科普-中华学生百科全书-第338章
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生命延续——低温生物工程
从 60 年代起，一门崭新的生物技术——低温生物技术逐渐形成，逐渐发
展。低温生物技术的要旨就是冷冻生命，就是通过迅速降温使生物达到超低
温，进入冬眠状态，从而得到长期保存。
低温生物技术的重大意义是显而易见的。冷冻生命就是延长生命，对许
多生物来说意味着延长人们使用它们的年限，时人类本身来说就是延长寿
命。后者自然更令人感兴趣。患了不治之症的病人如果对当代的医疗手段已
经绝望，可以冷冻起来，到三五十年后再得复苏。那时也许不治之症已经成
了药到病除的小事一桩。飞向另一行星的宇航员要忍受长达数年的枯燥无味
的旅途生涯，如果能冷冻起来进入冬眠状态，那么一觉醒来就可以精力充沛
地登上另一星球。这样，不仅使他避开了旅途寂寞，“捡”回了几年寿命，
还可以使航天器里面省去许多食品、饮料，轻装上阵。
低温生物技术要解决许多难题，其中冷冻速度是很关键的。冷冻速度过
快，生物细胞内的水分会结冰，把细胞涨破；冷冻速度过慢，细胞会脱水而
使盐分增加，蛋白质分解。各种细胞的组成成分和含水量都不一样，所以，
对于由各种器官组织、各种细胞组合成的生物机体，要确定一个最适宜的冷
冻速度是非常困难的事。类似的难题还有掌握复温的速度、避免细胞器的低
温损伤等等。
由于低温生物技术凝集着人类巨大的兴趣和期望，所以近 20 年来发展很
快。根据生理医学专家预测，到 2050 年，人类有可能第一次对冰冻保存的人
体施行解冻复苏手术。在 21 世纪内，人类通过用冬眠技术断断续续地放慢机
体的生理作用，会使人生命的跨度放大 20 倍。
声音的妙用
“对牛弹琴”是大家很熟悉的成语。在奶牛挤奶时播放音乐以提高产奶
量，过去也曾作为笑话流传过。而今，它却是举世公认而且广泛采用的饲养
手段了。只不过，作为一种现代化的饲养技术，它的内容更丰富了。例如，
音乐不仅是在挤奶时播放，在喂食、休息时也要定时播放；乐曲的选择也至
关重要，只有轻快、优美、流畅的乐曲才能达到理想的效果。据说有人试验
过，施特劳斯的圆舞曲《蓝色的多瑙河》会使奶牛的产奶量大增。而沉郁、
悲壮的贝多芬第九交响乐却会使产奶量锐减。
蚊子对声音是很敏感的。据说，有一位歌剧演员在演唱高调滑音时，一
群雄蚊子向他那大张着的嘴巴扑来，弄得他尴尬万分。也许是那滑音和雌蚊
的声音相近的缘故吧！相反，怀卵的雌蚊由于厌恶雄蚊的纠缠，一听到雄蚊
的声音就赶快溜之大吉。目前美国、西欧流行的声波驱蚊器就是根据这个原
理制造的。它发出的是雄蚊飞行时振翼的特殊声波，能把雌蚊赶得远远的。
而叮人吸血的正是雌蚊，雄蚊是不叮人的。这种声波驱蚊器在美国、西欧很
灵验，拿到中国就不灵了，因为中国雄蚊的飞行声与驱蚊器发出的声波不一
样。
根据鱼类对声波的反应，用特定的声波诱集或驱赶鱼类进行捕捞，是一
种现代化的渔业技术，已经很常见了。更奇妙的是“声音驯鱼”。就是对养
殖的鱼群用特定的声音进行训化，使它们一听到这种声音就会赶来取食。等
到这种条件反射稳固以后，把这些鱼放到鱼群聚集的海域，过一阶段再用这
种特定的声音进行诱捕。那些已驯化的鱼听到声音便急忙赶来，还充当了“带
头羊”的角色，带来了大量野生的未经训化的同伴。这种新奇的捕鱼手段试
验成功，而且取得了可观的效益。
光与生物工程
灯光捕鱼利用的是鱼类的趋光性，它可算是一项简单朴素的光生物技
术。光生物技术就是用光来调节生物的生长、发育和行为的技术。我们知道，
光是地球上一切生物的能量来源，是一切生物最重要的环境因素之一。生物
的进化和适应离不开光，生物的结构、功能、发育、行为均受到光的强烈影
响。光生物技术的研究中心是：确定光照的最适宜的波长、强度、偏振性和
持续时间等，达到用光调节生物生长、发育和行为的最佳效果。
我国吉林省的一些科技工作者长期深入研究用光照提高栽培人参的品质
和产量，设计了许多新技术，如接近光饱和点和连续光照，使用拱形调光棚，
配以红、蓝光透过能力较强的浅黄色薄膜，等等。这些光生物技术已取得了
喜人的成果。吉林省有一个县的 65 万平方米作物面积达到了每平方米产栽培
人参 1．12 千克的世界最高水平，而且人参的各种皂甙含量的总体水平赶上了
先进国家韩国和日本。
光照对动物的生长发育也有明显的调节作用。有人在猪圈中分别配置了
白光、蓝光和红光，每照射 12 小时，光照强度为 10～20 勒克斯。和不照光
的猪圈相比，白光使猪每天多增加体重 26 克，蓝光为 13 克，而红光则达到
了 43 克。有人又拿牛作了试验，发现同样的肉用牛，每天接受 16 小时光照
的比每天接受 9～12 小时光照的要多长肉 10％；而奶牛每天接受 16 小时光
照比自然光照条件下要增加 10％产奶量。类似的光照试验还曾以山羊的配种
和产羔、母马的发情和排卵、家禽的产蛋率和产肉率为课题，都取得了令人
满意的结果。目前有一些先进国家，光照管理又被列为动物饲养的重要管理
项目。
光对生物细胞的影响还孕育出一项崭新的医疗技术。
有一种很棘手的儿科疾病叫做新生儿黄疸症，是由于新生儿体内胆红素
过高而引起的。现在有一种先进而安全的治疗方法——光疗法，就是用波长
450 毫米的光照射新生儿全身（眼睛除外）。治愈率很高。原理是胆红素是
一种光敏物质，对波长 450 毫米的光尤其敏感。在光的作用下，许多胆红素
分子会转变成水溶性的化合物排出体外，从而达到妙手回春的治疗效果。
最令人感兴趣的，莫过于用一种光敏药物——卟啉类药物来治癌了。这
种卟啉类药物有两大特点。一是对光敏感。在波长为 625 毫微米左右的光照
下，它会改变结构的特性，杀伤所在部位细胞。二是对肿瘤细胞有亲和力。
它进入人体后随血液流动，对正常细胞冷若冰霜，与肿瘤细胞却是一见如故，
难舍难分。因为具有这两大特点，它作为肿瘤克星就很好理解了。在确定适
宜的剂量后，向患者注射这种卟啉类药物，过几天这些药物分子会聚集在肿
瘤部位。这时再用 625 毫微米的光进行定期照射，肿瘤会逐渐变色、渗血、
干燥、萎缩。一二周后会长出新的组织。至今，已有不少肿瘤患者在这种治
疗手段的帮助下获得了新生。
新生电脑
80 年代以米，许多电脑专家转而致力于研究人脑的结构和功能，期望用
最尖端的材料和电子线路来模仿人脑的功能，包括神经细胞的兴奋和抑制，
神经网络的联通和整合，大脑的思维、判别和反射等等。在此基础上，就可
以制造出新一代计算机——神经网络计算机。和过去的所有计算机不一样，
神经网络计算机有学习能力，会积累经验，增长知识，在记忆、联想、模糊
识别等方面逼近或超过人脑。它被称为第六代计算机。
1992 年，日本的一家公司宣布研制出一部“通用神经网络计算机”。这
部计算机模仿人脑神经细胞传递信息的方式，使用 32 个有学习能力的大规模
集成电路，不用软件，不需要解读软件命令的线路。它的处理速度奇快，人
脑要 1 个多小时读完的文字，它在千分之几秒内就能读完。
在当代的高新技术中，计算机技术和生物技术是两大主力。神经网络计
算机可说是这两大技术融汇的产物，但它是宏观方面的产品。在微观方面，
生物技术也同样为计算机技术做出了巨大的贡献，那就是近年来各发达国家
都在加紧研制的生物芯片。
作为计算机核心元件的芯片，至今仍是以半导体为材料的。但半导体芯
片的发展已快要达到理论上的极限。它面临的困境是半导体的集成密度受到
限制。一片硅片上最多只能排列几千万个晶体管元器体，否则就会有发热、
漏电等问题。这样，芯片的存储容量就有限了，而芯片容量的限制直接会影
响到计算机处理信息的速度。所以，要使计算机技术再次取得新的突破，必
然的趋势是用新一代的芯片——生物芯片来取代半导体芯片。
生物芯片的主体是生物大分子。蛋白质、核酸等生物大分子都具有像半
导体那样的光电转换功能和开关功能，但目前为各国科学家看好的是蛋白质
分子，蛋白质分子具有低阻抗、低能耗的性质，不存在散热问题。它的三维
立体排列使它具有较大的存储容量。使用蛋白质芯片的计算机，处理信息的
速度可提高几个数量级。另外，蛋白质分子还有自行组装和再生的能力，为
计算机全面模仿人脑、实现高智能化提供了可能。
选择哪种蛋白质分子来担当这一重任呢？这可是各国科学家在努力攻关
的核心问题。一种嗜盐菌的紫膜中的蛋白质分子（代号为 bR）看来是选作生
物芯片的理想材料，因为它来源广泛，具备作为光电转换和开关元件的优良
性能。而紫膜是目前唯一的结晶状生物膜，稳定性很好。我国科学家在紫膜
蛋白质分子的研究中也有不少建树，有可能为生物芯片的问世做出自己的贡
献。
制作生物芯片除了直接选用天然蛋白质分子之外，一种更为奇妙的手段
是制造人工蛋白质分子。这有两种途径：一种是通过 DNA 重组，使某种微生
物“分泌”出合乎要求的蛋白质分子；另一种是直接用蛋白质的基本材料氨
基酸来进行组装。人工蛋白质分子是根据理想的蓝图来进行构筑的，性能当
然比天然蛋白质分子优异，但同时也存在着更多的困难，目前尚处于实验研
制阶段，离实际应用还有不小的距离。
小人国的福音
人的身材有高有矮。虽然人的魅力并不主要取决于身材的高矮，但是，
人们总希望自己高大一点、魁梧一点，特别是个子偏矮的男同胞，总想找到
增高的药物和窍门。
然而，人们的注意力，则更多地放在那些被称为“侏儒”的超矮人身上。
在中国古代典籍和外国文学作品中，都描写过所谓小人国，如安徒生的
拇指姑娘、格列弗小人国历险的故事，在西方是家喻户晓的。这些虽然都是
童话、传说，在现实生活中，却也确实存在着超矮人。如非洲丛林中被称为
“世界矮人”的俾格曼部族的人，身高平均在 1．50 米以下。世界上最矮的人，
要算荷兰侏儒鲍林·玛斯特斯，她仅高 59 厘米，19 岁时因肺炎脑膜炎并发
而死。侏儒们身材虽矮，智力发育却与常人无异。这大概也是他们引人注目
的重要原因之一。
人们不禁要问，他们为什么这么矮？是什么在主宰人们身躯的高度？如
果找到这种东西，能否使矮人们都长高？
对于飞速发展的现代科学，这样的问题并不难回答。人们早已研究出，
控制人体身高的，是体内的脑垂体。脑垂体分泌出一种生长激素，刺激人的
生长。脑垂体必泌的生长激素多，人就长得高，分泌的生长激素少，人就矮。
若分泌的生长激素过多，人就会长成巨人，而分泌的生长激素过少，人的身
材就会矮小，畸形、甚至成为侏儒。而生长激素的分泌量又是由生长素释放
抑制因子控制的。
这样一来，治疗侏儒的办法不就找到了吗？只要将生长激素或生长素释
放抑制因子注入人体，人不就长高了吗？
然而事情并不那么简单。对于生长激素或生长素释放抑制因子，人们首
先是从人体或动物体中提取的，但非常困难。因为这两者在人体中的含量极
少。以往获得生长激素的唯一来源是人的尸体。从 600 具尸体的脑垂体中提
取的剂量，仅仅能治疗一个侏儒病人！若想从动物中获得生长激素释放抑制
因子，需要 50 万只羊脑才能提取到 0．005 克的纯激素！因素，大量获取生长
激素，是我们要攻克的一大难题。
经过长期的、艰苦的研究，今天，生物工程为解决这一难题展现了广阔
的前景。人们将人的生长激素基因通过遗传工程引进大肠杆菌，让大肠杆菌
来生产人的生长激素已获成功。
大肠杆菌是 1885 年由慕尼黑的一位年轻儿科医生 T．埃希里克在一块尿
布上发现的。原来它并未引起人们的注意，然而如今，它成为了一切重组基
因研究的中心，成为遗传工程的主角，使现代许多大企业家为它不顾风险而
拼死竞争。
这是为什么？原来，多年来，为大量获取生长激素，生物学家一直渴望
借助一种结构简单，能快速繁殖的生物作为基因工程研究的工具。他们希望
能将其中的遗传物质取出一部分，把人的生长激素基因拼接上去，这就是基
因重组（重新组合）。然后将这重组基因，再送入这个生物体内，让它表现
出新基因的性状。而大肠杆菌恰好可担此重任。1973 年，重组 DND 技术在大
肠杆菌中获得成功！不起眼的大肠杆菌终于成为微生物学中的一颗“超级明
星”，用它可大量获取生长激素。从 450 升大肠杆菌培养液中提取的生长激
素，就可相当于 6 万具尸体的全部产量！9 升培养液中的生长激素释放抑制
因子就可取代 50 万只羊脑！
目前，人生长激素的产品已在一些发达国家销售。1990 年销售额已达 6
亿美元，是世界上销售额最大的生物技术药品。
现在除了将人生长激素重组到大肠杆菌中，美国科学家还将牛生长激素
也移至大肠杆菌中，进行大量生产，再提取生长激素，注射到牛体内，使产
奶量大大增加。还有的科学家将生长激素基因转入鱼体内，促进其生长。最
有意思的实验是“超级鼠”的出现。人们将家鼠与小白鼠的生长激素基因重
组，再将它导入大肠杆菌大量复制，再用微型注射器注入 170 个家鼠的受精
卵中，再植入母家鼠体内。结果生了 21 只小鼠，其中 7 只小鼠体内有重组基
因。后来奇迹出现，有 6 只小鼠长得特别大，是普通家鼠的 1．8 倍～2．5 倍！
这样大的老鼠，没有“超级猫”是降伏不了它们的。可以想象，如果把这种
技术应用于畜牧业，我们将得到一群群超级猪、超级羊、超级鸡……那该是
多么有趣的事，世界畜牧业将会出现何等令人兴奋的景象！
随着生长激素的工业化生产和应用范围的拓宽，也许不要多久，侏儒将
永远走出“小人国”的恶梦，矮个子将人人拥有一副潇洒的魁梧身材，“小
人国”将永远作为传说保存在书本中！
病毒的克星
“我叫病毒，人们只听说过我而难以见到我，因为只有在几万倍甚至几
十万倍的电子显微镜下，人们才能看见到我的模样。世界上第一个发现我的
是俄罗斯青年科学家伊万诺夫斯基，他是在 1892 年研究烟草花叶病时发现我
的。我的结构简单极了，仅有一个蛋白质的‘大脑袋’，包裹着一个主管生
命信息的核酸，我就是微生物大家族中的小个子成员——病毒。我比小小的
细菌还小 100 多倍呢！”病毒对微生物们自吹自擂道。
“别看我个子小，但我有许多使人类毛骨悚然的‘法术’，比如使人们
患上天花、狂犬病，乙肝、出血热�
