书城童书我的第一本生物探索发现全纪录
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第26章 生物科学猜想(6)

米勒认为要了解最初生物是如何出现的,关键在于弄明白一段RNA或DNA是怎样形成的。因为长久以来有这样一种说法,第一个生物只由RNA组成。但是,要在实验室模拟原始地球条件获得构成RNA或DNA的基本成分——核苷酸非常困难。因为这类化合物的产生需要很低的温度,合成氨基酸等有机物需要的是原始“热汤”,而合成核苷酸需要的是原始“冷汤”。

还有一种说法,认为是火山孕育了生命,原始地球火山活动频繁。美国霍普金斯大学的地质古生物学家斯坦利于20世纪80年代中期提出,在太古代存在深海火山,它的地质条件类似于现代深海洋中脊,生命化学合成的一系列反应就在那里发生,有机分子在那里形成,最后原始生命就在那里诞生。上个世纪90年代,美国《华盛顿邮报》报道,加利福尼亚大学洛杉矶分校的分子生物学家詹姆·莱克在大洋底火山附近找到了在黄石公园热泉里生存的嗜硫细菌,为海底火山生命起源的理论提供了证据。

第三种说法是天外起源说。20世纪90年代,美国国家航空航天局的凯文·扎乎勒和戴德·吉林斯扑提出,白垩纪——第三纪界线附近地层的有机尘埃是由于一颗或几颗彗星掠过地球时留下的氨基酸形成的。另外,落到地面的流星体也为研究太阳系的起源和演化、生命起源提供了宝贵的线索。

第四种说法认为生命起源于黏土矿物晶体。黏土矿物是一种微小的晶体。很早以前,就有科学家提出,黏土这种地球上最常见的物质是最初的生命物质。科学家们发现,黏土矿物晶体具有生命系统的某些关键特征。

关于生命的起源问题是生物科学中一项很重要的研究课题。多年来,科学家们努力搜集证据为证明自己的观点学说而不断研究探索。

以上的观点都有一定的道理,但是哪一种才是事实,我们实在不能得出定论。但随着科技的高速发展,证据的不断完善,人们不懈的探索,终有一天,生命起源的秘密将会大白天下。

未来人类能活多少岁

在人类进化发展的历史中,随着人类环境卫生的改善、公共卫生质量的提高,人的寿命也在不断延长。在约四千年前的青铜器时期,人的平均寿命只有18岁。从青铜器时代到公元1900年的4800年间,人类的寿命估计约增加了27年。从公元1900年到1990年短短90年间,增加的幅度至少也有这么多。于是,人们不仅会对这样一个问题给予关心和注意——人类寿命的极限到底是多少?

科学家们也一直在寻找这个问题的答案。科学家们曾认为,可能还需要100年,人类的寿命才能延长一倍。但多项研究成果已使科学家们相信,这一时间将大幅缩短。也许50年内,人类的平均寿命就可达到150岁。

长期从事人体衰老机制研究的美国南加利福尼亚大学生物医学家瓦尔特·隆哥教授发现,经过基因“修改”的酵母菌,寿命延长了6倍!这项试验创造了延长生物生命的最高纪录。相关研究成果刊登在世界著名学术期刊《细胞》杂志上。

科学家们已开始在老鼠身上进行此类试验。试验鼠在经过基因修改后,寿命明显延长。如果把这项试验移至在人类身上,按人类的平均寿命70岁来算,一旦试验成功便可将生命延长6倍,人类就可以活到400多岁!

现在已经发现了细胞的染色体顶端有一种叫做端粒酶的物质。细胞每分裂一次,端粒就缩短一点,当端粒最后短到无法再缩短时,细胞的寿命也就到头了。如果对端粒酶来个“时序倒转”,细胞不就长生不灭了吗?已经取得的成果有:使用纳米技术,老鼠的脑细胞寿命被延长了3~4倍;使用转基因技术,使血管内皮细胞的分裂次数从65次增加到200次以上,突破了“海弗里克极限”(即细胞分裂次数极限为40~60次)。

正常人到底能活多少年?不同的学者从不同的视角考察,采用不同的方法所推算出来的年限是不同的。细胞分裂次数与分裂周期测算法认为,人类寿命是其细胞分裂次数与分裂周期的乘积。自胚胎期开始细胞分裂50次以上,分裂周期平均为2.4年,从而推算出人类最高寿命至少是120岁。性成熟期测算法推算,人类的最高自然寿命应是112—150岁。生长期测算法推算,人类的自然寿命为100~175岁。怀孕期测算法推算,人的自然寿命最高可达167岁。可见,无论用以上哪种方法推算,人类正常的自然寿命都应该在100岁以上。

人的寿命主要受内外两大因素影响。内因是遗传,外因是环境和生活习惯。遗传对寿命的影响,在长寿者身上体现得较突出。一般来说,父母寿命高的,其子女寿命也长。德国科学家用15年的时间,调查了576名百岁老人,结果发现他们的父母死亡时的平均年龄比一般人多9~10岁。美国科学家发现,大多数百岁老寿星的基因,特别是“4号染色体”有相似之处。于是研究人员希望能够开发出相应的药物帮助人类益寿延年。

外因对人的寿命的影响也不可忽视。许多研究表明,长寿关键还在于个人科学的行为方式和良好的自然环境、社会环境。完全按照健康生活方式生活,可以比一般人多活10年,即活到85岁以上。

乐观的技术主义者认为,通过现代科学技术来延长细胞生命是完全可行的。但冷静的保守人士认为,人的生命不是简单的细胞分裂、衰老和长寿是多基因、多层面和多途径的复合原因一起作用的结果。而且人体非常复杂,很难保证用基因改变了这里而另一个地方还能如我们所愿在运转。另外,我们生活的环境大系统更是在人力控制之外。

所以,人类想给未来自身的寿命定一个界限,似乎还是不可能,也不会准确的。因为影响寿命的因素实在很多,而在未来,这些因素究竟会有什么样的变化,人类也很难准确预测。

对于人类未来到底能活多少岁,目前还没有定论。但可以肯定的是,人类已经朝着延年益寿的方向努力,人类的寿命一定会越来越长。

地球可能是外星生命之源

一直以来,人们对外星上是否存在生物一直抱有怀疑和猜想。人们经过自己的幻想写成了科幻小说,拍成了科幻电影,里面的外星人的外形是人们想象出来的,对于它们的起源,人们也大都认为是起源于它们自己的星球。然而,加拿大天文学家们又提出异议,他们认为,如果地球以外的行星上真有生命存在,那么这些行星上的生命也有可能来源于地球,是地球的陨石将生命的种子带到了这些行星上。

据《自然》杂志刊文称,加拿大英属哥伦比亚大学的研究人员通过精确计算得出结论,大型天体与地球相撞后产生的碎片也有飞越至太阳系外缘的可能性。尽管这种可能性较小,但它存在。如果这些碎片中有夹杂着一些微生物,那么其中的一部分微生物在经历了碰撞和长期的太空飞行后还能够活下来。

其他天文学家们认为,加拿大科学家们提出的地外生命源于地球的这一设想可以看做是“反向胚胎论”。因为传统的胚胎论认为,地球生命来自于外星。不久前的一次“太空坠毁”事件就表明,哪怕是较为复杂的生命在经历这样的太空灾难后也能保存完好。在大气中烧毁的航天飞机所携带的一个密封舱里的蠕虫就不但活着到达了地球,而且还没有丧失繁衍后代的能力。

科学家们表示,最近五百万年以来,就约有一百块来自地球的碎片抵达木星的卫星木卫二,还有约三十块碎片落向土星的卫星土卫六。木卫二和土卫六都是天文学界认识较早的“类行星卫星”,除拥有自己的大气层外,木卫二上还有大量氧成分的存在。此外,还有一些行星的卫星也许也能够给生命存在提供很必要的场所,如土星的第二颗卫星土卫二。就在不久前,科学家们还称他们在土卫二上发现液态水存在的迹象。

与此同时,美国宇航局研究中心还进行了一项检验大碰撞后原始微生物是否可以逃脱厄运的实验。他们发射出一颗速度为每秒5000米的小球去碰撞盛有微生物的板子来模拟陨石撞击天体过程。此后,科学家们对四处飞溅的撞击碎片进行分析后发现,这样的大规模撞击发生后微生物的存活率可以达到万分之一。

这种种发现和试验的结果,都有力地支撑外星生物来自地球的这一说法。但事实究竟是不是这样呢?目前人们还无从得知。

虽然外星生物来自地球这个观点只是科学家们的一个猜想,但也不能排除它就是事实的可能性。这个未解之谜还有待人们进一步去求解。

基因工程将为农业领域创造奇迹

基因工程是人类一项伟大的工程,随着基因技术的进一步发展和应用,基因工程将会在各个领域为人类造福,创造更巨大的财富。

基因工程在农业领域的应用,将会使未来的农业突飞猛进地发展,创造出飞跃性的奇迹。

首先,对不同生物的基因,人们可以根据自己的意愿,在体外进行切割、拼接和重新组合,再转入生物体内,就可以产生出人们所期望的产物,或创造出只有新的遗传特征的生物类型,或达到人们所期望的某种目标。例如,我们要获得一种抗虫的农作物,就要先分离到一段基因,这个基因编码有某种专门杀虫的毒蛋白,然后将这个基因放在一个载体上,通过载体将这段基因转到农作物植株细胞的DNA上去。这样,在这些转入基因的农作物细胞中就能产生这种杀虫的蛋白,虫子一吃就会被杀死。这种能杀虫的特性可以随着DNA的复制而传给后代,因此,这种良好的特性就被固定下来了。这就是整个基因工程的操作过程。

科学家们在很久以前就梦想使农作物自身具备抗虫害能力。基因工程在农药领域的应用,终于使这一梦想不再遥远。这一产业的典型代表是美国孟山都公司,该公司几年前就分离出抗虫害基因并成功地将其植入农作物体内。20世纪末该公司试种含有抗虫基因的土豆的面积已达1800公顷,还在美国南部播种200万亩的抗虫害基因棉花。美国另几家公司也向农户提供了可播种50万亩的抗虫害基因的玉米种子。

利用基因,人们还可以改良果蔬品种,提高农作物的品质和多样性。更多的转基因植物和动物、食品将问世,人类可能在新世纪里培育出超级作物。美国、加拿大等国利用转基因技术制造的基因食品已陆续登陆各国市场。

在基因作物产业的带动下,基因动物产业的发展步伐也加快了许多。世界上第一头克隆羊“多莉”死了,但更多的“克隆动物”将会面世。基因技术的出现,彻底改变了传统生物科学技术的被动状态,使得我们可以克服物种之间的遗传屏障,按照人们的愿望,定向培养或创造出自然界所没有的新的生命形态,以满足人们的要求。例如蛋白质工程,包括通过基因工程技术了解蛋白质的DNA编码序列、蛋白质的分离纯化、蛋白质的序列分析和结构功能分析、蛋白质结晶和蛋白质的力学分析、计算机辅助设计突变区、对蛋白质的DNA进行突变改造等诸多过程。它不仅为改造蛋白质的结构和功能找到了新的途径,大大推动了蛋白质和酶学研究的发展,也为蛋白质(包括酶)的实用化开拓出美好的前景。

基因技术能给农业带来如此美好的前景,实在令人期待。

我们不得不感叹基因工程已经给人们带来的贡献,我们也相信它将会给人们创造更大的奇迹。我国是农业生产大国,基因工程对农业的推动将会给我国带来经济的腾飞和无限的发展前景。

创造“生物材料”新时代

纳米技术和基因工程都是当今社会的热点话题,目前它们在生活中各个领域的应用和效果也是有目共睹的。在未来,它们还将具备更广阔的拓展前景。例如,基因技术与纳米技术的结合将给人类带来“生物材料”的新时代。

纳米技术,泛指一切应用尺度在十亿分之一米范围内的技术。可以想象,纳米尺度上的制造业可以把我们现在的、几乎一切不同生产部门的生产过程简化为单一的、改变原先排序的过程。常见病毒的尺度是10~50纳米,常见微生物的尺度是300~1000纳米,典型原子的直径约为01纳米,而电子与原子核之间的典型距离约为005纳米。因此使用纳米技术可以一个细胞一个细胞地生产新型生物材料(如杜邦公司生产的GT3,即“第三代纺织品”),也可以逐个地医治生物体内有病的细胞,以纳米材料制造的生物芯片的速度在原则上是硅片速度的10000倍。在纳米尺度上,有机与无机的差异正在消失,生命体与无生命体的差异正在消失,甚至连“时间”与“空间”、“物质”与“非物质”的区分也成了问题。

基因工程和纳米技术的结合可以使人类制造一种特别的蛋白质,它能抵抗感染或发育缺陷;还可以大规模生产各种抗体用来对付癌症;抗老化和控制肥胖;还可以培植能在几年内而不是几十年内长成的树木,满足木材需求;建造用于生产工业塑料的生态工厂取代整个石油化工产业;以昆虫类和动物来生产最结实的纤维和最坚硬的合成品;制造比当今最快的速度还快几千倍的生物蛋白质计算机,进行皮肤、血液、骨骼以及人类主要细胞的合成;建造在受到损坏时有自动修复能力的新型包装及造型材料;创造具有人类肌肉的伸缩功能的生物合成材料用来取代体力劳动;生产自动吸收和清洁污迹的材料;还能创造出可以根据环境自动变形的合成材料,广泛用于工业、消费、医疗保健、无污染和几乎免费的生物能源的使用;此外,还能用来获取和保存太阳能的生物涂料,在人体内巡回视察寻找并纠正老化细胞的“智能鼠”,等等。可见,这种生物材料将会给人类带来巨大的实惠。可以说,在日常生活中,基因产业和纳米技术几乎无孔不入,在军事、采矿、环保等各个领域,都已闪烁出光芒。我们有理由相信,二者的结合必将改变整个人类乃至所有地球生物的生存环境甚至历史进程。

关于生命科学的研究不仅仅可以带来生命科学的腾飞,更可以带动其他领域的发展。未来将会出现更多的科学领域的交叉和联合,必定会给这个世界带来更大的、更不可思议的财富。