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生物技术

军事历史2020-10-14 17:348A+A-

  生物技术,是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科,尽管起步晚,但是发展迅速,是解开生命之谜、创造新物种的钥匙。比尔盖茨在1996年说过:“生物科技将像电脑软件一样改变这个世界。”科学家预言,生物将取代物理。未来的时代不再是矿物时代而是生物时代,谁掌握了先进的生物技术,谁就将主宰未来。

  一、生物工程技术的基础

  生物技术包含一系列的技术,它可利用生物体或细胞生产我们所需要的生物,这些新技术包括基因重组、细胞融合和一些生物制造程序等等。其实人类利用生物体或细胞生产我们所需要生物的历史已经非常悠久,例如在1万年前开始耕种和畜牧以提供稳定的粮食来源,6000年前利用发酵技术酿酒和做面包,2000年前利用霉菌来治疗伤口,1797年开始使用天花疫苗,1928年发现抗生素盘尼西林等。既然人类使用生物科技的历史这么久,为什么近年来生物技术又突然吸引大家的注意呢。这是因为20世纪中期,人类对构成生物体最小单位,即细胞及控制细胞遗传特征的基因有了更深入的了解,20世纪70年代又发展出基因重组和细胞融合技术。由于这两项技术可以更有效、更快速地让细胞或生物体生产出我们所需要的新物质,且适合工业或农业量产,因此从20世纪80年代开始,造就了一个新兴的生物科技产业。

  生物工程技术包括五大工程,即基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和生物反应器工程。在这五大领域中,前两者作用是将常规菌作为特定遗传物质受体,使它们获得外来基因,成为新物种。后三者的作用则为新物种创造良好的生长与繁殖条件,进行大规模的培养,以充分发挥其内在潜力,为人们提供巨大的经济效益和社会效益。

  1.基因工程

  随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前,生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密,而是开始跃跃欲试,设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性,这种分子水平的干预是这样实现的:将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断,连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型。这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同,它很像技术科学的工程设计,即按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。这种完全按照人的意愿,由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术,就被称为“基因工程”,或者称之为“遗传工程”。

  基因工程在20世纪取得了很大的进展,这至少有两个成功典范。一是转基因动植物,一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因,使得动植物具有了原先没有的全新的性状,这引起了一场农业革命。如今,转基因技术已经开始广泛应用,如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”的母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物,它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目的焦点。

  2.细胞工程

  指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法,按照人们的需要和设计,在细胞水平上重组细胞的结构和内含物,以改变生物的结构和功能,快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。细胞工程的优势在于避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞,因而能够提高基因的转移效率。通俗地讲,细胞工程是在细胞水平上动手术,也称细胞操作技术,包括细胞融合技术、细胞器移植、染色体工程和组织培养技术。通过细胞融合技术,可以培育出新物种,打破了传统的只有同种生物杂交的限制,实现物种间的杂交。这项技术不仅可以把不同种类或者不同来源的植物细胞或者动物细胞进行融合,还可以把动物细胞与植物细胞融合在一起。这对创造新的动植物和微生物品种具有前所未有的重大意义。

  3.酶工程

  酶工程又称生物转化反应,是利用生物学方法以酶为催化剂,使一种物质迅速转化为另一种物质的技术。它不需要传统的化学转化所必不可少的高温、高压、强酸、强碱等条件,节省能源,效率极高。酶工程最突出的成就是微生物发电。最原始的酶工程要追溯到人类的游牧时代。那时候的牧民已经会把牛奶制成奶酪,以便于贮存。他们从长期的实践中摸索出一套制奶酪的经验,其中关键的一点是要使用少量小牛犊的胃液。用现代的眼光看那就是在使用凝乳酶。此后,在开发使用酶的早期,人们使用的酶也多半来自动物的脏器和植物的器官。例如,从猪的胰脏中取得胰蛋白酶来软化皮革;从木瓜的汁液中取得木瓜蛋白酶来防止啤酒混浊;用大麦麦芽的多种酶来酿造啤酒;等等。然而,随着酶的开发应用的扩展,这些从动植物中取得的酶已经远远不能满足人们需要了。人们把眼光转向了微生物。

  微生物是发酵工程的主力军。在发酵工程里,微生物之所以有那么大的神通,能迅速地把一种物质转化为另一种物质,正是因为它们体内拥有神奇的酶,正是那些酶在大显神通。说到底,发酵作用也就是酶的作用。

  微生物种类繁多,繁殖奇快。要发展酶工程,微生物自然应该是人们获取酶、生产酶的巨大宝库、巨大资源。事实上,目前酶工程中涉及的酶绝大部分来自于微生物。

  酶工程,可以分为两部分。一部分是如何生产酶,一部分是如何应用酶。用微生物来生产酶,是酶工程的半壁江山。

  4.发酵工程

  指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程的内容包括菌种选育、灭菌、接种和产品的分离提纯等方面。

  5.生物反应器工程

  生物反应器是指为细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备,它是生物反应过程中的关键设备。生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定,对生物化工产品的质量、收率和能耗有直接影响。生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容,也是生物化学工程的重要组成部分。从生物反应过程说,发酵过程用的生物反应器称为发酵罐;酶反应过程用的生物反应器则称为酶反应器。另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器,专称为动植物细胞培养装置。顾名思义,生物反应器工程就是研制各种生物反应器的工程。

  基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程不是孤立存在的,而是彼此互相关联、互相渗透。例如用基因重组技术和细胞融合技术可以创造出许多具有特殊功能和多功能的工程菌和超级菌,再通过微生物发酵来产生新的有用物质。再如酶工程和发酵工程相结合,可以改革发酵工艺,大大提高产量。

  二、神秘的军事生物技术

  在引发21世纪武器装备革命性变化的高新技术中,迅速兴起的生物技术发展势头正猛。未来的武器装备、后勤保障和军用医药等各个方面,都将离不开生物技术的支撑。有识之士认为,现代化生物武器是一支重要的威慑力量,在未来战场上,比原子弹更可怕。

  以生命科学为基础的综合性技术――生物技术将成为军事高技术的制高点。

  1.人称“种族武器”和“世界末日武器”的基因武器

  基因武器就是在生物遗传工程技术的基础上,用人为的方法,按照军事上的需要,利用基因重组技术,复制大量致病微生物的遗传基因,并制成生物战剂放入施放装置内所构成的武器。它能改变非致病微生物的遗传物质,使其产生具有显著抗药性的致病菌,利用人种生化特征上的差异,使这种致病菌只对特定遗传特征的人们产生致病作用,从而有选择地消灭敌方有生力量。因此,科学家们也称这种“只对敌方具有残酷杀伤力,而对己方毫无影响”的新型生物武器为“种族武器”。按照美国国家人类基因组研究中心的报告,由多国联手开展的人类基因组计划,预计于2003年完成,届时将可排列出组成人类染色体的30亿个碱基对的DNA序列,揭开生命与疾病之谜。一旦不同种群的DNA被排列出来,就可以生产出针对不同人类种群的基因武器。

  基因武器杀伤力极强,远非普通的生物战剂所能比拟。据估算,用5000万美元建造一个基因武器库,其杀伤效能远远超过50亿美元建造的核武器库。某国曾利用细胞中的脱氧核糖核酸的生物催化作用,把一种病毒的DNA分离出来,再与另一种病毒的DNA相结合,拼接成一种具有剧毒的“热毒素”基因战剂,用其万分之一毫克就能毒死100只猫;倘用其20g,就足以使全球55亿人死于一旦。正因为如此,国外有人将“基因武器”称为“世界末日武器”。科学家认为,不能排除随着基因操作等知识的日益普及,基因技术被用于制造基因武器的可能。甚至有人预测,基因武器将在5至10年内出现。

  2.威力巨大的生物炸弹

  利用生物技术制造炸药,生产过程简单,成本低,燃烧充分,爆炸力强,威力比常规炸药大3~6倍。用生物炸药制成的武器战斗可使武器的战术、技术性能提高一个数量级。

  3.智能化的军用仿生导航系统

  自然界中许多动物具有导航能力。研究发现,鸟体的导航系统只有几毫克,但精确度极高,探测误差小于0.03微瓦/平方米。目前已有一些国家在利用生物技术手段模拟动物的导航系统来简化军事导航系统,以提高精度,缩小体积,减轻重量,降低成本,增强在复杂条件下的导航能力。

  4.敏锐的军用生物传感器

  把生物活性物质,如受体、酶、细胞等与信号转换电子装置结合成生物传感器,不但能准确识别各种生化战剂,而且探测速度快、判断准确,与计算机配合可及时提出最佳的防护和治疗方案。美国国防部于1990年将生物传感器列入国防关键技术,2000年就制造出了机器人生物传感器。生物传感器还可通过测定炸药、火箭推进剂的降解情况来发现敌人库存的地雷、炮弹、炸弹、导弹等装备的数量和位置,它将成为实施战场侦察的有效手段。

  5.取之不尽的军用生物能源

  目前主战兵器的机动装备大都以汽油、柴油为燃料,跟踪补给任务重、要求高。生物技术可利用红极毛杆菌和淀粉制成氢,每消耗1克淀粉就可生产出1毫升氢。氢和少量燃料混合即可替代汽油、柴油。这样,机动装备只需要带少量的淀粉,就能进行长时间远距离的机动作战。日本、加拿大等国把细菌和真菌引入酵母,酶解纤维生产酒精,或用基因工程方法使大肠杆菌把葡萄糖转化为酒精,代替汽油或柴油,可随时为军队的机动装备提供大量的生物燃料。

  6.奇异的军用生物装具

  即利用生物技术就地取材提供高能量的作战军需品。如美国陆军研究发展和工程中心已经从织网蜘蛛中分离出合成蜘蛛丝的基因,从而能够生产蛛丝;还可将基因转移到细菌中生产可溶性丝蛋白,经浓缩后可纺成一种特殊的纤维,其强度超过钢,可用于生产防弹背心、防弹头盔、降落伞绳索和其他高强度轻型装备。

  7.疗效快捷的军用生物医药

  生物技术可以制造新的疫苗、药物和新的医疗方法。如利用生物技术生产血液代用品,已受到世界各国的重视,人造血液可望缓解战场上血浆的供需矛盾。利用生物技术生产的高效伤口愈合材料,有望进行大规模生产。科学家正研究用重组工程菌进一步提高壳多糖的产量。美国一些公司与陆军医疗中心正在从事用生物技术合成“人造皮肤”的研制工作。

  8.不可思议的军用仿生动力

  人和动物的肌肉具有惊人的力量,人体全身的600余块肌肉朝一个方向收缩,其力量可达25吨!目前,军事仿生专家已用聚丙烯酸等聚合物制成了“人工肌肉”,把它放入碱或酸介质中,便能产生强烈的收缩或松弛,直接把化学能转变成机械能。为尽快制造出实用的肌肉发动机,专家们设想用胶原蛋白作材料。胶原蛋白分子呈螺旋状结构,类似弹簧。将其浸入溴化锂溶液后即迅速收缩,从而做功,用纯水洗去溴化锂,胶原蛋白就恢复到原来长度。这种“肌肉发动机”没有齿轮、活塞和杠杆,故体积小、重量轻、无噪音、操作简便,还省去了体大笨重易燃易爆的油箱,用来制造兵器,可大大提高机动力和生存力。

  9.怪异的军用动物武器

  训练动物参战,自古有之。但人们运用生物工程技术,创造一些“智商”高、体力强、动作敏捷和繁殖速度快、饲养简单的动物,去充当“战斗动物兵”并非遥远。1992年,世界上第一头带有人类遗传特征的短吻、小眼睛、大耳朵、被称为“阿斯特里德”的猪,在伦敦降生了。到第二年,英国就有37头猪带上了人类基因。科学家的目的是为了实现跨物种器官移植,以解决目前移植手术中器官来源不足的难题。但由此不难想象,随着基因技术的发展,用这一技术“杂交”出一些怪物,甚至“人造人”,完全是有可能的。

  此外,生物加工处理技术在军事领域也有广泛的应用。目前正在研究的课题有:生化战剂的洗消、危险废物的生物降解、生物除雷、生物防核污染等。已经初步研制出了无腐蚀、低成本、高速度、便于携带的清洗生化战剂的生物酶,清除残余地雷、水雷,降解TNT炸药的生物体和能除去铀、镭、砷等有毒有害元素的微生物。 (

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