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《中華文摘》文章:科學(xué)未解之謎

2006年04月18日 15:41

  (聲明:刊用中國(guó)《中華文摘》稿件務(wù)經(jīng)書面授權(quán))

  關(guān)于宇宙、關(guān)于地球、關(guān)于我們自身,有太多的謎題等待我們?nèi)ネ诰。但哪些是最重要的未解之謎,我們距離找到答案還有多遠(yuǎn)?2005年7月1日,在紀(jì)念美國(guó)《科學(xué)》雜志創(chuàng)刊125周年之際,科學(xué)家們總結(jié)出了125個(gè)迄今我們還不能很好回答的問題,重中之重有25個(gè)。

  生物篇:

  意識(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么?

  17世紀(jì)的法國(guó)哲學(xué)家有一句名言:“我思故我在”?梢钥闯觯庾R(shí)在很長(zhǎng)時(shí)間里都是哲學(xué)討論的話題,F(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,意識(shí)是從大腦中數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元的協(xié)作中涌現(xiàn)出來的。但是這仍然太籠統(tǒng)了,具體來說,神經(jīng)元是如何產(chǎn)生意識(shí)的?近年來,科學(xué)家已經(jīng)找到了一些可以對(duì)這個(gè)最主觀和最個(gè)人的事物進(jìn)行客觀研究的方法和工具,并且借助大腦損傷的病人,科學(xué)家得以一窺意識(shí)的奧秘。除了要弄清意識(shí)的具體運(yùn)作方式,科學(xué)家還想知道一個(gè)更深層次問題的答案:它為什么存在,它是如何起源的?

  什么控制著器官再生?

  有一些生物擁有非凡的修復(fù)本領(lǐng):被切斷的蚯蚓可以重新長(zhǎng)出一半身體,而蠑螈可以重建受損的四肢……相比而言,人類的再生本領(lǐng)似乎就差了一點(diǎn)。沒有人可以重新長(zhǎng)出手指,骨頭的使用也是從一而終。稍可令人安慰的是肝臟。被部分切除的肝臟可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)?茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),那些可以讓器官再生的動(dòng)物,在必要的時(shí)候重新啟動(dòng)了胚胎發(fā)育時(shí)期的遺傳程序,從而長(zhǎng)出了新的器官。那么人類是否可以利用類似的手法,在人工控制下自我更換零部件呢?

  一個(gè)皮膚細(xì)胞如何能變成神經(jīng)細(xì)胞?

  在上個(gè)世紀(jì)中期,生物學(xué)家把青蛙的體細(xì)胞核放入青蛙的去核卵細(xì)胞里,結(jié)果制造出了克隆蝌蚪。最近幾年,關(guān)于人類胚胎干細(xì)胞的研究正在熱火朝天地進(jìn)行——把人的體細(xì)胞核放入卵細(xì)胞中,科學(xué)家期待著制造出各種各樣的人類體細(xì)胞,例如神經(jīng)細(xì)胞、成骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞等等。盡管科學(xué)家已經(jīng)取得了一些成功,他們?nèi)匀粚?duì)于這種體細(xì)胞核移植技術(shù)能夠成功的原因知之甚少。的確,去核的卵細(xì)胞在這個(gè)過程中扮演著至關(guān)重要的角色——可是具體機(jī)制是什么?

  一個(gè)體細(xì)胞是如何變成整株植物的?

  在某種意義上,植物似乎比動(dòng)物有更大的靈活性。植物的體細(xì)胞不需要繁瑣的體細(xì)胞核移植技術(shù),就能重新變成植物胚胎細(xì)胞?茖W(xué)家很早就已經(jīng)開始利用植物的這種性質(zhì)。用一小塊植物組織,在實(shí)驗(yàn)室里就能培養(yǎng)出可以供一片森林使用的幼苗。但是為什么植物細(xì)胞有這樣的靈活性?科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些線索,例如植物的生長(zhǎng)素在這個(gè)過程中起到的作用。

  人類篇:

  為什么人類的基因這么少?

  2003年,當(dāng)人類基因組計(jì)劃接近完成的時(shí)候,生物學(xué)家在歡呼這一成就的同時(shí),驚奇地發(fā)現(xiàn)人類的基因數(shù)量比原先估計(jì)的少,是的,人只有大約2.5萬個(gè),而原來認(rèn)為應(yīng)該有10萬個(gè)。相比之下,一種非常簡(jiǎn)單的生物——線蟲也有2萬個(gè)基因。擬南芥植物的基因數(shù)量比人類稍多,而水稻的基因數(shù)量則是人類的一倍?茖W(xué)家認(rèn)為,基因組運(yùn)作的方式應(yīng)該比以前認(rèn)為的更加靈活和復(fù)雜,他們正在探尋這些少用基因多辦事的分子機(jī)制。

  遺傳差異和個(gè)體健康在多大程度上是相關(guān)聯(lián)的?

  很早以前科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)有些人對(duì)于某些藥物的反應(yīng)和其他病人不同。例如,某種麻醉用肌肉松弛劑會(huì)導(dǎo)致特定的人無法呼吸,最終,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于他們擁有特定的基因。這也就帶來了一個(gè)問題:研究不同的人之間的遺傳差異是否可以促進(jìn)醫(yī)學(xué)發(fā)展出更高級(jí)的治療手段,也就是說,根據(jù)個(gè)人的DNA進(jìn)行“量體裁藥”?科學(xué)家已經(jīng)辨認(rèn)出了一批與藥物相互作用的基因。但是要真正實(shí)現(xiàn)“量體裁藥”,恐怕還為時(shí)尚早。

  人類壽命可以延長(zhǎng)多少?

  盡管百歲老人仍然少見,人類的平均壽命(尤其是在發(fā)達(dá)國(guó)家)在過去的幾十年中一直在延長(zhǎng)。但是這種趨勢(shì)能保持多久?科學(xué)家通過對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究,發(fā)現(xiàn)包括限制熱量攝入在內(nèi)的一些方法可以顯著地延長(zhǎng)它們的壽命。但是這些方法是否可以成功地應(yīng)用到人類的身上,以及能延長(zhǎng)多少壽命呢?一些科學(xué)家認(rèn)為,至少人類活到100歲可以成為家常便飯。不過,即使是這樣,長(zhǎng)壽也會(huì)帶來其他的麻煩,比如社會(huì)保險(xiǎn)。

  記憶是如何存取的?美好的記憶、悲傷的記憶,關(guān)于解方程技巧的記憶,英語單詞的記憶,毫無疑問它們都儲(chǔ)存在我們的大腦中。但是它們具體在什么部位?

  上個(gè)世紀(jì)50年代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腦中的“海馬區(qū)”在存儲(chǔ)信息的過程中扮演著至關(guān)重要的角色——如果切除掉海馬區(qū),那么以前的記憶就會(huì)一同消失。但是海馬區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞如何把信息固定下來?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些分子參與到了記憶的形成。此外,神經(jīng)細(xì)胞突觸地形成也與記憶相關(guān)聯(lián)。但是,科學(xué)家目前對(duì)于記憶的運(yùn)作機(jī)制的了解還不夠——而這一機(jī)制對(duì)于理解我們自身是非常重要的。

  我們可以選擇性地關(guān)閉一些免疫應(yīng)答嗎?

  在今天,器官移植已經(jīng)成為了一種不那么罕見的手術(shù),但是醫(yī)生和病人面對(duì)的一個(gè)大麻煩在一定程度上仍然存在:免疫排斥反應(yīng)。病人的免疫系統(tǒng)有可能把移植的器官當(dāng)作“非我族類”進(jìn)行攻擊,讓手術(shù)功虧一簣。為了防止這種情況發(fā)生,醫(yī)生要仔細(xì)挑選供體器官,而有的病人需要終身服用免疫抑制類藥物——這顯然不是個(gè)好主意?茖W(xué)家已經(jīng)找到了幾種可能的方法,既讓免疫系統(tǒng)正常工作,又不會(huì)排斥移植的器官的方法,但是要實(shí)現(xiàn)臨床的應(yīng)用,還需要很長(zhǎng)的時(shí)間!                 

  (摘自《環(huán)球》雜志)

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