通过生物工程 改变人体构造 可以把人改造成跑得比飞机还快吗? 人类基因工程破解人类这台生物电脑,人类不死不老绝对不是问题

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抛开生物体能量密度来说的话,肌肉强度越高,体重越小,获得的加速度就会越大。

但有如下一些条件限制了生物体的速度上限:

1、肌肉密度

肌纤维密度不可能无限增加,每个肌纤维(肌肉细胞)必须具有一定的体积才能提供足够的力量。

2、循环系统输送能量物质和氧的能力以及排出废物的能力

肌纤维是靠能量物质(比如ATP)和氧结合发生化学反应来提供力量的,循环系统提供这些物质的能力有上限,排出废物(比如尿酸尿素)的能力也有上限。

3、骨骼和肌腱的强度

所有运动肌都是通过肌腱连接在骨头上,通过肌腱拉动骨骼进行运动。但骨骼和肌腱都存在强度上限,超强度运动会造成肌腱撕裂或骨折,运动员常常满身伤痛,不科学的运动方式也会造成运动损伤。

4、空气阻力

空气阻力与迎风面积成正比,与速度的平方成正比,与空气的密度成正比。肌肉强健体格壮硕的人,迎风面积肯定也大;速度达到一定数值后,再往上增加需要付出的能量显著增加;空气密度降低的话吸入的氧气也会减少导致肌肉不能提供足够的动能。这些都限制了奔跑速度的提升。

综上所述,改变人体构造可以提升奔跑速度,但上限是否能超过飞机真的很难说。

稍作计算:

世界级百米运动员成绩在10秒以内,取大约10米/秒;客机飞行速度大约800-1000千米/小时,即250米/秒左右。

如果人类要从现今10米/秒的速度提升到250米/秒的速度。抛开其他所有方面,只谈风阻,阻力将是:(250÷10)²=625倍。

也就是说,你需要在尤塞恩·博尔特(百米之王、闪电博尔特)的体格基础上,将他的肌肉密度增加625倍,呼吸系统吸气和呼气能力提升625倍,循环系统输送能力加强625倍,骨骼和肌腱强度加强625倍,然后才可能要求他跑赢飞机。



通过生物工程 改变人体构造 可以把人改造成跑得比飞机还快吗?

目前 看不到希望 (注意看不到希望并不是不可能)

每种生物进化至今,都经历了无数次,不会轻易产生突变。现阶段对某个或某几个基因的改造还存在很大的探索空间,另外人体是一个非常复杂的系统,不说改造就改造的,还有很长很长的路要走。



生物的肌肉没有那么高的强度,现在来看基本不可能,但是随着技术的进步,有可能发展出相关的技术。

这个目前的科技还是不可以的,不知道以后会不会出现这样的情况

谁知道科幻世界里有一个关于人体的基因改造。让非洲人吃草添包肚子的小说叫什么名字啊

《天使时代》,作者刘慈欣。
以下是转载文学视界(http://www.white-collar.net)

天使时代

作者:刘慈欣


对桑比亚国的攻击即将开始。

执行“第一伦理”行动的三个航空母舰战斗群到达非洲沿海已十多天了,这支舰队以林肯号航母战斗群为核心展开在海面上,如同大西洋上一盘威严的棋局。

此时天已经暗了下来,舰队的探照灯集中照亮了林肯号的飞行甲板,那里整齐地站列着上千名陆战队员和海军航空兵飞行员。站在队列最前面的是“第一伦理”行动的最高指挥官菲利克斯将军和林肯号的舰长布莱尔将军,前者身材欣长,一派学者风度,后者粗壮强悍,是一名典型的老水兵。在蒸汽弹射器的起点,面对队列站着一位身着黑色教袍的的随军牧师,他手捧《圣经》,诵起了为这次远征而作的祷词:“全能的主,我们来自文明的世界,一路上,我们看到了您是如何主宰大地、天空和海洋,以及这世界上的万物生灵,组成我们的每一个细胞都渗透着您的威严。现在,有魔鬼在这遥远的大陆上出现,企图取代您神圣的至高无上的权威,用它那肮脏的手拨动生命之弦。请赐予我们正义的利剑,扫除恶魔,以维护您的尊严与荣耀,阿门——”

他的声音在带有非洲大陆土腥味的海风中回荡,令所有的人沉浸在一种比脚下的大海更为深广的庄严与神圣感之中,在上空纷纷飞过的巡航导弹火流星般的光芒中,他们都躬下身来,用发自灵魂的虔诚和道:“阿门——”

上篇

主席站起身,试图使美国代表平静下来,然后转向依塔,眼里含着悲愤的泪水说:“博士,您和您的国家可以违反联合国生物安全条约的最高禁令,对人类基因进行重新编程,但你们不该如此猖狂,竟到这个神圣的地方来向全人类的脸上泼粪!你们违反了第一伦理,你们抽掉了人类文明的基石!”

自人类基因组测序完成以后,人们就知道飞速发展的分子生物学带来的危机迟早会出现,联合国生物安全理事会就是为了预防这种危机而成立的。生物安理会是与已有的安理会具有同等权威的机构,它审查全世界生物学的所有重大研究课题,以确定这项研究是否合法,并进而投票决定是否终止它。

今天将召开生物安理会第119
次例会,接受桑比亚国的申请,审查该国提交的一项基因工程的成果。按照惯例,申请国在申请时并不提及成果的内容,只在会议开始后才公布。这就带来一个问题:许多由小国提交的成果在会议一开始就发现根本达不到审查的等级。但各成员国的代表们都不敢轻视这个非洲最贫穷的国度提交的东西,因为这项研究是由诺贝尔奖获得者,基因软件工程学的创始人依塔博士做出的。

依塔博士走了进来,这位年过五十的黑人穿着桑比亚的民族服饰,那实际上就是一大块厚实的披布,他骨瘦如柴的身躯似乎连这块布的重量都经不起,像一根老树枝似的被压弯了。他更深地躬着腰,缓缓向圆桌的各个方向鞠躬,他的眼睛始终看着地面,动作慢地令人难以忍受,使这个过程持续了很长时间。印度代表低声地问旁边的美国代表:“您觉得他像谁?”美国代表说:“一个老佣人。”印度代表摇摇头,美国代表看了看他,又看了看依塔,“你是说……像甘地?哦,是的,真像。”

本届生物安理会轮值国主席站起来宣布会议开始,他请依塔在身旁就座后说:“依塔博士是我们大家都熟悉的人,虽然近年来深居简出,但科学界仍然没有忘记他。不过按惯例,我们还是对他进行一个简单的介绍。博士是桑比亚人,在三十二年前于麻省理工学院获计算机科学博士学位,而后回到祖国从事软件研究,但在十年后,突然转向分子生物学领域,并取得了众所周知的成就。”他转向依塔问,“博士,我有个问题,纯粹是出于好奇:您离开软件科学转向分子生物学,除了预见到软件工程学与基因工程的奇妙结合外,是不是还有另一层原因:对计算机技术能够给您的祖国带来的利益感到失望?”

“计算机是穷人的假上帝。”依塔缓缓地说,这是他进来后第一次开口。

“可以理解,虽然当时桑比亚政府在首都这样的大城市极力推行信息化,但这个国家的大部分地区还没有用上电。”

当分子生物学对生物大分子的操纵和解析技术达到一定高度时,这门学科就面对着它的终极目标:通过对基因的重新组合改变生物的性状,直到创造新生物。这时,这门科学将发生深刻变化,将由操纵巨量的分子变为操纵巨量的信息,这对于与数学仍有一定距离的传统分子生物学来说是极其困难的。直接操纵四种碱基来对基因进行编码,使其产生预期的生物体,就如同用0
和1
直接编程产生WINDOWSXP一样不可想象。依塔最早敏锐地意识到这一点,他深刻地揭示出了基因工程和软件工程共同的本质,把基础已经相当雄厚的软件工程学应用到分子生物学中。他首先发明了用于基因编程的宏汇编语言,接着创造了面向过程的基因高级编程语言,被称为“生命BASIC
”;当面向对象的基因高级语言“伊甸园++”出现时,人类真的拥有了一双上帝之手。

这时,人们惊奇地发现,创造生命实际上就是编程序,上帝原来是个程序员。与此同时,程序员也成了上帝,这些原来混迹于硅谷或什么什么技术园区的的人纷纷混进生命科学行业来,他们都是些头发蓬乱衣冠不整的毛头小子,过着睡两天醒三天的日子,其中有许多人连有机物和无机物都分不清,但都是性能良好的编程机器。有一天,项目经理把一个光盘递给一位临时召来的这样的上帝,告诉他光盘中存有两个未编译的基因程序模块,让他给这两个模块编一个接口程序。谈好价钱后上帝拿着光盘回到他那间闷热的小阁楼中,在电脑前开始他那为期一周的创世工作,他干起活来与上帝没有任何共同之处,倒很像一个奴隶。一周后,他摇晃着从电脑前站起来,从驱动器中取出另一块拷好的光盘,趟着淹没小腿的烟蒂和速溶咖啡袋走出去,到那家生命科学公司把那个光盘交给项目经理。项目经理把光盘放入基因编译器中,在一个球形透明容器的中央,肉眼看不见的分子探针精巧地拨弄着几个植物细胞的染色体。然后,这些细胞被放入一个试管的营养液中培养,直至其长成一束小小的植株,后来这个植株被放入无土栽培车间,长成树苗后再被种进一个热带种植园,最后长成了一棵香蕉树。当第一串沉重的果实从树上砍下后,你掰下一个香蕉剥开来,发现里面是一个硕大的橘瓣……

当然,以上只是一个生动的比喻,实际的基因软件开发都是庞大的工程,绝非个人的力量所能及。例如仅编制一个视网膜感光细胞的基因软件,其代码量与一个最新的视窗操作系统相当。所以完全凭借基因编程创造新的生命还只能是病毒级别,科学家们倾向于从生物的自然基因中分离出各种功能模块和函数,通过引用和组合这些模块和函数来得到具有新的特征的生物,对此,面向对象的基因编程语言“伊甸园++”是一个强有力的工具。

“依塔博士,在宣布会议议程正式开始之前,我想提醒您:您看上去很虚弱。”会议主席关切地对依塔说。

一位桑比亚官员起身说:“各位,依塔博士每天吃得很少,你们一定知道,桑比亚国内目前正面临着严重的旱灾,博士自愿同他的人民一同挨饿。”

法国代表说:“上个月,作为发展计划署考察团的一员,我到过桑比亚和相临的其它两个受灾国家,那里的旱情确实可怕,如果大量的救济不能及时到位,下半年会饿死很多人的。”

“不过,依塔博士,”美国代表说,“作为一位从事基础研究的科学家,过分的责任心会影响您的研究,结果反而不能够尽到自己的责任。”

依塔点点头,并半起身冲他微微鞠躬:“您说得很对,唉,小时侯留下来的毛病,很难改了……哦,各位想不想听听我小时侯的事情?”

这显然离题了,但出于尊敬,大家都没有出声。依塔用低缓的声音讲述起来,仿佛在回忆中自语。

“那也是一个大旱之年,大地像一个满是裂缝的火炉子,地上被渴死的蛇又被烈日烤干,脚一踏就碎成了末……当时桑比亚正在连年的内战中,就是那场由东方政治集团操纵的推翻布萨诺政权的战争。我们的村子被遗弃了,什么吃的都没有了,雅拉就去吃干草和树叶,哦,雅拉是我的小妹妹,刚懂事,大大的眼睛……她去吃干草和树叶……”依塔的声音平缓而单调,像是早期的语音软件在读一个文本文件,“她吃得浑身浮肿,肠道也堵塞了……那天晚上,她嘴里含了什么东西,碰着牙喀啦啦响,我问她含着什么?她说在吃糖……她以前只吃过一块糖,是一年前一个来村里招募游击队员的苏联顾问给的。我看到一道血从她嘴里流出来,就掰开她的嘴看,雅拉含的不是糖块,是一个箭头,一个涂着响尾蛇的毒液,用来射杀豺狗的箭头。她最后对我说:雅拉难受,雅拉不想再活了,雅拉死后哥哥把雅拉吃了吧,然后哥哥就有劲儿走到城里去,听说那里有吃的…

…我还记得那天晚上的月亮,从干旱的大地尽头升起来,昏红昏红的……我没吃小妹妹,但那年在村子里,确实发生了人吃人的事,有些老人立下遗嘱,饿死后让孩子们吃……“

全场陷入长长的沉默。

主席说:“博士,我们现在理解了你在过去十多年用基因软件技术改良农作物的努力。”

“一事无成,一事无成啊……”依塔摇头叹息,“想当初桑比亚独立之时,我们曾想在祖先的土地上建起天堂,但后来知道,在这样一块苦难深重的土地上,对生活的期望是不能太高的。我们理想的底线在不断后退,我们不要工业化了,我们不要民主了,我们甚至可能连国家和个人的尊严都不要了,但桑比亚人对生活的要求不可能再后退,我们不能不吃饭。这个国家仍然有三分之二的人在挨饿,我们必须想出办法。”

依塔的话在会场里引起了很大的反响,代表们纷纷低声议论起来。

美国代表说:“非洲确实是一个被文明进程抛下的大陆,但,博士,这是一个涉及到社会政治、历史、地理条件等诸多复杂因素的问题,不是科学家们仅凭手中的科学就能够解决的。”

依塔摇摇头说:“不,科学也许真能解决饥饿问题,关键在于我们要换一个思考方向。”

代表们茫然地互相对视着,主席首先想到了什么,说:“如果我没理解错,依塔博士已经开始了我们这次会议的议程了。”

依塔郑重地说:“是的,主席先生,如果您允许,在介绍我们的研究成果前,我想先让各位认识一个孩子,一个能吃饱饭的桑比亚孩子。”

他挥挥手,一个黑人男孩儿走进会议大厅。他赤裸着上身,肌肉饱满,皮肤光亮,浓密卷鬈发下的一双大眼睛闪闪有神,他用强健而轻快的脚步,把一股旺盛的生命力带进了会议大厅。

“哇,好一个小奥塞罗!”有人赞叹道。

依塔介绍说:“这是卡多,十二岁,一个土生土长的桑比亚孩子。当然,在平均寿命只有四十多岁的赞比亚,他这样的年纪通常已经不算是孩子了,但卡多确实是孩子,而且是个小孩子,因为他的寿命肯定要超过我们在座的各位。”

“这不奇怪,看得出来这孩子的营养状况很好。”代表中的一位医学家说。

依塔扶着卡多的双肩环视着会场说:“他肯定与各位印象中的桑比亚儿童有很大差别,那些饥饿中的孩子都是细细的脖颈撑着大大的脑袋,四肢像树干般枯瘦,肚子因积水而鼓起,脸上落着苍蝇,身上生着疮……所以大家都看到了。只要吃饱了饭,任何民族的孩子都能变得像天使般高贵。”

卡多向大家点头致意,大声说了一句谁都听不懂的话。

“他在向各位问好,”依塔说,“卡多只会讲桑比亚语。”

“您刚才说,这孩子是在桑比亚土生土长的?”主席问。

“是的,而且是在桑比亚最贫瘠的地区长大,从未离开那里。在这场旱灾中,他的家乡饿死了不少人。”

所有人都目不转睛地盯着这个健壮的黑孩子,一时谁也说不出话来。

依塔第一次露出了淡淡的微笑:“大家的下一个问题自然是:他在那里吃什么?那么下面,我就请大家看卡多吃一顿午餐。”

他说完又向门的方向挥了一下手,有三个人走进会议大厅,其中两位是参加会议的桑比亚官员,第三个人令大家大吃一惊,他竟是一名纽约警察。他腰上累赘地别着手枪、警棍、对讲机等等,手里提着一个大塑料袋,进门后犹豫地站住了。

“是我们请这位警官进入会场的。”依塔对主席说,主席示意让那名警察走上前来。

警察走到圆桌旁,两位代表给他让开了位置,他把大塑料袋中的东西都倾倒在桌面上,首先倒出的是一大捆青草,然后是一堆梧桐树叶,最后是一堆深绿色的松针。警察指指这堆青草和树叶,又指指同他一起进来的那两名赞比亚官员说:“这两位先生在庭院里的草坪上拔草,我去制止他们,他们就把我带到这里来了。”

依塔起身向警察鞠躬:“尊敬的警官先生,我对我们的粗鲁行为表示歉意,并愿意交纳相应的罚款,我们只是想请你来做个证明,证明这些青草和树叶是真实的。”

警察瞪大双眼说:“当然是真实的!是我把它们收集到袋子里一直提到这里的。”

依塔点点头:“好吧,卡多该用他的午餐了。”

这个桑比亚孩子抓起一大把青草,卷成粗绳壮的一根,像吃香肠那样咬下一大截,津津有味地嚼了起来,草茎被嚼碎时发出的吱吱声清晰可闻……他吃得很快,转眼把那粗粗的一把草吃光了,又开始大口吃树叶……

旁观者的反应分为两类:一部分人极力忍住呕吐的欲望,另一部分人则抑制不住开始咽口水,这是在看到别人享用他感觉中的美味时的一种自然条件反射,不管那美味是什么。

卡多又卷了一把草吃,然后开始吃松针,他咀嚼的声音立刻发生了变化,一道墨绿色的汁液顺着他的嘴角流下来,他含着满嘴的松针和青草,高兴地对依塔说了句什么。

“卡多说这里的草和树叶比桑比亚的味道好。”依塔解释说,“由于盲目引进高污染的工业,桑比亚已经成了西方的垃圾倾倒场,那里的环境污染比这里要严重得多。”

在众目睽睽之下,卡多吃光了桌子上所有的青草、梧桐叶和松针,他满意地抹去嘴角的绿色汁液,笑着对依塔点点头,显然是在感谢这顿美味的午餐。

用后来一位记者的描述,会议大厅陷入“地狱般的寂静”。不知过了多长时间,这寂静才被主席颤抖的声音打破。

“这么说,依塔博士,这就是您代表桑比亚国提交生物安全理事会审查的研究成果了?”

依塔镇静地点点头:“是的,这就是我刚才说过的换一个思考方向:我们既然可以用基因工程来改造农作物,为什么不能用它来改造人自身呢?比如说这个桑比亚孩子,他的消化系统经过了重新编程,使他的食物范围大大扩展。对于这样的新人类,农作物完全可以改种一些速生或抗旱的植物,那些以前让我们头疼的疯长的野草对他们来说就是万倾良田。即使是种植传统作物,他们从土地中收获的粮食也要比我们多十倍,比如对于小麦来说,麦秸秆甚至根系他们都能食用。粮食对于他们,将真的如空气和阳光一样随手可得了。”

各国代表都如石雕般站在大圆桌旁,把阴沉的目光聚焦到依塔身上,依塔坦然地承受着这些目光,平静地说:“尊敬的各位先生,我向联合国转达鲁维加总统的话:桑比亚已准备好为此承受一切。”

主席首先从呆立的状态中恢复过来,撑着桌沿小心地坐下,好像他已虚弱得站立不稳似的,他两眼平视前方说:“您刚才好像说过,这孩子十二岁?”

依塔点点头。

“这么说,你们十二年前就对人类基因重新编程了?”

“确切地说应该是十五年前,第一批编程是使用基因汇编语言进行的,半年后,编程工具改用面向过程的高级语言‘BASIC
’。至于卡多,是用面向对象的‘伊甸园++’编程,这是三年以后的事了。我们从食草动物中提取了大量的消化系统的函数和子模块,去掉了反刍部分,经过优化和组合后植入人类的受精卵的基因编码中,但其中有许多程序,比如胃液的成分、胃壁的强度和肠道蠕动方式等,没有借用任何自然代码,纯粹是我们自行编制开发的。”

“依塔博士,我们最后想知道,在桑比亚,经过重新编程的人类有多少?”

“卡多这一批只有不到一百人,因为我们对面向对象的编程方式还没有十分把握。重新编程的桑比亚人只要是十五年前那两批,使用宏汇编语言和‘生命BASIC’编程的受精卵共有两万一千零四十三个,其中两万零八百一十六个成活并正常分娩。”

哗啦一声,上届诺贝尔生物学奖获得者,法国生物学家弗朗西丝女士晕倒了。她旁边的另一位诺贝尔奖获得者,德国生理学家,本届生物安理会轮值副主席施道芬格博士脸色发紫呼吸急促,正闭着眼从胸前的衣袋中摸索硝化甘油片。只有美国代表很镇静,他指着依塔,转身对那个仍然目瞪口呆的警察说:“逮捕他。”

他说得很平静,像是朝人借个火儿,看到那个警察茫然不知所措,他平静的薄纱立刻被摧毁了,如火山爆发般咆哮起来:“听到了吗?逮捕他!别管什么辖免权,那是对人的,不是对魔鬼!”

主席站起身,试图使美国代表平静下来,然后转向依塔,眼里含着悲愤的泪水说:“博士,您和您的国家可以违反联合国生物安全条约的最高禁令,对人类基因进行重新编程,但你们不该如此猖狂,竟到这个神圣的地方来向全人类的脸上泼粪!你们违反了第一伦理,你们抽掉了人类文明的基石!”

“人类文明的基石是有饭吃,桑比亚人只是想吃饱饭。”依塔向主席鞠了一躬,以他特有的缓慢语调说。

“好了,我们还是散会吧。”美国代表对主席一挥手说,这时他真的平静下来了,“其实大家早就预料到这事迟早会发生,早些比晚些好。我想各位都知道我们该去做什么了,至少美国知道,我们要赶快去做了!”说完他匆匆而去。

会议大厅中人们相继走散,最后只剩下依塔和卡多,还有那个警察。依塔搂着卡多的双肩向门口走去,警察阴沉地盯着孩子的背影,一手摸着屁股上的短管左轮低声说:“真该崩了这个小怪物。”

消息传出,举世震惊。

第二天,世界各大媒体上都出现了依塔和卡多的图像和照片。依塔用枯枝般的双臂把卡多紧紧搂在他那枯枝般的身躯上,眼睛总是看着地面,而那个黑孩子则强壮剽悍,两眼放光,与依塔形成鲜明对比。两人融为一体,形成了一个不规则的黑色构图,真是活脱脱的一对魔鬼。

在以后桑比亚代表团逗留美国的两天里,世界各国要求就地逮捕他们的呼声日益高涨,联合国大厦前每天都有人山人海的抗议游行队伍。社会上对桑比亚代表团,特别是依塔和卡多两人的人身威胁层出不穷,但美国政府表现得十分克制,只宣布将代表团驱逐出境。

这两天,依塔不分昼夜地紧紧搂着小卡多,在公共场合他的眼睛总是看着地面。但正如有记者描述,他有着“魔鬼的灵敏”,周围一有风吹草动,他立刻把孩子护到身后,并抬头凝视着异常出现的方向。他的眼窝很深,整个眼睛都隐没于黑暗中。活脱脱的魔鬼!

桑比亚政府提出用专机接代表团回国,但美国政府不准桑比亚的飞机入境,别国又不肯租给他们飞机,只好乘欧洲的一架客机。为了安全,桑比亚政府买下了一等舱的全部机票。

当桑比亚代表团登上飞机,依塔搂着卡多首先走进空荡荡的一等舱时,他长长地松了一口气,紧搂着卡多的手放松了些。在他们登机时,空中小姐表现出遇到魔鬼时理所当然的反应:满脸恐惧地避得远远的,只有一位欧洲空姐勇敢地领着他们进一等舱。这位金发碧眼的姑娘美丽动人,脸上露着真诚的微笑,温暖了桑比亚人那已凉透了的心。在走出机舱前,她双手合十,用不知从哪里学来的东方礼仪向孩子默默祝福,一时让旁边的桑比亚人的眼睛都湿润了。

然后,她掏出手枪,紧贴孩子的头部开了两枪。

与后来的传说不同,黛丽丝绝对不是美国政府或其它什么国家派来的杀手,她的谋杀完全是个人行为。事实上,在桑比亚代表团留美期间,美国政府对他们是采取了严密的保护措施的,文明世界要对付的是整个桑比亚国,这之前不想横生枝节,但这最后一击实在是防不胜防。班机上的空姐们都配有反劫机手枪,发射不会破坏机舱的橡木弹头,一般来说被击中后不会致命,但黛丽丝是贴着孩子的两眼开枪的。

“我没有杀人,哈哈,我没有杀人!哈哈哈!”黛丽丝开枪后挥着沾满鲜血的双手歇斯底里地欢呼着。

依塔抱着卡多的尸体,眼睛仍看着地面,一直等到黛丽丝安静下来。她把血淋淋的手指咬在嘴里,用疯狂的目光盯着依塔,一时间机舱里死一般寂静,只有孩子头部流出鲜血的汩汩声。

“姑娘,他是人,他是我的孙子,一个能吃饱饭的孩子。”

黛丽丝在法庭上被判无罪,很快被媒体炒成捍卫人类尊严的英雄。

桑比亚代表团回国后的第二天,联合国向桑比亚政府发出最后通牒:交出境内所有生物学家和相应的技术人员,交出所有经过重新编程的个体,销毁所有基因工程设施,该国元首到特别法庭同其他主犯和从犯一起接受审判。

现在,全世界都小心地把那些基因被重新编程的桑比亚人称为“个体”。

桑比亚国拒绝了最后通牒,于是,为了维护人类神圣的第一伦理,文明世界向非洲开始了二十一世纪的十字军东征。

下篇

菲利克斯立刻看出了这不是那两万个等待接收的“个体”,而是一支准备发起攻击的陆军部队。他们队形整齐地推进着,菲利克斯放下望远镜,用肉眼也能看到桑比亚军队像黑色的地毯一样渐渐覆盖了平原。他再次举起望远镜,看到阵线在加快速度,已冲到海边的桑比亚步兵阵线中突然出现了一大片白色的东西,那一片白色急剧地抖动着,激起了高高的尘埃,舰队的人们一时无法相信自己的眼睛。所以桑比亚士兵都长着一对白色的翅膀,在一片尘埃之上,飞人升到空中,遮住了初升的太阳。

“您能不能停一会儿,我看着很累,您这么来回走了有一个多小时了。”布莱尔舰长说。

菲利克斯将军仍然以军人标准的步伐来回踱着:“在西点,这是教官惩罚学生的办法之一:让他在操场的一角来回走几个小时。久而久之,我喜欢上了这种惩罚,只要在这时我才能很好地思考。”

“这么说,您在西点是个不讨人喜欢的人。我在安纳波利斯海校却很讨人喜欢,那里也有这种惩罚,我一次也没受过,倒是在高年级时,我常用它来治那些刚进校的毛毛头。”

“世界任何一所军校都不喜欢爱思考的人,安纳波利斯不喜欢,西点不喜欢,圣西尔和伏龙芝都不喜欢。”

“是的,思考,特别是像您那样思考,对我是件很累的事。不过,我不认为这场战争有很多可以思考的东西。”

对桑比亚的“外科手术”已持续了二十多天,每天有上千架次的飞机狂轰滥炸,从舰载机上的激光智能炸弹攻击到从阿森松岛飞来的大型轰炸机的地毯式轰炸,还有巡洋舰和驱逐舰上大口径舰炮日夜不停的轰击,这个非洲穷国实在剩不下什么了。他们那只有二十几架老式米格机的空军和只有几艘俄制巡逻艇的的海军,在二十天前就被首批发射的巡航导弹在半小时内毁灭,而桑比亚陆军的二百多辆老式坦克和装甲车也在随后的两三天内被来自空中的打击消灭干净。

随后,攻击转向了桑比亚境内所有的车辆、道路和桥梁,而摧毁这些也用不了多长时间。

现在,桑比亚国已被打回到石器时代。

参加攻击的三个航母战斗群已撤走了两个,只留下林肯号战斗群完成“第一伦理”行动最后的使命。除了林肯号航母外,战斗群还包括一艘贝尔纳普级巡洋舰、两艘斯普鲁恩斯级驱逐舰、一艘孔兹级驱逐舰、两艘诺克斯级护卫舰、两艘佩里级护卫舰、一艘威奇塔级补给舰,还有三艘看不见的“鲱鱼”级攻击潜艇。

菲利克斯将军突然从踱步中站住,看着布莱尔舰长,舰长很不舒服地想:这人确实像个学者,而且是神经衰弱的那种。

“我还是认为我们离海岸太近了。”菲利克斯说。

“这样我们可以向桑比亚人更有力地显示自己的存在。我不明白您担心什么。”舰长挥着雪茄说。

舰队,特别是林肯号确实能显示其存在。它是尼米兹级航母的第5
艘,于1989年服役,排水量近十万吨,全长三百多米,有二十层楼高,是一座带来死亡的海上钢铁城市。

菲利克斯又接着踱起步来:“舰长,您清楚我的观点,我对现代化战争中航空母舰在海上的生存能力一直存有疑虑。在我的感觉中,航母总像是一只漂浮在海上的薄壳大鸡蛋,脆弱得很。”

“您也知道,在参联会和军备听证会上,我是一贯支持您的看法的。但现在,桑比亚军队拥有射程最远的武器可能就是55毫米的迫击炮了,如果有,它也只能藏在地窖里,拉出来十分钟内就会被摧毁……事实上,我也觉得这是一场无聊的战争,军队在精神上正在衰落,主要原因是缺少自己的英雄偶像。二十世纪后期的几场战争,都没有造就出像巴顿、麦克阿瑟、艾森豪威尔的英雄,因为敌手太弱了,这次也一样。”

这时,一名参谋递给菲利克斯一份电报,他看后喜上眉梢,这几

《北京参考》:与衰老关系密切的因素有哪些?
童坦君:环境与遗传因素影响着衰老进程。其中遗传控制起着关键作用。衰老并非单一基因决定,而是一连串"衰老基因"、"长寿基因"激活和阻滞以及通过各自产物相互作用的结果。DNA(特别是线粒体DNA)并不像原先设想的那么稳定,包括基因在内的遗传控制体系可受内外环境,特别是氧自由基等损伤因素的影响,会加速衰老过程。在环境还没尽善尽美的条件下,环境是影响衰老的重要因素。譬如我国解放前平均寿命只有35岁,而现在北京市民平均寿命约76岁。还有我国的长寿地方如新疆的和田、江苏的南通、广西的巴马,说明了环境很重要。老百姓延缓衰老能做到的也只有尽量改善环境。但是,同一个长寿村,为什么不是每个人都长寿呢?同时说明遗传起着关键作用。在普通地域,常常有长寿家族,说明长寿基因可以通过遗传来表达。

世界卫生组织将60岁定为老年期的开始。人的衰老犹如春夏秋冬、花开花谢一样,是自然界的美丽现象,人虽然做不到永生,但是我们能追求健康长寿。探讨长寿的奥秘,是医学界的艰巨使命。如果做到80岁、90岁甚至100岁以前不显老,或者做到无病无痛而衰老呢?为此,笔者特意走访了我国初步解开衰老之谜的中国科学院院士、北京大学衰老研究中心主任、北京大学医学部童坦君教授。

人的自然寿命约120岁

《北京参考》人的寿命究竟有多长?

童坦君:法国著名的生物学家巴丰(Buffon)指出:哺乳动物的寿命约为生长期的5-7倍,通常称之为巴丰寿命系数。人的生长期约为20-25年,一次预计人的自然寿命为100-175年。海佛里克证明人类从胚胎到成人、死亡,其纤维母细胞可进行50次左右的有丝分裂,每次细胞周期约为2.4年,推算人类的自然寿命,应为120岁左右。虽然不同学者解答的方式各不相同,但是结论基本一致,目前一般认为人的自然寿命为120岁左右。

《北京参考》:100年以后人的寿命还是120岁吗?

童坦君:平均寿命受环境影响很大,但是各种动物的最高寿限都相当稳定。鼠类最高寿限约为3年,猴约为28年,犬约为34年、大象约为62年,而人类约为120岁。100年以后,老鼠的最高寿命还是3年。但是100年以后人的平均寿命势必会提高。譬如我国解放前后,平均寿命就提高了一大截。要提高人类最高寿命困难重重,需要进行基因改造,虽然目前科学家在果蝇、蠕虫中试验成功,对其进行某些基因导入或使一些基因突变(改造)则可达到延长其最高寿命的作用。

《北京参考》:作为个体,人的寿命能否预测?

童坦君:预测寿命有多长?是很多人都希望知道的。为迎合这种心理,国内外一些非正式医学书刊登了寿命预测法。预测的主要依据,是将影响健康的一些列因素罗列起来,对健康有利的,根据性质或程度,分别加寿一至数年,对健康不利因素,根据危害性质或程度,分别减寿一至若干年。最后,将全部数据加起来得到总和,再与固定寿命指数或寿命基数相加减便可得出预测到的寿命年龄。但是在现实生活中,基因在人体不同的发育阶段是怎样控制衰老演变的?不前还不清楚。因此,目前世界上还没有公认能正确预测人类寿命的方法。

肺最容易衰老

《北京参考》:人什么时候开始衰老?人体器官有衰老次序吗?

童坦君:衰老分生理成分分生理衰老与病理衰老。同一物种不同个体,即使同一个体不同的组织或器官其衰老速度也不相同。从出生到16岁前各组织器官功能增长快,从16--20岁左右开始到平稳期直到30---35岁,从35岁开始有的器官和组织功能开始减退,其衰老速度随增龄而增加。如果以30岁人的各组织器官功能为100的话,则每增一岁其功能下降为:(休息状态下)神经传导速度以 o.4%下降,心输出量以0.8%下降,肾过滤速率以1.0%下降,最大呼吸能力以1.1%下降。可以理解为肺最容易衰老。其次为肾脏的肾小球,再是心脏,而神经、脑组织衰老速度相对慢一些。各组织器官功能随增龄呈线形进行性下降,因此老年人容易患病,这是一般规律。但在现实生活中有的人衰老速度衰老的生物学指标

《北京参考》:那么,什么情况提示人衰老了?

童坦君:制约哺乳动物衰老研究的一个重要因素就是缺少可靠、易测的评估生物学年龄的标志。我们在细胞水平、分子水平发现了一些指标,可作为衰老生物学标志,但是还只是在实验室阶段,离应用到生活中去还有很长的一段路要走。以下5个指标都和衰老有关,但单独使用都有欠缺与不足的地方:

一、成纤维细胞的体外增殖能力。根据细胞的衰老假说,成纤维细胞体外增殖能力是可靠的估算供者衰老程度的指标。

二、DNA损伤修复能力。多种 DNA损伤,如:染色体移位、DNA单双链断裂、片段缺失都随年龄积累。这一现象除与衰老过程中自由基生成率升高及抗氧化剂水平降低有关外,与DNA修复能力降低密切相关。作为估算DNA修复能力的指标包括非程序DNA合成、DNA聚合酶B及内切脱氧核糖核酸酶UV2DNase和AP2DNase。另外,检测各种DNA损伤的方法亦可用于检测该种DNA损伤的修复能力。

三、线粒体DNA片段缺失。线粒体 DNA片段缺失的检测可以毛发为材料,应用甚为便利,是一项很好的衰老生物学标志。

四、DNA甲基化水平。DNA甲基化是真核生物基因表达渐成性调节的重要机制,通过改变染色体的结构,影响DNA与蛋白质的相互作用,抑制基因表达。

五、端粒的长度。对人体不同的组织进行端粒长度检测,发现端粒长度与细胞的寿限相关,精子、胚胎的端粒最长,而小肠粘膜细胞的端粒最短。 Zglinicki等报道,氧化压力造成的单链断裂是端粒缩短的主要原因,过氧化氢诱导细胞出现衰老表型的同时,也加快端粒的缩短。因此,端粒长度不单是细胞分裂次数的"计数器",而是一项细胞衰老的标志。
改善环境改变衰老

《北京参考》:与衰老关系密切的因素有哪些?

童坦君:环境与遗传因素影响着衰老进程。其中遗传控制起着关键作用。衰老并非单一基因决定,而是一连串"衰老基因"、"长寿基因"激活和阻滞以及通过各自产物相互作用的结果。DNA(特别是线粒体DNA)并不像原先设想的那么稳定,包括基因在内的遗传控制体系可受内外环境,特别是氧自由基等损伤因素的影响,会加速衰老过程。在环境还没尽善尽美的条件下,环境是影响衰老的重要因素。譬如我国解放前平均寿命只有35岁,而现在北京市民平均寿命约76岁。还有我国的长寿地方如新疆的和田、江苏的南通、广西的巴马,说明了环境很重要。老百姓延缓衰老能做到的也只有尽量改善环境。但是,同一个长寿村,为什么不是每个人都长寿呢?同时说明遗传起着关键作用。在普通地域,常常有长寿家族,说明长寿基因可以通过遗传来表达。

端区长度随增龄缩短 女性比男性长寿

《北京参考》:人的衰老有性别差异吗?

童坦君:流行病学调查表明,人类女性比男性长寿。从分子水平如何解释女性寿命比男性长这一普遍的生命现象呢?这得从衰老机理说起,比较公认的如氧自由基学说,还有现代的DNA损伤修复学说、线粒体损伤学说以及端区假说等。下面将目前国际上衰老研究的热点结合我们自身的研究工作介绍如下,人类除干细胞外,大多数体细胞端区长度随年龄增加而缩短,而体外培养的细胞端区长度随传代而缩短;端区缩短到一定程度,细胞不再分裂,即不能传代,最终衰老直至死亡。端区是指染色体末端的特殊结构,此结构可防止两条染色体末端的DNA链(又名脱氧核糖核酸,它是蕴含遗传信息的遗传物质)因互相交联而造成染色体的畸变。研究中发现,相同年龄组的成年男性的端区长度长于女性,但随增龄端区长度缩短速率却比女性快,每年差3bp。

《北京参考》:人能够改变衰老吗?

童坦君:运动医学专家研究表明,心肺功能、骨质疏松情况、肌肉力量、身体的耐久力、胆固醇水平、血压等,通过长年锻炼或参加体力劳动、保健是可以改善的。难以改善的指标,只有头发的变白与皮肤弹性减退及萎缩变薄两项。从分子水平讲,我们在细胞衰老相关基因及信号传递通路的先后研究中发现抑癌基因p16通过调节1Kb蛋白活性,不通过端粒酶,就可影响端粒长度、

DNA修复能力与细胞寿命,初步阐明 p16是人类细胞衰老遗传控制程序中的主要环节。这是我国在人类细胞衰老机理研究上取得的突破,还发现衰老相关基因p2 1可保护衰老细胞免于凋亡。至于还有哪些基因管着衰老、怎么管着衰老的速度,都是人类将要继续研究的课题。

《北京参考》:老百姓目前如何做到延缓衰老?

童坦君:改善内外环境--遵循平衡饮食、适当运动、心理平衡原则。对于好的环境因素,我们充分利用它;对于不好的因素,要了解它、调控它。平平常常普普通通轻轻松松《北京参考》:童老您今年多大年纪?您看上去很精神,请介绍一下您的养生之道。

童坦君:我71岁。老年人要平平常常过日子,不要有压力。

我觉得健康老人最重要的是双腿灵、手脚要利落,不要老是坐着不动或躺着。如能胜任长途步行,则反映心脏功能良好。值得一提的是,老年人不要一看电视就好几个小时。对于饮食要普普通通,不要太挑剔,也不忌口,譬如说肥肉,我也吃它一口,但总量不要太多。在心理方面,平时要做高兴的事,以求轻轻松松。譬如爬山时,你可以什么事情都不想。老年人退休后的生活也可以出彩儿,但不要太累;帮着带带孙子,其实是最幸福的事情。

以崇尚科学为荣以愚昧无知为耻

《北京参考》:您当初从事衰老研究工作是怎么想的?

童坦君:据统计,一个人一生的医药费用有三分之二花在老年阶段,随着老年人的增多,其医疗费用将成为家庭和社会的沉重负担,因此老年医学越来越重要。对衰老的研究目的就是要提高老年人的生命质量,延长老年人的健康期、缩短带病期而不仅仅是多活几年。衰老研究是一个年轻的学科,过去的研究方向是整体器官研究,现在是在细胞水平方面研究,以后还要做模式动物研究,但是又不能把动物研究的直接结果用在人的身上,因此,衰老研究还要多样化,不仅要在细胞水平做,还要在器官水平、整体水平做,这样衰老机理研究才能跟上国际与时代。老年医学基础研究对老年临床医学有着重要的作用。我国老年医学基础研究还比较薄弱,如掉队就很难赶上,我们应以崇尚科学为荣,以愚昧无知为耻,我国虽然是人口大国,但是衰老研究工作并不矛盾,在国际上应该处于先进行列。

美科学家衰老新解 人类寿命是可以改变的
2005年02月07日 09:12 新华网

美国《新闻周刊》1月17日一期刊登一篇题为《岁月的皱纹》的文章,介绍五位科学家对衰老的生物化学过程提出的新解释;他们有一个共同的认识,即人类的寿命并不是固定不变的。文章摘要如下:

虽然死亡与纳税一样不可避免,但是未来人们的衰老过程会变慢,寿命也会明显延长。五位科学家对衰老的生物化学过程提出了新的解释,为益寿延年药物的问世敞开了大门。虽然他们的研究方法不尽相同,但都有一个共同的认识,即人类的寿命并不是固定不变的。增强:目标基因在抗衰老方面更加活跃,几年前,分子遗传学家辛西娅·凯尼恩的学生拿着一盘蚯蚓问过往行人他们认为这些蚯蚓有多大。多数人说,它们只有5天那么大。他们并不知道凯尼恩已经修补了这些蚯蚓的基因。这些蠕动的生物的健康状况完全像刚出生5天的样子,但实际上它们已经出生144天了 — 这是它们正常寿命的6倍。

十年来,凯尼恩坚持不懈的研究已经表明:通过改变激素水平增强约100种基因的功能,“就可以轻而易举地使寿命大为改变”,至少蚯蚓是这样。这些基因有的能够产生抗氧化剂;有的能够制造天然的杀菌剂;有的则参与将脂肪运送到整个身体;还有一些被称作是监护人,据凯尼恩说,它们“能够使细胞成分保持良好的工作状态”。一般来说,这些基因越活跃生物的寿命就可能越长。

1993年,凯尼恩关于蚯蚓基因的研究成果首次发表,持怀疑态度者预言这项成果在人类身上行不通。科学家们仍不了解人类和蚯蚓寿命长短如此悬殊的确切原因,更不知道改变蚯蚓寿命长短对人类来说可能意味着什么。不过,蚯蚓的细胞构成很大程度上与高等哺乳动物十分相似。这项发现为生产保健营养品的长生公司打开了大门,该公司正在尝试开发一种药物,这种药物能够产生与凯尼恩的基因修改相同的效果。凯尼恩说:“我并不是说改变一些基因,人类就能够长生不死,但是这可以使80岁的老人看上去像40岁的样子。”对此,谁会反对呢?

压力:长期紧张使细胞衰老得更快

如果你抱怨压力使你又增添了新的皱纹或白发,很有可能你是对的。

《国家科学院学报》去年秋季发表的一项研究报告为你的这种看法提供了科学依据。参与这项研究的加州大学精神病学助理教授埃莉莎·埃佩尔和她的同事们发现,长期处于紧张状态,或仅仅是感到了紧张,就能明显缩短端粒的长度。端粒就是细胞内染色体端位上的着丝点,可用来衡量细胞衰老过程。端粒越短,细胞的寿命就越短,人体衰老的速度就越快。

埃佩尔对39名年纪在20岁—50岁之间的女性进行了研究,她们的孩子有的患严重的慢性病,比如大脑性麻痹。埃佩尔将她们与同一年龄组但孩子都很健康的另外19名母亲进行了比较。母亲照顾患病小孩的时间越长,她的端粒就越短,而且她所面临的氧化压力(释放损害DNA的自由基的过程)就越大。与感觉压力最小的妇女相比,两组女性中自称压力最大的人,其端粒与年长她们10岁的人相当。

虽然埃佩尔承认要想证实她的发现还需要进行更多的研究,但是她认为这个结果可能有积极意义。她说:“既然我们认为我们能够看到压力会造成细胞内的损伤,人们可能会更加重视精神健康。”她补充说,DNA受损可逆转是“绝对”有希望的,“改变生活方式,学会化解压力,就有可能改进你的生活质量、情绪和延长寿命”。

限制:严格控制卡路里摄取可能减缓衰老速度

1986年,当伦纳德·瓜伦特第一个提出通过限制卡路里的摄取来研究生物学的衰老时,这个主意听上去荒唐可笑。然而在过去十年中,研究人员主要了解为什么突然降低卡路里的摄取能激发一种名为SIR2的基因的活性并能延长简单生物体的寿命,而且取得了很大进展。

瓜伦特和一位名叫戴维·辛克莱的哈佛大学研究者都是这方面的顶尖专家,他们主要研究名为“sirtuins”的抗衰老酶,这是SIR2或哺乳动物身上的与SIR2类似的SIRT1所产生的蛋白家族。瓜伦特的实验已经搞清楚了SIR2背后的很多基本分子过程。例如一种名为NADH的天然化学物质可以抑制“sirtuins”发挥作用;他们已经确认NADH含量较低的酵母存活的时间更长。辛克莱发现白藜芦醇与限制卡路里摄取有关联。研究表明,酵母在大剂量白藜芦醇的作用下能延长寿命70%。

因为很少有人愿意大幅度限制卡路里的摄取,瓜伦特就开始寻找一种有相同功效的药剂。长生公司也开始利用瓜伦特的研究成果,这意味着有朝一日不用再提节食这个字眼,人类或许照样能从限制卡路里摄取中获得好处。

补给:两种化学物质使老鼠变年轻

据《国家科学院学报》2002年发表的研究报告说,加州奥克兰研究所儿童医学专家布鲁斯·埃姆斯和他的同事把两种在体细胞中发现的化学物质 — 乙酰基L肉碱和α硫辛酸 — 给老鼠吃。这不仅使老鼠在解决问题和记忆测试中表现更佳,而且行动起来也更加轻松和充满活力。

研究人员确认,不同化学物质混合起来能够改善线粒体和细胞器的功能,而细胞器是细胞主要的能量来源。埃姆斯在一项研究中发现,当加入过氧化铁或过氧化氢的时候,硫辛酸能保护细胞不被氧化。

衰老:透过现象看本质

一、前言

当前,生命科学有关衰老机制的研究,正处于百花齐放、硕果累累的时期(Comfort, 1979; Medvedev, 1990; Hayflick, 1998; Kirkwood, 1999; Warner, 2005; Yin & Chen, 2005),然而,由于衰老过程极其复杂,影响因素千变万化,又由于各个领域研究工作者的知识局限和专业偏见,我们实际面临的是一个鱼龙混杂,莫衷一是的混乱局面(Medvedev, 1990; Olshansky et al. 2002; de Grey et al., 2002; de Magalhaes, 2005)。

在这篇论文中,我们将首先简明地回顾有关衰老机理研究的重要进展,探讨在衰老过程中,遗传基因调控与不可避免的环境因子损伤的相互作用。接着,我们强调指出,为了研究真正意义上的衰老过程,应该将注意力集中在健康状态下的种种生理性老化改变,而不是病理性变化。例如,生物体内蛋白质的增龄性损变是一个最为普遍存在的老化现象。在详细阐述自由基氧化和非酶糖基化生化过程,以及熵增性老年色素形成生化机理后,重点探讨了羰基毒化(应激)在衰老过程中的特殊重要意义(Yin & Brunk,1995)。最后,透过现象看本质,提出生化副反应损变失修性累积是生理性衰老过程的生化本质。

二、衰老理论概述和对衰老机理研究的总体评论

大量的生命现象和实验事实提示,尽管少数低等动物的死亡显示出有一些神秘的“生命开关”在起作用,但衰老过程,尤其是高等动物在成年后的衰老过程已被清楚地认识到是一个受环境因素影响的缓慢渐进的损伤和防御相拮抗的过程。大量现行的重要的衰老研究成果都无可争辩地显示了这一点(Comfort, 1979; Medvedev, 1990; Hayflick, 1998; Yin, 2002)。为了便于分析和讨论,我们首先列出数十种迄今最为重要的衰老学说:

整体水平的衰老学说主要有:磨损衰老学说(Sacher 1966)、差误成灾衰老学说(Orgel 1963)、代谢速率衰老学说、自体中毒衰老学说(Metchnikoff 1904)、自然演进衰老学说(程控学说)、剩余信息学说(程控学说)、交联衰老学说;

器官水平的衰老学说有:大脑衰退学说、缺血损伤衰老学说、内分泌减低衰老学说(Korencheysky, 1961)、免疫下降衰老学说(Walford 1969);

细胞水平的衰老学说有:细胞膜衰老学说(Zs.-Nagy, 1978)、体细胞突变衰老学说(Szilard, 1959)、线粒体损伤衰老学说(Miquel et al., 1980)、溶酶体(脂褐素)衰老学说(Brunk et al., 2002)、细胞分裂极限学说(程控学说);

分子水平的衰老学说有:端粒缩短学说(程控学说)、基因修饰衰老学说、DNA修复缺陷衰老学说(Vilenchik, 1970)、自由基衰老学说(Harman, 1956, 2003)、氧化衰老学说(Sohal & Allen, 1990; Yu & Yang, 1996)、非酶糖基化衰老学说(Cerami, 1985)、羰基毒化衰老学说(Yin & Brunk, 1995)和微量元素衰老学说(Eichhorn, 1979)等等。

其它重要的衰老学说还有熵增衰老学说(Sacher 1967, Bortz, 1986)、数理衰老学说和各种各样的综合衰老学说(Sohal, 1990; Zs.-Nagy, 1991; Kowald & Kirkwood, 1994)。从上述26种主要的衰老学说可以初略的看出绝大多数衰老学说(22种)认为,衰老是因生命过程中多种多样的外加损伤造成的后果。简言之,是一个被动的损伤积累的过程。

应该说明的是在4种归类为“程控学说”的衰老理论中,细胞分裂极限学说和端粒缩短学说所观察研究的所谓“细胞衰老”与动物整体的衰老有着很大的差别。就“细胞不分裂”这个概念本身而言,并不是“细胞衰老”的同义词。解释很简单,终末分化的神经细胞和绝大多数肌肉细胞在生命的早期(胎儿或婴儿)时期完成了分化以后,便不再分裂,却仍然健康的在动物体内延用终身(Sohal, 1981; Porta, 1990)。近来Lanza等甚至用体外培养接近倍增极限的胎牛二倍体成纤维细胞作为供核细胞成功地培育出了6只克隆牛(Lanza et al., 2000),所述的6只克隆牛的端粒比同龄有性生殖牛还长。其实,从衰老过程的常识(或定义:衰老是生物体各种功能的普遍衰弱以及抵抗环境伤害和恢复体内平衡能力逐渐降低的过程)的角度来讲:端粒缩短与细胞和整体动物的增龄性功能下降基本无关。因篇幅所限,本文不作详谈(Wakayama et al. 2000; Cristofalo et al., 2004)。

生命科学对于遗传因子与环境损伤各自如何影响衰老进程的认识经历了漫长的“各自为证”的阶段。经过遗传生命科学家几十年的辛勤探索,现已实验确定的与衰老和长寿有关的基因已达几十种(Finch & Tanzi 1997; Warner, 2005;),例如:age-1, Chico, clk-1, daf-2, daf-16, daf-23, eat-2, gro-1, hsf-1, hsp-16, hsp-70, Igflr+/-, indy, inR, isp-1, KLOTHO, lag-1, lac-1, MsrA, mth, αMUPA, old-1, p66sh, Pcmt, Pit-1, Prop-1, ras2p, spe-26, sag, sir2, SIRT1, sod1 基因等等(Hamet & Tremblay, 2003; Warner, 2005)。这些寿命相关基因可被大致分为四类:1)抗应激类基因(如,抗热休克,抗氧应激类);2)能量代谢相关基因(如,胰岛素/胰岛素因子信号途径,限食或线粒体相关基因);3)抗损伤和突变类基因(如,蛋白质和遗传因子的修复更新等);4)稳定神经内分泌与哺乳动物精子产生的相关基因等。好些“寿命基因”的生物学功能目前还不是很清楚。

另外,研究发现的与细胞分裂和衰老相关的细胞周期调控因子有CDK1、PI3K、MAPK、IGF-1和 P16等等(Wang et al., 2001; de Magalhaes, 2005)。因此,生命科学家已经清醒地认识到确有与衰老和长寿相关的基因,但掌管寿命长短的遗传因子不是一个或几个,也不是一组或几组,而是数以百计的遗传因子共同作用的结果(Holliday, 2000; Warner, 2005)。衰老过程是与生理病理相关的,在调控、防御、修复、代谢诸多系统中的多个基因网络共同协调,抵御种种环境损伤的总结果。总之,衰老是先天(遗传)因素和后天(环境)因素共同作用的结果,已逐渐成为衰老生物学研究领域公认的科学事实。

认清了动物衰老的上述特征,关于衰老机制的研究便可理性地聚焦在(分子层面上的)损伤积累和防御修复的范围之内。

三、衰老的生理性特征和潜藏的分子杀手

为了讨论真正意义上的衰老机制,有必要对衰老和老年疾病作较为明晰的界定。一般来讲,学术界普遍认同:衰老不是一种疾病。衰老机制主要研究的是生物体健康状态下的生理性老化改变。

考虑到衰老过程是一个普遍存在的、渐进性的、累积性的和不可逆的生理过程,因此造成生理性衰老的原因应该是有共性的损伤因素(Strehler, 1977)。这些因素造成的积累性的,不可逆的改变才是代表着实际意义的衰老改变。

其实无论是整体水平、器官水平还是细胞水平的衰老改变归根结底还是分子水平的改变,是分子水平的改变分别在不同层次上的不同的表现形式而已。许多非疾病性衰老改变,例如增龄性血管硬化造成的血压增高,又例如胶原交联造成的肺纤维弹性降低和肺活量下降,还有皮肤松弛,视力退化,关节僵硬等等都隐含着生物大分子的内在改变(Bailey, 2001)。这些改变从整体和组织器官的角度来讲不算生病,但分子结构已经“病变”了。例如,蛋白质的交联硬化就是一个最为常见的不断绞杀生命活力的生化“枷锁”,即使是无疾而终的老人,体内蛋白质的基本结构与年轻人的相比也早已面目全非了。生物体内蛋白质的增龄性损变和修饰是一个普遍存在的老化现象。衰老的身体,从里到外、从上到下都可观察到增龄性的蛋白质损变。

当然,许多学者会毫不犹豫地赞同,基因受损应该是导致衰老的重要原因之一。然而,‘衰老过程为体细胞突变积累’的假说却遭到了严谨的科学实验无情地反驳,例如,辐射损伤造成遗传因子突变在单倍体和二倍体黄蜂(wasp)身上应该造成明显的寿差,但研究结果表明,DNA结构遭受加倍辐射损伤的二倍体黄蜂的寿命与单倍体黄蜂相比没有出现显著性的寿命差别,否定了上述推测 (Clark & Rubin, 1961; Lamb, 1965)。另外,大量的生物医学研究表明,衰老过程中DNA损伤和突变的增加主要导致病理性改变(Bohr, 2002; Warner, 2005),比如,造成各种各样的线粒体DNA的疾病(Holliday, 2000; Wallace, 2003)以及癌变的产生等。考虑到衰老过程明显的生理特征,蛋白质的增龄性损伤和改变则显然比遗传物质的损伤、变构对“真正衰老”做出了更多“实际的贡献”(Kirkwood,1999; Ryazanov & Nefsky,2002; Yin & Chen, 2005)。

另外,Orgel (1963) 提出的“差误成灾衰老学说”认为:衰老是生物体对‘蛋白质合成的正确维护的逐渐退化’也遇到了科学实验的强烈挑战而基本被否定(Gallant & Palmer 1979; Harley CB et al., 1980)。Harley等人(1980)的研究表明:‘体外培养的人体成纤维细胞在衰老过程中蛋白质的合成错误没有增加’(注意,对于蛋白质来说,氧化应激几乎为无孔不入和无时不在的生命杀手)。进而,该领域的科学家们越来越清楚地认识到,蛋白质的表达后损变才是生命活动和衰老的最主要的表现。因为与衰老相关的蛋白质变构在衰老身体的各个部位比比皆是(如身体各器官组织的增龄性纤维化和被种种疾病所加速的纤维化),而且组织内蛋白质的衰老损变是最终的也是最普遍的衰老现象。事实上,老化蛋白质损伤几乎在每个衰老假说中都有所涉及。因此,本论文的分析和讨论的重点将聚焦在蛋白质的损伤和修复与衰老的相关性等范畴。

总的来说,蛋白质的合成、损变与更新贯穿于整个生命过程中。在生命成熟以后,蛋白质的合成与降解(速度)处于动态平衡中。随着年龄增长,这个平衡逐渐出现倾斜(Bailey, 2001; Terman, 2001)。衰老的生物体细胞内无论是结构蛋白还是功能性蛋白质的损伤和改变的报道比比皆是(Stadtman, 1992, 2003; Rattan, 1996; Ryazanov & Nef

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