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第4章 生命(4)

11.你了解第一只克隆羊吗

一个细菌经过20分钟左右就可一分为二;一根葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄;仙人掌切成几块,每块落地就生根;一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎,一年内就能长出数百株草莓苗……凡此种种,都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代,这就是无性繁殖。无性繁殖的英文名称叫“Clone”,译音为“克隆”,实际上,英文的“Clone”起源于希腊文“Klone”,原意是用“嫩枝”或“插条”繁殖。时至今日,“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”,凡来自一个祖先,经过无性繁殖出的一群个体,也叫“克隆”。

这种来自一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”,简称无性系。自然界的许多动物,在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞精子)与母方产生的雌性细胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎,最终形成新的个体,这种依靠父母双方提供性细胞,并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫做有性繁殖,但是,如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块,四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个、八个……生物体,这些生物体就是克隆个体,而这两个、四个、八个个体就叫做无性繁殖系(也叫克隆)。

1997年2月,英国苏格兰的爱丁堡新生了-只小绵羊,这只小绵羊成为所有的新闻媒体关注的焦点,报纸、杂志、周刊、电视、电台,甚至互联网都大力宣传报道这只小绵羊,将它的消息放在头版头条。很快,这只芬兰多塞特小绵羊成了蜚声国际的“大明星”。这头名叫“多利”的小绵羊究竟有什么特别之处呢?尽管它看上去和一只普通的小绵羊没什么两样,但它可不是一只简单的小绵羊。多利是一只凝聚了无数科学家心血的“克隆”羊,这就是为什么新闻媒体竞相报道的原因了。

哺乳类动物以及人类体内存在着两类细胞:一类是生殖细胞,另一类是体细胞。在雌性哺乳动物的卵巢内存在着卵原细胞,这种细胞与体细胞并没有什么区别,它具有双倍的遗传物质,生物学家称其为“双倍体细胞”。卵原细胞经过几次分裂以后,最终变成了只含体细胞一半的染色体的成熟卵细胞,即生殖细胞。仅仅有这种卵细胞是不可能发育成为一个新生命的,它必须与含有同样只有单倍染色体的精子细胞结合,重新成为双倍体的受精卵,才能继续发育下去,从而形成一个新生命。这个新生命巳分别带有母体(卵细胞)和父体(精子)各一半的遗传特性。哺乳类动物的这种繁殖方式被称为“有性繁殖”。

制造多利,与“有性繁殖”既有相似之处,也有明显的不同。

按照发育生物学的观点,成年体细胞是一种“定向”了的,一定程度上分化了的细胞。即这种细胞的性质巳经定型,是哪种类型的细胞或组织就是哪种类型的细胞或组织,正如乳腺细胞只能发育成乳腺组织一样,不可能再像胚胎细胞那样获得“全能性”。

然而,多利的克隆成功却说明。即使是体细胞,在一定条件下仍然可以繁殖出个体。

多利的产生未经过精子细胞与卵细胞结合的受精过程,属于无性繁殖,因此称它为“克隆羊”是名副其实的。

威尔穆特博士是如何进行这项试验并一步步走向成功的呢?下面的几大步骤便是他们迈向成功的步骤:

①科学家们先从第一头6岁的芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出一个乳腺细胞,用作无性繁殖,因此,科学家认定这头母羊就是以后诞生的多利的“母体”(注意,不是“母亲”)。

②虽然一个乳腺细胞内含有组成一头绵羊所需的所有基因,但是在各种基因中,只有乳腺细胞所必需的蛋白质基因具有活性,这就是以往众多科学家认为人类不能从一个普通细胞创造出一个高等生物的原因。

③乳腺细胞在实验室控制的环境下生长着、分裂着、复制着自己。但是,如果这些细胞缺少营养,它们便会进人静止状态,而就在此刻,乳腺细胞内的所有基因有可能被激活。

④科学家再利用药物促使第二头苏格兰母绵羊排卵,将这只未受精的卵细胞从母羊体内取出。

⑤这只卵细胞,被放到实验室内一个极细的试管底部存活。

⑥科学家小心翼翼地用另外一种极细的吸管将卵细胞膜刺破,从中吸出含有染色体的细胞核,这样就制成了一个具有活性但没有遗传物质的卵细胞空壳。

⑦乳腺细胞与卵细胞在电流刺激作用下融为一体,组成一个含有新的遗传物质的卵细胞,然后卵细胞内的分子按照乳腺细胞内的基因开始在试管中分裂、繁殖,逐渐形成羊羔胚胎。

⑧羊羔胚胎的细胞簇开始在试管内生长发育。

⑨当胚胎生长到一定程度,科学家将其植人第三头母绵羊的子宫内,使它怀孕,这第三头母绵羊在整个试验中扮演的是“代理母亲”的角色。

⑩由此诞生的羊羔便是由第一只芬兰多塞特母绵羊无性繁殖成功的多利。

我们巳经知道,在多利的诞生过程中,有三只母绵羊做出了贡献。那么,这三只母绵羊是不是都是多利的“母亲”呢?答案是否定的,它们都不是多利的母亲。

从分子生物学的角度讲,作为母亲,它充分而必要的条件是提供给后代一只完整的卵细胞,后代就是在这只卵细胞基础上,再与作为父亲所提供的精子细胞相结合,变成一只受精卵,然后经过细胞分裂才逐渐发育成长起来的。没有一个母绵羊给多利提供过一个完整的卵细胞。第一只芬兰多塞特母绵羊提供的是一个体细胞一乳腺细胞,很明显它不是一个卵细胞,当然不能算作多利的“母亲”,而只能算作多利的“母体”,因为多利身上的遗传基因与它是完全相同的。

第二只苏格兰黑色母绵羊虽然提供了一个卵细胞,但是这只卵细胞却被科学家用极细的试管吸出了含有染色体的细胞核,因此,它只能算是一个卵细胞的空壳,这第二只母绵羊自然也不能算作多利的“母亲”。

第三只母绵羊便只是提供了一个孕育胚胎的场所一子宫,它将多利在自己的体内怀了148天时间,如果要算“母亲”的话,它充其量只能算作“代理母亲”。

多利的生育成功,对克隆技术的商业化具有非常重要的意义。因为当利用复杂的核移植技术培育出少量转基因动物以后,不必再利用克隆方法,完全可以通过像多利那样由正常怀孕、分娩来获得更多性状改良的下一代。

多利于1998年4月13日当地时间凌晨,自然分娩顺利产下了一只母羊羔,这只取名“邦尼”的小母羊体重2.7千克,邦尼的父亲是一只普通的威尔士公山羊。

12.克隆人的主要伦理问题是什么

克隆技术在给人类带来福祉的同时,也可能因被滥用而带来祸害。尤其是是否应该克隆人的问题引发了人们广泛的争议。克隆人技术对单身族、同性恋和不育症治疗失败又渴望要孩子的人们来说,是个好消息,但人的人工繁殖一旦不再受限,自然出生的人的利益会不会受到损害?科学是一把双刃剑,在带给人们好处的同时,也会给人类造成困扰。

有人认为,克隆人可“定做自己”,是有性生殖的一种补充;克隆人可作为器官移植供体来源;克隆人是可促进科学技术的进步。

但持反对意见的人认为克隆人的出现将引发人类道德伦理危机。所有支持克隆人的动机和目的,都存在把克隆人“物化”和“工具化”的问题。

人作为克隆人创造者,往往忽视克隆人也有独特的心理、行为习惯、社会特征和特定人格,视克隆人为不完整的、丧失自我的人,将他们看成实验台上的小白鼠,试图用克隆技术制造无头人作为器官移植的供体,或制造人的工具等。但克隆的人也会有自己的思想,有作为人类的一切感情,应赋予其人的权利和尊严。克隆人为争取与人同样的权利而斗争的故事在科幻小说中屡见不鲜。

目前,全世界大多数国家都反对克隆人的行为。中国政府就坚决反对进行克隆人的试验,对克隆人问题态度是“不赞成、不支持、不允许、不接受”。

人类在漫长的演化过程中,能够适应复杂多变的环境,是自然选择和两性生殖长期进化的结果,也是人类靠智慧发展社会文化的结果。克隆人将有性生殖倒退到无性生殖,这种逆自;然发展规律的行为如不加控制,很可能给人类带来灾难。

根据孟德尔遗传规律的分离律和自由组合律,控制生物遗传性状的一对遗传因子一半来自父本(精子),另一半来自母本(卵子),受精卵拥有来源于父母双方的遗传物质,因基因自由组合而具有独特的基因型,生命力极强。而克隆人是人工无性繁殖,遗传物质主要来自单一个体,既背离了遗传因子分离定律,也谈不上基因自由组合产生的多样性,因此不存在任何进化意义。

克隆人将彻底搅乱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,而且克隆人在各方面更接近被克隆者的兄弟姊妹而不是子女,代代相传的人类继承体系将不复存在,家庭伦理关系也将含混不清。

克隆人的诞生只需要有女性存在,能提供体细胞、成熟卵细胞和子宫,人类的繁衍即可进行。而男性不再是繁衍的必不可少的重要因素,这就瓦解了性爱与生育不可分割的紧密联系,一夫一妻的婚姻家庭社会规范也难以维持。

体细胞核移植涉及亚细胞水平的操作,这种技术并不完善,损失核内遗传物质的情况很可能发生,技术上的安全性值得怀疑。多利的诞生是英国科学家经历了227次失败后才获得成功的一例。人类目前对克隆技术的研究还远不够成熟,将其应用于人类是有很大风险的行为。

13.孟德尔定律是怎么发现的

孟德尔的豌豆实验是从1855年开始的。从孟德尔的原始论文来看,他的实验目的很明确,就是通过植物杂交来探索生物的遗传规律。他用了34个豌豆品种,花了两年时间检验它们的纯种性,从中挑选出22个品种。经过仔细观察,在这22个品种中,他又选出7对具有明显差异性状的品种。然后,孟德尔针对这7对相对性状,一对一对地进行杂交和后代分析工作,这7对相对性状分别是:种子形状、种子颜色、种皮颜色、豆荚形状、豆荚颜色、花的位置、茎的高度。

孟德尔发现,每对杂交的子一代都表现显性性状,但子一代自花授粉产生的子二代就发生显性性状与隐性性状的分离,而且显性类型数目与隐性类型数目都接近3:1。

由此,孟德尔提出颗粒性遗传因子的概念,并推论遗传因子在生物的体细胞中成对存在,体细胞形成生殖细胞时,成对的遗传因子发生分离,分别进人不同的生殖细胞中。这就是我们今天所说的遗传分离规律或孟德尔第一定律。杂交子一代产生的生殖细胞随机两两结合的结果,便导致子二代性状呈3:1的分离。

孟德尔从3:1这样简单的整数比得到遗传因子具有颗粒性的概念。这种从整数比到颗粒性的逻辑推理,很可能受到过英国化学家道尔顿(J.Dalton,1766~1844年)的思想影响。1807年,道尔顿发现化学中的倍比定律,即两种元素化合成多种化合物时,与定量甲元素化合的乙元素,其质量成简单的整数比,由此道尔顿推论元素由微观颗粒——原子组成的思想,并认为分子由原子组成,得出著名的“原子一分子论”。

在孟德尔之后,1900年,德国物理学家普朗克(M.Planck,1858~1947年)提出,只有当振子能量为某一常量的整数倍时,黑体辐射理论中的种种困难才能消除,从而推论微观形式的能量以颗粒性方式(量子)存在,创立量子论。这也是一个由整数比到颗粒性的逻辑推理的著名例子。

在揭示了一对相对性状的遗传规律(分离规律)之后,孟德尔就进一步研究两对相对性状的遗传。孟德尔发现,具有两对不同相对性状的亲本豌豆杂交所得的子一代,两对相对性状都只表现显性性状,但在子一代自交所得的子二代中,出现了四种不同类型,其中两种是两个亲本分别具有的性状组合,另外,还出现了不同于亲本的两种重新组合。孟德尔由此推论,在体细胞形成生殖细胞时,不同对的遗传因子可以自由组合。这就是我们今天所说的遗传的自由组合规律或孟德尔第二定律。

14.摩尔根对遗传学有什么贡献

摩尔根是第一位以遗传学成就而荣获诺贝尔生理学医学奖的科学家,是染色体遗传学的创始人,在孟德尔遗传学向分子遗传学发展的过程中,起着承上启下、继往开来的作用。

从孟德尔到摩尔根,正是基因概念、性状概念从模糊到明确,从易变到基本确定的历史时期。摩尔根是一位善于思考和实验研究的科学家。

在1910年里,摩尔根经历了从反对孟德尔学说到相信、支持、证实并发展孟德尔学说的重大转变。就是在这一年,摩尔根甚至写了一篇孟德尔因子不可能由染色体携带的论文投寄给《美国博物学家》杂志。可是,在这篇论文发表之前,事情却发生了戏剧性变化:摩尔根自己竟然通过实验证明,果蝇的白眼基因居然是由性染色体携带的!关于该实验的报道,很快就由美国《科学》杂志发表,而发表的时间竟然先于前一篇论文。前后两篇论文的观点截然相反,给摩尔根的学术生涯平添了一层戏剧性的色彩。

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