765聪明鼠的遗传多样性是指什么?

基因时代引发新阶级对立:凡人和超人
 人类正进入基因超人时代 技术攻克遗传病创造出凡人和超人。

自从3年前科学家们绘制完成人类基因图谱,普通人就开始从DNA的角度思考人生未来。基因技术正在改变人类进化的方式!今年10月30日,英国一对“设计婴儿”的降生,昭示着转基因人类正式从科幻变为现实。美国28%的夫妇利用基因技术使孩子免受遗传病威胁,随着科技的发展,除了健康的考虑,他们未来还可以选择让孩子更漂亮、更聪明。

只要有条件,所有父母都不会让孩子输在起跑线上,而这个起跑线如今提前到了受精卵阶段。这些经过基因改良的人类,天生在各方面“高人一等”。他们会成为未来的统治者吗?而这正是霍金的忧患。

家族诅咒基因测试技术阻断百年遗传病

时间追溯到1895年,一名年轻的女裁缝,保罗·格罗丝,感到恐惧无助。她当时对所谓的DNA双螺旋结构和人类基因计划一无所知——因为这些科学发现都发生在遥远的未来。但是她知道一种可怕的疾病——癌症,这种疾病折磨着她的整个家族。在当时,格罗丝被预言会年纪轻轻便死于癌症。因为她整个家族的成员,几乎都死于大肠癌或子宫内膜癌,因此医生认为她也不例外。但是,在美国密歇根大学病理学家阿尔达德·沃斯博士的治疗下,格罗丝打破了家族诅咒,她说:“我现在很健康,虽然医生们都认为我会早夭。”

据12月11日出版的美国《新闻周刊》报道,如今,100多年后,格罗丝的后代拥有了更多的选择:基因测试。一个简单的血液测试,他们就能清楚地审视自己的DNA,看看自己是否健康,同时看看自己是否携带致命的突变基因——这一基因折磨了他们家族几十年。阿米·迈肯,现年38岁,她的曾祖母蒂莉是保罗·格罗丝的妹妹。迈肯决心搞清楚自己以及孩子是否有危险。2002年,她得到答案:阳性。迈肯说:“这改变了我的人生。”之后,她每年做一次结肠镜检查。

基因测试技术也在改变着医药领域。自从3年前科学家们绘制完成人类基因图谱,人们就开始从基因的角度检查自身健康。人们知道了基因是如何影响自身健康,并且改变了认识、诊断和治疗疾病的方式——基因技术甚至可以预测疾病。现在,基因测试技术已经可以预报1300多种疾病,包括囊性纤维化和血友病。随着基因测试越来越廉价且快捷,研究人员着手将之扩展到更广泛的领域:2型糖尿病,阿尔茨海默氏病、心脏病和抑郁症等。假如科学家们的预测正确,2010年基因技术将能够应用于这些疾病的治疗当中。

革命前沿 从受精卵阶段洞察整个生命未来

测试呈阳性不是说你一定会得病,但却给你发出预警。美国国立人类基因组研究协会的主管,弗朗西斯·科林斯博士说:“我们处在一场革命的最前沿。”

如今,基因测试技术甚至被应用到了人类生命的最初阶段。夫妇假如计划生孩子,他们就先做孕前检查,看看自己是否携带致病基因,孕检的29个项目中,大部分都和基因缺陷有关。

对于嘉娜和汤姆·摩纳哥夫妇来说,孕前检查对孩子的一生,有着巨大的决定作用。那是2001年,他们的第3个孩子,3岁的斯蒂芬,看上去一直都蛮健康的,却突然出现代谢性酸中毒和脑水肿等症状。经诊断,他患上了一种罕见的疾病——异戊酸血症。这是一种遗传性先天代谢疾病,属于有机酸血症的一种。而这种遗传病,以前并不包含在孕前检查项目中。因此,摩纳哥夫妇一直都不知道,身体非常健康的自己,居然携带有这种罕见的遗传病基因。

当嘉娜再次怀孕的时候,她做了amnio检查,医生发现胎儿也携带有致病基因,因此,在孩子出生的时候,就开始给予药物治疗,并调配饮食以保证新生儿的健康。如今,斯蒂芬已经9岁了,却还不能走路、说话和自己进食,而他的妹妹卡罗琳,也已经4岁了,虽然也携带致病基因,却由于防治及时,一直活得非常健康。基因测试,用嘉娜的话说:“给了卡罗琳一个斯蒂芬未能拥有的未来。”

未来,越来越多的人将接受基因测试。如今,测试覆盖的疾病种类不多,病患群体不广,仅占整个诊断病例的3%-5%,但这种冲击对于单个病人来说是无比巨大的。因为,人们将有可能预先发现疾病,避免患病。密歇根大学的斯蒂芬·格鲁伯博士说:“基因测试技术为我们提供了意义深远的洞察力。”

无知是福何必为几十年后的病痛惶惶不可终日

基因技术,虽然为人类带来福音,但不是每次都能解决问题。

密歇根大学的基因技术顾问,温蒂·乌尔曼森老师,在为医学学生们讲课时,演示了两组幻灯片:一组是《无知是福》,另一组是《知识就是力量》。因为她认为,基因技术有时会陷入伦理道德困境,而且会给某些患者带来黯淡的人生——例如,有些人检查出自己携带了阿尔茨海默氏病的致病基因,是潜在患者,而这种疾病,即使检测出来,也无法预防或治疗,那么他将心灰意冷,惶惶不可终日。其实,阿尔茨海默氏病或亨廷顿氏病一般在人50岁之后才会发病,但预知的人将在年轻时就背负沉重的思想包袱。

美国威斯康星州麦迪逊市的莎娜·马丁就是一个代表案例,她决定,绝不做基因测试。莎娜幼年时目睹了母亲黛博拉患亨廷顿氏病的窘境,因此她不想知道自己是否也携带了这种致病基因。莎娜是一个健身教练,她年轻、强壮、健康——她不愿打开自己基因的潘多拉盒子。莎娜说:“假如测试呈阳性,我不知道我将如何应付,假如测试表明我是健康的,我也不会更快活,那(基因测试)将给我的人生笼罩上一个真正的阴影,一无所知让我活得更加舒服。”

不过,有些人可不能活在不确定中,斯蒂芬妮·沃洛特就是一例。她的家族有亨廷顿氏病病史,她的曾祖父及其三名兄弟,都是死于亨廷顿氏病的并发症。因此,斯蒂芬妮希望知道自己是否携带致病基因。她说:“我一知道有这种检测方法,就立刻去检测。”2000年8月,经过全面的基因测试后,斯蒂芬妮和姐姐维多利亚一起去查看了检测结果:阳性!斯蒂芬妮说:“这就好象是电影《骇客帝国》中的一幕,所有的一切都静止了,然后又开始移动。”她今年已经35岁,却依然单身。维多利亚的检测结果是阴性,她说她希望陪伴妹妹走完今后的人生路。斯蒂芬妮已经开始接受治疗,有时候她充满信心,有时候又惶恐不安,但是她说:“大部分时候,我还是很高兴自己先知先觉。”

商人搅局 在线基因技术服务绕过法律壁垒

基因测试仅仅是基因革命的一小部分,下一个目标是使用基因疗法彻底攻克各种遗传病。哈佛大学的鲁多夫·坦兹教授目前正利用人类基因组单体型图(Hap Map)来追踪导致阿尔茨海默氏病的基因突变。

随着科技的发展,商业也紧随其后,如今,专业的基因测试往往局限在某些特殊门诊,但是互联网上却出现了很多在线基因测试公司,提供DIY式的基因测试。“DNA指导”就是这样一家在线公司,它成立于2004年,公司CEO赖安·费兰说,这个网站就象一间“虚拟基因门诊”,基因测试简单得就只需递交一张表格,费用约为200到3300美元,不论你在全球任何地方。“DNA指导”只提供咨询服务,在测试结果出来后,不会卖给你任何药物,也不提供治疗方法。不过其他的公司就没这么谨慎了,他们的测试服务只是配角,之后推销药品和治疗方法才是主要业务。专家称这些公司需要更加谨慎。位于波士顿的新英格兰医学中心的亚当·沃夫博格博士说:“这些公司在打擦边球,在身体检查和药品推销之间已经,界限已经非常模糊。”

设计婴儿伦理尚在论证,技术已经先行

人们不仅关注自己的健康,还希望把遗传病从家族中剔除出去。今天,利用一种叫做“胚胎植入前的基因诊断”(PGD)技术,即使是携带遗传病基因的夫妇,也能生出健康宝宝。但是这种方法非常昂贵,动辄数万美元,因此尚未大面积推广。但是,美国遗传和公共政策中心最近针对生育门诊的一项调查显示,28%的夫妇利用PGD技术来避免成人病,例如乳腺癌和亨廷顿氏病。

卡里和提姆·贝克就是其中一例。卡里的祖父死于亨廷顿氏病,她的母亲也于1999年被确诊为亨廷顿氏病,因此,她不惜一切代价也要保证自己孩子的健康。如今,她的一对双胞胎,布鲁克林和利瓦伊,不用再担心会患上同样的疾病。提姆说:“我们非常高兴,因为我们做了所有我们能做的事情,保证他们(孩子们)不再经历这一切。”

英国西伦敦奇斯威克市格林斯曲特夫妇都携有囊肿性纤维化遗传基因,为了避免生育的后代也携带这种病变基因,38岁的妻子凯瑟琳通过PGH基因筛选技术,利用健康的胚胎怀上了一对双胞胎,今年10月30日,这对孪生“设计婴儿”终于顺利降临到了人世,但也引起了巨大的伦理争议。

现年38岁的凯瑟琳·格林斯曲特和41岁的丈夫杰姆是英国西伦敦奇斯威克市人,夫妇俩都携有一种囊肿性纤维化遗传基因,他们此前生下了一对5岁的双胞胎威廉和莉兹,而莉兹被诊断出患有囊肿性纤维化疾病,该疾病可以引起呼吸困难,缩短寿命,现在莉兹每天要服用16粒药片,接受两次30分钟的物理疗法。尽管威廉还未患上这种疾病,但他可能也像父母一样携有这种缺陷基因。然而,凯瑟琳和丈夫杰姆还想生育更多的孩子,为了不让其他孩子也遗传他们的缺陷基因,凯瑟琳决定在伦敦盖尔医院接受试管受精,通过一种被称为PGH的最新基因筛选技术,生育出不带缺陷基因的“设计婴儿”。据悉,通过PGH基因筛选技术,医生们可以探查出6000种疾病基因。今年初,医生通过筛选技术,将几枚不携带囊肿性纤维化基因的健康胚胎植入了凯瑟琳的子宫内,凯瑟琳很快就怀上了一对双胞胎婴儿。

今年10月30日,孪生“设计婴儿”弗里迪和托马斯终于健康地降临到了人世。38岁的母亲凯瑟琳说:“我们全家人都为弗里迪和托马斯的到来感到高兴。我不想通过普通的试管受精手术怀孕,是因为我不想怀上一个带有囊肿性纤维化基因的婴儿。知道新生婴儿完全健康,我们真的松了一口气。”

据悉,伦敦盖尔医院先锋性的PGH基因筛选技术处于世界领先水平。该技术包括从3天大的胚胎中移除一个细胞,并对细胞中的DNA进行分析,再和父母的DNA进行比较,以确定胚胎是否携带父母的缺陷基因。那些不带缺陷基因的健康胚胎将会被植入母亲的子宫中。

伦敦盖尔医院遗传学顾问护士拉什沃德说:“我们为自己的成就感到骄傲,作为欧洲最大和最先进的医学中心之一,我们希望将来能够帮助更多的夫妇。”

“设计婴儿”虽不是克隆婴儿,但仍然面临巨大的道德挑战。《设计婴儿》一书的作者罗杰认为,孩子同我们一样,是独立的个体,他们不应该成为设计的对象,我们也没有资格成为设计者,因为设计标准我们无权去定夺;孩子的独特性同样是神圣不可侵犯的,而这种独特性首先就体现在其出生时候的偶然性和不确定性上。

超鼠启示经过基因改良,天生智力超群

每一个时代都有自己的幻想,很多幻想都成了现实。

我们正处在一个日新月异的新时代,人类在最近10年的科学发现超过了过去的5000年。科学的进步为人类提供了乐观的理由:很多梦想都是可以实现的。

一只“超鼠”的出现给人们带来了制造另类“超人”的福音。然而,科学的进步是一把双刃剑。

人人都想使自己变得更聪明,这是人类古老的梦想之一。在漫长的人类历史中,这个问题只是一个广义的社会学范畴的问题,人们很难将它当作一个医学问题来看待。但在今天,生命科学的发展使之成为一个医学问题了,基因工程的探索有可能使人类的这个梦想成为现实,美国科学家们最乐观的预言是:到2025年,基因改造可以使很多人变得更聪明。这福音来自一只“聪明的老鼠”。普林斯顿大学的分子生物实验室里有一只体态娇小的小动物,它不断地爬上铁栏杆,或钻进地上的木头缝里,有时啃东西,有时睡大觉。这是一只普通的小老鼠,然而它却具有其同类无法比拟的智力,犹如爱因斯坦之于人类一般。这是一只“超鼠”。

这只老鼠的名字叫“道奇”,它的与众不同之处在于它学东西学得更快,记忆维持的时间更长,对于新环境的适应能力更强。这只“超鼠”是由普林斯顿大学、麻省理工学院和华盛顿大学的科学家共同研制出来的最新产品,他们将NR2B基因导入“道奇”脑内,“道奇”的记忆就比其它同类活跃得多,显得比一般老鼠聪明得多。其中有一个实验是这样的:给“道奇”一个塑料盒子,第二天又给它另外一个塑料盒子,它就会在其上面嗅来嗅去,知道这个盒子与脑子里记得的前一天的盒子不同。而一般的老鼠的反应很平淡,都以为就是前一天的那一个。

如果仅是提高老鼠的智商,那么众多科学家联手完成的这项实验也就不至于如此轰动了。更让人激动不已的是,这些科学家在权威的《自然》杂志上发表的论文向人们描绘了如此美妙的前景:“实验结果表明,利用基因改造这一生化手段增强哺乳动物的智力是可行的。”这似乎意味着,用不了多久,假使您觉着自己不够聪明,就可以通过基因治疗来进行补救了。记忆是大脑活动的中心。一个人聪明与否与记忆力的强弱有很大关系。经过几十年的研究,神经病理学家发现了大脑里面一种被称为NMDA的物质,它随时准备接收信号,对于记忆和学习起着非常重要的作用。实验表明,缺乏这种物质的动物会产生学习和记忆的障碍。在NMDA中,有一种名为NR2B的成分,它在幼小动物身上特别活跃,但对于成熟后的动物影响较小。以普林斯顿华裔科学家钱卓为首的研究人员在此领域迈进了一大步,他们对名为NR2B的NMDA复合物展开了集中研究,并最终培育成了这只名叫“道奇”的“聪明鼠”。

除非我们拥有完整的世界秩序,否则就会有人在某地设计出经改进的超级人类……我不是在主张人类基因工程。我只是说,这是有可能发生的,我们得考虑如何应付它。

这只基因改良后的“聪明鼠”在生理上与一般老鼠毫无二致,改良之后也没有疾病和其它生理异常现象。这一点备受医学界关注,因为NMDA分子遍布大脑,对大脑的学习与记忆功能至关重要。 由于“聪明鼠”的NMDA分子与人体几乎完全一致,因此钱卓医生相信NMDA分子很可能在人类大脑内也将发挥同样的功能。基于这种认识,不少医商都相中了钱卓医生的研究,而普林斯顿大学已为“聪明鼠”培育技术申请了专利,有意进行商业开发。

“聪明鼠”的商业价值是不言而喻的。10年前,假如有人说通过改造大脑的分子形态促进人的智力,很多科学家会认为是疯话,但现在情况变了。尽管钱卓医生和他的同事们并没有觉得他们发现了决定人的智力和记忆的独一无二的关键密码,但他们坚信可以从生理的角度探索使人变得更聪明的方法。这应当说是一种合乎理性的信念。“聪明鼠”的问世意味着人类在探索基因对大脑思维作用的领域迈出了一大步,而且这肯定不是最后一步。

实际上,钱卓不是第一个发现与智力有关的基因的人。1997年,英国伦敦精神病学研究所的行为遗传学家罗伯特·普洛明教授声称分离出了与人类智力相关的特定基因。他把两组智力水平中等的儿童的DNA(脱氧核糖核酸)与美国一个夏令营中的高智力水平的儿童的DNA相比较,发现聪明儿童拥有更多的IGF2R基因。普洛明的研究为理解大脑的工作机制提供了新的思路,因此在神经系统科学研究方面有着重要的意义。

钱卓的研究成果和普洛明教授的发现相互印证,也为基因技术可能给人类带来的影响提供了一个形象的例子。

科学家们预言,在21世纪的前1/4时间里,很可能会出现使人变聪明的针剂和药片,这就不是“补脑”的问题了,而是“换脑”的问题,这些基因药物的普及会使愚笨者变聪明,使聪明者更聪明,作为一种极端,也很可能会出现一些智力超常的“超人”。

基因超人孩子的人生起跑线从受精卵开始

从上述案例不难看出,随着基因技术的发展,目前人类已经能够轻松改变胎儿的某些生理特质,如性别和健康状况;而且,在并不遥远的未来,技术能够做得更多。一旦有了这种可能,有条件的家长都会不遗余力去尝试,因为,谁都不希望自己的孩子输在起跑线上。目前,这种人生竞赛从胎教开始,未来,则从受精卵开始。

设计性别——这是最简单的也是目前使用最广泛的“设计领域”。如果你已经有了3个儿子,是不是想要1个女儿?或者有了3个女儿,想要1个儿子?在很多国家,做父母的已经对孩子的性别做出选择,最普通的方法是堕胎。在一些国家,由于重男轻女,结果导致男女人数不平衡。但是,堕胎并不是选择婴儿性别的唯一方法,现在最先进的手段当数植入前遗传诊断技术,准确度达到100%。选择婴儿的性别牵涉到道德方面的问题。有人反对性别选择,理由是这种选择会加深性别歧视以及性别刻板形象,这是一个道德上的问题。另外一个问题是,让父母选择子女的性别,而不是自然出生,会改变父母和子女之间的关系。

设计健康——一个人,还没有出生,医生们就知道他不会患上哪些疾病。这听上去太神奇了,但植入前遗传诊断技术让这种看似不可能的事情变成了可能。而这正是植入前遗传诊断技术创始人的初衷。包括英国在内的少数国家之所以已经为这项技术开了绿灯,原因就在于只有它才能解除有遗传疾病父母的痛苦。比如那位患有视网膜母细胞瘤(遗传性眼癌)的母亲,如果她通过正常途径怀孕,孩子很有可能在出生后就受到这种疾病的影响,并可能因此失明。但他们夫妻选择使用胚胎植入前遗传诊断技术,事先对存在眼癌的基因进行筛选,而后将不受这种遗传疾病影响的受精卵植入这名妇女的子宫,就可以生下健康的宝宝。目前,大约45种不同的遗传性异常可以在胚胎被植入子宫前检查出来。随着科学家在绘制人类染色体图方面的进步,这种可能性还会成倍增加。

设计长相——尽管选择婴儿头发或眼睛颜色的技术目前还不存在,但是宾夕法尼亚大学生物伦理学主任卡普兰认为,这些技术很快就会出现的。他说:“‘设计婴儿’正大步向我们走来。我们需要立即展开辩论,以确定道德界限。”“设计婴儿”虽然不是“克隆婴儿”,但它仍然面临巨大的道德挑战,而“设计婴儿”的出现,靠的是飞速发展的人类遗传基因技术。科学家从研究人类染色体组——遗传基因开始,深入探讨遗传基因在决定新生儿外貌和性格特征时所起到的作用。人类染色体图谱之谜解开后,科学家就可以进一步解释每一个染色体的作用及功能,“设计”宝宝就会是一件非常简单的事了。

设计智商——这可以说是胚胎植入前诊断技术的“最高境界”,也是“天才基因”或曰“智因”在科学界引发的最激烈的争论:如果“天才”或“庸才”真的是与生俱来的,那么社会上和政策上应该怎样加以对待呢?如果“天才”可以设计,各国政府是否可以为这种设计开绿灯。

这一争论是由美国的一项研究结果引起的。研究人员相信,他们发现了决定人类智能的基因。这项发现意味着科学家在不久的将来,可以测试新生婴孩的智力。研究人员表示,他们分析了200名在智力方面突出的小童的遗传基因DNA(脱氧核糖核酸),他们将这些资料与普通小孩的遗传基因比较,发现两组小孩的遗传基因有明显分别。科学家相信超过一个以上的遗传因子决定一个人的智力,他们下一步将研究这些“智因”到底有什么作用。

其中一个理论是,“智因”协助制造将信息由脑袋的一部分传送到另一部分的神经细胞。“先天禀性”或“后天培育”一直是左派同右派政界人士争论不休的议题。一些学者担心,发现“智因”后,人们将会滥用这项科技,透过基因工程“设计”天才婴儿。

霍金忧患人们必须考虑如何应对一个超人统治的世界

完善的基因技术可以促进生物向着更有利的方向进化,与自然选择压力下生存竞争实现的进化并不相互抵触,也不会导致生物多样性的消亡以及人类的毁灭。人类基因组织伦理委员会提出,改造人类基因、使“良好的”特征遗传下去,这种做法的益处与安全性缺乏可靠的科学依据,有可能给人类后代带来危险,在伦理上也是不可接受的。

创造超人与创造克隆人是同一技术的不同分支或深入,因此早就有人在担心基因工程可以创造超人了,尽管超人还没有出现。

用不着统计,绝大多数人都担心超人的出现。但是话说得最多和最有分量的是被誉为爱因斯坦接班人的霍金。1998年年初,英国著名科学家、剑桥大学理论物理学家史蒂芬·霍金在一次公开演讲中说,基因工程和生殖技术已经使人类能够创造出在体能和智力上远远高于其他人的“超人”,由他们来统治世界也并非是一种幻想,而可能是一种现实。因为“除非我们拥有完整的世界秩序,否则就会有人在某地设计出经改进的超级人类”。

后来霍金又在不同的地方和不同的时间反复重申这样的话。他在回答“生物医学家是否有权扮演上帝的角色,而且如果发展经改进的人类会不会对未经改进的人类造成重大的社会和政治问题”这一问题时一再强调说:“我不是在主张人类基因工程。我只是说,这是有可能发生的,我们得考虑如何应付它。”再后来担心超人的出现就成为霍金预测未来的一个著名话题。毫无疑问,这个问题也成为所有现代人的一块心病。

目前技术 基因筛选基因植入设计优秀婴儿

基因筛选技术胚胎植入前基因诊断技术(PGD)

主要适用于夫妇双方或一方患有遗传疾病,不想拥有一个有先天缺陷的孩子。

医生首先对妇女进行人工授精。在实验室里,受精卵产生许多胚胎,然后,科学家从它们当中提取一个做基因检测,筛选后再将那些没有遗传缺陷的胚胎植入妇女子宫里,以达成优生优育的目的。

PGD技术1989年由英国的哈默史密斯医院温斯顿爵士领导的研究小组研究成功。全球第一例通过这一技术培育成功的试管婴儿2000年在美国诞生。此后,全世界陆续有1000名婴儿通过PGD技术降生到这个世界,绝大部分都发生在“设计婴儿”早已合法化的美国。此外,法国、西班牙也已对这一技术的应用予以放行。

植入前遗传单套型定型分析技术(PGH)

基于PGD技术发展而来,是利用DNA指纹分析来侦测胚胎中是否有基因缺陷,会否在日后患上各种遗传疾病。这项检测方法也只能透过试管受精的方式检查胚胎,进行筛选,在确定胚胎没有带遗传基因缺陷后,才会把健康的胚胎植入母体内孕育。其较PGD技术更先进的地方在于,可以检测出6000种不同情况,而检查误差率可以低于1%。

除美国之外,此技术在各国都遭到禁止,因此尚未有真正应用于设计婴儿。基因植入技术主要也是将一对夫妇分别提供的精子、卵子形成的受精卵抽出干细胞进行培育,然后,借滤过性病毒为载体将携带的新基因植入培育的干细胞内,分组培养,最后,将成功融合了新基因的干细胞的细胞核与母亲提供的卵子的细胞质融合,植入母体内,就大功告成了。

这种技术的关键一步在于植入的新基因,既然技术上已经能做到植入新基因,可怕的地方就在于植入什么样的基因,理论上说,可以植入牛的基因,造出“牛人”,甚至是豹的基因,成就“飞人”。

未来技术 体貌智能都能改变可无病痛

超级婴儿可“百病不侵”

专家称,在25年内,科学家将知道更多基因和疾病之间的联系,通过更改某一种基因的遗传密码,将胚胎中的缺陷基因除去,就可以让新生儿永远避免某种疾病。从理论上说,科学家可以创造出能够抵挡所有疾病的“超级婴儿”。

当科学家了解人体每种基因的用途后,就可以通过更改胚胎中的相关遗传密码,改变新生儿的头发颜色、眼睛颜色,让黑发、褐发的夫妇也能生出金发碧眼的婴儿来。

随着基因改造技术日新月异的发展,父母们将可以选择婴儿的智力等级或爱好,如果父母希望自己将来出生后的孩子拥有音乐天才或围棋天才,那么科学家只需对胚胎中的相关基因进行改变,就能让这些父母的愿望实现。

专家担忧 基因技术将致基因竞赛社会分化

人类对基因技术了解越多,就越担心基因改良若得到大规模应用就等于是打开潘多拉的盒子,释放众多的魔出来。

如今,大约5%的美国人是亨廷顿氏病的潜在患者,他们担心,一旦测试出自己携带这种致病基因,那么工作机会、医疗保险都将随之化为泡影。虽然,如今还没发现这种潜在疾病歧视案例,但谁能保证,随着基因技术的发展和基因测试的普及,未来不会出现这种歧视呢?虽然美国如今有很多的反歧视法案,但专家认为,国会需要制定和通过一部《基因信息反歧视法案》。

科技革命必须被现实缓和,未来并不总是激动人心。也许,在并不遥远的未来,我们会排队到医院去,交出血液样本,拿回我们的个人生物图表。Collins说:“这将是令人惊骇的一幕。”交出你的DNA。

对于现有基因技术的发展以及未来技术的走向,科学家产生了许多忧虑。有人认为设计婴儿的出现与普及,将会降低人类的多样性。试想一下,如果每个人都可以通过基因改良技术来设计自己的孩子,那么将来每个孩子都会变得“超级聪明”,每个人都会相似,世界上将出现许多相同类型的人,人类将再没有多样性。也可能使世界变得更加富有竞争性。由于较高的身材与较高的收入有联系,而身高显然又有基因方面的原因,那么可以想象,人们大多会选择生育身材较高的子女,结果可能引发一场基因上的“军备竞赛”,致使孩子们的身材越来越高,对环境造成极大的消耗,因为人类体型增大,消耗越大。

同时,科学家还有更深一层的担忧,如果只有富人才有条件才能够享受这种昂贵的基因改良技术,那么这一科技将会让人类社会更趋分化。

也有专家考虑得更为细致,关怀到了心理和人性的层面:“人人都聪明,个个都记忆力超强,你可以说这是一件好事。”专家分析,“但是,遗忘是人类的自然天性,假如大脑发达得失去了遗忘功能,对于那些强奸的受害者和有战争创伤的人来说,未必是什么好事。” 当人的记忆空间有限度时,人们会自觉不自觉地遗忘掉许多东西,遗忘很多时候能给人带来安宁,它可以清除某些不好的不值得的记忆,让人关注更重要的事情,思考一些更重要的问题。

目前来说,设计婴儿只能用于规避某些遗传病,但是,随着技术的发展,随着人类让子女赢在起跑线上的利己愿望,科学家所担心的很有可能会成真。

预想未来 超人社会的明天会更好?

科学的进步是一把双刃剑,在基因技术日新月异的同时,问题也是层出不穷:细胞的植入会否导致记忆功能的变化?新的基因“闯入者”会不会误导或删改旧有的记忆,会不会附带外来的不好的信息?假如智力的改良只是少数富人的特权,那么,如何看待这种新的社会不公平?假如作为父母,你没有足够的财力想办法给孩子“改良基因”,孩子长大以后会不会埋怨你剥夺了他发展的机会?假如你真的给了他“智能”,孩子将来会不会觉得你侵害了他的天赋本性,他不要活成那个样子?假如“基因改良”像感冒药一样普及推广,人人都成了聪明人,那么这个世界又会是怎样的一种情形?……

一位对自己容貌非常自信的美丽女士写信向大文豪萧伯纳求婚,说:“如果以后我们的孩子能集我的长相、你的智慧于一身,那将是多么完美的组合!”萧伯纳回信说:“如果孩子继承了我的容貌、你的智慧,怎么办?” 英国著名医学杂志此前发表的一篇论文说,母亲体内的遗传因素对子女智力的影响远高于父亲。德国媒体最近刊登的文章指出,漂亮母亲的子女更多地继承了父亲的外貌特征,当父亲长相一般时尤其如此。由此看来,萧伯纳是有道理的。而基因改良可以使人变得更聪明,细胞移植可以使人变得更健全。基因技术的发展使人有可能拥有一个全新的身体、全新的大脑。

想象一下,在不远的未来你可以拥有一个完美的宝宝——他是按你的意愿被“设计”出来的“超人”,那他会是什么模样,那个社会会因有无数“超人”的存在而更美好?

人类对超人的想象、渴望和惧怕早已一一体现在科幻影视作品中。美国电视剧《末世黑天使》(Dark Angel)设想人类面临黑暗末世,18岁的女主角麦斯是转基因人,她的基因经过修正,不含任何“垃圾DNA”。(“垃圾DNA”是那些科学家尚未发现其作用的人类染色体及基因组中的DNA片段,过去认为他们没有用,只是为了填充基因间的空缺,故有此一名。目前,人体中大约有97%的基因组属于“垃圾DNA”范畴。)麦斯拥有远超常人的体魄、视力、听力、记忆力和分析判断能力,她是美国秘密制造的基因超人。

这部电视剧构造出来的世界还只是将这种基因改造过的“超人”定为其中的少数,大多数人还只是凡人,然而,超人的存在是政府特意制造出来的工具,虽然麦斯等人后来寻求逃脱政府控制,在黑暗的末世为民除害,仍然逃不脱强权的追捕。这是在隐喻着“超人”是异数,要受掌握权力者的控制。我无法想象,如果我成为异数,要接受并适应自己与大部分人不一样,要逃避强权,在夹缝中生活,会有何等幸福可言?

而好莱坞1997年的电影《变种异煞》(Gattaca)更是想象出了和基因技术未来发展相“匹配”的“超人”社会:未来的人类为求完美,把胚胎交由生物技术掌管。基因工程加工出生的人才是正常人,没有这道程序自然分娩的孩子则被视同“病人”。在这个未来世界,每个人的命运都不再是充满未知。当一个生命刚刚诞生(甚至在他刚刚可以被称作生命之时),他的人生就已基本确定,除非有一些意想不到的非基因因素出现。人们歧视有缺陷基因的人,命令基因有缺陷的人只能去洗厕所。基因正是决定一个人是高贵还是卑贱是超人还是凡人的因素。这部电影是在批判唯基因主义,那正如人类社会存在过的唯血统主义。远自古埃及法老皇朝中的兄妹通婚,近至纳粹德国对犹太人进行种族灭绝以及制造所谓纯种的雅利安婴儿,为的都是保持所谓纯正的、优秀的血统,血统是决定一个人是高贵还是卑贱是强人还是凡人的因素。

想想看,如果“超人”时代真的来到,父母们将像在餐厅里照着菜单点菜一样可以按性价比选择宝宝的特征,我们家的孩子应该有2米高,智力等级要300,头发当然是金色的,那样才高贵嘛,要克拉克·盖博的五官与轮廓……这样加起来也没多少钱,我们家付得起!对了,未来要做医生,这个是最贵最好的,而且还附送500年的寿命以及无病无忧,很划得来啊,还有,要爱因斯坦的科学基因,这样,我们家宝贝一定比刘经理的儿子强多了!这是多么怪异而又让人恐惧的一件事情。

在那时候,父母可以根据财富情况去设定子女的未来。对超人这一族群而言,呱呱落地之后人生的每一步都基本上由父母决定好了,极其可卑,照着一种可预测的轨迹而活的人生有什么惊喜和幸福可言呢,每一步都是为了保持自己的优势,保持超人的身份。

更可怕的是,人类社会将分化为两类人。一类是拥有优势基因的超人,聪明漂亮;一类则是具有正常遗传基因(也就意味着弱势)的人,智商和相貌平平。 如果你不是超人,你的父母没有能力/财力在基因菜单上购买优势基因,使得你成功晋升超人一族,那么,在这个崇尚超人的社会超人主宰的社会,你要争取生存的资源会何等艰难。相对于健康高大的超人,身材平平的会生病寿命更短的凡人在找工作的时候毫无优势可言,凡人的收入、凡人占用的资源肯定大部分都被超人所剥夺了,那样凡人不仅意味着是病人,还等同于穷人,穷人没钱替子孙改良基因,会不会逐渐变成穷人无后代呢?而超人占有的先天优势,意味着他有财力、智力,可以将其超人优势代代相传,这等于宣告了超人世袭,从而意味着超人、穷人之间的鸿沟无比巨大。这样的未来社会是一个拥挤的社会,人人都削尖了脑袋,想尽各种办法制造超人家族保持超人优势,没有钱制造超人后代的穷人将被压在社会金字塔的最下端,饱受生活的压力和歧视。

浮士德为了得到知识和权力出卖自己的灵魂,人类将来是否也会为了成为超人而舍弃自己的人性?常听人说,做一个平凡的人最幸福,容易满足的人最快乐。对全体人类而言,道理是否也一样?面对超人和凡人的命运,人类将如何抉择?

近年来,鉴别和操纵各类神经元功能的脑研究技术在神经科学领域引发巨大的关注,许多科学家们利用Cre-loxP重组酶系统研究大脑正常工作的机理及各种脑疾病的起因。20世纪90年代初,还在做博士后研究的华人科学家钱卓开始探索Cre-loxP重组酶系统用于脑科学研究。当时,许多同行,包括他的导师都认为这将是一条死胡同。有趣的是,钱卓成功了。20年后,Cre-loxP重组酶系统介导的神经遗传技术成为了脑科学领域的基本技术平台之一,为基因在各脑区的特异性敲除、转基因表达、脑彩虹影像、逆转录病毒神经网路示踪、大脑透明技术、化学遗传学和光遗传学等提供基础技术支撑。近期的研究还发现了一系列新的基因重组蛋白,它们能对声纳、磁信号或快速电压变化产生反应,正在被用来开发声纳遗传、磁遗传学技术以及探测神经元放电变化的电压成像技术。可以预见的是,Cre-lox神经遗传学技术将继续在脑研究中发挥作通用平台的重要作用。

撰文 | 钱卓 (美国奥古斯塔大学佐治亚医学院大脑与行为研究所所长、云南西双版纳生物医学研究院院长)

翻译 | 王德恒(云南西双版纳生物医学研究院大脑破译中心研究员)

一百多年前,西班牙神经解剖学家、1906年诺贝尔奖得主Ramón y Cajal在显微镜下观察到大脑不同神经元的微观结构,惊叹于各种脑神经细胞如同夜空闪烁的星星一样美丽。近代神经科学的新篇章由此开启[1]。

20世纪70、80年代,随着单细胞标记和膜片钳技术的出现,神经元结构与功能的研究得到了飞速的发展[3,4,5,7]。分子生物学技术也进一步把神经科学领域推到了更深层次的基因和蛋白质水平[8,9,10,11,12,13,14,15,16],大大推动了突触可塑性机理的研究[17,18]以及利用遗传工程技术增强大脑学习记忆和认知功能的研究[19,20]。

20世纪80年代后期和90年代初,在Mario Capecchi, Oliver Smithies和Martin Evan三位先驱基因打靶和胚胎干细胞技术(该工作使他们在2007年共享诺贝尔生理学或医学奖)工作的基础上[21],几个著名的实验室开始尝试创建突变小鼠用于基因在发育、肿瘤和免疫方面的功能研究[23,24,25]。随后,Alcino Silva, Seth Grant和Thomas O’Dell利用基因的敲除技术来研究CaMKII或Fyn蛋白激酶在突触和记忆功能 [26,27,28]。这些工作为基因和大脑功能的研究开辟了新的思路。然而,大家很快发现,许多全身基因打靶(基因在单个受精卵时就被敲除)构建的小鼠模型,由于遗传补偿缺少表型,或由于被敲除的基因在许多器官发育中的重要作用,发生了产后夭折或发育不良的情况。比如,在CaMKII基因敲除的小鼠身上,人们观察到了自发性的癫痫症状,而在Fyn基因敲除的小鼠中,大脑海马中的齿状回明显存在神经发育缺陷。这两种情况立即引起了关于如何解释模式小鼠脑功能缺陷的激烈争论:到底是先天发育缺陷,还是该基因在成年大脑思维过程中的调节作用,引起了小鼠的学习记忆功能下降?鉴于NMDA受体在可塑性中的关键作用,麻省理工学院的李育庆等人[29] 着手去证明其在学习行为上的开关作用,但是他们发现NMDAR1基因敲除的新生幼鼠由于大脑发育的缺陷(如吸吮反射的缺失),出生15小时后就全部死亡了。这些夭折的小鼠丘脑的固有触须桶状结构(stereotypic whisker barrels)没有形成,说明了NMDA受体在脑结构发育中的关键作用[29],对发育神经科学家来说,是一个令人兴奋的发现。相反,这样的结果对于认知和行为神经科学家来说,却是令人失望的,他们无法利用全身基因敲除技术来研究成年大脑的思维活动与神经机理。大家渴望能有一种新的遗传工程技术,不仅能避开发育过程,而且还能把任何一个基因只在特定的脑区的某一类细胞中进行条件性删除。

我对研发新一代遗传工程技术的兴趣起源于年在哥伦比亚大学的那段经历。1990年,我从明尼苏达大学博士毕业,来到Eric Kandel(2000年诺贝尔生理学或医学奖得主)实验室作博士后。密歇根大学Bernie Agranoff教授曾在1964提出长时记忆需要新的蛋白质合成和基因表达。因为我看了一本描述Kandel在海兔研究中“争斗内幕”的科普书(Explorers Memory),我在Kandel实验室主动避免用海兔做研究,而是选择大鼠为研究对象,寻找并克隆能被大脑活动所调节的基因。在我之前,Kandel两个极为优秀的博士后(在其他实验室读博期间就已发过一两篇Cell文章)由于技术原因,都徒劳而归。1990到1993年,我利用蛋白抑制所引进的即早基因“超表达”的现象,首次成功地差异克隆了一批被大脑活动所调节的新基因,包括大脑特异的即早基因BAD1 cDNA)[32]。对我来说,分离出大脑新的基因固然令人兴奋,如何检测这些基因在脑认知记忆中的功能更是一个巨大的挑战。大家已经知道基于反义寡核苷酸的“knock-down”方法既不精确也不可靠,而全身基因敲除看似是个不错的选择,但也有如上所说的局限性。

后来,我偶然发现杜邦公司的Brian Sauer博士的一篇论文报道了Cre重组酶在哺乳动物培养细胞株中对环形质粒转染时成功切除标记基因的现象[33]。该文在结语提出了一个很重要的问题:“不知Cre是否也能引起哺乳动物细胞染色体上内在基因的lox位点重组?” 这引发了我尝试用它来开发脑区和细胞类型特异性的基因敲除和/或转基因过表达新技术的念头。我知道,所有的教科书和文献描述DNA复制和重组与细胞分裂密切相关(如减数分裂或有丝分裂; 图1)。这个基本的学说深深地印在每个人的脑中,从Sauer的论文开篇句不难看出,他也对此深信不疑:“近年来,有丝分裂期的哺乳动物的细胞DNA重组的控制过程已成研究的热点……有丝分裂重组在免疫系统的发育和功能中起着核心作用。” 当时大家都知道大脑的神经元在出生后就不再进行有丝分裂(除了嗅球和海马体中的齿状回)。因此,任何人打算在成年大脑上进行DNA重组的工作,也意味着其科研生涯必将走入死胡同。大自然已经明确表明,所有的脑肿瘤都不是发生在神经元,而是在还能分裂的胶质细胞。因此,要想利用DNA重组的方式在大脑中进行区域和神经细胞特异性基因敲除显然是不可行的。

但我很想弄明白大脑基因的功能,只是当时只有少数的实验室拥有用来制作传统基因敲除小鼠的基因打靶设施和胚胎干细胞。因此我放弃了申请大学Faculty(教职)的机会(那时大家一般只做一个博后),而联系了犹他州的Mario Capecchi和麻省理工学院的Susumu Tonegawa两位大师,表达了想做第二个博后的愿望。高兴的是他们都同意了。于是,我去向Kandel寻求指导和建议,他建议我去Tonegawa的实验室,这让我有些诧异(Tonegawa因发现免疫抗体多样性的遗传机理在1987年诺贝尔生理学或医学奖,然后转行闯入了Kandel所在的学习记忆领域这一地盘,因此他俩关系很僵)。我也取得了Kandel实验室另一博士后Mark Mayford的同意使用他克隆的CaMKII启动子,该启动子将在小鼠出生2到3周后激活并只在前脑的主要细胞如锥体细胞上表达[34]。对于Kandel的指点和Mayford的慷慨我万分感动。直到数年后Mayford喝了酒后才偷偷地告诉我,原来Kandel当时看中了我的想法会注定失败,正好来个一石二鸟,为消耗掉一个现在的和一个将来可能的竞争对手,“绅士般”地顺水推了这一舟。

1993年秋天,我来到麻省理工学院。在我向Tonegawa做了只有15秒的简短介绍后(大名人们都太忙了),免疫专家的他并没有对我想研发的Cre-loxP神经遗传技术有什么看法,而是放任自由。我惊讶地发现这个有40个博后和学生的大实验室弥漫着丛林动物生存法则的氛围。不过总的来说,麻省理工学院还是一个非常令人兴奋的地方。

开发Cre-loxP神经遗传技术,面临着三大风险:

(1)当时的教科书中认为,DNA重组只能发生在分裂细胞中,而我的直觉是,疱疹病毒(引起唇疱疹)感染外周神经节并以某种方式进行自身复制(迄今为止,该机制仍然是未知的),而神经节的神经元“可能”没有分裂;

(2)实验的周期长而且程序复杂,两年内没有反馈,何况这是第二个博士后,哪怕在原理上能成立,如果在技术上出了差错,我仍将求职困难。我必须构建一系列质粒并创建出至少三种不同的小鼠品系,然后着手开始多年的交叉繁殖工作(图2A,B)。在那个年代,能够得到一只基因突变的小鼠,已属非常难得。事实上,因为复杂的程序、冗长的项目周期和昂贵的成本,再加上得到的可能是没有任何表型或非己想要的结果,学术界的一个残酷现实就是只有少数几个成功的人能得到一份大学的教授工作,另一大批没有成果的、不幸的博士后们只能从学术界消失。

(3)我给自己挖的另一个坑是:我选择NMDAR1而不是BAD1/Arc作为条件性敲除的基因。我们知道,如果在插入LoxP的位点在某种方式上干扰了NMDA受体的表达,那么数年后得到的将是生下就夭折的小鼠[29]。相反,如果在LoxP插入位点时,无意中把Arc基因弄坏,至少我还能发表一篇全身基因敲除的文章。但是我说服了自己,相信自己的想法不仅有希望,而且还能得到好结果:不成功,便成仁,到时,我也会因不相信教科书的教义,而得到一枚“荣誉傻瓜勋章”。

真正开始实验时,亟需把纷繁而又复杂的事项进行合理的安排。刚到新的实验室,一切还没理顺,幸好身边的几个同事都很友好,都愿意帮忙。David Gerber和Toshikuni Sasaoka分别教我受精卵和囊胚的微注射;陈东风在免疫抗体和染色方面给予指导;李育庆(现在佛罗里达大学任教)分享他对NMDAR1质粒构建的见解;徐明(现在芝加哥大学任教)为我提供胚胎干细胞并教我如何进行完美的胚胎干细胞培养;同时我也非常感谢加州理工学院的David Anderson提供的LacZ报告基因和杜邦的Brian Saucer提供的Cre-loxP质粒。

1994年初,我完成了所有的质粒构建并开始转基因小鼠的繁育和floxed NR1胚胎干细胞打靶。更幸运的是,我还有一个勤奋的本科生Cindy Tom和技术员Jason Derwon协助进行基因分型和脑组织切片的工作。

Rajewsky在Science上报道了他们在T细胞的RNA聚合酶中取得了50%的敲降[35],一团黑云飘到了我的头顶。因为这意味着,即使在分裂的T细胞中Cre重组的效率也不高:或是50%的T细胞可以100%敲除RNA聚合酶,或100%的细胞只删除一个基因的拷贝,或更糟的是,两种情况相互混合。尽管如此,我仍“奢望”(在进一步的文献搜索后)他们使用的瞬时激活启动子可能是T细胞发育过程中的Cre重组效率低下的罪魁祸首。在随后的岁月里,我把自己变成了鸵鸟,不顾外界的情况,一头扎进了我的Cre-loxP神经技术研发的沙堆里。

当年的深秋,我终于从实验中第一次得到了反馈。

在一个阳光明媚但寒冷的早晨,我仍然记得在显微镜下,我看见 LacZ大脑染色切片时的那种无法言喻的惊喜,在第一条的 Cre 转基因品系小鼠大脑中,我就发现海马CA1区锥体细胞中发生了特异的基因重组 (图 2)。因为海马 CA1区 是许多可塑性和记忆研究者眼中的“宇宙中心”,这样的好运使我坚信上帝不仅存在,而且一直就在我的身旁。随后,另外的几个 Cre品系也确认了类似 CA1区域特异性的重组;然后其他的Cre品系小鼠还显示具有前脑的特异性。当Tonegawa从日本出差回来,我向他汇报了我的发现。可能由于他在倒时差的缘故,他也没有想起我这几年在做的是什么课题。当他醒悟过来后,非常兴奋,立即打电话给加州大学洛杉矶分校的Alcino Silva(把Tonegawa引入神经领域的第一个博后,已成为该校的助理教授),与对方分享了这一惊喜。

与此同时,我在思考为什么本来应该在前脑表达而不是CA1区特异性的CaMKII 启动子会有如此的特异性作用。陈东风和我通过对Cre的染色找到了原因——我们发现 Cre在CA1区锥体细胞上的表达更高,因此基因顺利而有效地重组了。在之后的6到8个月的时间里,我通过交杂Cre转基因T29-1品系获得了floxed NR1纯合子小鼠,确认了CA1区锥体细胞特异性 NMDA Wilson进行合作研究,在NR1突变小鼠上记录海马位置细胞的放电活动模式。现在,我们知道T29-1的Cre-lox重组在出生两个月的小鼠上保留了CA1区特异性,不过随着Cre表达时间的积累,如同预期的CaMKII启动子的动态,大概在小鼠出生第8周后开始,特异性重组将逐步扩散之整个前脑。

1996年的秋天,我们准备给Cell杂志投3篇连续的文章。我们决定将报告Cre-lox神经遗传技术的可行性作为第一篇,CA1区特异性NMDA受体敲除研究作为第二篇,位置细胞的特性作为第三篇。因为在工作中使用了Kandel实验室的CaMKII启动子,最初和Eric Kandel商议的是,Cre-lox的工作万一成功,我们将把他和Mark Mayford放在第一篇投稿中, 作为共同作者。这个起初不被看好的项目, 如今得到了出乎意料好的实验结果,也因此带来了诸多烦恼,令人头痛。Kandel认为神经科学界对CA1特异性的NMDA受体敲除在学习和记忆研究具有更为重要而广泛的意义,他要求将他的署名从第一篇的方法论文章中移到第二篇,但是Tonegawa也认为第二篇文章可能更重要,坚决反对。一个多月来来回回的争吵让我夹在中间左右为难,头痛不堪,但也让我亲身体验了什么叫做脑袋被挤夹在石缝里。最终Kandel的名字还是被Tonegawa硬放到了第一篇文章里,而最终这三篇连续文章在没有通讯作者的情况下,与1996年的12月底发表在了Cell杂志上[36,37,38](第一篇引用次数为921,第二篇为1526,第三篇514)。

Cre-lox神经遗传技术可行性的成功验证在神经科学领域引发了一个新的热点。我也于1997年夏天在普林斯顿大学分子生物学系建立了自己的实验室(施一公几个月后也来到来该系,我们成为系里仅有的两位华人教授)。美国国立卫生研究院意识到Cre-lox神经遗传技术对神经科学的独特而重要的作用,启动了神经科学研究蓝图Cre-driver (Cre-表达体系)项目,为认知行为学创建一批小鼠品系,以便更好地鉴定特定的细胞类型和神经回路的功能。我也在立项、评审过程中提供了一些指南和建议(我回避了申请,而专注创构转基因“聪明鼠”, [39])。美国国立卫生研究院最终遴选了三个中心,启动了神经系统表达Cre重组酶的转基因小鼠的创建及繁殖工作。三个研究中心分别由贝勒医学院的Ronald Davis博士(现在佛罗里达州Scripps研究所),冷泉港实验室的

《生物实践作业设计与实施研究》中期总结报告


生物实践作业的设计与实施研究 中期总结报告 一、课题提出的背景、目的与意义 一是从当前形势看,作业负担过重,已成为全社会的问题。如何解决这一矛盾,为学生健康成长负责,是老师布置作业时必须思考的问题。 一说起作业,人们头脑中就会出现一张张试卷,一道道练习题,甚至一个个要记忆的概念,于是,“过重的课业负担”成为阻碍学生身心健康发展的羁绊,成为素质教育的拦路虎。多年来,“减轻学生过重的课业负担”、“还给学生学习的自由和空间”成为教育教学改革的一项重要内容。但无论教育部门如何强调“减负”,学校如何采取措施严格控制学生的作业量,但似乎所有的“控制”仅限于各种文件和学校的通知中,学生的作业量依然很大,每天的作业依然是沉重的负担,晚上写作业到十一、二点成为一种常态,久而久之,学生的睡眠成为大问题,健康问题也就愈加严重,甚至——常常看到某地小学生或中学生因不堪作业负担而自杀的极端行为的报道,心痛不已! 为什么作业会成为负担?为什么学生不爱学习?据国外考察的学者或出国留学的父母谈到西方国家中小学生的作业时,感叹小学生能完成我们国内大学生才开始完成的研究课题,虽然要查阅大量资料,要经常跑图书馆或实地勘察,负担不可谓不重,但学生却乐此不疲,为什么?只能说是我们的作业本身有问题——一遍遍的机械抄写,一道道重复乏味的训练题,一个个知识点考点的死记硬背,跟学生的实际生活相距甚远,和学生的生命成长无甚关联,没有趣味没有创新没有意义的作业,成为折磨学生身心的刑罚,势必带来学生的厌倦,自然也就是沉重的负担了。 能不能改变作业的面貌,把传统的试卷、训练题、机械抄写变成一个轻松愉快、主动参与的过程,让学生感到作业不枯燥,甚至很好玩,在游戏中学习,在参与中学习,既有助于对所学知识的巩固和应用,还能激发学生的学习兴趣,拓展学生视野,锻炼学生的综合能力,让作业成为一棵棵小树长成大树的营养物质,而不是阻碍学生的发展,是本课题组近几年教学中一直思考并实践的问题。 二是从教学内容的设计看,解决教学课时和内容角度、任务较重的矛盾,需要借助“实践作业”的形式加以改变。 初中生物教学内容设计到“生物圈中的植物”、“生物圈中的人”、“生物圈中的动物”等内容,“生物圈中的植物”,重点讲述了植物的主要类群,被子植物的生殖发育过程(根茎叶的生长,开花结果等),细胞的结构与功能,单细胞生物等知识;“生物圈中的人”主要是关于“人”的形态结构和生理卫生方面的知识,与学生的生活实际密切相关;“生物圈中的动物”,是认识不同动物的生活习性、适应环境的特点等。无论那部分内容,都和学生的生活密切相关。目前,生物课的课时安排是每周2课时,相对教学内容来说,时间明显不足,很多教学活动、实验等内容无法完成。但生物课又是一门实践性、实验性很强的学科,没有实践和实验教学,很难将生物课的学习与学生的实际生活结合起来,更难以将生物学习用与指导学生的生活。什么时间来完成生物实验和实践任务?我想到了可以选择适合动手的内容设计成学生课后的实践作业。 三是从“生物课程标准”总目标规定看,这项实验更是落实国家课程标准的需要。 通过义务教育阶段生物课程的学习,学生将在以下几方面得到发展。  获得生物学基本事实、概念、原理和规律等方面的基础知识,了解并关注这些知识在生产、生活和社会发展中的应用。  初步具有生物学实验操作的基本技能、一定的科学探究和实践能力,养成科学思维的习惯。  理解人与自然和谐发展的意义,提高环境保护意识。  初步形成生物学基本观点和科学态度,为确立辩证唯物主义世界观奠定必要的基础。 从生物课程标准具体目标看,三维目标中都有所要求: 知识目标:  获得有关生物体的结构层次、生命活动、生物与环境、生物进化以及生物技术等生物学基本事实、概念、原理和规律的基础知识。  获得有关人体结构、功能以及卫生保健的知识,促进生理和心理的健康发展。  知道生物科学技术在生活、生产和社会发展中的应用及其可能产生的影响。 能力目标: 正确使用显微镜等生物学实验中常用的工具和仪器,具备一定的实验操作能力。 初步具有收集和利用课内外的图文资料及其他信息的能力。 初步学会生物科学探究的一般方法,发展学生提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。在科学探究中发展合作能力、实践能力和创新能力。 初步学会运用所学的生物学知识分析和解决某些生活、生产或社会实际问题。 情感态度与价值观目标: 了解我国的生物资源状况和生物科学技术发展状况,培养爱祖国、爱家乡的情感,增强振兴祖国和改变祖国面貌的使命感与责任感。  热爱大自然,珍爱生命,理解人与自然和谐发展的意义,提高环境保护意识。  乐于探索生命的奥秘,具有实事求是的科学态度、一定的探索精神和创新意识。 关注与生物学有关的社会问题,初步形成主动参与

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