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中小学生新视野百科知识丛书--生理新视野百科知识丛书.pdf
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    参见附件(244kb)。

    人体奥秘

    生命之谜

    世界上有三个生命之谜迄今未能有科学的解答。

    生命起源。始于何时?如果生命起源于有细胞结构的最原始的生物,那

    么有化石为据,在 35 亿年前的地球上已经存在。如果生命起源于与生命相关

    的化学分子的产生和化学演化,那么在地球和太阳系形成之初,生命就开始

    了。如果生命起源于碳、氢、氧、氮、硫、磷等构成生物的元素的产生和演

    化,那么生命就始于宇宙演化之初。

    生命与非生命。从来生命与非生命是截然分开的,但是科学家近年来在

    生命即生物系统与非生命的物理、化学系统之间找到了许多重要的共同特

    征,因此又变得不能截然分开。于是,有些科学家就把生命的起源延伸到宇

    宙演化之初,把生命和生物演化纳入整个物质世界和物质演化之中。

    关于外星生命。曾经有科学家喟叹,茫茫宇宙中地球是最寂寞的,因为

    很可能它是整个宇宙中独一无二的有生命的星球。但是,近年来在东太平洋

    海底硫化物热水喷口附近,发现了生活在摄氏 300 度高温环境中的细菌群

    落,并且在摄氏250 度265 个大气压的钛罐中培养成功,突破了生命只能生

    存在摄氏70 度左右的生存温度上限。 因而生命在地球上和地球外存在的可能

    范围扩展了,外星生命的存在也有了“旁证”。

    生命的起源

    从原始生命的物质组成谈起。本世纪50 年代,英国的贝尔纳在莫斯科大

    学做学术报告,结束时向奥巴林提出一个问题:核酸与蛋白质到底哪个先发

    生?对此科学家众说纷纭。一派认为先有蛋白质,另一派赞成先有核酸,再

    有一派认为蛋白质与核酸同时起源。而在核酸派里,有的提出先有脱氧核糖

    核酸(DNA ),有的则强调先有核糖核酸(RNA )。

    40 年过去了,遗传物质DNA 双螺旋结构的阐明, 60 年代出现的中心法则

    ——DNA 、RNA 、蛋白质三者的关系,揭示了生命遗传、发育和进化的内在联

    系,遗传信息的保存、传递和表达是以DNA 为出发点的,并且还发现了遗传

    密码的编码机理。通过比较研究,证实了所有生物,从细菌到人,遗传密码

    都是通用的,证明所有生物在分子进化上都有共同的起源。

    中心法则的修正——反转录。中心法则认为:一切生物的遗传物质都是

    由绞成双螺旋的两股DNA 组成的。编码在这种双螺旋里的基因通过以下两个

    过程控制细胞活动:由DNA 分子产生 RNA 分子的转录过程;RNA 指导蛋白质

    合成的翻译过程。这种“DNA —RNA —蛋白质”历程几乎见之于一切生物。

    可是几年前发现了一组病毒,这组病毒能使 RNA 转变成 DNA ,从而逆转

    了分子事件的常规程序。在探索遗传信息的进化起源方面,有些生物学家认

    为RNA 是遗传性的第一个重要分子, DNA 则是新的发展物, RNA 的多功能性发

    现支持了这种论点,因为它贮存信息,并通过与DNA 十分相似的方式进行复

    制,但它又不同于 DNA ,不能协调蛋白质合成。近几年来又不断有证据证实

    RNA 分子也具有酶活力。如果在生命历史的某个时刻RNA 把信息传递给DNA ,那就必须有一个反转录的原始机制。这个一度被认为只是少数病毒特有的反转录,现在看来,也是其他病毒及高级有机体的本能。

    从头开始——化学进化到生物进化

    根据大爆炸宇宙理论,大约150 亿年前爆炸初期,宇宙处于高温、高密

    度状态,只存在中子、质子、电子、中微子等基本粒子。首先是从层子到基

    本粒子→原子核→原子的物理进化;然后是由原子→分子→生物大分子的化

    学进化;从生物大分子变成单细胞生物,再发展为植物、动物、高级动物至

    人类则称为生物进化。

    化学进化一般分为四个阶段。1. 化学元素合成阶段:最简单元素氢,可

    俘获1 个或2 个中子,生成氘和氚,聚变生成氦,氦进一步聚变生成碳、氧、氮等,用光学望远镜观察到宇宙天体中元素和地球上一样,说明物质世界有

    同一起源。2. 星际小分子合成阶段:近10 余年来,由于射电望远镜的发展,在宇宙太空中观察的星际分子转动光谱与地球上一致。3. 生物小分子合成阶

    段:在地球和其他天体形成早期,大气中含大量甲烷、水、氨,在还原性条

    件下,也合成出氨基酸、嘧啶、鸟嘌呤等小分子。从陨石中也发现了这些小

    分子。4. 生物大小分子合成阶段:有了氨基酸、磷酸、戊醣及四种碱基,就

    能组成生命的基础物质蛋白质、核酸 RNA 和 DNA 。只含核酸分子的类病毒是

    化学进化最后阶段产物,也是生命的起点。

    根据病毒学和生命起源研究的最新进展,有人排出从无机界到生物界演

    化的序列:

    元素(C 、H 、O 、N )→无机物(CO 2 、 H 2 O 、NH 3 )→有机物(甲烷、氨

    基酸、核苷酸)→类病毒(RNA 分子)→病毒(核蛋白分子)→甲烷产生菌

    (原始细胞)→蓝绿藻与细菌(原核细胞)→真菌(真核单细胞)→较高等

    生物(真核多细胞)。

    地外生命的探索

    人们从天外坠落陨石中,发现有起源于星际空间的有机物,包括构成地

    球生命的全部基本要素,也发现在许多地方存在有机分子云。也有人提出钼

    在地球生命的生理活动中具有重要作用,但地壳上钼含量仅0.0002 %,会不

    会地球上的生命起源于富钼的其他天体?许多人深信生命绝不仅仅为地球所

    垄断。

    生命可能起源于另一个行星(特别是某一恒星的卫星),问题是有机体

    要经受长时间宇宙射线和紫外光的照射,被辐射压力推送到地球上,继续生

    存的可能性极小。但是全球性流行性感冒蔓延周期与某些慧星回归周期很吻

    合,如果传染病疫苗来自彗星,那么也不能排斥其他生命孢子的传入。如果

    我们发现地外生命实质与地球上生命相同,那么胚种论就需要重新考虑。美

    国宇航局研究计划的目的之一,就是寻找地球外生命存在的证据。

    重大生物发现——DNA 遗传密码“作使”

    科学家已发现,在脱氧核糖核酸(DNA )上蕴藏的遗传密码,是经由一种

    称为“信使”核糖核酸(RNA )的酶传往细胞,以便制造所需蛋白质的,但信息如何能正确传送及解码仍然是个谜。

    最近,德国一教授弗拉狄斯·克雷姆领导的一个研究小组解开了这个谜。

    这位教授认为,“信使”RNA 不仅传送指令,其在传递过程中还会两次验查

    所传递的指令,如发现错误,还会加以校正。在人的老化过程中,这种 RNA

    还非常活跃,打破了老化是由这种酶的衰退所引起的说法。克雷姆教授拟在

    这种酶上发现生命的奥秘,以便将病理学推前一大步。

    新世纪的太阳——生物工程

    人类曾慨叹,大千世界,异彩纷呈,但在已有的400 万物种中,却没有

    一种是人工的“作品”。本世纪70 年代,科学家们终于自豪地宣告,按照人

    的意愿设计和塑造生物新品种的构想已不再是梦幻。

    使科学家们得以圆梦的是现代生物工程。

    生物工程也称生物技术,它是深入到生物的细胞、亚细胞、分子层面上

    揭示生命的规律并加以工业化应用的科学。它像一轮冉冉升起的“科学太

    阳”,给面临人口膨胀、生态失衡、食品短缺的人类以新的希冀。

    生物技术认为,每一植物的细胞内都装有这种植物全部的信息蓝图。根

    据这个发现,只要取下植物体上的任一微小部分,都可培植成一株完整的植

    物。于是,生物和农业学家们喜出望外,他们用一株优质的苹果茎尖,切成

    6 万个小块,繁殖成 6万株苹果植株;而一个菠萝,可切出 1.8 万株幼苗;

    一棵草莓,可育出100 万棵草莓。如今,生物工程使植物育种面目一新,600

    多种植物已能在透明的试管、干净无尘的厂房里生产出来。丛理论上说,运

    用生物技术,人类最终创造出高经济价值的完美的农作物和畜物业品种 ......

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