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第5章 微妙的细胞世界(1)

血液循环的发现

生物学是研究生命运动的科学,它与人类的生存和生活有着密切的关系。由于生命运动是自然界中最复杂、最高级的物质运动形式,由于自然界中生物种类的异常繁多、不同物种之间又存在极大的差别,所以古代没有形成真正科学而系统的生物学。

随着近代科学的兴起,对生物的观察和实验研究也加强了,初步形成两条研究路线:一条是以林耐为代表,着重研究群体,主要运用观察和分类的方法;另一条是以哈维为代表,着重研究个体,主要运用解剖和实验的方法。

近代生物学的突出成就,是建立了细胞学说和生物进化论。

这里着重探讨细胞学说的建立。

从哈维发现血液循环到建立细胞学说,经历了200多年时间。这一方面是由于需要新的研究工具,就是显微镜的发明和改进;另一方面是由于生命现象太复杂、太奥秘的特点所决定的。

血液循环理论是随着医学的发展而建立起来的。

在欧洲,医学一直是一门主要学科。然而,在医学界,古罗马时代留传下来的盖伦学说,一直占据统治地位。

古罗马医生盖伦,在医术和医学上有杰出的成就,但是他关于心脏血液运动的看法是不正确的。他认为血液是从右心室通过心脏中隔流入左心室的,并在体内消耗干净,用想象中的各种“灵气”来解释生命现象。

意大利医学教授维萨里在1543年出版了解剖学巨着《人体结构》,指出人的心脏的中膈很厚,并由肌肉组成,血液不可能通过中膈从右心室流入左心室。

西班牙医生塞尔维特在1553年出版的《基督教的复兴》中,认为血液从右心室流入肺部,经过空气净化后,鲜红的血液又从肺部流入左心室,形成循环,即小循环。

塞尔维特已接近发现血液循环,但还没等他继续研究下去,他就因触犯教义而被活活烧死。

然而,塞尔维特关于血液循环的观点却被哈维继承和发展了。1628年,哈维出版了《心血运动论》,指出了血液在整个人体内不断循环即大循环的理论,用简洁的语言阐明了血液循环学说,使生理学成为一门独立的科学。

哈维是怎样发现血液循环的呢?

当时已经知道两种血管,就是动脉和静脉。盖伦认为血液在静脉一端被制造出来,在动脉的一端被消耗干净。

哈维巧妙地进行了这样的计算。人的心脏容血量约2英两,每当心脏收缩时,会把这些血液压入动脉;而当心脏放松时,又有同样多的血液从静脉重新流入心脏。如果心脏每分钟跳动72次,那么人的心脏在1小时内的排血量就有2×72×60=8640英两,大约等于人体体重的3倍。

很显然,这么多的血液既不可能于1小时内在动脉末端消耗干净,也不可能从静脉始端重新制造出来。

因此,血液必然通过某种途径形成一个循环。哈维第一次把血液循环的动因归结为心脏肌肉的机械收缩。

哈维描述了静脉血液流到右心室,然后进入肺里,在肺里变成鲜红的血液后流回左心室,从左心室进入动脉血管流遍全身,再流到静脉后回到右心室,完成一个循环过程。

哈维的正确理论也遭到传统观念的强烈反对。他们提出:动脉血是通过什么途径流入静脉的呢?

哈维死后,在1660年,意大利人马尔比基用显微镜看到了青蛙肺部的毛细血管。1688年,荷兰人列文虎克在青蛙的脚里看到了血液通过毛细血管的实际循环过程。

科学仪器帮助人们发现了动脉血流向静脉的毛细血管,完全证实了哈维关于血液循环的发现。

有生源说和无生源说

预成论和渐成论所争论的是生物个体发育问题。

但是,生命是从哪里来的呢?这是人们在认识生命过程中最早提出来的一个问题。围绕这个问题,形成两种观点,一是无生源说,一是有生源说。

无生源说认为,生命物体能从非生命物体中自发产生,如腐草化萤,滞水孳蚊。

有生源说认为,物种都是由以往生物繁殖而来的,原始生命是一切后来生命的渊源。

在世界各国的大多数早期文化中,都有神造人和天地生万物的神话传说。这是早期人类对自然现象的无知和对灾难的无法躲避而产生的臆想。

我国古代的荀子说:“积土成山,风雨兴焉;积水成渊,蛟龙生焉。”

由此可见,这个蛟龙是自然产生的。类似这种自然产生说,如汗液生虱、腐肉生蛆等,中外古代都很盛行。

甚至有人认为,把破烂衣布加上杂粮等物品放在阴暗人稀处,只要“处方精确”,过一段时间就能产生“人造小矮人”。还有人认为,把小牛打死后埋在地下,露出双角,过一段时间把角锯掉,就能从角里飞出蜜蜂。

在17世纪中期,意大利医生雷迪首先对无生源说提出怀疑。

他是首先用实验的方法来研究自然发生问题的学者。他把一块鲜肉分成两份,分别放入两个洁净的容器内,一个容器口上加上牛皮罩,另一个容器敞口。

过一段时期,他发现两块鲜肉都已腐败,无罩容器内的腐肉长有蛆虫,而有罩容器内的腐肉却没有蛆虫。

雷迪断定,腐肉表面的蛆虫是外面的苍蝇排卵所致,不是由腐肉直接产生的。

雷迪的实验第一次动摇了非生源说。

18世纪,意大利博物学家斯巴兰兹尼,通过实验沉重地打击了非生源说。

斯巴兰兹尼于1729年生于意大利,从小喜欢小动物,经常和蚂蚱、甲虫等做伴。中学毕业后考入波洛尼亚大学,开始微生物学的研究。当时,人们普遍认为生命可以自发产生,就连有位博物学家也说:“怀疑甲虫、蚂蚁产自牛粪,就是怀疑理性、感官和经验。”他还说埃及田野的老鼠是由尼罗河的淤泥生出来的。

可是,斯巴兰兹尼认为,生命不可能自发产生,有生命的动物包括微生物在内,一定都有母体,就像每个人都有母亲一样。

怎样证明自己的想法呢?

斯巴兰兹尼苦苦思索。有一天,他偶尔翻到了雷迪所写的小册子,立即被小册子的实验吸引住了,顾不得深更半夜,立即重做了雷迪的实验,并得到了相同的结果。

这个实验使斯巴兰兹尼非常兴奋,紧接着,他又去证明微生物也有母体,而不能自发地产生。

微生物作为生物的一大类,和植物、动物并列,共同组成生物界。

实际上,微生物大都处在动物和植物还没有分化的阶段,或者兼有两者的特征,而两者特征又都不典型。我们一般把肉眼难以看见的小动物,比如细菌,称为微生物。

一天,斯巴兰兹尼在报纸上看到一条消息,说的是英国一个叫尼达姆的神父,用显微镜看到一些小动物,从羊肉汁里奇妙地生殖出来,轰动了学术界。

斯巴兰兹尼根本不相信这么回事,小动物决不会从羊肉汁里生出来。他想,可能是尼达姆在做实验时,装羊肉汁的瓶子没有把盖子盖上,或者是加热的时间还不够而造成的。

“我要亲自做这个实验,揭开这个秘密。”斯巴兰兹尼自言自语。

说干就干。他把几种不同的种子分别放进烧瓶里,并把瓶口封死,然后用大火熬,其中一部分瓶子只煮几分钟,而另一部分瓶子则煮几小时。

已经深夜4点了,斯巴兰兹尼把最后的几个瓶子捞出来,放在一边。这时,他才感到饥饿难耐,便恋恋不舍地离开实验室。

几天后,斯巴兰兹尼检验实验结果。当他用显微镜观察煮过几小时的瓶中汤汁时,什么也看不见,根本没有尼达姆所说的那些小动物。当他再观察只煮过几分钟的瓶中汤汁时,竟惊奇地看到许多小动物在蹦跳游戏。

斯巴兰兹尼认为,只煮几分钟的瓶中汤汁出现小动物,是因为这些小动物的生命力能经得起几分钟的热力,它仍然能在种子的母体中进行繁殖,而经大火长时间煎熬后的液体就什么也生不出来了。

根据这个实验结果,斯巴兰兹尼写成一篇出色的论文发表在1768年的学术杂志上,引起强烈的反响。

当尼达姆看到这篇论文时,开始也感到惊奇。维护自己的观点和面子的心理驱使他去寻找新论点,来证明无生源说。

为什么在斯巴兰兹尼长时间烧煮后的汤汁里,找不到小动物了呢?尼达姆思考着。突然,他想到,一定是长时间的烧煮损伤了生长力,甚至烧死了生长力,因此,汤汁才生长不出小动物来。

尼达姆终于找到了原因,兴奋地给斯巴兰兹尼写信说:“你的实验看起来好像是成功的,但只能骗别人,而骗不了我。由于你长时间地烧煮,大大损伤了生长力,当然在汤汁里生不出小动物来。如果你不损伤生长力,那么肯定能生出小动物来。”

尼达姆最后又郑重地宣称:“正是靠这个生长力,亚当的肋骨,才能长成夏娃。”

斯巴兰兹尼看完信后,觉得尼达姆说的有一定道理,难道是自己错了吗?

不!生物是不会自发地生长出来的,他坚信这一点。斯巴兰兹尼喜欢用事实说话,他又投入到紧张的研究中,寻求实验依据。

他又把几种不同的种子放进不同的瓶子里,灌满清水。这一次,他把一部分瓶子的瓶口用火熔合封死,另一部分瓶口只用木塞塞住。再把两种不同封口的瓶子分别分为两组,第一组只烧煮几分钟,第二组则烧煮几小时。

过了几天,斯巴兰兹尼来到实验室,用显微镜逐一观察每个瓶子里的汤汁。

他发现只煮几分钟的瓶子中,用火熔合封口的瓶子里的汤汁不见小动物,而用木塞封口的瓶子里却看到了蹦跳的小动物。

斯巴兰兹尼非常兴奋,这是驳斥尼达姆的最好证据。用木塞封口的瓶子里由于有空气进入,才使汤汁生出小动物,这说明空气里也有微生物。

斯巴兰兹尼胜利了!

他向世界宣布:一切生物都有母体,不可能无缘无故地生长出来,蜜蜂繁殖蜜蜂,甲虫繁殖甲虫,细菌只能由细菌繁殖出来。

尼达姆一时哑口无言。

这样,在无生源说和有生源说的论争中,无生源说认为生物是自发产生的,有生源说认为生物是由以往生物繁殖而来的,两者斗争激烈。但有生源说根本没有回答生命是怎样来的,只是说明了生命来自生命,因此,还不能给无生源说以致命的打击。

在预成论和渐成论的争论中,渐成论的代表人物贝尔,已经向人们表明,生物机体都来自一个未分化的胚层,那么这种胚层又是由什么构成的呢?

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