世界现代前期科技史-第18章
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状在遗传中的表现进行了仔细研究。他把白眼雄蝇与红眼雌蝇杂交，产生的
杂交一代 （F）都是红眼果蝇。让F代红眼果蝇相互交配，F代既有红眼果
1 1 2
蝇又有白眼果蝇，白眼果蝇占 1/4，雌雄果蝇各占一半。这说明红眼和白眼
受一对基因支配，红眼基因为显性。但奇怪的是，F代的雌蝇都是红眼，雄
2
蝇中有一半是红眼，一半是白眼，就是说，白眼雄蝇只把它的眼色特征传给
隔代的雄蝇。摩尔根及其同事进一步研究发现，雌蝇的各对染色体，都由两
条正常的“X染色体”组成，而雄蝇却有一对染色体其中一条是正常的“X
染色体”，另一条则是在形状和所含基因上都与“X染色体”不同的“Y染色
体”。在形成精子时这一对染色体分离，因此，半数精子具有X染色体、半
数具有Y染色体，前者与卵结合，产生雌性个体，后者与卵结合，产生雄性
个体。所以在遗传后代中雌雄比例为1∶1。摩尔根认为，如果假定白眼基因
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位于X染色体上，而Y染色体上不带有白眼的正常对性，那么这种遗传现象
就得到解释。白眼雄蝇和红眼雌蝇杂交后，在F代中，雌蝇的2个X染色体
1
1个来自母本带红眼基因，1个来自父本带白眼基因，所以表现为红眼；雄蝇
从母本得到1个带白眼基因的X染色体，从父本得到1个Y染色体，也表现
为红眼。F代雄蝇和雌蝇杂交，产生4种后代：2个带红眼基因的X染色体
1
配合；带红眼基因的X染色体和带白眼基因的X染色体配合；带红眼基因的
X染色体和Y染色体配合；带白眼基因的X染色体和Y染色体配合。第一、
第二种类型均为红眼雌蝇，第三种为红眼雄蝇，第四种为白眼雄蝇，白眼所
占的比例恰为1/4。这一发现使某些“伴性疾病”的发生亦得到了很好的解
释。
摩尔根在继续研究中发现几种基因位于同一染色体上，可一起遗传；不
同染色体上的基因可以自由组合，但同一染色体上的基因却不能自由组合，
只能排列成连锁群，这种性状连在一起遗传的现象叫做基因连锁。后称遗传
学第三定律。基因连锁使染色体数目远远少于基因数目所造成的困难获得了
解决。摩尔根还发现，许多基因在同一条染色体上形成连锁群。因此连锁群
的个数和染色体的个数总是吻合的。例如，果蝇的染色体为4对，它的基因
连锁群也是4个；豌豆的染色体为7对，它的基因连锁群也是7个。孟德尔
在进行豌豆实验时，认为7对相对性状皆可独立分离，那是因为恰巧这7种
基因都分布在不同的染色体上。后来，摩尔根又发现在细胞分裂时，不同染
色体之间可以发生片段互换。片段的长度从携带1个基因到若干个基因不
等。摩尔根推论，交换频率的大小和染色体上基因之间的距离有关，距离愈
远，频率愈高。据此，摩尔根提出基因在染色体上直线排列的学说。
摩尔根在研究工作中获得了一系列重大发现，他带领自己的学生发表了
多部具有划时代意义的著作。
1915年出版了《孟德尔遗传机理》，1919年出版了《遗传的物质基础》，
1925年出版了《实验胚胎学》，1926年出版了《基因论》，1934年出版了
《胚胎学与遗传学》等。
1927年，缪勒还发现强烈的X射线照射可能引起染色体断裂，然后又以
改变了的组合重新结合起来，从而造成遗传基因的突变。1946年，缪勒因此
发现而获诺贝尔奖。
摩尔根等人通过一系列的科学实验，取得了巨大成果：
发现了基因连锁现象、基因片段互换现象、基因的再生功能及其他多种
功能。
明确了基因是客观存在的物质实体，是“染色体的物质微粒”。
证实了基因存在于染色体上，染色体是基因的载体，是遗传的物质基础。
阐明了染色体基因的性别决定说，从而亦使遗传性疾病的发病原因得到
了解释。
预言了基因“代表着一个有机化学的实体”，从而为揭示遗传物质的本
质指出了方向。
摩尔根的基因理论是遗传学和细胞学相结合的产物。其科学价值使它成
为遗传学发展史上的里程碑。
5。巴斯德与微生物学
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巴斯德（1822—1895）是法国巴黎大学的教授。他一生从事微生物的研
究，为人类作出了巨大贡献，成为微生物学和细菌学的奠基人。
（1）灭菌消毒法的产生和发展
法国的酿酒业十分兴隆，然而酒会变坏变酸，这一大难题困绕着酒商们，
也确给该行业造成了不小的经济损失。这一问题引起了巴斯德的注意和兴
趣。他研究后发现，这是微生物作怪的结果。在探求解决方法的过程中，他
将试液加热到55℃时，发现有些微生物被杀死。于是这一简便的灭菌消毒法
产生了。此后，这一方法被医药卫生、轻工、食品等部门广泛采用。
1864年，法国南部养蚕区流行蚕病酿成灾难。巴斯德前往解决这一问
题，费时6年终使蚕病得到根治。他发现蚕致病的原因又是微生物作祟。由
此他受到启发，想到微生物会不会使人致病？巴斯德预言，人的传染病也是
微生物造成的。
巴斯德的发现和预言，在医学界产生了重大影响。因为当时外科手术病
人的死亡率很高，45％的手术病人由于感染而死亡，手术的成功率最高不过
20％。英国医生李斯特（1827—1912）在巴斯德的启发下，决心找到一种消毒
办法，杀灭造成感染的微生物 （细菌）。经过9年的研究和试验，他终于发
现煤焦油中的酸有防腐杀菌作用。把这种药水洒在手术室，情况大为好转，
死亡率下降了，败血病减少了。这种消毒法普遍推广后，外科手术的死亡率
由45％降到15％。巴斯德的研究成果和李斯特的工作使医疗卫生事业发生了巨
大的技术变革。
巴斯德在预言了微生物能使人传染疾病之后，德国病理学家科克（1842
—1910）于1875年用实验证明了炭疽菌的存在及其形状。他还成功地培养出
了炭疽菌并将它们染成红色和蓝色，以便于在显微镜下进行观察。1878年科
克发表了《关于创伤传染病病因的研究》的论文，并指出各种传染病均由一
定的病原菌所引起。此后，科克不断改进自己的研究工作，于是相继发现了
伤寒菌、淋菌、结核杆菌、霍乱菌等。随着病原茵的发现，相应地使人们逐
步做到了对细菌的有效的抑制和对疾病的有效的预防与治疗。由于科克在医
学上的重大贡献，1905年他获得了诺贝尔医学与生理学奖。1883年，德国病
理学家克勒布斯分离出引起白喉病的细菌。1890年，俄国的维诺格拉德斯基
发现了另一大类微生物，即自养性微生物，并指出硝化作用是硝化细菌引起
的。
细菌发现之后，人们又发现了一种不同于细菌的更小的微生物病原体，
这就是“病毒”。最早发现病毒的是俄国人伊凡诺夫斯基。他观察了传染烟
草花叶病的病原体，并确认它是不同于细菌的另一类微生物。1898年，法国
的雷弗勒通过细菌过滤器发现了牛的口蹄疫病原体。实验终于验证了病毒的
存在。于是抑制、消灭病毒，治疗各种病毒引起的传染病又在实践中不断得
到发展和完善。
（2）免疫学的诞生
1874年，巴斯德在研究牲口的炭疽病和鸡霍乱病时，在病羊的血液中找
到了炭疽病菌，但一时找不到杀死这种病菌的办法。后来，他得知德国的科
克发现了炭疽菌可以在肉汤培养液中生长繁殖的消息，于是他在1881年作了
一次重要试验：把肉汤培养液中的细菌注射到动物体内，使之产生免疫性，
于是他找到了预防炭疽病的免疫法。为防止感染而预先注射到体内的细菌便
是疫苗。免疫学便从此诞生了。1884年巴斯德又成功地接种了预防狂犬病的
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疫苗。从此，免疫接种成为世界范围内普遍采用的极为有效的预防疾病的措
施。
巴斯德在科学研究中倾注了毕生的心血。即使在他45岁因脑溢血患半身
不遂重病的情况下，仍毅然坚持研究工作，并不断取得新的成果。他开创了
微生物学的研究领域，并带动了细菌学、病毒学、免疫学以及生物化学等其
他学科的发展。巴斯德的工作造福于全人类，他的贡献是极其巨大的。法国
人因他而自豪，世界各国人民也永远怀念他。
6。生态学的形成
随着生物学的发展，一个新的分支学科产生了。它就是研究生物与环境
之间相互关系的科学——生态学。它研究的对象是生物个体、种群、群落、
生态系统，以至生物圈，研究它们在局部地区、一定时间 （年、季节）上的
分布和变化；生物体、种群、群落之间的相互关系；它们对非生物环境的适
应和调节机能等。生态学按生物的类别又可分为植物生态学、动物生态学、
微生物生态学等；按栖息环境又可分为水生生物生态学、陆生生物生态学和
寄生生物生态学等；按生物的组织水平又可分为个体生态学、种群生态学、
群落生态学和生态系统生态学；按自然景观又可分为森林生态学、草原生态
学、农田生态学、沼泽生态学、沙漠生态学、淡水生态学、海洋生态学等。
生态学的研究为环境科学的兴起产生了重要作用，环境科学的研究又为生态
学的普及和深化起了重大推动作用。在工业化迅速发展，人口骤然增加的形
势下，生态学的研究有着十分重要的意义。
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八、世纪之交的数学
19世纪上半叶，数学取得了巨大进展，非欧几何的创立使几何学步入了
“黄金时代”；代数由于伽罗瓦（1811—1832）的工作获得了全新的动力；
数论发展成解析数论；分析学由于复变函数论的建立以及常微分方程和偏微
分方程的研究而取得了重大发展。
19世纪下半叶，数学分析建立了严格的极限理论并最终将它置于实数的
严格基础之上，许多数学家如柯西 （1789—1857）、外尔斯特拉斯（1815—
1897），戴德金（1831—1916）、康托（1845—1918）等为此作出了努力。
1872年，德国数学家克莱因（1845—1918）发表“爱尔兰根纲领”演讲，总
结各种新几何学的发展，指出其结构上的一般原则，并用变换群的观点作为
几何学分类的基础，带来了一次深刻的思想变革。次年，挪威数学家M。S。李
（1842—1899）创立的李群即连续变换群，逐渐成为近代数学的一个重要分
支，是理论物理的重要工具。
19世纪末到20世纪初，数学更多地转向自身的基础，抽象代数、泛函、
拓扑等现代数学分支，逐渐在此阶段产生并奠定了基础。彭加勒（1854—
1912）、康托和希尔伯特是这一时期的数学代表人物，也是对20世纪的数学
发展影响最大的人物。彭加勒首先是一个数学家，但他在物理学方面的成就
更令人瞩目。他在数学方面的主要成就有，创始自守函数、微分方程定性理
论以及拓扑学，研究则涉及非欧几何、分析力学、不变量理论、概率论等。
物理方面同样涉及了许多研究领域，从力学、热学、光学、电学到宇宙学，
都留下了他探索的足迹，对天体力学三体问题的研究则著称于世。康托和希
尔伯特的研究工作则在很大程度上反映了这一时期数学的成就。
1。康托和集合论
最先创立了一般集合论的德国数学家康托出生于俄国的一个丹麦一犹太
血统家庭，后随父母迁居德国，1863年进入柏林大学学工。在那里，受到外
尔斯特拉斯的影响，转向研究纯粹数学。1867年获柏林大学数学博士学位，
博士论文是关于数论方面的。1869年后到哈雷大学任教，1879年任教授。
康托到哈雷大学后，开始对三角级数的研究，1870年到1872年发表了3
篇有关三角级数的论文。在 1872年的论文中，他提出了以柯西序列定义无理
数的实数理论，并初步提出以高阶导出集的性质作为对无穷集合的分类准
则。三角级数的研究引发了康托进一步探讨无穷集和超穷序数的兴趣，并萌
发了集合论的思想。
1872年，康托结识了数学家戴德金，后者在“无穷”方面的思想和探索
给他留下深刻印象，之后，他们保持通信联系，相互讨论问题。1874年康托
发表了《关于一切实代数数的一个性质》的论文，指出一切实代数数和正整
数可以建立一一对应，并将一一对应关系作为对无穷集合分类的准则。这是
关于集合论的第一篇革命性文章。1874年至1897年，康托继续发表了多篇
关于集合论和超限数的论文，阐述他的集合论，考虑、研究了各种无穷集合，
并把无穷集合分成不同等级。
康托称集合为一些确定的、不同的东西的总体，这些东西人们能意识到，
并且能判断一个给定的东西是否属于这个总体。他认为，如果一个集合能够
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和它的一部分构成一一对应，它就是无穷的，那些认为只有潜无穷集合，反
对实无穷的观点是错误的。
康托证明，在某种意义上，一小段线和一条无限长的线有同样多的点。
比如，考虑一个半圆弧和它下面的一条直线，这条直线和连接圆孤两端点的
直径平行。从半圆的圆心画一条直线，过半圆上的一个点，并交于无限长线
上一点。圆上的每点，总能找到无限长直线上的一点与之对应，反之亦然。
全直线不大于它的部分，至少就它们各自包含的点的数目而言是如此。全部
能和真的一部分建立一一对应。这是无穷集合的一个特性。
他还给出了一个集合的例子——康托集：把区间＇0，1＇中间的三分之一
1 2
挖去，即把（ ， ）挖去；然后从余下的两部分中再
3 3
挖去它们各自中间的三分之一；再从余下的四部分中挖去各自中间的三分之
一，以此类推，不断进行下去，留下部分的长度越来越小，而彼此分离部分
的个数则成倍增加，重复“挖去”的过程无限多次后，仍有一些点还未被挖
去，这些留下的点则形成了康托集。用几何级数求和方法可以证明，从�
