什么是生物技术

什么是生物技术

什么是现代生物技术? 现代生物技术的兴起始于本世纪70年代，如今已经成为高技术群体中一支绚丽的奇葩。这门技术具有鲜明的军、民两用性，应用潜力十分广泛。它既可以为解决人类面临的食品、健康、能源、环境等问题提供新的手段，又可以为大幅度提高部队的作战效能和生存能力开辟新的途径。现代生物技术的深入发展和广泛应用、是本世纪继计算机技术革命之后又一次重要的技术革命，是现代军事技术革命的生力军。基本含义现代生物技术是以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术。这门技术内涵十分丰富它涉及到：对生物的遗传基因进行改造或重组，并使重组基因在细胞内表达，产生人类需要的新物质的基因技术（如“克隆技术”）；从简单普通的原料出发，设计最佳路线，选择适当的酶，合成所需功能产品的生物分子工程技术：利用生物细胞大量加工、制造产品的生物生产技术（如发酵）；将生物分子与电子、光学或机械系统连接起来，并把生物分子捕获的信息放大、传递。转换成为光。电或机械信息的生物耦合技术；在纳米（即百万分之一毫米）尺度上研究生物大分子精细结构及其与功能的关系。并对其结构进行改造利用它们组装分子设备的纳米生物技术：模拟生物或生物系统。组织、器官功能结构的仿生技术等等。独特的优点——生产原料简单。生物在进行合成代谢时，大都以随手可得的物质（如空气、水、植物和矿物质等）为原料，以阳光等为能源，不仅原料成本低，而且取之不尽。——安全、可靠性高。典型的生物化学反应都是在酶的催化作用下进行的，要求输入的能量少，反应条件缓和，工艺和设备简单，操作安全性好。生物系统在合成物质时，先把脱氧核糖核酸遗传信息转录给核糖核酸，然后以核糖核酸为模板进行合成。该过程虽然很复杂，但出错机率极小，且无副产品。更重要的是，生物系统能自动发现并纠正错误，进行自动化合成生产，生产可靠性高。——产品具有特殊的活性。生物分子通常具有复杂的精细结构，这种结构往往会赋予生物分子特殊的活性，即所谓“生物特异功能”，例如准确、敏感的识别能力，高效的搜索能力，牢固的粘结性能等等。在用基因技术对其控制基因进行改良后，这些性能还将大大增强。——系统结构紧凑。生物系统中的信息码、模块、制造组装机构都是在分子水平以完美方式自组装起来的。这就使生物系统（如眼球、大脑等）比类似功能的人造电子、光学或机械系统要紧凑得多。如果能运用生物耦合技术把一些生物系统与设计的装置耦合起来，或者利用纳米生物技术、自组装技术将它们制造出来，那么设备的尺寸就可能减少很多。——有利于提高或扩展人类的能力。运用生物医学可提高人类对疾病的治疗效果和抗病能力；通过人脑与设备的耦合可扩展人类的能力，减小人机界面的操作难度。军事应用80年代以来，美国等一些发达国家开始大力研究和发展军事生物技术，以期满足军事上对许多先进能力的需要。目前正在研究或已预见到的军事应用主要有——在信息探测方面：利用酶、抗体、细胞等制造具有识别功能的生物传感器，不仅能准确地识别各种生、化战剂，通过与计算机配合及时提出最佳防护和治疗方案、而且还可用于探测炸药、火箭推进剂的挥发降解情况，确定敌方库存地雷。炮弹、炸弹、导弹等的数量和位置。利用仿生技术制造的各种信息收集系统，可以大幅度提高探测、监视和导航能力。仿视觉探测器的电子蛙眼雷达能快速识别不同形状的飞机。舰艇。导弹等运动物体，并能根据飞行特点，识别真假导弹；“蝇眼”相机一次能拍下1000多张照片，分辨率高达每厘米4000线，成为有效的侦察工具；模拟狗、猫头鹰等动物夜视功能的装置，能搜索到微光下地面或空中目标。科学家们根据“蛇眼”红外线定位原理研制了红外制导的空空导弹，现在人们又根据蝙蝠抗干扰能力强的原理研制出新颖的蝙蝠式抗干扰超精密全敏雷达。根据狗鼻子机理制成的仿嗅觉传感器“电子犬”，能测定仅千万分之一的过氧乙烯毒气；根据苍蝇的触角上非常灵敏的嗅觉感觉器，制造出了嗅觉敏感的探测装置。值得重视的是，上面所例举的一些已制造出来的仿生探测器大都还是被动的仿生装置。随着生物技术的发展，在彻底弄清生物系统的工作原理后，通过基因技术、生物分子工程技术对生物分子的改造，运用生物分子电子技术等主动仿生学方法，一定能制出功能优于生物结构更紧凑，体积更小的各种信息探测装置。美国、日本、欧洲、俄罗斯现正在努力向主动仿生技术发展。在信息处理方面：研究表明，以蛋白质分子做材料制造的生物计算机，不仅体积小、重量轻。能耗小、环境适应性强。运算速度和储存能力比现有计算机要高出数亿倍，而且具有和人脑一样的分析。判断。联想、记忆等智能。它的研制成功必将使军事情报的获取。处理发生质的变化。美国。日本、欧洲和俄罗斯早就看好这一领域。在过去10年，他们已研究出了蛋白质并行处理器及神经网络等原型器件，有些器件已在军事上得到了应用，例如俄罗斯有的军用雷达就使用了细菌视紫红蛋白质处理器。据估计美国在3—5年内能大批量生产这种计算机，且造价比半导体计算机要低，因为它所需的生物材料可利用通过基因技术改造的细菌大量生产。在一体化指挥和控制方面：生物计算机的微型化、低成本趋势，不仅使指挥中心、网络节点，而且使每件武器。每个士兵都可能拥有计算机，“整个战场就像一个计算机大平台”，从而实现信息流程最优化，信息流动实时化，信息采集、传递、处理、存储、使用一体化，并形成一个指捍层次减少的扁平的“网”状指挥体系，以利于提高信息传输速度和体系生存能力，并使决策分散化和指挥实时化。在信息战防御方面：生物技术在伪装与隐身方面表现出非凡才能。例如，通过对“变色脂”表皮颜色变化机理的研究，研制出一种变色蛋白质纤维，可用它做成变色服，或根据这一原理研究出随环境变化的生物涂料，把它涂在设施、装备、武器、平台、头盔上来伪装自己。还可通过生物技术合成一些可吸收红外。紫外等各种波长的吸波生物材料（如视黄酸聚合物、希夫碱盐聚乙烯）来减少或消除信号达到隐身的目的，提供新一代高效能的作战系统。常规武器装备除可利用生物计算机、生物传感器或仿生探测器来提高武器平台的信息化水平之外，还可利用生物技术为它仰提供轻质高性能的材料：用于装甲防护的高硬度。高韧性生物陶瓷；用于制造防护服。降落伞及复合材料的抗拉强度超过钢丝的改进型蜘蛛丝，用于制造轮胎和密封垫的理化性能优秀的生物弹性体；可代替钢材的高强度生物塑料：可在各种环境中使用的生物粘胶剂；模仿生物智能结构的智能材料；模拟骨质密度梯度变化的功能梯度材料；模拟贝、驯鹿角结构的仿生装甲材料；模拟软体动物表皮的多功能蒙皮等等。在制造工艺上，使用仿生技术，也可以提高平台的性能和生存能力，模仿海豚体形和各部分比例建造的新式核潜艇，航速提高了20%～25%；用人造海豚皮包裹鱼雷，水的阻力可减少一半；美军目前正在模仿鳐鱼和电鳗两种鱼的运动原理，以弹性皮替代潜艇的传统外壳，研制一种新型“皮动”潜艇，旨在使其在潜航时难以分辨出到底是鱼还是潜艇，既能巧妙地隐蔽自己，又可突然袭击敌方。智能武器利用生物技术研制的制导系统将促使精确制导技术向更高的智能化方向发展。美军正在根据蝇眼视觉原理研制的“蝇眼”制导系统，可根据目标运动参数及位置信息，自动控制导弹飞行状态，跟踪、攻击目标。弹载微型生物计算机可利用声波、无线电波、可见光、红外、激光甚至气味等一切可利用的直接或间接目标信息，帮助导弹自主地搜索、识别、定位和攻击目标，从而大大提高导弹的命中精度。非致命武器利用生物技术还可以制造出许多非致命武器。例如，可以污染油料。润滑剂或使它们凝聚的生物活性物质；可迅速降解军事设备上的塑料、橡胶和其它合成或天然材料的酶；可降解弹药、推进剂的酶；能对军事通信设备、计算机造成严重干扰的导电性生物聚合物；可吞噬计算机芯片材料的微生物等。提供机动灵活的后勤保障用生物酶或微生物生产炸药。弹药或推进剂，可以在温和的条件下进行，操作安全，合成物更稳定。利用红极毛杆菌与淀粉的作用可生产氢气，每消耗1克淀粉可生产5升氢气，氢气和少量燃料混合可代替汽油（或柴油），使用这种燃料的机动装备只需带少量淀粉就可实施长时间、远程、机动作战。利用发酵技术可为机动部队提供易于保存和携带的高能量胶囊状营养食品。在食物短缺的特殊场合，可采用高效植物纤维酶将植物的根、茎、叶转化成易于消化吸收的营养丰富的葡萄糖，供战士食用。部队在执行任务时、水是必不可少的。采用生物技术生产的生物聚合物梯度膜，可快速滤去非饮用水中有害物质（包括放射性污染物）。生物技术也是治理军事环境的理想方法。用生物酶清洗生化战剂，速度快，对人体和设备无损伤。利用微生物处理放射性废物和有毒物质，效率高，二次污染轻，投资少。在军事医学领域，运用生物技术可生产出优质的供野战外科用的人工血。人造骨、人工皮肤和伤口粘合剂等等。近10多年来，美国、日本、俄罗斯和欧洲的一些国家十分重视生物技术的发展，并积极推进它的军事应用，其中以美国的研究最为活跃。从1989年开始，美国国防部每年都把它列入国防关键技术计划。为了加强军事生物技术的研究，美国国防部还成立了国防生物技术指导委员会。美军对生物技术研究的范围很广，现阶段主要集中在军事生物医学、生物传感器、生物材料、军事环境的生物处理、生物分子电子技术及仿生学等领域。