公元1674年—雷文霍克的显微世界

1674年,荷兰科学家安东尼·冯·雷文霍克发现一个人类从来不知的世界,有无数生物居住其中。同年还发现他称之为「微动物」(animalcules)和「微兽」(beasties)的单细胞生物。虽然身为史上最有名的生物学家之一,也可谓是微生物学的奠基者,雷文霍克只受过中等教育,也只会使用他的母语 荷兰语书写,从没有出过书,也没有发表过科学论文。

雷文霍克出生于德夫特 (Delft)• 终其一生也都只待在德夫特,与荷兰著名画家约翰尼斯·维梅尔 (Johannes Vermeer) 同年代。他是一位布商,但皐生最大的热情都发挥在研磨镜片这项嗜好 。 据说他读过英国博物学家罗伯特.虎克在 1665 年出版《显微图谱》 (Micrographie) 之后,便一头钻进显微 镜的世界,虎克在书中大力推广显微镜的使用,他也是史上第一位以显微镜观察软木塞的科学家,并称软木塞中的腔室为 「 细胞」 。

从 1673 年开始,时年 40 岁的雷文霍克在接下来的 50 年,一直到他生命结束的那天,都持续和位 于伦敦的皇家学会通讯,以非正式的荷兰文描述他在显微镜下的观察结果,包括原生动物 (1674 年)、细菌 (1676 年),以及微血管、肌肉纤维、植物子房和各种动物的精子 。 他能够获得这些巨细靡遗的观察结果,全都拜他研究镜片的高超技术所赐,使放大倍率能够达到 275 倍,并且有清晰又明亮的成像, 在这之前的早期显微镜放大倍率大约只有 20 至 30 倍。 雷文霍克一生研磨 400 至 500 片镜片,大约制作 25 架 显微镜,然而为了避免高超技术外流,他的作品并不轻易示人。

亚述和罗马时代,人类就已经会利用镜片来放大物体的成像。大约在 1590 年,史上出现第一架镜片枚 数超过一片的复式显微镜,成了虎克和后世生物学家 使用直至 20 世纪的必要研究工具。现代的显微镜放大 倍数可达 1000 至 2000倍,电子显微镜的放大倍率甚 至高逹 200 万倍 。

公元1670年—麦角中毒症与巫婆

1692年1月20日,三位遭人指控是巫婆的青少女,被带往殖民时期位于麻萨诸塞」、什的塞冷(Salem)接受审判。因为他们发出疯也似的尖叫、身体抽搐、神情恍怀,当地医生据此判定她们是女巫。这些孩子被定罪,两个被吊死,另一个被毒死。到了当年年末,共有20人被控是女巫而遭到处死。女巫审判并不是塞冷地区的专利,根据报导,自1450至1750年,在欧洲因女巫罪名遭到审判且判处死刑的人数就有4至6万人,最后起烧死女巫的事件,发生在1793年,地点在波兰。这段期间,在欧洲和北美洲,怪力乱砷的影响渗入人们的生活,是疾病和不幸的肇因。

有许多学者研究这三名青少女的症状,多数人认为真正元凶是麦角中毒症,是发生在裸麦和其他谷类作物上的疾病,由黑麦角菌(Clavicepspu「purea)这种真菌所引起。当黑麦角菌的孢子戚染谷类作物以后,会开始形成菌核。真菌戚染植物的过程,犹如植物受精时花粉粒接触植物子房一样。早春时间气候寒冷而潮湿,裸麦和看来有如谷粒的麦角被农人一起收割、碾磨。裸麦是穷人的主食。人类和其他哺乳类动物都会发生麦角中毒症,草食性的牛受害尤其严重。

法国的气候条件相当适合麦角生长,因此麦角中莓症在法国相当普遍,944年,南法地区有4万人因麦角中毒症而丧命。麦角中毒症最主要的症状抽搐和产生组织坏疽。因流往四肢末端的血流受到压缩,使病人产生剧痛、坏疽,面临截肢命运。1670年,法国医生杜雷判定麦角中毒症并非传染性疾病,病人是因为吃了含有麦角的裸麦而中毒。1853年,法国真菌学 家刘易斯. 圆拉斯内建立麦角的生活史。从麦角中萃取 出来的生物碱具有医疗用途,可治疗偏头痛,并具有诱发子宫收缩的功能,还能控制产妇分娩后的出血量。

公元1669年—磷循环

古代世界所不知的元素里,磷是第一个被发现的。1669年,德国的炼金术士海宁.布兰德正在找寻可以把基金属(例如铅),变成金或银的魔法石。他利用水煮,浓缩尿液,得到闪烁淡绿色光芒的固态磷。一百多年后,身兼瑞典化学家和冶金学家的乔汉· 戈特利布·甘恩,从骨骼中的磷酸钙萃取出磷,直至1840年代,这都是人类获取磷的主要方式。与此同时,另一位瑞典人.身为药师的卡尔·威廉·席勒,发现可以大量产磷的方法,从而使瑞典成为世上最主要的火柴生产国。

磷是生物生存不可或缺的元素:DNA、核糖核酸(RNA)•和负责体内能量转移的三磷酸腺甘酸 (ATP)都少不了磷。磷和脂肪结合后形成磷脂类,是构成细胞膜的主要成分。而磷酸钙可替骨骼和牙齿增加强度。

生物圏中所有可循环的元素,就属磷最稀少。地球上大部分的磷以磷酸盐(磷十氧)的方式存在 于岩石和沉积层中,又因风化作用和采矿导致磷释放到海中。海中的磷如果太少,会导致藻类减缓生 长,甚至停止生长;反之,如果磷过剩则会引起藻类过度生长。

20世纪中期开始,人类在居家清洁剂或肥料里加入磷,大大冲击自然界的磷循环平衡。含磷 的径流注入湖泊溪流中,可能造成藻类蓬勃生长,短时间内就形成密度过高的族群。藻类死亡之后被细菌分解,这个过程会消耗大量水中溶氧,导 致鱼类和其他水生生物缺氧而死。污水处理厂排出的废水,也是导致水中磷含量增加的原因。自

1970年代起,美国已经禁止家用清洁剂添加磷。

公元1668年—推翻自然发生论

两千多年前,亚里斯多徳在著作《动物志》里提到,某些生物源自于类似的生物,而其他生物,例如昆虫,则是从腐坏的土壤或植物堆里自然产生的生物。每到春天,这些古人观察尼罗河泛滥过后留下的泥泞,以及白天不会出现的青蛙。从莎士比亚笔下的剧作《安东尼与克莉奥佩特拉)(Antony and Cleopatra)• 我们知道尼罗河的泥泞会生出鳄鱼和蛇。这种从无生物生出生物的观念,正是亚里斯 多德所谓的「自然发生论」,一直到17世纪,自然发生论都有着不可撼动的地位。毕竟,我们经常看见腐肉出现蛆的现象。

1668年,意大利医生,同时是诗人的弗朗西斯科.雷迪设计一项实验 , 目的在质疑自然发生论的 真实性,了解腐肉是不是真的会生蛆。雷迪在三个广口瓶里放人肉 ,一放就是好几天。其中一瓶瓶盖打开 ,有苍蝇飞来产卵;另一瓶瓶口密封,瓶中没有发现苍蝇或蛆。第三个广口瓶的瓶口以纱布覆盖,防止苍蝇进入瓶中污染肉块,但还是可以在纱布上产卵,进而孵化成蛆。

一个世纪后,拉扎罗.斯帕拉捷,这位意大利籍的神父和生物学家在密封的容器内煮沸肉汤,并让空气逸出。他并没有观察到任何生物出现,因此空气究竟是不是自然发生论不可或缺的要素,仍是个悬而未决的问题。

1859年,法国科学院出资设立比赛,广邀科学家设计 实验,以证明或推翻自然发生论。获奖的刘易斯.巴斯德把煮沸过的肉倒入瓶口向下弯曲的细颈玻璃瓶屮,空气仍可以 自由进入玻璃瓶,但空气中的微生物则无法进入。之后,玻璃瓶里煮沸过的肉汤仍维持原样,据信从此之后,自然发生 论就被放逐于历史洪流中。

公元1658年—血球

古人的生活中,血扮演重要的角色。与宗教信仰、神话、健康脱不了关系,同时是勇气和献祭的象征。许多文化至今仍相信血象征着家族关系、部落关系,是一种与生俱来的亲缘连结。对古希腊人而言·血是生活必需的养分、生命的本质、灵魂的象征, 个人 旦少了血,将迈入无法挽回的死亡幽谷。除了不朽的砷和恶魔,祂们没有血·却依然活着。希腊人甚少举行血祭,不若盎格鲁—撒克逊 人(Agnlo-Saxons)和诺斯人(Norsemen)• 他们认为能力可以随着血转移。

在历史上其他时段,及世界上其他文化·血的重要性依然存在。犹太和伊斯兰经典都禁止血祭, 而基督教徒视红酒为基督的血。在东亚某些文化,流鼻血代表性冲动,而日本人则依据血型来分别个人特质。哥德小说家伯兰.史杜克(Abraham “Bram” Stoker)可能受到新世界吸血蝙蝠的启发,以这种专门只吸血的蝙蝠为原型,在1897年创造出德古拉公爵这个角色。

科学家一直在研究血液如何运送营养物质和氧气到细胞中,又如何携带细胞的废弃物离开,让废弃物最终排出体外。1658年荷兰生物学家,詹.史旺莫登,首次在显微镜下见到红血球。1695年. 安东尼.冯.雷文霍克绘出血球的大小和形状。 到了1840年左右,法国医学教授加伯利欧·安德 罗对白血球加以描述.他同时是血液化学及科学 血液学界的先驱·整合临床医学和分析臀学。九 年后,法国医生阿尔弗雷德.邓恩首次观察到血 小板,最后拥有广泛科学成就的保尔.艾尔利希在1894年成功发展染色技术,应用在白血球分 类计数上面。

公元1652年—淋巴系统

托马斯.巴托林(Thomas Bartholin,1616~1680年)

老奥洛夫.吕贝克(OlaufRudbeck the Elder,1630~1702年)

北欧人发现淋巴系统。虽然淋巴系统究竟由谁发现,一直以来争议不断,然而可以肯定的是两位候选人都来自北欧,也都系出学术名门。托马斯.巴托林任教于哥本哈根大学,和父亲两人都是解剖 学家。当他接获兄弟的通知,表示人类已经找到狗的胸管(thoracic duct),巴托林着手在一位罪犯遗体中寻找人类的胸管,当时巴托林手边有两具罪犯遗体,是国王赏赐给他,以便进行他的研究。1652 年,他公开宣布已经找到人类的淋巴系统,并且表示,人类的淋巴是一独特且独立的系统。

巴托林率先抢下发现人类淋巴的头衔,此举随即遭到老奥洛夫.吕贝克挑战。吕贝克非常享受身兼科学家和医生的职业生涯,1652年,他在瑞典克里斯蒂娜女王(Queen Christina of Sweden)的宫廷 宣布自己发现人类的淋巴系统,但是到了来年却还写不出相关报告,这一拖当然让巴托林抢得先机(电影迷一定记得1933年,葛丽泰.嘉宝在同名电影里饰演克里斯蒂娜女王)。

吕贝克同时是一位历史语言学家,有些人认为他的想象力实在丰富。自1679年起,直至1702年 他过世为止,他撰写3000页,共分为四卷的巨着《亚特兰提斯》(Atlantica)。他认为公元前300年,柏拉图口中传奇的亚特兰提斯岛就是瑞典,瑞典语就是所谓的 「 原初语言」(Adamic language),是拉丁语和希伯来语的起源。他的理论遭受批评,甚至北欧同乡都嘲笑他,当时瑞典是欧洲霸权之一。

淋巴系统是由器自、淋巴结、淋巴管共同组成的网络。负责产生淋巴,移除组织中的淋巴,并将淋巴送回血液。胸管即是人体最主要的淋巴管,负责收集下肢淋巴,并导引其

流动方向。淋巴是一种混浊的白色液体,内含淋巴球,是人 体免疫系统的主要成分;另外还含有淋巴和脂肪组成的乳糜(chyle)。淋巴系统帮助人体抵御病菌戚染,防止肿瘤细胞散播开来,同时还负责收集并移除细胞周边的组织间液。

公元1651年—胎盘

亚里士多德(Aristotle’公元前384~322年)

加伦(Galen’约130~200年)

李奥纳多· 达文西(Leonardo da Vinci’1452~1519年)

威廉· 哈维(William Harvey’1578~1657年)

从古至今的专家学者,对胎盘这般谜样构造的重要性和功能厌到好奇。在埃及,有一件雕塑作品展现胎盘崇高的地位,连接脐带的胎盘象征法老王的「灵魂」,或是法老王的「秘密助手」。在当时,一个王国的兴衰与否,端视统治者的健康状况和灵魂的保存状况而定。《旧约圣经》指出,胎盘是「生命之束」及「外在的灵魂」。胎盘(词源起于希腊,意指「扁平的蛋糕」),也引起两位古代伟大学者, 亚里士多德和加伦的兴趣。约在公元前340年,亚里士多德开始检视环绕胎儿周遭的薄膜,并为之命名,但因为这层构造在不同物种间各有差异,而且他的研究对象是动物,致使他做出一些流传千年的错误结论。

到了1510年左右,李奥纳多.达文西将绘画长才发挥在人体解剖学,胎儿也是他描绘的对象之一,描绘主题包含子宫及其血管构造、胎膜和脐带。他认为胎儿的血管并未与母体连通,自古至18世纪,这个问题一直是争议不断的话题。1628年,威廉.哈维发表《心血运动论》,才奠定现代对循环系统及心脏的了解基础。

1651年,哈维硏究触角延伸到胎儿的循环及其与母体之间的关系。他提出一个非常基本的问题: 胎儿在母亲子宫内生存、呼吸逹数月,为什么胎儿出生后若遭遇无法呼吸的状况,便会快速死亡?既然母体和胎儿有两套各自独立的循环系统,他推测胎儿所需的营养和空气来自羊膜囊内的液体。如今我们知道小孩出生前,胚胎、胎儿(胚胎九周大后称 胎儿)及母体问营养、呼吸气体和废弃物的运输,全由胎盘循环负责。

公元1637年—笛卡尔《机械哲学》

威廉哈维(WilliamHarvey.1578~1657年)

勒内·笛卡儿(Rene Descartes.1596~ 1650年)

虽然勒内·笛卡儿最为后世熟知的是他对哲学和数学的贡献,不过他对于生物界的思考模式也带来巨大冲击。身为现代哲学先驱,笛卡儿认为真相存在于个体,而非教会,并留下广为人知的名言:「我思,故我在」。依循着家族传统,他接受律师教育(然而他从未执业)·彼时仍是年轻学子的他,已经对数学展现浓烈热情。他创造笛卡儿坐标系统(Cartesian coordinate system),利用一组数字便能表达特定一点在空问中的位置。他也创立了解析几何(analyticalgeometry)• 串联代数和几何学,成为艾萨克.牛顿和哥特佛莱德· 莱布尼兹在1660年代发展微积分(Calculus)的基础 。

1628年,威廉.哈维利用机械模拟(mechanicalanalogy)的方式描述血液循环,据说这样的方式

正是笛卡儿《机械哲学》的灵戚起源。机械哲学牵涉数学和机械学,影响笛卡儿对生物学的若法,也主导19、20世纪的哲学研究。1637年,笛卡儿发表《方法论》(Discourseon the Method),以机械丶数学、物质和运动的原理,为人类以外的自然界万物找出解释。

只有那些能够度量的束西才实际存在,例如大小、形状、方位、历时和长度,其余一切,包括厌觉,都是主观意识,只存在于个体的心智之外,没有实体的存在。整个宇宙只是一部机器,个体亦然,只是由各种零件、排列和运动组合,呈现行走、进食、呼吸等其他功能。

虽然笛卡儿认知生物与无生物的存在,他依然视动物为机器,因为动物不像人一样具有灵魂,因此有聪明才智、意愿和意识。动物无法使用语言,也无法思考。他认定位于脑部中央的 松果腺(pinealgland)是就灵魂所在之处,藉由神经控制人体。

公元1628年—哈维《心血运动论》

加伦(Galen’约130~200年)

威廉.哈维(WilliamHarvey’1578~1657年)

马切罗.马尔比基(Marcello Malpighi’1628~ 1694年)

1628年,威廉.哈维发表一

篇被认为是异端邪说的论文《心血运动论》(De motu cordis et sanguinis)。他认为心脏供给血液动力,使血液往单一方向流动,流经动脉和静脉组成的封闭系统,接着再返回心脏。哈维并非凭空妄想,而是根据他以各种活体动物、动物尸体及人体为材料,进行解剖或生理实验时所获得的经验提出论点。因为一个关键发现,使他提出这样的论点:他注意到静脉血管都有瓣膜,使血液只能往单一方向流动,流往心脏。

早在1615年,哈维已于《鲁姆尼论坛》(LumleianLecture)首次公开发表心血运动论,然而何故使他迟迟不敢广泛发表这有充分实验证据支持的理论,以至于推迟13年?因为他的理论挑战1400多 年前加伦医生对血液的描述,当时所有权威科学家和医生都信奉加伦留下的手稿,视之为医界的教条。 加伦认为血液是由我们吃下的食物所形成,而且自肝脏流出,藉由肉眼不可见的孔洞,流经左右心室,然后被身体器官吸收,作为养分供应。人体造血与耗血的速率相当。哈维根据自己的资料和分析,确定这在数学上是不可能的事。

哈维是詹姆士 世及其子查理一世的御医,「分受人尊敬,这两位国王鼓励他研究,也支持他的成果。然而哈维发表长达70页的心血运动论后,不

只挑战医界权威加伦,也挑起争端和仇恨,在欧洲大陆尤其如此,时间长达20余年。哈维的理论中有一处最重要的失落环节,他并没有解释血液如何从动脉流到静脉。另外,他推测有微血管的存在,这一点在1661年由马切罗.马尔比基加以证实。

如今,心血运动论让我们对心脏及循环系统能有了解基础,也使生物史及医学史上最重要的发表之一。哈维获得现代生理学之父的尊称,也是史上第一位以实验方法和定晕方法验证观察现象的科学家。

公元1620年—科学方法

亚里士多德(Aristotle’公元前384~322年)

弗朗西斯.培根(FrancisBacon’1561 ~ 1626年)

伽利略(GalileoGalilei’1564~1642年)

克洛德·贝尔纳德(ClaudeBernard’1813~1878年)

刘易斯.巴斯德(LouisPasteur’1822~1895年)

科学方法的构思和精密修订与时俱进,立足于许多早期著名学者打下的根基。亚里士多德推赝逻辑推理(logicdeduction)’是一种「由上而下」的科学方法:先建立理论或假说,接着进行验证;法 兰西斯.培根,现代科学方法之父,于1620年写下《新工具论》(NovumOrganum Scientiarum)一书,提倡归纳推理(inductiveresoning)才是科学推理的根基,是一种「由下而上」的方法,藉由观察,从 而衍生理论或假说;伽利略重视实验多于形而上的解释。到了19世纪中期,刘易斯·巴斯德优雅的使用科学方法,设计实验推翻自然发生论(spontaneousgeneration)。

1865年,克洛德.贝尔纳德,史上最伟大的科学家之一,以个人的想法和实验为基础,撰写《实 验医学概论》(AnIntroduction to the Study of Experimental Medicine)。在这本经典巨着里,贝尔纳德检视 科学家带来新知识的重要性,接着仔细分析一个好的科学理论应该具备那些要素,观察比尽信历史权威和史料更重要,以及逻辑推理、归纳推理和因果关系的重要性。非科学家常以带有眨抑的眼光看待理论,例如演化论,他们认为理论是未经证实的想法,或者仅是经由猜测或推论得出的结果。相反的,科学家眼里 的理论指的是对于一种解释方法、 一种模型或一种通则,经过反复验证,可以用来解释或预测自然界的事件。科学方法包含许多具有顺序的步骤.是用来研究某种现象或者获取新知识的方法。利用这些具有顺序 的步骤来发展或验证科学家经由观察,客观评估实验 结果后建立的假说,进而接受或放弃假说,或藉此修 正假说。相较于假说,理论的范围更宽广,通用性更 高,有来自各种假说的实验证据加以支持,并且可以

反复验证。