【正文】 立維薩里、塞爾維特等作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)倡導(dǎo)者的先驅(qū)，為探索生命的本質(zhì)而獻(xiàn)身，而他們最初的探索，還是沒有完全擺脫以“考察事實(shí)”為主的解剖實(shí)驗(yàn)。塞爾維特在1553年出版的《基督教的復(fù)興》一書中，將自己的發(fā)現(xiàn)公布于眾，并批判了蓋侖的“靈氣說”。塞爾維特仔細(xì)研究了血液涌向肺臟的情況，他發(fā)現(xiàn)，血液從右心室流入左心房不是經(jīng)過中膈上的孔，而是經(jīng)過肺臟作了一番“旅行”，轉(zhuǎn)變成新鮮的血再回到左心房。維薩里的研究道路是艱難的，他最終被教會(huì)判處去“圣地”耶路撒冷贖罪，在歸途中由于船只失事而死于異國(guó)他鄉(xiāng)。該書第一次在解剖實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上全面、系統(tǒng)地揭示了人體內(nèi)部的真實(shí)構(gòu)造，揭開了人類認(rèn)識(shí)自身的新篇章。”為此，他不顧教會(huì)禁令，經(jīng)常在深夜到郊外無主墓地或刑場(chǎng)去取回殘骨或尸體進(jìn)行解剖?！睂?duì)古代人體解剖學(xué)說的改造做出最大貢獻(xiàn)的是比利時(shí)醫(yī)生維薩里(Andreas Vesalius，1514—1564)。他繪制了750多幅人體解剖圖，還利用熱蠟注入腦室空腔，制作了世界上第一個(gè)腦室模型，并創(chuàng)立了研究軟組織的連續(xù)切片技術(shù)。達(dá)他倡導(dǎo)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，首先開始了對(duì)古代人體解剖學(xué)說的改造。達(dá)例如，他科學(xué)地記錄了凹鏡和透鏡的焦點(diǎn)位置與散度，并提出運(yùn)用其原理制造望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的設(shè)想，但由于他的這些行為觸犯了宗教神學(xué)而被監(jiān)禁24年。羅吉爾他提出：“應(yīng)當(dāng)依靠實(shí)驗(yàn)來弄懂自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)、煉金術(shù)和天上地下的事情。早在文藝復(fù)興時(shí)期前的13世紀(jì)，英國(guó)學(xué)者羅吉爾因此，在生物學(xué)中，建立科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為時(shí)代的要求。用實(shí)驗(yàn)方法去揭示生命規(guī)律，去證明古人在直觀認(rèn)識(shí)上所提出的一些思辨原理，并糾正古人由于觀察的片面性而產(chǎn)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，是生命科學(xué)發(fā)展本身的要求。文藝復(fù)興時(shí)期是一個(gè)需要反封建并產(chǎn)生反封建強(qiáng)大思想武器的時(shí)期，是一個(gè)需要科學(xué)巨人并造就科學(xué)巨人的時(shí)期，是一個(gè)需要科學(xué)實(shí)驗(yàn)并建立科學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)期。近代自然科學(xué)是從這樣一個(gè)偉大的時(shí)代算起的。第三，以探索為目的的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)還沒有完全擺脫原始的思辨，即還沒有完全從自然哲學(xué)中分化出來，如亞里士多德、益侖等進(jìn)行的探索實(shí)驗(yàn)，很多是依賴于對(duì)自然的想像，因此對(duì)觀察到的事實(shí)做出了很多錯(cuò)誤的解釋。無論是對(duì)生物的分類，還是對(duì)生命的探索，都是對(duì)觀察結(jié)果的描述。因此，從公元2世紀(jì)到16世紀(jì)的長(zhǎng)達(dá)1400年中，蓋侖的理論一直占有統(tǒng)治地位，以至于阻礙了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。古人的這些錯(cuò)誤是完全可以理解的，在那個(gè)年代，受各方面的局限，他們只能將自己看到的事實(shí)描述下來，或者按照自己的推斷做出或?qū)蝈e(cuò)的結(jié)論。他甚至認(rèn)為每一個(gè)器官都是為了一個(gè)目的而被神圣地制造出來，并主觀地認(rèn)為，腸子里的食物由靜脈攜帶到肝臟，在那里吸取。例如，亞里土多德通過解剖哺乳動(dòng)物而得出“心臟的右腔大于左腔”和“動(dòng)脈管里是空的，只是充滿了空氣”等錯(cuò)誤結(jié)論，這是因?yàn)閯倓傇讱⒌膭?dòng)物心臟突然收縮，左邊由于血液大部分射出而已經(jīng)癟下去，右邊卻常常還有部分充血，因此看上去左邊比右邊小。在中國(guó)古代就曾有“神農(nóng)嘗百草，一日而遇七十毒”的傳說，這也可以看做是采用“試錯(cuò)法”而進(jìn)行的一種鑒別實(shí)驗(yàn)。在當(dāng)時(shí)，羅馬已經(jīng)有了很多的解剖器械(圖1—2)，蓋侖在他的《論解剖操作》專著中論述了很多解剖、觀察的方法。通過動(dòng)物解剖及實(shí)驗(yàn)，他能認(rèn)出7對(duì)腦神經(jīng)及其功能，并揭示出脊椎分段切割的作用，他還觀察了尿從腎臟流經(jīng)輸尿管至膀胱的途徑。古羅馬醫(yī)生蓋侖(Galen，129—199)也曾經(jīng)做過很多生理實(shí)驗(yàn)，以至于有些論著稱蓋侖為最早奠定生理學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)者。他還對(duì)小雞在蛋殼中孵化的21天進(jìn)行了詳細(xì)的觀察和記錄，發(fā)現(xiàn)小雞生命的第一個(gè)信號(hào)是在開始孵化后的第4天出現(xiàn)的一個(gè)跳動(dòng)點(diǎn)，即心臟的搏動(dòng)。被西方稱為“生物學(xué)始祖”和“動(dòng)物學(xué)之父”的古希臘哲學(xué)家、動(dòng)物學(xué)家亞里士多德(Aristotle，公元前384一公元前322)曾對(duì)540種動(dòng)物進(jìn)行了分類，對(duì)其中50多種動(dòng)物進(jìn)行了活體解剖觀察，并做了詳細(xì)記錄。他提出的“腦是智力的器官”及“人腦具有理解力，而動(dòng)物大腦只能覺察不能理解”的觀點(diǎn)，就是建立在他的動(dòng)物解剖實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。“馱驪”一詞，早在秦朝以前即已出現(xiàn)，這說明當(dāng)時(shí)已經(jīng)育成了馬父驢母的雜交騾。關(guān)于雜交實(shí)驗(yàn)的最早記載，是公元121年我國(guó)東漢時(shí)期的許慎所著《說文》中提到的“贏，驢父馬母者也；馱騠，馬父贏子也，(贏即騾)?！吨芏Y當(dāng)時(shí)，我國(guó)不僅在釀酒技術(shù)上有很高的水平，在發(fā)酵技術(shù)方面也有很多突破，如用酸漿調(diào)節(jié)發(fā)酵，加醋或油以消除泡沫產(chǎn)生等。當(dāng)時(shí)由于制曲的時(shí)候利用了某些條件，使曲里含有大量混雜生長(zhǎng)的霉菌和酵母，分別起著淀粉糖化和酒精發(fā)酵的作用，使糖化和酒精發(fā)酵兩個(gè)過程既連續(xù)而又交叉地進(jìn)行，這種方法就是現(xiàn)代的復(fù)式發(fā)酵法，也是我國(guó)獨(dú)特的釀酒方法。“五齊”的提出，是符合釀酒發(fā)酵的科學(xué)規(guī)律的。比較詳細(xì)記錄其操作程序的是《周禮》中的“五齊”。曲是長(zhǎng)了微生物的谷物，蘗是發(fā)了芽的谷物，在這里，蘗起淀粉糖化作用，曲起酒精發(fā)酵的作用，這是世界上利用曲霉最早的記錄。傳說在大約公元前2000年的中國(guó)夏代，人們就已經(jīng)知道釀酒了。二、古代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的萌芽原始人對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，僅僅是為了自身的生存，而進(jìn)入文明社會(huì)以后，人們開始有目的地對(duì)各種生物的形態(tài)、習(xí)性進(jìn)行理性的探索。原始人對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，更多的是靠著自然觀察和在生活實(shí)踐中的嘗試。原始人用石斧將樹木砍倒，然后曬干并放火燒掉，騰出空地挖坑播種，在收獲的季節(jié)，用石鐮將作物割下，用石碾加工為糧食。在種植的過程中，人們要不斷地了解不同作物的生長(zhǎng)習(xí)性，適時(shí)播種和管理，并逐步積累一定的經(jīng)驗(yàn)?？梢韵胂?，人類在長(zhǎng)期的自然觀察中，注意到有些植物的生長(zhǎng)是靠著開花后結(jié)的種子落地而周而復(fù)始的，于是嘗試著將采集到的種子埋在土里，當(dāng)小苗長(zhǎng)出后細(xì)心侍候，最后他們得到了更多的果實(shí)和種子。據(jù)考證，大約從舊石器時(shí)代向新石器時(shí)代的過渡時(shí)期(約1萬年前)開始，就有了種植業(yè)。他們開始注意觀察不同動(dòng)物的形態(tài)特征和生活習(xí)性，以便利用它們的弱點(diǎn)去更有效地捕獲它們。人類通過長(zhǎng)期觀察和實(shí)踐，對(duì)不同植物以及同一種植物的不同器官進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)哪些植物的哪些部分是可以充饑的、適口的，哪些是有毒害的，在什么季節(jié)可以釆到什么植物。一、原始人的自然觀察在長(zhǎng)達(dá)二三百萬年的人類歷史中，大約99％的時(shí)間是在原始社會(huì)中度過的。人類告別了猿類之后即開始對(duì)自己賴以生存的各種生物進(jìn)行有意識(shí)的認(rèn)識(shí)，并通過自己的觀察及實(shí)踐活動(dòng)收集和積累有關(guān)的知識(shí)。第一節(jié) 早期人類的實(shí)踐活動(dòng)人類是從古猿進(jìn)化而來的。第一章 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生和發(fā)展生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，特別是現(xiàn)代生物學(xué)，離開了實(shí)驗(yàn)，幾乎就不能發(fā)展。嚴(yán)格地說，生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)是建立在近代自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，但建立的過程經(jīng)歷了早期人類的自然觀察到對(duì)生命活動(dòng)的探索，研究等一系列實(shí)踐活動(dòng)這條漫長(zhǎng)的道路。無論是人類還是古猿，其生存都要和其他生物發(fā)生關(guān)系。如果可以將這些稱之為原始的生物學(xué)，那么從某種意義上講，生物學(xué)是和人類及其實(shí)踐活動(dòng)一起誕生的。人類真正有意識(shí)地認(rèn)識(shí)生物，是從采集和狩獵開始的。隨著工具的改進(jìn)和火的使用，人類主動(dòng)地獵取各種動(dòng)物以補(bǔ)充自己的食源。從采集到狩獵，原始人并沒有擺脫依賴天然食物而生活的歷史，直到種植和馴養(yǎng)的出現(xiàn)，才標(biāo)志著人類可以按照自己的需要在自然界中獲取生存的必需品。在西亞(今土耳其境內(nèi)的薩約呂一帶)發(fā)現(xiàn)有1萬年前種植小麥的遺跡，在我國(guó)浙江余姚也發(fā)現(xiàn)了六七千年前的大量炭化稻谷。他們成功了，種植業(yè)也隨即開始了。如果種植業(yè)可以被看做是人類最早期的探索實(shí)驗(yàn)，那么其操作方式就是“刀耕火種”，最原始的工具是粗陋的石斧、石鋤等(圖1—1)。當(dāng)然，這些所謂的“實(shí)驗(yàn)”是我們現(xiàn)代人對(duì)它的命名，它距離今天意義上的“實(shí)驗(yàn)”相差甚遠(yuǎn)。然而，沒有原始人的各種實(shí)踐和嘗試，今天的“實(shí)驗(yàn)”也就成為無源之水、無本之木。公元前1000年，中國(guó)的《詩(shī)經(jīng)》就有了大量關(guān)于動(dòng)、植物知識(shí)的記載，不過，這些都是人們對(duì)自然觀察的描述，釀造業(yè)可以說是古人們比較系統(tǒng)地進(jìn)行“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”操作的典型代表。有文字記載的是公元前1600年的殷代，人們用曲蘗制酒。以后，釀酒技術(shù)就在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來了?！拔妪R”是指發(fā)酵過程中的五個(gè)主要階段：一是“泛齊”，這是發(fā)酵初始谷物吸水膨脹泛浮的階段；二是“醴齊”，即淀粉進(jìn)行糖化作用階段；三是“盎齊”，即發(fā)酵時(shí)糖轉(zhuǎn)化為酒(即乙醇)和二氧化碳，冒出氣泡的階段；四是“醍齊”，在這個(gè)階段，酒的濃度逐漸增加，醪液顏色變深；第五個(gè)階段是發(fā)酵終止，酒糟下降，稱“沉齊”。大約到了漢朝，即公元前200多年，我國(guó)釀酒已經(jīng)只用曲而不用蘗了。至今，西方的釀酒仍然用麥芽糖化后再加入酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵兩道程序。在釀酒技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，利用乳酸菌發(fā)酵來加工貯藏蔬菜，釀醋、制醬等技術(shù)也都有了很高的水乎。天官》中就有關(guān)于醯人的記載，醯人是負(fù)責(zé)掌管釀醋的人員，這說明當(dāng)時(shí)釀醋生產(chǎn)有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模?！墩f文》中還指出，雄驢和雌馬交配，雄馬和雌驢交配，其子代是有區(qū)別的。大約在公元前600年，古希臘生理學(xué)家阿爾克邁翁(Alcmaeon)即對(duì)人和動(dòng)物的尸體進(jìn)行了解剖。阿爾克邁翁的研究為人體解剖學(xué)和生理學(xué)開創(chuàng)了先河。如他研究了一種多刺的角鯊，發(fā)現(xiàn)它與其他的魚類將卵排入水中不同的是，卵在雌魚體內(nèi)發(fā)育成幼魚才出生(這種“胎生魚”直到19世紀(jì)才被再次發(fā)現(xiàn))。亞里士多德不僅將觀察到的現(xiàn)象描述下來，還繪制成圖。在解剖生理學(xué)方面，他的最大貢獻(xiàn)是在肌肉和腦神經(jīng)方面。蓋侖還特別注意解剖的方法。像阿爾克邁翁、亞里士多德、蓋侖這樣，為了認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象而自覺地通過簡(jiǎn)陋的手段專門進(jìn)行一些觀察和比較，可以看做是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)。當(dāng)然，古人們的這種探索實(shí)驗(yàn)由于其手段簡(jiǎn)單、工具簡(jiǎn)陋和方法的局限，有很多是不完善、不科學(xué)甚至是錯(cuò)誤的。同樣，蓋侖關(guān)于血液運(yùn)行的認(rèn)識(shí)也是錯(cuò)誤的。自然靈氣”(naturalspirit)而被制造成血液，這些血液一部分經(jīng)過靜脈到身體各部分被吸收，另一部分被送到心臟右腔，通過左、右腔之間“看不見的微孔”進(jìn)入左腔，在那里接受“活力靈氣”(vitalspirit)，從左腔流出的血液到達(dá)腦，在那里獲得最高的“動(dòng)物靈氣”(animalspirit)(圖l—3)。但是，一些錯(cuò)誤的觀念，如蓋侖關(guān)于血液運(yùn)行的理論和他的“三靈氣學(xué)說”，正好與中世紀(jì)的宗教教義相符合，被認(rèn)為是基督教解釋自然和生命現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，而被視為神圣不可動(dòng)搖的經(jīng)典。三、古代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)第一，以觀察為主的手段和以描述事實(shí)為主的結(jié)論是古代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)主要特點(diǎn)。第二，處在萌芽時(shí)期的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，還沒有從以經(jīng)驗(yàn)為主的勞動(dòng)實(shí)踐中分化出來，其實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容是直接獲取人類所需要的物質(zhì)，其技術(shù)手段是生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)積累。第二節(jié) 近代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的建立與發(fā)展在西方，經(jīng)歷了科學(xué)上的漫長(zhǎng)的黑暗和禁錮時(shí)期，到15世紀(jì)下半葉，終于進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期——文藝復(fù)興時(shí)期。一、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)在資產(chǎn)階級(jí)從封建社會(huì)里產(chǎn)生和發(fā)展的同時(shí)，新的生產(chǎn)方式的產(chǎn)生和發(fā)展也為科學(xué)的發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。近代自然科學(xué)之所以成為科學(xué)，是與科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法分不開的。因?yàn)閼{直覺觀察很難說明事物的本質(zhì)，所以人們要求在有控制的、人為的環(huán)境下進(jìn)一步研究生命現(xiàn)象的真諦，探索生命活動(dòng)的規(guī)律。然而，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在走向科學(xué)的道路上經(jīng)歷了艱難和曲折，那些以實(shí)驗(yàn)為手段，以事實(shí)為依據(jù)，探索生命科學(xué)的先驅(qū)，甚至付出了生命的代價(jià)。培根（Roger Bacon，1214—1294)就成為倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)。”他認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)科學(xué)是完善的科學(xué)，無論推論多么有力，也不能提供確定性，除非得到實(shí)驗(yàn)的證明。培根本人不惜重金購(gòu)買了各種儀器，自己動(dòng)手做了大量的實(shí)驗(yàn)。文藝復(fù)興時(shí)期的巨人之一—列奧納多芬奇(Leonardo da Vinci，1452—1519)不僅是藝術(shù)家，而且是數(shù)學(xué)家、解剖學(xué)家和生理學(xué)家。在中世紀(jì)，在人體解剖學(xué)方面占統(tǒng)治地位的是古羅馬醫(yī)生蓋侖的學(xué)說。芬奇敢于對(duì)已經(jīng)寫進(jìn)教義的理論持懷疑態(tài)度，他不顧教會(huì)的禁令，在物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)等方面做了大量實(shí)驗(yàn)，并親自解剖了10多具尸體，獲得了豐富的人體解剖的資料。他提出：“實(shí)驗(yàn)是一切自然現(xiàn)象研究工作所必須遵循的方法。維薩里很早就提出：“我要從對(duì)人體本身的解剖來闡明人體的構(gòu)造。他以實(shí)際的人體解剖揭示的事實(shí)糾正了蓋侖200多處錯(cuò)誤，用實(shí)驗(yàn)材料駁斥了《圣經(jīng)》上關(guān)于上帝造人的謬論，并在此基礎(chǔ)上，于1543年出版了《人體的構(gòu)造》一書。在書中，維薩里還科學(xué)地繪制了很多解剖圖(圖l—4)，這些圖很多被作為藝術(shù)品而保留至今。繼維薩里之后，他的同學(xué)西班牙醫(yī)生塞爾維特(Servetus，1511—1,553)又有許多新的發(fā)現(xiàn)，并從解剖學(xué)方面的觀察逐步轉(zhuǎn)移到對(duì)機(jī)體生理活動(dòng)的研究上來。這就違背了蓋侖的血液運(yùn)行學(xué)說。由于他的觀點(diǎn)觸犯了教義，褻瀆了《圣經(jīng)》，1553年10月27日，宗教法庭判處他死刑。真正開創(chuàng)以科學(xué)研究為主的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的是英國(guó)生理學(xué)家、醫(yī)生威廉在前人研究的基礎(chǔ)上，哈維通過自己的科學(xué)實(shí)驗(yàn)明確提出人體血液循環(huán)理論。哈維解剖過128種哺乳動(dòng)物，并詳細(xì)地觀察它們心臟的搏動(dòng)。蓋侖關(guān)于血流運(yùn)行的理論顯然是錯(cuò)誤的。為了使自己的推測(cè)得以證實(shí)，哈維開始轉(zhuǎn)入長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究。于是哈維得出了他關(guān)于血液循環(huán)的第一個(gè)結(jié)論：心臟是一個(gè)泵，當(dāng)它收縮時(shí)，將血液泵出；舒張時(shí)，又將血液吸滿。當(dāng)時(shí)，解剖學(xué)家們普遍相信血管的收縮是靠它自身的力量。他仔細(xì)地觀察血管伴隨心臟的收縮、舒張而發(fā)生的變化：當(dāng)心臟收縮時(shí)，動(dòng)脈充滿了血，同時(shí)擴(kuò)張；當(dāng)心臟舒張時(shí)，動(dòng)脈管壁又彈回。當(dāng)心臟劇烈跳動(dòng)時(shí)，脈搏也加快，而當(dāng)心臟停止跳動(dòng)時(shí)，脈搏即消失。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，哈維認(rèn)為，動(dòng)脈擴(kuò)張是由于心臟收縮時(shí)射出的血液使得動(dòng)脈被填充而形成的，動(dòng)脈自身沒有力量形成脈搏，脈搏是由于心臟的運(yùn)動(dòng)造成血流的沖擊而產(chǎn)生的。他用帶子結(jié)扎了動(dòng)脈管，發(fā)現(xiàn)在結(jié)扎處上部，即靠近心臟一端的動(dòng)脈膨脹，并隨著心臟的跳動(dòng)而蠕動(dòng)；相反，在結(jié)扎處的下部，即離心臟較遠(yuǎn)的地方，動(dòng)脈很快癟下去，脈搏也消失了。哈維用同樣的方法對(duì)靜脈進(jìn)行結(jié)扎，出現(xiàn)的結(jié)果與上述相反。哈維在自己的身上做了如下的實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)瓣膜的作用：用手握住一根木棒，并用繃帶綁住這只胳膊，在繃帶以下沿著可見的淺表靜脈會(huì)出現(xiàn)一些突起，這些突起是靜脈瓣膜處積存的血液造成的，用一個(gè)指頭按壓突起以下的靜脈，把血往上擠，當(dāng)把手指移開時(shí)，靜脈又被從下面來的血液充滿了(圖1—6)。他將一根細(xì)金屬針插進(jìn)動(dòng)物的靜脈，追蹤它的前進(jìn)路線，發(fā)現(xiàn)很難將金屬針向靜脈的支脈推進(jìn)，而當(dāng)他把金屬針從靜脈下方向心臟端推進(jìn)時(shí)，瓣膜則像閘門一樣打開。1628年，哈維在經(jīng)歷了13年的大量實(shí)驗(yàn)研究的基