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第28章 与生物学家相约(3)

自然发生说是一种从古代就已流传的关于生物起源的假说,认为生物是由非生命物质发展起来的。从人类文明的最早期直到17世纪,自然发生学说在人们的心目中几乎是普遍存在且又是毫无疑问的信念。亚里士多德是自然发生说的代表人物,他认为晨露同粘液或粪土相结合就会产生萤火虫、蠕虫、蜂类等的幼虫……。赫尔蒙特甚至还提出产生老鼠的方法。1668年意大利医生雷迪(Redi)证明,腐肉所生的蛆虫是由苍蝇产下的卵孵化而来的,从而驳倒了上述荒唐的认识。斯巴兰让尼通过上百次对比实验,发现将浸液放在密封的长颈瓶中煮1小时,就不会再有微生物发生。他指出,浸液中的微生物是由于消毒不彻底或由于来自空气的污染造成的。斯巴兰让尼对自然发生问题的研究具有双重意义:首先,他早于巴斯德近一个世纪,用科学实验批驳微生物自然发生说,并且实验构思相当巧妙,对此巴斯德极为钦佩,他特地请人画了一幅斯巴兰让尼的画像,悬挂在餐厅中,以便天天瞻仰。他由此发明了高温消毒法。第一罐罐头食品就是依据这种方法制成的。当然,由于历史条件,他没能彻底驳倒微生物的自然发生说,也没有回答生命最初的起源问题。斯巴兰让尼于1765年发表了《用显微镜进行观察的实验》论文,总结了他关于自然发生问题的研究。瑞士博物学家博内特(C·Bonnet)看到该论文后非常高兴,开始同斯巴兰让尼建立友谊,并很快成为好朋友。

1765年,斯巴兰让尼开始了动物再生能力的研究。他用蚯蚓做了数千次实验,认识到有利于蚯蚓再生的一些切口的准确位置。他在研究了蛞蝓的触角,蜗牛的头、触角和足,蝾螈的尾巴、四肢和上颚,以及青蛙、蟾蜍的四肢的再生后发现:动物的再生能力,低等动物比高等动物强、年幼动物比成年动物强、体表组织比内部器官强等事实。此外,他还用蜗牛作过异体头部的移植实验获得成功。他将研究成果收集在《略论动物的再生》和《关于陆生蜗牛头部再生的实验结果》两部著作中。

在这一时期,斯巴兰让尼还对动物的血液循环系统进行系统研究。关于血液循环,哈维已将血液循环途径基本研究清楚了。斯巴兰让尼观察了心脏有节律的跳动,从而推动血液流动,他发现,血液在大的动脉血管中同样有节律的跳动式流动,到了小动脉,才开始变得均匀。他还观察到单个红细胞有时会变形,以便通过卷曲的毛细血管。他还首先发现,在恒温动物中,存在着动静脉交织在一起的结构。提出动脉的跳动除心脏产生的压力外,还有血管壁的弹性作用。1768年,他发表了《论心脏的运动》一文,总结了这方面的成果。同年,斯巴兰让尼当选为英国伦敦皇家学会会员。

1777年,斯巴兰让尼开始研究动物的消化生理。当时人们普遍认为动物的胃只能将食物磨碎,不能将食物中的有机物分解,也就是说动物的胃只有物理性消化,没有化学性消化。

1783年,斯巴兰让尼将食物装在打有小孔的金属管或小球中,并让动物吞下装有肉块的小球,这样食物就不受物理性消化的影响,而胃中的液体地可以进入小球中。过一段时间,他把小球取出来,发现球内的肉块消失了,所以,他推断胃中的液体一定有某种物质可以消化食物。他首先引入“消化液”一词,认为消化液中含有某种能分解食物的化学成分,所谓消化就是消化液对食物的分解过程。这同腐败现象有本质区别,他指出消化液是强烈防腐的。他用实验证明消化速度不但同食物的性质和消化液的多少有关,而且还与温度的高低有关,而体温是最适宜的温度。他还指出,小肠的分泌物或许能完成全部消化过程。由于当时的实验条件和实验方法较落后,斯巴兰让尼并没有弄清楚胃液中究竟是什么物质将食物消化了,直到五十多年后,也就是1836年,德国的生理学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质,后来称为“胃蛋白酶”,从而才解开了胃的消化之谜。

1771年~1780年,斯巴兰让尼还进行了受精问题的研究。现在我们知道,进行有性繁殖的生物,其子代个体是通过精子和卵细胞的结合,即受精作用,产生受精卵,而后由受精卵发育形成的。但在18世纪,对于受精过程的认识还相当模糊。1677年,人们发现了精子,而卵子则是人们早已熟知的,但在受精过程中,这两者有什么关系呢?

一种观点认为精子在受精时起重要作用,忽视卵细胞的作用。1677年8月,哈姆(J·Ham)第一个观察到了精子,并得到列文·虎克的认同。后来有的学者认为,在人的精子中包含有非常小的人,在其他的动物的精子中也有极度缩小的该动物,这是精源论者的观点。另一种是卵源论者的观点,他们轻视精子的作用。布丰等人认为精子只不过是精液中的寄生物,即使有的学者承认精液作用,但当时也不清楚到底是精液中的哪一部分起作用。斯巴兰让尼是一名卵源论者,他认为卵中含有极度缩小的该生物个体,如青蛙的卵中已存在着蛙,这样,在卵还没有排出体外时,蝌蚪就已存在于卵中——以某种方式蜷曲和紧密地集聚着,只要有雄性的能使之受精的液体的存在,随时准备展开自身。

尽管斯巴兰让尼的有些观点不正确,但他在受精问题的研究上成绩不斐,他设计了许多精彩的实验,否定了一些错误认识。他在观察青蛙、蝾螈等两栖动物的繁殖时发现了它们是体外受精,从而否认了动物只能体内受精,不可能进行体外受精的错误观点。具体的做法是:他为雄蛙设计了一种特殊的紧紧贴身的塔夫绸“裤子”,穿着这些独特服装的蛙像平时一样企业交配,交配后,虽然雌蛙产下许多卵,但没有一个卵能发育。而当一些卵与保留在裤子上的精液接触后,正常的发育便开始了。后来,他直接从精囊中收集精液并把它小心地“涂”在卵上,这些处理过的卵都能正常地发育成蝌蚪,而没有与精液接触过的卵则解体。这样,斯巴兰让尼就发明了一种人工授精方法。

斯巴兰让尼还利用人工受精的方法,进一步探究了精液中哪些部分具有受精功能,非精液物质到底有没有受精作用问题。他又设计了一系列精巧的实验,他用血液、血液提取物、电流、醋、酒、尿、柠檬汁、油等物质与青蛙卵接触,结果都不能使卵受精和发育,而青蛙精液,即使稀释到原浓度的1/8000,仍然具有受精能力。那么究竟精液中哪种成分具有受精能力呢?有人说是气味,为了检验这个观点,他先把几滴青蛙精液放在一片玻璃上,再将面筋粘在另一片玻璃罩上,面筋上粘着26枚青蛙卵,而后将玻璃罩倒扣在精液上面,使精子和卵细胞不接触。过一段时间,装置中已有一半精液蒸发掉了,此时卵也湿润了,但把卵放入水中后,它们并未发育。为了检查剩余的精液是否有效,他把一些卵与此精液接触,这些卵受精了,并且能发育。通过这个实验,斯巴兰让尼证明了精液的气味不能使卵受精。后来,他又将精液进行过滤,通过过滤把精液分成两部分,没有精子的粘液和含有精子的粘稠物,然后分别用来进行人工授精实验,发现前者没有受精能力,而后者用水稀释后仍有受精能力。事实是显而易见的,但由于斯巴兰让尼原有的知识和信仰,使他认为完成受精作用的是残留在过滤纸上的液体,而不是精子。

另外,斯巴兰让尼还对电鳗的放电现象、蝙蝠飞翔时的定向问题等进行研究。同时,他还是一位不知疲倦的旅行家和无畏的探险家,他使帕维亚自然博物馆成为意大利最著名的博物馆。他还是火山学的奠基者之一。

斯巴兰让尼患有前列腺肥大症和慢性膀胱炎,最后导致无尿症。1799年2月11日与世长辞,终年70岁。斯巴兰让尼把他的一生连同一部分遗体都献给了科学事业,根据他的遗嘱,他有病的膀胱献给了帕维亚自然博物馆。

生物进化学说的首倡者拉马克

拉马克(Jean Baptiste Lamarck,1744~1829)是法国自然科学家,曾先后研究过植物学、无脊椎动物学。在1809年出版的《动物学的哲学》一书中,拉马克以生物进化的观点,成为第一个向当时占绝对统治地位的神创论及其物种不变观点提出挑战的进化论学者。

公元1744年8月1日,拉马克出生于法国的比卡第省乡下的一个没落贵族家庭。他的父亲名叫菲律伯得满耐·拉马克,是一名武士。在这个家庭里,拉马克在十一个兄弟姊妹中是最小的,身材也略显单薄。他的哥哥们大都投身于军旅。其中,他的长兄是在伯威奥普遵战役中阵亡的;其他的哥哥也有几位先后捐躯沙场。为了能让这个最小的儿子比较安稳地生活下去,父母决意送拉马克去读书,将来好做个牧师。所以,年幼的拉马克被父母送进了耶稣教会在亚眠开办的一所学院,开始接受宗教的熏陶。

1760年,16岁的少年拉马克承受了父亲去世的悲痛。当时,战争的硝烟已经弥漫在德、法两国之间,男子汉是以参军打仗为荣的。拉马克怀着保卫国家的满腔热情,毅然决定投笔从戎。

他请求母亲给从前认识的几位军官写了推荐信,在家乡中动员了一个儿时的伙伴随行,甚至还弄来了一匹尚可骑乘的老马。可是,当拉马克和他的伙伴匆匆赶到军营驻地面见一位名叫拉斯蒂的上校时,上校觉得瘦小的拉马克远不是打仗的材料。可是,在不久后的一次战斗中,拉马克用以一当十的勇猛作战表现改变了留给长官们的印象,并获准晋升为中尉军官,受到重用。后来,在一次和同伴的嬉闹中,拉马克受伤了。为了治疗伤痛,他来到法国的首都——巴黎。并从此告别了短暂的军旅生活。

其实,仅仅做一个战场上的勇士并非拉马克的追求,他更热衷于采集植物和生物进化科学的研究。在巴黎刚刚开始新生活的拉马克,研究涉猎范围相当广泛。初到巴黎,拉马克研究过气象学;也曾经学习了四年医学;甚至还迫于生计做过一家银行的雇员。

一个偶然的机会,让拉马克在公园散步时见到了当时在法国鼎鼎大名的著名人物卢梭。

几经接触,他们成了亲密的朋友。后来通过卢梭的影响和关系,拉马克全身心地投入到研究植物学的工作中。十年寒窗,拉马克跟随一位名叫堡拿德·许索(Bernard de ussieu)的科学家学习植物学,并于1778年完成了自己的第一部著述《法国植物志》。这部总计三卷的著述,仅最后抄写就用去了拉马克近六个月的时间,其中所记述的植物,一部分是拉马克在皇家植物园的研究对象,也有一些是生长在乡间的野生植物。在当时的社会中,已经相当盛行对于植物花草的探究,以至于植物学成了一门很时髦的科学。所以,拉马克的书出版以后,虽然并没有使作者在经济上发财,却使得他在这个社会中声名鹊起,并由此结识了包括著名学者布封在内的许多科学家。后来,就是经过布封的推荐,拉马克成了法国科学院的植物学院士。

成名之后的拉马克担任了宫廷御花园的植物标本室主任,他被派往周围各国参观考察那里的植物园和博物馆。拉马克还遵从布封的建议,做了布封儿子的导师,带着小布封开始了游历采集生活。其间,拉马克采集了大量的动物、植物和矿物标本,这成为他后来获得累累学术成就的重要前提之一。同时,他的采集工作也使巴黎博物馆的收藏更加丰富起来。在这以后的25年里,拉马克一直致力于植物学的研究领域,但他和他的妻子以及六个子女常常生活在清贫之中。以后,他又完成了为《教学百科全书》编纂植物学词典的工作。其中包括2000个属的植物,完成了900幅植物图版的制作。

1789年,法国爆发了大革命。但新政府并没有为难在前政权的研究机构中从事科学工作的拉马克。随着旧日的皇家植物园更名为国立自然历史博物馆,拉马克的研究范围也从植物学扩展并逐渐转移到了动物学方面,这时的拉马克已经58岁了。这位年近六旬的科学家,不为依然贫困的生活所累,也没有在几乎全新的研究课题面前退却。他勇敢地单独承担起了博物院的动物学研究,并在以后的将近十年里逐渐成就为一名动物学家。他所首创的“生物学”、“有脊(椎)动物”和“无脊(椎)动物”等概念,虽然这些都是提出于林奈分类思想之后的见解,却也一直沿用至今,不失为人类科学史上的重要贡献。

拉马克对于动物学的研究有相当独到的贡献。尤其是在研究现在我们称之为“无脊椎动物”的领域。例如,他对昆虫和软体动物的研究,在林奈之后尚没有人打算去做,几乎是一片空白。因此,拉马克从事的许多研究是没有什么可以参照和借鉴的,他必须独自去面对困难并战胜困难,终于,拉马克渐渐地理出来一些头绪,使种类繁杂的物种间显现出了它们固有的规律性。

1801年,拉马克发表了他从事动物学研究的重要著作《无脊椎动物的分类系统》。在这部著作中,首次记载了拉马克关于生物进化的思想。在拉马克看来,各种各样的生物都不是神创造的,而是由简单、低等的生物进化来的。而简单、低等的生物则来自非生命物质。以后,拉马克又通过自己进一步的研究,形成了更加完整的“自然发生说”和“用进废退说”。

拉马克明确提出:任何生物天生都有向上发展的倾向,都在做着改变自己以适应环境的努力。在这个前提下,可以解释物种是可以变化的,因而导致了“进化”。对拉马克用进废退说的典型解释是“长颈鹿的进化”。按照拉马克的说法,很早以前的长颈鹿并没有现在这样高大。但是,由于长颈鹿总是要努力伸长脖子取食更高处的树叶来填饱肚子,以维持个体的生存和种族的延续;这样,久而久之长颈鹿的脖子被越用越长,四肢,特别是前肢更加发达;并且,这些特征还能够通过繁殖逐代得到积累和加强,于是就有了现在长颈鹿如此高大的躯体。

这样一套理论,在今天看来,特别是把它和达尔文进化论进行比较,我们不难发现其中经不起推敲之处。例如,拉马克主张“亲代会向子代遗传其全部优良特点”的“获得性遗传理论”,就和后来有人做的“老鼠断尾”实验相互矛盾。这个实验并不复杂,就是把实验用的老鼠切去尾巴后饲养起来,让他们繁殖下一代;然后再切去子代的尾巴。这样“切”了很多代以后,生出的幼鼠还是有尾巴的。显然,这个实验结果并不支持拉马克的获得性遗传理论。

也就是说,生物体在生活过程中获得的性状是不遗传的,至少也是不完全遗传的。

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