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第22章 对人类未来的预测(2)

自1969年7月20日美国阿姆斯特朗成功地登上月球并留下人类的第一双足迹起,人类就产生了一个梦想——到月球上去生活!此时对人类来说,月球已不再是孩提时候神话中神秘的月亮公公,不再是我们可望不可及的梦想或幻境了。美国前总统肯尼迪曾宣布了一项在2019年实现“阿波罗”计划重返月球并征服月球为第二个“地球”的宏伟目标。一些有卓识的实业家也提出到2030年在月球创办月球饭店的发展构想。如果上述计划届时实现,那么去月球旅行,或在月球上居住生活也就不会是幻想了。

月球地表温差很大,在没有太阳照射的地方终年都是黑夜,向阳背阳两面有的地方温差甚至达到几百度以上。所以,人类如果要在月球上居住,必须在建筑居民区时找到一个比较接近地球生存环境,温差较小适合人类生存的理想地带。于是,人们就在月球的地轴两极纬度5度的地方,找到了一片气温基本稳定在零度左右,又处在不完全黑暗的地方,认为应该是人类比较理想的选择地点。考虑到月球温度的急骤变化及宇宙间其它危害物的袭击,科学家们认为最好开掘月球表面一米以下的熔岩隧道作为居住点较为适宜。这样不仅在工程上比较简单,而且还可以把外界各种不利因索限制在最小范围内。

在月球上生活和在地球上生活最大的一个差别就是引力问题,因为月球引力仅有地球的六分之一,如果要把月球引力变得与地球相类似,再现地球一样的自然环境,就必须建造一个大半圆形状的球形建筑,以保证空间里的气压和引力,并且具有防止宇宙辐射等有害物的功能。

月球上的居住屋(这里指以月表面为居住条件),内部装饰和设备与地球上的几乎没有什么差别,室温控制在18~25度左右,如在地球上的春天一样。只是整个房间里找不到一扇窗户,四面都是坚硬的墙壁,墙壁上挂有大型平板彩色荧光屏,从屏幕上就可以尽情地观察到整个居民区以及宇宙间的万千景色,犹如身临其境般地生活在宇宙中一样。

人们将会利用月球上的某些物质来提取氧气,也可以利用燃料电池进行化学反应生产一定的氧,使之产生一种人为的生态循环能力,形成一种自给自足的生态环境。由于月球上没有植物进行光合作用,空气中含有浓度极高的二氧化碳,这样也可以把二氧化碳通过离子交换膜浓缩为再生洁净的空气,然后在固体电解装置中分离出氧气,供人需用。

生命离不开水。根据近几年的探测研究,在月球表面常年没有阳光照射的地方,发现了类似冰一样的固体透明物。目前正在研究是不是冰块,如果是则给人类减少了一个最大的问题,如果不是,只能通过化学的方式来制造水。另外,对人体排泄物及其他废物,可以采用在高压容器中高温“燃烧”的方式进行处理,同时可以得到氨、硝酸、噒、钙等副产品,作为化肥使用。

随着美国宇航局征服月球计划的出台,相信经过不懈努力,用不了多久,我们人类就会征服月球,并使之成为我们生存的第二个家园。

人类与克隆技术

克隆技术是什么

克隆是英语单词clone的音译,clone源于希腊文klon,原意是指幼苗或嫩枝以无性繁殖或者营养繁殖的方式培育植物。随着时间的推移,克隆的内涵已经扩大了,只要是由1个细胞获得2个以上的细胞、细胞群或生物体,由一个亲本序列产生的DNA序列,就是克隆;由此分化所得到的细胞、生物体就是克隆细胞、克隆体。克隆细胞与母体细胞的基因是完全相同的。

现在,克隆技术已经历了三个发展时期:第一个时期是微生物克隆,即由一个细菌复制出成千上万个和它一模一样的细菌而变成一个细菌群;第二个时期是生物技术克隆,如DNA克隆;第三个时期就是动物克隆,即由一个细胞克隆成一个动物。

1997年2月,英国科学家成功地应用克隆技术培育出了绵羊“多利”,这在世界上尚属首次。

罗斯林研究所——多利诞生的“摇篮”

位于苏格兰爱丁堡的罗斯林研究所,可说是多利诞生的“摇篮”。那么,这家研究所是专门研究克隆的吗?它以前是干什么的?它从什么时候开始从事克隆方面研究的?

其实,罗斯林研究所是从1993年才开始投入研究工作的。它的前身是动物繁殖研究所,它是在第二次世界大战期间,由于一个既简单又紧迫的原因而建立起来的:当时,德国的潜艇阻止了所有的船只抵达英国,英国人面临着饥饿的威胁,为了解决广大民众的粮食问题,于是,英国有关部门建立了这么一个研究所。它在当时的主要任务是利用新兴的基因技术,解决在本国生产食品的问题,毕竟“民以食为天”嘛!

罗斯林研究所分子生物学家约翰·克拉克博士说:“人们如今感觉到的是为治疗艾滋病和癌症所进行研究的压力,而在40年代,这里面临的是生产食物的压力。”这一研究所在当时取得了丰硕的研究成果。到了60年代末,英国的农业生产水平已经赶上了世界上最先进的国家,食品问题已不再是该研究所的主要任务了,因此,动物繁殖研究必须“转岗”,必须找寻新的研究课题。经过酝酿和讨论,研究人员决定将它改为分子生物和生物技术研究中心,即如今的罗斯林研究所。

罗斯林研究所是由政府提供研究资金的一个机构。研究所里的科学家都由政府发放工资,因此,不论他们培育出的多利被证明有多少价值,研究所里的研究人员谁也不会因此而变成百万富翁,因为它的专利权并不属于他们个人所有。

从某种角度讲,罗斯林研究所应该归罗斯林药物蛋白质有限公司所有,因为这家公司向罗斯林研究所提供研究经费。不过,药物蛋白质有限公司经营状况的好坏对罗斯林研究所的工作人员几乎没有任何影响。由此,我们可以看到,在20世纪行将结束的今天,基础科学的研究和目标往往受到商业领域的需求和目标驱使,两者是相互交织在一起相辅相成的。

有性繁殖与无性繁殖谁更优

生物界中存在着无性繁殖和有性繁殖。从生物进化的角度来讲,有性繁殖比无性繁殖更进了一步。

其实我们知道,在藻类等低等生物中,就已经出现了有性繁殖,在真菌中,有性繁殖更是常见。有一对雌雄亲本对生物体来说之所以有利,这是因为卵子往往在体积上要大于精子,它的内部已经贮存着不少的养料,因而,当卵子与精子结合成受精卵以后,也就可获得胚胎发育所需要的能量了。让我们想象一下鸡蛋吧,它就是母鸡的卵子,它所包含的养料即是小鸡胚胎发育所必需的。

更重要的是,有性繁殖比无性繁殖的优越性在于,通过卵子和精子两个不同细胞的结合而产生的受精卵,不可能是完全相同的,它和卵子、精子这两个亲代也不会是完全相同的,这种情形犹如我们常说的“世界上不存在两片完全相同的树叶”。

有些受精卵会同时获得两个亲代的遗传特性,因而具有更强的生命力。而无性繁殖新生的有机体,严格地相似于它的亲代,因此其生命力就不会增强。由此可见,自藻类开始我们看到了“性”的进化。

那么科学家为什么还要花大力气研究动物的无性繁殖呢?

科学家研究高等动物的无性繁殖,其目的是为了更好地利用动物的无性繁殖来为人类服务。由于通过无性繁殖而获得的生物能够不折不扣地保留它的亲代所具有的生物特性,即克隆动物可以完全拷贝它的母体的遗传特征,因此,人类便可以充分利用这一特性,培育所需要的动物。

举例来说,当生物学家通过某些复杂的基因工程,如转基因技术等,终于使某种动物具备了其他同类动物不曾拥有的对人类有用的生物特性时,为了保留这种特性,我们就必须让它进行无性繁殖,因为由无性繁殖产生的后代,从理论上说可以永远保留这种特性,而通过有性繁殖则会出现各种各样的变异和退化。这就是科学家研究高等动物无性繁殖的主要目的之一。

什么是DNA结构

为了窥视DNA的结构,英国物理学家阿斯特伯里首先起用X射线衍射法来测定DNA结构。1940年,他拍摄了一些DNA的X射线衍射照片,这些照片虽然质量不高,但是仍旧能够证实他关于DNA是由一叠扁平核苷酸构成的推断。

50年代初,一些专门从事生物学分子晶体结构分析的科学家,被称为是“结构学派”。他们中的一些人继承了阿斯特伯里开创的工作,成立了三个研究小组。

第一组的研究没有什么结果。

第二组由新西兰出生的英国科学家威尔金斯领导,他的小组制成了高度定向的DNA纤维,因此拍摄的X射线衍射照片非常清晰。

在第三研究组工作的有美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。沃森和克里克的合作,不但是两个国家科学工作者的合作,而且是生物学和物理学两门学科的合作。

这两位科学家都读过薛定谔的《生命是什么》这本书。因此在研究DNA结构的过程中,曾经设想过几种可能的模型,但是缺少好照片做实验根据。1953年2月,他们看到威尔金斯小组的照片以后,立刻开始进行研究,不到几个星期就从分析照片中发现了DNA分子的双螺旋结构。他们的主要结论是:DNA分子结构是一个正常的螺旋形式。这个螺旋的直径大约是2纳米,沿着螺旋长度每34纳米完成一个螺距;由于两个核苷酸间距是034纳米,所以每个螺距是由10个核苷酸组成的。根据DNA分子的密度推论,这个螺旋由两条核苷酸链构成,是一个双螺旋,并且推导出四种核苷酸在双螺旋中的碱基配对的原则,就是胞嘧啶(c)总是和鸟嘌呤(G)配对;胸腺嘧啶(T)总是和腺嘌呤(A)配对。

沃森和克里克把他们的研究结果和威尔金斯小组提供的X射线衍射照片,一起发表在1953年4月号的英国《自然》杂志上。由于这个成就,沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了1962年的诺贝尔医学或生理学奖。

第一头绵羊的复制品——多利

克隆生物体、复制生命,除了生物繁殖理论,最重要的依据就是生物遗传理论了。我们可以对多利绵羊提出许许多多个“为什么”,其中最主要的一个问题就是:为什么多利是第一头绵羊的复制品,而并不是第二头或者第三头绵羊的复制品?

原来,这是因为多利虽然由第二头绵羊提供了一只卵子,但是这只卵子却被摘去了细胞核,它就像是一只被捞去了蛋黄,只剩下蛋清的鸡蛋。

我们已经知道,生物的遗传基因就在细胞核内,没有了遗传基因的卵子,当然不可能成为多利的母体喽!而第三头绵羊,它只是提供了一个子宫,成为外来卵子的一张温床。虽然它尽了一个“母亲”的职责,但充其量只是一个“代理母亲”。

在培育多利的过程中,由于在第一头芬兰多塞特母绵羊的一只体细胞——乳腺细胞的细胞核内,藏有母绵羊的全部DNA遗传密码,因此,这样培育出来的多利,便继承了第一头绵羊的全部遗传特征。这就是说,在多利身上,继承了芬兰多塞特母绵羊的全部遗传特征,而与第二、第三头母羊的遗传特征无关,因为在多利身上没有这两头母绵羊所提供的细胞核,这样也就没有它们的遗传特征了。

尽管第二、第三头母羊在多利的诞生过程中也作出了很大的贡献,甚至可以说比第一头母绵羊作出的贡献更大,尤其是第三头母羊经历了148天的怀孕过程,在此期间它还受到了特殊护理,经常接受包括超声波扫描等多种先进的医学手段的检测,最后终于产下了体重为66千克的小羊羔多利。

以现有的遗传理论来评判,多利的确不是第二、第三头绵羊的复制品,而只能是第一头绵羊的复制品。

克隆转基因动物与人类

无性繁殖哺乳动物的成功必将鼓励人们多多生产转基因动物,这些转基因动物的器官可被移植到人体内,这样就解决了长期以来移植器官短缺这一难题。

创造了多利的苏格兰科学家们在1997年12月19日的美国《科学》杂志上撰文说,他们又成功地克隆出了两头含有人体基因的绵羊“莫利”和“波利”。

与它们的同胞“多利”不同的是,“莫利”和“波利”是利用取自绵羊胎儿的单个细胞培育成功的,而“多利”则是利用成年细胞培育出来的;更重要的是,“莫利”和“波利”由于含有人体基因,因而它们将来分泌的奶里就含有治疗某种疾病的药物,比如用于治疗血友病的蛋白质因子9(FactorⅨ)。

参与这项研究工作的阿兰·科尔曼说,他们今后的目标是要找到一种能够对哺乳动物随意加进或去掉某些基因的新方法。

“莫利”和“波利”是1997年7月诞生的,再过几个月就能够知道加进的制造药物的基因是否起作用。这以前,科学家们虽然可将人类的DNA植入细胞,但在动物细胞生存期间,只能提取约5%的人类蛋白,而在转基因羊中则可提取25%~50%。他们已经对50多头羊实施了转基因工程,产生了四代带有人体基因的羊群。下一步,他们希望有可能复制它们,从而创造出能够直接生产出所需的人类蛋白的新动物群。爱丁堡的药物蛋白质有限公司希望这一研究成果能够直接用于商业生产,他们计划建造一个人类胰蛋白酶抗体提取工厂,并克隆出400头奶羊,从中大量提取人类胰蛋白酶抗体,以用于治疗囊状纤维、特异皮炎、肺气肿等疾病。

1997年5月20日罗斯林研究所首次为多利剪下了羊毛,这些羊毛拍卖所得的钱将用于遗传疾病的研究。据介绍,与其他绵羊相比,多利所产的羊毛较多,足够织一顶帽子、一件工作服和一副手套。罗斯林研究所认为,多利有助于人们对基因工作机理的研究,对治疗遗传疾病将提供参考;另外,利用克隆技术还可以生产一些珍贵的生物药物,为治疗遗传疾病提供新手段,这就是拍卖多利的羊毛用于研究遗传疾病的原因。

由此可见,转基因动物将是人类未来的好伙伴,它们将给人类带来健康的身体和多样的药物。

人类能利用克隆技术做什么

克隆技术是生物技术领域中的一大“富矿”,科学家可以从中发掘出许许多多以往人们根本无法想象的“宝贝”。

在园艺业和畜牧业中,克隆技术是选育遗传性质稳定的优质果树和良种家畜的理想手段。

有了克隆技术,保持优良品种的水果就变得十分简单:只要对遗传性质稳定的优质果树进行克隆,那么,由此生产的水果便与上一代一样,基本不会退化,这时,“保证质量”将不再是一句空话了。