阿来专栏
关于生命的伟大发现
关于生命的伟大发现
1999 第10期   - 世纪回眸

阿来专栏


    一个叫史蒂文的美国科学家全神员注地注视着显微镜下的一个牛细胞，他的目的是让这个细胞成长为一头奶汁里富含基因药物的奶牛，如果实验成功，这头牛将成为生物学界最具革命性的重要成果之一。

    这不是科幻小说中的场景，而是我们这个世界正在发生的科技现实。

    由于这一买验结合了生物学界两项最先进的技术——基因导入和无性繁殖，没有人怀疑科学家会取得成功。

    生物学的发展，是一个漫长而又鲜为人知的故事，让我们从最初的源头开始……

        从眼镜片开始的故事

    说来真有点匪夷所思，用于宏观观测的望远镜和微观观察的显微镜都是碰巧发明的。

    16世纪末，一个名叫詹森的眼镜匠发现了凹镜与凸镜的奇妙组合。但没有证据说明他用这种有魔力的玻璃镜片组合进行过科学意义上的观察。1609年，伽利略把改造后的望远镜对准了月球，“这一时刻，对世界的意义如此重大，以至人们将它与耶鲜的诞生相提并论”。伽利略用望远镜观察了月球，又用显微镜研究了一种昆虫的复眼，并对其观察到的情景进行了描述。

    在这个故事中，一个重要环节是荷兰人列文虎克。他亲手磨制的显微镜片能放大物体达400倍。列文虎克是亚麻布制品商人，业余时间以玻璃吹制和精细的金属制造为乐。正是在这种特别的消闲活动中，他想出了磨制放大镜镜片的方法，并用自己磨制的镜片装配出显微镜。他把许多人们厌弃的东西放到了放大镜下。例如唾液、植物叶片、精液、尿液、牛粪、蝾螈尾巴和从自己牙齿上刮下来的碎屑等。从而在人们面前打开了生物内部的微观世界。

    1674年，对鱼、蛙和鸟类的卵形红血细胞和人类以及其它动物的圆盘形红血细胞进行了正确的描述。

    1675年，在青蛙内脏中发现了寄生的原生动物。

    1677年，发现了男性精子的存在。

    1683年，描述了人体口腔内的细菌。

    那个时代占统治地位的思想认为：“以视觉为基础的无权成为科学。”自从望远镜与显微镜问世以后，“科学不再避开通过光学仪器直接观察的思想了”。所以，有了这种凹凸两种镜面组合而成的观测仪器，才有了建立在相信视觉的观念基础和依赖光学仪器的实验基础之上的近、现代科学。比如细胞生物学、遗传说和在此基础上发展起来的生物工程学。

    活跃于17世纪中期的英国人胡克，用显微镜观察软木切片，发现其间布满许多蜂窝状的小室。这种小室在每平方英寸上的数量超过了一百万个。胡克把这种小室命名为“细胞”。其实，他看到的只是死亡植物的细胞壁加空室，与今天科学家眼中的细胞概念相去甚远，但是这一表示生物结构基本单位的名称，就此沿袭下来。

    上述科学家在把目光对准生物内部的微观世界时，显微镜镜头下反映出的物象四周都有一层光环，影响到了图像的清晰程度。这种现象在光学上叫透镜色差。18世纪中叶以后，才经英国人隆德和意大利人阿米奇等人之手得以解决。19世纪30年代，第一台消色差显微镜上市出售，为生物科学家研究生物构成的基本结构提供了更实用的利器。

    1833年，英国植物学家布朗从植物表皮细胞内含物中发现一种构造，于是他将其命名为“细胞核”。后来，他又相继从各种植物花粉、胚株及柱头等处发现了细胞核。

    布朗这一发现，成为德国科学家施莱登创立细胞学说的出发点。

        细胞学说的创立

    施莱登是律师出身，因对植物学有浓厚兴趣而于1831年弃职学习植物学。1838年，发表《植物发生论》。在这篇论文中，他明确了细胞学的主要思想：即细胞是所有植物结构的基本单位，植物发育的基本过程就是独立的活的细胞不断形成的过程。

    把细胞学说从植物界扩展到动物界，并使其更具概括性和更广泛的适用范围，是德国人施旺。1939年，他在《有关动植物结构与生长一致性的显微镜研究》一文中，给了细胞学说一个更完备的表述：所有的生物都是由细胞及细胞产物组成。他指出，细胞不仅是生物的构造单位，而且是生命的功能单位。并用“新陈代谢”这个词来形容细胞内部所经历的一切化学变化。

    后来的生物学家在以后的研究中，留意细胞的增殖的问题，并发现两个子细胞的细胞核是由亲细胞的细胞核分裂产生的。

    19世纪时，科学家们为了更清楚地观察细胞，在显微镜制片、固定剂、染色剂以及生物切片技术等观测手段上取得了更大的进展，细胞学说在新的技术条件支持下，获得了更大的进步与发展。生物科学家们从细胞学说出发开辟了一个又一个新的研究领域。

    其中最重要也最影响深远的是细胞遗传学的建立。1848年，霍夫梅斯特从细胞中发现染色体无疑具有革命性的意义。早期的细胞遗传学者即在此基础上，着重研究分离、重组、连锁、交换等遗传现象及染色体行为的遗传学效应。

        细胞学说与达尔文进化论的整合

    说到这个话题，我们将不得不涉及到学术史上的一个悲剧人物孟德尔。

    这位奥地利科学家从1856年到1863年，对豌豆进行了8年的杂交实验，从其研究成果中提出了遗传因子(现在称基因)和显性性状、隐性性状等重要概念并在此基础上阐述遗传规律，即所谓孟德尔定律(分离定律与独立分配定律)。可惜的是，他的这一精辟的思想却长期未能得到学术界的承认。直到20世纪初，即1900年，有三位科学家几乎同时证明了这一定律，他的思想价值才被重新发现并得到确认。此时，距孟德尔作出这一伟大发现已经过了35年，孟德尔本人已经辞世近20年了。

    孟德尔于1865年才发表其伟大发现，在此6年之前的1859年，达尔文已发表了划时代的巨著《物种起源》。以前生物界认为生物体可以自己引导适应方向，但达尔文则相信生物变异具有很强的随机性，只是在自然选择的压力下，大量的随机变异中有一部分会变成可遗传变异，进而导致生物的进化。达尔文不知道孟德尔从另一个方向证实了他的伟大理论。孟德尔的遗传因子说确认，遗传因子(基因)阻止性状的融合，以此保证生物特性不变；只是在有性生殖的基因重组过程中，会偶尔发生基因突变，从而产生出变异的后代，使得自然选择在此基础上得以发生与延续。这一发现无疑会为达尔文传布自己的进化论提供一个有力的证据。十分可惜的是，这一正确发现却被科学界的偏见与谬误湮没了。

    直到20世纪的三四十年代，迈尔等生物学家才将进化论与遗传学融为一体。

    20世纪五十年代，被称为“建构所有生物体蓝图”的DNA的发现，更进一步证明了达尔文关于一切生物都是相互联系、都有其共同来源的直觉。DNA存在于生命体的每个细胞当中，每个人体细胞中包含23对染色体，每对染色体各有一边来自父亲与母亲。DNA就包含在这些线状染色体中。

    科学家建议我们把DNA看作是一小段一小段的软件，从每一小段都可以拷贝出自己更多的副本来。所有生物包括人自身都是这些自我复制程序创造出来的精巧装置。

    对基因特性有了深刻的认识之后，人类在对自身生命研究方面便大大进了一步。20世纪下半0十，人类开始分辨每个基因并判断其控制人体中的哪一种机能。只是我们目前还只能分辨人体大约10万个基因中的几千个。如果我们弄明白了所有这些基因的机制，那么，人类至少在理论上完全可能控制自己的进化方向，从而改变整个进化学说的基本面貌。

    基因技术的进步，使我们在生物育种当中，可以混淆不同种属的基因，从而获得全新的遗传特性。转基因物种将成为一个巨大的谱系，越来越多地进入到我们的日常生活中。越来越多的转基因食品面世，又引发了人们对这种新型食品安全性的忧虑。基因技术使我们看到生物(包括人)整体无性繁殖和器官复制成为可能，引起了更多伦理上的冲击与思考。比如在20世纪最后两年中，从实验室走出来的克隆绵羊多莉就在社会上引起了一场远远超出于生物工程学界的轩然大波。

    在科幻作品中，赫胥黎的《美丽新世界》在基因理论尚未建立的时代，就对克隆技术大行其道的状况进行了展望。那种流水线方式生产没有个性的人类的方式使一个时代都显得冰冷而恐怖。这种科幻小说，当然不是坎贝尔式的科学预言故事，这是一种社会性的政治寓言，再往前一步，就是戈尔丁的《蝇王》与奥威尔的《1984》这样的科幻作品了。从这些科幻作品，我们可以看出，人类在憧憬科学技术给我们一个美好未来的同时，也惧怕着一个我们因此不能确切把握的未来。

    这种担忧，与其说是出于对科技进步的恐惧，不如说是基于对人性与社会制约机制的怀疑。

    更多的时候，生物工程技术提供的依然是一幅乐观的图景。最近的一个很快就会成为现实的例子就是用克隆的方式把一个生物体变成一个药物车间。美国科学家正尝试着改变传统的制药方式，他们的目标就是创建没有任何机械与化学设备的新概念制药厂。方法就是本文开头从那位科学家在显微镜下看着一个牛细胞开始的那种方法。