书城科普读物新编科技大博览(B卷)——探索神秘的科学未知
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第26章 科学未知(5)

战争所应用的导弹之所以能够准确地击中预定目标,是因为其弹头上装有一种先进的制导系统。据专家的报告,一枚优良的导弹能够在几千公里以外发射而击中预定目标,误差范围不超过15米。这种现代化的高精尖技术,遗憾地被用于屠杀生命上了。而生物导弹与之相反,是用于解救人类的生命。

对于生物导弹的制导系统的研究,是生物导弹作用大小的关键所在。我们知道,癌症是目前人类难以攻克的顽症,对于癌症的治疗目前所采用的无非是化疗和放疗,这两种治疗虽然对癌细胞有一定的杀灭作用,但是同时也有许多正常的组织细胞在治疗中被杀死,另外化疗药物随着血液循环抵达癌组织时,药物浓度已经很低了,产生不了有效的作用浓度。于是,人们想到能不能用什么方法来使病变局部的药物浓度提高而又不杀死正常的组织细胞呢?

科学家们在研究中发现,如果将癌细胞从机体组织中提出一部分,将其移植到裸鼠体内,然后多次繁殖,使癌细胞失去原有的生物活性,这时将其与抗癌药物相结合重新注入体内,奇迹出现了,这些载有抗癌药物的癌细胞具有极高的方向辨别力,进入体内后迅速地回到了原来癌细胞所生长的部位,并且将结合于其身上的抗癌药物也一同地带到了原有的癌组织中,这时抗癌药释放出来,有效地杀死了癌细胞。这些最初被提取出来的癌细胞,由于其减毒移植后仍具有较强的认亲性,因而是一种极为理想的导弹头。

这种实验目前已被应用到了临床。医学通过对胃腺癌的研究,制成了生物导弹,在临床上收到了良好的效果。但是目前却仍只是停留在胃腺癌的水平上,因为腺癌比起其他类型的癌细胞来说较为容易被培养分离。在针对其他癌细胞的生物导弹研究中,遇到了极大的困难。

生物导弹作为生物化学和医学领域中的一门新兴科学,已经受到广泛的重视,目前,国内外许多医疗科研单位都在积极研究,但是其提取、分离、结合载体等过程极为复杂,并且制作周期较长,还很难广泛地应用于临床。因此,对于这些方面的研究改进是我们今后努力的方向,希望人类在制造杀人导弹的同时,多多关注救人的导弹。

合成生命探秘

在研究中发现,凡是生命机体所存在的元素在大自然中均可以找到。这些元素不外乎氧、碳、磷、硫、氢、钾、钠等以及一些极少量的微量元素。这化学元素单纯地化合分解,是离不开无机这个世界的。

可是人们无法理解的是,最初生命在地球上诞生是如何从无机迈向有机的。对于地球生命的起源说法很多,目前认为地球原始大气中主要有水蒸气、氨、甲烷、硫化氢、氰化氢、二氧化碳等,在地球表面的凹陷处还有着液体的水,这就是原始的海洋;海洋中溶解有大气中的各种气体,由于当时地球表面并没有形成臭氧层,因太阳的光照强度较大,这就形成了足够的能量使得海洋中的低分子逐渐聚合形成较大的分子;这样随着时间的推移以及各种理化条件的变化,使这些低分子像滚雪球一样,逐渐增大;据专家们分析,大分子是形成生命的基本条件,因而,在较为古老的时候,某一时刻内便发生了一个突变,于是生命从此开始了。

这一推测在美国化学家米勒模拟原始大气成分进行的实验中获得了证实。这种无生命的混合物在通过模拟原始地球的光照、放电等形式的作用下竟出现了复杂的分子结构,这些分子结构直接地暗示着蛋白质和核酸合成的可能性。但是,它们毕竟只是一些复杂的分子而已,距离生命的物质还差得很远。

关于从无机界向有机界的跨跃实验,早在一百多年前就被在实验室中完成了,当时是德国化学家维勒首先用无机物氰酸铵合成了尿素。这一历史性的突破,无疑为生命起源的研究提供了极为有价值的参考资料。

然而更令人振奋的是,1965年我国科学家在世界上首次合成了具有生物活力的牛胰岛素。正如无机向有机迈进一样,人工牛胰岛素的合成是有机物低分子向生物高分子跨跃的又一个里程碑,为人工蛋白质的合成开辟了一个新的天地。

地球上生命的最为基本的物质是蛋白质和核酸。这两种物质相互依存,相互利用。蛋白质的合成是核酸传递的遗传信息,而核酸的合成必须有具有生物活性的蛋白质——酶的催化。因而,我们说人工合成蛋白质必需首先揭开核酸这个秘密,利用核酸所传递的密码和信息进一步完成蛋白质的合成。

通过长期的研究、探索,人们对于生命的基本物质蛋白质和核酸的化学成分、性质都已经有了较为深入的了解,但是利用我们目前所掌握的知识和科学手段来进行人工生命的合成,还有许多难以逾越的障碍。因此说,生命的合成目前还无法实现,这些都有待于科学的进一步发展。

微生物固氮的奥秘

有人说现代农作物的增长一靠优良的品种,二靠化肥。足以证明化肥在农业上的作用已被升高到了一个极为重要的地位。目前我们所应用于农作物的化肥不外乎氮、磷、钾三大类,而氮肥又居这些化肥之首,因为氮是植物生长不可缺少的元素。

在我们呼吸的空气中氮气占据了极大的比重,约为79%。然而,空气中的氮对于农作物来说是爱莫能助的,因为空气中的氮是由二个氮原子组成的氮分子,即氮气,而植物体只能吸收利用单个游离的氮原子。植物每天面对着这巨大的天然的氮原料却不能利用,这不能不说是一种遗憾。但是空气中的氮分子也并不是一点作用也不起的,当受到雷击、火山爆发或流量撞击时,空气中的氮分子同样也可以分解成为游离的氮原子与氢、氧等元素结合而被植物体所利用。可是这种天然制造的机会太少了,远远不能满足植物生长的需求。于是全世界各地建成了数以十万计的大中型氮肥厂,来满足植物生长的需要,这仍没有完全解决农作物肥料危机的问题。

在对于氮化肥的研究中,科学家们设计了许多方法,其中最为著名的就是固定氮法,简称固氮法。就是使空气中的游离氮转变成氮化物。然而如要人工固氮建立一个较大的氮肥厂的话,其造价和工程技术都是难以逾越的障碍。科学家们发现一些微生物自身能够将空气中游离的氮气转化为机体所能利用的氮化物,于是科学家们将这些微生物称为之固氮微生物。固氮微生物一般分为两类:一类为在土壤中能独立生活的自生性固氮微生物,包括喜气性的自生性固氮菌、厌气性的固氮梭菌以及某些能固氮的蓝藻等。另一类为与植物营共生的共生性固氮微生物,包括与豆科植物共生的根瘤菌以及其他细菌、放射线菌等。由于这些固氮微生物的存在,能够使土壤中的氮含量增加,从而促进农作物的生长。科学家根据观察统计,地球上的微生物年固氮量相当于现今全世界氮肥厂年产量的3倍。这个数字对于我们来说,简直是太可观了。如果将微生物这种固氮方法应用到氮肥的制造上,那么完全可以关闭全世界2/3的氮肥厂。

关于微生物固氮的奥秘,科学家们已有了初步的认识,原来这些微生物体内有一种特殊的酶——固氮酶,尽管众多固氮微生物之间分态与形态上的差别很大,但是在固氮酶的组成上却有着极为相同之处:这些固氮酶都是由钼铁蛋白和铁蛋白组成的复合物,它们将氮分子转化成可利用的氨分子只消一瞬间,其工作效率比工业合成氨高出近千倍。但是这种固氮酶却十分惧怕氧气,只要一遇到氧,就立刻失去了活性,这与其他酶比较起来是较为特别的了。固氮酶在氧的环境中,既没有催化活性,也不能进行生物合成。这些固氮微生物也深知道这种不利的因素,于是它们有的利用高强度呼吸使固氮酶周围的氧迅速耗尽,为固氮创造一个无氧环境,有的将固氮酶包绕在细胞内,以防止氧气的接触。

对于固氮酶为何惧氧,科学家们也作了认真的研究,他们认为,氧可能从四个部位抑制固氮酶的生物活性,即电子受体部分、电子光化学传递部分、三磷酸腺苷水解部分和固氮酶与底物结合的中心部分。至于这些学说是否正确,我们目前还尚无法解答。并且微生物固氮过程对于我们来说也只是一个大概认识,其中的细节过程,我们还并没有完全探明,希望早日揭开这个秘密,将这种固氮的基因转移到农作物上,这样的话我们就无需那么多的氮肥厂了。这一目标能够实现么?目前还无法推测。