近日，韩国基础科学研究院（IBS）量子纳米科研中心研制出相当于一个原子大小1的存储介质，横扫相关领域的奖项。20世纪——微观世纪已经成为过往，人类如今在21世纪正迈向纳米技术的巅峰。
1. 纳米级别的尺寸。作为参考，1纳米（nm）等于1米的十亿分之一。
对于微观存储领域的研究历经了一个多世纪的时间，自古以来就已深深植根于我们的脑海中。那就是头发。
早在我们出生之前，头发就已开始在生长了。在受孕7周时，在皮肤组织中就可以观察到毛囊2。大约在第10到13周时，头皮上会长出毛发；而到第20周时，眉毛、细软的胎毛以及头发一起变得清晰可见。在第33到37周之间，胎儿大部分的胎毛脱落，头发变得更加坚硬，呈现出完整的样貌。
2. 包围发根并提供营养的皮肤组织。
这头发，多也烦恼、少也烦恼；长也烦恼，短也烦恼……从胚胎期起，相伴终生的头发，带给我们数不尽的烦恼。那么，头发为什么存在，又起着怎样的作用呢？接下来就让我们一起听听一根细细的头发所讲述的故事吧。
放弃毛发，保护大脑
从生物学角度看，人类属于灵长类动物。而人类与其他灵长类动物最主要的区别之一就是人类的皮肤上没有明显的毛发。人类尽管拥有胡须和头发，但与黑猩猩或红毛猩猩相比，皮肤明显更加光滑。这背后的原因是什么呢？
人类的大脑与身体的比重是所有动物中最大的。人类的脑组织对高温极为敏感，体温达到40℃时，就有中暑的危险。在此之上，体温仅仅上升2℃，也会导致脑死亡。为了避免发生这种危及生命的状况，我们必须要在人体的核心温度3升高之前及时散热。如果人类像其他灵长类动物一样拥有厚厚的毛发，那么它们将很难调节体温，因为毛发会阻碍所有的热量传递。
3. 心脏内血液的温度，可以调节脑组织的温度。
科学家推测，早期人类的皮肤上有大量毛发。在这种情况下，哪怕只是行走10到20分钟，人就会因过热而中暑。然而，人体只保留了必要的毛发。虽然这个演化过程的机制尚不清楚，但这一演化确实可以让人类将体温维持在36.5℃左右，为脑组织提供保护。
我们的头发正是被保留下来的必要毛发之一，它盖住身体的顶部，保护大脑和头皮免受外界伤害。头部撞到某处时，头发就会作为第一道缓冲防线，吸收冲击，从而避免大脑受到直接伤害。夏天时，头发有助于抵挡强烈的紫外线；冬天时，它能防止热量流失，帮助身体抵御严寒。
脱发的原因
头发伴随人类已久，尽管其作用显著，奈何它又会不断地脱落。有时候是几根，有时候甚至是一大把。我们常希望自己的头发一直保持不变，但为什么它总是在往下掉呢？
脱发的主要原因是人体不同部位的毛发都有其自身的生命周期。就像木槿花在同一棵树上反复开花、凋谢一样，包括头发在内，我们人体所有毛发在一定时间后都会自然脱落，然后在同一位置重新长出来。 这种现象叫做毛发生长周期（hair cycle），它历经生长期（anagen）、退行期（catagen）和休止期（telogen），循环往复。头发的生长周期最长可达6年；相比之下，眉毛、睫毛和胎毛的生长周期不到6个月，生长速度也只有头发的一半，这也是它们比头发短很多的原因。
在持续2到6年的生长期中，毛囊中的干细胞会活跃分裂。一般来说，每天头发生长约0.4毫米，每月约1厘米，每年可达15厘米。不过，头发的生长速度也会受到许多因素的影响，例如性别、年龄、种族、健康状况和季节等。
经过了生长期，头发开始进入为期数周的退行期，这时几乎所有的毛发细胞都会死亡。接着，新的毛发细胞开始产生新的头发。随后是持续4～6个月的休止期，此时细胞分裂停止，毛发自然脱落，毛囊也处于休息状态，为下一个生长期做准备。
一般情况下，人的头发大约有85%处于生长期，其余15%则处于退行期或休止期。每天早上看到掉落的头发时，许多人都会唉声叹气。但是我们要知道正常人的头上长着大约10万根头发，每天掉落55到100根头发是再正常不过的现象。
头发的三层结构：纤细却坚韧
我们通常所说的“头发”，实际指的是头皮以上肉眼可见的部分，这部分叫做发干；埋在皮肤毛囊中的部分叫做发根。发干的直径通常为50～100微米（μm4），它由三层结构组成。
4. 1微米等于1米的一百万分之一。
它们分别为表皮层（cuticle）、皮质层（cortex）和髓质层（medulla）。位于最内层的髓质层充满空气，这里空气的含量越多，头发看起来就越有光泽。髓质层由不规则的蜂窝状细胞组成，通常存在于较粗的头发中。
皮质层占据整个发干的约80%，它决定头发的弹性、强度、质地和颜色。皮质层中的细胞形成粗大的角蛋白丝，使头发具有强度和柔韧性。此外，影响发色的色素——深色的“真黑素”和浅色的“褐黑素”也存在于这一层。一般而言，东北亚人种含有较多的真黑素，而北欧人种则含有较多的褐黑素，因此，不同人种的发色略有差异。但是，当色素不足时，头发原本的发色——白色就会长出来，每个人的头发都会变得花白，区别在于每个人头发的生长速度不一样。
毛发的最外层是表皮，厚度为0.3至0.5微米。能够合成角蛋白的表皮细胞像鱼鳞一样重叠排列，覆盖并保护头发内部组织，抵抗热、光、化学物质等外界刺激。这些表皮细胞的排列方向是面向发梢的，这种结构有助于防止害虫沿着发丝爬向头皮。因此，我们顺着头发抚摸时，会感到顺滑；反之，逆向抚摸会感到阻力。
这三层结构让头发，虽然看上去很纤细，却异常坚韧。在格林兄弟的童话《长发公主》中，女巫和王子就是攀着公主的头发爬上高塔。虽然这听起来十分荒诞，但头发的强度确实超乎我们的想象。头发的强度确实会根据其粗细程度、受损程度、营养与水分含量等发生改变，但一般来说，一根头发可承受约150克的重量。如果长发公主拥有10万根头发，那么理论上，她的头发可承受高达15吨的重量。
一根头发中的信息量
如今，犯罪嫌疑人常常因为在犯罪现场掉落的一根头发而被追踪锁定。另外，亲子关系也可以通过头发来确认。事实上，一根头发蕴含着大量信息。
由于DNA分子链的序列因人而异，就像指纹一样，它可用于识别个人身份。成为化石状态的体细胞组成了毛根，在这里也含有DNA。通过提取分析DNA，我们不仅可以推测出头发主人的性别、年龄、身高和外貌特征，甚至还能判断这个人可能罹患的疾病。早期的技术只能分离出线粒体DNA，但如今人类已经开发出能够分离出核DNA或基因组DNA的技术，使得从头发中提取有用DNA变得更加容易。
我们服用特定药物后，其成分会通过毛细血管被吸收到发根中。 由于角质化的药物会随着从发根生长的头发一起移动，因此，通过检测头发的长度，就可以检测出药物使用的情况和时间。此外，还有一种叫做毛发矿物质分析（HTMA，Hair Tissue Mineral Analysis）的检测方法，它通过分析头发中约30种矿物质和8种重金属的含量，对体内营养过剩、营养缺乏和营养失衡进行评估，提出改善健康的建议。
我们即使不进行精密检测，仅凭肉眼观察头发，也能大致判断身体健康状况。头发与血液密切相关，因为它是从头皮中流动的血液中吸收营养后生长出来的。对于直立行走的人类来说，向大脑输送血液比其他动物更加困难。因此，患有贫血的人有时会出现脱发现象，正是由于供应头发的营养不足所致。
头发在同一个位置终生不断生长，既保护着我们的头皮，又承载着丰富的信息。 这根细细的发丝中所蕴含的力量与信息量，实在是超乎我们的想象。
“那杀身体不能杀灵魂的，不要怕他们；惟有能把身体和灵魂都灭在地狱里的，正要怕他。两个麻雀不是卖一分银子吗？若是你们的父不许，一个也不能掉在地上。就是你们的头发也都被数过了。所以，不要惧怕。你们比许多麻雀还贵重。” 太10章28-31节
- 参考
- Park Cheol-won.《脱发、生发、头发细胞》.韩国：Book Lab，2013.
- 库尔特·斯坦恩（Kurt Stenn）著，刘新译.头发——一部趣味人类史. 中国：广西师范大学出版社，2017.
- Lee Hwa-yeong.《就连长发公主都不知道的头发秘密》.Kids Donga Science，2011年第5号.