书城科普人类的创举(科学知识大课堂)
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第30章 科学实验(7)

富兰克林用天电做的第一个实验是用它引燃物体。他将莱顿瓶中的天电进行放电,当有火花产生时,把事先准备好的酒精拿来,酒精在电火的引燃下,熊熊地燃烧起来了。接着用它来做杀伤动物的实验,先用它来杀伤火鸡。在实验的时候,他一不小心用手触到了天电,富兰克林当场晕了过去,当他醒来时,看着周围惊慌失措、为他难过地亲人们,他却说了一句笑话:“好家伙,我本想电死一只火鸡,结果差点儿电死一个傻瓜。”一句开心的话,引出了大家脸上的笑容,也反映了富兰克林为科学研究不顾个人安危的献身精神。天电就是电,这是确定无疑的了。

富兰克林的风筝实验震惊了全世界。几千年来,人们只知道雷公电母的神话传说:要是人做了坏事,触怒了天神,就会雷声隆隆,电光闪闪,把树木烧焦、房间击塌、人畜打死。人们畏惧神灵的威力,只能祈求上帝保佑。如今,富兰克林揭示了雷电的真正面目,证明了雷电不是什么天神作法,而是天上带电的云相遇而产生的一种强烈的放电现象。富兰克林为科学事业不顾个人安危的献身精神,也激励着同时代人的奋斗热情。当富兰克林父子费城实验的消息传到俄国圣彼得堡以后,俄国科学院院士里赫曼和罗蒙诺索夫也来做这个实验,他们想把天电大量地引到地上来,因此他们的装置已不是简单的莱顿瓶和一只带有钥匙串的风筝。他们设计并制作了一种叫“雷机”的装置,想用它来把天电引下来。

他们把导线的一端接到实验室的实验电器上。1753年7月26日,当一场大雷雨即将来临时,坐在雷机旁的里赫曼俯身看雷机上的仪器的指针,刹那间,一个球形闪电突然从仪器跳到里赫曼头上,当场将他击毙。等罗蒙诺索夫闻声赶到时,已经为时太晚,无法挽救了。里赫曼就这样献出了自己宝贵的生命,成了探索电学事业的第一位献身者。

避雷针的发明

若能把天电引到地上来,它可以服务于人类,听从人类的指挥。但是人们更多的是领教了天电给人类带来的危害,多少高楼建筑在夹着隆隆雷身的电火中,顷刻间化为乌有,有多少无辜的生命死于天电所引起的熊熊烈火之中。人们面对着这灾难的深渊,畏惧、诅咒都无济于事。

我国古代的劳动人民在长期的实践中早就观察到了一种特殊的现象:尖端物体在大气中有时会在它的周围产生火花。人们常常发现,夜晚作战时长矛的尖端有亮光发出,这就是尖端放电现象。今天我们知道,尖端放电是由于空气中的大气电场在物体各部分感生的电荷分布不平衡所造成的。在物体的尖端部分,感生电荷特别集中,形成了局部强电场,强电场达到可以击穿空气的时候,空气就会发光、放电。

富兰克林在证实了雷电就是电以后,并没有为他的惊人发现而自我陶醉,他要将他的知识造福于人类。他想,既然天上的电与地上的电是一样的,那就可以设法“驯服”它,不让它随意施虐,危害人类。富兰克林根据尖端放电的原理,大胆地向世人宣告,在建筑物的外面最高的地方装一个不必太大的铁棒,它就会把雷电引向能容大量电荷的大地,从而可以保护建筑物免受雷击。于是,人们纷纷在墙壁或烟囱上装上一根铁棒,棒的下端连接一根用绝缘材料包裹的金属线,这根长长的金属导线连通到地下。这样,当雷电轰鸣时,天上的电就会被这个金属棒吸引,顺着导线直通到地底,从而保证建筑物安然无恙。富兰克林把这根金属棒称为“避雷针”。不久以后,避雷针在德国、法国、英国出现了。就连起初猛烈攻击避雷针是侵害神意的教会,最后也在教堂上安装了避雷针,至今它仍是千万幢楼房和高塔的“保护神”。

避雷针的发明是18世纪物理学实验取得的一个极大的成功,也是电学研究第一次找到了实际的应用。一根针,驯服了雷电,破除了迷信,不知拯救了多少生命,使多少房屋建筑免遭焚毁和破坏。富兰克林对人类社会的这一贡献,人们是永远不会忘记的。人们称颂他“把上帝和雷电分了家”。

电是我们今天最熟悉的事物之一,我们今天可以随意自如地应用它,让它为人类造福,这是因为我们了解了电的现象,认识了电的本性。但是,在认识电的漫长征途上却涌现许许多多可歌可泣的勇于为科学献身的科学家们。他们吃苦耐劳、勤于探索的精神,正是我们应该具备的。人类对大自然的认识还远远没有结束,许多未知领域的大门等待着你们去叩开。所以,从现在开始,你们就应该以科学前辈为榜样,努力学好科学文化知识,培养坚强的意志和为科学贡献一切的精神,准备去迎接21世纪的挑战。

孟德尔豌豆实验

科学发展到今天,人类探索生命运动规律的奥秘,已经不仅仅是认识它,利用它,而且还要改造它,控制它,甚至神话般地创造它。

正是现代遗传学这门新兴的学科,为人类揭示了生物的遗传规律。它告诉我们,只要实现生物之间的基因重组和转移,就有可能按照人类的需要创造出自然界从来没有的生物新品种。那么,谁又会想到,这门新学科的创始人竟然是19世纪奥地利的一个普通的基督教神父?置身于宗教法规森严的“神”的世界,约翰·孟德尔竟能为“人”创造出未来科学发展的美好天地。从20世纪70年代起,遗传工程的发展为在新世纪实现人工合成生命物质和创造新生命,开辟了十分诱人的前景。

最早的遗传意识

中国有句古语叫做“种瓜得瓜,种豆得豆”。子女酷似双亲,虽然不是惟妙惟肖完全相同,但这其中已经揭示了生物遗传性的存在。人们从古时候就注意到了孩子像父母的这种遗传现象。例如,年轻的父亲没有白发,也无胡须,其子与他一样,可是等上了年纪时却都长出胡须来,变成了白头翁。这真是不可思议。

长期以来,人们对这个问题的看法众说纷纭,19世纪对遗传性盛行的一种解释是“泛生论”。“泛生论”者认为在雄性体上存在着一种物质,这种物质是遗传性的载体,叫精液。精液在全身各部分形成并在血管中流动,精液通过雌雄交配进入雌性体。子女酷似双亲,就是因为精液在身体各部分形成,所以也就反映出该部分的性状。“泛生论”是由亚里士多德和其他一些古希腊人设想出来的,他们把它作为进化变异的基本机制,他们认为进化是许多世代“获得性状”积累的结果;“用进废退”使身体发生了变化。比如说,体育运动者发达的肌肉,而且这些变化可以传给子代,只要在全身形成的精液反映出这些变化,子代的性状就会表现出这些变化。“泛生论”也为19世纪的一些生物学家所接受。

后来,又有人提出了“种质”学说,这个学说区分了“种质”和“体质”两个概念,“种质”是指那些性细胞和产生性细胞的细胞,“体质”是指构成身体所有其余部分的体细胞。在繁殖过程中,“种质”自身永世长存,“体质”只是作为保护和帮助“种质”繁殖自身的一种手段而附带地由“种质”所产生。这种观点与“泛生论”形成鲜明的对照。支持“种质”说的人们为了证实自己的观点做了许多实验,虽然这些实验是很粗放的,但对以后的遗传学发展有相当大的影响。

现代遗传学之父孟德尔

遗传学的基本原理是在19世纪由孟德尔发现的,他是奥地利修道院中的修道士,他的实验和著作是科学研究的卓越典范,作为一个伟大的科学家,孟德尔的一生将永远留在我们的记忆中。

在奥地利西里西亚地区,靠近奥得河上游有一个小村庄叫海因赞多夫村,村子的最西头住着安东·孟德尔一家。约翰·孟德尔是这个贫苦家庭中的惟一男孩,安东·孟德尔和罗赛恩夫妇俩视小约翰为掌上明珠,他们指望着儿子有朝一日能出人头地,摆脱这世世代代都是农奴的贫苦生活。

1833年夏季的一个夜晚,劳累了一天的村民们大多都已酣然入睡。村子里静悄悄的,突然,安东·孟德尔的屋子,响起了一阵轻轻的叩门声。10岁的约翰·孟德尔打开屋门,也惊喜地叫了起来:“是您,托玛斯先生!”原来,这位面容和蔼可亲的绅士是小约翰正在上学的本地拉波尼克初级中学的校长,他是位既富有同情心又富有责任心的优秀教育者。那么,他深夜来访是要干什么呢?安东夫妇用猜疑的目光看着这位可亲可敬的绅士。“孟德尔先生,您的儿子很有天才,我怕我的学校会贻误他的宝贵前程。”托玛斯先生垦切地和安东·孟德尔夫妇俩交谈着。原来,他深夜来访的目的是为了说服约翰·孟德尔的父母同意儿子转到一所当地很有名气的高级中学——特洛堡大学预科学校去读书。可是,他们实在太穷了,除了家门口那个小园子以外,他们几乎没有一寸土地,平日只能靠打短工和租种地主家的地来维持全家人的生活。

生长在这个被称为“多瑙河之花”的美丽村镇里,约翰·孟德尔从小就对大自然、对四周围的花草树木都产生了强烈的兴趣。他的外祖父和父亲都是出色的园丁,有一手果树嫁接和植物栽培方面的精湛技艺。尤其是父亲安乐,除了种地之外,他几乎把自己所有剩余时间都花在家门口的小园子里。从幼年起,孟德尔就跟着父亲在园子里修剪花木,栽培果树,还种养了好多珍贵的奇花异草。在他幼小的心灵里,早就埋下了爱惜自然界一草一木的种子,他时常在心里产生了一个又一个疑问:“为什么各种植物会有不同的大小、形状?”“为什么花朵会有各种不同的颜色?”“为什么棉花的棉铃有的狭长,有的短阔?”童年的好奇使他对美妙无比的大自然产生了急于探索的愿望。进了托玛斯的学校后,他对自然科学的热爱有增无减。

托玛斯十分喜爱约翰·孟德尔,不仅仅是因为约翰聪明好学,门门功课都是优等,甚至比别人超出很多。根据他对约翰的了解,他确认这个孩子有独创的特殊才能,他将来会在自然科学方面创造出奇迹来,将会去探明大自然隐而未显的秘密。他认为,在那所具有二百多年悠久历史的预科学校里,约翰·孟德尔会成长为一名卓越的科学人才,那里有丰富的自然科学藏书和博物馆,优秀的师资和无与伦比的客观条件将会对约翰今后的前途产生决定性的影响。

19世纪的欧洲,政府和学校都受到教会控制。学校当局只重视拉丁语、法律和历史等课程的学习,认为学习自然科学是不体面的事。而托玛斯却是个热心于自然科学的人,他知道孟德尔从小就聪明过人,勤奋好学,四年就学完了小学的全部课程,一年前是以第一名的成绩考入了自己的这所初级中学的。他很快就注意到了孟德尔是个自然科学的天才,他下定决心要把这孩子送到预科学校,去接受更严格的教育。

经过校长的劝说和约翰的恳求,安东夫妇最后决定,与其把孩子拴在自己的身边,倒不如让他去做自己喜欢做的事情。他们同意了校长的安排,决定将孟德尔送到更高一级的预科学校去读书。小约翰高兴得跳了起来,可是他哪里知道,父母的这一决定给他们的家里带来了很大的困难!事实上把儿子送到学费昂贵的预科学校去念书,安东夫妇实在是难以负担。无奈,儿子的宝贵前程就是他们的一切希望。他们想尽了一切办法,省吃俭用只凑够了约翰出远门上学的路费,他们根本无法保证每月寄钱去学校供孟德尔吃穿。

在特洛堡大学预科学校学习期间,孟德尔的生活异常艰苦,他没有钱,父母也根本没有钱寄给他,他吃的面包和牛油还是父母托人从家里带过来,他食不果腹,常常遭受饥饿的折磨,但他仍咬紧牙关,靠自己非凡的毅力来努力学习每一门功课。即使这样,他的学习生活也很难维持下去,贫穷的家境总是没有幸运的转机。有一年,他的家乡遭受严重灾害,收成很不好,父母为了供养儿子读书和维持一家人的生活,不得不离家在外服劳役。不幸的是,在劳役中一棵倒下的树干将父亲打倒在地,正压胸部,从此孟德尔的父亲失去了劳动能力。真是上天不睁眼啊!这样,家里再也无法供给孟德尔任何费用上学了。从此,不到十六岁的孟德尔只得自谋生路,依靠给别人当家庭教师的收入来维持学习。

1840年,孟德尔以优异的成绩从特洛堡大学预科学校毕业。在他的毕业证书上,写着的几门功课都是优秀。但是,穷困潦倒的家庭根本不可能继续供他上学,当时的孟德尔多么想到奥尔米茨大学哲学院继续深造,攻读自己喜爱的自然科学和哲学,但是,他因没有找到家庭教师的职位而失去继续上学的最后可能。他眼看着其他比自己成绩差的同学一个个走进了大学的殿堂。忧虑、悲伤,加上因饥寒交迫造成的极度虚弱,孟德尔病倒了,在床上整整躺了一年。

1841年,孟德尔用了妹妹的嫁妆钱进了奥尔米茨大学哲学院继续深造,在这里,孟德尔除了学习自己热爱的自然科学各门基础课外,他还同时学习德国古典哲学。在学习中,孟德尔迷恋上了黑格尔的辩证法思想和康德的宇宙理论。两位先哲的理论对他科学世界观的形成,起了很大的作用。

两年以后,钱又用完了,为生活所困,孟德尔含着眼泪离开了学院。命运迫使他只能走一条路:找一个不必为糊口而日夜操心的职业。