生物迷宫

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  磺胺的诞生
  
  那是在1935年,德国有一位勤奋好学的年轻医生杜马克,领导着一个试验小组在寻找可以杀灭细菌的药物。他选中了一种红色的染料,先用化学的方法改变这种染料的化学结构,再把这种新化合物注射到体内有链球菌的小白鼠身上,然后进行观察。经过无数次的试验,最终证明这种化合物可以杀死小白鼠、兔子和狗体内的链球菌,可以作为一种杀灭链球菌的特效药。他根据这种药物的化学结构,给它起了个名字叫磺胺。
  可是,要证明一种药品能否治病,光在动物身上进行试验是不够的。在动物体内试验成功后,就要考虑在人体上进行试验。但这种试验非常危险,因为人体的结构和动物还是有很大区别的。同一种药物,进入动物体内不会引起死亡,并不能保证在进入人体时也不会致人死亡。而且,新药的试验还需要有合适的病例。
  杜马克医生试用磺胺的第一个病例正是他自己的女儿爱莉莎。有一天,小爱莉莎的手指不小心被刺破了。到了晚上,她的手指开始肿胀疼痛,引起高烧。剧烈的疼痛使爱莉莎整天呻吟不止。这是因为通过伤口,外界的病菌进入到了血液里,导致全身感染。医生对杜马克说:“伤口上的链球菌进到血液里了,再也没有希望了。”那么,难道就这样眼睁睁地看着爱莉莎死去吗?当然不行!这时,杜马克想起了磺胺。既然磺胺可以杀死动物体内的链球菌,也许也能杀灭爱莉莎身上的病菌!此刻必须冒险一试。于是,他决定给爱莉莎注射磺胺。
  整整一夜过去了,爱莉莎终于睁开了双眼。接着,热度慢慢退下来,爱莉莎终于痊愈了。磺胺第一次在人类的身体里战胜了链球菌。从此,磺胺类的药品被广泛地应用到医疗当中去,救治了许多病人。直到今天,它们仍然被医生们广泛地使用。
  
  发现青霉素
  
  英国有位弗莱明教授,他的一生几乎都在和微生物打交道。
  1928年,弗莱明开始研究葡萄球菌。这是一种圆形的细菌,它们常常聚集在一起,在显微镜下看起来就像一串串葡萄,因此人们把它叫做葡萄球菌。许多疾病都是由这种细菌引起的。
  一个初夏的早晨,弗莱明继续进行着他的工作。突然,他的目光落在一只玻璃培养盘上。一种来自空气中的霉菌不知什么时候落到了这只盘子里,已经繁殖成了一片绿色的菌落。弗莱明拿起这只培养盘仔细观察,发现了一种奇怪的现象:在这片绿色霉菌的周围出现了一个白色的圆圈,原来,所有原先在这只盘子里培养着的葡萄球菌全都被消灭了。
  弗莱明小心翼翼地把这种“不请自来”的绿色细菌培养起来,对它进行深入研究。果然,凶恶的葡萄球菌是被这种绿色霉菌消灭的。弗莱明和他的助手们立刻开始收集因为腐败而长出青色霉菌的食物、水果等东西,并且找来了许多细菌进行试验。结果,它们都被这些绿色的霉菌杀死了。于是,弗莱明把这个发现写成论文,发表在1929年英国的一本医学杂志上。并把这种霉菌分泌出来的、能杀死其他细菌的物质叫做青霉素。
  既然青霉素可以杀死细菌,那么它也可能治愈人类的疾病,这可是个伟大的发现!不过,弗莱明他们高兴得太早了。因为在培养霉菌的滤液里青霉素的含量非常非常小。即使要治疗皮肤上一个小伤口,都得需要好几公斤的滤液。要杀死整个人体内的病菌,所需要的量就更大了。当时的技术还解决不了这个难题,研究工作被迫停止了。
  11年后,这篇关于青霉素的论文引起了另一位科学家法劳莱的注意。他意识到要用青霉素来治疗人类的疾病,就必须解决提炼和生产的问题。经过漫长的辛勤劳动,法劳莱终于提炼出一小勺青霉素的药粉,它当时的价格比黄金还要贵重呢!
  直到第二次世界大战期间,人们终于让青霉素走出了实验室,可以在工厂里进行批量生产。从此,它成了可以杀灭病菌、拯救生命的灵丹妙药。青霉素的发明使人类的平均寿命延长了20多年。
  
  生物发光撷趣
  
  浮游生物发光
  每当一年中暖和的季节到来,在夜幕降临之后,航行在海上的人们常常可以看到海水的上层闪耀着光芒。发光的水层深度从50厘米到几米不等。这种被称为“海火”的现象主要是由漂浮在海中的浮游生物发光所引起的。
  海里的发光生物种类繁多。细菌、甲藻、夜光虫、磷虾等都能发光。当它们在水面聚集时,犹如万点星光,蔚为奇观。例如,在加利福尼亚湾北部,海水水体中夜光虫的数量极多,在白天可以把整片海面都染成粉红色或砖红色,所以古人把这一海域叫做“朱砂海”。更令人惊奇的是,到了晚上,这些夜光虫又摇身一变,发出明亮的光芒,给白天还是红色的海水换上了闪光的艳丽服装。据科学家研究,夜光虫身上的发光物质分布在表皮细胞质内,如果受到机械(如风浪冲击)、化学、电等外界的刺激,就会发出淡蓝色的火花状的闪光,非常美丽。
  
  细菌发光
  人们对细菌并不陌生,它们不仅数量庞大,而且种类极多。其中会发光的细菌在发光生物中占有极为重要的位置。目前已知能发光的细菌有十余种,它们与其他的发光生物不同,不需要任何外界刺激就可发光,而且发出来的光是连续的弥散状光圈。
  有趣的是,有些生活在河水中的发光细菌需要在水中的盐分浓度约为0.05%的环境下才开始发光,有些则能够在完全不含盐的水中微弱地发光。在海洋中,各类发光细菌对温度和酸碱度都有一定的要求。当盐分的浓度增加到普通海水的一倍以上或者减少到1/10时,海洋发光细菌就会死亡或停止发光。许多细菌发光的最适宜温度为20℃~25℃,pH值为5.9~28.3。这些发光细菌通常附着在乌贼或大章鱼的体表和它们的发光器官内,发出淡青色或绿色的光亮。
  
  闪光鱼发光
  
  1964年,海洋生物学家戴维·弗里特曼在红海首次发现了一种十分奇特的闪光鱼——光脸鲷(d100)。它的身长只有七到 厘米。这种小鱼生活在红海和印度洋中不到十米深的浅水区域,它在珊瑚礁上发出的光十分明亮,甚至能使离它两米远的人在黑暗中借助它身上的光,看清手表上的时间,所以潜水员常常把它们捉住后放在透明的塑料袋中,作为在水中使用的“照明灯”。经研究证实,到目前为止,光脸鲷的发光亮度在所有发光动物(包括陆生动物和海洋动物)中是最亮的,因此它又有“壮观的夜鱼”之称。尤其让人感兴趣的是,在光脸鲷的眼睛下边不仅长着一个很大的新月形的发光器官,而且还有一层暗色的皮膜附着在它的发光器官下面。皮膜一会儿往上翻,就遮住了发光器官,一会儿又往下拉,让发光器官露出,这样,就像电灯的开关一样,一亮一灭。这种奇妙的闪光现象,在鱼类中也是十分罕见的。而且,光脸鲷常常是几十条鱼一起成群地活动,最多时一个鱼群的数量可达到200多条。它们不是排成一条线,而是组成一个球形。当它们拉下皮膜时,鱼群的发光器官好似无 数明亮的星星,聚成一个巨大的火球,以此来引诱小型甲壳动物和浮游生物作为它们的食料。同时也不可避免地会招来一些大型的凶猛鱼类。而当它们受到威胁或袭击的时候,立即就将皮膜翻了上去。海水中顿时又是漆黑一团,它们便乘机溜之大吉。此外,光脸鲷的闪光每分钟可达到75次,可以此来模糊敌人的视线,作为它们逃避敌害的又一种方式。
  不久前,一位海洋生物学家做了一个有趣的实验:他把捕捉到的光脸鲷放养在水族箱里,同时做了一具光脸鲷的仿真模型。当这条模型鱼闪着光,被放入水族箱的时候,光脸鲷就纷纷向它游来,并拉下皮膜,也闪出蓝绿色的光。这说明光脸鲷的闪光也是它们彼此联络的信号,是它们在群居生活中形成的一种特征。
  
  深海发光鱼类
  深海里的生物大多长有发达的发光器官。据动物学家估计,40%以上的深海鱼类具有发光器官,像能发光的乌贼、能发光的章鱼等。在一些海域,无数的发光生物星罗棋布,犹如夜幕中倒映在大海深处的节日焰火。鱼类的发光器官多排列在身体的两侧,在快速游动时很像一架小型客机在海底世界飞行。有些鲨鱼的发光器官长在眼睛的周围,当它们向你游来时,犹如在夜间遇上了开着前大灯的汽车。一些生活在深海的鮟鱇鱼,双眼在黑暗的生活环境里已退化得看不见东西,但头顶上却长着一根发达的钓鱼竿形状的背鳍,末端还垂挂着像一只小灯笼似的发光器官。这盏“小灯”发出柠檬黄色的光芒,使一些贪婪的鱼儿误认为是可食的小鱼,当它们向着它猛扑上去的时候,却落入了鮟鱇这位“姜太公”之口。乌贼身上发光的部位,可称得上是世界上寿命最长的“小灯泡”,毋需充电,也可闪亮数年之久。因为它的发光燃料——发光细菌的增长速度要快于消耗的速度。
  
  萤火虫发光
  
  这是人们最熟悉的陆生发光生物。在盛夏的夜晚,人们经常可以看到这种发光的昆虫。它发出的光实际上是一种“求偶信号”:首先是雄虫发出寻找配偶的信号,接着雌虫便会发出作为应答的信号。如果彼此频繁地互发“信号”,雄虫便会向雌虫的方向飞去。凭着这种奇特的“闪光语言”,它们在夜幕中无声地约会。在墨西哥生活着一种巨大的萤火虫,腹部有两个大发光器官,一个发射绿光,另外一个发射橙黄色光。两色相映,极为美丽。当地的许多妇女把它们别在头发上,作为晚上参加舞会时的装饰。
  对科学家来说,萤火虫如何能如此精确地控制它们的发光,曾是一个挥之不去的谜。近年来,美国的一些研究人员找到了答案:排列在萤火虫肺部的细胞能制造出一氧化氮,而来自萤火虫大脑的神经信息会促使细胞释放这种化学物质。它会导致邻近的细胞——线粒体暂时关闭,在这个过程中会释放出氧气,从而刺激另一种细胞内的酶发光。
  
  比核武器威力大十几倍的基因武器
  
  世界多国致力于研制基因武器
  2006-2007年,美国35个州的养蜂人不约而同地发现,他们放飞出去的蜜蜂,就像事先约好了一样,“远走高飞”,再也没有回到蜂巢里。这一年,美国养蜂业因蜜蜂出走蒙受的损失高达140亿美元。美国农业部立即委托哥伦比亚大学的传染病专家伊恩·利普金对此展开调查。结果发现,美国1/3的蜂群受到了一种名为“急性麻痹病毒”的袭击,这是以色列的基因武器先驱奥登里奇博士研制出来的武器之一。美国国防部的专家怀疑,由于位于以色列的实验室管理不严,使得部分身上已经携带了这种病毒的实验用蜜蜂被带进了美国,而美国的自然环境和气候正好有利于这种病毒的传播,于是成千上万的美国蜜蜂便稀里糊涂地成了无辜的“受害者”。他们还怀疑,这种误伤了美国蜜蜂的病毒,可能是以色列用来对付伊朗的基因武器中的一种。
  经俄罗斯的情报人员研究判断,目前世界上约有10~15个国家已经制订或正在制订利用基因武器进行“生物战”的计划。2001年9月4日的《纽约时报》曾披露了一条惊人消息:据美国的一些官员透露,在过去的几年中,美国已经开始进行一项研究基因武器的秘密计划。到了2006年,美国政府用于生物工程研究的经费已经达到20亿美元。美国的军事医学研究所实际是一个基因武器的研究中心,已经研制出了一些具有实战价值的基因武器。例如,他们在普通的酵母菌中加入一种在非洲和中东曾经引起过传染病“裂谷热”的细菌基因,从而使这种已经变异的酵母菌变成了可以传播“裂谷热”病的病菌。另外,他们还完成了把具有抗四环素作用的大肠杆菌基因与具有抗青霉素作用的金色葡萄球菌基因拼接在一起,再把拼接出来的新基因移植到大肠杆菌内,这样,就培养出了对这两种抗生素都有耐药性的新大肠杆菌。如果人感染了这种细菌得病,再用这两种药物治疗就没有什么效果了。而英国从1997年起就召集了一批军事专家、遗传学家和生物学家,组建了一个专门研究基因武器的工作小组。有消息称,这些在英国政府的化学及生物防疫中心工作的科学家们研制“基因杀人虫”的时间已长达5年之久。此外,南非在上个世纪80年代的种族隔离时期,白人执政者曾下令让科学家进行“黑人炸弹”研究,就是制造出一种特殊的病毒。用它可以使黑人的体质变弱或生病死亡,却对白人的健康没有影响;或者偷偷给黑人服用一种可以影响基因的药品,使他们的生育能力不断下降,这样白人的人口增长速度就可以超过黑人。这些听起来很荒唐的“研究”随着种族主义政府的垮台而中止,但据说某些成果已被其他的国家转移或购买。有时,基因武器的产生也带有偶然性。例如,2001年,澳大利亚的科学家本来是想研制出一种以基因为基础的药物,以控制该国的鼠害,但在实验中却意外地制造出一种变种的病毒,这种病毒可以让人体感染一种致命的疾病。
  
  基因武器的类型和特点
  从以上的研究情况来看,基因武器可分为三类:致病或抗药的微生物、攻击人类的“动物兵”以及专门对付某个种族的特殊基因。与核武器、化学武器相比,基因武器的威力更大。它还有以下特点:一是成本低、杀伤力强、效果持续时间长。据测算,如果建造一个核武器库需耗资50亿美元,那么,建造一个基因武器库仅需要5000万美元,而两者对人的杀伤力可谓“旗鼓相当”。有时基因武器的杀伤效果甚至还大于核武器。比如,将带有超级出血热病菌基因的生物投入敌对国家的水系,能使生活在这条河流周边的居民全部丧生。再如,有一种剧毒的“热毒素”基因毒剂,仅用万分之一毫克,就能毒死一百只猫。如果使用20克这样的毒剂,就足以使全球60亿人全部死亡。二是使用方法简便,施放手段多样。经过特殊处理,基因重组之后的细菌、病毒和致病基因组成的多种微生物,可以被做成气体、液体、颗粒的模样,用普通火炮、飞机、舰船、气球或导弹等多种方式进行投放。三是保密性强,难防难治。一般来说,只有制造者才知道致病基因的遗传密码,别人很难在短时间内对它们进行破解或加以防控。此外,由于基因武器的杀伤作用是在不知不觉中发生的,就如同随着呼吸,空气中的尘埃会钻入人体内一样,可以在人们毫无感觉的情况下造成致命打击。所以,基因武器一般不易被发现,也不容易对它们进行有效的防护。当人发现自己受到了它的伤害,大多为时已晚。四是这种武器只伤人不坏物。比起原子武器同时会摧毁所有物资,“经济性”也更好。
  
  基因武器一旦问世,人类将面临巨大灾难
  基因武器所具备的以上特性,会对未来世界的战争产生深刻的影响。首先,互相敌对的双方将不再仅仅依靠使用大规模的“硬杀伤”武器进行流血拼杀,来摧毁对方的军队或城市,而是更有可能在战争前就通过使用基因武器,使对方丧失战斗力,不费一枪一炮就取得胜利。其次,将出现新型的军队组织形式。前线与后方的人员比例将出现“前轻后重”,就是说,真正上战场打仗的战斗部队人数将大大减少,而拥有基因武器的“小分队”、后勤和救护部队将成为战争中的主力。再次,心理战的作用会更加突出。由于基因武器具有比原子武器和化学武器更强大的威慑力,甚至可以“不战而屈人之兵”。最后,战争的进展和结果将变得更加难以掌控,基因武器一旦被使用,造成的后果可能是使用者本身无法预料的。为此,全世界的生物学家发出了强烈的呼吁,各国政府有必要采取紧急措施,以制止基因武器的研制与扩散。人类千万不能贸然打开基因武器这只“潘多拉盒子”,否则将面临巨大的灾难。
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