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世界科技全景百卷书: 人类未来的美好世界
从医学角度看，人类的历史是一部人类与疾病的斗争史。回想千百年来，人类饱尝瘟疾的肆虐、疾病的折磨，谁不为今天的医学成就而欢欣鼓舞？然而，至今人们仍未能摆脱病魔缠身，这是什么原因呢？一方面是由于致病因子客观存在，有些是与天体同在的，如日光、紫外线、地球射线、放射元素等，它们可以引起皮肤病、血液病、癌症等；有的是与人体同在的，如体内的各种激素，甚至某些营养物质，如色氨酸（可引发癌症）、肠道内的某些细菌等；更重要的还是人类生产活动中，不断制造出成千上万的化学物质，如杀虫剂、除莠剂、人造橡胶与塑料、药物等。这些化学物质一方面固然给人类带来巨大利益，另一方面却可引起多种多样的疾病。此外，还由于人类的活动，尤其开发自然疫源区，使得许多原本与人类“互不侵犯”、“相安无事”的病原体，如埃博拉等进入人类世界，于是引起一场场的瘟疫。 上面，我们只讲到客观的自然界因素，另一方面，我们人类本身也由于 “无知”、或是“明知故犯”而遭受疾病。试想一个多世纪以来人类的吸烟陋习，千百年来的饮酒，尤其是酗酒，给人类带来多么巨大的伤害。此外，直到近十余年间人们才猛然间想到肥胖的危害。 然而，科学家们对21世纪仍抱着乐观的态度。相信下个世纪将是一个“无烟的世界”，因为随着人们对吸烟危害的认识 （无论对个人、对家庭、对社会经济的发展），知其“万害而无一利”。在未来的岁月里，必将是“玉宇澄清万里埃”，全球的癌症、支气管炎等疾病将下降很多。 科学家们希望到21世纪所有的人们不再肥胖，因为21世纪人们必将在合理膳食、适当运动等方面得到更科学的医学指导。人们不再摄入过量的脂肪与糖，从而许多因肥胖而引发的疾病将得到控制。 下个世纪人们对保护环境将更加重视，科学家们在考虑生产一种物质之前，必须考虑到它对人类的长期效应，而绝不只图一时的经济效益。那时我们的空气将更加新鲜、阳光将更加明媚、河水将更加清澈，到处是莺歌燕语、绿叶鲜花，人们生活在这样的环境里岂能不人人长寿，身体健康！朋友们，让我们共同努力，创造我们人类未来的美好世界吧！医学家的荣誉 诺贝尔生理学和医学奖 诺贝尔奖是以瑞典著名发明家诺贝尔命名的世界性大奖。诺贝尔1833年10月21日生于瑞典斯德哥尔摩一个工程师家庭。1862年，诺贝尔首次找到安全引爆和生产硝化甘油的方法，并获得了专利，他也因此获得巨大财富，但他的伟大成就几乎是冒着生命危险取得的。 一次，在他研究炸药的时候，实验室发生了大爆炸，诺贝尔的叔叔和一个弟弟当场炸死，他并没有被困难和死亡吓倒，而是继续致力于炸药的研究与开发，最终研制成功了安全、高效的炸药。 诺贝尔死后留下大笔的遗产，但他没有像其他富翁一样把钱留给儿女。因为诺贝尔认为：大宗的遗产是会阻滞人类才能发展的，如果给子女留下过多的遗产，那只是奖励懒惰，同时会阻碍子女发展他们个人独立的才干，所以他才立下了那份惊人的遗嘱—把他的财富留给全人类。 1896年12月10日诺贝尔死于意大利。他的遗嘱指出：将其全部遗产作为基金，把基金每年的利息，以奖金的形式平均分成5份，分别授予当时在物理、化学、生理和医学的研究工作中和在文学与和平事业中最杰出的人士，而不论其民族和性别。1969年又增设了经济学奖，形成今天的6项奖。 诺贝尔的遗产经过清理，总额为3158万多瑞典克朗，相当于200多万英镑。 从1901年开始颁奖以来，诺贝尔生理学和医学奖已经颁发了95年，回顾这95年的历史，获奖项目从以应用医学的科研成果为主逐渐到以基础医学科研成果为主。 在头30年里，应用医学占了很大比重，其中有一小半都是对传染病的研究成果。另外，临床医学也占有较大比重。而基础医学研究领域获奖者寥寥无几。值得一提的是巴甫洛夫对消化生理的观察（1904年奖）。这一阶段获奖者的分布反映了本世纪初期，传染病十分猖獗，人们的注意力都放在诸如传染病的防治等应用医学上，而基础医学的研究尚处于萌芽状态。 接下去的30年，基础医学开始发展，获奖数目已经可以和应用医学分庭抗礼了。而这一阶段应用医学的注意力已由传染病转移到维生素。针对传染病，则表彰了一系列杭生素的发明：磺胺（1939年奖），青毒素（1945年奖），链霉素（1952年奖）。在基础医学方面，奖励了病毒学的进步和摩尔根建立的基因论。这30年获奖分布表明了人类已经不是被动接受细菌和病毒的挑战，而是开始向它们反攻了。 最近这30年，基础研究占了压倒多数的地位，尤其中分子生物学领域更加辉煌。而在应用医学领域，仅表彰了CT的发现等很少几项。人们引颈期盼的恶性肿瘤、心脑血管病之类的攻克，始终没有成为现实。因为在现代科学条件下，应用医学的突破，主要取决于基础研究的突破，而不能指望依靠过去经验性的成就。 最近十数年的诺贝尔奖，都颁给了很深奥的基础研究领域。医学研究中小突破不断，却一直没有出现划时代的创举。 让我们看看诺贝尔生理学或医学奖历史上几位辉煌的人物。 白喉抗毒素血清的应用——首次奖 德国微生物学家埃米尔·冯·贝林在血清疗法治疗白喉方面开辟了一条新路，从而给人们一种同疾病与死亡作斗争的武器—抗毒素。他获得了1901年的首次诺贝尔奖。 贝林把白喉和破伤风的培养基加热灭菌后，注射到动物体内，动物血中就会产生中和这些杆菌所产生的毒素的物质—抗毒素。把抗毒素注射到感染了白喉和破伤风病人的血中，便可中和血中的毒素，减轻对人体的毒害。1918年的圣诞之夜，一个白喉病孩注入白喉抗毒素血清而获痊愈。从此，该病的死亡率很快下降，贝林也获得了很高的声誉。 为血管外科学做出贡献的卡雷尔—1912年奖 在卡雷尔之前的时代，如果战士在战场上受了伤，主要动脉破裂，血流不止，只是用一根止血带止血。血虽止住了，但与此相关的部分肢体得不到血液的营养，很快发生坏死。接通血管必须解决血管吻合技术，否则伤口渗血，形成血栓，血管管腔内变的狭窄，血供应受阻，肢体还会坏死。可见血管吻合术的优劣在外科手术中是多么重要。 在法国里昂大学讲授解剖学和手术外科学的卡雷尔决心要发明一种新的缝合法。早在大学学医时，他就酷爱外科学，在课余时间做了大量的尸体解剖，还学会了木工活和缝纫本领，以使自己的双手更加灵巧以适应手术的需要。他经常用一支很小的针，引上缝线，穿过普通的道林纸而不使缝线出现在纸的背面。他苦心训练的结果，竟然达到了这样的地步：一只手伸在口袋里，可以在火柴盒内打外科结。 他不断研究，创造“三线缝合法”，并用四年的临床和实验观察证明，缝合的血管可以保证不出血，不形成血栓和不使血管管腔狭窄。他做了这样一个手术：把狗的甲状腺取下来，然后上下倒置移植回原来的位置。这个手术吸引了人们的注意，很多外科名家来芝加哥参观并对他表示赞赏。但他并未陶醉在这一次的成功中。1906年卡雷尔来到洛克斐勒研究所，利用他发明的血管吻合术，一心一意地从事器官移植的研究工作。他在猫和狗身上，先后过甲状腺、肢体、肾脏、脾脏、肾上腺、卵巢、肠以至心脏的移植，但成功仅仅是外科手术上的，由于免疫排斥反应，他的手术多在几个星期后就以失败告终。但我们应当承认，卡雷尔不只是一个手术匠人，而是器官移植的先驱者。 血型的发现—1930年奖 自从1628年哈维发现血液循环以来，人类就不断进行着输血的尝试。 1667年，法国的哲学家丹尼斯和外科医生埃默累兹第一次将250毫升羊羔的血输给了人，接着就有重复他们的实验，但往往出现极其严重的后果，甚至导致死亡，所以输血的尝试慢慢停顿下来。 一个世纪后，输血试验又被人们再次尝试。1819年布伦德尔第一次完成了人与人之间的输血试验。但总的来说，输血的结果还是令人失望的。输了血有时使人康复，有时使人死亡，到底是什么原因在作怪呢？ 奥地利学者兰德斯坦纳在1900年研究了这一问题，他把自体的红细胞和血清在试管内混合后，不会发生凝集，但从不同个体采集来的红细胞和血清混合以后，在试管中就发生凝集与不凝集两种情况。这种现象虽然很多人都观察到过，但只有兰德斯坦纳做出了解释：红细胞上有两种特异的结构，它们可单独存在，也可同时存在。在血清中有这种特异结构的抗体—凝集素，如果它与红细胞上特异结构相遇，就会产生凝集反应，给人输血时如果遇到这种情况，就会发生危险。 接着，他又推断出：人的血型是可以遗传的。他的理论为输血奠定了基础。 由于历史上输血尝试屡遭失败，一般医学家已把输血视若畏途，但仍有很多科学家在进行这方面的实验。让人预想不到的是：第一次世界大战的爆发居然促进了输血的发展。由于战争中救护伤员的迫切需要，大量输血成为保障伤员性命的手段。奥登堡第一次将凝集反应应用于输血前的配血试验，只有红细胞和血清混合后不凝集的人之间才能进行输血，居然大获成功，挽救了大量伤员。以后随着输血实践的积累，输血的安全性逐渐提高，到了20年代末，在欧洲、北美的大城市已普及输血这一医疗措施。 为什么兰德斯坦纳1900年研究血型，直到1930年才获奖呢？因为诺贝尔奖的发放是经过仔细考查的。一项新成果从发现到应用，经过十余年的实践证明是确实可行的，对人类有重大贡献的，才能颁奖，这样才能体现诺贝尔奖的价值所在。其次，血型的发现及其完善，应用于实践的一系列辅助技术的解决是很多学者共同智慧的结晶，而兰德斯坦纳在这个课题上仅是一个先驱者。这也是最高荣誉迟到的原因。 不过，当你献血、输血时，可别忘了血型的发现者—兰德斯坦纳。 摩尔根和他的基因论—1933年奖 1933年诺贝尔奖授予美国的摩尔根，表彰了他在研究染色体方面的杰出贡献。他的贡献在于应用果蝇作为实验模型，揭示了染色体在生物性状遗传给后代中所起的作用，大大发展了孟德尔的经典遗传学，这也是人类优生学的基础。 摩尔根的成功取决于他的科学方法。其一是他选择了正确的实验模型，其二是他善于继承前人经验并创新。 在实验动物的选择上，他觉得象盂德尔一样用豌豆做实验，一年只能收获一次，十分不方便。所以在别人的介绍下，他选择了果蝇。这种小动物作为遗传学模型具有很多优点。它的寿命很短，只有10～14天，1年可繁殖30代，一对雌雄果蝇在一年内就可产出几百个后代，并且一年四季均可繁殖，雌雄果蝇也很易于分辨，各种性状表现十分明显。它有4对染色体，大小又不同，在显微镜下很容易分辨。因此，用它做遗传学实验进行杂交，可以很快传代并得出结果。最后他总结出连锁与互换规律，并归纳了遗传的基本原理，奠定了遗传学的基础。 另外，在实验方法上，他继承了前辈孟德尔的统计学方法，并与在显微镜下的观察结合起来。这样，他的结论比孟德尔的单纯统计数字更有说服力，更科学，因而不像孟德尔的学说一开始无人接受，直到几十年后才在文献资料堆中挖掘出来。 按理说，摩尔根的成就应属于生物范畴，不应当获生理学和医学诺贝尔奖。不过，由于遗传学在医学中的重大贡献，获奖是当之无愧的。 从摩尔根获奖可以看出：在科学研究中，合适的实验方法和正确的指导思想，也是成功的保证。 青霉素的发现始末—1945年奖 青霉素是本世纪20年代末发现的第一种可以实际应用于人体传染病治疗的抗生素，它传奇般的发现经过已经是人所共知的，但我们还要在这里讲一讲这绝非偶然的偶然发现。 在细菌的培养过程中，往往因为培养皿被一个霉菌所污染而导致培养失败，对细菌学家来说，这是司空见惯的事实，就如同树上的苹果往地下掉而不往天上飞一样。只有英国的细菌学家弗莱明仔细观察了这一现象。他看到在离霉菌菌落不远的地方，葡萄球菌菌落变得半透明，最后则完全裂解了。他并没有把培养皿随手一抛，说上一句“培养失败，给霉菌污染了”，而是经过认真地研究和思考，提出了一个结论：有价值的抗菌物质是由霉菌所产生的。接着，他做了大量的体外试验证实了青霉素的抑活性和安全性，肯定了青霉素的效果。 他就此一举成名了吗？没有。因为他缺乏化学知识，无法将液体培养基中的青霉素提取出来，因而无法在临床实践中运用，所以，青霉素的发现并没引起当时科学界的重视。弗莱明已走到山穷水尽的地步了。可他不灰心，不气馁，以坚韧不拔地毅力把那株青霉素在培养基上定期传代，一传就传了10年，直到生化技术的进步使青霉素的提取成为可能。终于在弗洛里和钱恩等一批科学家的帮助下，利用马丁和赛恩其的分配色层分析技术提纯了青霉素。 青霉素就此成为人们救命的法宝了吗？故事到这里并没有结束，实验室中提纯和大规模工业生产之间尚有一道鸿沟。为了逾越这最后的障碍，美国动用了200多名化学家与英国科学家协同攻关，最终完成了这一复杂的技术。 可见，如果没有敏锐的观察，没有充实的大脑，弗莱明不可能发现青霉素；如果没有坚韧不拔的毅力，没有坚强的信心，没有认真细致的工作，弗莱明不会把青霉素传代10年，长期保存；如果没有其他科学家的发现，没有科学家们的集体协作，青霉素的提纯和工业生产不会成为现实。 青霉素的发现使我们看到了科学的成功历程是多么漫长。在科学的道路上没有捷径，只有沿着崎岖小道艰辛攀登的人，才有希望到达光辉的顶点。 活动的基因—1983年奖 猫与老鼠有什么共同之处呢？如果说猫身上有老鼠的基因，你一定会嗤以鼻。可事实的确如此。猫身上不仅有老鼠的基因，还有狒狒的基因。很多动物也有类似的情况。比如北美洲的黄鼠狼有南美洲鼠猴的基因，而鲑鱼莫名其妙地带有鸟类的基因。这些基因是怎样从一种动物“跳跃”到另一种动物身体中去，并组合在它的遗传密码里呢？ 根据孟德尔的经典遗传学理论，基因是成串排列的，固定的。只有在同一对染色体里才能发生交换，但这交换也不能产生任何有用的信息。任何新信息的产生只能等待基因发生突变，尽管十万次复制中才能出现一次错误，但这次错误说不定就能表达出与以往不同的东西，使生物产生新的性状。再经过自然界的选择，适宜的便保留下来，不适宜的将被淘汰。如果基因如此稳定，进化如此缓慢，地球上多姿多采的生物要经过多少年才能产生啊！ 美国的女遗传学家巴巴拉·麦克林托克提出新的见解。在1951年，她发表了一篇惊人报告：染色体中成串的基因不是固定的，它们以不规则的方式在运动着，甚至可以从一个细胞“跳跃”到另一细胞中，从而，基因所携带的信息便进入另一种细胞。她的“活动遗传基因”在当时还不能为其他科学家所接受，全世界只有不到10名她的支持者。直到60年代，一些生物学家用电子计算机进行研究并证实了这一理论后，麦氏才成为世界瞩目的人物。70年代，在基因工程实验中发现了基因在细菌中频繁移动，更证实了麦氏的理论。 她的理论使人们改造生命的梦想变为了现实。人们可以把基因转移给细菌，让它合成各种激素、免疫球蛋白、疫苗，取代以前从动物体内提炼的陈旧工艺，也可把基因注入遗传病患者体内，完善他的基因库。她的成就奠定了遗传工程学的理论基础，为现代医学、生理学和农学打开了一个全新的领域。为了表彰她的贡献，瑞典国王把1983年诺贝尔医学奖授予了她。 |
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