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43 動(dòng)物的節(jié)能術(shù)
選自《動(dòng)物謀生術(shù)》(江蘇教育出版社1998年版)。
王義炯蛇的耐餓本領(lǐng)可真驚人。據(jù)說(shuō)，有一條蟒蛇餓了2年9個(gè)月才死去。有位生物學(xué)家對(duì)我國(guó)蛇島〔蛇島〕又名小龍山，也叫蟒島，在遼東半島西南，渤海海峽北面，面積不到一平方公里，生存著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的蝮蛇。上的蝮蛇進(jìn)行過(guò)研究，既不給食又不喂水的蝮蛇，平均能活78天，活得長(zhǎng)的可達(dá)107天，即使“短命鬼”也活了34天。如果讓它們喝些水，那么，耐餓的本領(lǐng)就可提高1倍左右，最耐餓的甚至活了392天。
為什么蛇有這種耐餓本領(lǐng)呢?因?yàn)樗鼈冇幸惶坠?jié)約能量的技術(shù)。人們都知道，一摸到貓、狗和雞身上，總是感到熱呼呼的，可是一摸到蛇的身上，卻是冷冰冰的。這是因?yàn)榍罢呤呛銣貏?dòng)物，后者是變溫動(dòng)物。恒溫動(dòng)物的身體，好像是只具有恒定溫度的爐子。為了保持恒定的體溫，就要消耗體內(nèi)的能源物質(zhì)?？墒牵鳛樽儨貏?dòng)物的蛇就省去了這筆能量開(kāi)支。它們一年四季的體溫固然不同，就是同一天中的體溫也隨外界溫度變化而有較大的變動(dòng)。所以，它們體內(nèi)動(dòng)用的能源物質(zhì)，遠(yuǎn)比恒溫動(dòng)物為少。拿重量相等的豬和大蟒蛇相比較，如果豬每天消耗150份單位重量的能源物質(zhì)的話，那么蟒蛇只要1份就夠了。在冬眠時(shí)，蟒蛇所消耗的能量更是微乎其微，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多月的冬眠后，它的體重只不過(guò)減輕2%左右。
與此同時(shí)，蛇類吸收營(yíng)養(yǎng)成分的效率特別高。一口氣連吞四五只小白鼠，對(duì)蛇來(lái)說(shuō)是并不稀奇的。有時(shí)，它們還能吞食比自己大而且長(zhǎng)的食物。一般地，只要5天左右的時(shí)間，蛇就把吞進(jìn)肚里的食物消化完了，連骨頭也消化得精光，只剩下一些獸毛和鳥(niǎo)羽從糞便中排出來(lái)。消化以后，這些營(yíng)養(yǎng)成分便在體內(nèi)貯存起來(lái)。正因?yàn)樵谀芰康姆e聚和消耗上能“開(kāi)源節(jié)流”，所以蛇的耐餓本領(lǐng)特別高強(qiáng)。
龜是壽命很長(zhǎng)的動(dòng)物。1766年，法國(guó)探險(xiǎn)家把一只大龜帶到了毛里求斯島①〔毛里求斯島〕印度洋西南部的一個(gè)火山島，是毛里求斯的主要島嶼。上，1810年，英國(guó)軍隊(duì)打敗了法國(guó)人，占領(lǐng)該島，因而接管了這只大龜。它在一個(gè)炮兵營(yíng)地一直活到1918年，由于爬上炮床而被士兵“就地正法”了。這只龜是在成年時(shí)被捉住的，看來(lái)它的壽命至少也有180年。龜為什么長(zhǎng)壽呢?新陳代謝緩慢，能量消耗較少，是其中的一個(gè)重要原因。
駱駝是一種能長(zhǎng)時(shí)間忍耐干渴的動(dòng)物，人們把它叫做“沙漠之舟”。有些人認(rèn)為，駱駝之所以能耐干渴，是因?yàn)樵谒鸟劮謇镅b滿了水。其實(shí)，駝峰里裝的并不是水，而是脂肪。脂肪在氧化產(chǎn)生熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生了水分。駱駝不僅能貯水，而且善于保水。它很少出汗，排尿量也少得可憐。別的動(dòng)物如果小便不多，不能排出尿素等廢物，就會(huì)中毒。駱駝卻可以通過(guò)肝臟，利用尿素制成新的蛋白質(zhì)。
有人曾做過(guò)一次試驗(yàn)，在非洲撒哈拉大沙漠中，把幾頭駱駝拴在太陽(yáng)下曬了8天，結(jié)果它們失去了重量為體重的1/4的水分，但血液中的水分卻只失去1/10，血液循環(huán)仍然暢通無(wú)阻，因而仍能以驚人的毅力，挺立在驕陽(yáng)之下。
一頭成年的駱駝，在長(zhǎng)途跋涉時(shí)可以比馬走得更快更遠(yuǎn)，或馱運(yùn)連牛也吃不消的重物。在20世紀(jì)初，澳大利亞曾舉行過(guò)一次駱駝與馬的180千米賽跑。結(jié)果，馬以微弱的優(yōu)勢(shì)贏了這場(chǎng)比賽，可是隨即便倒斃了。而駱駝經(jīng)過(guò)一夜的休息后，第二天仍以同樣速度跑了180千米。
近年來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，駱駝耐渴的奧秘就在血漿中。駱駝的血漿中有一種特殊的蛋白質(zhì)，可以保持血液中的水分;每當(dāng)體內(nèi)的水分明顯損耗時(shí)，這種蛋白質(zhì)仍能維持血液中的水分，保證血液循環(huán)的正常進(jìn)行?？茖W(xué)家把駱駝血漿內(nèi)的這種蛋白質(zhì)注射到兔子體內(nèi)，結(jié)果這些兔子在沙漠中斷水7天，體內(nèi)水分喪失30%之后，仍未死去;而沒(méi)有注射過(guò)這種蛋白質(zhì)的兔子，失水10%就夭折了。
動(dòng)物是很注意節(jié)約能量的。大雁南飛的時(shí)候，常常排成“人”字或“一”字隊(duì)形，因?yàn)檫@樣比較省力。飛行在前面的大雁拍打幾下翅膀，氣流就上升了，后面的小雁便可以乘著這股氣流滑翔，飛得更輕松更省勁。
動(dòng)物的能量利用率也是很高的，在這方面鳥(niǎo)類可算是佼佼者了。哺乳動(dòng)物每奔跑1千米，100克體重大約消耗2 400焦耳的能量;鳥(niǎo)類每飛行1千米，100克體重只消耗680焦耳的能量，后者所消耗的能量不到前者的1/3。有一種金①〔金(héng)〕一種群居海濱的鳥(niǎo)，體形較小，翅膀羽毛較長(zhǎng)。，每年春秋季節(jié)往返于阿拉斯加〔阿拉斯加〕美國(guó)最大的州，位于北美洲西北角，在太平洋和北冰洋之間。和夏威夷群島〔夏威夷群島〕位于太平洋中部，是美國(guó)的一個(gè)州。，在海洋上空不吃也不睡，一口氣飛4 000多千米，體重只減輕60克。如果飛機(jī)能用這個(gè)效率飛行，那就能節(jié)省許多燃料。有人把一種蝎子放在一個(gè)容器里，里面裝滿了消過(guò)毒的沙子，9個(gè)月以后，這只蝎子的體重竟絲毫未減。
動(dòng)物的節(jié)能術(shù)奧妙無(wú)窮，一旦這種奧妙被揭開(kāi)，肯定會(huì)在醫(yī)學(xué)和畜牧業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。
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動(dòng)物既能節(jié)約能量，又能有效地利用能量，生命在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中，把自己的生存形式雕琢得如此精妙，你不能不驚嘆大自然的神奇力量。動(dòng)物和我們?nèi)祟愐粯?，都是大自然的恩賜，都來(lái)源于同樣的集合。也許我們能從它們身上，明白更多自然的奧妙，掌握更多的智慧。
在生活中，你還能補(bǔ)充說(shuō)明一兩種動(dòng)物節(jié)能的例子嗎?科技未來(lái)47克隆技術(shù)：生物放大技術(shù)
科技未來(lái)
克隆技術(shù)：生物放大技術(shù)①選自《生命的黑匣子》(宗教文化出版社1999年版)。
晨曦“克隆”一詞是英語(yǔ)詞clone或cloning的音譯。我國(guó)以前曾將其譯為“無(wú)性生殖”或“無(wú)性繁殖”。什么意思呢?“無(wú)性”，當(dāng)然就是沒(méi)有陰陽(yáng)結(jié)合的過(guò)程，而是由同一個(gè)“祖先細(xì)胞”通過(guò)分裂方式繁殖而形成的純細(xì)胞系，也就是一“群”“孫子”細(xì)胞。這個(gè)細(xì)胞系中每個(gè)細(xì)胞由于基因(遺傳信息)彼此是相同的，從而決定了每個(gè)細(xì)胞由基因所控制的性狀(例如細(xì)胞的個(gè)頭性狀)是彼此相同的。由于上一代和下一代的遺傳信息是一致的，所以可以簡(jiǎn)單地說(shuō)，克隆是生命的全息復(fù)制。
因此，克隆技術(shù)在現(xiàn)代生物學(xué)中被稱為“生物放大技術(shù)”。
所謂“克隆羊”，就是無(wú)性繁殖的羊，它沒(méi)有父母雙親，而是某一只羊的“翻版”后代。形象地說(shuō)，就像孫悟空拔下一根汗毛再吹口氣，便又生出一個(gè)甚至成千上萬(wàn)個(gè)一模一樣的小孫悟空。
克隆可以分為四個(gè)層次：微生物或細(xì)胞、植物、動(dòng)物和人，以及在自然界發(fā)生的克隆和只有人工條件下發(fā)生的克隆。
實(shí)際上，在人們身邊有許多自然界的克隆存在?！盁o(wú)性繁殖”并不是什么新東西。它在植物界和低等動(dòng)物中是大量存在的。比如，植株扦插，從一個(gè)柳樹(shù)枝上剪下幾根小條，插進(jìn)土里，以后它就長(zhǎng)成相似的柳樹(shù);再比如，把土豆切成許多小塊埋在土里，再長(zhǎng)出的新土豆便是原先土豆的復(fù)制和“無(wú)性繁殖”。這種“無(wú)性繁殖”，也叫“克隆”。在自然條件下，由于許多植物本身就適宜進(jìn)行無(wú)性繁殖，所以，它們很容易形成克隆，在動(dòng)物界，這種繁殖方式多見(jiàn)于無(wú)脊椎動(dòng)物，如原生動(dòng)物的分裂生殖、尾索類動(dòng)物的出芽生殖等。當(dāng)然，在高等動(dòng)物中是有性繁殖，克隆基本上是不存在的。
無(wú)性繁殖本來(lái)是一種低級(jí)的生殖方式。生物進(jìn)化的層次越低，越有可能采取這種生殖方式;進(jìn)化層次越高，則越不可能采取這種生殖方式。由于低級(jí)生物如微生物，采取自行分裂的方法繁殖，分裂后子代與親代的遺傳物質(zhì)完全同一，因此在這個(gè)意義上，微生物的生殖完全就是“克隆”。也就是說(shuō)，微生物是“長(zhǎng)生不老”的。雖然在嚴(yán)格的意義上，微生物的親代與子代會(huì)有若干差異，因?yàn)樗鼈兊耐饨鐮I(yíng)養(yǎng)環(huán)境仍然會(huì)有差異。現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)研究中用克隆技術(shù)在體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞或癌細(xì)胞，也稱為“永生細(xì)胞株”，意思是說(shuō)這些細(xì)胞是“不死”的。
每一個(gè)植物和動(dòng)物個(gè)體，從一株小草到一棵大樹(shù)，從一只螞蟻到一頭大象，都是由一個(gè)細(xì)胞經(jīng)無(wú)數(shù)次分裂后形成的無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)胞組成的。每次細(xì)胞分裂時(shí)，細(xì)胞核中的遺傳信息都要精確地“拷貝”并平均分配到兩個(gè)分開(kāi)的新細(xì)胞中，其結(jié)果是，盡管葉子和根的細(xì)胞不同，肌肉和血液中的細(xì)胞不同，但同一個(gè)植物和動(dòng)物個(gè)體身上的每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核中攜帶的遺傳信息是完全相同的。從理論上講，從動(dòng)物和植物上取下任何一個(gè)細(xì)胞，在合適的條件下都能發(fā)育成一個(gè)新的個(gè)體。因?yàn)樾聜€(gè)體攜帶的遺傳信息和原來(lái)個(gè)體所攜帶的遺傳信息完全相同，所以也都能克隆。新的個(gè)體應(yīng)是原來(lái)個(gè)體的“復(fù)制品”，這種現(xiàn)象叫做“細(xì)胞的全能性”，只有具有全能性的細(xì)胞能夠克隆，失去全能性的細(xì)胞就不能了。
當(dāng)然，高等動(dòng)物的受精卵還暫時(shí)具有全能性。包括人類在內(nèi)的高等動(dòng)物，嚴(yán)格按照有性繁殖的方式繁衍后代，即分別來(lái)源于雌雄個(gè)體的卵細(xì)胞和精子細(xì)胞融合，形成受精卵，受精卵經(jīng)過(guò)不斷分裂最后孕育成一個(gè)新的個(gè)體。這就說(shuō)明，在高等動(dòng)物體內(nèi)，只有受精卵能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞的全能性。這種有性生殖的后代分別繼承了父母各一半的遺傳信息。所以，要使受精卵進(jìn)行無(wú)性繁殖，科學(xué)家必須經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的操作程序。首先要用外科手術(shù)除去受精卵的細(xì)胞核，或用輻射等手段使受精卵內(nèi)的細(xì)胞核失去活性，然后再用注射器將另一個(gè)個(gè)體的細(xì)胞核轉(zhuǎn)換到已去除細(xì)胞核的受精卵中。20世紀(jì)50年代，科學(xué)家用上述方法已經(jīng)成功地?zé)o性繁殖出一種兩棲動(dòng)物。
當(dāng)受精卵發(fā)育成胚胎細(xì)胞時(shí)，部分動(dòng)物的胚胎細(xì)胞還具有全能性，也還能利用它進(jìn)行克隆。這種研究是從胚胎分割研究入手的，當(dāng)牛的受精卵細(xì)胞經(jīng)數(shù)次分裂后形成一個(gè)小細(xì)胞團(tuán)──胚胎時(shí)，科學(xué)家將胚胎分成兩半，并分別移植到兩只母牛的子宮中，最后生出了兩只“雙胞胎?！?。隨后，科學(xué)家們又開(kāi)始進(jìn)行胚胎細(xì)胞的核移植研究。當(dāng)一個(gè)受精卵經(jīng)過(guò)分裂形成數(shù)個(gè)或十幾個(gè)細(xì)胞后，將這些細(xì)胞分開(kāi)，再將這些細(xì)胞的細(xì)胞核取出，分別移植到別的已去掉細(xì)胞核的受精卵或細(xì)胞中，再分別移植到雌性動(dòng)物的子宮中孕育成熟。這樣，一個(gè)受精卵就產(chǎn)生了大量“多胞胎”。核移植后的細(xì)胞，分裂后獲得的第二代細(xì)胞還可以再進(jìn)行核移植，還有第三代、第四代……這樣一個(gè)受精卵就會(huì)產(chǎn)生無(wú)限多的“多胞胎”，這種核移植的技術(shù)也是克隆技術(shù)中的一種。
在動(dòng)物上一直采用卵細(xì)胞、受精卵細(xì)胞以及胚胎細(xì)胞來(lái)進(jìn)行克隆，直到英國(guó)科學(xué)家維爾穆特博士采用羊的體細(xì)胞克隆成功。他培育成功的綿羊“多利”，因其細(xì)胞核來(lái)自一頭成年綿羊身上的乳腺細(xì)胞，這比胚胎細(xì)胞克隆更進(jìn)了一大步。因?yàn)槿橄偌?xì)胞作為一種體細(xì)胞已失去全能性，克隆羊“多利”的科學(xué)意義正在于此。
克隆技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。首先，它是種植業(yè)和畜牧業(yè)中選育遺傳性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)品種的理想手段。
其次，克隆技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分誘人的前景。目前，美國(guó)、瑞士等國(guó)已經(jīng)能夠利用克隆技術(shù)培植的人體皮膚進(jìn)行植皮手術(shù)。不久前，有一位美國(guó)婦女在一次煤氣爐意外爆炸中受傷，75%的身體被嚴(yán)重?zé)齻?。醫(yī)生從她的身上取下一小塊未損壞的皮膚，送到一家生化科技公司。一個(gè)月后，該公司利用先進(jìn)的克隆技術(shù)培植出了一大塊健康的皮膚，使患者迅速地痊愈了。這一新成就避免了異體植皮可能出現(xiàn)的排異反應(yīng)，給病人帶來(lái)了福音。科學(xué)家預(yù)言，在不久的將來(lái)，他們還將借助克隆技術(shù)“制造”出人的乳房、耳朵、軟骨、肝臟，甚至心臟、動(dòng)脈等組織和器官，供應(yīng)醫(yī)院臨床使用。
再次，克隆技術(shù)還可用來(lái)大量繁殖許多有價(jià)值的基因，例如，在基因工程操作中，科學(xué)家們?yōu)榱俗尲?xì)菌等微生物“生產(chǎn)”出名貴的藥品(如治療糖尿病的胰島素、有希望使侏儒癥患者重新長(zhǎng)高的生長(zhǎng)激素和能抗多種病毒感染的干擾素等)，分別將一些相應(yīng)的人體基因轉(zhuǎn)移到不同的微生物細(xì)胞中，再設(shè)法使這些微生物細(xì)胞大量繁殖。與此同時(shí)，人體基因數(shù)目也隨著微生物的繁殖而增加。在人體基因被大量“克隆”時(shí)，微生物大量地“生產(chǎn)”出人們所需要的名貴藥品。
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“克隆”可以說(shuō)是當(dāng)今社會(huì)“甚囂塵上”的一個(gè)名詞?！翱寺 奔夹g(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，科學(xué)家們克隆出許多種動(dòng)物，有的“科學(xué)狂人”甚至想克隆人類。當(dāng)醫(yī)生用“克隆”來(lái)的器官治愈了頑癥，挽救了生命，你可能對(duì)“克隆”技術(shù)贊不絕口、頂禮膜拜;可當(dāng)有一天你面對(duì)無(wú)數(shù)個(gè)一模一樣的“你”侵占了你的生存空間，你也許會(huì)痛心疾首，悔不當(dāng)初了。這項(xiàng)“生物放大技術(shù)”對(duì)人類而言，究竟是福音還是災(zāi)難的化身，還要我們拭目以待。
課外同學(xué)們可繼續(xù)探討與“克隆”有關(guān)的問(wèn)題。48計(jì)算機(jī)會(huì)有意識(shí)嗎
計(jì)算機(jī)會(huì)有意識(shí)嗎①選自1998年1月5日《中國(guó)青年報(bào)》。
聞達(dá)在一部叫《邊緣地區(qū)》的科幻片中，主人公詹姆斯 科里是異國(guó)流放到一顆荒蕪的小行星的囚犯，負(fù)責(zé)運(yùn)送他的太空船船長(zhǎng)艾倫比因?yàn)橥榭评?，給他留下了一個(gè)叫艾麗西亞的“貌似女子”的機(jī)器人。結(jié)果科里愛(ài)上了“她”。一年后，艾倫比來(lái)接科里回地球，但他告訴科里，載上他后，太空船僅夠放15磅的工具了。這意味著艾麗西亞將不能隨科里返回地球。深深愛(ài)上這個(gè)機(jī)器人的科里不肯獨(dú)回地球，無(wú)奈之下，船長(zhǎng)朝艾麗西亞開(kāi)了一槍，艾麗西亞的臉上露出了一團(tuán)冒煙的電線……
這部影片包含了兩個(gè)問(wèn)題，一是機(jī)器人能否復(fù)制人的智能?二是如果有這樣的機(jī)器人，拆除它是不是意味著扼殺了一個(gè)有意識(shí)的生命?
專家說(shuō)，“生命形式的機(jī)器人很快出現(xiàn)”或者“永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)”的答案都不確切。幾十年前有人曾預(yù)測(cè)核動(dòng)力真空吸塵器會(huì)很快出現(xiàn)，并且人類永遠(yuǎn)不能登上月球，這些結(jié)論以后都被證明是錯(cuò)誤的。自然，計(jì)算機(jī)會(huì)越來(lái)越聰明，前段時(shí)間計(jì)算機(jī)擊敗國(guó)際象棋世界冠軍就是證明?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)已能在特定的領(lǐng)域用語(yǔ)言對(duì)話，也能通過(guò)機(jī)械手從事焊接和噴漆的工作，此外在制藥和維修機(jī)械設(shè)備等幾十個(gè)領(lǐng)域具備了人類的技能。但是否就此說(shuō)明計(jì)算機(jī)會(huì)達(dá)到人類的智能呢?
事實(shí)上，在看、說(shuō)、活動(dòng)和運(yùn)用常識(shí)方面的能力上，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)甚至還比不過(guò)一個(gè)4歲的孩子。雖然它具備很強(qiáng)的計(jì)算能力，但據(jù)說(shuō)一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的信息處理能力大概也只能與一只蝸牛的神經(jīng)系統(tǒng)相當(dāng)，與人類相差甚遠(yuǎn)。
在處理信息方式上計(jì)算機(jī)與人類也相差巨大，計(jì)算機(jī)能輕而易舉地記住一個(gè)25位數(shù)，但是要?dú)w納一句話的意思卻很困難。而人類正好相反。一種理論認(rèn)為，計(jì)算機(jī)的每一個(gè)處理器雖然運(yùn)轉(zhuǎn)飛快，卻相對(duì)獨(dú)立。而人腦處理系統(tǒng)信息速度雖慢，但因神經(jīng)系統(tǒng)相互間縱橫交錯(cuò)，使得人腦能在瞬間辨別出復(fù)雜的事物來(lái)。
那么未來(lái)的智能機(jī)器將會(huì)怎樣呢?專家說(shuō)，技術(shù)的發(fā)展同科學(xué)發(fā)明一樣是很難預(yù)測(cè)的，比如當(dāng)人們?yōu)闅埣踩酥圃斐黾僦珪r(shí)，大概還沒(méi)有想到去做心臟移植。同樣現(xiàn)在也有難以想象的東西，比如有無(wú)可能讓機(jī)器人像人類一樣具備七情六欲。提到這一問(wèn)題，首先要明確什么是“意識(shí)”。
著名精神分析學(xué)家弗洛伊德認(rèn)為存在“意識(shí)”和“潛意識(shí)”。如果有人問(wèn)你正在想什么，你可能會(huì)說(shuō)我正想著某件事，比如說(shuō)身上哪處不舒服，比如說(shuō)周圍某物的形狀、顏色或者聲音引起你的想象，如此種種，都有可能。但如果說(shuō)你正在感受胃里分泌的酶、流經(jīng)心臟的血流量、呼吸頻率以及視網(wǎng)膜上的投影等等，則不太可能。事實(shí)上信息處理是在神經(jīng)系統(tǒng)中兩個(gè)獨(dú)立的“庫(kù)”里進(jìn)行的，其中一個(gè)庫(kù)同語(yǔ)言、邏輯和思維有關(guān)，另一個(gè)庫(kù)與本能反應(yīng)、記憶等有關(guān)。有時(shí)這兩個(gè)庫(kù)的信息也相互流通，比如通過(guò)學(xué)習(xí)，我們可以對(duì)某一動(dòng)作達(dá)到本能反應(yīng)的程度。
計(jì)算機(jī)有沒(méi)有意識(shí)呢?就某些角度而言，它已經(jīng)具備了。比如計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)能將特定的信息傳輸給用戶，能將文件傳送到打印機(jī)上。但從另一方面來(lái)說(shuō)，無(wú)論是多尖端的計(jì)算機(jī)，它也需要操作系統(tǒng)，需要有人下達(dá)指令，從這一方面看，計(jì)算機(jī)只能說(shuō)是介于有意識(shí)和無(wú)意識(shí)之間。正像電影中的艾麗西亞，無(wú)論它的照相機(jī)眼睛多么傳神，無(wú)論它的動(dòng)作多么像人，正如船長(zhǎng)所說(shuō)，它只是一個(gè)機(jī)器。
通常人們?cè)谡務(wù)撚袩o(wú)意識(shí)時(shí)，可能更愿意指有血有肉的生命，而不太習(xí)慣鋼鐵等無(wú)機(jī)物。但是專家提出這么一個(gè)假設(shè)，為什么一定要認(rèn)為意識(shí)只存在于腦組織中而不能藏在由腦子驅(qū)動(dòng)的軟件中，假如外科醫(yī)生用微芯片換下你的成千上萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元中的一個(gè)，如果你感覺(jué)良好，行動(dòng)自如，然后醫(yī)生再為你換第二個(gè)，第三個(gè)，而你依然沒(méi)有不適的感覺(jué)，那么再繼續(xù)下去，直至你的大腦完全成為硅晶體，要是那時(shí)你仍然沒(méi)有意識(shí)到自己有所變化的話，那么你是人呢還是計(jì)算機(jī)?這可能正是一些科學(xué)家竭力想知道的事情。
******你也許看過(guò)這樣的科幻小說(shuō)或電影，人類制造出來(lái)的計(jì)算機(jī)，最后以其超人的智慧，控制、主宰了人類的生活，甚至最終消滅了人類。這虛幻的情節(jié)是否讓你驚出一身冷汗呢?當(dāng)“你”的大腦換上硅片，“你”是人還是計(jì)算機(jī)呢?計(jì)算機(jī)是否是人類制造的自己的掘墓者呢?科學(xué)也許是一把雙刃劍，不僅能為人類造福，發(fā)展到某一個(gè)階段，也許會(huì)給人類帶來(lái)滅頂之災(zāi)。讀了這篇文章，你是否也像那些科學(xué)家一樣，竭力想知道未來(lái)的答案呢?49納米技術(shù)時(shí)代即將到來(lái)納米技術(shù)時(shí)代即將到來(lái)①選自《世界最新科技(2001版)》(新世界出版社2001年版)。原載美國(guó)《時(shí)代》周刊。新華社《參考消息》編輯部編譯。
從表面上看，這樣的說(shuō)法似乎荒謬至極：某一項(xiàng)技術(shù)的用途多得令人難以置信，它可以治療疾病、延緩衰老、清除有毒廢料、增加世界食品供應(yīng)，還可以修路、造汽車、建摩天大樓，而且，這還只是開(kāi)始。然而，這恰恰就是納米技術(shù)支持者聲稱能夠成為現(xiàn)實(shí)，甚至可能在21世紀(jì)上半葉就變成現(xiàn)實(shí)的東西。
盡管有關(guān)納米技術(shù)的想法聽(tīng)起來(lái)很荒唐，但它確實(shí)屬于主流科學(xué)，遍布全球的實(shí)驗(yàn)室都在設(shè)法使其發(fā)揮作用。2000年1月，美國(guó)總統(tǒng)克林頓還宣布要實(shí)施“全國(guó)納米技術(shù)計(jì)劃”，并承諾為該計(jì)劃撥款5億美元。
雄心勃勃的想法
事實(shí)上，納米技術(shù)有著純正而長(zhǎng)久的科學(xué)譜系。早在1959年，被認(rèn)為是愛(ài)因斯坦之后最睿智的理論物理學(xué)家理查德 費(fèi)因曼〔理查德 費(fèi)因曼(1918—1988)〕美國(guó)物理學(xué)家。1939年畢業(yè)于麻省理工學(xué)院，后進(jìn)入普林斯頓大學(xué)研究院，參加了美國(guó)研制核武器的工作。1965年與美國(guó)的施溫格、日本的朝永振一郎共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。發(fā)表了一個(gè)題為“底部有很大空間”的談話，在談話中他提到也許有一天人們會(huì)造出僅由幾千個(gè)原子組成的微型機(jī)器。(“納米技術(shù)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)自“納米”一詞，1納米即1米的十億分之一，一個(gè)典型的病毒大約有100納米長(zhǎng)。)
這樣的一臺(tái)機(jī)器有什么好處呢?它可以使用分子甚至是單個(gè)原子作為基本構(gòu)件，建設(shè)規(guī)模最小的建筑工程。這就意味著人類可以從零開(kāi)始制造幾乎任何東西──因?yàn)榛瘜W(xué)和生物學(xué)說(shuō)到底就是分子的改變和重排，而制造只不過(guò)是聚集大量分子并使它們組成有用物品的過(guò)程。
事實(shí)上，每個(gè)細(xì)胞都是活生生的納米機(jī)器的例子，它們不僅可以將食物轉(zhuǎn)變成能量，還能根據(jù)其DNA上的信息制造并輸出蛋白質(zhì)和酶。通過(guò)將不同物種的DNA重新組合，基因工程師已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何制造新的納米裝置。
但是，由于細(xì)胞各自具有固有的功能，使用生物技術(shù)很受限制。而納米技術(shù)的夢(mèng)想家們卻有許多雄心勃勃的想法：一種納米機(jī)器可以把天然碳的分子逐個(gè)排列，制成完美無(wú)瑕的鉆石;一種機(jī)器可將二惡英的分子逐個(gè)分解成基本組件;一種可以在人體血液中運(yùn)動(dòng)的裝置，它能發(fā)現(xiàn)并分解血管壁上沉積的膽固醇;還有一種裝置可將剪下的草屑改造成面包。事實(shí)上，世界上從計(jì)算機(jī)到奶酪的每一件實(shí)物都是由分子組成的，而納米機(jī)器原則上可以制造出所有這些物品。
從理論到實(shí)踐
當(dāng)然，從理論到實(shí)踐是一個(gè)相當(dāng)困難的過(guò)程，但是，納米工程師們已經(jīng)證明，可以利用掃描隧道電子顯微鏡等工具移動(dòng)原子個(gè)體，使它們形成在自然界中永遠(yuǎn)不可能存在的排列方式，如IBM公司的標(biāo)志圖案、比例為百億分之一的世界地圖、或一把琴弦只有50納米粗的亞顯微吉他。他們還設(shè)計(jì)了由幾十個(gè)分子構(gòu)成的微型齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)還沒(méi)有制造出來(lái)。
納米技術(shù)專家期望在25年內(nèi)超越這些科學(xué)的高談闊論，制造出真正的、實(shí)用的納米機(jī)器，這些機(jī)器具有可以操縱分子的微型“手指”和指揮這些手指如何工作、如何尋找所需原材料的微型電腦。這種手指完全可以由碳納米管制成，碳納米管是1991年發(fā)現(xiàn)的一種類似頭發(fā)的碳分子，其強(qiáng)度是鋼的100倍，直徑只有頭發(fā)的五萬(wàn)分之一。
納米機(jī)器中的電腦也可由納米管制成，納米管既可以用作晶體管，也可以用作連接晶體管的導(dǎo)線。電腦也可以由DNA制成，通過(guò)改變這些DNA的結(jié)構(gòu)，可以使其執(zhí)行人為的指令。如果配備了適當(dāng)?shù)能浖⒕邆涑浞值撵`活性，納米機(jī)器人可以制造任何東西。
復(fù)制自身的能力。要完成任何一種有益的工作，你必須動(dòng)用大量的納米機(jī)器人完成每一項(xiàng)任務(wù)──清理一條血管需要數(shù)十億個(gè)機(jī)器人，清理一個(gè)有毒廢料站需要數(shù)萬(wàn)億個(gè)，而組裝一輛汽車需要數(shù)千萬(wàn)億個(gè)。如今還沒(méi)有一條裝配線能生產(chǎn)數(shù)量如此眾多的納米機(jī)器人。
但是，納米機(jī)器人可以做到這一點(diǎn)。納米技術(shù)專家希望設(shè)計(jì)出的納米機(jī)器人具備兩種功能：完成它們的基本任務(wù)，并且能制造完美的自身復(fù)制品。如果第一個(gè)納米機(jī)器人可以制造兩個(gè)復(fù)制品，這兩個(gè)機(jī)器人又可各自制造出兩個(gè)復(fù)制品，這樣下去，要不了多久，你就可以獲得一萬(wàn)億個(gè)納米機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人獨(dú)立操作，完成萬(wàn)億分之一的工作。
潛在的危險(xiǎn)
但是，任何一個(gè)在動(dòng)畫(huà)片《魔法師的學(xué)徒》中看到過(guò)米老鼠疲于應(yīng)付不斷復(fù)制出的掃帚的孩子都能告訴你，這種美好景象的上方籠罩著不祥的陰影：如果納米機(jī)器人忘記停止復(fù)制怎么辦?如果沒(méi)有某種內(nèi)在的停止信號(hào)，那么災(zāi)難是極可能發(fā)生的?？焖?gòu)?fù)制的納米機(jī)器人在人體內(nèi)擴(kuò)散的速度可能比癌細(xì)胞還要快，從而會(huì)排擠掉正常的組織;失控的紙張?jiān)偕{米機(jī)器人可能會(huì)將世界上的圖書(shū)館都變成瓦楞紙板;調(diào)皮搗蛋的食品制作納米機(jī)器人則會(huì)將地球的整個(gè)生物圈變成一塊巨大的戈?duì)栘曌衾汤摇?BR> 納米技術(shù)專家們并不排除這種危險(xiǎn)，但是他們相信能夠應(yīng)付。一種想法是對(duì)納米機(jī)器人的軟件進(jìn)行設(shè)置，使機(jī)器人在經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的復(fù)制之后自行毀滅。另一種想法是設(shè)計(jì)只在特定環(huán)境下工作的納米機(jī)器人，比如僅存在于高濃度有毒化學(xué)物環(huán)境中的機(jī)器人，或者在極小的溫度和濕度范圍內(nèi)存在的機(jī)器人。你也可以制造一種當(dāng)周圍出現(xiàn)太多的同類時(shí)就會(huì)停止復(fù)制的納米機(jī)器人，這也是大自然用來(lái)控制細(xì)菌生長(zhǎng)的方法。
如果有人想要制造某種納米技術(shù)武器──計(jì)算機(jī)病毒比起這種情況來(lái)則好像是完全沒(méi)有危害的小問(wèn)題，那么以上幾種辦法都將無(wú)濟(jì)于事。確實(shí)，一些批評(píng)者斷言納米技術(shù)潛在的危險(xiǎn)超過(guò)了它可能帶來(lái)的任何好處。然而，這些好處有著不可限量的潛力，以至納米技術(shù)甚至?xí)^(guò)計(jì)算機(jī)或基因醫(yī)學(xué)，成為21世紀(jì)的決定性技術(shù)。也許，世界最終將需要一種納米技術(shù)免疫系統(tǒng)，由納米機(jī)器警察不斷地與破壞性的馬胃蠅蛆展開(kāi)微觀戰(zhàn)爭(zhēng)。
無(wú)論如何，納米技術(shù)即將到來(lái)。
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納米技術(shù)，聽(tīng)起來(lái)好像是“包治百病”的“靈丹妙藥”，但是無(wú)論你相信還是不相信，這項(xiàng)技術(shù)在全世界都得到廣泛的重視，而且預(yù)計(jì)在本世紀(jì)上半葉，就能發(fā)揮它的神奇作用。它不僅能帶動(dòng)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，而且對(duì)人類的社會(huì)生活也會(huì)帶來(lái)巨大的影響，甚至改變?nèi)祟愇拿?，或者成為人類潛在的威脅。不過(guò)無(wú)論如何，喜也好，憂也好，納米技術(shù)的時(shí)代即將到來(lái)。
用自己的話簡(jiǎn)要地向同學(xué)介紹一下納米技術(shù)的問(wèn)題，看誰(shuí)說(shuō)得既流暢又清楚。
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