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“細胞自殺”與干細胞之謎 生物學家一直弄不明白，胚胎中的一團細胞，怎么會變出手、足、頭腦，最終長成一個胎兒的。經過多年的研究探索，現在，科學家能肯定地告訴你，胚胎細胞是通過自殺，讓多余的細胞死亡，恰到好處地分裂生長來塑造自己的。 細胞“自殺” 在細胞核的信息分子中，有一種死亡程序，它發出的指令能調節細胞的生長與死亡。當細胞接到死亡指令，細胞中的物質就收縮成小顆粒，再“爆炸”成碎片，吞噬細胞將碎片“回收”，改造成新細胞的元件。這同病源微生物殺傷細胞的方式完全不同，病原體毒素使細胞中毒時，細胞脹大破裂，內容物滲出，并引起疼痛、發熱等免疫反應。而細胞自殺卻不痛不癢，是一種主動的生理過程。 據科學研究，細胞自殺是生命過程不可缺少的，隨時隨地都在進行，如果這種自殺一旦停止，就標志著生命的死亡。拿人來說，血液中的紅細胞每秒鐘自殺成千上萬；表皮細胞不斷脫落死亡；肌肉細胞定期更換。對細胞的自殺程序，過去并不清楚。20世紀80年代，美國科學家約翰遜和他的助手，在研究神經細胞生長時，發現了細胞自殺的程序。神經細胞又叫神經元，是組成腦和神經的基本單位。它的形狀就像一只帶刺的球形毛蟲，生出了一條細長的尾巴。這尾巴叫“軸狀突起”，細胞上分叉的毛，稱為“樹突”。軸突和樹突，就是平常所說的神經纖維。神經細胞在生長時，先生出細胞體，再長出突起。突起的生長就像草發芽那樣，會長出很多，但大部分突起是不必要的。這時，機體就啟動自殺程序，讓多余的“芽”死去，必要的“芽”生長，修飾成一個有正常樹突和軸突的神經細胞。 在離體的神經細胞培養液中，實驗人員加進阻止自殺的基因程序，神經細胞就長出一身亂毛，成了“瘋子”神經元，失去了傳遞信號的功能。如果加進去過量的自殺基因程序，就不能長出神經纖維，這樣的神經細胞即使長成，也是廢品。在對其他細胞進行培養時，也能用同樣的實驗方法，使細胞生長或自殺，這說明細胞中確實存在有自殺程序。后來的研究又發現，細胞的正常分裂和生長，除營養、激素和自殺程序外，還要有細胞生長因子?？茖W家在研究癌細胞時，發現一種基因，將它種在老鼠的淋巴結上，它能發出一種蛋白質信號，阻止細胞自殺，于是老鼠的淋巴結細胞就不斷分裂積累，變成了腫瘤。后來，科學家又找到另一種基因，它同前一種功能相反，能命令合成細胞自殺的蛋白質，若將它接種到腫瘤上，癌細胞就開始自殺，癌塊逐漸變小，最后奇跡般地消失了!科學家們認為，生物體的生理活動，有一系列的控制程序，基因控制是一切控制的總后臺。細胞自殺，過去只當作一種生命現象來研究，現在成了免疫、癌癥和艾滋病研究的重要課題。 當你不小心碰破皮膚，病菌就會乘虛而入，這時血液里的白細胞就會涌向傷口，吞食病菌，受傷處就紅腫起來。病菌消滅后，白細胞就引爆自殺成為碎片，吞噬細胞將碎片清除，紅腫逐漸消失。科學家在研究中還發現，病毒感染健康細胞后，淋巴細胞會給它插上標記，命令帶病毒的細胞自爆死亡。這說明細胞自殺，還是機體抗感染的重要手段。 下面的故事是“干細胞之謎”。 臺灣桃園國際機場，一架波音747客機在朝霞中起飛，在香港稍作停留后，直達北京航空港?？蜋C剛剛停穩，扶梯上就急匆匆走下兩位穿白衣的人，他們護著一只方盒，向早已等候在跑道邊的救護車走去。汽車載著白衣人風馳電掣般地行駛在大街上，不一會兒就到了首都醫院，前來迎接的醫生緊握著白衣人的手說：“太感謝了!太感謝了!”這是怎么回事呀?原來，一位名叫小蘭的北京女孩得了白血病，需要進行骨髓移植，但女孩的血型很特別，在上千萬人里才能找到一個血型相符的。醫院在國際互聯網上發出求援信息，臺灣紅十字會的骨髓庫正好有這種骨髓，其用電話告知北京，送來了救命的骨髓。 白血病又叫血癌，是由于紅骨髓里的造血母細胞發生基因突變，產生過量的白細胞，破壞了血液正常功能形成的一種癌癥。小蘭被注入臺灣同胞的骨髓后，很快就康復出院了。 神奇的干細胞 人的血液中有紅細胞、白細胞和血小板3種血細胞，它們有固定的比例，分別完成運送氧氣、消滅病菌和小血管破裂出血后血液凝固的任務。血細胞每天要大量死亡，就靠紅骨髓里的造血母細胞分裂生成新的血細胞補充。生物學上稱這種能生出新細胞的母細胞為“干細胞”。 科學家曾做過這樣的實驗：將一只小白鼠的肝臟切去2／3，要不了1個月，肝臟里的干細胞就分裂增生，長出完好如初的肝臟；血液中的紅細胞每天要死去成千上萬，120天更新一遍，靠的就是骨髓中的干細胞；表皮細胞不斷死亡，又不斷長出新的，因為皮膚下有干細胞。但是，在手臂上割去一塊肉，就不能恢復，因為肌肉組織中沒有干細胞。 身體各處的干細胞，大多處在休眠狀態，只有骨髓、精巢和卵巢、皮膚等處的干細胞，一直在活動，因為它們關系生命存亡和延續后代的大事，是不能停止活動的。生理學家認為，發育著的胚胎都是干細胞，它們能不斷分裂分化，變成皮膚、肌肉、神經、血細胞等。但一到胚胎發育成熟，成為胎兒，就失去了干細胞的特性，只有骨髓、生殖器官、肝臟、皮膚等器官中仍保留著干細胞。 干細胞是細胞更新、組織修補的原材料，在動物育種、器官移植中神通廣大，所以科學家一直想弄清干細胞的秘密。要研究干細胞，先得把它們從普通細胞中分離出來，但科學家研究了10多年，也沒有把干細胞請出來。直到1981年，英國有一位科學家才從小鼠的胚中，分離出干細胞。一般細胞在體外只能分裂10幾代，而干細胞能繁殖150代，也不改變遺傳的特性。把它接種到小鼠的胚中，能形成各種組織。 在對干細胞的研究中，科學家意外地發現，干細胞有發育成多種細胞的本領。例如，紅骨髓干細胞不但能變成血細胞，還能變成腦細胞，這項發現在醫學上意義重大，它能用到器官的再造和移植上。例如，一個人的心臟壞了，必須換一顆好的心臟，但得到捐贈的機會是極少的，大多數壞了心臟的人只有等死?，F在，醫學家已初步學會了在體外讓干細胞轉化的方法，能培養出血細胞、肌肉、肌腱、軟骨等組織。 鯊魚的趣事 在遼闊的海洋中，生活著各種浮游生物、多彩的藻類、美麗的珊瑚、各種魚兒以及多種多樣奇特的海獸，它們共同組成了一個令人神往的海洋生態系統。在魚類中，鯊魚王國是一個獨特的軟骨魚群體。它們的生活習性和醫藥功效引起了海洋生物學家的普遍關注，鯊魚的秘密正在被一個個揭開。鯊魚有350多種，小者盈尺，大者如船，體重以噸計，但無論大小，它們在海洋中均十分靈活。有些鯊魚，如真鯊、噬人鯊、雙髻鯊，相當兇猛，素有海中霸王之稱。傳說有一個漁民捕得一頭母噬人鯊，剖腹時見有一條小鯊(鯊為卵胎生)，就用手去撥弄，哪知小鯊竟一口咬住了漁人的手!食肉鯊的嗅覺特別靈敏，據科學研究表明，1米長的鯊魚，鼻腔中的嗅神經末梢如若展開，面積可達4842平方厘米。而幾米長的大鯊魚，靈敏的鼻子，能嗅到數千米以外的血腥。 兇猛的鯊魚 鯊魚的名聲雖然不好，但是，攻擊人類與船只的鯊魚只有30多種。大部分鯊魚對人類有百利而無一害，在海洋生物學家的眼里，鯊魚全身都是寶。大型鯊魚的肝臟很大，有的可占體重的15％～21％，含油率高達63％，內含豐富的維生素A和維生素D，是制造魚肝油的重要原料。鯊魚油特別耐凍，有的在零下50℃仍保持液體狀態，是制作高級潤滑油的首選材料。鯊魚皮細膩柔韌，為革中上品，用它生產的皮鞋皮包，精美別致，深受女士先生的青睞。鯊魚的鰭俗稱魚翅，富含蛋白胨，清燉滑潤可口，是筵席珍品。 鯊魚有極強的生存能力，早在20世紀50年代，生物學家就對此進行了研究。他們把癌細胞接種到鯊魚體內，要不了多久，癌細胞就自動消失了。進入20世紀90年代，隨著海洋生物工程的興起，海洋生物學家加快了鯊魚抗癌機理的研究，通過大量的實驗，揭開了鯊魚抗癌的面紗。他們將癌細胞小塊組織接種到雙髻鯊體內，不久就發現癌組織萎縮脫落。把死亡的癌組織放在顯微鏡下觀察，發現癌組織周邊的血管大多已死去。經過生化處理，科學家從這一癌組織中提取到一類新型的多肽活性物質，它能抑制腫瘤血管的生成，使癌組織得不到營養和氧氣的供應導致最終死亡，專家們將這種多肽命名為“血管生成抑制因子”。進一步研究表明，“血管生成抑制因子”是由鯊魚的軟骨組織合成的?？茖W家把鯊魚的軟骨組織提取液注入已接種過癌組織的家兔角膜中，幾天后他們觀察到實驗兔角膜小血管的密度降低，血管長度也縮短了70％～80％，在癌組織周圍形成了一個明顯的抑制圈?，F在科學家認為，鯊魚的血管生成抑制因子，是一種高效的抗癌物質，它能使血管停止生長，切斷癌組織與周圍組織的聯系，斷絕血液供應，防止癌細胞的生長和擴張。 在鯊魚的血清中，還有一種抗體，能對各種癌細胞具有直接的殺傷功效，它是廣譜的抗癌藥；姥鯊肝臟中的角鯊烯，不但能抗腫瘤，還能治療心血管病。運用化學方法合成的各種角鯊烯衍生物，已在食管癌、胃癌、肺癌的治療中發揮作用。 蛛絲的奇觀 蠶絲潔白無瑕，棉絲柔軟多姿，錦綸絲耐磨堅韌，更稀奇的是蜘蛛絲，它輕盈無比，直徑只有0.00508~0.025毫米，比所有的動植物絲都細，如果用蜘蛛絲繞地球一周，這4萬千米的蜘蛛絲還可以裝進你的書包。蜘蛛絲特別堅韌，它的抗拉強度是鋼的5倍!勝過所有天然和人造的纖維。在長期的進化中，蜘蛛形成了特殊的產絲方式，蛛絲成了蜘蛛生存競爭的特殊工具。蛛絲的種類也千姿百態。 千姿百態的蛛絲 結網圓蛛有編織八卦網的習性。每當夜幕降臨，躲在屋檐、樹枝和樹洞里的圓蛛就活躍起來了，它打開腹部的紡績突，按照基因程序紡絲結網。先來回縱橫，拉起牢固的網架，再一道道旋轉編織，經過精細的操作，一個漂亮的大網在空中張開。猶如一片晶瑩的八卦網。結網圓蛛的“捕蟲網”是濕絲，在成絲時，圓蛛身體里要分泌出一種叫吡咯烷酮的液體，均勻地涂布在蛛絲上。這種液體特別黏，在空氣中不易氧化干燥，當一只倒霉的昆蟲在飛行中不小心觸網，就會立刻被粘住。蛛網的震動沿拉線傳給蟄伏的圓蛛，它立即螫射毒液，將俘虜麻醉，再用蛛絲將它捆綁。待昆蟲在消化酶的作用下變成液體后，圓蛛才吸食享用這頓美餐。 生活在西雙版納森林中的一種圓蛛，它結的網能粘住小鳥。但蜘蛛在網上行走卻來去自由，從不被粘住，這多奇怪呀!如果你仔細觀察蜘蛛在網上行走的方式，就不難發現其中的奧秘了。原來，蜘蛛在網上行走總是沿著骨架來回，從不走到網格中，有時為了加快速度，蜘蛛還會沿著骨架滑動，活像一位雜技演員。 干絲中有一根特別長，一直通向蜘蛛的隱藏處，這是它的通訊線。當有昆蟲落網，震動就沿通訊線傳到蜘蛛腿上的聽覺分析器中，因此，蜘蛛就能準確地爬向目標。 大多數母蜘蛛在產卵前，會用比織網還細的絲編織卵袋。在這個時候，你能看到蜘蛛媽媽的兩條后腿不斷地交錯忙碌，將紡出的絲層層交織，不一會兒一只大小適中，又很牢固的育兒袋就編成了。育兒袋就像一粒小珠子，拖在蜘蛛媽媽圓滾滾的肚子后面，待它產完卵，還得織一個袋蓋，將育兒袋封死，然后把育兒袋藏到隱蔽的地方，靠自然溫度來孵化。 有的蜘蛛編織的育兒袋十分漂亮，它先從紡績突吐出白絲，接著再吐出彩絲，一會兒棕色，一會兒褐色，一會兒黑色，像變魔術似的，鮮艷奪目。蜘蛛為什么會吐彩絲呢?目前還沒有搞清它的原理，不然，中國的絲綢將會更加多姿多彩。 小蜘蛛沒有翅膀，但它們遷飛的本領卻比會飛的昆蟲還強。剛從育兒袋里孵化出來的小蜘蛛，只有芝麻大小，它們爬到高高的樹枝頂上、蘆葦尖上，然后像孫悟空似的連續翻筋斗，翻著翻著，突然從紡績突噴出一股“煙霧”，仔細一瞧，原來是一團幾尺長的飄浮絲。飄浮絲彎曲盤繞呈一個汽球狀，小蜘蛛用腿抓著它，隨著微風飄呀飄呀，一會兒就“飛”出老遠?！帮w”到合適的地方，小蜘蛛就收回飄浮絲降落下來。它們就是用這種辦法，散布到自然界的各個角落，捕食害蟲。 蜘蛛的“婚戀”很不浪漫，有的甚至還有點殘酷。蜘蛛交配后，雌蜘蛛絲毫不念“夫妻”的情分，一口將“新郎”咬死!但有些雄蜘蛛卻能逃脫殺身之禍，例如有一種蟹蛛，當它相中一只雌蛛后，會突然用腳把雌蛛緊緊抱住，再用很粗的蛛絲將“妻子”綁起來，使它無法動彈。完成交配任務后雄蛛便揚長而去，讓“妻子”自己慢慢松綁。蟹蛛的這種捆綁式戀愛，在自然界中并不多見，但它卻避免了雄蛛婚姻的悲劇。 蜘蛛捕食的昆蟲大多是害蟲。例如，農田中的蜘蛛能夠捕食稻飛虱、稻葉蟬等農業害蟲。所以，蜘蛛是對人有益的動物。我國已經發現的蜘蛛大約有1000多種，有人統計，每平方米稻田內可以有蜘蛛45～120只之多，如果每只蜘蛛每天消滅5～8只農業害蟲，其防治農業害蟲的能力就相當可觀。 蛛絲的優良性能早就引起了科學家的注意，它輕盈無比，又特別堅韌，它的抗拉強度是鋼的5倍?？茖W家們想用蛛絲編成特殊的繩索和網具，制造防彈衣，生產布料。隨著生物工程科學的發展，生物學家已用計算機仿真技術，搞清了蜘蛛紡績器的微觀結構，并模擬了產絲過程。目前，科學家對蜘蛛合成蛛絲的基因的研究，也已取得了重大的進展。如果搞清了蜘蛛成絲的全部程序，把它轉移到微生物細胞中，就能實現蛛絲的工業化生產，人類將會得到無比輕盈、無比堅韌的纖維材料。 啄木鳥的捕蟲技巧 當你走近森林，常常會聽到“篤篤篤”的擊木聲，這是“森林醫生”啄木鳥在給樹木治病。若你進入樹林子尋找，就能看到啄木鳥在樹干上一邊攀登，一邊啄著樹干。它們發現哪兒有蟲，就啄破樹皮和樹干，用特殊的舌頭攝取害蟲。據科學家研究，啄木鳥啄樹干的動作迅猛有力，它的喙運動速度可達555米/秒，比音速快1.4倍。同時，啄木鳥頸部的肌肉也快速搖動，速度可達578米/秒，比子彈出膛的速度快1倍多。用如此快的速度啄食，頭腦受到的沖擊力和震動力是相當巨大的，奇怪的是啄木鳥卻從不得腦震蕩。 啄木鳥 美國加利福尼亞大學的生物學家，仔細研究了啄木鳥頭部的結構，發現它的骨質疏松而有空隙，但又十分堅硬，頭骨內部有一層堅韌的外腦膜，外腦膜與腦之間還有一個狹窄的空隙，能有效減低震動波的傳入。這樣算來，啄木鳥的頭部有3層防震裝置，再加上頭部兩側肌肉有力旋轉時具有吸震消震作用，沖擊力再大也不會傷害腦子，難怪最新型的防震帽要搞成啄木鳥式結構了。 在鳥類中，啄木鳥以“長舌”著稱于世。有人曾做過一個有趣的實驗：將一株病樹的朽木剖開，露出白蟻的甬道，外面鑲上玻璃。一只啄木鳥飛來了，它完全不理會人造的機關，伸出長達12厘米的舌頭，在蟻巢中粘食白蟻，動作既靈活又快捷，舌頭還能隨著蟻道轉彎呢!啄木鳥的口腔長不過3.3厘米，怎么能容下這么長的舌頭呢?現在這個秘密已被生物學家弄清楚了。 原來，啄木鳥的舌頭并不長，只是有一條帶彈性的結締組織連著舌根，因此加長了舌頭。這條特殊的結締組織，從下頜穿出來，向上繞過后腦殼，再由腦頂前部進入右鼻孔固定，當它從后腦和下頜滑出時，舌頭就可以伸得很長。在動物界中，鼻子是用來呼吸的，在長期的食蟲進化中，大自然竟讓啄木鳥“犧牲”一個鼻孔，以適應高效食蟲的功能。 白蟻、天牛等樹木害蟲，隱藏在樹干里做壞事，一般的捕蟲鳥對它們無可奈何，而啄木鳥卻能將這些壞東西全部消滅?？俊昂V篤”的音響差別，啄木鳥能判斷出哪兒有蟲，然后啄開樹洞，把帶黏液的舌頭伸進洞里來回掃蕩，將小蟲一掃而光。對付大齡幼蟲，啄木鳥就用舌尖的鉤刺拉出；對付藏在深處的蟲子，啄木鳥就使勁敲擊樹木，嚇得害蟲在洞中亂竄，待它們竄到舌頭夠得到的“伏擊圈”，再一舉殲滅。 啄木鳥的食性很廣，除捕捉樹干中的害蟲外，還吃甲蟲、螟蛾、椿象、蝗蟲卵等。啄木鳥的食量也很大，據研究，一只斑啄木鳥一天能吃1000～1400條害蟲，在冬季，它能消滅60％～90％的柳樹蟲癭，吃掉50％的果樹害蟲。在1000畝(1畝=0.0667公頃)樹林中，如果有2對啄木鳥，就能控制住樹干害蟲的蔓延危害了。 春江水暖，桃紅柳綠，鳥類的生殖季節來到了。食蟲鳥的生殖，需要一定范圍的營巢區，才能保證幼鳥有足夠的食物。假如一對親鳥看中一塊地方適合筑巢，它們就在自己的勢力范圍內飛來飛去鳴叫不停，向別的鳥宣布：這是我們的領地，請不要進來!啄木鳥的歌，是那得意的擊木聲。在春天的森林里，一處“篤篤”聲起，另一處就會“篤篤”響應，好似山谷的回聲：請注意，這是我們的領地，請走遠一點! 揭秘鳥類遷徙 鳥類遷徙是鳥類隨著季節變化進行、方向確定、有規律和長距離的遷居活動。在動物界中，類似的活動非常常見，在昆蟲則稱為“遷飛”，在魚類則稱為“洄游”，在哺乳動物則稱為“遷移”。遷徙是鳥類生命周期中風險最高的行為，受到體能、天敵等因素的制約。 “人”字形鳥隊 鳥類和其他生物遷徙行為的起源至今沒有定論，較多學者認為，地球上交替出現的冰川期與鳥類遷徙行為的起源有著密切的關系，冰川活動期生活在緯度較高區域的鳥類被冰川逼迫南移，冰川北退后出于本能鳥類又遷回高緯度的繁殖地，從而形成遷徙的行為；也有學者認為遷徙行為源自自然選擇的壓力，由于遷徙行為是鳥類生命周期中最為艱苦和死亡率最高的階段，因而有著遷徙行為的鳥類在遷徙過程中都經歷了嚴苛的自然選擇，有著這一行為的鳥類種群會在生存競爭中占據有利地位，正是這種原則壓力造就了鳥類遷徙的行為。 遷徙中的鳥一般會結成群體，在遷飛時有固定的隊形。一般有“人”字形（西文稱為“V”形隊）、“一”字形和封閉群。猛禽在白天遷飛，通常不結群遷徙，也會相對比較集中，但個體之間保持一定的距離。某些種的猛禽還會組成數量不等的混合群體進行遷徙。 涉禽 不同的鳥類遷徙的時間也各自不同，大型鳥類以及猛禽由于體形較大或由于性情兇猛天敵很少，因而常常在白晝遷徙，夜間休息，以便利用白天由于日照引起的上升氣流節省體力；但是更多的候鳥，包括體形較小的食谷鳥類、涉禽、雁鴨類等，則多選擇夜間遷徙，白晝蟄伏、覓食的方式，選擇夜間遷徙的鳥類會在凌晨異?；钴S，在一些鳥道，遷徙季節時候凌晨鳥類的喧鬧聲甚至能夠吵醒熟睡的人。研究顯示，白晝遷徙的鳥類多利用太陽或者地面景觀導航定位，夜間遷徙的鳥類則利用月光和星座導航。部分鳥類在穿越沙漠和大洋時由于沒有落腳點會采取晝夜兼程的遷徙方式。 影響鳥類遷徙的因素有很多，其中既有外在的氣候、日照時間、溫度、食物等，也有鳥類內在的生理因素。 (1)氣候：在緯度較低的熱帶、亞熱帶地區候鳥較少而留鳥較多，而在中高緯度地區候鳥較多而留鳥較少。其主要原因低緯度地區氣候變化較小，每年間各項氣候指數相對穩定；而中高緯度地區季節鮮明，氣候變化較大。 (2)溫度：溫度不僅僅影響了鳥類本身的感受，同時也會影響鳥類的食物來源。當高緯度地區溫度降低時，鳥類便會隨之遷徙；而由于地形等因素的影響，中高緯度地區也會有一些區域會保持相對較高的溫度，生活在這里的候鳥就有可能轉變為留鳥。 (3)日照時間：有相當一部分候鳥，每年開始遷徙時間非常穩定，據室內實驗的驗證，這與日照時間有關，當日照時間達到一定長度以上或以下之后，會觸發鳥類體內的某種反應機制，誘發其遷徙行為。 (4)食物：食物狀況是影響鳥類遷徙一個重要因素。有學者認為，由于鳥類是恒溫動物，本身對環境溫度的變化較不敏感，因而溫度因素對鳥類遷徙的影響主要就是通過食物來實現的，溫度降低不僅食物本身的活動停止，而且鳥類的覓食活動也受到很大限制，正是這一因素迫使鳥類開始遷徙。 (5)鳥類生理因素：根據對籠養鳥類的觀察，每到繁殖季節鳥類會出現所謂“遷徙不安”的行為，部分物種會終日朝向遷徙方向站立；或不斷試圖起飛，一些夜間遷徙的物種會顛倒晝夜節律，在夜間顯示出異常的活躍，由于在籠養條件下，氣候、溫度、光照、食物的條件終年不變，因而籠養鳥在遷徙季節的“遷徙不安”行為說明至少對部分物種而言，遷徙是其生命本能的一部分，受到其內在生理因素的調節。 動物多彩的血 如果有人問：血液是什么顏色的? 你準會毫不遲疑地回答：紅色!是的，哺乳動物、人類血管里流動的是鮮紅的血。但在生物學家的眼里，動物的血液卻是多彩的，除紅色外，還有藍、青、綠、白、褐、淡藍、紅綠相間、玫瑰色等9種。脊椎動物的血液大多是紅色的，生物學家對紅色的血液研究比較多，不但搞清了高等動物血液的成分和功用，而且對紅色血的色素也進行了分析，并且了解到血紅素中含有二價的鐵離子，不但呈紅色，且有一股子鐵腥味。血紅素同蛋白質相結合，生成的血紅蛋白有一種奇妙的特性，它能與氧分子和二氧化碳分子進行不穩定的結合，成為這兩種氣體的載體。血液從左心室泵出流經肺泡時，血紅蛋白放出從組織細胞帶來的二氧化碳，同新鮮氧氣結合，這時的血液呈特有的鮮紅色，稱為動脈血；血液從右心室出發，流經組織細胞時，血紅蛋白把氧氣供給細胞，同時將組織中的二氧化碳和廢物帶走，這時的血液呈現暗紅色，叫靜脈血。血紅蛋白從鮮紅到暗紅，又從暗紅到鮮紅的變化是生命體生生不息的動力，如果這種變化一旦失調，生命就會發生危險。 動物界種類最多、數量最大的是昆蟲，據生物學家估計，地球上的昆蟲，少說也有100多萬種。昆蟲的血液有各種各樣的顏色，最常見的是黃色、橙紅色、藍綠色和綠色。在十字花科植物間飛舞的菜粉蝶，其幼蟲、蛹或成蟲的血液，雌雄有別，雌性為綠色，雄性則是金黃色或無色透明；大天蠶蛾、家蠶的血液為黃色；飛蝗的血液為淡綠色。環節動物蚯蚓的血液是玫瑰紅色的，蛭的血液為紅色。所以，不同種類的動物，血液的顏色各不相同。同樣是血液，為什么顏色會不同呢?科學家認為，血液的顏色是由血色素決定的，像鱗翅目昆蟲，體液中多胡蘿卜素、核黃素、黃酮等，血液就呈現黃色。血液的顏色還與血蛋白中的金屬離子有關，所含離子不同，血液的顏色也不同。如果血液中有2種不同的血蛋白相互摻和，血液的顏色也會變化。例如，直翅目昆蟲中的各類螞蚱，血液中既有黃色蛋白，又有藍色蛋白，兩者相輔，血液就呈現淡綠色。 昆蟲的血液是多彩的 在我國300萬平方千米的海疆中，生活著幾十萬種海洋生物，從低等的藻類植物到高等的哺乳類動物應有盡有，它們組成了充滿生機的海洋生態系統。有的海洋生物既原始又奇特，如福建沿海有一種定名為鱟的生物，模樣奇丑，雌性個體大小與老鱉相當，它的進化程度只與地質史上的三葉蟲屬同等，分類則與蜘蛛同宗，是有名的活化石，它的血液是藍色的。經科學測定。鱟的血蛋白中含有0.28％的銅離子，組成的是血藍蛋白。因為鱟在進化上比較低等，它的血細胞沒有組織分化，只是一種變形細胞，因此抵抗微生物的能力很差。在鱟的生命歷程中，遇到病菌入侵，變形細胞就使出渾身的解數，用自己的凝固的辦法吞噬細菌，但卻經不住眾多病菌的進攻，變形細胞一個個崩潰，最后連血液也凝固起來。鱟也就命歸黃泉了，所以這種丑八怪的壽命極短。 鱟血的致命弱點，在醫藥衛生上卻大有用處。科技人員把鱟的血液抽出來，經過離心純化，得到白色的液體，里邊有大量變形細胞的溶解物，冷凍干燥后就成了粉狀的鱟試劑。鱟試劑是很靈敏的檢測試劑，在醫學上有著廣泛的用途。 雌雄之變的秘訣 生物大多都有性別的區分，或雄或雌，或公或母。生物是如何區分性別的呢? 秘密全在生物細胞核的染色體上。生物的染色體是成雙成對組合在一起的，不同的生物，染色體對的數目是不一樣的，像水稻有12對染色體，獼猴有21對染色體，而人體有23對染色體等等。在這些染色體中，只有1對是決定生物性別的，這對染色體叫“性染色體”，那么其他的則叫“常染色體”。生物的性染色體有型號的區別，如果蠅、人等，在一對性染色體中，一條用英文字母X表示，另一條用Y表示，如果生物細胞中的一對性染色體是XX，表示是雌性的；如果生物細胞中的一對性染色體是XY，表示是雄性的。這類生物屬于XY型性別決定。而鳥類等生物的一對性染色體中，一條用英文字母Z表示，另一條用W表示，如果生物細胞中的一對性染色體是ZZ，表示是雄性的；如果生物細胞中的一對性染色體是ZW，表示是雌性的。這類生物屬于ZW型性別決定。在性細胞分裂形成精子和卵細胞時，姐妹染色體要分開，對精子來說就會有X精子和Y精子，卵細胞都是X卵子，Y精子和X卵細胞結合生下雄性的后代，XX結合就生下雌性的后代。當然，還有其他形式的性別決定，像蜜蜂，性別由染色體的倍數決定。龜鱉等的性別由卵細胞的孵化溫度決定，在26～27℃下孵出的幼體大多是雄性，在29℃孵化出的幼體，80％是雌性。 染色體 在生物界，還有性逆轉的現象。如黃鱔剛從受精卵里孵出來，都是雌性，到產卵后卵巢就逆向生長變成精巢，長到42厘米以上時，大部分都變為雄黃鱔。這時的黃鱔體肥肉多，是加工黃鱔菜肴的上等原料。 性別變化是一種自然現象。有的生物大多產雄性幼體，有的大多產雌性幼體，在養殖業中人們根據市場需求，要進行性別的人工控制。例如，羅非魚是一種營養價值很高的熱帶淡水魚，雄魚體大肉多，雌魚長得較小，因此多養雄魚，才有較好的經濟收入。在雌雄混雜的魚池里。羅非魚的性成熟早，繁殖率高，大量的魚擠在一起不容易長大，就是雄魚也難長到200克以上的商品標準。如果將雄魚單獨飼養，每條魚都能長到1000克，產量是原來的幾倍，如果用人工方法把雄魚苗挑出來也很不容易?？萍既藛T了解到，羅非魚是“XY”型性別決定，一般在孵化后25天左右才開始性別分化。他們在第24天向魚苗池中加進雄性激素，大部分魚苗變成了雄魚，產量大大提高。但是加進水里的雄性激素，在很長時間里都不被分解，會污染環境。為了解決生產與環境保護的矛盾，科技人員想出了一個絕妙的主意：先用雌性激素叫一些雄魚變成“雌魚”（性染色體仍是“XY”），讓它們同真正的雄魚交配，得到了“YY”型雄魚。給一些“YY”雄魚喂以雌性激素，使它們變成雌魚。讓“YY”雄魚同“YY”雌魚交配，就育出了能穩定遺傳的YY雄魚。這種雄羅非魚，外表與XY雄魚差不多，但比用激素處理的魚成活率高，產量也比激素魚高出30％，同混雜魚相比，產量要高出50％。 有些動物的生產優勢在雌性，如奶牛。為了多得母牛，英國劍橋大學的科學家，根據X精子中的DNA比Y精子多40％~50%，用儀器把90％以上的Y精子分離出來。這種方法現已在畜牧生產中啟用。 為何有的動物可共生 對于不同種屬的生物，人們常見的是相互間的逐殺和爭斗。可是，奇妙的大自然中也存在著另一種動物關系。這就是一種特殊的“共生”現象，即兩種不同的生物相互依存，互惠互生。很多動物在它的生活中都會交上一些“異種”朋友。比如：兇猛的鯊魚也會有一些小伙伴，這些小魚叫擬獅魚。它們常常在鯊魚身旁來回穿梭，去吞食鯊魚吃剩的殘屑。鯊魚為什么能容忍這種“無視”它權威的小魚呢?原來，這些小魚不僅在它前面幫助導航，以找到魚群集結的地方，而且還常常游到鯊魚的嘴里幫助鯊魚剔牙，這種登上門來的“牙醫”和“向導”，鯊魚還能拒絕嗎? ?？疽鈭D ?？c雙鋸魚。在海洋中，最著名的共生伙伴是?？碗p鋸魚。海葵色彩艷麗，棲息在淺?；颦h形礁湖的海底。雙鋸魚很小，最長的不過十幾厘米。雙鋸魚與海葵為伍，主要是尋求庇護。海葵不但保護雙鋸魚，還給它們提供食物。雙鋸魚的主要食物是浮游生物，但也經常把?？麎乃赖挠|手扯下來，吃上面的刺細胞和藻類。雙鋸魚對?？暮锰帲饕菐椭鼈兦謇硇l生。?？荒芤苿游恢?，因此很容易被細沙、生物尸體或自己的排泄物掩埋窒息而死。雙鋸魚在?？挠|手中間游來游去，攪動海水，沖走?？砩系摹皦m埃”。如果有較大的東西落在?？砩希p鋸魚便立即叼走，為它除去一害。 雙鋸魚 犀牛與犀牛鳥。犀牛發性子時，連大象也要遠遠地躲避它。這個粗暴的家伙，卻也有它的“知心朋友”，那就是我們所說的“犀牛鳥”。犀牛皮膚堅厚，但皮膚的褶皺之間，卻非常嫩薄，是寄生蟲和吸血昆蟲理想的攻擊之處。犀牛除了往身上涂泥來防治害蟲外，主要還是依靠這種小鳥。犀牛鳥停棲在犀牛背上，可以啄食那些害蟲，作為自己的主要食物。此外，犀牛鳥對犀牛還有一種特殊價值，它會及時向犀牛報警。因為犀牛的嗅覺和聽覺雖靈，視力卻非常差，有敵害悄悄地向犀牛發動襲擊時，犀牛鳥就會飛上飛下，以此引起“朋友”的注意。 鱷魚與鱷鳥。鱷是一種善于游泳，性情兇惡的大型爬行動物。它常棲息在水邊捕食。它的食域很廣：各種魚類、蛙類、鳥類，它都不放過，甚至有時襲擊人畜。因此，大多數的小動物都避開它。但是有一種小鳥卻從不躲避它，甚至鉆進它的口腔中。這種小鳥叫鱷鳥，它是鱷的朋友，它們友好地生活在一起，有時鱷鳥鉆進鱷的口腔里，鱷突然閉上嘴巴。不過你不要擔心，只要鱷鳥在里面輕輕叩擊鱷的上下顎，鱷就會張大嘴巴讓鱷鳥飛出。鱷為什么不吃飛進它嘴里的鱷鳥呢?原來，鱷鳥可以細心地剔出鱷齒間的食物殘渣，并啄食寄生在其中的小蛭。鱷的口腔得以清潔，鱷鳥也可以得到豐盛的美餐，并得到鱷的保護。 動物界寄生現象簡述 人們常把靠剝削別人勞動成果，不勞而獲，坐享其成的生活斥之為過寄生生活。在動物種間關系中，有一種損人利己的特殊形式，這就是寄生關系。這是指一種動物生活在它種動物身上，從中吸取營養而使它種動物受到損害的一種關系，前者叫寄生者，后者叫寄主或宿主。寄生現象普遍存在于動物之中?？梢哉f在自然界中很難找到一種不被其他寄生者寄生的動物。寄生關系非但形式多樣而且非常復雜。按寄生的部位可以分為體內寄生和體外寄生。如蛔蟲寄生在寄主體內就是體內寄生；跳蚤、虱、蛑和螨等寄生在寄主體表就是體外寄生。一種寄主的體內或體外被一種寄生動物寄生的現象叫單寄生。這種寄生事實上不多見，因為，在自然界一種動物常被多種寄生動物寄生共生。例如一只蝙蝠的毛皮上可以發現蜱、螨等多種體外寄生動物，在它體內的器官中同時也可發現線蟲等多種體內寄生動物。更復雜的是復寄生或叫重寄生，如甲種昆蟲可被乙種昆蟲(一級寄生動物)所寄生，而乙種昆蟲又可被丙種昆蟲(二級寄生動物)所寄生，甚至可多達四五級。 跳蚤示意圖 人們習慣把寄生者叫寄生蟲。其實寄生者并不一定限于蟲。還有很多不是蟲的動物，甚至高等脊椎動物也有過寄生生活的。 瘧疾是一種全球性的疾病。20世紀50年代，當時全世界25億人口中有1/2以上人受到瘧疾的威脅。法國內科醫生拉弗蘭從病人血液中鑒定出寄生物，指出病因是一種原生動物叫瘧原蟲寄生在人體紅細胞和肝臟的實質細胞中所致。一位在印度的英國外科醫生羅斯指出是按蚊傳播這種疾病。我國最為常見的間日瘧原蟲的生活史中有兩個寄主：一個是人，另一個是按蚊。感染瘧原蟲的雌蚊叮人時，瘧原蟲的子孢子隨蚊子的唾液進入人體，在肝細胞和紅細胞中進行無性繁殖，分裂成很多裂殖子，一些裂殖子可繼續侵入新的紅細胞，不斷循環裂體生殖，每一循環周期為48小時，所以病人每48小時出現一次發冷發熱，俗稱“打擺子”。最后有一些裂殖子形成配子母體。當雌蚊叮病人時，配子母體進入蚊體，在蚊胃中完成雌配子和雄配子的結合生成合子，完成有性繁殖，最后形成千萬個子孢子。 扁形動物中具有吸盤的種類全部過寄生生活，如對人類危害很大的華枝罩吸蟲。人被感染后，肝腫大，膽囊發炎，并可并發原發性肝癌。它有2個中間宿主和1個終末宿主。成蟲寄生于人、貓和狗等的膽管內，進行有性繁殖，蟲卵隨糞便排出，被第一中間宿主沼螺吞食，在螺體中發育成尾蚴。離螺體入水，侵入第二中間宿主淡水魚體，形成卵圓形的蚴。如果人吃了沒有煮熟的帶有蚴的生魚，囊蚴進入肝中，1個月后就形成成體，其壽命可長達15～20年。 曾經威脅過我國江南水鄉人民的日本血吸蟲，也是一種扁形動物。兒童被寄生，不能正常發育，成為侏儒；成人則喪失勞動力，婦女不能生育，甚至喪失生命。它有一個中間宿主和一個終末宿主。成體寄生于人、牛、貓等腸系膜的靜脈血管中，雌體在腸壁產卵，有的卵由肛門靜脈入肛，有的卵隨糞便排出，在水中孵化出毛蚴，進入中間宿主釘螺，發育成尾蚴，離開螺體在水中游動，經人的皮膚而入人體。 寄生動物更換寄主的現象是由于與寄生主們在進化過程中相互關系形成的，在系統發展過程中較早出現的種類就是最早的寄主，后來寄生動物的生活史才擴大到較后出現的類群中去。這樣較早的寄主就成為中間宿主，而最后的寄主便成為終末寄主。此外，寄生生物大量的無性增殖是對寄生生活的一種適應，只有大量增殖才能使寄生動物繁衍，尤其是需要更換寄主的種類以使得到寄主的機會增加。否則，就會在進化的過程中被淘汰。 人疥螨是一種蛛形綱的小動物，寄生于人體皮膚內，形成疥瘡。有些人患了酒糟鼻，影響了形象美，也是一種螨類寄生所造成的。蚤類把一些動物的疾病傳播給人，造成難以想象的后果。由鼠疫桿菌引起的鼠疫一般先在鼠類中流行，由鼠類叮咬而傳染給人。據史載，歐洲在古代和中世紀發生過12次由鼠疫形成的浩劫，最大的一次是14世紀鼠疫的流行，蔓延到世界上很多地方。在牛津大學當時每3位學生就有2個因此而死亡。農村和城鎮人口減少，結果從經濟上的衰退導致政治和宗教上的混亂。以后雖然再也沒有如此大的流行，但威脅尚存。在近代，1941年美國洛杉磯就發生過一次。1947年我國東北也發生過一次鼠疫，這是日本軍國主義者于1937～1945年的8年間，喪心病狂地在我國各地實施細菌戰，導致鼠疫流行的結果，百姓遭殃，受害者達3萬人。 七鰓鰻 七鰓鰻是一種圓口綱的水棲動物，它是現代脊椎動物中構造相當原始的類群，過暫時性的寄生生活，常用它的口吸盤吸在魚體上，用角質齒和舌銼破皮肉，吸食血肉，給漁業造成很大危害。有一種深海魚叫角斂鯨，雄魚居然用口吸附在雌魚身上，吸取養料，完全過寄生生活，在生物學上叫性寄生。許多種杜鵑，以及黃鶯科和指示鳥科的一些鳥類，自己不筑巢，而把卵產在別的鳥巢中，并由別的鳥代為孵育，在生物學上稱為社會寄生也叫巢寄生。 有些科學家認為寄生現象起源于共棲，以后發展成體外寄生，然生再進而形成體內寄生。人們對動物寄生關系的研究主要著眼于2個方面：①消滅和防治對人畜有害的寄生蟲，如防治血吸蟲病的關鍵措施是消滅血吸蟲的中間宿主——釘螺和沼螺，使血吸蟲不能完成其整個生活史。以及在感染區注意個人防護，不要讓皮膚直接與可能有血吸蟲尾蚴的水接觸。防治瘧疾最主要是消滅蚊子，防治人體蛔蟲是飯前便后洗手，糞便不能隨處亂倒。因為蛔蟲的傳染途徑是蟲卵經口而入人體的，生吃瓜果要去皮或用高錳酸鉀等消毒液加以消毒。②利用寄生關系進行生物防治有害的昆蟲，如世界各國都采用赤眼蜂防治玉米螟、地老虎和棉鈴等害蟲。因為赤眼蜂產卵于這些蟲的卵中，整個發育過程都在被寄生的卵內完成，這樣就可達到害蟲為害之前就把它們消滅的目的。 在生物防治上特別注意重寄生現象，例如舞毒蛾的一級寄生蜂的幼蟲有復寄生昆蟲35種，其中2種還有三級寄生昆蟲。如果用寄生蜂防治舞毒蛾，就要解決二級寄生物寄生在寄生蜂上的問題，可以利用三級寄生物來防治有害的二級寄生物。 走進人類的返祖現象 我們都知道，生命的進化是一個永無止境的過程。然而生物進化的方向也不是我們所能控制的。達爾文的《物種起源》告訴我們，環境的變化是物種進化的原因。有趣的是，在現代社會中出現了返祖現象。那么我們應該如何認識返祖現象呢？ 返祖是指有的生物體偶然出現了祖先的某些性狀的遺傳現象。在人類，偶然會看到有短尾的孩子、長毛的人、多乳頭的女子等等，這些現象表明，人類的祖先可能是有尾的、長毛的、多乳頭的動物。所以返祖現象也是生物進化的一種證據。關于返祖現象，現代遺傳學有2種解釋；①由于在物種形成期間已經分開的，決定某種性狀所必需的2個或多個基因，通過雜交或其他原因又重新組合起來，于是該祖先性狀又得以重新表現；②決定這種祖先性狀的基因，在進化過程中早已被組蛋白為主的阻遏蛋白所封閉，但由于某種原因，產生出特異的非組蛋白，可與組蛋白結合而使阻遏蛋白脫落，結果被封閉的基因恢復了活性，又重新轉錄和翻譯，表現出祖先的性狀。 返祖現象 返祖現象在人類身上的體現，例如一生下來身上就長滿毛發的毛孩，就是一種人類毛發組織器官的返祖“退化”現象；耳朵可以大幅度移動，可歸類為神經系統的返祖“退化”現象；天生長有尾巴的人，可歸為退化器官的返祖“退化”現象。由此可見，返祖現象顯現的部位具有不確定性。以此類推，人類的其他器官功能也不能排除會出現返祖“退化”現象，雖然上述一生下來身上就長滿毛發、耳朵會動和長有尾巴的返祖現象嚴格地說不是一種疾病，但如果人類的某些具有特殊功能的器官也出現返祖“退化”現象，例如控制感情、道德觀的神經協調系統、大腦系統出現返祖“退化”現象，由于古代人類的重要部位的神經協調系統與現代人不可能完全相同，其智力程度也相對較低，將使該人有可能表現出某種先天性心理障礙、先天性神經系統疾病、先天性智障等現象。因此，不能完全排除個別先天性精神病、先天性智障的起因與神經協調系統、大腦系統出現返祖“退化”現象有關，如果能夠研究證明先天性精神病、先天性智障的起因確實與神經協調系統、大腦系統出現返祖“退化”現象有關，則可在治療時針對患者精神病、智障的不同成因區別對待，對癥下藥。 除了多毛，還有種種奇怪的返祖現象，如有的人的骶部長有短的尾巴；有的人耳朵能像兔子和狗一樣隨意轉動；有的人乳頭不是2個而是像豬等動物一樣長2排。這些都是與今天的人類不同而與人類祖先的某個階段相似的特征。 人類的祖先具有的某些形態特征在人的進化過程中已經發生了很大的變化，如腦量增大、體形改變、毛發稀疏、尾巴消失等等。人類祖先的基因和基因調控在這個過程中也發生了很多變化，有的基因改變了，有的基因在人的發育的某一階段關閉起來。比如人的胚胎發育中到2個月末時，是有尾巴的，到6個月時全身有細密的毛，在胎兒成長的過程中控制生尾的基因關閉了，因此胎兒的尾巴停止生長變成骰骨；胎兒出生前濃密的體毛也消失了。胚胎發育的這一過程被認為是重演了人的進化過程，說明人類祖先的某些基因沒有消失，只是在適當時候關閉。如果這些應該適時關閉的基因沒有關閉，或是因某種原因重新打開，這部分基因就會使人出現異常發育，重現祖先的某些特征。至于出現返祖現象的具體誘因，現在還是一個謎。 冷凍與生命 南極東方考察站鉆機歡唱，每一個考察隊員的臉都被朝霞映得通紅，一段段冰巖標本整齊地碼放著，編號依次上升?？茖W家對這些小冰柱十分愛惜，因為這些冰柱加起來就是一本南極地層的教科書。 在400米深的地層里，科學家找到了許多古細菌，回到實驗室慢慢將它們解凍后。這些細菌竟然從沉睡中醒來了!按1000米冰層10萬年計算，這些小生命在又黑又冷的冰層中已冷藏了上萬年，照這樣計算這些小生命已有12000歲了! 低溫與生命的微妙關系，是當今科學研究的熱門課題。生物學家們進行了大量的實驗研究，取得了豐富的第一手資料。海洋中的刺魚在熱帶水域，生命周期是14～18個月；但在南北極低溫帶，它們要幾年才性成熟。在零下80℃的低溫中，一些細菌的繁殖，要比0℃時慢20倍。昆蟲是最短命的，有的只能活幾個月；蠶蛾才活幾小時，但在低溫下，蠶蛾能活60年不死!一只青蛙在2℃的冷水里冬眠，壽命要比在21℃的水中高960倍。有的科學家認為，人的體溫如能降低3℃，平均壽命就能增加20年。 1958年，美國科學家把紅細胞放在液氮(-196℃)中保存，使紅細胞新陳代謝停止，12年后再讓溫度回升，紅細胞又恢復了生機。1980年，醫學家將抽出的紅骨髓細胞放在甘油里冷凍至-196℃，幾個月后再解凍，并用于骨髓移植，最終取得了成功。 低等生物和細胞冷凍后還能回生，那高等的生物呢?如果將一條魚先放在0℃的水中生活一段時間，再漸漸冷卻到-20℃，把它凍在冰塊里，2個月后溫度再慢慢回升，死了的魚又活起來了!更令人驚奇的是死兔復活試驗：將一只兔子悶死，抽出血液，待10分鐘后把死兔浸到冰水中，讓兔子的體溫維持在20℃。過了1～1.5小時，把含有氧氣的血液輸入兔子的血管里，同時升高體溫，兔子心臟又開始收縮，接著恢復呼吸，最后睜開雙眼站了起來。 1967年1月19日，世界第一位人體志愿者的冷凍試驗在美國鳳凰城進行，著名心理學家貝福德教授由于患上不治之癥治療無望，自愿冷凍處理。 試驗一開始，教授靜靜地躺在特制的玻璃棺中，醫生慢慢將他的血液抽出，再一點點降低體溫，當降至-30℃時，在玻璃棺的夾層中注入液氮。人們崇敬地看著工作人員把教授送進地下室，他的家人默默地祈禱，將來有一天科學家攻克了不治之癥，教授將再活過來?，F在，美國幾大著名的醫學研究所里，已冷凍著數十具男女志愿者的軀體。這些志愿者都在等待醫療技術的發展，開創生命科學研究的奇跡。 冷凍人體的實驗 冷凍人體的實驗能否成功，許多專家表示懷疑。他們的理由是：人是特別復雜的有機體，細胞的構型很多。不同類型的細胞降溫和復溫的條件都不相同，現在的冷凍技術很難達到這一要求。冷藏人體，先得抽去病人的血液，注入抗凍劑，不同的組織要用不同的抗凍劑。至目前為止，還沒有研制出通用的抗凍劑，現在這樣的冷凍，在科學上很難解釋得通。防止細胞低溫損傷的關鍵，是排除細胞中冰晶的傷害，目前也沒有研究出消除冰晶產生的方法。另外，大腦對低溫十分敏感，怎樣保護大腦，使其在冷凍和復溫中不受傷害，也是一大難題。 揭開智力之謎 有人對1243位科學家和發明家的1910項重大發明進行分析，發現他們的成就都在40歲以前取得。于是，得出結論：自古英才出少年。但是，達爾文的進化論是在他50歲時創立的，牛頓提出的“光的微粒說”時年已52歲，發明家愛迪生在50歲以后的發明專利有幾十件。因此，又有人說人腦的重量決定著創造潛力。俄國大作家屠格涅夫腦重2014克，但同樣是大作家的法朗士，腦重只有1017克。有人說書香門第才子多，但華羅庚、陳章良等數以千計的精英，都出自平常百姓家。還有人認為某些“天才”的腦組織結構特殊，然而生理學家對愛因斯坦的腦組織切片研究了幾十年，至今也未能發現與常人有什么區別。 人腦是奇特的、深邃的，它有千萬億個信息觸點，有著無窮的秘密，有著無窮的創造潛力。人類的大腦皮層由140億個神經元構成，平均腦重1500克。 那么，人的智力高低究竟依賴什么?著名的英國人類學家高爾頓(1822～1911年)曾調查300位名人的家史，認為這些高智商的社會名流都是家族遺傳的。他說，4位著名法律家的兒子中，有一個可能成為法律家；如果是普通工人家庭，要4000人中才有一個法律家。 為了驗證高爾頓的觀點，遺傳學家托爾曼用一群大白鼠做迷宮實驗。他把一只只大白鼠放進迷宮“考試”，看誰進去后出來最快。然后，選出最“聰明”的雌雄鼠各9只，讓它們交配生仔，同時再選出9對最笨的老鼠作對比。繁殖一代，考察一代，7～8代后發現，“聰明”的鼠父母生下的老鼠，一代比一代“聰明”；“笨”鼠的子孫，一代比一代“笨”。 瑞士生理學家海登，對老鼠的腦細胞進行化學分析，發現“聰明”大白鼠腦細胞中的DNA比“笨”鼠的高10％。DNA中儲存著合成蛋白質的密碼，難道智力與蛋白質有關嗎?經過眾多科學家的努力，終于在腦中找到一種叫神經激素的蛋白質。神經激素又叫神經多肽，將它注射到一只“笨”大白鼠的身體中，結果它變得“聰明”起來了。以富爾克為首的幾位學者對245位青少年進行了為期7年的研究，也證明了智力與遺傳有關。 近些年在人類基因組的研究中，科學家發現同一遺傳位點上的小衛星DNA，會因地域或民族而有所不同。例如，黃種人與白種人的數學才能基因著生頻率，大大高于黑種人與棕種人；黑種人的運動才能基因又高于白種人。 我國古代北宋政治家王安石，有一篇《傷仲永》，說的是金溪神童方仲永，5歲即能作詩，鄰里稱奇。其父貪圖鄉人的賞賜，每日帶著仲永四處拜訪，耽誤了他的學習，到了12～13歲，方仲永智力已不如幼時，20歲時智力同普通人完全一樣了。仲永的悲劇發人深省，這說明遺傳的天賦只是智力發展的內部條件，并非成才的決定因素。正如教育家凱洛夫所說：“天賦僅給予一些種子，而不是既成的知識和德性。這些種子需要發展，而發展必須借助于教育和教養才能達到?！笨茖W家把一只“聰明”的大白鼠單獨關進小籠子，每天讓它吃吃睡睡，無所事事。同時，將另一只“聰明”的大白鼠同其他白鼠關在一起，不僅有吃有喝，還蕩秋千，踩飛輪，聽音樂。幾個月后，再進行迷宮考試，結果表明，每天生活豐富多彩的大白鼠比整日無所事事的大白鼠要“聰明”得多。 神奇的大腦 青年時代的達爾文在神學院并非是出眾的學生。但他對大自然具有本能的追求，經過27載的考察研究，最大限度地開發了自身的潛在智能，終于提出了生物進化論。木匠齊白石，半路出家學畫畫，日日磨礪，堅持不懈，終于造化神奇，成為一代國畫宗師。同樣，吳敬梓用14年寫出了《儒林外史》，孔尚仁15載捧出《桃花扇》，李時珍30年修出《本草綱目》，歌德58年終成《浮士德》，這些都不能用“遺傳”來解釋。還是著名作家夏衍說得有哲理，“勤能補拙，業精于勤，這是中國的古話。無數事實證明，任何一個人的任何一點成就，都是從勤學、勤思、勤問中得來的。” 發明家愛迪生有一句名言：“天才是百分之一的靈感，百分之九十九的血汗。”這位大發明家用親身的經歷闡述了智力先天和后天的關系。 莫扎特在短暫的一生中寫下了大量優秀的歌劇和交響樂曲，人們稱贊他是音樂天才。他對朋友說：“誰和我一樣用功，誰就會和我一樣成功。”殊不知，莫扎特走路哼著曲子，理發想著樂曲，進餐也未忘記音樂，正是天資加勤奮才造就了這樣一位世界級音樂奇才。 天資聰慧者是幸運的，因為遺傳注進了大器的胚胎，但別忘了也有的人卻“聰明反被聰明誤”，稍不警覺，天才就會被扼殺在搖籃里；資質遺傳平平是遺憾的，但別忘了“勤能補拙是良訓”，只要努力，丑小鴨也會成為白天鵝。 記憶的秘密 夜深人靜，教室里亮起點點燈光，學生們正在挑燈夜讀。然而，在邁向知識殿堂的道路上，更需要科學的學習方法，需要良好的記憶能力。 學習是知識積累的過程，記憶則是學習的第一關卡。三國時的張松過目不忘，把曹操的《孟德新書》一氣背誦；俄羅斯體育記者薩洛馬欣，掌握38種語言，能用8種語言同人交談。這些記憶奇才多么令人羨慕! 人的大腦有140億個神經元(神經細胞)，能貯存10~15比特信息，從理論上講，人腦可以把全世界圖書館的知識信息全部裝入。但是，由于種種原因，人的記憶能力遠未達到最優值，大部分青少年的記憶力平平。生理學家一直想搞清記憶的秘密，可至今記憶的生理機制仍是一個謎。 人腦聚積信息現象是有細胞的物質基礎的。經過長期的研究探索，科學家對記憶的生理已有一定的認識。一般認為，短時記憶是感受器生物電傳導到腦細胞，轉變為“跨膜電位”，再經G蛋白放大，轉化成記憶分子，一般保持時間為1～2秒至1～3分鐘。長時記憶則與腦中的電化學反應有關。人腦中有一種叫乙酰膽堿的化合物，是長時記憶的基本物質。經過一系列腦激素的催化，以及神經生長因子的作用，神經突觸長出“小芽”，芽中包含著記憶的信息，許多小芽不斷地發育生長組織成網，大量的信息就積聚其間。 對上述的記憶機制，腦科學家已找到了不少證據。他們分離到一種叫加壓素的多肽分子，它就是腦中能有效提高記憶的物質。如果每天給50～60歲的人鼻孔里噴加壓素，3天后他們的注意力和記憶力就明顯提高。若給因車禍大腦受傷失去記憶的人噴加壓素，2周后記憶可以部分恢復?？茖W家還發現一種能增強記憶的化學物質CCK-8，如果沒有它，加壓素就不起作用。 人類的生命活動皆由基因控制，記憶也不例外。科學家已定位了一種記憶基因，它編碼了含鈣的一種激酶，能催化記憶物質的生長。據科學家估計，控制記憶和存貯的基因不下2萬種，若定位了一種基因，只是了解了記憶紅箱秘密的九牛一毛。 記憶是精神的，又是物質的，弄清記憶的物質性，搞清它的生理過程，是有一定難度的課題，科學家們已接觸秘密的邊緣。要深入記憶的中心，弄清它的來龍去脈，仍需要科學界不斷地探索。 記憶的生理結構像云霧中的廬山，難識真面目，但對記憶成功的心理因素，科學家卻研究得比較透徹。這是因為記憶的好壞可以客觀測試，也可以通過各種實驗，找出記憶的最佳條件?？偨Y國內外思維科學研究的成果，心理學家認為要產生良好的記憶，記得牢固長久，必須具備以下的心理條件： (1)要有明確的記憶目標。優良的記憶是自主的認知活動，你要記住一項知識，目標愈明確愈具體，記憶的效果就愈上乘。有經驗的語文老師在要求學生背誦詩詞、美文時，總要規定背誦的時間和質量，在通常的情況下，學生一般都能達到，這就是運用了目標原理。如果再加上競爭條件或分數激勵，效果則更佳。心理實驗證明，沒有明確的記憶目標，不規定具體的任務，即使反復閱讀，記住的東西也不會多。目標是記憶的馬達，是記憶保持的黏合劑。 弈秋誨弈的故事 (2)要集中注意力。《弈秋誨弈》的故事幾乎無人不曉，同時學弈，專心與不專心，效果完全不同，這是因為注意力集中，能使知識信息迅速聚焦，強烈刺激大腦皮層的興奮點，留下深刻的印象。心理研究表明，集中注意力識記某項材料2遍，比馬大哈地學習10遍，記憶效果要好得多。 (3)要有較豐富的知識貯備。一個人對物質世界的認識能力，隨著知識的積累而提高，對事物的記憶能力，也因知識的豐富而加強。知識信息越多，大腦中管記憶的“芽”就越多，網絡結構就完善，信息溝通也快，容易舉一反三，迅速記住新學的東西，這就是學習心理學上說的知識遷移過程。例如，已經掌握了一門外語的人，要再學一門外語就能觸類旁通，學習的速度要快得多。 (4)要打開思維的大門。記憶與思維是一對孿生兄弟，在識記中多動腦子想想，搞清知識的來龍去脈和前后聯系，記憶效果就很出色。假如背誦50個音節與意義不相關的字，需要讀75次方能背出來；而朗誦500個音節的一首抒情詩，8次就能成誦。對所記憶的知識理解程度，也是優良記憶的基礎，所以，我們一定要想方設法弄清需要記憶知識的意義，反對死記硬背，即使是記無意義的東西，也要設法使它變得有意義。愛因斯坦的女友對他說，我的電話是24361很不好記，愛因斯坦說：“這有什么難記的?兩打的和與19的平方，我記住了。”這是多么巧妙的記憶！ (5)要及時復習和應用。重復是記憶之母。寺院的小和尚之所以能成本地背誦難懂的經文，就是因為天天念，365天，從不間斷。這就像用一把刀子不斷地刻畫木頭，越刻刀痕越深，越不容易磨去。當然，這種機械的重復是不可取的，我們應該提倡多樣化的鞏固復習，讀、說、寫、做、想、游戲、競賽等等，不拘一格。運用也是鞏固記憶的良方，學打太極拳，只記住書本上的一招一式，或看幾遍錄像是不行的，必須動手動腳，跟著教練學，實踐的次數多了，太極拳的套路方能牢記腦中，打起來才會得心應手。 “工欲善其事，必先利其器?！闭f的是工具的重要性。對于記憶來說，科學的方法就是利器，掌握了科學的記憶方法，就能做到事半功倍。 (1)協同記憶：人腦接收的信息，來自眼、耳、鼻、舌、身五種官能，腦對這五種器官信息的吸收率分別為 83％、11％、3.5％、1％和1.5％。視覺記憶的3天保持率為40％，聽覺記憶的3天保持率為15％，視聽并用的3天保持率則可達75％，如果5種器官協同用于記憶，更能優勢互補，提高記憶效率。學習外語的人都有這樣的體會，記憶單詞，看、讀、寫、聽并用，比單單閱讀記起來要快得多。 (2)趣味記憶：興趣是最好的老師。我們都有這樣的經驗，對感興趣的科學知識、故事、影視、文字等很容易記住。據心理學家統計，對不感興趣的內容，20分鐘忘記40％，2天后忘記66％，1個月后79％丟進爪哇國。而對感興趣的知識，長期記憶保持率可達90％以上，有的能終生不忘。所以，使學習的東西變得生動有趣，變著法兒提高學習的興趣，在輕松愉快的環境里游戲，在生動活潑的氛圍里學習，是提高記憶效率的好辦法。 (3)集中記憶：記憶外語單詞、理化公式、科學定律等，可以集中一段時間熟記，只要目標明確，心理準備充分，記憶效果就相當好。但是帶有強制趕任務性質的記憶，就容易遺忘，可以在記牢的情況下，隔一段時間再進行復習，以彌補不足。 (4)分類記憶：知識有系統性，也有板塊性。按記憶對象的性質、內容、特征進行分類，使知識系統化、條理化、塊狀化，再進行記憶，就能提高記憶效率，容易保持。如學習英語單詞，把父、母、姐、妹、兄、弟、姑、姨、子、女放在一起，把四季、方位、顏色等歸類，記起來不但有趣，而且高效。 (5)聯合記憶：利用知識的系統性，對知識點、重點、難點、典型題進行梳理式記憶，也是一種很好的記憶方法。例如，學完初中物理力學，對力的概念、力的合成分解、力的平衡等主要知識點、定律、公式、有關實驗進行復習，緊閉雙眼回憶，睡覺前過一次“電影”，起身后再想一遍，就是一種不錯的記憶方法。 (6)練習記憶：理科課程中的許多公式定理，均可以化為具體的算式運算，這既是理解公式定理的需要，也是思維訓練的需要。在記憶這些知識時，可選典型習題做練習，在演算推導過程中體會知識原理，這比死記硬背公式定理效果要好許多倍。 (7)聯想記憶：知識是相互聯系的，不但理科知識有聯系，文科與理科知識之間還有交叉聯系，因此運用聯想是一種省時高效的記憶方法。一提到某人的姓名，就記起他的音容笑貌，這叫接近聯想。復習“book”想起“bookcase”、“bookish”、“booklet”等等，這叫類比聯想?？吹絻磹旱膲娜耍肫鸶改傅拇认?；學到偉人的品格，憶起碌碌小人，這叫對比聯想。 (8)規律記憶：知識，無論是科學知識還是人文知識，都是有序的集合，都有自身的規律性，掌握了知識的規律性，記憶起來就十分方便。例如歐姆定律的公式I=U/R，知道了電流I與電壓U的關系成正比，與電阻R成反比，就容易記住了。 (9)歌訣記憶：根據某些材料的性質和特點，編成歌訣或順口溜用于吟唱，也是記憶的一種好方法。例如24節氣的順口溜：“春雨驚分清明谷，夏滿芒至小大暑，秋暑露分寒霜降，冬雪雪冬小大寒?！北成蠋妆榫陀涀×耍沂冀K不忘。 (10)筆記記憶：俗話說好記性不如賴筆頭。記學習筆記不失為一種幫助記憶的好辦法。記筆記的好處是，通過記錄整理，大腦有較深的印象，即使忘了還能翻閱查找，十分方便，閱讀起來有曾似相識的感覺，能迅速引起回憶。筆記采取提綱、札記、批注、分類摘要、知識卡片等形式。特別是分類摘要，可據目錄條目查找，省時快速。把知識摘要分類存入電腦，也是很好的辦法。電腦存貯，一只硬盤可以代替幾百本筆記本，查找起來十分方便。 科學的學習方法是人類學習經驗的總結，用它來掌握學習，指導學習，就能走出愚勤低效的困境，走進高效率記憶的殿堂。 探索再生 在山溝小溪的石塊下，人們常常能找到一種體長1～1.5厘米的小蟲。它身體柔軟，背腹扁平，灰褐的體色同泥土一致，要不是仔細觀察它是很難被發現的。從生物學課本中知道，它叫渦蟲，是扁形動物的代表。當你取出一條渦蟲放在玻璃板上展平，用小刀將它分割成許多小段，再放進盛有清潔河水的燒杯中，將燒杯置于陰涼處放1～2周，你就會發現每一小段都變成了一條小渦蟲!真有意思，小小渦蟲還有分身術呢!渦蟲的這種分身本領，在生物學上叫“再生”。再生有2種類型：①生理性再生，如鳥類在冬季來臨之前換羽、人類毛發脫落再生新發、紅細胞的新老更換等，這是一類正常的新陳代謝活動。②補償性再生，如傷口的長平、骨折的愈合、樹樁上長出新枝等等，這屬于修復性再生。 蚯蚓斷為兩截能復原 在大自然中，一條蚯蚓切為兩截，要不了多久，每一截又長成一條完整的蚯蚓；橫行霸道的螃蟹折斷了螯肢，過不了幾天，一只小小的螯肢就從斷處冒出來；在旱地里奔爬的蜥蜴被你踩著了尾巴，它會果斷地“甩”掉尾巴，逃之夭夭，隔不了多久，一條新尾巴又在斷處長出來；生活在淺海底的海參更是奇特，當它被魚捉住時，體壁的環狀肌立即反射性地收縮，將肚腸“吐”出來喂魚，身體乘機逃脫，過些日子再長出新的內臟。海星是海產養殖的大敵，它們偷吃魚蝦、牡蠣，漁民恨透了這種棘皮動物，常把它們剁成小塊拋入海中喂魚。其實，這正好幫了海星的大忙，因為海星的再生能力極強，一到海里，每一小塊都能長成一只海星。 蜥蜴的尾巴能再生，螃蟹的螯肢能再生，為什么人的手臂斷了不能再生?腦袋掉了也不能再生呢?再生究竟是怎樣發生的?這一連串的問題，引起了科學家濃厚的興趣。有1位科學家用青蛙做實驗，他把蛙的后腿切斷，在斷面上測量到了微弱的電流，當殘肢結疤時電流卻消失了?？茖W家推測，可能是斷腿產生的生物電，幫助了殘肢的修復。他又將一只老鼠的前肢切斷，人為地通上很小的電流，3天后，斷肢處的皮肉和神經開始生長。這說明只要有一定的電流，高等動物也是能再生的。但是，老鼠斷肢生長的結果只是結了一個肉疙瘩，并沒有長成一條腿。電流為什么能刺激再生?老鼠的斷肢處為什么不能長出新腿?這位科學家研究了一生，也沒有找到答案。 后來，經過很多科學家的研究，發現生物電只是再生的一個條件，動物器官的再生有復雜的原因。在進行細胞外培養時，培養液中除必需的營養物質外，還要加進一些從動物組織中提取的促生長物質，不然的話，細胞就不能分裂生長。經過分析化驗，科學家首先找到了一種蛋白質分子，它能加快表皮細胞的分裂生長，所以將它定名為“表皮生長因子”，在培養表皮細胞時，添加表皮生長因子，表皮細胞就長得又快又好。但對肌肉細胞、神經細胞的生長卻沒有幫助。經過深入的研究，科學家又找到了神經生長因子，這是一種促進神經生長的蛋白質類激素，在神經細胞的形成和生長中不可缺少。把表皮生長因子和神經生長因子放在實驗狗腿的傷口上，腿傷的愈合速度立刻加快了4～5倍，在皮膚的傷口上使用，也加快了皮膚的生長。 生長因子的發現，打開了醫學家們的思路，一場尋找生長因子的比賽在各國的生物工程實驗室里展開了。在研究血管的形成與生長中，發現了血管生長因子；在軟骨細胞的研究中，找到了骨骼生長因子；在血細胞的生成中，分離出了血細胞生長因子。生長因子是一個大家族，現在科學家已經找到了幾十種生長因子，第一個發現生長因子的兩位科學家科恩和蒙塔爾奇尼，因此獲得了諾貝爾獎。器官的再生需要很多生長因子，它們在基因程序控制下，通力合作，才能完成再生的生理過程。例如，蜥蜴的尾巴超過了身體的長度，這個尾巴是它快速爬行的助力器，又是前進方向的控制器，但在長期的生存競爭中，蜥蜴又形成了斷尾自救的功能。當一只蜥蜴與敵害遭遇并危及生命時，它就在尾根處自斷，斷下的尾巴仍能不停地擺動，吸引對手注意，自身就乘機逃走了。沒有了尾巴對蜥蜴來說是很不方便的，蜥蜴身體里的基因就發布再生命令，在自斷處產生生物電，各種生長因子基因先后啟動，按固定的程序指揮合成生長因子，向斷處的組織輸送，讓不同的細胞分裂生長，再造出一條尾巴。至于動物是如何協調各種生長因子，誰先產生，誰后產生，各自的比例是多少，又是如何調節生長的，具體的細節目前還不清楚，需要進一步研究。人們一定會想，要是人的手、足、頭等，也能像蜥蜴的尾巴那樣再生，那該多好啊!按科學家對生長因子的研究和科學推測，理論上說應當是可以的，但目前還辦不到，因為人類對再生的機理還不很清楚。 生命過程是非常復雜微妙的，再生的基因程序需要努力探索。相信在新一代科學家的努力下，人類終究會找到這些答案的！ 人的生命有極限嗎 科學研究證明，人類生命不僅有極限，而且還有客觀的規律可循。人類的身體具有很強的生命力，大自然給予人的生命是很長的。人類生命的極限是多少？幾千年來，人類不斷地在探索這個看似簡單卻很深奧的問題。 在哺乳動物中，生命最長的應該是人。然而人的生命到底有多長？至今尚無明確的定論。據基督教《圣經·創世記》第五章、第九章記載：亞當活930歲，亞當的兒子塞特活912歲，塞特的兒子以挪士活905歲，以挪士兵的兒子該男活910歲，該亞的兒子瑪勒列活895歲，瑪勒列的兒子雅列活962歲，雅列的兒子以諾活365歲，以諾的兒子瑪士撒拉活969歲，瑪士撒拉的兒子拉麥活777歲，拉麥的兒子挪亞活950歲。 科學家對圣經的記載無法進行確認，理由是這些長壽者的生日沒有文字記錄，有關他們年齡的材料都來源于宗教。但是，在很多社會歷史與科學論著中卻不乏生命能活到100~200歲的長壽者的記載，這種記載未被科學家所懷疑。 大家都知道，狗的生長期是1~2年，狗的生命可活15~20年。馬的生長期是3~4年，馬的生命可活30~40年。人的生長期是20~25年，人的生命理應活到200~250年。 非常遺憾，在當今社會，很少有人能活到200年以上。為什么人的生命還沒活到200年以上就結束了？那是因為人生了病。有的人活了100歲，在我們看來已經是一位老壽星，老壽星如果沒有活到200歲以上就死了，那可不是因為生理性衰老導致自然死亡，他的身體一定是因為某些病變導致非自然性的早死。所以我們經常會在高壽者死亡訃告上，看到“因病逝世”這幾個字。 既然人類的生命極限遠不止100歲，人類的生命就有潛力可挖。如何挖掘生命的潛力，如何延緩人的衰老，讓青春永駐，將人的壽命延伸到生命的極限？幾千年來，人們總在苦思冥想著這個問題。古希臘哲學家和科學家亞里士多德（公元前384~322年），在他的《論青春與老化》一文中指出：“機體的老化，是每一個生物體從它所產生的那一天起，所具有的先天熱量不斷消耗的結果。”比他早100多年的古希臘杰出醫生和自然科學家希波革拉第（公元前460~377年），也認為人的衰老是先天熱量消耗所致。在這種理論基礎上，各國的科學家產生了“生命能”、“生命激素”等概念。 從古希臘哲學著作中，我們可以看到妖女美提亞用她獨出心裁的返老還童法，讓一批老人變成了青年，她使用的方法是把老人切成肉塊，放在大鍋里用魔草燒煮，這方法只有妖女美提亞敢用。羅馬教皇英諾森三世（1160~1216年）的父親特拉西蒙伯爵，相信血液能延長人的生命，他為了讓自己能保持青春，每頓飯要喝3個小孩子的血。匈牙利伯爵夫人巴托爾克，對血液能延年益壽也深信不疑，她洗澡時用的都是斯洛伐克女奴們的鮮血。 1889年6月1日，法國巴黎科學協會通過了一項轟動全世界的科學報告，法國著名生理學家和神經病理學家布朗—塞卡爾（1817~1894年）宣布：“他從70歲開始感到自己體力不支，經過長期實驗他終于找到一種能使人重新煥發青春的方法。6年來他堅持把活狗和活兔的睪丸提取物注入自己的體內，結果感到自己年輕了30歲，不但恢復了生理功能，而且增強了體力。” 老鼠 20世紀初，奧地利外科醫生葉·施泰納赫在老鼠身上進行了一項科學實驗。他把小雄鼠的睪丸移植到老雄鼠的身上，老雄鼠煥發了青春，它的毛不僅變厚了，而且有了光澤，喜歡與小老鼠打鬧，還會討好小雌鼠，它的性功能又有了活力。1919年，有個叫沃羅諾夫的外科醫生把雄性猩猩、綿羊的睪丸移植到男人身上，產生使人復壯的作用，這種手術受到人們普遍的關注。 許多科學家都贊成這樣的觀點，人的生命長短，除了與遺傳、飲食衛生、外界環境、生活方式等有關外，與大腦的發達程度更是密切相關，大腦越發達，人的生命力越強，就越能向生命的極限靠近。 一般而言，人類從6歲開始，大腦的重量就迅速增加。到了10歲，增加的速度有所減慢。到了20歲，增加的速度明顯減慢。到了30歲，大腦的重量維持一段不增不減的過程后，開始逐漸減少。男人的大腦，在20~25歲的時候，平均約重1383克。在50~60歲的時候，平均約重1341克。在80~90歲的時候，平均約重1281克。由此可見，人類生命力最旺盛的時期，也是大腦重量最重的時期；大腦重量最輕的時期，也是生命力最衰弱的時期。 生命是一門科學，人類關于生命的研究，幾千年來從未停止過。人類生命的極限究竟是多少？德國醫學科學家古費蘭德（1762~1836年）和瑞士自然科學家加勒爾（1708~1777年）等科學家都認為，人類的生命極限可以達到200歲。 科學家預言人類進化的方向 人類的祖先是何時從低等動物的大家族里分離出來并開始成為這個星球的主宰者的，科學家們一直在探索著。但同時，生物的時鐘也在一刻不停地往前走。那么人類究竟會通向何方？百萬年后我們的后代又會是什么樣子呢？ 許多人都沉迷于這樣一種未來人類的幻像：更大的大腦，更發達的認知能力，以及退化的四肢，與我們有著本質的不同。然而在現代世界中，只要不發生環境劇變，這種“火星人”形象出現的可能性就微乎其微。自從達爾文發表《物種起源》以來，進化論已成為統一生物學各分支的偉大學說。推動生物進化的動力是基因突變和自然選擇，某種突變如果能為個體帶來繁殖或者生存優勢，就會在該個體所屬的種群中蔓延。 科學家一直在尋找自然選擇在人類基因組中留下的印記，從而了解塑造人類的最終力量。但由于人類的大規模遷移，人類種群的收縮或擴張，以及不同文化中不同的婚配取向等等，都會在人類基因組中留下痕跡，由自然選擇造成的基因組變化很難被由其他原因造成的基因組的變化區分開來。所以直到今天還只有少數人類基因被確認在人類誕生后經歷過或還在經歷自然選擇。 但這種情況正在逐漸改變?？茖W家們最近獲得了2個非常有力的武器：高效的DNA測序方法，以及完整的人類基因組序列。由于這些工具的運用，越來越多的基因被確認自人類誕生后經歷了選擇。 經歷著自然選擇的大腦人類之所以成為萬物之靈，是因為我們擁有很大的腦容量(腦體比例大于任何其他動物)?！犊茖W》雜志曾經報道了2個基因ASPM和microcephalin，它們的突變導致腦容量大幅減小，醫學上稱微腦癥。芝加哥大學的人類遺傳學家藍領導的小組，測定了90個代表全球不同種族的人的DNA序列，通過基因序列分析和比對，發現被自然選擇看好的microcephalin基因，出現在大約3.7萬年前(可能范圍在1.4萬~6萬年之間)，剛好是象形文字在歐洲大量涌現的時期；而ASPM則更近，出現在大約5800年前(500~1.4萬年的范圍)，和城市在遠東的崛起同步。像ASPM如此新的一個基因，就在全球范圍有如此廣泛的分布，提示它可能為認知提供了一定優勢而受到很強的選擇。 他們分析了更大的樣本，從1184個個體中發現這些基因在不同的種族中的分布也有差異。microcephalin基因出現在75%以上的意大利人、俄羅斯人和中國漢族人，幾乎100%的哥倫比亞人中，而只出現于30%的坦桑尼亞和少于10%的喀麥隆和納米比亞的一些種族。 必須提醒的是，雖然擁有這2個基因，并不一定能讓人聰明，因為這可能只是許許多多控制智力的基因中的兩個而已。而對于這2個基因在不同種族間的分布的差別作過度或不正確的解釋也是危險的。 我們天生就能說話。某些基因產生于人類進化史上的關鍵時期，例如所謂的FOXP2語言基因就是這樣的基因。這一基因是2002年由牛津大學的莫諾克研究組以及倫敦兒童健康研究所的維加—哈德姆等人發現的。FOXP2基因的突變會導致一系列語言能力障礙，諸如口齒不清，無法區分一些基本音節，不能理解語法和句子，等等。 在發現FOXP2的同一年，德國馬普學會進化人類學研究所的帕博研究組對幾種靈長類和小鼠的FOXP2基因進行了測序，并將其與人類的FOXP2基因序列作了比較。結果表明：從大約7000萬年前人類和老鼠的共同祖先至今，這個基因編碼的蛋白質只有3個氨基酸發生了變化，其中的2個發生在約600萬年之內，即人猿分離之后。直到200萬年前，或者更晚，這個基因才完全演變為現代人類版本；有趣的是，人屬動物出現的時間也是在200萬年前。擁有這種基因的人屬動物可能有進化上的優勢，因為，有指標顯示FOXP2經歷了很強的選擇壓力，也就是說，現在的FOXP2幾近完美。由此看來，在某種程度上，人類生來就有語言能力，并且很有可能是完善的語言能力推動了現代人類的出現和擴張。 2004年哈佛醫學院的基因組學家赫塞豪恩和他的研究組在人類基因組中發現了一個含有乳糖酶基因的DNA大片段(100萬個堿基對)。攜帶者能分泌乳糖酶從而消化牛奶中的乳糖。幾乎80%的歐洲人和有歐洲血統的美國人都攜帶這個DNA片段，而大部分中國人以及非洲南部的班圖族人卻沒有。由于這個DNA片段的長度很不一般，赫塞豪恩等人推斷，它的產生時間并不久遠(因為它還未被基因重組打斷)；計算結果顯示，在過去的5000～10000年間，這個DNA片斷經歷了相當強的選擇作用，而乳牛的養殖也大致始于那個時期。這是人類基因組近期進化的一個經典例子。 沒有乳糖酶，我們仍然可以活得很好；然而，在某些情況下，是否擁有某個基因卻是性命攸關的事情。在非洲，每天都有成千上萬人死于傳染病，而某些人擁有能增強免疫力的基因，從而逃脫了死神的追捕，留下了較多的后代，使這些基因在種群中得到傳播，這就是自然選擇。 很多基因的突變型都能提供對瘧疾的抵抗力，許多證據都表明，這些基因在近期都受到了相當強的選擇壓力。一個例子是基因G6PD的兩種突變型A-和med能提供對瘧疾的抵抗力。2001年，美國馬里蘭大學的遺傳學家提史科夫和她的同事利用G6 PD基因的地理分布差異，估測出突變型A-可能在6300年前產生于非洲，并且很快傳遍大陸；而分布于南歐、中東以及印度的突變型med，大概只有3300年的歷史。這些估計與下列考古學事實是相一致的：瘧疾的流行始于農業產生之后，因為人們需要砍伐森林來獲得農田，這才接觸到了瘧蚊——瘧疾傳播者；原本這些小東西是躲在森林中隱秘的水塘里的，與人類井水不犯河水。 在過去幾年的研究中，冰島科學家們發現，某些人的17號染色體上存在著突變：一個長約90萬個堿基對的DNA片段發生了倒位。這種倒位與以前發現的一種名為H2的人類DNA片段是相聯系的。H2大約產生于300萬年前。冰島H2攜帶者比例為17.5%，歐洲為21%，而非洲和亞洲各自只有6%和1%。 為何H2在歐洲會有如此高的比例？這是否與自然選擇有關？通過對幾萬個冰島人的基因測序以及冰島家系數據庫查詢，科學家們發現，女性H2攜帶者的子女數量要比非H2攜帶者高3.5%，這個數據證明了H2確實能提高生殖力，因而很有可能經歷了自然選擇。 然而奇怪的是，H2僅普及于歐洲地區，也就是說，出于某種原因，H2所提供的優勢只局限于歐洲。“為什么？我還不知道?！北鶏u科學家加里·斯塔凡森說。然而，這確實是一個值得探討的問題：生殖力對人類進化來說到底有多重要？ 由于選擇作用最近確實是在人類基因組中留下了印記，許多科學家認為，這意味著人類仍在進化，盡管這種進化方式可能已變得極其微妙。但提到未來人類的進化方向，大多數研究者都表現得十分謹慎，只是根據現有條件來作出很有限的預測。 例如，科學家們預測，在艾滋病流行的地區(尤其是非洲)，CCR5的突變型可能會變得非常普遍?！叭绻麑Π滩〉闹委煕]有顯著進展，會有越來越多的人死亡；可以預計，自然選擇會借此來提高突變型在人群中的比例?！鄙８裱芯克倪z傳學家泰勒·史密斯說道。他還認為，能增強抵抗力的突變型完全有可能取得支配地位。 然而類似于上述例子的進化格局能否影響未來人類的結構和生理特征，甚至生活方式，則要另當別論了。實際上，由于文化、科技尤其是醫藥方面的進步，自然選擇幾乎已從工業社會中消失，能夠抹殺攜帶不良基因個體(當然包括低智商)的外在壓力不復存在；在發展中國家，自然選擇確實仍然維持著它的威嚴，然而，要使人類的基因庫組成發生顯著改變，需要相當長的時間，以及相當穩定的選擇壓力，但這一切都已被人類社會瘋狂的變化速度沖刷得一干二凈了；在某種意義上，人類已經止步不前了。 但是，一些研究者認為新一輪的自然選擇會再度降臨。例如，愛丁堡大學的進化遺傳學家凱特利指出，人類維持這種低強度選擇壓力的局面是暫時的，隨著資源的消耗、人口的激增、氣候的劇變，我們將會面臨極大的困境，從而不得不接受自然的選擇。 盡管不少人對這種可能性表示憂慮，大多數科學家對這種預言并不太感興趣。“進化并沒有什么明確的目標，”泰勒·史密斯說，“進化只有短期計劃，它只關注于如何讓當前一代的個體存活并繁衍得更好。”現在來預測人類進化的未來，比用水晶球算命得到的胡言亂語好不了多少——比起科學研究，或許這更適合于科幻小說。 |
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