书城教材教辅中外生物故事
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第25章 揭开生物未解之谜的故事(2)

人体生物钟是人们通过长期规律生活养成的一种习惯,想在短时间内建立起一种规律的生物钟往往是徒劳的。同样,人体生物钟一旦建立,也是很难改变的。有人做过一个很典型的人体生物钟实验:让一个健康人进入一个”不见天日“的地下室中,经过长时间与世隔绝的生活后,当人们询问其当时的时间时,那人的回答竟与准确时间相差无几。实验设计者认为,光线的明暗、气候的冷暖等,只是生物时间规律的外部条件;在人体内部还有一个类似时钟的东西,它可以不依赖外部条件而自行运转,指挥着人体的正常生物活动,这就是人体的生物钟。

1904年,奥地利心理学家斯沃伯达出版了《从心理学和生物学意义上谈人类生命的周期》一书。他认为人体的生理、体能的变化和疾病的产生有23天的周期性,人的心理变化有28天的周期性。一位德国科学家也提出了与之相类似的见解。他从所选择的病例中发现,人类的发病期和死亡期往往与23天的周期节律有关联。之后人们又发现人类的智力活动也同样存在着一个33天的周期,也就是说33天内有一天人们的智力节律达到高潮,大脑思维能力和记忆力都处于最佳状态,随后逐渐下降,33天后又达到一个新的最佳状态。目前,这种生理周期被广泛地应用于体育竞技中,在比赛之前教练员、心理医生有计划地调整运动员的生物钟,使运动员在比赛时达到最佳竞技状态。

那么,是什么使人体产生了生命节律?控制生命节律的生物钟在哪?它是如何运转的?

有人认为,人体的生命节律是外源性的,也就是说某些复杂的外部信息是控制生命节律的动因,人体对广泛的外界信息,如地磁变化、电场变化、光的变化以及月球引力等极为敏感,这些外界环境因素变化的周期性使人体生命节律也具有周期性。也有人认为,生命节律是由人体自身内在因素决定的,因此人即使在恒温、与世隔绝的地下,也会表现出正常的生命节律。还有人认为,生命节律是由人体内的激素调节控制的。近年来,又有人提出一种新的观点———美国科学家发现人的脑垂体下部有一些神经细胞,一旦它们受到损伤,生命节律就会被打乱,因而认为生命节律的正常运转是由大脑内某些专门的神经元控制的,但是到目前为止这一观点并没有得到明确的证实。

如果人体生物钟之谜能够被解开,必将极大地改变人类的生活。

鲜为人知的小人国天地

关于”小人国“这个词,在很多中外名著中都提到过,我国古代典籍《山海经》中曾描写过小人国,说那里的人只有几十厘米高。清代小说《镜花缘》对此进行了发挥。英国作家斯威夫特在小说《格列佛游记》中也写到过小人国。当然,说到”小人“,人们最熟悉的还是《白雪公主与七个小矮人》中那七个可爱的小矮人。那么,世界上究竟有没有身型小于常人的人呢?回答是肯定的。

就目前的发现来看,世界上最矮小的人是俾格米人,他们生活在非洲中部的扎伊尔东北部依多利地区,自称为”森林之子“。这个矮人部落约有5万人口,平均身高14米。他们的肤色呈深棕色,头发是直的。他们至今仍过着原始生活,性喜游牧,以采集蘑菇、坚果、莓子和捕捉野兽为生。尽管他们与外部世界已有很长时间的接触,然而至今仍没有改变自己的生活方式。俾格米人一般住在河边用树叶和树干构筑的圆顶小棚里。他们不分男女,都赤身裸体,只在下身系着软树皮。

俾格米人虽然仍处在原始社会,但婚姻制度非常”现代“,实行一夫一妻制。俾格米女子脸上绘有文身,唇上刺穿一孔,上面插一支芦苇或其他野草,颈上挂一串用兽骨制作的珠链。俾格米人还将牙齿磨齐,使之更加锋利,以利于撕咬兽肉。

据学者们预测,由于俾格米人的死亡率很高,如果他们的生活方式不发生改变,那么他们最终将面临绝种的危险。

在孟加拉湾中的安达曼群岛,也居住着一个古老、奇特、与外界隔绝的矮小的民族。200多年前,达个民族的人口大约有10000人,目前只有500人左右,他们分属于4个部落———安达曼尼斯部落、沃基部落、契拉娃部落和森庭利兹部落。这个民族的人面阔,鼻梁直,皮肤颜色或像煤炭一样黑,或呈带有微红色的茶色,头发黑短而略卷曲。

畅所欲言”人与猿“

传说中的猿类是人类的祖先,人类与猿类拥有相似的基因组,但却又是如此不同,原因在哪里?人类与黑猩猩的基因密码只有4%的不同,这个差别是非常小的,因此有人认为会出现诸多的差异是由于少数的起关键性作用的基因,人类基因组中这种基因是微乎其微的。而上周《自然》上发布的研究结果却指出真正起作用的并不在这里。

概括起来说,研究者认为起作用的不是那些特别的基因,而是基因作用的方式。蛋白质的分子是异常复杂的,即便只是基因规律发生微小的改变也会在生理构造和行为上有巨大的反映。

该研究的负责人、芝加哥大学遗传学副教授约阿夫·吉拉德从4种灵长类动物(人类、猩猩、黑猩猩以及猕猴)身上提取了肝脏基因,并对这4种灵长类动物1056个肝脏的基因表达进行了分析,而这些基因表达中体现了近7000万年的进化。

结果发现这些主要负责基本的细胞运转基因中的60%在表达形式上基本都没改变,最大的不同是在一组负责转录闪子的基因上。这是非常重要的基因,负责控制其他基因的基因表达。

吉拉德说:”最重要的问题是人类为什么会如此不同?就肝脏而言,到底是环境或生活方式中什么因素的改变使得人类在基因表达上有如此快的改变,而其他灵长目则没有?“吉拉德认为答案应该是在火种,”其他动物没有吃煮过的食物,或许在烹煮过程中的某些东西改变了最大营养摄入的生物化学要求以及动植物食物中自然毒素的处理需求。“事实上,认为是基因表达而不是单纯的基因数字使得人类和其他灵长目动物发生如此巨大的差别的理论早在1975年就提出来过,但受限于当时的技术而无法更深入地对该理论进行证实。

人类能像动物一样”冬眠“吗

美国科学家正在寻找这个问题的答案。至少3组研究人员都在争取第一个在人类身上试验”人工诱发冬眠“的技术,全球首次试验有望在近期启动。

目标:让人一睡几个月

美国马萨诸塞州总医院的哈桑·阿拉姆是外科创伤研究专家,也是美军的医学顾问。他日前正在研究如何让遭受重创的病人在被送往医院的途中进入”休眠“状态,为最后的救治争取时间。

根据他提出的观点,救护车上应当配备生理盐水,这样当因车祸受重伤的病人因血液中钠元素过度流失造成血浆浓度下降的时候,可以在现场输入一定浓度的生理盐水暂时提高血浆黏稠度。这会使病人体温从37℃迅速下降到10℃,并使新陈代谢变慢,延缓创伤性休克的发生和伤口的恶化。这几十分钟”休眠“就可能拖住死神的脚步。

阿拉姆医生已经在几头50多千克的猪身上进行了试验。通过这种方法,这些猪的心脏停跳和脑电波活动停止了2个多小时,在注入温热的血浆后,它们又恢复了生命迹象,而且目前看来没有产生明显的长期影响。阿拉姆医生准备今年末,在志愿者身上进行首例人类试验,未来可能在美军士兵身上进行,很多重伤员就是因为没有在第一时间得到抢救才丧命的。

此外,加利福尼亚大学洛杉矶分校和宾夕法尼亚州匹兹堡大学的复生研究中心也加入了这场科研竞赛,不过他们给自己提出了更高的目标。

UCLA医学院的一名研究员表示:”我们从20分钟(休眠)起步,但很快就会想突破局限,也许会持续几天、几周、几个月,我们还不知道。“潜能:哺乳动物都能冬眠冬眠是某些动物抵御寒冷、维持生命的特有本领。在每年4~6个月的冬眠中,它们的心跳、脉搏、新陈代谢都降到最低限度,不吃不喝,也不会饿死。

美国科学家道厄已经在冬眠动物的血液里发现一种名为”冬眠激素“的物质,它能够诱发动物冬眠。在盛夏,如果把冬眠激素注入黄鼠和蝙蝠身上,这些动物就会有规律地长时间沉睡。后来又在不冬眠的猴子身上做试验,发现猴子竟然也出现典型的冬眠状态,脉搏跳动减少50%,体温也降低了。当冬眠激素的作用减弱后,猴子又逐渐恢复正常。

2005年,美国研究人员在一份研究报告中称,吸入有臭鸡蛋味的硫化氢的老鼠会进入一种假死状态———心脏停止跑动,接着失去知觉,慢慢进入冬眠状态,呼吸几乎完全停止,体温由37℃下降到11℃。老鼠处在冬眠状态时间长达6个小时,在呼吸到新鲜空气后又慢慢苏醒过来,恢复了正常的生理机能。

领导此次研究的生化学家马克·罗斯认为,所有哺乳动物可能都具有”冬眠“的潜在能力,甚至人类也具有这种能力。而科学家所要做的就是打开这个潜在的开关,按照需求进行冬眠状态的转换。

复活:日本男子”冬眠“24天

此前,人类”冬眠“的例子屡见不鲜。1999年,曾经有一位挪威滑雪者不幸被埋在雪下1个多小时,在获救后人们发现他的心脏已经停止了跳动,体温也从正常的37℃降到了13℃,但是他最终还是通过治疗活了过来。

2001年,刚刚学会走路的加拿大幼童艾丽卡·诺德比在一个寒冷夜晚竟然自己糊里糊涂地走到室外,当她被母亲找到时,全身已经冻僵了。小艾丽卡被紧急送往医院,经过检查,医生宣布她已经”临床死亡“,因为她的心脏已经停止跳动2个多小时,体温已降至16℃。但医院抱着试一试的想法,为艾丽卡实施解冻。令人不可思议的是,最后艾丽卡真的苏醒过来了!

最令人称奇的例子发生在日本。35岁的日本男子内越光高在登山途中不慎坠落沟谷,在没吃没喝的情况下昏睡了24天,等救援人员找到他时,他的体温只有22℃,但依然还活着。医生认为他当时进入了一种类似”冬眠“的状态,除了脑部活动仍继续外,身体其他器官的新陈代谢都几乎停滞。经过2个月治疗后,他奇迹般地重返工作岗位。

应用:为星际旅行带来曙光

其实,美国航天航空局(NASA)早在20世纪六七十年代就开始研究”人工诱导冬眠“技术,后来因进展缓慢而放弃。在中断20多年后,内越光高的”复活“奇迹再次激发了NASA的热情,并为此项研究划拨了资金。欧洲宇航局也从2004年开始投入大笔资金,研究让宇航员”冬眠“的课题。

如果让宇航员在漫长的太空航行中进入”冬眠“,那么他们对食物的需求将大大减少。这也可以解决诸如心理压力、孤独症等棘手问题,为载人航天器登陆遥远的星球铺平道路。欧航局希望,如果这种”冬眠系统“及时发明出来,那么他们将在2033年发射飞船,派人类登陆火星。

变种:人体冷冻不是冬眠

目前,全球已有多家公司进行人体的冷冻业务。成立于1972年的美国阿尔利生命延续基金会是世界最有影响的人体冷冻巾心,拥有700多名用户,其中约70人已经接受了冷冻。位于底特律市郊的”人体冷冻学会“也保存着68个”冷冻人“。

不过,医学家分析说,冷冻和冬眠不一样,冷冻是完全把机体冻起来,基本是让生命停止在原来的状态,是完全被动的;而冬眠还有基本的代谢,具有一定的主动性。

此外,依据现行法律,”客户“只有在被确认医学死亡后,才能够进入冷冻程序,他们所期待的不仅是治愈疾病的疗法,而且是”起死回生“的神奇技术。到目前为止,还没有一个”冷冻人“起死回生,也没有被解冻过。

不劳而获的”懒鬼“

小偷这个字眼在现实生活中令多少人深恶痛绝!因为这些人不劳动,轻易索取别人的劳动成果。不可思议的是,在动物王国里,也存在这样”不劳而获“的懒鬼!它究竟是谁呢?

在我国的许多地方,每年的春、夏天,都能听到一种鸟的叫声,那就是布谷鸟。布谷鸟对我们大家来说并不陌生,它其实叫大杜鹃,是杜鹃科鸟类中的一种,属夏候鸟,它每年秋冬要飞到印度、中印半岛等地过冬,春天才飞到我国来”生儿育女“。因此它的叫声多为两声一度的”布谷“音,所以老乡把它叫”布谷鸟“。

在我国,还有许多杜鹃,比如中杜鹃、小杜鹃、四声杜鹃(叫声为”快快割麦“或”光棍好苦“)、鹰鹃(叫声为”回贵阳“或”顶水盆“)、噪鹃(叫声为”狗窝“,故老乡也称”狗窝雀“)等。不管是哪种杜鹃鸟,每年的春夏季它们总是从早到晚叫个不停,而且声音很大,听起来很凄厉,所以自古以来有”杜鹃啼血“一说。说它们”啼血“,恐怕只是一纸夸谈。不过它们为什么要一天到晚叫个不停呢?

原来,杜鹃这一类鸟,它们自己不做窝,也不孵卵,不育儿,而且把自己的卵偷偷下在别的鸟窝中,让这些”义亲“鸟来帮它们孵卵、喂雏。这样,杜鹃”无事“可做,便在附近成天叫唤。不过这种叫唤可能是它们呼唤子女的一种行为。因此小杜鹃被养大到能飞的时候就离开了养父母,而跟这些真正的父母一起活动了。有趣的是,有些”义父母“居然毫无觉察地孵着,即使孵出来的不是它们自己的雏鸟,也同样尽心尽力地喂育。

所以杜鹃鸟可算得上是动物王国里的”小偷“了。而且类似这样的”小偷“在动物界里还不仅仅只是杜鹃鸟,在鸟类、鱼类和昆虫中都有这样一些种类,它们自己不筑窝、不育幼,而且把自己的卵偷产在其他种类的窝中。动物学家把这种”小偷“行为叫巢寄生行为,像杜鹃这样的”小偷“称为寄主,而被”偷“的种类也就是”让“寄主产卵的就叫作宿主。对巢寄生行为,人们研究得较多的是鸟类。

在鸟类中约有80多种有巢寄行为,占鸟类总数的1%,可以说”小偷“只是少数。它们大多分布在少数几个科里,如杜鹃科(大杜鹃鸟等)、文鸟科(织布鸟等)、拟鹂科(牛鹂等)、响蜜裂科(响蜜裂等)和鸭科(仅一种,为黑头鸭)。

寄主对宿主的选择有时是生活习性与其大致相似的种类,有时是亲缘关系较近的种类,但有时两者在亲缘关系上相距甚远。大杜鹃是个比较出名的”小偷“,它能把自己的卵偷下在100多种其他鸟类的窝中,可以说是”能偷的就偷“了。

由于是”偷偷摸摸“的行为,所以寄主在长期的适应过程中,往往具有以下一些特点:首先,产卵速度快,往往是趁宿主外出觅食之机”下手“;如果宿主的卵已孵化,寄主还常常会把这些卵吃掉或扔出窝外。其次,多数情况下只在一个宿主窝内产1枚卵,下2枚或多枚的较少。再次,寄主的卵会早些孵出来,其雏鸟有扔掉其他鸟卵、雏的习性而独占义亲饲育,这种情况我们在野外工作中见到不少。最后,寄主卵的形态特征一般与宿主较接近,但也有许多相差很大的,例如,1999年我们在贵州宽阔水自然保护区所发现的杜鹃寄生巢中,有一些很相似,而另一些则在卵大小、颜色上都相差很大。