布丰那闪烁其词的议论也许就是为了避免教会当局来找麻烦。他的不少更激进的同事认为他过于模棱两可。或者也许他的著作只是反映了在漫长的写作期间他自己看法的变化。然而,他并没有完全逃过教会的愤怒。1751年6月15日,布丰被传唤到索邦神学院,告诫他放弃《自然史》的某些部分,据称是因为触犯了教义。当局特别提到这样一些部分:地球年龄,行星从太阳中诞生,以及真理只能通过科学得到等论点。布丰答应不再出现这些犯规的异端邪说,并且在今后降低写作调子。但是他继续写得富有挑战性,只是更谨慎而已。布丰死于1788年。更多因为他是贵族一员而不是他那富有争议的思想,革命者捣毁了他的坟墓和为他建立的纪念碑。但是,他的精神鼓舞了当时好几位伟大的博物学家,其中包括拉马克(Jean Baptiste Lemarck,1744—1829)和居维叶。
动物机器:生理学、繁殖和胚胎学
布丰,当然不是唯一被指控为信奉异端邪说的人。18世纪再没人像《人是机器》(L’Homme machine)(1748)一书的作者拉美特利(Julien offroy de La Mettrie,1709—1751)那样,典型地代表了后牛顿时代的唯物主义学说,也再没人比他更激怒教会当局的了(也许,除了伏尔泰之外)。
拉美特利与当局交恶已有一段很长的历史。早年他曾把布尔哈夫(Hermann Boer haave,1668—1738)的著作翻译成法文,遭到巴黎大学医学系的谴责(巴黎大学非常保守,巴黎皇家植物园教授朱西厄(Bermard de Jussieu,1700—1784)从黎巴嫩带回一棵雪松,正在运往法国。库克船长的世界探险和林奈的拉普兰之旅大大地扩展了科学家对世界其他地方生物多样性的认识。结果导致标本大量流入,这有助于对生命过程和特性的新理解。一直不愿接受16世纪和17世纪维萨留斯和哈维的工作)。布尔哈夫是荷兰广受尊敬的医学和化学教师与作家。作为一位顽强的叛逆者,拉美特利继续出版针对学校当局的讽刺性小册子和一些“异端书籍”,不怕引火烧身。尽管拉美特利本人是牧师,却毫不在意地提倡与宗教教义唱反调的唯物主义思想。
拉美特利最著名的著作《人是机器》在莱顿出版(莱顿在荷兰,那时荷兰比法国更开放),也许是希望避开保守的法国教会。在这本书里,他把人描写成完全受物理和化学因素控制的机器。这是一种激进的思想,是牛顿革命最终运用于人类本身的尝试。他还否定了笛卡儿的二元论,二元论强调的是把心灵或灵魂与躯体分开。拉美特利坚持说,人只不过是另一种动物,是一种“会说话的猿猴”。由于这本书,拉美特利破天荒地为近代生物学奠定了基础,因为他认为人与动物并无本质区别。
拉美特利与其说是一位科学家,不如说更像雄辩家和哲学家,受到他以及在他之前的哈维工作的激励,着手系统地探讨生物体的机理。在这一过程中,下述三大领域是主攻目标:努力理解使机体得以维持的生理学机制(包括消化和呼吸)、繁殖过程和胚胎发育。
哈勒被认为是最伟大的近代生理学家之一。对于后牛顿时代的生物学家来说,躯体机器是那个时代的观念。哈维已经用他的血液循环研究证明,血液通过动脉和静脉就像水通过管道一样,靠瓣膜控制,靠心脏压送。没人会在这一观念面前止步不前:躯体和机器的对比只能到此为止。
动物为何能动
18世纪最杰出的生理学家之一,哈勒(Albrecht yon Haller,1708—1777)出生于瑞士伯尔尼。与许多学生一起(他也是那个世纪里的一位伟大的教师),他逐个考察器官的构造和功能,使解剖学成为一门实验科学,还把动力学原理运用到生理学研究。
列奥谬尔仔细研究昆虫(诸如毛虫和蛀虫)的行为。哈勒是一位严格和勤奋的实验家,他对观察、记录和求知的渴望是如此之强烈,以致于直到临终,他依然保持着科学家的习惯。弥留之际,1777年12月12日,此时他的身边围绕着医生和朋友,他把手指放在手腕上,感到微弱的脉搏渐趋衰弱,于是,他平静地报告说:“动脉不再跳了。”
在生前,哈勒以同样的果断,探讨了肌肉的应激性和神经的敏感,从而为循环系统生理学作出了重要贡献,其中包括循环时间和心脏的自主作用,并且首次对呼吸进行了扎实的讨论。
他的《生理学原理》(Elementa Physiologiae Corporis Humani)一书被誉为是18世纪最权威的著作。19世纪的伟大生理学家马让迪(Francois Magendi,1783—1855)曾如此埋怨,每当他想到要做一个新实验时,就会发现在《生理学原理》一书中哈勒已经给予详尽的描述。哈勒系统地扩展了解剖学知识,用实验把这些知识和生理学联系起来,并且把动力学原理运用到生理学问题上。
在活体实验(以活着的有机体为对象)中,他充分运用扎实可靠的方法,逐步深入到功能和过程的细节之中。他把“应激性”(irritable)定义为接触时会发生收缩,把“敏感性”(sensible)定义为当受刺激时把信息传递给大脑。他试验过各种刺激方法——扎、捏和某些化学品。他还测试各种器官,如腱、骨、脑膜、肝、脾和肾,发现全都不具敏感性。他还发现肌肉的应激性是由于神经的刺激。例如,通过刺激某些神经可以使膈膜收缩。这样他就深入阐明了在那些活体肌肉组织或刚死去动物中自发性收缩现象的本质。
他的方法往往是分析客观的,并且在已发现的数据基础上向前推进。在谈及他对大脑和神经系统的研究时写道:“由于大脑和神经的特性相同,它们的功能也一定相似。在研究时,我们要尽可能地运用实验,无论如何在一开始,就要严格限于感官提供给我们的证据。”
意大利生理学家莫尔加尼(Giovanni Battista Morgagni,1682—1771)对于患病组织(而不是健康组织)的考察,给疾病起因和进程从解剖学的观点提供了新的见解。他对640具尸体的解剖,使病理学得到了发展,因此莫尔加尼可以看成是病理学的他始人。他从实验中发现,只有神经才是感觉器官,所以身体中只有与神经系统连接的那些部分才能体验到感觉。
哈勒持之以恒地投入工作,实验报告总附有证据。当然,他可能会受一个错误理论的误导而给出自己的有影响力的看法,但是他集中代表了那个时代的生物实验家。总的说来,他最大的贡献体现在对生理学研究的精神和方法的影响上。尽管今天的他相对不为人所知,但他的影响却遍及当时的欧洲。
列奥谬尔(Rene-Antoine Ferchault de Reaumur,1683—1757),昆虫学的创建者之一,他就昆虫的生活周期和行为写过一部六卷本的纲要。他对活昆虫的观察如此细致,以致为他的同代人和对手布丰写作《自然史》奠定了基础。其实,索邦神学院要攻击的正是布丰背后的列奥谬尔。
在他的著作中,列奥谬尔还强调要关注昆虫的大类,而不是仅仅陷于对个别物种的细节描述上,从而为居维叶以及他对林奈分类系统的修订打下基础。列奥谬尔还发明了一种温标和一种陶瓷,他的研究人员帮助建立了法国的镀锡工业,对法国炼钢工业也有很大贡献。但是在生物学中,深入揭示消化过程也许是他的最大功绩。
他有一只宠物鹰,这只鹰会把不能消化的东西吐出来。列奥谬尔训练它学会吞下金属细管,管端开口,里面含有海绵。当这些细管果然被吐出后,他检查海绵,发现有被消化的迹象,因为里面渗透了胃液。列奥谬尔分离出胃液,证明当它作用于肉食时,会使肉食软化。他写道:“当我把鹰的少许胃液沾于我的舌头上时,尝起来有点咸,而不是苦,尽管……被胃液作用后的骨头尝起来不是咸而是苦。”他还发现,当他把一小块肉放在金属细管里,鹰吐出后已被部分消化,而不是像有些理论家认为的那样,或者成为粉末状,或者腐烂掉了。
伟大的生命科学实验家斯帕兰扎尼正在进行鸟类消化实验。斯帕兰扎尼(Lazzaro Spallanzani,1729—1799)继续列奥谬尔的实验,他意识到,当测试胃液对肉的作用效果时,温度应与实验动物的体温保持一致。斯帕兰扎尼用其他鸟类做了同样的试验,其中有一只乌鸦,他用一根线取出已部分消化的食物,发现在7小时之后,大部分食物已完全被消化汁溶解。
然而,斯帕兰扎尼并不满足于这些结果,他走得更远,竟拿自己做实验。尽管担心自己也许会窒息而死(事实上,列奥谬尔的鹰就是这样死的),但他还是吞下一个小亚麻包,里面装有一些嚼碎的面包渣。当小包在23小时后从他身体里取出来时,面包不见了,而小包依然完好无损。他后来又吞下木质小球和盛有食物的开口金属管,管子两端被纱布包住,但是这些使他呕吐。他发现,在这个特殊的课题上,他的科学好奇心已经超出了极限。
拉瓦锡破译呼吸问题
科学上的许多进展依赖于前人已经解决的障碍,此时,当一位具有特定视角、背景和研究技巧的人恰好应运而生时,他或她就有机会脱颖而出。拉瓦锡,一位已经在化学的其他领域颇有建树的科学家,当他面对呼吸问题时就有这样的好运气,因为在他面前所有必须解决的障碍都已被拿下:哈维解释了血液的循环,澄清呼吸运动;马尔比基已经完成对肺的微型解剖;至于气体化学,部分也是出自他本人的努力,已取得前所未有的进展。至18世纪末,气体成功地被分离和鉴定,导致了一场化学革命,现在终于可以开始研究呼吸问题了。
到1777年,拉瓦锡发表了一篇题为《动物呼吸的实验和空气通过肺所发生的变化》的论文。此时他已意识到呼吸过程中涉及两种不同性质的气体,一种是“特别适于呼吸的空气”(氧),另一种是“固定空气”(二氧化碳)——拉瓦锡把呼吸解释成缓慢的燃烧或氧化过程。尽管他的英国同事普里斯特利错失了这一点,但拉瓦锡抓住了关键,呼吸正是利用氧气和释放二氧化碳的过程。他与拉普拉斯合作,设计了一个实验装置,可以定量测出动物热的产生,以便研究呼吸的物理化学基础。利用他们改进过的量热计,可以定量地比较呼吸和燃烧,并得到了令人兴奋的结果。呼吸和燃烧的类比不再只是美好的隐喻。拉瓦锡现在可以在他的《热学论文集》中作出这样的结论:“呼吸过程中,纯空气转化为固定空气时所释放的热,正是维持动物热的主要原因。”
有机体如何繁殖
那些对博物学有兴趣的人们面临的最棘手的问题之一就是,动物如何产生后代。哺乳动物的卵子直到1828年才被发现,19世纪末才有人观察到卵核和精子的结合。这些关键性的发现所要求的技术和设备在18世纪还不具备。结果,18世纪的许多想法只能是猜想,这样的猜想倒是不少,有时基于事实,有时基于直觉,有时又基于他们立足的世界观。有些博物学家认为,卵(例如对于鸡和蛙)与受精和胚胎发育没有关系。许多人或者否认精子的存在,或者把它们当成一种寄生虫,对繁殖过程如果不是有害,也没有什么用处。许多人,包括林奈,认为体外受孕绝不会发生。林奈坦率声称:“在任何活着的有机体中,卵的受精或怀孕绝不可能发生在母体之外。”这些问题中的某些,虽然不是全部,恰恰源于斯帕兰扎尼所做的精彩实验。
斯帕兰扎尼对科学的热情也许受他表姐贝希所激励,贝希在博洛尼亚大学担任数学教授,在当时这对妇女来说是一个难得的荣誉。斯帕兰扎尼兴趣广泛,从地质学(埃特纳火山爆发时,他曾带领一支探险队去那里考察)到生理学,再到物理学(他担任勒佐大学物理学和数学教授),一直到希腊文和哲学(这两门课他都教过)。但是,尽管他兴趣广泛,他还是被认为是最伟大的实验家之一。通过仔细控制的实验,他破除了——至少是暂时地——自然发生的古老信念。他还花时间完成了非常有趣的有关生殖的若干实验。
17世纪几位杰出科学家,包括哈维和法布里修斯,曾经提出过一个思想,认为促成受精的关键因素是在精液中。实际上,他们认为它是非物质的,是一种看不见的力量,类似于磁力,他们称之为“精气”(aura seminalis)。斯帕兰扎尼用青蛙做实验,证明这一思想是错误的。在实验中,他杀死正在下卵的雌蛙。如果正常产出并随即与精液接触的卵和平常一样发育,但是通过解剖从雌蛙体内取出的卵,也即从未与精液接触过的卵却不能发育,尽管在理论上可以推测,它已足够地吸纳了附近的精气。
既然这些实验不错,他就决定再向前走一步。在下一次实验中,他给雄蛙缝制了紧身的达夫绸短裤。尽管穿着这些奇异服装,青蛙仍然想和往常一样交配。但是此时精液不能接近雌蛙的卵子。精液以及它携带的一切都留在短裤内,尽管雌蛙下了很多卵子,却没有一个得到发育。但是,当斯帕兰扎尼把达夫绸短裤里保存的液体涂在卵子上时,被涂过的卵子却正常发育了。斯帕兰扎尼还从雄蛙的精囊里直接采集精液,仔细地施与卵子。这样处理过的卵子也能发育成为蝌蚪。完善的科学实验之关键步骤就在于确保“控制”,以保证当实验者不施加影响时,上述观察结果就不会再出现。于是,斯帕兰扎尼还观察了实验中未经任何处理的卵子——它们分解了。
斯帕兰扎尼突然想出一个人工授精的方法。1779年,他成功地把类似过程用于一条母狗。尽管他肯定不是第一个成功进行人工授精的人(几个世纪以来,阿拉伯的牧马人早已这样做了),但他却是最早把这一手段用于科学,在此过程中,进行精心控制,并且对结果作出记录。
至少他在科学界引起了轩然大波,1781年瑞士博物学家邦尼特(Charles Bonnet,1720—1793)写信对他说:“我不知道是在哪一天,但总会有一天您发现的方法将会运用于人类本身,造成我们很少考虑过的严重后果。”