书城童书世界科学博览1
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第14章 18世纪的生命科学(4)

但是精液的什么成分引起受精,这个问题仍然存在。所以邦尼特向斯帕兰扎尼建议做另外一个实验,从而导致了另外一系列精彩的故事。斯帕兰扎尼把仔细称量过的青蛙精液放在一块载玻片上,然后用少量的麦麸,一种天然的凝胶,把26个卵粘在另一块载玻片上,并使它翻面盖在盛有精液的那块载玻片上。卵子是潮湿的,但是卵子实际上没有真正接触精液。当把这些卵子放在水里时,它们没有发育。但是如果把这些精液涂在其他卵子上,那些卵子却发育了。这说明这些精液仍然有活力。于是精气之说终于不再有效。由此,斯帕兰扎尼得出结论:“青蛙的受精,并不是精气的作用,而是精液中可察觉(感觉得到的)部分作用的结果。”

邦尼特建议试试是否还有其他能影响的因素——血液、血液提取物、电、醋、酒、尿、柠檬和酸橙汁、油等等,也许能得到有趣的结果。斯帕兰扎尼一一照着做了,但是没有一样能引起发育。他试图测验精液的活力究竟如何——什么能够消除精液的受精能力——结果发现,将精液稀释、置于真空里、冷藏和用油处理,都不能消除精液的受精能力。然而,加热、蒸发、酒或用滤纸过滤,却能使精液失效。

最后的一个线索使斯帕兰扎尼想到做另一个实验,他用滤纸过滤精液,结果是过滤后的稀液没有能力使卵子发育,但是滤纸上留有黏稠的残余物。当斯帕兰扎尼把这一残余物涂在卵子上时,卵子发育了。然而由于某种原因,斯帕兰扎尼忽视了这一重要细节的意义,得到的结论却是:并不是残留在滤纸上的精子,而是残留在滤纸上的一小部分精液导致了卵子受精。本来斯帕兰扎尼应该从他的实验中得到正确的结论,是精子而不是精子周围的液体起到受精的作用。但是由于某种无法了解的原因,使他错失这一结论。他前面的实验结果也许使他受到了蒙蔽——使他认为没有精子的精液起到受精的作用,精液中的精子显然已被杀死,因为他已对它们做过这样的处理:放在真空中,加热,蒸发以及用醋处理。或者他由于先入为主的信念而误入迷途,认为精子是一些寄生虫,通过性交逐代传递,是一种普遍存在的性病。

与此同时,为什么动物的卵子受孕后会发育,仍然是一堆谜团。

沃尔夫挑战预成论

哈勒曾经写道:“雌性的卵巢不仅包含她的女儿,而且还有孙女、曾孙女和曾孙女的女儿,如果一旦证明卵巢可以含有许多后代,就不妨说它含有全部后代。”这种预成论的思想已经存在很长时间,不过这种微型人(指的是预先形成的小人)究竟是藏在卵巢里还是精液里,则取决于人们相信哪一种繁殖理论。富有想象力的显微镜学家甚至还画出了他们认为看到过的挤在单个精液细胞里的微型人。

但是,沃尔夫(Caspar Friedrich Wolff,1734—1794)对于胚胎发育和分化的分析提出了新方法。1759年,他撰写了划时代的论文《发生理论》(Theory of aeneration),从此改变了胚胎学的历史进程。文中叙述了他对各种植物所作的观察,由此提炼出一个哲学命题,认为胚胎发育是“渐成的”,也就是说,各部分是逐渐生成的结果。

他显然不知道他的大多数同事,包括伟大的生理学家哈勒,都坚定地相信预成论。沃尔夫把他的论文送给哈勒(当时沃尔夫只有26岁)。哈勒很快就基于宗教理由否定了沃尔夫的论文。明知遭到拒绝,沃尔夫尖锐地回答说,科学家必须追求真理,不应以神学为依据来作出判断,这不是科学立场。不过,对于沃尔夫来说,提出的也不过是一个有欠分量的假说;所以就此而言,他的论文缺乏过硬的证据反驳哈勒的异议。

但是,18世纪生物学家遇到了两难境地。尽管哈勒、斯帕兰扎尼和邦尼特都满足于已有的宗教背景,并且希望忠于《圣经》的创世故事,但他们又打算把生理学其他领域正在使用的机械论方式挪用于生殖研究。

在眼下的情况中运用实验方法有些麻烦。自从列文虎克时代以来,显微镜并没有太多改进。可以使生物学家区分不同组织和细胞的着色技术还未发展。更多的进展来自植物研究,因为通过显微镜,植物的细节比未着色的动物组织更容易看清。所以,沃尔夫大多数有关动植物的结论都只是基于对植物的显微镜观察。正是在种子里,他在原始未分化的材料中,看到了树叶的原基和花的部件。

于是在1768年,沃尔夫描述了他对小鸡肠子形成过程的研究。他发现,小鸡肠子是在胚胎发育过程中从一个简单的组织发育而成。它先以一定的长度折叠形成一个凹槽,然后封闭形成管子。他还在更高级的动物中发现,在发育完成之前,胚胎肾会消失。为了纪念他,这种结构被称为沃尔夫体。他坚持说,预成论不能解释上述两种情况。小鸡的肠子不可能在鸡蛋里预成,他曾一步一步地观察过它的发育,他的结论是:这个过程一定是由简单均匀(相似)的组织,分化为更复杂的各不相同的结构。

沃尔夫写道:“我们可以得出结论,体内各种器官并不始终存在,而是逐渐形成的,不管其形成过程如何。我并不是说,它们的形成是由于某些粒子的偶然结合,是某种发酵过程,是通过机械原因或是通过灵魂的活动,我只是说,它是逐步形成的。”

沃尔夫是最早成为自然哲学信奉者的生物学家之一。自然哲学是一种受浪漫主义影响的德国哲学,主张自然中渗透着一种生命力,它能激发创造和繁殖过程。

作为自然哲学的信奉者,他认为他观察到的过程显示了某种生命力,它作用于匀质的有机物上,使它分化出各种结构。但是他不能再向前推进了。

最后,尽管沃尔夫已走得够远(赫胥黎认为他是一位被大大低估了的天才),但他并没有赢得这场反对预成论的战争。因为那场论战需要细胞理论来提供一种框架,从而理解精液、卵子和胚胎。再就是生物学家必须放弃他们钟爱的18世纪思想,包括机械论和自然哲学。他们必须放弃把有机体看成是机器的努力,但同时又不能放弃解释这种运作机制的希望。那些为理解胚胎发育而战的人们,和那些为抓住进化这一重大问题而奋斗的人们一样,只有在未来的19世纪才能看到他们战斗的胜利。

近代进化论的先行者:拉马克和居维叶

18世纪对“物种不变论”——所有物种永远保持不变——的论战在世纪末由于两个人的工作而达到白热化,这就是拉马克和居维叶。他们两位都是法国人,这也许并非偶然;巴黎那时已经成了生物学研究中心。这座城市坐落于一个辽阔盆地中,底下埋藏着无数贝壳、珊瑚、哺乳动物和各种化石。拉马克和居维叶两人成了主要竞争对手,一个是研究无脊椎动物的专家,另一个是研究脊椎动物的专家。

拉马克打开进化论的大门

达尔文曾经说,拉马克是“最早关注物种起源问题的人,他的结论引起了人们极大的注意,他的杰出贡献在于唤起人们关注这一可能性,即无论是有机界的变化,还是无机界的变化,都是自然规律作用的结果,而非奇迹的干预”。由于19世纪达尔文的巨大贡献,也由于当时同事们的嘲弄,拉马克在科学史上的地位有所遮蔽。但是,拉马克却第一个有勇气进化论的先驱拉马克爵士提出这一观念,即物种不是固定不变,而是在时间中会逐代发生变化。他富有直觉,尽管有时会脱离科学知识而走得太远。他试图综合各种理论,不仅包括生物学,还包括物理学和化学。

拉马克是家庭里11个孩子中最小的一个,不过他获得了家族的封号德·拉马克。但是他的好运也就到此为止,因为封号并没有收入。作为一个身无分文的年轻人,他被送到耶稣会学习,以便将来成为一名神职人员。但是当父亲去世时,他获得了一小笔遗产,于是立即买了一匹马,骑上它告别了未来的神职人员生涯。16岁时,他加入德国军队,在7年战争中表现英勇,得到提升。但是22岁那年,因为脖子上的慢性淋巴结炎症,不得不中途放弃军事生涯。拉马克来到巴黎试试运气,在那里结过几次婚,学过植物学、医学和音乐,当过银行职员。

在此期间,他成了哲学家卢梭(Jean-Jacques Rousseau,1712—1778)的朋友,两人一起远行,讨论自然和历史。他发现自己可以靠写作谋生,结果写了两本平淡无趣的书,一本关于医学,一本是年历,他还根据自己的气象学知识提供了11年的天气预报,但年年都不可靠。

拉马克事业的真正起飞源于他重新拾回对植物学的兴趣,当年随军驻扎于地中海沿岸时,他首次燃起对植物学的兴趣。他写了一本《法国植物志》,1778年出版,取得巨大成功,加印了好几次。这是第一本野外手册,能够帮助读者识别法国花卉品种,被植物学家和业余爱好者广泛使用。

在布丰的帮助下,拉马克开始步入博物学领域。布丰不仅关心他,还雇他当自己儿子的家庭教师。1781年,他成为皇家自然历史博物馆植物部的助理,这是一个有薪水的岗位,并且还有很多旅行的机会,以便为博物馆收集植物标本。不久发生了法国大革命,雇用他和布丰的政权垮台了。但是大革命也给他带来了好运。1793年,革命政府要物色人选担任博物馆的昆虫、贝壳和蠕虫部门(相当于我们今天所谓的无脊椎动物学)的低职位教授,拉马克被选上了,尽管他在这一领域并没有真正的基础。(与此同时,他的未来对手居维叶被任命为脊椎动物学教授,显然这是一个更有声望的职位)。然而,拉马克镇定自若,抓住这个机会,就在接近50岁的年龄,改行投入这一新的课题,并很快取得巨大成果,包括撰写了7卷本的《无脊椎动物史》(History of Invertebrates)一书。

拉马克成功地把林奈留下的一大堆烂摊子整理得井井有条。他把蜘蛛纲节肢动物(蜘蛛、扁虱、螨虫、蝎子,全都有8条腿)与昆虫纲(只有6条腿)分开。设立了甲壳纲(螃蟹、龙虾、螯虾及其类似物)和棘皮动物门(体表带刺的动物,如海星和海胆)。无脊椎动物和脊椎动物这两个词实际上是拉马克提出的,他还新造了biology(生物学)这个词。

1809年出版的《动物哲学》(Zoological Philosophy)是他最好的著作。其中,拉马克提出物种演化的两个重要因素:第一,所有生物都有演变为更高级生命形式的基本趋势,并且自然界本身也倾向于复杂性的增加;第二,获得性的遗传,这是他最著名也是遭受批评最多的观点。