书城童书我的第一本生物探索发现全纪录
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第19章 生物科学发现(9)

早在2000多年前,我国人民就已认识到人体的激素紊乱症。例如《庄子》中就有“瘿病”(即今天的甲状腺机能亢进)及用海藻酒治疗瘿病的记载。但是,科学家们在19世纪才开始对激素及其功能进行科学研究。19世纪中期,波特霍尔德进行了关于激素调节功能的首次实验。它将睾丸移植于被阉割的雄鸡体内,发现雄鸡被阉割而失去的雄性特征(如大红鸡冠)因为睾丸的植入可以恢复,这第一次证明了内分泌腺的生理功能。19世纪50年代中期,贝纳德用实验证明肝细胞可以直接向血液放出血糖,由此建立了内分泌概念。

20世纪是激素“丰收”的世纪,科学家们先后发现了一系列重要激素。20世纪初期的几年中,塔卡曼、阿尔德里齐和阿贝尔第一次分离出肾上腺素,不久,斯图兹进行了人工合成,这是人首次提取并制得的激素。根据坎农提出的“应急学说”,肾上腺系统是机体在处于暴热、剧痛、失血、窒息等危险情况下或处于恐惧、紧张等情绪不稳定状态中的应急机制,它可扩大或增强机体适应环境的能力。所以在今天的医院里抢救危重病人时,总要特备一支强心针——肾上腺素针剂,可以收到奇效。20世纪初,贝利斯和斯塔林在用狗做的实验中首次发现,当食物一进入小肠,就刺激小肠粘膜,使小肠的上皮粘膜分泌一种化学物质,它能随血液循环进入胰腺,并刺激胰腺分泌多肽。这种物质就是促胰液素,他们称之为“荷尔蒙”,这样,“激素”这一概念就被正式提出来了。“荷尔蒙”一词在希腊文中的意思是“兴奋”或“激起”。从此,激素的概念诞生了。

20世纪初,肯多尔又发现了一种新的激素——甲状腺素,他发现这是一种与智力发育颇有影响的激素。20世纪20年代初,加拿大医生斑廷和白斯特在狗的胰脏中,发现了一种抗糖尿病的物质——兰氏岛的一种分泌物,多伦多大学教授麦克劳德将其命名为“胰岛素”。到了20世纪30年代,人们又发现了一些新的激素。例如,20世纪30年代,人们在人、猴、狗精液中发现了前列腺素;20世纪中期在牛胸腺中提取了一种有促淋巴细胞生成作用的物质——胸腺素。迄今,人类发现的动植物激素已达几十种之多。

上述的所有动物激素按其化学结构,可以分成两大类:一类是含氮的激素,它包括属于简单氨基酸类的物质,如肾上腺素、甲状腺素,和属于多肽、蛋白质的激素,如胰岛素、脑下垂体等。另一类是类固醇激素,如性激素、肾上腺皮质激素等。

在正常生命活动过程中,激素对调节机体的物质代谢,促进细胞、器官的正常发育与生长,调节排卵、受精等生理过程,以及配合神经系统调节机体对环境的适应能力等方面,都起着十分重要的作用。如果内分泌腺机能发生亢进或减退,导致分泌的激素过多或不足,它就会扰乱机体的正常代谢及生理功能,影响机体的发育和生长,甚至引起死亡。

激素是生命不可或缺的物质,它担任着非常重要的角色,生命的许多活动都有激素的参与。目前,人类已经认识到了不同激素的许多作用,并致力于利用它们为人类的健康服务。

激素是调节生命的重要物质,人们越来越认识到它对生命和健康的重要性。因此,对于激素这样重要的物质,我们研究和探索的步伐将一直继续下去。

神经调节的研究历程

调节是生命的基本属性之一。一切生物,在其生存的每一瞬间,都在不断地调节机体内部各种机能状况和调整自身与外界环境的关系。不同的生物,其调节方式有高低之分。在植物界和低等动物中,只有化学调节方式,而在高等动物如哺乳动物中,除了化学调节外,还有神经调节方式。它直接或间接地调节着机体内各器官、系统的功能,来适应机体内外环境的变化,维持生命活动的正常进行。

科学上对于机体的神经调节的研究与认识,大概可以回溯到19世纪初。那时,在欧洲有两个重要学派致力于神经系统的研究。以赫尔姆霍兹为代表的柏林医学派采用还原论的研究方法,注重研究神经系统的功能。以贝尔和马吉迪为代表的英法学派侧重研究神经系统的结构。两个学派都在各自的研究领域取得了瞩目的成就,所有这些研究为后来的高级神经系统活动学说的确立,奠定了坚实的科学基础。

19世纪后半叶,人们在实验中观察到,在毁掉整个脊髓和延髓后,刺激感受器不再引起机体的应答性活动。与此同时,弗留格在研究神经中枢在由感受器经过中枢神经纤维传入的冲动影响下所发生的活动过程中发现,增强感受器刺激,能引起反射性应答的显著变化,即出现兴奋灶。19世纪60年代初,俄国生理学家谢切诺夫则发现了中枢神经活动的抑制现象。谢切诺夫对神经生理学的最大贡献是首创了“大脑反射学说”。19世纪60年代中期,他出版了《脑反射》一书,第一次将笛卡儿提出的反射概念应用于脑科学的研究中,提出了机体的一切神经活动的基本方式都是反射的基本思想,反射就是机体在中枢神经系统参与下,对外界刺激所发生的一种反应。

19世纪80年代后期,西班牙医生卡扎尔创立了神经元理论。卡扎尔通过仔细的显微镜观察,发现所有的动物神经系统都是由单个神经细胞——神经元构成的,彼此不同的神经元并不是连在一起的,而是被一“间隙”——即后来谢灵顿称之的“突轴”所分开。神经元理论的建立为人们正确了解神经冲动在神经系统中的传导方式提供了条件。

但是,至19世纪末的所有这些研究和发现,都还不能解释神经冲动在机体内的传导过程,也不能回答中枢神经系统是如何调节机体的行为功能问题。对这个问题作出开拓性研究和贡献的人,要归功于俄国的巴甫洛夫和英国的谢灵顿。

作为谢切诺夫的学生,巴甫洛夫于20世纪初开始用狗做实验研究条件反射与非条件反射问题。巴甫洛夫的基本思想是这样的:通过反复重复外部刺激,可以在动物大脑皮层中建立起暂时的神经联系。由铃声引起的听觉刺激伴随着由食物产生的视觉刺激多次重复,就会形成从耳鼓膜的神经末梢到唾液传出途径这样一条神经通路。他由此得出结论说,条件反射是在借助于大脑皮层中暂时联系的通路而实现的。1903年,在马德里召开的第14届国际医学大会上,巴甫洛夫首次阐述了他的条件反射学说。此后,在条件反射与非条件反射研究的基础上,巴甫洛夫又建立了第一信号系统和第二信号系统学说。他指出,第一信号系统是动物和人类共有的,它是由现实的具体信号如实物刺激引起的条件反射。例如,吃过酸梅的人一看到酸梅就会分泌唾液。第二信号系统则是为人类所特有,它是由现实的抽象信号如语言刺激引起的条件反射。例如,人在听到“酸梅”一词或看到“酸梅”之字时,也会引起唾液分泌。

与巴甫洛夫研究条件反射的同时,英国生理学家谢灵顿研究了神经冲动在中枢神经系统中如何有选择地从一个神经元传导到另一个神经元的问题。他利用卡扎尔的发现,建立了称之为“独特的和共同的神经通路”,即现在大家所知道的“反射弧”概念。谢灵顿认为,反射弧是机体从接受刺激到发生反应,兴奋在中枢神经系统内的传导途径,神经中枢的功能就是接受各种神经冲动并进行整合。20世纪初,谢灵顿将自己的研究成果写成《神经系统的整合作用》一书,集中阐述中枢神经系统的整合作用,他因此荣获诺贝尔医学与生理学奖。

巴甫洛夫、谢灵顿的研究告诉人们,机体的一切生命活动实际上都可归结为神经系统的反射活动,也就是说,是受神经系统调控的。生命体正是通过神经调节来保持内外环境的平衡与稳定,从而进行正常生命活动的。

科学家们一步步为我们揭示了生命和生命活动的本质和规律,使人类更加了解了生物和自身。同时关于神经调节的理论是生物学的一个非常重要组成部分。

维生素B1的发现

有很多现在完全能够治愈的疾病在过去曾经葬送过人的生命,那是因为人们找不到可以治愈疾病的物质。随着科技的发展,科学家们的探索,人类战胜了许多疾病,取得了辉煌的成就。脚气病在今天看来并没有什么可怕的,可是在一百多年前,却是一种可怕的顽疾。得了这种病的人全身浮肿,肌肉疼痛,四肢无力,吃不下,睡不着,走路艰难,甚至会死亡,医生对此毫无办法。

19世纪80年代初,日本军舰从东京驶向新西兰,在272天的航海中,有169人患了脚气病,25人死亡。为此,日本军医高木兼宽进行了调查,他发现脚气病的发生与吃精白米有关。几年后,又有一艘军舰走这一条航线。高木兼宽改变了船员的食谱,增加了面粉、牛乳和蔬菜等,结果在287天航行中,只有14名船员患脚气病,无人死亡。由此,高木兼宽找到了有效地预防脚气病的办法。但是,脚气病的病因仍是医学界的一个未解之谜。

在高木兼宽研究脚气病的同时,荷兰一位名叫克里斯蒂安·艾克曼的军医也加入了研究脚气病这一领域。那时,在荷属东印度(现在的印度尼西亚)的爪哇岛,爆发了脚气病,每年死人多达数万。为此,荷兰政府成立了一个专门研究脚气病的委员会。28岁的艾克曼自告奋勇加入了这个委员会。