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第7章 世界前沿科技(6)

基因工程在其他领域的应用也很广泛。美国科学家利用基因工程在山羊奶中炼出了“生物钢”,他们将蜘蛛蛋白基因转移到山羊的乳房细胞中,使山羊乳汁中产生蜘蛛蛋白,以此制造出一种崭新的蜘蛛丝式纤维。这种纤维不仅可降解,而且其强度足以防弹。科学家们还一直试图从恐龙化石中找到恐龙基因,希望由此复活已灭绝的恐龙。

转基因食品能不能吃?

所谓转基因生物,就是利用分子生物学技术,将某些生物的基因转移到其他物种中去,改造生物的遗传物质,使其在营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变,以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。90年代初,市场上第一个转基因食品出现在美国,是一种保鲜番茄。

此后,转基因食品一发不可收拾。据统计,美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家,60%以上的加工食品含有转基因成分,90%以上的大豆、50%以上的玉米、小麦是转基因的。转基因食品有转基因植物,如:西红柿、土豆、玉米等,还有转基因动物,如:鱼、牛、羊等。虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别,但转基因的植物、动物有明显的优势:优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、可逆境生存等。

面对越来越多的转基因食品,人们的看法并非一致,美国、加拿大两国的消费者大多已接受了转基因食品。而在欧洲,大多数人是反对转基因食品的——在英国尤为明显。缘由是1998年英国的一位教授的研究表明,幼鼠食用转基因的土豆后,会使内脏和免疫系统受损,这是对转基因食品提出的最早质疑。并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。虽然英国皇家学会于1999年5月发表声明,说此项研究“充满漏洞”,转基因土豆有害生物健康的结论完全不足为凭。但是,转基因食品的安全性问题已引起了消费者的怀疑。

其实从本质上讲,转基因生物和常规育成的品种是一样的,两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰,或增加新性状,或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间,而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。从理论上讲,转基因食品是安全的。长期食用转基因食品并不会产生副作用,因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的,而且转基因食品在人体内并不积累。人们怀疑转基因食品可能对人体产生种种危害,主要是人们对基因工程不了解,而且这些“危害”是毫无科学根据的。

虽然人们对于转基因食品还存在着争论,但它的优势还是表现得越来越显着。在美国得到普遍种植的转基因玉米中色氨酸含量提高了20%。色氨酸是人体必需的氨基酸,无法自己合成,只能从外界摄取,一般植物性食品中色氨酸含量很低甚至没有,只能在动物性食物中获取。转基因玉米的出现,对于素食主义者而言,无疑是个喜讯。转基因油菜中,不饱和脂肪酸的含量大增,对心血管有利。转基因牛奶,增加了乳铁蛋白、抗病因子的含量,降低了脂肪含量。

基因工程可使青春常驻

一项最新研究显示,一种基因能让皮肤变得更加年轻。这就意味着,长生不老药并非完全没有可能,至少从理论上说是这样。

研究人员通过阻碍这种基因的活性,能够让老年实验鼠的皮肤重现青春活力,让它们看起来年轻2岁。实验结束后它们的皮肤不仅看起来更年轻,而且从生物学水平来看,它们就像新生儿。加利福尼亚斯坦福医学院的霍华德·常博士领导了这项研究,他表示,这表明衰老可以被暂时逆转:“这些发现显示,衰老并不只是因机体受损所致,它还是一种持续不断的活性遗传程序造成的结果,我们可以通过阻止这种程序提高人类健康。我们发现一种惊人的方法,通过它可以让皮肤看起来更加年轻。这暗示衰老过程具有可塑性,或许我们能通过某种方法阻断它的进程。”

虽然常博士提及了让皮肤恢复青春活力的可能性,但是他强调说,他没有估量这种方法对寿命的影响,并警告说,不要产生“青春之泉”可以重现的错误希望。目前没有人知道这种回春程序能够持续多长时间。

仿生技术

仿生技术是通过研究生物系统的结构和性质,以此来为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生技术一词bionics是1960年由美国科学家斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式)和字尾“nic”(具有……的性质)构成的。

仿生技术的问世开辟了独特的技术发展道路,也就是人类向生物界索取蓝图的道路,它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。仿生技术的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的,最接近于生物系统的技术系统,为人类造福。

生物自身具有的功能比迄今为止任何人工制造的机械都优越得多,而仿生技术,就是要在工程上实现并有效地应用生物的功能。在信息接受(感觉功能)、信息传递(神经功能)、自动控制系统等方面,生物体的结构与功能在机械设计方面都给予了人们很大启发。

生物学的研究可以说明,生物在进化过程中形成的极其精确和完善的机制,生物所具有的许多卓有成效的本领是人造机器所不可比拟的。人们在技术上遇到的某些难题,生物界早在千百万年前就曾出现,而且在进化过程中就已解决了。在20世纪40年代以前,人们并没有自觉地对生物的功能进行模仿,而走了不少弯路。从20世纪50年代以来,人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一,开始自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。

苍蝇,是细菌的传播者,可是苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上,从而实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”,由3000多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它做镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了工效和质量。

自从人类发明了电灯,生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线不利于人眼。为了制造只发光不发热的光源,人类又把目光投向了大自然。在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。在众多的发光动物中,萤火虫是其中的一类。萤火虫发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色,光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且这种冷光一般都很柔和,很适合保护人类的眼睛,光的强度也比较高。因此,生物光是一种人类的理想光。

科学家研究发现,萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞,它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下,荧光素在细胞内水分的参与下,与氧化合成便发出荧光。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。人们根据对萤火虫的研究,创造了日光灯,使人类的照明光源发生了很大变化。近年来,科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素,后来又分离出了荧光酶,接着,又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素和水等物质混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源,不会产生磁场,还可以做清除磁性水雷的工作。

人们根据蛙眼的视觉原理,已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样,准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙服装入雷达系统后,雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹,防止以假乱真。电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场,它能监视飞机的起飞与降落,若发现飞机将要发生碰撞,能及时发出警报。在交通要道,它能指挥车辆的行驶,防止车辆碰撞事故的发生。

生物许多的行为都与天气的变化有着一定的关系。沿海渔民都知道,生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海,就预示着风暴即将来临。水母,是一种古老的腔肠动物,早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物一直有着预测风暴的本能,每当风暴来临前,它就会游向大海中避难。其中原因在于,由空气和波浪摩擦而产生的次声波,从来都是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到,而水母对此却很敏感——仿生技术家发现,水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄,柄上有个小球,球内有块小小的听石,当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时,听石就刺激球壁上的神经感受器,于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。

仿生技术家仿照水母耳朵的结构和功能,设计了水母耳风暴预测仪,相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上,当接受到风暴的次声波时,可旋转360°的喇叭会自行停止旋转,它所指的方向,就是风暴前进的方向;指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴做出预报,对航海和渔业的安全都有重要意义。

自然界中有许多生物都能产生电,仅仅是鱼类就有500余种。人们将这些能放电的鱼,统称为“电鱼”。各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压,称得上“电击冠军”,它甚至能击毙像马那样的大动物。

“鲨鱼皮”泳衣科学家们通过对电鱼的解剖研究,发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫做“电板”或“电盘”的半透明盘形细胞构成的。电鱼这种非凡的发电本领,引起了人们极大的兴趣。19世纪初,意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究,还给人们这样的启示:如果能成功地模仿电鱼的发电器官,那么,船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。

专业泳衣制造商SPEEDO公司推出的第四代鲨鱼皮泳衣一经推出便极度风光:美国“飞鱼”菲尔普斯在2008年奥运会上获得8枚金牌,名将霍夫创造了女子400米混合泳的纪录……自投入市场以来,身着第四代鲨鱼皮的选手已接连刷新了40多项游泳世界纪录。这款泳衣之所以叫做“鲨鱼皮”,是因为它的核心在于模仿鲨鱼的皮肤。鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力,使鲨鱼得以快速游动。“鲨鱼皮”泳衣的超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面而制成的。这款泳衣还融合了仿生技术原理,在接缝处模仿人类的肌腱,为运动员向后划水提供动力。

长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部,是由于长颈鹿的血压很高。据测定,长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压却没有使长颈鹿出现脑溢血——这与长颈鹿身体的结构有关。首先,长颈鹿血管周围的肌肉非常发达,能压缩血管,控制血流量;同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧,利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示,在训练宇航员时,设置一种特殊器械,让宇航员利用这种器械每天锻炼几小时,以防止宇航员血管周围肌肉退化;在宇宙飞船升空时,科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤控制血管压力的原理,研制了宇航飞行服——“抗荷服”。抗荷服上安装有充气装置,随着飞船速度的增高,抗荷服可以充入一定量的气体,从而对血管产生一定的压力,使宇航员的血压保持正常。同时,宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的,这样可以减小宇航员腿部的血压,利于身体上部的血液向下肢输送。

根据蝙蝠超声定位器的原理,人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器,盲人带着它可以发现电线杆、台阶、路上的行人等。如今,有类似作用的“超声眼镜”也已制成。

龟壳的背甲呈拱形,跨度大,其中包括了许多力学原理。虽然它只有2厘米的厚度,但铁锤敲砸都很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点:用料少,跨度大,坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形,举世闻名的悉尼歌剧院就像一组停泊在港口的群帆。

随着仿生技术的发展,科学家已经能够利用模仿人体组织的仿生材料,来代替人体器官的功能,解决各种医学难题。

悉尼歌剧院大脑的结构非常复杂,大脑部分替换不像替换四肢那样简单。美国南加州大学教授伯格发明了一种仿生材料制作的电脑芯片,这种电脑芯片能够取代海马(大脑内控制短时记忆和空间感的区域)。如老年痴呆或中风等病症,这种芯片的植入可以帮助病人的大脑维持一定的正常功能。

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