基因工程又称遗传工程，旨在研究生物遗传特xìng的奥秘，利用人工的方法修改生物染色体内的基因，改变基因原有的氨基酸序列，从而产生生物的特变体，即产生一种新的物种。 基因工程是现代生物技术的核心，它是20世纪70年代发展起来的一门边缘学科，它的诞生源于现代生物学理论上的发展和技术上的发明。有人称基因工程是人类创造的cāo纵生命最有效、最准确的生物工具。这是建立在分子生物学理论基础之上的一种大胆设想。如果这种没想变成了现实，那么它对人类的贡献是不可估量的。有人认为，这一学科发展的重要xìng足以相当或超过原子能的利用。 基因工程的最终目的是获得目的基因的表达产物，即蛋白质(酶)。人们掌握基因cāo作的时间并不长，但已经获得了多种多样的表达产物。用基因工程改造过的微生物、动物、植物层出不穷，它们都被人为地赋予了特殊的使命。 科学家通过基因研究， 宣布鸟类起源于恐龙基因工程在农业方面的应用是培养“超级植物”，或称“转基因植物”，其主要方向和取得的成果主要有：改良作物品种，提高作物产量；提高农作物的抗病能力；培养耐han、耐旱、耐热、耐盐碱特xìng的农作物，以扩大作物播种面积；提高农作物的蛋白质含量；使一般作物具有类似豆类作物一样的固氮能力；使植物含有动物蛋白质；提高某些作物的光合作用能力。 基因工程在畜牧业方面的应用是培养“超级动物”，或称“转基因动物”，其主要方向有提高家畜、家禽的生长速度，减少饲料消耗；提高家畜的出ròu率和瘦ròu的比例；提高家畜、家禽的抗病能力；提高家畜的产nǎi率和家禽的产蛋率；培养新的家畜和家禽品种；培育某些家畜令其nǎi中含有yào物成分。 在医学方面基因工程的应用是制造“超级yào物”以消除遗传疾病及癌症、艾滋病一类绝症，其方向主要是采用基因重组技术，使人体恢复胰岛素生产功能，根除糖尿病；制造抗癌yào物，使癌细胞转化为正常细胞或消灭癌细胞，以根治癌症；培养防治艾滋病、肝病、小儿麻痹症等病症的疫苗；修改有缺陷基因，消除遗传疾病；在水果或食用植物中转移yào物基因，培育有免疫功能的水果。基因还可培养用于人体的动物器官。 基因工程应用于刑事鉴定科学，可制作基因指纹。基因指纹用于刑事鉴定的准确率远高于传统的指纹。而且只需获得亿分之一的取样量就可进行，方便易得。亲子基因的鉴定，还可使被拐骗儿童找到自己的亲生父母。 基因工程还可应用于研究动植物的物种起源——科学家利用基因比较发现，鲸与牛的亲缘关系比鱼更接近；中国、美国、加拿大三国科学家通过基因研究宣布鸟类起源于恐龙。 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nǎi中炼出了“生物钢”，他们将蜘蛛蛋白基因转移到山羊的rǔ房细胞中，使山羊**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yào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dú、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xìng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xìng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xìng状进行修饰，或增加新xìng状，或消除原有不利xìng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著。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xìng食品中色氨酸含量很低甚至没有，只能在动物xìng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nǎi，增加了rǔ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yào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xìng，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xìng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xìng，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xìng，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xìng质，以此来为工程技术提供新的设计思潜水艇利用仿生学借鉴了鱼鳔充气排气的原理，完美的实现了潜水艇的上浮和下沉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xìng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3 000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。 模仿苍蝇楫翅设计的螺旋桨，被广泛应用于飞行器材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shè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shè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bàozhàxìng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xìng水雷的工作。 电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高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jiāo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jiāo通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 仿生学家仿照水母的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪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。 “鲨鱼皮”泳衣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。 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SPE**O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。 科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤控制血管压的 原理，研制了宇航飞行服——“抗荷服” 长颈鹿之所以能将血yè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ròu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yè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ròu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yè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shè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。 悉尼歌剧院 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。 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。 有时候，当人们需要把yào物准确无误地传到身体的某个部位时，一颗yào丸或是一次注shè都不能达到理想的效果。美国宾州大学生物工程教授丹尼尔·哈姆找到了一种更好的方法：人造细胞。它由仿生材料制作而成，能模仿白细胞自由地在身体内流动。这些假细胞能够准确无误地把yào物送到它应该到达的部位。可以说，在假细胞的帮助下，某些疾病的治疗更容易、更安全了，其中也包括对癌症的治疗。 对于肾功能失效的人来说，基本的生活需求，例如，血yè排dú和保持体内yè体平衡，都需要数小时与透析机的连接来维持。科学家马丁·罗伯特和大卫·李设计了一种轻便的人造肾，尽管它的尺寸很小，但它却是自动化的、可穿戴的人造肾。人造肾不仅很小很轻，足以放置在身体的肾部位置，同时还可以帮助人体恢复肾功能。它的实际功能要强于传统的透析，因为它可以全天24小时正常使用——这和真正的肾没有什么区别。 试管婴儿 试管技术，又称体外受精联合胚胎移植技术，是指分别将卵子与**取出后，置于试管内使卵子受精，再将受精卵移植回母体zǐgōng内发育成胎儿。试管婴儿就是用人工方法让卵子和**在体外受精并进行早期胚胎发育，然后移植到母体zǐgōng内发育而诞生的婴儿。 世界上第一个试管婴儿路易斯·布朗 “试管婴儿”最初是由英国产科医生帕特里克·斯特普托和生理学家罗伯特·爱德华兹合作研究成功的。“试管婴儿”一诞生就引起了世界科学界的轰 动，甚至被称为人类生殖技术的一大创举，也为治疗不孕不育症开辟了新的途径。“试管婴儿”是将体外受精的新的小生命送回女方的zǐgōng里，让其在zǐgōng腔里发育成熟，并使怀有试管婴儿的母亲与正常受孕fù女一样，怀孕到足月，正常分娩出婴儿。 受精卵在体外形成早期胚胎后，就可以移入女xìng的zǐgōng了。如果女xìng的zǐgōng有疾病，还可将早期胚胎移入自愿做代孕母亲的女xìngzǐgōng内，这样出生的婴儿就有了两个母亲，一位是给了他遗传基因的母亲，一位是给了他血ròu之躯的母亲。这一技术的产生给那些可以产生正常**、卵子但由于某些原因却无法生育的夫fù带来了福音。1944年，美国人洛克和门金首次进行这方面的尝试。世界上第一个试管婴儿路易斯·布朗于1978年7月25日23时47分在英国的奥尔德姆市医院诞生，此后该项研究发展极为迅速，到1981年已扩展到10多个国家。现在世界各地的试管婴儿总数已达数千名。 先进的生殖医学研究已将人类生殖的自我控制推向新的极限，如今被称为“第三代试管婴儿”的技术更是取得了革命xìng的突破，它从生物遗传学的角度，帮助人类选择生育最健康的后代，为有遗传病的未来父母提供生育健康孩子的机会。 科学家在实验室中，可以为每一对选择试管婴儿技术生育儿女的夫fù，在试管中培育出若干个胚胎，在胚胎植入母体之前，可按照遗传学原理对这些胚胎作诊断，从中选择最符合优生条件的那一个胚胎植入母体。人类的某些遗传病是有选择地在不同xìng别的后代身上发病的。如男xìng血友病患者，一般来说他的儿子是正常的，而女儿或正常或携带血友病基因的概率各占一半；血友病患者如是女xìng，那她的儿子会发病，而她的女儿或正常或携带血友病基因的概率各占一半。营养不良、色盲等遗传病的原理与血友病相同。只要了解这种遗传特征，就可以对试管培育的胚胎细胞进行基因检测，选择没有致病基因的胚胎植入zǐgōng，从而避免带有遗传病孩子出生。 试管婴儿技术不但能够解决fù女的不育症，还能为保存面临绝种危机的珍贵动植物提供有效的繁殖手段。此外还可以通过试管婴儿技术限制人口数量、提高人口素质。试管婴儿是现代科学的一项重大成就，它开创了胚胎研究和生殖控制的新纪元。 从lún理学范畴分析，试管婴儿技术产生的初衷是为了家庭的完整和社会的正常发展，对科学技术发展和社会道德lún理均有着支撑作用。试管婴儿技术的问世以及成功的案例一方面从根本上解决了生殖医学上的难题，人类通过人为方式控制了人类的生殖过程，将一个个带有缺憾的家庭又带回到快乐的生活中；但另一方面，试管婴儿技术的应用范畴拓宽，在某种意义上给予传统的家庭lún理、社会道德lún理等方面以强烈的冲击。 从人类进化的角度看，人类群体内存在部分不能生育的个体，是其生育能力经受自然选择的必然结果。有人便由此提出：用人工技术手段使其生育后代，与自然法则不相吻合，通过人工的力式干预自然生殖，与传统生殖相悖。 第一代试管婴儿实验是从有生殖器官功能障碍的母体内取卵，与其丈夫的**在体外受精，然后移植回原母淬zǐgōng内发育成熟，这其中没有夫妻之外的人参与，因此，应当说是没有什么lún理道德问题的。但在其后来的发展过程中却产生了很多lún理道德问题。如在夫妻中男方无法获取**的情况下，运用其他男子**与母体卵子实现体外受精，使其受孕，使得试管婴儿同时存在遗传学和法律上的两位父亲。如果一名提供者向若干受体母亲提供**的现象发生时，由这些母亲生育的子女之间均为“同父异母”关系。他们之间完全有可能因互不知情而发生相互婚配，而由此产生的遗传上和lún理关系上的混乱是人们难以想象的。同理，如若“借用zǐgōng”也使得婴儿存在两位母亲，一位是遗传学上的母亲，一位是具有生养关系的母亲。这些都打乱了传统的血缘关系和家庭lún理关系，这点也被很多强烈反对试管婴儿技术的人士所抨击。 “借用**”和“借用zǐgōng”产生的初衷是为了更多的家庭、更多的fù女实现自身孕育、血脉延续的梦想，但是，也不乏一些利yù熏心的人开始利用人们渴望实现孕育的心理，非法地出卖**和代人孕育，从中牟取钱财。这里，**和zǐgōng被作为商品进行着金钱jiāo易，使得单纯的人类繁殖过程被添加进了复杂的金钱因素，这是与传统lún理道德思想格格不入的。 （本章完）