十三 通過一扇狹小的窗戶
生物學(xué)家喬治·渥特曾經(jīng)把他從事的一項(xiàng)極為專門化的研究課題——“服睛的視覺色素”比作是“一扇狹小的窗戶，一個(gè)人離這扇小窗戶比較遠(yuǎn)，他就只能看見窗外一點(diǎn)亮光。但當(dāng)他向窗戶走近些時(shí)，他所看到的窗外景象就越來越多；直到最后，當(dāng)他貼近窗戶時(shí)，他能夠透過這個(gè)狹小的窗戶看到整個(gè)宇宙。”
這就是說，我們應(yīng)該把我們研究工作的焦點(diǎn)先放在人體的個(gè)別細(xì)胞上，再放在細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)上，最后再放在這些機(jī)構(gòu)內(nèi)部的基礎(chǔ)反應(yīng)上——只有當(dāng)我們這樣做的時(shí)候，我們才能夠領(lǐng)悟到偶然將外部化學(xué)物質(zhì)引人我們體內(nèi)環(huán)境所帶來的嚴(yán)重長遠(yuǎn)影響。
醫(yī)學(xué)研究僅僅在最近才注意到對個(gè)體細(xì)胞在產(chǎn)生能量過程中的功能研究，這種能量是生命存在所辦不可少的。人體內(nèi)能量產(chǎn)生的非凡機(jī)制不僅僅對健康是個(gè)根本問題，對整個(gè)生命也是如此。它的重要性甚至勝過了最重要的器官，因?yàn)闆]有正常的和有效的產(chǎn)生能量的氧化作用功能，身體中的任何機(jī)能都不能發(fā)揮作用。然而許多用于消除昆蟲、嚙齒動物和野草的化學(xué)藥物都具有這樣的特性：它們可以直接打擊氧化作用，并且破壞這一系統(tǒng)奇妙的功能。
使我們對細(xì)胞氧化作用能有現(xiàn)在這個(gè)認(rèn)識的研究工作是全部生物學(xué)和生物化學(xué)中最令人難忘的成就之一。在這一工作上取得成就的人員名冊中包皮括著許多諾貝爾獎金獲得者。在四分之一世紀(jì)的時(shí)間內(nèi)，它憑靠著一些成為它的奠基石的更早期工作，一直在一步一步地不斷前進(jìn)著�，F(xiàn)在，幾乎在所有的細(xì)節(jié)方面都還有待深入。僅僅在最近十年內(nèi)，全部研究工作才形成了一個(gè)整體，這才使生物氧化作用變成了生物學(xué)家普通知識中的一部分。然而更重要的一個(gè)事實(shí)是，在1950年之前，具有基本訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)人員，甚至沒有機(jī)會去實(shí)際體會這一生物氧化作用破壞所引起的變化和危害的深刻重要性。
能量的產(chǎn)生并不是由任何專門化了的某一器官來完成的，而是由身體的所有細(xì)胞來完成的。一個(gè)活的細(xì)胞就像火焰一樣，通過燃燒燃料去產(chǎn)生生命所必需的能量。這一比喻的詩意雖好，但精確性不足，因?yàn)榧?xì)胞僅僅是在產(chǎn)生人體維持正常體溫所需適當(dāng)熱量的條件下完成它的“燃燒”的。于是，千千萬萬個(gè)這樣溫和地燃燒著的小小火焰產(chǎn)生出了生命所需的能量�；瘜W(xué)家尤金·拉賓諾維奇說：如果這些小火焰都停止了燃燒，那么“心臟再不能跳動、植物再不能抵抗重力向上長，變形蟲不再游泳，再沒有感覺能通過神經(jīng)奔跑，再沒有思想能在人的大腦中閃現(xiàn)。”在細(xì)胞中，物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量是一個(gè)川流不息的過程，是自然界更新循環(huán)之一，真像一個(gè)輪子不停地轉(zhuǎn)動著。以葡萄糖形式存在的糖燃料一粒兒一粒兒地、一個(gè)分子一個(gè)分子地填進(jìn)了這個(gè)輪子，在循環(huán)的過程中，這些燃料分子就經(jīng)歷了分解和一系列細(xì)微的化學(xué)變化。這些變化很有規(guī)律地一環(huán)扣一環(huán)地進(jìn)行著，每一環(huán)節(jié)都由一種具有專業(yè)化功能的酶支配和控制著，這種酶只干這一件事，其它什么都不管。在每一環(huán)節(jié)中部有能量產(chǎn)生和廢物(二氧化碳和水)排出，經(jīng)過變化了的燃料分子又被輸送到下一階段。當(dāng)這一轉(zhuǎn)動的輪子轉(zhuǎn)夠一圈時(shí)，燃料分子耗盡而進(jìn)入一種新狀態(tài)，在這種狀態(tài)中，它隨時(shí)可與新進(jìn)入的分子結(jié)合起來并重新開始這個(gè)循環(huán)。
這一過程是生命世界的奇跡之一。在這一過程中，細(xì)胞就像一個(gè)化學(xué)工廠一樣進(jìn)行生產(chǎn)活動。這真是一個(gè)奇跡，所有發(fā)揮作用的部分都是極小的，細(xì)胞本身幾乎都十分微小，只有借助于顯微鏡才能看到。更為甚者，氧化作用的大部分過程是在一個(gè)很小的空間內(nèi)完成的，即在細(xì)胞內(nèi)部被稱為線粒體的極小顆粒內(nèi)完成的。雖然人們知道這種線粒體已有60年之久，然而它們過去、一直被看成是起著未知的、可能不重要作用的細(xì)胞內(nèi)的組分而被忽視。僅僅在本世紀(jì)五十年代，對它們的研究才變成了一個(gè)激動人心而富有成果的科學(xué)領(lǐng)域；它們突然開始引起了巨大的注意，單單在這一課題內(nèi)，五年期間就出現(xiàn)了1000篇文章。
人類揭示了線粒體的奧秘，又一次表現(xiàn)出其卓越的創(chuàng)造才能和頑強(qiáng)的毅力。試想這樣一種極小的微粒，即使通過一個(gè)放大300倍的顯微鏡，也難以看到；但現(xiàn)在居然有這樣一種技術(shù)，用這種技術(shù)能將上述微粒與其它組分分離，并單獨(dú)取出它，并對它的組分進(jìn)行分析，還能確定這些組分的高度復(fù)雜的功能。這簡直是難以想象的。現(xiàn)在多虧有了電子顯微鏡，生物化學(xué)家技術(shù)提高，這項(xiàng)工作終于完成了。
現(xiàn)在已知，線粒體是一個(gè)極小的多種酶的包皮裹體，也是一種包皮括著對氧化循環(huán)所必需的所有酶的可變組合體，這些酶精確地和有序地被安排在線粒體的壁和間隔上。線粒體是一個(gè)“動力房”，大部分的能量產(chǎn)生的作用發(fā)生在這個(gè)動力房中。當(dāng)氧化作用的第一步和最初幾步在細(xì)胞漿中完成之后，燃料分子就被引入線粒體。氧化作用就在這兒，得以完成；大量的能量也就在這兒被釋放出來。
如果在線粒體中氧化作用的無休止轉(zhuǎn)動的輪子不是為了這一極為重要的目的而轉(zhuǎn)動的話，它就失去其全部意義了。在氧化循環(huán)每一階段中所產(chǎn)生的能量通常被生物化學(xué)家稱之為atp(三磷酸腺酐)，這是一個(gè)包皮括有三組磷酸鹽的分子。atp之所以能提供能量方面的作用是由于atp能夠?qū)⑺囊唤M磷酸鹽轉(zhuǎn)換為另一種物質(zhì)，在這一過程中電子來回傳遞隨之產(chǎn)生了鍵能。這樣，在一個(gè)肌肉細(xì)胞里，當(dāng)一組末端的磷酸鹽被輸送到收縮肌時(shí)，收縮所需的能量就產(chǎn)生出來了。所以產(chǎn)生了另外一種循環(huán)——一種循環(huán)中的循環(huán)，即atp的一個(gè)分子放出一組磷酸鹽僅保存二組，變成了二磷酸鹽分子adp；但是當(dāng)這個(gè)輪子更進(jìn)一步轉(zhuǎn)動時(shí)，另外一個(gè)磷酸鹽組又會被結(jié)合進(jìn)來，于是強(qiáng)有力的atp又得以恢復(fù)。這就如同我們所使用的蓄電池一樣，atp代表充電的電池，adp代表放電的電池。
atp是萬物皆有的能量傳遞者，從微生物到人，在所有的生物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)有atp，它為肌肉細(xì)胞提供機(jī)械能，為神經(jīng)細(xì)胞提供電能。精液細(xì)胞、準(zhǔn)備進(jìn)人急劇活動狀態(tài)的受精卵(這種活動將使受精卵發(fā)展成為一只青蛙、一只鳥或一個(gè)嬰兒)、能夠產(chǎn)生激素的細(xì)胞等，所有這一切都是由atp提供能量的。atp的少部分能量用在了線粒體內(nèi)部，而大部分能量立即被釋放到細(xì)胞中，為細(xì)胞的其他各種活動提供能量。在某些細(xì)胞中，線粒體的位置很有利于它們功能的發(fā)揮，因?yàn)樗鼈兊奈恢媚軌蚴沟媚芰烤_地傳送到需要它的各個(gè)地方。在肌肉細(xì)胞中，它們成群地環(huán)繞在收縮肌纖維周圍；在神經(jīng)細(xì)胞中，它們被發(fā)現(xiàn)位于與其它細(xì)胞的鄰接處為興奮脈沖的傳遞提供能量；在精子細(xì)胞中，它們集中在推進(jìn)尾與頭部連結(jié)的地方。
給atp一adp電池充電的過程，就是氧化作用中的偶合過程：在這個(gè)電池中adp和自由態(tài)的磷酸鹽組又被結(jié)合成為atp，這一個(gè)緊密的結(jié)合就是人們所叫作的偶合磷酸化作用。如果這一結(jié)合變?yōu)榉桥己闲缘模@就意味著失去了可用來供給的能量，這時(shí)，呼吸還在進(jìn)行，然而卻沒有能量產(chǎn)生，細(xì)胞變成了一個(gè)空轉(zhuǎn)馬達(dá)，發(fā)熱而不產(chǎn)生功能。那時(shí)肌肉就不能收縮了；脈沖也不能夠沿著神經(jīng)通道奔跑了；那時(shí)精子也不能運(yùn)動到它的目的地了；受精卵也不能將它的復(fù)雜分化和它煞費(fèi)苦心的作品完成。非偶合化的結(jié)果可能對從胚胎到人的所有的有機(jī)體都是一個(gè)真正的災(zāi)難，有時(shí)它可能導(dǎo)致組織，甚至整個(gè)有機(jī)體的死亡。
非偶合化是怎樣發(fā)生的呢？放射性是一個(gè)偶合作用的破壞者。有些人認(rèn)為曾暴露于放射線中的細(xì)胞的死亡就是由于偶合作用破壞造成的。不幸的是，大量的化學(xué)物質(zhì)也具有這種阻斷產(chǎn)生能量的氧化作用的能力，而殺蟲劑和除草劑都是這類化學(xué)物質(zhì)的典型代表。據(jù)我們所知，苯酚對新陳代謝具有強(qiáng)烈作用，它所引起的體溫升高具有潛在性的致命危險(xiǎn)；這種情況是由非偶合作用的結(jié)果——“空轉(zhuǎn)馬達(dá)”所引起的。二硝基苯酚和五氯苯酚是這類被廣泛用作除草劑的化學(xué)物質(zhì)的例子。在除草劑中，另外一個(gè)偶合作用的破壞者是2·4－d。在氯化烴類中，ddt是一個(gè)已被證實(shí)的偶合作用破壞者，如果進(jìn)一步研究的話，將可能在這類物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)另外的破壞者。
不過非偶合作用并不是撲滅體內(nèi)千百萬個(gè)細(xì)胞的小火焰的唯一原因。我們已經(jīng)知道，氧化作用的每一步都是在一種特定的酶的支配和促進(jìn)下進(jìn)行的。當(dāng)這些酶中的任何酶——甚至是單獨(dú)的一種酶被破壞或被削弱時(shí)，細(xì)胞中的氧化循環(huán)就要停止。不管哪種酶受到影響，其后果都是一樣。處在循環(huán)中的氧化過程正象是一只轉(zhuǎn)動的輪子，如果我們將一個(gè)鐵棍插入這個(gè)輪子的輻條中間，不管我們具體插在那兩根輻條之間，所造成的結(jié)果都是一樣。同樣的原因，如果我們破壞了在這一循環(huán)中任何一點(diǎn)上起作用的一種酶，氧化作用就要停息了。那時(shí)就再沒有能量產(chǎn)生出來，其最終結(jié)果與非偶合作用非常相似。
許多通常用作殺蟲劑的化學(xué)物質(zhì)就是這種破壞氧化作用轉(zhuǎn)輪的鐵棍子。ddt、甲氧氯、馬拉硫磷、吩噻嗪和各種各樣的二硝基化合物都屬于那些能妨礙與氧化作用循環(huán)有關(guān)的一種或多種酶的殺蟲劑，正大量使用著。它們就這樣作為一種潛在作用而出現(xiàn)了。它們能夠阻止能量產(chǎn)生的整個(gè)過程，并剝奪細(xì)胞中的可用氧。這一危害會帶來大量災(zāi)害性的后果，在這兒只能提及其中很小的一部分。
實(shí)驗(yàn)人員僅僅依靠系統(tǒng)地抑制氧供應(yīng)，他們就能將正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化成為癌細(xì)胞，我們將在下一章看到這部分內(nèi)容。從正在發(fā)育的胚胎的動物實(shí)驗(yàn)中可以看出來剝奪細(xì)胞中的氧所造成的其它激烈后果的一些線索。由于缺氧，組織生長和器官發(fā)育的那些有規(guī)律的過程就被破壞了；畸形和其它變態(tài)隨之發(fā)生。如果人類的胚胎發(fā)生缺氧，它就會發(fā)育成先天畸形。
存在著一些跡象說明這類災(zāi)難的增加現(xiàn)在正為人們所注意，雖然沒有人期望發(fā)現(xiàn)其全部原因。作為那個(gè)時(shí)期更加不愉快的兇兆之一是，人口統(tǒng)計(jì)辦公室于1961年發(fā)起了一項(xiàng)全國出生兒畸形填表調(diào)查，調(diào)查表上附帶著一個(gè)說明，說明這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果提供了必要的事實(shí)來闡明先天畸形的發(fā)生范圍和產(chǎn)生它們的環(huán)境。這方面的一些研究毫無疑問大部分要涉及到測定放射性影響，不過也不應(yīng)忽視許多化學(xué)藥物可與放射性產(chǎn)生同樣的影響。人口統(tǒng)計(jì)辦公室冷酷地預(yù)料到，將會在未來的孩子們身上出現(xiàn)的一些缺陷和畸形幾乎肯定是由那些滲入我們外部世界和體內(nèi)世界的化學(xué)藥物所造成。
情況很可能是，關(guān)于生殖作用衰退的一些癥狀也是與生物氧化作用的紊亂聯(lián)系在一起的，并且與極重要的atp儲存的耗盡有關(guān)。甚至在受精之前，卵子就需要大量地被供給atp，以準(zhǔn)備好去作出那種巨大的努力和付出巨大的能量消耗，一旦精子進(jìn)入卵子和受精作用發(fā)生后，就必須要消耗大量的能量。精子細(xì)胞是否能夠到達(dá)和進(jìn)人卵子將取決于本身的atp供應(yīng)，這些atp產(chǎn)生于集中在精子頸部的線粒體中。一旦受精過程完成，細(xì)胞的分裂就開始了，以atp形式供給的能量將在很大程度上決定著胚胎的發(fā)育是否能繼續(xù)進(jìn)行直到完成。胚胎學(xué)家研究了一些他們最容易得到的材料——青蛙、和海膽的受精卵，發(fā)現(xiàn)如果atp的含量減少到一定的極限值之下，這些卵子即停止分裂，并很快死亡。
從胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)室到蘋果樹之間并非沒有聯(lián)系，在這些蘋果樹上的知更鳥窩里保存著它的藍(lán)綠色的全部鳥蛋，不過這些蛋冰涼地躺在那兒，生命之火閃爍了幾天之后現(xiàn)在已經(jīng)熄滅了。另外在高高的佛羅里達(dá)松樹頂部，那兒有一大堆整齊安放的樹枝和木棍，在這個(gè)窩里盛著三個(gè)大的白色的蛋，這些蛋也是冰涼而無生命的。為什么知更鳥和鷹不去孵蛋呢？這些鳥蛋是否也像那些實(shí)驗(yàn)室中的青蛙卵一樣僅僅由于缺少普通的能量傳遞物——atp分子而停止發(fā)育了呢？atp缺乏的原因是不是由于下述原因造成的呢？在親鳥體內(nèi)和那些蛋中已經(jīng)貯存了一定量的農(nóng)藥，足以使供給能量所依賴的氧化作用的小輪停止轉(zhuǎn)動。
不必再去猜測殺蟲劑是否已在鳥蛋中積累了，很明顯，檢查這些鳥蛋比觀察哺乳動物的卵細(xì)胞要容易一些，不管這些鳥蛋是在實(shí)驗(yàn)室條件下還是在野外得到的，只要在鳥蛋中檢查出這些農(nóng)藥，就能夠發(fā)現(xiàn)ddt和其它烴類有大量積累，并且濃度很大。在加利福尼亞州進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的雉蛋中含有百萬分之三百四十九的ddt。在密執(zhí)安州，從死于ddt中毒的知更鳥輸卵管中取出的蛋內(nèi)含ddt的濃度超過百萬分之二百。由于老知更鳥中毒死亡而遺留在鳥窩中的無人關(guān)心的蛋中也含有ddt。遭到鄰近農(nóng)場使用的艾氏劑中毒的小雞也將這些化學(xué)物質(zhì)傳給了它們的蛋，以母雞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，喂以ddt，下出來的蛋含有百萬分之六十五之多的ddt。
當(dāng)我們知道了ddt和其它的(也許是所有的)氯化烴通過鈍化一種特定的酶或通過破壞產(chǎn)生能量的偶合作用而能夠中斷產(chǎn)生能量的循環(huán)時(shí)，我們很難想像，任何一個(gè)含有大量殘毒的鳥蛋怎么能夠完成其發(fā)育的復(fù)雜過程：細(xì)胞的無限多次分裂、組織和器官的精心構(gòu)成、合成最關(guān)鍵的物質(zhì)以最后形成一個(gè)活生生的生命。所有這一切都需要大量的能量——即需要由靠著新陳代謝循環(huán)的不斷進(jìn)行而產(chǎn)生atp的線粒體小囊。
沒有理由去假定這些災(zāi)難性事件僅僅局限于鳥類，atp是能量的普遍傳遞者，產(chǎn)生atp的新陳代謝循環(huán)無論是在鳥類或在細(xì)菌體內(nèi)，無論是在人體或老鼠體內(nèi)，它都有著同一效果。因此殺蟲劑在任何生物的胚胎細(xì)胞中積累的事實(shí)將同樣有害于我們，它意味著對人類也有相當(dāng)?shù)挠绊憽?/p>
這些化學(xué)藥物進(jìn)入了產(chǎn)生胚胎細(xì)胞的組織中也就意味著同樣進(jìn)入了胚胎細(xì)胞本身。在人工控制條件下的雉、老鼠和豚鼠中，在為消滅榆樹病害而噴撒過藥的區(qū)域的知更鳥中，在活躍在為消滅扒針樹花蕾蠕蟲而撒過藥的西部森林中的鹿體內(nèi)，在各種鳥和哺乳動物的生殖器官中都已發(fā)現(xiàn)了殺蟲劑的積累。在一只知更鳥中，ddt在睪丸中的含量高于體內(nèi)其他任何部分；雉也在其睪丸中積累了大量的ddt，超過百萬分之一千五百。
在實(shí)驗(yàn)的哺乳動物中，可能作為這種ddt在生殖器官中積累的后果之一是觀察到了睪丸的萎縮。在甲氧氯中最露過的小老鼠，其睪丸異乎尋常的小。當(dāng)一個(gè)小公雞被飼以ddt時(shí)，其睪丸只有正常大小的18%，依靠睪丸激素而發(fā)育的雞冠和垂肉只有正常大小的三分之一。
精子本身也會受到atp缺少的明顯影響。實(shí)驗(yàn)表明，雄性的精子的活動能力由于食入二硝基苯酚而衰退，因?yàn)樗茐哪芰颗己蠙C(jī)制，并不可避免地帶來能量供應(yīng)減小。其它已研究過的化學(xué)物質(zhì)也發(fā)現(xiàn)有同樣作用。這些對人類可能帶來影響的跡象可以在古時(shí)候的醫(yī)學(xué)報(bào)告中、或在精子產(chǎn)生的衰減中、或在噴撒ddt的農(nóng)業(yè)航空噴霧器中都已被看到了。
對于作為一個(gè)整體的人類來說，比個(gè)體生命更加無限寶貴的財(cái)富是我們先天所具有的遺傳物質(zhì)，這是我們聯(lián)系過去和未來的紐帶。通過漫長的進(jìn)化時(shí)期的演變，我們的基因不僅把我們?nèi)祟愒炀统涩F(xiàn)在這個(gè)樣子，而且將兇吉未來掌握在它們微小的形體之內(nèi)。然而在當(dāng)前，人為因素所引起的危害已成為我們時(shí)代的一種威脅，“這是對人類文明的最后的和最大的危險(xiǎn)”。
化學(xué)藥物和放射作用又一次表現(xiàn)出了它們嚴(yán)格的而又不可避免的相似。
放射性襲擊使得活體細(xì)胞遭受到各種傷害，它的正常分裂能力可能被破壞，它的染色體結(jié)構(gòu)可能被改變，或者帶有遺傳物質(zhì)的基因可能經(jīng)歷被稱之為“突變”的突然變化，這種突變將使細(xì)胞在其后代中產(chǎn)生新的特征。如果細(xì)胞是極為敏感的，那么這些細(xì)胞可能即刻被殺死；否則，這種細(xì)胞會在多年時(shí)間過去以后最終變成惡性細(xì)胞。
這些放射性作用的危害結(jié)果在用大量被稱為似放射性或似放射作用化學(xué)物質(zhì)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究中已被再現(xiàn)。許多被用作農(nóng)藥、除草劑或殺蟲劑的化學(xué)物質(zhì)都屬于這一類物質(zhì)，它們具有破壞染色體的能力，干擾正常的細(xì)胞分裂，或者引起細(xì)胞突變。這些對遺傳物質(zhì)的傷害能夠?qū)е卤┞队谵r(nóng)藥的個(gè)體生物患病，也可以以其作用影響后代。
僅僅在幾十年之前，還沒有人知道放射性的這些作用，也沒有人知道這些化學(xué)物質(zhì)的作用；在那些日子里，原子還未曾被分離出來，可以摹仿放射作用的化學(xué)物質(zhì)幾乎還沒有從化學(xué)家的試管里孕育出來。然而到了1927年，得克薩斯大學(xué)動物學(xué)教授h·j·穆勒博士發(fā)現(xiàn)將一個(gè)有機(jī)體暴露于x－射線中，它就能在以后的幾代中發(fā)生突變。隨著穆勒的這一發(fā)現(xiàn)，一個(gè)科學(xué)和醫(yī)學(xué)知識的新領(lǐng)域就被打開了。穆勒以后由于他的成就而獲得了醫(yī)學(xué)諾貝爾獎金。后來，這個(gè)世界很快就與那種引起糾紛的灰色降塵打交道了，在這個(gè)世界上，即使不是一個(gè)科學(xué)家現(xiàn)在也知道放射性的潛在危害了。
盡管很少有人注意，在四十年代初還有一個(gè)隨之而來的發(fā)現(xiàn)。在愛丁堡大學(xué)，卡路特·奧伯契和威廉·羅伯遜在芥子氣的研究中，發(fā)現(xiàn)這種化學(xué)物質(zhì)造成了染色體的永久性變態(tài)，這種變態(tài)與放射性所造成的變態(tài)無法區(qū)別。用果蠅來作實(shí)驗(yàn)(穆勒也曾用這種生物進(jìn)行他的x─射線影響的早期研究)，芥子氣也引起了這種果蠅的突變。這樣，第一種化學(xué)致變物就被發(fā)現(xiàn)了。
現(xiàn)在與芥子氣具有同樣致變作用時(shí)化學(xué)物質(zhì)已有了一個(gè)很長的名單，這些化學(xué)物已知能改變動物和植物的遺傳物質(zhì)。為了了解化學(xué)物質(zhì)為何能夠改變遺傳過程，我們必須首先了解當(dāng)生命處于活的細(xì)胞階段時(shí)的基礎(chǔ)演變。如果身體要生長，如果生命的源流要一代一代地傳下去的話，那么組成體內(nèi)組織和器官的細(xì)胞就必須具有不斷增殖的能力。這種作用是借助于細(xì)胞的有絲分裂或核分化過程來完成的。在一個(gè)即將分裂的細(xì)胞中，具有重要性的變化首先發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，最后擴(kuò)展到整個(gè)細(xì)胞。在細(xì)胞核內(nèi)，染色體發(fā)生了奇妙地移動和分裂，以便本身排列成為老的式樣，這種老的式樣可以將遺傳的決定因素——基因傳遞給子代細(xì)胞。通過這種方式，每一個(gè)新的細(xì)胞都將含有一整套染色體，而所有的遺傳信息密碼就編排在染色體中。借助于這種方式，生物的種屬的完整性就被保留下來了；借助于這種方式，龍生龍，鳳生鳳，老鼠兒子會打洞。
一種特殊類型的細(xì)胞分裂發(fā)生在胚胎細(xì)胞的形成過程中。因?yàn)閷σ欢ǚN類的生物來說其染色體數(shù)目是一個(gè)常數(shù)，所以結(jié)合形成一個(gè)新個(gè)體的卵子和精子只能帶著一半數(shù)目的染色體進(jìn)入新的結(jié)合體中。這一過程借助于染色體行為的變化極為精確地得以完成，這一染色體變化發(fā)生于產(chǎn)生新細(xì)胞的分裂作用過程中。在這時(shí)，染色體自身并不分裂，而是由每對染色體中分離出的一個(gè)染色體完整地進(jìn)人每一個(gè)子體細(xì)胞。
整個(gè)生命發(fā)展的關(guān)鍵就被揭示于一個(gè)細(xì)胞中。細(xì)胞分裂的過程對于地球上所有的生命來說都是一樣的；無論是人還是變形蟲，無論是巨大的水杉還是極小的酵母細(xì)胞，如果沒有了這種細(xì)胞分裂作用，便都不再能夠存在了。因而，任何妨害細(xì)胞有絲分裂的因素都對有機(jī)體的興旺發(fā)展及其后代是一個(gè)嚴(yán)重威脅。
“諸如象有維分裂這樣一些細(xì)胞組織的主要特征已存在了五億年之久，也許近于十億年，”喬治·蓋勞德·西蒙森和他的同事彼譚德萊、蒂范尼在他們的內(nèi)容廣博的名為《生命》的一書中寫道：“從這個(gè)意義上來看，生命世界雖然肯定是虛弱和復(fù)雜的，但是它在時(shí)間上已是難以置信的經(jīng)久——甚至比山脈還要經(jīng)久。這種經(jīng)久性完全是依靠著幾乎難以置信的精確性——遺傳信息帶著這種精確性由一代復(fù)現(xiàn)著一代。”
不過在這千百萬年全部過程中，這種“難以置信的精確性”從未遭受過像二十世紀(jì)中期由人造放射性、人造及人類散布的化學(xué)物質(zhì)所帶來的如此直接和巨大的威脅的打擊。一個(gè)卓越的澳大利亞醫(yī)生、諾貝爾獎金獲得者麥克華倫·勃乃特先生認(rèn)為上述情況是我們時(shí)代的“最有意義的醫(yī)學(xué)特征之一，作為越來越有效的治病手段的、但生命卻末曾經(jīng)驗(yàn)過的化學(xué)藥物的生產(chǎn)的一個(gè)副產(chǎn)品，是使保護(hù)人體內(nèi)部器官免受改變因素危害的整個(gè)屏障作用已經(jīng)越來越頻繁地被突破。”
人類染色體的研究還處于早期階段，所以只是在最近才有可能去研究環(huán)境因素對染色體的作用。直到1956年由于新的技術(shù)的出現(xiàn)才使得精確確定人類細(xì)胞中染色體的數(shù)目——46個(gè)成為可能，并且使如此細(xì)致地觀察它們成為可能，這種觀察可以使整個(gè)染色體或部分染色體的存在與否被檢查出來。由環(huán)境中某些因素而引起的遺傳危害的整個(gè)概念相對是比較新的，并且除了遺傳學(xué)家之外，它很少能夠被人們所理解，所以這些遺傳學(xué)家的意見難得被人們所采納。以各種形式出現(xiàn)的放射性危害現(xiàn)在已經(jīng)令人信服地被充分理解了，——雖然有時(shí)在一些意外的場合下還被否認(rèn)。穆勒博士常常感到惋惜的是“不僅有這樣多的政府部門的政策制定者，而且有這么多的醫(yī)學(xué)專業(yè)人員拒絕接受遺傳原則”�；瘜W(xué)物質(zhì)可以起到與放射性同樣作用的這一事實(shí)現(xiàn)在幾乎沒有被公眾所知曉，同樣也沒有被大部分醫(yī)學(xué)工作者和科學(xué)工作者所了解。由于這種原因，一般所應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)(更確切來說是實(shí)驗(yàn)室中的化學(xué)物質(zhì))的作用至今尚未得到評價(jià)，但對于這些作用作出評價(jià)是極為重要的。
在對這種潛在危險(xiǎn)作出估計(jì)方面，麥克華倫先生并不是孤立的。一位英國杰出的權(quán)威皮特·亞歷山大博士曾說過：“與放射性有類似作用的化學(xué)物質(zhì)可以代表著比放射性更大的危險(xiǎn)。”穆勒博士根據(jù)幾十年來在基因方面的杰出研究所提出的遠(yuǎn)景警告說：各種化學(xué)物質(zhì)(包皮括以農(nóng)藥為代表的那些物質(zhì))“能夠提高突變的頻率像由放射性引起的一樣多……在人們暴露于不尋常的化學(xué)物質(zhì)的現(xiàn)代情況下，我們的基因遭受這樣的致變物的影響已達(dá)到了相當(dāng)程度，然而我們至今對這個(gè)程度幾乎還一無所知。”
對化學(xué)致變物問題的普遍忽視也許是由于這樣一個(gè)事實(shí)，即最初發(fā)現(xiàn)化學(xué)致變物僅僅是出于學(xué)術(shù)上的興趣。氮芥子氣始終沒有從空中噴撒向整個(gè)人群；它的使用是被掌握在實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家或生理學(xué)家的手中，他們將它用于癌癥治療。(用這種方法治療染色體破壞的病人的例子已于最近被報(bào)道)但是殺蟲劑和除草劑已經(jīng)在與大量人群密切接觸了。
只要對該問題稍加注意，就可以收集到一定數(shù)量有關(guān)農(nóng)藥的專門資料，這些資料顯示出這些農(nóng)藥以多種方式妨害著細(xì)胞的重要過程——從微小的染色體損傷到基因突變；并且?guī)韺?dǎo)致最后惡變?yōu)碾y的后果。
幾代暴露于ddt的蚊子已轉(zhuǎn)變成為一種被稱為雄雌同體的奇怪生物——它是半雄半雌的。
被多種苯酚處理過的植物的染色體遭到了嚴(yán)重毀壞，基因發(fā)生變化，出現(xiàn)大量的突變和“不可逆的遺傳改變”。當(dāng)遭受苯酚作用后，突變在遺傳實(shí)驗(yàn)學(xué)的經(jīng)典材料——果蠅身上也發(fā)生了；這些果蠅發(fā)生了如此危險(xiǎn)的突變，就如同它們被暴露于一種普通的除草劑或尿烷中一樣，達(dá)到了致死的程度。尿烷屬于被稱為氨基甲酸酯的那類化學(xué)物質(zhì)，從這類化學(xué)物質(zhì)中正在涌現(xiàn)出日益增多的殺蟲劑和其他農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)。有兩種氨基甲酸酯已被實(shí)際用于防止儲藏中的馬鈴薯發(fā)芽，——確切來說是因?yàn)樗鼈冎袛嗔思?xì)胞的分裂作用，這一點(diǎn)已被證實(shí)。其中之一的馬來酰肼估計(jì)是一種強(qiáng)大的致變物。
經(jīng)六氯聯(lián)苯(bhc)或高丙體六六六處理過的植物會變得奇形怪狀，在它們的根部帶有像腫瘤一樣的塊狀突起物。它們的細(xì)胞的體積變大了，這是由于染色體數(shù)目的倍增而腫大起來的。這種染色體的倍增現(xiàn)象在未來的細(xì)胞分裂中將一直繼續(xù)進(jìn)行下去，直到細(xì)胞的分裂由于體積過大而不得不停止時(shí)為止。
除草劑2·4一d也能在經(jīng)受處理的植物中產(chǎn)生腫塊，使染色體變短、變厚，并聚積在一起。細(xì)胞的分裂被嚴(yán)重地阻滯了。這種總影響被認(rèn)為與x－射線所產(chǎn)生的影響十分相似。
這不過只是一點(diǎn)點(diǎn)說明，還可以引證更多的情況。至今還沒有開展旨在檢驗(yàn)農(nóng)藥這種致變作用的廣泛研究。上述被引證的事實(shí)都是細(xì)胞生理學(xué)或遺傳學(xué)研究的副產(chǎn)品，直接針對這個(gè)問題進(jìn)行研究已是迫不及待的了。
一些愿意承認(rèn)環(huán)境放射性對人體存在潛在影響的科學(xué)家卻在懷疑致變性化學(xué)物質(zhì)是否同樣也具有這種作用。他們引證了大量有關(guān)放射性侵入機(jī)體能力的事實(shí)，然而卻懷疑化學(xué)物質(zhì)能否達(dá)到胚胎細(xì)胞。我們又再一次被這樣一個(gè)事實(shí)所阻攔，即對這一人體內(nèi)的問題，我們幾乎沒有多少直接的證據(jù)。然而，在鳥類和哺乳動物的生殖器官和胚胎細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有大量ddt積累的現(xiàn)象是一個(gè)有力的證據(jù)，至少說明氯化烴不僅廣泛地分布于生物體內(nèi)，而且已與遺傳物質(zhì)相接觸。賓夕法尼亞州立大學(xué)的d·e·戴維斯教授最近已發(fā)現(xiàn)，能夠阻止細(xì)胞分裂和有限地用于癌癥治療的烈性化學(xué)物質(zhì)也能引起鳥類的不孕。即使達(dá)不到致死的水平，這種化學(xué)藥物也能夠中止生殖器官中的細(xì)胞分裂。大衛(wèi)教授己經(jīng)成功地進(jìn)行了野外實(shí)驗(yàn)。然而，很明顯，幾乎沒有什么理由能使人們希望和相信各種生物生殖器官能夠避免環(huán)境中各種各樣化學(xué)物質(zhì)的侵害。
最近在染色體變態(tài)領(lǐng)域中所取得的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)是非常令人感興趣的和意義深遠(yuǎn)的。在1959年，一些英國和法國的研究小組發(fā)現(xiàn)他們各自獨(dú)立進(jìn)行的研究得出了一個(gè)共同的結(jié)論，即一些人類疾病的發(fā)生是由于正常染色體數(shù)目遭到破壞。在這些人所研究的某些疾病和變態(tài)中，染色體的數(shù)目與正常值不一致。這一情況解釋了為什么現(xiàn)在己經(jīng)知道所有典型的蒙吉型畸形病人都有一個(gè)多余的染色體。有時(shí)這個(gè)多余的染色體是附著在另外的染色體上，所以染色體數(shù)目仍保持正常的46個(gè)。然而一般的規(guī)律是，這一個(gè)多余的染色體獨(dú)立存在，從而使染色體的數(shù)字達(dá)到47個(gè)。這些病人缺陷發(fā)生的原始原因肯定來自前一代。
看來，對于患有慢性白血球增多癥的某些病人(不管是美國的還是英國的)來說，起作用的是另外一種機(jī)制。在一些血液細(xì)胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了同樣的染色體變態(tài)。這個(gè)變態(tài)包皮括著染色體的部分殘缺。在這些病人的皮膚細(xì)胞中，染色體數(shù)目是正常的。這個(gè)結(jié)果表明，染色體的殘缺并不是發(fā)生在形成了這些生物體的胚胎細(xì)胞中，而是僅僅出現(xiàn)在某些特定的細(xì)胞中，(在這個(gè)例子中，最先遭害的是血液細(xì)胞)這個(gè)危害是在生物體本身的生活過程中發(fā)生的。一個(gè)染色體的殘缺可能會使它們喪失指揮正常行為的“指令”功能。
自從打開這個(gè)新領(lǐng)域之后，與染色體破壞有關(guān)的身體發(fā)生缺陷的種類和數(shù)量以一個(gè)驚人速度在迅速增長，至今已超出醫(yī)學(xué)研究的范疇。僅知有一種叫做克蘭弗特病的并發(fā)癥是與一種性染色體的倍增有關(guān)。產(chǎn)生此病的生物是雄性的，不過，因?yàn)樗鼛в袃蓚�(gè)x染色體(染色體變成xxy型，而不是正常的雄性染色體xy型)，它就變得有些不正常了。身長極高和精神缺陷通常與在這種情況下所發(fā)生的不孕癥相伴隨。相反，僅僅得到一個(gè)性染色體(即xo型，而不是xx型或xy型)的生物體實(shí)際上是雌性的，不過缺少許多第二副性征。這種情況常伴隨著各種生理的(而且有時(shí)還有精神的)缺陷而出現(xiàn)，當(dāng)然其原因是x染色體帶有各種特征的基因。這就是所謂的反轉(zhuǎn)并發(fā)癥。在這些病被揭曉之前，這些情況已早在醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中有描述了。
在關(guān)于染色體變態(tài)的，課題上的、大量研究工作已由許多國家的工作者所完成。由哥勞斯.伯托博士所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)威斯康星州大學(xué)的研究組一直在研究各種先天性變態(tài)，這些先天性變態(tài)通常包皮括著智力發(fā)育遲緩，看來，這是由于一個(gè)染色體的部分倍增而引起的，仿佛是在一個(gè)胚胎細(xì)胞形成的時(shí)候，一個(gè)染色體被打碎了，而其碎片未能適當(dāng)?shù)刂匦路峙�。趙種不幸可能會干擾胎兒的正常發(fā)育。
根據(jù)現(xiàn)有知識，一個(gè)完全多余的人體染色體的出現(xiàn)通常是致命的，它能阻止胎兒的生存。在這種情況下已知只有三種方式可以使胎兒繼續(xù)生存，蒙古型畸形病當(dāng)然是其中之一；另外，一個(gè)多余的附加染色體碎片的存在雖然會造成嚴(yán)重傷害，但不一定是致命的，根據(jù)威斯康星州研究者們的看法，這種情況可以很好地解釋至今尚未被查清的一些病例的本質(zhì)原因，在這些病例中，一個(gè)兒童帶著復(fù)合的缺陷出生，這些缺陷通常包皮括著智力發(fā)育遲緩。
到目前為止，科學(xué)家一直都是在關(guān)心與疾病和缺陷發(fā)育有關(guān)的染色體變態(tài)的鑒定工作，而不怎么深究其原因，這是研究工作的一個(gè)新課題。假定認(rèn)為在細(xì)胞分裂過程中引起染色體古怪行為的染色體損傷應(yīng)該由某個(gè)單獨(dú)的因素來負(fù)責(zé)，這種想法是不妥的。然而，我們難道能夠無視這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)嗎？——我們現(xiàn)在正使化學(xué)物質(zhì)充滿我們的環(huán)境，這些化學(xué)物質(zhì)有能力直接打擊染色體，并以精確的方式影響染色體，造成上述情況。為了得到一個(gè)不生芽的土豆或一個(gè)沒有蚊子的院落，難道我們付出這樣的代價(jià)不是過高了嗎？
如果我們愿意的話，我們是能夠減少對我們基因天性的這種威脅的；這種基因經(jīng)過了約20億年的活原生質(zhì)的進(jìn)化和選擇之后，方才進(jìn)入我們身體，這種基因僅在目前暫時(shí)屬于我們，以后我們必將把它傳給后代。我們現(xiàn)在竟不能保護(hù)基因的完整性。雖然化學(xué)物質(zhì)的制造者們根據(jù)法律要求檢驗(yàn)了他們產(chǎn)品的毒性，但是，法律卻沒有要求他們?nèi)z驗(yàn)這些化學(xué)物質(zhì)對基因的確切影響，所以他們實(shí)際上也沒有這樣去做。
