科学史及与哲学和宗教的关系 作者:w.c.丹皮尔-第52章
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═akamine）测定。
过去生理学多研究生物化学方面的问题而少研究生物物理学方面的问题，今天物理学方法的使用则日益广泛。例如有人用测量渗透压和沉淀率的方法，来估算蛋白质的分子量（参看256与431页）。
布拉格爵士父子（Sir William and Sir Lawrence Bragg）研究晶体结构的方法（这个问题将在后一章内叙述），已经应用于纤维素、丝蛋白、发角质与肌凝蛋白等丝状体。阿斯特伯里（Astbury）等人发现，根据X射线的照相图，可以用分子来解释这些东西的丝状性质以及在延伸时肌蛋白与角质的可逆变化。兰格缪尔（Lang－muir）用有机物的结构式去说明它们的物理性质。这一方法又由亚当（N．K．Adam）加以发展。他发现原子在空间的排列足以说明表皮膜的各种分子的情况。
唐南（F．G．Donnan）在1911年发表了关于平衡膜的理论。他用薄膜将一个电解溶液系统分开，而这薄膜是离子中的一种——通常是一种胶体——渗透不过去的。根据这一理论，薄膜两边常有可扩散的离子作不均匀的分布，因而在两边的溶液之间，产生电位与渗透压的差异。这一理论在生物学上有许多应用。1924年，洛布（Loeb）用这一理论成功地说明了蛋白质的胶体性行，此后范·斯莱克（Van Slyke）与其合作者解释了血流里的离子事实。
血液的化学过程与物理过程近来更加明白。血红蛋白分子中的非蛋白部分（或血红素）经证明具有四个吡咯环，为一个铁原子联接，是许多生物的呼吸物质中所共有的。在许多脊椎动物和某些其他动物的血液里，它与血球蛋白相合，成为运载氧气的血红蛋白质。差不多在所有的活细胞里，它都出现在所谓细胞色素的呼吸酶系里。维尔斯塔特（Willstatter）证明，在植物里，叶绿素分子的核基本上与血红素相似，只是以镁原子代替了铁。他发现了两种成份稍微不同的叶绿素，1934年他写出其结构式。其他金属也可进入呼吸物质中；例如多肽类的铜化合物存在于软体动物与甲壳动物之内，而钒蛋白化合物存在于被囊类海生动物体内。
在研究血液里氧运输问题的同时，人们还研究了组织里氧化问题。这些变化的复杂程度各不相同，但每一变化部包合酶对于底物分子的作用，使氢分子可以脱离出来。维兰德（Wieland）查明这个过程受到许多存在于一切活组织中的特殊酶，即脱氢酶的影响。最简单的情形是一个分子受到一个脱氢酶的作用，放出氢，与氧直接化合。在这一过程里，通常有一个或多个氢载体参加进来。这些物质可以还原，又可以氧化，因而它们可以接收并传递氢
原子。这些物质里有瓦尔堡（Otto Warburg）的组织氧化酶，与“黄酶”（这是维生素B2与蛋白质的化合物），还有辅脱氢酶，森特…乔尔吉（Szent－Gyorgyi）的琥珀酸（丁二酸），霍普金斯的谷胱甘肽与抗坏血酸（维生素C）等。
呼吸酶研究方面的主要进展，通常是在发现某种特殊毒物对于某种酶的作用的时候取得的。例如氰化物使氧化酶不起作用，麻醉剂使脱氢酶失效，而玻珀酸的氧化遇胡萝卜酸（丙二酸）则受到阻遏。
除了食物分子由于不断地脱氧而氧化之外，组织里还发生水解作用，这就要求分解时增加水分并要求氨基分裂。克雷布斯（Krehs）近来对这些化合物经过怎样的过程成为尿素被排除出去的问题，进行了研究。一向认为尿素是氨和二氧化碳简单凝结而成的。他发现这里实际存在着一个复杂的化学反应循环。至于经过这些过程剩下来的小碎块怎样氧化而产生其余可用的能量，还不明白。细胞里二氧化碳的产生好象是由于羧化酶把它们从…C－COOH群里释放出来的缘故；它们的活动需要有辅羧化酶（维生素B1的磷酸盐）在场。二氧化碳在血液里是作为重碳酸盐输送的。梅尔德伦（Meldrum）与拉夫顿（Rouzhton）从血红蛋白里分出碳酸酐酶，这种酶使肺内含重碳酸盐的血迅速地放出二氧化碳。
细胞可以不经过氧化，而靠了发酵——即分子的无氧分解——获得能量。巴斯德发现在酵母细胞里这两个过程是互相对抗的：发酵在无氧时发生，氧化出现时就停止。肌肉内糖原分解为乳酸的过程也是这一类型的反应。肌肉的收缩就是由这一过程造成的。这一情况是1907年霍普金斯与弗莱彻（Fletcher）两位爵士发现的。近年来这个过程被分析为八个化学阶段，需要有两种物质在场作为磷酸盐的载体，而且至少为十种酶所催化。迈耶霍夫（Meyerhof）、埃姆登（Embden）与帕纳斯（Parnas）是这一领域中的主要研究者。人们还研究了淀粉通过酵母的作用变为酒精的同样复杂的发酵过程，发现其中某些阶段与肌肉反应是一致的。
在呼吸载体与细胞酶当中；我们已经提到过维生素。这些物质当中某些物质的化学结构以及它们在细胞代谢的复杂过程中所起的作用，在1939年的战争以前，由于许多国家的许多研究者的辛勤工作，已经逐渐明白了。不过在发现这些维生素以后，有一个时期，只查明一种维生素的化学结构，那就是抗佝偻病的维生素D；至于这种维生素怎样发挥调节钙和磷的代谢的功能，仍然弄不清楚。冯·欧勒在1929年发现维生素A与植物里的葫萝卜色素有密切的关系。这是一种复杂的不饱和醇类，是维持某些组织，如中枢神经系、视网膜与皮肤的健康所必需的。夜盲是维生素A缺乏病的早期症状。瓦耳德（Wald）已经阐明了这种维生素通过怎样的化学反应造成视网膜的感光色蛋白。同哺乳动物的繁殖有关的维生素E的化学结构以及可以使血液凝结，防止出血的维生素K的化学结构也查明了；它们都是醌的衍生物。
“维生素B”已经证明是许多物质的混合体。维生素B1，也称抗神经炎素，存在于酵母和植物种子之内，许多研究者都分离出它的结晶，而认为它是嘧啶…噻唑类的化合物。上面讲过，它是脱羧酶的一部分，可以分解部分氧化了的碳水化合物。正是由于这些化合物在缺乏这种维生素的情况下累积起来，才产生多发性神经炎和脚气病的特有症状。有些病人需要纯化的B1，才能治愈。维生素B2在化学上叫做核黄素，对于细胞的氧化很有关系。复式维生素B的另外一个成分是烟草酸，很多年来即知其存在于烟草之内，是辅脱氢酶的一个组成部分，可以防治吃玉蜀黍的人常患的一种名叫陪拉格拉病（pellagra，亦名糙皮病）的缺乏症。一种吡啶化合物，维生素B6可以防治老鼠常患的类似陪拉格拉病的皮炎。还有B3、B4和B5尚在研究之中，一件有趣的物种差别是：雀鸟需要B3而哺乳动物却需要B4。
B1对于动物与植物同属必需之物，尤其储藏于植物种子之内。植物能自己制造B1，有些细菌、酵母与真菌，和动物一样，需从外面吸取B1。维生素C即抗坏血酸，好象在大多数动物体内都能合成。据现在所知，只有人、猴和豚鼠缺少了这种维生素才会患环血病。就化学结构论，C是最简单的一种维生素，极不稳定，具有高度还原能力的化合物，在结构上与精相关，结构式为C6H8O6（见253页），在细胞代谢里中大概充当氢递体。它在叶绿素和发芽种子里的胡萝卜素形成以前便形成了，因而维生素C可能是综合这些基本物质的机制的一个部分。在动物体内它大量存在于两种内分泌腺里，即垂体与肾上腺皮质里。
人们一向把维生素叫做是必需的微量食物。我们也可以把它们看做是机体不能自己制造的激素，因为激素与维生素相同，也是人体各部分健康与发育必需的微量物质。关于内分泌腺所制造的分泌物或激素的研究已经成为一种专门的学科，叫做内分泌学，是界于生理学与病理学之间的一种边沿学科。
我们对于性激素的了解近年来进步很快。在早期关于睾丸激素的研究（337页）之后，阿伦（Alien）与多伊西（Doisy）又发现了一些新方法，证明对割掉卵巢的老鼠注射卵巢提取物可以恢复其雌性周期。1927年，阿舍姆（Aschheim）与宗德克（Zondek）发现怀孕动物的尿是雌性激素的一种方便来源。人们已经把四种密切关联的雌激素分离出来，而且定出它们的化学的结构，还从卵巢提出第五种最活跃的雌二醇。在黄体内发现一种相关的物质，名叫孕酮，排卵后就在卵巢之内形成与妊娠的准备和维持有关。人们还定出四种化学性质类似的雄激素的结构。1930年，马里安（Marrian）指出，不论在雄性动物体内或雌性动物体内，雄雌两种激素都有，而且这种激素还存在于植物内；一种物质既可以充当雌性的激素，也可以充当雄性的激素，观条件而定。这些性激素都是甾醇，即菲的碳氢化合物的衍生物，与略带雌激素性质的维生素D有密切的关系，而且与肯纳韦（Kennaway）等人从煤焦油提出的致癌物质有关。但是甾醇结构并不是增进雌性性欲的活动所必需的，因为多兹（Dodds）和他的同事已经从一种简单得多的碳氢化合物合成了一些能够大大增进雌性性欲的物质。
性激素和脑垂体分泌的研究使我们了解到雌性周期的复杂的激素模式，因而开辟了有价值的治疗方法。有很大用处的妊娠试验就是靠在尿中寻找胎盘释放到血液里去的激素物质。
肾上腺皮质的激素近来被人制成很有效的药物，肯德尔发现这种药物是若干类似甾醇的物质混合而成的，皮质好象是这些物质的工厂与储蓄库。肾上腺皮质缺乏病叫做爱迪生病，如果在实验中将皮质割掉，几天后就会有死亡现象。
1924年，科利普（Collip）首先提出副甲状腺激素的有效成分，并发现它表面上具有蛋白质的性质。它调节钙与磷的代谢。如果缺少这种激素，血钙就会降低，而出现手足搐搦的现象，即神经系统的过度兴奋，肌肉痉挛的发作；在施行手术割除生病的甲状腺时，由于同时割掉了不认识的副甲状腺，常常发生这种痉挛现象。
激素研究方面最有兴趣的一件事也许就是人们认识到垂体具有控制与统一调节作用。垂体激素负责刺激性激素的分泌和黄体的形成，这样就决定了青春期的开始，女性的月经周期的维持和妊娠的过程。垂体主宰授乳的开始，我们可以在没有卵巢的雌性动物（甚至雄性动物）的乳腺上来证明它的作用。垂体分泌物还影响甲状腺与肾上腺皮质。垂体提取物（垂体素），往往能促进身体的代谢，增长脂肪的氧化，而降低碳水化合物的消耗。垂体激素的化学结构还不明白，但它们似乎具有蛋白的性质。
有些作者把激素类扩大到另一类所谓“神经分泌”的物质。它们以化学反应方式把刺激从神经末梢传到起反应的细胞。1867年便发现一种这样的物质，名叫乙酰胆碱。1906年更发现乙酰胆碱注入血循环内，能暂时扩张小动脉，所以有显著而短暂的降低血压作用。乙酰胆碱的这一和其他反应，与刺激迷走神经或副交感系统其他神经所引起的反应相仿。因此，洛伊（Loewi）与纳夫腊迪耳（Navratil）断定乙酰胆碱可能是神经冲动的化学传导物。由于一种特殊水解酶的作用，乙酰胆碱在组织里的时间异常短暂，长期不能从动物身上提取出来，到1929年，戴尔（Dale）与达德利（Dudley）才从脾内取得。正如乙酰胆碱似乎是从副交感神经系的末梢释放出来一样，刺激交感神经系统也能产生一种传导物质。对这方面的研究成果有很大贡献的坎农（Cannon）把这种物质命名为“交感素”。许多方面，它和肾上腺素（即肾上腺的髓质所分泌的激素）相象，例如升高血压与心率，但是人们以为这两种物质并不是一种物质，只不过彼此协作而已。
现代生理学和生物化学正在慢慢地闯入医学中。临床医学也不但提出问题，而且还为基础科学提供情报。我们可以以消化现象为例。现在我们对消化现象的了解，实在应归功于博蒙特（Willam Beaumont）对于一位胃上受了枪伤的人的消化过程所作的观察（1833），伯纳德（Bernard）关于消化道的研究以及巴甫洛夫后来关于消化腺的实验，这样就把生理学、病理学和治疗学结合在一起。由于放射学的出现，由于1897年坎农使用一种含钡的不透光食物，临床医学家现在已经能够观察消化道，这是从前所不能办到的事。
哈佛的迈诺特（Minot）的研究成果说明饮食具有治疗作用。他发现让病人食肝或注射肝提取物就可以洽愈从前认为不治的贫血症或阻止其继续发展。1928年，卡斯尔（Castle）发现用正常的胃制成的肉类产品也有类似的作用。1935年梅伦格拉奇（Melen－gracht）证明猪胃的幽门腺也包含有这种防治贫血的物质，这种物质在正常情况下是在胃里形成，从肠里吸收，而储蓄在肝内的。实践医学与理论生理学相互促进的另一个例子，是矿工痉挛病。在高温下从事沉重劳动的人出汗过多，由汗里失去过多的盐；如果他们只喝淡水，体液过度稀释，便发生痉挛而不能工作。矿工、火夫与冶炼工人自然爱吃重盐食物。近来根据生理学家的建议，发现让这些人饮用盐水，代替淡水，就可以避免这种痉挛病。
病毒
本书前几版发行以来，超显微镜的病毒研究大有进展。许多疾病如天花、麻疹、黄热病、流行性感冒和普通感冒经过长期研究，现在已经认识到都是由于病毒所致。牲畜的口蹄疫，大瘟热，植物的郁金香折断病，马铃薯卷叶病，烟草斑纹病等就是现在发现起因于病毒的感染的几个尽人皆知的例子。
用未涂釉的磁器或压实的浸溃的泥土过滤有细菌存在的液体，可以把细菌过滤出来，但病毒却能随液体通过这些滤器。1892年伊凡诺夫斯基（Ivanovski）用烟草斑纹病证明了这个事实，七年后贝兹林克（Beizerinck）又重新发现了这个事实。莱夫勒（Loeffler）与弗罗施（Frosch）证明口蹄疫也有同样的现象。不过，现在我们可以用火棉胶片制成特种滤器。这种胶片是用硝化纤维经过戊醇和丙酮处理后制成的，胶片上面有大小规律的微孔；微孔的大小可由水流穿过胶片上的一定面积的流速测定。
利用这种胶片我们就可以估计病毒粒子的大小，可是由于病毒形状不同，如有的是棒形，有的是球形，仍然有困难。别的几种方法是照相、紫外显微镜、高速离心机或让磁场对真空里的电子射线起作用的电子显微镜。用这些方法所得的结果大致相合。病毒的大小不等，大的接近小的细菌（300毫微米），小的如口蹄疫病毒仅10毫微米，而一毫微米是一毫米的百万分之一。
我们所面临的主要问题是病毒的本质。它是微小的生物抑或较大的化学分子？美国普林斯顿（Princeton）的斯坦利（Stanley用化学方法从烟草斑纹病病毒的悬浮液中得到一种高分子量的蛋白质，具有病毒的一切性质。这种蛋白质有晶体的亲合力，而有些病毒是有规则的晶体。同时它们又具有生物的某些性质；病毒所造成的病有传染性。病毒粒子可以在新寄主身上繁殖。戈特纳（Gortner）与莱德劳（Laidlaw）都主张病毒是寄生物的一种高度分化的形态。我们或许可以把病毒看做是一种利用寄主的原形质的无包被之核。
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