有的科学家做过这样的实验:将乙酰胆碱类药物注射到猫的脑干里,此时猫眼快速运动进入睡眠状态。经研究当脑干里某神经元放出乙酰胆碱进行沟通信息时,另一种神经元就停止放出去甲肾上腺素和羟色胺,前一种神经元将信息传至大脑皮层,皮层的高级思维和视觉中心,借助已存的信息去解释、编织成故事,梦就产生出来。在梦境里为什么只见“境像”,尝不出五味,闻不到香臭,这是因为快速眼球运动期间发射出的是视神经元,而不是味觉、嗅觉神经元。为什么梦醒片刻就记不住梦的内容,这是由于梦的储存仅在短暂记忆里,而长期记忆库的去甲肾上腺素和羟色胺处在封闭状态。
当然,心理学家和生理学家对梦的解释和研究也不是完全正确的,有些解释还欠妥和过于简单。但可以相信,随着心理学和生理学的发展,当代和未来的心理学和生理学家们会对梦作出更准确、更完善的解释。
人类的血液可以再造吗
1979年4月3日,一位61岁的日本老人因患胃溃疡,吐了大量的血,生命垂危。医生认为必须马上给他动手术输血,可是,这位患者的血型极为罕见,医院里根本没有这种血型的血浆。
眼看患者奄奄一息,时间不能再等了,主持手术的内藤良一医生当机立断,决定把1000毫升白色液体注射到患者体内,然后进行手术。结果患者起死回生,得救了。
这种白色液体就是新发明的白色人造血浆。
1965年秋天的一个上午,在美国亚拉刀马大学医学中心的实验室里,克拉克教授和他的助手们正在紧张地做着一项生物化学实验。
糟糕!突然,一位助手轻轻地叫了一声。原来他因为不小心,把一只实验用的老鼠给掉进了盛有溶液的玻璃容器里了。当时大家正忙着,谁也没有注意到这个小小的事故。
3小时以后,实验做完了,大家开始整理容器和实验器械。克拉克教授突然发现那只玻璃容器里的老鼠正在溶液里钻来钻去。
这是怎么回事?克拉克检查了那只容器,里面装的是作为麻醉用的氟化碳溶液。在一般情况下,老鼠掉进水里或溶液里都得淹死。这只掉进氟化碳溶液里的老鼠怎么能活这么长的时间呢?
经过一番研究,克拉克教授发现,氟碳化合物能够溶解和释放氟气和二氧化碳。老鼠正是靠着氟化碳的这个特性活下来的。
克拉克教授没有放过这个偶然现象。他进一步思索,在血液里,红细胞起着输送氧气和运载二氧化碳的任务,氟碳化合物既然也具有同样的性质,能不能用它来代替人血呢?他大胆地提出了自己的设想,并把研究结果发表了。
克拉克教授的发现引起了年轻的日本医学工作者内藤良一的注意。他专程来到美国,拜访了克拉克。回国以后,他马上开始了利用氟化碳制造人造血的研究。
内藤良一和他的同事们经过十几年的艰苦工作,终于研制出了这种乳白色的“人造血”。1979年4月3日的临床应用成为了第一个成功的范例。
1980年8月,我国科学家也研制成功人造血液,它是氟碳化合物在水中的超细乳状液。这种奇妙的人造血液,与真正的人体里的血液是有所不同的:它不像人们常说的“鲜红的热血”,人造血液却是白色的。自然的人体血液具有不同的血型,不同型号的血液是互不相溶的,而人造血液不分血型,不管哪种血型的人都能使用。所以,人造血液是名副其实的万能血液。它注入人体后,能同人体的正常血红细胞一样,具有良好的载氧能力和排出二氧化碳的能力。
因此说它是一种红细胞的代用品。
糖尿病患者的福音——胰岛素
糖尿病患者不管喝多少水,仍会觉得口干舌燥,而且排尿量也剧增;不论吃多少食物,其体重都不会增加,反而会急剧下降,消瘦乏力,直至死亡。我国古代的医生曾经大胆地尝过这类患者的尿液,发现尿中有淡淡的甜味,这说明尿中含糖,从而解释了为什么这类患者的尿液会招引小虫子。因此,在人类历史上这种病最早被定名为糖尿病。在过去,人们一旦谈及糖尿病,就胆战心惊,胰岛素的发现给糖尿病患者带来了希望。加拿大的两位年轻人:班廷和白斯特,发现了胰岛素,拯救了许多糖尿患者的生命。
班廷是加拿大安大略省西医学院的青年教师,童年时他的一位女朋友因患糖尿病而死去,使他对糖尿病有很深的感触,以后一直试图找到医治糖尿病的方法。当时,班廷只知道胰脏与糖尿病有关,切除动物的胰脏会引发糖尿病及昏迷等症状,一两周内动物必然死亡。他反复思考:糖尿病患者血液中的糖分为什么与众不同,即不能转变为身体需要的燃料而加以利用,使之变成热能呢?
一些有名的生理学家认为胰岛分泌的这种未知的内分泌物能调节糖代谢,使血液中的糖分保持一定的含量,不至于太多,也不至于太少。其中有一位性急的科学家给这种还未经证实的内分泌物起名叫“胰岛素”。
有一天,班廷偶然在一篇论文中读到:如果阻塞胰脏通向十二指肠的导管,就有可能引起胰脏萎缩。一个想法立即在班廷的脑海里产生了:结扎狗的胰导管,等狗的胰脏外分泌组织(即腺泡)萎缩,只剩下内分泌组织(即胰岛)以后,再试图分离出胰岛素以治疗糖尿病。这个新的设想让他十分兴奋,几经周折,班廷找到多伦多大学生理系的麦克劳德教授,以求得这位有名的糖代谢权威的支持。
可是麦克劳德教授认为班廷是一个只有肤浅的科学知识而毫无研究经验的年轻人,曾经有多少有名望的科学家在提取胰岛素的过程中都失败了,班廷的设想也不会成功的。但是班廷毫不死心,经过多次努力,麦克劳德教授终于允许他在大学暑假期间来自己的实验室工作两个月,并给了班廷10条狗,其余的材料自备。麦克劳德教授还给班廷找了一个名叫白斯特的学生做助手。为了筹集实验资金,班廷变卖了自己的家产,他决心不顾一切,一定要实现自己心中的梦想。
1921年5月17日,29岁的班廷和22岁的白斯特开始工作。但实验进展很不顺利,班廷的钱也快要花光了,他们互相鼓励,没日没夜地工作,一直奋战了两个多月。7月30日午夜,他们给一只患糖尿病的狗注射了5毫升从狗的胰腺里提取出来的宝贵的胰腺抽提液,奇迹出现了——这只狗过高的血糖浓度迅速下降,一项伟大的发现终于诞生了。
此时麦克劳德教授改变了他的态度,不仅本人直接参与班廷的实验,还动员他的助手以及生化学家考立普参加到这项令人兴奋的工作中来。考立普对于胰岛素提取液的纯化做出了重大的贡献。几个月后,他们首先对一个患有严重糖尿病的儿童进行治疗,获得了成功,而后又对几个成年患者加以治疗,也取得了很好的效果。
很快,全世界都知道了29岁的班廷和他所创造的奇迹,各地的糖尿病患者纷纷要求能得到治疗。班廷和他的合作者们很快就研制出在酸性和冷冻的条件下,用酒精直接从动物(主要是牛)胰腺里提取胰岛素的方法,并在美国的制药公司进行大规模的工业生产。
从1945—1955年,英国的桑格又经过10年不懈的努力,终于搞清楚了胰岛素的全部化学结构,这样就为胰岛素的人工合成以及胰岛素分子结构与功能关系的研究奠定了基础。
胰岛素的发现,是20世纪生物医学界的一项重大发现,它挽救了数百万糖尿病患者的生命。
性别基因揭秘
1959年生物学家发现Y染色体决定人的男性特征后,人们就想知道Y染色体上面有什么特定区域、特定基因是决定男性特征的关键。
1975年,瓦赫特尔等提出Y染色体上有一个组织相容性抗原的基因H—Y和男性特征的决定有关。这个假说流行了近10年,到1984年被麦克拉伦等证明是错误的。
20世纪80年代美国麻省理工学院的佩基领导的实验室用现代分子遗传学方法寻找确定男性的基因。1986年他们发现Y染色体上一个特定小段含有决定男性的基因。1987年他们认为这个小段里面一个特定的基因ZFY是决定男性的基因。这个结论的关键一步是靠一个患者的情况来确定的。这个患者表征是女的,可是染色体看上去是XY(不是正常女性的XX),原来她的Y染色体有异常:佩基等发现她的Y染色体上面有一小部分缺失,他们推断这个缺失就应该包含了决定男性的基因,因为缺了这样的基因,即使有Y染色体的其他部分,也不能产生男性特征。佩基等在对应于这个缺失段的正常男性的Y染色体上发现了ZFY基因。这个结果发表后,引起很大轰动。
在一阵热闹中,澳大利亚的辛克莱实验室于1988年有了一个和其他人不一样的发现:袋鼠类的ZFY基因不在Y染色体上,而且根本不在性染色体上,而是在常染色体上。这个结果可以证实ZFY不是确定雄性的关键基因,也就是说,佩基提出的结论是不对的。但是,这个结果也可能是因为袋鼠类不用ZFY来确定性别,因为已知动物性别的确定机制在进化过程被发现过好些次,每次都是可以不同的,比如果蝇的Y染色体上没有确定雄性基因的。
ZFY到底是不是哺乳类雄性的决定基因呢?1990年,澳大利亚女科学家格雷乌斯和英国的洛威尔·巴奇实验室发现了另外一个基因SRY。这个基因最终有多个证据表明其是决定雄性的基因,比如如果性染色体为XY的人其SRY基因的一个关键碱基突变,那么这个人就会变成雌性,如果把SRY基因导入本来应该是雌性的老鼠体内,则可以使它变成雄性。
那么,佩基的ZFY是怎么回事呢?原来,他们的患者比较特别,她的Y染色体不仅在佩基1987年看到的区域有缺损,还在另外一个区域也有缺损,而后一个区域包含了SRY,她的SRY缺损是使她变成女性的原因,而佩基1987年发现的ZFY是在另外那个缺损区域,ZFY虽然缺损了,但这不是她变成女性的原因。这样一个基因被破坏了两段的患者比较少见,佩基在分析一个区域后就做结论,让研究走了弯路。
虽然研究的结论被证实是错误的,佩基并没有退出积极的科学研究前沿。
首先,佩基实验室1990年承认了错误,并自己报告了出错的原因(两个缺损中他们先朝向了一个错的)。其后,他们开始了其他研究,特别是Y染色体的基因组学研究。从1992年开始,他们发表了人类Y染色体的小段图谱,2001年发表了全部图谱。2003年6月19日,佩基实验室和华盛顿大学基因测序中心的合作者们发表了Y染色体DNA序列及其分析。这些文章的发表使佩基等科学家从十多年前重大挫折的阴影中走了出来。
Y染色体上95%的区域是男性特异区域,里面含有和男性有关的基因,共有156个转录单位,有78个编码蛋白质的基因,最后是27个完全不同的蛋白。
约10%的基因是近几百万年才从X染色体移到Y染色体上来的,还有20%是更早以前来自于X染色体的,其余的是一些回文结构。
SRY基因的发现,加深了人们对哺乳类性别决定基因的认识,这不仅对阐明人和哺乳类的性别决定机制和性别分化中基因的作用有着重要的理论意义,而且以SRY基因为基础进行早期性别的基因诊断在医学遗传学、优生学和动物育种学上也有很大的运用潜力。如目前已发现孕妇外周血中可能含有少量的胚胎脱落细胞,如果能用某种技术将这些细胞分离出来,就可对这些细胞进行SRY基因的检测,从而确定早期胚胎的性别分化方向。如果以后能做到这一点,也必将为产前诊断开辟一个崭新的途径,以预防连锁遗传病的发生。近年来利用胚胎切割和胚胎移植技术,结合早期性别的基因诊断,进行经济动物(如奶牛)的育种已获得初步的成功,该领域潜力巨大,必将推动育种业的迅速发展。
人为什么会有疼痛感
古人曾有过疼痛在心还是在脑的争论。直到现在人们才知道,痛是由脑感知的。至多经过1秒钟,大脑就知道脚趾被刺痛了。丘脑最先感到痛的,而辨明痛的部位和程度的任务是由大脑皮层完成的。
那么,如果脑子根本没有过疼痛又会怎样呢?一只狗若在隔离状态下养大,从出生以后它就未经历过碰撞或擦伤的痛苦,它忍受针刺的能力与众不同,鼻子碰到燃烧的火柴也不马上跑开,它比在正常环境下饲养的狗有更多的“忍痛”能力。
巴甫洛夫的试验进一步证明:饥饿的动物为了获得生存所必需的食物,哪怕是经受电击、经受烧灼的痛苦也在所不辞。因为“脑子”告诉它们,这时食物比疼痛更重要,因此也就不怕痛了。
在神情专注或其他特殊情况下却感觉不到痛,究竟是什么原因呢?
有一种“闸门控制”的理论,在国际上流传甚广。根据此种理论,神经系统只能处理有限的信息量,这中间有一道“闸门”,过多的信息将被拒之门外。
比如,脚趾踢痛了,用手去抚摩几下,这种疼痛和抚摩的感觉到了“闸门”那里,就只能“合二为一”地通过。一半是疼痛,一半是抚摩的快感,与刚才全是疼痛的感觉相比觉得抚摩以后痛的程度轻多了。
但“闸门控制”理论对疼痛的解释并未做到尽善尽美。“幻肢痛”就是一个未解之谜。据统计,切去肢体的人中有将近30%有过或轻或重的“幻肢痛”现象,有些人甚至在许多年后还无法消除它。1995年一封读者求医的信件在一家报纸上刊出,说他母亲虽因工伤绞断右臂达30多年之久,可患处一直疼痛不止。
对于一般人来说,不同的人对同等程度的刺激的感受不同。一般说来,女性比男性怕痛。根据有关的研究资料,除了大腿骨部外,人体各部位的疼痛都是女比男怕痛。女子更怕痛的原因或许是因为女性纤细柔弱,也可能是由于女性自以为“弱者”,不以喊痛为耻。但“男子汉大丈夫”们却要逞英雄,即使疼痛难忍也不肯轻易叫痛。美洲的印第安年轻男子,常用钩子穿过皮肤,把自己吊起来,以此为娱乐的方式并引以为荣。此时他们谈笑自若,似无痛感。
长期以来,疼痛是医学界唯一难以定义而又不能客观测量的病症。但科学家相信,对疼痛的研究,疼痛是否与性格有关、是否有疼痛记忆、如何测定疼痛程度等方面正在进行。让我们对新的研究成果拭目以待吧。
人类基因组计划揭秘