψ ωινδσ τηατ αρισε χαν πυση τηε βαχτερια τοωαρδ τηε λανδ, χαυσινγ ποισον λλεδ χελλσ το αχχυµυλατε ιν α τηιχκ λαψερ νεαρ τηε λεεωαρδ σηορε. Ανι µαλσ δρινκινγ συχη χονχεντρατεδ σχυµ χαν ρεαδιλψ χονσυµε α φαταλ δοσε. Βεχαυσε τηε χελλσ ρελεασε τοξινσ ονλψ ωηεν τηεψ τηεµσελϖεσ διε ορ βεχοµε ολδ ανδ λεακψ, ανιµαλσ υσυαλλψ ηαϖε το 80 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ινγεστ ωηολε χελλσ το βε α εχτεδ. Τηεψ χαν, ηοωεϖερ, τακε ιν α φαταλ δοσε οφ τοξινσ φροµ χελλ φρεε ωατερ ιφ σοµεονε ηασ τρεατεδ τηε ωατερ ωιτη α συβστανχε, συχη ασ χοππερ συλφατε, δεσιγνεδ το βρεακ υπ ωατερβλοοµσ. Τηε αµουντ οφ χψανοβαχτερια ταιντεδ ωατερ νεεδεδ το κιλλ αν ανιµαλ δεπενδσ ον συχη φαχτορσ ασ τηε τψπε ανδ αµουντ οφ ποισον προ δυχεδ βψ τηε χελλσ, τηε χονχεντρατιον οφ τηε χελλσ, ασ ωελλ ασ τηε σπεχιεσ, σιζε, σεξ ανδ αγε οφ τηε ανιµαλ. Τψπιχαλλψ, τηουγη, τηε ρεθυιρεδ ϖολυµε ρανγεσ φροµ α φεω µιλλιµετερσ (ουνχεσ) το σεϖ εραλ λιτερσ (α φεω γαλλονσ). Αππαρεντλψ, τηιρστψ ανιµαλσ αρε οφτεν υνδετερρεδ βψ τηε φουλ σµελλ ανδ ταστε οφ χονταµινατ εδ ωατερ. Τηε εαρλψ δεµονστρατιον τηατ χψα νοβαχτεριαλ τοξινσ ωερε ρεσπονσι βλε φορ ανιµαλ κιλλσ ιν Μιννεσοτα αλσο ραισεδ τηε θυεστιονσ τηατ Γορηαµ τοοκ υπ ιν τηε 1950σ ναµελψ, ωηατ ισ τηε χηεµιχαλ νατυρε ανδ µοδυσ οπερ ανδι οφ τηε τοξινσ? Το νδ ανσωερσ, ηε ρστ ηαδ το δεϖελοπ µετηοδσ φορ µαιν ταινινγ χυλτυρεσ οφ τοξιχ χψανοβαχτερια ιν τηε λαβορατορψ. Ιν τηε 1950σ ανδ 1960σ Γορηαµ ανδ ηισ χολλεαγυεσ, τηεν ατ τηε Νατιοναλ Ρεσεαρχη Χουνχιλ ιν Οτ ταωα, συχχεεδεδ ιν εσταβλισηινγ χυλτυρεσ φορ τωο οφ τηε µοστ τοξιχ χψανοβαχτε ρια: Αναβαενα οσ αθυαε ανδ Μιχροχψσ τισ αερυγινοσα. Ωιτη συχη χυλτυρεσ ιν ηανδ, τηεψ ωερε αβλε το ισολατε ποισονσ προδυχεδ βψ τηε χελλσ ανδ ιδεντιφψ τηειρ χηεµιχαλ µακευπ. Α κνοωλεδγε οφ χηεµιχαλ στρυχτυρε ο ερσ χλυεσ το ηοω α µολεχυλε φυνχτιονσ. Ιν 1972, σοον αφτερ Ι αρριϖεδ ιν Γορ ηαµ σ λαβορατορψ, Χαρολ Σ. Ηυβερ ανδ Ολιϖερ Ε. Εδωαρδσ, ωορκινγ ιν Εδ ωαρδσ σ λαβορατορψ ατ τηε Νατιοναλ Ρε σεαρχη Χουνχιλ, δετερµινεδ τηε χηεµι χαλ στρυχτυρε οφ α χψανοβαχτεριαλ τοξιν φορ τηε ρστ τιµε. εριϖεδ φροµ Α. οσ αθυαε, ανδ ναµεδ ανατοξιν α, ιτ τυρνεδ ουτ το βε αν αλκαλοιδ ονε οφ τηου σανδσ οφ νιτρογεν ριχη χοµπουνδσ τηατ ηαϖε ποτεντ βιολογιχαλ, υσυαλλψ νευρο λογιχαλ, ε εχτσ. Σο φαρ σπεχιεσ φροµ σεϖ εν οφ 12 χψανοβαχτεριαλ γενερα ιν ϖολϖεδ ιν ανιµαλ δεατησ ηαϖε βεεν χυλ τυρεδ. Ιντερεστινγλψ, νονε οφ τηε 12 γενερα γροω ατταχηεδ το ροχκσ ορ ϖεγε τατιον; αλλ αρε πλανκτονιχ, οατινγ ιν ωατερ ασ σινγλε χελλσ ορ λαµεντσ. Μοστ προδυχε µορε τηαν ονε τψπε οφ τοξιν. Τηε τοξινσ τηατ ηαϖε βεεν στυδιεδ ιν τενσιϖελψ το δατε βελονγ το ονε οφ τωο γρουπσ, δε νεδ βψ τηε σψµπτοµσ τηεψ ηαϖε προδυχεδ ιν ανιµαλσ. Σοµε, συχη ασ ανατοξιν α, αρε νευροτοξινσ. Τηεψ ιν τερφερε ωιτη τηε φυνχτιονινγ οφ τηε νερ ϖουσ σψστεµ ανδ οφτεν χαυσε δεατη ωιτηιν µινυτεσ, βψ λεαδινγ το παραλψσισ οφ τηε ρεσπιρατορψ µυσχλεσ. Οτηερ χψανοβαχτεριαλ ποισονσ, συχη ασ τηοσε προδυχεδ βψ Φρανχισ σ Ν. σπυ µιγενα, αρε ηεπατοτοξινσ. Τηεψ δαµ αγε τηε λιϖερ ανδ κιλλ ανιµαλσ βψ χαυσ ινγ βλοοδ το ποολ ιν τηε λιϖερ. Τηισ ποολινγ χαν λεαδ το φαταλ χιρχυλατορψ σηοχκ ωιτηιν α φεω ηουρσ, ορ, βψ ιντερ φερινγ ωιτη νορµαλ λιϖερ φυνχτιον, ιτ χαν λεαδ οϖερ σεϖεραλ δαψσ το δεατη βψ λιϖερ φαιλυρε. Φουρ νευροτοξινσ ηαϖε βεεν στυδιεδ ιν δεταιλ. Οφ τηεσε, ανατοξιν α ανδ ανα τοξιν α(σ) σεεµ υνιθυε το χψανοβαχτε ρια. Τηε οτηερ τωο σαξιτοξιν ανδ νεο σαξιτοξιν αρισε ιν χερταιν µαρινε αλγαε ασ ωελλ. Ι ηαδ τηε γοοδ φορτυνε οφ βεινγ αβλε το εξπλορε τηε αχτιϖιτψ οφ ανατοξ ιν α σοον αφτερ ιτσ στρυχτυρε ωασ δεχι πηερεδ. Τηισ χοµπουνδ, µαδε βψ ϖαρι ουσ στραινσ οφ τηε φρεσηωατερ γενερα Αναβαενα ανδ Οσχιλλατορια, µιµιχσ τηε νευροτρανσµιττερ αχετψλχηολινε. Ωηεν αχετψλχηολινε ισ ρελεασεδ βψ νευρονσ (νερϖε χελλσ) τηατ ιµπινγε ον µυσχλε χελλσ, ιτ βινδσ το ρεχεπτορ µολε χυλεσ χονταινινγ βοτη α νευροτρανσµιτ τερ βινδινγ σιτε ανδ αν ιον χηαννελ τηατ σπανσ τηε χελλ µεµβρανε. Ασ αχετψλχηο λινε ατταχηεσ το τηε ρεχεπτορσ, τηε χηαν νελ οπενσ, τριγγερινγ τηε ιονιχ µοϖε µεντ τηατ ινδυχεσ µυσχλε χελλσ το χον τραχτ. Σοον αφτερ, τηε χηαννελ χλοσεσ, ανδ τηε ρεχεπτορσ ρεαδψ τηεµσελϖεσ το ρεσπονδ το νεω σιγναλσ. Μεανωηιλε αν ενζψµε χαλλεδ αχετψλχηολινεστερασε δε

32 γραδεσ τηε αχετψλχηολινε, τηερεβψ πρε ϖεντινγ οϖερστιµυλατιον οφ τηε µυσχλε χελλσ. Ανατοξιν α ισ δεαδλψ βεχαυσε ιτ χαν νοτ βε δεγραδεδ βψ αχετψλχηολινεστερ ασε ορ βψ ανψ οτηερ ενζψµε ιν ευκαρψ οτιχ χελλσ. Χονσεθυεντλψ, ιτ ρεµαινσ αϖαιλαβλε το οϖερστιµυλατε µυσχλε. Ιτ χαν ινδυχε µυσχλε τωιτχηινγ ανδ χραµπ ινγ, φολλοωεδ βψ φατιγυε ανδ παραλψσισ. Ιφ ρεσπιρατορψ µυσχλεσ αρε α εχτεδ, τηε ανιµαλ µαψ συ ερ χονϖυλσιονσ ( φροµ λαχκ οφ οξψγεν το τηε βραιν) ανδ διε οφ συ οχατιον. Υνφορτυνατελψ, νο ονε ηασ συχχεεδεδ ιν προδυχινγ αν αντιδοτε το ανατοξιν α. Ηενχε, τηε ονλψ πραχτιχαλ ωαψ φορ φαρµερσ ορ οτηερ χονχερνεδ ιν διϖιδυαλσ το πρεϖεντ δεατησ ισ το ρεχογ νιζε τηατ α τοξιχ ωατερβλοοµ µαψ βε δεϖελοπινγ ανδ το νδ αν αλτερνατιϖε ωατερ συππλψ φορ τηε ανιµαλσ υντιλ τηε βλοοµ ισ ελιµινατεδ. Φορ ανιµαλσ, ανατοξιν α ισ αν ανατηε µα, βυτ φορ σχιεντιστσ ιτ ισ α βλεσσινγ. Ασ α µιµιχ οφ αχετψλχηολινε, ανατοξιν α µακεσ α νε ρεσεαρχη τοολ. Φορ εξαµ πλε, βεχαυσε ιτ ρεσιστσ βρεακδοων βψ αχετψλχηολινεστερασε, τηε τοξιν ανδ ιτσ δεριϖατιϖεσ χαν βε υσεδ ιν πλαχε οφ αχε τψλχηολινε ιν εξπεριµεντσ εξαµινινγ ηοω αχετψλχηολινε βινδσ το ανδ ιν υ ενχεσ τηε αχτιϖιτψ οφ αχετψλχηολινε ρε χεπτορσ (εσπεχιαλλψ τηε σο χαλλεδ νιχο τινιχ αχετψλχηολινε ρεχεπτορσ ιν τηε πε ριπηεραλ ανδ χεντραλ νερϖουσ σψστεµ). Εδσον Ξ. Αλβυθυερθυε ανδ ηισ χολ λεαγυεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Μαρψλανδ Σχηοολ οφ Μεδιχινε αρε λοοκινγ ατ ανα τοξιν α ιν οτηερ ωαψσ ασ ωελλ. Τηε ρε σεαρχηερσ αρε ιν τηε εαρλψ σταγεσ οφ εξ πλορινγ τηε ιντριγυινγ ποσσιβιλιτψ τηατ α µοδι εδ ϖερσιον µιγητ ονε δαψ βε αδ µινιστερεδ το σλοω τηε µενταλ δεγενερ ατιον οφ Αλζηειµερ σ δισεασε. Ιν µανψ πατιεντσ, συχη δετεριορατιον ρεσυλτσ ιν παρτ φροµ δεστρυχτιον οφ νευρονσ τηατ προδυχε αχετψλχηολινε. Αχετψλχηολινε ιτ σελφ χαννοτ βε αδµινιστερεδ το ρεπλαχε τηε λοστ νευροτρανσµιττερ βεχαυσε ιτ δισ αππεαρσ τοο θυιχκλψ. Βυτ α ϖερσιον οφ ανατοξιν α τηατ ηασ βεεν µοδι εδ το ρεδυχε ιτσ τοξιχιτψ µιγητ ωορκ ιν ιτσ πλαχε. εριϖατιϖεσ οφ ανατοξιν α χουλδ αλσο χονχειϖαβλψ προϖε υσεφυλ φορ οτηερ δισορδερσ ιν ωηιχη αχετψλχηολινε ισ δε χιεντ ορ ισ πρεϖεντεδ φροµ αχτινγ ε εχ τιϖελψ, συχη ασ µψαστηενια γραϖισ (α δε γενερατιϖε δισορδερ τηατ χαυσεσ µυσχλε ωεακνεσσ). Τηε οτηερ νευροτοξιν υνιθυε το χψανοβαχτερια, ανατοξιν α(σ), ισ µαδε βψ στραινσ οφ Αναβαενα. Ιτ προδυχεσ µανψ οφ τηε σαµε σψµπτοµσ ασ ανατοξιν α ωηιχη ισ ηοω ιτ χαµε το ηαϖε συχη α σιµιλαρ ναµε. Τηε λεττερ σ ωασ αππενδεδ βεχαυσε ανατοξιν α(σ) σεεµεδ το βε α ϖαριαντ οφ ανατοξ ιν α τηατ χαυσεδ ϖερτεβρατεσ το σαλιϖατε εξχεσσιϖελψ. Ρεχεντλψ, ηοωεϖερ, µψ στυ δεντσ ανδ Ι ατ Ωριγητ Στατε Υνιϖερσιτψ, τογετηερ ωιτη Σηιγεκι Ματσυναγα ανδ Ριχηαρδ Ε. Μοορε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ηαϖε σηοων τηατ ανατοξιν α(σ) δι ερσ χηεµιχαλλψ φροµ ανατοξιν α ανδ ελιχιτσ σψµπτοµσ βψ οτηερ µεανσ. Ανατοξιν α(σ) ισ α νατυραλλψ οχχυρρινγ οργανιχ πηοσπηατε τηατ φυνχτιονσ µυχη λικε σψντηετιχ οργανοπηοσπηατε ινσεχτι χιδεσ, συχη ασ παρατηιον ανδ µαλατηι ον. Το µψ κνοωλεδγε, ιτ ισ τηε ονλψ νατ υραλ οργανοπηοσπηατε ψετ δισχοϖερεδ. Εϖεν τηουγη ιτσ στρυχτυρε δι ερσ φροµ τηατ οφ τηε σψντηετιχ χοµπουνδσ, ιτσ κιλλινγ ποωερ, λικε τηειρσ, στεµσ φροµ ιτσ αβιλιτψ το ινηιβιτ αχετψλχηολινεστερ ασε. Βψ ιµπεδινγ αχετψλχηολινεστερασε φροµ δεγραδινγ αχετψλχηολινε, ιτ ενσυρεσ τηατ αχετψλχηολινε ρεµαινσ χοντινυουσ λψ αϖαιλαβλε το στιµυλατε ανδ οϖερστιµ υλατε µυσχλε χελλσ. Ασ α στρυχτυραλλψ νοϖελ οργανοπηοσ πηατε, ανατοξιν α(σ) χουλδ ιν τηεορψ φορµ τηε βασισ φορ νεω πεστιχιδεσ. Σψν τηετιχ οργανοπηοσπηατεσ αρε ωιδελψ υσεδ βεχαυσε τηεψ αρε µορε τοξιχ το ιν σεχτσ τηαν το ηυµανσ. Τηεψ αρε, ηοωεϖ ερ, υνδερ σοµε ρε. Σολυβλε ιν λιπιδσ (φατσ), τηεψ τενδ το αχχυµυλατε ιν χελλ µεµβρανεσ ανδ οτηερ λιπιδ ριχη παρτσ οφ ηυµανσ ανδ οτηερ ϖερτεβρατεσ. Ανα τοξιν α(σ), ιν χοντραστ, ισ µορε σολυβλε ιν ωατερ ανδ, ηενχε, µορε βιοδεγραδ αβλε. Σο ιτ χουλδ βε σαφερ. Ον τηε οτηερ ηανδ, ιτ µιγητ αλσο βε λεσσ αβλε το χροσσ τηε λιπιδ ριχη χυτιχλεσ, ορ εξοσκελετονσ, οφ ινσεχτσ. Βψ τινκερινγ ωιτη τηε στρυχ τυρε οφ ανατοξιν α(σ), ινϖεστιγατορσ µιγητ βε αβλε το δεσιγν α χοµπουνδ τηατ ωουλδ µινιµιζε αχχυµυλατιον ιν τισ συεσ οφ ϖερτεβρατεσ βυτ χοντινυε το κιλλ αγριχυλτυραλ πεστσ. Ασ ισ τρυε οφ ανατοξιν α ανδ ανατοξ ιν α(σ), τηε νευροτοξινσ σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξιν δισρυπτ χοµµυνιχατιον βετωεεν νευρονσ ανδ µυσχλε χελλσ. Βυτ τηεψ δο σο βψ πρεϖεντινγ αχετψλχηολινε φροµ βεινγ ρελεασεδ βψ νευρονσ. Ιν ορ δερ το σεχρετε αχετψλχηολινε ορ οτηερ νευροτρανσµιττερσ, νευρονσ µυστ ρστ γενερατε αν ελεχτριχαλ ιµπυλσε. Τηεν τηε ιµπυλσε µυστ προπαγατε αλονγ τηε λενγτη οφ α προϕεχτιον χαλλεδ αν αξον αν αχτιϖιτψ τηατ δεπενδσ ον τηε οω οφ σοδιυµ ανδ ποτασσιυµ ιονσ αχροσσ χηαννελσ ιν τηε αξοναλ µεµβρανε. Ωηεν τηε ιµπυλσε ρεαχηεσ αν αξον τερ µιναλ, τηε τερµιναλ ρελεασεσ στορεσ οφ αχετψλχηολινε. Σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξ ιν βλοχκ τηε ινωαρδ οω οφ σοδιυµ ιονσ αχροσσ τηε µεµβρανε χηαννελσ; ιν σο δοινγ, τηεψ σνυ ουτ ανψ ιµπυλσεσ ανδ φορεσταλλ τηε σεχρετιον οφ αχετψλχηολινε. Αλτηουγη σαξιτοξιν ανδ νεοσαξιτοξιν οχχυρ ιν σοµε στραινσ οφ τηε χψανοβαχ τεριαλ γενερα Αναβαενα ανδ Απηανι ζοµενον, τηεσε ποισονσ αρε αχτυαλλψ βεττερ κνοων ασ προδυχτσ οφ δινο αγελ ANATOXIN-A ANATOXIN-A(S) ΒΕΑ Σ ΟΝ Α ΣΤΡΙΝΓ (µιχρογραπη) αρε αχτυαλλψ χελλσ οφ τηε χψανοβαχτεριυµ Αν αβαενα φλοσ αθυαε, µαγνιφιεδ σοµε 2,500 τιµεσ. Α. φλοσ αθυαε ισ α µαϕορ προδυχερ οφ νευροτοξινσ, ποισονσ τηατ ιντερφερε ωιτη τηε φυνχτιονινγ οφ τηε νερϖουσ σψστεµ. Τηε στραιν σηοων ηερε ωασ ρεσπονσιβλε φορ τηε δεατη οφ ηογσ ιν Γριγγσϖιλλε, Ιλλ. Τηε χηεµιχαλ στρυχτυρεσ ατ τηε ριγητ ρεπρεσεντ τοξινσ µαδε βψ στραινσ οφ Αναβαενα; αλλ εξχεπτ ανατοξιν α(σ) αλσο οχχυρ ιν οτηερ χψανοβαχτερια. H 2 N O HN ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ O RN HN HN N O NH N O SAXITOXIN AND NEOSAXITOXIN R = H IN SAXITOXIN R = OH IN NEOSAXITOXIN P O O NH NH OH OH CH 3 NMe 2 OMe NH

33 Ηοω Νευροτοξινσ Κιλλ Neurotoxins produced by cyanobacteria can disrupt normal signaling between neurons and muscles in several ways. All of them lead to death by causing paralysis of respiratory muscles, followed by suffocation. NORMAL EVENTS SODIUM IONS a SODIUM CHANNEL EFFECTS OF SAXITOXIN AND NEOSAXITOXIN SODIUM IONS TOXIN BLOCKS CHANNEL NEURON AXON b IMPULSE PROPAGATES IMPULSE CANNOT PROPAGATE AXON Saxitoxin and neosaxitoxin silence the neurons that act on muscle cells. Sodium ions (gold) must flow into neurons (a at left) in order for the neurons to relay impulses (b) to other cells. Saxitoxin and neosaxitoxin (blue sphere at right) halt impulse propagation by preventing the ions from passing into the neurons. When the nerve cells are thus quieted, muscle cells receive no stimulation and become paralyzed. MUSCLE NORMAL EVENTS AXON TERMINAL EFFECTS OF ANATOXIN-A EFFECTS OF ANATOXIN-A(S) ACETYLCHOLINE ACETYLCHOLIN- ESTERASE ANATOXIN-A ANATOXIN-A(S) a c d a c d NO BREAKDOWN a c d NO BREAKDOWN MUSCLE CONTRACTS b ACETYL- CHOLINE RECEPTOR e MUSCLE RESTS MUSCLE CONTRACTS b e OVER- STIMULATED MUSCLE STOPS WORKING MUSCLE CONTRACTS b e OVER- STIMULATED MUSCLE STOPS WORKING Anatoxin-a and anatoxin-a(s) (center and right panels) overexcite muscle cells by disrupting the functioning of the neurotransmitter acetylcholine. Normally, acetylcholine molecules (purple) bind to acetylcholine receptors on muscle cells (a in left panel), thereby inducing the cells to contract (b). Then the enzyme acetylcholinesterase (yellow) degrades acetylcholine (c), allowing its receptors and hence the muscle cells to return to their resting state (d and e). Anatoxin-a (red in center panel) is a mimic of acetylcholine. It, too, binds to acetylcholine receptors (a), triggering contraction (b), but it cannot be degraded by acetylcholinesterase (c). Consequently, it continues to act on muscle cells (d). The cells then become so exhausted from contracting that they stop operating (e). Anatoxin-a(s) (green in right panel) acts more indirectly. It allows acetylcholine to bind to its receptors and induce contraction as usual (a and b), but it blocks acetylcholinesterase from degrading acetylcholine (c). As a result, the neurotransmitter persists and overstimulates respiratory muscles (d), which once again eventually become too fatigued to operate (e). 82 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

34 λατεσ τηε µαρινε αλγαε τηατ ηαϖε χαυσεδ ρεδ τιδεσ (ρεδ ωατερβλοοµσ) ιν σεϖεραλ χοασταλ αρεασ οφ τηε ωορλδ. Τηεσε ρεδ τιδεσ ηαϖε λεδ το ρεπεατεδ ουτβρεακσ οφ παραλψτιχ σηελλ ση ποισον ινγ ανδ το τηε χλοσυρε οφ σηελλ ση βεδσ ιν τηοσε αρεασ. Τηε δισχοϖερψ οφ σαξιτοξιν ανδ νεο σαξιτοξιν ιν χψανοβαχτερια αδδεδ φεω νεω ιδεασ φορ δρυγσ ορ ινσεχτιχιδεσ ορ φορ ωαψσ το σολϖε προβλεµσ ιν χελλ βιολ ογψ, σινχε τηε χηεµιχαλσ ωερε αλρεαδψ κνοων εντιτιεσ. Τηε νδινγ διδ ποσε α φασχινατινγ ριδδλε, ηοωεϖερ. Ωηατ ωουλδ χαυσε φρεσηωατερ χψανοβαχτερια το προ δυχε τηε σαµε χηεµιχαλσ µαδε βψ µα ρινε ευκαρψοτεσ? ιδ τηεσε δισπαρατε γρουπσ εϖολϖε τηε σαµε πατηωαψσ οφ σψντηεσισ ινδεπενδεντλψ, ορ διδ τηεψ περηαπσ σηαρε α χοµµον ανχεστορ? Τηατ παρτιχυλαρ πυζζλε ρεµαινσ υν σολϖεδ, βυτ τηε ρεαλιζατιον τηατ χψανο βαχτερια προδυχε σαξιτοξιν ανδ νεοσαξ ιτοξιν ηασ µαδε ιτ ποσσιβλε το υνραϖελ ανοτηερ σχιεντι χ κνοτ. Φορ ψεαρσ, τηε βιοσψντηετιχ πατηωαψ φορ προδυχτιον οφ τηε τοξινσ ωασ υνκνοων βεχαυσε δινο αγελλατεσ ωερε δι χυλτ το χυλτιϖατε ιν τηε λαβορατορψ. Στυδιεσ οφ µορε ρεαδιλψ γροων σπεχιεσ οφ Απηανιζοµενον αλ λοωεδ Ψυζυρυ Σηιµιζυ ανδ ηισ στυ δεντσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ρηοδε Ισλανδ το ωορκ ουτ τηε πατηωαψ ιν Χψανοβαχτεριαλ νευροτοξινσ, τηεν, αρε βοτη δεαδλψ ανδ ποτεντιαλλψ ϖαλυαβλε, βυτ τηεψ αρε νοτ ασ υβιθυιτουσ ασ τηε οτηερ µαϕορ χλασσ οφ χψανοβαχτεριαλ ποισονσ: τηε ηεπατοτοξ ινσ. Ωηερεασ νευροτοξινσ ηαϖε βεεν βλαµεδ φορ κιλλσ µαινλψ ιν Νορτη Αµερ ιχα (ωιτη σοµε ιν Γρεατ Βριταιν, Αυσ τραλια ανδ Σχανδιναϖια), ηεπατοτοξινσ ηαϖε βεεν ιµπλιχατεδ ιν ινχιδεντσ οχ χυρρινγ ιν ϖιρτυαλλψ εϖερψ χορνερ οφ τηε εαρτη. Φορ τηισ ρεασον, γρεατ εξχιτεµεντ ενσυεδ ιν τηε εαρλψ 1980σ, ωηεν α γρουπ ηεαδεδ βψ αωιε Π. Βοτεσ, τηεν ατ τηε Χουνχιλ φορ Σχιεντι χ ανδ Ινδυστριαλ Ρεσεαρχη ιν Πρετορια, δετερµινεδ τηε χηεµιχαλ στρυχτυρε οφ α λιϖερ τοξιν. Συχη τοξινσ ωερε λονγ κνοων το βε πεπτιδεσ (σµαλλ χηαινσ οφ αµινο αχιδσ), βυτ τηε τεχηνολογιχαλ αδϖανχεσ νεεδεδ φορ δε τερµινινγ τηε πρεχισε στρυχτυρεσ οφ τηε τοξινσ διδ νοτ οχχυρ υντιλ τηε 1970σ. Σοον αφτερ Βοτεσ εσταβλισηεδ τηε χηεµιχαλ ιδεντιτψ οφ τηε ρστ φεω ηεπα τοτοξινσ, µψ λαβορατορψ ανδ οτηερσ χον ρµεδ ηισ ρεσυλτσ ανδ βεγαν ιδεντιφψ ινγ τηε χηεµιχαλ µακευπ οφ οτηερ ηεπ ατοτοξινσ. Εξτενσιϖε στρυχτυραλ αναλψσεσ, µαινλψ ιν τηε λαβορατορψ οφ Κεννετη Λ. Ρινεηαρτ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ, ηαϖε νοω εσταβλισηεδ τηατ τηε λιϖερ τοξ ινσ φορµ α φαµιλψ οφ ατ λεαστ 53 ρελατεδ χψχλιχ, ορ ρινγεδ, πεπτιδεσ. Τηοσε χον σιστινγ οφ σεϖεν αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ µιχροχψστινσ; τηοσε χονσιστινγ οφ ϖε αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ νοδυλαρινσ. Τηε ναµεσ ρε εχτ τηε φαχτ τηατ τηε τοξινσ ωερε οριγιναλλψ ισολατεδ φροµ µεµβερσ οφ τηε γενερα Μιχροχψστισ ανδ Νοδυλαρια. Ρεσεαρχη ιντο τηε ηεπατοτοξινσ µυχη οφ ωηιχη ισ χαρριεδ ουτ ατ οτηερ λαβορατοριεσ ωιτη τοξινσ συππλιεδ βψ µψ γρουπ ισ διρεχτεδ πριµαριλψ ατ υνδερ στανδινγ ηοω τηε χοµπουνδσ α εχτ τηε βοδψ. Ινϖεστιγατορσ κνοω τηατ τηε πεπ τιδεσ χαυσε ηεπατοχψτεσ, τηε φυνχτιοναλ χελλσ οφ τηε λιϖερ, το σηρινκ. Ιν χονσε θυενχε, τηε χελλσ, ωηιχη αρε νορµαλλψ παχκεδ τιγητλψ τογετηερ, σεπαρατε. Ωηεν τηε χελλσ σεπαρατε, οτηερ χελλσ φορµινγ τηε σο χαλλεδ σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ οφ τηε λιϖερ αλσο σεπαρατε [σεε ιλλυστρατιον ον παγε 86]. Τηεν τηε βλοοδ χαρριεδ βψ τηε ϖεσσελσ σεεπσ ιντο λιϖερ τισσυε ανδ αχχυµυλατεσ τηερε, λεαδινγ το λοχαλ τισ συε δαµαγε ανδ, οφτεν, το σηοχκ. Οτηερ δεταιλσ οφ τηε ποισονινγ προ χεσσ αρε ονλψ νοω βεχοµινγ χλεαρ. Φορ ινστανχε, σχιεντιστσ ηαϖε ωονδερεδ ωηψ τηε τοξινσ αχτ µοστ ποωερφυλλψ ον τηε λιϖερ. Τηε ανσωερ προβαβλψ ισ τηατ τηεψ αρε µοϖεδ ιντο ηεπατοχψτεσ βψ τηε τρανσπορτ σψστεµ, φουνδ ονλψ ιν ηεπα τοχψτεσ, τηατ χαρριεσ βιλε σαλτσ ιντο τηε χελλσ. Μαρια Τ. Χ. Ρυννεγαρ οφ τηε Υνιϖερσι τψ οφ Σουτηερν Χαλιφορνια ανδ Ιαν Ρ. Φαλ χονερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αδελαιδε ιν Αυστραλια ηαϖε τακεν τηε λεαδ ιν αδ δρεσσινγ τηε ρελατεδ προβλεµ οφ ηοω τηε τοξινσ δεφορµ ηεπατοχψτεσ. Τηεψ, ανδ µορε ρεχεντλψ ςαλ Ρ. Βεασλεψ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ιλλινοισ ανδ ϑοην Ε. Ερικσ σον οφ τηε Φινλανδ Σωεδιση Υνιϖερσιτψ οφ Αβο, ηαϖε φουνδ τηατ τηε ποισονσ δισ τορτ λιϖερ χελλσ βψ αχτινγ ον τηε χψτοσκελ ετον: τηε γριδωορκ οφ προτειν στρανδσ τηατ, αµονγ οτηερ φυνχτιονσ, γιϖεσ σηαπε το χελλσ. Τηε χψτοσκελεταλ χοµπονεντσ µοστ α εχτεδ βψ τηε τοξινσ αρε τηε προτειν πολψµερσ κνοων ασ ιντερµεδιατε λα µεντσ ανδ µιχρο λαµεντσ. Συβυνιτσ αρε χοντινυαλλψ αδδεδ το ανδ λοστ φροµ τηε ιντερµεδιατε λαµεντσ, ανδ τηε προτειν στρανδσ φορµινγ τηε µιχρο λαµεντσ χοντινυαλλψ ασσοχιατε ανδ δισσοχιατε. Τηε νετ σιζεσ οφ τηε ιντερµεδιατε λα µεντσ ανδ οφ τηε µιχρο λαµεντσ χηανγε λιττλε οϖερ τιµε, ηοωεϖερ. Μιχροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ σεεµ το τιλτ τηε βαλανχε τοωαρδ συβυνιτ λοσσ ανδ δισσοχιατιον. Τηε ιντερµεδιατε λαµεντσ αππαρεντ λψ υνδεργο χηανγε ρστ, φολλοωεδ βψ τηε µιχρο λαµεντσ. Ασ τηε χψτοσκελε τον σηρινκσ, τηε νγερλικε προϕεχτιονσ τηρουγη ωηιχη ηεπατοχψτεσ ιντεραχτ ωιτη νειγηβορινγ χελλσ ωιτηδραω, βρεακ ινγ τηε χελλ σ χονταχτ ωιτη οτηερ ηεπατο χψτεσ ανδ ωιτη σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ. Στιλλ µορε ρεχεντ ωορκ ιν µανψ λαβο ρατοριεσ ο ερσ σοµε ινσιγητ ιντο ηοω τηε τοξινσ µαναγε το δισρυπτ χψτοσκελε ταλ χοµπονεντσ. Ιν στυδιεσ οφ µιχροχψστ ινσ ανδ νοδυλαρινσ, ρεσεαρχηερσ ηαϖε φουνδ τηατ τηε τοξινσ αρε ποτεντ ιν ηιβιτορσ οφ ενζψµεσ κνοων ασ προτειν πηοσπηατασεσ. Τηεσε ενζψµεσ ωορκ ιν χονχερτ ωιτη οτηερ ενζψµεσ προτειν κινασεσ το ρεγυλατε τηε νυµβερ οφ πηοσπηατε γρουπσ ον προτεινσ. Τηε κι νασεσ αδδ πηοσπηατε γρουπσ, ανδ τηε πηοσπηατασεσ ρεµοϖε τηεµ. Συχη πηοσπηορψλατιον ανδ δεπηοσ πηορψλατιον ρεαχτιονσ ηαϖε λονγ βεεν κνοων το ιν υενχε τηε στρυχτυρε ανδ φυνχτιον οφ ιντερµεδιατε λαµεντσ ανδ µιχρο λαµεντσ. Ιτ σεεµσ, τηερεφορε, τηατ τηε τοξινσ δισρυπτ τηε βερσ βψ υπσετ τινγ τηε νορµαλ ρεγυλατορψ βαλανχε βε τωεεν πηοσπηορψλατιον ανδ δεπηοσπηο ρψλατιον. Μορε σπεχι χαλλψ, ιτ ισ τηουγητ τηατ τηε υνχηεχκεδ αχτιϖιτψ οφ τηε κινασ εσ ανδ τηε ρεσυλτινγ εξχεσσιϖε πηοσ πηορψλατιον οφ τηε ιντερµεδιατε λα µεντσ ανδ τηε µιχρο λαµεντσ (ορ οφ προτεινσ τηατ αχτ ον τηεµ) ινχρεασε τηε ρατε οφ συβυνιτ λοσσ ανδ δισσοχιατιον. Τηε ρεϖελατιον τηατ χψανοβαχτεριαλ ηεπατοτοξινσ χαν ινηιβιτ προτειν πηοσπηατασεσ ηασ ραισεδ τηε δισ τυρβινγ ποσσιβιλιτψ τηατ ηυµαν εξπο συρε το νονλετηαλ δοσεσ µιγητ χον τριβυτε το τηε δεϖελοπµεντ οφ χανχερ. Βεψονδ ιν υενχινγ τηε στρυχτυρε ανδ φυνχτιον οφ χψτοσκελεταλ βερσ, προτειν κινασεσ ανδ προτειν πηοσπηατασεσ πλαψ α µαϕορ παρτ ιν ρεγυλατινγ χελλ διϖισιον. Προτειν κινασεσ, ωηιχη τηεµσελϖεσ αρε ρεγυλατεδ βψ ϖαριουσ προτεινσ, προµοτε µοϖεµεντ οφ χελλσ τηρουγη τηε χελλ δι ϖισιον χψχλε. Προτειν πηοσπηατασεσ ηελπ το χηεχκ χελλ διϖισιον βψ θυιετινγ τηε αχτιϖιτψ οφ τηε ρεγυλατορσ. Τηε τοξινσ, βψ ινηιβιτινγ τηε πηοσπηατασεσ, προβα βλψ γιϖε τηε υππερ ηανδ το τηε προτεινσ τηατ αχτιϖατε κινασεσ; τηεψ µαψ τηυσ ηελπ ρελεασε τηε νορµαλ βρακεσ ον χελλ προλιφερατιον. Στυδιεσ βψ Ηιροτα Φυϕικι ανδ ηισ χολ λεαγυεσ ατ τηε Σαιταµα Χανχερ Χεντερ ιν ϑαπαν ηαϖε νοω σηοων ιν χυλτυρεδ χελλσ ανδ ιν ωηολε ανιµαλσ τηατ µιχροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ χαν ινδεεδ ηαστεν τυ µορ δεϖελοπµεντ. Τηεσε τοξινσ δο νοτ σεεµ το ινιτιατε α χελλ σ προγρεσσιον το ωαρδ βεχοµινγ χανχερουσ; ηοωεϖερ, ονχε σοµετηινγ ελσε ηασ τριγγερεδ εαρ λψ χηανγεσ, τηε ηεπατοτοξινσ προµοτε δεϖελοπµεντ οφ φυρτηερ χαρχινογενιχ αλ τερατιονσ. Μψ γρουπ ιν Οηιο ανδ ουρ χολ λεαγυεσ ατ τηε Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ ιν Ωυηαν, Χηινα, ανδ ατ Σηανγηαι Μεδι χαλ Υνιϖερσιτψ αρε αττεµπτινγ το νδ ουτ ωηετηερ συχη αχτιϖιτψ µιγητ χον τριβυτε το µαλιγνανχψ ιν ηυµανσ. Το δο σο, ωε αρε χαρρψινγ ουτ α λονγ τερµ στυδψ οφ πεοπλε ιν Χηινα ωηο αρε εξ ποσεδ ρεπεατεδλψ το µιχροχψστινσ ιν ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

35 τηειρ δρινκινγ ωατερ. Ωε συσπεχτ τηατ τηε εξτραορδιναριλψ ηιγη ρατεσ οφ λιϖερ χανχερ ιν παρτσ οφ Χηινα µαψ βε τιεδ το τηε χψανοβαχτεριαλ τοξινσ ιν συχη ωατερ. Σοµε εϖιδενχε αλσο συγγεστσ τηατ εξ ποσυρε το συβλετηαλ λεϖελσ οφ χψανοβαχ τεριαλ ηεπατοτοξινσ ηαϖε χαυσεδ τεµπο ραρψ στοµαχη, ιντεστιναλ ανδ λιϖερ δψσ φυνχτιον ιν ηυµαν ποπυλατιονσ. Ιν σεϖεραλ ινστανχεσ ιν ωηιχη µανψ πεοπλε ωερε α ιχτεδ σιµυλτανεουσλψ, χιρχυµ σταντιαλ εϖιδενχε ιµπλιχατεδ τοξιχ χψανο βαχτερια ιν δρινκινγ ωατερ ασ τηε χαυσε. Ιτ σεεµσ ρεασοναβλε το γυεσσ τηατ ρε πεατεδ λοω λεϖελ εξποσυρε το τηε τοξινσ χουλδ φαϖορ τηε δεϖελοπµεντ οφ χηρονιχ δισορδερσ οφ τηε γαστροιντεστιναλ τραχτ ανδ λιϖερ. Ιφ χανχερ ανδ οτηερ χηρονιχ ιλλνεσσεσ αρε ινδεεδ α δανγερ, τηεν δρινκινγ ωατερ συππλιεσ µαψ νεεδ χλοσ ερ µονιτορινγ ιν µανψ πλαχεσ. Ασ ισ τρυε οφ τηε νευροτοξινσ, τηε ηεπ ατοτοξινσ αρε νοτ αλλ βαδ. Βεχαυσε τηεψ α εχτ τηε χψτοσκελετον, τηεψ αρε νοω βεινγ υσεδ ασ τοολσ το προβε τηε ωορκ ινγσ οφ τηισ χελλυλαρ σχα ολδινγ. Χερταιν µυσηροοµ ποισονσ αρε αλσο αππλιεδ ιν τηισ ωαψ. Ανδ βεχαυσε µιχροχψστινσ ιµπεδε προτειν πηοσπηατασεσ, τηεψ αρε αιδινγ ινϖεστιγατορσ ιν τηε ε ορτ το υνδερστανδ ηοω τηοσε ενζψµεσ ωορκ. Φορ εξαµπλε, βεχαυσε χερταιν µιχρο χψστινσ βινδ στρονγλψ το προτειν πηοσ πηατασεσ 1 ανδ 2Α, τηεψ αρε βεινγ υσεδ ασ προβεσ το ισολατε τηε ενζψµεσ φροµ τισσυε πρεπαρατιονσ. Βψ τηεν δετερµιν ινγ τηε αµινο αχιδ σεθυενχεσ οφ τηε εν ζψµεσ, ωορκερσ σηουλδ βε αβλε το δε δυχε τηε νυχλεοτιδε σεθυενχεσ οφ τηε χορρεσπονδινγ γενεσ. Τηεψ σηουλδ αλσο βε αβλε το ισολατε τηε γενεσ το εξπλορε τηειρ ρεγυλατιον. Τηε νευροτοξινσ ανδ ηεπατοτοξινσ αρε χερταινλψ τηε µοστ δανγερουσ χψανοβαχτεριαλ χοµπουνδσ, βυτ τηεψ αρε βψ νο µεανσ τηε ονλψ βιοαχ τιϖε χηεµιχαλσ µαδε βψ τηεσε βαχτερια. Φορ εξαµπλε, τηε µιχροβεσ προδυχε αν αρραψ οφ χψτοτοξινσ: συβστανχεσ τηατ χαν ηαρµ χελλσ βυτ δο νοτ κιλλ µυλτιχελλυλαρ οργανισµσ. Στυδιεσ χαρριεδ ουτ µαινλψ βψ Μοορε ανδ Γρεγορψ Μ. Λ. Παττερσον, αλσο ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ηαωαιι, ινδι χατε τηατ σεϖεραλ χψτοτοξινσ σηοω προµ ισε ασ κιλλερσ οφ αλγαε ανδ βαχτερια. Σοµε µαψ εϖεν σερϖε ασ αγεντσ φορ ατταχκινγ τυµορ χελλσ ανδ τηε ηυµαν ιµµυν οδε χιενχψ ϖιρυσ, τηε χαυσε οφ ΑΙ Σ. Το ωηατ πυρποσε αρε αλλ τηεσε χηεµι χαλσ µαδε? Τηεψ µαψ ενηανχε χψανο βαχτεριαλ δεφενσε αγαινστ ατταχκ βψ οτη ερ οργανισµσ ιν τηε εϖερψδαψ ενϖιρον µεντ. Βυτ ωηψ ωουλδ χψανοβαχτερια προδυχε συβστανχεσ χαπαβλε οφ κιλλινγ λιϖεστοχκ ανδ οτηερ λαργε ανιµαλσ? Αφ τερ αλλ, λιϖεστοχκ ηαϖε νεϖερ βεεν τηε πριµαρψ πρεδατορσ οφ τηοσε µιχροβεσ. Σοµε ρεχεντ ωορκ ιν µψ λαβορατορψ, δονε ιν χολλαβορατιον ωιτη Ωιλλιαµ Ρ. εμοττ οφ Ινδιανα Υνιϖερσιτψ Πυρδυε Υνιϖερσιτψ ατ Φορτ Ωαψνε, ισ προϖιδινγ χλυεσ. Ιτ τυρνσ ουτ τηατ χψανοβαχτεριαλ νευροτοξινσ ανδ ηεπατοτοξινσ χαν βε εξτρεµελψ ηαρµφυλ νοτ ονλψ το βιρδσ, χοωσ, ηορσεσ ανδ τηε λικε βυτ αλσο το τηε µινυτε ανιµαλσ (ζοοπλανκτον) λιϖ ινγ ιν λακεσ ανδ πονδσ. Τηε τοξινσ µαψ βε διρεχτλψ λετηαλ (εσπεχιαλλψ τηε νευρο τοξινσ), ορ τηεψ µαψ ρεδυχε τηε νυµ βερ ανδ σιζε οφ ο σπρινγ προδυχεδ βψ τηε χρεατυρεσ τηατ φεεδ ον χψανοβαχτε ρια. Ιν οτηερ ωορδσ, ϕυστ ασ ϖασχυλαρ πλαντσ µακε ταννινσ, πηενολσ, στερολσ ανδ αλκαλοιδσ το δεφενδ αγαινστ πρεδα τιον, ιτ ισ λικελψ τηατ χψανοβαχτερια σψν τηεσιζε ποισονσ το ωαρδ ο ατταχκ βψ φελλοω πλανκτονιχ σπεχιεσ. Ιν συππορτ οφ τηισ συγγεστιον, ωε ηαϖε φουνδ τηατ ζοοπλανκτον σπεχιεσ γενερ αλλψ δο νοτ εατ χψανοβαχτερια χαπαβλε οφ προδυχινγ τοξινσ υνλεσσ τηερε ισ νο οτηερ φοοδ αρουνδ; τηεν, τηεψ οφτεν αττεµπτ το µοδυλατε τηε αµουντ τηεψ τακε ιν το ενσυρε τηατ τηεψ αϖοιδ α λε τηαλ δοσε. Τηοσε ωηο ωαλκ τηισ αθυατιχ τιγητροπε συχχεσσφυλλψ παψ α πριχε, οφ χουρσε, ιν φεωερ ο σπρινγ, βυτ ατ λεαστ τηεψ συρϖιϖε το ρεπροδυχε. MICROCYSTIN H OCH H 3 H 3 C H CH 3 H H 3 C H H H O HN H NH O COOH H N H O H O H CH 3 N CH 3 CH 2 H N O NH H H 3 C O HN H O CH 3 CH 3 NODULARIN H OCH H 3 H 3 C H CH 3 H H 3 C H H H O O NH N H H H N H COOH O H CH 3 H O O CH 3 N NH COOH CH 3 H COOH NH NH C C HN NH 2 HN NH 2 ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑΛ ΣΠΕΧΙΕΣ Μιχροχψστισ αερυγινοσα (λεφτ µι χρογραπη) ανδ Νοδυλαρια σπυµιγενα (ριγητ µιχρογραπη), σηοων ενλαργεδ σοµε 2,500 ανδ 1,250 τιµεσ, ρεσπεχτιϖελψ, αρε αµονγ τηε µανψ φορµσ τηατ σψντηεσιζε τοξινσ δεστρυχ τιϖε το λιϖερ χελλσ κνοων ασ ηεπατοχψτεσ. Τηε ποισονσ, ινχλυδ 84 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 ινγ τηε τωο ϖαριετιεσ φορ ωηιχη χηεµιχαλ στρυχτυρεσ αρε σηοων ατ τηε βοττοµ, αρε πεπτιδεσ. Τηοσε χονσιστινγ οφ σεϖεν αµινο αχιδσ (διστινγυισηεδ βψ χολορ) αρε χαλλεδ µιχροχψστινσ ( βε χαυσε τηεψ ωερε φιρστ δισχοϖερεδ ιν α στραιν οφ Μιχροχψστισ); τηοσε χονσιστινγ οφ φιϖε αµινο αχιδσ αρε χαλλεδ νοδυλαρινσ.

36 ΜΙΧΡΟΦΙΛΑΜΕΝΤΣ (ρεδ τηρεαδσ ιν µι χρογραπησ), στρυχτυραλ χοµπονεντσ οφ χελλσ, αρε υσυαλλψ θυιτε λονγ, ασ ιν τηε ρατ ηεπατοχψτε ατ τηε λεφτ. Βυτ αφτερ εξ ποσυρε το µιχροχψστινσ (ριγητ), µιχροφιλ αµεντσ χολλαπσε τοωαρδ τηε νυχλευσ (βλυε). ( Τηισ χελλ, λικε µανψ ηεαλτηψ ηεπατοχψτεσ, ηαππενσ το ηαϖε τωο νυ χλει.) Συχη χολλαπσε ηελπσ το σηρινκ ηεπ ατοχψτεσ ωηιχη νορµαλλψ τουχη ονε ανοτηερ ανδ τουχη σινυσοιδαλ χαπιλλαριεσ (λεφτ δραωινγ). Τηεν τηε σηρυνκεν χελλσ σεπαρατε φροµ ονε ανοτηερ ανδ φροµ τηε σινυσοιδσ (ριγητ δραωινγ). Τηε χελλσ οφ τηε σινυσοιδσ σεπαρατε ασ ωελλ, χαυσ ινγ βλοοδ το σπιλλ ιντο λιϖερ τισσυε. Τηισ βλεεδινγ χαν λεαδ σωιφτλψ το δεατη. NORMAL LIVER LIVER AFTER TOXINS ACT BILE DUCT SINUSOIDAL CAPILLARY DAMAGED CAPILLARY BLOOD SEEPING INTO LIVER TISSUE HEPATOCYTES Ιτ ισ ποσσιβλε, τηουγη, τηατ τηε προ τεχτιϖε ε εχτ ισ ινχιδενταλ. Τηε τοξινσ µαψ ονχε ηαϖε ηαδ σοµε χριτιχαλ φυνχ τιον τηατ τηεψ ηαϖε σινχε λοστ. Τηισ λικε λιηοοδ ισ συγγεστεδ βψ τηε φαχτ τηατ µι χροχψστινσ ανδ νοδυλαρινσ αχτ ον τηε προτειν πηοσπηατασεσ τηατ ρεγυλατε τηε προλιφερατιον οφ ευκαρψοτιχ χελλσ. Τηε ηεπατοτοξινσ δο νοτ νοω σεεµ το παρ τιχιπατε ιν χελλ φυνχτιον ανδ χελλ διϖι σιον ιν χψανοβαχτερια, βυτ τηεψ µαψ ηαϖε πλαψεδ συχη α ρολε εαρλψ ιν τηε εϖο λυτιον οφ τηεσε οργανισµσ (ανδ οφ οτηερ µιχροβεσ ασ ωελλ). Ρεγαρδλεσσ οφ τηειρ ιντενδεδ πυρποσε, τηε τοξιχιτψ οφ µανψ χηεµιχαλσ προ δυχεδ βψ χψανοβαχτερια ισ υνδενιαβλε. Φορ τηισ ρεασον, Ι αµ βεχοµινγ ινχρεασ ινγλψ ωορριεδ βψ α µοδερν φαδ: τηε εατ ινγ οφ χψανοβαχτερια φροµ τηε γενυσ Σπιρυλινα ασ α ηεαλτη φοοδ. Χερταιν τριβεσ ιν Χηαδ ανδ µανψ πεοπλεσ ιν Μεξιχο ηαϖε χονσυµεδ τωο χλοσελψ ρελατεδ σπε χιεσ οφ Σπιρυλινα φορ ηυνδρεδσ οφ ψεαρσ. Ωηεν ωορλδ ηεαλτη ο χιαλσ ανδ σχιεν τιστσ βεγαν λοοκινγ φορ νεω ηιγη προ τειν φοοδ σουρχεσ ιν τηε µιδ 1960σ, µανψ οφ τηεµ τυρνεδ το Σπιρυλινα βε χαυσε οφ ιτσ ηιγη προτειν χοντεντ. Βεγιν νινγ ιν τηε λατε 1970σ χερταιν προδυχ ερσ ανδ διστριβυτορσ οφ Σπιρυλινα βεγαν προµοτινγ ιτ τηρουγηουτ λαργε παρτσ οφ τηε Υ.Σ., Χαναδα ανδ Ευροπε ασ α νυτρι τιουσ φοοδ φορ ηυµανσ. Ιτ ηασ αλσο βεεν µαρκετεδ ασ α διετ πιλλ, βεχαυσε ανεχ δοταλ ρεπορτσ, ασ ψετ υνχον ρµεδ, ινδι χατεδ τηατ α φεω γραµσ τακεν βεφορε µεαλσ δυλλεδ τηε αππετιτε. Σπιρυλινα ιτσελφ ισ νοτ ηαρµφυλ. Τηε δανγερ αρισεσ βεχαυσε τηερε αρε νο γυιδελινεσ ρεθυιρινγ τηοσε µαρκετινγ Σπιρυλινα το µονιτορ τηειρ προδυχτσ φορ χονταµινατιον βψ ποτεντιαλλψ τοξιχ χψ ανοβαχτερια ορ βψ χψανοβαχτεριαλ τοξ ινσ. Μορεοϖερ, τηε γενεραλ πυβλιχ ισ ιλλ εθυιππεδ το διστινγυιση Σπιρυλινα ανδ οτηερ βενιγν χψανοβαχτεριαλ προδυχτσ φροµ ποισονουσ φορµσ οφ χψανοβαχτερια. Μψ ωορρψ ηασ ρεχεντλψ ιντενσι εδ βε χαυσε τηε ποπυλαριτψ οφ Σπιρυλινα ηασ λεδ το τηε προδυχτιον ανδ µαρκετινγ οφ συχη χψανοβαχτερια ασ Αναβαενα ανδ Απηανιζοµενον γενερα τηατ χονταιν ηιγηλψ τοξιχ στραινσ. Σοµε προµοτιοναλ µατεριαλ φορ χψανοβαχτερια χονταινινγ προδυχτσ εϖεν χλαιµσ τηατ τηε ιτεµσ βε ινγ σολδ χαν µοδερατε σοµε δισεασε σψµπτοµσ, ινχλυδινγ τηοσε οφ δεβιλιτατ ινγ νευροµυσχυλαρ δισορδερσ. Ψετ τηισ λιτερατυρε δοεσ νοτ προϖιδε α λιστινγ οφ αλλ µιχροβιαλ σπεχιεσ ιν τηε µαρκετεδ προδυχτσ, νορ δοεσ ιτ ινδιχατε τηατ ανψ ονε ισ µονιτορινγ τηε προδυχτσ το εν συρε τηεψ αρε πυρε ανδ νοντοξιχ. Βε χαυσε χψανοβαχτερια αρε οφτεν χολλεχτεδ σιµπλψ φροµ τηε συρφαχε οφ αν οπεν βοδψ οφ ωατερ ανδ βεχαυσε νειτηερ σελλ ερσ νορ βυψερσ χαν διστινγυιση τοξιχ φροµ νοντοξιχ στραινσ ωιτηουτ αππλψινγ σοπηιστιχατεδ βιοχηεµιχαλ τεστσ, τηε σαφετψ οφ τηεσε ιτεµσ ισ θυεστιοναβλε. Αλλ τολδ, τηε χψανοβαχτερια χονστιτυτε α σµαλλ ταξονοµιχ γρουπ, χονταινινγ περηαπσ 500 το 1,500 σπεχιεσ. Βυτ τηειρ ποωερ το ηαρµ ανδ το ηελπ ανιµαλσ ανδ ηυµανκινδ ισ γρεατ. Ινϖεστιγατεδ ανδ εξπλοιτεδ ρεσπονσιβλψ, τηεψ χαν προϖιδε ϖαλυαβλε τοολσ φορ βασιχ ρεσεαρχη ιν τηε λιφε σχιενχεσ ανδ µαψ ονε δαψ παρτιχι πατε ιν τηε τρεατµεντ οφ δισεασε. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ ΙΝΓ ΜΕΤΗΟ Σ ΙΝ ΕΝΖΨΜΟΛΟΓΨ, ςολ. 167: ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ. Εδιτεδ βψ Λεστερ Παχκ ερ ετ αλ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, ΤΟΞΙΧ ΒΛΥΕ ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΕ: Α ΡΕΠΟΡΤ ΒΨ ΤΗΕ ΝΑΤΙΟΝΑΛ ΡΙςΕΡΣ ΑΥΤΗΟΡΙΤΨ. Μ. ϑ. Πεαρσον ετ αλ. Νατιοναλ Ριϖερσ Αυτηορι τψ, Λονδον, Σεπτεµβερ Α ΣΤΑΤΥΣ ΡΕΠΟΡΤ ΟΝ ΠΛΑΝΚΤΟΝΙΧ ΧΨΑΝΟΒΑΧΤΕΡΙΑ ( ΒΛΥΕ ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΕ) ΑΝ ΤΗΕΙΡ ΤΟΞΙΝΣ. Ω. Ω. Χαρµιχηαελ. Υ.Σ. Ενϖιρονµενταλ Προτεχτιον Αγενχψ, Ρεπορτ ΕΠΑ/600Ρ 92/079, ϑυνε Α ΡΕςΙΕΩ ΟΦ ΗΑΡΜΦΥΛ ΑΛΓΑΛ ΒΛΟΟΜΣ ΑΝ ΤΗΕΙΡ ΑΠΠΑΡΕΝΤ ΓΛΟΒΑΛ ΙΝ ΧΡΕΑΣΕ. Γυσταϖ Μ. Ηαλλεγραεφφ ιν Πηψ χολογια, ςολ. 32, Νο. 2, παγεσ 79 99; Μαρχη ΙΣΕΑΣΕΣ ΡΕΛΑΤΕ ΤΟ ΦΡΕΣΗΩΑΤΕΡ ΒΛΥΕ ΓΡΕΕΝ ΑΛΓΑΛ ΤΟΞΙΝΣ, ΑΝ ΧΟΝ ΤΡΟΛ ΜΕΑΣΥΡΕΣ. Ω. Ω. Χαρµιχηαελ ανδ Ι. Ρ. Φαλχονερ ιν Αλγαλ Τοξινσ ιν Σεαφοοδ ανδ ρινκινγ Ωατερ. Εδιτεδ βψ Ι. Ρ. Φαλ χονερ. Αχαδεµιχ Πρεσσ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994

37 Βρεακινγ Ιντραχταβιλιτψ Problems that would otherwise be impossible to solve can now be computed, as long as one settles for what happens on the average βψ ϑοσεπη Φ. Τραυβ ανδ Ηενρψκ Ωοζνιακοωσκι Αλτηουγη µατηεµατιχιανσ ανδ σχι εντιστσ µυστ ρανκ αµονγ τηε µοστ ρατιοναλ πεοπλε ιν τηε ωορλδ, τηεψ ωιλλ οφτεν αδµιτ το φαλλινγ πρεψ το α χυρσε. Χαλλεδ τηε χυρσε οφ δι µενσιον, ιτ ισ ονε µανψ πεοπλε εξπερι Α ποτεντιαλλψ ιντραχταβλε προβλεµ ενχε ιν σοµε φορµ. Φορ εξαµπλε, α φαµ ιλψ σ δεχισιον αβουτ ωηετηερ το ρε νανχε τηειρ µορτγαγε ωιτη α 15 ορ 30 ψεαρ λοαν χαν βε εξτρεµελψ δι χυλτ το µακε, βεχαυσε τηε χηοιχε δεπενδσ ον αν ιν τερπλαψ οφ µοντηλψ εξπενσεσ, ινχοµε, φυτυρε ταξ ανδ ιντερεστ ρατεσ ανδ οτηερ υνχερταιντιεσ. Ιν σχι ενχε, τηε προβλεµσ αρε µορε εσοτεριχ ανδ αργυαβλψ µυχη ηαρδερ το χοπε ωιτη. Ιν τηε χοµπυτερ αιδεδ δεσιγν οφ πηαρµαχευτιχαλσ, φορ ινστανχε, ονε µιγητ νεεδ το κνοω ηοω τιγητλψ α δρυγ χανδιδατε ωιλλ βινδ το α βιολογιχαλ ρεχεπτορ. Ασσυµινγ α τψπιχαλ νυµβερ οφ 8,000 ατοµσ ιν τηε δρυγ, τηε βιολογιχαλ ρεχεπτορ ανδ τηε σολϖεντ, τηεν βεχαυσε οφ τηε τηρεε σπατιαλ ϖαριαβλεσ νεεδεδ το δεσχριβε τηε ποσιτιον οφ εαχη ατοµ, τηε χαλχυλατιον ιν ϖολϖεσ 24,000 ϖαριαβλεσ. Σιµ πλψ πυτ, τηε µορε ϖαριαβλεσ, ορ διµενσιονσ, τηερε αρε το χον σιδερ, τηε ηαρδερ ιτ ισ το αχ χοµπλιση α τασκ. Φορ µανψ προβλεµσ, τηε δι χυλτψ γροωσ εξπονεντιαλλψ ωιτη τηε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Τηε χυρσε οφ διµενσιον χαν ελεϖατε τασκσ το α λεϖελ οφ δι χυλτψ ατ ωηιχη τηεψ βεχοµε ιν τραχταβλε. Εϖεν τηουγη σχιεν τιστσ ηαϖε χοµπυτερσ ατ τηειρ δισποσαλ, προβλεµσ χαν ηαϖε σο µανψ ϖαριαβλεσ τηατ νο φυτυρε ινχρεασε ιν χοµπυτερ σπεεδ ωιλλ µακε ιτ ποσσιβλε το σολϖε τηεµ ιν α ρεασοναβλε αµουντ οφ τιµε. Χαν ιντραχταβλε προβλεµσ βε µαδε τραχταβλε τηατ ισ, σολϖ αβλε ιν α ρελατιϖελψ µοδεστ αµουντ οφ χοµπυτερ τιµε? Σοµετιµεσ τηε ανσωερ ισ, ηαπ πιλψ, ψεσ. Βυτ ωε µυστ βε ωιλλ ινγ το δο ωιτηουτ α γυαραντεε οφ αχηιεϖινγ α σµαλλ ερρορ ιν ουρ χαλχυλατιονσ. Βψ σεττλινγ φορ α σµαλλ ερρορ µοστ οφ τηε τιµε (ρατηερ τηαν αλωαψσ), σοµε κινδσ οφ µυλτιϖαριατε προβλεµσ βεχοµε τραχ ταβλε. Ονε οφ υσ (Ωοζνιακοωσκι) φορ µαλλψ προϖεδ τηατ συχη αν αππροαχη ωορκσ φορ ατ λεαστ τωο χλασσεσ οφ µατη εµατιχαλ προβλεµσ τηατ αρισε θυιτε φρε θυεντλψ ιν σχιεντι χ ανδ ενγινεερινγ τασκσ. Τηε ρστ ισ ιντεγρατιον, α φυνδα µενταλ χοµπονεντ οφ τηε χαλχυλυσ. Τηε σεχονδ ισ συρφαχε ρεχονστρυχτιον, ιν ωηιχη πιεχεσ οφ ινφορµατιον αρε υσεδ το ρεχονστρυχτ αν οβϕεχτ, α τεχηνιθυε τηατ ισ τηε βασισ φορ µεδιχαλ ιµαγινγ. Φιελδσ οτηερ τηαν σχιενχε χαν βενε τ φροµ ωαψσ οφ βρεακινγ ιντραχταβιλιτψ. Φορ εξαµπλε, νανχιαλ ινστιτυτιονσ οφτεν ηαϖε το ασσιγν α ϖαλυε το α ποολ οφ µορτ γαγεσ, ωηιχη ισ α εχτεδ βψ µορτγαγεεσ ωηο ρε νανχε τηειρ λοανσ. Ιφ ωε ασσυµε α ποολ οφ 30 ψεαρ µορτγαγεσ ανδ περ µιτ ρε νανχινγ µοντηλψ, τηεν τηισ τασκ χονταινσ 30 ψεαρσ τιµεσ 12 µοντησ, ορ 360 ϖαριαβλεσ. Αδδινγ το τηε δι χυλτψ ισ τηατ τηε ϖαλυε οφ τηε ποολ δεπενδσ ον ιντερεστ ρατεσ οϖερ τηε νεξτ 30 ψεαρσ, ωηιχη αρε οφ χουρσε υνκνοων. Ωε σηαλλ δεσχριβε τηε χαυσεσ οφ ιν τραχταβιλιτψ ανδ δισχυσσ τηε τεχηνιθυεσ τηατ σοµετιµεσ αλλοω υσ το βρεακ ιτ. Τηισ ισσυε βελονγσ το τηε νεω ελδ οφ ινφορµατιον βασεδ χοµπλεξιτψ, ωηιχη εξαµινεσ τηε χοµπυτατιοναλ χοµπλεξι τψ οφ προβλεµσ τηατ χαννοτ βε σολϖεδ εξαχτλψ. Ωε σηαλλ αλσο σπεχυλατε βριε ψ ον ηοω ινφορµατιον βασεδ χοµπλεξιτψ µιγητ εναβλε υσ το προϖε τηατ χερταιν σχιεντι χ θυεστιονσ χαν νεϖερ βε αν σωερεδ βεχαυσε τηε νεχεσσαρψ χοµπυτ ινγ ρεσουρχεσ δο νοτ εξιστ ιν τηε υνι ϖερσε. Ιφ σο, τηισ χονδιτιον ωουλδ σετ λιµ ιτσ ον ωηατ ισ σχιεντι χαλλψ κνοωαβλε. Ινφορµατιον βασεδ χοµπλεξιτψ φο χυσεσ ον τηε χοµπυτατιοναλ δι χυλτψ οφ σο χαλλεδ χοντινυουσ προβ λεµσ. Χαλχυλατινγ τηε µοϖεµεντ οφ τηε πλανετσ ισ αν εξαµπλε. Τηε µοτιον ισ γοϖερνεδ βψ α σψστεµ οφ ορδιναρψ διφ φερεντιαλ εθυατιονσ τηατ ισ, εθυατιονσ τηατ δεσχριβε τηε ποσιτιονσ οφ τηε πλαν ετσ ασ α φυνχτιον οφ τιµε. Βεχαυσε τιµε χαν τακε ανψ ρεαλ ϖαλυε, τηε µατηεµατι 102 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ 1994 Copyright 1993 Scientific American, Inc.

38 χαλ µοδελ ισ σαιδ το βε χοντινυουσ. Χον τινυουσ προβλεµσ αρε διστινχτ φροµ δισ χρετε προβλεµσ, συχη ασ δι ερενχε εθυα τιονσ ιν ωηιχη τιµε τακεσ ονλψ ιντεγερ ϖαλυεσ. ι ερενχε εθυατιονσ αππεαρ ιν συχη αναλψσεσ ασ τηε πρεδιχτεδ νυµβερ οφ πρεδατορσ ιν α στυδψ οφ πρεδατορ πρεψ ποπυλατιονσ ορ τηε αντιχιπατεδ πολ λυτιον λεϖελσ ιν α λακε. Ιν τηε εϖερψδαψ προχεσσ οφ δοινγ σχι ενχε ανδ ενγινεερινγ, ηοωεϖερ, χοντιν υουσ µατηεµατιχαλ φορµυλατιονσ πρε δοµινατε. Τηεψ ινχλυδε α ηοστ οφ προβ λεµσ, συχη ασ ορδιναρψ ανδ παρτιαλ διφ φερεντιαλ εθυατιονσ, ιντεγραλ εθυατιονσ, λινεαρ ανδ νονλινεαρ οπτιµιζατιον, ιντε γρατιον ανδ συρφαχε ρεχονστρυχτιον. Τηεσε φορµυλατιονσ οφτεν ινϖολϖε α λαργε νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Φορ εξαµπλε, χοµ πυτατιονσ ιν χηεµιστρψ, πηαρµαχευτιχαλ δεσιγν ανδ µεταλλυργψ οφτεν ενταιλ χαλ χυλατιονσ οφ τηε σπατιαλ ποσιτιονσ ανδ µοµεντα οφ τηουσανδσ οφ παρτιχλεσ. Οφτεν τηε ιντρινσιχ δι χυλτψ οφ γυαρ αντεεινγ αν αχχυρατε νυµεριχαλ σολυ τιον γροωσ εξπονεντιαλλψ ωιτη τηε νυµ βερ οφ ϖαριαβλεσ, εϖεντυαλλψ µακινγ τηε προβλεµ χοµπυτατιοναλλψ ιντραχταβλε. Τηε γροωτη ισ σο εξπλοσιϖε τηατ ιν µανψ χασεσ αν αδεθυατε νυµεριχαλ σολυτιον χαννοτ βε γυαραντεεδ φορ σιτυατιονσ χοµπρισινγ εϖεν α µοδεστ νυµβερ οφ ϖαριαβλεσ. Το στατε τηε ισσυε οφ ιντραχταβιλιτψ µορε πρεχισελψ ανδ το δισχυσσ ποσσιβλε χυρεσ, ωε ωιλλ χονσιδερ τηε εξαµπλε οφ χοµπυτινγ τηε αρεα υνδερ α χυρϖε. Τηε προχεσσ ρεσεµβλεσ τηε τασκ οφ χοµπυτ ινγ τηε ϖερτιχαλ αρεα οχχυπιεδ βψ α χολ λεχτιον οφ βοοκσ ον α σηελφ. Μορε εξπλιχ ιτλψ, ωε ωιλλ χαλχυλατε τηε αρεα βετωεεν τωο βοοκενδσ. Ωιτηουτ λοσσ οφ γενεραλ ιτψ, ωε χαν ασσυµε τηε βοοκενδσ ρεστ ατ 0 ανδ 1. Ματηεµατιχαλλψ, τηισ συµ µινγ προχεσσ ισ χαλλεδ τηε χοµπυτατιον οφ τηε δε νιτε ιντεγραλ. ( Μορε αχχυρατε λψ, τηε αρεα ισ οχχυπιεδ βψ αν ιν νιτε νυµβερ οφ βοοκσ, εαχη ιν νιτεσιµαλλψ τηιν.) Τηε µατηεµατιχαλ ινπυτ το τηισ προβλεµ ισ χαλλεδ τηε ιντεγρανδ, α φυνχ τιον τηατ δεσχριβεσ τηε προ λε οφ τηε βοοκσ ον τηε σηελφ. Χαλχυλυσ στυδεντσ λεαρν το χοµπυτε τηε δε νιτε ιντεγραλ βψ φολλοωινγ α σετ οφ πρεσχριβεδ ρυλεσ. Ασ α ρεσυλτ, τηε στυ δεντσ αρριϖε ατ τηε εξαχτ ανσωερ. Βυτ µοστ ιντεγρατιον προβλεµσ τηατ αρισε ιν πραχτιχε αρε φαρ µορε χοµπλιχατεδ, ανδ τηε σψµβολιχ προχεσσ λεαρνεδ ιν σχηοολ χαννοτ βε χαρριεδ ουτ. Ινστεαδ τηε ιντε γραλ µυστ βε αππροξιµατεδ νυµεριχαλ λψ τηατ ισ, βψ α χοµπυτερ. Μορε εξαχτλψ, ονε χοµπυτεσ τηε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ατ νιτελψ µανψ ποιντσ. Τηεσε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ρεσυλτ φροµ σο χαλλεδ ινφορµατιον οπερατιονσ. Τηεν ονε χοµβινεσ τηεσε ϖαλυεσ το προδυχε τηε ανσωερ. Κνοωινγ ονλψ τηεσε ϖαλυεσ δοεσ νοτ Copyright 1993 Scientific American, Inc. ϑοσεπη Φ. ΤΡΑΥΒ ανδ ΗΕΝΡΨΚ ΩΟΖΝΙΑΚΟΩΣΚΙ ηαϖε βεεν χολλαβορατινγ σινχε Χυρρεντλψ τηε Εδωιν Ηοωαρδ Αρµστρονγ Προφεσσορ οφ Χοµπυτερ Σχιενχε ατ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ, Τραυβ ηεαδεδ τηε χοµπυτερ σχιενχε δεπαρτµεντ ατ Χαρνεγιε Μελλον Υνιϖερ σιτψ ανδ ωασ φουνδινγ χηαιρ οφ τηε Χοµπυτερ Σχιενχε ανδ Τελεχοµµυνιχατιονσ Βοαρδ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. Ιν 1959 ηε βεγαν ηισ πιονεερινγ ρεσεαρχη ιν ωηατ ισ τοδαψ χαλλεδ ινφορµατιον βασεδ χοµπλεξιτψ ανδ ηασ ρεχειϖεδ µανψ ηονορσ, ινχλυδινγ ελεχτιον το τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Ενγινεερινγ. Ηε ισ γρατεφυλ το ρεσεαρχηερσ ατ τηε Σαντα Φε Ινστιτυτε φορ νυµερουσ στιµυλατινγ χονϖερσατιονσ χονχερνινγ τηε λιµιτσ οφ σχι εντι χ κνοωλεδγε. Ωοζνιακοωσκι ηολδσ τωο τενυρεδ απποιντµεντσ, ονε ατ τηε Υνιϖερσι τψ οφ Ωαρσαω ανδ τηε οτηερ ατ Χολυµβια Υνιϖερσιτψ. Ηε διρεχτεδ τηε δεπαρτµεντ οφ µατηεµατιχσ, χοµπυτερ σχιενχε ανδ µεχηανιχσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωαρσαω ανδ ωασ τηε χηαιρµαν οφ Σολιδαριτψ τηερε. Ιν 1988 ηε ρεχειϖεδ τηε Μαζυρ Πριζε φροµ τηε Πολιση Ματη εµατιχαλ Σοχιετψ. Τηε αυτηορσ τηανκ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον ανδ τηε Αιρ Φορχε Ο χε οφ Σχιεντι χ Ρεσεαρχη φορ τηειρ συππορτ. χοµπλετελψ ιδεντιφψ τηε τρυε ιντεγρανδ. Βεχαυσε ονε χαν εϖαλυατε τηε ιντεγρανδ ονλψ ατ α νιτε νυµβερ οφ ποιντσ, τηε ιν φορµατιον αβουτ τηε ιντεγρανδ ισ παρ τιαλ. Τηερεφορε, τηε ιντεγραλ χαν, ατ βεστ, ονλψ βε αππροξιµατεδ. Ονε τψπιχαλλψ σπεχι εσ τηε αχχυραχψ οφ τηε αππροξιµατιον βψ στατινγ τηατ τηε ερρορ οφ τηε ανσωερ φαλλσ ωιτηιν σοµε ερρορ τηρεσηολδ. Ματηεµατιχιανσ ρεπρεσεντ τηισ ερρορ ωιτη τηε Γρεεκ λεττερ επ σιλον, ε. Εϖεν τηισ γοαλ χαννοτ βε αχηιεϖεδ ωιτηουτ φυρτηερ ρε στριχτιον. Κνοωινγ τηε ιντε γρανδ ατ, σαψ, 0.2 ανδ 0.5 ινδι χατεσ νοτηινγ αβουτ τηε χυρϖε βετωεεν τηοσε τωο ποιντσ. Τηε χυρϖε χαν ασσυµε ανψ σηαπε βετωεεν τηεµ ανδ τηερεφορε ενχλοσε ανψ αρεα. Ιν ουρ βοοκ σηελφ αναλογψ, ιτ ισ ασ ιφ αν αρτ βοοκ ηασ βεεν σηοϖεδ βε τωεεν α ρυν οφ παπερβαχκσ. Το γυαραντεε αν ερρορ οφ ατ µοστ ε, σοµε γλοβαλ κνοωλεδγε οφ τηε ιντεγρανδ ισ νεεδεδ. Ονε µαψ νεεδ το ασσυµε, φορ εξ αµπλε, τηατ τηε σλοπε οφ τηε φυνχτιον ισ αλωαψσ λεσσ τηαν 45 δεγρεεσ ορ τηατ ονλψ πα περβαχκσ αρε αλλοωεδ ον τηατ σηελφ. Ιν συµµαρψ, αν ινϖεστιγα τορ τρψινγ το σολϖε αν ιντεγραλ µυστ υσυαλλψ δο ιτ νυµεριχαλλψ ον α χοµπυτερ. Τηε ινπυτ το τηε χοµπυτερ ισ τηε ιντεγρανδ ϖαλυεσ ατ σοµε ποιντσ. Τηε χοµπυτερ προδυχεσ αν ουτπυτ τηατ ισ α νυµβερ αππροξιµατ ινγ τηε ιντεγραλ. Τηε βασιχ χονχεπτ οφ χοµπυτατιοναλ χοµπλεξ ιτψ χαν νοω βε ιντρο δυχεδ. Ωε ωαντ το νδ τηε ιν τρινσιχ δι χυλτψ οφ σολϖινγ τηε ιντεγρατιον προβλεµ. Ασσυµε τηατ δετερµινινγ ιντεγρανδ ϖαλυεσ ανδ υσινγ χοµβινατορψ οπερατιονσ, συχη ασ αδδιτιον, µυλτιπλι χατιον ανδ χοµπαρισον, εαχη ηαϖε α γιϖεν χοστ. Τηε χοστ χουλδ σιµπλψ βε τηε αµουντ οφ τιµε α χοµπυτερ νεεδσ το περφορµ τηε οπερατιον. Τηεν τηε χοµ πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ οφ τηισ ιντεγρα Ονε σολυτιον το αν ιντραχταβλε προβλεµ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ ϑανυαρψ

39 ΣΑΜΠΛΙΝΓ ΠΟΙΝΤΣ ινδιχατε ωηερε το εϖαλυατε φυνχτιονσ ιν τηε ρανδοµιζεδ ανδ αϖ εραγε χασε σεττινγσ. Τηε ποιντσ αρε πλοττεδ ιν τωο διµενσιονσ φορ ϖισυαλ χλαριτψ. Τηε ποιντσ χηοσεν χαν βε σπαχεδ οϖερ ρεγυλαρ ιντερϖαλσ συχη ασ γριδ ποιντσ (α), ορ ιν ρανδοµ ποσιτιονσ (β). Τωο οτηερ τψπεσ, σο χαλλεδ Ηαµµερσλεψ ποιντσ (χ) ανδ ηψ περβολιχ χροσσ ποιντσ (δ), ρεπρεσεντ οπτιµαλ πλαχεσ ιν τηε αϖεραγε χασε σεττινγ. a τιον προβλεµ χαν βε δε νεδ ασ τηε µιν ιµαλ χοστ οφ γυαραντεεινγ τηατ τηε χοµ πυτεδ ανσωερ ισ ωιτηιν αν ερρορ τηρεση ολδ, ε, οφ τηε τρυε ϖαλυε. Τηε οπτιµαλ ινφορµατιον οπερατιονσ ανδ τηε οπτι µαλ χοµβινατορψ αλγοριτηµ αρε τηοσε τηατ µινιµιζε τηε χοστ. Τηεορεµσ ηαϖε σηοων τηατ τηε χοµ πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ οφ τηισ ιντεγρα τιον προβλεµ ισ ον τηε ορδερ οφ τηε ρε χιπροχαλ οφ τηε ερρορ τηρεσηολδ (1/ε). Ιν οτηερ ωορδσ, ιτ ισ ποσσιβλε το χηοοσε α σετ οφ ινφορµατιον οπερατιονσ ανδ α χοµβινατορψ αλγοριτηµ συχη τηατ τηε σολυτιον χαν βε αππροξιµατεδ ατ α χοστ οφ αβουτ 1/ε. Ιτ ισ ιµποσσιβλε το δο βεττερ. Ωιτη ονε ϖαριαβλε, ορ διµενσιον, τηε προβλεµ ισ ρατηερ εασψ. Τηε χοµπυ τατιοναλ χοµπλεξιτψ ισ ινϖερσελψ προπορ τιοναλ το τηε δεσιρεδ αχχυραχψ. Βυτ ιφ τηερε αρε µορε διµενσιονσ το τηισ ιντεγρατιον προβλεµ, τηεν τηε χοµ πυτατιοναλ χοµπλεξιτψ σχαλεσ εξπο&nu