光束的力與未來生活（簡體書）

; 改變細胞內遺傳物質成分的方法是把兩種不同生物體的細胞“融合” 到一起，組成一個新細胞，因為這個新細胞里面包含了原先兩種生物體的 遺傳物質，由這個細胞發育生長成的生物體，它就兼有兩種生物體的品性 。這種方法稱“細胞融合”技術。這種技術克服了傳統雜交技術的局限性 ，也打破了物種之間互不來往的界限，不僅可以在植物之間、微生物之間 進行遠緣雜交，甚至可以在動物與植物、微生物之間雜交，創造出更多的 新生物品種。比如現在出現的新物種薯番茄就是一例，它是馬鈴薯和番茄 雜交的後代，從以往的傳統雜交技術看來，這是有點奇談怪論了。細胞很 小，怎樣把兩個細胞“綴合”。并最後“融合”到一起又不給它造成損傷 ？給細胞做這種“手術”真的是件技術要求很高的活。科學家想到了激光 “抓手”，利用它協助完成這種手術。利用激光“抓手”把細胞“按住” ，然後利用另外一束直徑很微小的微激光光束，在兩種生物細胞上各打一 個小7L，再利用激光“抓手”牽著它們沿小孔的位置移動并相互接觸，隨 後它們將通過小iL相互交流細胞質。細胞有自行修復的功能，在細胞上打 的小孔會很快收縮自行閉合，兩個細胞就結合到一塊形成一個新細胞了。 或者用激光“抓手”牽引兩個細胞，使它們靠攏并相互緊密接觸，隨後用 一束微細激光對準這兩個細胞相切的地方射擊，把它們的接觸邊打穿，兩 個細胞便通過擊穿的地方流動細胞質，大約經過幾分鐘時間後，這兩個細 胞便也融合在一起，成了一個新細胞。 還有一種做法是對細胞內的遺傳物質做設計“加工”，根據需要，往 里面加入某種生物性狀的基因，或者去掉其中某種生物性狀基因。細胞內 的遺傳物質經過這番組織變更後，發育生長成的生物體就是具有我們期望 的那種性狀的生物新品種，這個方法稱“基因技術”。比如說，我們都知 道大豆、花生等農作物的根部長有一種特殊的東西，叫做“根瘤菌”，它 能夠直接從空氣中吸收氮氣，變成氮肥。所以人們常常說，豆科作物的根 部有自辦的“小化肥廠”，它們生長時不需要施氮肥。設想把豆科農作物 遺傳物質中“掌管”根瘤菌的基因取下來，搬到小麥、玉米、高梁等作物 細胞的遺傳物質中，這種包含新遺傳物質的細胞培養發育後，生長出來的 這些農作物的性能便發生改變，也有了自辦“小化肥廠”的功能，種植時 可以不要施氮肥，或者少施氮肥了，這么一來就可以節省大量的化肥。更 有科學家提出這樣的設想：把固氮基因“搬”到動物甚至人體的腸道微生 物細胞遺傳物質中，讓腸道微生物細胞也掌握固氮本領給自己制造氨基酸 。我們知道，人類吃的含蛋白質的雞蛋、肉類、魚類等食物，經過胃腸中 ?的分解產生氨基酸，才為我們所吸收的。假如腸道微生物也能夠自己制 造氨基酸，那么，我們便可以少吃含蛋白質的食物，也能夠保持自身有豐 富的營養。做這種設計加工，首先遇到的技術問題是從DNA上切下一部分， 以及在另外一條DNA上把它接上。DNA分子很小，直徑只不過2納米左右，憑 肉眼當然看不到，用高倍顯微鏡也看不清，做這種“手術”的確非常精細 ，難度很大，激光“抓手”也給科學家做這項手術提供了極好的幫助。利 用激光“抓手”把DNA分子“按住”，然後用另外一束微型激光做手術刀， 對它實施基因切割；在焊接基因時，利用另外一束微激光束做“焊槍”， 在DNA分子上把需要接上的基因焊接上。 激光“抓手”是一個性能非常優秀的工具，利用它可以抓住尺寸微小 的顆粒、細胞，乃至生物大分子這些我們的眼睛看不見的東西，而且又不 會對它們產生任何損傷，不會對它們的生理活動功能產生影響，這是任何 其他工具所辦不到的。科學家用激光“抓手”抓住酵母細胞，進行了5個小 時的觀察。發現原先由兩個細胞組成的家族半小時後增加成了“3口之家” ，3小時後成員又進一步增加到6個，5小時後則發展成多至8個相連細胞組 成的細胞族，每個細胞族的直徑達5～10微米。 激光“抓手”可以牽著微粒子、細胞或者生物大分子運動，下面的照 片是固定激光“抓手”，移動載物臺，小球跟隨載物臺移動的情況，箭頭 表示運動方向。生物分子以及細胞的力學性能是表征分子特性和生物過程 的重要參量，生物學家一直努力企圖進行這項研究和其力學量的測量，然 而，進行這項工作的技術難度很大。生物大分子很小，一般只有幾個納米 到幾十納米，細胞也很小，人眼看不到。激光“抓手”對物體的作用是非 接觸式的，有了它，科學家便能夠更好地開展這類測量研究工作了。這種 激光“抓手”一般只能“抓”尺寸為微米量級的粒子，大分子的尺寸比這 小得多，激光“抓手”不能直接抓住它，在進行實驗測量時，通常需要采 取間接辦法。把生物大分子粘在一只小球上，比如聚苯乙烯小球上，然後 用激光“抓手”抓住這只小球，移動激光“抓手”，牽引小球運動，也就 等效于牽引大分子移動。當然，移動速度很緩慢，一般在每秒數十微米以 下。測量出小球移動距離，也就等于測出了大分子移動的距離，再根據力 學基本原理，便可以計算出分子的力學量。或者不讓激光“抓手”移動， 而是讓載著大分子的物臺移動，這時，激光“抓手”是在反方向拉這只小 球，小球移動開的距離是在大分子的收縮力和激光“抓手”的拉力共同作 用下發生的，由此便可以得到激光“抓手”牽引大分子的力，進而也就得 到分子運動時產生的力。 假如把大分子兩端各粘在一只小球上，然後用激光“抓手”抓住其中 一只小球，讓小球固定不動，而用另外一把激光“抓手”牽引另一只小球 移動。根據胡克定律，在彈性范圍內，小球的移動距離正比于小球受到的 力，而這個力也就是大分子作用在小球上的力。所以，測出小球移動的距 離，也就知道大分子的分子之間相互作用力。利用這個辦法，生物科學家 實驗研究了單個DNA的非線性彈性拉伸應變的靜力學特性、膠原蛋白分子的 力學特性，以及單個肌肉纖維所產生的力等。比如在DNA兩端各粘一只小球 ，我們用激光“抓手”抓住小球移動，DNA分子便同時改變形狀，長度伸長 了；放開激光“抓手”，DNA分子縮回去，像拉一根橡膠圈，用這個辦法便 可以研究DNA分子的力學性能。p3-5