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第17章 生物科学发现(7)

DNA一般只存在细胞核中,而RNA除了细胞核,还分布在细胞质中。后来,它们被证明为携带遗传秘密的基因物质,这些基因物质内贮存了生命的所有密码。一旦开启基因一这个永恒的生命密码箱,那么,生命的全部奥秘都将尽显无遗,而生命的归宿也必将命中注定。这是一位名叫道金斯的美国科学家的观点,他坚定不移地认为,生命在本质上应该被视作是基因的载体。

如今,DNA已经从一个新兴词语变成了一个家喻户晓的词语。人们已经认识了这个微观世界里的重要成员,但人类对生命的探索永远不会停止,对DNA研究的步伐也不会停歇。

细胞工程

生物技术发展到今天,细胞成了科学家们随意发挥想象力的乐园,他们甚至可以把生命像积木那样组装起来,进行细胞水平上的生命组合游戏。生命组合的一个最具代表性的游戏是美国耶鲁大学教授克莱白特·L·马格特和罗伯特·M·彼德斯的杰作。他们在黑毛鼠、白毛鼠、黄毛鼠的受精卵分裂成8个细胞时用特制的吸管把8个细胞胚吸出输卵管,然后用一种酶将包裹在各个胚胎上的粘液溶解,再把这三种鼠的8个细胞胚放在同一溶液中使之组装成一个具有24个细胞的“组装胚”。马格特和彼德斯把“组装胚”移植到一只老鼠的子宫内,不久,一只奇怪的组装鼠问世了,这只组装鼠全身披着黄、白、黑三种不同颜色的皮毛。迄今为止,除组装鼠外,英国和美国还组装成功了绵羊和山羊的嵌合体——绵山羊。据说,世界各国科研人员热情高涨,正在组装“五位一体”、“六位一体”的生物,实在想象不出那样的生物会是什么样子。

科学家们利用细胞工程在细胞上面做文章已经取得了不少实验成果。那么,到底什么叫细胞工程呢?细胞工程对人类来说有什么意义呢?

细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作,即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法,快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的技术。细胞工程有它自身的优势,它可以避免分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞,因而能够提高基因的转移效率。此外,细胞工程不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间进行杂交,甚至可以在动物与植物与微生物之间进行融合,形成前所未有的杂交物种。

说到细胞工程就不得不提到“单克隆抗体”,这是细胞工程为人类服务的一个典型的例子。人们之所以对癌症无限恐惧是因为癌细胞能够无限地生长,甚至可以在病人身上长到几十千克。如果不切除,它还会继续长下去,直到癌细胞将正常的组织所需的养分全部掠夺从而把病人折磨至死。但是,当癌细胞离开人体后,细胞工程却可以使这一特性能够变害为益。

现代免疫学早已查明,一种抗体是由一种B淋巴细胞产生的,人体内约有一亿种不同的B淋巴细胞,可产生一亿种不同的抗体。依据这种事实,20世纪70年代,著名免疫学家米尔斯坦和同事勒尔在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把B淋巴细胞和能无限生长的骨髓细胞合并成一个杂交瘤细胞。杂交瘤细胞因而具备了双重特性:既能无限生长,又能产生B淋巴细胞的抗体。当杂交瘤细胞注射进老鼠的腹腔后,它就能产生一种特异性抗体——单克隆抗体。

单克隆抗体的应用对人类十分有益,被人们誉为对付癌症的“生物导弹”。如采用抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或毒素相结合,注入体内同癌细胞结合,能在原位杀死癌细胞,而对其他正常细胞则毫无损伤,因此,单克隆抗体还被喻为“抗癌明星”。单克隆抗体本身也可以起到治疗作用,比如,注射乙肝病毒的单克隆抗体可以达到预防乙肝的目的。

人们在研究细胞的基础上又在细胞上面做文章,以图利用生命本身的某些特点造福生命本身。细胞工程就是这样一项工程,在不远的未来,它给人类带来的福利一定会越来越多,越来越明显。

细胞工程是一项创举,目前它已经在为人类服务着,而在不远的将来,它对人类的贡献、创造的财富将不仅于此。

索尔克制服小儿麻痹症

小儿麻痹症的学名是脊髓灰质炎,是儿童瘟疫中传染最快、最令人惶惶不安的疾病。在20世纪50年代以前,脊髓灰质炎肆虐人类,使幼儿的肢体干枯,使患病儿童依靠人工呼吸器才能生存,使襁褓之中的婴儿死于非命,人们对这种可怕的疾病强烈恐惧,因为人们找不到任何办法不受这种传染力极强的疾病的危害。直到新的免疫药剂的问世,横行半世纪的痼疾才得以灭除。

20世纪50年代中期,一种新的免疫药剂大规模现场试验的结果表明:索尔克的疫苗在预防脊髓灰质炎上安全而卓有成效,从此索尔克医生便成了家喻户晓的英雄,他挽救了无数儿童的生命。

50年代的脊髓灰质炎发病率正处于巅峰,在美国有58万起病例,欧洲和亚洲也有相近的发病率。整个夏天,纽约的一家报纸在头版的花边文字栏,刊载每天的脊髓灰质炎患者统计数字。各地的父母们警告孩子不要到游泳池和公共喷泉去,睡觉关紧窗户以防这种病从窗台爬进来,可见人们对小儿麻痹症的恐惧程度。被病痛折磨的无数儿童、社会上一片紧张惨淡的景象深深地震撼了索尔克的心灵。于是索尔克决心一定要研制出有效的疫苗,使人类逃过这场可怕的灾难。

在30年代的实验中,接受疫苗者中发生几起死亡事件,活菌脊髓灰质炎疫苗的危险性已广为人知。然而大多数的脊髓灰质炎研究者,仍寄希望于能够培植出一种弱化过的但仍然存活的病毒。索尔克所研究的疫苗的工作原理也同一般的免疫原理相同:疫苗由一个存活的病毒构成,它被注射进健康的人体,引发一次轻微的此种疾病,调集人体的自然抵抗能力,从而产生免疫。然而这种方法的安全性还是不能令人满意,索尔克经过思索和研究决定尝试灭过菌的疫苗的可能性。

经过工作人员注射试验后,索尔克于20世纪50年代初开始公开实验。索尔克的潜心研究得到了回报,他终于制成一种灭过菌的脊髓灰质炎疫苗,它能在实验动物身上引起免疫而不引发任何病症。

50年代中期索尔克领取了索尔克氏疫苗的使用执照,平息了小儿麻痹症带来的恐慌,使无数的儿童免于疾病和死亡。全球几百万的孩子排队等候注射他的疫苗。紧接着不到10年的时间里,索尔克的对手阿尔贝特·萨宾引入了一种安全的活菌疫苗,取代了前者。小儿麻痹症终于有了克星。

就这样,人类一步一步抗击着小儿麻痹症,并致力于把它从世界上驱除,人类在对抗疾病的道路上不断前进着。

解剖学研究的历程

在哈维发现血液循环的激励下,解剖学的研究在17世纪下半期取得重要进展。18世纪继续保持势头,许多解剖学专著问世。黑尔斯在18世纪20年代后期撰著时正确地指出“在不到一个世纪的时间里,对动物机构那惊人优美的结构和本质已做出了一些十分重大而又有用的发现。”

首先是贝隆在16世纪已经初步开创了比较解剖学研究,他在《鸟的历史》中,用两页纸绘印了一具鸟骨骼和一具人骨骼的图,用相同参照字母标记这两具骨骼的相应的骨。以解剖学家著称的帕多瓦学派也对比较解剖学做出了一些早期的贡献。

解剖学家佩特吕斯·卡姆佩研究了无尾猿的生活史和解剖学,尤其注意那些与人相似的无尾猿,比较了人和它们的结构。他从这些研究得出结论:就猩猩不能直立行走,不能说话而言,猩猩和人之间有巨大的鸿沟。卡姆佩对比较解剖学的其他贡献,包括他对鱼、鲸和爬行动物的研究,尤其注意它们听觉器官的结构,以及他对鸟骨结构的研究。在后一项研究上,他首次表明,鸟骨中包含的空气有助于它们飞翔。

从事比较解剖学研究的约翰·亨特对动物的比较研究有着浓厚兴趣,解剖了大约500种不同动物,积累了丰富的标本收藏,这些标本用来展示动物各种器官的生物学意义。

解剖学家彼得·西蒙·帕拉斯在他最重要的著作《哺乳动物的新的啮齿动物种》中详细说明了他在俄国和西伯利亚发现的许多啮齿动物新种的解剖学和形态学。帕拉斯直接进行比较研究不多,但是,他对一整套脊椎动物各个种类的解剖结构的详细描述,却对一门健全的比较解剖学的奠基做出了极其宝贵的贡献。

还有一位以比较解剖学研究享誉的医生是维克·达齐尔。在解剖学研究中,他高度重视适当强调动物各部分间的相互联系,而不是孤立地分别研究它们,以及适当强调对动物各部分作比较研究,而不是单一地研究。他最重要的研究是关于脑,在已发表的结论中,他对脑做了到那时为止最详尽、最可靠的论述。他计划撰著一部巨著《解剖学和生理学论》,但到他死去的那一年(1794年),却只出版了第一部分。

就某些方面而言,可以说,18世纪里进行的比较解剖学研究的整个工作在乔治·居维叶的著作中达到顶峰。不过,虽然他对比较解剖学的第一个重要贡献(即关于化石象及其同现存象关系的研究)是在18世纪末年发表的,但他的主要工作及其在生物界引起的反响,实际上属于19世纪。

就这样,众多科学家们通过自己的不懈努力推动着解剖学不断向前发展。

解剖学走过了漫长的路程,在今天已经得到了相当的重视和充分的发展,并且在许多行业担任着为人类服务的重要角色。

试管婴儿的诞生

试管婴儿是“体外受精和胚胎移植”的简称。它通过手术将女性的成熟卵子取出,然后与自己的丈夫的精子或别人的精子于试管中受精,在培养4天后,再把这个受精卵移植到女子的子宫里安胎,发育为胎儿。

20世纪40年代中期,美国人洛克和门金首次进行这方面的尝试。 1965年,英国生理学家爱德华兹和妇科医生斯蒂托提出了在玻璃试管内可能受孕的证据。经过10多年的努力,他们找到了解决问题的办法:从妇女体内取出卵子,在实验的试管中培养受精,细胞分裂一开始,就将其放回妇女的子宫内培育。第一个试管婴儿的诞生对斯特普托和爱德华来说是第一次成功。两人研究此技术已12年并多次失败。据估计,这种办法可用来帮助1/5到一半的不孕妇女怀孕。

第一个试管婴儿于20世纪70年代后期英国曼彻斯特诞生,她是一个女婴,名字叫路易丝·布朗,体重5英磅12盎司,是在奥德海姆中心医院通过剖腹接生的,出生后一切都很正常。

全世界的新闻媒体都把聚焦的镜头瞄准了路易丝·布朗,因为她有一个特殊的称谓:“试管婴儿”。也就是说在人类千百万年的进化历史上出现了一个新的孩子,她与别的孩子不同,走了一段与常人不同的路程。路易丝·布朗的母亲梅·布朗因输卵管有病而不能生育。斯蒂托和爱德华兹从梅·布朗(时年31岁)体内提取卵子,再取她丈夫(时年38岁)的精液一起放入一个试管内,使卵子受精,然后将受精卵重新移入梅·布朗的子宫内。9个多月后就生下了路易丝·布朗。

试管婴儿成长的事实为许多患有输卵管疾病而不能生育的妇女带来了希望,它也是人类胚胎学的重大突破。到1997年,仅英国就诞生试管婴儿2万多名。目前全世界已有几千万名试管婴儿诞生。我国第一个试管婴儿于20世纪80年代后期在北京医科大学第三医院诞生。

奇迹不断出现。就在路易斯·布朗诞生20年后,世界上又有一个新的生命出现了,它就是英国的克隆羊“多莉”。这被称为“创世纪的杰作”,其工作基础,正是试管婴儿技术。差别在于后者使用的不再是精子,而是用成体细胞或胚胎细胞的细胞核,与卵子结合,进行所谓的“无性生殖”。

尽管多莉的生命很短暂,但它的诞生是人类一次跨越性的尝试。人类正在努力地创造新的方式的生命,并取得了巨大的成就。

20世纪是生命科学的辉煌时代,出现了很多令人不可思议的创举,而在21世纪,一定还有更多的奇迹诞生。科学使这个世界不断地走向先进。

癌症基因的发现

毕晓普是美国微生物学家,因与瓦尔默斯一起阐明癌症起源的机理,发现癌基因而共获诺贝尔生理学、医学奖。

毕晓普毕业于哈佛大学,在哈佛大学医学院的最后两年里,他曾经到病理实验室工作过一年,使他在医学院的最后两年的学习受益不少。毕业后他又在马萨诸塞州总医院作了2年住院医师,然后到美国国立卫生研究院研究病毒。毕晓普的研究课题为脊髓灰质炎病毒的复制,动物病毒是否有助于弄清脊椎动物细胞的秘密。20世纪60年代初毕晓普在德国获医学博士学位。返回美国后,毕晓普到美国西岸加州大学旧金山分校的实验室工作至今。

毕晓普在实验室工作时,逆转录酶已被发现,这使毕晓普考虑复制逆转录病毒。在这方面的早期成果包括描述逆转录酶将RNA拷贝进DNA中;受感染细胞中病毒RNA的鉴定;以及在正常细胞及感染细胞中病毒DNA的识别及描述。毕晓普等将他们对逆转录病毒的证据进行整理,在前人的成果基础上继续探索研究,终于取得了成就,这也为以后发现癌症基因奠定了基础。

70年代毕晓普同瓦尔默斯合作,在以往的实验和实践过程中他们得出了这样一个猜想,并开始着手验证这个假说——正常体细胞里也有一些静止的病毒癌基因,一旦被激活,它们可以致癌。他们用劳斯肉瘤病毒作为实验材料,这种病毒已经被证实可以在鸡中致癌。实验中他们发现,在健康细胞中也存在一个基因,这个基因的结构同病毒中的致癌基因相似。他们得出结论,声称病毒是由正常细胞得到这个致癌基因。病毒感染细胞并开始复制时,它把这个基因整合到自身的遗传材料中去。

他们的理论成果也否定了以前的看法——癌基因必然源自病毒。毕晓普与瓦尔默斯认为,位于细胞核内的原癌基因正常情况下是不活跃的,不会导致癌症,当受到物理、化学、病毒等因素的刺激后被激活,才成为致癌基因,这就是原癌基因被激活后转化为致癌基因的复制过程。他们因发现动物的致癌基因不是来自病毒,而是来自动物体内正常细胞内所存在的一种基因——原癌基因,即逆转录病毒癌基因的起源,所以荣获了1989年诺贝尔生理、医学奖。

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