书城科普与科学家相约(科学知识大课堂)
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第36章 与生物学家相约(9)

巴斯德在成功地研究出防止鸡霍乱病的方法后,又着手研究对付炭疽病的方法。他把炭疽病的病菌培养在温度为42~43℃的鸡汤中。这样,此病菌不形成孢子,从而选择出没有毒性的菌株作为疫苗进行接种。

巴斯德是世界上最早地成功研制出炭疽病减毒活性疫苗的人,从而使畜牧业免受灭顶之灾。

研制狂犬病疫苗

巴斯德晚年对狂犬病疫苗的研究是他事业的光辉顶点。

狂犬病虽不是一种常见病,但当时的死亡率为100%。1881年,巴斯德组成一个三人小组开始研制狂犬病疫苗。在寻找病原体的过程中,虽然经历了许多困难与失败,最后还是在患狂犬病的动物脑和脊髓中发现一种毒性很强的病原体(现经电子显微镜观察是直径25~800纳米,形状像一颗子弹似的棒状病毒)。

为了得到这种病毒,巴斯德经常冒着生命危险从患病动物体内提取。一次,巴斯德为了收集一条疯狗的唾液,竟然跪在狂犬的脚下耐心等待。

巴斯德把分离得到的病毒连续接种到家兔的脑中使之传代,经过100次兔脑传代的狂犬病毒给健康狗注射时,奇迹发生了,狗居然没有得病,这只狗具有了免疫力。

巴斯德把多次传代的狂犬病毒随免脊髓一起取出,悬挂在干燥的、消毒过的小屋内,使之自然干燥14天减毒,然后把脊髓研成乳化剂,用生理盐水稀释,制成原始的巴斯德狂犬病疫苗。

1885年7月6日,一个9岁的小孩梅斯特被狂犬咬伤14处,医生诊断后宣布他生存无望。然而,巴斯德每天给他注射一支狂犬病疫苗。两周后,小孩转危为安。巴斯德成为世界上第一个能从狂犬病中挽救生命的人。1888年,为表彰他的杰出贡献,法国政府成立了巴斯德研究所,任命他为所长。

巴斯德为微生物学、免疫学、医学,尤其是为微生物学,做出了不朽贡献,“微生物学之父”的美誉当之无愧。巴斯德严谨的、科学的实验设计,他淡漠名利的高尚情操,他为追求真理而不顾个人安危的献身精神将永远留在我们的心中。

实验植物生理学的奠基人萨克斯

萨克斯(Julius von Sachs,1832~1897)是实验植物生理学的奠基人。他于1832年10月3日出生在波兰一个贫困的艺人家庭。在萨克斯小的时候,他父亲在一家工厂里做雕刻师,虽然这位雕刻师颇具艺术天才,可是挣到手的钱却难以保障全家人的衣食需要。几年之中,萨克斯他们八个兄弟姊妹有五个相继夭折。贫困忧愁的父母把希望和未来全都寄托在活着的孩子们身上。少年的萨克斯在父亲的熏陶和影响下,逐渐显现出来一点儿绘画的天赋。他还对大自然怀有浓厚的兴趣。但是,由于家里很穷,上学很晚。后来,总算通过自己的努力取得了优异的学习成绩,少年萨克斯才得以进入伊丽莎白中学学习。可是,命运好像总是捉弄不幸的孩子。不久,萨克斯因为父母双亡的家庭变故,刚刚年满17岁就成了一个贫困的孤儿。只读到高中一年级的萨克斯从此失学了。

住在萨克斯家附近的邻居中,有一位研究生理问题的学者,他名叫普金叶。萨克斯从小就与普金叶的孩子们有过许多的交往。他们经常在一起玩耍,一起观察和研究自然,收集生物标本。普金叶的孩子们还带着萨克斯到家里去看父亲的实验室,鼓励萨克斯学习自然科学。这一方面使得萨克斯接触到了实验生理学,另一方面也让普金叶了解到了年轻的萨克斯在绘画上的天赋和对大自然的浓厚兴趣。

1850年,普金叶在布拉格担任教授之后不久,就把孤苦无依而又聪明好学的萨克斯带到布拉格,留在身边做自己的科学绘画师和研究工作的助手。萨克斯非常珍惜这个机会,他在与普金叶很好合作的六年当中,通过自己的努力逐渐补上了中学的课程,并且进入大学学习。1856年,萨克斯通过了博士学位的考试。这无疑为他后来的科学研究活动铺平了道路。在此后的三年中,初涉科学殿堂的萨克斯成了全世界研究植物生理学专业的第一位讲师。他还先后写出了18篇主要涉及形态学方面的论文,发表在普金叶主办的《生命》杂志上。

在人类科学的发展历史中,早在17世纪至18世纪,就有人提出过要研究植物生理学方面的问题。当时人们把主要的注意力集中在关于植物的营养、性别和向性以及植物是如何生长这些方面。在研究方法上,科学家们已经可以将物理学和化学的手段运用于植物学方面的研究,定量的和比较精确的实验观察,正在逐渐成为推动这个学科发展的主要动力。但是,由于已有的一些错误观点的干扰(如:亚里士多德认为,植物吸收的营养全都来自土壤之中;植物没有性别差异等),和当时仪器设备的水平十分有限,使得有关的研究难以在物理学、尤其是在化学方面更加深入。就是在这样一个大的时代背景下,萨克斯首创了水培植物来研究和测量植物新陈代谢的方法。运用这种方法,萨克斯了解到植物离开了土壤也可以在营养液中充分地生长和发育。因为,有实验证明植物是依靠吸收土壤中溶于水的营养成分来生活的。这就证实了英格豪斯(Ingenhousz)等人提出的关于“二氧化碳能够形成植物体中有机物”的认识。萨克斯的这个水培实验,有力地证明植物中的含碳化合物是来自空气中的二氧化碳,而并非来自土壤有机质。同时,萨克斯的这项工作也引起了塔朗特林学院的学者施特克哈尔特的注意。于是,他聘请萨克斯来学院做生理学助教,萨克斯在这里一干就是三年。

在塔朗特林学院工作了三年以后,萨克斯借助于自己在植物营养学和其他方面的研究成果,为自己在波恩附近的波贝斯多夫农学院又找到了一个做教师的职位。从1861年~1865年,他在波贝斯多夫农学院一边教学,一边完成了自己在塔朗特林学院时就开始写作的《植物实验生理学手册》。这本书后来于1865年在莱比锡出版,它使萨克斯一举成为实验植物生理学的奠基人。

1866年,萨克斯应聘担任了布赖斯高弗赖堡大学的教授。又过了两年以后,萨克斯被聘为维尔茨堡大学教授。在维尔茨堡大学,萨克斯全面展开了他的植物生理学研究工作。他的研究领域涉及植物胚胎学、植物营养学、光和黑暗条件对植物的影响以及植物的生长形态和水在植物体中是如何运动的等等许多问题。他要为植物生理学这个新兴的学科描绘出一个蓝图,为今后这方面的研究指明方向,也为今后这方面的研究在方法和设备上做了更充足的准备。

在萨克斯关于实验方法和器械设备方面的贡献中,有他发明的“气泡计量法”。这是一种通过统计植物光合作用产生气泡的体积,来测量光合作用强度的实验方法。萨克斯还发明了称量半片叶子在光合作用前后的干重之差,用来测算干物质积累情况的“半叶法”。他设计了把一块玻璃安放在装满泥土的木箱中,种上植物来观察根在生长过程中表现出来的向地性的装置;他还研制过一种手持的分光镜和能够获得稳定温度的恒温器等实验设备。

在为后人指明植物生理学的主要研究方向这方面,萨克斯思考问题的范围十分广泛。他不仅已经考虑到要从植物与温度的关系、植物与光以及植物与土壤等方面入手,去研究植物的生活。还注意到了在不同生长时期植物与自然界各种生物和非生物因素之间的微妙关系。例如,他曾经钻研过交替出现的光亮环境和黑暗环境对于植物花的形成有哪些影响。应当指出,近百年来人类在自然科学方面确实取得了值得骄傲的巨大成就,然而,萨克斯当年关于植物叶片在光下产生“形成花的物质”这个猜测,至今还没有令人信服的准确答案。

萨克斯还在18世纪60年代做过这样一个有关植物叶片的实验:他首先将照过光的植物绿叶用酒精煮一会儿,以除去叶绿素。然后把煮成乳白色的叶子用清水洗过,再滴上碘酒。这时,叶子就显现出蓝色。因为淀粉遇到碘会变蓝,所以,这个实验证了光合作用能够产生淀粉。

萨克斯通过孜孜不倦、勤奋努力的工作,为现代实验植物生理学的起步和发展做出了卓越的贡献。他精确地在这个研究领域阐明的同化作用、膨压和土壤蓄水力等许多基本概念,仍然是今天一些相关学科进行教学和科学研究工作的重要基石。

萨克斯不仅是一位杰出的科学家,也是一位桃李满天下的导师。他培养了一大批优秀的学生,后来这些学生在许多国家的植物生理学研究领域都取得了令人瞩目的成就。在他们中间有:

法兰士·达尔文(Francis Darwin),这位查理斯·达尔文的儿子,是剑桥大学教授,在刺激生理学和研究蒸腾作用方面作出了贡献;格贝尔(Karl Gobel),在器官学和实验形态学等方面建树颇多;是罗斯托克、马尔堡和慕尼黑大学的教授;德·弗里斯(Hugo de Vries),阿姆斯特丹大学的教授,是研究细胞生理学和遗传学、突变论的学者。

萨克斯的一生都是在不断地进行科学探索中度过的。紧张的工作安排使他无暇顾及家人和朋友,也从来没有时间去度假和休养。他也无法用更多时间去研究哲学和关心政治问题。但他始终认为,自己所从事的科学研究工作就是人类生活的一个重要部分。

萨克斯是一位态度谨慎的自然科学家,更是一位坚定的唯物主义者。在他看来,所有的宗教都是和科学格格不入的,应当坚决予以反对。

萨克斯在1897年逝世,终年65岁。他为我们开创了一个崭新和重要的自然科学学科——实验植物生理学。

生物发生律的发现者海克尔

海克尔(Ernst Heinrich Haeckle,1834~1919)是德国动物学家和哲学家。在19世纪中叶,他提出了著名的“生物发生律”,揭示了生物在个体发育过程中会重演物种系统演化大致过程的规律。这个规律不仅对于人类认识自然界中的生物演化是十分重要的,而且为唯物主义生物史观的确立提供了有力的支持。因为,在解释自然界中为什么会有如此众多的物种这个问题上,生物发生律所支持的进化论,比上帝创造万物的“神创论”和当时的其他解释,拥有更能令人信服的东西——实验证据。

海克尔出生于1834年2月16日。他的父亲卡尔·海克尔是一个官员,当时任德意志邦联梅泽堡的宗教和教育机关首席顾问,他的外祖父则是柏林枢密院的成员。海克尔在这样一个良好的家庭环境中度过了他愉快的儿童和少年时代。海克尔从小就受到了良好的教育和培养。虽然当时的学校教育并不重视自然科学,但是,海克尔在家庭教师的悉心指导下,利用假期和课余时间投入到大自然的怀抱之中。他用了十多年时间观察自然、采集标本和绘图记录,分类整理了万余件植物标本,建立起一个有相当规模的植物标本室。海克尔尤其喜欢看植物学和科学探险方面的书籍。他对达尔文乘贝格尔号考察船环球旅行的游记、著名植物学家施莱登教授所著《植物及其生存》等著述心驰神往,总想着将来长大以后能追随施莱登教授,成为一个在热带森林里考察和研究植物学的科学工作者。

然而,父母还是想把海克尔培养成一个有相当社会地位的医生。1852年,海克尔只好遵从父母的意见,从梅泽堡京纳休姆中学升入大学学医。在六年的大学学习生活中,海克尔先后到过维尔茨堡大学、柏林大学和维也纳大学。但是,海克尔还是念念不忘他所喜欢的植物学,而始终对学习医学兴趣不高。

海克尔在维尔茨堡大学医学院度过了他进入大学的最初两年。在这两年中,他学习了比较解剖学和胚胎学等课程,熟悉了显微镜的使用技术。1854年,他参加了对当时新兴学科海洋动物学的研究工作,在解剖学和生理学教授弥勒的指导下,他到北海的黑尔格兰岛考察低等海洋动物。1856年,海克尔22岁时,被聘任为维尔茨堡大学医学院的助教,并开始攻读博士学位。大约一年以后,他的博士论文《论河虾的组织》在柏林大学通过答辩,并获得医学博士学位。海克尔从此有了从业行医的资格。

导师的教诲对海克尔的影响是深远的,此时的海克尔并不打算做一个仅仅给人治病的医生。而是又回到了弥勒教授麾下,继续做关于比较解剖学和动物学方面的研究。然而不久,弥勒教授于1858年4月去世了。这一变故,导致海克尔只好再回到维尔茨堡,挂牌行医。虽然如此,海克尔还是舍不得离开自己所钟爱的科学研究工作。这一年的夏天,他到耶鲁大学去看望了那里的动物学教授盖根鲍尔。并在这位教授的提议下,首先设法得到了父亲的同意和支持,然后满怀信心地前往意大利的西西里岛,进行了一次很有收获的考察。在这次历时近两年的考察活动中,海克尔采集到了包括144个放射虫新种在内的大量标本。后来,海克尔把这些被他称为“纯洁而美丽的海雪花”的动物标本带回意大利进行了分类和命名。在野外考察的间隙中,他还阅读了达尔文写的《物种起源》一书,使进化论的思想成为自己后来思考和研究生物学问题的基础。也奠定了海克尔后来成为达尔文主义捍卫者和传播者的基础。