书城童书我的第一本生物探索发现全纪录
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第20章 生物科学发现(10)

委员会经过两年的调查、研究,认为取得了较大的成果,没有进一步去探究脚气病发生的原因以及治疗办法,委员会绝大多数人员就班师回国了。可是,艾克曼却决定独自留在巴达维亚(现在的雅加达),因为艾克曼知道脚气病还没有彻底弄清楚,如它会不会传染,要如何防治等等,他要把这些问题弄个水落石出。

19世纪末,艾克曼发现鸡群中突然爆发了一种病,许多小鸡精神委靡,步态不稳,严重的甚至死去。经病理解剖,艾克曼确认这些鸡也得了脚气病。可是,实验室换了一个喂鸡的雇员后,病鸡慢慢地恢复了健康,鸡的脚气病也不治而愈了。

这个现象引起了艾克曼的注意,他想,如果脚气病是病菌引起的,为什么并没有进一步传染呢?为了证实脚气病是否具有传染性,艾克曼把从病鸡胃中取得的食物,喂给正常鸡吃。如果说脚气病的病原是细菌的话,那么被喂的鸡一定也会得脚气病,可结果被喂的鸡并没有传染上脚气病。显然,脚气病的病原并不是细菌。

后来,艾克曼才得知,以前的雇员给小鸡喂的是从医院捡回来的精米,而新雇员给小鸡喂的是正常的鸡饲料。莫非脚气病与食物有关?艾克曼又想起了几年前日本军医高木兼宽关于预防脚气病的报道,于是他决定对脚气病患者的食物进行调查。他在监狱里的调查结果表明,吃糙米的囚犯中每1万名只有1名脚气病患者。于是他将小鸡分成两组,一组喂精白米饭,另一组喂糙米,结果三四周后,吃精米饭的小鸡得了脚气病,吃糙米的却安然无恙。他又用糙米饲喂患有脚气病的小鸡,结果过一段时间,小鸡恢复了健康。于是,艾克曼让患有脚气病的人吃糙米、喝米糠水,结果病人很快就康复了。由此艾克曼断定糙米的米皮里含有一种可以防治脚气病的物质,他着手这种物质的提取工作,但却没能成功。

20世纪初,波兰生化学家芬克在艾克曼等人的实验基础上,采取了一种独特的提取方法,从米糠中成功地提取到一种晶体物质。这种物质含氮,为碱性,属于胺类。因此,芬克把它称为“生命胺”。这就是艾克曼所说的可以防治脚气病的物质,现在我们称它为维生素“B1”。

艾克曼能够从生活现象中有所发现有所总结,通过思考和实验发现维生素B1 ,他实在非常的了不起。维生素B1的发现是人类又一次战胜疾病的宣言书,从此,脚气病有了防治的方法。对疯牛病的研究

众所周知,上个世纪末英国由于疯牛病的出现,使这个畜牧王国在出口牛肉、活牛乃至牛制品上遭到欧盟和其他各国的抵制,损失近40亿英镑。英国的养牛业遭到一场意想不到的沉重打击。

20世纪70年代中期,两位德国科学家克罗伊茨费尔特和雅各布在非洲一个原始部落里发现一种奇怪的病。利用现有技术,他们检查不到这种病的病原。患此病者神经系统受损严重,动作迟钝,语言模糊,痴呆木讷,最后患者脑部组织呈海绵状并很快死亡。这种急性老年痴呆病用发现者——克雅的名字命名,叫克雅氏病。吃过疯牛肉的人可能感染上“克雅氏病”,有专家估计,未来10年内,可能有成千上万的人感染上克雅氏病。

疯牛病是一种很奇特的疾病,疯牛先是烦躁不安、步履蹒跚、搔痒难耐,解剖后的牛脑呈海绵状。上个世纪80年代中期英国发现了第一头患此病的奶牛,迄今为止已有十几万头牛患上了疯牛病。而人和牛自古以来建立起来的亲密关系,使二者在所患疾病上也表现出相关性,像众所周知的天花病就是人牛共患的传染病;人和牛的肺结核病也有其共同的致病菌——结核杆菌(人型和牛型)。这些疾病也叫人畜共患病。不幸的是,疯牛病又与人的克雅氏病也产生了内在的联系。

更奇的是,疯牛病的病原物既不是病毒也不是细菌,而是一种有感染性的蛋白质,有人称它为“朊病毒”,有人叫它“毒蛋白”。这种蛋白质可以在不受免疫系统的干涉的情况下在动物或人体细胞内复制。

目前所知,自然界最简单的生命物质是病毒,它不具有细胞形态,只含有一种核酸,外面加一层蛋白外壳,在侵入寄主细胞后利用寄主的核酸来复制自己的核酸,在寄主细胞内繁殖后代,最后穿破细胞壁脱身而出,扩增的新一代病毒颗粒又继续侵犯相邻细胞。20世纪70年代科学家们陆续发现一些更简单的生命体,它只有一段核糖核酸(RNA)而没有蛋白质外壳包裹,呈裸露状态,叫类病毒。

总之,人们对类病毒的存在已不再有什么怀疑了,然而疯牛病的诱因却是一股蛋白质,和类病毒的结构截然相反。如果认为它是生物,但它却不带有任何核酸物质,也就是说不携带遗传密码,这在一般情况下是无法繁殖后代的;如果说它不是生物,它又成为一种使那些被它感染的生物致死的病原物。那么这股蛋白质感染寄主后又如何变化呢?蛋白质不可能自己复制,它的遗传物质来源于相应的信使核糖核酸,而信使核糖核酸是由基因转录而来的。因此,人们推测这个基因可能来自寄主,通过这段蛋白质的激活有可能在寄主体内再翻译成蛋白质。那么,寄主内的这段基因储存在什么地方?为什么只有这股蛋白质能启动、活化寄主内潜藏的这个基因?不管这个寄主是人还是牛,疯牛病和人的克雅氏病如此相似,弄清这股毒蛋白是通过何种途径侵染人和牛的,这又是一个摆在科学家面前的难题。20世纪90年代一位美国科学家普西纳就从一个克雅氏病人的大脑中发现了这股毒蛋白,但直到今天才被公认为病原物,他也因此而获得1997年诺贝尔医学奖。

疯牛病逐渐为人类所了解,在防治和控制这种传染源上,就像历史上防治一切猖獗的传染病一样,人类终究会找到一种完善解决的方法。

胚胎学的发展

像一切科学一样,生物胚胎学也走过了漫长而又艰辛却是不断前进的历程。

古希腊学者亚里士多德最早对胚胎发育进行过观察,他推测人胚胎来源于月经血与精液的混合,并对鸡胚的发育做过一些较为正确的描述。17世纪中期,英国学者哈维提出“一切生命皆来自卵”的假设,发表了《论动物的生殖》,记述了多种鸟类与哺乳动物胚胎的生长发育。显微镜问世后,精子与卵泡被人们发现,意大利学者马尔比基观察到鸡胚的体节、神经管与卵黄血管,他们认为在精子或卵内存在初具成体形状的幼小胚胎,它逐渐发育长大为成体。这就是他们主张的“预成论”学说。18世纪中叶,德国学者沃尔夫提出了“渐成论”,他指出,早期胚胎中没有预先存在的结构,胚胎的四肢和器官是经历了由简单到复杂的渐变过程而形成的。

19世纪20年代末,爱沙尼亚学者贝尔发表《论动物的进化》一书,报告了多种哺乳动物及人卵的发现。他观察到人和各种脊椎动物的早期胚胎极为相似,随着发育的进行才逐渐出现纲、目、科、属、种的特征,这就是著名的贝尔定律。贝尔的研究成果彻底否定了“预成论”,并创立了比较胚胎学。19世纪50年代中期,德国学者提出胚胎发育的三胚层学说,这是描述胚胎学起始的重要标志。不久后,英国学者达尔文在《物种起源》中指出不同动物胚胎早期的相似表明物种起源的共同性,后期的相异则是由于各种动物所处外界环境的不同所引起。至19世纪60年代,科学家又进一步提出“个体发生是种系发生的重演”的学说,简称“重演律”。这一学说大体上是事实,但由于胚胎发育期短暂,不可能重演全部祖先的进化过程,如哺乳动物胚中可见一类假鱼的鳃裂,但未发展为鳃。

自19世纪末,人们开始讨论胚胎发育的机理。德国学者应用显微操作技术对两栖动物胚进行了分离、切割、移植、重组等实验。根据试验结果,科学家提出了诱导学说,认为胚胎的某些组织(诱导者)能对邻近的组织(反应者)的分化起诱导作用。这些实验与理论奠定了实验胚胎学。为了探索诱导物的性质,一些学者应用化学与生物化学技术研究胚胎发育过程中细胞与组织内的化学物质变化、新陈代谢特点、能量消长变化等,以及它们与胚胎形态演变的关系。英国学者李约瑟总结了这方面的研究成果,并发表《化学胚胎学》一书。

20世纪50年代,随着DNA结构的阐明和中心法则的确立,诞生了分子生物学。人们开始用分子生物学的观点和方法研究胚胎发生过程中遗传基因表达的时空顺序和调控机理,于是形成了分子胚胎学。分子胚胎学与实验胚胎学、细胞生物学、分子遗传学等学科互相渗透,发展建立了发育生物学,主要研究胚胎发育的遗传物质基础、胚胎细胞和组织的分子构成和生理生化及形态表型如何以遗传为基础进行演变,来源于亲代的基因库如何在发育过程中按一定时空顺序予以表达,基因型和表型间的因果关系等。发育生物学已成为现代生命科学的重要基础学科。

我国的胚胎学研究是于20世纪20年代开始的。朱洗、童第周、张汇泉等学者在胚胎学的研究与教学中均卓有贡献。朱洗对受精的研究,童第周对卵质与核的关系、胚层间相互作用的研究,张汇泉对畸形学的研究,都开创和推动了我国胚胎学的发展。

胚胎学是生物学的一个重要的分支,长久以来科学家们在此领域的不断探索研究推动了胚胎学的迅速发展,为现代生物科学、生命科学的飞跃奠定了基础。