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第二节生物未解之谜1（第1页）

第二节生物未解之谜（1）

科技带动时代进步，紧跟已经或将要影响我们生活的世界科技进展人类创造了科技，科技改变着生活。在建设创新型国家的进程中，科学家提出，发挥科技的作用，让科技走向公众，走向生活，让每个人触摸到科技，走近最新生活科技的桥梁，享受现代科技成果的指南，了解未来科技发展趋势的窗口。

人脑的奥秘

自从1946年问世以来，电脑正在迅速而深刻地改变着人们的生活，并已开始在某些方面取代人脑。但是，电脑真的已经战胜人脑了吗?

在我国的南北朝时代，著名数学家祖冲之曾推算出圆周率的值为3．1415926与3．1415927之间。几百年后，英国的数学家向克斯花了一生的时间将圆周率算到小数点以后的707位，曾被传为佳话。但是他在算第528位时犯了一个小小的错误，结果，后面的一百多位数字只是在浪费时间罢了。

但是，自从1946年，世界上的第一台电脑——“埃尼阿克”在美国宾夕法尼亚大学诞生以来，世界记录只能算是小菜一碟。现在，人们已经计算到小数点后面的1000多万位，如果把这些数字印成一本书，将会有几百页厚。不过，这也可能是世界上内容最枯燥、最乏味的一本书了。

这是不是表明由人类创造的电脑已经战胜了人脑了呢?在回答这个问题之前，我们首先应该先了解一下我们的大脑。

人类的大脑虽然只有1200～1500克重，但却是由140亿个神经细胞组成的极其复杂的神经网络。作为整个人体的“司令部”，人脑支配和指挥着人体的一切生理活动，如肢体的运动、感觉的产生、肌体的协调以及说话、识字、思维等等。可以毫不夸张地说，人脑不仅是人体中最复杂的部分，也是宇宙中已知的最为复杂的组织结构。

从生物学角度来看，人类的大脑主要由脑干、小脑与前脑三部分组成：位于大脑最下方的是由延髓、脑桥、中脑和网状系统四部分组成的脑干。它虽然貌不惊人，呈不规则的柱形，但却是连接大脑半球和脊髓的交通要道。从脊髓传来的神经冲动就是从这里进入人脑的，但令人疑惑不解的是，这些神经冲动是呈交叉方式进入的，也就是说，来自脊髓右边的冲动，先传到脑干的左边，然后再送入大脑；而来自脊髓左边的冲动则是先送入脑干的右边，再传到大脑的。不仅如此，包括心跳、呼吸、消化、体温、睡眠在内的一些维持个体生命的重要生理功能也都与脑干的功能有关。

脑干的后面是人脑的第二大部分——小脑，它由左右两个半球所构成，灰质在外部，白质在内部。小脑和大脑皮层一起共同控制人体肌肉的运动，籍以调节姿势与身体的平衡。

不过，人脑中最复杂、最重要的神经中枢还得数人脑的前脑。根据前脑各部分的特长和功能，我们可以将它分成视丘、下视丘、边缘系统和大脑皮质四个部分。外表呈卵圆形的视丘由白质神经纤维构成，左右各有一个，是感觉神经的重要传递站和人体情绪的控制中心。位于视丘下方的下视丘，一面连着大脑中的各个功能区，另一面连着脑垂体和延髓，是控制内分泌系统、维持正常的新陈代谢、调节体温的重要器官，并与人体的饥饿、渴、性等生理性动机有密切的关系。

边缘系统的主要功能是嗅觉、内脏、自主神经、内分泌、性、摄食、学习、记忆等。此外，它还包括两个十分重要的神经组织，一个是与情绪表现相关的杏仁核，另一个就是与记忆密切相关的“海马区”。人脑中最著名的组成部分当属大脑的表层——大脑皮层了。它由厚约1毫米到4毫米的灰质构成，而它下方大部分则由白质构成。大脑中间一道纵贯前后的大裂沟——大脑纵裂将人体的整个大脑分为左右两个半球，称为大脑半球。位于两个大脑半球之间的胼胝体，像是无数座桥梁横跨裂沟，使两半球的神经传导得以互通。

科学家的研究发现，人的大脑并不是像照相机那样，把外面的信息丝毫无差地翻印到人的大脑中，而是把外面纷繁而复杂的图像和信息经过眼、耳、鼻、舌、身等感觉器官以及人体的第六感觉转变成一种具有生物电特性的传人信息。当人脑中的某个神经细胞接受了这些信息后，就会释放出一种特殊的化学物质。周围的这些细胞在受到这种化学物质的刺激后，就又会释放出同样的物质，刺激它周围的神经细胞。就这样，大脑中的神经细胞像在举行接力赛一样，把外面传人的信息在大脑中快速传递。由于这种传播信息的速度实在太快，看起来就好像一道道电流在人脑中闪过。其中那些有特色的或者是我们渴求的知识，将经过一系列复杂而高速的处理后贮存在大脑的相应区域中。在需要时或有外部条件的刺激时就会被激活，在大脑中再现，成为我们意识活动的基础和创造性思维的源泉。

正因为有了大脑，人类才能拥有惊人的记忆力，从而使人不仅能够制定计划，而且能够把思想和观念整理得井井有条，进而进行逻辑思维，将感觉到的信息加以分析和综合，以揭示不能直接感知到的事物的本质和运动规律。

然而，对于我们人类来说，大脑作为宇宙中已知最复杂的组织结构，许多区域的功能至今仍是一个谜。难怪有人把关于大脑功能的研究作为现代科学最深奥的课题和最难攻克的科学堡垒，把2l世纪称为“脑科学的世纪”。

现在，电脑的功能已经达到了非常高的水平，既能进行计算、信息处理、预测、自动控制、办公、管理、通讯、教育和娱乐，又具有模糊识别、学习提高、自动纠错等自我优化能力和分析、归纳推理能力，有的甚至能模仿人的感觉和人的反应情绪。不仅如此，电脑的功能还正在不断的发展和完善之中，在某些方面，电脑显然已经远远超过了人脑或人的能力。一台普通电脑的计算能力超出全世界所有人加在一起的计算能力也绝不是神话。在这一点上，人脑只有自愧不如。此外，电脑对视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉的识别范围和精度也大大超过人的能力。

然而，电脑虽然在某些地方显得比人聪明或脑子快一些，但我们同时还应该看到，体现智能的最重要标志就是学习和自动纠错功能，换句话说，就是能够吸取经验教训，积极适应环境和不断完善自己，而不仅仅是拥有快速的计算能力和精确的分辨能力。而电脑却经常不知道它的行为是否正确，或如何进行纠正。因此，电脑在工作过程中还必须依赖人来反映了它的智能化水平。

另外，人脑还有电脑所不具备的生理和社会性两大功能。人脑的生理功能就是指人类可以通过大脑有效地控制和维持身体内各器官和组织的正常状态和代谢过程，而所谓的社会性功能是指人脑的社会交往功能。有人甚至把人的社会性看作人类的最重要属性，人只有通过与他人的交往、与周围环境的交流，才能不断提高自己的思维水平。

电脑和人脑，虽然有着相同的名字，但却是各有所长，电脑有着快速的计算能力和精确的辨别能力，而人脑则拥有无限的自我提高和社会交往的能力。因此，究竟是人脑超过了电脑，还是电脑胜过了人脑现在还是难分胜负。

人类基因组之谜

2000年6月26日是人类历史中值得纪念的一个日子。因为在这一天，与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程的人类基因组计划已初步完成，人类终于能够破译自己的“生命天书”了。但这对人类而言，究竟是福，还是祸呢?

在生物进化的历史长河中，为什么我们每个人的身材、相貌的差别会如此悬殊?为什么有的人会患上肿瘤、艾滋病、糖尿病等不治之症，而有的人却身强体壮呢?

原来，这一切十分玄妙的现象都是由人体细胞中肉眼根本无法看见的基因所控制的。基因是控制生物遗传性状的最基本单位，是两条由四种脱氧核苷酸分子连接而成的具有独特的双螺旋结构的长链，其中就隐藏着生物所有的遗传信息和遗传性状。’

不过，虽然我们已经知道控制着人类生老病死的神秘物质就是基因，但直到现在，我们还是不能确定每一个基因准确的位置和功能。因此，如何在这张巨大的“人体地图”上精确地标上约10万个基因的位置，可以说是对我们人类最大的挑战了。

1985年，当科学家们面临着是“零敲碎打”从人类基因组中找几处与疾病相关的基因，还是对人类基因进行全部测序这两种选择时，美国科学家、诺贝尔奖获得者杜伯克最先提出了人类基因组计划，希望通过国际间的合作，识别人类所有的基因，测定人类DNA的碱基对顺序，详细地绘制出人类基因组遗传图和物理图，解读人类的遗传信息。这项建议很快就得到了美国政府的积极支持，并在1990年投入30亿美元，正式启动了这项人类基因组计划。此后，英、日、法、德、中六国也先后加入这项计划，分别负担了其中54％、33％、7％、2．8％、2．2％和1％的研究工作。

1999年12月1日，一个由英、美、日等国科学家组成的研究小组率先宣布破译了人类第22号染色体中所有与蛋白质合成有关的基因序列，发现了至少545个基因，并确定这条染色体与人体的免疫系统、先天性心脏病、精神分裂、智力迟钝和白血病以及多种癌症相关。这是人类第一次了解一条完整的人类染色体的结构。

2000年4月13日，美国科学家宣布他们绘制完成了第5、第16和第19号染色体的遗传密码草图，在这些染色体上找到了10000到15000个基因，约占人体遗传物质总量的ll％。

2000年4月19日，中国科学家宣布，初步完成对第3号染色体上3000万个基因的测序任务。

2000年6月26日——一个值得全世界牢记的日子，美国总统和人类基因组的科学家骄傲地向全世界宣布，被誉为“达尔文以后意义最为重大的生物学发现”的人类基因草图已经绘制完毕，人类探索生命奥秘的进程和生物科学技术的发展进入一个崭新的时期。

那么，人类“生命天书”的破译最终将会给人们的生活带来怎样的变化呢?

我们相信，随着人类对自身基因了解的不断深人，一些过去只有在科幻小说才会出现的情节将真的会在我们身边再现。那时，科学家将根据每个人特定的基因图谱判断这个人的健康情况，预测他患有的某种潜在性疾病．从而讲行右糟舶预防；或是利用基因技术，通过向人体导入功能基因，修补、改变相应的缺陷基因来进行治疗；或是根据基因图所提供的遗传信息，最终解决长期以来一直困扰着人类的糖尿病、肥胖症、精神病等一些遗传性疾病。也许在不远的将来，活到150岁将不再只是人们的梦想。

不仅如此，人类基因组计划将可以帮助科学家根据癌症、心脏病等疾病的病因，有针对性的研制和开发价廉物美的基因工程药物。其实，早在80年代，就有一些颇具战略眼光的企业开始涉足基因工程制药领域，其中最为常见的是基因重组激酶、基因工程疫苗、细胞因子、干扰素等一些治疗性蛋白产品。据说，芬兰一家生物技术公司将促红细胞生成素基因植入牛体内，培育出一种转基因牛。它们所产的牛奶中就含有促红细胞生成素，基因价值高达42亿美元。我国在去年也成功培育出转基因羊，其分泌的乳汁中含有凝血第九因子，能对血友病患者进行治疗。

此外，基因组计划也将给与我们日常生活息息相关的传统的农业带来一场“绿色革命”。比如，我们可以根据水稻基因图谱，有选择地培育出具有高产、抗旱涝、抗虫等汇集了多种优点的农作物。山东农业大学的研究者在不久前将毒蛋白抗虫基因和抗除草剂的基因分别导入水稻细胞，培育出了具有明显的抗虫性、抗除草剂效果的新型水稻。而荷兰的一家公司则用转基因牛生产一种具有抗菌、转铁等功效的乳铁蛋白，一年的销售额达到50亿美元。

然而，在“生命天书”的破译给人们带来激动和欣喜的背后，它又给人类提出了一道道难题，这正如美国伍斯特工艺研究所宗教和社会伦理学教授汤姆·香农向人们所警告的：基因组图谱的绘就，促使人们对隐私权、保密权等伦理道德问题加以重新思考。

就像我们常说的，人无完人，在每个人各具特色的基因组中都会或多或少带有一些有缺陷、或是不正常的基因，可能会使人在将来患上某种疾病，或是产生某种不良后果。因此我们不能不担心，万一哪一天我们的“基因隐私”被流传出去，就很有可能会直接危害自身利益和生存空间。比如有些公司就会根据基因信息技术，以基因特征为标准来选择它的雇员，保险公司要通过基因信息来挑选客户。

到那时，一些政府机构、社会团体或是医务人员或许会出于人道主义考虑，对那些携带先天性基因缺陷的人们或家族采取预防性保护措施，从而造成社会偏见，使被监护者感到自卑，蒙受社会和心理压力，也许他们的一生都将在无形的精神压力下痛苦地度过，甚至还进而影响到他们的后代。就拿美国前总统里根来说吧，如果那时真的有人根据基因预测他有80％-90％的可能性会患上“老年性痴呆症”，这将会对选民的心理产生怎样的影响，他还能顺利地连任两届总统吗?

人们还担心，由于大家都希望自己拥有一个健康聪明的孩子，数以百万计的婴儿将会因他们所携带的先天性基因缺陷而在出生之前就和这个世界说再见了。《时间简史》的作者、20世纪天才之一、被誉为拥有爱因斯坦之后最杰出大脑的英国剑桥大学理论物理学家斯蒂芬·霍金也许就会因为患有严重的遗传性疾病——侧索硬化症而早早地就离开了这个世界，而这样罕见的天才对人类的贡献却常常令许多“正常人”都自叹不如。又如，假如荷兰著名画家梵高在未出生时就发现他携带着容易导致精神病的基因，而将他流产，那也许这个世界就不可能留下这一幅幅非凡的画作了。