书城自然科学海之馈赠:海洋资源大观
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第9章 最大的粮仓:生物资源(5)

传说中的龙宫里,龙王把它的虾兵蟹将都调教成武艺高强的英雄。在现实生活中,人们也把养殖的海洋生物培育得十分健壮,个头长得更快更大,不怕疾病和寄生虫的侵袭,耐热耐寒,营养更丰富。

生物工程在日新月异地发展。“种瓜得瓜,种豆得豆”,生物的后代像它们的祖先,这就是遗传的规律。要想养好海洋水产品,就得选出优良品种。自然界中的生物良莠不齐,可以从中挑选质量最好、生命力最强的种。用杂交的办法可以培养出既像父亲又像母亲的新品种。陆地上驴父马母生出来的既不是驴也不是马,而是不能生育的骡子。这样杂交产生的后代不能继续繁殖,不能算新品种。海洋里很多动物是体外受精的,更容易杂交出新种。这些新种不像骡子那样不能繁殖,而是仍然可以传宗接代。

决定生物遗传的物质是细胞里的基因,就是DNA(脱氧核糖核酸)构成的双螺旋形的链。别看这种链很小,用肉眼看不见,可是它却带着一切遗传因素的密码,不但决定后代的体形、成分、习性,还决定后代对疾病的抵抗力,甚至会带来遗传病。基因像积木,是由一段段链连接成的,链有长有短。简单生物的链短,最短的只有1厘米长,复杂生物的链很长,像人的基因,有175厘米长。基因链可以拆开,也可以重新接上,重新组合。从两种生物细胞内取出基因,拆成零件,再把不同生物细胞中的零件接上,就能构成遗传性不同的继承两种生物优良特性的新生物,这种技术叫做基因工程。基因工程已经用到制造海洋生物新物种的研究中。连接基因的工作非常精密,要在显微镜下把细胞壁溶解开一个洞,细心地摘出基因中所需要的链上的环节,再把它重新组合、接上。接上后培养这种新构成的细胞,使它发育成新品种的生物。例如,把从繁殖能力和转化蛋白能力特别强的螺旋藻细胞中分离出来的藻胆蛋白基因转入海带和紫菜,培育出来的新海带和新紫菜就有螺旋藻的优越性能了。对鲍鱼实行DNA重组,可以使养殖产量提高25%。从生长在寒冷海域的鱼的血清中分离出抗冻基因,转移到大西洋鲑鱼的细胞中,使这种鲑鱼更能抗冻。用微注射法把带有一种叫做AFP启动子的鲑鱼生长激素转入牙鲆的受精卵,培育出了转基因的牙鲆。

生物工程中还有细胞工程、发酵工程和酶工程。有性生殖的父母体的基因不一样,有时会把某些在父母体内是隐性的不健康的因素遗传下去。如果选出优良品种,不经过有性生殖,就可以避免这个问题了。用秋水仙素溶液浸泡生物,能使生物细胞内的染色体加倍,变成优良基因纯合的二倍体生物。同样,还可以处理成三倍体、多倍体生物。这些多倍体生物品种比靠有性生殖繁衍的种更有遗传的优势。这种做法就叫做细胞工程。大家都从新闻中知道,英国科学家利用细胞工程的技术培养出一头克隆羊,引起发达国家舆论大哗,担心世界上出现一个像希特勒一样主张种族主义的暴君或者利用这种技术克隆出一大批暴君。当然这种担心可能是多余的,遗传因子相同的人在不同的社会环境里成长,形成的道德品质是不会一样的,何况克隆技术并不可能复制出完全一样的人,克隆技术应用到人类还是很困难的。所谓克隆技术就是利用细胞无性生殖的技术,应用这种技术不但可以培养良种,还能研制药品,利用生物体制造人造器官,比如让猪长出人能接受的肾,是造福于人类的新技术,完全不应该害怕,而应该往正确的方向发展它。在海洋养殖中,已经培育出裙带菜单克隆无性繁殖系,用于培育幼苗。在海洋动物方面,已经完成了皱纹盘鲍、牡蛎的多倍体诱导,形成了优良品种,并已经通过小规模生产养殖得到证实。用这种方法也成功地培育了三倍体的对虾新种,抗病的本领特别强。我国还在继续进行海洋动物多倍体的研究。

在海洋生物工程中,发酵工程和酶工程也是很重要的方面。用酶解紫菜单细胞的技术已应用于生产中的采苗。用基因重组技术把鱼的生长激素转到繁殖很快的大肠杆菌中并通过大肠杆菌表达出来,再用发酵工程使细菌大量增殖,可以生产出能促进鱼类生长的饲料添加剂。用虾类甲壳提取虾青素,把它加到饲料中,也可以使鲑鱼提高产量,并使鲑鱼的肉质得到改善。

用发酵工程还可以培养出各种有特殊本事的细菌。这些小精灵武艺高强,可以在不同的领域大显身手。有一种细菌特别喜欢吃石油,用石油里的碳氢化合物构成它的细胞质。当海面被溢出的原油污染时,把这种细菌洒在海面上,它就会把石油当做美餐,吃得一干二净。而这种细菌本身没有毒,可成为浮游动物的食物。最后海面油污消除干净了,浮游生物也喂肥了。另一种细菌与石油碰到一起时,产生有机酸、气体和表面活性剂,使高含蜡、高含沥青的原油变软、变稀,容易开采,可使油井产量增加20%以上。我国海洋石油中这类高稠性原油占的百分比很可观,如果推广使用这种细菌,效益将是巨大的。还有的细菌和海洋生物脾气更怪,它们竟能把海水里含量十分微小的金属元素或有毒物质富集在它体内。人们可以用生物工程培养这些细菌、生物,让它们从海水中为人类提取有用的金属元素,或者让它们当清洁工,把有毒的污染物从海水中除去。

学以致用:海洋生物的仿生学

海洋生物,它们是一群自然的使者,带给人们以丰富的想象和大胆的设计。它们经过海洋数亿年的精雕细琢,锤炼出了适应海洋生活的奇妙无比的技能。它们各自有独特的本领来适应这特定的环境,它们是人类的良师益友,因为它们启发了我们。

充分利用海洋仿生学的研究成果,将大大加快人类科技产业进步和社会发展的历史进程。通过探索它们的奥秘,完全可能也必然会为发展更加先进的技术提供不尽的源泉。这在远古时代就已经有所体现了。

1.早期模仿

早在远古时代,人们就已开始模仿生物了。舟船、舵和桨,就是古人依照鱼的形状以及鱼尾和鱼鳍发明出来的;就连人们的游泳术也是向海洋生物学来的,至今人们不是还习惯地使用“蛙泳”“豚泳”吗?当然这还只是简单的模仿学习,算不上是仿生学的研究。只有在今天这样的科学技术高度发展的时代,我们才有可能真正掌握生物的“秘方”,进而变为发展新技术的“良策”。

2.真正的启示

蛤壳使人类得到建筑巨大薄壳房顶的启示,乌贼启发了喷水拖船的制造;鲎眼促成了“鲎眼电子模型”的诞生,从而使人们可以通过加工各种照片来获得清晰的图像;依据海豚的体形、皮肤结构等特点,设计出的潜艇、鱼雷和小型船只的水下部分,可减少阻力20%~50%等。

另外,人类的仿生研究和开发的重要课题,还包括海洋动物对海水的淡化能力,生物光、生物富集的能力,潜水、通信、定位和导航的能力。

3.仿生学的未来

仿生学是一门年轻的科学,也是一门古老的科学,说它年轻,是因为它的集中、系统的研究只有短短数十年的历史,说它古老是因为古人早就开始了这方面的模仿,然而,尽管还年轻,她已展示出了强大的生命力,做出了许多很有价值的贡献。可以预测,随着人类科学技术的发展,她的前途将是无量的。

生物的进化已有35亿年以上的悠久历史,使海洋成为地球上生命的摇篮,它的广阔,它的深远,为人们提供了无穷的奥秘,等待着人类用智慧去发现,去揭示。

有人预言,21世纪将是生物科学的世纪,将是生物科学与其他科学技术密切融合、相互渗透和促进的时代,因此从人类已有的自然科学历史及其已有的成果来看,从自然科学发展应用趋势上来看,生物科学与技术科学的结合是不可避免的。它不仅能促进生命科学的发展,而且还给科学技术的发展提供了一把万能的钥匙,使生物的种种奥妙无穷的机能或规律成为人类科学技术的宝库。在这方面,仿生学,特别是海洋仿生学将扮演一个十分重要、突出的角色。