书城教材教辅课本上读不到的生物故事
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第15章 大自然的猎人——跟生物学家一起探秘

雨水里的“小居民”

荷兰科学家列文·虎克在青少年时代就对生物学非常感兴趣,他觉得生物世界奥妙无穷,有一种巨大的魅力让他着迷。因此虽然家境贫苦,他依然边工作边学习知识。

1665年,虎克终于自己研制出了第一台显微镜,这是世界上第一台显微镜,也是虎克的一张走向微观世界的通行证。虎克用显微镜观察一些肉眼很难看清楚的东西,比如,苍蝇的翅膀、蜘蛛的脚爪、羊毛的纤维。微观世界的精彩令他兴奋不已,他不停地观察,不停地记录。

1675年的一天,忽然下起了滂沱大雨,狭小的实验室又黑又闷,虎克无法再在显微镜下观察了,便站在屋檐下,眺望从天飞落的雨水。忽然,他萌生了一个念头:雨水是什么样子,它里面是不是还有什么东西?

于是,他用吸管在水塘里取了一管雨水,滴了一滴在显微镜下,进行观察。

“雨水怎么会活?”列文·虎克不禁大叫起来。原来,他看到雨水里有无数奇形怪状的小东西在蠕动。起初他十分惊骇,就连忙大声呼唤自己的女儿,女儿听到父亲的喊叫声,以为实验室里发生了什么意外的事,于是直奔实验室。

“我给你看个东西。”虎克指了指显微镜。女儿凑到显微镜跟前一看,惊奇地叫道:“哎呀,这是什么东西啊?跟童话里的‘小人国’一样。”

“是啊,确实太不可思议了。”虎克陷入了沉思,“这些‘小人国’里的‘居民’是从哪里来的呢,天上吗?”

虎克并没有放弃对这个问题的探索,他叫女儿用干净的杯子到外面接了半杯雨水,然后取出一滴,放在显微镜下,结果没有看到什么东西。可是,过几天再观察,杯子里的雨水又有“小居民”了。因此,虎克得出结论:这些“小居民”不是来自天上的。

自从在雨水里发现“小居民”后,虎克又转向研究其他东西,他想其他东西中是否也存这样的“小居民”呢?他将别人的牙齿缝中的牙垢取下来,经稀释之后,放在显微镜下,结果同样看到了“小居民”;他又将泥土取来,照样通过稀释后放在显微镜下,结果也看到了“小居民”。列文·虎克将这些实验记录,写成实验报告,寄给了英国皇家学会。

但是绝大多数的科学家对虎克的报告持怀疑的态度。幸亏,英国皇家学会具有严格地收验科技成果的法规,这些法规不允许草率地将这篇文章束之高阁。

于是,英国皇家学会组织了由12名学术权威组成的考察团。他们乘船渡过北海,来到虎克的家乡——荷兰的德尔夫特。

在虎克家,科学家们在虎克自制的显微镜下,观察到了水中的“小居民”。他们激动万分,纷纷称赞虎克的发现“具有里程碑的意义”。考察结束后,他们向英国皇家学会提交了书面报告,报告称:“虎克在他的小实验室里创造了奇迹!”

虎克发现的“小居民”就是后来人们所说的细菌。他的这一发现,打开了微观世界的一扇窗口,开创了微生物学这一全新的领域。透过这扇窗口,人们就可以看到一个神奇的微观世界。

1680年,虎克被选为英国皇家学会会员。这是对他20年来刻苦钻研的最好褒奖。

巴斯德的狂犬病研究室与病毒发现

19世纪80年代,巴斯德开始研究征服狂犬病的方法,经过反复实验后,他制成了一种疫苗。随后,他牵了两只狗,先让疯狗把这两只狗咬伤,然后对其中一只用特殊的方法注射疫苗,另一只不采取任何措施。结果,那只没采取措施的狗得了狂犬病死了,而注射疫苗的狗却躲过了鬼门关。巴斯德由此得出了结论,免疫注射法对已被疯狗咬伤的狗同样有效。1885年,巴斯德在狗身上进行的狂犬病免疫治疗的报告受到广泛的好评,但由于治疗过程中要用到有毒性的脊髓,考虑到人命关天,巴斯德一直不敢在人身上做试验。但是,终于有一天,形势迫使他不得不下决心把这种疫苗用到人身上。

1885年7月的一天,巴斯德的实验室来了一位可怜的远方小客人墨斯特,他是在上学途中被疯狗咬伤的。他的父母急得晕头转向,四处求医都没有结果。他们怀着最后一线希望,来到巴斯德处治疗。巴斯德通过检查后确认墨斯特已感染狂犬病原。假如对他进行注射疫苗的治疗,他就有死里逃生的可能,否则,他就只能等死。

当晚,巴斯德决定给墨斯特注射用干燥了14天的脊髓制作的疫苗,第二天注射13天的,然后是12天的、11天的,共注射了14次。巴斯德详细观察和记录了墨斯特的病情。治疗终于获得了成功,墨斯特战胜了死神,又回到了学校。墨斯特长大以后,为了报答巴斯德的救命之恩,主动要求到巴斯德研究所做一名看门人。

几个月后,又有一个年轻的牧羊人因为被疯狗咬伤而求助于巴斯德,治疗再次取得了成功。世界都在为巴斯德欢呼,世界各地的患者像潮水一样涌入他的实验室请求治疗。报纸和公众都怀着强烈的兴趣,关注着每一次治疗的进展。基于这项研究成果,他在政府和公众的帮助下筹款建立了巴斯德研究所。研究所的私人捐赠来自世界各地,捐赠者中甚至包括俄国沙皇,土耳其、苏丹和巴西皇帝。

在研究狂犬病的过程中,巴斯德还有一项意外的发现。因为他想尽了办法都无法用显微镜找到引起这种狂犬病的病原微生物,也无法用一般培养细菌的培养基来培养它,这激起了他刨根问底的决心。通过仔细研究,他发现这是—种比细菌更小,能通过细菌过滤器的微小生命。这种生命后来被称作病毒。巴斯德也因此成为第一个发现病毒的人。

弗莱明发明青霉素

当我们感冒发烧需要输液时,医生会在输液前在我们手臂上做皮肤试验,以此确定我们是否对青霉素过敏。别小看瓶子里的那一小簇白色的粉末,它就是杀灭病菌的灵丹妙药青霉素(英文音译又称盘尼西林)。青霉素的发现也是一个很长的过程。

我们伟大的祖国在2500年以前,就有人用豆腐上的霉来医治痈、疖等疾患。在欧洲的希腊、塞尔维亚,古代也曾把发了霉的面包放在化脓的创口上,用来消炎。可见,在古代人们就知道用青霉素消炎了。

许许多多国家的医生们早就知道了青霉能够杀菌,但对青霉素为什么能够杀菌却一直都不明白,直到1929年,这个问题才第一次被弗莱明弄清楚。弗莱明也以青霉素的发现者而载入史册,于1945年获得诺贝尔生理学和医学奖。

第一次世界大战后,弗莱明全心致力于研究杀死葡萄球菌的药物,即能杀死使伤口感染发生危险的病菌的药物。弗莱明的实验中,一直用几十只培养皿中培养着葡萄球菌,这是他做药物试验的对象。每天他照例要把几十只培养皿中的培养物观察一遍,看葡萄球的生成情况,看使用某种药物之后有无效果。一天早上,费莱明发现有一个培养皿中培养的葡萄球菌被青霉菌污染了。遇到这种情况,就需要把被污染的培养物倒掉,重新进行培养。但是,这一被青霉菌污染的培养物,弗莱明却没有马上倒掉。他发现在那个青霉菌斑点的周围,有一个透明的区域。内行人都知道,这是由于培养的葡萄球菌已被杀死了。

弗莱明一下子兴奋起来:难道是青霉菌可以杀死葡萄球菌?我不是正要寻找杀死葡萄球菌的药物吗?天赐良机,不可错过!这可真是“踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫”。随后很长一段时间,弗莱明集中精力研究青霉菌的抗菌作用。1939年,弗莱明分离出最早的抗生素——短杆菌素(又名杜波克酶)。同一年,弗洛里和蔡恩在牛津成功地析出当作钠盐的青霉素。1945年的诺贝尔奖,授予了对研制青霉素做出最重要贡献的三个人:弗莱明、蔡恩、弗洛里。

弗莱明在颁奖仪式上致辞时说:“青霉素的发现是一个机遇,我的功绩在于没有忽略这一发现,并且继续追踪研究它,这是我作一个细菌学工作者多年追求的目标。”

有人反对弗莱明是靠机遇发现了青霉素的说法。他们说:在弗莱明之前就有人遇到了培养葡萄球菌被青霉菌污染的情况,但是并没有因此发现青霉素。机遇偏爱有准备的头脑。弗莱明能发现青霉素,靠的是他有敏锐的判断力,并有抓住任何可能的机会深入研究的精神。

“玉米夫人”的伟大实验

1983年10月10日,美国遗传学家巴巴拉·麦克林托克荣获诺贝尔生理学、医学奖。那年,她81岁。

麦克林托克获奖,是因为她发现了玉米中的“转座因子”,现在被人们称誉为“当代遗传学上的第二个大发现”。其实,麦克林托克早在40年前便已经发现了“转座因子”。经过了漫长的岁月,她的成就才获得科学界的公认!

麦克林托克在美国康奈尔大学获得博士学位以后,便到纽约冷泉港(又称“科德斯普林港”)的实验室里工作。那座实验室坐落在森林之中。在那里,她亲自在实验室附近的试验田里种玉米,年复一年地从事玉米杂交试验,研究玉米的遗传规律。由于她一生与玉米相伴,人们幽默地称她为“玉米夫人”。

在1932年,她年方30时,就已经发现,黄色籽粒的玉米的后代未必是黄色的,紫色籽粒的玉米的后代未必是紫色的。对于这一现象,她进行了深入研究。因为玉米一年只能收获一茬,所以她只能年复一年地播种、试验、观察,后来她发觉传统的“基因理论”,不能解释玉米籽粒颜色遗传的不稳定现象。经过大量试验证明后,到了40年代,麦克林托克提出了“转座因子”这一崭新概念。她以为,遗传因子是可以转移的。在1947年,她已明确指出,有的遗传基因可以自动地从染色体的某一个位置,转移到另一个位置。这么来,玉米籽粒的颜色就改变了。

1951年,麦克林托克在学术会议上,作了关于“转座因子”的报告,还公开发表了论文。遗憾的是,当时的人们对此不以为然,甚至有的人还怀疑、嘲笑她。

麦克林托克并未就此罢休,她仍然在自己的试验田里,认认真真地从事研究。终于从1981年起,麦克林托克长达半个世纪的研究工作,引起世界的注意。这年年底,她同时获得三项科学奖金。紧接着在1983年,她又获得了科学界的最高荣誉——诺贝尔奖。

当荣誉和金钱接踵而至时,我们的“玉米夫人”却说:“我不在乎金钱,我不喜欢聚积个人财物。我不喜欢宣扬。我不喜欢人多。我想的只是退隐到实验室里一个安静的地方,继续进行我的科学研究。”

一贫如洗的拉马克

从古至今,很多人都在思考一个问题:地球上有着众多的生物,动物或者植物都有繁多的种类,不同种类的差别是怎么造成的?人是怎样产生的?

1809年,法国生物学家拉马克出版了《动物哲学》一书,大胆鲜明地提出了生物是从低级向高级发展进化的学说。可以说,是他第一个系统地提出了唯物主义的生物进化的理论,他是进化思想的真正先驱。

1744年8月1日,拉马克出生于法国南部的一个村庄,他的家庭有着一个世纪服兵役的传统,家里有11个孩子,他是最小的。他的父亲和几个哥哥都是士兵。1756年,小拉马克进入亚眠的耶稣神学院学习。但在他的父亲去世后,拉马克被征入军队,1761年夏天随军队进入德国。在第一次战斗中,他由于表现勇敢被提升为军官。在1763年和平降临后,拉马克在法国南部的驻军中又呆了五年。一次意外的负伤使他离开了军队。在做了一段时间的银行职员后,拉马克开始研究医学和植物学,很快就成为这方面的专家。

1778年他关于法国植物的一本书出版,并获得了一片赞誉之声。依靠这本书获得的声誉,拉马克被任命为皇家植物园的助理植物学家,拉马克一直是个报酬很低的助理,生活贫困,有时还得为保住饭碗而奔波。1793年,植物园改组为国家自然史博物馆,由12位教授分别负责12个不同的科学领域。拉马克在改组中被任命为教授,负责昆虫和蠕虫的研究,对于这个领域他一无所知。

虽然博物馆里的教授名义上是平等的,“昆虫及蠕虫"教授之职却明显声望最低。“无脊椎动物"一词在当时还没出现,在拉马克的潜心研究下,低等动物被改称为无脊椎动物,沿用至今,是拉马克创造了这一名词。

无脊椎动物数目庞大、分支众多,拉马克接受了巨大的研究挑战,发表了一系列关于无脊椎动物学和古生物学的书籍,他在无脊椎动物领域里的工作明显提高了当时的分类水平:他第一次从昆虫类中分出来甲壳类、蛛形类和环虫类;他对软体动物的分类远超前人,他创立了生物学中的一个新领域。

拉马克一生都在极度贫困中度过,尽管他写出了一系列重要的科学著作,却没有得到什么报酬,晚年境遇更是凄凉。1818年,他双目失明,此后的时光是在黑暗中度过的,但科研工作仍未停止。他靠两个女儿收集资料,念给他听,他思考后再做口述,女儿做记录,继续进行七卷巨著《无脊椎动物的自然历史》一书的写作。这时候,他们住的房子已是破烂不堪,他们又无力修整。拉马克死后,他的两个女儿买不起墓地,只得租用了五年墓地。五年到期后,这位伟大学者的遗骨被挖掘出来,以致后人再也找不到他的坟墓来表示敬意了。

进化论的奠基人

达尔文既是出类拔萃的人,又是普通的人。当有人提出要达尔文写一份自传时,达尔文作了一个著名的答复,他说:“我先是学习,尔后是环球旅行,然后又是学习,这就是我的自传。”

1809年2月12日,达尔文出生在英国塞文河畔的希鲁兹伯里小镇上。他的父亲罗伯特·达尔文是当地名医。他的祖父伊拉兹马列斯·达尔文也是位名医,对于生物学的研究极有兴趣,并且还是个提倡生物进化观念的先驱者。

达尔文可能受他祖父的影响,从小爱好自然。16岁那年,达尔文和他哥哥一起进爱丁堡大学学习医学。但是,他对医学毫无兴趣,只读了两年就转学了。在两年里,他自己研究动植物学,和几个志同道合的青年经常去潮水退去的沙滩上拣取动物,有时候就一起进行解剖。在暑假里,达尔文和朋友们去旅行和打猎,使他进一步学会了观察和搜集动植物的本领。达尔文父亲不理解自己的儿子,认为他不好好学医将来一事无成,会给家里丢脸,就让他进了剑桥大学基督学院,改学神学,希望他将来成为一个“尊贵的牧师"。达尔文对神学院的神创论等谬说十分厌烦,他仍然把大部分时间用在听自然科学讲座,自学大量的自然科学书籍,热心于收集甲虫等动植物标本,对神秘的大自然充满了兴趣。

在剑桥大学期间,他巧遇“伯乐"——有名的植物学教授亨斯洛。亨斯洛精通植物学、昆虫学、化学、矿物学和地质学,长期不断地观察和研究自然。达尔文在他的帮助和指导下,成长为一个真正的自然科学家。1831年,达尔文从剑桥大学毕业。他放弃了待遇优厚的牧师职业,依然热衷于自己的自然科学研究。这年12月,英国政府组织了“贝格尔"号军舰的环球考察,达尔文经人推荐,以“博物学家"的身份,自费搭船,开始了漫长而又艰苦的环球考察活动。

达尔文每到一地总要进行认真的考察研究,采访当地的居民,有时请他们当向导,跋山涉水,采集矿物和动植物标本,挖掘生物化石,发现了许多没有记载的新物种。他白天收集谷类岩石标本、动物化石,晚上又忙着记录收集经过。在考察过程中,达尔文根据物种的变化,整日思考着一个问题:自然界的奇花异树、人类动物究竟是怎么产生的?他们为什么会千变万化?彼此之间有什么联系?他逐渐对神创论和物种不变论产生了怀疑。

1832年2月底,“贝格尔"号到达巴西,达尔文上岸考察,向船长提出要攀登南美洲的安第斯山。当他们爬到海拔4 000多米的高山上时,达尔文意外地在山顶上发现了贝壳化石。达尔文非常吃惊,他心中想到:“海底的贝壳怎么会跑到高山上了呢?"经过反复思索,他终于明白了地壳升降的道理。达尔文脑海中一阵翻腾,对自己的猜想有了更进一步的认识:“物种不是一成不变的,而是随着客观条件的不同而相应变异。”

后来,达尔文又随船横渡太平洋,经过澳大利亚,越过印度洋,绕过好望角,于1836年10月回到英国。在历时五年的环球考察中,达尔文积累了大量的资料。1859年11,月达尔文经过20多年研究而写成的科学巨著《物种起源》终于出版了。在这部书里,达尔文旗帜鲜明地提出了“进化论"的思想,说明物种是在不断的变化之中,是由低级到高级,由简单到复杂地演变的。《物种起源》是达尔文进化论的代表作,标志着进化论的正式确立。该书出版震动当时的学术界,成为生物学史上的一个转折点。 1882年4月19日,这位伟大的科学家因病逝世,人们把他的遗体安葬在牛顿的墓旁,以表达对这位科学家的敬仰之情。

从神父到科学家

“种瓜得瓜,种豆得豆”,人们都知道这是遗传。是谁揭开了遗传的秘密呢?他便是奥地利遗传学家孟德尔。

1822年,孟德尔生于当时奥地利西里西亚德语区一个贫穷的农民家庭。他幼年名叫约翰·孟德尔,是家中五个孩子中惟一的男孩。他的故乡素有“多瑙河之花”的美称,村里人都爱好园艺。1832年的一天, 10岁的约翰正忙着帮助父亲嫁接果树。父亲是果树栽培嫁接方面的行家,周围的村民们经常向他请教。约翰从小就在父亲影响下对果树嫁接产生了浓厚的兴趣。   一次小约翰问父亲:“爸爸,我们把一枚小小的良种接穗,嫁接到劣种砧木上,这颗植物的全部养分都是由劣种砧木提供的,为什么仍能结出香甜的果实?”

“孩子,我也不知道为什么,可能是因为树木的本性比养料的作用更大吧。”父亲力尽所能地回答了约翰的问题。小约翰默默地听着,陷入了沉思:一定要搞明白这其中的原因。

后来,为了以后能成为牧师,孟德尔在布尔诺大学学习神学。1847年,他被授予牧师圣职。他再学习神学的同时,经常去听农业、水果和葡萄种植课,还在修道院的园子里进行农作物的试验。

1856年,孟德尔开始进行他的著名的植物育种实验。孟德尔首先从许多种子商那里,弄来了34个品种的豌豆,从中挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状,例如高茎或矮茎、圆科或皱科、灰色种皮或白色种皮等。

孟德尔通过人工培植这些豌豆,对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微的观察、计数和分析。运用这样的实验方法需要极大的耐心和严谨的态度。他酷爱自己的研究工作,经常向前来参观的客人指着豌豆十分自豪地说:“这些都是我的儿女!”

通过8个寒暑的辛勤劳作,孟德尔发现了生物遗传的基本规律,并得到了相应的数学关系式。它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。孟德尔的遗传基本定律就是新遗传学的起点,孟德尔也因此被后人称为现代遗传学的奠基人。

可是,伟大的孟德尔思维和实验太超前了。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉他的秘密,时人多不能理解,在孟德尔还活着的时候,他的遗传法则只被六位科学家相信。

1868年,孟德尔被任命为修道院的院长。从那时起,行政的职责使得他没有什么时间继续搞植物实验。从1883年起,他患了肾病和心脏病,于1884年1月6日逝世,有数千人为他送葬,大家为失去这样一位可亲和乐于助人的院长而悲伤,但谁也不了解他做出的伟大科学贡献,他那光辉的研究成果几乎被世人遗忘,他从未得到过任何承认。

直到1900年,来自三个国家的三位科学家各自独立工作,却都意外地发现了孟德尔的文章,用自己的实验结果证实了孟德尔的结论。到了年底,孟德尔得到了他有生之年就应该得到的祝贺和重视。从此,遗传学进入了孟德尔时代。

果蝇里发现的秘密

在现代生物学发展史上,曾有多名生物遗传学家获得诺贝尔生理学和医学奖,而美国的摩尔根则是获此项殊荣的第一位遗传学家。

摩尔根1866年9月25日生于美国肯塔基州帕萨登那。1886年,摩尔根以最优异的成绩获得了动物学学士的学位。自1904年到1928年,他是哥伦比亚大学动物学系的一员,随后受委任到加利福尼亚工艺学院建立了生物学专业。此后他一直留在加州工艺学院,积极从事科研和管理工作,直到1945年,由于一场疾病,死在那里。

摩尔根在遗传学实验中主要是以果蝇为实验材料,作为实验动物,果蝇有很多优点。首先是饲养容易,用一只牛奶瓶,放一些捣烂的香蕉,就可以饲养数百甚至上千只果蝇。其次是繁殖快,在25℃左右温度下十几天就繁殖一代,一只雌果蝇一代能繁殖数百只。每一次实验,摩尔根都能培养成千上万只果蝇。果蝇给摩尔根的研究带来巨大的成功,以致后来有人说:“上帝为了摩尔根才创造了这种果蝇。”

大约在1910年5月,摩尔根又培养了一大群果蝇,突然,他在一群红眼果蝇中发现了一只白眼果蝇。“红眼果蝇中怎么会有白眼果蝇呢?”摩尔根感到好奇。这时摩尔根家里正好添了第三个孩子,当他去医院见他妻子时,他妻子的第一句话就是:“那只白眼雄果蝇怎么样了?”他的第三个孩子长得很好,而那只白眼雄果蝇却长得十分虚弱,摩尔根把它带回家中,让它睡在床边的一只瓶子里,白天把它带回实验室。不久他把这只果蝇与另一只红眼雌果蝇进行交配,在下一代果蝇中产生了全是红眼的果蝇,一共是1240只。后来,摩尔根让一只白眼雌果蝇与另一只正常的红眼雄果蝇交配,却在其后代中得到一半是红眼、一半是白眼的雄果蝇,而雌果蝇却没有白眼,全部雌果蝇都长有正常的红眼睛。这说明,决定白眼的基因与决定性别的基因是联系在一起的。由于实验已经证明性别是由染色体决定的,因此,白眼基因也一定在染色体内。

哈哈!这可是一个重要发现,这是染色体作为基因载体所获得的第一个实验证据。就这样,摩尔根和他的学生们经过几十年的努力,终于建立了基因遗传学说,遗传学因此成为20世纪最为活跃的研究领域之一,摩尔根也获得了“现代遗传学之父”的美誉,并于1933年获诺贝尔生理学或医学奖。

偷盗尸体的医学家

维萨里是著名的医生和解剖学家,近代人体解剖学的创始人,与哥白尼齐名,是科学革命的两大代表人物之一。1514年12月31日,维萨里生于布鲁塞尔的一个医学世家,维萨里从幼年时代就立下了当一个医生的志向。

在维萨里那个时代,欧洲人在解剖学上普遍迷信盖伦的学说,盖伦的著作仍被奉为经典。盖伦是公元2世纪罗马帝国的一位著名医生,是罗马皇帝的御医,盖伦的著作代表了他那个时代医学和解剖学的最高水平。但由于当时禁止解剖人体,盖伦关于人体解剖的论述很多是根据解剖猴子等高等动物得来的,所以有很多错误。

当时在大学的讲堂上,教授们因循守旧地讲述着盖伦的解剖学教材。教学过程中,虽然也配合一些实验课,但是实验课都是由雇用的刽子手等担任的。解剖的材料只是狗或猴子等动物尸体。再加上教授们的讲课与实验毫无联系,又不准学生们亲自动手操作,所以讲课和实验严重脱节,而且错误百出。在这种情况下,教授们还宁肯信奉盖伦的错误结论,也不愿用实验事实纠正其错误之处。

年轻的维萨里面对这种现象极为不满。为了揭开人体构造的奥秘,维萨里常与几个比较要好的同学在严寒的冬夜,悄悄地溜出校门,来到郊外无主坟地盗取残骨;或在盛夏的夜晚,偷偷地来到绞刑架下,盗取罪犯的遗尸。他不顾严寒酷暑以及腐烂尸体的臭气,把被抓、被杀的危险置之度外,只是为了寻求真理而努力工作。他把所得到的每一块骨头视若珍宝,精心地包好带回学校。回来后,他又在微弱的烛光下彻夜观察,直到弄明白为止。

维萨里的这种唯物主义的治学方法和解剖学的成就,触犯了传统观念,冲击了校方的陈规戒律,引起了守旧派的仇恨和攻击。学校当局不但不批准他考取学位,而且还将他开除了学籍。

后来,他有机会在威尼斯共和国帕多瓦大学任教,并于1537年12月6日获得博士学位。不久,他就成为这所大学的解剖学教授。在教学上维萨里是个革命者,他讲课不是像别的教授那样,坐在高高的讲台上宣读盖伦的教条,而是边解剖边讲述,又动口又动手,以客观实际为依据,让学生学到真正的知识。他的讲课方式赢得了学生的喜爱,课堂上人总是挤得满满的。

1540年,维萨里装配了一副完整的猿猴骨骼系统和一副完整的人的骨骼系统,在帕多瓦大学进行了一次有轰动效应的讲演。单就骨骼系统,他就指出了盖伦著作中的二百多处错误,都是把猿猴的情况当作了人的情况。他一边讲述,一边指着那两副骨骼系统演示,给听者留下了不可磨灭的印象。1543年,维萨里的《人体构造》一书出版,吹响了近代科学革命的号角。

为了躲避解剖学界的大肆攻击和可能受到的迫害,维萨里离开了大学,到西班牙做皇帝御医。由于他医术高明,深得西班牙王室的信任,被封为伯爵。然而维萨里的仇敌和宗教裁判所没有放过他,1563年他被送上宗教法庭,以散布异端观点和杀人罪(说他解剖过尚未死亡的病人)判他死刑。西班牙菲利普二世赦免了维萨里的死罪,命他去耶路撒冷朝圣赎罪。维萨里死于朝圣途中,死因不明。有人说他是因为船破而遇难于地中海,也有人说是被暗害。

人们会永远记住这位近代科学革命的先驱。

命运的螺旋

1953年4月25日出版的英国《自然》杂志第171期,刊登了沃森和克里克合作写出的一篇论文——《核酸的分子结构》,提出了DNA(脱氧核糖核酸)双螺旋结构的分子模型。此项成就现在被誉为分子生物学诞生的标志,是20世纪中生物学的最伟大发现,堪与达尔文提出进化论相媲美。

沃森是美国人,少年时是神童,15岁就进了艺加哥大学动物学系。1947年大学毕业,由于对遗传学产生了兴趣,决心弄清“基因究竟是什么”,他选择了遗传学作为自己读研究生的专业方向。1950年他获得博士学位,经导师介绍,1951年秋来到英国剑桥大学卡文迪什实验室。在这里,遇见了他的研究伙伴克里克。

克里克是英国人,1938年毕业于伦敦大学,学数学和物理。1940年,因战争需要,克里克中断了研究生学习,进入英国海军所属的一家研究所从事武器研究。第二次世界大战结束以后,克里克选择生物学作为自己的研究方向,想把物理学知识用于对生命问题的研究。1949年他来到剑桥大学卡文迪什实验室。

沃森和克里克研究志趣相同,知识基础有互补性。尽管两人性格不同,沃森内向,克里克开朗,年龄差别十几岁,但两人合作得非常好,被人称为“黄金搭档”。

沃森和克里克于1951年11月开始合作研究DNA的分子结构问题。此前当时已经有两组科学家在研究这个问题,而且已经取得了一些进展。一组是在伦敦国王学院工作的维尔金斯和富兰克林,另一组由美国加州理工学院鲍林领导。沃森和克里克对这两组的研究进展情况都很了解,他们认为,如果他们自己像这两组一样从实验做起,得到实验数据再考虑DNA的分子结构,那么他们一定落在这两组后面。于是他们决定利用别人的实验数据,直接从建立DNA分子结构模型入手,迎头赶上。

1951年 5月,沃森在一个科学会议上遇见了维尔金斯,维尔金斯身边正带着几张 DNA的X光衍射照片。沃森立即向维尔金斯虚心求教,并开口索要DNA的X光衍射照片。维尔金斯也不保守,不仅满口答应,还诚恳地向这位年轻人谈了自己的猜想。沃森惊喜异常,深受感动。

沃森回到卡文迪什实验室后,立即把收获告知了克里克,并同克里克一起进行研究。他们对不太清楚的照片进行分析,认为DNA的结构肯定是螺旋形的。

沃森拿起一个放大镜,又仔细地扫视着图面,突然,他把目光停在一个十字状的地方,对克里克说道:“这地方有个交叉,我看这种螺旋很可能是双层的,就像一个扶梯,旋转而上,两边各有一个扶手。”

克里克也感到很兴奋,他说:“很有可能。维尔金斯小组的富兰克林也认为它是双链同轴排列,现在看来这个问题就只差一层窗户纸没有捅破了。在这个双螺旋体里,到底T、C、A、G这4种物质怎样组合排列,弄清这个也就弄清了DNA的模型。”“看来,我们现在的主攻方向应该是制出一个DNA模型,有了这个模型才能说清遗传机理。”

他们找来金属绞合线,又参考了富兰克林测得的一些数据,在实验室的车间里开始制作模型。他们反反复复,做成一个又拆掉,拆了一个又重做,但是,连续十几个月,他们无论怎样摆弄,总是找不到一个理想的模型。

1953年元旦刚过,沃森和克里克就制出了一个新模型。这种模型倒是与已知的资料情况相符,但是,构型却有点别扭,因为碱基分子大小不同,使两条外骨架发生了扭曲,看上去令人感到不舒服。

沃森坐在桌旁,对着这个奇怪的模型陷入了沉思,他认为这样别扭的结构一般来说是不可能的。因为自然界中的生物都常常以一种美的、合理的结构存在,他想神秘的DNA也应该具有一种和谐的、美的结构,而绝不应该这样歪歪扭扭。

沃森这样想了一会儿,便把碱基拆了下来,换了个位置,大小搭配,这样一来,面前的模型宛如一条凌空飞舞的彩绸,那样舒展自如,而且又符合前不久关于DNA结构的另一项发现。DNA结构之谜从此解开,开辟了分子遗传学新领域。这个模型阐明DNA的分子结构是由双螺旋的结构组成,故称双螺旋结构。

1962年,即在模型发现后九年,沃森、克里克和维尔金斯共同获得了诺贝尔生理学和医学奖,富兰克林于1958年因癌症逝世而与此奖无缘。值得注意的是,被称为分子生物学基石的这个DNA模型的创建者都是年轻人,沃森当时仅25岁,克里克也不过37岁,为DNA模型提供决定性实验资料的维尔金斯也是37岁。

一颗种子改变世界

上世纪90年代,一些西方学者提出所谓的“中国威胁论”,这种观点认为到下世纪30年代,中国人口将达到16亿,到时候中国乃至全世界都会出现粮食短缺和动荡危机。这时,一个老人向世界宣布:“中国完全能解决自己的吃饭问题,中国还能帮助世界人民解决吃饭问题。”他就是袁隆平,被世界人民称为“杂交水稻之父”。

1930年9月1日,一个风和日丽的初秋,在北平协和医院的产房里,一个新生命呱呱落地了。为了纪念次子降生于北平,袁兴烈先生按照袁氏家族“隆”字的排辈,为这个小婴儿取名隆平。袁隆平少年时代兴趣广泛,喜欢音乐,爱好体育,尤其酷爱游泳。1949年夏天,袁隆平高中学业期满,当父亲问他将来的志向时,他回答得很干脆:“我惟一的选择就是成为一个农业科学家。”于是,他决定到重庆相辉学院去学农,开明的父亲同意了儿子的选择。从此,袁隆平踏上了一条崎岖的探索之路。

毕业后,袁隆平提着简单的行李,奔向了坐落在湘西深山地带的安江农校。在这里,袁隆平选择了水稻纯系选育和人工杂交试验的科研课题,试验场地就设在学校分给他的半亩自留地上。

1960年春天,袁隆平在他那半亩试验田里,把稻种播下去,他认真地观察着每一株水稻的成长。一次偶然的发现,他发现了一株“鹤立鸡群”的水稻,长着俏丽而挺拔的株形、手掌般的稻穗。他将这棵稻株结出的170粒稻种精心收集起来,次年播种在瓦罐的培养土里,栽插在窗前的试验田里。然而,其结果却令他大失所望,那株原本优势很明显的种苗,其后代的性状竟然发生了分离,居然没有一株赶上其前代。袁隆平凝视着变异的稻株,突然眼前一亮,灵感顿时涌上心头:那“鹤立鸡群”的稻株,是品种间的杂交优势现象,很可能是一株天然杂交稻的杂种第一代!

就是这一株偶尔被发现的天然杂交稻,带给袁隆平灵感,他想:既然自然界客观存在着“天然杂交稻”,只要我们能探索其中的规律与奥秘,就一定可以按照我们的要求,培育出人工杂交稻来,从而利用其杂交优势,提高水稻的产量。这样,袁隆平从实践及推理中突破了水稻为自花传粉植物而无杂种优势的传统观念的束缚,把精力转到培育人工杂交水稻这一崭新课题上来。

此后很多年,袁隆平和助手们每天头顶烈日,脚踩烂泥,低头弯腰,不辞辛苦地在稻田里搞科研。袁隆平说,他曾经做过一个梦,梦见自己试验田里的水稻,像高粱那么高,穗子像扫把那么长,粒子像花生米那么大,他和朋友散步累了,就坐在稻穗下面乘凉。袁隆平说,这叫禾下乘凉图,希望这个梦能够实现,那时中国人吃饭就不成问题了。

经过几十年的努力,袁隆平在水稻田种出越来越高产的稻谷,取得了巨大的经济效益和社会效益。在国外,人们则把袁隆平研制的杂交水稻称为“东方魔稻”。国际水稻所所长斯瓦米纳森博士评价袁隆平说:“我们把袁隆平先生称为杂交水稻之父,因为他的成就不仅是中国的骄傲,也是世界的骄傲。他的成就给人类带来了福音!"

【科学实验室】

【实验一】膝跳反射

人体有些反射动作时你本身无法控制的,想了解有关方面的知识吗?

你需要准备的材料

按摩捶,椅子

实验步骤

1.坐在椅子上,自然地将一条腿搭在另一条腿上。

2.用橡皮锤轻轻敲扣上面那条腿膝盖下的韧带,你会发现小腿会忽然弹起。

实验大揭秘

当用橡皮锤叩击膝盖下方的韧带时,大腿肌腱和肌肉内的感受器接受刺激而产生神经冲动,神经冲动传递到脊髓里的神经中枢,再由神经中枢发出的神经冲动指挥大腿上的肌肉收缩,从而表现出小腿突然弹起的现象。

科学小常识

动物先天的反射,称为非条件反射。它是相对于条件反射而言的。在对条件反射的研究中,作为应该与条件刺激相结合的非条件反射常常应用食物性反射(唾液或胃液的分泌)。非条件反射是指人生来就有的先天性反射。是一种比较低级的神经活动,由大脑皮层以下的神经中枢(如脑干、脊髓)参与即可完成。膝跳反射、眨眼反射、缩手反射、婴儿的吮吸、排尿反射等都非条件反射。

比如说梅子是一种很酸的果实,一吃起来就让人口水直流。这种反射活动是人与生俱来、不学而能的,因此属于非条件反射。但“望梅止渴”是根据后天经验而形成的反射,属于条件反射。

【实验二】变皱的皮肤

手放在水中时间太久,你就会发现手变得又白又皱。你知道这是为什么吗?

你需要准备的材料

长方形海棉花,碗,清水,剪刀,滴管,凡士林

实验步骤

1.将长方形海棉的一般剪掉一半的厚度,让其呈现出阶梯状,然后将其放在水里的碗中浸湿。

2.拿出海绵,拧干,在较薄的那一半海绵表面均匀涂上凡士林。你会发现涂了凡士林的表面,油脂挡住了水分,所以很平整,而没有擦凡士林的部分则产生了褶皱。

实验大揭秘

人身体上的皮肤上门有一层薄薄的皮质,它可以防止皮肤从外界直接吸收水分,而手指和脚趾没有皮脂腺,所以遇水后就变得膨胀,还出现了褶皱。

科学小常识

假设人身体上的皮肤遇水也会变褶皱,这是多么令人恐惧的一个事情呀。所以说,人的身体真是大自然的精妙进化。

【实验三】变短的手臂

我们又不是机器人,手臂可以变短吗?那就来做下面的游戏吧!

你需要准备的材料

空旷的场地

实验步骤

1.孩子双手水平前伸,两条手臂的长度基本上是一样长的。让孩子保持一手仍然水平前伸,另一手做30到50次屈伸运动,注意手臂要保持水平,动作幅度稍微剧烈。

2.然后双臂回到原始前伸的状态,孩子会很惊讶的发现运动的手臂忽然短了好几厘米。

实验大揭秘

人体的关节之间是充满空隙的,里面充满了关节液,当手臂进行屈伸运动的时候,肌肉和韧带一直在来回伸缩,停止运动后,肌肉和韧带会产生暂时性的收缩,而且关键空隙也会相应缩小,所以手臂就会变短,稍等一会后,就会恢复到原来的长度了。

科学小常识

尽管人体的关节有多种多样,但其基本结构不外有关节面、关节囊和关节腔。

1、关节面:各骨相互接触处的光滑面叫关节面。关节面为一层软骨覆盖称关节软骨。

2、关节囊:由结缔组织组成,它附着于关节面周围的骨面上。可分为内外两层,外层为纤维层,由致密结缔组织构成;内层为滑膜层,由薄层疏松结缔组织构成,可分泌滑液,起到润滑作用。

3、关节腔:就是关节软骨和关节囊间所密闭的腔隙。