生物之所以能一代一代把自己的性状遗传下去，关键是有一套能控制遗传信息的密码。我们知道，拍电报并不是把文字拍出去，而是先把每一个字译成固定的数字码，每一个字都有自己特定的数字码。当数字码传到对方电报接收单位后，接收者再把数字码译成文字，这样就可以知道电报的内容了。遗传也不是把性状直接传递给下一代。人们在鸡蛋里绝对找不到鸡毛的颜色，在植物的种子里也不会发现某一种植物的花色。这是因为性状是由遗传密码决定的。一切生物的遗传密码都在一种叫脱氧核糖核酸(DNA)的大分子有机物上。
遗传密码问题，说到底就是DNA分子和蛋白质分子之间的关系问题。DNA是由核苷酸一个一个连起来的大分子，而蛋白质是由氨基酸一个一个连起来的另一类大分子。研究表明，每个氨基酸都是由几个碱基组成的密码决定的。实际上；这种密码就是DNA分子中的碱基排列顺序。我们已经知道，DNA分子上有很多碱基，它们一共有4种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。如果用一个碱基作为一个氨基酸的密码，显然是不行的。因为氨基酸不是4种，而是20种。用3个碱基来编码，就可以编出64种密码，这对于氨基酸来说，是绰绰有余了。
3个碱基组成的氨基酸密码，就叫三联体密码。科学家用人工编写的一份密码，发给一个细胞，看细胞根据这份密码合成的是什么氨基酸，从而逐渐弄清了密码的意义。例如，赖氨酸的遗传密码是AAA，甘氨酸的遗传密码是GCG……是遗传密码决定了氨基酸，决定了蛋白质，也就决定了生物的性状。
遗传密码的发现，解开了一切生物遗传之谜。同时再一次论证了生命有机体的统一性，因而在理论上有着重大意义。
破译“生命天书”
2003年4月14日，是人类历史上值得纪念的一天。因为在这一天，被称为“生命天书”的人类基因组序列图，由美国、英国、德国、法国、日本和中国科学家共同绘制完毕，并公布于众。至此，人类基因组计划的所有目标已全部实现。这是生命科学领域中的一座里程碑。
人类基因组含2.5万到4.5万个基因。科学家把它比喻为一本百科全书，全书分为23章，每章代表一条染色体，而每一条染色体又包含上千或千余个基因的“故事”。这项生命科学中的“阿波罗登月计划”，就是要把这本无字“生命天书”破译为有字“生命天书”。
科学家曾经生动地描述过这一重大科学工程的艰难：这好比一个人徒步绕地球赤道一圈，还要与全世界每一个人都握一次手。难度可想而知。
“生命天书”破译以后会给我们的未来带来什么呢？要知道，人类的基因是通过35亿年的进化才形成的。然而，从1900年现代遗传学诞生到现在，只不过100多年时间，人类已把几十亿年“写成”的“生命天书”破译了出来。
研究表明，号称“万物之灵”的人类97%的基因与黑猩猩的基因相同。世界上的白种人、黄种人和黑种人尽管体型、肤色和发色等各不相同，但基因上的差别却微乎其微。所以，破译“生命天书”有助于我们了解生命的构成、了解人类的进化和发展。
基因决定生物的性状和行为。科学家预测，将来也许一个婴儿呱呱坠地时，只要法律允许、父母同意，就可以拿到一本新生儿的“生命天书”。这是刚来到人世间的婴儿的个人基因档案，上面“记录”着该婴儿的各种基因信息。
因为人与人之间的基因差异，使人们在得同一种疾病时会有不同的表现，对同一种药物也会表现出不同的疗效。因而，了解这一基因差异，能帮助医生确定对患者采用什么药物以及多少剂量进行治疗。在这里，掌握患者的“生命天书”将成为医生更好地预测和诊疗疾病的前提。
人的生、老、病、死，都与基因休戚相关。因而“生命天书”的破译，将有利于人们推迟衰老的进程，延年益寿。人们可以按照“生命天书”调整自己的生活方式和情绪，使自己处于最佳生活状态，这样人类的寿命可能大幅延长。
应该说破译“生命天书”对人类社会的影响是广泛而深远的。美国着名的人类基因组研究专家说过这么一番话：“破译‘生命天书爷的意义就如同在刚发明电的那个时代，没有人能想象出个人电脑和互联网一样。”
然而，近年来很多科学家认为，对人类“生命天书”的解读远未大功告成。尽管目前已有少数基因的分析可用于预测某些疾病，但离全面用于个体化医疗还有很长的路要走。
人造细胞
在整个生命世界中，绝大多数的生物都是由细胞组成的。细胞也有自己的边界线，这是极薄的一层膜——细胞膜。在细胞膜里，是一团蛋白质和各种对生物化学反应起催化作用的酶。过去所有的细胞都是天然的，现在科学家们已经用人工的方法把细胞制造出来了。
要制造人造细胞，首先要模仿生物细胞膜，研制出人造细胞膜。科学家经过反复试验，发现醋酸尼龙薄膜是比较理想的人造细胞膜。它的厚度可以做到0.02微米，和生物细胞膜差不多。生物细胞膜像海关一样，能对细胞内外进出的物质进行严格的检查。对有些物质“大开绿灯”，使之顺利地进入细胞，对另一些物质则“禁止通行”，把它们阻留在外面；或者把一些物质留在细胞内，而把另一些物质分泌、排泄出去。醋酸尼龙薄膜也具有这样的功能：蛋白质、酶和抗体等生物大分子无法通过，而中等大小和较小的生物分子却可以畅通无阻、自由出入。
有了人造细胞膜，还得合成蛋白质和酶。如今，人们已能合成比较简单的蛋白质如胰岛素等，有些酶也已经可以人工合成了。于是，科学家利用人造细胞膜和人工合成的蛋白质或酶，就能制浩细胞了。
有人用醋酸尼龙薄膜把过氧化氢酶包起来，制成一种人造细胞。它的外形像微囊，大的犹如微小的鱼肝油丸，肉眼依稀可辨；小的要在显微镜下才能看清楚。如果给先天缺乏过氧化氢酶的大白鼠注射这种人造细胞，那么就能获得较好的治疗效果。也有人用人造细胞膜把动物的胰岛细胞包起来，制成另一种人造细胞。这种人造细胞进入小白鼠体内后，就能按需要释放胰岛素，使动物保持正常的血糖水平。只能在动物和人体外应用的活性炭细胞，也已应运而生。
只要把病人的血液引出体外，流过一个充满这种人造细胞的容器，就能滤去血液中的毒素，使血液得到净化。因而，这种人造细胞可以代替肝细胞和肾细胞，起解毒作用。2004年12月，美国科学家已在实验室里培育出一种类似细菌的人造细胞，它能生成蛋白质。
人造细胞虽然问世不久，但已展现出美好的前景。有的科学家设想把人造细胞带到太空中去，利用它把航天员的排泄物转化成有用的氨基酸和蛋白质；有的科学家试图制造出比生物细胞更加优异和神通广大的人造细胞；也有的科学家正在研究电子细胞，这是通过电脑模拟和再现细胞的生命现象，让细胞生物学实验在人工模拟的环境里进行。人们预料，不久的将来，人造细胞将得到广泛的应用。
不可思议的细胞
细胞的“眼睛”
眼睛是人和动物识别外界事物的器官，细胞怎么会长眼睛呢？
20世纪初，美国生物学家威尔逊曾做过一个有趣的实验。他把两种不同颜色的海绵体磨碎后掺和在一起，这时，两种海绵细胞就像足球场上两队身穿红、绿色运动衣的球员，彼此混合，纵横交错。可是不久，海绵细胞就像听到了比赛结束的哨声，各自归队，排成两行，红是红，绿是绿，阵线分明，按颜色重新聚合成海绵体了。由此看来，细胞果然有识别能力，能认出“自己人”和“外人”。
后来，人们发现，这种识别现象不仅存在于同一种生物的细胞之间，也常发生在不同种的生物细胞之间；不仅人和动物的细胞有识别能力，甚至微生物与动植物细胞之间，也广泛存在着识别现象。
细胞的“眼睛”在哪里呢？原来，细胞膜上有一些蛋白质或糖蛋白(糖类与蛋白质的复合物)分子，能识别和接受外来信息，这就是受体。受体就是细胞的“眼睛”，细胞依靠这些眼睛进行识别。不同的受体由不同成分的蛋白质组成，因而具有不同几何形状的空间结构。同样，外来信息也有一定的空间结构。如果把受体比作锁，那么外来信息就是钥匙。俗话说，一把钥匙开一把锁，只有钥匙的齿形与锁眼的长、宽和形状完成匹配，才能把锁打开。同样道理，只有当受体与外来信息的空间结构相匹配时，受体才能识别这一信息。
揭开细胞识别现象的奥秘，为人们定向改造生物开创了广阔的前景。譬如，豆科植物根部细胞的表面，有一种特殊的蛋白质，固氮菌一“眼”就能认出，于是它们便生活在一起了。固氮菌把空气中的氮固定下来，源源不断地为豆科植物提供着氮肥。假如我们设法让水稻、棉花和蔬菜等农作物的根细胞表面，也获得这种特殊的蛋白质，那么固氮菌就会“一视同仁”地与一切农作物共生，为人们一下子节省许多氮肥。
细胞通信
多细胞动物海绵是大海中的居民。它们的体色十分美丽，有红、黄、蓝、白、黑、橙、紫、灰色，真是各色俱全。它们的形状也多种多样，有一片一片、一块一块的，也有圆球状和树枝状的，有的像酒杯和水桶，也有的宛如精致的花瓶。海绵不仅以千奇百怪的形状、姹紫嫣红的色彩吸引着人们，它们那奇特的细胞通信手段，也使科学家们着了迷。
要知道，细胞“社会”和人类社会一样，也有着信息的传递和交换。科学家正是从海绵的细胞上发现细胞间居然也有通信联系。大约在70多年以前，美国的一位动物学家做过一个有趣的实验。他将海绵研碎过滤，把组成海绵的细胞从水中分离出来。令人感兴趣的是，分散在容器底部的海绵细胞会逐渐聚集成一小块。这块细胞团又会不断地把周围的细胞吸引过来，像滚雪球一样，使小块慢慢增大。最初，这些细胞只是无规则地混合在一起；后来，原先位于表面的细胞会自动排列到外侧，把构成海绵内部的细胞团团围住。结果，要不了几天时间，一个排列有序的新海绵体便重新复活了。实验表明，海绵细胞能彼此识别，按一定的顺序排列在一起。也就是说，海绵细胞间存在着“对话”，能进行细胞通信。
在这以后，人们又相继发现：除海绵之外，许多脊椎动物甚至植物的细胞也能进行通信。有人用酶来分解鸡胚胎中的蛋白质，把它的细胞一一拆开，然后把其中的心细胞和视网膜细胞混合在一起。这两种细胞开始重新组合了，先是结合在一起，然后按原来的阵容排列，中间是清一色的心细胞，视网膜细胞围在四周。
动物和人体的细胞，是严格地按照不同的功能有机地组合在一起的。机体借助于细胞通信维持着正常的细胞排列秩序，协调细胞的发育、生长、增殖、分化和死亡等生命活动。一旦人体患了癌症，细胞间的正常秩序就会被打乱。
由于癌细胞是细胞社会的“无政府主义者”，正常细胞无法与它们进行通信联系，因而借此就可以把两者区分开来，以利于人们一举歼灭癌细胞，使人体转危为安。
万能细胞
人体是个细胞的大世界。据研究，人体内的细胞数量可达100万亿。若按形态和功能分，这些细胞共有200多种，比如神经细胞、皮肤细胞、肌细胞、红细胞和白细胞。这些五花八门的细胞是从何而来的呢？现已知道，它们全都来自同一个受精卵细胞。为此，人们便把受精卵细胞称为“万能细胞”。
何谓万能细胞？这是一种能力出众、擅长“变脸”的细胞。它能“身一变”，变成不同形态和功能的200多种细胞，还能变成一个“五脏俱全”“有血有肉”的人体。受精卵是形成人体的“主干”细胞，科学家又把它称为“全能干细胞”。
当受精卵处于一分为二、二分为四、四分为八、八分为十六的阶段时，每个阶段的细胞也都能形成活生生的人，于是这些细胞被称为“全能胚胎干细胞”。在受精后约4天，受精卵发育成中空的球形囊胚(这时的胚胎约有100多个细胞，成为内侧聚集了一小团细胞的空“皮囊”)。这一小团细胞无法形成完整的人体，却能形成骨髓、神经、皮肤等多种不同的细胞和组织、器官，因而就叫“多能胚胎干细胞”。全能胚胎干细胞和多能胚胎干细胞都属于万能细胞。
研究万能细胞有没有实际意义呢？要知道，人类的许多疾病如痴呆、脑损伤、脊髓损伤、心脏病和糖尿病等，都是由于相应器官或组织中的一种或少数几种细胞死亡或功能失常引起的。如能把患者的万能细胞“种”
在那些病变部位，现今的不治之症便能得到医治。
有些患者的心脏或肝等器官的细胞基本上都夭亡或失去作用。急需调换整个器官，可如今器官移植的难度实在太大。倘若能把患者自己的万能细胞培养成需要的器官，那就万事大吉了。
然而，时至今日谁也没见过医院用万能细胞挽救人的生命。这是因为一个人出生后，万能细胞便不复存在了。
能不能人造万能细胞呢？2007年11月20日，美国威斯康星大学詹姆斯·汤姆逊实验室和日本京都大学再生医学科学研究所的两个独立的研究小组，分别在美国《科学》和《细胞》杂志上公布同样的研究成果：成功地使人体皮肤细胞变身为万能细胞。
人造万能细胞的问世意义深远。因为这些万能细胞不仅能使人体损坏的器官得到修复或更换，还有助于人们了解细胞、组织和器官等病变的原因，寻觅有效而安全的药物，为人类的健康和长寿奠定切实的基础。
细胞会唱歌
地球上的飞禽走兽、花草树木以及我们人类，都是由充满液体的“小房间”——细胞构成的。长期以来，人们总以为，这些细胞是默不做声的。可是，近年来美国加利福尼亚大学的化学教授詹姆士·吉姆泽夫斯基及其研究生安德鲁·佩林获得了一项惊人的新发现：喧闹的细胞世界充满了音乐的旋律。
在他们看来，细胞的“歌声”虽然各不相同，有的高亢有力，有的浑厚低沉，有的悲壮凄凉，但都是那么妙不可言。这“歌声”来自何方呢？研究表明，声音来源于细胞中的能量供应站——线粒体。有趣的是，生物体内的细胞一旦受到酒精的刺激，声音就显得特别刺耳；而当细胞将“寿终正寝”时，声音则会变得有气无力，仿佛在呻吟。
人们为这一新发现感到欢欣鼓舞，因为它也许会促成一门新学科——细胞声学的问世。吉姆泽夫斯基和佩林也忙碌起来了，他们和其他科学家正在积极筹备，以便有朝一日举行世界上首场人体细胞“音乐会”，让世人尽情欣赏自己体内各种细胞的迷人旋律。
