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閱讀書籍 - 活物:所謂生命,是什麼? 福岡伸一

活物:所謂生命,是什麼? 福岡伸一

鮮為人知的英雄

[日期:2011-04-01] 來源:網友上傳  作者:福岡伸一 如佛友覺得此書不錯,請按

  鮮為人知的英雄走廊裏悄悄走過一個“外星人”,他似乎掌握了遺傳的秘密。

  因果關系:是“嫌疑人”還是“罪犯”

  我們怎樣才能證明是特定的一種病原體誘發了一種疾病呢?首先,要確保這種病原體是從患有這種疾病的患者的體液裏檢測出來的。

  如果我們經過反複、縝密的實驗,證實了在顯微鏡下確實可以看到患者的體液中含有這種病原微生物,而在健康人的體液中則沒有,那么我們是不是就可以說,這種微生物就是誘發這種疾病的病菌呢?答案是否定的。

  的確,犯罪嫌疑人總是在犯罪現場被發現,但是,人們卻往往很難找到他們犯罪的證據。也就是說,如果僅僅只是從患者的體液內找到了這種微生物,是無法判定就是這種微生物直接導致了這種疾病的。我們最多可以得出這樣一個結論:這種疾病與我們所檢測到的這種微生物之間存在著某種聯系。為了證明這種關系是因果關系,我們還需要進一步做實驗。而野口英世恰恰是在這兒掉進了陷阱裏。

  一種微生物是誘發一種疾病的“原因”,這種疾病是微生物所誘發的“結果”。為了證明這一點,以下心裏准備是必須的:雖然說觀察是自然科學最重要的手段,但是有的時候也會出現無論我們怎么觀察,實驗都毫無進展的情況。另外,即使我們通過觀察發現了病原微生物與疾病之間的關系,也不能因此就斷定二者之間是因果關系。那么,要判斷上述關系是不是因果關系,我們就需要做進一步的實驗。在這裏,我們稱這種實驗為介入實驗。

  什么是介入實驗呢?我們可以按字面意思來理解,就是人為地制造一些可能誘發疾病的狀況,然後進行實驗,看最終出現的結果跟我們所預想的是不是一致。在這裏,就是“用吸移管將顯微鏡下觀測到的微生物吸出來”,然後將其與健康的實驗動物接種,看接種之後這只原本健康的動物會不會生病。

  野口英世當年肯定也做了這種介入實驗。他把患者身上提取到的體液拿到顯微鏡下觀察時,也發現了這種特殊的微生物,而且,當他把這種微生物與健康的動物接種後,也誘發了疾病。那么,這不正好證明了這種特殊的病原體是存在的嗎?很遺憾,答案也是否定的。他只是想看到他以前沒有看到的東西而已。

  我們說過,在介入實驗中,需要“用吸移管將顯微鏡下觀測到的微生物吸出來”。這是本實驗的關鍵。在這些用吸移管吸出來的體液中的的確確含有微生物。將這些體液注射到別的動物身上,這些動物也得了相同的病。在顯微鏡下,我們可以看到這些明亮的、透明的液體中有規律地蠕動著微生物,別的什么都沒有。但是事實上,用吸移管所吸取的這些液體中,除了微生物,是不是還有別的2 什么物質,我們無從知曉。

  人的視野只局限在自己所能看到的范圍內,是無法想明白那個透明的液體的。一種可能是,出現在我們視野范圍之內的微生物並不是引起疾病的真正凶手,而只不過是侵入我們體內,使我們身體變弱的一種隨機的感染體而已。或者,在透明的液體中雖然我們什么都看不到,但實際上裏面卻潛藏著微細的東西,只不過這種微細的東西在顯微鏡下無法成像罷了。發現病毒第一人

  有一種很奇怪的病叫煙草花葉病。這種病能使煙草葉子形成黑色的花葉斑紋,從而導致煙草業蒙受巨大的損失。

  如果健康的煙葉碰到了這種患有花葉病的煙葉,那么,不久之後它上面也會出現黑色的花葉斑紋,即這片煙葉也會得花葉病。那么我們可以得出結論:這種花葉病是可以相互傳染的。既然是種能相互傳染的病,那么就應該存在一種能夠導致這種病的病原體。但是,科學家們將生了病的煙葉和從病葉中提取的液體等放到顯微鏡下觀察後,卻未發現什么異常的微生物。

  19世紀90年代的時候,俄國有一個叫伊凡諾夫斯基的研究者,他想觀察一下病原體的大小。在實驗過程中,他使用的是在低溫下燒制的未上釉的陶板。這塊陶板呈網狀,上面分布著無數個微細的小孔。如果在陶板上方滴些水,水就會浸濕這些小孔,並且從陶板的下方滲出去。

  我們假設水中有微生物,比如大腸菌或赤痢菌之類的單細胞微生物,這些微生物不管有多小,其直徑都在1納米左右或遠遠小於1納米,而這塊陶板上小孔的直徑則是它的直徑的1/10~1/5。所以,單細胞微生物是無法通過這些小孔的。

  也就是說,這塊陶板具有過濾含有微生物的水的功能。如果我們將衛生條件很差、裏面含有若幹病原體的水(即直接飲用後可導致人生病的水)用陶板進行過濾的話,這些水就能得到淨化。如今,這一點已經作為一種生活常識為人們所接受了。在這裏順便說一下,一些發展中國家為了提高國民的衛生水平而向國民發放過濾瓶,其使用原理跟陶板是一樣的。只不過上面安裝的不是陶板,而是由高分子制成的網狀的很薄的過濾嘴。過濾嘴上網眼的大小一般為0.2納米左右。

  伊凡諾夫斯基使用剛剛提到的陶板,對從患有花葉病的煙葉中提取的液體進行了過濾。按理來說,從陶板下方滲出來的液體中應該不含有病原體。但是,最終的實驗結果卻與我們想象的大相徑庭--在陶板的過濾液中,仍殘留有大量能導致花葉病的微生物。這是一種能穿過陶板上那些微細小孔的微生物!其直徑小於單細胞微生物直徑的1/10,在光學顯微鏡下是無法觀測到的。當然,過濾液體中能含有這么微細的病原體,在當時是誰也沒有想到的。就連伊凡諾夫斯基本人,也沒有馬上相信自己的這一實驗結果。

  一般來說,在實驗過程中,研究者如果得到了與自己預期不一致的結果,他們首先會考慮是不是自己在實驗過程中的某個環節出現了錯誤操作而使實驗結果不盡如人意。毫不例外,在剛開始的時候,伊凡諾夫斯基也是這么想的。他覺得可能是他使用的陶板不合格,或者是陶板上的小孔太大,而導致病原體隨著過濾液體一起滲2 到了陶板的另一側。

  如果存在這種“合理的疑問”,科學家通常情況下都會再去做對比實驗。伊凡諾夫斯基在做對比實驗時,使用了相同的陶板來過濾直徑為0.2納米的大腸菌,看大腸菌能不能通過陶板。只要大腸菌能通過,哪怕只通過一點兒,都能說明這塊陶板上哪個地方出現了裂縫;如果不能,則說明引起花葉病的病原體是一種比大腸菌還小的微生物。伊凡諾夫斯基認為,這種微生物不是一種新的病原體,而是一種微小的細菌。

  但是,就在這之後不久,荷蘭的一名研究者貝傑林克對花葉病再一次作了研究,最後,他得出的結論是:這種過濾性的病原體是一種“有生命力的感染性的液體”。這是人類曆史上首次提出的關於與細菌不同的微小的感染粒子的說法。這就是病毒的發現。於是,作為最初的發現者,伊凡諾夫斯基再也不想沉默下去了。很快,他提出了發現優先權的說法,也就是說,伊凡諾夫斯基成為了花葉病病毒最初的發現者。

  病毒是一種生物嗎

  病毒比單細胞生物還要小很多。如果我們把大腸菌比作是橄欖球,那么病毒(雖然其大小根據種類不同而有所不同)就只有彈子球那么大了。在光學顯微鏡下,因為其在顯微鏡成像界限以外,所以是無法成像的。人類能看到病毒,靠的是20世紀30年代之後發明的電子顯微鏡。電子顯微鏡比光學顯微鏡的倍率要高十倍甚至百倍。

  野口英世是在1928年染上黃熱病去世的。那個時候,人們還不知道有病毒這個東西存在。而野口英世耗盡了一生去研究的黃熱病、狂犬病等,都是由病毒引起的。

  科學家們最初在電子顯微鏡下觀測到病毒的時候,都紛紛感到不可思議。因為他們所觀測到的病毒,與之前他們所了解到的病原體是完全不同的,它有著規則的形狀,即使說成是“排列非常整齊”也完全不為過。

  在科學家們眼中,病原體是一種柔軟的、彼此之間有著微妙的區別,並且有著很不規則形狀的脆弱的球體。而病毒則完全不同。它就像畫師畫出來的一樣,呈很漂亮的幾何形狀。有的是像正十二面體一樣的多角立方體,有的像蠶繭一樣呈螺旋狀重疊在一起,還有的像無人火星探測機一樣,呈機械狀結構。另外,同一種病毒擁有著完全相同的形狀。它們之間完全沒有大小或者是個性方面的差異。那么,這是為什么呢?這是因為,病毒是一種無限接近物質的存在體。

  病毒無法攝取營養,也無法進行呼吸,當然也就無法排出二氧化碳和其他廢棄物等,即病毒是無法進行新陳代謝的。如果把病毒提煉到不與其他雜質混合的程度,然後在特殊條件下將其進行濃縮,就可以實現病毒的“結晶化”。而如果換成是不規則的病原體,這點是根本做不到的。結晶體排列都是非常規則的,病毒就好比是礦物質之類的不含雜質的物質。病毒的幾何學性來源於它那排列得很規律的衣殼。病毒就是一個來自於機械世界的微型模型。

  但是,病毒有著其自身的特性,這一特性將它與單一物質劃清了界限。那就是,病毒是可以自我繁殖的。病毒具有自我複制的能力。這種能力是靠衣殼內部的單一分子來實現的。

  病毒進行複制時,與“寄生者”很像。病毒是無法單獨存在的,它需要寄生在細胞上,這樣才能進行複制。它要附著在細胞的表面上,這裏的細胞就是病毒的宿主。病毒從它與細胞的接合處往細胞內部注入它自身的DNA(核酸包括核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩種)。這些DNA中包含著構築病毒所必需的物質。而作為宿主的細胞,則在不知不覺中就把病毒注入進來的DNA當成了自己的一部分,並以這些DNA為基礎,不停地複制病毒材料,它們又在細胞內部重新構造出新的病毒。這些新造出的病毒很快就破壞掉細胞膜,一起沖到細胞外部,去尋找新的宿主。

  病毒介於生物與非生物之間,如果用“能夠進行自我複制”來對生命進行定義的話,毫無疑問,病毒是一種生命體。而病毒要寄生在細胞內部,依靠細胞來生存、複制,從這一點上來看,它又與寄生蟲沒有什么區別。但是,如果僅從病毒粒子單體來看的話,它又只不過是無機的、硬質的“天然品”,並不存在什么生命的運動。

  病毒究竟是生物還是非生物,關於這個問題一直以來都存在著很大的爭議。直到現在,這個問題仍然沒有得到根本解決。這其實也是圍繞如何對生命進行定義而產生的論爭。本書的目的就在於此:生物與非生物之間的界限究竟是什么?現在,我想來重新作一下定義。我的結論是,病毒不是生物。生命是一種可以進行自我複制的系統,我認為,把病毒定義為生物的條件還不夠充分。那么,從生命的特征來看,再對其他條件進行一番設置會如何呢?比如生命的運動性?這就需要我們保持一種微觀的想象力了。這正是我想探索的。我們有必要以此為前提,圍繞著“自我複制”這個概念的成立去做探討。為此,我們需要再次回到曆史的舞台,再次回到紐約的鈕克大道。

  未被歌頌的英雄

  “の下の力持ち”這句話如何翻譯成英文呢?我一直比較喜歡使用的《日本口語辭典》上面是這樣解釋的:Anunsunghero(未被歌頌的英雄)。在這個詞條的解釋裏,還有這樣一句話:Heisdoinganexcellentjobthoughheisnotgettinganycredit(雖然他默默無聞,但他從事著卓越的工作)。這句話作為對這個詞條的解釋,是無可厚非的,但是總讓人覺得裏面欠缺了點韻味。

  20世紀人類揭開了科學大發展的序幕,這是一個科學之花盛開的時代。那么,究竟是誰最先拉開了曆史的帷幕呢?1953年,英國劍橋大學的傑姆斯•沃森和弗朗西斯•克裏克發現了DNA是雙螺旋結構,並且這一結構漂亮又簡單,這在當時轟動了整個世界。當時,沃森只有20幾歲,克裏克也只有30幾歲。這一偉大發現,使這兩個原本默默無聞的科學家一下子成為20世紀生命科學史上最耀眼的明星。這個理論使他們一夜成名,為他們鋪上了鮮豔的紅地毯,紅地毯一直延伸到他們在斯德哥爾摩拿到諾貝爾獎。不管怎么說,他們是“被歌頌的英雄”。

  正如本書的序裏所說,雙螺旋的重大意義不僅僅在於能夠創建一個美麗的結構,還在於這美麗的結構裏面蘊涵著機能。沃森和克裏023 克在他們論文的最後,毫不在意地這樣寫道:“我們並不是沒有注意2 到,這一對稱結構立即使人聯想到遺傳物質可能有的複制機制。”

  DNA 雙螺旋結構是能夠互相進行複制的對稱結構。如果我們將這個雙螺旋結構分解開來,它們正好是照片和底片的關系。由照片重新制成底片,由底片制成新的照片,於是,就又形成了新的DNA雙螺旋結構。而在這裏,寫進這個雙螺旋文件夾裏的,無疑就是遺傳基因。這就是生命進行“自我複制”的系統,這是一個當新的生命誕生的時候,或者是細胞進行分裂的時候,可以進行遺傳信息傳遞的系統。在這裏,我們知道了解開DNA的結構就使年輕的沃森和克裏克一舉成名的原因,那就是,他們讓我們知道了只有DNA才是傳遞遺傳信息的最重要的物質。那么,世界上第一個意識到DNA是遺傳基因的人又是誰呢?這個人就是奧斯瓦爾德•艾弗裏。

  奧斯瓦爾德•艾弗裏

  我在洛克菲勒大學作研究時,所在的那個研究室是在一個叫醫學樓的樓上,這座樓早在20世紀洛克菲勒大學創立之初就存在了。在這個樓的前面,有個很漂亮的大花壇,紐約漫長的冬天剛剛過去,這裏的鬱金香就盛開了。

  這個樓的結構非常簡單,所有樓層的走廊都在中間,兩側是狹窄、雜亂的研究室。樓層是從地下2層到地上10層,幾乎所有的研究員都要用到樓裏很舊的電梯。我所在的那個分子細胞生物學研究所正好在這棟樓的中間--5層。走廊的盡頭有窗戶,透過這個窗戶,就能看到通常誰都不會去的階梯教室。我喜歡那兒的階梯。

  階梯是長圓形的,由下而上呈螺旋狀。扶手的造型大概在當時很流行吧,上面的雕刻也很講究。如果從階梯的最上層往前面俯瞰,會看到細長的圓有規則地重疊在一起。如果一直這樣盯著看,就會覺得頭暈。這種幾何形狀,總讓我想起我小的時候看的科幻電視劇和時間隧道之類的東西。不,這裏的階梯其實就是時間隧道。

  我剛剛習慣紐約生活的時候,有一天,研究室的老板對我說:“伸一,你知道誰在我們頭頂上的6樓嗎?是奧斯瓦爾德•艾弗裏哦。”

  有一天晚上,我做實驗做到很晚。我就沿著這個螺旋狀階梯又往上爬了一層,來到了6樓。走廊裏靜悄悄的,沒有一個人。地板是亞麻油地氈鋪成的,就是在這裏,艾弗裏度過了他生命裏40多年的光陰。也許,走廊和牆壁都是經過改造的,已經完全沒有過去的影子了。可是即便如此,我也覺得,我似乎看到了奧斯瓦爾德•艾弗裏的蹤跡。

  關於艾弗裏在這個走廊上走動的情形,和洛克菲勒研究所一樣位於曼哈頓的哥倫比亞大學的生物化學研究室裏的DNA研究者埃爾文•查戈夫,曾經在他的文章裏這樣寫道:

  “我經常到洛克菲勒醫學研究所去--我在M•伯格曼研究室工作。我經常看到走廊的牆根底下,有一個年邁的穿著淺褐色實驗服的人經過,就像老鼠一樣。這個人就是奧斯瓦爾德•艾弗裏。”(《通往生命科學的道路》,1979)

  艾弗裏於1877年生於加拿大,是一個牧師的兒子。10歲的時候,全家搬到了美國的紐約市。在哥倫比亞大學,他走上了醫學研究之025 路。艾弗裏的醫學研究始於1913年,也就是從那個時候起,他開始在2 洛克菲勒醫學研究所工作。那時,他已經36歲了。這個年齡對於一個醫學研究者來說,已經算是相當晚了。

  艾弗裏住的地方是一個很小的公寓,離研究所隔著3個街區。早晨9點左右,他來到研究所,進入到醫學樓6層的研究室,開始他一天的醫學研究,到了夜裏就直接回到公寓裏。就這樣,他每天都過著很有規律的生活。他幾乎不去出席什么學會活動,或者是什么演講、旅行,他也再也沒有到過紐約市以外的地方。他一輩子都是單身。

  他外表看起來很獨特。身材瘦小,禿頂,但是頭很大,眼睛很有神,就好像能鼓出來一樣,下巴尖尖的,就像童話故事或科幻小說裏提到的外星人似的。

  艾弗裏在洛克菲勒大學的那個年代,跟野口英世是完全重合的。也許,他們倆從來都沒有說過什么話,但是至少彼此之間還是知道的。艾弗裏的科學研究工作達到頂峰的時候,正好是野口英世去世之後的20世紀30年代。恰好在那個時候,曼哈頓高層建築陸續拔地而起,艾弗裏肯定也在研究所裏遠遠地眺望過克萊斯勒大樓和帝國大廈等。

  艾弗裏也沒有什么親戚,生活看起來很單調。但是,他應該覺得他的生活是很充實的。就像他抬頭所看到的那些逐漸升高的摩天大樓一樣,他的生活也一點點地被充實著。艾弗裏的研究主題是肺炎雙球菌的性質轉換。

  遺傳基因的本質

  在今天,肺炎已經可以通過抗生物質進行簡單的治療了。但是在艾弗裏剛剛開始進行醫學研究的那個年代,卻有大量的人因為患了肺炎而醫治無效死去。誰也沒有更好的治療方法。無論是醫生,還是患者,大家都只有在心裏祈禱病情能自然地好起來。

  肺炎雙球菌是肺炎的病原體。這是一種單細胞微生物,而不是病毒。我們在普通的光學顯微鏡下就能觀測得到。這種菌有好幾種類型,大致說起來,包括具有很強的病原性的光滑型(Smooth,簡稱S型)和沒有病原性的粗糙型(Rough,簡稱R型)。S型菌通過S菌分裂來進行繁殖,R型菌則通過R菌分裂來進行繁殖。可見,這種菌是可以進行遺傳的。

  英國有個研究者叫雷德裏克•格裏菲斯,他是艾弗裏的前輩。他注意到了一個很奇妙的現象:如果對有很強病原性的S型菌進行加熱,就可以將其殺死。當然了,將其注射到實驗動物身上,動物也就不會生病。另外,如果將沒有病原性的R型菌直接注射到實驗動物身上,動物也不會生病。但是,如果將已經被殺死的S型菌與活著的R型菌混合後再注射到實驗動物身上,那么,動物就會患上肺炎。這究竟是怎么回事呢?S型菌已經被殺死了,那么肯定是R型菌裏面有什么東西,使S型菌發生了變化。

  格裏菲斯試圖查出導致這種讓他覺得不可思議的現象的原因。他把S型菌殺死,將菌體內的化學物質提取出來,然後將其與R型菌混合,R型菌就轉化成了S型菌。在艾弗裏的實驗桌上,擺放著格裏菲斯這個偉大的先驅者的照片。於是,艾弗裏開始著手研究,他想弄明白,究竟是一種什么化學物質改變了菌的性質。

  改變菌性質的物質,其實就是遺傳物質。他開始研究遺傳物質的化學本質,這就意味著,他開始向生物學史上最重要的課題發起了挑戰。但是,謹慎的艾弗裏並沒有把這種物質稱為基因,而是稱其為性質轉換物質。當時,關於遺傳物質的存在,科學界已經有了很多種猜測。遺傳物質上面有著大量的信息,所以它應該是一種非常複雜的高分子結構。在所有細胞中的高分子中,最為複雜的就是蛋白質了。所以,遺傳物質一定是種特殊的蛋白質。這在當時,是一種共識。

  艾弗裏當然也知道這點。但是,他的實驗數據卻否定了這一猜測。艾弗裏從S型菌中提取出了各種各樣的物質,然後開始一一鑒定,來確定究竟是哪種物質導致R型菌變成了S型菌。最後的結論 是,這種物質是S型菌體內的酸性物質核酸,准確地說是DNA。

  DNA 雖然是一種高分子化合物,但是它其實只有4個要素構成,從這個意義上來講,它只不過是一種簡單的物質。因此,沒有人會想到這裏會隱含著那么複雜的信息。在今天,即使是只有0和1這兩個簡單的數字,我們也可以用來表達複雜的信息,比如,在計算機編程裏。但是在當時的研究者當中,至少是在生物學者當中,沒有一個人考慮過信息密碼化。就艾弗裏本人,也對自己的實驗結果感到半信半疑。

  他反反複複地進行實驗,從不同的角度進行研究。但是,實驗的結果仍然不變。那就是:遺傳物質的本質就是DNA。

【書籍目錄】
第1頁:作者簡介 第2頁:內容簡介
第3頁:目錄 第4頁:序言 生命的鑰匙藏在哪裏?
第5頁:紐約,紐克大道,66街 第6頁:鮮為人知的英雄
第7頁:四種字母 第8頁:絕處逢生
第9頁:沖浪者拿到了諾貝爾獎 第10頁:世紀大發現的前夜
第11頁:狂熱的追求 第12頁:原子愛運動
第13頁:動態平衡
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第 3 楼
匿名 发表于 2014-9-20 15:40:58
晚上鍛練等於惹病上身 http://tw.gigacircle.com/2264008-1

只要溺水不超過一個小時就可以救活!
從河裡救出兩名溺水幼兒。孩子已沒呼吸,村民就用當地特有的急救法,攥著孩子雙腳,倒背著孩子跑步。幾分鐘后,小男孩吐出幾口水來,哇地一聲哭了。又跑了起碼十分鐘,小女孩也從死神的手中被拉扯了回來。暑假到了,不知多少孩子要下水游泳,分享,說不定可以救人。
第 2 楼
匿名 发表于 2014-9-20 14:42:14
想知道自己有沒有宿便嗎?一分鐘檢查教學!輕鬆防治大腸癌 http://tw.gigacircle.com/2269283-1

毒排乾淨多活20年。如何排毒?快來看【找到身體的“排污口”,養生就成功了一半
http://tw.gigacircle.com/2269016-1

【怪癖】十二大強迫症排行榜,你符合幾種了!http://tw.gigacircle.com/2268617-1
第 1 楼
匿名 发表于 2014-9-20 14:23:41
12種天然防蚊http://tw.gigacircle.com/2265118-1

一根金屬熱湯匙就可止蚊叮癢。
以熱水加熱;不必用煮沸的滾水,從水龍頭流出的熱水即可。
再將加溫的湯匙直接貼著紅腫的「蚊子包」一分鐘,之後搔癢感慢慢消除。
是藉由湯匙的溫度破壞蚊子悄悄注射進人體的蛋白質,這種蛋白質會引起皮膚的過敏反應,造成搔癢感。儘管蚊子叮咬後的紅腫仍會持續,光是「不癢」就讓人感覺得救了。