生命探秘

前言

　　世紀(jì)之交，《中國科普文選》——一套匯集國內(nèi)科普佳作、旨在向廣大青少年傳播現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識的科普叢書面世。數(shù)載耕耘，結(jié)出累累碩果，幾年來，該叢書在社會上反響良好，得到了市場以及廣大讀者的充分肯定，并被列為中宣部、教育部向全國推薦的圖書；獲中小學(xué)優(yōu)秀課外讀物等獎項(xiàng)；在財(cái)政部、文化部送書下鄉(xiāng)等社會科普公益活動及滿足中小學(xué)圖書館科普圖書裝備方面均發(fā)揮了較好的作用，受到了讀者的歡迎。　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新知識、新觀念、新技術(shù)層出不窮，強(qiáng)調(diào)人與自然、環(huán)境的和諧相處，全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展已成為人類社會的共同追求。順應(yīng)科技發(fā)展的大潮，滿足廣大青少年日益旺盛的對新知識的渴求，是我們編輯出版這套反映最新科技發(fā)展的《中國科普文選》（第二輯）的初衷?！　　吨袊破瘴倪x》系“九五”國家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目：是中國科協(xié)普及部、宣傳部，中國科普作協(xié)，中國科技新聞協(xié)會，科學(xué)普及出版社組織全國百余家科普媒體共同參與，由著名科普作家擔(dān)綱主編，匯集了數(shù)百篇優(yōu)秀科普作品，按不同學(xué)科領(lǐng)域結(jié)集出版之作?！吨袊破瘴倪x》（第二輯）秉承了這一傳統(tǒng)，在中國科協(xié)科普專項(xiàng)資助的支持下，由多家著名科普雜志參與推薦，以及科普作家自薦，所遴選的作品涵蓋自動化、通信、環(huán)境、資源、天文、氣象、航天、國防軍事及青少年心理等自然科學(xué)多個(gè)領(lǐng)域。重點(diǎn)反映新中國成立60年來，我國在科技領(lǐng)域取得的重大成就，特別突出反映了在航天、國防等領(lǐng)域取得的令世界矚目、振奮全國人民精神斗志的成果。

內(nèi)容概要

　　黨的“十七大”提出了全面建設(shè)小康社會、加快社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的奮斗目標(biāo)。在經(jīng)濟(jì)全球化形勢下，特別是應(yīng)對目前世界金融危機(jī)，我們所遇到的機(jī)遇前所未有，挑戰(zhàn)前所未有，全面參與經(jīng)濟(jì)全球化的新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，順利實(shí)現(xiàn)小康社會發(fā)展目標(biāo)，是時(shí)代賦予青少年一代的歷史重任。任重而道遠(yuǎn)，這就要求青少年一代，樹立遠(yuǎn)大的理想，以“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉”的大無畏精神，勇攀科學(xué)高峰，在為完成歷史賦予我們的偉大使命中創(chuàng)造出輝煌的業(yè)績。　　廣大青少年是祖國的希望，他們肩負(fù)著開創(chuàng)未來、全面建設(shè)小康社會的歷史重?fù)?dān)，這就要求全社會關(guān)注青少年的健康成長?！度窨茖W(xué)素質(zhì)行動計(jì)劃綱要》中提出：“全社會力量共同參與，大力加強(qiáng)公民科學(xué)素質(zhì)建設(shè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會和人的全面發(fā)展，為提升自主創(chuàng)新能力和綜合國力、全面建設(shè)小康社會和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)打下雄厚的人力資源基礎(chǔ)?！碧岣吖竦目茖W(xué)素質(zhì)，促進(jìn)人的全面發(fā)展，重點(diǎn)在青少年，要以提升廣大青少年的科學(xué)文化素質(zhì)來推動全民科學(xué)素質(zhì)的整體提高，使公眾對科學(xué)的興趣明顯提高，創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力有較大提高，這也是科普事業(yè)最基礎(chǔ)性的工作。在《中國科普文選》（第二輯）的編選中，作者力求用優(yōu)秀、有益、生動的科普作品吸引青少年，為他們的健康成長營造良好的土壤。

書籍目錄

操縱基因修改DNA的剪刀基因神探在神州大地大顯威風(fēng)DNA破解沙皇之謎控制基因的開關(guān)復(fù)雜，越來越復(fù)雜：漫談復(fù)制基因操縱基因話說動物生物反應(yīng)器干細(xì)胞帶給我們充滿生機(jī)的未來科學(xué)幻想即將變成現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)基因食品：是福還是禍讓病毒“改邪歸正”研究動物“超能力”，開發(fā)人類潛能讓殘疾人配上最“貼己”的器官追根溯源人類還在進(jìn)化嗎說不清道不明的返祖現(xiàn)象猛犸：地球生命的過客病毒是一種生命嗎進(jìn)化的失誤認(rèn)識自己人能活多久我們的身體為何有瑕疵人體真有“退化無用”的器官嗎科技之手撫平歲月的皺紋人，為什么會是今天這個(gè)樣子人類大腦真能“預(yù)見”未來嗎動物世界黑猩猩和人，誰更聰明飛鳥為什么不迷路動物為什么要遷徙“生物時(shí)鐘”主宰昆蟲的生死一親一抱泯恩仇水下居民的“奇婚”海洋動物的絕妙自衛(wèi)舌頭趣談人與動物鱷口余生的女科學(xué)家和巨蟒做伴的男孩我和狼一起唱歌泣血深情我與美洲獅同陷撒哈拉海豚相助鯊口脫險(xiǎn)

章節(jié)摘錄

　　黎明　　早在20世紀(jì)80年代，科學(xué)家就認(rèn)為他們已找到了法寶。他們發(fā)現(xiàn)，在老鼠胚胎干細(xì)胞（ESCs）中加入新的DNA序列，讓其黏附于老鼠的DNA之上，過度熱情的修復(fù)酶會切下老鼠基因組中的匹配序列，插入新的DNA片段。這種現(xiàn)象稱為同源重組。發(fā)生這種情況的確切原因至今仍是個(gè)謎，而且10萬左右的細(xì)胞中只有一個(gè)細(xì)胞有效，但它的真實(shí)性毋庸置疑?！　】墒牵?dāng)生物學(xué)家試圖在其他動物身上進(jìn)行類似的重組工作時(shí)，獲得的卻是困惑。其原因是，他們沒有認(rèn)識到，除老鼠胚胎干細(xì)胞以外，這種現(xiàn)象對于其他細(xì)胞極為罕見。這使得依靠這種方法進(jìn)行的基因工程在別處根本無法實(shí)施，基因治療也毫無可能。因此，當(dāng)遺傳學(xué)家在老鼠身上作進(jìn)一步研究時(shí)，“插入，然后祈禱”的方法依然在大部分動植物的轉(zhuǎn)基因中大行其道?！　∪缃?，情況正在發(fā)生變化，基因工程師尋找到新方法，能使活細(xì)胞的DNA產(chǎn)生精確的變化，這些方法更有效率，命中率提高到了20%?！　》椒ㄖ皇墙柚腥炯?xì)菌的病毒。許多病毒在重組酶的幫助下將自身的基因整合人宿主DNA的特定位置。重組酶通過辨識兩種截然不同的序列來工作：一是在病毒DNA上要斷開的位點(diǎn)，二是在宿主基因組上的靶位點(diǎn)。重組酶在這兩個(gè)位置切割DNA，并重新縫合。這種能力賦予重組酶在遺傳工程上的巨大應(yīng)用潛力。只要在環(huán)形DNA上加入第一個(gè)靶序列，重組酶就能將其整合入其他任何有第二個(gè)靶序列的DNA片段?！　栴}是重組酶的作用對象是細(xì)菌，大多數(shù)動植物的基因組中并沒有這種靶序列。科學(xué)家對此已有了解決方案：如果某種生物本身沒有一種靶序列，則可以利用舊式的“隨機(jī)整合法”為其增加這種靶序列：培育篩選出一只靶序列存在于適當(dāng)位點(diǎn)的動物，使其繁殖后代。然后，就可以根據(jù)需要在其后代細(xì)胞基因鏈的位點(diǎn)植入其他基因?！　≈亟M酶越來越受到基因工程師的歡迎。艾格萊斯通一直在研究一種大有前途的被稱為phi C31的重組酶。他的研究小組的目標(biāo)是使蚊子無法傳播瘧原蟲。2005年，他們培育出幾種攜帶有phi C31靶序列的新品種蚊子。利用重組酶，他們現(xiàn)在可以在同一位點(diǎn)任意次地添加不同的基因，大大提高了其結(jié)果的可靠性。這種方法可以用來改造各種動物，甚至改造植物也是有可能的?！　∪欢?，在基因治療中，在DNA鏈中預(yù)先植入靶序列是不可能的。幸運(yùn)的是，美國斯坦福大學(xué)的米歇爾·卡洛斯給我們帶來了轉(zhuǎn)機(jī)，她發(fā)現(xiàn)，phi C31能夠?qū)NA片段植入到與真位點(diǎn)僅有30%相似度的DNA的“偽位點(diǎn)”，盡管整合的效率較低，但很多動物的染色體至少有一個(gè)偽位點(diǎn)?！　?002年，卡洛斯研究小組證明，phi C31方法能夠用于基因療法。我們已經(jīng)知道，如果老鼠體內(nèi)缺乏一種叫“凝血因子Ⅸ”的基因就會患血友病。研究小組利用重組酶的方法，在老鼠肝臟細(xì)胞內(nèi)加入凝血因子Ⅸ的基因，不久，很多實(shí)驗(yàn)鼠的肝臟細(xì)胞很快就生產(chǎn)出大量凝血因子Ⅸ，其數(shù)量足以消除血友病癥狀。類似的試驗(yàn)也已經(jīng)在多種動物身上獲得成功。　　現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是，如何證明這種方法對人類基因工程是安全的。在老鼠的染色體組中，phi C31插入DNA鏈的整合位點(diǎn)有兩個(gè)，但在人體細(xì)胞中則要復(fù)雜得多?？逅剐〗M已經(jīng)在人體染色體組中確認(rèn)了19個(gè)主要的整合位點(diǎn)，另有82個(gè)整合位點(diǎn)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性。卡洛斯計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)新的重組酶，以實(shí)現(xiàn)更精確的位點(diǎn)植入?！　〗鼇淼牧硪豁?xiàng)研究成果顯示，如果phi C31的含量高，則會誘發(fā)人體細(xì)胞內(nèi)的染色體重組，這種隨機(jī)重組可能會致癌?？逅箤Υ搜芯拷Y(jié)論持反對態(tài)度，指出phi C31所誘發(fā)的人體細(xì)胞內(nèi)染色體重組并不是隨機(jī)的，這種重組發(fā)生的位點(diǎn)沒有一個(gè)是靠近那些可能致癌的基因。在人體細(xì)胞或老鼠細(xì)胞的試驗(yàn)中不乏成功的例子，可證明phi C31能被用來治療一些遺傳性疾病，例如遺傳性皮膚病、嚴(yán)重影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的酪氨酸血癥、性聯(lián)重癥聯(lián)合免疫缺陷等?！　∽罱K目標(biāo)是任何的DNA序列都能作為靶子，而不僅僅是將DNA植入少數(shù)預(yù)期的位點(diǎn)。因?yàn)檎；虻奈恢冒l(fā)生錯(cuò)誤同樣也可以造成遺傳疾病。在這種情況下，植入正確的“句子”還不夠，還要修復(fù)“拼寫錯(cuò)誤”?！　∶绹纳郊幽锛夹g(shù)公司專門研究設(shè)計(jì)“鋅指結(jié)構(gòu)”。它能夠“錨定”特定的DNA序列。從理論上講，利用這種奇特的“鋅指結(jié)構(gòu)”，就可以按照需求制造出能黏合到所選DNA序列的特定蛋白質(zhì)?！　》肿蛹舻丁　ⅰ颁\指結(jié)構(gòu)”植入被稱為核酸酶的DNA切割酶，就誕生了“分子剪刀”，它能夠在某一特定的位點(diǎn)剪切DNA片段。為什么要這樣做？答案就在于神秘的同源重組過程，它是由修復(fù)酶誘發(fā)的。一些研究小組的研究結(jié)果已經(jīng)表明，如果在剪切DNA片段的同時(shí)，植入新的DNA片段，就會迫使修復(fù)酶起作用，從而大大加速同源重組的過程。　　2005年6月，山加莫公司宣稱，他們已經(jīng)利用定制的DNA剪刀校正了導(dǎo)致X-SCID（一種嚴(yán)重的免疫缺陷疾?。┑淖儺惢?，校正比例達(dá)到18%。該論文在生物工程學(xué)界引起了不小的震動。此外，該公司還從人體中提取免疫細(xì)胞，利用分子剪刀使這些免疫細(xì)胞能夠抵御免疫缺陷病毒（HIV）。如果用這些細(xì)胞重建患者的免疫系統(tǒng)，那么患者的病癥將有望得到緩解。論文的作者之一、美國得克薩斯大學(xué)的馬休·鮑特烏斯認(rèn)為，這種基因療法的潛力巨大。　　分子剪刀也有望成為基因工程的一個(gè)重要手段，比如用于果蠅和植物的基因工程改造?！　”M管分子剪刀技術(shù)給基因工程帶來了非常誘人的前景，但它并非“靈丹妙藥”。問題之一就是，分子剪刀可能會在一些非目標(biāo)位點(diǎn)對DNA鏈進(jìn)行剪切，造成雙螺旋鏈的斷裂，這種斷裂會殺死一些正常的細(xì)胞。但是，這并不是無法攻克的難題，解決的方案就是用分子剪刀在體外對細(xì)胞進(jìn)行處理，然后再將細(xì)胞植入生物體內(nèi)?！　×硗庖粋€(gè)更讓人擔(dān)憂的問題是，如果剪斷的DNA鏈被錯(cuò)誤地修復(fù)，那么這些細(xì)胞就有可能變成癌細(xì)胞。目前，由于還沒有將用分子剪刀技術(shù)修飾過的細(xì)胞再次植入動物體內(nèi)的成功實(shí)例，所以還無法確定這種技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)程度，但鮑特烏斯依然認(rèn)為這是一個(gè)可以解決的問題。此外，還存在一些其他的局限，比如需要植入的DNA片段越大，分子剪刀的效率就越低?！　∽罾硐氲姆桨甘墙Y(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，即錨定目標(biāo)DNA序列的能力（山加莫公司）和植入或者去除較大DNA片段的能力（重組酶）。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要尋找一種新的方法，能夠改變重組過程，以使新的DNA片段粘接到目標(biāo)DNA序列上。英國格拉斯哥大學(xué)生物學(xué)家馬希爾·斯塔科指出，他的研究小組已經(jīng)成功地改變了一個(gè)重組過程，使它可以識別一種原來不能識別的DNA序列。斯塔科認(rèn)為，用類似于phi C31的重組酶，來錨定其他任何DNA序列僅僅是一個(gè)時(shí)間問題。

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