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科幻大片里主人公 呼风唤雨,现实中呢?
2018-09-04 08:34:32 来源: 科技日报
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  9月3日,来自漫威影业官方消息显示,被称为最幽默漫威电影的《蚁人2》上映10天票房已突破7亿元。漫威英雄都有超能力,蚁人也不例外,他能大小变化自如,还能够控制各类蚁群组成的“军团”。在第一部中,创造蚁人的汉克博士表示,前者是通过缩小原子直接的距离,而后者是通过一个小巧的夹耳装置,将大脑所思所想转为电磁波,直接指挥蚂蚁的嗅觉神经中枢以达到控制的目的。

  生物科技经常让科幻大片里的主人公们呼风唤雨——蜘蛛侠被基因“合集”的蜘蛛咬了一口、美国队长是因为注射了血清而成为超级战士、《第九区》中主人公因为感染外星病毒而变成虾人……这些奇思妙想,有的对于目前的生命科学研究来说“八字还没一撇”,而有的已经在“改变生活”的路上。

  蚁人2

  电影场景:意念控制军团 科研现实:神经信号复杂电磁波协载难

  一个小巧的夹耳装置究竟能不能传递人的思想,并控制成千上百蚂蚁军团的行动呢?

  如果拆解这个生物电信号传递的过程,就可以发现,这是一个将人类神经元电信号捕捉、转换、传递并接收的过程,而在这个过程中人类要像了解程序的底层源代码一样了解神经元所传递的电脉冲的含义。然而,在神经领域中,这个工作才揭开了一个小角。

  目前对神经科学所知甚少

  如果以电脑系统的上亿行代码作为总数,人们对神经科学了解的部分可能不及亿分之一。在科学家对斑马鱼脑中的10万个神经元研究了数年后,日前有国内专家表示,将在2020年完成斑马鱼神经元图谱的绘制工作。相比之下,人类大脑的神经元要复杂数倍,其绘制工作目前预估还需要几十年时间。

  与全局同步推进的研究工作还包括不同神经环路发送信号的意义。例如,战斗—逃跑的指令是如何发出的,北京生命科学研究所曹鹏团队通过光遗传学等多种技术手段,在小鼠视觉中枢上丘中鉴定出一条以小清蛋白为生物标记物的兴奋性神经环路,能把预警信息间接传送给恐惧中枢杏仁核。直接刺激该神经环路,动物做出的相关反应与受到生命威胁时一致。

  意念传递载体难寻

  “《蚁人2》中将神经元中传递的信号提取并传递,可能是可以实现的,但传递介质还有待商榷。”中国科学院深圳先进技术研究院研究员路中华表示,“现阶段电磁波还没有达到拥有能将自己协载的复杂信息准确传递给目标神经元的能力。”

  有形的介质或许比电影中的电磁波更可能成为传递载体的“首选”。可以将其形象地理解为有线电话与手机载波能力的差别。有线电话实现点对点的数据传输更精准、更容易,而手机在复杂的区域、地形中的解码能力还非常薄弱,例如,会经常出现噪音,且声波的种类相对简单,脑电信号则复杂得多。

  细胞“逆应用”仍需机理探索

  另一个可能实现的思路,或许是生物细胞本身的“逆应用”。生命体中存在可以将声波、光信号等进行转换的“生命仪器”,如果将机理参透,进行逆向利用,或许可以在不了解神经元电信号含义的情况下,进行获得和传递。

  例如,在听觉方面,将声波转换为电信号的细胞是“毛细胞”。有科学家利用单个毛细胞为“零部件”创造了一个机电转换器,用极细的玻璃纤维模仿声波推动静纤毛,毛细胞就会产生电位变化。而如果将该装置反其道而行之,很可能将以一系列电位变化形式存在的神经信号转换为机械震动,进而传播利用。然而,目前科学家还不能完全揭示该细胞内部的分子机理,仍需进一步的基础研究以实现对其利用。

  总而言之,人们现在对神经科学知之甚少,脑电波仍处于捕捉和再现的基础研究阶段,还没有到转换状态和传播利用,更谈不上用脑电波进行动物行为控制的应用研究。

  美国队长

  电影场景:20秒变强壮 科研现实:血清虽好却不能乱用

  和蚁人相比,复仇者联盟中的当家小生美国队长就接地气了许多。美国队长原本是位叫史蒂夫·罗杰斯的普通年轻人,二战爆发,他想参军卫国。无奈他瘦弱矮小,只有90磅(81.6斤),屡次造假仍未被选上。在一位项目首席科学家的帮助下,他先被注射超级士兵血清、再经不知名仪器电击后,在几十秒内变高长壮,速度、力量、耐力瞬间提升,被称为美国队长。

  这部作品中的血清就像《大力水手》里的菠菜,只不过这是一罐“永久牌”血清型“菠菜”。资料显示,血清提供基本营养物质、激素和各种生长因子等。其中类固醇类激素对于身体变化的影响早被世人所知,人们将促进肌肉生长的神秘药物统称为“类固醇”。在竞技运动中,总有一些希望获得奖牌的运动员,尝试此类产品以提高运动成绩。

  类固醇之所以能够控制身体生命活动,是因为它直接影响核内基因的表达仅需三步。细胞膜主要成分是磷脂,而类固醇激素的分子质量较小且是脂溶性的,穿透细胞膜的“第一步”如入无人之境。第二步,“借壳入核”,它与细胞质中的物质形成激素—受体复合物,通过Ca2+通道进入核内。第三步,组装后“吸附”于染色质,控制DNA转录,进而诱导或减少某些蛋白质的合成,影响机体变化。在这三步中,一个激素分子可生成几千个蛋白质分子,从而实现激素的放大功能。

  相关资料显示,一些运动员也通过血液回输技术来提高比赛成绩以逃避检测,但这一方法不仅会导致血液黏度过高,而且对使用者的循环系统有极大损害。

  侏罗纪公园

  电影场景:蚊血孵出大恐龙 科研现实:再造生命得先获干细胞

  生物技术中最令人着迷也是最受争议的部分,应该是“创生”。《圣经》创世纪中记载,上帝分别在第5天、第6天创造生命。而在《侏罗纪公园》中,科学家则是利用凝结在琥珀中的史前蚊子体内的恐龙血液,将已灭绝6500万年的恐龙复生。

  干细胞是生命发育的原点,每个生命个体均从没有分化的干细胞开始生命旅程,可谓“创生”必备品。此前胚胎只能由胚胎干细胞发育获得,直到2006年日本学者山中弥伸发表论文报道了小鼠体细胞诱导能够产生干细胞的研究。他于2012年因该项研究获得诺贝尔生理或医学奖。

  2009年,我国学者中国科学院动物所周琪利用四倍体胚胎技术培育出27个来自于体细胞诱导的诱导性多能干细胞(IPS)的活体小鼠,最终证明了体细胞经过“重编程”能够获得干细胞。这为《侏罗纪公园》中蚊子中含有的恐龙血液细胞变为干细胞提供了微小的可能性。

  2008年,北京大学教授邓宏魁以几万种小分子化合物为基础,进行大规模筛选,最终证明并不需要日本学者的转基因手段,就可以用小分子处理体细胞,得到IPS细胞,这使得获得干细胞的方法出现极简风格。这类研究近年也在突飞猛进,以致于后来有媒体报道相关研究时表示,将体细胞在两种溶液中“蘸蘸”“洗澡”就能获得干细胞。

  从琥珀中死去的血液细胞是否能获得干细胞至今没有人尝试过,不过其中的某些步骤已经打通;而随着大鼠等复杂物种研究的逐步深入,从IPS细胞到活体生物的可能性也获得了大幅提升,尽管人们对恐龙的生物学特性知之甚少,但在对濒危物种的保护上,相信生物科技能发挥越来越重要的作用。(记者 张佳星)

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