作者：舒天丹,仇静
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科学的黑屋(下册)试读：
前言
宇宙茫茫，星空浩瀚。亿万年来，宇宙每天都在人类的面前，炫示着她的神奇与伟大，灿烂与深邃。
亘古永恒的宇宙时空，时时在演绎着如歌如梦的天地玄妙，处处伏掩着似真似幻的远古谜团。于是，怀着敬畏，也充满着向往的人们，无数次面对苍穹，向天发问：
是谁创造了如此绚丽多彩的大自然？又是谁赐予了人类最宝贵的生命？在无垠的宇宙中，人类是否就是惟一的生命？那些辉煌的史前文明究竟是谁的杰作？除了我们，还有谁曾造访到太阳系中这惟一蔚蓝色的星球？谁能告诉我们天有多高，地有多深，天高地深中都有些什么？……
伟大的科学家爱因斯坦曾说过，“我们所经历的最美妙的事情就是神秘，它是人的主要情感，是真正的艺术和科学的起源”。
尽管今天的人类，科学高度发达，我们可以上九天揽月，可以下深海探秘，但人类仍有太多的疑问、太多的谜团；我们可以分裂原子，改变基因，克隆生命，再造物种，但人类仍有太多的梦想、太多的期待。于是，疑问与谜团，梦想与期待，便给了我们破解人类文明与科学未解之谜的精神和勇气，给了我们心灵遨游未知世界的动力。人类的历史，也正是在不断探索和破解未知世界的过程中，不断地向前迈进。
我们所主编的这套《破解人类文明与科学之谜》丛书，内容极为丰富，包括《破解的天书》、《真实的梦幻》、《复活的古城》、《古老的密码》、《出土的谜团》、《灾祸的降临》、《科学的黑屋》、《大脑的神奇》、《人类的奥秘》、《生命的密码》、《身体的透视》、《长寿的钥匙》。它向读者展示了人类在时空长廊里考证历史的回响、发掘生命的秘密、探寻太空的谜团、破解文明的神秘，所揭示的神奇绚丽的壮阔画卷，将让我们的视野更加开阔，将使我们的心灵感到震颤。
揭示人类文明之谜，需要科学严肃的态度，需要建立在丰富的知识与缜密的思维的基础上。如果只是对科学一知半解就断然下结论，那将是幼稚可笑的。我们希望更多的人、尤其是广大的青少年读者，以严谨、求实的科学态度，对待种种神秘现象。只有这样，才能更接近真理，查清真伪，破解宇宙间未知现象的真实本质。
人类的进化，从来都是以一连串的问号开始的，始终都是以一系列的答案发展的。虽然，今天人类的未知世界依然非常广阔，太多的未解之谜依然等待着人们去探索与破解。但永不屈服与不懈的挑战，从来都是人类的优秀传统。为了未来的生存与发展，为了明天的光荣与梦想，谜底将逐渐被揭开，文明将不断被创造，一个无限美妙与神奇的新世界，将在未来向人类招手。
我们期待着这一天。舒天丹 仇静2006年春节于北京
第九章：人类疾病之谜：何日战胜绝症
目前，人类对付疾病的能力，几乎是毋庸置疑的，不少科学家相信在20年内，癌症、艾滋病、疟疾、精神错乱等将被人类陆续征服。然而，你可曾想过，一个完全没有疾病、人人健康的社会，是与生命进化演变过程的活动是相违背的。
可笑的是，在我们身体日趋健康的同时，却因此对地球环境造成愈来愈多的破坏，永无止境的物欲，把地球弄得乌烟瘴气，反过来使人类自身又付出了更高的健康代价，许多我们的祖先闻所未闻的疾病现在又开始肆虐人类了。
你猜想一下，人类能不能彻底消灭疾病？
1.人体构造是一个矛盾的统一体
我们身体中最简单的构造也足以说明，设计方案之高明已经远远超过了人类文明已经达到的水平。以四肢的长骨为例，它那空心管状结构在使重量降到最小、最节约材料的前提之下，具有最大的强度和弹性。它比同等重量的实心钢杆的强度更高。有专门用途的骨骼又十分巧妙地设计成便于实现其功能的形状：在容易受伤的两端加厚，在受到肌肉杠杆作用力的地方长出表面突起予以加固，安排一些小沟为娇嫩的神经和血管留下通道。有需要加强时，它会增加自己的厚度。一旦被折断，将沉积更多的骨痂。就是它那空心的内腔也被安排作为新生的血细胞的摇篮。
生理学更加令人惊叹不已。试想一个人工肾，像冰箱那么大，却只能完成天然肾脏的一小部分功能。再看现在质量最好的人工心脏瓣膜，也只能使用几年时间，而且每打开、关闭一次都会挤碎一些红细胞，然而天然的心脏瓣膜却能在一生中柔和地启闭大约25亿次之多。再看看我们的大脑，能把生活中经历的许多细节编码记忆，在几十年之后还可以在不到一秒的时间里检索出来。人类文明还没有发明运算速度这么快、记忆存储量这么大的计算机。
身体还有惊人的精密灵巧的调节系统。以和谐的激素调节为例，它要配合生命活动的每一个侧面，从食欲到生育，受到一层又一层反馈回路的控制，比任何现代化的化工厂都要复杂。再看那感觉运动系统错综复杂的线路板：影像落在视网膜上，每个视网膜细胞经视神经向大脑的解码成像中心送出信号，成像、辨色、判断它的运动速度，访问记忆中枢，如果识别的这个影像是一条蛇，它就会立即联络恐惧中枢和决策中枢，决定开始一个动作。运动中枢立即指令应当收缩的肌肉收缩，把手赶快挪开——这全部活动是在不到一秒钟的时间里完成的。
骨骼的解剖、激素的生理学、神经系统的网络——我们的身体里有上千个美仑美奂的、令人惊喜、令人感叹的完美的设计方案。然而，也有不少地方相反地、似乎是不可饶恕地轻率。举个例子：把食物送进胃里去的食管和把空气送进肺里去的气管会在咽喉交叉。这种设计，无疑是埋伏了交通事故的一个重大隐患，我们每次吞咽都必须把气管关闭以免被呛。再看近视的问题：万一你是人群中25%那不幸的带有近视基因的人之一，你就几乎肯定会变成近视眼，只能在老虎已经十分靠近，你快要变成它的佳肴时才能看见它。为什么这种基因没有在进化过程中被淘汰掉？再看动脉粥样硬化：一个庞大的血管网络系统，精确得不多不少地把所需要的血液分送到全身各个部分，然而却会发生胆固醇沉积在动脉壁上这样的问题，结果使血流不畅，引起心肌梗塞和中风。
我们身体的设计还有不少不恰当、不合适的地方。每个这种不相称的设计都成为医学上需要探索和研究的奥秘。我们为什么有变态反应（又称敏反应）？免疫系统当然是有用的，但是为什么对花粉免疫就有害？还有，为什么我们的免疫系统，我们身体里的公安部门会“违法行政”，攻击我们自身的组织引起诸如风湿热、关节炎、甲状腺功能亢进症、糖尿病、红斑狼疮以及多发性硬化这些自身免疫病？还有妊娠时的反应，恶心和呕吐，真不好理解！当一位将要做妈妈的女士正是需要营养供应子宫里正在发育成长的胎儿的时候，却因为恶心而吃不下东西，甚至还要把已经吃下去的东西吐出来！对于人人都会发生的衰老这种最公平的不幸，也是我们难以理解的一个问题。
甚至我们的行为和情绪也似乎是由一个好搞恶作剧的上帝设计的。为什么我们偏爱那些对我们的身体有害的食物：油脂、奶油和糖，却都不大喜欢蔬菜和粗粮？为什么明明知道自己已经太胖，在打算控制自己的食欲时，意志却显得那么不坚强？为什么男女之间的性反应那么不容易配合，为什么没有设计成双方一道达到性高潮，同时获得最大满足的模式？为什么我们之中有那么多人总是忧心忡忡，一生中都像马克·吐温所说的那样“为从未发生过的灾难痛苦”？为什么我们的快乐总是那么短暂，那么一瞬即逝？在刚刚达到一个长期为之奋斗的目标之后所产生的不是成功的满足，而是又一个还没有达到的目的的新欲望？对我们这个身体的设计，看来是既有超越一般水平的精确性，又有难以置信的疏忽。好像是上帝麾下的那些最高明的设计师在礼拜天把事情交给了一个马虎草率的专门会把饭烧糊的徒弟去完成的。
2.对疾病的近因和历史原因的阐释
为了解释人体构造上的矛盾，我们必须找出每种疾病的进化方面的原因。现在已经十分清楚，疾病的进化方面的原因与人们平常所说、所想的不一样。以心肌梗塞为例，吃多了脂肪食物，又兼有易患动脉粥样硬化的基因是心绞痛或梗塞的主要病因。这些是生物学家所说的“近因”。我们在这里更加关心的是“进化史的原因”。追溯到远古时代，我们为什么被设计成现在这个样子。研究心绞痛和心肌梗塞，进化学家要了解为什么自然选择没有剔除掉促使人们喜好脂肪食物的基因和胆固醇沉积的基因。近因所阐明的问题，是机体现在怎样在运转，为什么有的人得病而另外一些人不得病。进化史原因要阐明就整体而言，为什么人类对某一些疾病易感，对另一些又不易感。我们要知道为什么人体的某些部分那么容易衰竭，为什么我们会患某些病而不患另外那些病。
当近因和进化史原因对疾病的解释更加仔细、更加明确地区别开来之后，生物学中的许多问题将更加具有意义。近因描述一种生物性状、品质、特性——它的解剖、生理和生物化学，以及它从受精卵中的一小片DNA上面的遗传信息发育成人的规律。进化论的解释所要阐明的是为什么这一小片DNA特地专门规定了这种生物性状，而我们又为何独有编码这一种结构的DNA而不是另外的一种。近因和进化史原因的解释是不能互相替代的——对于理解每一种生物性状，两者都是必要的。关于外耳廓的近因的研究，包括它怎样使声音聚焦，它由哪些组织构成，它的神经和血管，以及它怎样从胚胎型发育成人型这样一些知识和信息。尽管我们已经对这些问题有了彻底的、充分的了解，我们还需要从进化史方面了解这样的一种构造对于人类有哪些好处，才在自然选择的过程中被选择留下来；是怎样从远古时代的什么形式逐渐经过自然选择而演变成今天这个样子的。再看味蕾，近因解释是它的构造和化学，怎样检测到咸、甜、酸、苦味，怎样把这些信息转变为经过神经元传送给大脑脉冲的，而进化史的解释则要说明，味蕾为什么只检测咸、甜、酸、苦，而不检测其它的化学特性，检测这四种化学特性对于具备这种能力的动物在生存竞争中有些什么帮助。
近因所解答的是“什么？”和“怎样？”——是关于构造和机制的问题；进化史方面解答的是“为什么？”——是关于起源与功能的问题。大部分医学研究是寻找近因，解释机体的某些部分怎样工作，或者某种疾病怎样打乱了这一正常功能。生物科学的另外一半，则试图解释为什么以及怎样会是现在这样，在医学中是不够重视的，或者没有重视的。当然，这并非完全不关心另外的一半。生理学的基本任务就是要弄明白每一个器官正常做些什么，整个生物化学领域是为了了解代谢机制是如何工作的，为了什么而工作的。但是在临床医学中，对进化、对自然选择在疾病病因中的地位、作用、意义的探索，最多也不过是三心二意的。因为疾病总是被认为是一种不必要的、反常的现象，去研究它的“进化”史，倒似乎近似荒谬了。然而，从进化史的角度去研究疾病，并非研究疾病有什么好处，而是去了解生物设计定型过程所造成的对疾病的易感性的历史根源。机体设计定型方面显而易见的缺陷，同自然界的一切事物一样，只能通过近期原因和历史原因两方面的研究才能充分予以理解。
进化论的解释是不是纯推理性的且只有纯思辨的意义？不完全这样。例如妊娠呕吐，如果确实是西雅图的研究员马季·普罗费（Margie Profet）所推断的那样，这种发生在妊娠早期的恶心、呕吐，以及厌食，是为了防止发育中的胎儿免受毒素的伤害发生畸形而选择进化出来的，那么症状便应当在胎儿组织分化时开始，应当在胎儿变得不那么容易受伤害时减轻，而且应当首先拒绝那些含有最可能干扰胎儿发育的有毒物质的食物。而我们所能看到的，有不少事实与这些推测相符合。
从进化论角度提出的假说，因而将有可能预测近因机制可能发生的问题。例如，如果我们的进化论假说认为感染时所出现的缺铁不是感染的直接原因（不是贫血所致抵抗力减弱），而是机体防御机制的一个组成部分，我们便可以预测补铁将可能使感染恶化——确实如此。试图判断疾病的进化史根源，远不是一种思辨游戏。它确实是一种有意义的，但是没有被我们充分利用的，对于疾病的了解、预防和治疗都是非常有用的工具。
3.科学解释疾病进化史的六个范畴
研究各种疾病的专家会自问为什么会有这种疾病，而且他们常常会萌发一些很有价值的想法。但是，在大多数情况下，他们把进化史原因和近因混淆在一起，或者不知道怎样去验证、论证他们的想法、假说，或者是因为提出的看法不合正统观念而勉为其难。这种困境也许能在构建了一个达尔文医学的正式框架之后得以缓解。为此，我们提出对疾病的进化史解释的六个范畴，这六个范畴都要一一详细阐述，现在提纲挈领式地阐明这一领域中主要的逻辑思维，对准备深入讨论的课题，提出一个初步的概念。（1）防御
防御或者防卫并非对疾病原因的解释，但是防御反应常常与疾病的其它症状混淆，所以在此首先讨论。浅色皮肤的青年人患严重的肺炎时可能面色青灰、呼吸窘迫，同时有剧烈的咳嗽。肺炎的这两个症状反映着两种截然不同的范畴里的两个事物，其一是一种缺陷的表现，另外一种是防御。皮肤青紫是因为血红素缺氧时颜色加深，肺炎的这种表现类似于轿车轴承响声异常，不是事先设计的发现问题的反应，而是没有任何益处的、没有办法时无可奈何的表现。另一方面，咳嗽则是为了从呼吸道排除异物而专门设计的一种复杂的机制，是一种防御机制。咳嗽时，牵涉到膈肌、胸肌、声带腔互相配合的运动，把粘液和异物以气管向上推出到达咽喉的后部，或者吐出去，或者吞入胃中，让那里的酸液杀死大部分细菌。咳嗽不是对机体的某种缺陷无可奈何的一种反应，它是由自然选择留下的，一种互相配合的防御活动。当特定的感受器发觉了特定的危险的线索时就会予以激活。它好像轿车仪表盘上的信号灯，当油箱里存油将用完时会自动闪烁一样，它本身不是问题，而是对问题提出的一种警告，以及初步的解决。
对防御和缺陷的区别，不是只有纯理论的学术意义。对于某些病人，这种区别十分关键。纠正缺陷几乎都是好事。如果你将轴承的异常声消除掉，或者使肺炎病人的面色转为红润，几乎总是有益的。剪断指示灯的电路，多半会在途中油尽抛锚。过度地镇咳，有可能死于肺炎。（2）感染
假定有些细菌和病毒是把我们当作它们的食物，我们可以设想它们是敌人。但是，它们不是简单地骚扰我们的害虫，它们是老练的、富有经验的对手。我们在进化过程中演变出对付它们攻击的防御手段，它们也在进化过程中演变出克服我们防御的手段，甚至利用我们防御的办法来反防御。这种永无休止的、不断升级的军备竞赛，可以对我们为什么不能消灭所有的感染和自身免疫病作出解释。在随后的章节中，将对这些课题进行详细的论述。（3）新环境
我们的身体是先经过几百万年的自然选择设计定型的。自然选择没有充分的时间，没有来得及去改变这一定型的设计来配合脂肪饮食、汽车、药物、人工采光和中央空调等等前所未有的新环境。由于这些设计定型与环境变化之间的不匹配、不相适应，引起了许多，也许是大多数可以避免的现代文明病。当前流行的心脏病（冠心病）和乳腺癌，就是两个典型的悲剧例证。（4）基因
人类的某些基因虽然可以引起疾病，却仍然被保留下来。它们的作用是可变的。当我们生活在更加接近自然的环境之中时，这些基因是无害的。例如，大多数与心脏病有关的基因，在我们过度放纵自己摄取大量脂肪之间，是无害的。引起近视的基因，也是只在幼年时要读书，要做近距离工作的文化氛围中才起作用。那些引起衰老的基因，在平均寿命较短的时代是很难有机会被自然选择淘汰的。
还有一些引起疾病的基因之所以被自然选择保留下来，是因为它们的携带者从中会得到某些好处。例如，引起镰状细胞病的基因可以防止疟疾。除了这一众所周知的例子之外，后面的章节中还要讨论其它几种，包括性拮抗基因，以母亲付出代价而有利于父亲或者相反。
我们的基因编码经常被突变所扰乱。突变所引起的DNA变化只有极少数是有益的，大多数都会产生引起疾病的后果，这种带有伤痕的基因被自然选择不断地清除，只能在极低的限度之内。因此，有缺陷而没有补偿性益处的基因不能成为常见的致病原因。
最后，还有一些非法的“越轨”基因，使它们自己在个体付出较大代价的条件下得以传到下一代。这说明，自然选择是对基因有利，而不是对个体或者物种有利。因为个体之间的选择也是一种强大的进化力量，所以非法的“越轨基因”也不是常见的疾病原因。（5）设计上的折中方案
正如同某些基因给予一定的总体利益，虽然必须为之付出一定代价仍然得到保留。每一种结构改变也是代价不菲，却又有总体利益而在自然选择中被保留下来。站起来走路，使人类可以方便地携带食物和婴儿，却是造成背痛的前提因素。身体设计定型上存在的种种缺陷，并非都是失误，它们不过是折中方案的产物，为了更好地理解疾病的原因，我们必须通过设计上显而易见的缺陷看到背后隐藏着的益处。（6）进化过程中遗留下来的历史问题
进化是一个渐进的过程，它不能革命，没有跃进，只能有小的改变，而每一个小的改变都必须具有立竿见影的益处。重大的改变是很难完成的，即令是分子生物学家的基因工程也难以做到。普通货车从侧面被撞时起火，是因为它的油箱安装在框架外面。但是要把油箱装到框架之内的话，必须进行重大的设计更改，这种更改又会产生新的问题，需要新的折中方案。这说明即令是工程师也受到历史遗留问题的限制。与此相类似，我们的食物要在气管前面跨过它才能达到食管走向进入胃的途径，以致我们有被呛的危险。把鼻孔安装到颈部的某个地方似乎更加有道理，但是将永远难以改变这种历史遗留问题。
在讨论上述疾病的进化史方面的原因之前，我们必须首先指出某些潜在的危险的误解。第一，我们与优生学和社会达尔文主义无关。我们在这里强调不论人类的基因库（genepool）是在优化抑或在恶化，我们不主张，也没有提倡改良人种的活动。我们对于人种之间的一些遗传差异并不重视，我们重视的是人类共同的遗传物质。（注：斯宾塞等人说的“生存竞争”，“优胜劣汰”，“适者生存”等对自然选择一词的通俗解释曾经而且仍然在引起一些错误的认识，它们曾经被希特勒之流加以曲解利用。这就是社会达尔文主义的由来。）
从进化论的角度去考察疾病，不会改变镌刻在撒拉纳克湖畔（SaranacLake）倍受尊敬的E·L·Trudeau医师的名言：“有时，去治愈；常常，去帮助；总是，去安慰。”这一自古传下来的医学的崇高目的。医学的目的，一直是帮助病人，而不是去帮助人类。就作者的信念而言，应当永远如此。在这一点上的混乱观念，曾经为某些罪行辩护。在20世纪之初，社会达尔文主义的意识形态曾经不顾对人们的危害，有意放纵资本巨头的战争狂热，为限制贫困者得到医疗帮助辩护。这些观点与“优生学”密切联系，他们主张为了改进人种（或种族！）应对某些人绝育。这种意识形态早已臭名昭著。他们利用一些达尔文主义的名词，加以曲解引用，完全改变了生物学上的原意。我们从不主张医学应当帮助自然选择。我们更不认为生物学可以指导道德决策。我们决不是说疾病是一件好事，尽管我们举出许多例子说明病理是与某些未被理解的益处相关联的。达尔文主义与医学结合之后，对于人类应当怎样生活，医师应当如何执业，不能做出任何道德伦理上的说明或指导。达尔文主义的立场、观点在医学上有助于我们去了解疾病是怎样起源于进化过程中的，而这些知识对于医学的崇高目标将有深远的意义。
4.不断升级的细菌“军备竞赛”
当某个国家设计出来一种新式武器之后，敌对的国家将很快想出一种对付它的更新式的武器来。矛和箭使盾和盔甲出现，雷达用来发现偷袭的轰炸机。同样，在生物亿万年的进化史中，捕食者捕猎技巧的进步会被捕食动物的盔甲、逃避技术技巧以及其它防御性应变措施所对抗，然后又遇到捕食者更新的捕猎手段。
与被捕食者和捕食者之间的竞赛相似，宿主和病原微生物、寄生虫的关系之对抗性、浪费性和毫不仁慈的破坏性，使得“军备竞赛”一词成为最贴切的描述。我们正在与我们的病原微生物进行一场不屈不挠的、全力以赴的战争，从来也没有达成过双方同意的调解、停战协议。在此我们将予以详细阐述和说明。（1）细菌对抗生素的抗药性
20世纪医学上最大的进步，也许是有史以来医学上最大的进步，是抗生素和化学治疗药物的发现、发展和应用。自1901年艾立希（Paul Ehrlish）用有机砷治疗梅毒以来，直到弗莱明（Aleander Fleming）发现细菌不能在培养皿上青霉菌菌落的附近生长以后，逐渐开创了现代的抗生素时代。这一发现的意义是什么？为什么最有效的抗生素大都来源于霉菌？抗生素是多种霉菌与细菌之间互相竞争、攻击对方的化学武器。它们是在亿万年的尝试和失败的选择过程中塑造出来利用了它对细菌的杀伤却对霉菌无害的特点。
许多霉菌和细菌产物对人是安全的，却能扫荡引起结核、肺炎和其它许多传染病的细菌，它们就是抗生素。人们认识、了解利用抗生素已有几十年了，这就是所谓抗生素时代。抗生素已经使经济发达国家进入了细菌所致疾病大大减少的黄金时代。公共卫生和抗生素的结合使传染病的死亡率下降极快，以致1969年美国卫生总监觉得可以宣告现在已是“可以把关于传染病的书收起来的时候了”。
像其它的“黄金时代”一样，它的寿命多半不长。危险的细菌，最突出的是引起结核和淋病的细菌，现在是比20年前要难控制得多了。病原微生物已经演化出抵抗抗生素的本领，正如它们过去在进化史中演化出抵抗我们的和霉菌的常规武器一样。密·柯亨最近在疾病控制和预防中心指出：“这些事件，使我们不得不考虑我们已接近抗生素后时代。”
确实可能如此。以葡萄球菌为例，它是最常见的感染的病原菌。在1941年，所有这种细菌都可以被青霉素杀死。到1944年，已经有了能产生分解青霉素的酶的菌株出现。到今天，95%的葡萄球菌菌株都对青霉素有一定程度的抗药性。50年代中发明了一种人工半合成的青霉素甲氧青霉素（methickkin），能杀死这些抗药菌株。然而，细菌又同样演变成抗甲氧青霉素的抗药性菌株，需要开发更新的药。80年代开始用于临床的环丙沙星曾经使人们抱有很大希望，但是现在纽约有80%的葡萄球菌对它已有抗药性。在俄勒冈退伍军人医院，一年内抗药菌株就从5%上升到80%以上。
20世纪60年代，大多数淋病病例是比较容易用青霉素控制的，即令是抗药菌株，用氨苄青霉素也还是有效的。现在已有75%的淋球菌株产酶灭活氨苄青霉素。这些变化有些是标准的染色体突变和自然选择的结果。但是细菌还有另外一种魔法：它们自己被一些细小的DNA环所感染，这种DNA环的名称是质粒（plasnid），其中偶尔会留下一部分成为细菌基因组的新成分。1976年，发现淋球菌从大肠杆菌的质粒获得了破坏青霉素的酶的基因密码。大肠杆菌是一种生活在人肠道的正常细菌，所以现在泰国和菲律宾90%的淋球菌已变成抗药菌株。类似的情形还有1983年荷比印地安保留地发生的那次严重流行性腹泻病原菌即富莱氏痢疾杆菌，被追溯到是来自一位长期用抗生素控制她的大肠杆菌尿路感染的妇女。该富氏痢疾杆菌也是从大肠杆菌的质粒获得抗药基因的。
我们面临的抗药性（抗－抗生素）风暴的病原菌的清单既长又骇人听闻。质粒介导的避免与红霉素结合的能力已使法国约有20%的肺炎球菌抗红霉素。现在袭击南美洲的某些霍乱弧菌已对过去有效的五种药呈现抗药性。Amoxiillin（阿莫西林）已对30%-50%的致病性大肠杆菌不再有效。看来，我们与“红色皇后”的赛跑，很不容易保持现有的名次。
最危险的事情也许是纽约城三分之一以上的结核病人是由一种抗生素的抗药性结核菌所致，而3%的新病例和7%的复治病例则抗两种或两种以上抗生素。因多抗药性结核菌致病的病人只有50%的生存希望。这种情况与发明抗生素以前同样严重。结核病在发展中国家仍然是一个最常见的传染病致死原因，它造成的死亡率占可以避免的成人死亡的25%和全部死亡率的6.7%。结核病的发病率在1985年以前的美国呈稳定下降趋势，然而1985年以后却回升了18%。病例中约有一半是因为艾滋病引起免疫缺陷而感染的，另一半则因接触机会增多和抗药性菌株。
对抗生素的耐受力增强是人们最经常遇到的一种病原菌进化。自从20世纪50年代发现细菌抗药性以来，已经做过大量研究并确立了不少医学上十分重要的结论：
①细菌对抗生素的抗药性，不是各个细菌逐渐发展起来的耐受力，而是因为某种罕见的突变或者由质粒引进了新的基因。
②基因突变可由质粒或其它方式在不同的细菌之间传播。
③抗生素的存在，使最初的极稀少的突变株迅速扩增而取代原来的始祖型细菌。
④如果除去该抗生素，始祖株又将逐渐取代该抗药性菌株。
⑤抗药性菌株内的突变可以进一步增强，因此加大抗生素剂量只会暂时有效。
⑥只能略微抑制细菌生长的低剂量抗生素，将最终选出抵抗这种抗生素的抗药性菌株。
⑦抗药性更强的菌株出现在部分抗药菌株中的可能性，比从原来无抗药性的菌株中出现的可能性大。
⑧对某一种抗生素的抗药性有可能也抗另一种抗生素，这种情形叫做交叉抗药性，尤其是这两种抗生素的化学结构相似的时候容易发生。
⑨最后，抗药性菌株的弱点在没有抗生素存在时的进一步演变进化过程中，有可能被逐渐消除，因此，抗药性菌株可以在很长时间没有用过该抗生素的地方仍然占有相当大的比例。
以上结论已经在医学实践中得到证实。如果某种抗生素已经用了足够剂量而未能控制病情，再次加大剂量就不如换另一种抗生素。避免长期使用抗生素。每天一粒青霉素曾经是心脏瓣膜有病时预防感染的标准治疗方案，然而已经证明有很大可能选出抗药性菌株。不幸的是，我们因为吃了喂过抗生素的动物的肉类或鸡蛋或牛奶而经常接触小剂量抗生素面临选出抗药性菌株的风险。
病毒的代谢机制不一样，因此它们不受毒菌产生的抗生素的控制，不过仍然有对付它们的药，例如zidovudine（AZT），能使HIV感染者的AIDS病的发病期推迟。不幸，与其它抗生素一样，因为某些HIV病毒株现在已经产生抗药性，此药已不如原来可靠。这当然没有什么特殊之处。HIV是一种逆转录病毒，一类确实很小而且具有特殊局限性和特殊长处的生命体。它本身没有DNA，它的很小的RNA密码通过慢慢地破坏宿主的DNA复制机制而制出它自己的拷贝。它破坏的细胞包括免疫细胞，它能够隐藏在这些免疫细胞之内，从而逃避了宿主抗体对它的伤害。
逆转录病毒缺乏其自身的繁殖复制机制，这既是弱点又是长处。它的繁殖和演化过程要比DNA病毒和细菌慢，复制时的精确度较低，这意味着它产生相当多的“缺陷拷贝”。这一功能上的缺陷反过来成为进化的优势，因为某些“缺陷拷贝”可以在入侵宿主免疫系统或者应付抗病毒药方面出现更多的变化。另外，逆转录病毒因为结构简单而没有任何容易破坏的部分。
逆转录病毒演化出对AZT的抗药性需要数月乃至一年时间，这与某些细菌只要几个星期就能演化出抗药性显然不同。然而，HIV在具体的一个宿主个体内有足够长的时间来演变。只要一次感染，在若干年的复制、突变和选择之后，可以在同一宿主体内并存多种互相竞争的病毒株的混合体，对于某种必须要克服的困难，例如，对付AZT或其它药物，具备抗药性的病毒株势必形成其中的优势病毒株，而那些不能克服困难的各株则被自然选择所淘汰。留下来的，是掠夺宿主资源为己所有的、发展最快的，也就是毒力最强的病毒株。（2）弄巧成拙：人类对毒力短期演变的错误认识
对毒力的演变有许多错误的认识：人们希望也就以为病原应当不断地向减弱毒力的方向发展。这种观点的前提是：宿主活得越久，病原微生物和寄生虫也可以活得越久，有更多的机会、更长的时间把它们的后代散播到更多的新的宿主上；任何对所依赖的宿主的伤害，最终必将反过来伤害依赖它的病原体微生物和寄生虫。因而最成功的病原微生物和寄生虫便是那些对宿主伤害不大，甚至还有所帮助的寄生虫。从这种推理出发，使预期进化的进程应当是一种有毒力的病原稳定地逐渐变得无害化、良性，最后有可能变成对宿主生存的重要辅助因素之一，共生或者至少和平共处。
这一似是而非的立论，在前提上有几个错误。例如，病原体为了播散必须有毒力才能刺激、利用宿主的防御机制；咳嗽和喷嚏都只能在具有一定毒力的条件下引起。不能刺激宿主防卫，不能使宿主分泌大量粘液和打喷嚏的鼻病毒将很难传播。
另外，这一假说认为演变，也就是进化，应当是一个“很慢很慢”的过程：不论就传代的时间而言，还是就进化所需的绝对时间而言，都是非常慢的。这种很慢的假说不理解病原微生物可以在一个宿主的生命期中通过上百甚至上千代的繁殖，所以有可能迅速进化、演变。对病原微生物而言，“最近”一词是指上一个星期或者上一个月，而不是上一个冰河期。“上一个冰河期”，是进化生物学家对“最近”的一般或者通常理解，适用于哺乳动物但是不适用于病原微生物。
还有另一个错误，就是忽视了各种病原微生物在宿主体内的竞争。我们刚刚讨论过HIV问题。一条肝吸虫在一个因志贺氏痢疾而快要死的病人肝脏里约束自己的行为，会有什么好处呢？肝吸虫和志贺氏杆菌是宿主这同一共享资源的竞争性掠夺者，只有最无情的掠夺者、破坏者才是胜利者。同样，如果有一种以上的志贺氏菌株，能最有效地掠夺宿主资源转为己用的那一株将在宿主死去之前产生更多的后代。作为一条规律，如果其它条件相等，这种在宿主体内的竞争，只对毒力强者有利。最近对11种无花果黄蜂及其寄生虫的比较研究证实了寄生虫的毒力增强与其传播机会增加相关。
建立关于毒力演化的学说，需要考虑新的感染在另一宿主确立的速度，互相竞争的病原在毒力上差异的程度，在宿主体内产生新突变株的速度，以及新株在毒力上差异的程度等这几个方面。考虑到这些方面之后，还要假定其它情况不变，才有可能对某一病原体的毒力加以预测；然而，所有的情况都是在不断地变化的。如果不仅仅取决于宿主的存活，而且还要依赖于宿主的活动，那么对宿主的任何伤害，都会对病原不利。因为如果你因感冒病重而躺在家里的床上，你就多半不会去接触新的易感者；如果你虽患感冒但病情不重仍能起床外出，你就有可能将病毒传播给许多易感者。对感冒病毒而言，不要使你病得太重，不要使你真的病倒在床上不能活动，便十分重要。相反，疟疾的疾原虫在病人感觉良好时得不到什么好处。事实上，兔子和小鼠的实验证明，疲惫的宿主更易受蚊虫的侵袭。正在“打摆子”的人，多数不会花力气去驱赶蚊虫。蚊子可以从容不迫的吸血，然后广为传播。
从这些进化论角度审视，提示由接触传染的疾病，一般说来应当比由昆虫或者其它传媒传播的疾病毒力小。事实是否符合这个推测呢？确实如此。保尔·爱华德的重要发现之一是这一普遍真理及其对公共卫生的重要意义。他证明了传媒传播的疾病倾向于比个人接触传染的病原毒力大，而蚊媒传播一般在蚊中温和而在脊椎动物中严重。因为伤害了蚊子的话，它就不会再去叮咬另一个脊椎动物。
就肠胃道病原而言，直接传播的要比水传播的死亡率低，只要真正病倒的宿主仍然能够有效地污染水源就一直如此。自20世纪之初美国制定了纯水水质标准以来，致命的志贺痢疾杆菌就已被毒力较低的福氏志贺菌所代替。南亚在20世纪中把水源净化以来，致命型的霍乱就一直稳定地被一种比较温和的（良性）病原所取代，而其传播最早发生在水源第一次净化的那些地方。
不卫生的水源是爱华德的所谓“文化传媒”的例子之一。医学史反复证明，最容易获得致命性病原所致疾病的地方不是妓院，也不是拥挤的戏院或者商场，而是医院。在医院里经常有大量正常情况下接触传染的病人入院，这些病重的住院病人不会到处走动传播疾病。但是医院工作人员和工具可以从这些病人那里把病原菌传给易感者。没有充分洗过的手、消毒不严的体温计或者食物器皿，都可以成为有效的文化传媒。
直接接触传染变成传媒传染，病原的毒力迅速加强。19世纪使分娩妇女子宫感染患产褥热的链球菌是医学史上著名的例子。那时在医院分娩常有生命危险。维也纳医生西迈尔维斯在1847年注意到，由医生接生的妇女患产褥热的发病率比助产士高3倍。研究之后，他发现医生是直接从解剖死于产褥热的病理解剖房来检查产妇的。西迈尔维斯估计是医生传播了病原，而且还证明了检查前用漂白粉溶液洗手可以减少传播机会。他的伟大的发现没有给他带来荣誉和奖励，为了挽救上千不必死亡的妇女的生命而奋斗，他在信件中提到医生的手可能是病人被感染致命的原因，这种直率的言论使他受到敌视，他的意见也被故意压制，以致他于47岁时死在精神病院。今天，我们都知道医院里的卫生制度非常重要，一旦管理有所松懈，很快就会出现选出毒力更强的病原的条件。爱华德证明，医院获得性中毒性婴儿腹泻要比社会获得性严重得多。
大家都认为HIV是一种新病原，可能是来源于一只猴子感染的类人猿免疫缺陷病毒SIV。但是，现在有证据提示猴子可能是从患有HIV的人获得SIV的。当HIV可能已在某些人中存在了好几代的时候，AIDS是一种明显的新病种，是由近几十年的演化中产生的高毒力HIV引起的。HIDS之所以发生，可能是因为某些传统社会经济生活被破坏引起的性行为变化。大量的妓女在短期内接触许多嫖客，使得传播更加容易，而宿主的存活对病毒的生存变得无关紧要。迅速破坏宿主的强毒力株在宿主体内变得更加多见，即令是毒力最大的病毒株也有充分的机会在原宿主死亡之前传播给新的宿主。
在西方国家，AIDS最初是流行在男性同性恋者之间的疾病，因为他们有大量性伴侣而大大加速了性传播；还有静脉注射毒品者，因为针头是有效的传播媒介。在非洲，毒力强大的病原病毒之所以成为优势菌株，是因为宿主间选择被大大削弱。毒力极大的病毒株也有很多机会在原宿主死亡之前传播到新的宿主体内。反过来说，使用消毒的注射针和阴茎套，不仅能减少传播而且也许可以促使低毒株变成优势株。（3）有得必有失：免疫反应的收益和代价
自然选择给了我们一个友好的、有效的化学武器系统。每一个入侵的病原微生物都将遭到一种或者几种化学分子最猛烈的攻击。我们的免疫系统是在几百万年的自然选择的历史长河之中塑造而成为病原微生物的梦魇的。不幸的是，任何一种有效的武器都随时会对使用者造成危险。
免疫系统有两种类型的失误：不能攻击它所应当攻击的对象，或者错误地攻击了它不应当攻击的对象。第一类错误是因为没有充分的反应，于是某些本来应该在萌芽状态被阻止的疾病变得严重起来。第二类错误是因为对细微的化学差别给予了过分猛烈的攻击，自身免疫病，诸如红斑狼疮和风湿性关节炎都是这种结果。人群中平均程度的敏感性和反应性估计是在进化史中优化的：足以应付病原，但不至于攻击自身的组织。
既然我们有这种超级化学武器——免疫系统，我们又为什么仍然会受传染病之害呢？再一次，又是因为病原微生物能很快的速度进化，而自然选择使它更能适应。比较少受免疫攻击的变种的基因很快就成为新一代病原微生物中表达更多的基因。因此病原微生物可以演化出这种和那种超级防御武器。（4）弄假成真：欺骗的升级
昆虫学家在描述蝴蝶翅膀的外形时创造了伪装（mimicry）的概念。美洲有一种王蝴蝶，它的幼虫吃洋地黄叶从而使体内含有毒素，鸟类必须避开它；另一种黑红色的总督蝴蝶外形与其几乎完全相同，但它不含有王蝴蝶的那种毒素。鸟类因为误认了它们的极为相似的外形而躲开它。这种例子存在于许多物种之中。任何一个可以被捕食的物种在偶然出现的机会里变得类似另一个有毒物种时，便取得一种优势，自然选择便促使它更加类似它的有毒的模型。这对模型种不利，因为鸟类也可能错误地捕食它。这就引起了伪装（mimicry）种和模型（model）种之间的一场竞赛：伪装种变得更像模型种，而模型种则变得尽可能与伪装种有区别。有些环境因素有利于伪装种，使得两个不同物种之间的细节得以演化成功。人们能够很快理解视觉伪装，因为人类在很大程度上用视觉认识这个世界。察觉化学伪装需要敏锐的技术手段，然而没有理由认为它会比视觉方面的例子少见。
病原微生物的分子模拟，至少不比这些蝴蝶和动物的视觉模拟在精巧、复杂、高明的程度上差。欺骗性地伪装成与人类的蛋白（相似性）可见于各种寄生虫、原虫和细菌的体表。如果在伪装的程度上还存在什么不足，它有能力迅速改进。病原微生物表面有复杂的凹凸面，而抗体最容易识别的抗原分子都隐藏在凹进的裂缝之中。许多病原微生物改变它们的暴露的分子结构十分迅速，以致宿主难以产生足够的新的抗体。不过这种快速变化不是进化，因为同一病原微生物的基因型有一批分子结构不完全相同的密码，它们随时可以更换另一种密码。
伪装不仅能够使病原微生物逃脱免疫系统的攻击，而且还能使它能够利用宿主的细胞活动。例如，链球菌能制造类似宿主激素的在细胞膜上有受体位点的分子。其结果是细菌掌握了一把钥匙，可以把正常情况下接纳激素分子的门锁上。一旦进入细胞，这个细菌就有了一把保护伞，免于被免疫或其它宿主防御机制的攻击。宿主还有一种吞噬体——溶酶体系统能在细胞内攻击病原微生物，但是又有别的分子伪装和其它对抗措施在细胞内保护病原微生物。
5.现代新环境因素与现代流行病
历史上的大部分传染病流行是由于出现了新的环境条件。我们已经提到变化了的社会环境怎样启动了艾滋病的流行，还有其它许多瘟疫也是这样。美国国立卫生研究院（NIH）的里·克劳斯（Richard Krause）研究过，麻疹和天花曾经在2世纪、3世纪期间沿着商队走过的途径传播流行，曾经造成若干社区人口三分之一的死亡。腺鼠疫、黑死病，长期在亚洲使一部分人溃烂，只是在蒙古人入侵把它带到欧洲，有大量未曾接触过这种病菌的、又是住房中有大量带着跳蚤的老鼠的屋子里的人群中，才造成大流行。当我们希望设想这些都是已经过去的历史的时候，艾滋病再次以惊人的速度传播，还有许多其它传染病突然爆发的原因不明。埃搏拉病毒在1980年代肆虐部分非洲地区，患者死亡率高达50%，而且包括不少照顾病人的医生和护士，后来流行突然中止，原因至今不明。
还有一些传染病直接与现代技术有关。军团病，是由一种生活在空调系统的水中的病原菌散播所致；中毒性休克综合征起源于使用具有超吸收能力的材料做的塞子，它的表面积大、氧气供应丰富，使毒性链球菌得以生长。莱姆氏病之所以成为一个问题，是因为在郊区繁殖饲养鹿群。流感之所以成为人类的一大威胁只是在国际空运能够传播含有新的基因的病毒株才得以开始。它通常被称为亚洲流感，因为新株通常来自亚洲的农场，那里的人群、鸭子和猪（有些株称为猪型流感）住得十分靠近，而流感病毒之间的基因很容易互相传播。
大而拥挤的城市在欧洲兴起的同时，结核病开始流行。过去认为贫穷和不卫生的生活是结核病流行的原因，然而以前人们更加贫困，结核病却没有流行。只有大城市开始兴起之后，这些贫困而不卫生的人们才在拥挤的室内度过许多时间。结核病房里排出的空气，一定能使豚鼠感染，然而只要稍微接触一下紫外线就不会发生感染。一次喷嚏产生一百万粒飞沫，在静止的空气中以每分钟一公分的速度向地面慢慢沉降。在室外，飞沫中的结核菌被吹散或者被阳光杀灭，然而在室内条件下可以存活若干星期。1951年时，结核病在伦敦的全部死亡率中占20%。
最后，流行还可以因为“照顾周到”而发生。肠道病毒不曾在20世纪以前成为一种引起瘫痪的疾病（灰白质炎）。过去，多数儿童在一岁以前感染它，通常只有轻微的病情；到20世纪中，卫生条件的改善使发病年龄推迟到童年的后期，这时病情要严重得多。单核细胞增多症也是一种在幼龄时不大严重的病。
以上这些都是传播方式被新的环境因素变化而造成流行的。
至此，人类能不能彻底消灭疾病的问题，已无须做出明确的回答。因为每个人心里都清楚。
6.基因工程与人类健康的对接
人的素质和健康是人类社会发展的头等重要大事，要彻底解决这个问题，就必须破译人类的全部基因。基因工程为解决这个问题提供了技术保证。
基因工程又称为遗传工程或重组DNA技术，它是指采用各种酶将基因片段在体外进行切割、连接，进而转入细菌、细胞，形成自然界没有的含有新基因的可传代的新型细菌或细胞或其它生物体。通过遗传工程可以生产出人类所需要的产物或创造出新的生物。基因工程好比服装制作，将基因比作布料，将各种酶比作服装加工工具，如剪刀、缝纫机等，遗传工程创造出的新产品或新生物好比缝制出的新衣服，从此，人类可以像上帝那样采用基因工程来改造世界，创造未来。
基因工程诞生20世纪70年代。20多年来，基因工程得到了迅速发展，对人类社会的经济活动和社会活动带来越来越重大的影响。（1）基因治疗和诊断
美国卫生研究院已批准对一些遗传病、病毒病和恶性肿瘤实施基因疗法，这是用正常基因代替致病突变基因来治疗疾病的一种方法。
肿瘤是现在人类生命之大敌，其发生的原因是由于原癌基因活化，或抑制癌的基因失活，使正常细胞失控而得以迅速繁殖，形成肿瘤。如基因治疗黑色素瘤是引入肿瘤坏死因子的基因，使其扩增，再输给患者，因而专一性杀伤黑色素瘤细胞。
基因治疗包括：基因补偿，即把功能正常的外源基因导入受体细胞的基因缺陷部位，补充缺失的内源基因；基因置换，即切除或灭活内源异常基因，原位插入具有正常功能的外源基因；基因添加，即在正常或肿瘤细胞内加入外源基因，使之产生保护组织或抑制细胞发生病变。
②基因诊断
基因已开始用于疾病的诊断，这就是基因探针。基因探针是一段已知基因的有关核苷酸序列，或是某种完整的基因。它是利用核酸碱基互补原理，通过基因探针与被检物核酸进行杂交，来检测被检物的核酸同源系列，特异性高，重复性好，能直接检出微量病原体。现已有数十种遗传病可以用DNA探针进行诊断，为流行病调查和传染病的早期诊断提供了重要手段。（2）基因工程药品
自从利用微生物发酵生产抗菌素以来，生物技术在医药上的应用就备受关注。现在微生物发酵可生产890多种抗菌素，还有氨基酸、维生素、酶制剂、生物制品等，对保障人体健康起了十分重要的作用。基因工程的问世又开创了医药生产的新途径，为疑难病治疗提供了更有力的武器。
20世纪70年代初期，美国加利福尼亚大学分子生物学家博耶和科恩将哺乳动物基因插入大肠杆菌获得成功，奠定了基因工程技术基础。70年代末，利用基因工程技术获得了人胰岛素。1982年，美国药品与食品管理局（FDA）批准美国礼莱公司的人胰岛素产品投放市场，这标志着基因工程技术已从技术开发阶段进入到商品开发阶段。在随后的10年左右时间里，各发达国家竞相开发基因工程产品。到目前为止，全世界已建立1000多家生物技术公司，其中大部分都在从事基因工程药物的研究开发。
据报道，到1997年7月，美国FDA批准上市的基因工程药物、疫苗和注射用单克隆抗体有39种。现在日本批准上市的有24种，我国已批准的有十几种。其品种主要是胰岛素、干扰素类、人生长激素、白细胞介素、血细胞生长素等，对提高人体免疫力和对一些癌症的治疗发挥了重要作用。
以基因工程技术开发的药品之所以会受到社会的极大重视，是由于这个新领域有其独特的优越性：
第一，它提供了大规模制取人体内活性物质的技术。例如，治疗糖尿病的重要药物胰岛素，由于以往都是从猪的胰脏分离提取，450公斤的胰脏才能得到10克胰岛素。由于动物胰脏来源所限，胰岛素产量受到限制；而基因工程技术用大肠杆菌发酵生产，一只200升的发酵罐即可生产10克人工胰岛素。
第二，基因工程药品对过去难以治疗的一些病症有突出疗效，这是别的药物所无法替代的。例如，人促红细胞生成素（EPO）是治疗由肾衰竭引起的贫血的特效药。粒细胞集落刺激因子（GCSF）则是治疗肿瘤引地卢的骨髓抑制的特效药。这两种产品都是目前国际市场上的畅销药品，开发上市这两个产品的美国安进公司（Amgen）也一举成为生物技术公司的“首富”。
第三，基因工程药物是体内活性物质，是人体内蛋白质，一般来说毒副作用较小。
最后，生产这类产品与化学合成药物不同，一般不需要庞大的厂房，污染问题也易于解决，开发周期较短，虽然技术密集，投资强度大，但如开发成功，效益即很可观。
我国的基因工程药物开发虽起步较晚，但通过国家高技术研究计划的支持已取得一批成果，虽然投产品种还不多，但许多产品正在研制或临床试用，很快将正式生产上市。
我们可以预期，基因工程药物开发将开辟医药工业的新领域，形成新的工业门类，并为人类保健事业作出重大贡献。
第十章：生命再造之谜：人能够复制吗
生命是宇宙中最美丽的花朵。我们赞美生命，不仅是因为它美丽，而且还因为它神奇。古人把一切生命都看作自然的恩赐，他们习惯于感受生命的丰富，却很少理性地去思考生命的真谛。20世纪最大的科学成就之一，就是在199世纪细胞学说和生物进化论的基础上，推进了遗传学研究，并且在生物大分子的层次上揭开了生命的面纱，为我们感知生命和理解生命，开拓了新的视野。
现在我们已踏入日新月异的21世纪，随着科技的发展，基因这一高端科研，又将会引发一场怎样深刻的社会革命呢？
1.从灵魂到信息：研究生命的历史
（1）古希腊发育生物学的开端鼻祖：亚里士多德古代梵文和古埃及文献都曾有对胚胎的描述，而第一个系统地从事发育学研究的是麦斯多尼·亚里士多德（公元前384～322年）他以文字方式记录了自己的发现，发明了一些沿用下来的术语。他不仅是一个博学的哲学家、教师（他曾是亚历山大大帝做王子时的老师），还是一个热忱的自然主义者。他写了第一本动物学教科书及生殖和发育方面的论文。对于有机体是如何产生的，亚里士多德强调以下4点：（1）自发地产生于腐败物，因为当时认为苍蝇和爬虫可能来自腐败物质；（2）出芽产生；（3）雌雄同体；（4）两性生殖。在他看来，卵子是卵生（oviparous）动物的繁殖工具；而哺乳动物、人及一些其他的胎生动物没有卵，雌性向后代提供均质物质，雄性提供精液，精液才是后代形体形成的起因。
亚里士多德将鸡蛋孵化不同时间后打开，描述了小鸡在鸡蛋内的发育。据观察，最初有一种均质物质，这种物质在形态发生过程中，需要一种模式。他发现，形体出现过程中，出现了一个“跳动点”，即跳动的心脏。
他认为，发育的目标是形成尔格（ergon，功的单位），正像是艺术家的目标是完成作品一样。他认为，塑造形体的要素是能量，这一要素包含了它的目的，也是最终的归宿。能量是效率和最终原因。为了达到物种特异性的结果，形成要素必须拥有一个最终结果的“预存思想”，因此，最终的原因和最终的能量将是灵魂。
亚里士多德说过，“它（灵魂）导致跟它相类似的个体产生。它的本质已经存在了，它仅仅维持它的存在，第一级灵魂能产生物种。”
与柏拉图一样，亚里士多德将灵魂区分为带来生命的营养灵魂、赋予感觉的动物感觉灵魂和导致思考的精神灵魂。
营养灵魂赋予植物再生的能力，也是动物发育成形的能力。在动物中，这一物质由母亲提供，哺乳动物则以排卵的方式提供。当时认为，精子将雌性物质凝集，激发并控制其发育。
亚里士多德对营养灵魂的存在和营养灵魂如何遗传的解释是模棱两可的：它存在于雌性物质中还是精液里呢？与此相反，第二级灵魂即动物灵魂，只能从精液遗传下来，从父亲传递到未来的孩子体内。动物灵魂控制感情和运动，精神灵魂是外在的、无痛楚的、纯能量的，“通过某个门”从外界进入人体。
亚里士多德对西方文明的影响持续了许多世纪，可能是由于他的赫赫威名，人们默默地接受了他对生养、受精和雌性决定等的论断。（2）16世纪发育生物学的复兴
16世纪，胚胎学复兴。在padua学校，Vesalius，Fal-lopio，Fabricius de Aguapendente等人进行过卵巢和睾丸的解剖。VolcherCoiter（1514～1576）详尽地研究了鸡胚发育，提出了卵子在卵巢中发生的观点，因而，被视为胚胎生物学之父。
英国解剖学和生理学家哈维（William Harvey，1578～1657）以发现脊椎动物机体的血液循环而著称，他采纳了亚里士多德的胚胎学研究，并将研究领域扩大到昆虫和哺乳动物（羊和鹿）。尽管哈维崇拜这位“哲学家”（即亚里士多德），但他仍坚持认为，自发生殖仅限于低等有机体，而在昆虫中，发育意味着变态，即从已有的形态转化到另一种形态。哈维与亚里士多德及其后的一些研究者一样，都将蛹视为卵。
哈维认为，高等动物的发育并不仅仅是变形（transfr-mation），还有后天发生的，即创造合成，也就是说从均质的物质进行创造性的合成，逐渐形成新的统一体。哈维写着，“尽管出乎人们意料，我们坚持认为所有动物，即使是胎生动物及人类本身，都产生于卵细胞；首先是怀孕，继而胎儿发育都源于一种或另一种卵细胞，正如各种植物的种子一样。”
以后的文献将哈维的句子缩短为“生命来自卵（拉丁语，omnevivumexovo），这可能受到哈维的胚胎学论文（ExercitationsdeGenerationeAnimalium）卷首语的启迪——只有卵子可以产生生命“exovoomnia（拉丁语，意为所有事物来自卵）”的题语。然而，哈维所说的哺乳动物的卵与现代卵子涵义不同，哈维所说的卵更像在子宫这个“壳”里的卵裂球（blastocyst，发育时间较短的胚胎）。真正的哺乳动物卵子是由冯·贝尔（CarlErnstvon Baer，1792～1876）发现的。（3）预成论与机械论之争
继罗马博物学家Pliny之后，瑞士学者KonerdGessner（1516～1565）报道，雌体怀孕后，生出一个肉团，随后把它舔成形，他可能尚未受到机械主义哲学的影响。而他的同胞Albertvon Haller（1708～1777）坚持彻底否定后成论，在这一点上，他与显微镜解剖的创建者列文虎克的观点一致。1683年，列文虎克（Antonivan Leewenhoek，1632～1723）写到，“人胎儿，尽管不如一粒豌豆大，却五脏俱全。”列文虎克在精液内发现了微小生物（animal-cules），又叫zoa，后来，贝尔将zoa更名为精子细胞（spermatozoa）。列文虎克设想，他可能会看到雏形人（homunculi），即微小动物内的微小预成人。当时认为，雏形人增大后，成为胚胎。
同样，人们试图在所谓的昆虫卵——“蛹（pu-pae）”中看到微型的蚂蚁及蝴蝶成虫，正如植物的叶子与花来自芽一样。预先存在的人，只需逐渐展开。这些观点的优点在于迎合了机械论者的观点，他们认为，生命不过是遵从机械论规律，活生生的生物是一座可以与当时工匠们制作的精巧的天文钟比拟的真正的钟表。这种活机器究竟被视为无灵魂的，还是会活动的实体，这要依赖于各位作者的宗教和意识形态的地位。
预成论产生了一些难以解释的问题，例如：
若个体发育仅仅是预先形成的逐渐展开，难道所有世代在世界之初就已经存在了吗？答案是层层包裹：一代包裹着另一代，就像俄罗斯特有的玩具一样，一个套一个。按vallisneri（1661～1730）计算，远古母亲——夏娃的卵巢内含有两亿个这样的小人，一个套另一个。这个储备量直到世界末日也足够。法国的Genevan Charles Bonnet（1720～1793）精确地描述了蚜虫的孤雌生殖，于1764年写到，“大自然只要乐意，多么小的东西都能发挥作用。”
显微镜展示出了细胞，降低了看到预成形机体大小的限制，显微学家们不仅展示了卵细胞，还显示了精子。有人声称，预形成的雏形人预先存在于卵子（卵源论者）或精子（微小动物论者，雏形人论者）中。卵源论者的代表是著名的解剖学家马尔皮基（1628～1694）和斯瓦默丹（1637～1680）。
如果丢失的身体部分只能来自预形成的部分，部分身体的再生又如何解释呢？
LazzarSpallanzani（1729～1799）第一个实现了人工受精。他报道说，没有精子的条件下，青蛙卵就降解了。以狗做实验材料，他最终证明，要产生一个新个体，需要精液和卵子共同存在，从而结束了预成论的争论（尽管他错误地认为精液中游动的微小动物是寄生虫）。（4）后天发生论和活力论的代表人物
沃尔夫（CasparFriedrichWolff，1738～1794）重新开始了对鸡胚的研究，他也看到了从均质的卵黄物质发育而来的新形态，并描述了后来变为成体结构的生殖叶（germleaves），这就是生殖层（germ－layer）理论的雏形。和史前的亚里士多德一样，也像所有他以后的活力论者一样，他得到的结论是，存在一种非物质（非颗粒）的东西，它是生命特有的力量。ImmanuelKant的同事FriedrichBlumentach（1742～1840）假想出一种尤其在生理上起作用的“成形力”，它可通过生殖细胞遗传。许多赫赫有名的生物学家都是活力论者，其中包括冯·贝尔，他发现了几种哺乳动物的卵子，并进行了深入的研究。贝尔得出结论，所有的脊椎动物都从生殖层上以基本相同的途径发育而来。他建立了冯·贝尔法则（vonBaerlaw），即所有脊椎动物只有在通过一个非常相近的胚胎期之后，才发生了发育途径的分化。基于这个法则，海克尔（Ern-stHaeckel，1834～1919）提出了非常有争议的“个体发育（ontogenetic）”或“生物发生规则”。这一理论坚持认为“个体发育是系统发育的缩微重演。”
1880年，WilhelmHis发表了《人胚胎的解剖学》，激发了人们对于人类胚胎学的兴趣。
法国实验胚胎学始于其形态学的研究传统。圣·伊莱尔（Etiennee Geoffry SaintHilaire，1772～1844）是一个动物学家，也是当时居维叶（GeogesCuvier，比较解剖学和古生物学的奠基人）的反对者中最有影响力的一位，他致力于解释异常发育（畸形）的原因，一度被研究鸡胚发育时粗略的方法所困扰。1886年，其同胞LaurentChab-ry开始用更易得的具被膜的卵研究畸形发育。从此，非脊椎动物卵成为研究早期动物发育的首选卵的来源。
2.人类细胞在母腹内是如何发育的
尽管法律以及伦理和宗教保守信条禁止实验人的发育，但是，人的发育仍是形态学、组织化学、分子和遗传学研究的课题。除了流产的胚胎外，从畸胎瘤上分离的活细胞也适用于研究。下面的描述提供一些有关哺乳动物的一般发育特性和人的发育的独特特征的信息。
在哺乳动物中，胚胎接受来自母亲子宫的营养。另一方面，哺乳动物胚胎又获得了使其能利用母体资源的一个新特征：胎盘。因此，卵黄变得多余了，它在卵子中的存在已无意义。人卵直径约0.1mm，因此又退回到海胆卵的大小，然而，人胚可以生长。除某些其它胎生动物之外，哺乳动物胚胎是唯一的在胚胎发育期间生长的胚胎。从第八周开始，生长中的胚胎叫胎儿。
由于卵黄的消失，哺乳动物卵又回到完全的全裂方式，但它接下来的发育过程为以前卵黄的存在提供了充分的证据。哺乳动物的发育过程在许多方面与爬行动物和鸟类的不完全卵裂的卵子的相似，因此，也可以看到原沟、原条、卵黄囊、羊膜腔和尿囊。
还在胚胎期，女孩就储存了数以千计的卵子，这些卵子滞留在减数分裂前期Ⅰ很多年。
注定要产生下一代的原始生殖细胞（卵原细胞）在胚胎发育早期就产生了并被储存起来，在胚胎发育的第三周，就可在未出生的雌胚中鉴别出来。到这个时候，原始生殖细胞通过阿米巴运动从卵黄囊迁移到生殖嵴。妊娠第五个月，雌胚卵巢内有约七百万个卵原细胞，到第七个月，大多数死亡，存活的70万到200万个卵原细胞停滞有丝分裂加倍，成为初级卵母细胞，进入减数分裂前期Ⅰ并停滞在双绒期。接着间隔持续12至40年，在这段期间，灯刷染色体和多个核仁存在于卵母细胞核内，发生许多转录，生产很多核糖体，卵母细胞由周围的卵泡细胞供给卵黄物质。即使相当小的人卵母细胞体积也增长500倍。
在童年期间，更多的卵子死亡。至青春期约剩4万个；被营养的原始卵泡包裹。受垂体促性腺激素卵刺激素（FSH）刺激，每个卵巢周期有5到12个卵母细胞开始成熟。此后，卵泡暴露于另一种促性腺激素——黄体生成素（LH）中，这些激素给卵子发出恢复减数分裂和启动成熟卵从卵巢中释放的事件的信号。一般而言，一个卵巢周期持续28～30天，只有一个卵泡到达成熟的格拉夫氏卵泡（graafianfollicle）状态。在月经周期中间，上一次月经后约14天，其中一个卵子排出第一极体，完成第一次减数分裂，这个卵子从卵巢中释放出来（即排卵，ovulas-tion）。哺乳动物中，包括人，第二极体直到受精才排出。
在受精前，卵子被截取在输卵管口，如果不这样，受精卵就会掉进腹腔死亡或生成一个类似肿瘤的怪胎，即畸胎瘤。
一旦被输卵管口截取，卵子就一直等待精子到来：卵子外有一层坚硬的膜，叫透明带，以及一个粘性物组成的冠，叫放射冠。这两层膜都是卵巢的卵泡产生的，精子必须穿透这两层膜才能进入卵内。
每次射精有200百万到300百万个精子进入阴道，约1%前进到达卵子。在它们通过阴道、子宫和输卵管的长途旅行中，精子细胞经过了获能，即受雌性分泌物的影响，精子获得受精的能力或能量。只有一个精子成功地进入卵细胞。其它精子通过释放顶体酶帮助溶解卵膜。（1）植入前发育
虽然哺乳动物卵缺少足够量的卵黄，且已恢复完全卵裂，但是，哺乳动物卵裂是非常慢的。直到第三天才到达桑葚胚的12－至16－细胞期，到第四天到达囊胚泡期，囊胚泡看上去就像一个囊胚，但它不能像海胆和两栖动物的囊胚那样内卷形成原肠，相反，囊胚泡的细胞壁经过分化成为滋养外胚层，这是一个胚外器官，将来侵入母体子宫壁，吸收母体营养和排出废物。着床后，滋养外胚层经历几个核内复制循环发育成多倍体的巨大细胞。部分滋养层将生成胎盘，一个为尽可能完成所有这些功能而形成的胎儿器官。滋养层包围着一个腔和含成胚细胞（embryo-blast，指保持双倍体，并最终生成胚胎本身的那些细胞）的内细胞团。内细胞团是一群偏离中心、集中在“极滋养层”下方的细胞。孵出后，囊胚附着于子宫壁上，并陷入子宫壁内，这个过程称为着床或植入。（2）着床后发育
孵出的囊胚用其极滋养层附着于子宫壁上。通过极滋养层释放的溶解酶作用使极滋养层进入子宫壁。滋养层外层增殖并进入子宫组织，同时转化为合胞体滋养层；滋养层内层，叫细胞滋养层，保持细胞特性并闭合成胚孔。后来，囊胚的腔壁增加一内层，叫体壁中胚层。胚胎的囊胚腔不会闭合，在发育后期它被称为胚外体腔或绒毛膜腔。
侵入的多核合胞体滋养层为胚胎生长准备空间，坚实的上皮细胞滋养层加固并得到从胚胎迁移过来的中胚层细胞的补充：整个器官叫作绒毛膜。初级绒毛膜绒毛从其外表面突出并穿过疏松的合胞体滋养层延伸，并与周围母体子宫壁组织建立联系。绒毛膜是后来由胎盘形成的大得多的绒毛的功能性前体。
囊胚内发生了什么变化？胚胎在何处形成？人的囊胚像大多数哺乳动物囊胚一样，在胚胎发育前，为即将来临的胚胎已作一些有益的准备。到第九天，羊膜腔诞生，卵黄囊形成。羊膜腔以一条裂缝的形式出现在内细胞团中间，从内细胞团分出一个称为下胚层的上皮层。上皮层扩展，沿中央腔排列并形成体壁内胚层或卵黄囊（用词不当，因为它不含卵黄。）
胚胎本身是由两个致密的上皮区域形成的：即羊膜腔底部，称为上皮层，卵黄囊的顶部称下胚层。这两个区域连合在一起，一个在另一个上面，就形成了胚盘。
从这点起，实际上胚胎的产生沿着我们非哺乳动物祖先铺设的路走。原肠形成、胚层形成和神经胚形成在很多方面都与爬行类和鸟类胚胎发育相似。在原肠形成中，上胚层细胞朝原沟移动并穿过原沟，占据了上胚层与下胚层之间的裂缝。在原沟前方，原条出现了。在其下方，脊索向前推进并与将产生头部肌肉和口膜的脊索前板接触。最初而且也是短暂的，脊索是空的，脊管开始于靠近亨森氏结的原沟上一个开口，终止于卵黄囊上另一个开口。在爬行动物和某些鸟类中发现类似的脊管（神经肠沟）。
当神经褶合并到脊索上方形成神经管时，这根神经管前后端也保持开放。前后神经孔连接神经管和羊膜腔，当心脏跳动以及大部分体节清晰可见时，如耳基板和咽囊，神经孔闭合。
发育到第28天时，血管已扩增并散布到胚胎内外。胚胎循环通过脐带与胎盘连接。
发育中的胎儿处在双层膜中，这两层膜都是来源于胚胎：内层膜是羊膜腔的壁，外层膜是绒毛膜，大部分由滋养层派生而来。
在绒毛区，至此称胎盘，细小的初级绒毛被较大的次级绒毛替代，最后由三级绒毛替代。分支的树样绒毛生长至子宫壁的腔里，并血管化。两根动脉（脐动脉）从未来的脐的地方离开胎儿体，穿过羊膜腔至脐带内，进入绒毛并分支，又重新结合形成脐静脉，又返回胚胎，为胚胎提供营养和氧气。在交换母体营养和氧气中，废物，如CO和2尿，穿过绒毛转移给母体。
母亲通过移走障碍来适应胚胎。蜕膜（包裹胚胎的子宫壁外层）溶解，以这方式创造出绒毛膜分支可以生长的腔隙。“腔隙”这个词指母体毛细血管开放进入这些腔里，且母体血液立即围绕胚胎毛细血管流动。
脐静脉不到达肺，含氧丰富的血液通过脐静脉进入未分开的心脏，分配到全身，又通过脐动脉收回并泵回到胎盘绒毛。象鱼一样，胎儿有一个单循环系统，其胎盘绒毛起鳃弓的作用。因为胎儿的肺还没有功能，但出生后，它必须立即接管其重要的工作，所以这个循环系统必须准备着快速转换成一个双循环（身体和肺）系统。
胚胎或胎儿必须保证妊娠继续，在未成熟前不被月经中断。此外，胚胎还不得不防止母体为急于排斥任何异体做出的免疫防御。证据表明，胚胎释放许多信号分子，其中只有少数是已知的。在发育早期，滋养层开始释放激素，向母体发出已开始着床的信号，至少有三种激素传递给母体：绒毛膜促性腺激素和孕酮引导维持妊娠状态，绒毛膜生长催乳激素（也叫胎盘催乳素）刺激母体乳房产奶。
妊娠和出生是孩子和母亲生死相关的事情。在妊娠38周（266天）后，胚胎是一个成熟的胎儿并准备出生。然而，到达这个阶段之前，40%～50%的着床胚胎因为错误的发育结果而夭折。所以，出生意味着另一种严重的危险。
对母亲来说是一种危险：当胎盘绒毛从子宫上撕下时，血液从腔隙中流失，母亲处于失血死亡的危险之中。子宫能及时成功地封闭这个大创口吗？
对婴儿来说也是一种危险：在一瞬间，肺必须充气，血液必须泵进肺里，婴儿身体呈蓝色。能成功实现“起博”吗？
尽管有各种各样这样的危险，隐藏在母体的保护和营养中的好处值得冒这些危险。胎生哺乳动物的，尤其人的，进化成功是这种发育变革价值的验证。
3.十月怀胎：人类进化史的“缩写体”
冯·贝尔被视为比较胚胎学之父，他首先发现了脊椎、哺乳动物和人类的卵细胞。通过比较多种脊椎动物的胚胎发育之后，他发现脊椎动物的早期胚胎具有如下共同特征：在一组动物中，属于所有动物共有的结构总是比用以区分不同种类动物的特征结构优先发生，这就是冯·贝尔法则。这样，所有脊椎动物具有的结构，如脑、脊髓、脊索、体节及主动脉弓等都优先发生；而不同纲的特征结构（如四足类的肢、鸟类的羽毛和哺乳类的毛发）则后发生。因而，鱼类、两栖类、爬行类、鸟类及哺乳类的原肠胚及神经胚之后的早期胚胎都很相似，随着胚胎进一步发育，它们走向各自不同的发育途径，胚胎开始依次具有各纲、目、属的特征，最终具有种的特征。
早期胚胎发育的共同阶段即为种系特征性发育阶段。在胚胎发育刚开始时，如卵裂及原肠胚形成时，不同脊椎动物的早期发育也都是不同的，即使在同一纲（如哺乳类）内。只有将种系特征性发育阶段理解为发育的起始点时，冯·贝尔法则才有效。显然，这种种系特征性发育阶段是所有脊椎动物胚胎发育必须通过的“瓶颈期”。
1880年，德国动物学家、艺术家及哲学家赫克尔提出了生物发生律，这一理论引起了广泛的争论。与立足于观察的冯·贝尔法则相比，该定律仅仅是假设。生物发生律以简洁、生动的语言，强调生物的个体发育要重演它的系统（种族）发育过程。赫克尔指出，个体发育（即一个有机体从受精卵发育为成体的过程）是该种属进化史的一个“缩写本”，由于它们共同的祖先最初是以单细胞原生动物的形式存在，随后以空球样“囊胚虫”和烧杯样“原肠虫”存在，因而多细胞有机体从单细胞的卵开始发育，然后要经过囊胚、原肠胚阶段。
赫克尔的学说也有一些严重的错误。首先，他把当今动物的胚胎阶段等同于古代生物的成体。其次，以他的观点，进化发育表现为上升的趋势，一个新门的产生被认为是到达更高目标的一个步骤，甚至是在向着人类出现的方向迈进。另外，赫克尔并不精通胚胎学，他坚持认为，人类胚胎通过内陷产生原肠胚，由此产生原肠，这也是错误的。事实上，哺乳类的囊胚并不像海胆、文昌鱼及两栖类那样通过内陷产生原肠，相反，囊胚的整个外壁用于形成一个大的“胚外器官”——滋养层，滋养层“侵蚀”母体子宫壁并与之建立联系。随后，包裹形成羊膜腔的表皮羊膜与残存的“内细胞团”分离，内细胞团下面形成卵黄囊（其中并无卵黄）。
羊膜腔和卵黄囊在爬行类和鸟类中都存在。蜥蜴的羊膜是在胚胎已具有了基本的结构后才形成的；而哺乳类胚胎的固有特征在羊膜出现时还未表现出来。
令人费解的是，不同哺乳动物的羊膜腔的形成过程明显不同。例如，被分类学家认为是一种相对古老的哺乳动物的鼠句鼠青，其羊膜腔的形成方式类似于爬行类和鸟类，即由羊膜折叠而成。然而，鼠句鼠青的羊膜形成时胚胎尚未表现其固有特征。如果在卵黄囊（内胚层）顶部下壁提供一个相应区域，胚胎将从羊膜腔（外胚层）底部的小区域形成。这一双层区域发育为胚盘。此后，胚盘发生的过程与爬行类和鸟类相似：开始原肠化，外胚层的沟状内陷，表明那些下陷的细胞群即将形成内胚层及中胚层，该内陷沟即为原沟，此结构被认为与两栖类原肠胚的胚孔同源。沟的前端形成亨森氏结，在亨森氏结前端出现原条。
总之，哺乳类胚胎在发育早期已进化出不同的方式以适应于母体的保护和营养环境，从这一点上讲生物发生律并不适用。
赫克尔及其拥护者大体上也清楚，个体发育并不仅仅反映其祖先的进化历程，因而，赫克尔杜撰了一些术语来描述这一事实，现在这些术语仍在应用。如旧的，即重演性特征被称为palingeinc（希腊语palin为再次之意）。新的特征反映了胚胎的适应与进化，被称为cenogenic（希腊语kainos为新的之意）。然而，这种区别总是相对的：哺乳类（包括人类）胚胎含有羊膜、卵黄囊、尿囊、胚盘或原条的结构，这些结构与两栖类相比是新出现的，然而与爬行类相比又是古老的结构。这样，只有推定爬行类是在两栖类向哺乳类进化的中间阶段出现的，才可以理解为何哺乳类胚胎形成了空的卵黄囊和无功能的尿囊结构。
如果考虑这些现象，赫克尔的生物发生律应予以肯定，因为它从发育生物学角度指明了生物进化的前后关系。然而必须纠正的是：有机体的个体发育并非重复物种的系统发育过程，而是重复以前的个体发育过程。每一代物种都重演了它们各自的个体发育历程，这一个体发育历程与相关物种相比有或多或少的改变。
另一方面，所有脊椎动物的胚胎发育都经历一个高度保守的共同阶段，这一阶段显示了所有脊椎动物共同的基本胚体结构特征。所以，如果生物发生律修改为：所有脊椎动物重演了它们祖先胚胎的某些特征，特别是种系特征性发育阶段的特征，那么，生物发生律还是适用的。
尽管两栖类、爬行类、鸟类及哺乳类的发育途径的初始阶段是不同的，但后来都形成由神经管、脊索、体节、侧析、前肠（含鳃囊和鳃弓）及心脏构成的基本结构模式。脊椎动物的脊柱将围绕脊索形成。
在种系特征发育阶段，神经系统为密闭的管状，前端膨大的部分将发育为脑。当膨大部分的神经管变厚、收缩时，脑开始分化，眼泡从前脑和中脑的交界处向侧面膨胀。表层上皮形成一对厚的板状结构，称基板。基板内陷形成眼的晶状体和感觉器官：嗅基板发育成嗅囊，听基板发育成听囊，听囊进一步形成含有迷路和耳蜗的内耳。在神经管的下面，脊索从中脑一直延伸至身体的后部。脊索两侧的中胚层被分隔为体节。在前肠下面，心管融合成腹侧的心脏。更为引人注目的是咽部的结构，从进化的角度来讲，甚至人类胚胎前肠的外凸结构也被认为是咽鳃囊，它们与鳃动脉、软骨性鳃弓以及来源于第一软骨鳃弓的原始颚结构有关。
在不同的脊椎动物物种中，胚胎发育的更早或更晚阶段是不同的，然而，为何存在一个统一的种系特征性发育阶段呢？最近找了一个可能的答案：过渡性结构，如脊索，对于进一步发育的组建工作是必需的。比如，位于原肠顶部的脊索或其前体的中层细胞可释放信号，诱导脊髓基板的形成，同时启动生骨节与体节分离，并吸引成骨细胞迁移。脊索释放的信号指导成骨细胞围绕脊索构建为脊椎。
然而，即使过渡性结构被赋予组织者的功能，还仍存在这样的疑问：为何是这种方式而非其它的方式？显然，像组织胚胎发育这样困难的工作不能轻率地变动或省略，几百万年的进化找到的解决办法不能轻易地被改变或代替。因而，我们看到的不是赫克尔所描述的祖先成体阶段连续出现的现象，而似乎是祖先的系统发育历程的艰辛重演。
赫克尔论文中的错误及其令人不快的个性，曾使人们普遍拒绝接受其生物发生律。实际上，个体发育反映了系统发育过程。毕竟，现在的个体终究是长期进化的结果。
人类胚胎发育的一些现象也表明了个体发育与系统发育间存在明显的相似性：
第21天颈部体节出现，耳基板形成，第一鳃裂出现，咽肠下面形成两个心脏管。胚胎接近种系特征性发育阶段。
第23天胚循环形成，胚体似乎要发育成一条“鱼”。脑部由几个脑叶（脑室收缩形成）组成，其中，最大的是最后部的菱脑，其次是中脑和最前部的前脑。心脏位于气管鳃篓的“杯形”末端，由一个心房和一个心室构成。垂体囊向中脑靠近，甲状腺则向下迁移。肠道含有鳃囊并一直通到泄殖腔，前肾管也导向泄殖腔。脊索已形成，但没有其他的骨骼成分，不存在颚。这一假想的鱼显然要发育成七鳃鳗或粘鳝。
第27天，这条鱼（指鱼状胚胎）显然准备迁移到狭窄的淡水区。由于经常性的低氧和季节性干旱，肺产生了。肾转变为中肾。另外，颚及舌开始形成。显然，它可能发育为一条肺鱼或两栖类。
第34天，我们会看到胸肢和腰肢正在发育成手掌和脚掌。由于需要胰腺（分泌物）来消化“干旱”陆地上的食物，肠与胰腺便连接起来。到第38天，心脏分为两个心房，但仍只有一个心室。心脏的位置向后迁移。看来，一只“蛙”即将征服陆地了。适于这种陆地旅行的特征还有：嗅囊从侧面迁至前面，眼睛从背部转位至侧面（人胎儿的眼睛最终将迁到前方）。
第42天，肺发育完成，气管与食管分开。除第一对鳃裂外，其他鳃裂全都消失了，而且，第一鳃裂将发育成中耳腔和咽鼓管。此时，人胎儿有一条长尾巴，并达最大长度。手和脚向内指，而肘和膝盖向外指，就像水蜥、蝾螈和爬行类那样。
第45天时，嗅囊通过内鼻孔与咽腔相通，这是两栖类在进化上首先取得的进步。
第57天时形成次级骨质颚，它将鼻与口腔分开。次级骨质颚是鳄鱼、哺乳类样爬行类和哺乳类所具有的有特征。此时，鳄鱼和两栖类所具有的四个腔的心脏也正在形成。
第60天时出现的指甲（或称“爪”）进一步表明胚胎达到了“爬行纲”阶段。哺乳动物、爬行动物的特征是有长的、可转动的四肢，肘向后指而膝盖向前；演化出了不同类型的牙齿、耳小骨（锤骨和砧骨）及外耳沟。
尽管在第45天时外生殖器开始发育，但是直到四个月末才能分辨出阴茎或带有阴蒂的阴道。性别差异的外生殖器仅见于哺乳类，两栖类或爬行类没有这些器官。相应地，此时，生殖腔与后肠分开，而卵生哺乳类则保留了泄殖腔。
此后，哺乳动物的其他特征出现。约100天的胎儿就开始吮吸其拇指了。第110天时，胎儿出现了过渡性的浓密体毛，称胎毛。胎毛的消失标志着胎儿发育过程中最后一个阶段——人类阶段的开始。在这一阶段腿比臂长。
然而，必须指出的是，一些个体发育事件的时间顺序与进化历程有所偏离，这种偏离称为异时性或发育差时。人胎儿尾巴的消失就是这样的例子。人胎儿尾巴的消失发生于第42天到第70天，即在胎儿发育所经历的“爬行类”阶段；然而在进化历程中，只有比“猴”更高等的灵长动物（如人类）出现时尾巴才消失。
4.当代科技新手段：克隆羊与克隆人
从胚胎学角度来看，胚胎均由两性生殖细胞经受精卵分裂发育而成。人工授精和试管婴儿也需要由精子卵细胞在体外授精后，待发育到一定阶段再植入到母体子宫内而完成的。50年代我国著名生物学家朱洗用无性繁殖技术培育出“没有外祖父的癞蛤蟆（蟾蜍）”，即用物理方式代替精子刺激卵细胞发育成蟾蜍，再由此蟾蜍的生殖细胞经受精而发育成新一代蟾蜍，但这一技术不适用于哺乳动物的胚胎发育。此后，世界上许多生物科学家尝试用无性繁殖技术复制各种动物胚胎，培育出基因复制的克隆动物，以期改良品种，但他们都没有使用成熟体细胞做研究材料。（1）热门话题克隆羊
自从1997年2月22日英国胚胎学专家维尔穆特宣布克隆多莉羊获得成功以来，“克隆羊”成了整个社会最热门的话题，“多莉”克隆羊让维尔穆特一夜成名。从科学家到一般人士，从政府官员到普通百姓，从古稀老人到少年儿童，从学术、专业刊物到各家电视、电台、报刊等新闻媒介，无不把克隆羊作为近年来科学界乃至整个社会最引人注目的话题，但是不同的人对此事的态度和看法却大相径庭。“多莉”克隆羊是从A羊的乳腺细胞中取出细胞核移植到B羊的去核的卵细胞中，经过电刺激使重组的卵细胞在体外培养，而后移植到C羊的子宫内发育，最终由C羊生出小羊羔“多莉”。“多莉”具有和A羊几乎一模一样的遗传物质，可以说是A羊的复制品，因而称为“多莉”克隆羊。
自克隆羊研究成果报道以来，在世界上掀起了克隆生物的热潮，最近日本宣布体细胞克隆牛获得成功，美国获得了连续三代的克隆复克隆老鼠50只。同时，克隆技术也在发展，克隆成功率提高了5～10倍。可以相信，要是克隆人的话在技术上是可行的，但是，克隆人决不仅仅是一个技术问题。
我国广西农大动物繁殖教研室也早于1995年无性繁殖出一头雄克隆牛。他们把体外受精后发育到16个细胞的胚胎进行细胞分离，每个细胞植入到一个成熟的去核卵细胞中，待体外发育到囊胚阶段时，再移植到母牛子宫内，经过大量实验，1995年7月，一头未经雌雄交配的母牛生下一头雄性克隆牛。（2）克隆技术的基础及其成功的关键
克隆技术的基础是细胞核移植。1938年，德国胚胎学家史匹曼首先提出他的“奇异实验”设想，即将一个卵细胞的细胞核取出，并换入另一个细胞的细胞核的办法来诞生一个新的生命，但这种细胞核移植术由于当时技术条件不足而没有进行。1952年有人用青蛙卵进行实验，因为青蛙卵比哺乳类动物的卵要大得多，操作较容易。70年代，英国剑桥大学科学家戈登利用这种细胞移植技术将蛙的成熟细胞核植到卵细胞内，但当时只能发育成蝌蚪，而不能发育成青蛙。
英国学者维尔穆特于1973年在英国剑桥大学完成博士研究论文，并首次成功地从冷冻胚胎中培育出牛来。他在胚胎学研究中虽有20多年的实践经验，但在利用一个成熟体细胞进行复制动物的实验方面却遇到技术上的很大困难。有两位著名的科学家甚至发表文章声称要复制一个成熟体细胞克隆的动物是绝对不可能的，因为成熟体细胞的一些基因已经关闭，遗传物质不能在卵细胞中发育。维尔穆特研究组中的一位成员坎培尔首先想到，成熟细胞中的遗传物质不能在卵细胞中发育，或许是因为这两个细胞的发育周期步调不同，因此他们考虑采取一种“饥饿”手段，使成熟体细胞静止不活动，以有利于和卵细胞的融合。恰在此时，美国一位胚胎学家利用早期胚胎细胞成功地复制出4只牛来，其技术成功的关键是因为其研究成员忘记给胚胎细胞加营养液，无意间使细胞处于“饥饿”或“催眠”状态，细胞暂停分裂。后来，维尔穆特研究小组利用“饥饿”技术，经历许多细致复杂的操作程序，包括当成熟乳腺细胞和卵细胞融合时，还要用电脉冲刺激，终于使它重新进行分裂活动。由于技术上的突破，他们成功地培育出世界上第一只复制克隆羊——多莉。
其实，在多莉出生前，维尔穆特实验室已利用细胞核移植技术将羊的胚胎细胞无性繁殖出12只复制羊，这次多莉的诞生是利用功能已彻底分化的成年动物体细胞无性繁殖而成，因此意义更加重大。（3）世界性争论：克隆人类的利与害
从科学本身而言，多莉克隆羊的成功是发育生物学中的一个里程碑，其科学意义极大，对于研究细胞的生长、分化、分化发育，对于研究细胞核和细胞质的相互作用有着重要的指导意义。克隆羊的技术将会应用于良种保存、珍稀动物拯救、器官移植、疾病动物模型、药用蛋的生产等各大生物应用领域，对人类生活产生重大影响。因此，生物学家，特别是发育遗传学家，胚胎学家对此是给予高度评价的。
但是，社会上不少人关注多莉羊并不是从上述角度去看的，由于多莉克隆羊是从成体羊的乳腺细胞中取出细胞核移植到去核的卵细胞中培育成功的，美国科学家随后又用胚胎细胞培育克隆猴成功，这使人联想到无性复制克隆人的可能性。由此又引发了对多莉羊带来的冲击波，在让人兴奋、激动之余，又使人感到担忧和惊恐，也由此引发了人们对道德、伦理、法律等问题的思考。
最先反对克隆人研究的是美国总统克林顿，他下令禁止联邦政府机构资助这类试验。其后，英联邦、欧盟、世界卫生组织、日本等国家和组织纷纷表态，禁止进行人体克隆试验。我国卫生部日前也公开表示不支持、不赞成进行人的克隆研究。
老百姓对克隆羊的态度并不完全相同，一部分人认为克隆羊是一件好事，克隆人也未尝不可，因为希特勒即使克隆成功，由于没有同等的环境，也不会再次导致世界大战。而更多的人对克隆羊技术的应用提出了自己的担忧，担心一旦克隆用于人类，将会导致社会的混乱。
对待克隆人的研究，世界各国科学家的态度几乎是一致都反对进行克隆人研究，但是也有例外，美国一位科学家锡德表示将开展克隆人的研究。无论如何，克隆人即使技术上成功，但是由此产生的道德伦理问题太让人提心吊胆了。一位美国科学家警告说，克隆技术一旦被滥用，社会将陷入无穷的罪恶之中。
美国曾对是否需要克隆出孩子做过调查，结果是有85%的人还是希望自己自然生出孩子，9%的人希望从自己身上克隆出孩子，6%的人希望从自己的家庭成员中克隆出孩子。
联合国科教文组织大会于1997年11月1日在巴黎通过了指导基因研究的道德准则文件“人类基因宣言”，要求禁止克隆人等“损害人类权利和尊严的科研行为”。宣言认为，每个人身上的基因物质都是人类的共同遗产，不应成为赢利的手段。宣言称：只有在对可能导致的利弊进行透彻分析，并得到当事人同意后才能开展有关人类基因的研究，同时当事人有权知道研究试验的结果。
目前虽然克隆羊已获得成功，然而，克隆人的技术要比克隆羊更为复杂困难，加上各国政府明确表示禁止资助克隆人的研究经费、社会舆论对克隆人在伦理道德上的谴责，克隆人的可能性将会降到最小。
第十一章：人工智能之谜：机器能比人聪明吗
科学家一直努力研制能具有人类思考能力的电脑。虽然，目前人类已能大量制造各种类型的电脑，但相信在人工智能电脑面世之前，科学家还要面对一大堆棘手的问题。
所谓人工智能，就是“让机器模仿人的思维”。而人工智能研究本身却是探索人的智能活动这个未知领域的，现在的人工智能是试图探明人脑的一个科学领域，这种探明是大有可为的。但是，这个未知领域什么时候才能被探明，尚是一个未解之谜。
1.人类高度发达的智能究竟从何而来
大约五百万年前，我们的祖先走出森林，来到草原上生活。一二百万年以后，原始的人类出现了，他们达到了空前的智能水平：有了语言，集体协作狩猎和采集，制造和使用工具。原始人类一开始就依靠大脑的智能生存，成了生存的强者。
人类高度发达的智慧究竟是怎样产生的？这还是一个谜。
根据骨骼化石、原始的石器工具、原始的人类的遗址，科学家提出了许多人类智能起源的解释，但这些解释都带有很大的猜测成分。智能起源之谜之所以难解开，因为对智能还没有确切的定义。美国哥伦比亚大学神经古生物家指出：“总的说来，智能就是指处理信息的能力。”从这一点看，人类的智能确实凌驾于一切动物之上。
智能是怎样诞生、进化的？达尔文认为，在原始部落的冲突中，智能高的部落容易取胜，因而他们高智能的基因也容易保留遗传下来。今天的社会生物学家研究了现存的原始部落，他们发现，部落的社会生活密度和复杂性，是促进智能进化的强大动力。
过去我们在研究智能的进化时，往往注意大脑体积的增加，或者大脑与身体比例的增加。加州大学医学院的神经生物学家杰里逊指出：大脑结构的改变对智能的进化更为重要。可是化石资料无法反映这一点。这是研究智能进化的一大困难。有一些科学家指出：原始人类智能的突飞猛进是一个“幸运的机遇”，由于直立行走，使得骨盆变宽，胎儿可以变大。胎儿与成体大脑之比在灵长动物中是恒定的，所以人类的大脑可以比其他灵长类动物大得多。
最近，加拿大多伦多大学进化生物学家查利斯·鲁斯顿提出了一种引人注目的新假说——基因文化协同进化论。他认为：人类智能的诞生进化是由于生物进化和文化进步相互作用的结果，基因的改变迫使人类适应新的文化，而新的文化又加速了基因的进化。
不管这种种解释如何相互矛盾，所有研究这个谜的学者都同意这一点：要弄清智能是怎样产生、怎样进化的，必须首先了解大脑的秘密。
关于智能的起源目前仍然是个难解的谜，然而鲁斯顿相信：20世纪结束时，人类将进入伟大的大脑时代。知识经济时代的到来，正需要一个“伟大的大脑时代”相适应。
2.超人的计算机是否真的能成为超人
你造得出差不多像人一样的计算机。在某些方面，它们是超人：它们可以在棋盘上杀败大多数人，眨眼之间就能记住整本电话簿，能谱某种音乐，能写朦胧诗，能诊断心脏病，会向为数众多的方面发送私人请帖，甚至还会一时发疯呢。
这可能吧，但至少一时还不会出现。即使有一天，技术成功地造出的机器能干我们所能干的一切事，它顶多还是一个单人，实际上，这不顶什么事。要跟我们比，它们得有三十亿，还得有更多的不断走下流水线。我怀疑是否有人能花得起那份钱，更不用说腾得出那么大的地方。即使真能造出那么多，它们还得用电线统统连起来，连得那么复杂，那么微妙，像我们一样，互相之间进行交流，一刻不停地讲着、听着。如果它们不能在醒着的全部时间内这样彼此相对，它们就毕竟不会成为任何意义上的人。我想，在未来很长的时间内，我们可以高枕无忧。
我们的最神秘之处在于我们的集体行为。除非我们理解了这种神秘，不然就造不出像我们一样的机器。而我们现在离这种理解还很远。我们只知道这样的现象：我们花时间互相传送信息，一边讲话，一边专心听话，进行着信息的交换。这似乎是我们最紧要的生物学功能，是我们毕生的事业。临近末了时，我们每个人都积蓄了惊人的一堆信息，足够让任何计算机忙死。其中大多数是不可理喻的，而且一般来说，我们输出的信息比收集的还要多。信息是我们的能源，我们被它所驱动着。它成了巨大的企业，成了自己说了算的能量系统。我们三十亿人都由电话、收音机、电视机、飞机和卫星联系在一起，利用大众传播系统、报纸、期刊长篇大论地讲话，从高天撒落传单，从别人谈话的边上插话。我们越来越成为环绕地球的电网、线路。如果长此下去，我们就会成为一个计算机，它会取代所有的计算机，它能把世界上所有的思想融合起来，成为一个合胞体。
我们进行大量的集体思维，大概比任何社会性的物种都要多。我们能毫不费力、不加思索地在一个寒暑之内，在全世界改变我们的语言、音乐、风尚、道德、娱乐，甚至改变穿着的时尚。我们似乎是通过一个全面的协议这样做的，但这里不用表决也不用投票。我们只是一路想下去，到处散播着信息，交换披着艺术外衣的密码，改变想法，改变自身。
计算机玩不了这一层次的事。这对它是不大可能的。而这也没什么坏处。如果它玩得了这个，那一定是我们的末日了。那会意味着，某一才智过人、消息灵通、当然还有计算机引路的集团，将会动手决定五百年后人类社会该是什么样子，而其余的人将以某种方法被说服而跟着他走。到那时，社会发展的进程就要嘎嘎响着停下来，我们就将永无尽期停滞在今天的辙里。
最好有更好的方法来监察我们能干出些什么事。那样，我们就可以在变化发生时就意识到变化，而不是像现在这样，大梦醒来，才吃惊地发现，过去的一个世纪一点也不象我们原先想象的样子。也许计算机可用来有助于此，但仍然令人心生怀疑。你制作了城市模型图，但你会知道，这些城市是理性分析所不能理解的；如果你试图用常识预测未来，事情会搞得比先前更乱七八糟。这是很有意思的，因为城市是人类最集中地群集的地方，所有的人都在竭力施加着影响。城市里似乎有着自己的生命。如果我们不能理解城市运行的奥秘，我们就不可能十分深入地了解整个人类社会。
不过，你还是会认为总会有某种理解的途径。地球上人类的大脑群集在一起，看起来就象个统一的、活的系统。麻烦之处在于，信息之流大多是单向的。我们都着迷于尽快地输入信息，但缺乏多多收回的感觉机制。我承认，我很少感到人类的头脑里想的是什么，还不如我感觉到一只蚂蚁头脑里想的是什么更多些。大家来想一想吧，这也许会是个很好的出发点。
3.计算机能有人的意识吗
意识是人的一大特征。然而，意识究竟是什么？意识是不是先天的？是否可以使计算机具有意识？《发现》杂志记者最近就这样一些问题先后请教了加利福尼亚理工大学神经系统专家克里斯托·科克、斯坦福大学计算机科学家特里·威诺格拉德以及卡内基一梅隆基金会莫比尔机器人实验所机器人专家汉斯·莫拉韦茨。
克里斯托·科克以他的视觉研究打开了大脑如何想象周围世界研究的窗口。科克认为，意识的研究应当像基因研究那样，忘掉那些高级模式，从神经细胞这一级开始，因为意识最终必然是开始于神经细胞。
科克说，我们首先要忘掉实际的困难，例如主观感情，因为那些可能没有一个科学的解决方法，从解释分子和神经元的物质一级研究到主观一级的研究，这中间看来将会出现一次大飞跃。我们应当集中精力研究比较容易的东西，例如视觉。
46岁的计算机专家特里·威诺格拉德认为，意识是一头抓不住的野兽，是从里向外生成的。你不能只看外部行为，从而设想有一个等于它的内部表示。人工智能研究人员可能梦想在不久的将来制成意识计算机。但是威诺格拉德说，就最乐观的一面来说，那一天也是非常遥远的。
威诺格拉德说，1967年他考取马萨诸塞理工学院研究生时，也像人工智能研究人员们那样热心，认为10年后意识计算机定将研制成功。但是经过10来年对语言理解这个问题的研究，他清楚地认识到我们运用普通语言的方式与由计算机处理的那种语言具有多么大的区别。就计算机语言来说，这种语言的事物与它们的意思之间有着固定的关系。而普通语言的一个单词可能具有多种意思，并且可以产生不同的行动。
他说，至于意识即智能计算机，首先必须明确“智能”和“计算机”各自的确切含义。即使你能够制造神经系统，基本上是由一个神经元一个神经元地构成，但是你使用的是硅，而不是原生质，它会思维吗？它会有意识吗？即使你使用的是原生质，它也没有使我们具有意识的那种伦理道德。
而对汉斯·莫拉韦茨来说，意识则是在不断地出现。现在43岁的莫拉韦茨目前是卡内基一梅隆基金会莫比尔机器人实验所所长。
莫拉韦茨开始相信，意识和智能这两个东西有着内在的联系，意识起到监视我们存在的作用。
截至目前的机器人基本上是专用的，即在一定的场合，以一定的方式发挥作用的专用计算机，机器人一旦设计得能够在不同条件下工作，那么可以说它们开始具备了初步的意识。
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