BioArt赠书 | 科学史上的那些著名理论是如何被攻破的?

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下面大家来听我讲一讲科学发展的坎坷和曲折吧。

在科学发展的过程中,曾经涌现出不少盛极一时而后被证明是错误的理论

这些理论有的也许在今天看来悖谬荒诞,但是从整个科学发展的过程来看,它们仍然有其作用和价值,是铸就今天这座宏伟科学殿堂所不可缺少的阶石哦。

那么科学史上都有过哪些著名的错误理论,它们又是如何被科学大师们一轮轮围攻直至土崩瓦解的呢?

要回答这个问题,恐怕三天三夜也未必能讲得完呀。我在这里通过一个例子,向大家“回放”一下科学史上百家争鸣的盛景,希望诸位从中能够体会到那个时代科学家们对真理的好奇心、自由探索的激情和严谨笃实的科学态度


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(图片来源:百度)

今天要来探讨的这个错误理论叫做自然发生说

自然发生说最早是由古希腊思想家亚里士多德提出的。

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看了这幅图有没有觉得先哲的目光真是又深邃又诚恳啊?

这个学说认为生命是从无生命的物质中自然发生的。那时,人们通过对事物的观察发现,不洁的衣物会滋生蚤虱,污秽的死水会滋生蚊,肮脏的垃圾会滋生蚂蚁,粪便和腐臭的尸体会滋生蝇蛆,由此便认为生命是从无到有,自然生成的。

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哈哈,这在今天看来是不是非常可笑啊!但就是这样一个理论竟然在人类历史上流传了大约2,000多年……

1688年,意大利宫廷医生弗朗切斯科·雷迪用实验证明了腐肉生蛆是蝇类产卵的结果,首先对自然发生说提出异议。

雷迪是一个知识渊博、才华多样且出众的人,他是一位学者、诗人、内科医师和博物学家。

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(图片来源:Knowpia)

1870年,英国科学促进会主席托马斯·亨利·赫胥黎在他的一篇致词中详细讲述了雷迪的实验、推理及结论(这篇文章被收录在《自然》杂志中)。

雷迪先生是这样说的:“在炎热的天气里,我把肉块暴露在空气中,几天后它们就会长满蛆虫。你们告诉我这些蛆虫是在死肉中产生的;但是如果我把非常新鲜的死肉放进一个坛子里,然后将坛子的顶部用干净的纱布扎起来,就不会有任何蛆虫出现,尽管死肉仍会以同样的方式腐烂掉。显然,蛆虫不是由肉的腐烂产生的;它们产生的原因肯定是某种被纱布隔离掉的东西。纱布不能隔离掉气体和液体,因此这种东西肯定是以固体颗粒形式存在的,并且由于太大而不能通过纱布。那么,这些固体颗粒是什么呢?”

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大家猜猜是什么?

雷迪先生在实验中找到了答案:“是绿头苍蝇的卵。绿头苍蝇被肉的臭味吸引,云集在容器周围,受一种强大的本能驱使,将卵产在纱布之外,这些卵很快在纱布之上被孵化成蛆虫。因此必然的结论是:蛆虫并非由肉产生,而是由苍蝇的卵产生的。

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这个实验设计得简单,推理却十分严谨,它为雷迪的新见解提供了有力的支持。

由此,雷迪提出,生命源于生命,没有先前的生命就不会有新的生命。这被后人称作生源论假说。

 

他的观点受到了旧势力和权威的激烈抨击。这些人声称死亡狮子的尸体能够产生蜜蜂。《圣经·旧约》中有一谜语“吃的从吃者出来,甜的从强者出来”,便是起源于此。面对庞大的旧势力,雷迪持之以恒地为自己的学说进行了斗争。然而让他没有想到的是,不久之后,一个新的难题困住了他,使他无法沿着自己的思路再前进一步。

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这个让他苦苦思索但不能给出确定回答的难题便是:植物和水果上的虫瘿从何而来?尽管雷迪曾经推测出虫瘿中幼虫的产生方式,但是他谨慎地承认自己并没有充足的证据来佐证自己的观点。他更倾向于认为这些幼虫是通过对植物自身的生命物质加以修饰产生的。他推测,植物借助器官产生了动物,这样的特殊动物是瘤和某些果实产生的根源。他甚至提议以同样的方式解释动物体内寄生虫的出现。

 

嗯,不知道大家有没有感觉到雷迪的一世英名好像就这样毁了……嗐,其实每个人都有自己的局限。科学家也是人,非圣非贤,岂能无错?雷迪能够在推翻自然发生学说的道路上前进到这一步,已是很不容易了,他严谨客观、立足证据的科学态度更是为后世学者树立了典范,值得钦佩。

 

此后,雷迪的生源论假说得到了越来越多人们的信服。与他同时代的科学家列文·虎克等人通过显微镜发现了微生物,向世人展示了最低级、最微小形式的生物体结构是如此地复杂。

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 列文·虎克用显微镜观察细菌的记录原件

(图片来源:百度)

渐渐地,科学家们在所有争论过的案例中都发现了通过某种微生物进行繁殖的规。18世纪时,雷迪的学说已经产生了十分广泛的影响。然而,就在这时,新的瓶颈产生了,显微镜制造技术达到了极限,没有办法观察到直径不足1/40,000英寸的微小生命。

1845年,英国天主教神甫约翰·尼达姆对于雷迪的假说是否适用藻类微生物表示怀疑。

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在苦思冥想了很长一段时间后,他决定通过一个恰当的实验来检验这个问题。他对自己说:“如果这些藻类微生物来源于细菌,那么这些细菌或者存在于浸泡的物质当中,或者存在于制取浸液用的水中,又或者存在于上方的空气当中。而所有细菌的生命都可以通过加热来摧毁。因此,如果我把浸液煮沸,仔细地用软木塞塞住瓶口,并用树脂封好,然后加热整个容器,势必会杀死所有存在的细菌。如果雷迪的假说是正确的话,那么当浸液冷却下来之后,其中不会再出现新的微生物;反之,如果微生物并不依赖于已存在的细菌,而是从浸泡的物质中产生的话,那么不久之后它们就会出现。”

尼达姆发现,当经过足够满足微生物的发育要求的时间后,浸液中确实总会出现微生物。尼达姆的实验结果得到了法国著名博物学家布丰的支持,在科学界轰动一时。就这样已经快被挤下历史舞台的自然发生说就这样又被一个实验结果给硬生生地拽了回来。是不是太戏剧性了,有一种风水轮流转的感觉?

就在这关键的时刻,一个扭转局面的人物出现了,他就是意大利生理学家阿贝·斯帕兰扎尼

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凭借他独有的敏锐性、独创性和学识,斯帕兰扎尼将尼达姆的实验和结论置于一个有待评论的境地。也许尼达姆的实验结果真如他自己描述的那样,但是它们证实他的论点了吗?首先,有没有可能通过软木塞和树脂并没有完全排除空气呢?其次,有没有可能他没有对浸液和上面的空气进行足够的加热呢?斯帕兰扎尼在这两个问题上与英国的博物学家进行了争辩。

他指出,如果首先将盛有浸液的玻璃器皿通过热熔其颈部来达到密封的目的,然后再将它们暴露于沸水中达 45 分钟的话,那么浸液中就不会再有微生物出现。斯帕兰扎尼的实验和论证对尼达姆的实验和论证给予了彻底的、粉碎性的反击。但是我们经常忘记驳斥一个命题是一件事,证明一个与此命题相矛盾的学说的正确性又是另一回事。科学的进步不久就表明,尽管尼达姆可能是错误的,但并不表示斯帕兰扎尼就是非常正确的。

斯帕兰扎尼的批评者宣称,由于他使浸出液在密闭管内煮沸了45分钟,杀死了管内空气中的“活力”,因而影响了自然发生。于是,战斗不得不再一次打响。有必要在确保空气中氧气和有机物质的构成成分不改变,并且没有干扰生命存在的物质的情况下,再次重复这些实验。

1837年,德国生理学家施旺改进了斯帕兰扎尼的实验。

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在这个实验中,只有事前经过加热或“焙烧”的空气才能通入沸腾的浸液,并以青蛙仍能在其中生活,证明并未影响“活力”的存在。他们得到的结果是,经过这样处理的浸液并没有产生任何有生命的物质,而如果过后将相同的浸液暴露在空气中,很快就会产生大量有生命的物质。但施旺的实验由于存在某些技术问题,重复实验的结果并不稳定。时而有人证明这是真的,时而又有人证明这是假的……自然发生说仍然被挽留在科学舞台上。

就在这些学者们喋喋不休地争斗……哦不……争论了将近两百年后,一位目光坚毅、勤奋过人、凡事爱追根究底的爱国青年登上了这场辩论的舞台。他就是大名鼎鼎的路易·巴斯德。

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巴斯德的研究完美地解决了这场争端,他也因此而“一战成名天下知”。赫胥黎对巴斯德的研究大为赞叹,认为这些实验和逻辑推理都堪称典范。

下面,我们来一起看看巴斯德的实验设计和推理过程吧。

首先,巴斯德用脱脂棉来过滤空气,结果显示,这样处理过的空气不含有任何能够促进生命发育的物质,煮沸的浸液接触这样的空气后,既不会腐烂也不会发酵。

接着,巴斯德用显微镜检测了作为过滤器的脱脂棉,发现被过滤掉的固体颗粒中,有各种可以被明确识别为细菌的物体。

再者,他证明了把这些微生物散播到适合它们发育的溶液中能够产生生命。

此外,他还证明了通过脱脂棉过滤的空气不能产生生命,并不是由于脱脂棉影响空气组分发生了任何超自然变化。如果不用脱脂棉,而是把长颈瓶的颈部拉长并向下弯曲,然后将其中的液体小心煮沸,再将管子充分加热以破坏进入管子空气中的细菌的话,那么无论将装置放置多久,其中的液体都不会产生生命。

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原因很简单。尽管充满着微生物的大气和长颈瓶中的无菌空气间存在自由的流通,但是细菌不能朝上落,永远都到达不了长颈瓶的内部。如果从长颈瓶延伸处将管子截短,外界空气中的细菌就可以自由地垂直下降,那么原本放置数月仍然保持清澈且无生命的液体在几天内就会变浑并且充满生命。

巴斯德老爷子这一顿操作构成了一个严谨而缜密的研究,而且重复实验的结果十分稳定,为生源论提供了充分而有力的证据虽然此后仍有查尔顿·巴斯蒂安自然发生学说的支持者声称在长时间放置的与空气隔绝的无菌液体中发现了很小的生物体,但是他们的实验明显不如巴老爷子的实验严谨而结果稳定。最终在巴老爷子的猛烈进攻之下,自然发生学说只好灰溜溜地永远离开了科学的舞台,这一错误理论就此在科学史上销声匿迹。

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《〈自然〉百年科学经典》收录并翻译了《自然》杂志自1869年创刊以来近150年间发表过的800余篇最具开创意义、最具影响力的文献,再现了一个多世纪以来人类在自然科学领域艰辛跋涉、不断探索的历史足迹,堪称一部鲜活的近代科学史诗。

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