鼓膜是非常薄的一层膜,厚度就和头发丝的直径差不多。
从这个名称不难看出,它很像鼓的鼓面。其实鼓膜与乐器中鼓的鼓面不只是名称有关联,它们的原理乃至材质都很有关系。
鼓,是人类最早学会制造并演奏的乐器之一。
葬礼或祭祀的出现,在文明起源中的地位足可以和青铜器相提并论。某种意义上说,葬礼更贴合人类文明的共性,而青铜器反倒不是文明奠定的必要因素,如发展于中美洲的玛雅文明直至灭亡时也未曾进入青铜器时代,然而祭祀却是玛雅文明非常重要的一项活动。
用特定的仪式,表达对先人或神灵的尊敬,这是人类情感的寄托。散落在世界各地的人类早期部落,不仅不约而同地发现了这一点,更是普遍选择了用特殊的声音来营造这种哀思的气氛。
有需求,还要有材料。还好,对于石器时代的原始人来说,这似乎是可行的。
最容易实现的乐器是打击乐。你大概可以想到,对原始人来说,他们吃剩下的兽骨,相互敲击就能发出清脆的响声。
但是这声音不够浑厚,音色也很难调和。
在不断地摸索之后,原始人发现,如果用兽皮紧紧地蒙住石头孔或木头孔,再利用孔洞里面空气的共振,便可以通过敲击实现更动听的声响。当然,他们恐怕不会知道这其中的原理,但你却可以轻松地明白,当兽皮被敲击时,自身发生振动的同时,也会驱动着空气持续振动,这便可以让声音更有立体感和层次感。
于是,原始的鼓便被发明出来了。在新石器时期,人类学会了制作陶器,可以准确地控制成品的形状。于是,用陶胎制作鼓的想法也就应运而生。
从此,鼓成为人类早期文明时期最主要的乐器之一,直到今天也仍然是很重要的打击乐器。它可以准确地控制音乐的节奏,例如京剧演奏中的司鼓便是场上的指挥;它可以敲打出不同的音调,而不是兽骨相击的单调声音;它可以用声音为你的心跳伴奏,每一声都让人鼓舞,从古至今都配合着军队出征的步伐。
不难想象,原始人正是在这样的鼓点伴奏之下,披发文身,围着火堆跳着神秘的舞蹈,完成葬礼或祭祀仪式。
至于鼓的诸多优势,离不开它所仰仗的物质基础,也就是鼓面上的那层兽皮。
而你耳道里的鼓膜,就和这些兽皮一样,成分都以蛋白质为主。你能够分辨出各种声音,也得益于蛋白质的魔法。
品味过母乳后的你或许记得,人体中的蛋白质是由氨基酸连接起来的。常见的氨基酸有20种。甚至你还记得,光是人体中的蛋白质种类,就有不少于十万种。不瞒你说,在今后的日子里,我们还会多次说起蛋白质。每一种蛋白质,都意味着至少一种特定的功能。
20种氨基酸何以演变出让人如此眼花缭乱的蛋白质?
这似乎是个数学游戏——仅仅通过氨基酸的顺序变化,就可以形成无以计数的蛋白质结构。一个分子中若是只有一个氨基酸,固然只有20种可能;而当两个氨基酸相连时,可能存在的结构就激增到400种;以此类推,三个氨基酸相连的可能性有8000种,之后每连接一个氨基酸,都会让可能的结构种类扩大20倍。用数学语言描述,这是一个“指数函数”,一个分子中有几个氨基酸相连,那么这个分子可能的结构种类就等于几个20相乘。一个普通的蛋白质分子往往包含上百个氨基酸,那么它可能的结构种类就是一个天文数字。
即使明确了氨基酸排列的顺序,也仍然可以“制造”出不同的蛋白质,因为这些氨基酸排列时还有一个秘籍——氢键。键在古语中也有“锁”的意思,所谓的“氢键”,顾名思义,便是氢原子构成的锁链。
原子是物质世界的基本单元,但它们到底是怎么构成如此之多物质的呢?为了描述微观世界中原子连接的方式,科学家创造出“化学键”的概念。以人类现有的认识水平,没有办法彻底弄清楚化学键的本质究竟是什么,它或许就是原子之间的作用力,但是很可能又不只是作用力那么简单(事实上,诺贝尔化学奖获得者鲍林有一部著名的作品《化学键的本质》,划时代地揭示出化学键就是电磁作用力,但是有关化学键的计算依然相当复杂)。就像你知道的,你的爸爸妈妈是一对恩爱的夫妻,可是我们却无法真正去理解“夫妻”的本质关系。法律上,夫妻关系固然只是一纸结婚证就能定义的关系,可实际上却远非如此,因为在你和他们的交流中,明显可以感受到更多的亲情。
不管怎么样,“化学键”至少是个很形象的模型,它像锁链一般勾连了各种原子,让它们以特定的方式紧密地连接在一起。氨基酸串联成蛋白质,也是因为氨基酸的分子之间形成了化学键。
在氨基酸中,大量的氢原子连接在氮原子上,构成氨基酸中的“氨基”。这是个异常失衡的关系,氮原子实在过于强势,它几乎彻底夺走了氢原子中的电子。
于是,在小小的氨基之中,氢原子只能表现出很强的正电性。当很多氨基酸连接成蛋白质时,不平衡的量变终于激起了质变。
构成氨基酸中“酸”的那一部分,在化学上被称为羧基。当氨基酸组合的时候,羧基和氨基便会首尾相接,形成强力的肽键——这当然也是一种化学键。
比起单纯的氨基来说,肽键的结构更加失衡。氧原子比氮原子更强势,它争夺整个体系中的电子,自身显露出很强的负电性,徒留失去电子的氢原子展现正电性。
蛋白质中有很多个这样的肽键,它们也都是同样的结构,一端是正电的氢原子,一端是负电的氧原子。于是,一场单纯的物理学“恋爱”启动了:一个肽键中的氢原子会与另一个肽键中的氧原子互相吸引,直到两个肽键紧紧地结合在一起。这种现象,几乎只会在有氢原子存在的时候形成,不同的肽键因它“锁在”一起,故而被称为氢键。
肽键之间的互相结合,让氨基酸串联起来的蛋白质不可能以简单的长链状存在,它会因此旋转、扭曲甚至来个180°的反向折叠。所以,即使是同样顺序排列的蛋白质,也可能表现出各式各样的结构形式,这也在一定程度上加剧了蛋白质的复杂性。
不过,在你耳道中由蛋白质构成的鼓膜上,氢键还具有另一个关键的作用。
氢键的存在,加强了蛋白质内部的吸引力,也加强了不同蛋白质之间的吸引力。某种意义上说,它就像胶水一样,让蛋白质分子团结在一起。
这个特性对你而言至关重要。传入你耳道中的声波,是由一群气体分子振动形成的。每一个分子都像是微小得看不见的鼓槌一样,重重地敲在鼓膜之上。你的鼓膜也会因它们的敲击而振动。如果你的鼓膜不够强韧,那么这一次又一次敲击带来的巨大压力,鼓膜就有可能因为承受不住而破裂。
氢键的存在,让蛋白质拥有极高的强度和韧性。于是,那些蛋白质构成的兽皮,可以作为鼓面经受猛烈的敲打。至于耳道中的鼓膜,虽然只是薄薄的一层,却也不是那么脆弱,能够在你平时的生活中保持完好。
当然,若是遭遇险恶的环境,这层鼓膜也可能被破坏。或许有一天,你只是打个喷嚏,颅内突如其来的压力就会把鼓膜顶破;又或许,你去游个泳,跃入泳池的瞬间,水会将鼓膜压破;哪怕只是坐一趟飞机,起飞降落时机舱内的压强变化,也会让鼓膜变得很不舒适。这不能责怪鼓膜的品质,毕竟它的功能只是为了听取正常音量的声音罢了,经不起这样的外力折腾。实际上,就算是音量过大,比如声音达到130dB以上(相当于站在跑道边听着飞机起飞),也有可能造成鼓膜的损伤。
所幸的是,你的身体对此早有准备。人类的鼓膜就和皮肤一样,在受到轻微伤后,还是可以恢复的。只要注意别让伤口感染,即便是有点破洞,鼓膜也会在一两个月内重新生长出来。
总之,鼓膜是一层结构巧妙的薄膜,可以感受到很轻微的振动,让你得以捕捉声音的微小变化。不过,在你的身体里,能够精确振动的部位,并不只有鼓膜。