生命科学与人类文明
生命科学与人类文明
——2009-2010秋学期生命科学导论论文 理工0902 许陶
一.前言
在写这篇读书报告之前，我想先写一下这篇读书报告的灵感。这个话题或许偏离了单纯生命科学的研究范围，但是这是我以前一直有思考过的问题，加上生命科学导论课程中学到的知识及启发，决定就此话题展开更多的讨论。 《多啦A梦》 一天早晨，大雄醒了过来，发现自己坐在一个奇怪的椅子上，眼前就是哆啦A梦。哆啦A梦热情的向它打招呼，可是表情呆滞。大雄试图从椅子上站起来可是却摔倒了。哆啦A梦说，由于你长时间坐在椅子上且生命都是靠营养液继续，所以你的肌肉过于萎缩，不方便行走。大雄不明白哆啦A梦说的是什么意思。于是哆啦A梦向他解释道，在22世纪，人类的科技大幅度的发展，但是新的能源和食物问题却没有得到解决，地球的人口爆炸式增长。于是，当时的人类政府处于人类总体利益的考虑，决定对新诞生的婴儿统一进行大脑测试，被证实智力处于一定水平线之下的新生儿将会被连接上一种维持生命的装置，这种装置会给他们输送低成本的营养液维持生命，并且会让他们进入一种虚拟状态。在这种虚拟状态下，这个装置将会模拟出新奇，有趣的场景，让人感受到现实世界里体会不到的快乐。于是，一切都明了了。那些哆啦A梦口袋里的道具——竹蜻蜓，随意门，缩小手枪，桃太郎饭团，时光包袱巾…… 那些童年的好友——宜静，技安，小夫，出木杉…… 那些一起经历过的不可意思的事情——海底鬼岩城，一千零一夜，梦幻三剑士，魔界大冒险…… 这一切一切都是装置模拟出来的，为的只是对那些智力相对较低的儿童的一种补偿，让他们能在虚幻里快乐，体会童年的美好。而童年结束的时候，一切也都结束了。 营养装置只是一种人道考虑，当那些儿童满14岁的时候，残酷的现实就要开始了。 由于地球的资源过于紧张，所以那些在虚拟世界里的靠营养液维持生命的儿童要被强制“离开”，即被杀死……
我的论题就是关于微观层面的细胞生物学，分子生物学研究发展以及宏观生态问题与人类文明的探讨。
二.阅读内容
对于这个论题，我寻找了关于“端粒”这个话题的研究论文，关于人类大脑记忆方面的研究论文，以及一些生态学方面的学术报告。
端粒
2009年诺贝尔生理医学奖颁给了三位科学家以表彰他们在端粒酶研究上的成果，体现了对端粒研究的重视。首先，我就我阅读的资料阐述一下我对端粒的理解。端粒是存在于染色体末端的特殊DNA结构，他起到保护染色体的作用。在复制时，染色体末端不会发生融合，导致染色体末端无法进行复制过程，导致损失一部分DNA片段。而只有含有末端的染色体片段才能进行复制过程，每经过一次复制，染色体的长度就会缩短，即端粒减短，过短的端粒会导致染色体不稳定。所以端粒被称为“人类细胞的生物钟”。端粒在细胞的复制过程中起到了十分重要的作用，稳定的端粒长度对细胞的存活有十分重要的作用。以我对端粒
的理解，我想将其比喻成鞋带头，其将编制的鞋带固定。若没有鞋带头的保护作用，鞋带便是一团杂乱的线头，犹如染色体没有端粒而丧失稳定性。端粒酶有修复端粒的作用，其本质为核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，延长缩短的端粒。端粒酶的存在，算是把DNA克隆机制的缺陷填补起来，通过把端粒修复延长，让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加。
通过读书后的思考，我觉得端粒及端粒酶是十分有研究意义的。首先，关于他们的研究更好地解释了染色体复制时的一些无法解释的现象，促进了细胞生物学的发展。并且，端粒及端粒酶的研究在延缓衰老方面引起了人们很大的兴趣。因为端粒酶可以增加染色体的存活期限，有种延缓衰老的方法就是人为地补充端粒酶。若能将端粒酶提取并扩增，放进细胞内即可延缓衰老。或者可以研究产生某种物质，激活细胞内端粒酶的合成也可达到同样目的。同理，考虑癌细胞可以无限增殖，其端粒结构必然得到端粒酶的保护，那么通过抑制端粒酶的合成或许可以起到治疗癌症的效果。接下来科学家可以试图得到端粒酶的序列，并将其扩增。今后将端粒酶在各种生化方向应用或许会成为一项新的产业。
然而，我持有的观点是人们对端粒酶的发现有着过度的狂热态度。自从端粒酶被发现之后，人们迅速地将其与癌症，抗衰老联系在了一起，然而这之间并非必然的联系。
援引生物谷评论文章《端粒和端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖》中引言“到底是"谁"得诺奖了？”中的话，“诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了"how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase"（染色体是如何被端粒和端粒酶保护的），这样描述是非常专业的。当然更多的公众媒体为了吸引眼球，会用"Aging Research Wins Nobel Prize"（衰老研究摘取诺贝尔奖）的标题，这颇有误导之嫌。"揭开衰老与癌症的奥秘"，这样的标题更是耸人听闻，偏离这个诺贝尔奖的用意了。不可否认端粒和端粒酶的发现能获得诺贝尔奖，是因为它跟衰老和癌症的潜在关系获得了更多公众的关注。但是迄今为止它只是衰老和癌症的correlator（相关者），勉强算得上indicator（指示者），还远不是causer（引起者）。当年发现衰老的细胞端粒变短之后，人们兴奋地以为找到了衰老的"时钟"，揭开了衰老的奥秘。但是事实上端粒在生理条件下并不是细胞衰老的"瓶颈"，细胞或机体的衰老是其它原因导致的老化。小鼠的端粒是比较长的，如果把小鼠的端粒酶RNA亚基敲除，它能活得很自在，并不会早衰，生殖力也正常。那也就是说在当代的小鼠中，端粒缩短并不是小鼠衰老的原因。这样的小鼠可以一直传6代。当然越到后来，端粒越短，染色体也开始融合。癌细胞的增殖需要端粒的不断复制，但是我们知道端粒酶激活只是癌细胞发生中比较重要的一环，但远不是唯一的一环。端粒酶固然是治疗癌症的一个潜在靶标，但是癌细胞也能通过recombination（遗传重组）延长端粒，逃脱对端粒酶的依赖。所以，不能说是"衰老或癌症"的研究得诺奖了，它跟cell cycle（细胞周期）的研究得诺奖一样，更多的是对细胞基本功能的重要研究的肯定。”我们可以看到，评论者一直在强调人们不应将端粒及端粒酶如何保护染色体一味地与衰老或癌症联系在一起。下面我们再来看印大中教授在接受生物谷采访时候表达的观点，“坦率地讲，我认为端粒及端粒酶对人体衰老过程的贡献不到5%，甚至更小！恭请大家注意一个重要的事实：衰老是人体整体机能的退化和下降，而所谓端粒缩短只限制了细胞分裂次数，与绝大部分机体功能的退化和下降基本无关！将端粒和人体衰老简单地相提并论是典型的盲人摸象，这是单线思维的产物。“衰老和癌症”远不是“端粒和端粒酶”所能决定的。它远比小小的“端粒和端粒酶的改变”要复杂得多！端粒及端粒酶与“衰老”有联系，但目前的研究仅限于与少数几种细胞的分裂极限——这种所谓的细胞衰老有联系，与具有复杂生物系统的
高等动物，尤其是如整个人体的衰老的关系并没有严格的实验证明。相反，大量关于衰老机理的研究现已从生化以至生物物理的深度刨根问底地揭示了衰老的本质。衰老已经不再是个谜，能量代谢使然！不是端粒统管的事。许多研究表明，端粒缩短的一个重要原因是因能量代谢生化副反应损伤（如氧应激损伤）所造成！面对当前关于端粒与衰老的关系的混乱解读，为了维护科学的严谨性，作为国内衰老研究的专业工作者，我觉得有责任从学术的角度来把端粒与人体衰老的关系讲清楚。按照“端粒衰老理论”的简单逻辑，端粒变短过程中并没有发生衰老性灾变，只是在最后一霎那，端粒控制的细胞复制嘎然而止，细胞便把生命的大门关上了。也就是说该理论认为， “当端粒变短到了一个极限值，细胞便不再能分裂增殖，从而死亡。” 应该指出的是，人体内“不再能分裂增殖的细胞”无所不在，到处都是，从神经元到心肌，从肌肉细胞到脂肪细胞等等，而这些如汪洋大海般的细胞群，鲜活精神，沿用终生，一点没有很快死去的威胁！他们从一个人的幼年到人体老死去一直坚守岗位，任劳任怨，伴随我们一辈子（其中极少量细胞因应激而逐渐死亡），它们没有分裂的能力，也从来就没有“不分裂就等于死亡”的愚蠢观念！”，也能明显地看出他对于端粒缩短与衰老之间建立必然联系的观点是十分否定的。
从我个人生科导学习得到的知识，我觉得生命体是一个整体，他的生命表现不是通过简单的细胞分裂等单个条件推知的。相反，作为一个各种结构层次的复合体，是其各个部分的活动共同形成了其整体性状。简单地认为将细胞分裂次数增加便可延缓衰老的观点是不严谨的。我们可以将其作为一种延缓衰老，治疗疾病的手段，但是不能盲目地认为人们已经可以解决衰老问题。
记忆 说起记忆，从人们的观念看，记忆的产生是通过事件的发生随之带来的影响，而记忆的失去也是通过时间消去。然而，从生命科学的观点讲，记忆是与记忆蛋白以及细胞间产生的联系导致的。既然可以从物质的角度分析记忆这种抽象的事物，我阅读了《cell》和《science》上的两篇文章。
《cell》文章《Writing Memories with Light-Addressable Reinforcement Circuitry》中提到，英国皇家科学院的科学家进行了两组实验。他们首先在果蝇处于其喜欢的气味时电击他们使其产生对此气味的厌恶。接着他们又将一种特殊的ATP注射于果蝇的大脑中，当果蝇处于相同气体时科学家以激光激发ATP，导致产生果蝇对气味的厌恶。这次实验的成功证明了重塑记忆的可能。
记忆来源于物质间的相互作用，如果知道了物质作用的原理及基础，人类就可以通过人为地制造物质相互作用来替代事件发生的过程。吴敏老师也曾经在课程中提到过将走过迷宫的老鼠的大脑匀浆提取物注射入普通老鼠的大脑，使普通老鼠记得走迷宫的实例。人们已经通过研究发现了几种记忆蛋白，如Arc蛋白与长期记忆有关等。而人们又可以通过核磁共振技术分析在不同情况下人的大脑信号的不同，利用其数据就分析出大脑不同区域的作用。结合这两项技术，如若再加上将来人类通过技术破译了记忆蛋白的氨基酸排列次序的奥秘，那么记忆就可以依据人类的需求被创造了。
早在2007年，美国与以色列研究人员就合作抹除了老鼠的长期记忆并保持其大脑不受损坏。这篇发表在《SCIENCE》上的文章中提到，他们将一种酶抑制剂注射入老鼠大脑从而封锁一种特定的蛋白，这种蛋白控制记忆相关的信息流。之后老鼠就不记得先前的一些信息。可见长期记忆也是建立在物质基础上的，如果其物质基础被破坏，那么记忆也不复存在。反过来如若加强这种蛋白的作用，或许就可以起到加强记忆的效果。
综上，通过阅读上述两篇文章，在加上对其他相关《CELL》，《NATURE》上文章的阅读，我对记忆及其物质基础的研究有了些许担忧。并非是其发展会遇到阻碍，相反这方面的研究正在飞速发展。我担忧的是人类如此充分地认识了记忆的本质，是否会导致伦理学上的危机。当人类具备增加修改删除记忆的能力的时候，记忆其本身就失去了意义。到时候，记忆是否会成为被人类利用的工具，还是成为人类眼中仅仅是蛋白质突触等物质作用而已的东西？在生物学发展迅速的同时人类其伦理道德似乎还没有足够的准备接受这些新发现以及其大胆的应用。
生态
援引百度百科对生态学的解释中的三条生态学规律：
生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数的效应，其中许多是不可预料的。这一定律是G．哈定(G．Hardin)提出的，可称为多效应原理。
生态学第二定律：每一事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律又称相互联系原理。
生态学第三定律：我们所生产的任何物质均不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律可称为勿干扰原理。
首先第一定律指明了生态系统中的任何行为都会造成多方面的影响。这些影响可能难以被观察到，可能如蝴蝶效应一样不可思议，或许我们无法通过有限的计算预知其造成的结果。就好像当初人们排放污染气体时候不可能想到如今会有臭氧空洞这种现象。往往，与不可预料一起到来的会是不可逆的改变。第二定律指出了生态系统间相互作用的存在。当这条定律与当今人类治理环境的行为联系起来，我们会发现人类可能在制造更多的麻烦。当人类为了调节水资源而改变河流或者为了节省能源而试图开发海洋资源时候，人类或许再次破坏了其流域以及海洋生态系统的平衡。根据定律的思想，人类在弥补某一方面犯下的过失的时候其实正在另一方面造成影响。生态平衡是一种动态平衡，在治理的时候应该强调谨慎考虑生态系统间的关系，尽量减少对于周边生态组分的破坏。第三定律，指出了人类活动时释放的物质不能干扰地化循环，显然，这是不可能的。由这三条定律，我们可以看到人类活动无时无刻不在对生态圈产生着负面影响。
生态系统有自我调节能力，可以通过系统组分之间的相互关系完成保持自我稳定。然而，生态系统的自我调节能力是由极限，如果超过这个极限，其破坏将是不可逆的。并且，即使一次破坏并未超过其极限，其产生的影响也会是持久的。这种持续的损害产生的后果其严重性不亚于一次性超过自我调节极限。当今人类能够注意不造成一次性巨大的生态破坏，但是破坏其本身是无法被避免的。这种持续的破坏累计数十年乃至数百年，依然有能力造成一个生态系统的崩塌。人类过度放大了生态系统的自我调节作用，以为可以靠其本身恢复。然而恢复是需要时间的，更何况在恢复期间生态系统仍然处于被破坏的状态。
三．总结
与生命科学的高速发展形成鲜明对比，人类的伦理道德底线正不断受到冲击。人类对待生命的态度，由一开始对其神秘的膜拜，到对其原理的探索，时至今日，正转变为试图征服他。人类妄图把自己转变为造物主，赋予自己创造生命，创造记忆等等
的能力，正是对自身文明的践踏。当生命可以被创造，被复制，生命便失去了价值。当生命失去了价值，人类文明也没有了其意义，人类彻底认识了自己的时候便是人类价值丧失的时候。同样，当记忆可以创造或抹去，人类又何须生活？若将自己的大脑修改便可拥有美好的经历，人类自然可以活在虚拟的世界中，通过简单的大脑中物质作用使自己得到满足。生态被破坏，人类便会丧失了栖身的场所。这些情况加在一起，便是我于文章开头提及的那种情况。而事实就是，人类似乎正一步步沿着这种方向走去。科学界似乎弥漫着焦躁的气氛，种种所谓延缓衰老，延长寿命的发现出现的同时，却没有人意识到这些研究正使人类文明遭受破坏。这些研究诚然可能增加人类寿命却带来了人类对生命价值的麻木，对生活的麻木。最后我想以Dylan Evans和Howard Selina在《EVOLUTION》中的一句话表明我的观点，Science aims to discover facts,but leaves us free to choose our own values。
四．参考文献
1.《周金秋研究员：端粒——稳定线性染色体的末端结构》
2.《端粒和端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖》
3.《印大中教授：衰老机理研究的“老黄牛”》
4.《Writing Memories with Light-Addressable Reinforcement Circuitry》
Cell, Volume 139, Issue 2, 405-415, 16 October 2009
Adam Claridge-Chang, Robert D. Roorda, Eleftheria Vrontou, Lucas Sjulson, Haiyan Li, Jay Hirsh, Gero Miesenböck
5.《生态学》 常杰,葛滢
6. 杂志 《SCIENCE》《CELL》《NATURE》
7. 网络资源
生物谷： www.bioon.com
生物通： www.ebiotrade.com
百度百科： www.baike.baidu.com
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