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第7章 对生命的探索(6)

1980年8月21~23日,人们再次目睹了水怪。21日早晨,作家雷加等6人在火山锥体和天文峰中间的宽阔地带发现天池中间有喇叭形的阔大划水线,其尖端有时露出盆大的黑点,形似头部,有时又露出拖长的梭状形体,好似动物的背部。9点多钟,目击者们又一次见到三四条拖长的划水线,每条至少有100米长,这样的划水线,如果没有快艇的速度是不会形成的。翌日早晨,五六只“水怪”又突然出现在湖面上,约40分钟后才相继潜入水中。23日,5只怪兽又出现在距目击者40多米的水面,这回人们清楚地看到,怪兽头大如牛,1米多长的脖子和部分前胸露出水面。水怪有黑褐色的毛,颈底有一白底环带,宽约5~7厘米,圆形眼睛,大小似乒乓球。惊慌的目击者边喊边开枪,可惜都未击中,怪兽潜水而逃。然而,对天池水怪持否定态度的人认为:天池形成的时间并不长,最后一次喷发(1702)距今只有279年,是不可能有中生代动物存活的,况且池中缺少大型动物赖以生存的必要的食物链,无法解释此类大动物的食物来源。还有一种观点认为:天池中常有时隐时现的礁石从水中浮现,也如动物一样有时露头伸出水面,有时沉入水中。还有火山喷出的大块浮石,它在水中漂浮,在风吹之下,远远看去,也如动物一样在水中游泳。

植物血型探索

我们都知道,人类和动物的血液有不同的类型,科学家们将其称为“血型”,不同的人血型是不相同的,目前已知道的人类血型有4种类型,即A型、B型、AB型和O型。对于血型的区分可以避免在给病人输血的过程中,由于血型的不吻合发生危险。不仅人类的血型不同,动物的血型也是不相同的,这一点已经得到了科学家的证实。然而,令人感到惊奇的是,人们发现植物也有血型。植物既没有红色的血液,又没有红细胞,怎么会有血型呢?这个消息立即引起了科学家们的研究兴趣,纷纷要揭开植物血型的秘密。

大家知道,人和一些动物的血液呈现红色是因为里面有红细胞,在红细胞的表面有一种特殊的抗原物质,是它决定了血液的类型(即血型)。但是植物没有红色的血液,也没有红细胞,为什么会有血型呢?

日本警察研究所的法医山本茂最早提出植物具有血型。他对植物血型的发现源于一起凶杀案,在侦查案件时,他在一点血迹都没有的现场,发现在一个枕头上竟有微弱的AB型反应。为了弄清事实的真相,他对装在枕头里面的荞麦皮进行了血型的鉴定,鉴定的结果却让他大吃一惊:荞麦皮显示出AB血型的特征。山本茂随后又对150种蔬菜、水果以及几百种植物的种子进行了实验检测,结果显示有79种的植物有血型反应。在这些植物中,大多数的血型是O型,其余为AB型、B型。进行了大量的实验后,山本茂在世界上首次宣称:植物也有血型。他还认为,在植物的血型中,O型是最基本的类型,B型和AB型是从O型发展而来的。

后来,世界上的许多科学家对植物的血型进行了研究。科学家通过研究发现,植物体内有和人类很相似的附在红细胞表面上的血型物质,即血型糖。人体的血型是由血型糖来决定的,O型血、A型血、B型血,分别由岩藻糖、N—乙酰—D—半乳糖、D—半乳糖所决定。植物体内也有和人类这些血型物质相同的东西,其中在红色果实的植物中数量最多。科学工作者还发现,大多数植物的种子和果实都含有血型物质,并且植物的血型物质在果实成熟和发育过程中,从无到有逐渐增多,到发育成熟后,血型物质便达到最高点。

植物体内血型物质的发现,不仅为植物的分类测定、细胞融合、品种杂交等提供了新思路,还可为案件的侦破提供方便。举例来说,通过对被害者胃里食物的检测,确定食品的类别,可以为侦破案情提供线索。

现在人们已知道,大多数的生物机体内部有血型物质,氨基多糖和蛋白质是决定血型抗原性的基本物质,不同种生物血型物质是不同的,即使同种生物,血型物质也不相同。这是由于各种氨基多糖的差别很大,结构也不稳定,导致血型物质种类很多。

对于生物界存在血型物质的原因,目前还不十分清楚。但是,科学家对血型物质的作用目前有几种不同的看法。有的科学家认为血型物质起一种信号作用。比如,通过实验发现,生物体内的糖链合成达到一定长度时,在它的顶端就会形成血型物质,然后合成就停止了。有的科学家认为,植物的血型物质,具有储藏能量的作用;还有科学家认为植物的血型物质的黏性大,似乎担负着保护植物体的任务。

虽然目前还没有全部揭开植物血型探索,但是已开始在侦破案件中应用。据报道,在日本中部地区的某县发生了一次车祸,肇事司机把一名儿童撞伤后,开车跑掉了。后来警察发现了这辆汽车,对车轮子上的血型进行验证后发现,除了有被撞儿童的O型血外,还有B型血和AB型血。当时警察怀疑,这辆汽车除了撞伤这位儿童外,还撞伤或撞死过其他人,但司机只承认撞伤了那名儿童,不承认还撞过其他人。后来经过科学研究所的验证,原来其余两种血型是植物的血型,这样才使案件得到正确处理。

现在日本已研究出了检验荞麦、胡萝卜等一些植物的抗血清。山本茂等人声称,一旦有了已经确定血型的植物的全部抗血清,就能准确地判断植物的种类,这样,利用植物血型侦破案件的时代即将到来。

现在,对植物血型的探索还只是刚刚开始,植物体内存在血型物质的原因以及血型物质对植物本身有什么意义,还需要科学家们去进一步研究和探索。随着研究工作的不断深入和发展,人们也将会揭示出植物血型在其他方面的广泛用途。

“巨菜谷”探索

所谓大千世界,无奇不有,美国阿拉斯加州安哥罗东北部的麦坦纳加山谷和前苏联濒临太平洋的萨哈林岛(库页岛)是两个神奇的地方。据一本科学杂志介绍,那里的蔬菜长得硕大异常:土豆长得像篮球那么大,一个白萝卜重达20多千克,红萝卜有20厘米粗、约35厘米长,卷心菜平均有30千克重,豌豆和大豆能长到2米高,牧草也高得可以没过骑马者的头顶。由于这地方所有的植物都长得非常高大,所以被人称做“巨菜谷”。

为什么这里的植物可以长得这么巨大呢?这也是科学家迫切想弄清楚的问题。从“巨菜谷”被发现的那天起,科学家们就开始了对这一反常现象的研究。一开始,有人怀疑这不过是一些特殊品种的蔬菜,但经考察研究,却发现并非如此,这些都是一些普通蔬菜。因为科学家曾做过实验,将外地的蔬菜子拿到这两个地方,只要经过几代繁衍,也会长得出奇的高大,但是如果把那里的植物移往他处,不出两年就退化成和普通植物一样。这种离奇的现象让科学家们百思不得其解。

为了解开这个谜团,科学家们做了更为深入细致的研究,也提出了各自不同的解释。有的科学家认为,这是由于这两个地方都处在高纬度地带,夏季日照时间长,所以这里的植物能够吸收到特别充分的阳光照耀,这就刺激了它们的生长激素,导致它们变态性地生长。但是,这种解释是经不起仔细推敲的。因为,还有很多地方和这两个地方处于相同的纬度,但在这些地方却并未发现有如此高大的同类植物。因此,又有科学家提出观点认为,这种奇怪现象是由于悬殊的日夜温差起作用的结果,骤冷骤热的日夜温差破坏了植物的生长系统,使得它们疯狂生长。但这种解释和前一种观点有同样的漏洞,即它也同样无法解释为什么有类似气候条件的其他地方却没有这一奇异现象。

这种现象让我们想起了中国古代晏子的那句名言,“橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳”。难道真的是水土的原因吗?于是科学家们的关注点从植物研究转到土壤研究。有科学家提出了这样一个假设,认为这可能是富饶的土质或者土中有什么特别的刺激生长的物质起作用的结果。为了验证这种假设,科学家们对这里的土壤进行了实地化验,但化验的结果却提供不出可用以说明这里土质特殊的资料和数据。

以上几种观点都有自己的破绽,所以有些科学家认为起作用的并不是一种原因,而是上述各种条件的综合。其他地方虽然和这两处地方处于同一纬度,但却由于不具备如此巧合的几方面条件,所以生长不出这样高大的蔬菜和植物。这种观点比起前几种观点要完善得多,但是又一个问题出现了:它无法解释为什么萨哈林荞麦在欧洲第一年可以照样长得巨大。种种假设都被人们考察的结果无情地否定了,关于这个问题的研究似乎无法再深入下去了,因此一直没有取得什么实质性的进展。

近些年,一些生物家注意到有一种寄生在植物幼芽上的细菌会分泌一种赤霉素,这种植物激素具有促使植物神速生长的奇效。这个发现给长期被这个问题困扰的科学家带来了一丝曙光。他们据此认为,这两个地方的巨型植物的出现,可能是某种适宜于当地环境的微生物的功劳。于是他们又开始了对这种特殊的微生物的寻找工作。但直到今天,仍然没有查清究竟是哪种微生物在起作用。

如果说“巨菜谷”还牵涉到植物种子的话,那么在我国也有一个地方,竟不用播种也能收获油菜子。这块不种自收的神奇“福地”在湖北省兴山县。兴山县香溪的附近,有一块面积约为200平方千米的土地,当地人每年冬天将山坡上的杂草灌木砍倒,春天时用火将草木烧掉,待几场春雨深洒后,地里就会自己长出碧绿的油菜来。到了4月中旬油菜花开季节,只见漫山遍野一片金黄,当地人对这种不种自丰收的现象自然是乐不可支。

据当地老农说,这里有20多个村庄,每户人家每年都可收野生油菜子60多千克,基本上可满足当地人的生活用油。1935年当地山洪暴发,坡上的树都被连根拔走了,可第二年春天这里依然到处是野生的油菜。

不少科学家曾到此做过考察,也做过种种解释,但始终没有一种理论能确切地解释这里出现的奇迹。这些地方的植物为什么能不种自收、不劳而获呢?至今仍是无法揭开的谜,这一旷日持久的探索或许还要继续下去。

光合作用探索

作为地球上最重要的化学反应,光合作用对大多数人来说,好像并没有什么太大的秘密,它的过程无非就是吸收二氧化碳,放出氧气。然而,尽管光合作用的发现距今已有200多年的历史,并且已有多位科学家在光合作用前沿研究上频频摘取诺贝尔奖,但其内在复杂机理仍被重重谜团笼罩。科学家坦言,要真正揭开“绿色工厂”的全部谜底,仍有很长的一段路要走。

为什么科学家们要对光合作用进行研究呢?这是因为人类所需要的各种生产生活资料都是由光合作用产生的,如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。所以,对光合作用的研究是一个重大的生物科学问题,同时又与人类现在面临的粮食、环境、材料、信息问题等密切相关。现在世界上每年通过光合作用产生2200亿吨生物质,相当于世界上所有能耗的10倍。要植物产生更多的生物质,就需要提高光合作用效率。通过高新技术转化,我们甚至可以让有些藻类在光合作用的调节与控制下直接产生氢。根据光合作用原理,还可以研制高效的太阳能转换器。

光合作用与农业的关系同样密切,农作物干重的90%~95%来自光合作用。高产水稻与小麦的光合作用效率只有1%~1.5%,而甘蔗或者玉米的效率则可达到50%或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率,农作物产量就会大幅度增加。

近年来,空气里面二氧化碳不断增加,产生温室效应。光合作用能否优化空气成分,延缓地球变暖,也很值得探索。光合作用研究,还可以为仿真模拟、生物电子器件、研制生物芯片等提供理论基础或有效途径,对开辟21世纪新兴产业产生广泛而深远的影响。正是这些,使得光合作用研究在国际上成为一大热点难点。

早在一个多世纪以前,科学家就已经知道了光合作用,但真正开始研究光合作用还是在量子力学建立之后,人们也越来越为它复杂的机制深深叹服。

现在,科学家们已经知道,光合作用的吸能、传能和转化均是在具有一定分子排列及空间构象、镶嵌在光合膜中的捕光及反应中心色素蛋白复合体和有关的电子载体中进行的。但是让科学家们觉得不可思议的是,从光能吸收到原初电荷分离涉及的时间尺度仅仅为10-15~10-17秒。这么短的时间内却包含着一系列涉及光子、激子、电子、离子等传递和转化的复杂物理和化学过程。

更让人惊奇的是,这种传递与转化不仅神速,而且高效。在光合膜系统中,在最适宜的条件下,传能的效率可高达94%~98%,在反应中心,只要光子能传到其中,能量转化的量子效率几乎为100%。这种高效机制是当今科学技术远远不能企及的。

那么,光合系统这个高效传能和转能超快过程到底是如何进行的?其全部的分子机理及其调控原理究竟是怎样的?为什么这么高效?这些都是多年来一直困扰着众多科学家的谜团。有科学家说:要彻底揭开这一谜团,在很大程度上依赖于合适的、高度纯化和稳定的捕应中心复合物的获得,以及当代各种十分复杂的超快手段和物理及化学技术的应用与理论分析。事实上,当代所有的物理、化学最先进设备与技术都可以用到光合作用研究中。

光合作用的另外一个谜团是:生化反应起源是自然界最重大的事件之一,光合作用的过程是一系列非常复杂的独立代谢反应,它究竟是如何演化而来?美国亚利桑那州立大学的生化学家罗伯特教授说:“我们知道这个反应演化来自细菌,大约在25亿年前,但光合作用发展史非常不好追踪。有多种光合微生物使用相同但又不太一样的反应。虽然有一些线索能把它们联系在一起,但还是不清楚它们之间的关系。”罗伯特教授等人还试图通过分析5种细菌的基因组来解决部分的问题。他们的研究结果显示,光合作用的演化并非是一条从简至繁的直线,而是不同的演化路线的合并,把独立演化的化学反应混合在一起,也许,他们的工作会给人类这样一些提示:人类也可能通过修补改造微生物产生新生化反应,甚至设计出物质的合成的反应。这样的工作对天文生物学家了解生命在外星的可能演化途径,也大有裨益。

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