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发信人: raining (下雨的情绪), 信区: other
标  题: 世纪之交的物理学和生命科学4
发信站: 听涛站 (Sun Oct 22 01:37:57 2000), 转信


　　本世纪初，物理学揭示了粒子的波粒二象性，特别是认识
了电子这一基本粒子的波粒二象性后，人们利用电子的波动性
研制成电子显微镜，使得显微镜的分辩率达到1nm的数量级，
从而可直接观察细胞内的超微结构， 使生物学的实验方法和
实验手段实现了飞跃，推动了生物科学的发展，现在，电子显
微镜已深入生物医学的各个领域，比如细胞生物学、分子生物
学，遗传学、微生物学、病理学等。在病毒学的研究中，电镜
成了观察病毒的唯一工具，对病毒学的发展起阗重要的作用，
而且用电镜拍摄到了DNA，观察到了核糖体由大小来单位的组
成， 拍出了mRNA翻译时把核糖串连成多聚体的电镜照片，对
核酸的研究有助于医学、遗传学等生命科学的发展，现在，用
扫描隧道显微镜(STM)可以观察DNA双螺旋结构的清淅图像；用
原子力显微镜(AFM)可以观察血液细胞和细菌等，可以说，多种
功能、高分辩率的显微镜，在生物学的发展中功不可没。

　　近年来，随着激光研究的深入，X射线激光全息术的问世，
为生物学的研究提供了全新的研究方法和强有力的实验手段，
因为X射激光全息术能够拍摄生物活细胞的三维结构全息像，
生物样品可完全处于水合物状态，使活细胞能在与原状况相同
的生理条件下成像，X射 线激光还能够拍摄限度为1nm的“快
照”，从而消除了细胞或细胞器布朗运动产生的模糊；生物界
对此评价说，这对现代生物基因研究是划时代的革命性变化。

　　纳米技术和微电子学的发展为生物学提供了精细、先进
的技术，最近，用原子力显微镜对DNA分子链上的任何确立部
位进行了分了分割， 这类手术再结合分子操纵，是迈向在纳
米尺度上改造基因的重要进展。1994年发明的一种新型微碳
纤电极(聚丙烯CFE)，分辩率提高了约十倍， 为细胞的分泌
研究提供了最灵敏的控针。

　　贝克莱尔发现放射性核素，奠定了现代核技术包括核医
学技术的基础，利用放射性元素或示踪剂，通过射线达到了
解体内特定生物活动的目的，是当前在活体元素水平观测人
体和生物过程最具潜力的技术，而且用它可以找到从生命本
来水平探索生命奥秘的最佳途径[10,11]，核医学成像技术
也是目前仅有的，可以从整体、 器官、细胞及分子四级结
构水平，反映生物功能和代谢信息的显像技术。

　　物理学中的模型、方法和计算能力，在生物系统中得到
广泛的应用，用分子涨落的方式对DNA与RNA的结构和动力学
特征所做的量子力学计算，其精确度已达到令人满意的程
度，在细胞生理学和神经生物学中，物理学方法对于了解
生物分子的传输，膜的结构以及在脑、神经和肌肉中的信号
过程始终是关键的，通过单跨膜分子通道对离子流进行最新
的物理测量，为了解单跨膜分子通道离子流的机理，提供了
最重要的直接途径；由于这种机理支配着脑和神经的信号处
理过程，所以这种物理测量有可能是揭开大脑之谜的关键途
径。

　　纵观生物学在20世纪中的发展，正是继承了19世纪的传
统，走与物理学、化学相结合的符合生物学性质的实验研究
道路，才取得了辉煌的成就，而且生物学用物理学与化学相
合的方法，不但没有把复杂的生命现象简单化，反而用基本
的物理学、化学的原理和敏锐的方法及其仪器探索复杂的生
命运动，揭开了许多生命的奥秘，这进一步证明了物理学和
化学的基本理论是研究生命运动的基础。




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