书城科普奇妙的发明(科学知识大课堂)
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第30章 生物大发明(4)

在航海中,船员患坏血病的例子记载最多。例如詹姆斯·林德医师于1755年收集的资料中就有记载关于1535年的第二次探险队的情况:“正是12月,到达纽芬兰靠岸时,遇上很严重的疾病,患者先是感到浑身无力,站立不起来,接着双腿肿胀,肌腱萎缩变为黑色。有的病人皮肤布满出血点,成为紫色。口腔有恶臭,牙龈腐烂,肌肉消失。这种可怕的病传播很快,在两个月内,使8人死亡,50余人失去恢复健康的希望。”

16世纪,意大利伟大的航海家哥伦布经常带领船队在大西洋上探险。有一次,船队出发不久,航行不到一半的路程,已经有十几个船员病倒了。为了不拖累大家,患病的船员提出要留在附近的荒岛上,等船队返航时再将尸体运回家乡。几个月后哥伦布的船队胜利返航了,当船在荒岛靠岸时,那十几个患坏血病的船员竟向大船奔跑过来,哥伦布又惊又喜地问他们:“你们是怎么活过来的?”“我们来到岛上以后,很快就把你们留下的食物吃完了。后来我们就只好采些野果子吃,就这样我们不仅一天天地活下来了,而且病也好了。”难道是野果子治好了这些船员的坏血病吗?

理查得·哈金斯爵士于1593年曾有用柠檬汁治疗坏血病的记载:“1600年,新成立的东印度公司组织船队第一次由英国驶往东印度。船长詹姆斯·兰坎斯忒在自己所乘的旗舰上准备了柠檬汁。当这个舰上的船员稍出现坏血病症状时,即于每日清晨服用3满匙的柠檬汁,当船队到达南非好望角时,船队中很多人患了坏血病,全队424人中有105人死于坏血病,而在旗舰上的人员无一死亡。这一经验由东印度公司的医师于1639年总结出来,但当时人们根本没有认识到这是由于营养缺乏所致。”

巴赫斯特如姆是第一个认为坏血病是一种营养缺乏病的人。他记载道,在航行中,当船抵达格陵兰时,一个船员患了坏血病,同伴们把他送到岸上,认为他已毫无恢复健康的希望,只有让他在该岛上病死,以免传染给其他人。这个可怜的人已经不能走路了,只能在地上爬行,岛上布满了植物,他只有像牲畜一样啃吃这些植物。但他却奇迹般地完全恢复了健康,并返回了家乡。后来有人发现他吃的恰好是植物学上属于十字花科的一种对治疗坏血病有特效的药草,名叫“坏血病草”。但这一发现并没有很快得到应用。

1747年,詹姆斯·林德根据人们早期对坏血病的叙述记载和自己的观察,在停泊于英吉利海峡的装有火炮的具有三桅杆的军舰上,对坏血病的治疗开始进行实验研究。当时,海员们已在船上停留了2个月,其中有12人患了坏血病,病情都比较严重。林德让他们分组进食,比较不同食物的作用,其中2人每天吃2个橘子,1个柠檬,以6天为一个疗程。

林德的实验结果是十分明显的。6天后病人的病状都大为减轻,其中一人已能值勤。26天后,两个人都完全恢复了健康。

通过实验,林德比较了不同的治疗方法,并记录了全部观察结果。英国著名的航海家和探险家詹姆斯、柯克演示了林德实验的有效性,在他第二次去南极探险并环球航行时,所到之处,都利用各种机会给他的海员提供新鲜水果和蔬菜,并改善生活环境。虽然这次航海历时3年(1772~1775),但竟无一个人患坏血病,这说明新鲜的水果和蔬菜可预防坏血病。因此,他于1776年被选为英国皇家学会会员,并被授予“预防坏血病”的奖章。

在埃克曼发现抗脚气病的物质后,寻找抗坏血病物质的工作也展开了。1912年有人发现豚鼠也会患坏血病,但只要在饲料中增加一点白菜,它就不会患病。后来终于在白菜等几种蔬菜中找到了这种水溶性维生素。1920年,英国生物化学家杰克·德鲁蒙提出抗坏血病物质应该有自己的代表字母,于是把它叫做“维生素C”。

1928年,匈牙利出生的美籍生物化学家森特·哲尔吉(1893~?)在剑桥大学研究氧化—还原系统时,从牛的肾上腺皮质及橘子、白菜等多种植物汁液中发现并分离出一种还原性有机酸,他将之称为己糖醛酸。后来发现这种物质对治疗和预防坏血病有特殊功效。1932年他指出,以前发现的那种物质是抗坏血活性物质(维生素C),并决定称之为抗坏血酸,同时指出这是人类食物中必须有的一种维生素。同年美国的维达尔也分离出维生素C的纯结晶。

1933年,英国的霍沃思等人在伯明翰大学成功地确定了维生素C的化学结构。同年,瑞士的雷池斯坦成功地进行了维生素C的人工合成,并于1934年在瑞士实现了维生素C的大量工业生产,投放市场。

由于他们所做的有关维生素C的工作及其他杰出贡献,森特·哲尔吉和雷池斯坦分别获得了1937年和1950年的诺贝尔生理学和医学奖。

那时,人们只确认了维生素C治疗坏血病的价值,现在人们已经认识到维生素C有多种功能,与人类的健康有密切的关系。首先,维生素C在胶原蛋白合成过程中起着重要作用。胶原蛋白是连接细胞的重要成分,缺乏它时,胶原纤维合成受阻,创伤愈合延缓,微血管脆性增加,易出血。其次,维生素C还是一种还原剂,可以使肠道中的铁呈Fe2+,让动物和人易于吸收。再次,它还有保持维生素E、维生素A的含量,防止不饱和脂肪酸氧化等功能。

人们研究还发现,维生素C除上述生理功能外,还具有提高白细胞对细菌的吞噬能力,促进抗体的形成,保护细胞和抗衰老,促进激素的分泌等多种功能。例如维生素C对治疗感冒的作用,人们已研究过几十次。其中规模最大的和最能说明问题的一次对照研究是多伦多大学特伦斯·安德森博士所进行的。他发现几克的维生素C即便不能治愈感冒,至少会减轻症状,并缩短病程30%。苏格兰医生伊万·卡梅伦博士每天用10克维生素C治疗100例晚期癌症患者。结果,这些病人与100例接受常规癌症疗法的病人相比,平均存活期长4倍,其中13例平均存活期长20倍,并且所有的癌症表现都消失了。

维生素C对提高小儿智商也有很大的作用。科学家通过实验发现幼儿100毫升血液中含维生素C超过1.1毫克者,其智商的平均值为113.22,而血液中维生素C含量低于1.1毫克者,其智商的平均值为108.71,两者相差4.51。又以含维生素C较高的橘子汁连续18个月供给受试的儿童饮用,他们的智商平均上升3.6。

虽然维生素C的各种功能中,有的还需要更多的实验和临床证据的证实,但其功能的多样性以及对人体健康的重要性是毋庸置疑的。

维生素C是人体必不可少的一种营养素,每天每人需要量标准为60毫克。人体本身不能产生维生素C,只能从食物中摄取,所以我们每天都要从外界补充一定量的维生素C。维生素C的主要来源是新鲜的水果和蔬菜。水果类中含维生素C丰富的有大枣、酸枣、猕猴桃、橘子、山楂等;蔬菜中的辣椒、芹菜、菠菜、韭菜、甘蓝、苦瓜、菜花等维生素C的含量都很丰富。

维生素C易溶于水,蔬菜切后不宜用水浸泡,以免造成维生素C的损失。同时,维生素C在酸性环境下稳定,炒菜时加醋可减少其损失。一般在加热时维生素C会被破坏,故可生吃的菜最好生吃。

维生素C的发现,改变了人类的饮食方式,也改变了人们对疾病的认识,避免了维生素C缺乏症的困扰,增进了人类的健康。因此,维生素C的发现是生物学史上又一个重要的里程碑。

卡介苗的问世

卡介苗是科学家把牛型结核杆菌在马铃薯培养基上培养、并把它的毒性减弱到无害的程度后变种制成的一种活菌苗,给新生儿接种后能够有效地预防结核病。卡介苗接种的常用方法有皮内注射和皮肤划痕法两种。由于这种菌苗是由法国细菌学家卡尔美和介林两人首先研制成的,所以人们就为它取名为“卡介苗”。这种菌苗的问世,从某种意义上讲标志着一门新兴学科——免疫学的诞生。

免疫学是20世纪兴起的一门新型学科,主要是对人体免疫现象、本质和实际应用进行研究,除涉及传染病的特异性诊断、预防和治疗外,还推及至移植免疫、肿瘤免疫和自身免疫等问题的研究。所使用的免疫疗法仅限于治疗和预防传染病的实际应用。研制成的疫苗是能使机体产生免疫力的细菌制剂,用于预防接种。卡介苗就是诸多疫苗中的一种。

用人工方法使人体产生自动免疫能力来预防传染病的办法,其实人们在很早以前就已经开始使用了。18世纪末在欧洲,科学家采用科学的方法制成痘苗,成为人类最早利用自动免疫作用进行预防传染性疾病的方法。19世纪80年代,法国细菌学家、化学家巴斯德根据自动免疫的原理,在狂犬病疫苗的制造和研究方面做出了杰出的贡献。此外,还有许多科学家都在为研制和研究各种传染病疫苗进行着不懈的探索和努力。

实际上,卡介苗的研制成功也经过了漫长的实验过程。从1906年起,法国巴斯德研究所的医生、细菌学家卡尔美和介林就开始了实验研究。两年之后,他们偶然发现牛胆汁可以减弱结核杆菌的毒性。于是,他们连续做了231次减弱毒性的培养,每次间隔3个星期,共花了13年的时间,到1921年才得到一种无害而有效的稳定疫苗,命名为卡介苗(取卡尔美和介林名字的第一个字母)。

从1921年起,他们开始在人身上进行实验,发现新生婴儿接受这种疫苗注射后对来自母亲体内的结核病菌的感染具有免疫力。于是,卡介苗在法国很快就被推广使用。但在英、美两国人们却对卡介苗的安全性和有效性一直持怀疑态度。阻止这种疫苗在这两个国家推广使用的主要原因就是1930年发生在德国吕贝克的一次医疗事故,当时249名接种疫苗的婴儿中竟有73名死亡。后来科学家才发现,造成这次事故的真正原因是注射的疫苗事先不小心受到了污染。直到20世纪50年代,科学家们又经过在上千人身上注射优质的卡介苗,并和另一组同等人数的未经注射疫苗的人进行对照实验,终于肯定了卡介苗是一种无毒而有效的预防结核病的免疫疫苗。到1961年介林去世时,世界上已有2亿多人接种了这种疫苗。现在,在西方国家,肺结核这个曾被视为不治之症的疾病已经基本绝迹了。

从预防结核病的卡介苗研制成功的事例中,人们可以感受到免疫疗法走过的艰难历程。20世纪科学家们对病毒病免疫疗法的研究也取得了较大的进展。病毒是一种比病菌更小,需要使用电子显微镜才能看见的病原体。因为它能通过滤菌器,所以又被称作滤过性病毒。天花、麻疹、脑炎、牛瘟等病症就是由不同的病毒引起的。19世纪末,通过德国化学家迈耶、俄国微生物学家伊凡诺夫斯基和荷兰生物学家贝哲林克等人对烟草花叶病的研究,成功地发现了滤过性病毒。到20世纪20年代,科学家们陆续发现植物、昆虫、鸟类和哺乳类动物也都会感染上滤过性病毒造成的疾病。1935年,美国化学家斯坦莱第一个取得了烟草花叶病毒的结晶。几年以后,科学家们借助电子显微镜的观察和化学分析,才认识到病毒是由核酸和构成外壳的蛋白质构成的有机体。但一切杀菌的化学药品和抗生素对多数病毒却没有杀伤效力。于是人们把防治病毒的希望寄托于免疫治疗法。

20世纪中后期,科学家们为研制预防脊髓灰质炎(俗称小儿麻痹症)的疫苗投入了大量的时间和精力,也取得了一系列的出色成绩。1979年10月,联合国世界卫生组织正式向全世界宣布:人类已经消灭了天花。这是大规模、优质的痘苗生产与世界性的历时10年之久的国际合作相结合而创建的伟大业绩。

胰岛素的发现

在人类的疾病中有这样一种病,患者不管喝多少水,仍会觉得口干舌燥,而且排尿量也剧增;不论吃多少食物,其体重都不会增加,反而会急剧下降,消瘦乏力,直至死亡。我国古代的医生曾经大胆地尝过这类病人的尿液,发现尿中有淡淡的甜味,这说明尿中含糖,从而解释了为什么这类病人的尿液会招引小虫子,因此在人类历史上这种病最早被定名为糖尿病。在过去,人们一谈及糖尿病,就胆战心惊,可是现在,人们对糖尿病就不再像以前那样忧心忡忡了,这一切都应该归功于加拿大的两位年轻人:班廷和白斯特,因为他们发现了胰岛素,从而拯救了许多糖尿病人的生命。

1921年8月的一天下午,天气异常闷热,因为放假,加拿大的多伦多医学院空无一人。从一个偏僻的角落里突然传来几声欢呼,之后又立即恢复了宁静。原来在医学院的一个生理实验室里,两个年轻人——班廷和白斯特刚刚完成了生理学史上一项划时代的重大发现:通过他们的不懈努力,终于可以用提取的胰岛素来治愈困扰人类多年的糖尿病了!这是许多著名科学家的梦想,以至班廷和白斯特不敢肯定他们得出的实验结论,急忙收住狂喜的欢呼声,但是激动的泪水依然充溢着他们的双眼。