作为高等的动物体,人的每一器官好像一个“微型发电机”,在活动时也产生电。如心脏活动产生心电,大脑皮层活动产生脑电,肌肉活动产生肌电,光刺激视网膜则产生视网膜电变化,声波作用于耳蜗产生耳蜗内电变化等。人体各器官的电变化是很微弱的,仅几十毫伏,反映到身体表面就更小了,不仅不能像电鱼那样击毙周围的小动物,就连人体自身也觉察不出来,必须经过放大才能捕捉到它。
为什么人体内各器官活动会在体表出现电变化呢?多年来,很多生理学家用不同方法证明了细胞在安静状态下,细胞膜内外存在电位差,膜外电位比膜内高,称此电位为静息电位。当细胞受刺激兴奋时产生负电变化,即膜外电位较膜内低,而此负电变化能沿着细胞膜扩散开来,称为动作电位。器官是由许多细胞构成的,而且它们兴奋也是具有一定顺序的,兴奋部位膜外电位为负,未兴奋部位膜外电位为正,二者之间存在电位差,因此必然有电流产生。
既然细胞中存在着上述电位的变化,医生们便可用极精密的仪器将它测量出来。此外,还由于在病理的情况下所产生的电变化与正常时不同,因此医生们可从中看出由细胞构成的器官是否存在着某种疾病。有一种叫“心电描记器”的仪器,它便是用来检查人的心脏有否患有疾病的一种仪器。这种仪器可以从人体的特定部位记录下心肌电位改变所产生的波形图像,这就是人们常说的心电图。医生们只要对心电图进行分析便可以判断受检人的心跳是否规律、有否心脏肥大、有否心肌梗塞等疾病。同样,人类的大脑也如心脏一样能产生电流,因此医生们只要在病人头皮上安放电极描记器,并通过脑生物电活动的改变所记录下来的脑电图,便知道病人脑内是否有病。当然,比起心电来,脑电比较微弱,因此科学家要将脑电放大100万倍才可反映出脑组织的变化,如脑内是否长肿瘤、受检查者是否可能发生癫痫等。科学家们相信,随着电生理科学以及电子学的发展,脑电图记录将更加精细,甚至有一天这类仪器还可正确地测知人们的思维活动。
生物电还可以用来制造人造“电手”。我们知道,人双手的一切动作都是大脑发出的一种指令经过成千上万条神经纤维,传递给手中相应部位的肌肉引起的一种反应。如果我们把大脑指令传到肌肉中的生物电引出来,并把这个微弱的信号加以放大,那么,这种电信号就可以直接去操纵由机械、电气等部件组成的假手了。国外制造的一种假手,从肩膀到肘关节,使用了5只油压马达,手掌及手指的动作使用2只电动马达。手臂在发出动作之前,利用上半身的各肌肉电流来作为假手活动的指令。即在背脊及胸口安放相应的电极,用微型信号机来处理那里产生的电流信息,7只马达就能根据想要做的动作进行运转。这种假手的动作与真手臂大致相同,由于主要部分采用了硬铝及塑料,故其重量还不到263公斤。据报道,这种假手已能够做诸如转动肩膀及手臂、掌、弯曲关节等27种动作了。它能为由于交通及工伤事故而被齐肩截断手臂的残废者解决生活和工作上的许多不便。
人造假手的出现不仅为四肢残废的人制造了运用自如的四肢,而且由于生物电经过放大之后,可以用导线或无线电波传送到非常遥远的地方去。显然,这对于扩大人类的生产实践,将会产生具有影响力的改变。到那时,人们可以叫假手到万米深的海底去取宝,或到高炉里、矿井里去操作,甚至可以叫它到月亮上去为人类建造月球基地。
可以预言,探索生物电造福于人类的前景是光明的、宏伟的,它在21世纪将发挥更大的作用。
我们常常见到的向日葵,它们的花朵能随着太阳的东升西落而运动;含羞草的叶子,经不起轻扰,一碰就会低眉垂着头害起羞来。这些植物界中的自然现象,都是生物电在起作用的缘故。因而生物电的研究,对于农业生产也具有很大的意义。
基因治疗
我们知道,人类的疾病虽然或多或少都与遗传素质有关,但有些主要是由环境引起的,像感冒、各种炎症,这些疾病都是可以用药物根治的。而另一些病则主要是由遗传缺陷引起的,如色盲、血友病等。对于这类遗传性疾病,药物至多只能缓解病情,而不能根治,因为普通药物不可能修复遗传缺陷,只能起补偿作用,而补偿是不可能永久的。那么遗传疾病能否根治呢?答案是肯定的,那就是通过基因治疗。
生物体的一切生命活动,从出生成长、出现疾病、衰老直至死亡都与基因有关,基因调控着细胞的各种功能——生长、分化、老化、死亡。现代医学研究证明,几乎所有的疾病都和基因有关系。目前已发现,人类与疾病相关的基因约有5000多个。基因治疗就是通过基因工程技术,用基因去改变病人的遗传物质,以达到防病和治病的目的。
基因治疗和普通药物治疗有何不同,为什么要采用基因治疗呢?我们还是从一个小故事讲起:从前有个人穷困潦倒,以乞讨为生。一次他遇到一家慷慨的人家,给了他一整袋米,于是他舒舒服服地过了一阵子。后来有一天米吃完了,他只得又开始乞讨。这次他的运气没那么好了,只讨到了几粒谷子。就在他发愁的时候,来了一位老者教会他耕种的方法。后来他靠着辛勤的耕耘过上了丰衣足食的生活。普通药物就好比是那袋米,即使再多,也有耗尽的时候,而基因治疗时导入的基因则是生生不息的种子,它能源源不断地在体内产生病人缺乏的物质,使病人最终摆脱对药物的依赖。所以说常规疗法是治标,而基因疗法是治本。
世界上第一例成功的基因治疗病例发生在1990年。一名4岁儿童患有一种极具破坏性的遗传性疾病——腺苷脱氨酶缺乏症,导致免疫系统严重缺陷。这种疾病是由有缺陷的基因造成的。美国科学家运用基因疗法,从患儿身上提取T淋巴细胞,把校正后的腺苷脱氨酶基因植入细胞中,然后注入这个儿童的血液中。经过18个月的治疗,儿童免疫力大大提高,在水痘流传时他却安然无恙。此后,随着分子生物学及医学遗传学的发展,基因治疗的内容也在不断地拓展。目前基因治疗的对象不只局限在遗传病,还可以是任何疾病,包括各种肿瘤,病毒性疾病,心血管疾病等。
基因治疗虽然已初显威力,但仍面临一些严峻的问题。基因治疗的实质就是对人进行转基因操作,目前全世界共同约定基因治疗的对象仅限于体细胞,在获得任何确凿的证据之前,绝不允许对人类的生殖细胞进行转基因操作,因为人是绝不能用来做试验的,一旦发生任何一点出乎预料的事故,必将引发伦理道德方面的轩然大波。这就随之产生了一个问题,接受基因治疗的病人所获得的补偿能力只是一种后天获得的性状,不能传给后代,因为他的生殖细胞仍是有缺陷的,这就意味着他的后代可能仍需接受基因治疗,而不像转基因动植物,只要获得稳定的转基因个体,就可代代相传,一劳永逸,所以从长远角度来看仍是治标不治本。部分自然进化论者坚决反对基因治疗,不过更多的科学家则认为,人类社会的特殊性决定了它不可能完全受制于自然选择力,而更重要的是基因治疗的实践加深了人类对自身的了解。也许有一天人类完全可以控制并预防遗传病的发生,再也不需要基因治疗了,但也不能忘记基因治疗对此作出的贡献,可以说治疗正是为了不需要治疗。
基因治疗对治疗人类多种疾病有潜在的优势,并产生很低的副作用。目前科学家已发现几段与老化及疾病相关的基因,如SOD基因能产生抗氧化物的SOD,有效消除自由基,防止衰老和疾病的发生;HDL基因能产生大量高密度脂蛋白,避免血管粥样硬化;DAF基因可缓慢代谢,延年益寿。另外,科学家们已发现基因疗法可以通过多种机制达到抗肿瘤的效果。