不管我们已经观察到多少只白天鹅,都不能确立所有天鹅皆为白天鹅的理论。只要看见一只黑天鹅就可以驳倒它。——波普尔
1941年12月7日,日本袭击驻扎在夏威夷珍珠港的美国太平洋舰队,沉重打击美国在太平洋的海上力量,使两国正式进入战争状态,太平洋战争爆发。同时,日本发动对英国属地的一连串战役,日本和英国、澳大利亚、新西兰等也进入战争状态。日本的目标是要消灭美国的海军舰队,占领重要的自然资源产地,以及为日益膨胀的帝国建立所谓的“绝对国防圈”。根据1941年11月1日日本海军联合舰队下发的密令,日本在即将发动的战争中首先要实现“从荷属东印度和菲律宾驱逐美英势力”。
健客:荷属东印度是指哪里啊?
云飞:是指1800-1949年荷兰人所统治的东南亚地区的印尼群岛,与加勒比海的荷属领地相区分。
日本在战争的头半年完成初步的战略目标,夺取菲律宾、泰国、英属马来亚、新加坡、荷属东印度、威克岛、吉尔伯特群岛和关岛,建立西起英属印度,南达荷属东印度,同时在东南囊括南太平洋和中太平洋的防线。其中,在南太平洋上最重要的海军基地是拉包尔,由日军从澳大利亚手中夺得。在1942年3-4月间,日本夺取了北布干维尔的布卡,并且开始建设机场;与此同时在南布干维尔的布因建设海军基地和机场。
此后,日本内部对于第二阶段的行动产生了分歧。陆军希望重点维持在对中国和印度的进攻,海军则提出了进攻澳大利亚的提案。但是海军军令部根据海军的方案要求20万人的军队以确保占领,而陆军方面则坚持中国才是主战场,从而拒绝了海军的要求。因此,日本海军提出了新的方案,割裂美澳之间的航线,孤立澳大利亚,减少来自澳大利亚的威胁,使之无力动摇日本在南太平洋的地位(所谓“美澳遮断作战”)。新方案得到陆军认同,陆海军根据该方针联合制定一系列行动计划。
1942年4月,日本陆海军联合作战,试图从海上夺取新几内亚的莫尔兹比港。而另一方面,盟军在澳大利亚组建地面部队和飞行部队,以应对日军对澳大利亚的威胁,并准备重夺菲律宾。
1942年5月3日,瓜达尔卡纳尔岛(下简称瓜岛)以北的图拉吉岛被日军占领。图拉吉岛只部署了侦察用的水上飞机,不过图拉吉岛的驻军报告瓜岛适合建立机场。6月,日军中途岛海战大败。负责指挥西南太平洋的麦克阿瑟提议突袭拉包尔,夺下这个重要的日军据点。而美国海军则提出了一个更为稳健的方案,从新几内亚的莫尔兹比港出发,沿着所罗门群岛岛链反攻。经协调后,整合为一个方案,三个行动:行动1是占领图拉吉岛,行动2是沿着新几内亚海岸线推进,行动3则是占领拉包尔。行动1变成所罗门群岛战役。
健客:所罗门群岛这个名字有点怪怪的。
云飞:所罗门群岛是以《旧约》中所罗门王命名。1568年,当西班牙航海家内拉抵达这里时,看见土著居民身上都佩带着金光闪闪的黄金饰物,以为找到了《旧约》中所罗门王的黄金宝库,于是把这里取名为所罗门群岛。
健客:所罗门王是谁啊?
云飞:所罗门王是古以色列联合王国的第三任君主,在《旧约·列王纪》中,称他有非凡的智慧。还有古老文献记载关于他的魔法。所罗门在位期间,把首都耶路撒冷建成圣城,成为犹太教的礼拜中心,也被基督教、伊斯兰教奉为圣地。所罗门时代又是古代希伯来文化发展的重要阶段,许多文学作品都以他的名字命名,并在以后成为《旧约全书》的重要组成部分。《旧约全书》是犹太教经典,也为基督教接受。
健客:南太平洋上的群岛都能联系到以色列、耶路撒冷、犹太教、基督教、伊斯兰教啊!
云飞:这就是大航海时代的魅力。祈祷世界和平!
为了强化图拉吉岛的防守,以及为下一步作战作准备,1942年7月6日,日本工程部队登陆瓜岛开始建设机场,预定在8月5日大体完成,8月16派遣战斗机进驻。此时日军的重心已经转向新几内亚战役。但美军8月7日发动两栖作战,以美国海军陆战队为主力登陆图拉吉岛以及瓜岛,夺下了正在建设中的机场,完成了计划中的第一步。日军对此迅速作出反应,开展了意在重夺所罗门群岛的加号作战;但因为日军对登岛的盟军兵力判断错误,派出的兵力不足,被迫陷入消耗战中。机场易手,让盟军取得了瓜岛周边地区白天的制海权,日军无法使用载货量大但是速度慢的运输船为登岛日军提供支援。与之相对的,由于日军在战争爆发前对夜战的重视,日本海军掌握了瓜岛周边的夜间制海权,于是日军利用这一点,使用速度快的驱逐舰频繁地在夜间前往瓜岛,为岛上少量地运送援兵、粮食和轻武器弹药。这种运输方式被盟军称为东京快车。
盟军和日军在瓜岛附近展开了多次海空战斗,双方都有大量的舰船被击沉。因此,这一带海域日后又被称为“铁底湾”。日本总体工业能力落后于美国,在这场旷日持久的消耗战中渐渐不支。此外,失去了瓜岛机场的日军只能依赖其它日军基地进行空中支援,其中最近的拉包尔到瓜岛单程要飞4个小时,一方面使得日军飞机到达瓜岛上空后燃料已经所剩无几、无法长时间逗留支援海陆作战,另一方面长时间的飞行使得飞行员精神疲惫。在屡次的空战中日本在战前储备的熟练飞行员被逐渐消耗,缺乏足够的后备飞行员进行补充。
1942年12月31日,日本方面终于决定进行撤退。1943年2月1日至7日,岛上日军分批撤出。是役以日军失败而告终。日军从瓜岛撤退后,盟军为了给新的马车轮行动做准备而暂时没有发动新的攻势。但即使是在此期间战斗也并没有停止,主要的战斗包括:
3月初,盟军在俾斯麦海海战中,消灭了一整支从拉包尔出发驶往新几内亚的运输船队;
4月,日军以航空兵力发起伊号作战,袭击盟军的舰船和地面目标;
4月18日,复仇行动中,盟军击落了联合舰队司令长官山本五十六海军大将的座机,山本死亡。
盟军在经过休整后,发起了马车轮行动,沿着所罗门群岛和新几内亚同时展开攻势,向着日军在南太平洋最重要的基地拉包尔发起进攻。马车轮行动原定有13个子计划,但盟军判断有几个地区缺乏足够的战略意义,因此整个行动最终只执行了10个子计划,而跳过了日军在南太平洋经营的坚固堡垒,并且将其孤立起来,此即“蛙跳”战术。
盟军为了占领蒙达机场,1943年6月30日,首先在新乔治亚岛对岸的伦多瓦岛登陆,7月5日,在新乔治亚岛登陆,8月5日,占领蒙达。残存的日军于8月下旬退往科隆班加拉岛。盟军对新乔治亚岛的进攻并不顺利,比原定计划花费了更多的时间。曾经在瓜岛战役中成为日军噩梦的热带雨林间行进问题,如今也降临到了盟军的身上。盟军因为新乔治亚岛的经验,放弃了进攻科隆班加拉岛的计划,取而代之在防守薄弱的维拉拉维拉岛突破。8月15日,盟军登陆维拉拉维拉岛,岛上只有少量日军,盟军未经过大规模战斗即占领该岛。维拉拉维拉岛失守后,科隆班加拉岛被盟军包围孤立了起来,日军被迫实行世号作战,将科隆班加拉岛的12,000人、以及维拉拉维拉岛约600人撤离。至此,盟军完成了在所罗门群岛中部的任务,目标开始指向所罗门群岛北部的布干维尔。
日军在所罗门群岛北部的布干维尔岛布因等地建设有机场等设施,在瓜岛战役期间是重要的中转基地。日军从科隆班加拉岛撤退后,布干维尔岛成为了新的“绝对防卫圈”的前线。盟军为了继续向拉包尔前进,必须要利用布干维尔岛的机场,但是因为新乔治亚岛的前车之鉴,盟军决定放弃夺取布因的机场,取而代之在岛上另建新机场。11月1日,盟军登陆布干维尔岛托洛基纳海角,日军试图将美军赶回大海,但告失败。12月,托洛基纳机场建成,美军对拉包尔展开了大规模的空袭。1944年3月,日军再度发起攻击,但同样为美军所击退。困守岛上的日军因为食物缺乏和疾病肆虐,而将布干维尔岛称为“墓岛”。不过盟军对岛上的扫荡一直持续到战争结束,1945年8月21日,驻守布干维尔岛的23,571名日军向盟军投降。
健客:布干维尔岛很特殊吗?
云飞:布干维尔岛是所罗门群岛中最大的岛,属于热带雨林气候,面积9384km2,年均气温26℃,年降雨量4500mI。1768年,法国航海家布干维尔首先到达;1898年,沦为德国属地,成为德属新几内亚的一部分;第一次世界大战后,转为澳大利亚的委任统治地。
健客:对面积、气温、降雨等数字无感啊!
云飞:这个好办,对比一下海南岛。布干维尔岛的面积小,不到海南岛的三分之一,年均气温高一些,主要是年降雨量大,差不多是海南岛两倍,且没有旱季、雨季之分。
在太平洋战场上,炎热潮湿的所罗门群岛给士兵带来麻烦,棉布制作的军用帐篷和衣物容易腐烂。美军收集了大量的真菌,并启动相关研究项目,试图找出“元凶”。到20世纪50年代,位于马萨诸塞州的纳提克军需实验室的曼德尔斯和里斯等人已经筛选了实验室保藏的14,000株真菌。他们从中找到一株编号为QM6a(QM是英文“军需”一词的缩写)的菌株,发现它分泌的纤维素酶能够高效降解棉纤维。这株菌来自太平洋战场布干维尔岛的一顶腐烂帐篷,最初被鉴定为绿色木霉。后来,分类学家发现QM6a实际上代表了木霉属的一个新种,为了纪念里斯,将它重新命名为里氏木霉。
曼德尔斯等人筛选菌株的方法值得一提。他们用不同真菌的发酵上清液处理棉纤维长达35天,中间四次更换发酵上清液,最后测定糖的生成量和棉纤维的失重率。QM6a正是在这样的筛选条件下脱颖而出的。
健客:为什么用发酵上清液处理棉纤维呢?
云飞:发酵上清液中有真菌分泌的各种酶。哪种真菌的酶能更快地催化降解棉纤维,哪种真菌就是吃掉美军帐篷和衣服的“元凶”。
但是,美军实验室的研究目标又发生了转移。他们希望首先将纤维素酶解为葡萄糖,然后以糖为原料发酵生产酵母蛋白,为特殊环境下的部队提供食物。从这一角度考虑,“长时间深度降解”的方法显然比只关心反应初速度的一般酶活力测定方法更为合适。今天人们在评价酶对纤维素、塑料等材料的降解效率时,也主要关心长时间酶解条件下底物的最终转化率,而不是反应初速度。
健客:明白,《细菌传》中讲过底物。不是看谁吃的快,而是看谁吃的干净、彻底。
云飞:哈哈,很懂吃嘛!
曼德尔斯等人测试了62种碳源对里氏木霉纤维素酶产量的影响,发现只有纤维素、乳糖等少数几种碳源能够诱导纤维素酶的合成。乳糖是动物乳汁中的二糖,它诱导木霉合成纤维素酶来降解植物细胞壁的机制到今天仍不清楚。葡萄糖在很多微生物中能够抑制其它较难利用的碳源的分解代谢,这种现象最早被称为“葡萄糖效应”,后来扩展为“碳分解代谢物阻遏效应”。葡萄糖效应体现了微生物“吃完肉再啃骨头”的生存哲学。
健客:吃完肉再啃骨头,这个我懂。但是对“葡萄糖效应”好像还是不太明白。
云飞:还记得之前讲的“巴斯德效应”吗?
健客:记得啊,好像是在《啤酒》那篇嘛。在有氧情况下比无氧情况酵母繁殖的更快,且抑制乙醇的产生。
云飞:嗯,那是1860年,巴斯德的发现。到了1929年,英国生物化学家克勒勃屈利发现酵母在高外部葡萄糖浓度的有氧条件下产生乙醇。
健客:又糊涂了,这不是矛盾了吗?
云飞:别急嘛,这种矛盾往往预示更重大的科学发现。进一步研究发现:对于有氧条件下的酿酒酵母,葡萄糖浓度低于150 mg/L 不会导致乙醇产生,即生物体表现出巴斯德效应。高于此值时,乙醇的形成速度会增加,直至葡萄糖浓度达到 1000 mg/L。因此,当葡萄糖浓度高于150 mg/L 时,生物体表现出克拉布特里效应。巴斯德效应和克勒勃屈利效应同为糖代谢中重要调节机制。当年,巴斯德认为这与生物体合理利用能量有关;69年后,被克勒勃屈利证伪。
健客:这两种效应到底怎么回事呢?
云飞:当前的科学解释是“葡萄糖效应”又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源,其分解代谢产物阻遏某些编码诱导酶体系的基因的转录的现象。
健客:怎么又多出一种效应?
云飞:慢慢来,还记得“一基因一酶”假说吗?
健客:记得。
云飞:这种反馈机制是通过基因调控酶的生产来实现的。酵母培养在含氧高浓度葡萄糖培养基中,生产的酶导致糖的酵解和乙醇的生成。大肠杆菌培养在含葡萄糖和乳糖的培养基上,在葡萄糖没有被利用完之前,就不生产分解乳糖的酶,乳糖不能被利用。这一理论是可证伪的,并正在等待后人证伪。因此科学家必须更严谨、更诚实,否则,分分钟就会被证伪。科学是一种系统的知识体系,通过实验、观察和推理等方法进行验证和修正。科学的本质是可证伪的,即任何一个科学理论或假说都可以被实验或观察结果所否定或证伪。如果所罗门王靠智慧和魔法获得王位并统治他的臣民;那么科学靠可证伪性不断发展和进步。正如波普尔所说:不管我们已经观察到多少只白天鹅,都不能确立所有天鹅皆为白天鹅的理论。只要看见一只黑天鹅就可以驳倒它。
但是,令人意外的是,葡萄糖也能诱导纤维素酶的合成。曼德尔斯等人很快发现,葡萄糖的诱导作用竟然与试剂的来源有关。只有从淀粉酸法水解制备出的葡萄糖具有诱导作用,而使用淀粉酶法水解制备的葡萄糖则没有诱导作用。将酸法水解制备得到的葡萄糖试剂经过活性炭层析分离纯化葡萄糖,发现它实际上没有诱导作用,真正的诱导物是试剂中掺入的杂质。
健客:到底是什么杂质诱导了纤维素酶的合成?
云飞:进一步的实验发现是槐糖。槐糖是淀粉酸法水解过程产生的副产物,虽然在葡萄糖试剂中的含量不到0.1%,却对纤维素酶有极其高效的诱导作用,据说,比纤维素高两个数量级。今天,有些企业仍然以葡萄糖为原料合成槐糖后添加到培养基中,用于纤维素酶的发酵生产。
曼德尔斯等人在鉴定槐糖为诱导物的实验中使用了两类方法:一是根据文献,分别测试已知的十余种葡萄糖试剂杂质是否具有诱导作用;二是对表现出诱导作用的葡萄糖试剂进行分离纯化,去掉葡萄糖留下各种杂质,在各种杂质中排除不能诱导的成分,最终确定出真正的诱导物。据说,在第二种方法中,消耗了7公斤葡萄糖试剂。
健客:第二种方法好像之前听说过?
云飞:嗯,在《细菌传》中介绍过。埃弗里团队就是用纯化法和排除法,确定脱氧核糖核酸是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质。葡萄糖淀粉酶从20世纪60年代开始取代酸法水解用于葡萄糖的大规模生产。如果曼德尔斯等人一开始用的就是酶法生产的葡萄糖,恐怕就不会意外发现槐糖的诱导作用。
距离里氏木霉大放异彩只差一次石油危机。
欲知后事如何,且听下回分解。