当代生物学的前沿问题

21世纪被认为是生物学的世纪，生物学是当代科学技术的前沿，其中有许多引人关注的热点问题。这里仅简要介绍克隆技术、转基因食品及其安全性争论、白垩纪生物大灭绝这3个问题。

一、克隆技术及其伦理学争论

克隆，是英文 “clone”的音译，是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆，这门生物技术叫克隆技术，含义是无性繁殖。克隆技术在现代生物学中被称为 “生物放大技术”。

无性生殖是指未经两性生殖细胞结合的生殖方式或者自然的无性生殖方式 （如植物）。一个克隆就是一个多细胞生物在遗传上与另外一个生物完全一样。克隆可以是自然克隆，例如由于偶然的原因产生两个遗传上完全一样的个体 （像同卵双生一样，但同卵双生人的基因有时有微妙的不同）。不过我们通常所说的克隆是指通过有意识的设计来产生的完全一样的复制 （如人工克隆）。两者有不同之处。

克隆技术，已经经历了三个发展时期：第一个时期是微生物克隆，即用一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌，而变成一个细菌群；第二个时期是生物技术克隆，比如用遗传基因——DNA克隆；第三个时期是动物克隆，即由一个细胞克隆成一个动物。克隆绵羊 “多利”由一头母羊的体细胞克隆而来，使用的便是动物克隆技术。

1996年7月5日，英国克隆出一只基因结构与供体完全相同的小羊 “多利”，世界舆论为之哗然。“多利”的特别之处在于它生命的诞生没有精子的参与。研究人员先将一个绵羊卵细胞中的遗传物质吸出去，使其变成空壳，然后从一只6岁的母羊身上取出一个乳腺细胞，将其中的遗传物质注入卵细胞空壳中。这样就得到了一个含有新的遗传物质但却没有受过精的卵细胞。这一经过改造的卵细胞分裂、增殖形成胚胎，再被植入另一只母羊子宫内，随着母羊的成功分娩，“多利”来到了世界。“多利”之后，世界上各国科学家相继克隆了各种动物。

哺乳动物的克隆成功意味着人体克隆的可能性，因而才引起全球性轰动。一种可能性是治疗性克隆，即通过克隆技术把病人的体细胞核移植到去核卵细胞中，使其发育成囊胚 （早期胚胎），从其中提取胚胎干细胞，利用其多能性诱导分化培养成特定细胞和组织，用于对严重疾病的治疗，可避免发生免疫排斥。治疗性克隆由于涉及胚胎操作，在许多国家都被立法禁止，但也有一些国家包括中国采取严格管理下的审慎支持态度。另一种可能性就是通过克隆技术进行人的人工无性生殖，这在世界各国都被严格禁止。

联合国大会法律委员会自2001年起一直在讨论禁止克隆人国际立法问题，但在是否将治疗性克隆列入禁止范围问题上，各国分歧很大，因此该委员会放弃了原先的制定国际公约的设想，转而寻求不具法律约束力的政治宣言。第59届联大于2005年3月批准了 《联合国关于人的克隆宣言》，因其中“禁止一切形式的人体克隆”的措词太模糊，容易被解读为禁止生殖性克隆也禁止治疗性克隆研究，因此中国、英国、比利时、法国、新加坡、日本等34国投了反对票。上述各国在会上重申：继续支持治疗性克隆研究，但坚定地反对生殖性克隆。

人们反对克隆人 （指生殖性克隆），是基于一系列伦理学上的考虑。因为，若滥用克隆技术，比如试图用克隆技术制造无头人作为器官移植的供体，或制造性奴隶和人的工具等，都是违背人类的基本伦理准则的。此外，克隆人将彻底搅乱人类代际关系和家庭伦理定位。克隆人过程中可出现体细胞核供者、卵细胞供者和孕育者三位生物学父母，及抚养者两位社会学父母，且克隆人更像是被克隆者的兄弟姊妹而不像是两性婚配的子女，世代的传承将被打破，家庭伦理关系也将含混不清。

二、转基因食品及其安全性争论

转基因食品，是指利用基因工程 （转基因）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，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变，从而得到的直接转基因生物食品或以其为原料加工生产的食品。转基因食品包括转基因植物食品、转基因动物食品和转基因微生物食品。

其实，转基因技术的基本原理不难理解，它与常规的杂交育种有相似之处。杂交是将整条的基因链 （染色体）转移，而转基因是选取最有用的一小段基因转移。因此，转基因比杂交具有更高的选择性。

世界上最早的转基因作物是烟草，于1983年诞生。1994年，美国孟山都公司研制的延熟保鲜转基因西红柿在美国被批准上市，转基因食品的研发迅猛发展，产品品种及产量也快速增加。目前，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。

转基因食品有很多的优点：可增加作物产量；可以降低生产成本；可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力；提高农产品耐贮性；缩短作物开发的时间；摆脱季节供应的局限；打破物种界限，不断培植新物种。

但是，转基因作为一种新兴的生物技术手段，它的不成熟和不确定性，必然使得转基因食品的安全成为人们关注的焦点。目前以欧洲为主的许多发达国家正在对这个问题进行着激烈的辩论。在英国曾发生由抗虫土豆引起的环保组织狂摔超市中的转基因食品、各种媒体纷纷声讨转基因食品的事件。美国、加拿大两国的消费者虽然大多数已接受了转基因食品，但仍有相当比例的消费者认为食用转基因食品可能会对健康造成危害。这场争论在中国消费者中也造成了一定影响，而且随着技术的发展以及产品投放市场，人们将会更加关注。

对于转基因食品的安全性，目前国际上没有统一说法，争论的重点在转基因食物是否会产生毒素、是否会通过DNA蛋白质产生过敏反应、是否影响抗生素耐性等方面。现在转基因至少存在三方面的不确定性：一是对生命结构改变后的连锁反应不确定；二是导致食物链潜在风险不确定；三是污染、增殖、扩散及其清除途径不确定。转基因作物安全性是个长期话题，如果贸然将转基因作物大面积投放到大环境尤其是一个国家的主粮生产环境中去，损害自然生态系统的风险是存在的。

1993年，世界经合组织 （OECD）首次提出了转基因食品的评价原则——“实质等同”的原则，即：如果对转基因食品各种主要营养成分、主要抗营养物质、毒性物质及过敏性成分等物质的种类与含量进分行析测定，与同类传统食品无差异，则认为两者具有实质等同性，不存在安全性问题；如果无实质等同性，需逐条进行安全性评价。

世界上许多国家都制定了对转基因生物的管理法规和办法，负责对其安全性进行评价和监控，其内容主要集中在环境安全性和食用安全性两方面。至于消费者能不能接受转基因食品，国际消费者联合会向联合国食品委员会建议：为保护消费者，转基因食品应有标识，让消费者明明白白地知道食品是否含有转基因，由他们自己决定是否选择这类食品。

三、白垩纪生物大灭绝

地质学的研究证据表明，自寒武纪生物大爆发以来，地球上的生命演化并非一帆风顺，其中出现了五次影响遍及全球的生物大灭绝事件。其实，太古宙与元古宙应该也有大灭绝事件，但那时以菌藻为主，缺乏化石记录。在显生宙，根据化石记录，这五次生物大灭绝事件是：奥陶纪末期、泥盆纪末期、二叠纪末期、三叠纪末期和白垩纪末期的生物大规模绝灭。每次大灭绝都造成了70％以上的生物物种灭绝。

不过，事物的发展总是遵循新陈代谢的法则，少数生命力或逃逸能力强的物种能够忍受灾变造成的极端恶劣的环境，或逃离灾区至异地避难而存活下来。同时，灾变引起的环境变化也给新物种的诞生创造了条件和机遇。大灭绝期间幸存的和新生的物种在灭绝事件后开始复苏和发展，并进而开创生物演化的新篇章。因此，每次全球性的灭绝事件后，都伴随着生物的复苏和发展。

上述五次大灭绝中，第三次二叠纪生物大绝灭是规模最大的一次，95％以上的生物物种灭绝。但第五次的白垩纪生物大灭绝却最著名，因为这次大灭绝导致了统治地球1.4亿年的恐龙时代的结束。

白垩纪生物大灭绝，又称第五次生物大灭绝、第五次物种大灭绝、恐龙大灭绝，发生在距今6500万年前的白垩纪末期，约75％～80％的物种灭绝。引人关注的是，顽强地挺过了前几次生物大灭绝的海洋中的菊石类，也与恐龙一同消失了。这次灭绝的最大 “贡献”在于消灭了地球上处于霸主地位的恐龙及其同类，并为哺乳动物及人类的最终登场提供了契机。

关于这次大灭绝的原因，最通常的说法是小行星撞击地球。6500万年前，一颗直径10千米的小行星碎片抵达地球，它质量达20000亿吨，速度在地球引力下急剧加快，从每小时6.5万千米增加到每小时7.2万千米，合每秒20千米。这么快的速度，大气层根本无法减速。它进入大气层，开始燃烧，温度接近20000℃，亮度是太阳表面的100万倍，它飞越大西洋，朝墨西哥撞去，爆炸威力相当于1亿兆吨TNT当量。它撞击了墨西哥湾浅水区，那里的海水被蒸发，以16万千米／小时的速度冲击外太空。撞击使大量的气体和灰尘进入大气层，形成了一片温度高达7800℃的云层，5小时内，这片热云便包围了地球，但却难以消散。小行星撞击还引发了地震和海啸，致使火山大量喷发，云层厚几千米，以至于阳光不能穿透，地球温度急剧下降，这种黑云遮蔽地球长达数十年之久，植物不能从阳光中获得能量，海洋中的藻类和成片的森林逐渐死亡，食物链的基础环节被破坏了，大批的动物因饥饿而死，其中就有恐龙。

撞击假说的支持者发现了许多有力的证据来证明他们的观点。最有力的证据来自在K／T（白垩纪和古近纪）地质界线上发现的铱异常和冲击石英。科学家推测，这种高含量的铱元素就是那颗撞击地球的小行星带来的，冲击石英就是在撞击过程中形成的。

后来，美国人查特吉又提出了一种类似的假说。他认为，在白垩纪末期撞击地球的凶手不是一颗小行星或者陨石，而是彗星雨。大量的彗星雨撞击到地球上，形成一个环绕地球一周的撞击带，其中有2块巨大的彗星体成为了恐龙大灭绝的 “主犯”：一块形成了我们熟知的墨西哥湾附近的巨大的陨石坑，另外一块撞击到现在的印度大陆上，形成的陨石坑比墨西哥湾附近的陨石坑还大。

对于不管是小行星还是彗星撞击地球引起恐龙灭绝的说法，开始时人们半信半疑。但1994年7月16—22日，苏梅克－列维9号彗星断裂成21个碎块 （其中最大的一块宽约4千米），以60千米／秒的速度连珠炮一般撞击木星。这次的彗木相撞被天文学家们 “亲眼目睹”观测到，为撞击引起恐龙灭绝说提供了强有力的 “旁证”。

但是，也有许多人对这种撞击论持怀疑态度，因为事实是：蛙类、鳄鱼以及其他许多对气温很敏感的动物都顶过了白垩纪而生存下来了。这种理论无法解释为什么只有恐龙死光了。迄今为止，科学家们提出的对于恐龙灭绝原因的假想已不下十几种。其中有：气候变迁说、物种斗争说、大陆漂移说、地磁变化说、被子植物中毒说、酸雨说，等等。当然，上面的每一种说法都存在不完善的地方。例如，“气候变迁说”并未阐明气候变化的原因。经考察，恐龙中某些小型的虚骨龙，足以同早期的小型哺乳动物相抗衡，因此“物种斗争说”也存在漏洞。而在现代地质学中，“大陆漂移学说”本身仍然是一个假说。“被子植物中毒说”和 “酸雨说”同样缺乏足够的证据。因此，恐龙灭绝的真正原因，还有待于人们的进一步探究。

实际上，由寻找恐龙灭绝原因扩展开来找寻地球上五次生物大灭绝的原因，并从中找出规律，是当代生物学和地学的一大前沿课题。2005年3月16日，英国 《自然》杂志发表的文章指出，科学家们研究了数千种水生生物化石，分析了这些生物在过去5亿年里多次灭绝的具体情况，出乎意料地发现了一条生物灭绝规律。该规律是一种周期循环，地球每经历固定的周期时间，就会爆发一次灭绝生命运动。文章还表明，这种灭绝循环的起因尚未得出具体结论，但科学家根据种种迹象猜测出了三种可能原因：

（1）怀疑太阳系内隐藏着一颗太阳的 “同伴”星。它每隔2600万年就会靠近太阳，如有外太空的彗星要撞向太阳，“同伴”星就会挺身而出撞击彗星。这样，彗星的轨道就会发生偏转，随后撞向地球。

（2）推测称，引发地球周期性物种灭绝的原因在于太阳系星际气云。他们认为这些气云会适时引发地球气候骤变，导致地球生物不能适应环境纷纷灭亡。

（3）有人认为，地球内部物理也存在一种循环，这种循环决定地球内部物理结构每过6200万年就 “骚动”一次。“骚动”导致地表及地下火山喷发。火山灰和各种气体等悬浮在大气层中，给地球披上厚厚的 “外衣”，进而导致地表温度急剧下降，最终生物们被活活冻死。

对历史上生物大灭绝规律的研究是非常有意义的，地球这个目前人类还赖以生存的唯一家园，实际上是存在各种风险的，人类有必要通过研究，对这些风险进行评估，尽量做到 “心中有数”，一旦真正的物种生存性危机来临，或能未雨绸缪，给人类寻得一线生机。

本章要点

本章是有关当代科技的前沿问题。内容包括当代物理学的前沿问题、当代宇宙学的前沿问题、当代生物学的前沿问题。当代物理学的前沿问题，简要介绍了有关物质结构基本单元问题研究领域的两大前沿理论—— “标准模型理论”和 “弦理论”。当代宇宙学的前沿问题，简要介绍了黑洞、暗物质和暗能量、地外文明这三大研究领域的相关概念和知识。当代生物学的前沿问题，简要介绍了克隆技术及其伦理学上的争论、转基因食品及其安全性争论、白垩纪生物大灭绝这三方面的相关知识。

思考与练习

1.你认为我们应该如何对待科技发展与人类伦理间存在的某些冲突？

2.你认为外星人可能存在吗？谈谈你的理由。

3.你如何看待今天科学家去研究几千万年前恐龙灭绝原因这样的课题？

[1] ［战国］庄周：《庄子·天下》，上海古籍出版社，1986年，第87页。