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第12章 对生命的探索(11)

靠过滤海水中的颗粒食物过日子的巨蛤,体内也有红色血液,它的生长速度奇快,比深海的一种小蛤要快500倍,长成后竟长达30厘米。

另有一种毛茸茸的深海白蚱,样子像一个可以浮起来的气球,又像陆地上的一株蒲公英,它们常常群集在一起,有的管消化,有的管捕食,有的进行繁殖,各司其职却又有条不紊。但一旦在没有保护的情况下把它们带到海面,这些脆弱的生命顷刻瓦解。

这些千奇百怪的深海生物,无论是生理结构、种属关系,还是生活习性,食物基础,都令生物学家们惊叹不已。

在这个没有阳光、水温超过沸点:充满高压的深海环境下的“第三大生命系统”被发现后,立即成为生命形成和演化方面无法解答的复杂谜题。

科学家们在调查中发现:海底热泉附近的食物密度异常高,比温泉喷区外的水域高出300~500倍,比生物丰富的海面水域还高出4倍。显然,这是吸引大量水生动物常住的原因之一。

当“阿尔文”号深潜器上浮后,科学家打开一瓶从深海带上来的海水样品。顿时,空气中充满一股浓浓的臭鸡蛋的气味。那就是硫化氢气体,他们恍然明白了其中的奥秘——当海水从地壳裂缝渗入地下时,水温便升高到350℃左右,热水把附近岩石中的硫黄等矿物质溶解出来。

在高温、高压的作用下,矿物质和水反应合成恶臭、有毒的硫化氢。某种硫细菌借助硫化氢进行代谢变化,吸收温泉热能得以繁殖,一些小动物以过滤这种硫细菌而生存,而大的生物又以它们为食饵,这的确是在地球正常生态环境中不可想像的。

无论是蠕虫、巨蛤还是贻贝,它们的消化系统大部分都已退化,取而代之的是大量的硫细菌寄生在体内。这样,一个新的海底“食物链”就形成了。宛如陆地上植物的叶绿素进行光合作用合成碳水化合物一样。不同之处在于高能量的硫化氢代替了阳光。从而开辟了一条前所未有的崭新渠道——从地球内部获取能量以维持生命。

众所周知,在通常情况下,温度高于40℃,大部分动物和植物就难以生存;温度大于65℃,大部分细菌也难以存活,但这种神奇的硫细菌在350°C的高温下却能迅速繁衍,又是什么原因呢?

硫化氢对生物的毒性并不亚于我们熟悉的氰化物,它能取代氧和进行呼吸作用的酵素结合,使生物窒息致死。而那些深海生物体内有大量硫化氢却仍能正常生长。虽然科学家们已查出,蠕虫血液里的血红素对硫化氢有极强的吸附力,能直接把硫化氢运往硫细菌寄生物的器官中;巨蛤体内有一种特殊分子去运载硫化氢,以消除其毒性,但其他深海生物又是怎样解毒的呢?对这一谜团的探知和研究在生物化学领域无疑是十分有意义的课题。

千米深海之下的生命奇观,使我们不禁想到了关于6亿~8亿年前地球是一个大雪球的理论。

一些地球物理学家认为,6亿~8亿年前的原生代晚期,地球可能是一个被冰雪覆盖的大雪球,地球赤道附近有一片狭长水域没有被冰封,原始的多细胞动物——我们的祖先可能就聚居在那里。

地球曾是雪球的理论,最早由美国地理学家乔·基尔希文克提出。他在澳大利亚发现一些年龄为7亿年左右的岩石上有冰川遗迹,而7亿年前的澳大利亚位于赤道地带。这表明,约在7亿年前,地球从赤道到两极都被冰雪覆盖,如果从太空中望去并不是现在的蓝色,而是白色。科学家们推测说,这一时期地球表面冰盖的生长将使地球急剧变冷。因为冰盖越多,反射的阳光越多,地球吸收的热量就越少,使气温降低。冰盖因此生长更快,这形成一种正反馈,最终使地球变成一个巨大雪球。

大量化石资料表明,原生代晚期是生物进化史上的一个关键时期,最早的多细胞动物就在此时出现。这些生物如何能在全是冰雪的世界中生存下来?雪球又是如何解冻的呢?一些科学家认为,在原生代晚期,原始生物可能在海底深处的火山附近生息,随后火山活动喷发出了大量二氧化碳,温室效应加剧,使地球逐渐解冻。

但美国得克萨斯农业和机械大学的科学家威廉·海德和加拿大科学家对此进行了不同的解释。他们认为,以往理论对原生代晚期地球冰盖生长的过程估计有失准确。他们说,冰盖生长速度与降雪量密切相关。随着海洋逐渐冰封,能够向大气中的蒸气水分的水域越来越少,地球降雪量急剧下降,冰盖生长也随之放慢。经过计算机模拟分析表明,即使在最冷时期,赤道附近仍有一段狭长水域未曾冰封,原始多细胞动物就生活在这里,而无需撤退到深海之中。他们认为,在这片水域的海底,应该存在着相对较多的原始多细胞动物化石,正等待着我们去发现。

威廉·海德等科学家的研究成果发表在2000年5月25日出版的英国《自然》杂志上。而在1996年上半年,美国特拉华大学的科学家利用一艘潜艇,进入在赤道以北13°东太平洋以下2.4公里深处,在温度高达85℃的热液火山口,搜集了细菌的蠕虫。在冰岛,一支德国队伍也在喷出硫黄蒸气的火山口搜集微生物。在以色列,研究人员在死海的高强度盐水中搜集小虫。在北极的水中,科学家搜集一些最适合生长在零摄氏度的细菌。

以上的科学家有一个共同之处:他们都在搜集一些称为“嗜极菌”的细菌,它们生长在地球上最极端的环境中。

这些科学家都是“重组体生物催化公司”的顾问。这家公司的任务是:发现、复制、售卖由嗜极菌分泌出来的酶。过去多年,科学家一直利用一般动作体内的酶(即蛋白质催化剂)代替污染环境的化学催化剂,以制造食物、药物和纸制物品。然而,这些酶有一大缺点:在高温或化学溶剂中变得不稳定。因此,科学家便想起了在极端环境下仍十分稳定的蛋白催化剂——由嗜极菌分泌出来的酶。

这些嗜极菌的其中一个常见栖身地,是居住在海底火山口的庞贝蠕虫,它们生长的地方,有很多如镉、锌等有毒金属。这些区域的部分部位温度高达85℃,最低则低至2.2℃,可想而知这些酶的适应能力是如何惊人。这些“高温酶”起码在三方面拥有重要用途;一、检验脱氧核糖核酸(DNA):高温酶可协助“聚合酶链反应”,从而在案件审讯中鉴定疑犯的身份;二、提炼石油:在石油的提炼过程中,瓜胶是常用的原料,高温酶有助于降解这些瓜胶;三、加进饲料中:鸡饲料含有大量植物磷,这种物质是动物无法消化的。在饲料中加进高温酶,便可帮助鸡消化这些磷。

引证这一材料,有助于证明在极端恶劣的环境中存在的生命。

按照地球曾是一个大雪球的理论,我们可以推测,在东太平洋海底火山口附近发现的深海生物有可能就是雪球时期的生命分支,或者可以推测它们是地球生命主体的一种变异种群。目前,一些科学家完全相信,在每一个海底火山熔岩的喷发处,都存在着不同的生命体:当火山熔岩处于喷发状态时,生命就十分繁盛。这种细菌通过纯化学综合过程把氢硫化物的化学能转变成一种新陈代谢的能源。据一些科学家推测,这些细菌有可能是地球上最早出现的第一批原始细菌,据此推而论之,40亿年前的地球诞生后不久,火山喷发的热液可能曾是原始生命产生的最早的源泉,是地球上第一批生命的发源地。

人类基因探索

天有不测风云,人有旦夕祸福。从古至今,人们一直在不懈地努力着,希望能测天之风云,知人之祸福。

如今,人类已经可以准确地计算天体运行的周期,可以预报天气,甚至能够飞入太空,登上月球。然而,人类对自身似乎还知之甚少:为什么有的人健康强壮,有的人却天生残疾?有的人能长命百岁,有的人却少年夭折?

于是,人们把目光投向各具特征的指纹,把命运同所谓的“手相”联系起来,认为人的手相能预示人的命运。这当然是不科学的。那么,世界上究竟有没有能左右人的生老病死的东西存在?回答是肯定的,它就是人的基因。

如今,科学家们正在深入进行的人类基因组计划,就是在破译生命的密码,告诉你为什么是现在的你,也告诉你将来会不会得病,也许在将来的某一天,你的身体有了问题,你只需带上你的基因图谱,找到出问题的基因治疗一下就会康复。

科学家告诉我们,不同生物的外部形态皆由生物的基因控制。基因控制着细胞中的蛋白质合成,控制着生物的各种遗传性状。人体是一个多细胞体系,每个细胞中都包含46条两两配对的染色体。每23条染色体构成一个染色体组,控制性状的基因,就定位于这些染色体上。而DNA(脱氧核糖核酸)是染色体的主要部分,每个染色体级的DNA,就构成一个基因组。据估计,人类基因组中约含有10万个基因。任何遗传病的发生,都是基因的突变造成的。

通过几十年夜以继日的研究,科学家们已经弄清了1.6万个基因在染色体上的定位。但是,如何才能使人们对整个基因组所包含的结构和功能有一个全面的了解呢?

1989年,人类已经开始启动人体基因组计划。有关测序工作分三步进行。首先沿着DNA链每隔一定的距离设置“路标”,把基因分成许多片段。然后各个击破,具体对各片段进行测序。最后进行精加工,对测序结果作补充和修正。

1999年12月1日,人体基因组计划联合研究小组的216位科学家正式向全世界宣布:他们已经完整地破译出人体第22对染色体的遗传密码,确定出该对染色体上所有蛋白质编码基因所含的3340万个碱基对的确切位置。

这一重大发现立即为世人所瞩目。科学家和新闻界普遍认为,这是人类在科学领域的又一次突破,是继1859年达尔文提出进化论理论之后,人类在认知世界方面的重大发现,为人类打开了通向了解微观生命世界的大门。人体基因组计划负责人弗朗西斯·柯林斯基甚至认为,这项发现的重要程度超过了第一颗原子弹爆炸和人类登上月球。

肉眼看不见的基因蕴藏着生命的秘密,决定着人的生老病死。随着对人的基因特性研制药品也不再是空想和神话,人类将拥有一个预防和征服疾病的强大武器。

人体衰老探索

许多科学家认为,衰老是受基因控制的。有些科学家则认为,人所以会衰老,原因是由于人体受到疾病以及“自由基”的破坏。“自由基”是一个多余电子的极不稳定的分子,是新陈代谢的副产物。这些分子的绝大多数是破坏细胞和DNA的氧化物。人靠体内的酶来清除这些破坏性的分子。疾病和这些分子对人体的破坏,随着人体的年龄增长而积累,使人体逐渐衰老。

有专家认为:不同的三个相互有关的系统影响人的衰老:①脑;②内分泌系统;③免疫系统。

这些科学家认为,如果人体的生命维持系统不衰退,脑神经细胞能活150~200年之久。然而,脑可能影响产生激素的内分泌系统而内分泌腺又可以影响免疫系统,所以脑可以使其他系统衰退。人都需要本身的免疫力来抵抗疾病,才能长寿。

胸腺本来已被人们认为是随着人类的进化而逐渐退化了的内分泌腺,但是,从现在的研究看来,由胸腺分泌的激素,可能是使人长寿的免疫力的源泉。人的寿命则以胸腺功能是否正常为转移。

胸腺及其激素控制着三种不同类型的白细胞或淋巴细胞(如T细胞)的产生与功能。其中某种T淋巴细胞能产生免疫系统的物质,例如,抗癌的干扰素;另一种则帮助产生抗体。还有一种则调节免疫系统,使人体本身的组织不受免疫系统的破坏。胸腺激素又能兴奋脑激素,例如,促肾上腺皮质激素(ACTH)。

婴儿在出世时,其胸腺大小约如核桃。胸腺在人的青春期便开始萎缩。人到老年,其胸腺只有原来大小的十分之一。因此,其免疫系统也逐渐失效。

实验证明,胸腺激素可以使老年人身上的淋巴细胞产生更多的抗体而增强免疫力。胸腺激素也可用来治疗癌症。近年临床试验又进一步证明,对患肺癌的病人用胸腺激素配合放射治疗,比单用放射治疗的方法要好得多。

美国专家艾伦·戈尔斯坦研制成一种血液中胸腺激素含量的测定法。该方法可能被用作体检的一项常规项目,以便对血液中缺少胸腺激素的病人补充胸腺激素。他认为,胸腺激素能在防病方面起非常重要的作用。

随着人的年龄的增长而减少的另一种体内物质是脱氧雄甾酮。虽然这种甾酮的功能尚不明确,但实验证明,这种甾酮可以用来预防鼠的胸腺癌。这种甾酮也可以用来降低胆固醇以及减肥。

近十年来科学家发现人发钴含量的变化与人类发育、衰老密切相关,明显呈示一种“生物钟”现象,女性在24~25五岁,男性在31~32岁,发钴含量有一高峰值,以后逐渐降低,由此便可以解释女性较男性易早熟或早衰的现象。一般来讲,在60岁以前,女性的发钴含量都高于男性,据此不难解释女性寿命通常高于男性。有趣的是在60岁以后,女性发钴含量急剧下降,由高于男性变为低于男性,在图表上呈剪刀交叉形,这样就可以解释长寿老年人中女性身体通常比同年龄的男性身体差的现象。

未解的人脑探索

今天,我们人类的活动正以前所未有的速度改变着地球的面貌,创造出大自然旷古未有的许许多多。

人类为什么会创造出这样伟大的奇迹呢?因为人类有一个与众不同、足智多谋的特殊器官——大脑。

堪称万物之灵的人类确有绝顶的聪明与智慧。然而,尽管人类创造出令人惊叹的种种奇迹,人脑对其自身的认识却始终充满了不解探索。

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