科研新領域——開發運用生物電
國外有一種“播種掛表”很是奇特:把它的導線插頭一端插入花盆的土裏,另一端插入花卉的株莖或果實裏,便起動走時,因為一個插頭是銅的,另一個是鋅的,利用這兩種金屬電子差作用便可產生生物電流。
其實,許多植物在生長過程中均能發電。蘇聯土壤專家發現,水稻田就是巨大的自然發電站,在這個“發電站”裏。稻稈起著閉合電路的導線作用,它泡在陽性電解質裏,即含少量鹽份的水中;而稻根則相反,是插在陰電位土中。
實驗證明,在尚未注水的稻田裏鋪設一段電極,將另一端埋入地下。待放水插秧後,將兩個電極連接,結果導線上有電流通過。而且這種電流一天天加大。其原因是,種苗進行光合作用,不但能把水分解為氫和氧,還能把氫分解為帶正電和負電的粒子。有趣的是這種電流還與水稻生態、環境及氣象有關,如雷雨前的電流強度高於日常數倍至數十倍。專家們認為,這一研究成果如能得到推廣應用,不但使數千年的水稻栽培發生劃時代的變化,還能取用電能預報氣候。
科學家們正在揭開生物電的奧秘。日本東京文學女子大學島山教授認為,含羞草的葉開閉動作就是靠葉柄組織傳導興奮電流指揮的。早稻田大學理工係研製了“生物電流測感器”。使用這種測感器可以將生物電轉變為聲音,從而聽到含羞草、榕樹等遇到外界刺激時發出的哀鳴,用以預報雷電、火山爆發、地震等發生的前兆。
說起動物“發電”也會使人吃驚。如太平洋熱帶海區有一種軟骨魚叫電鰩,它的頭胸部、腹麵兩側各有一個腎髒形、蜂窩狀的“發電器”。當電鰩受到刺激或興奮時,每秒鍾能放電150次,電壓高達70~200伏特。還有南美洲電鰻,放電高達800多伏……別說周圍的魚蝦會被擊斃,甚至能把漁民擊昏。
許多動物的“用電”本領,也使人感歎。蠑螈等兩棲動物的斷肢殘端電流竟能點亮一隻手電筒燈泡。非洲梭子魚的電器官極靈敏,即使水箱上麵放一把梳過頭發的梳子。它也能立即作出反應;而我們都隻能根據鵝絨、紙屑等是否吸附,來斷定梳子是否帶電。
聯邦德國科學家發現,非洲內河的象鼻魚能迅速、有效地檢測水質汙染。隻要水中含有極微量的毒素或重金屬,象鼻魚都會顯出煩躁不安,同時,它的電器官發生的生物電脈衝速率也會發生變化。科學家通過象鼻魚的電脈衝速率變化測出汙染程度,日本最近發明一種生物電預測汙染與氣象的方法。該法是以探針電極接收鯉魚、金魚等呼吸時發出的微弱電流,再由電信號顯示並用電腦識別,以判斷水域的汙染和氣象的變化。據稱檢測率達97%。
〖MZ(2H〗引人矚目的生物計算機〖MZ)〗隨著微電子技術的高速發展,作為計算機核心元件的集成電路的創造工藝,已經達到了理論極限,半導體矽芯片因電路密集引起的散熱問題實難解決,科學家們正致力於尋找新的材料。在科學探索的道路上,現已閃爍出一束引人矚目的“光”——生物計算機。
生物計算機的主要原材料。是生物工程技術生產的蛋白質分子,井以此作為生物芯片。在這種芯片中,信息以波的形式傳播。當波沿著蛋白質分子鏈傳播時,引起蛋白質分子鏈中單鍵和雙鍵結構順序的變化。因此,當波傳播到分子鏈的某個部位時,它們就象芯片中的輩流子那樣來傳遞信息。由於蛋白質分子比矽芯片上的電子元件小得多,其密集度可做得很高。更為可貴的是,蛋白質構成的生物芯片,有著巨大的存儲能力。由於一個蛋白質分子就作為一個存儲體,而且蛋白質分子的阻抗低、能耗小,它較好地解決了散熱問題。此外,蛋白質很容易構成三維立體形的分子排列結構,形成立體生物集成芯片。而目前電子計算機用的芯片,幾乎都是二維平麵型集成電路。對於生物芯片,要做成幾十億兆位的生物存儲器。則是一件相當容易的事了。生物計算機除了具有驚人的存儲容量外,還具有高速處理信息的能力。它的處理速度與當今最新一代計算機的速度要快百萬倍。這就為實現計算機的高智能化提供了可行性。
由於蛋白質分子能夠自我組合,再生新的微型電路,表現出很強的“活性”。使得生物計算機具有生物體的一些特點,它能夠發揮生物本身固有的自我調節機能。這樣就能自動修複芯片上發生的故障。它還能模仿人腦的機製。科學家認為,生物計算機最有可能實現人類所尋求的“智能”解放。
在生物學家、神經學家、電子學家、物理學家、化學家和計算機科學家的合作下,美國、日本等國家的科學家紛紛投入生物計算機的研究與開發工作,並取得了引人矚目的重大發展。
〖MZ(2H〗應用廣泛的基因工程〖MZ)〗1990年9月14日,在美國馬裏蘭州一家醫療中心,醫生以滴注法將一種灰色溶液輸入一名4歲小女孩的靜脈血管。這種溶液含有這個小女孩的白血球,但已經過改造,她從遺傳得來的有缺陷的基因已被健康的基因所替代。整個滴注隻花了28分鍾。但卻標誌著“基因療法”在人體上的實驗已經開始。這是一個劃時代的開始。