1.什么是基因
现在，基因已经成为一个家喻户晓的名词，但是你是否能准确地说出什么是基因吗？基因是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。
对于基因的研究，可以给一些病患者带来福音。科学研究证明，一些困扰人类健康的主要疾病，例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。依据已经破译的基因序列和功能，找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选，甚至基于已有的基因知识来设计新药，就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因，从而根治顽症。基因药物将成为21世纪医药中的耀眼明星。基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据，也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如，有同样生活习惯和生活环境的人，由于具有不同基因序列，对同一种病的易感性就大不一样。明显的例子有，同为吸烟人群，有人就易患肺癌，有人则不然。医生会根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导，使其养成科学合理的生活习惯，最大可能地预防疾病。
2.克隆技术
克隆是英文“clone”或“cloning”的音译，原意是指幼苗或嫩枝，以无性繁殖或营养繁殖的方式培育植物，如扦插和嫁接。在大陆译为“无性繁殖”，在台湾与港澳一般意译为复制或转殖、群殖。中文也有更加确切的词表达克隆，“无性繁殖”、“无性系化”以及“纯系化”。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫“克隆”，这门生物技术叫“克隆技术”，其本身的含义是无性繁殖，即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系，该细胞系中每个细胞的基因彼此相同。
克隆也可以理解为复制、拷贝，就是从原型中产生出同样的复制品，它的外表及遗传基因与原型完全相同。时至今日，“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”，凡是来自同一个祖先，无性繁殖出的一群个体，也叫“克隆”。这种来自同一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”，简称“无性系”。简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合，只由一个生物体产生后代的生殖方式，常见的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条或嫁接等方式产生新个体也叫无性繁殖。
关于克隆的设想，我国明代的大作家吴承恩在《西游记》中已有过精彩的描述——孙悟空经常在紧要关头拔一把猴毛变出一大群猴子，这当然是神话，但用今天的科学名词来讲就是孙悟空能迅速地克隆自己。从理论上讲，猴毛含全部脱氧核糖核酸序列，也是可以克隆的。
克隆技术不需要雌雄交配，不需要精子和卵子的结合，只需从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，再将胚胎植入雌性动物体内，就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物，具有与单细胞供体完全相同的特征，是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”等动物。克隆技术的成功，被人们称为“历史性的事件，科学的创举”。有人甚至认为，克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。
克隆技术也可以用来生产“克隆人”，也就是说可以用来“复制”人，因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说，克隆技术是悲是喜，是祸是福？唯物辩证法认为，世界上的任何事物都是矛盾的统一体，都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人，那会给人类社会带来什么呢？即使是用于复制普通的人，也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产，将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究，就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术，是一把双刃剑，剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动，避免“克隆人”的出现，使克隆技术真正造福于人类社会。
3.基因工程
基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。所谓基因工程就是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种技术，是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于20世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。
基因工程在20世纪取得了很大的进展，这至少有两个有力的证明。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。随着研究的深入，基因工程必将给我们的生活带来意想不到的积极变化。
基因工程前景广阔，各国科学家都在加紧研究。我们国家的基因工程研究与国外相比，虽起步较晚，但也获得了较大的发展，取得了一定的科研成果。例如，已经研制成功和正在研制的基因工程产品就有几十种，有些已经投产并开始使用，如基因工程α——干扰素，基因工程乙型肝炎疫苗等等。
总之，基因工程及应用给传统生物技术带来了彻底的革新，而且其应用范围仍然在不断加深、扩大，前景是十分诱人的。它等待着我们这一代青少年去探索，去实践，从而获得更大的成功。
4.生命的起源与进化
生物进化学说认为地球上数百万种生物具有相同的起源，并在大约40亿年的进化过程中逐渐形成。生物化学的发展为这一学说在分子水平上提供了有力的证据。例如所有种属的DNA中含有相同种类的核苷酸。许多酶和其他蛋白质在各种微生物、植物和动物中都存在并具有相近的氨基酸序列和类似的立体结构，而且类似的程度与种属之间的亲缘关系相一致。DNA复制中的差错可以说明作为进化基础的变异是如何发生的。生物由低级向高级进化时，需要更多的酶和其他蛋白质，基因的重排和突变为适应这种需要提供了可能性。由此可见，有关进化的生物化学研究将为阐明进化的机制提供更加本质的辅助依据。
正如生命的起源至今还是个谜一样，生命如何向前发展的问题也还是个谜。不过有一点却可以肯定，如果地球上空最初没有出现一种屏蔽物的话，那么生命或许仍然停留在非常原始的阶段。最初是从地球上放出含有氧和臭氧的保护性的大气层，介入水和太阳的致命辐射之间。在这层屏蔽物下面，一种新的生命演进在进行，光合作用发生了。光合作用使有生命的细菌和藻类，利用太阳辐射能，创造出许多有机物质并释放出更多的氧气。
光合作用使光能微妙地转变为碳水化合物。它是所有生物必需的食品。在细菌的光合过程中，叶绿素受到太阳光的照射时吸收能量，再运用这种能量，分解水分子，此时产生的氢再与碳及其他化合物化合而成糖，同时又把氧释放到大气中。这个过程比现代石油化学合成物的生产过程要精巧得多。这种合成过程是在大小还不到十亿分之一寸的细胞内进行的。
同时，通过微小的海生植物的呼吸作用，开始吸进氧气，排出二氧化碳，产生了可供生命利用的能量。因此，在光合作用开始时吸进的水和碳，最后又被放了出来；而光合作用放出来的氧，又通过呼吸作用重新吸收回去。地球上全部动植物生命的源泉，就是这两大物质的循环过程：碳的循环和氧的循环，再加上少量的氮、硫及磷的循环。
生物细胞具有惊人的化学转变能力，并不断演变进化。南非发现的约30亿年前的原始细菌化石已经具有了简单分裂作用。更进一步的进化又演变出了10亿年的原始细菌化石，在美国加利福尼亚州东部也曾被发现过。其中类似海藻的生物，已被证明内部含有细胞核。又经过10亿年演化之后，在温暖的有荫蔽的海岸和河流出口处的水中，这些类似海藻的生物，大量繁殖了起来，通过它们的光合作用释放出大量的氧气。今天，我们呼吸的氧气总量的1/4，就是由海洋中的最微小的浮游生物所产生的，而水和空气相接触的海面正好是这些浮游生物的栖居地。
生物细胞在新的条件下继续进一步演化。在澳大利亚的爱迪阿加拉群山附近新发现的“蠕节虫”化石，证明7亿年前已有多细胞的生物存在，这是多细胞生物的首次发现。所有复杂的生物都是多细胞生物。我们还不很清楚，更为复杂的生物器官是如何演化而成的。
当时火山和地震还震撼着地球，海啸还冲击着陆地。这种自然界的变动过程，正好为生命跃进到第二个阶段做了准备。有些海生植物被冲到岩石上，并在那里生存了下来。迄今发现的最原始的陆上植物是顶囊蕨的化石，约生存在距今4.5亿年以前。越来越多的植物在高低不平的地面上生长，随后也跟着出现了动物，鱼类逐渐演变成了两栖动物，鳍像腿一样帮助它们爬过被海水冲刷的湖泊沼泽地。鱼鳃后来也发展成为肺，能呼吸氧气。约在3.5亿年以前，生物大规模地向陆地移居。大量植物覆盖了地球多石的表面，在整个地球表面上遍布了生有绿叶的新型植物，进行光合作用和呼吸作用。大气中不可缺少的氧气，有3/4就是经过植物的光合作用产生的，从而供给地球上所有生物呼吸所需的氧气。从此陆地成为生命进化的主战场，多彩的生命世界从此开始，我们至今仍处在不断进化的阶段。
5.什么是免疫系统
（1）自然界中的土壤、空气、水、食物，每一个角落中都有许许多多肉眼看不到的微生物，包括细菌、真菌、病毒、原虫等等。它们要想生存，就需要一定的温度、湿度和养料，而人体对它们来说正是一个温暖、湿润、食物充足的“家”。于是，它们就削尖了脑袋，想尽各种方法往人体里钻。这些家伙中可有不少心狠手辣的杀手。比如肉毒杆菌，它一旦侵入人体就迅速繁殖分泌肉毒毒素。肉毒毒素可是世界上已知的最剧烈的毒物，它的毒性比氰化钾强1万倍，用肉毒毒素来杀死2亿只小白鼠只要2毫克就能办到，杀死100万个人也只需要1克，这多么可怕啊！再比如，它进入人体后，只要找到一个缺氧的环境，就大量繁殖起来。由于它能分泌许多种分解组织的酶，所以人体组织中的糖、蛋白都被分解，产生许多气体，使得伤口进而整个肢体甚至全身就像发面馒头一样膨胀起来。由于它还能分泌一些毒素，所以造成大片的肌肉坏死、腐烂。染上这种病，重者丧命，轻者截肢，留下终生的残疾。不过，不用害怕，尽管人体时常遇到这样的“职业”入侵者，只要我们免疫系统能有效地发挥作用，它们就很难得逞。还有一些微生物，它们致病性不太强，所以正常情况下，它们就成群地生活在人体肠道、呼吸道、口腔里。不过不要掉以轻心，它们时刻都有扩充数量的可能。负责监督这些所谓“条件致病”微生物的就是我们的免疫系统。一旦我们放松警惕，人体就要遭殃。比如表皮葡萄球菌，它就会侵入身体其他部位，要是到了脑膜，人就会得脑膜炎，久治难愈。而人类往往对这些微生物缺乏有效的治疗手段。
人如果没有免疫系统能活多久？据科学家们推算，无论你如何保护，最多能活12年，这是有事实可以证明的。
美国得克萨斯州休斯顿的一所医院曾经接收过这样一位小患者：他一出生就患有严重的“先天性免疫功能缺陷综合征”。为了保护他免受微生物的侵袭，人们将他隔离在一个无菌的塑料罩中，稍大一些以后，还给他特制了一套像太空服一样的隔离服，这样避免他与任何人或物有直接接触。他吃的食物都是经过严格消毒的，由护士通过空气闸输送给他。他吸的空气也是经过过滤的，以免细菌、病毒等感染他的肺部。
就是如此细心的防护，也未能挽救他的小生命，苦苦挣扎了12年，他最终还是死于感染。对于大多数患这类病的婴儿来说，是根本没有这种护理条件的，他们一般都在1岁半以前就死于那种“条件致病”微生物的感染。
（2）中国古代为了防止异族入侵，修建了雄伟险峻的万里长城，将敌人拒之于国门之外。而人体中，也有这么一道“万里长城”，不过它可不是由一块块单调的城砖组成的，它包括了许多不同的器官和组织。
皮肤就是其中的一员。人体的皮肤分好几层，最内侧一层叫生发层。这层细胞能不断地分裂，向外层推移，以代替脱落了的表皮细胞；最外层叫角化层，是由好几层完全角化的死细胞组成的，细胞里充满了角蛋白丝和均质状物质，所以很坚硬。间隙中充满了脂类物质，就像水泥一样将缝隙封得死死的，所以正常情况下微生物很难侵入。同时，皮肤汗腺分泌的汗液中含乳酸以及皮脂腺分泌物中所含的脂肪酸，对许多微生物都具有毒性作用。
人的鼻腔和呼吸道也是与外界直接相通的，不过它也有一套抵御系统：鼻腔的前部长有鼻毛，它可以阻挡空气中较大的颗粒吸入；鼻腔的后部粘膜内有较多粘液腺，在必要时，它能分泌大量粘液，将许多微生物粘住，这就是人们所说的鼻涕；气管粘膜中有一套叫“杯状上皮，纤毛运载系统”的防御体系，杯状上皮细胞不断分泌粘液，粘附和杀灭微生物；同时纤毛上皮细胞表面的纤毛不断地向喉头方向摆动，使粘液逐渐向喉头移动；最后通过咳嗽排出，这就是痰。看来，微生物要想从呼吸道入侵也不是容易的。消化道经口与外界相通，它的情况又如何呢？首先在胃中，胃酸就能杀灭大部分微生物，只有少数能进入肠道。而肠道中有大量共生菌群，我们已经说过，这些细菌正常情况下是不致病的，但由于它们把适宜的生存空间全占据了，所以新进来的细菌就很难立足了。不知不觉之中，这些共生菌群帮助了我们拒绝接纳更有害的微生物。
眼、口腔、尿道也在时刻地接触微生物，它们可没有皮肤保护，不过眼泪、唾液、尿液中都含有一种叫溶菌酶的物质，这种物质能溶解细菌的细胞壁，进而杀死细菌。
（3）巨噬细胞是我们伙伴中个头儿最大的一个，他的祖先是血液中的单核细胞。单核细胞离开骨髓后，在血液中停留1～5天，便以活跃的变形运动从毛细血管壁细胞之间挤出，进入组织，并在组织内发育成巨噬细胞。
巨噬细胞就像是人体中的“垃圾车”，它不断地游动，吞食掉被它们发现的微生物和其他外来物，然后和它体内的一些酶结合，将吞噬物溶解消化。中性粒细胞是血液中数量最多的，每分钟就能产生8000万个。它与巨噬细胞形成鲜明对比，它体积小，活动灵活，反应迅速。一旦细菌侵入了机体某一部位，它就能灵敏地感受到细菌或受感染组织释放出来的一些特异性化学物质，并且迅速沿着这些化学物质传来的方向赶到出事地点。它们能将入侵的细菌围住，一点点儿地吞进去，通过酶将它们杀死。不过与此同时，中性粒细胞自身也就坏死了。人们平日所见到的伤口中流出来的脓，就是由这些“阵亡将士的尸体”组成的。
我们免疫系统中最有特色的“人物”就要数淋巴细胞了。近年来，许许多多的科学家都在研究他。
淋巴细胞并不是一个单一的群体，至少可以分为T淋巴细胞、B淋巴细胞、K细胞和NK细胞4类。
B细胞是在人类骨髓（bone marrow）内发育的，而鸟类则在腔上囊（bursa）发育，所以用字首“B”表示。B细胞是人体中的“兵工厂”，它能够生产出各式各样的“导弹”——抗体，这些导弹的特点我们在后面还会讲。B细胞有一种极为奇妙的特点，就是对于不同的入侵者，它都能生产出一一对应的“导弹”。我们将这些入侵者称为“抗原”，那么也就是说自然界中成千上万的抗原，在体内都能产生一一对应的不同抗体，这是多么奇妙的事情啊。科学家们一直想解释这个现象，至今仍未有十分满意的答案。如果同学们感兴趣，将来可以研究一下这个问题，提出自己的见解。
T细胞是在胸腺（Thymus）中长大的，所以用字首“T”表示。它是由4个“兄弟”组成的小家族。
Th细胞全名叫T辅助细胞，它的工作就是刺激B细胞分裂，变成能够产生抗体的浆细胞。这个工作至关重要，没有特异性的Th细胞的允许，B细胞就不可能投入工作。与之恰相反的是Ts细胞（T抑制细胞），它能够全面对抗Th细胞的工作，起到免疫系统制动器的作用。人体正是通过这二者的对抗调节作用，使免疫反应既能产生又不过于强烈，处于一种适宜的程度。
TD细胞（迟发型过敏T细胞）名字好怪，其实它的工作倒很简单。前面提过巨噬细胞傻头傻脑，所以我们不得不让TD细胞来协助它工作。TD细胞一旦接到敌情信号，就会分泌一类叫淋巴因子的化学物质。这些淋巴因子会使巨噬细胞向细菌入侵处赶去；并且能够加强巨噬细胞的消化功能，杀死那些原先不能被消化的细菌。
T细胞中最主要的一类就是TC细胞（细胞毒T细胞），人们称它为职业杀手。它杀灭的不是细菌、病毒等微生物，而是那些被病毒感染了的人体细胞，或人体内自身产生的那些与众不同的肿瘤细胞。它经过一些特殊的识别机制后，就会判断出哪些细胞是不正常的，于是就和它们紧密地结合在一起，并分泌穿孔酶、丝氨酸二脂酶，使对方细胞膜破裂、细胞内容物全都流淌出来，彻底死亡。
K细胞来源于英文Killer cell即杀伤细胞。同Tc细胞一样，它可杀伤那些被病毒感染了的细胞或肿瘤细胞。不过这一过程必须有抗体的协助，所以人们又称它是抗体依赖性细胞毒细胞（ADCC）。
（4）抗体是一种蛋白质，我们已经说过，它是由B细胞产生，释放人血的。抗体的作用，就是和相应的抗原特异性地结合。不要小看这种结合，如果抗原是一种细菌毒素的话，这样结合后，细菌毒素就不会对机体造成损害了。抗原上结合有抗体后，巨噬细胞就很容易发现和捕捉到它，将抗原吞掉。而且抗原与抗体结合后，能够起动另一种武器——补体。
补体是存在于血液中的一组蛋白质，有近20种成份，它们平日没有生物活性，但抗原抗体一旦结合后，这些成份就会依次被激活，发挥其作用。其中有些补体成分能够吸引中性粒细胞到细菌聚集的地方；有些补体成份有利于巨噬细胞吞噬；还有一种补体成份叫“膜攻击单位”，它能像钻头一样在细胞上打出一个洞，使内容物都流出来。
细胞因子也是一类特殊的蛋白质，干扰素就是其中的代表。干扰素具有很强的抗病毒作用，它对病毒本身没有作用，而是以某种方式改变了细胞，从而保护细胞免遭病毒侵害。
（5）在每个人的身体内都有着一种非常奇妙的自我保护机制，我们称之为“免疫系统”，它可以保卫你免受许多有害细菌、病毒、毒素和寄生虫等的侵害。免疫系统各组分广布全身，错综复杂，特别是免疫细胞和免疫分子在机体内不断地产生、循环和更新。免疫系统具有高度的辨别力，能精确识别自己和非己物质，以维持机体的相对稳定性；同时还能接受、传递、扩大、储存和记忆有关免疫的信息，针对免疫信息发生正和负的应答并不断调整其应答性。因此，免疫系统在功能上与神经系统和内分泌系统有许多相似之处。
机体执行免疫功能是器官、组织、细胞和分子的总称。器官包括胸腺、法氏囊或囊类同器官、淋巴结、脾脏、扁桃体；组织指机体内存在的许多无被膜的淋巴组织；细胞主要指淋巴细胞、单核吞噬细胞、粒细胞；分子主要指免疫球蛋白、补体、淋巴因子以及特异性和非特异性辅导因子、抑制因子等参与机体免疫应答的物质。免疫系统各组分功能的正常是维持机体免疫功能相对稳定的保证，任何组分的缺陷或功能的亢进都会给机体带来损害。
在感染过程中，各免疫器官、组织、细胞和分子间互相协作、互相制约、密切配合，共同完成复杂的免疫防御功能。病原体侵入人体后，首先遇到的是天然免疫功能的抵御。一般经7～10天，产生了获得性免疫；然后两者配合，共同杀灭病原体。天然免疫是人类在长期的种系发育和进化过程中，逐渐建立起来的防御病原体的一系列功能。其特点是人人生来就有，并能遗传给下一代，而且不同种的生物免疫系统有差异。例如人不会得鸡霍乱也不会被犬瘟病毒感染。同样，动物不会患麻疹。
你知道吗？当免疫系统在守护我们健康的同时，有时它还会帮一些倒忙，器官移植的进行非常之困难，就是因为免疫系统常常排斥所移植的器官。以上知识告诉我们，免疫系统对人类是多么复杂而重要的。其实还有许多事情没有介绍，比如：我们是如何分辨身体本身原有的物质和外来的异物；外敌入侵时，我们的体内物质各成员之间又是如何协作的，等等。迄今为止，免疫系统中还有许多奥秘等着青少年朋友们将来去研究，去探索。
