现代生物科技的最新进展及其哲学思考严刚2007 年 1 月 19 日前言在我们居住的地球上，有大约1000 万种生物有的生物只是一个单细胞，如大肠杆菌和酵母菌； 有的具有复杂的组织、器官和系统，包含大量的具有不同结构、形态和功能的细胞，如人体大约有1014个细胞就生物大分而言，人体有大约50000 种以上的蛋白质，同时含有数以万计的核酸及其他种类的大分子地球上的全部生物，估计包含1011种蛋白质和差不多同样数量的核酸即使是极为简单的大肠杆菌（其体积约为2×10-12cm3） ，也含有3000多种蛋白质和1000 多种核酸，还有1000 多种其他生物大分子和低分子量的有机化合物在这样种类复杂，形态万千的生物体系中，人们必须寻求生命状态的基本逻辑原理，这就是：1)生物大分子虽然具有复杂的结构，但其组成方面却存在着一种基本的简单性，如DNA由四种脱氧核糖核苷酸聚合而成，RNA由四种核糖核苷酸聚合而成，蛋白质由20 多种氨基酸聚合而成，多糖由几种单糖聚合而成2)所有的生物都使用相同种类的构件分子，似乎它们是从一个共同的祖先进化而来3)每个物种的特性是通过它具有的一套与众不同的核酸和蛋白质而保持的。
4)每种生物大分子在细胞中有特定的功能以上这些正是生物化学、分子生物学和分子遗传学所要研究的基本问题所遵循的逻辑要研究现代生物科技的最新进展并对相关的哲学问题进行探讨，有必要对生物的定义、分布、生物的多样性及生命的特征有所了解0.1生物和生物圈生物是自然界中一切具有生命的物体在距今约10 亿～ 20 亿年前，地球上出现了最初的生物，经漫长岁月的逐步繁衍和进化，已形成庞大的生物类群，地球上的生物分为动物、植物、微生物三大类生物圈是地球上有生命存在的部分它由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈，以及活动于其中的生物组成生物圈内有生物进行代谢所必需的营养物质、水分和能量 它只是地球表面薄薄的一层，从地球表面向上23 km的高空，向下11 km的深处都属生物圈的范围，包含着各种各样的生态系统其中地表以上、水面以下各100 m的范围内是地球上生物的主要分布区，种类多且群聚度高，活动性强，这个范围的生物圈称活跃生物圈地表100 m以上至2 9 km、地面 100 m 以下至 11 km 的范围称泛生物圈泛生物圈的外面，大约从地面9 km 以上至 23 km 的高空，这里只有少量呈休眠状态的生物（如细菌、 真菌的孢子） 存在， 这一范围称副生物圈。
它远离地面， 与生物界关系不大0.2 生物的多样性生物多样性是指地球上各种生命形式的资源它是近 40亿年自然进化的结果， 包括 1000多万种的动物、植物和微生物以及它们所拥有的基因和由这些生物所组成的生态系统迄今为止， 人们还不能准确估计地球上到底有多少种生物经过科学家们约230 年的努力，已经被正式描述、命名的约有145 万个物种 （截止于 1988 年） ，尚有大量物种有待认识生物多样性包括生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性三个层次三者之间关系密切，既相互依赖，又相互制约，从而保证了自然界的生态稳定和生态安全0.3 生命的基本特征0.3.1细胞是生物的基本单位除病毒外， 一切生物都是由相同的单位细胞所组成单细胞生物一个细胞就是一个生命个体，较复杂的多细胞生物由多个细胞组成，并分化成为组织、器官和系统0.3.2生物大分子的结构和功能的相似性蛋白质、 核酸等生物大分子，在大多数生物中的结构和功能是相似的如全部的真核生物和许多原核生物都有细胞色素C氧化酶， 它在生物的代谢过程中担负着相同的功能，在进化的过程中相对比较保守，但是不同物种之间其氨基酸组成有所区别，人们可以这个特点来确定物种之间的亲缘关系。
又如各种生物都有16S（18S）rRAN，可以通过分析各个物种16S（18S）rRAN序列的差异，判定各物种之间的亲缘关系，建立系统发生树0.3.3 生物大分子的自我组装和自我调控的特性生物大分子都有自我组装和自我调控的特性，如核糖体蛋白质按照一定的顺序与rRNA结合以及蛋白质之间相互结合，自我组装成两个核糖体亚基，rRNA还直接参与核糖体与mRNA和 tRNA的结合；又如调控DNA系列能与调控蛋白质相互作用而修饰自己的双螺旋空间结构，以便更好地为调控蛋白质所识别0.3.4新陈代谢与熵的增加一切生物都与周围环境进行物质和能量交换，生物有机体从周围环境中不断摄取物质或能量， 转化为自身的物质或能量形式，同时又将自身的或摄入的物质氧化分解，放出能量供自身生命活动的需要，并把代谢产物不断排出体外生物由于新陈代谢使其朝着高度有序的方向发展， 即呈现出违背热力学第二定律朝熵的增加方向进行生物体系熵的增加与新陈代谢的矛盾及统 一，是生命区别于非生命的典型本质特征3 0.3.5 生长与发育一切生物的个体都有生长与发育的生命历程，同时可以从个体发育进程反映出每个特定物种系统发育的缩影最典型的例子是两栖类动物青蛙的个体发育中，由蝌蚪变为青蛙反映出其漫长的系统发育进程中由水生向陆生进化的过程。
0.3.6遗传和变异每一种生物都含有遗传物质遗传物质的准确复制和它们在前后代之间的连续性，使生物的前后代个体保持相似，这就是遗传 遗传物质在复制时发生变化或在有性生殖过程中重新组合，这就是变异生物由于遗传，物种才能保持稳定；由于变异才能在环境改变的条件下，引起物种的进化0.3.7生物个体或群体的遗传基因向下一代传递的欲望与生存竞争一切生物生长发育到一定时期，都能通过生殖， 产生跟自己相似的后代个体，实现从亲代到子代的延续 向下一代传递自身基因的欲望保证了生命的延续性，同时也加剧了不同个体和群体之间的生物学意义上的竞争0.3.8应激性和适应性一切生物在生长发育的过程中，都会对外界剌激产生反应如单细胞生物的趋化性、趋光性； 植物根系的向地性；植物枝条叶片的向光性等都是生物应激性的不同表现在外界环境变化时， 生物能通过自身的调节和控制机制，保持自身的相对稳定，以利于各种代谢活动的正常进行，保证生命活动的延续0.3.9生态系统中的相互关系自然界中生物的个体总是组成种群，不同的种群彼此相互依赖、相互作用形成群落群落和它所在的环境组成了生物地理复合体——生态系统生态系统中不同的种群具有不同的功能和作用。
譬如：绿色植物是生产者，它能利用太阳能制造食物；动物包括人在内都是消费者；细菌和真菌是分解者生物彼此之间以及它们和环境之间的相互关系决定了生态系统所具有性质和特点任何一个生物，它的外部形态、内部结构和功能，生活习性和行为，同它在生态系统中的作用和地位总是相适应的这种适应是在长期演变的过程中，生物本身的遗传变异和外界环境选择淘汰相互作用的结果因此，适应是进化的结果，又是进化的过程从以上自环境、生物大分子、细胞、组织、个体、种群、群落、生态系统等不同层次和侧面勾勒出的生物的基本特征不难看到，尽管生物界存在着惊人的多样性，但所有的生物都有共同的物质基础，遵循共同的规律生物就是这样一个既相互矛盾又对立统一的复合体1.现代生物科技发展涉及的主要领域及其进展1953 年 4 月 25 日， Watson 和 Crick在《自然》（Nature ）发表了‘核酸的分子结构：4 脱氧核糖核酸的一种结构’的文章， 从而开创了分子生物学和分子遗传学的新纪元1977年， Sanger 弄清了噬菌体φ× 174 的全部碱基序列（5386 个碱基），确立了 DNA序列分析的新战略和新方法，从而使分子生物学和分子遗传学进入一个崭新的时代。
1.1DNA双螺旋结构的建立与分子生物学的兴起Watson 和 Crick在文中写道： ‘This structure has novel features which are of considerable biological interest.’ ； ‘It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. ’ 他们所描述的DNA双螺旋结构，不仅揭示了生命现象的本质，暗示了遗传物质DNA分子复制的机理，还极大地推动了整个生命科学的发展同时， 这篇论文宣告生命科学从此进入了微观分子生物学时代，促进了分子生物学的迅猛发展进入20世纪 70 年代后，基因工程的发展更使分子生物学、分子遗传学等进入鼎盛时期1.2 现代生物学的重要事件表 1 现代生物学的重要事件1953 年Watson 和 Crick 在英国《自然》杂志上发表论文，建立了DNA双螺旋结构模型，奠定了分子生物学的基础1957 年美国人科恩伯格发现DNA的半保留复制方式1958 年Crick提出连接物假说，讨论了核酸中碱基顺序同蛋白质中氨基酸顺序之间的线性对应关系并证明了DNA 半保留复制和中心法则1960 年-1967 年坦明和巴梯摩尔等发现并证明了逆转录酶的存在，使逆转录现象得到了公认1961 年雅可布和莫诺证明在DNA同蛋白质之间的受体是mRNA( 信使 RNA) 1961 年Crick 和 Nirenberg发现 DNA携带的遗传密码是由3 个碱基组成的三联体1965 年中国合成了结晶牛胰岛素1967 年梅克勒指出蛋白质的空间构型可以被“逆转录”为RNA顺序1967 年Khorana 和 Nirenberg破译了遗传密码，他们制定的密码子与氨基酸之间对应的密码子表，适用于所有生物1971 年P.Berg 等将 λ噬菌体基因和大肠埃希氏菌乳糖操纵子插入猴病毒SV40DNA 中，首次构建DNA的重组体，后来发现SV40能将人的细胞转化为类肿瘤细胞，出于对基因工程技术安全性的考虑，他们当年秋天终止了相关实验1973 H． Boyer 和 S.Cohen 建立了 DNA重组技术1977 年Sanger 弄清了噬菌体 φ ×174 的全部碱基序列（5386 个碱基），确立了DNA序列分析的新战略和新方法1982 年普番塞纳发现“阮病毒”，表明自然界存在着以蛋白质为遗传信息的可能性，即在蛋白质的指导下合成蛋白质1988 年PCR技术诞生1990 年 10 月人类基因组计划正式启动1997 年 2 月第一只克隆羊“多利’诞生2000 年 6 月人类基因组“工作框架图”构建完成2003 年 4 月 14 日人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现2005 基因层次上的进化研究取得进展（在流感病毒基因、黑猩猩基因以及棘鱼中观5 察到进化过程） ；揭示了有关植物开花和其他神秘特征的关键分子线索（找到启动植物季节性发育的信号、发现刺激开花基因、发现隐藏RNA等） ；获得细胞蛋白详图（获得钾通道高分辨率图像，这些通道是负责钾离子进出细胞的看门蛋白质）；同时跟踪多个细胞信号网络的输入和输出（了解细胞响应其周围化学及环境信号的过程、据此创建近8000 个化学信号模型，发现它们都与导致细胞凋亡有关）1.3 现代生物技术领域的重要事件表 2 现代生物技术领域的重要事件年代重要事件1953 Watson 和 Crick 阐明了 DNA双螺旋结构； Geubhofer 和 Schleith提出了酶固定化技术1958 获得了 DNA聚合酶Ⅰ，并用该酶在试管内成功合成了DNA 1967 获得了 DNA连接酶1970 分离得到第一个限制性内切酶1971 用限制性内切酶酶切产生DNA片段，用DNA连接酶获得第一个重组DNA分子1972 Khorana 等合成了完整的tRNA 基因1975 Kohler 和 Milstein建立了单克隆抗体技术1976 DNA测序技术诞生；第一个DNA重组技术规则问世1977 重组人生长激素抑制因子在大肠埃希氏菌中成功表达1978 美国 Genentech 公司在大肠埃希氏菌中成功表达胰岛素1980 美国高。