科学史(下)-第10章
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生活造成的。施旺还发现腐败也是一个类似的过程。他指出如果我们设法用
加热的方法把所有与受检查的物体相接触的活细胞都毁灭净尽，并且以后只
让它和经过赤热试管的空气接触，则发酵与腐败都不会发生。这样他就证明
了发酵与腐败都是活着的微生物的作用造成的。
这些结果在1855 年前后又由巴斯德加以证实与发挥。他认为每一个已知
的自然发生的例子，都不是事实。他指出细菌的存在都是因为有细菌从外面
进来，或者里面原来就有细菌，后来才发育起来。巴斯德证明某些疾病如炭
疽、鸡霍乱与蚕病就是由特种微生物造成的。后来许多别的疾病所特有病菌
也发现了，它们的生活史也考查出来了，其中有许多疾病是人类中间流行的
疾病。
利斯特（Lister）在1865 年听说巴斯德的实验，到1867 年就把这一成
果应用到外科手术上去。他先是用石碳酸（酚）作为防腐剂，以后又发现清
洁是一种有效的防腐方法。由于利斯特把巴斯德的研究成果应用于外科，再
加上戴维爵士、马萨诸塞（Massachusetts）的莫顿（W。T。G。Morton）与爱丁
堡（Edinburgh）的辛普森（J。Y。Simpson）爵士以前所发现的麻醉剂，外科
手术就达到前此所未能达到的安全地步。这些发现在卫生、内科与外科方面
所产生的效果，极其明显地表现在城市居民死亡率的降低上。如伦敦在二百
年前每年的死亡率是千分之八十，而1928 年则降低到千分之十二。
1876 年，科赫（Koch）发现炭疽杆菌的孢子的抵抗性比杆菌本身更强。
1882 年，科赫又发现了造成结核病的微生物。大大发展了细菌学的技术，使
它成为公共卫生与预防医学所必不可少的一种艺术与科学的，就是科赫。特
殊的微生物，一经分离之后就可以让它们在明胶或其他媒介物的纯粹的培养
液里自行繁殖。然后就可以在动物身上测定这些细菌的病理效应。
人们发现，至少在有些情形下，与微生物细胞的生命有关的某些变化所
以产生，是因为微生物细胞里有某种酶，或者是由于微生物细胞的活动而产
生某种酶。1897 年，毕希纳（Bǖchner）从酵母细胞内分离出了特种酶，并
表明这种酶与活的酵母细胞相同能引起同样的发酵作用。这种酶的作用与一
般的情况相同，反应完成之后，酶仍不变；单单它的存在就足以引起和促进
化学反应。
1718 年，蒙塔古（Mary Wortley Montagu）夫人从君士坦丁堡传入天
花病的接种法①。十八世纪末，杰斯提（Benjamin Jesty）根据一般人的信念，
认为患过轻微牛痘的挤奶姑娘不会感染天花，英国柏克利乡间医生詹纳
（Edward Jenner）用科学方法去研究这个问题，而发明了种痘的方法。他
将病毒放在小牛体内，待其作用减弱时，再将痘浆注射于人身，使人得减轻
或完全避免这种疾病的危害。这一发现开创了免疫学的研究。病原体产生有
毒的物质或毒素。这种毒素是1876 年首先在腐败物内发现的。1888 年人们
可用过滤培养液的方法，从细菌得到毒素。就白喉病而言，我们先从其细菌
培养液取得毒素，然后把这种毒素逐渐加多地注射入马体内，马的组织内即
制成一种抗毒秦。由免疫的马血制成的血清，可以保护与病菌接触过的人和
帮助已经患白喉病的人恢复健康，此外，用病菌的消毒培养法，我们可以制
出各种疫苗，使人们对活的病菌所造成的各种疾病部分的或完全的免疫。1884
年，梅契尼科夫（Metschnikoff）发现“食菌细胞”（白血球），具有消除
致病性细菌的功能。
伯登一桑德森（Burdon…Sanderson）与巴斯德等把詹纳的毒素减弱的原
理推广应用，去治疗其他疾病。巴斯德证明狂犬病或恐水病，就是在已经感
染以后注射，一般也是有效的。这个可怕的、从前认为无法治疗的疾病，经
注射后死亡率减少到百分之一左右。显微镜下看不见有细菌。这种病是一种
比一般细菌小得很多的病毒所造成的。
病原微生物的生活史常常是很复杂的，有些病原微生物在不同的寄主里
度过其生活的几个阶段。只有通过给活动物接种的极266 周密的实验，才有
可能研究它们的性质。有些寄主有时并不感受侵入的微生物的影响，这就使
我们在研究感染的来源时遇到极大困难。人们最后战胜疟疾的经过是研究传
染病时所遇见的困难与危险的最好的例子①。疟原虫是法国军医拉维兰
（Laveran）在1880 年左右发现的。五年后意大利人观察到人们感染疟疾是
由于被蚊虫咬伤。1894—1897 年间，曼森（Manson）与罗斯（Ross）证明一
种特殊的蚊虫（Anopheles，疟蚊类）身上有一种寄生虫，这种寄生虫就是疟
原虫的幼虫。因此，防治疟疾的正确方法就是毁灭蚊虫的幼虫。而要毁灭蚊
虫的幼虫，就需要把沼泽地带的积水排清。或用油膜覆盖于静水的池沼上面，
以防止其生长。
同样，人们也查明马尔他病或地中海热，是一种微生物的作用造成的。
这种微生物的一段生命寄生在山羊体内，由羊乳传染到人，可是山羊却不生
病。人们还发现黑死病（鼠疫）与鼠、蚤及其他传递疫菌于人的寄生虫有关。
这是病菌通过间接途径进入人体的又一例子。只有明了这些病菌的生活史之
后，防治的斗争才能收到最好的成效。
1893 年，莱夫勒（Loffler）与弗罗施（Frosch）最先透彻地研究了超
① 我国的人痘接种方法于十七世纪传人欧洲，这里作者没有作进一步的探溯。——译注
①
AngeloCelli…Malaria；Eng。trans， London， 1901。
显微镜的病毒。他们指出患口蹄疫的动物的淋巴液经过可以隔离一般细菌的
滤器后，仍然可以使其他动物感染疫病。他们断定所处理的对象，不是无生
命的毒质而是能生殖的微小机体。我们至今还不能断定这些超显微镜的可滤
过的、可以使动植物感染，很多疾病的病毒，究竟是不是粒子状的细菌。无
论如何，它们的大小，必与分子接近，有人以为它们是一种非细胞的新型的
有生命的物质。
碳氮循环
我们再来谈呼吸的问题。拉瓦锡与拉普拉斯证明动物的生命需要碳和氢
经氧化而成二氧化碳与水。1774 年，普利斯特列发现，如果把绿色植物放在
小鼠“弄坏”过的空气停一个时候，这种空气就可以再一次恢复维持生命的
功能。1780 年，英根豪茨（Ingen…housz）证明植物的这种作用只有在日光
下才能发生。1783 年，塞尼比尔（Senebier）表明这种化学变化是把“固定
下来的空气”变成“脱燃素的空气”，即由二氧化碳变成了氧。1804 年，德·索
热尔（deSaussure）对这个过程作了定量的研究。这些结果启发李比希进行
研究，并提出一个概括的理论，说碳元素和氮元素在动植物交互生长与腐败
的过程中，必经过循环的变化过程。
帮助植物增殖的活性物质是叶绿素。它的化学结构与在日光下的化学反
应都很复杂，现在还不十分明瞭。但是它有一种能力，是地球上我们所看到
的生命所必需的：它能利用日光的能量去分解空气中的二氧化碳，释出氧气，
使之与植物组织的复杂有机分子里的碳相结合。在叶绿素的吸收光谱中，最
大吸收量的位置恰与太阳光谱中最大能量的位置相合，这样一种手段与目的
的适应，不管是怎样产生的，毕竟是很奇妙的。
有些动物靠食用植物过活，也有一些动物靠吃其他动物维生，因此，一
切动物都是依赖叶绿素所收集到的太阳能量生活的。动物呼吸时，将碳化物
氧化为有用的衍生物与排泄物，同时靠氧化所发出的其余能量维持体温。植
物也慢慢放出二氧化碳，不过在日光中这种变化为具逆向的反应所掩蔽而
已。植物与动物都把植物吸取的二氧化碳归还给空气中，无用的有机化合物
就堆积在土中。在这里它们为无数土壤细菌所分解，变成无害的无机物，同
时将更多的二氧化碳倾注于空气中。这样就完成了碳的循环。
与此相当的氮循环是较近的发现。罗马诗人味吉尔在其《农事诗》里，
已经劝告在种麦之前须种黄豆、紫云英或羽扇豆。这种作法的好处是大家都
知道的。但是其中道理直到1888 年经过赫尔里奇尔（Hellriegel）与威尔法
斯（Wilfarth）研究方才弄明白①。豆科植物根上的瘤藏有一种细菌，能固定
空气中的氮，用我们不知道的化学反应，把氮变成蛋白质，然后输送到植物
里去。1895 年，维诺格拉兹基（Vinogradsky）寻出另外一个过程：土中细
菌直接由空气中得到氮，其所需要的能量大概是由死植物的纤维分解而来
的。268 植物可以从这两种来源得到氮。含氮的废物，主要是在土壤中适宜
的细菌的帮助下，变成氨盐，最后变为硝酸盐。这是植物制造蛋白质所需要
的氮的最好来源。土壤是物理的、化学的与生物的混合体，主要是胶体。为
了维持它的平衡，它既需要从动植物腐败而来的有机盐，也需要从矿物而来
① Sir E。J。Russell， Soil Conditions andPlant Growth， 4th ed。London， 1921。
的无机盐。
李比希说明了矿物盐在农业上的重要性，但他忽略了氮的极端重要性。
十九世纪中叶，这个问题才由布散果耳（Boussingault）以及吉尔伯特
（Gilbert）和劳斯（Lawes）在罗森斯特德（Rothams－ted）实验站加以研
究；他们的研究成果成了现代人工施肥的基础。植物生命不可缺少的元素是
氮、磷与钾，但这些元素通常只有极少量。如果这些元素的一种分量过少，
农作物的收成必受限制。只有按照植物能利用的方式添加不足的元素，植物
才会自由生长起来。微量的其他元素，如硼、锰与铜，也是植物所需要的。
人工施肥的科学研究使农民在耕作方法上得到更大的自由。当人们可以
把农作物所吸取的元素还给土地来维持土地的肥沃性的时候，旧日的轮种和
休种方法就可以大大改变了。
自然地理学与科学探险
在十八世纪后半期和整个十九世纪，系统的世界探险工作进行得很快，
而且大部分是在真正科学精神下进行的。1784 年，英国军需部在洪斯洛荒地
（HounslowHeath）测定基线，开始利用三角学进行测量。这样，法国地图学
家丹维尔（d’Anville）所创始的精密地图和海洋图就都有可能绘制出来了。
我们应当叙述一下普鲁士博物学家和旅行家洪堡男爵（vonHumboldt，
1769…1859 年）的工作。他最喜欢住在巴黎。在那里，他协助盖伊…吕萨克完
成气体的研究（见211 页）。他花了五年的时光在南美洲及墨西哥海湾的海
上与岛上探险。根据这次旅行所得的观察结果，他认为应该把自然地理学与
气象学当做是精确的科学。洪堡首先在地图上绘出等温线，因而得到一个比
较各国气候269 的方法。他攀登过安第斯山脉的琴博腊索山（Chimborazo）
与其他高峰，以观察温度随海拔增高而降低的比率。他研究了赤道带暴风与
大气扰乱的起源；他研究了火山活动带的地位，认为火山活动带与地壳的裂
缝是符合的。他调查了动植物在自然条件影响下的分布情况；他研究了从两
极到赤道地磁强度的变化，并且创造了“磁暴”这个名词来描述一个他首先
加以记录的现象。
洪堡的劳动与人格引起人们很大兴趣，从而推动了欧洲各国的科学探
险。1831 年英国派出“猎犬号”（the Beagle，或音译为“贝格尔号”）
进行了一次有名的航行，“完成了巴塔哥尼亚（Pata－gonia）与火地（TierradeI Fuego）的测量；又测量了智利、秘鲁的海岸和太平洋上一些海岛；并
且进行了定期的环球联测”。当时宣布，这次航行“纯粹是为了科学的目的”，
达尔文就以“博物学家”的身分，在这艘船上服务。
几年以后（1839 年），有名的植物学家胡克（w。J。Hooker）爵士的儿子
约瑟夫·胡克（Joseph Hooker，。。 1817—1911 年）加入了罗斯（James Ross）。。
爵士的南极探险队，在那里花了三年时间研究植物。后来他又参加一个政府
资助的远征队，到了印度的北边。1846 年，赫胥黎（T。H。Huxlcy）离开英国，
在“响尾蛇号”船上做外科医生，在澳大利亚海上进行了几年测量与制图工
作。他生性热情，观察力锐敏，常常因为没有机会从事普遍感兴趣的精密科
学研究而慨叹。这样，在十九世纪思想革命中起了重大作用的人物当中，就
有三个在科学探险的航行中当过一个时期的学徒。有组织的发现与研究的最
高潮是“挑战者号”（the Challenger）的远征。这艘船于1872 年出发，
在大西洋与太平洋上游弋几年，记录了有关海洋学、气象学及自然历史各个
部门的资料。
海洋学尤其变得重要起来。美国海军部的莫里（Maury）研究了一个半世
纪以前丹皮尔（Dampier）所留下来的有关风和洋流的问题，对于海上路线航
行作了很大改进。海上的集群生物具有无数的形态，有显微镜下才看得见的、
经亨森（Henson）命名的浮游生物、原生动物、变成海底软泥的放射虫的骸
骨，还有各式各样大270 小的鱼类；它们的生活迁徙部分地以浮游生物为转
移，因为有些鱼群以这些生物为饵料，常追随它们而游行。
地质学
拉普拉斯由于企图提出一个合理的学说来说明太阳系的起源，就促使人
们注意到这个问题并激发了人们把地球当做太阳系的一部分加以研究的兴
趣。不幸，在不顾教皇的无上权威，思想自由最为盛行的国家，《圣经》文
字的权威也最为深入人心。所以在《创世记》以外任何有关地球起源的看法，
必须经过一番新的斗争，才能得到一般的承认。就是在十九世纪中期，还有
人认真地说化石是上帝（或魔鬼）埋藏在地下，以考验人们的信心的，但是
我们都知道化石告诉我们的是另外一套故事。
从很早的时候以来，在开矿的过程中，人们就得到一些有关岩石、金属
与矿物的知识。正象一些希腊哲学家那样，达·芬奇与帕利两（Palissy）已
经认识到化石是动植物的遗体，但是一般人却以为化石是“造物的游戏”，
是一种神秘的“溯形力”——自然界以各种方法创造所喜爱的形式的倾向—
—的产物。只有个别的观察者，如斯但森（Niels Stensen，1669 年），才
认识到我们可以利用化石来探索地球的历史，但这种看法没有得到一般人的
接受。伍德沃德（JohnWoodward，1665…1728 年）赠给剑桥大学的大批化石
大有助于证实化石来源于动植物的看法。1674 年，佩劳尔（Perrault）证明
地上的雨量足以解释泉水与河流的来源而有余①，盖塔尔（Guettard，1715－1786 年）说明风化怎样改变了地球的面貌。虽然如此，仍然有人对事实加
以曲解，以附会圣经中关于天地开辟时有洪水或大火的说法，而有水成派与
火成派的争论。
首先有系统地和这种观点作斗争的是在1785 年发表《地球论》的赫顿
