什么是現(xiàn)代生物技術(shù)

什么是現(xiàn)代生物技術(shù)

現(xiàn)代生物技術(shù)的定義：

現(xiàn)代生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物（或生物組織、細(xì)胞及其他組成部分）的特性和功能，設(shè)計(jì)、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系，以及與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù)。這門(mén)技術(shù)內(nèi)涵十分豐富它涉及到：對(duì)生物的遺傳基因進(jìn)行改造或重組，并使重組基因在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生人類(lèi)需要的新物質(zhì)的基因技術(shù)（如“克隆技術(shù)”）；從簡(jiǎn)單普通的原料出發(fā)，設(shè)計(jì)最佳路線，選擇適當(dāng)?shù)拿?，合成所需功能產(chǎn)品的生物分子工程技術(shù)：利用生物細(xì)胞大量加工、制造產(chǎn)品的生物生產(chǎn)技術(shù)（如發(fā)酵）；將生物分子與電子、光學(xué)或機(jī)械系統(tǒng)連接起來(lái)，并把生物分子捕獲的信息放大、傳遞。轉(zhuǎn)換成為光。電或機(jī)械信息的生物耦合技術(shù)；在納米（即百萬(wàn)分之一毫米）尺度上研究生物大分子精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系。并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造利用它們組裝分子設(shè)備的納米生物技術(shù)：模擬生物或生物系統(tǒng)。組織、器官功能結(jié)構(gòu)的仿生技術(shù)等等。

現(xiàn)代生物技術(shù)的興起始于本世紀(jì)70年代，如今已經(jīng)成為高技術(shù)群體中一支絢麗的奇葩。這門(mén)技術(shù)具有鮮明的軍、民兩用性，應(yīng)用潛力十分廣泛。它既可以為解決人類(lèi)面臨的食品、健康、能源、環(huán)境等問(wèn)題提供新的手段，又可以為大幅度提高部隊(duì)的作戰(zhàn)效能和生存能力開(kāi)辟新的途徑?，F(xiàn)代生物技術(shù)的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用、是本世紀(jì)繼計(jì)算機(jī)技術(shù)革命之后又一次重要的技術(shù)革命，是現(xiàn)代軍事技術(shù)革命的生力軍。

獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)

——生產(chǎn)原料簡(jiǎn)單。生物在進(jìn)行合成代謝時(shí)，大都以隨手可得的物質(zhì)（如空氣、水、植物和礦物質(zhì)等）為原料，以陽(yáng)光等為能源，不僅原料成本低，而且取之不盡。

——安全、可靠性高。典型的生物化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化作用下進(jìn)行的，要求輸入的能量少，反應(yīng)條件緩和，工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，操作安全性好。生物系統(tǒng)在合成物質(zhì)時(shí)，先把脫氧核糖核酸遺傳信息轉(zhuǎn)錄給核糖核酸，然后以核糖核酸為模板進(jìn)行合成。該過(guò)程雖然很復(fù)雜，但出錯(cuò)機(jī)率極小，且無(wú)副產(chǎn)品。更重要的是，生物系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤，進(jìn)行自動(dòng)化合成生產(chǎn)，生產(chǎn)可靠性高。

——產(chǎn)品具有特殊的活性。生物分子通常具有復(fù)雜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)往往會(huì)賦予生物分子特殊的活性，即所謂“生物特異功能”，例如準(zhǔn)確、敏感的識(shí)別能力，高效的搜索能力，牢固的粘結(jié)性能等等。在用基因技術(shù)對(duì)其控制基因進(jìn)行改良后，這些性能還將大大增強(qiáng)。

——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。生物系統(tǒng)中的信息碼、模塊、制造組裝機(jī)構(gòu)都是在分子水平以完美方式自組裝起來(lái)的。這就使生物系統(tǒng)（如眼球、大腦等）比類(lèi)似功能的人造電子、光學(xué)或機(jī)械系統(tǒng)要緊湊得多。如果能運(yùn)用生物耦合技術(shù)把一些生物系統(tǒng)與設(shè)計(jì)的裝置耦合起來(lái)，或者利用納米生物技術(shù)、自組裝技術(shù)將它們制造出來(lái)，那么設(shè)備的尺寸就可能減少很多。

——有利于提高或擴(kuò)展人類(lèi)的能力。運(yùn)用生物醫(yī)學(xué)可提高人類(lèi)對(duì)疾病的治療效果和抗病能力；通過(guò)人腦與設(shè)備的耦合可擴(kuò)展人類(lèi)的能力，減小人機(jī)界面的操作難度。

軍事應(yīng)用

80年代以來(lái)，美國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始大力研究和發(fā)展軍事生物技術(shù)，以期滿足軍事上對(duì)許多先進(jìn)能力的需要。目前正在研究或已預(yù)見(jiàn)到的軍事應(yīng)用主要有——

在信息探測(cè)方面：利用酶、抗體、細(xì)胞等制造具有識(shí)別功能的生物傳感器，不僅能準(zhǔn)確地識(shí)別各種生、化戰(zhàn)劑，通過(guò)與計(jì)算機(jī)配合及時(shí)提出最佳防護(hù)和治療方案、而且還可用于探測(cè)炸藥、火箭推進(jìn)劑的揮發(fā)降解情況，確定敵方庫(kù)存地雷。炮彈、炸彈、導(dǎo)彈等的數(shù)量和位置。利用仿生技術(shù)制造的各種信息收集系統(tǒng)，可以大幅度提高探測(cè)、監(jiān)視和導(dǎo)航能力。仿視覺(jué)探測(cè)器的電子蛙眼雷達(dá)能快速識(shí)別不同形狀的飛機(jī)。艦艇。導(dǎo)彈等運(yùn)動(dòng)物體，并能根據(jù)飛行特點(diǎn)，識(shí)別真假導(dǎo)彈；“蠅眼”相機(jī)一次能拍下1000多張照片，分辨率高達(dá)每厘米4000線，成為有效的偵察工具；模擬狗、貓頭鷹等動(dòng)物夜視功能的裝置，能搜索到微光下地面或空中目標(biāo)?？茖W(xué)家們根據(jù)“蛇眼”紅外線定位原理研制了紅外制導(dǎo)的空空導(dǎo)彈，現(xiàn)在人們又根據(jù)蝙蝠抗干擾能力強(qiáng)的原理研制出新穎的蝙蝠式抗干擾超精密全敏雷達(dá)。根據(jù)狗鼻子機(jī)理制成的仿嗅覺(jué)傳感器“電子犬”，能測(cè)定僅千萬(wàn)分之一的過(guò)氧乙烯毒氣；根據(jù)蒼蠅的觸角上非常靈敏的嗅覺(jué)感覺(jué)器，制造出了嗅覺(jué)敏感的探測(cè)裝置。

值得重視的是，上面所例舉的一些已制造出來(lái)的仿生探測(cè)器大都還是被動(dòng)的仿生裝置。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，在徹底弄清生物系統(tǒng)的工作原理后，通過(guò)基因技術(shù)、生物分子工程技術(shù)對(duì)生物分子的改造，運(yùn)用生物分子電子技術(shù)等主動(dòng)仿生學(xué)方法，一定能制出功能優(yōu)于生物結(jié)構(gòu)更緊湊，體積更小的各種信息探測(cè)裝置。美國(guó)、日本、歐洲、俄羅斯現(xiàn)正在努力向主動(dòng)仿生技術(shù)發(fā)展。

在信息處理方面：研究表明，以蛋白質(zhì)分子做材料制造的生物計(jì)算機(jī)，不僅體積小、重量輕。能耗小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)算速度和儲(chǔ)存能力比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)要高出數(shù)億倍，而且具有和人腦一樣的分析。判斷。聯(lián)想、記憶等智能。它的研制成功必將使軍事情報(bào)的獲取。處理發(fā)生質(zhì)的變化。美國(guó)。日本、歐洲和俄羅斯早就看好這一領(lǐng)域。在過(guò)去10年，他們已研究出了蛋白質(zhì)并行處理器及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等原型器件，有些器件已在軍事上得到了應(yīng)用，例如俄羅斯有的軍用雷達(dá)就使用了細(xì)菌視紫紅蛋白質(zhì)處理器。據(jù)估計(jì)美國(guó)在3—5年內(nèi)能大批量生產(chǎn)這種計(jì)算機(jī)，且造價(jià)比半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)要低，因?yàn)樗璧纳锊牧峡衫猛ㄟ^(guò)基因技術(shù)改造的細(xì)菌大量生產(chǎn)。

在一體化指揮和控制方面：生物計(jì)算機(jī)的微型化、低成本趨勢(shì)，不僅使指揮中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而且使每件武器。每個(gè)士兵都可能擁有計(jì)算機(jī)，“整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)就像一個(gè)計(jì)算機(jī)大平臺(tái)”，從而實(shí)現(xiàn)信息流程最優(yōu)化，信息流動(dòng)實(shí)時(shí)化，信息采集、傳遞、處理、存儲(chǔ)、使用一體化，并形成一個(gè)指捍層次減少的扁平的“網(wǎng)”狀指揮體系，以利于提高信息傳輸速度和體系生存能力，并使決策分散化和指揮實(shí)時(shí)化。

在信息戰(zhàn)防御方面：生物技術(shù)在偽裝與隱身方面表現(xiàn)出非凡才能。例如，通過(guò)對(duì)“變色脂”表皮顏色變化機(jī)理的研究，研制出一種變色蛋白質(zhì)纖維，可用它做成變色服，或根據(jù)這一原理研究出隨環(huán)境變化的生物涂料，把它涂在設(shè)施、裝備、武器、平臺(tái)、頭盔上來(lái)偽裝自己。還可通過(guò)生物技術(shù)合成一些可吸收紅外。紫外等各種波長(zhǎng)的吸波生物材料（如視黃酸聚合物、希夫堿鹽聚乙烯）來(lái)減少或消除信號(hào)達(dá)到隱身的目的，提供新一代高效能的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

常規(guī)武器裝備除可利用生物計(jì)算機(jī)、生物傳感器或仿生探測(cè)器來(lái)提高武器平臺(tái)的信息化水平之外，還可利用生物技術(shù)為它仰提供輕質(zhì)高性能的材料：用于裝甲防護(hù)的高硬度。高韌性生物陶瓷；用于制造防護(hù)服。降落傘及復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度超過(guò)鋼絲的改進(jìn)型蜘蛛絲，用于制造輪胎和密封墊的理化性能優(yōu)秀的生物彈性體；可代替鋼材的高強(qiáng)度生物塑料：可在各種環(huán)境中使用的生物粘膠劑；模仿生物智能結(jié)構(gòu)的智能材料；模擬骨質(zhì)密度梯度變化的功能梯度材料；模擬貝、馴鹿角結(jié)構(gòu)的仿生裝甲材料；模擬軟體動(dòng)物表皮的多功能蒙皮等等。在制造工藝上，使用仿生技術(shù)，也可以提高平臺(tái)的性能和生存能力，模仿海豚體形和各部分比例建造的新式核潛艇，航速提高了20%～25%；用人造海豚皮包裹魚(yú)雷，水的阻力可減少一半；美軍目前正在模仿鰩魚(yú)和電鰻兩種魚(yú)的運(yùn)動(dòng)原理，以彈性皮替代潛艇的傳統(tǒng)外殼，研制一種新型“皮動(dòng)”潛艇，旨在使其在潛航時(shí)難以分辨出到底是魚(yú)還是潛艇，既能巧妙地隱蔽自己，又可突然襲擊敵方。

智能武器利用生物技術(shù)研制的制導(dǎo)系統(tǒng)將促使精確制導(dǎo)技術(shù)向更高的智能化方向發(fā)展。美軍正在根據(jù)蠅眼視覺(jué)原理研制的“蠅眼”制導(dǎo)系統(tǒng)，可根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及位置信息，自動(dòng)控制導(dǎo)彈飛行狀態(tài)，跟蹤、攻擊目標(biāo)。彈載微型生物計(jì)算機(jī)可利用聲波、無(wú)線電波、可見(jiàn)光、紅外、激光甚至氣味等一切可利用的直接或間接目標(biāo)信息，幫助導(dǎo)彈自主地搜索、識(shí)別、定位和攻擊目標(biāo)，從而大大提高導(dǎo)彈的命中精度。

非致命武器利用生物技術(shù)還可以制造出許多非致命武器。例如，可以污染油料。潤(rùn)滑劑或使它們凝聚的生物活性物質(zhì)；可迅速降解軍事設(shè)備上的塑料、橡膠和其它合成或天然材料的酶；可降解彈藥、推進(jìn)劑的酶；能對(duì)軍事通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)造成嚴(yán)重干擾的導(dǎo)電性生物聚合物；可吞噬計(jì)算機(jī)芯片材料的微生物等。

提供機(jī)動(dòng)靈活的后勤保障

用生物酶或微生物生產(chǎn)炸藥。彈藥或推進(jìn)劑，可以在溫和的條件下進(jìn)行，操作安全，合成物更穩(wěn)定。利用紅極毛桿菌與淀粉的作用可生產(chǎn)氫氣，每消耗1克淀粉可生產(chǎn)5升氫氣，氫氣和少量燃料混合可代替汽油（或柴油），使用這種燃料的機(jī)動(dòng)裝備只需帶少量淀粉就可實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)程、機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)。利用發(fā)酵技術(shù)可為機(jī)動(dòng)部隊(duì)提供易于保存和攜帶的高能量膠囊狀營(yíng)養(yǎng)食品。在食物短缺的特殊場(chǎng)合，可采用高效植物纖維酶將植物的根、莖、葉轉(zhuǎn)化成易于消化吸收的營(yíng)養(yǎng)豐富的葡萄糖，供戰(zhàn)士食用。部隊(duì)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)、水是必不可少的。采用生物技術(shù)生產(chǎn)的生物聚合物梯度膜，可快速濾去非飲用水中有害物質(zhì)（包括放射性污染物）。生物技術(shù)也是治理軍事環(huán)境的理想方法。用生物酶清洗生化戰(zhàn)劑，速度快，對(duì)人體和設(shè)備無(wú)損傷。利用微生物處理放射性廢物和有毒物質(zhì)，效率高，二次污染輕，投資少。在軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，運(yùn)用生物技術(shù)可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的供野戰(zhàn)外科用的人工血。人造骨、人工皮膚和傷口粘合劑等等。

近10多年來(lái)，美國(guó)、日本、俄羅斯和歐洲的一些國(guó)家十分重視生物技術(shù)的發(fā)展，并積極推進(jìn)它的軍事應(yīng)用，其中以美國(guó)的研究最為活躍。從1989年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防部每年都把它列入國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃。為了加強(qiáng)軍事生物技術(shù)的研究，美國(guó)國(guó)防部還成立了國(guó)防生物技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)。美軍對(duì)生物技術(shù)研究的范圍很廣，現(xiàn)階段主要集中在軍事生物醫(yī)學(xué)、生物傳感器、生物材料、軍事環(huán)境的生物處理、生物分子電子技術(shù)及仿生學(xué)等領(lǐng)域。