25大未解之谜之生物篇 我们离答案有多远?

25大未解之谜之生物篇 我们离答案有多远?

17世纪的法国哲学家有一句名言：“我思故我在”.可以看出,意识在很长时间里都是哲学讨论的话题.现代科学认为,意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的.但是这仍然太笼统了,具体来说,神经元是如何产生意识的?近年来,科学家已经找到了一些可以对这个最主观和最个人的事物进行客观研究的方法和工具,并且借助大脑损伤的病人,科学家得以一窥意识的奥秘.除了要弄清意识的具体运作方式,科学家还想知道一个更深层次问题的答案：它为什么存在,它是如何起源的?
有一些生物拥有非凡的修复本领：被切断的蚯蚓可以重新长出一半身体,而蝾螈可以重建受损的四肢……相比而言,人类的再生本领似乎就差了一点.没有人可以重新长出手指,骨头的使用也是从一而终.稍可令人安慰的是肝脏.被部分切除的肝脏可以恢复到原来的状态.科学家发现,那些可以让器官再生的动物,在必要的时候重新启动了胚胎发育时期的遗传程序,从而长出了新的器官.那么人类是否可以利用类似的手法,在人工控制下自我更换零部件呢?
在上个世纪中期,生物学家把青蛙的体细胞核放入青蛙的去核卵细胞里,结果制造出了克隆蝌蚪.最近几年,关于人类胚胎干细胞的研究正在热火朝天地进行——把人的体细胞核放入卵细胞中,科学家期待着制造出各种各样的人类体细胞,例如神经细胞、成骨细胞、心肌细胞等等.尽管科学家已经取得了一些成功,他们仍然对于这种体细胞核移植技术能够成功的原因知之甚少.的确,去核的卵细胞在这个过程中扮演着至关重要的角色——可是具体机制是什么?
在某种意义上,植物似乎比动物有更大的灵活性.植物的体细胞不需要繁琐的体细胞核移植技术,就能重新变成植物胚胎细胞.科学家很早就已经开始利用植物的这种性质.用一小块植物组织,在实验室里就能培养出可以供一片森林使用的幼苗.但是为什么植物细胞有这样的灵活性?科学家已经发现了一些线索,例如植物的生长素在这个过程中起到的作用.
科学家已经发现了34亿年前的微生物的化石,在更古老的岩石上也能找到生物光合作用的痕迹.那么蛋白质和DNA——生命的两大支柱——哪一个先出现在地球上?或者一起出现?科学家认为,更可能的情况是,RNA比前两者更早出现.另一个问题是,生命在什么样的环境下起源?一种假说认为,生命最早起源于海底的热水中.如今,科学家一方面在实验室里探寻从简单有机物到可以自我复制的有机物的发展过程,另一方面,研究彗星和火星,也将为这个问题带来重要的启示.
这是一个充满生命的行星,但是并非每一个角落的生命都同样繁荣.一些地区居住的物种的数量超过其他地区.热带比寒带拥有更高的物种多样性.为什么会出现这种情况?仅仅是因为热带比寒带更热?科学家认为,生物和环境之间的相互作用对多样性起着关键的作用.当然,还有其他一些改变多样性的力量,例如捕食和被捕食的关系.但是,科学家首先面临的问题是如何获取关于全球物种多样性的基础数据——到底有多少种生物在那儿.
你很容易在社会性动物身上看到利他的行为.例如蜜蜂把食物的信息传递给其他蜜蜂.人类和其他灵长类动物社会也充满了合作的行为.进化论的创立者达尔文对合作现象提出过一些解释,例如亲属之间的相互帮助,实际上会促进整个家族繁殖的可能性.如今,科学家正在寻找合作行为的遗传基础.而博弈论——一种关于竞争、合作和游戏规则的数学理论,也能够帮助科学家理解合作行为如何运作.达尔文观察到了合作的现象并做出了解释,今天的科学家希望能够让这个解释更加深入,并且希望能够回答它是如何产生的.
生命是如此的复杂,以至于几乎每一位生物学家都只能在一个很小的领域进行探索.尽管在每一个领域都产生了大量的描述性的数据.但是科学家能够从这些海量的数据中得出一个整体的概念,例如生物是如何运作的?系统生物学这门正在形成的学科为回答这些问题提供了一些希望.它试图把生物学的各个分支联系起来,利用数学、工程和计算机科学的方法让生物学更加量化.不过,现在还没有人知道这些方法是否能够最终让科学家理解生物运作的整体图景.