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第二节生物未解之谜1（第3页）

美国《财富》杂志在1997年3月重点介绍了基因芯片技术，论述了未来产业化的前景，该文预测“在2005年仅仅在美国用于基因组研究的芯片销售额将达约50亿美元，2010年有可能上升为400亿美元”。这还不包括用于疾病预防及诊治以及由于生物芯片的重大意义和巨大的商业潜力，北美和欧洲许多国家的政府和公司投入大量人力物力来推动此项研究工作。如美国的国立卫生研究院、商业部高技术署、国防部、司法部和一些大公司以及风险投资者投入了数亿美元的巨资。基因芯片以及相关产品产业有可能成为下一世纪最大的高技术产业之一。

鉴于生物芯片技术具有巨大理论意义和实用价值，目前，国际上开展此类研究的大学、公司已超过百家，中国在1998年也开始此项研究，国家自然科学基金提供特别资助，许多大公司也相继投入资金参与研究开发。例如，军事医学科学院、清华大学、中科院上海冶金所等单位已在生物芯片技术方面取得了较大突破，相信不久将有中国生产的生物芯片产品投放市场。但与国外相比，中国基因芯片产业只是刚刚起步，大多仍处于实验室研制阶段。星湖科技重拳出击基因芯片第一次将基因芯片这一生命科技的前沿领域带入中国的资本市场。除星湖科技以外，复星实业、上海医药、哈高科、河池化工以及友好集团都已涉足基因芯片的研究和开发，而西安高科、陕西超群等公司也在积极谋求利用资本市场融资渠道尽快实现基因芯片的产业化，可以说中国在一定程度上形成了基因芯片开发的热潮。

生物芯片是一个学科高度交叉的研究课题，须依靠多学科的科学家和工程技术人员通力合作，它的深入研究和广泛应用，将对21世纪人类生活和健康产生极其深远的影响。

人造器官之谜

人体任何器官的短缺、老化、病变和衰竭，都将威胁到自身生活质量和健康。但如果有了各种各样的人造器官，情况就完全不同了：我们可以用人造皮肤来拯救烧伤患者的生命：用人造眼睛为盲人带来光明；用人造手指、脚趾使残疾人也能感觉到行动敏捷自如。

在普遍信奉“人造优于自然”的未来世界，人类对于人造器官的钟爱几乎达到了狂热的程度。只要他们稍稍对自己身体的某个自然器官感到不适或者不满意，便要去医院换上一个“人造器官”。未来的医院就像一个修理铺子，那里摆放有许许多多人造的器官，随时满足你修理自己的要求，就像现在自行车哪个零件坏了，可以调换一个新零件似的……久而久之，一些未来世界的有识之士开始感到忧虑了：人们换上的人造器官越来越多，以至于人和机器人很难分辨清楚，于是，未来的联合国不得不以立法进行干预，法律将明文规定，人体器官的机械数量不可超过50％……

这只是一部科幻小说中描述的未来人类对人造器官的忧虑。而对现代人来讲，面对着成千上万需要器官移植的病人的痛苦表情，我们真正忧虑的是如何利用人造器官，来拯救一个个垂危的生命。尽管在20世纪，器官移植已取得重大成就，但正如俄罗斯医学家、器官移植专家瓦列里·舒马科夫所言，可供移植的器官总是无法满足等待者的需要，患者不得不长时间地等待，有的人往往就在漫长的等待中撒手人寰。此外，异体器官的排斥反应也使手术成功率大大降低。所以，科学家们试图利用人造器官来造福人类。

美国科学家最近正在研制一种塑料“人造肺”，它将主要用于拯救肺癌患者的生命，同时还可用于替换慢性哮喘、肺囊肿性纤维化、肺气肿患者受损的肺脏。预计它是将一个如cD盘大小的、可以嵌入人体胸腔的塑料扁盒，盒子内包含一个向血液输送氧气的多孔纤维管网络。当人造塑料肺被置入患者胸内时，体内的血液就会通过多孔纤维管网络，这时氧气就会融人人体血液。同时，塑料肺把本该通过嘴和鼻子排出体外的二氧化碳，自动导出体外。尽管这种人造塑料肺已能取代大部分自然肺的功能，但它还无法进行自然肺为满足人体不同能量需要而产生的生理反应。然而科学家们相信，设计技术和材料上的改进，将使人造塑料肺很快进入实用化。

在研制“人造肌肉”方面，日本的科学家作出了杰出的贡献。日本茨城大学长田义仁教授主持的一个研究小组，成功开发出了用电压实现屈伸动作的人造肌肉。它的材质是一种化学名为“聚丙烯酰胺异丁烷横酸”的高分子凝胶，其三维结构的片状个体大小约2厘米。研究人员在实验过程中先用试棒从两端将其拉开，搭在加有表面活性剂（肥皂类）的水槽上，然后在材料表面交替施加正负电压；这时凝胶片就会像尺蠖一样屈伸拉动试棒，速度为每分钟25公分。这项技术可望用于将来制造假肢中的人工肌肉及人工脏器的动力源。

乌克兰科学家最近还研制成了具有人体肝脏功能的“人造肝脏”，并在临床应用上取得了很好的效果。这种人造肝脏重约50千克，主要由电子元件、探测仪和泵组成。肝脏患者利用这种人造肝脏接受治疗时，在4到10小时的一个疗程里，能够过滤20升到25升血液，同时排除自体肝脏中40％的有毒物质。在治疗过程中，人造肝脏不会损坏人体内的蛋白质，并能初步合成人的自体肝脏所能形成的对人体有用物质。

除了用人工合成材料来制造人体器官，用基因工程来培植活体器官也已成为许多国家的重点研究课题。如今，许多商业及学术研究组织正在利用从胚胎或病人身体上取下的细胞组织，辅以特殊的生物材料，培养活体组织或器官。科学家们预测，到2019年，通过基因工程方法培植的活体器官和组织，将被广泛用于器官移植。

然而，对于制造整体器官来说，组织工程所面临的最大问题是：绝大多数器官需要自己的脉管系统（也就是血管网）来获取所需养料并实现器官应有的功能。因此，研究人员在制造完整器官之前，必须首先解决如何制造血管这一难题。

美国麻省理工学院的生物医药专家罗伯特：兰格和劳拉·尼科拉森，率先用少量从家猪体内提取的细胞制成了一条完整的血管，实现了此领域内的一项重大突破。人工合成的血管可以像真的血管一样工作。研究人员将这种人造血管移植到家猪大腿主动脉上，在几周内该血管一直保持畅通，未发生血液凝结。新的动脉血管对心脏血管替代手术来说，可谓是天赐良物。但要建造更为复杂的器官所需的最细的血管——毛细血管，就意味着组织工程要达到微米级，而这对当今普通的制造技术来说是一大难题。

研究人员计划使用芯片制造中的光刻技术来建造毛细血管。他们首先在手掌大小的硅片上蚀刻出毛细血管状相互交织的网状结构，然后以此为模板来浇铸可降解聚合物；再从模板上取出进行分层组装，就可以形成毛细血管框架；最后在管状框架上覆盖内皮细胞，这便构成了毛细血管。不过，仅仅浇铸一次还不可能满足人造器官的需要。例如制造人造肝脏所需的毛细血管，就需要用l／4个足球场大小的模板，而目前技术根本不可能制出直径30米的硅片。所以，研究人员希望通过将数千层毛细血管网与肝脏细胞相连，实现人造肝脏的基本结构。

尽管目前的技术还不能制成有复杂血管的器官，但是已经有一种用组织工程制成的器官开始为人类服务，这就是人造**。美国波士顿儿童医院泌尿科医师安东尼·艾特拉，从1990年左右就开始设计人造**。在20世纪90年代后期，艾特拉曾为6只小猎犬制作了人造**。他们发现不仅周围组织的血管长人人造**且发育良好，而且功能与健康小狗并无多少差别。这一实验大大坚定了研究人员的信心，他们决定从2000年开始研制人类**，不过这个过程将是漫长的。因为**是由20种不同类型的细胞组成的复杂系统，研究人员仍需克服许多技术难题，才能为众多需要移植**的患者解除痛苦。

有人预言，2l世纪人类将迎来人体器官更换的新时代。科学家们预计：到2013年，能长期保存的人体器官将培植成功；2014年，肺病患者将被植人人造肺脏；2017年，将出现第一个人造大脑；2019年，将为盲人和弱视者发明人造眼睛，同时，通过基因技术培植的活体器官和组织将成为移植器官的主要来源；而进入2020年，更将系统推出通过更换器官使人类延年益寿的方法，届时人类有望大幅度地提高寿命。若照此发展下去，也许将来有一天人类真能够“长生不死”、“万寿无疆”。但也有人担心，这未必是一件好事。正是因为生命有限，所以人们珍惜生命的意义，无限延长寿命，其实生命已经“异化”。

但目前还不用过于担心。据美国人体器官研究中心的调查报告来看，美国每年大约需要进行800万例器官移植手术，而其中有4000人在等待器官移植期间死去，另外还有10万人甚至连排队等候器官的资格还没有得到，便离开了人世。另外，目前器官移植成活率、存活期也都成问题。因此，有人提出，目前无论从道义角度或医学角度出发，除了不断研制人造器官以外，人造器官的商品化生产也已成为一件刻不容缓的事情。’

美国麻省理工学院的生物工程师琳达·格里菲思及其同事们，就在为制订统一、标准的生产流程（即建立人造器官工厂）而努力着。她们计划采用3D打印机（即快速原型制造机的一种）来大规模生产各种组织和器官所需的框架。这种打印机不仅可以使研究人员精确地控制框架外形，而且可以使研究人员根据各种细胞的不同属性选择适当的框架化合物。对于制造复杂器官的组织工程师们来说，3D打印机无疑是一把倚天之剑。

如果真的有一天，人类器官移植技术变得像机器调换零部件一样稀松平常，而且人们建立了各种“人造器官工厂”，那么科学幻想的描述就必然成为事实。随着机器的运转，患者所需要的大量器官就会走下生产线，然后通过流通渠道进入市场。届时，工业社会特有的“大众消费”又添新景观：需要（或者想要）器官移植的人（不一定是现在意义的“患者”），只需到人造器官商店去，在琳琅满目、明码标价的货架前，挑选购买自己所需要和称心的器官，然后“携肝带肺”或者“提心吊胆”，直接走进修理铺子（手术室）就可以了。

植物“情感”之谜

人们常说草木无情。草木植物虽然不具备人类的情感，但是它们对外界各种刺激作出的反应，却远远超出人们通常的意料。正是在这个意义上，植物也有自己特定的“情感”，只不过人们平时不大注意，不愿意花费太多时间和精力罢了。

相对于人和各种动物，植物被认为是一种低级的生命形态。但是在大自然植物世界里，却有着许多奇幻莫测、令人费解的现象。科学家们进行了大量的实验，证明人们对待植物的传统观念有许多错误。有的植物不仅仅对阳光雨露感兴趣，它们还具备一定的“听觉”、“嗅觉”和“触觉”。有的植物能够“欣赏”音乐，有的则能够“翩翩起舞”。有的植物貌似柔弱无助，其实具有“自卫能力”，面对侵害会奋起保护自己。甚至，植物也可以和人进行某种“情感交流”。

法国一位园艺学家做过这样一个实验。他将耳机套在一个番茄上，让它每天“欣赏”三个小时的音乐。结果，这个番茄成熟后比一般番茄大许多。法国国家研究中心的科学家，尝试用超声波培植蔬菜。工夫不负有心人，蔬菜在超声波的“乐曲”声中，生长速度增加一倍以上。苏联和英国的科学家也曾经用超声波培植法，种出了25千克重的大萝卜和27千克重的卷心菜。在中国，科学家也曾用超声波处理桔梗等中草药种子，发芽率普遍提高了2倍至4倍。经研究后科学家认为，声波通过加速植物的光合作用，促进细胞分裂，从而加快了植物的生长速度。

植物不仅能够欣赏音乐，还“长袖善舞”。比如睡莲花在夜幕降临前，总要跳上一段“闭合舞”。含羞草就更有意思了，它不但在黑夜到来的时候，会自动合上羽状的叶子，就是在白天，只要你碰它一下，它的叶子也会很快闭合。如果触动它的力量大一些，甚至连枝干都会下垂。正如它的名字，含羞草确实像一位含羞的少女。

在植物“舞蹈家”中，最出色的莫过于舞草了。舞草又称“电信草”，是生长在印度和斯里兰卡的一种植物。在它的每一片大叶旁边，分别长着两片小叶。这两片小叶就像贪玩好动的孩子，从早到晚一刻不停地跳着舞，直到夜晚才安静下来。

植物为什么会跳舞呢?科学家探讨了其中的奥秘。现在有两种说法：一种认为，植物体内的生长素会发生一定的转移，这种转移又引起植物细胞生长速度的变化，导致植物“舞兴大发”；另一种则认为，植物体内实际上存在微弱的生物电流，电流的强度与方向发生变化时，这些植物就开始跳舞。

橡树依靠奇妙的“自卫术”战胜舞毒蛾的怪事，使人们联想起发生在美国阿拉斯加原始森林里的一场“自卫战”。当时由于野兔繁衍无度，大片的森林濒于毁灭。正当人们为如何消灭野兔而犯愁时，这些蹦蹦跳跳的兔子却突然集体生起病来。最后，野兔竟然在森林中几乎消失了。科学家经过分析才知道，那些被野兔咬过的树木叶芽中，含有一种叫“萜烯”的化学物质；食量颇大的野兔在吃了这些看似鲜嫩的叶芽后，就会生病、死亡。一些人为此感到费解：如果说这一切不是过于偶然的巧合，难道说植物也有某种知觉吗?

最让人觉得匪夷所思的，是沃格尔的一系列研究。他对植物倾注了大大超过常人的情感，从而感受到了其他人难以体验的“植物情感”。

马塞尔·沃格尔是美国加利福尼亚州洛斯加托斯国际商品粮用机器公司的化学师，他多年坚持研究“植物情感”、“植物与人的交流”，并进行了一系列的实验，取得了较大进展。一次，他从树上摘下三片榆树叶，放到床边的一个碟子里。每天早饭前，他都要集中1分钟思想，注视其中的两片叶子，“劝勉”它们继续活下去；而对中间的那片叶子，他坚持“不予理睬”。一周后，中间那片被“冷落”的叶子已变黄枯萎，但是另两片仍然青绿，样子健康。使沃格尔更感兴趣的是，活着的两片叶子的小茎，由于摘自树上而留的伤痕似乎也已经愈合。

这件事给沃格尔以很大的鼓舞。他想，人的精神关注可以使一片叶子在超过它的生命时间里保持绿色，那么这种力量会不会影响到植物的叶茎呢?于是他用显微镜将叶茎活动放大300倍，并制下幻灯片。他在制作幻灯片时，倾注了更多的内心关注，“用心灵寻找人们用肉眼看不到东西”。他最后的结论是：植物可以“获知”人的意图。但不同的植物对人“意识”的反应也不同。就拿海芋属的植物来说吧，有的反应较快，有的反应较慢；有的很清楚，有的则模糊不清。整株植物是这样，就其叶子来说，也是各具特性。比如，电阻大的叶子似乎特别难“合作”，而水分大的新鲜叶子“态度”最好。另外，植物似乎有它的活动期和停滞期限。在某些天的某个时候，它们能充分进行反应，其他时间则“不想动弹”或“脾气不好”。

沃格尔在另一次试验中，将两株植物用电线串联在同一部记录器上。他从第一株上剪下一片叶子，第二株植物对它的同伴的“伤痛”做出了反应。不过这种反应只有当沃格尔注意它时才能有。如果他剪下这片叶子不去看第二株时，它就没有反应。

沃格尔清楚地看到，在一定程度上集中注意力，是监测植物的必须条件。如果他在植物前格外集中精神（而不是在通常的精神状态下），希望植物愉快，祝福它健康成长，那么植物就从萎靡状态下苏醒。他认为在这方面，人和植物似乎互相影响，作为一个统一体，两者对事件的发生或者对第三者的意识，可以从植物的反应中记录下来。沃格尔发现，他可以和植物的生命“沟通感情”。在他看来，植物是活生生的物体，它们有意识，并占据空间。“用人的标准来看，它们是瞎子、聋子、哑巴，但我毫不怀疑它们在探询人的情绪时，是极为敏感的工具。它们放射出一种微妙的、人们可以感觉到的能量。它们把这种能量输给人的某个特定能量场，人又反过来把能量输给植物”。

沃格尔强调，在同植物进行感情交流时，千万不能伤害植物的感情。他曾经请一位心理学家在15英尺外，通过心理分析仪和电流记录器对一株海芋属植物表示强烈的感情。试验中观察到，植物先是作出了连续不断的反应，然后突然停止了。沃格尔问他心中是否出现了什么“想法”，心理学家坦率地承认，他暗暗拿自己家里的海芋属植物和沃格尔的做比较，认为沃格尔的远比不上他自己的。显然这种想法刺伤了沃格尔的海芋植物的“感情”。在这一天里，它再也没有反应——事实上两周内都没有反应。这说明，它对那位心理学家是“心存反感”的。

沃格尔发现，植物对有关性的话题比较敏感。一次，他邀请一些心理学家、医生和计算机程序工作人员，在自己家里聚会谈话，以便观察植物有什么反应。人们围绕各种话题谈了大约1个小时，植物都没有反应。但当有人提出谈谈性问题时，仪器上的图迹发生了剧烈的变化。沃格尔猜测，谈论性可以激发某种能量。在世界一些地区，远古时代人类祈祝丰产时，在新播种的地里进行和性有关的宗教祭祀活动，据说可以刺激植物的生长。沃格尔解释说，原始人可能意识到了什么。

他们先用一种叫“蜘蛛抱蛋”的花草做试验，以了解它的“感情状况”。把这个用电池作动力的小装置放在花盆边，把两根电线分别夹在“蜘蛛抱蛋”的叶子和茎上，第二根电线插进土里。当“蜘蛛抱蛋”受到外界刺激时会发出一种电脉冲，装置会感受到任何细小的变化，然后把植物脉冲通过电线传导给装置里面的扬声器，扬声器会发出一种类似于鸡蛋在杯子里煮爆了的噼啪声，脉冲越强声音越大。更令人惊奇的是，装置上的指示灯会亮起来，而且根据植物发出的脉冲的强弱指示灯会发出绿的、黄的或红的光。植物的这种反馈是对人类行为的反应。当一个陌生人接近时，植物会像一个小孩一样感到害怕，而如果是它的主人接近，它会显得很“高兴”。当植物的主人与它对话时它会高兴，但当主人轻拍它的叶子时它则更高兴，就像婴儿喜欢父母的抚摸一样。主人走近一棵植物并让它感受到他的呼吸和体温时，植物会感受到将要发生什么，并在10秒钟内作出反应。

相比较而言，花比别的植物反应更敏感。专家认为，在未来，人与植物“联网”也许不是什么“天方夜谭”。人与植物交流的效果比对植物放音乐的效果要好，花将开得更大更香，果将结得更多更甜。但怎样进一步开发“植物情感”，让它为人类服务，目前还只是处在研究之中。