A History of Science _ Volume 4 Henry Smith Williams and Edward Huntington Williams 826 downloads.pdf

古腾堡计划电子书《科学史》——第4卷
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书名：《科学史》——第4卷
作者：亨利·史密斯·威廉姆斯、爱德华·亨廷顿·威廉姆斯
发布日期：1999年4月1日 [电子书编号#1708]
最近更新时间：2013年1月29日
语言：英语
更多信息及格式请访问：www.gutenberg.org/ebooks/1708
制作人员：查尔斯·凯勒、大卫·威杰
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科学史

作者：亨利·史密斯·威廉姆斯，医学博士、法学博士
协助撰写：爱德华·H·威廉姆斯，医学博士
共五卷
第四卷

目录

第四册：化学与生物科学的现代发展
一、化学中的燃素理论
二、现代化学的起源
三、道尔顿时代以来的化学发展
四、18世纪的解剖学与生理学

五、19世纪的解剖学与生理学
六、有机进化论
七、18世纪的医学
八、19世纪的医学
九、实验心理学这一新兴科学
十、东方考古学这一新兴科学
附录

第四卷　化学与生物科学的现代发展
从时间顺序上看，本卷所涵盖的时期与前一本相同。但就内容而言，我们开始探讨物理世界中属于化学家研究范畴的各种现象，以及与生物体相关的更为复杂的进程。这些变化极为显著，仿佛我们正在进入一个全新的世界；不过，与以往一样，早在希腊时代就已出现了一些新发现的迹象。对呼吸现象的解释会让我们想起阿那克萨哥拉曾大致猜到了其中的奥秘；而那些描述道尔顿原子及其奇妙转化过程的著作，则再次让人想起克拉佐梅纳的哲学家及其后继者德谟克利特。然而，如果我们声称古代希腊人或任何近代思想家甚至以最模糊的方式也理解了19世纪在化学和生物学领域所揭示的所有奥秘，那就未免过于夸大了。至多，那些伟大的希腊人以及17世纪那些似乎常常处于我们后来发现边缘的杰出哲学家们，仅仅是对后世学者的初步预兆而已。要真正准确了解基本物质的性质，还得等待近代化学家的出现。希腊人对有机进化的模糊思考，与达尔文精确的推论相比实在相形见绌。如果中世纪的阿拉伯人试图用药物来削弱外科手术的效力，那他们的做法根本称不上是对现代麻醉技术的预兆。至于预防医学——包括各个阶段的细菌学——则属于一个极其神奇的领域，之前的任何一代人都未曾有过丝毫概念。总而言之，这些或许就是所有科学领域中最精彩、最引人入胜的领域了。正如前一本书的各章节将我们带入了那个难以想象的宏观世界一样……

就其规模而言，我们当前的研究旨在揭示一个同样小到难以想象的微观世界。正如物理学家们试图弄清物质与能量的本质一样，我们现在则必须去寻找那些更为难以理解的关于生命与心灵问题的解决方案。

一、化学中的燃素理论
化学从炼金术这一“科学”中发展而来，这充分体现了科学领域中人们观念的彻底变革。正如前文所述，炼金术士们事先就有着对事物本质的固有观念，他们进行各种实验都是为了证明自己的理论；而化学家则采取了相反的态度，他们的观点是基于实验室实验的结果。简而言之，化学是一种归纳性科学，而炼金术永远无法成为这样的科学。但从一种观念转向完全相反的观念，必然是一个极其缓慢的过程。那些在数百年间一直主导着后人思维的观念，不可能瞬间被推翻，除非有某种显而易见且无可辩驳的力量来推动这一变革。而那些取代了炼金术的初步化学理论，并没有如此明显且可感知的证据。

第一个重要的进展，就是用“燃素”这一原理来替代原来的盐、硫、汞三种原理。我们已经看到，将铅之类的金属燃烧或煅烧后，金属本身会被“破坏”，取而代之的是另一种完全不同的物质；而通过向煅烧后的产物中添加小麦，又可以将原来的金属恢复出来。对炼金术士来说，这就是金属的“毁灭”与“重生”。正如帕拉塞尔苏斯所说：“凡是人类能够摧毁的东西，人类也就能让它复活，不过对于那些被上帝摧毁的东西来说，这是不可能的。”木材、蜡、油等物质的燃烧也被视为同样的“毁灭”过程，而炼金术士无法让它们复原，只是因为他们缺乏相应的技能，这并不影响理论本身的正确性。

不过，尽管并非所有人的观点都接受了伟大的帕拉塞尔苏斯的学说，但他的反传统思想已逐渐在那些较为先进的炼金术士中扎根。大约在17世纪中叶，罗伯特·波义耳（1626–1691）指出了出现错误的可能性。

从金属煅烧现象中可以推断出，有一个非常重要的因素被忽视了，那就是空气的作用。他敦促实验室的同事们更加关注在常规煅烧过程中可能被忽略的其他现象。在《怀疑的化学家》一书中，他阐述了自己对物质三重构成的质疑理由；而在《空气通史》中，则提出了关于大气成分的一些新颖且经过仔细研究的理论。这是一项重要的进展，虽然波义耳并非燃素理论的直接创立者，但他的大气研究很可能对该理论的真正提出者贝克尔和施塔尔产生了重大影响。

波义耳明确表达了自己对于空气构成的看法。“我推测，大气中的空气由三种不同的微粒组成，”他说，“第一种是那些以蒸汽或干气态形式从地球、水、矿物、植物、动物等处升腾而来的无数颗粒；简而言之，就是一切因天体或地热而上升并扩散到大气中的物质。第二种微粒可能更为微小，它们是地球的磁性物质，以及来自天体的各种微小颗粒，这些颗粒的影响会让我们产生光的感觉。第三种则是空气所具有的独特且本质的特性，也就是具有永久弹性的部分。”

关于这些空气微粒的结构，可以提出多种假设。它们或许类似于手表里的弹簧，盘绕着并试图恢复原状；也像羊毛，被压缩后会具有弹性；或是由不同材质、密度、长度和厚度制成的细丝，有的卷曲程度大，有的小，彼此间距或近或远，但都具有弹性、可膨胀性和可压缩性。最后，它们还可以被比作各种木材的薄片，这些薄片的长度、宽度和厚度各不相同。或许这种假设最为合理，因为它在某种程度上解释了我们所讨论的那些弹性微粒的产生过程。因为制造这些卷曲程度并不均匀、看似随机形成的薄片并不需要任何特殊技术或精密仪器；更值得注意的是，那些原本看似没有弹性的物体，如梁和块状物，也能产生这样的微粒。(1)

尽管这种对空气成分的解释相当粗略，但它确实让人们意识到：大气并非“虚无之物”，而是一种具有特定成分的“实体”；这为后续的研究奠定了良好的基础。当然，博伊尔既不是第一个也并非唯一一个怀疑空气是由多种气体混合而成的化学家，而且只有某些气体才会参与煅烧过程。法国医生让·雷以及英国人约翰·梅奥也曾通过实验证明空气并非单一物质；不过博伊尔的研究更为人熟知，其影响力也可能更大。尽管如此，即便有了这些关于空气成分的解释，博伊尔仍然认为存在某种无法解释的物质——一种他无法理解的“生命物质”，而这种物质后来成了斯塔尔燃素理论的基础。在谈到这种神秘物质时，博伊尔说道：“我们发现，即便在短时间内，没有空气的话，火焰和火也无法维持，这一事实让人怀疑，在大气的其他部分中存在着某种奇异的物质，可能是来自太阳、星辰或其他外来来源的；正因如此，空气对火焰的存在才如此重要！”正是这个观点吸引了哈勒大学医学教授乔治·恩斯特·斯塔尔（1660–1734）的注意，他后来便以这一观点为基础提出了自己的新理论。斯塔尔的理论其实是在早期化学家约翰·约阿希姆·贝克尔（1635–1682）研究基础上的发展——他继承了贝克尔的思路，并进一步拓展了其实验成果。在许多实验中，斯塔尔注意到：有些物质虽然在很多方面存在显著差异，但它们的可燃性却相似。由此他认为，所有可燃物质都必定包含一种共同的要素，他将这种要素命名为“燃素”。他相信这种燃素与自然界中的其他物质紧密结合在一起，在这种状态下感官无法感知它；但当物质燃烧时，燃素会释放出来，从而以火焰的形式呈现给感官。换句话说，燃素是一种被封存在可燃结构中的物质（它本身也是该结构的一部分），只有当该结构被破坏时，燃素才会释放出来。火焰其实就是自由的燃素，而被封存的燃素则被称为“结合态燃素”或“结合态火焰”。这种奇特物质的特性在于它厌恶自由状态，总是试图隐藏在某种可燃物质之中。博伊尔提出的初步设想

斯塔尔显然不接受“热其实就是运动”这一观点，或许他根本就不知道这一理论。根据燃素说，物质燃烧后剩下的部分，只不过是失去了燃素的原始物质而已。要想让这种可燃物质恢复原状，就需要用易燃物来加热燃烧后的残渣，这样释放出来的燃素就能再次与灰烬结合。这一理论的解释是：某种物质的可燃性越强，所含的燃素就越多；而游离的燃素总是试图与合适的物质结合，因此只需将木炭、磷、油、脂肪等燃素源与原始物质的灰烬混合并加热，释放出的燃素就会立刻与灰烬结合。这一理论在解释小麦颗粒能让煅烧后的铅重新恢复活性时非常适用，但对于其他一些煅烧产物来说则完全不适用。由此可见，燃素说实际上是化学发展的一步，它摒弃了那种认为金属中存在无法用任何感官感知的“灵质”的观念，取而代之的是一种虽然概念有误，但仍然比“灵质”更具体的原理——因为游离的燃素是可以被观察和感知的，而结合态的燃素则可以被称重和测量。即便这一理论是错误的，它所提出的“金属由燃素和某种元素构成”这一观点，也远没有炼金术士们“金属是由盐、汞、硫三种元素通过灵力作用产生的”这一说法那么晦涩难懂——尤其是当人们了解到盐、汞、硫其实并非其名称所暗示的那种物质，而且也不存在关于它们真实本质的普遍认同的观点时。那些现在被视为基本元素的金属，在燃素论者看来其实是化合物，他们认为金属的煅烧过程实际上是一种简化过程。不过，他们注意到煅烧后的残渣重量比原始金属还要重，按照常理推断，金属应该是吸收了某种物质而非释放了什么。但燃素论者并未认识到重量变化的重要性，他们对重量变化的解释要么是认为这种增减现象只是……

充其量不过是一次无关紧要的“事故”；或者因为燃素具有轻质特性，会使得含有它的物质变得更轻，因此通过煅烧将燃素从金属中驱除后，残留物自然就会变得更重。起初，燃素理论似乎能够以无可争议的方式解释所有已知的化学现象。然而，随着实验数量的不断增加，人们逐渐发现，斯塔尔及其追随者所提出的这一简单理论无法令人满意地解释某些实验室反应。为了解决这些问题，人们不时对这一理论进行修改，使其更具灵活性，从而能够涵盖各种情况。但随着无法解释的实验越来越多，又需要不断对理论进行新的修改，人们发现有些修改彼此之间存在矛盾，这样一来，这个简单的理论就因过多的修改而变得过于复杂。该理论的支持者们之间也出现了分歧：起初是对那些似乎与燃素理论不符的现象如何解释存在分歧，后来则是对理论本身产生了分歧。不过，当时还没有任何能够替代这一理论的方案，尽管它并不完美，但仍然比以往或未来可能出现的任何理论都要好。不过，由于斯塔尔的理论推动了实验研究的发展，实验者们的心态也发生了变化。人们又开始重新研究博伊尔、胡克等早期科学家的著作，并更加认真地考虑他们关于空气中可能存在多种气体混合的推测。尽管如此，燃素理论在哲学家们的心目中依然根深蒂固，至少在出现更完善的替代理论之前，他们坚持这一理论也是可以理解的。正如我们即将看到的那样，18世纪时，布莱克、普里斯特利、卡文迪许和拉瓦锡的贡献最终为这样的理论奠定了基础，但直到19世纪初，燃素理论才真正被取代。

二、现代化学的起源
“气动派”化学家们

现代化学可以说始于斯蒂芬·黑尔斯（1677–1761）的科研工作。18世纪初，他开始对空气的弹性特性展开重要研究。与当时大多数科学家的观点不同，他认为空气是一种具有弹性的流体，其中漂浮着性质各异的微粒；他还证明了这些“微粒”是可以被分离的。此外，他还指出许多固体物质中都含有各种气体，也就是他所说的“空气”。不过，他研究的真正意义在于：他的研究方向偏离了当时主流的理论，从而为布莱克、普里斯特利、卡文迪许和拉瓦锡等化学家研究气体的性质奠定了基础，而这些人的具体发现则构成了现代化学的基石。

约瑟夫·布莱克
黑尔斯的科研工作由他的年轻同事约瑟夫·布莱克博士（1728–1799）继续推进。他对气体及其他化学物质的重量进行的实验，堪称定量化学的起点。不过，比起他对各种化学性质的发现，他关于碳酸气性质的发现更为重要。

布莱克在格拉斯哥大学接受过医学教育，他是著名医生威廉·卡伦的朋友兼学生。但他更喜欢待在化学实验室里，而非从事临床医疗工作。在完成医学课程后的三年内，年仅23岁的他就发现了碳酸的性质，并将其命名为“固定空气”。在发现这种气体之后，布莱克又进行了大量实验，证明它在自然界中分布极为广泛。例如，在1757年，他发现发酵过程中产生的气泡就由这种气体构成。为了验证这一点，他……

他将这些气泡中的物质收集到装有石灰水的瓶子中。当这个瓶子被剧烈摇晃，使得石灰水与碳酸充分混合时，溶液中便有白色不溶性粉末沉淀出来——这是因为碳酸与石灰发生了化学反应，形成了不溶性的碳酸钙，也就是白垩。这一实验又引发了另一个实验：他在风箱的末端固定了一块燃烧的木炭，然后布置了一条管道，让从木炭中产生的气体通过石灰水。与之前从发酵罐中产生的气泡的情况一样，他又观察到了白色沉淀物的生成；也就是说，燃烧过程中确实会释放出碳酸。不久之后，布莱克发现，只要用玻璃管向石灰水中吹气，也会产生白垩沉淀物，这进一步证明了呼吸过程中也会不断释放出碳酸。布莱克的这些发现具有革命性的意义，从那时起，化学家们对气体或“空气”的看法发生了改变。不过，大多数化学家试图将新发现与旧理论相协调——试图用当时仍占主导地位的燃素理论来解释所有现象。虽然布莱克的许多发现无法与这一理论相吻合，但它们也并未直接推翻该理论。正如我们将会看到的那样，还需要一些与布莱克同时代的科学家的进一步发现，才能彻底终结燃素理论。亨利·卡文迪许在布莱克取得这些成就之后，他的前学生亨利·卡文迪许（1731–1810）也做出了同样重要的贡献。他揭示了许多物质的成分，尤其是硝酸和水的成分，这为反对燃素理论提供了更多证据。卡文迪许是科学史上最奇特的人物之一：在他所处的时代，他以其巨额财富和卓越的智慧而闻名，同时也因其怪癖以及过度的敏感而令人畏惧，这些特点使他不愿与人交往，很可能也影响了他的职业发展。幸运的是，对他本人而言，也对科学事业而言，他无需与那些令他恐惧的人打交道，就能进行实验室研究，因为他从父亲和叔叔那里继承了巨额财产，足以满足他的所有需求。年轻时作为布莱克博士的学生，他便深受老师的感染，继续开展着布莱克所开始的各项研究。

关于二氧化碳气体在游离状态及与其他物质结合状态下的性质，他最早的相关研究成果发表于1766年——当时他将自己为确定二氧化碳和氢气性质而进行的实验结果汇报给了皇家学会。在这些实验中，他首次证明了可以测定具有永久弹性的流体的重量，尽管在此之前托里切利已经测出了空气柱与汞柱的相对重量。卡文迪许继续进行了其他重要的实验，并于1784年宣布自己发现了水的成分，从而打破了水作为“元素”的传统地位。然而，他对这一发现的首创权主张立刻遭到了他的同胞詹姆斯·瓦特以及法国科学家拉瓦锡的质疑。拉瓦锡的主张很快也被他的本国人所否定，但瓦特与卡文迪许的支持者们之间仍展开了多年的激烈争论。不过，这两位科学家似乎从未像他们的某些后继者那样热衷于这场争论，他们之间的关系一直相当融洽。(1)无论如何，可以肯定的是，卡文迪许在瓦特声称该发现早已由他提出之前便正式公布了自己的研究成果；“无论对错，科学发现的荣誉似乎都应该归属于第一个能够证明自己发现的人。”英国人普遍认可卡文迪许的主张，不过法国科学家阿拉戈在1833年仔细审查了相关证据后则支持瓦特的观点。看来，在卡文迪许完整阐述水的成分之前大约一年，瓦特就已经向皇家学会提出过一种观点：水是由“去燃素后的空气（氧气）以及失去部分潜热的燃素（氢气）”构成的。卡文迪许知晓这一观点，但在实验中否定了氢气会失去任何潜热的说法。此外，瓦特只是提出了这种可能的组成方式，并未加以证明；不过如果我们能正确理解当时那些复杂的命名方式的话，他的想法实际上是对的。倘若瓦特能够采取行动来证明自己的理论，那么那场激烈的“水之争议”或许就能避免了。卡文迪许向皇家学会提交的关于其发现的报告长达四十多页，他在报告中说明了如何通过让电火花穿过装有氢气和氧气混合物的封闭容器来生成水——显然，水是这两种气体结合的结果。这项实验最初是用氢气进行的。

在普通空气中，空气中的氧气与氢气结合形成水，而空气中的氮气则仍需进一步研究。不过，卡文迪许使用纯氧和纯氢进行实验后发现，生成的是纯水，没有其他物质的痕迹，这些痕迹也不应被视为化学杂质。对于这一现象，只有一种解释——氢气与氧气结合后会形成水。“通过实验可以发现，”卡文迪许写道，“当可燃空气与普通空气以适当比例混合并发生爆炸时，几乎所有的可燃空气以及大约五分之一的普通空气都会失去弹性并凝结成水珠。由此可知，这些水珠其实就是普通水，也就是说，几乎所有的可燃空气都转化成了纯水。”

“为了探究燃烧去燃素空气与可燃空气混合物后所凝结物质的性质，我使用了一个容积为8800格令的玻璃球，球上装有黄铜阀门以及用于通电加热的装置。首先用抽气泵将球内的空气彻底抽出，然后关闭阀门，将一根弯曲的玻璃管插入球口，再将玻璃管的另一端伸入一个倒置在水中、内含19,500格令去燃素空气和37,000格令可燃空气的玻璃罐中。打开阀门后，部分混合空气会通过弯曲的玻璃管进入玻璃球内。随后再次关闭阀门，利用电能使球内的空气加热，结果几乎所有的空气都失去了弹性，变成了水蒸气。接着再次打开阀门，让更多的空气进入球内，以补充因爆炸而被消耗掉的空气，然后再对这部分空气进行加热，如此反复，直到几乎所有的混合空气都被送入球内并发生爆炸。尽管玻璃球内的空气总量不超过混合物的六分之一，但几乎所有的空气都在其中发生了爆炸，而且无需再次抽出球内的空气。”

起初，这种凝结物“有酸味，还含有两格令的硝石”，但卡文迪许怀疑这是由于杂质造成的，于是又进行了另一项实验，最终证明了他的观点是正确的。“因此我又进行了另一项实验，”他说，“这次使用了来自那些可燃空气比例更高的植物的空气，这样经过燃烧后的空气就几乎完全被去燃素处理了。”

标准值为十分之一。此时的冷凝液完全没有酸性，看起来就像纯水一样。”从这些实验中他得出结论：“当可燃空气与脱燃空气以这样的比例混合并发生爆炸，使得被燃烧的空气中的燃素含量不会过多时，冷凝液中会含有少量酸，而且这种酸始终属于亚硝酸类，无论脱燃空气来源于何种物质；但如果比例使得被燃烧的空气中的燃素几乎全部被去除，那么冷凝液就完全没有酸性，看起来就是纯水，无需添加任何物质。”(2) 这些旨在探究水成分的实验，也让他发现了硝酸的成分。他观察到，当氢气在普通空气中燃烧时，生成的水会带有轻微的酸性，但使用纯氧时则不会出现这种情况。基于这一观察，他设计了一个实验来确定这种酸的性质。他制作了一种装置，让电火花穿过装有普通空气的容器。经过数周的实验后，有少量液体生成。这种液体与钾盐溶液反应后形成了硝酸，它“与木炭一起爆炸，用它浸湿的纸燃烧时会发出闪光，而倒入硫酸后则会释放出亚硝酸气体”。换句话说，这种液体其实就是硝酸。由于最初的实验中只使用了纯空气，而空气是由氮气和氧气构成的，因此毫无疑问，硝酸就是氮气和氧气的化合物。对硝酸性质的这一发现，似乎是卡文迪许在化学领域所做的最后一项重要工作，尽管直到去世前他仍在不断进行科学观察。据布罗厄姆勋爵所说，即便在生命的最后时刻，他依然保持着这种习惯。“他于1810年3月10日因病去世，这可能是他一生中唯一一次也是最后一次生病。他那种善于观察的习惯一直持续到最后一刻。他希望记录下病情的发展以及生命力的逐渐衰退过程。为了实现这些目的，他不想受到干扰，因此希望独自一人待着。他的仆人比他预定的时间更早回来了……”

他再次被命令离开那间死亡之室，而当他第二次回来时，却发现他的主人已经去世了。(3)
约瑟夫·普里斯特利

当富有但缺乏自信的卡文迪许正在取得一系列重要发现时，另一位英国人——名叫约瑟夫·普里斯特利（1733–1804）的穷苦乡村牧师——不仅在化学研究领域与他竞争，甚至在某些方面还超越了他。1761年，这位年轻的牧师在沃灵顿的一所非国教学校担任导师，在那里的六年时间里，他得以继续从事化学与电学方面的研究。1766年，他在伦敦期间遇到了本杰明·富兰克林，正是在富兰克林的建议下，他才出版了《电学史》一书。从那时起，他一边继续履行自己的宗教职责，一边在科学研究上不断取得进展。1780年，他搬到了伯明翰，与詹姆斯·瓦特、博尔顿以及伊拉斯谟·达尔文等科学家为伍。

十一年后，也就是巴黎巴士底狱陷落的周年纪念日那天，一群狂热的暴民因为知道普里斯特利支持法国革命者，便袭击了他的住宅和礼拜堂，将两者都烧毁，同时还毁掉了大量珍贵的文件和科学仪器。普里斯特利和他的家人侥幸逃过了暴力袭击，但他最珍视的物品却遭到了毁坏。三年后，他永远离开了英国，前往他一直支持的美国生活。他生命的最后十年是在宾夕法尼亚州的诺森伯兰度过的，继续从事科学研究。

在他的科学生涯初期，普里斯特利开始研究布莱克博士所说的“固定空气”。有趣的是，促使他开展这项研究的因素，正是曾经影响过布莱克的那个原因——也就是他居住在一家酿酒厂附近。正是在对这种气体以及其他气体进行的一系列实验中，他做出了最重大的发现，那就是氧气，他将其称为“去燃素空气”。关于这一重要发现的记载，或许用普里斯特利自己的话来讲述最为恰当：
“我认为，在哲学领域中，很少有哪条原则能像‘空气，即大气中的空气，是一种简单的元素物质，不可摧毁且不会发生变化’这样深入人心。不过，在我的研究过程中，我很快意识到大气中的空气并非不可改变的物质；因为……”

根据我的第一个假设，那些从燃烧的物体、呼吸它的动物以及各种其他化学过程中进入其中的“燃素”，会严重改变并破坏这种气体的性质，使其完全无法用于引发燃烧、支持呼吸或其他相关功能。而我发现，水的搅动、植物的生长过程，以及其他一些自然现象，都能让这种气体恢复到原来的纯净状态……

“在得到一个直径为12英寸、焦距为20英寸的透镜之后，我立刻开始利用它来研究将各种物质放入装满水银的容器中后会产生何种气体。我用这个装置进行了许多实验……1774年8月1日，我试图从煅烧汞本身中提取气体，结果发现通过这个透镜，气体可以很容易地被抽出。当我收集到大约相当于材料体积三到四倍的气体后，我又向其中加入了水，却发现水无法被这种气体吸收。更让我惊讶的是，蜡烛在这种气体中燃烧时火焰异常旺盛，很像蜡烛在氧化亚氮环境中、且周围有铁或硫磺存在时的那种巨大火焰；但由于除了这种经过特殊处理的玻璃态空气之外，其他任何种类的空气都无法产生如此明显的现象，而且我也知道在制备煅烧汞的过程中并没有使用过玻璃酸，因此我完全无法解释这一现象。”(4)

显然，这种“新气体”就是氧气。普里斯特利立即通过一系列精心设计的实验对它进行了研究，通过这些实验，他发现了这种气体的诸多独特性质。在继续描述这些实验时，他说：“蜡烛的火焰不仅更大，而且燃烧得更明亮、更炽热，比在那种氧化亚氮环境中燃烧时要强烈得多；一块烧红的木头放在这种气体中也会发光，就像浸在硝石溶液中的纸一样，而且会迅速燃烧殆尽——这是我以前从未想过要用去燃素的氧化亚氮来做的实验。”

“……我根本没想过从煅烧汞等物质中得到的气体会是有益健康的，所以甚至没有考虑用它来测试氧化亚氮的性质。不过，考虑到蜡烛在水中长时间搅动后在其中燃烧的情况（我的读者应该能想象我经常会有这样的想法），我就想到了这一点。”

我终于得以进行这项实验了。我将一份含氮的空气与两份普通空气混合后，发现其燃烧效率不仅降低了，降低的程度与普通空气相同；而且这种混合气的红色程度也与同等比例的氮气与普通空气混合后的颜色相当……第二天，当我发现经过一整夜的混合处理后，蜡烛在这种混合气中的燃烧状况甚至比在普通空气中还要好时，我感到无比惊讶。

不久之后，普里斯特利发现“去燃素空气”是构成酸类的主要元素，可以通过加热从许多含有酸的物质中提取出来……光线照射绿色植物也能产生这种气体，而这似乎也是保持大气纯净的主要方法。

认识到氧气在大气中所起的重要作用后，普里斯特利开始对老鼠、昆虫以及他自己进行吸入纯氧的实验。他说：“我的肺部感受与呼吸普通空气时并无明显差异，但之后有一段时间，我觉得自己的呼吸格外轻松。”谁知道呢，也许过些时候这种纯空气会变成一种奢侈品……或许从这些实验中我们可以看出，虽然纯去燃素空气可能具有药用价值，但对于处于正常健康状态的人来说，它未必那么适合使用。

关于氧气可能具有药用价值的这一观点后来被证明是正确的。一个世纪后，许多医生已经将使用氧气作为常规治疗手段。甚至在普里斯特利所处的时代，像约翰·亨特博士这样的人就已经认为氧气在某些情况下具有疗效，不过直到几代人之后，它的医学价值才得到充分认可。

在发现氧气几年后，普里斯特利这样总结了它的特性：“正是大气中的这种成分使得空气能够支持燃烧和维持动物生命。借助它，可以产生极高的温度；而在最纯净的氧气环境中，动物的寿命几乎可以是相同量普通空气环境下的五倍。在呼吸过程中，部分氧气会穿过肺部的膜层，与血液结合并赋予血液红色，而剩余的氧气则与呼出的燃素结合。”

从静脉血中形成混合气体。正是这种经过净化的空气与水结合，才使得鱼类能够在其中生存。”(5)
卡尔·威廉·舍勒

氧气的发现是对摇摇欲坠的燃素理论的最后也是最致命的一击，尽管普里斯特利本人并不承认这一点。但在探讨推翻施塔尔的著名理论以及确立现代化学的最终过程之前，我们有必要回顾另一位伟大的化学家——瑞典的卡尔·威廉·舍勒（1742–1786）的贡献。他也在独立地发现了氧气，只不过时间上比普里斯特利稍晚。在短时间内取得如此多的杰出发现，舍勒无疑超越了同时代的所有伟大科学家。他在解读化学反应及发现新物质方面具有真正的天赋，在这方面甚至可与普里斯特利相媲美。不过与普里斯特利不同，他从一开始就依据明确的理论来设计实验，实验结果则是预先设定计划的逻辑产物。

舍勒出生于当时属于瑞典的波美拉尼亚地区的斯特拉尔松德，他的父亲是一名商人。小时候，他就表现出极差的语言学习能力，因此在14岁时便成为了一名药剂师学徒。他对这份工作立刻产生了浓厚的兴趣，每当没有忙于药房的工作时，就会日夜不停地进行实验或研究化学书籍。1775年，他仍以药剂师的身份工作，随后搬到了斯德哥尔摩。不久之后，他将自己的第一个发现——从酒石精中分离出的酒石酸——寄给了瑞典最著名的化学家贝格曼。这标志着他探索之旅的开始，从那时起直到去世，他几乎一直都在不断报告自己的新发现。与此同时，他仍要履行普通药剂师的职责，并为生计而奋斗。他的著作《论空气与火》于1777年出版。在这本杰出的书中，他描述了自己发现的氧气——他将其称为“天体气”或“火气”——显然他是独立做出这一发现的，而且从未听说过普里斯特利之前的发现。在书中，他还指出空气主要由氧气和氮气组成。

在早期的实验工作中，舍勒着手研究长期令化学家们困惑的锰黑氧化物的成分。他不仅成功解决了这个问题，而且在这些实验过程中还意外地发现了氧气、重碱等物质。

氯气的重要性则要高得多，至少从商业角度来看是这样，远远超过了他最初寻找的目标。在描述这一发现背后的实验时，他写道：“当盐酸在低温下接触锰时，溶液会变成深红棕色。由于锰若不与某种物质结合就无法形成无色的溶液（他所说的‘某种物质’很可能指的是氢气），因此盐酸能够在不依赖那种物质的情况下溶解锰。不过这样的溶液仍会呈现蓝色或红色，此处更接近棕色而非红色，原因是那些难以沉降的极细小的锰颗粒会悬浮在红色溶液中；因为如果没有这些细小颗粒，溶液就是红色的，而红色与黑色混合则呈棕色。这里的锰与盐酸的结合并不牢固，因此水可以将其沉淀出来，而这种沉淀物表现得就像普通的锰一样。当锰与盐酸的混合物被放置一段时间后，就会产生气泡，并散发出‘王水’的气味。”他所说的“气泡”其实就是氯气，他随后将氯气收集在合适的容器中并对其进行了更深入的研究。他形容氯气有一种“极其刺鼻的气味”，令人难以忍受。他很快就注意到这种气体的褪色作用，发现它能够使花朵、蔬菜以及许多其他物质失去颜色。从商业角度来看，氯气的发现具有极其重要的意义，这种新化学物质在布料漂白方面的应用很快就取代了传统的漂白方法——即把布料铺在草地上进行漂白。虽然谢勒首先发现了这种新气体具有漂白作用，但真正意识到这一特性可用于去除布料颜色的，是法国学者贝尔托莱特。他根据谢勒关于该气体能使植物和花朵褪色的发现，推测这一特性或许可以用来去除布料的颜色。1785年，他在巴黎科学院发表了一篇论文，证明用氯气进行漂白的效果非常好，只有布料的颜色会改变，其材质本身则不会受到影响。他此前已经做过实验，发现氯气可溶于水，因此可以实际用于漂白。1786年，詹姆斯·瓦特检测了贝尔托莱特所制作的漂白布料样本，回到英国后便率先将这一漂白技术投入实际应用。他的工艺……

不过，这一方法仍不尽理想。经过多次改进之后，坦南特先生终于找到了一个可行的解决方案——他发现了一种由氯和石灰制成的化合物，即氯化钙。这是一种价格相对低廉的化学产品，其效果甚至优于氯本身。要了解这一发现对纺织制造商而言有多重要，就需要知道：用传统方法漂白一块亚麻布需要整个夏天，而新方法则将这一时间缩短到了几小时。的确，在坦南特做出这一发现之前，人们就已经尝试过使用石灰进行漂白，且取得了一定的效果，但真正实现高效、实用的漂白还是依靠他和谢勒对氯的发现才成为可能。在谢勒出现之前，有机化学领域几乎尚未被深入探索；但在他惊人的创造力作用下，人们找到了分离和研究动植物成分的新方法，还制备出了许多此前未知的酸类及其他有机化合物。他对化学现象的解释基于燃素理论，他和普里斯特利一样始终信奉这一理论。尽管在这一方面存在错误，但他依然能够以极其精确的方式解释自己的发现。以下是他一些重要发现的简要列举，足以体现他的聪明才智与勤奋努力：1780年，他发现了乳酸，并证明正是这种物质导致了酸牛奶的酸性；同年，他还发现了粘液酸。随后他又发现了钨酸，1783年则又发现了甘油。紧接着，他又陆续发现了柠檬酸、苹果酸、草酸和没食子酸等新的有机酸。谢勒不仅做出了这些发现，还向世人展示了他是如何做到这一点的——任何化学家只要愿意，都可以通过相同的方法获得这些物质——因为他认为，只有在自己成功合成某种物质、将其分解后再重新合成的情况下，才能称其为真正的发现。他在普鲁士蓝方面的实验尤为有趣，不仅因为其中涉及的大量工作量以及他所展现出的高超实验技巧，更因为他一直在处理、闻甚至品尝一种极其致命的毒物的化合物，却毫不知情。

这种物质具有极高的危险性，处理起来极为危险。他能免于受伤几乎堪称奇迹；因为他的实验极为复杂，且持续了很长时间，在此期间他似乎可以毫无顾忌地使用这种化学物质。时年仅40岁、正处于事业巅峰的舍勒，却因长期过度劳累而患上了致命疾病。不过令人欣慰的是，在生命的最后八九年里，他不再像以前那样受经济困难的困扰，因为贝格曼为他从科学院获得了年度资助。但舍勒的性格特点就是：他将这笔资助的六分之一用于满足个人需求，而剩下的五分之六则用于支持他的实验。

拉瓦锡与现代化学的诞生
此时，已经到了建立正确化学组成理论的时候了——只需要一位大师来将这些知识整理成有序的体系。18世纪的化学发现具有深远的意义，彻底颠覆了人们以往对化学元素和化合物的认知。几个世纪以来，土、气、火、水这四种物质一直被视为基本元素，但经过18世纪化学家的研究后，没有一种能够经得起检验。土早已不再被视为元素，水和气也在这一世纪里被证明并非元素。而最后一种“元素”——火，也被证实不过是新元素氧的一种表现形式，而非所谓的“燃素”或其他无形物质。

在化学发现的这个时代，英国孕育出了布莱克、普里斯特利和卡文迪许这样的科学巨匠与先驱；瑞典则贡献了舍勒和贝格曼，他们与英国同行们的共同努力为化学作为一门科学奠定了坚实基础。不过，真正为这门学科的完善做出贡献、使其成为现代化学的人，是来自法国的安托万·洛朗·拉瓦锡（1743–1794）。他整理、正确解读、重新命名并分类了前辈们及同时代人所积累的丰富知识。

这些杰出人物的祖国对他们所持的态度，是一段有趣的历史。瑞典因谢勒和伯格曼的贡献而给予他们荣誉与奖赏；英格兰对卡文迪什的才华虽也予以认可，但程度不及欧洲大陆，而且一群狂热的民众还将普里斯特利赶出了该国；而法国则通过将拉瓦锡送上断头台，表明了至少在那个时代，一个聪明的法国人若要为同胞和国家做出贡献是多么危险的事。“拉瓦锡在科学领域带来的变革，”霍费尔说道，“与当时政治和社会领域正在发生的另一场更为重大的变革在时间上恰好重合。这两场变革都发生在同一片土地上、同一个时代、同一个民族之中，也都标志着各自领域中一个新时代的开始。”（8）拉瓦锡出生于巴黎，出身于富裕家庭，因此得以在当时最优秀的教师指导下接受教育。他跟随拉卡伊学习数学和天文学，跟随朱西厄学习植物学，最后则师从鲁埃尔学习化学。他的第一篇重要著作是一篇关于如何为巴黎的街道提供照明措施的论文，警方首脑德·萨蒂纳为此设立了奖励。虽然这个奖项没有颁给拉瓦锡，但他的建议非常重要，以至于国王在1776年4月的科学院会议上下令授予这位年轻学者一枚金质奖章。两年后，35岁的拉瓦锡被选为科学院院士。同年，他几乎全身心投入化学研究工作，并在自己的家中建立了一个实验室，里面配备了各种昂贵的仪器和化学品。在这里，他与巴黎的所有著名科学家保持着密切联系，随时欢迎他们前来交流。他在实验室里的第一个研究课题就是证明，水无法像人们通常认为的那样，通过反复蒸馏转化为泥土；同时他也证明了“水可以转化为一种能够穿透容器孔隙的‘弹性’气体”这一观点是没有根据的。1768年至1769年间，他通过一系列复杂的实验证明了这两种理论的错误性，其中仅一项实验就耗费了101天的时间。

1771年，他通过关于金属煅烧的实验，对燃素理论发起了第一次挑战。需要记住的是，人们相信燃素存在的一个依据就是：当金属被煅烧时，它会变成灰烬，并在此过程中释放出其中的“燃素”。为了恢复金属的原状，就必须向灰烬中添加一些物质，如小麦或木炭。拉瓦锡在研究这一恢复过程时发现，总会有一大量“空气”被释放出来，他认为这种“空气”其实就是“固定空气”或碳酸——也就是碱类和石灰质物质在发酵过程中以及酒类发酵时所释放的气体。接着他又研究了金属被煅烧的过程，按照燃素理论，金属中的燃素应该会在此过程中被释放出来。然而，他并没有发现有任何燃素或其他物质被释放出来，反而发现金属吸收了某种物质；金属重量的增加正好对应着其所吸收的空气量。与此同时，他距离两项重大发现已经很近了，那就是氧气的发现以及空气成分的确定，后者是由普里斯特利在大约两年后做出的。这位伟大的法国人接下来的重要研究方向是钻石的成分。借助科学院提供的齐恩豪森制造的强大透镜，他不惜代价地成功点燃了几颗钻石，而由于有继承所得，他完全可以承担这些费用。在这个过程中，他发现有一种气体被释放出来，这种气体会使水中的石灰沉淀下来，经证实这就是碳酸。观察到这一现象，并通过其他已知也会以相同方式释放碳酸的物质进行实验后，他显然意识到了一个众所周知的事实：钻石与木炭在化学性质上是相同的。不过，尽管他确实相信这一点，但他还是谨慎地没有完全表达自己的观点。他说：“我们根本没预料到木炭与钻石之间会有任何关联，将这种类比推得过远是不合理的；之所以存在这种类比，只是因为这两种物质都属于可燃物，而且在与空气隔绝的情况下，它们是所有可燃物中最稳定的。”正如我们所见，普里斯特利在1774年发现了氧气，也就是“去燃素的空气”。四年后，拉瓦锡首次提出自己的理论：普里斯特利发现的这种元素其实是一种普遍的酸化或氧化剂，它与木炭或碳结合后会形成碳酸；与硫结合则会形成硫酸；与氮结合则会形成硝酸，等等。

金属会形成氧化物或氢化物。此外，他还提出了这样的理论：燃烧并非由所谓的“燃素”这种虚幻的东西引起的，因为燃素根本不存在；在他看来，那些此前被归因于燃素的现象，其实可以通过新元素氧与热的作用来解释。这给了燃素理论致命一击——尽管该理论早已摇摇欲坠，但仍未被彻底推翻。

1787年，拉瓦锡与居永·德·莫尔沃、贝尔托莱以及富克罗伊一起对化学命名法进行了改革。在此之前，化学命名法自炼金术时代以来几乎未曾改变。对于那些不再相信燃素存在的一代人来说，“去燃素化”和“燃素化”之类的术语显然已毫无意义。化学思想的变革自然需要相应的命名法变革，而推动这一变革的主要功绩应归于拉瓦锡。他在《化学原理》一书中采用了这种新的命名法，由于其明显优于旧有的命名方式，科学界便迅速接受了它。关于这一点，拉瓦锡这样说道：“因此，我们完全摒弃了‘金属氢化物’这一说法，取而代之的是‘氧化物’一词。由此可见，我们所采用的命名法既丰富又具有表达力。物质经过第一级氧化后会变成氧化物；第二级氧化则会产生酸类，这类酸的名称以‘ous’结尾，比如亚硝酸和亚硫酸。第三级氧化则会使这些物质变成以‘ic’结尾的酸，比如硝酸和硫酸。最后，对于第四级或更高程度的氧化，我们可以在酸的名称前加上‘氧化’一词，就像‘氧化盐酸’那样。”(9)

这部新著作问世后，不仅是一部具有划时代意义的书籍，更是一场真正的革命。它不仅彻底否定了燃素的存在，还指出金属是简单元素，而非“土”与“燃素”的化合物。它也支持了卡文迪许的结论，即水与空气一样，也是氧与其他元素结合而成的化合物。简而言之，这就是现代意义上的科学化学。

拉瓦锡关于燃烧的观察既重要又有趣：“燃烧，”他说，“……是可燃物分解产生的氧气的释放过程。构成这种气体的氧气会被燃烧物吸收并与其结合，同时热量和光也会被释放出来。所有的燃烧都必然涉及氧气的参与；反之，有氧气参与并不一定就会发生燃烧，因为真正的燃烧离不开热量和光的释放。在燃烧发生之前，氧气体必须对可燃物具有比对其热量更强的亲和力；用伯格曼的话来说，这种选择性吸引力只有在一定的温度下才能出现，而这一温度因不同的可燃物质而异。因此，必须通过让加热后的物体靠近可燃物来为燃烧提供初始条件。我们想要让某种物体燃烧时，就必须先对其进行加热，这一必要性源于一些至今尚未被任何自然哲学家注意到的因素，因此我将在这里稍作详细阐述：

‘目前，自然界处于一种平衡状态，而这种平衡状态只有当在正常温度下所有可能发生的自燃或氧化反应都已完成之后才能实现……为了用例子来说明这一抽象概念，假设地球的温度略有变化，仅上升至水的沸点，那么显然，那些在更低温度下就能燃烧的磷，就再也无法以纯态存在于自然界中了，而只能以酸性或氧化态存在，其游离态则会成为化学界所不知道的物质。随着地球温度的持续升高，所有能够燃烧的物体都会出现同样的情况；最终，当所有可能的燃烧反应都发生后，就不再会有任何可燃物存在了，所有能够发生燃烧反应的物质都会被氧化，从而失去燃烧性。

‘因此，就我们而言，只可能存在那些在地球正常温度下不具备燃烧性的可燃物，换句话说，每一种可燃物的本质特征就是不具有燃烧性。’”

除非被加热，或达到使其能够自然燃烧的温度，否则燃烧不会发生。一旦达到这一温度，燃烧便开始，而氧气分解过程中释放出的热量则维持着燃烧所需的温度。如果情况并非如此——也就是说，释放出的热量不足以维持所需温度——燃烧就会停止。用通俗的话来说，就是物体“燃烧不充分”或“难以燃烧”。(10)

唯有像拉瓦锡这样的天才，才能彻底驳斥那种虽然错误但根深蒂固的燃素理论；面对他的《化学原理》这样的著作，燃素理论的支持者们所使用的那些无力武器根本毫无作用。

虽然到世纪末时，化学家们已普遍接受了新化学理论，但有一个人——普里斯特利博士——却依然没有转变观念。无论是在这方面，还是在他一生的其他工作中，他都展现出了非凡的才能。一代人之后，戴维评价他说，没有其他人能像他那样发现如此多新颖而奇特的物质；然而直到最后，他仍然只是一名业余科学家，因为他的职业其实是牧师。在历史上，几乎找不到第二个非专业出身的学者，能在原始研究领域取得与他一样的成就——他既是化学家、生理学家、电学家，又是数学家、逻辑学家、道德家，还是神学家、心灵哲学家和政治经济学家。他将所有知识领域都视为自己的研究范围；但他究竟是如何在承担日常职责的同时，还能抽出时间进行无数研究并撰写大量著作的，这对普通人来说永远是个谜。

如此善于接受新事物、思维如此灵活的人，竟然拒绝接受新化学理论中那些合乎逻辑的学说，这同样令人费解。但事实确实如此。在所有朋友都放弃抵抗之后，普里斯特利仍坚持斗争。1800年，他从美国寄出了一本名为《为燃素理论辩护》的小册子，向反对者发出最后的挑战。在作者看来，这本小册子几乎就是一场胜利的颂歌；但全世界都知道，它其实是燃素理论的绝唱。尽管有这位勇士的反抗，这场战斗终究还是以失败告终，随着世纪的结束，“反燃素”化学理论已经真正占据了主导地位。

三、道尔顿时代以来的化学
约翰·道尔顿与原子理论

有时候，微小的开端会带来伟大的结局。以约翰·道尔顿为例，他是一名在乡间自学的贵格会青年，18世纪末时他对天气产生了兴趣，于是制造并使用了简易的雨量计来测量降雨量。这些简单的实验最终促成了二十万次以上的天气观测记录，而这些记录为气象学领域中一些具有划时代意义的发现奠定了基础。但这仅仅是个开始。这个简单的雨量计为19世纪科学界最重要的理论成果指明了方向——而这一领域在表面上看似乎与气象学毫无关联。现代化学的整个体系都是建立在原子理论之上的，而在约翰·道尔顿看来，这一伟大的理论正是他早期气象学研究的逻辑延伸。

事情的经过是这样的：在研究了降雨现象之后，道尔顿自然而然地开始研究与之相关的蒸发过程。他很快便认为，大气中存在着一种独立的气体——蒸汽。但由于两个物体不能同时占据同一空间，这就意味着各种大气气体实际上是由独立的微粒构成的。这些微粒极其微小，我们无法看到它们，甚至只能模糊地想象它们的存在。不过，例如每一滴蒸汽其实都相当于水的一部分，就如同海洋中的一滴水，或者说是海洋本身。但水又是一种化合物，因为正如卡文迪许所证明的那样，水可以分解为氢和氧这两种基本元素。因此，水分子必定是由两个更小的原子结合而成的。想象一个氢原子和一个氧原子，将它们结合在一起，就形成了一个水分子；如果将它们分开，水就不再存在了。

将氢原子与氧原子分开后，就只剩下氢和氧，没有其他物质。当原子以不同的方式结合在一起时，就会形成不同的物质；但基本原子本身的化学性质——也就是它们的独特特性——是永远不会改变的。大约在1803年，道尔顿首次彻底理解了化学原子的概念。他立刻意识到，如果这一假设成立，那么它就能为解开那些至今仍未解决的物质之谜提供关键的线索——比如关于原子之间相对比例的问题。例如，我们知道一定量的氢气与一定量的氧气结合后会形成水。如果这种结合实际上就是原子之间的结合（每个氢原子与一个氧原子结合），那么氢和氧的原始质量之间的比例，也就相当于它们各自原子之间的比例。如果1磅的氢气与5.5磅的氧气结合（正如道尔顿的实验所显示的那样），那么氧原子的重量就应该是氢原子重量的5.5倍。其他化合物也可以用同样的方法来研究。在发表自己的理论之前，道尔顿进行了大量的实验。他发现，氢在化合物中的比例比他所知道的任何其他元素都要小，因此为了方便起见，他决定将氢原子的重量定为1。这样一来，氧原子的原子量就是5.5（这一数值出现在道尔顿1803年发布的第一个表格中）；而水（由氢和氧组成）的原子量自然就是6.5。在1803年10月21日于曼彻斯特文学与哲学协会上发表的论文中，道尔顿列出了大约二十种物质的原子量。我很好奇，尽管道尔顿是个才华横溢、思维敏锐的人，但在阅读那篇论文时，他是否意识到自己正在开启科学史上最富有成果的研究领域之一呢？无论如何，可以肯定的是，道尔顿同时代的人起初对这一新颖的原子理论并没有太多兴趣。恰在这时，化学领域里正存在着一场关于经验事实的争论，而只有在解决这个问题之后，像道尔顿的理论这样的理论才有可能被接受。这个问题就是：化学元素是否总是以固定的比例相互结合。拉瓦锡的杰出合作者、当时最权威的化学家贝尔托莱则认为，物质之间的结合并非总是遵循固定比例。

在两个固定极值之间，元素的比例几乎可以无限地变化。他认为这种结合实际上是一种化学组合形式——这一观点一旦被接受，就不再有争论的余地。然而，这位权威学者的观点遭到了强烈反对，尤其是路易·约瑟夫·普鲁斯特的质疑，所有著名的化学家都不得不选择支持其中一方。有一段时间，贝托莱特的观点仍能对抗事实，但最终积累的证据还是支持了普鲁斯特及其追随者，到了本世纪第一个十年末，人们普遍承认化学元素是以固定且确定的比例相互结合的。

不仅如此，随着分析者们开始仔细测量各种元素的数量，他们发现这些比例不仅十分确定，而且彼此之间还存在着一种非常奇特的关系。如果元素A以不同的比例与元素B结合形成两种化合物，那么用量较多的B的质量总是用量较少的B的质量的精确倍数。这一奇特现象被最精确的观察者之一沃拉斯顿博士所注意到，不久之后，瑞典著名化学家约翰·雅各布·贝采利乌斯也证实了这一点，他后来对化学界产生了深远的影响。但实际上，道尔顿早在1802年就已经注意到了元素按数值比例结合的现象，而这正是他得出原子量概念的依据。因此，这些权威化学家对这一关键点的确认，为原子理论提供了最有力的支持。

在同一时期，法国化学界的权威人物约瑟夫·路易·盖-吕萨克也在进行气体相关的实验。起初他是与洪堡特一起开展这些实验的，后来则独立进行。1809年，也就是道尔顿的《化学哲学新体系》第一卷出版后的第二年，盖-吕萨克发表了他的实验结果，其中他发现了一个重要现象：在相同的温度和压力条件下，气体总是以固定的体积比例相互结合。例如，两体积的氢气与一体积的氧气结合就能生成水。此外，生成的化合物气体也与参与反应的各元素之间存在简单的比例关系。

在刚才提到的例子中，两体积的氢气与一体积的氧气混合后，恰好会产生两体积的水蒸气。自然地，原子论的支持者们便将这些盖-吕萨克的观察结果视为对其假设的有力佐证——所有支持者都是如此，唯有那位自以为是、固执己见的原子论提出者除外，他拒绝承认这位法国化学家的观察结果是正确的。然而，盖-吕萨克的观察结果是正确的，此后无数化学家都再次证明了这一点；尽管该理论的提出者持反对态度，但他的关于体积比率的组合理论仍成为了原子论的基石之一。对于盖-吕萨克的体积比率定律，一位意大利学者阿马迪奥·阿伏伽德罗几乎立刻就想出了其真正的解释，并用原子论来阐述这一原理。阿伏伽德罗认为，在相同的物理条件下，任何气体在给定体积内所含的微观粒子数量都是相同的。这些微观粒子可能由两个或更多原子构成（如水蒸气的情况），但在特定的压力和温度条件下，这类复合原子的行为就如同单个不可分割的原子一样。为了方便起见，阿伏伽德罗提议将这种由两个或更多基本原子构成的复合原子称为“分子”。阿伏伽德罗定律正是适用于作为物理结构单位的分子。这一关于原子与分子之间重要区别的理论于1811年得以发表。四年后，著名的法国物理学家安培提出了类似的理论，并在其数学计算中运用了这一定律。从此，阿伏伽德罗定律在整整一代人的时间里都被忽视了。当时的化学家们并未意识到，这其实正是解开原子内部奥秘的关键，于是他们抛弃了这一理论，让它从科学界的记忆中逐渐消失。不过，这并不奇怪，因为阿伏伽德罗定律毕竟是以原子论为基础的，而1811年时原子论本身仍在被人们争论之中。倍比定律已被公认为是客观存在的现象，但许多化学领域的权威人士仍然对道尔顿对这一定律的解释持怀疑态度。

沃拉斯顿虽然从一开始就倾向于接受道尔顿的理论，但他还是谨慎地建议，用“等价物”这一较为中立的词来代替“原子”；出于类似的原因，戴维在1812年出版的书中也只提到“比例”，并未明确这些比例的本质属于何种理论。不过，当时至少有两位伟大的化学家更毫无保留地接受了原子论。其中一位是爱丁堡大学的教授托马斯·汤姆森，他在1807年出版了一本广为流传的书籍，其中概述了道尔顿的理论，从而使这一理论首次引起化学界的广泛关注。另一位更为著名的原子论支持者则是约翰·雅各布·贝采利乌斯。这位伟大的瑞典化学家立即着手对原子论进行实验室层面的验证。他是一位技艺精湛的分析学家，多年来一直致力于测定各种元素的结合重量、即“等价物”或“比例”。只要这些测定结果准确无误，它们就只是对经验事实的简单描述，与任何理论无关；但渐渐地，人们越来越清楚地意识到这些事实都与道尔顿的原子论相吻合。于是，人们一致同意将元素之间的比例结合重量称为原子量——这一名称正是道尔顿最初所使用的——而关于化学原子具有确定结构与重量的概念也日益得到认可。从一开始，道尔顿的脑海中就存在着关于化学原子的非常具体的形象。他总是用几何符号来表示不同的原子——比如用圆圈表示氧，用带点的圆圈表示氢，等等——并用这些元素符号并排来表示化合物。贝采利乌斯则提议改进这种方法，用元素拉丁名称的首字母来替代几何符号——氧用O表示，氢用H表示，以此类推——并在字母后面加上数字系数，以表明某种化合物中所含原子的数量。这一简单的系统很快得到了普遍认可，经过稍作修改后至今仍被广泛使用。如今，每个小学生都知道H2O这一公式表示的是两个氢原子与一个氧原子结合形成水分子的过程。但在贝采利乌斯出现之前，即便是最聪明的化学家也理解不了这样的公式。

这位伟大的瑞典科学家的卓越声望使得他所提出的符号与原子量得到了广泛认可。由此产生的新观点最终带来了两项重要发现，这些发现彻底消除了人们对原子理论有效性的最后疑虑。1819年，两位法国物理学家杜隆和佩蒂在研究热现象时发现，固体的比热容（即将一定质量的物质温度升高到某一程度所需的热量）与其原子量成反比。同年，德国科学家艾尔哈德·米切尔利希观察到，分子中含有的原子数相同的化合物往往具有相同的结晶角度——他将这一性质称为同构现象。至此，便出现了两组完全新颖且相互独立的实验事实，它们与“物质由具有特定重量的化学原子构成”这一假设惊人地吻合。这绝不可能是巧合，它表明存在着某种规律。一旦杜隆、佩蒂以及米切尔利希的发现得到其他科学家的验证，关于原子比热容及同构现象的规律便成为了化学科学中的新重要理论基础。借助这些新的工具，围绕原子理论的事实体系很快便得以建立起来。而提出这一理论的约翰·道尔顿，这位来自乡下地区的贵格会教徒，在近乎退休的状态下仍坚持研究工作，最终被全世界公认为最伟大的科学家之一。

汉弗莱·戴维与电化学
在19世纪初，当道尔顿还在曼彻斯特那个不起眼的实验室里致力于化学理论与实验研究时，另一位英国人则凭借一系列极为出色的研究成果吸引了整个化学界的注意。他就是汉弗莱·戴维。1801年，应伦福德伯爵的邀请，他来到伦敦，担任这家由那位著名的美国人刚刚创立的皇家研究所的化学哲学教授。在戴维的领导下，那里建成了当时最大的伏打电池，借助这种电池，这位才华横溢的年轻实验家几乎可以创造奇迹。事实上，他确实没有让人们失望——利用这种电池，他将常见的钾盐转化成一种金属，这种金属不仅重量极轻，甚至可以浮在水面上，同时还具备一些看似神奇的特性。

一旦与那种灭火液接触，就会立刻燃烧起来——这无疑是一种奇迹。在人们看来，这完全具有奇迹的特征。实际上，戴维所做的是分解此前被认为属于单质的钾，释放出其中的氧，从而分离出其金属成分，并将其命名为钾。同样的方法也被用于苏打，于是另一种性质极为相似的金属钠也被发现了——这类金属对氧有着极强的亲和力，即便氧被束缚在水分子中，它们仍能将其捕获。从单纯的好奇心角度来看，这些发现固然有趣，但从理论层面而言却具有重要意义，因为它们表明了一些原本被视为单质的化学物质其实是由多种成分构成的。在其他几种“单质”在电的作用下也经历了同样的变化，钡、钙和锶等金属也因此被发现。此后，戴维总是将那些所谓的单质（包括氧、氢等）称为“未分解”的物质。这些物质目前还无法被分解，但谁又能知道，如果用某种力量来处理它们，会发生什么呢？也许有一天会出现比电池更强大的力量，就像电池的力量远超吹管一样。在该世纪的头十年里，戴维的实验还带来了另一个更为重要的理论成果：他证明了当纯水在电流作用下分解时，除了氢和氧之外不会产生其他单质。戴维和其他人很早就注意到，即使使用的是绝对纯净的水，当强电流通过水时，电池的一极会出现碱性物质，另一极则会出现酸性物质。这似乎表明，在这种新“力”的作用下，元素正在被创造出来——这其实不过是物质生成过程中的一个步骤而已。在1806年那场著名的贝克里安演讲中，戴维通过一系列实验证明了所谓元素的生成并不存在，电池两极出现的物质其实是从盛放水的容器壁中溶解出来的。这样，原本为炼金术的幻想提供某种哲学依据的工具，反而彻底将那些幻想从现代科学的领域中驱逐出去。

“早在1800年，”戴维写道，“我就发现：当将装在两个玻璃管中的蒸馏水通过湿润的隔膜或任何湿润的动植物物质连接起来，再通过金线将其与伏打电堆相连时，装有正极导线的那根管子里会出现金硝酸盐溶液，而另一根管子里则会出现苏打溶液。但我很快便确定，盐酸的存在是由于所使用的动植物物质所致；因为在后续实验中，如果继续使用同样的棉纤维，并在每次实验后用弱硝酸溶液将其清洗，那么即使让这些纤维在强电场中长时间作用，也终究不会对银硝酸盐产生任何影响。”

“在那些我获得了大量苏打的实验中，与导线接触的玻璃部分出现了明显的腐蚀现象。这一现象进一步证实了我的观点，即碱的产生主要源于这些动植物物质。因为当我使用单个玛瑙杯，通过伏打电堆从两个铂金电极向蒸馏水通电时，根本无法得到任何固态的盐类物质。”

“不过，西尔维斯特先生在去年8月发表在尼科尔森杂志上的一篇论文中指出，虽然使用单个容器时不会产生固态碱或盐酸，但使用两个容器时则会产生这两种物质。为了解决与动植物物质或玻璃相关的所有疑问，他在一个由烤制过的烟斗黏土制成的容器中进行实验，该容器被放置在一个铂金坩埚中。我毫不怀疑他的实验结果是正确的，但他的结论似乎有些问题。他认为自己得到了固态碱，是因为加热蒸发后的液体留下了一种呈姜黄色调的物质；而实际上，如果是石灰的话也会出现这种颜色，因为石灰在所有烟斗黏土中都存在大量。即便承认确实存在固态碱，但用于制造烟斗的材料也完全不可能排除这种物质的生成。”

“我重新开始了研究。我找来了容量约为四分之一立方英寸的小型玛瑙圆柱形容器。将这些容器在蒸馏水中煮几个小时，然后再用经过相同处理过的、非常白色且透明的芦苇纤维将它们连接起来。接着往这些容器中注入蒸馏水，再通过两根导线将其与电源相连。”

这些铂丝被通以电流，电流来自150对面积为4英寸见方的铜锌板，这些板通过明矾溶液处理而具有活性。48小时后对这一过程进行了检测：将石蕊试纸放入装有正极导线的管子中，试纸立刻变为深红色；而将姜黄染色的试纸放入另一根管子中后，其颜色也变得更深了。酸性物质使得硝酸钠溶液出现轻微的膨胀现象。那种能影响姜黄颜色的液体在经过剧烈煮沸后仍保持这一特性；随着液体量的减少，其颜色会变得更加鲜艳。将氨碳酸盐与这种液体混合，然后将其干燥并置于高温下，最终只剩下极少量的白色物质，据我的检测，这种物质具有硝酸钠的特性。我将其与纯钾碳酸盐的类似微量样品以及纯钾碳酸盐和纯钠碳酸盐的类似微量样品进行了比较。它不像前者那样易吸湿，而且它能与硝酸形成盐类，这类盐类与硝酸钠一样，很快就会从潮湿的空气中吸收水分而变成液体。

“这个结果出乎意料，但并不能让我相信所获得的物质真的是新生成的。在完全相同的条件下、用玻璃管进行类似实验时，我得到了数量多出20倍以上的碱类物质，但却没有发现任何盐酸的痕迹。很有可能玛瑙中含有一些难以通过化学分析检测出的微量盐分，这些盐分可能以结合态或紧密附着在玛瑙的孔隙中的形式存在。为了确定这一点，我又重复进行了第二次、第三次和第四次实验。在第二次实验中，装有酸的管子中的银硝酸盐溶液仍然会导致溶液变浑浊，不过浑浊程度较轻；在第三次实验中，这种浑浊现象几乎无法察觉；而在第四次实验中，两种液体混合后依然完全清澈。每次实验后，碱类物质的含量都会减少；在最后一次实验中，尽管电池已经持续工作了三天，该液体仅具有极其微弱的使姜黄染色试纸变色的能力；不过用石蕊试纸检测时，其碱性仍然很明显，这其实是一种更为灵敏的检测方法。经过蒸发以及加入氨碳酸盐的处理后，仍然有极少量固体碱残留下来。另一根管子中的酸性物质则非常丰富，它有酸味，气味类似于被大量……

长期以来一直存在一定量的亚硝酸气体；它并未影响重晶石酸盐的溶解过程；将一滴该气体滴在抛光的银板上，蒸发后会留下黑色污渍，这种污渍与极稀释的亚硝酸所造成的污渍极为相似。

“看到这些结果后，我再也无法怀疑：玛瑙管中存在的某种盐类物质正是能够使硝酸银以及大量碱类沉淀的酸性物质的来源。不过，又进行了四次重复实验后，我确信还有其他原因导致这种物质的出现；因为每次实验中都能检测到相当数量的该物质，且其含量似乎始终相同。我已经采取了各种预防措施：将实验管置于玻璃容器中以避免空气流通；所有参与反应的物质都用蒸馏水反复清洗过；与液体接触的部分也从未被手指触碰过。”

“现在，我认为唯一可能提供这种碱性物质的，就是水本身。通过硝酸银和重晶石酸盐的测试，这种水看起来是纯净的；但众所周知，快速蒸馏时会有少量钾盐和钠盐析出；而我所使用的纽河水中含有动植物杂质，这些杂质很容易形成中性盐类，在剧烈沸腾的过程中被带出来。”进一步的实验证实了这一推断的正确性，关于这种神秘化学物质的起源的最后一丝疑虑也被消除了。

虽然水中存在碱类和酸类已经得到了解释，但它们为何会分别迁移到电池的负极和正极，这一问题仍有待说明。戴维的经典理论认为，不同元素在电学性质上存在差异，有些元素带正电，有些则带负电。他说，电与“化学亲和力”实际上都是同一种力的表现形式，只不过一种力作用于物体整体，另一种力则作用于粒子。根据“正电荷与负电荷相互吸引”的原理，带正电的粒子会与带负电的粒子结合形成化学化合物。当电池分解这些化合物时，电池两极的更强吸引力就会克服这种相互吸引力。

这一关于所有化学化合物都是由带正电和带负电的原子或分子结合而成的二元结构理论……

这一理论后来被贝采利乌斯进一步发展，成为他著名的理论化学体系的基础。该理论认为，所有无机化合物，无论其组成多么复杂，本质上都是由这样的二元组合构成的。多年来，这一观点几乎毫无争议地占据着主导地位。当法拉第证明了在所谓的电解质中，所使用的电量与分解产生的量之间存在确定的关联时，这一理论似乎得到了强有力的支持。然而，正如后续的发现所证明的那样，这一理论的主张实际上过于绝对了。

**有机化学与分子概念**
当贝采利乌斯首次提出他的二元理论时，他特意将这一理论的适用范围限制在无机化合物上。在当时以及之后的很长一段时间里，人们认为有机物质具有某些特性，使其不属于无机化学的范畴。人们几乎不怀疑有一种所谓的“生命力”在起作用，它取代或改变了普通的“化学亲和力”。的确，人们承认有机化合物是由碳、氧、氢和氮等常见元素构成的；但这些元素结合的方式是无法在无生命物质中复现的。在化学界，几乎将“任何有机化合物都无法通过其构成元素在实验室中合成”视为一条公理。人们认为，即便要合成最简单的有机化合物，也必须依靠“生命力”的作用。

因此，1828年，当有消息称曾经是贝采利乌斯学生的德国年轻化学家弗里德里希·沃勒在萨克罗的实验室里成功合成了著名的有机化合物尿素时，这在化学界引起了巨大轰动。在逻辑科学领域，“例外情况用来证明规则”这种说法是闻所未闻的——自然法则不存在例外。所以，仅仅通过合成一种有机化合物，就足以打破那些化学界的先驱们为区分有生命与无生命物质而设下的壁垒。从那以后，哲学化学家开始将植物和动物视为化学实验室，在那里，形成由几种常见元素构成的复杂化合物的条件极为有利。

在普遍化学定律的支配下，各种元素相互作用。那种所谓的“生命力”概念在化学领域已不再被认可。此时，有机化学开始受到化学界的广泛关注，对碳化合物的研究很快便像上一代人热衷于电化学一样流行起来。在推动有机化学发展方面做出重要贡献的学者中，德国的尤斯图斯·李比希与法国的让-巴蒂斯特·安托万·杜马最为突出，他们的学生查尔斯·弗雷德里克·格哈特和奥古斯塔斯·劳伦特也功不可没。沃勒同样值得提及，路易·巴斯德也是如此——尽管他比其他人年轻一些，但仍在适当的时候加入了这场由他们的工作引发的诸多争论之中。早在那之前，盖-吕萨克在1815年的发现就已经为有机物质的研究铺平了道路：他发现某种碳氮化合物具有独特的稳定性，能够保持其原有性质，并以简单物质的方式参与化学反应。一年后，安培发现氮与氢以特定比例结合形成他所称的铵时，也具有同样的特性。贝采利乌斯抓住了这一关于“化合物基团”的发现，因为这似乎有助于他的二元论理论。他认为所有有机化合物都是由各种化合物基团与一个氧原子结合而成的二元结构，并在1818年提出了这一理论。十年后，李比希与沃勒共同进行了研究，证明了有机物质中确实存在大量的化合物基团。这样一来，贝采利乌斯的理论似乎得到了证实，有机化学也被定义为化合物基团的化学。然而，即便在看似成功的时刻，这种二元论理论仍面临着严峻的挑战。杜马通过实验证明，在某种有机物质中，可以移除一个氢原子并替换为一个氯原子，而不会破坏该物质的完整性——就如同孩子在玩积木时用一块积木替换另一块一样。如果非要说的话，这种替换其实与二元论理论是相符的，只不过有一个关键事实：氢是一种具有强正电性的元素，而……

氯的电负性极高。因此，那些依次与这两种元素结合形成的化合物自由基，必然会在某一时刻表现出正电性，而在另一时刻则表现出负电性——这种看似矛盾的现象使得贝采利乌斯的理论遭到了质疑。后来，在洛朗和格哈特等人的努力下，人们提出了另一种观点：分子是一种由各种原子根据某种“选择性亲和力”聚集而成的整体结构，而这种亲和力的本质至今仍未被阐明。“原子核”概念以及分子结构“类型”概念也被广泛运用，它们与化合物自由基的概念一样，可以作为辅助记忆的工具，为分析化学提供指导，帮助人们了解分子的结构特征，不过它们终究无法揭示化学亲和力的奥秘。这些概念只是对化学结合现象的分类，而非真正的解释。但至少它们有助于明确“分子是由原子构成的、作为所有物质基础的结构”这一观念。最终，“分子”这个词在大多数化学家心中有了与“原子”不同的明确含义，就像三世纪前阿伏伽德罗所理解的那样。阿伏伽德罗提出的“在固定条件下，相同体积的气体中含有的分子数相等”的假说，后来被格哈特重新提出，而在坎尼扎罗的推动下，这一假说被提升为一种公认的定律。从那时起，分子的概念便如同原子概念在以往时代所扮演的角色一样，成为化学领域中最重要的概念之一。

化学亲和力
当然，原子本身并没有被取代，但阿伏伽德罗定律很快表明，原子往往占据着本不属于它的位置。在许多情况下，化学家们误以为自己正在研究作为基本单位的原子，而实际上真正的单位应是分子。例如，对于氢气和氧气这类单质气体而言，相同体积中含有相同数量分子这一定律清楚地表明，原子并非像人们原先设想的那样以孤立状态存在。由于两体积的氢气与一体积的氧气结合后会生成两体积的水蒸气，根据阿伏伽德罗定律，最简单的数学计算就能证明：不仅每个水分子包含两个氢原子（这一点此前还存在争议），而且原来的氢分子和氧分子也是如此。

在每种情况下，氧分子必定由两个原子构成——否则，一体积的氧怎么可能为两体积水中的每一个分子提供一个氧原子呢？那么，这又意味着什么呢？这意味着基本原子具有与其他原子结合的倾向，一种对伴侣的渴望，一种“亲和力”——随你怎么称呼它——只要周围有其它原子存在，这种倾向就必然会得到满足。当氧原子单独处于同类原子之间时，它会寻找另一个氧原子与之结合，在它们疯狂的“舞蹈”中，这两个原子会紧紧相依——或许还会像微型行星一样围绕彼此旋转。氢原子也会发生同样的现象。但现在，假设这些氧原子对靠近其他氢原子对（在适当的条件下，此处无需详述），那么每个氧原子就会放弃与同伴的结合，疯狂地融入某个氢原子对中，于是——瞧！原来的三分子水就变成了两分子水，而游离的氧和氢则结合成了水。用化学术语来表述整个过程，就是：在给定条件下，氧原子与氢原子的亲和力大于它们彼此之间的亲和力。

随着化学家们研究各种原子相互结合形成分子的过程，他们逐渐意识到，并非所有元素都满足于拥有相同数量的伴原子。有些元素只需要一个伴原子，拒绝接受更多；而另一些元素则在适当时机能与两个、三个、四个或更多原子结合。因此我们看到，氧原子会放弃一个同类原子，转而与两个氢原子结合。显然，氧原子就像有双手的生物一样，能够抓住两个其他原子。但我们并没有证据表明它在任何情况下都能抓住超过两个原子。当它形成两个化学键时，其亲和力似乎就得到了满足。不过另一方面，氮原子能够在铵分子（NH3）中与三个氢原子结合；而碳原子则可以与四个氢原子或两个氧原子结合。

显然，不同种类的原子在结合能力上并不总是等价的。弗兰克兰在1852年左右意识到了这一事实，随后其他科学家（尤其是A.凯库勒和A.S.库珀）也对这一现象进行了进一步研究，这才使得“等价”这个词被引入化学领域。

人们以新的方式来理解各种元素的性质，尤其是不同元素之间的亲和力或“价态”，而这被证明具有极其重要的意义。研究表明，在构成有机化合物的四种主要元素中，氢只能通过单键与其它元素结合——可以说它只有一只“手”可以用来抓住别的元素；而氧则能形成两个键，氮能形成三个键（甚至可能五个），碳则能形成四个键。为了表达这一重要事实，人们创造了单价、双价、三价等术语，相应的元素也被称作单价元素、双价元素、三价元素等等。至于为何不同元素的价态会有所不同，目前还无人知晓；这只是一个已观察到的事实而已。一旦确定了某种元素的价态，就能对其可能的反应行为有深入的了解。例如，由于氢是单价的，而氧是双价的，因此我们可以推断出这两种元素最多只能形成三种化合物：即H—O—（化学家将其记作HO，称为羟基）；H—O—H（H2O，即水）；以及H—O—O—H（H2O2，即过氧化氢）。在第一种化合物中，氧原子可以说还有一只“手”是空着的，因此它会试图寻找另一个伴侣，用化学术语来说，这就形成了不稳定的化合物。而在第三种化合物中，虽然所有原子都形成了键，但其中有一对键是将两个氧原子连接在一起的；这种结合同样也是不稳定的，因为原子之间相互吸引的力相对较弱。这样一来，过氧化氢的那些特性就得到了解释——它容易分解，而且会急于与其它化合物中的元素结合。而水分子则处于稳定的平衡状态，所有原子的亲和力都得到了满足：每个氢原子都通过与氧原子结合来满足自己的亲和力，而氧原子则通过与两个氢原子结合来满足自己的亲和力。因此，这三个原子紧密相连，既没有试图寻找其他伴侣的倾向，也没有能力接纳外来原子。它们构成了一个“稳定”的化合物，在任何正常情况下都能保持其作为水分子的身份，即便其所处的物理状态从固态变为气态，从冰变为蒸汽。

不过，一旦考虑到分子处于这种稳定平衡状态，就会产生一个新的问题：那些所有原子间的结合都已满足的聚合体，又如何能够继续参与化学反应呢？显然，这样的分子无论具有怎样的物理性质，都应该是化学上惰性的，无法再发生任何原子结构的调整。事实上也是如此，只要其组成原子始终紧紧地结合在一起。但看起来，原子们并不愿意这样做。它们在保持相互连接的程度上极其反复无常，既容易脱离原有的结合状态，也容易重新形成新的结合。例如，那个刚刚与两个氢原子结合的氧原子，很快又会再次脱离出来，去寻找新的伴侣。这简直就像是一场欢快舞蹈中不断更换舞伴的情形。在这种整体上看似没有变化的物质中，分子不断分解又重新形成的现象，最早是由圣克莱尔·德维尔充分认识到的，他还将这一现象称为“解离”。这一过程在某些化合物中比在其他化合物中更为活跃，而且在某些物理条件下（如温度升高时）也比在其他条件下更为活跃。不过，显然在常温下，以及绝对零度以上的任何温度下，都没有物质能完全不受其影响。正因如此，那些所有原子的价态都已得到满足的分子并不会失去其化学活性——因为每个原子在交换伴侣时都是暂时自由的，如果它更喜欢的原子就在附近，它就可以选择那些原子作为新的伴侣。尽管理解原子这种持续不断的活动对于正确理解其化学性质至关重要，但从另一个角度来看，那些“饱和”分子——也就是那些所有原子价态都已得到满足的分子——可以被视作一种相对稳定或固定的结构。即便它目前可能会被拆解，但它仍然是一个完整的结构；而通过研究其原子的价态，我们就能获得迄今为止关于其结构特征的最为有用的线索。早在1823年，李比希和沃勒就证明了两种物质可以拥有完全相同的化学构成——即相同数量和种类的原子——但却具有截然不同的物理性质，这一事实充分说明了分子结构——即原子之间的空间关系——的重要性。这一概念被称为“异构现象”。

这一术语是由贝采利乌斯提出的，用以描述那种似乎否定了化学中最基本真理的异常现象。为这种现象命名并不能解释它，但事实已经很清楚：在构成分子的过程中，除了原子的数量和种类之外，还有其他因素也很重要。可以确定的是，原子并非随机组合在一起形成分子，就如同砖块也不会随意堆砌成房屋一样。大约在1850年，巴斯德发现某些碳化合物——比如某些糖类——只有在溶液中时，才能通过它们使光线向左或向右偏折的特性来区分彼此，这一发现很好地说明了在构建分子时结构设计的微妙差异。直到价键定律被发现之后，人们才找到了解释这些分子结构异常变化的方法。这样一来，许多谜团都得到了解答：因为很明显，分子中的每个原子只能与固定数量的其他原子结合，所以复杂的分子必定由原子以特定的链状或团状结构连接而成。同样明显的是，当原子数量较多时，其排列方式有时可以发生改变，而不会违反价键定律。正是在这种情况下才会出现异构现象。通过持续关注原子间的亲和力，化学家们能够为已知成分的任何分子绘制出结构图。例如，在简单的水分子（H2O）中，两个氢原子必须先分开，然后才能与氧原子结合，而它们的连接方式显然就是用H—O—H这样的图形来表示的。对于由大量原子构成的分子来说，要绘制出这样的连接结构图当然会越来越困难，不过有了亲和力作为指导，还是有可能做到的。当然，没人认为这种平面上的公式就能真正反映分子的真实结构：它最多只是起到提示或示意的作用，而非真实的图像。尽管如此，它仍然能提供有关分子结构的线索，而这些是化学界的先驱们曾经认为不可能获得的。原子量的周期性

这些关于分子结构的崭新研究乍看之下似乎会削弱原子作为化学世界中至关重要存在的地位。既然许多事物的性质取决于原子的位置，人们可能会认为原子本身的性质则不太重要。但这种观点是错误的，因为仔细思考后会发现，原子从未放弃过其独特的特性。在一定的范围内，通过改变原子位置可以改变分子的性质（就像用相同的砖块可以建造出不同的建筑一样），但这些范围是有明确界限的，超越这些界限是不可能的，就如同用砖块来建造石制建筑一样。无论用于何种建筑风格，砖块始终都是砖块，永远不会变成石头。同样地，每个原子也始终保持着自身的独特性质，不受周围环境的影响。

例如，碳原子既可以参与形成钻石，也可以构成煤炭，还能成为糖分子、木纤维、动物组织或大气中的气体的一部分；但从最初到最终——无论是用于切割宝石还是形成无形的气体——该原子的任何性质都不会发生任何变化。据我们所知，它的大小、重量、振动或旋转的能力以及固有的亲和力，在所有这些不同的存在状态中都保持不变。对于现代化学家所熟知的70多种基本物质中的每一个原子来说，情况也是如此：它们始终保持着自身的独特性，既不会获得什么，也不会失去什么。

既然事实如此，那么道尔顿所描述的那种不可摧毁、不可转化的原始物质——即原子——的地位似乎已经经过了本世纪化学学的检验，而且并未出现任何问题。自本世纪初电电池展现出神奇功效并似乎在戴维的手中达到了极限之后，虽然有许多新的基本物质被发现，但没有一种元素会被取代其作为不可分解物质的地位。相反，化学分析似乎越来越证明，所有的基本原子确实如约翰·赫歇尔所说，是“人造物”——即原始的、不变的、不可摧毁的。

然而奇怪的是，在那些旨在实现这一目标的实验同时，还存在着一些方向完全相反的实验与推测。在每一代科学家中，总有一些人拒绝承认所谓的元素在本质上就是真正的元素，他们急切地寻找能够支持自己怀疑论点的证据。最早支持这一观点的证据来自一位英国医生威廉·普劳特博士，他在1815年指出了各种元素的原子量之间存在一种奇特的关系。根据当时权威人士（尤其是汤姆逊和贝采利乌斯）给出的数据，大部分元素的原子量都是氢原子量的整数倍，而其余元素的原子量差异则非常小，这种差异很可能是测量误差造成的。普劳特认为这绝不可能是偶然现象，他也想不出其他合理的解释，除非这些所谓元素的原子是由不同数量的氢原子构成的。难道唯一的真正元素——那种最原始的物质——就是氢，而所有其他形式的物质都只是这种原始物质的化合物吗？起初，普劳特以匿名方式提出了这一惊人的想法；后来他公开支持这一观点，并强调其合理性。由于这一观点出现在戴维分解某些所谓元素之后，因此颇具吸引力，一时间许多化学家都倾向于将所有元素的原子量取整为整数。但随后对原子量的重新测定似乎否定了这种做法，普劳特的定律也因此失宠。不过，大约在1840年，杜马重新提出了这一理论，他凭借极高的权威性使得该理论得到了重视，而且他对碳原子量的精确测定——将其定为氢原子量的12倍——也为这一理论提供了支持。此后，杜马的学生斯塔斯进行了大量原子量测定工作，希望能证实普劳特的假设。但他的结果似乎反而否定了这一假设，因为许多元素的原子量与整数的偏差超出了实验误差的范围。不过值得注意的是，尽管杜马不得不修改自己的假设，并且根据克拉克和马里尼亚克的建议，承认某种物质才是最原始的元素，但他的信念并未动摇。

并非氢元素本身，而是一种质量仅为氢元素一半甚至四分之一的原子，氢元素正是由这种原始原子构成的。即便在这种改良形式下，这一假说仍遭到了实验研究人员的强烈反对。1864年，伦敦的约翰·A·R·纽兰兹教授让化学家们注意到了元素重量与其其他特性之间的某种新规律：如果按照原子量的数值顺序将元素依次排列，就会发现每隔八个元素就会出现性质相似的现象。这一所谓的“八音律”起初并未引起太多关注，但其所揭示的事实很快便被其他化学家们注意到，尤其是美国的古斯塔夫·欣里奇斯教授、俄罗斯的德米特里·门捷列夫教授以及德国的洛塔尔·迈尔教授。门捷列夫在1869年对这一发现进行了最完整的阐述，并将其命名为“周期律”。尽管这一后来被公认为极其重要的发现的早期描述已经相当详尽，但直到大约十年后，当镓、钪和锗三种新元素被发现时，化学界才真正开始重视它——经过分析后发现，这三种元素恰好填满了门捷列夫在周期表中留下的三个空缺。实际上，周期律使得门捷列夫能够在这些新元素被发现多年前就预见到它们的存在。显然，一个能带来如此结果的体系绝非偶然现象。很快，周期律便成为了化学科学中最重要的规律之一。这一周期律被视作对客观存在关系的描述，无需依赖任何假设；不过当然，这些事实的理论意义也不容忽视。正如J·H·格莱斯顿教授所说，它让我们“确信，各种元素并非彼此独立地形成的独立实体，而是根据某种总体规划从彼此之间衍生或构建而成的”。从这一观点到普劳特的假说其实只有一步之遥。新的工具——光谱仪与照相机。不过，暗示这些所谓元素具有复合性质的并不仅仅是原子量，还有其他类型的证据也在为此提供支撑。

出于同样的目的，从在普鲁特假说提出时还难以想象的技术源头，经过一系列发展，最终诞生了化学家们可用的新工具——分光镜。在两位德国科学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫与罗伯特·威廉·本生手中，这种仪器得到了进一步完善。他们在19世纪中叶开始研究弗劳恩霍费尔早在1815年、沃拉斯顿则在十年前就在太阳光谱中观察到的那些暗线的含义。英国的斯托克斯和福克斯·塔尔博特也怀疑过这些暗线的存在，但正是基尔霍夫和本生首次证明了：这些位于光谱中特定位置的暗线实际上代表着特定的元素物质。借助分光镜——本质上就是安装在玻璃棱镜上的放大透镜——可以非常精确地定位这些暗线位置，很快人们就发现这是一种极为精确的化学分析手段。例如，分光镜能够检测出浓度低至二十万分之一粒的钠元素。更为重要的是，只要被检测物质能发出足够的光线，分光镜就不受其所在距离的限制。利用它进行的实验既可以在太阳上进行，也可以在最遥远的恒星或星云中进行；事实上，该仪器最早的成就之一就是揭示了太阳的化学成分。然而，要充分发挥分光镜的作用，还需要另一种新的化学技术——即摄影术。这种如今已十分常见的技术，是利用光能够分解某些不稳定的银化合物并从而改变其化学成分的特性。19世纪初，戴维和韦奇伍德差点就未能发现摄影术的价值。他们的后继者们也长期忽视这一技术，直到1826年左右，法国化学家路易·J·M·达盖尔开始着手研究它，经过多年的实验，他在1839年将这项技术完善到一定程度，同年，著名的达盖尔照相法首次引起了人们的广泛关注。同年，福克斯·塔尔博特在皇家学会上发表了关于这一主题的论文，此后赫歇尔以及其他许多自然哲学家的努力也为这项新技术的进步做出了贡献。

1843年，著名的英美化学家与生理学家约翰·W·德雷珀博士证明，通过摄影技术可以极其精确地绘制出太阳光谱中的夫琅禾费线；同时他也证实，经过处理的感光膜上能显示出许多肉眼无法看见的谱线。这种观测方法的价值立刻得到了认可，而一旦分光镜得到完善，这种结合了分光镜使用的摄影方法便对化学家们而言变得极为重要。借助这种方法，可以以前所未有的精度对比各种光谱；对于恒星而言，甚至可以在一次观测中记录下整个星团的光谱。

随着对太阳和恒星的研究不断深入，化学家们根据各自先入之见，或惊讶或欣喜地发现：许多在地球上常见的元素其实也存在于天体之中。但最令他们震惊的或许是发现恒星中含有大量的氢元素。不仅太阳的大气层中存在大量氢元素，一些其他恒星的光谱中也几乎只显示出氢元素的特征谱线。后来人们发现，具有这种特征的恒星都是那些白色恒星，比如天狼星，人们原本认为它们是温度最高的恒星；而像我们的太阳那样仅处于红热状态的恒星，则会显示出包括铁和其他金属在内的多种元素的蒸汽。

1878年，J·诺曼·洛克耶教授在皇家学会发表的论文中指出了这一系列观测结果可能具有的意义。他提出，太阳所含的元素种类比地球上的要少，而那些比太阳温度更高的恒星则主要只含有一种元素——氢，也就是已知元素中最轻的一种。这一事实似乎表明，那些所谓的元素实际上可能是化合物，在最热的恒星高温作用下会分解成氢，而氢本身无疑也是一种化合物，或许在更极端的条件下还能被进一步分解。这可以说是对普鲁特假设的直接实验证据。然而不幸的是，这类证据只有少数专家才能理解——因为对恒星进行光谱分析是一项极为复杂的工作。更不幸的是，这些专家们对于洛克耶教授的结论是否正确也存在分歧。有些专家，比如克鲁克斯教授，接受了他的观点。

人们盛赞洛克耶，称他为“无机世界的达尔文”，而另一些人则试图为他提出的事实寻找其他解释。目前还无法说这一争议已经得到最终解决。不过，既然周期律似乎与分光镜技术相结合，那么化学家们越来越相信所谓元素其实具有复合性质，这一观点正在迅速普及。人们越来越认为，道尔顿所描述的原子实际上是一种复合基团，而那些看似各不相同的元素背后其实都是一种原始物质。事实上，在最近几个月里，通过研究放射性物质，人们终于获得了支持这一观点的直接实验证据。在后面的章节中，我们将探讨这一现象是如何产生的。

IV. 十八世纪的解剖学与生理学
阿尔布雷希特·冯·哈勒

在十八世纪，伯尔尼的阿尔布雷希特·冯·哈勒（1708–1777）凭借其才华与努力，为生理学的发展作出了重要贡献。他或许与自希波克拉底时代以来那些被同时代人誉为“伟大”的哲学家们一样，配得上这一称号。作为一名医学家，他在多个领域都极具造诣；在那个时代，他同样以诗人、植物学家和政治家的身份而闻名，将精力分配在艺术与科学之间。

小时候，哈勒体弱多病，无法像同龄男孩那样参加各种体育活动，因此大部分时间都在读书。十岁时，他开始用拉丁语和德语写诗；十五岁进入图宾根大学学习。十七岁时，他撰写了批判某些传统学说的文章；十九岁时获得了博士学位。此后不久，他前往英格兰，由于他对尸体解剖的热衷，遭到了盗墓罪的怀疑，这使他不得不返回欧洲大陆。在巴塞尔学习植物学一段时间后，他又在瑞士进行了长时间的植物学考察，最终回到家乡伯尔尼，成为一名执业医生。在此期间，他并未忽视诗歌与植物学的研究，还匿名出版了一本诗集。

1736年，他被聘为哥廷根大学的解剖学、外科、化学及植物学教授。在大学工作期间，他从未放弃文学创作，有时会在图书馆里连续几天几夜不睡觉，边吃饭边研读书籍，只有在极度疲劳时才会入睡。在整个时期里，他与世界各地的学者保持着通信联系，据说他从未让任何一封来信得不到回复。

哈勒对医学科学最大的贡献便是他提出的著名“兴奋性理论”。这一理论使他获得了“现代神经生理学之父”的称号，就如同哈维被称为“现代血液生理学之父”一样。关于这一著名的兴奋性理论，有这样一种评价：“它影响了那个时代所有人的思维——不仅限于医学领域——其影响力之大，以至于我们如今的人除非将其与现代的达尔文主义相对照，否则难以真正理解。”(1)
弗朗西斯·格利森（1597–1677）通过演绎法提出了普遍兴奋性的原理，但哈勒则通过归纳法进行的实验证明，这种兴奋性并非存在于所有的“身体组织及体液中”，而是一种完全特殊的性质，仅存在于肌肉组织中。他区分了肌肉的兴奋性与神经的感受性。1747年，他提出了产生肌肉运动的三种力量：弹性，即“静止的神经力”；兴奋性，即“与生俱来的神经力”；以及神经力本身。1752年，他设计了190项实验，旨在确定身体的哪些部位具有“兴奋性”——也就是在受到刺激时能够收缩的特性。他得出的结论是，这种兴奋性仅存在于肌肉组织中，且完全独立于支配它的神经，这一观点引发了诸多争议，直到19世纪末，哈勒的理论才被证实是完全正确的。
为了验证自己的兴奋性理论，哈勒在胚胎学和发育生物学领域也取得了重要发现。他证明，在鸡蛋孵化的过程中，小鸡心脏的最初痕迹会在第38小时出现，而红细胞的最初痕迹则出现在第41小时。通过对低等动物的研究，他试图支持这样一种理论：自物种诞生以来，每一个个体都是从之前的个体发展而来的——这正是他所信奉的“预成说”。该理论认为，“每个个体在胚芽中就已经完全形成，只是从微观状态逐渐发展到可见状态，不会产生新的结构。”
在生理学方面，除了研究神经系统外，哈勒还研究了呼吸机制，并反驳了汉伯格（1697–）的观点。

1755年），他认为肺会独立收缩。然而，哈勒与同时代的人一样，完全无法理解肺的真正功能。这位伟大的生理学家对实用医学的影响虽然极为深远，但主要是间接的。他属于理论型医生而非实践型医生，却被视为首位利用手表来测量脉搏的医生。

巴蒂斯塔·莫尔加尼与病理解剖学
与哈勒同时代的还有乔瓦尼·巴蒂斯塔·莫尔加尼（1682–1771），他继承了西德纳姆未能继续推进的工作——对解剖学的研究，从而为这位英国学者的成果提供了重要的补充。莫尔加尼的研究主要聚焦于病理解剖学，即研究患病组织在生前及死后的结构，以此与正常解剖结构相对照。其实这种研究并非由他首创；早在1679年，邦内特就已经进行了类似但范围较小的研究；后来还有兰奇西和哈勒等许多学者也进行了尸体解剖研究。不过，莫尔加尼所著的《通过解剖学探究疾病的起源与原因》汇集了迄今为止最丰富、最准确且插图最精美的病例资料，堪称医学史上的一个重要里程碑。自该书出版之后，病理解剖学便成为医学领域中公认的一个分支，其发展势头也一直持续增强。

威廉·亨特
威廉·亨特（1718–1783）无疑属于18世纪最伟大的医生和解剖学家之一，尤其可以说是英格兰第一位伟大的解剖学教师。不过，他的名声在某种程度上被他的弟弟约翰所掩盖。亨特原本打算从事教会工作并接受相关教育，但在外科医生威廉·卡伦的建议下，他转而投身医学研究。1746年，他首次尝试授课，为海军医务人员协会讲授了一系列关于外科手术的课程。这些课程极具趣味性且富有启发性，因此他很快又被邀请继续授课，其作为讲师的名声也随之确立。他天生具备出色的演讲和讲故事能力，再加上严谨清晰的讲解方式，尽管每堂课时长两小时，却依然能让听众兴趣盎然。

学生们很少会听腻他的讲解。他认为，通过“公开传授自己的知识”比亲自实践能为世界带来更大的益处。即便在生命最后的几天里，尽管身体已经虚弱到连朋友们都劝他停止教学，他依然坚持授课；在去世前几天的最后一次讲座结束后，他因过度疲劳而昏倒。多年来，亨特一直怀有建立一座博物馆的愿望，希望借此推动解剖学、外科手术及医学领域的发展。1765年，他申请了一块土地用于建造这座博物馆，并承诺出资七千英镑用于建设，同时还会设立一个解剖学教授职位。然而由于未能获得这笔资助，他便自行建造了一栋房屋，里面设有演讲室、解剖室以及他的博物馆。该博物馆里陈列着各种解剖标本、硬币、矿物以及自然历史类藏品。

亨特的缺点在于他喜欢争论，且难以忍受反对意见。这使他与当时许多著名的医生关系紧张，尤其是他的兄弟约翰——他自己在这件事上可能也难辞其咎。据说亨特将自己的易怒情绪归咎于自己身为解剖学家，习惯了“接受尸体的被动状态”，因此面对反对意见时更难以忍受。他开始的许多生理学研究后来由他更为出名的兄弟继续并完善，尤其是关于毛细血管的研究；不过他在人体多种结构的解剖学知识方面也做出了诸多贡献，尤其是在软骨和关节的结构研究方面。

约翰·亨特

在威斯敏斯特教堂的阿博特·伊斯利普小堂里，靠近本·琼森的安息之地，安放着约翰·亨特（1728–1793）的遗骨。作为医学史上最伟大的生理学家和外科医生之一，他的发现和发明数不胜数。虽然他的研究范围受到18世纪科学水平的限制，但他的努力主要还是集中在与其专业相关的领域。在20岁之前，年轻的亨特并不擅长学习，反而非常喜欢户外运动和娱乐活动；但大约在那时，他意识到必须选择一份职业，于是请求哥哥威廉允许他尝试进行一些解剖实验。

在伦敦的一所解剖学校里，令他的兄弟惊讶的是，他在进行解剖作业时表现得异常出色；当再次被赋予任务时，他依然展现出了高超的技能，以至于他的兄弟立刻预言他将会成为一位伟大的解剖学家。直到那时，他还没有接受过任何为职业生涯做准备的培训，对希腊语和拉丁语也知之甚少——而这些语言对他来说其实完全没必要，他在后来的所有工作中都证明了这一点。奥特利讲述了一个故事：后来有人因为他不懂这些“死语言”而取笑他，他对那人说道：“我可以用那些语言来给他讲解那些他根本不认识的、无论是活的还是死的尸体。”到了第二年，他的解剖技术已经十分娴熟，甚至开始负责指导他兄弟学校里的部分课程。1754年，他成为圣乔治医院的外科实习生，两年后又成了正式外科医生。由于过度工作导致出现类似肺结核的症状，1760年他接受了前往贝莱尔的探险队担任随队医生的职务，两年后则在葡萄牙为英国军队服务。在整个期间，他一直致力于科学研究，其中许多研究成果，比如他对枪伤的观察记录，在他后来的工作中发挥了重要作用。1763年，他的健康状况有所改善，于是立即开始在伦敦从事外科医生工作，从那以后，他在这一领域的成就便一直不断。约翰·亨特在淋巴系统研究方面的工作为医学界做出了巨大贡献。这套遍布全身的微小血管网络最近才成为人们研究的重点，自阿塞利乌斯发现它之后，包括哈勒在内的许多学者都对它进行了深入研究。但1758年，亨特率先在鸟类的颈部发现了淋巴管，不过是他弟弟威廉提出了这些血管具有吸收功能的理论。约翰·亨特的一名学生威廉·休森（1739–1774）在1768年首次描述了爬行动物和鱼类体内的淋巴管，并进一步补充了他老师关于鸟类淋巴系统的研究成果。这些关于淋巴系统的研究无疑可以被视作亨特对实用医学做出的最宝贵的贡献。1767年，他遭遇了一场意外，导致跟腱断裂——跟腱是连接肌肉的重要肌腱。

从小腿到脚跟。通过对该事故的观察以及随后在狗身上进行的实验，他为治疗马蹄内翻足及其他涉及肌腱的畸形疾病奠定了基础，而如今这种治疗方法已变得简单且有效。1772年，他搬到了布罗姆普顿的厄尔斯考特住所，在那里他收集了大量动物、鸟类、爬行动物、昆虫和鱼类，用于自己的生理学和外科手术实验。他在那里进行了无数次实验——其数量很可能超过了“所有从事专业工作的人所做过的实验总数”。这些实验的内容多种多样，从观察蜜蜂和黄蜂的习性，到对刺猬、狗、豹子等动物实施的大规模外科手术。据说，他有15年时间一直养着一群鹅，目的就是研究蛋的发育过程。

亨特于1772年开始举办讲座，之所以这么做，是因为他经常被错误引用观点，而且他认为这样能更好地检验自己的知识水平。对他而言，讲课是一大挑战，因为他极为缺乏自信，如果不提前把讲稿写下来，他几乎无法开口讲话。在这方面，他与他的兄弟威廉形成了鲜明对比——威廉是个口才流利、才华出众的演讲者。亨特的讲座充其量只是对他所记录的事实的简单朗读，这位缺乏自信的教师几乎从不抬头看讲稿，也极少在讲完全部内容之前停下来。因此，尽管他准备讲座时极为认真，但这些讲座却并不有趣；由于极度害怕面对学生，据说他每次讲课前都会服用半德拉克马的鸦片酊来给自己打气。人们不禁会想：那种让亨特这样的勇敢无畏的外科医生——在面对危险手术时毫不畏惧——在最多只有30名年轻医学生的面前却变得结结巴巴、惊慌失措的心理特质，究竟该用什么名字来形容呢？不过，这种情况在那些最勇敢的外科医生身上也并不少见。

亨特治疗动脉瘤的手术方法
对于那些出于无知或其他原因而反对当今这种无痛活体解剖技术的人而言，亨特为了科学牺牲了一头鹿，从而发现了一个重要事实，这应该是一个很好的教训。

正是这一生理学原理拯救了成千上万人的生命，避免了他们的身体遭受不必要的损伤。我们所说的，就是血液“侧支循环”的发现——这一发现使得亨特能够成功地为动脉瘤患者进行手术。简而言之，人体中的每个器官或肌肉都由一条主动脉供血，这条主动脉会将血液分配到更小的分支，再通过毛细血管输送到各个组织。按理说，如果切断这条主动脉，那么该器官的血液供应就会完全中断；在亨特证明这一点之前，大多数生理学家都持这种观点。但大自然为应对这种可能的血液供应中断情况做了安排：从主动脉分出的部分小动脉会与其他来源的动脉分支相连。在正常情况下，这些主动脉负责为相应器官供血，而那些连接的小动脉则几乎不起作用。但如果由于某种原因导致主动脉被切断或堵塞，就会发生一件奇妙的事情——那些连接的小动脉会立刻开始扩张，并从附近未受影响的动脉中吸取血液。这种扩张会持续下去，直到最终形成新的血液循环路径，此时该器官就不再依赖那条已失效的主动脉，而是依靠新形成的“侧支循环”继续正常运作。深入理解这种侧支循环是外科手术中最重要的进展之一，因为在它被发现之前，对于那些涉及四肢动脉供血问题的病例，人们认为必须截肢，因为一旦动脉被阻断，肢体就会坏死，进而不得不进行截肢手术。亨特通过对一只鹿进行手术解决了这个问题，而他作为外科医生的实践能力使他很快就能将这一知识应用到某些外科病例中，取得了革命性的成果。促使亨特做出这一重大发现的，是他对鹿角生长原因的研究。他想要弄清楚颈部两侧的血液供应在鹿角发育过程中起着怎样的作用，或者更准确地说，他想了解切断主要血液供应会产生什么影响，于是他找来了一只鹿……

在里士满公园，亨特抓住那只鹿并将其绑住，然后在他的一条颈动脉上缠上了绷带——这条颈动脉是为头部供血的两条主要动脉之一。他观察到，在这样做之后不久，那条被阻断的动脉所在侧的鹿角就变得冰冷触感——因为没有血液输送热量了。这并不奇怪，亨特也没太在意，直到几天后，他惊讶地发现那只鹿的鹿角又恢复了正常温度，而且似乎还在继续生长。他对这一现象感到困惑，怀疑自己缠绕在动脉上的绷带可能并没有起到应有的作用，于是他下令将这只鹿杀死。经检查后，他惊奇地发现：虽然他的绷带确实切断了那条颈动脉的血液供应，但那些较小的动脉却变粗了，从而能够通过另一条路径继续为鹿角供血。

不久之后，亨特就有机会将所学的知识付诸实践。那是一例腘动脉瘤病例，而此前针对这类疾病的手术几乎总是以死亡告终。一般来说，动脉瘤指的是动脉某部分的膨胀，这种膨胀有时会变得极为巨大，里面充满流动的血液，随时都有可能破裂并导致致命后果。如果能让血液在这类动脉瘤中静止数小时，血液就会凝结成血块，随后动脉瘤会收缩，最终被吸收而消失，不会带来任何危害。不过，在心脏持续推动血液流动的情况下让血液保持静止并非易事。在亨特所处的时代，人们认为这个问题根本无法解决，因此有些外科医生主张截除患有动脉瘤的肢体，而另一些医生则试图直接切除肿瘤，并尝试在肿瘤上下方的动脉处进行结扎。前一种手术会使患者终身残疾，而后一种手术则很可能会致命。

在思考有关侧支循环及其完全建立所需时间的相关知识时，亨特想到了这样一个想法：如果从动脉瘤上方切断血液供应，从而暂时阻止心脏的持续跳动，那么血液就会在侧支循环形成之前凝结成血块，进而影响侧支循环的建立。他实施那次著名手术的病人就患有腘动脉瘤——也就是说，动脉瘤位于腘动脉上，就在……

亨特因此在动脉瘤上方不远处，切断了大腿中的股动脉，即为该区域提供血液的主要动脉。手术非常成功，六周后患者便能出院，而且双腿都完好无损。显然，这种简单而有效的手术方法引起了欧洲的关注，仅凭这一点，亨特的名字就足以在外科医学史上永垂不朽。从那以后，这种治疗动脉瘤的手术就被称作“亨特式手术”。不过有理由相信，多米尼克·阿内尔（约1679年出生）在数年前就已经进行了类似的操作。不过很可能亨特从未听说过阿内尔的这项成果，他的手术方法是基于他对侧支循环的了解而独立思考得出的结果。此外，亨特的手术方式也远远优于阿内尔的，虽然阿内尔应享有优先权，但让这一技术广为人知的功绩仍属于亨特。

亨特的巨大贡献得到了国内外的认可，他获得了许多荣誉和重要的职位。1776年，他被任命为国王的特别外科医生；1783年，他当选为皇家医学学会及巴黎皇家外科学院的会员；1786年，他成为军队的副军医总长；1790年，则被任命为军医总长兼医院监察长。他在所有这些职位上都表现优异，同时始终致力于不断追求知识并履行各种职责。1793年10月，他在向同事们发表演讲时突然发病，倒在了另一位医生的怀里去世。

拉扎罗·斯帕兰扎尼
在当时的生理学家中，亨特的最大竞争对手是意大利人拉扎罗·斯帕兰扎尼（1729–1799），他是科学史上最引人注目的人物之一。他既没有接受过科学家的训练，也没有接受过医生的培训，起初致力于哲学与语言研究，后来又学习法律，之后还出家为僧。但他具有敏锐的观察力，善于思考与探究，因此人们如今主要记住的是他在生物科学领域的发现与研究成果。他的一项重要贡献就是对尼达姆和布丰所提出的“自然发生说”提出了质疑。在尼达姆进行实验的时代，人们早已观察到：当动物或植物物质在水中放置一段时间——足够长的时间之后……

当水开始发生分解时，其中便充满了微小的生物——即“原生动物”。这一现象表明，要么是水或动植物物质中存在着这些微小生物的“孢子”，要么就是它们是自发产生的。人们已经知道，加热可以杀死这些原生动物；因此尼达姆认为，如果他先将肉类或蔬菜以及盛放它们的水加热，然后再把它们放入密封良好的容器中，如果即便如此这些原生动物仍然出现，那就足以证明它们确实是自发产生的。于是他进行了许多实验，结果始终如一：几天后水中就会充满这些微小生物。在实验没有出错的前提下，这一事实似乎已无可置疑地得到了证实。但斯帕兰扎尼认为在尼达姆的实验中存在这样的错误。这类错误可能源于多种原因：容器内的物质可能没有经过足够长时间的加热以杀死所有孢子，或者密封过程未能完全隔绝空气。为避免这两种情况，斯帕兰扎尼首先将玻璃容器密封好，然后再将其煮沸四十五分钟。在这种条件下，根本不会出现任何原生动物——这一确凿的证据使得尼达姆的理论立刻站不住脚了。(2) 与关于自然发生的研究相伴随的，还有斯帕兰扎尼对高等动物生殖生理过程的实验与观察。他对青蛙、龟和狗进行了实验，从而明确证明了卵子和精子的功能。不幸的是，他误解了精子的作用，误以为精子周围的液体在受精过程中也起着同样重要的作用；直到大约四十年后（1824年），杜马才纠正了这一错误。消化过程的化学理论 斯帕兰扎尼最有趣的研究之一，便是那些旨在证明胃中的消化过程其实是一种化学反应的实验。在这方面，他正如雷内·雷欧米尔所尝试做的那样，证明了消化过程可以在胃壁之外作为普通的化学反应来发生，而胃液则起到了关键作用。

用于进行实验的试剂。关于胃究竟是起研磨作用还是仅作为化学反应的场所这一问题，早已由雷欧米尔给出解答，不再存在争议。雷欧米尔通过实验证明：如果将需要消化的物质与胃的蠕动隔离开来，仅让其接触胃液，那么消化过程仍会以相同的方式并在相同的时间内发生。他通过将待消化物质放入管子中再将其送入胃中，从而确保胃液能够自由作用于这些物质，而不会受到胃部运动的干扰。

在完成这些实验后，他试图证明消化过程不仅可以在体内发生，也可以在体外发生——因为如果这确实是一种纯粹的化学过程的话，那它当然也应该能在体外进行。他收集了大量的胃液，将其置于装有碾碎的谷物或肉类的容器中，然后将混合液保持在接近体温的温度下数小时。经过多次如此精心设计的实验后，雷欧米尔得出结论：“在体外，胃液在溶解或消化食物方面的作用并不比水、黏液、牛奶或其他任何无刺激性的液体更强。”(3) 为何所有这些实验都无法证明如此简单的事实，原因尚不清楚；但至少对斯帕兰扎尼来说，这些实验并不能作为定论，于是他继续对雷欧米尔的实验进行深入研究。他在经过适当加热的试管中进行实验，最终确凿地证明了：即使食物和胃液脱离了胃中的自然环境，化学反应依然会持续进行。这一观点遭到了许多生理学家的反对，其中包括约翰·亨特，但他的实验结果却是无可辩驳的。后来，亨特自己也通过对胃液在尸体上作用的进一步研究，完善了斯帕兰扎尼的实验成果。

1834年，一位学识渊博的医生撰写的一篇文章表明，斯帕兰扎尼和亨特关于胃液作用的理论并未立即被普遍接受。在谈到斯帕兰扎尼的一些实验时，他写道：“在某些实验中，为了让浸泡在胃液中的肉或谷物保持与体温相同的温度，实验者会将容器放在腋下。但这并非测定胃液在体外作用的恰当方法；因为……”

在这种情况下，生命可能对食物消化过程产生的影响便能够得到体现。与生命相关的作用机制会延伸到与机体各部分接触的物质上；而置于腋下的物质至少所处的环境与那些与活体动物无关的物质不同。不过，这位作者究竟是如何得出“雷欧米尔和斯帕兰扎尼的实验并未证明胃液在消化食物方面比水或其他无刺激性的液体具有更特殊的作用”这一结论的，实在难以理解。

约翰·亨特为这一新的消化理论做了最后的完善。正如我们所见，他起初反对斯帕兰扎尼的观点，但最终却成了化学理论的热心支持者。亨特进一步发展了斯帕兰扎尼的实验成果，证明了胃液在死亡后依然具有消化作用。多年来，解剖学家们一直对死后发现的胃部病理病变感到困惑，因为在生前并未出现任何胃部疾病的迹象。亨特正确地认为，这些病变是由胃液的作用造成的——胃液虽然无法作用于活体组织，但在死亡后会继续发挥其化学作用，从而消化产生它的胃壁。和他一贯的观察习惯一样，他将这一发现运用到实际中，用以解释某些消化现象。

以下关于死亡后胃部被消化的描述，是应英国皇家学会会长约翰·普林格尔爵士的要求由亨特撰写的。事情的经过如下：“在他面前，我正在打开他的一位病人的尸体，发现其胃部已经部分溶解，这让他觉得非常不可思议，因为此前并没有任何症状表明该病人的胃部存在问题。我便趁机向他阐述自己的观点，告诉他我长期以来一直在研究消化现象，并认为这就是能够证明胃液具有消化能力的证据之一……自然界中存在着许多力量，那些与生命力量结合在一起的动物组织是无法抵抗的——比如机械力以及大多数强效的化学溶剂。不过，生命力量使得这些组织能够抵抗发酵、消化等作用力，当然还有其他一些作用力，众所周知，当这些作用力作用于没有生命力量的物质时，就会使其完全分解。”

亨特在论文的结尾写道：“这些现象为消化原理提供了重要的启示，表明消化并非依靠机械力量，也不是胃部收缩或热量作用的结果，而是由胃壁分泌出某种物质并注入胃腔中，这种物质能够使食物发生变化，或使其转化为与血液相似的物质。这种液体的作用范围仅限于某些物质，尤其是植物界和动物界的物质；尽管这种液体能够在独立于胃的情况下发挥作用，但其存在仍依赖于胃。”(5)

呼吸的功能

有趣的是，为了证明哺乳动物那层薄薄的、近乎膜状的胃无法通过单纯的摩擦作用将摄入的食物粉碎，竟然需要通过实验来加以验证。不过，这一证明终于出现了，消化功能的基本特性问题也因此得到了解决。几乎与此同时，在另一个相关领域也取得了进展：得益于化学领域的新知识，呼吸的奥秘终于被揭开。随着该学科在本世纪后半期的发展，这个问题的解决方案也自然而然地出现了。自上个世纪的梅奥之后，就再也没有人能够大致推测出肺部的真正功能——梅奥的卓越见解却一直被忽视和遗忘。伟大的博尔哈夫认为呼吸主要是为了帮助血液循环；他的得意门生哈勒则直到1777年去世时仍相信呼吸的主要作用是产生声音。只要人们仍然认为空气只是一种简单的元素，仅在地球的生命活动中起机械性作用，那么就不可能有任何人能够理解肺部的奥秘。然而氧气的发现为解开这个谜团提供了线索，很快所有的化学家都开始检测从肺部排出的空气——普里斯特利博士一如既往地走在最前列。他在1777年进行了最初的实验，从一开始这个问题就基本得到了解决。其他实验者也在很大程度上证实了他的结果——尤其是谢勒、拉瓦锡、斯帕兰扎尼和戴维。由此可以确定，空气与肺部组织接触时确实会发生化学反应；其中有一些……

空气中的氧气消失了，而二氧化碳则被添加到吸入的空气中。研究还表明，血液与空气接触后颜色会从黑色变为红色。这些基本事实从一开始就没有争议。但究竟是哪些化学变化导致了这些现象，却一直存在争议。例如，氧气究竟是真的被吸收到了血液中，还是仅仅与血液释放出的碳结合在一起，这个问题长期存在分歧。

各方的争论者都受到自己对于相关化学问题的独特观点的影响。比如，拉瓦锡认为氧气是由金属氧与所谓的“热”元素结合而成的；普里斯特利则认为它是正电与燃素的化合物；而稍后加入争论的汉弗莱·戴维则认为氧气是光与某种物质的化合物。这类错误的观念自然使得问题更加复杂，也延缓了对呼吸过程中化学变化的全面理解。直到后来，人们才逐渐认识到，最重要的化学变化并非发生在肺部本身，而是发生在更基层的组织中。实际上，直到世纪末这个问题仍未得到明确解决。尽管如此，呼吸问题的核心已经得到了解答。此外，还有一个极为重要的发现：一种与呼吸过程极为相似的过程，不仅是所有有肺的生物所必需的，鱼类、昆虫乃至植物——简言之，所有种类的生物——也都离不开这一过程。

伊拉斯谟·达尔文与植物的生理学

在世纪末，伊拉斯谟·达尔文进行了一些关于植物呼吸的有趣实验，并将结果记录在他的《植物园》一书中，作为那首诗的注释：“当叶片在空气中呼吸时。”这些注释值得详细引用，因为它们不仅清晰地展现了当时（1799年）的生理学观点，而且在具体问题上也具有前瞻性：

“关于植物叶片在植物生命活动中的作用，存在着各种不同的观点，”达尔文写道，“有些人认为它们是用于蒸发的器官。但从黑尔斯博士的实验来看，这种观点似乎不可信。《植物静力学》，第30页。他通过剪下带有苹果的树枝并摘掉树叶，发现……”

苹果呼出的蒸汽量大约相当于两片叶子的蒸气量，而这两片叶子的表面积几乎与苹果的表面积相当；由此可见，苹果完全有资格被称为“呼吸器官”，就像叶子一样。也有人认为它们是用于排出废液的器官，但由于蔬菜呼出的蒸汽没有味道，这一观点同样不可信；此外，在大多数天气条件下，它们似乎根本不会进行呼吸或排气。

据说，人体肺部或气道的内表面积相当于整个身体的外表面积，大约为15平方英尺；在這個表面上，血液通过一层薄薄的膜与空气接触。由于与空气的接触，血液的颜色会从深红色变为鲜红色，并获得维持生命所必需的物质——没有这一奇妙的过程，我们几乎无法存活一分钟。

植物叶片与动物肺部或鳃之间的相似之处实在太多，以至于我们很难不同意它们具有类似的功能。

1. 相较于树木的树干和树枝，叶片的表面积要大得多，这似乎表明叶片是适合将植物汁液暴露在空气中的器官；不过后来我们会发现，实际上只有叶片的上表面才承担这一功能。即便如此，总体而言，叶片的表面积仍比动物肺部的表面积更大。

2. 在动物的肺部中，血液在肺动脉末端与空气接触后，颜色会从深红色变为鲜红色，而且其某些重要性质也会随之改变，之后血液会通过肺静脉返回心脏。为了展示植物叶片中的类似现象，人们在1781年6月24日进行了如下实验：将大马齿苋的带叶子和输种管的茎放入茜草的煎剂中数天，使得茎的下半部分以及最下面的两片叶子浸在溶液中。将浸过溶液的叶子用清水冲洗后，我很容易就能看到茜草的颜色沿着每片叶子的中脉蔓延开来。在叶片的上下表面，那条红色的“血管”都非常清晰可见。

在叶子的上表面，可以看到许多红色枝脉从叶心延伸至叶片的边缘；而在叶子的下表面，则只有在逆光观察时才能看到这些枝脉。在叶子的下表面，可以看到一套由分支血管构成的网络，这些血管中流淌着淡黄色的乳状液体，它们遍布整个叶面，并与位于叶中脉两侧的两条大叶脉相连，随后一起向下延伸至叶柄。用剪刀剪开其中一片叶子并借助放大镜观察，可以看到乳状液体从叶中脉两侧的叶脉中渗出，但并未看到来自叶动脉的红色液体。

“通过相同方法处理过的Picris植物的叶子，上述现象更为明显；因为这种植物의茎和叶中脉本身就带有红色，因此茜草的颜色似乎更易渗透到其叶脉的分支中，从而与两侧的乳状叶脉一起形成清晰的视觉效果。”

达尔文随后从自己的观察结果中得出了一个错误的结论：“3. 从这些实验来看，叶子的上表面似乎就是进行呼吸作用的器官，因为有色液体是通过上表面最明显的血管输送到叶片边缘的，然后在那里转变为乳状液体——也就是植物的‘血液’，之后再通过下表面的叶脉返回。用剪刀剪开叶子时可以看到这些叶脉有液体渗出，而在Picris植物中，这一现象使得叶子的下表面比上表面更加洁白。”但实际上，正如后来的一些研究所示，叶子上分布着最多气孔的正是下表面。从这一后来的知识角度来看，继续跟随达尔文的思路，进一步说明将正确观察与错误推断结合在一起的可能性，是很有意义的。“4. 由于叶子的上表面是进行呼吸作用的器官，汁液会透过薄薄的膜暴露在空气中，因此许多植物的上表面都具有很强的拒湿性，比如卷心菜的叶子，雨滴会停留在其表面而不会与其接触，这一点已被相关学者所观察到。”

梅尔维尔在《文学与哲学随笔：爱丁堡版》中提到，这些叶片看起来就像水银球。因此，当它们的上表面暴露在空气中时，很快就会枯萎；而如果将下表面朝上放在水中，则可以保持绿色数天，正如博内先生在《叶子的用途》一书中所做的实验所显示的那样。正因如此，一些水生植物，如睡莲，其下表面会浮在水面上，而上表面则能保持干燥。

“5. 那些拥有许多气孔或呼吸孔的昆虫，比如黄蜂和苍蝇，一旦被倒上油就会立刻窒息。我仔细地用油涂覆了几片福禄考、葡萄牙月桂以及香脂树的叶片表面，虽然油并没有完全附着在叶片上，但我发现这些叶片都在一两天内死亡了。

“还需要补充的是，许多植物的叶柄周围都有肌肉，可以用来使叶片的表面朝向空气或光线，比如含羞草和旋花属植物。从所有这些相似之处来看，毫无疑问，植物的叶片就相当于它们的肺，它们向大气中释放某种物质，同时吸收氧气，也就是生命之息。

“6. 根据这一理论，光对植物的重要作用在于帮助它们从自身释放出的水中分离出生命之息，从而便于这些气体与叶片表层下的血液结合；因为当纯净的空气被引入后，它就更容易被吸收。因此，在普里斯特利博士和英根豪斯先生的有趣实验中，有些植物净化空气的能力较弱——也就是说，它们在阳光下释放的空气较少；谢勒先生则发现，当把豌豆放入仅被水覆盖一半的容器中时，这些豌豆会将生命之息转化为固定空气，也就是二氧化碳，这一过程与动物的呼吸方式类似。

“7. 植物叶片中的血液循环方式与鱼类的非常相似。在鱼类体内，血液流经鳃后，并不像呼吸空气的动物那样返回心脏，而是由肺静脉在从鳃获取血液后会变成动脉的结构，血液在鳃中会变得更为鲜红，然后被输送到身体的其他部位。鱼类的肝脏中也存在类似的结构，因此我们可以看到，这些动物有两种独立于心脏功能的循环系统：一种是从鳃静脉的末端开始，穿过肌肉；另一种则是通过……”

肝脏；这两者都是通过各自的动脉和静脉来输送养分的。(6)
达尔文在这里将植物与动物相类比，未免有些牵强。植物的循环系统其实并不像他所说的那样能与鱼类的循环系统相提并论。不过，自然界的表面多样性背后其实存在统一性这一重要理念，在伊拉斯谟·达尔文的著作中得到了体现；更具体地说，他对呼吸功能本质的深刻理解也得到了充分展现。

18世纪末的动物学
在18世纪末期，多种因素共同推动了探险活动的发展。更为精确的罗盘和四分仪以及计时器的发明为航海者提供了新的帮助；医学的发展则消除了此前一直威胁着航海者的坏血病；最重要的是，那个时代充满冒险精神的人们渴望在全新的领域寻求新奇事物。有些人前往极地，有些人试图找到通往印度的东北或西北航线，还有些人则去寻找传统上所说的那片虚构的南极大陆。当然，他们都没有实现最初的目标，但这些探险为人类知识库以及关于探险经历的记载增添了大量内容。

在所有这些故事中，最引人注目的莫过于那些关于在遥远地区发现的奇特生物的记载。与其它领域不同，这些叙述往往有实物作为证据，不容置疑。许多探险队带着从动植物界获得的标本归来，这让那些研究自然的学者们既惊讶又欣喜，同时也感到困惑。在几十年前的“自然历史黄金时代”，林奈的追随者们已经将已知的鱼类种类增加到约400种，鸟类增加到1000种，昆虫增加到3000种，而植物则达到了10000种。但现在，来自新地区的物种使得植物种类数量翻了一番，鱼类和鸟类的种类数量则增加了两倍，而已描述的昆虫种类则超过了20000种。显然，如此大量的新资料让分类学家们极为困惑。那些更有洞察力的人开始意识到，尽管林奈所建立的分类体系十分出色且实用，但它……

在能够妥善处理新发现的材料之前，必须先解决那些存在的问题。朱西厄在植物学领域指出了通往更为自然、依赖较少任意性分类标准的体系的道路，但动物学家们直到通过全面的解剖学研究更深入地了解所研究的生物之后，才愿意朝着这样的体系迈进。在19世纪的最后几十年里，人们开始研究各种生物个体与其在整体有机体结构中的关系，尽管已经得出了两三个重要的结论（尤其是卡斯帕·沃尔夫关于细胞是有机生命基础的观点，以及歌德关于器官变异的重要理论），但总体而言，那一时期的解剖学家们的工作还处于起步阶段，尚未取得实质性成果。比沙特关于人体基本组织的论述直到世纪末才开始出现。居维叶提出的关于器官间相互关联的理论也出自同一时期，不过这位伟大的博物学家的各项研究——这些研究最终使他成为林奈的继任者——当时还仅处于初步阶段。

五、十九世纪的解剖学与生理学
居维叶与各器官之间的关联

我们已经看到，18世纪末时，生理学研究的主要中心在意大利和英国，但当斯帕兰扎尼和亨特去世后，研究焦点便转移到了法国。当时正是极为有利的时机，因为多项科学领域的最新进展为研究动物生命的人提供了大量需要分类的新数据。由于当时有许多具备此类能力的研究者，因此进行总体性归纳也就成了一种趋势。正因如此，居维叶提出了全新的动物界分类体系，他将动物分为四大类：脊椎动物、软体动物、节肢动物和辐射对称动物。此前，拉马克已经区分出了有脊椎的动物与无脊椎的动物；而居维叶则将后者进一步划分为三个子类。这一分类法至今仍为所有动物学学生所熟知，直到最近才被取代——而且并非通过革命性的变革，而是由于对低等生物的深入研究使得更细致的分类成为必要。在那些为他的新分类体系奠定基础的比较解剖学研究中，居维叶始终关注着每个生物体内各器官之间的独特协调关系。例如，作为猫科动物的一员，它们拥有用于捕捉活物的锋利爪子，同时也有适合撕碎猎物肉体的锋利牙齿，此外还有与食草动物截然不同的胃结构。动物体内各器官之间的这种相互适应性贯穿于生物体的各个部分，这使得经验丰富的解剖学家能够通过观察某个典型器官，推断出整个动物的结构——这一特点对居维叶研究古生物学起到了极大的帮助。不过，这既无法让居维叶，也无法让其他人仅凭观察就完全重建已灭绝的动物。

并非如有人所说只是单块骨头而已，实际上，在专家手中，它所展现出的成果实在令人惊叹。“虽然对大型四足动物化石的研究，因其能给出明确的结果而比其他动物化石的研究更为令人满意，但这一过程也面临着更多、更复杂的困难，”他写道，“化石贝壳通常保存完好，保留着所有用于与自然历史博物馆中的标本或自然学家著作中所描述的标本进行比较的特征。就连鱼类的骨骼也大多保存较为完整，因此其身体整体结构在很大程度上可以被确定，至少其属种特征也是可以辨明的，因为这些特征大多来自它们的实体部分。相反，对于四足动物而言，即便能找到完整的骨骼，要确定其独特特征也极为困难，因为这些特征主要取决于它们的毛发、颜色以及其他在化石形成之前就已消失的痕迹。而且，几乎从未发现过状态接近完整的四足动物化石骨架，因为地层中通常只有零散分布的骨头，而且几乎总是破碎成碎片，这也就成了自然学家们判断这些骨头所属物种或属类的唯一依据。

“幸运的是，只要充分理解比较解剖学，我们就能克服所有这些困难。通过仔细运用其原理，我们可以了解不同种类生物体在结构上的相似之处与差异，从而几乎从任何碎片或器官中准确判断出该生物的类别。每一个有生命的个体都构成一个完整的系统，其各个部分彼此之间存在着必然的联系，通过相互作用或协同作用来实现特定的功能。因此，如果某个部分的形态发生了变化，那么同一动物的其他部分也必然会随之发生变化；这样一来，单独来看任何一个部分，都能反映出它所属的其他所有部分的情况。正如我在其他地方所指出的，如果某种动物的内脏仅适合消化新鲜肉类，那么它的颌部结构也必须适合用来捕食猎物；而它的爪子则必须具备捕捉猎物的功能。”

将其撕成碎片；用于切割和分割肉类的牙齿；用于追逐并捕获猎物的整个肢体或运动器官系统；以及用于在远处发现猎物的感觉器官。自然必定还赋予了动物的大脑足够的本能，使其能够隐藏自己并策划如何捕捉所需的猎物……“为了使动物在抓住猎物后能够将其带走，抬起头部的肌肉必须具备相应的力量，而这必然会导致与这些肌肉相连的椎骨以及肌肉附着的枕骨呈现出特定的形态。为了使食肉动物的牙齿能够切割肉类，它们必须足够锋利，其锋利程度取决于需要切割的肉量的多少。同时，这些牙齿的牙根也必须足够坚固，以应对需要折断的骨骼的数量和大小。所有这些因素都必然会影响那些参与控制下颌运动的各个部位的发育与形态……”通过这些观察不难看出，对于食肉动物的四肢而言，同样可以得出类似的结论：它们的结构必须适合快速移动；而构成躯干的椎骨及其他骨骼的形态与连接方式也必须适合灵活地向各个方向移动。鼻骨、眼眶骨和耳骨也需要特定的形态与结构，才能让嗅觉、视觉和听觉功能更加完善，而这些功能对捕食动物来说至关重要。简而言之，牙齿的形状与结构决定了髁骨、肩胛骨和爪子的形态，就如同曲线的方程决定了曲线的所有其他性质一样；正如对于任何一条曲线来说，只要将每一项性质作为相应方程的基础，就可以确定该曲线的所有性质，同样地，通过研究爪子、肩胛骨、髁骨、四肢骨骼等，我们就能了解与之相对应的牙齿的特征；反之，我们也可以根据牙齿来推断出其他骨骼的形态。因此，只要仔细研究某一块骨骼的构造，那些熟悉有机结构规律的人就能大致重建出该骨骼所属的整个动物。(1)

我们早已指出，没有人能够真正实现上句中所描述的那种超自然能力；但对于那些极为重视这一原理、并且让这一原理发挥了巨大作用的人来说，这种夸张的说法也是可以理解的。当然，从总体上看，这一原理其实是从人们开始学习解剖学时就已经熟悉的，但居维叶所提出的“协调法则”的完整表述此前从未被明确阐述过；尽管它看似显而易见，但居维叶在19世纪初期出版的那部比较解剖学经典著作的引言中对它的阐述仍堪称一项重大发现。这类概括性结论往往能成为其他发现的指引。

比沙与身体组织
关于动物身体的另一项概括性结论也是如此，这位才华横溢的法国年轻医生玛丽·弗朗索瓦·比沙指出：包括人类在内的所有脊椎动物实际上拥有两套完全不同的器官——一套受意志控制，用于运动；另一套则不受意志控制，负责消化、吸收等“生命过程”。他将这两套器官分别称为动物系统与有机系统。这种划分其实并非全新概念，蒙彼利埃大学生理学教授格里莫早先也曾将功能分为“内部或消化功能”与“外部或运动功能”；但正是比沙的阐述使得这一观念得到了广泛认可。

更为重要的是，比沙在上一世纪初出版的解剖学著作中提出了另一种分类方法。他将所有动物结构划分为他所谓的“组织”，并指出体内实际上只有几种这样的组织，它们共同构成了各种不同的器官。因此，肌肉器官属于一种组织，膜状器官属于另一种，腺体器官又属于第三种，血管系统则属于第四种，以此类推。这种区分如此明显，以至于很难想象早期的解剖学家会忽视它；但实际上，它之所以显得明显，只是因为如今人们已经熟悉了它近一个世纪的时间而已。此前，人们从未对它有过这样的认识。

在比沙特之前，虽然已有相关的表述，但据说比沙特本人其实很大程度上得益于他的导师德索以及著名的精神病学专家皮内尔。无论如何，可以肯定的是，此后所有的解剖学家都认为比沙特对各种组织的分类对于研究动物功能具有极高的价值。后续的研究表明，各种组织之间的区别并不像比沙特所认为的那样根本性，但这并不影响这一著名分类的实际价值。

从这种对组织的科学分类出发，再进一步对影响这些组织的疾病进行类似分类，这便是将医学推向精确科学领域的重要一步。这一领域完全吸引了比沙特，他满怀热情地宣称：“只要消除一些发热和神经问题，其余的一切都属于病理解剖学的范畴。”正是这种热情带来了卓越的成果。比沙特将理论付诸实践，他认为只有通过仔细观察床边的症状，而在疾病致命时则通过尸检，才能真正了解疾病。他如此努力地追求知识，以至于在不到六个月的时间内就进行了六百多次尸检——这一纪录至今仍鲜有人能超越。他的努力也并非徒劳，一个例子便足以说明问题。通过研究，他证明了那些过去被归类为“肺炎”的胸部疾病实际上可能涉及三种不同的结构：覆盖肺部的胸膜囊、肺部本身以及支气管；这些器官对应的疾病分别被称为胸膜炎、肺炎和支气管炎，它们在预后和治疗方面各不相同。如此精确的分类所带来的好处自然无需多言。

李斯特与更先进的显微镜

就在人们进行这些宏观层面的区分的同时，还有其他研究者试图借助显微镜更深入地探究动物机体的复杂结构。然而，这项工作面临着极大的光学难题，很长一段时间内，前人取得的进展甚微。有两个重大的光学障碍，从技术上来说分别是球面像差……

色差——一种是由于光线通过透镜聚焦时无法全部落在同一平面上而产生的，另一种则是由于透镜的色散作用将白光分解为各种颜色而产生的——给显微镜用透镜的制造者带来了巨大挑战，似乎几乎无法解决。的确，上个世纪多兰德已经通过将冕玻璃透镜与燧石玻璃透镜结合在一起，成功制造出了用于望远镜的消色差透镜，因为这两种材料的折射率和色散率不同。但是，除了在制造用于显微镜的极小尺寸透镜时会出现的机械难题之外，为了获得足够的照明以便实现高放大倍率，还需要使用较宽的光束，这又带来了新的问题。为了解决这些难题，当时最杰出的物理学家们纷纷为最优秀的光学专家提供帮助。早在本世纪初，著名的苏格兰物理学家布鲁斯特博士（后来成为爵士）就提出，使用折射率高且色散率低的宝石来代替玻璃透镜可能会带来一些优势。于是人们开始用钻石、蓝宝石等材料制作透镜，并取得了一定的成功。但在1812年，威廉·海德·沃拉斯顿博士提出了一个更为重要的创新方案。他是英国最伟大、最多才多艺的自然科学哲学家之一，自卡文迪许去世后，更是最为特立独行的那位。他建议使用两个相距一定距离的平凸透镜，来替代通常使用的单个双凸透镜。这种组合大大解决了球面像差的问题，因此很快便被称为“沃拉斯顿双透镜”。为避免因增加反射表面而导致光损失，布鲁斯特博士建议在两个透镜之间的空隙中填充与透镜本身折射率相同的胶粘剂——这一改进带来了显著的好处。沃拉斯顿博士本人则进一步做出了更重要的改进：他引入了光圈，将视野限制在两个透镜之间，而非前透镜前方。沃拉斯顿博士将配备这种光圈的透镜称为潜望式显微镜。布鲁斯特博士还提出，在这样的透镜中，如果在厚透镜或球形透镜上磨出一条赤道槽并填入相应物质，就能更轻松地实现同样的观测效果。

这是一种不透明的水泥。这种设计深受人们喜爱，后来被称为“科丁顿透镜”，不过科丁顿先生并未声称自己是该透镜的发明者。当时另一位伟大的物理学家约翰·赫歇尔也致力于改进显微镜的问题，1821年他发明了所谓的消球差透镜组合，顾名思义，这种组合能够大幅消除球面像差。人们认为，将这种赫歇尔消球差透镜组合用作目镜，再配合沃拉斯顿双透镜作为物镜，就能让复合显微镜达到近乎完美的程度。但实际上，尽管这种显微镜无疑比之前的任何型号都要优秀，但其缺陷仍然很多，因此在实际使用中，像双透镜显微镜或科丁顿透镜显微镜这样的简单型显微镜反而更受欢迎。许多光学专家甚至对能否制造出令人满意的折射式复合显微镜感到绝望，其中一些人重新考虑了艾萨克·牛顿关于反射式显微镜的建议。尤其是摩德纳的著名数学家兼实用光学专家乔瓦尼·巴蒂斯塔·阿米奇，他成功制造出了据说优于当时所有复合显微镜的反射式显微镜，不过随后发生的一些事情使得它仅具有历史价值而已。幸运的是，还有其他人没有放弃折射式显微镜的发展可能性，他们的努力很快便取得了连前人都不敢想象的成就。而真正为使复合显微镜从科学玩具变成实用工具做出关键贡献的人，是英国业余光学师约瑟夫·杰克逊·利斯特。他结合数学知识与机械创新技巧，并在著名光学师图利的帮助下，设计了各种公式，用于将冕玻璃透镜与燧石玻璃透镜组合在一起，通过适当调整使一种透镜的折射误差得到纠正或补偿，从而制造出具有前所未有的高分辨率的透镜——这类透镜能够呈现高度放大的图像，同时几乎不存在那些一直以来都会妨碍对放大结构进行准确观察的畸变和色边现象。

利斯特在1824年便开始了对透镜的研究，但直到1830年他才向皇家学会提交了一篇阐述自己理论与实验结果的著名论文。此后不久，那些长期从事类似研究的欧洲光学学家们也加入了这一研究领域，他们所提出的理论，尤其是阿米奇的理论，让全世界的显微镜学家们注意到了这种改进型的复合显微镜。只需简单试用一次，经验丰富的观察者们就能意识到：他们手中已经出现了一种全新的科学研究工具，这使他们更接近于观察那些构成生命现象基础的各种微观物理过程。对于生理学家而言，这种复合显微镜的完善意义，就如同15世纪地理学家发现美洲一样——它预示着将带来无数全新的发现。而这一承诺也很快得到了实现。事实上，当时在微观解剖学领域所取得的发现数量之多、重要性之高，以至于可以说组织学正是从这一时期开始成为一门独立的科学。此前，自从放大镜被发明以来，虽然偶尔会有像列文虎克或马尔皮基那样具有非凡洞察力、且推测能力出众的人为了解有机组织的微观结构做出重要贡献，但现在，即便是初学者也能轻易地验证或反驳这些先驱者的艰难观测结果，而经验丰富的观察者则可以轻松突破以往无法逾越的视觉障碍。因此，19世纪40年代的生理学家们自然而然地热衷于探索显微镜带来的新领域，就如同如今的科学家们热衷于探索X射线领域一样。利斯特本人也积极利用自己所完善的显微镜进行研究，取得了许多重要发现，其中最著名的便是最终解决了关于人类血液中红细胞真实形态的长期争议问题。实际上，正如如今大家所知道的那样，红细胞是双凹圆盘状，但由于其特殊的形状，通过质量较差的透镜观察时很容易对其外观产生误解。尽管托马斯·杨博士及其他一些观察者已经非常接近真相，但仍未达成一致意见。

只有在有了更精密的显微镜之后，才有可能对这类微小结构有更深入的了解。这些血细胞的大小极其微小，每立方毫米的血液中就有大约五百万个这样的细胞，不过它们都是独立的颗粒，可以说每个细胞都有其独特的特性。当然，从最早的透镜出现之时起，显微镜学家们就已经知道这一点了。也有不少观察者注意到，某些固体组织似乎具有颗粒状的结构，仿佛它们在本质上也是由各种颗粒构成的。随着越来越先进的透镜被发明出来，这一观点逐渐得到更多人的认可，尽管有一段时间没人能完全理解它的意义。对于植物组织而言，那些被膜包裹着的微小颗粒——即细胞——是构成植物结构的最基本单位，这一事实早已为人所知。但人们原以为动物组织的结构与此截然不同：植物的基本颗粒在某种程度上被视为构成整个植物的独立个体，而动物的基本组成部分则并非如此被看待。

1833年，英国显微镜学家罗伯特·布朗通过对兰花表皮的显微观察，进一步了解了植物基本颗粒的性质。他在细胞中发现了“不透明的斑点”，并将其命名为细胞核。毫无疑问，其他观察者也曾经见过同样的“斑点”，但布朗是第一个将其视为植物细胞的组成部分并为其命名的人。“在结束我对兰科植物的观察时，”布朗说道，“我想要简要介绍一下与细胞组织相关的一些结构特征。在这一类植物的大部分表皮细胞中，尤其是那些具有膜质叶子的植物，都可以看到一个圆形的斑点，其透明度通常略低于细胞膜。这个斑点或多或少呈颗粒状，略微凸起，虽然看起来位于细胞表面，但实际上它被细胞的外层膜所覆盖。它在细胞中的位置并不固定，不过往往位于细胞中心或接近中心的位置。”

由于每个细胞中只有一个乳突，而且当它存在于表皮的普通细胞中时，在皮脂腺或气孔中也能看到它，而这些结构中的乳突总是成对出现的——位于结构的两侧各一个——因此很有可能在所有情况下，皮脂腺都是由两种特殊形态的细胞构成的，而它们的连接线则相当于该结构或孔道的纵轴。

这种乳突，或者可以称之为细胞的核，並不局限于表皮，它不仅存在于表面的毛状结构中，尤其是在那些具有分节的植物中，如兜兰属植物；在许多情况下，它也存在于组织的实质细胞或内部细胞中，尤其是那些没有颗粒物质沉积的细胞中。

在表皮中那些被压扁的细胞里，细胞核也会相应地变平；但在内部组织中，细胞核往往接近球形，或多或少牢固地附着在细胞壁之一上，并突出到细胞腔内。在这种状态下，它经常出现在花柱的组织以及花被的组织中。

在柱头的组织中也能看到细胞核，由于柱头小室的压缩作用，其形态介于两者之间——既不像表皮中的那样扁平，也不像花柱内部组织中的那样凸起。

在此我要指出，我了解过一个看似例外的情况，即并非每个小室或细胞中都只有一个细胞核——那就是在Bletia Tankervilliae这种植物中。在这种植物的柱头小室中，我通常能发现第二个乳突，它位于表面，且由比普通细胞核大得多的颗粒构成；而普通细胞核则是由非常微小的颗粒组成，似乎位于较深的位置。

鲍尔先生描述了Bletia属植物在授精之前以及他认为的授精之后的柱头组织状况；在授精后的状态下，这些小室上会有1到3个外观相似的乳突。

甚至可以认为，这一科植物的花粉中也存在细胞核。在花粉形成的早期阶段，至少可以在单个花粉粒中看到10个微小的乳突，而在复合花粉粒的各个组成部分中也能看到这样的乳突。不过，这些乳突或许更应该被视为花粉管生成的位置而已。

“这种细胞核并不仅存在于兰科植物中，许多其他单子叶植物科中也同样存在；我甚至在少数情况下在双子叶植物的表皮中发现了它。不过，在这一主要分类群中，它或许只存在于花粉发育的早期阶段。在单子叶植物中，这种结构最为显著的科包括百合科、日中花科、鸢尾科和鸭跖草科。”

“在属于最后提到的这一科的某些植物中，尤其是Tradascantia virginica以及几个与之近缘的物种中，这种结构极为明显——它并非存在于表皮或花丝的毛状结构中，而是存在于柱头的组织中、未受精前的胚珠细胞中，以及花粉粒形成的各个阶段中。在Tradascantia virginica中，花粉粒的发育过程尤为显著。”

“迄今为止，我在植物学家的著作中看到的关于这种细胞核或称‘光环’存在的少量记载，主要见于Meyen和Purkinje的最新著作中的某些表皮结构图，以及Adolphe Broigniart关于叶片结构的论文中。不过，人们似乎并不重视这一结构，因此在描述相关图示时也并不总是提及它。不过，Bauer也在Bletia Tankervilliae的柱头囊结构图中描绘了这一结构，并特别指出它只有在受精之后才能被观察到。”(2)

施莱登与施万与细胞理论

布朗本人以及著名的德国学者Meyen都意识到，这一新发现的结构在细胞功能中必定起着重要作用。Meyen在随后出版的《植物生理学》一书中对这一结构进行了探讨。而真正让这一结构受到广泛关注、并强调其在细胞功能中的关键作用的，则是耶拿大学植物学教授M. J. 施莱登。施莱登坦承自己最初是从布朗那里了解到细胞核的存在，但他很快便将对该结构的研究推进到了比发现者更深入的程度。他认为细胞核才是细胞中最重要的部分，因为正是它作为初始结构，其他细胞组成部分都是由其发展而来的。因此他将它命名为“细胞原基”。他在1838年发表于《穆勒档案》上的一篇具有里程碑意义的论文《关于植物发生的思考》中阐述了自己的观点。

这篇论文本身就具有很高的价值。不过，施莱登关于细胞核的发现中最重要的成果，并非源自他自己的研究，而是来自他的一位朋友——在相关发现发表的前一年，他曾将自己的发现告诉了这位朋友。这位朋友就是鲁汶大学的生理学教授西奥多·施万。当施莱登将这些发现告知施万时，后者正在为动物组织学中的某些难以解释的细节而苦恼。他的导师约翰内斯·穆勒曾指出，脊索（脊柱发育的胚胎结构）中的某些细胞与植物细胞有着惊人的相似性；而施万本人也在蝌蚪的鳃软骨中发现了类似的特征。此外，弗里德里希·亨勒的研究也表明，构成动物表皮的颗粒具有很强的细胞状特征。事实上，某些动物组织的细胞状特性早已成为微观解剖学研究者的共识。施万认为这种相似性不可能是巧合，但在施莱登向他指出细胞核的重要性之前，他仍未找到进一步的线索。于是他立刻推断：如果真如他所怀疑的那样，植物组织与动物组织之间存在对应关系，而且如果细胞核在植物细胞中确实如此重要，那么在动物组织的最基本构成单元中也应该存在细胞核。施万的研究很快便证明了这一假设的正确性。通过显微镜对动物组织进行更仔细的研究后，尤其是在胚胎组织中，人们发现确实存在着施莱登所描述的那种“不透明斑点”——它们实际上构成了该组织结构中极为典型的特征。这些细胞核以相对规律的间隔分布，这表明它们存在于组织的特定区域中，正如施莱登在研究植物时所发现的那样；在某些情况下，分隔这些类似细胞的区域的壁甚至是可以被看到的。在胚胎组织中尤其如此，通过对这些组织的进一步研究，施万确信自己的最初推测是正确的——所有动物组织在形成初期都是由类似于植物组织中最基本构成单元的颗粒构成的，简而言之，也就是植物学家们所说的细胞。采用这一名称后，施万提出了后来广为人知的细胞理论，该理论被命名为《显微镜研究》。

关于动植物在结构与生长方面的相似性。他的工作进展如此迅速，以至于这本书在1839年便已出版，距离施莱登的论文发表仅过了几个月而已。正如书名所示，施万的核心理念是统一植物组织与动物组织。他认为所有植物组织都以细胞结构为基础，因此动物组织也是如此；各种看似不同的纤维其实不过是最初简单细胞的变异与发展罢了。所谓细胞，施万与施莱登一样，指的是通常意义上的那种四周有壁包围的空腔结构。他认为空间中所有组织的最终构成单元其实就是这样的微小空腔，其中最重要的部分就是细胞壁以及其中的细胞核。他确实知道细胞内可能含有液体，但他认为这些液体的重要性相对低于细胞壁本身。不过，细胞核则不同——它被认为位于细胞壁内侧，最初还负责形成细胞壁。随后，细胞壁可能会快速生长，从而与内部物质分离，形成空泡或真正的细胞；但只要细胞核还存在，它就会继续与细胞壁保持接触。施莱登甚至认为细胞核是细胞壁的组成部分，有时会处于细胞壁两层结构之间，而施万也似乎赞同这一观点。不过施万认为，在成熟的细胞中，细胞核会失去功能并消失。关于植物组织与动物组织在发育上的相似性，以及两者最终构成单元的细胞本质这一核心论点，有着大量经过精心收集的证据作为支撑，许多显微镜学家也立即对此予以确认，因此施万的研究几乎从发表那一刻起就成为了经典之作。当然，也有其他研究者对施万声称自己首先发现这一理论提出了质疑，尤其是英国的显微镜学家瓦伦丁，他颇有道理地声称自己也在沿着相同的思路进行研究。实际上，还有许多其他人也持有类似观点，比如亨勒、特平、杜莫蒂埃、普尔金耶和穆勒，施万本人也曾引用过他们的工作成果。此外，还有一些生理学家早在这些人之前就预见了细胞理论——最著名的是上世纪末的卡斯帕·弗里德里希·沃尔夫，以及大约在1807年的特雷维拉努斯。不过，正如我们所看到的那样……

在许多其他科学领域中，预见到某种发现是一回事，而将其充分展现并使其成为其他发现的起点则是另一回事。当施万明确提出“无论生物体有多么不同，其基本组成部分都遵循同一条普遍的发育规律，而这条规律就是细胞的形成”这一观点时，他实际上提出了一种完全崭新的理论，也为显微镜学家们开辟了新的研究领域。生理学发展史上一个极为重要的时期，正是从1839年他的著作出版开始的。

施万选择从胚胎组织入手来验证自己的理论，这无疑在很大程度上得益于伟大的俄罗斯学者卡尔·恩斯特·冯·贝尔的影响。大约十年前，冯·贝尔就已经发表了其关于胚胎学的著名著作的第一部分，由于德国的约翰内斯·穆勒以及英国的威廉·B·卡彭特等人的大力推广，再加上改进后的显微镜使得微观解剖学得以普及，冯·贝尔的理论迅速得到了认可。施万的研究表明，研究动物细胞的最佳场所就在胚胎组织中，于是许多研究者开始进入这一领域。他们的观察结果基本上证实了施万关于细胞具有普遍性的观点。此前人们认为动物组织只是通过血管中的物质沉积而生长，这一观念已被摒弃；而施万所主张的动物细胞具有类似植物细胞的生长方式这一观点也得到了普遍认同。不过，这两类细胞之间的相似程度究竟有多大，当时还并未被人们完全理解。

事实上，由于构成植物细胞壁的物质与动物细胞的细胞膜有着显著差异，只要人们仍将细胞壁视为细胞结构中最关键的部分，那么这两类细胞之间的差异似乎就会显得非常明显。一段时间内，这一直是人们普遍接受的观点。但随着时间的推移，越来越多的研究者开始关注细胞内部的特殊特性，并开始思考这些特性是否比原先认为的更为重要。尤其是图宾根大学的植物学教授雨果·冯·莫尔，在对植物细胞进行深入研究后，对其独特的结构特征留下了深刻印象。

他观察到细胞内存在“一种不透明、黏稠的液体，其中混有各种颗粒”，这种物质构成了细胞的主要成分。尤其令他印象深刻的是，在某些条件下可以观察到这种物质正在活跃地运动，其各部分会分离成丝状流。冯·莫尔指出，早在1774年，博纳文图拉·科蒂就已经观察到了细胞内容物的这种运动现象，1807年特雷维拉努斯也再次发现了这一现象；不过这些研究者用“细胞汁液旋转”这一极其不恰当的名称来描述这一现象。冯·莫尔意识到，这种流动的物质与细胞汁液截然不同。他断言细胞的细胞核位于这种物质之中，而非像施莱登所认为的那样附着在细胞壁上。他还发现叶绿体颗粒以及细胞内的其他所有物质都与这种“不透明、黏稠的液体”融为一体。1846年，他深刻认识到这种普遍存在于细胞中的物质的重要性，于是将其命名为原生质。不过他这么做并非有意将细胞壁置于从属地位。1844年，佩恩证明，无论是高等植物还是低等植物的细胞壁，其主要成分都是纤维素，这一事实进一步强化了细胞壁作为真正关键结构的观点，而原生质内容物则只是次要成分而已。然而与此同时，研究动物组织的学者们越来越觉得，在他们所研究的组织中，细胞内容物似乎比细胞壁更为重要。他们也发现细胞内充满了能够运动的黏稠液体。杜雅尔丹将这种液体命名为肌质。后来，通过科利克、纳格利、比肖夫等人的研究，人们发现有许多低等动物似乎仅由这种肌质构成，完全没有细胞壁。在某些高等生物的细胞中，比如血细胞，情况似乎也是如此。尤其是那些会因肌质的流动而改变形状并随之移动的细胞，显然不存在细胞壁，或者即便存在，其作用也微不足道。因此，组织学家们开始质疑：究竟是细胞内容物而非细胞壁才是真正的关键结构？越来越多的观察结果最终使得人们无法再否认这一观点。

人们得出了确实如此的结论。但由于注意力集中在细胞内容物上，人们很快便发现，植物与动物中的最基本粒子之间的相似度其实比原先设想的要高得多。既然纤维素和动物膜被视为更多的副产品，那么人们也就更容易认识到：植物原生质与动物肌质在外观及一般性质上有着惊人的相似性。观察得越仔细，这种相似性就越明显；最终，在1860年左右，海因里希·德·巴里和马克斯·舒尔茨证明了两者在本质上是完全相同的。更早之前，雷马克就已经得出了类似的结论，并将冯·莫尔的“原生质”一词用于描述动物细胞的内容物，而这一用法很快便被普遍接受。从那时起，原生质在生理学领域中占据了极其重要的地位，它被视为所有生物——无论是植物还是动物——的“生命物质基础”。这实际上是对施万关于动植物发育具有相似性的学说的逻辑延伸与完善。然而与此同时，施万所定义的“细胞”概念实际上已被摒弃。诚然，“细胞”这个词仍然被保留下来，但它不再指那种微小的空腔；按照舒尔泽的定义，它现在指的是“具有生命特征的一小团原生质”。正如我们将会看到的那样，这一定义后来又经历了进一步的修改；但将原生质团视为最基本的构成结构、且它可能拥有也可能没有保护性外层的观念，则成为了生理学知识中永久性的组成部分。早期的观点实际上认为卵壳才是鸡蛋中最重要的部分；而这一发展后的观点则赋予了卵黄其应有的地位。在另一个重要方面，施莱登和施万的理论也发生了变化，那就是关于细胞起源的问题。施万认为细胞的生长是一种结晶过程，始于在细胞间物质——即施莱登所称的细胞质基中——某个颗粒周围形成细胞核。但早在1835年，冯·莫尔就指出新的植物细胞是通过现有细胞的分裂产生的。当时另一位权威学者埃伦伯格则认为并不存在这样的分裂现象，当施莱登提出在母细胞内部存在所谓的独立细胞形成现象时，这一问题仍然存在争议，这一发现长时间地使人们的注意力从冯·莫尔所描述的细胞分裂过程上转移开了。各种……

在接下来的几年里，许多学者提出了关于细胞形成的各种理论。尽管冯·莫尔一再主张新细胞的形成其实只有两种方式——即“首先通过老细胞的分裂；其次通过在细胞腔内形成新的细胞”——但这些理论依然得到了广泛认可。不过，随着昂格、纳格利、科利克、赖夏特和雷马克等严谨学者的研究，人们逐渐开始认同冯·莫尔的观点，即细胞只能由细胞产生。最终，鲁道夫·维尔肖在1860年左右证明了这一观点。他提出的“一切细胞都源自细胞”这一论断从此成为生理学领域公认的原理之一。不久之后，弗莱明提出了“一切细胞核都源自细胞核”的观点，更为精确的观察方法进一步表明，在新细胞形成之前，首先发生变化的总是细胞核这一核心结构。这样，细胞核又重新获得了施万和施莱登曾经赋予它的地位，只不过其意义已发生了巨大变化。细胞核不再被视为从非细胞物质中新生出来的结构，完成细胞形成功能后就会消失；相反，它被看作是每个细胞的中心且永恒存在的组成部分，只要细胞存活，细胞核就不会被破坏。细胞核本身是由先前存在的细胞核分裂产生的，同时它又通过自身物质的分裂为其他世代的细胞核提供母体。“细胞”这一概念最终被定义为“具有细胞核的少量原生质团”。在经过不断完善后的细胞理论体系中，我们可以清楚地看到：无论是动物还是植物，所有的生物体都不过是由带细胞核的细胞构成的集合体，而这些细胞在每一个个体中都是卵子中那个原始细胞的直接后代。在高等生物的成熟个体中，不同世代的细胞在形态和功能上呈现出极大的多样性，各种特殊功能主要由特定的细胞群承担；但从始至终，没有任何一种功能是那些最原始的细胞所不具备的，无论这些细胞多么孤立。再怎么特化的细胞，也永远不会完全丧失其任何原始功能或能力。因此，正确理解的话，整个生理学实际上就是对细胞活动的研究；而细胞理论的发展则成为了生物学领域的核心内容。

19世纪生理学中的概括性理论。关于这一理论的后续发展，我们将在另一章节中探讨。
动物化学
就在显微镜为细胞理论的诞生铺平道路的同时，另一批研究者也在探索有关生物体的新方法。此时出现了两大生理化学流派：一派以德国的李比希和沃勒为首，另一派则由法国的让·巴蒂斯特·杜马领导。李比希曾考虑过从事医学研究，而杜马则在日内瓦与普雷沃斯特一起在纯生理学领域取得了卓越成就，之后才将注意力转向化学领域。因此，这两位大师以及沃勒都对与生物组织功能相关的化学现象产生了浓厚兴趣；正是在他们的努力以及其追随者的辛勤工作下，那种“生命过程受独特规律支配”的观念才被摒弃，生理学也被纳入化学家的研究范畴。也就是说，当显微镜揭示出细胞是生物体中最基本的结构时，化学家们也已明白，生物体的各种功能实际上都是化学变化的表现——简而言之，每个细胞都相当于一个微型化学实验室。正是解剖学家与化学家这种结合起来的视角，以及这两种原本相互独立的学科力量的融合，使得19世纪中叶人们能够深入探索那些尚未被研究的生理学领域。
最早被重新研究并得到解答的问题之一，就是长期存在的食物消化问题。上个世纪时，斯帕兰扎尼和亨特已经表明，消化在某种程度上就是食物的分解过程；但直到1824年普鲁特发现胃液中存在盐酸之后，这一领域才有所进展。十年后，斯普罗特和博伊德发现了胃黏膜中存在的特殊腺体；而卡尼亚尔·拉图尔和施万则各自独立地发现，胃液中起关键作用的物质是一种名为胃蛋白酶的化合物，施万还证明这种物质在盐酸存在的情况下仍具有活性。

几乎在同一时间，1836年，普尔金耶和帕本海姆发现，除了胃之外，还有另一个器官——胰腺——也参与消化过程。在接下来的十年里，通过埃伯勒、瓦伦丁以及克劳德·贝尔纳的努力，人们逐渐认识到胰腺在淀粉类和脂肪类食物的消化过程中起着至关重要的作用。同时人们还发现，肝脏和肠道腺体也在为食物的吸收做准备方面发挥着重要作用，唾液同样如此——简而言之，要消化所有进入胃中的普通食物，就需要多种因素的协同作用。化学家们很快发现，每种重要的消化液中都至少含有一种与胃蛋白酶有相似之处的物质，只不过它们作用于不同种类的食物。这些消化物质的共同特点是：它们都能在相对大量的被消化物质作用下仍保持自身不变，甚至不会发生任何变化。由于这一奇特特性，胃蛋白酶及其类似物质被称为发酵剂，但后来人们习惯将它们与酵母这类有机发酵剂区分开来，称之为酶。这些酶的提取以及对其作用机制的了解，为解开消化之谜迈出了重要一步，不过必须指出的是，对于它们这种奇特活性的真正本质，我们仍然知之甚少。从整体上看，消化器官可以被视为外界与生物体内细胞之间的通道。另一个同样重要的通道则是肺，而在生理化学重新兴起之际，关于肺的具体工作原理也存在很多不明之处。普里斯特利和拉瓦锡时代的化学家们已经弄清了呼吸过程中会消耗氧气并释放二氧化碳，但当时仍有一种错误观念，认为燃料的燃烧实际上发生在肺部，而二氧化碳正是这种燃烧的主要产物。然而，随着人们对细胞重要性的认识不断提高，这种错误观念再也站不住脚了。早在1842年，李比希在研究动物热量时就确信，燃料的实际燃烧并非发生在肺部，而是发生在肺部所连接的那些组织中。他在拉瓦锡的理论基础上进行了修改和补充，并坚持自己的观点，尽管遭到了反对。

他最终证明了，动物体热的来源实际上就是通过胃和肺吸收的燃料被消耗所产生的。他指出，所有的生命活动其实都是能量释放的结果，而这些能量正是通过各种分解反应产生的，从广义上讲，也就是生物体中最微小的细胞中的燃烧反应。以下是他的论点：

李比希关于动物体热的观点：
“无论在夏季还是冬季，进入体内的氧气都会以相同的形式被排出体外；因此，在寒冷的天气或气压较高的时候，我们呼出的碳元素会比在温暖天气时更多。相应地，我们在食物中也需要摄入更多或更少的碳元素：在瑞典，这一比例高于西西里岛；而在气候较为温和的地区，冬季所需的碳元素量则是夏季的八倍之多。
“即使在寒冷和温暖的地区摄入相同重量的食物，大自然也以巧妙的方式使得不同气候条件下的食物所含碳元素的比例存在巨大差异。南方人喜爱的水果，其新鲜状态下的碳元素含量不超过12%，而北极地区居民所食用的鲸脂和鱼油则含有66%到80%的碳元素。
“在温暖的气候条件下，人们很容易做到饮食有度，能够在赤道地区长时间忍受饥饿；但在寒冷环境中，饥饿与寒冷相结合会很快耗尽人体的能量。
“食物中的各种成分与通过血液循环输送到身体各处的氧气之间的相互作用，才是动物体热的来源。
“所有依赖氧气来维持生命的生物，其体内都存在着一种独立于周围环境之外的热源。
“这一规律适用于所有动物，同时也适用于种子的发芽、植物的开花以及果实的成熟过程。只有那些能够获得动脉血以及其中所含氧气的身体部位，才会产生热量。毛发、羊毛或羽毛则不会产生高温。这种动物体内的高温，或者可以说是一种热量的释放，是均匀分布的。”

无论在何种情况下，这都是可燃物质与氧气结合后的结果。无论碳以何种方式与氧气结合，这一过程都必然会释放热量。无论结合速度是快还是慢，温度是高还是低，释放的热量都是恒定的。食物中的碳在体内转化为碳酸时，所释放的热量与它在空气或氧气中直接燃烧时释放的热量完全相同；唯一的区别在于热量的释放时间不同。在氧气中，燃烧速度更快，热量也更强烈；而在空气中，燃烧速度较慢，温度也不那么高，但持续时间更长。

显然，随着呼吸过程中进入体内的氧气量变化，释放的热量也会随之增加或减少。那些呼吸频率较高、因此消耗大量氧气的动物，其体温会比那些体型相同但吸入的氧气较少的动物更高。儿童的体温（102度）高于成人（99.5度）。鸟类的体温（104至105.4度）则高于四足动物（98.5至100.4度），也高于鱼类或两栖动物，后者的体温比其所处环境的温度高出3.7至2.6度。严格来说，所有动物都属于温血动物；但只有那些拥有肺部的动物，其体温才不会受周围环境的影响。

最可靠的观察结果表明，在各种气候条件下——无论是温带地区，还是赤道或极地——人类以及所谓温血动物的体温始终保持不变；然而它们生活的环境却千差万别。

动物身体也是一种发热体，它与其他发热体一样，与周围的物体之间存在一定的关系：当周围物体温度更高时，动物身体会吸收热量；而当周围物体温度更低时，动物身体则会失去热量。我们知道，物体冷却的速度会随着其与周围环境温度的差异而增加——也就是说，周围环境越冷，物体冷却所需的时间就越短。那么，在巴勒莫这样实际温度几乎与动物体温相等的地方，人体散热的情况该有多么不同啊。

在极地地区，外界温度比其他地方低70到90度。尽管热量散失如此严重，但经验表明，北极圈居民的血液温度与生活在截然不同环境中的南方人的血液温度相当。一旦理解这一现象的真正含义，就会明白：身体会以极快的速度将散失到周围环境中的热量重新吸收回来。这种补偿作用在冬季比夏季更迅速，在极地比在赤道更明显。

如前所述，不同气候条件下进入呼吸系统的氧气量会随着外界空气温度的变化而变化；由于外部冷却导致的热量散失，吸入的氧气量也会增加，因此与这些氧气结合的碳或氢的量也必须相应增加。显然，因冷却而散失的热量是通过食物中的成分与吸入的氧气之间的相互作用来补充的。用一个大家熟悉的例子来说明的话，动物身体在这方面就像一座炉子，我们需要为它提供燃料。无论食物在体内会经历怎样的变化，最终的结果都是碳转化为碳酸，其氢则转化为水；而食物中未被吸收的氮以及未被燃烧或氧化的碳则会通过排泄物排出体外。为了保持炉子内的温度恒定，我们必须根据外界温度——也就是氧气的供应量——来调整燃料的供应量。

在动物体内，食物就是燃料；有了足够的氧气供应，食物在氧化或燃烧过程中就能释放出热量。(3)

血细胞、肌肉与腺体

进一步的研究表明，从氧气在肺部被吸收到最终在各种组织中释放出来，负责输送氧气的正是红血球。人们原本以为红血球的功能仅仅是机械性地混合血液。后来发现，红血球主要由一种物质构成，这种物质由库恩在1865年首次以结晶形式分离出来，被称为血红蛋白。血红蛋白对氧气有着惊人的亲和力，它在肺部会迅速抓住氧气，而在流经身体各处的细胞时也会同样容易地释放氧气。

当红细胞携带氧气时，它会变成氧合血红蛋白，呈现红色；而当失去氧气后则变为紫色。正因如此，动脉血与静脉血的颜色才有如此大的差异，这也曾让早期的生理学家们感到困惑不已。这一发现证明了红细胞所扮演的极其重要的角色，自然也促使人们进一步研究这些微小的细胞。研究发现，在同一个体的不同生命阶段，红细胞的数量可能会发生很大变化，这说明在成年体内，红细胞既会生成也会被破坏。事实上，长期的观察表明，红细胞的生成与破坏是一个完全正常的生理过程——简而言之，每个红细胞都会像其他复杂的生物体一样经历生命周期并最终死亡。它们在骨骼的红骨髓中不断生成，然后在肝脏中被破坏，进而参与胆汁色素的形成。至于是否存在其他负责红细胞生成与破坏的场所，目前尚未有定论。组织学家们也对红细胞是否应被视为真正的细胞，还是仅仅是从真正细胞中分裂出来、用于特定功能的细胞碎片存在分歧；但无论哪种观点，都毫无疑问的是，红细胞的主要功能就是输送氧气。如果氧气要被送到需要消耗它的细胞中，那么显然这些需要消耗氧气的细胞本身也必须被送到那里。而且，就所需燃料的数量而言，最主要的组织无疑是肌肉。因此，从整体上看，消化系统和肺部是供应燃料的通道，血液和淋巴管则是运输系统，而由肌肉细胞构成的肌纤维则是燃烧燃料、将能量转化为可供机体使用的能量的场所。此外，还有排泄器官负责将废物——即灰分——排出体外。不过，大体上还有另外两组器官，从它们的体积就可以看出其在机体功能中的重要性，但在这篇概述中并未提及它们的功能。这类器官类似于腺体，比如脾脏，它们没有导管，也不产生任何可见的物质。

分泌物以及以大脑和脊髓为中枢器官的神经系统。在我们称之为生物体的这个由众多特化细胞构成的庞大结构中，这些器官系统分别承担着怎样的功能呢？至于无导管腺体，关于其功能的第一个线索是由伟大的法国科学家克劳德·伯纳德发现的。他的崇拜者们常说：“他不仅仅是一位生理学家，他本身就是生理学。”伯纳德发现了肝脏所具有的糖原生成功能。实际上，肝脏本身并非无导管腺体，但其胆汁的分泌量与其巨大的体积相比显然不成比例——尤其是考虑到在人类体内，肝脏通常包含着全身血液总量的五分之一左右。伯纳德发现，血液在流经肝脏时会发生成分变化。肝脏细胞（其特殊结构早在1838年左右就由普尔金耶、亨勒和杜特罗谢等人描述过）具有将进入体内的某些物质转化为一种名为糖原的淀粉类化合物的能力，并能储存这种物质，以供机体需要时使用。肝脏细胞的这一功能与它们制造胆汁的能力并无关联；因此，这一糖原生成功能的发现表明，一个器官可以拥有多种重要且独特的功能。不过，它最重要的意义在于为消化与最终吸收之间的那些中间过程提供了线索，而如今人们已经认识到这些过程对生物体的正常运转具有至关重要的意义。自伯纳德做出这一开创性发现以来的四十多年里，越来越多的证据表明，像肝脏所进行的那种对血液中食物成分的中间转化作用具有极其重要的意义。研究表明，胰腺、脾脏、甲状腺以及肾上腺囊也各自通过只有它们才能实现的代谢反应，对生物体的健康起着不可或缺的作用；此外，人们还推测，包括肌肉在内的其他各种组织也具备类似的代谢能力，只不过除了已知的职能之外还有其他功能而已。但由于涉及到的化学过程极为复杂，至今仍没有一种情况能够完全弄清这些器官所进行的代谢反应的具体机制。从某种意义上说，每一个器官都是一处对维持生物体正常运转而言不可或缺的化学实验室。

其运作机制的精确本质依然难以捉摸。这些中间器官在生理过程中的重要作用则是毋庸置疑的。至于另一组被统称为神经系统的器官的功能，我们将在后面的章节中再作探讨。

六、有机进化理论
歌德与植物的变态现象

当柯勒律治说汉弗莱·戴维若不选择成为最伟大的化学家，本可以成为那个时代最伟大的诗人时，或许这位朋友的热情盖过了批评者的谨慎态度。但无论如何，毫无疑问的是，那个时代最伟大的诗人，若非被诗歌的创作所吸引而分心，完全有可能在科学领域取得最高成就。事实上，尽管有这些干扰，约翰·沃尔夫冈·冯·歌德在纯科学领域依然取得了卓越成就，即便他从未写过一首诗，其名字也仍会永远被人们铭记。这正是最伟大天才所具备的多才多艺之处。

1790年，歌德发表了奠定其科学声誉的基础性著作——《植物的变态现象》，他在书中提出了一个新颖的观点：花朵的各个部分其实都是经过变异或变形的叶子。

“凡是观察过植物生长的人，哪怕只是粗略地观察，”歌德写道，“都会注意到植物的某些外部结构会不时发生转变，变成相邻结构的形式，有时是完全转变，有时则是程度不同而已。例如，当花蕊没有发育出来，而是长出了花瓣时，单瓣花就会变成重瓣花；这些花瓣要么在形状和颜色上与其他花冠花瓣完全相同，要么仍能看出其起源的痕迹。”

“当我们看到植物能够以这种方式‘倒退’时，就会更加重视自然界的规律，从而了解大自然如何通过一种结构产生另一种结构，以及如何通过单一器官的变异展现出多种多样的形态。”

“首先，让我们把注意力集中在植物从种子中萌发出来的那一刻。它最初用于向上生长的结构被称为子叶，也有人称其为种叶。”

“它们通常呈无定形，内部充满新物质，厚度与宽度相当。其导管难以辨认，几乎与整体结构混为一谈；它们与真正的叶子毫无相似之处，很容易让人误以为它们是特殊的器官。不过，偶尔它们也会呈现出真正叶子的形态，其导管也能发育得极为精细，但由于与普通叶子的相似性，我们仍不能将它们视为特殊器官，而应将其视为茎上的最初生长的叶子。”

“子叶大多为两片，这里有一个观察结果，随着研究的深入会显得愈发重要——那就是，即使茎上的后续叶子是交替生长的，第一个节上的叶子也往往是成对出现的。这体现了自然界中某些部分的初步结合，而后这些部分又会再次被分开并彼此保持一定距离。更为奇特的是，当子叶呈现为围绕轴心生长的多片小叶时，从其中逐渐长出的茎上会依次长出单生在茎周围的叶子。这一现象在松树类植物的生长过程中可以非常清晰地观察到。在这里，针叶同时构成了花萼，日后我们在研究类似现象时还会想起这一情况。”

“另一方面，我们发现，即便那些与茎上后续叶子最为相似的子叶，其发育程度也总是较低。这一点尤其体现在它们的叶缘上，因为叶缘极为简单，几乎看不出任何凹陷的痕迹。”

“种子中往往已经存在几片或更多的后续叶子，它们被包裹在子叶之间；处于折叠状态的它们被称为胚芽。与子叶及后续叶子相比，不同植物中的胚芽形态各异。不过，它们与子叶的主要区别在于：胚芽是扁平、脆弱的，且通常具有类似真正叶子的结构。它们完全是绿色的，位于可见的节上，已经无法否认其与茎上后续叶子的关联，不过由于叶缘尚未完全发育，它们通常仍比那些后续叶子要逊色一些。”

“不过，叶子的发育会持续不断地进行，从一个节到另一个节；它的主脉会逐渐变长，还有或多或少的侧脉从主脉向两侧延伸。此时，叶子就会出现缺刻状的结构。”

叶片深度凹陷，或由多片小叶组成；在后一种情况下，这些小叶似乎形成了完整的小枝。枣椰树便是最简单的叶形经过这种逐步演变而形成的典型例子。中脉在多片叶子的作用下逐渐延长，原本呈扇形的单叶会被撕裂并发生变形，最终形成结构极为复杂的叶片，其形态甚至可与树枝相媲美。

“向花序的过渡过程快慢不一。在过渡较快的情况下，我们通常会观察到茎上的叶片会失去原有的外部结构，而在靠近茎部的位置则变得更加展开。如果过渡过程很快，那么从最后一片叶子所在的节点开始，茎就会突然变细、变长，随后几片叶子会围绕茎端的轴心生长在一起。”

“萼片其实与之前出现在茎上的叶片是相同的结构，只不过现在它们以截然不同的形态聚集在同一个中心周围。在我看来，这一点可以通过实例来清晰地说明。早在胚芽阶段，我们就已经注意到大自然类似的运作方式：当植物从种子中发育出来时，它们会呈现出由针状叶片构成的辐射状结构；而在这些植物的幼年时期，就已经能看出那种促使它们在长大后开花结果的力量。”

“我们可以看到，这种力量会将多片叶片聚集在同一个轴心周围，使这些经过改造的叶片进一步结合在一起，要么完全融合，要么部分融合，从而让它们变得愈发难以辨认。钟形或所谓单瓣的萼片，其实就是这种相互连接的叶片，由于从上方看有不同程度的凹陷或分裂，因此很容易看出它们的起源。”

“我们可以在多个实例中观察到从萼片到花冠的过渡过程：虽然萼片的颜色通常仍是绿色，与茎上叶片的颜色相似，但其不同部位——如尖端、边缘、背面甚至内侧——的颜色往往会有所不同，而外部则仍保持绿色。”

“花冠与茎上叶片之间的关系也有多种表现形式，因为在某些植物的茎上，早在接近花序之前，那些叶片就已经出现了不同程度的颜色变化。”

当靠近花序时，其他部分会完全变成有颜色的状态。大自然有时会直接过渡到花冠阶段，有时则会跳过萼片等结构；在这种情况下，我们也能观察到茎上的叶片会转变成花瓣。例如，在郁金香的茎上，有时会出现几乎已经完全发育且带有颜色的花瓣。更奇特的是，有些叶片一半仍是绿色的，另一半属于茎部，仍附着在茎上，而另一部分则随花冠一起上升，从而使叶片被分成两半。

“花瓣与雄蕊之间的关系非常密切。在某些情况下，大自然会以规律的方式实现这种转化——比如在香蒲以及同科的几种植物中。真正的、几乎未发生变化的花瓣其上缘会聚拢在一起，形成花粉囊，而花瓣的其余部分则取代了雄蕊的功能。在重瓣花中，我们可以观察到这一转化过程的各个阶段。在几种玫瑰中，那些已经完全发育且带有颜色的花瓣内部还有其他一些花瓣，它们在中间或侧面聚拢在一起。这种聚拢现象是由一个小突起造成的，该突起看起来就像一个完整的花粉囊，相应地，叶片也逐渐接近雄蕊的简单形态。”

“在许多情况下，雌蕊看起来几乎就像没有花药的雄蕊，而且两者在形成过程中的关系比其他部分更为密切。大自然有时还会以反向的方式让花柱和柱头重新转变成花瓣——例如，亚洲毛茛就是通过将果托的柱头和花柱转变成真正的花瓣而变成重瓣花的，而雄蕊则通常保持不变，位于花冠的后面。”

“尽管种子托有着特定的形成方式、功能以及连接结构，但我们仍然能够认出它们其实是叶片的变形。例如，豆荚其实就是叶片折叠并在边缘相连而成的；角果则是由多层叶片相互折叠构成的；复合果实则可以理解为多片叶片在一个中心点上方结合在一起，这些叶片的内部保持分离状态，仅在边缘处相连。当这些复合果实成熟后裂开时，我们就可以亲眼看到这一点，因为此时每个部分都呈现出类似展开的豆荚的形态。”(1)

由此提出的关于器官演变的理论，后来通过扩展到动物界而获得了更普遍的适用性。歌德与奥肯各自独立提出了这样的观点：脊椎动物的头骨本质上就是经过改造和发展的椎骨。这些真是只有诗人才能想出的观念——对于那些缺乏这种联想能力的人来说，确实难以理解。但在这件事上，诗人的洞察力预示了未来最朴实的科学理论的发展方向。器官演变的理论很快就被视为具有根本性的重要性。

不过，这一理论还蕴含着一些其早期支持者并未意识到的含义。如果花朵的所有部分——萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊，以及它们在形状和颜色上的种种差异——都只是叶子的变体，那么这种变体就意味着极其复杂的分化与发展过程。如果说雄蕊是演化而来的叶子，那就意味着在漫长的时间跨度中，叶子通过缓慢或迅速的渐变，历经多代之后，最终变成了雄蕊。但如果这种演化真的可能发生——如果叶子和雄蕊之间看似巨大的差距可以通过生物群体的演变来跨越——那么生物形态的演变又有什么界限呢？为什么器官的演变不能沿着各种路径持续下去，直到某个生物的远古后代与其原始形态截然不同？我们为何不能用这种方式来解释所有源自同一祖先的物种是如何发展而来的呢？那也是诗人的梦想；但它仅仅是个梦吗？歌德并不这么认为。通过对器官演变的深入研究，他逐渐相信，我们周围众多的动植物物种都是从越来越少的原始类型演化而来的，就像一棵巨大树木的枝条都源自同一个根系一样。这是一个大胆且具有革命性的思想，但世人却只将其视为诗人的幻想罢了。

伊拉斯谟·达尔文

就在歌德的脑海中形成这一思想的同时，另一位国际知名的英国哲学家——伊拉斯谟·达尔文博士的头脑里也在孕育着同样的理念。他在世时便以诗人身份享有极高声誉，其《植物园》中的韵文作品被广泛引用并备受赞誉。而后人……

他摒弃了构成全书核心的那些诗句，却认为这本书本身具有永恒的价值——因为书中大量的注释为当时几乎所有科学领域的状况提供了概要。尽管达尔文缺乏最精湛的诗歌创作技巧，但他或许拥有诗人的想象力以及深厚的科学知识；正是这种诗意的洞察力，让他能够将结构上看似迥异的生物联系起来，并赋予最微小的花朵以生命特质，从而让他意识到自然界中并不存在明确的界限。“难道一种生物真的是由另一种生物演化而来的吗？不同的物种其实不过是同一祖先的后代而已？”这个迷人的想法在他心中萌芽、成长，最终成为一种坚定的信念，这一信念在他的《动物志》以及遗作《自然之庙》中得到了更充分的体现。以下是他在《自然之庙》中以诗句形式表达的这一理念：

“在无边无际的波涛之下，有机生命诞生了，
在海洋的珍珠般洞穴中成长；
最初只是微小的形态，肉眼无法看见，
它们在泥泞中移动，或穿透水层；
随着世代的更迭，它们获得了新的能力，长出了更大的肢体；
于是无数植物群落便出现了，
还有那些拥有鳍、足和翅膀的生物。”

“如此，高大的橡树——森林中的巨人，
它承受着不列颠的雷声；
巨大的鲸鱼——海洋中的庞然怪物；
威严的狮子——草原上的王者；
翱翔于空中的鹰——它的双眼能直视强烈的阳光而不受眩目；
还有那些统治着众生的人类——他们以语言、理智和思考为傲，
昂首挺胸，蔑视这尘世，自视为上帝的化身——
他们都是从最初的形态与感知中发展而来的，不过是胚胎般的微小存在罢了！”(2)

显然，这就是进化论的思想。但在当时，几乎没有任何证据能够证明其真实性，只有诗人才会相信它。1802年伊拉斯谟·达尔文去世时，物种演化的观念仍然只是一个未经证实的梦想。不过，这个梦想并非只存在于歌德和达尔文心中——更早之前，德国另一位伟大的思想家与实践者伊曼努尔·康德，以及几位其他伟大人物，也或多或少地有过类似的设想。

法国人中，有德·梅耶、莫佩尔蒂乌、罗比内，还有著名的自然学家布丰——他拥有诗人的想象力，尽管他的观点总是以极为优美的文笔表达出来。18世纪中叶之后不久，布丰就提出了物种演变的观念，并在之后的岁月里一直反复阐述这一观点，直至1788年去世。不过，当时还尚未到让物种演变理论得以彻底发展的时机。然而，这种观念以某种改良或未充分发展的形式，已经在18世纪末的那代人心中根深蒂固。在地球上那些此前未被探索过的地区，人们陆续发现了大量此前未知的动物物种，那些智者们对于如何解释大洪水时期这些物种的来历感到十分困惑。如果认为许多现存物种都是从最初的几对生物经过变异而发展而来的，那么问题就会简单得多。当时人们并未考虑到这一理论的更深层含义，于是便产生了这样一种观点：例如，美洲的动物和鸟类其实是旧大陆物种的变种——美洲虎是豹子的变种，美洲狮则是狮子的变种，等等。这种观点很快就在那些愿意接受任何与自身偏见相吻合的观点的人中间流行开来。有人甚至宣称，美洲位于亚洲的西北方向，这一发现彻底解决了西方动植物起源的问题，因为东方物种可以轻易通过冰川来到美洲，再在“众所周知的气候影响”下发生变异，从而形成我们如今所见的物种。而提出这种观点的人根本没意识到它的真正意义。实际上，这正是进化论的雏形，由于其最终含义并不明确，它看起来似乎是最自然的理论。但如果那些提出这一理论的人能够意识到它的真正含义，他们肯定会惊恐地放弃它。不过，也只有像布丰那样的人偶尔会深入思考这种假设下的变异究竟有什么限度；而只有达尔文或歌德这样的天才才会意识到其实并不存在任何限制。

拉马克与居维叶

即便如此，歌德和达尔文也仅仅停留在那种初步的信念阶段，他们只是认为物种会发生变异而已。

“物种”这一概念其实只是一种辅助性的观念，尚不足以被完整阐述。不过，在他们那个时代，有一个人持有同样的观点，并决心对其加以全面解释。这个人就是布丰的朋友兼弟子——让·巴蒂斯特·拉马克。这位伟大的法国人兼具诗人与哲学家的素养，同时还拥有极为广泛的专业知识，涵盖了整个动物界领域。他漫长生命的前半段主要致力于植物学研究，并取得了卓越成就。19世纪初，他开始转向动物学研究，尤其是低等动物。在研究这些现存或化石中的低等生物时，他越来越深刻地意识到：各种生物形态之间存在渐变关系，不同的生物类群之间通过中间形态相互关联；而且在较早的地质层中，低等生物更为常见。在撰写系统生物学著作的过程中，他不断需要对各种生物进行分类，但渐渐发现很难划出明确的界限。最终，他长久以来的怀疑变成了坚定的信念：自然界中根本不存在所谓的“物种”；“物种”不过是人类想象出来的概念，实际上自然界中只有个体而已。

当然，某些生物群体彼此之间的相似度高于与其他群体的相似度，但拉马克认为，这仅仅意味着这些相似的群体有着相对较近的共同祖先，而那些差异较大的生物群体则亲缘关系更为遥远。但如果将它们的演化脉络追溯得足够远，最终都会归结为一个原始祖先。所有的生物形式都是那个原始生物的变异后代。从低等到高等，其实只有一种种族、一个物种，就如同从一个树根长出的无数枝条仍属于同一棵树一样。为了便于描述，我们可以将生物划分为目、科、属、种，就像把一棵树划分为根、树干、树枝、叶子一样；但无论哪种划分方式，都只是人为的、主观的。

在《动物哲学》（1809年）一书中，拉马克首次明确提出了关于物种演变的观点，尽管早在1801年他就已初步阐述了这些想法。在这部重要的著作中，他不仅比之前的任何学者都更清晰、更详细地表达了自己的观点，而且还向前迈出了重要一步——除了达尔文之外，他的见解远远超越了所有前辈，因为他试图对这些现象作出解释。

物种如何发生变异的机制。他说，这些变化是各种生物为满足环境所施加的需求而不断努力的结果。持续的奋斗意味着某些器官会持续被使用。因此，一只在海岸边活动的鸟会不断试图涉水更深去寻找食物；它的不断努力使得它的腿逐渐变得更强壮，这符合“任何器官的持续使用都会使其变得更加强大”的规律。而这种略微强化的腿部结构会遗传给后代，后代又会通过自身的努力进一步发展这些已经得到强化的腿部结构，并将这一优势传递下去。如此一代又一代地重复下去，所有微小的、方向一致的变异最终导致了长腿涉禽的出现。以类似的方式，通过个体的努力以及遗传下来的特性，所有生物的各种器官都得到了发展——鱼的鳍、鸟的翅膀、人类的手；甚至鱼本身、鸟类以及人类也是如此。这些器官共同构成了整个生物体；对于单个器官而言成立的规律，对于整个生物体来说也同样适用。

无论人们如何看待拉马克对物种变异原因的解释——其实那不过是伊拉斯谟·达尔文早已提出的观点——他所主张的进化论其实只是“美洲动物是欧洲动物的变异与退化后代”这一观念的逻辑延伸而已。但人们通常不愿将某种观念推导到其逻辑终点，而在这个案例中，其结论与该观念的初衷截然相反，因此整个科学界都一致反对它。那些曾经最积极地接受“欧洲物种演变为美洲物种”以及“环境变化导致有限变异”这一观点的人，因为这能为原本过于拥挤的“方舟”带来缓解，现在却成了最先反对拉马克所提出的这种进化论扩展的人。此外，科学界的领袖们也同样反对拉马克的假说。尤其是居维叶，他曾是拉马克的学生，后来成为他的同事，而且地位高于其他同行，他竭力反对物种变异论。他主张物种是绝对固定的，运用自己作为事实记录者的卓越才能来支持这一观点。

作为证明自己观点的最终且确凿的证据，他拿出了古埃及人保存下来的朱鹭尸体，并通过比较表明，这些朱鹭与如今出现在尼罗河中的朱鹭在各方面没有任何差异。居维叶的论点具有极高的历史价值——他是当时反对进化论的最有力人物，因此我们有必要详细引用他的观点。“已经有人对我的结论提出了以下质疑：为何现存的陆生哺乳动物物种不能仅仅是那些以化石形式存在的古老物种的变种或亚种呢？这些变种可能是由气候变化及其他局部环境因素造成的，而后在漫长的岁月里又因类似因素的作用而发展出如今的巨大差异。”对于那些认为生物体形态可以无限变化、并且认为经过漫长的岁月以及生活习性的改变，所有物种都可能相互转化，或者其中一个物种能衍生出所有其他物种的人而言，可以用他们自己的理论来回答这个问题：如果物种确实如他们所假设的那样是逐渐变化的，那么我们应该能够找到这种渐进变化的痕迹。因此，在古兽类与当今的物种之间，我们应该能够发现一些过渡形态；但实际上从未有过这样的发现。既然地底并未保存下这种奇特演化历程的痕迹，我们就没有理由认为那些古老且已灭绝的物种在形态和特征上与现今的物种一样稳定；或者至少，认为导致它们灭绝的灾难并没有留下足够的时间让那些所谓的演变发生。为了回应那些承认动物变异受自然规律限制的博物学家们，我们有必要探究这些限制究竟有多严格。这是一项非常有趣的研究，从多个角度来看都具有极大的价值，但迄今为止却很少有人关注……以草为食的野生动物更容易受到气候的影响，因为除了气候因素外，还有食物因素的制约。

无论是数量还是质量而言都是如此。因此，不同森林中的大象体型更大；在那些食物更有利于形成象牙成分的地区，它们的象牙也会长得更长。雄鹿和驯鹿的角也是如此。不过，如果我们观察两只差异极大的大象，会发现它们骨骼的数量与结构、牙齿的构造等方面没有任何差别……

“大自然似乎还通过让各种动物之间产生相互排斥的作用，来防止因品种混合而导致的物种变化。因此，即便是在亲缘关系最为接近的物种之间，人类也必须运用各种手段才能实现杂交。而通过这种强制结合产生的骡子，即便能够生育，这种情况也很少见，而且这种生育能力也永远无法持续超过几代时间；如果没有持续的干预，这种状况也不可能持续下去。因此，在野外环境中，我们从未见过野兔与家兔、雄鹿与雌鹿或貂与黄鼠狼之间的中间形态。但人类的力量打破了这一自然秩序，不断制造出各种物种间可能出现的杂交后代，而这些杂交后代是这些物种在自然状态下绝不会产生的。”

“这些变异的程度与导致它们产生的因素的强度成正比——也就是这些动物对人类的服从程度。在半驯化的物种中，变异程度并不大。例如，猫的毛发可以是柔软的，也可以是粗糙的；颜色可以是鲜艳的，也可以是多样的；体型也可以有大有小——这些就是该物种所有的变异表现；安哥拉猫的骨骼结构与欧洲野猫相比，并没有什么规律性的差异……”

“人类影响最显著的，就是那些被其完全控制了的动物。狗被人类带到世界各地，完全受人类的支配。狗的繁殖由主人的意愿决定，因此才有了如此多不同的品种，它们在颜色、体长以及毛发数量等方面存在差异。”

有时完全不存在差异；在自然本能方面也有差异；体型大小不一，从1到5倍不等，某些物种的体型甚至可超过100倍；耳朵、鼻子和尾巴的形状也各不相同；腿的长度也有差异；大脑的发育程度也存在差异。在某些驯化品种中，头部形态也会发生变化——有的物种有长而细的口鼻部以及扁平的额头，而另一些则拥有短口鼻部及凸起的额头等等。因此，马士提夫犬与水猎犬之间、灵缇犬与巴哥犬之间的差异，甚至比同一属中几乎所有野生物种之间的差异还要明显……

从这些观察结果可以看出，动物具有某些固定且自然的特征，这些特征能够抵御各种影响，无论是自然因素还是人为干预。我们没有任何理由认为时间会对动物产生比气候更大的影响。

“我知道有些博物学家过分强调自己只需动笔就能创造出的无数新物种。不过，在这类问题上，我们判断长时间作用所能产生的效果的方法，就是将短时间内产生的效果加以累积。基于这一思路，我努力收集了所有关于动物形态的古老文献；就其古老程度和丰富性而言，没有哪些文献能比得上埃及人的记载。他们不仅为我们留下了动物的形象，还将它们的尸体经过防腐处理后保存在地下墓穴中。”

“我仔细研究了从埃及传到古罗马的各类四足动物和鸟类的雕刻图像，这些图像与它们所代表的真实动物极为相似，几乎与今天的样子一样。”

“综合所有这些事实来看，似乎没有任何依据可以认为我在外来化石中发现的那些新属，如古埃瑟里乌姆、阿诺普洛特里乌姆、巨爪兽、乳齿象、翼龙等，曾经是当今任何动物的祖先。这些动物之所以存在差异，只是因为受到了时间或气候的影响而已。即便那些化石中的大象、犀牛、麋鹿和熊确实与现存同类没有更大差异——但我绝不认为这是事实——那也只不过是时间或气候作用的结果罢了。”

尽管现存的犬类品种之间存在诸多差异，但这绝不能成为认为它们属于同一物种的充分理由；因为犬类的各种品种受到了驯化过程的影响，而其他动物则从未经历过、也不可能经历这样的影响。(3)
对于居维叶基于埃及木乃伊化的鸟类与动物形态恒定这一观点所提出的论据，拉马克回应称，这只能证明从历史角度上看，鹮类早已完全适应了埃及的环境，而且尼罗河谷的气候及其他条件从那以后并未发生变化。他认为自己的理论同样能够解释在恒定条件下的物种稳定性，以及在不同条件下的物种变异现象。
不过，毋庸置疑，当时人们更认同居维叶的观点；才华在那一刻战胜了天才，拉马克则被视为异端狂想家。然而他的信念始终未动。他坚信自己已经真正理解了生物界的运作规律，并不断重申自己的假设，尤其是在1815年所著的《无脊椎动物自然史》的序言中，以及1820年所著的《人类客观知识体系》中。他一直活到1829年，虽作为博物学家受到尊敬，却几乎无人将他视为先知。
初步的探索
虽然达尔文、歌德，尤其是拉马克的名字，必定会作为物种进化论的代表人物而永远被铭记，但在这方面还有其他一些人物也不容忽视。其中最著名的是德国博物学家、医生，不来梅中学的数学教授戈特弗里德·莱因霍尔德·特雷维拉努斯。有趣的是，特雷维拉努斯在1802年出版了其著作《生物学，或生命自然的哲学》的第一卷，其中阐述了他关于物种进化的观点，而就在同一年，拉马克也在其著作《关于生物体结构的探究》中首次提出了同样的学说。同样值得注意的是，拉马克在同年所著的《水生生物学》一书中，也独立提出了“生物学”这一术语，用以指代研究生物的综合性科学。这一事实反映了当时人们的思维倾向——人们确实需要这样一个统一的术语。

这一思想同时出现在不同国家的独立思考者们面前。就在那值得纪念的年份里，另一位哲学自然主义者、苏黎世大学教授洛伦兹·奥肯发表了其著作《自然哲学》的初步大纲。通过后续的出版物，该书逐步形成了关于物种自发生成与进化的理论。由此看来，在本世纪的头十年里，这一观念就已经在当时一些最杰出的学者们的头脑中萌芽了。然而，他们各种不同的解释却突然遏制了那股长期以来一直朝着这一方向发展的思潮。一旦人们明白“动物会因环境而发生变化”这一观点在逻辑上会导向何方，人们立刻便强烈地反对这一观念。此后有一代人的时间里，居维叶几乎占据了绝对主导地位，他的观点也被普遍视为最终定论。

实际上，在法国也有一位有权威的自然学家敢于反对居维叶及其学派，而且他还有机会让自己的观点被听到，尽管他无法让其他人也接受自己的观点。他就是《解剖学哲学》一书的作者埃蒂安·若弗鲁瓦·圣伊莱尔，他多年来一直是拉马克在植物园里的同事。和歌德一样，若弗鲁瓦也是一位出色的解剖学家；和那位伟大的德国人一样，他很早就注意到了不同生物类群中相似器官之间的联系。他认为，在有机自然界中，每一组器官都存在着一种绝对的统一性。基于这一想法，他逐渐形成了这样的信念：结构的相似性可能意味着起源的相同——简而言之，一种动物物种可能是由另一种动物物种演化而来的。

若弗鲁瓦对物种演变这一概念的理解远不如拉马克深刻，他似乎也从未完全明确这种物种演化究竟有哪些限制。当然，他并没有像拉马克那样将所有生物都归入同一条演化谱系之中；不过，他依然坚持自己所认定的真理，与居维叶展开激烈争论。1830年，他们在科学院进行了那场著名的辩论——这场辩论引起了歌德的极大兴趣与热情，但在几乎所有其他人的眼中，若弗鲁瓦在这场辩论中遭到了惨败。

似乎，支持物种特创论与物种固定论的人取得了最终胜利。随着这一结果的出现，关于这一主题的激烈争论似乎也就结束了。在接下来的四分之一个世纪里，只有少数几篇关于物种演变的观点被发表出来，而且并未引起任何广泛关注。在这片争论的“沙漠”中，有一本小书名为《创造的自然历史遗迹》，它于1844年在英国以匿名方式出版，后来经历了多次再版，同时也招来了无数讥讽与批评。这本书的作者身份在四十年间一直是个谜，如今人们认为它其实是著名英国作家兼出版人罗伯特·钱伯斯所著。这本书的独特之处在于它明确而清晰地阐述了进化论的基本观点，其观点的激进性与全面性甚至不亚于拉马克本人。不过，它只不过是对早期研究成果的总结而已，并非一种新的理论突破；更不用说它还存在诸多技术上的缺陷，以下引文便能很好地说明这一点：“整个问题可以这样表述：对于那种认为宇宙存在某种秩序的理论——也就是认为宇宙的起源与运行都遵循某种秩序的理论——我们有大量自然界的证据作为支撑；此外，那些原本属于未知领域、但现在已被确认为科学事实的内容，也为这一理论提供了进一步的依据。曾经占主导地位的相反观点则逐渐失去影响力，如今仅能在自然界中那些较难被深入研究的领域中生存下去。其中最典型的例子，几乎也是唯一的例子，就是生物界的起源问题。只要这个问题仍然无法得到解答，超自然力量就仍会对那些有见识的人产生一定的影响。一旦能够明确证明动植物的起源都是自然的，那么人们对生命起源的看法就必然会发生彻底的改变。”这段文字为接下来探讨当前关于生物起源的观点奠定了基础。这里最大的难题就是物种的所谓固定性——这些生命形式显然不会发生变化，或者至少总是倾向于回到它们最初的状态，因此人们认为物种之间不可能存在演化过程，每个物种都必须是独立产生的。

各种形态并非独立于其他形态而存在，而是直接由创造者所设定。正如《爱丁堡评论》的作者所说：“它们是由上帝之手创造的，并且适应了当时的环境条件。”首先，我们并不确定物种会始终保持固定的特征，因为我们已经看到那些长期被视为固定物种的生物其实已经变成了其他物种。不过，既然这一观点并未被科学界普遍接受，那么关于“特殊创造”的观念仍然存在诸多难题。首先，正如我在前一本著作中所指出的，我们必须假设在神的创造过程中存在着极为多样的设计——在宇宙形成的重大事件中存在着一种宏大的总体计划或法则体系，而在某些细节上则有着精细入微的设计与特别关注。如果我们以理性、客观的态度来看待这个问题，这两种观念之间的差异显然是极其巨大的。此外，还有一个显而易见的事实：动植物的组织结构呈现出明显的进化顺序——先是海洋植物和无脊椎动物，之后才是更高级的动植物。在一种随意设定的体系中，我们实在没有理由期望哺乳动物会在爬行动物之后出现；但实际上它们确实是如此依次出现的。《爱丁堡评论》的作者认为动物是适应环境而产生的，但这只在有限的意义上是正确的。那些形成煤层的森林或许适合爬行动物、鸟类和哺乳动物居住，就像现在的森林一样；但在地球的那个时期，我们却看不到这些哺乳动物，也几乎找不到那些爬行动物和鸟类的痕迹。在禽龙生活的地方，大象本可以生存，但当时并没有大象。下志留纪时期的海洋能够养活鱼类，但却没有鱼类存在。由此可见，在漫长的岁月里，许多生命栖息地要么根本无法被利用，要么只能被等级较低的生物占据。在那种由全能之神以精细入微的方式创造万物的体系中，肯定不会允许出现这样的浪费现象。这一事实似乎表明，地球上的生命形成过程属于自然演化的结果，需要很长的时间才能完成。根据这一假设，陆地长期存在却没有陆地动物，尤其是那些最高等级的动物，这一现象其实类似于这样一个事实：至今为止，对人类而言，地球的大部分地区仍然是一片荒芜之地。

另一个令人震惊的反对意见是有机形态存在无限的局部变异。如果植物界和动物界由一定数量的、适应不同土壤与气候条件且广泛分布的物种构成，那么这一事实就与“特殊创造”的观念相吻合。但事实上，不同地区的生物变异似乎毫无尽头或目的可言。亨斯洛教授列举了地球上45种不同的花卉或植物群，尽管其中许多在其它地方也同样能够生存。不同大陆上的动物也极为多样，很少有物种在两个大洲中都存在，尽管它们的总体特征可能相似。根据这一事实可以得出的结论是，用派·史密斯牧师的话来说， “必定存在着独立的、最初的创造，或许发生在不同的、彼此独立的时期。”考虑到这种学说所包含的内容，很难想象理性的人会坚持它。仅凭它就需要这位创造万物的主宰亲自出手才能造就圣赫勒拿岛的植物群这一事实，就足以对它进行严厉的批判。与我们关于自然的总体认知相比，这样的解释显然更合理——因为在这门广阔的科学领域中，一切事物都是按照其创造者最初赋予的法则形成的，植物群也不例外。只有当我们设法阻止自己的思维去遵循那些根据全能者法则而产生的推理过程时，这样的例外情况才显得可以接受。(4) 这样的推理自然引发了强烈的反对声，也在一定程度上形成了与当时主流观点相悖的思想潮流。不过，这本书所起的作用恐怕也就仅此而已。实际上，有些批评者甚至否认它有这样的价值。在本书出版之后，与之前一样，物种演化论在普通大众以及科学界看来仍然是一种几乎被遗忘的“异端”思想。的确，有一些颇有名望的科学家——如德国的冯·布赫、梅克尔和冯·贝尔，法国的博里·圣文森特，英国的威尔斯、格兰特和马修，以及美国的莱迪——曾表达过对“特殊创造”及物种不变论的质疑，但这些温和的建议通常发表在不起眼的刊物上，因此完全被忽视了。如此一来，尽管科学在许多方面取得了进步……

在19世纪中叶，关于生物种族可变异性的观念，在科学界与非科学界中都并未像50年前那样受到重视。特殊创造论似乎毫无对手地占据着主导地位。

达尔文与物种起源

然而即便在那时，特殊创造论所宣称的“稳固性”也根本不真实。尽管它看起来坚不可摧，但实际上却如同一座看似牢不可破的堡垒，而其下方早已埋下了炸药，随时可能爆炸。因为，在一位英国自然学家的私人书房里，已经有一本手稿以及一批笔记，只要将这些内容公之于众，就足以摧毁整个特殊创造论的体系。这位经过长期不懈努力才建立起这一“事实炸弹”的自然学家，就是《动物学》一书的作者的孙子——查尔斯·罗伯特·达尔文。

早在1837年7月1日，28岁的年轻达尔文就开始撰写私人日记，打算记录下所有与他所研究的物种变异理论相关的信息。四五年前，在作为“小猎犬号”上的自然学家随菲茨罗伊海军上将进行那次著名的环球航行期间，达尔文就已经有了些许观察结果，这些结果开始动摇他对物种固定性的信念。在南美洲的潘帕斯地层中，他发现了“那些身上长有类似现存犰狳那种铠甲的巨大化石动物”，并对同一地区古代与现代动物群之间的相似性感到震惊。此外，当他继续向南行进时，还注意到亲缘关系相近的动物物种会相互更替；同时，加拉帕戈斯群岛上的大多数生物都具有南美洲的特征，而且各岛屿上的生物之间存在细微差异，由此他推断这些岛屿从地质学角度上看并不古老。

起初，这些观察结果并未给他带来深刻冲击；因为在莱尔地质学观念的影响下，他试图用“自该岛屿形成以来就没有新的物种诞生”来解释为何该岛上几乎没有生物存在。但渐渐地，他意识到了问题的严重性。

在他看来，自己所观察到的那些事实“只能用物种会逐渐发生变异这一假设来解释”。从那时起，正如他后来所说，这个念头一直萦绕在他的心头，因此他才在1837年记下了自己的观察笔记。由此可见，查尔斯·达尔文关于物种可变性的观点是源于他在野外进行的实际观察，而非从书本上借鉴来的想法。当然，他早些时候就读过祖父的著作，但《动物志》与《自然之殿》中的观点丝毫没有削弱他对当时“物种固定不变”这一观念的认同。拉马克的理论虽然与祖父的观点极为相似，但也没有给他留下深刻印象。事实上，即便在南美洲的经历让他产生了新的视角，他仍然看不出那些早期试图解释物种变异的理论有什么价值。因此在开始记录笔记时，他并没有预先打算支持这些或任何其他学者的假说，当时他也还没有提出自己的任何假说。他的心态是开放且乐于接受的；他只渴望找到能够帮助他理解这个看似极其复杂的问题的事实。虽然可以确定物种确实会发生变异，但这种变异究竟是如何产生的呢？不久之后，达尔文就找到了一个可能有助于找到答案的线索。在寻找相关事实的过程中，他很快发现，最适合观察的对象就是家养动物——因为同一物种内的各种变异是众所周知的。例如，獒犬和梗犬这样差异极大的动物，其实都源自同一个祖先；设得兰马、纯种马以及挽马也是如此。简而言之，没有任何一种家养动物不会产生与亲本有较大差异的变种。那么，这种变异究竟是如何产生的呢？显然，是通过选择性育种来保留那些看似偶然出现的变异。这样，一位驯马师通过不断挑选那些“恰好”具有合适体格和耐力的动物，最终培育出了适合赛跑的马匹；而另一位驯马师则通过选择不同的亲本，培育出了行动缓慢、体格沉重的挽马。到目前为止，一切都很合理：通过选择性育种保留“偶然”的变异，确实可以让马匹发展出与原始亲本截然不同的品种。但这毕竟是在人类干预下的结果。

监督与引导。在自然状态下的生物中，究竟通过何种机制才能实现这样的选择呢？这无疑是一个难题，必须先解决它才能继续深入研究。达尔文在偶然读到托马斯·罗伯特·马尔萨斯在近半个世纪前发表的著名论文《人口论》后，找到了解决这个难题的线索。这篇论文阐述的观点并非马尔萨斯独创，但它强调了这样一个事实：生物体在世代更替过程中会以几何级数增长，因此如果不加以控制，地球上的生物数量将会过多。思考这一观点后，达尔文对自然界的运作机制有了新的认识。他意识到，由于每种生物都有过度繁衍的倾向，整个生物界——无论是动物还是植物——必然处于持续的争斗状态，个体之间为生存而斗争。

一旦充分理解了这一观念，就很清楚：自然界中始终存在着选择作用，因为每一代中只有少数个体能够成熟，而显然，这些能够成熟的个体一定是那些最能适应其所处环境的人。换句话说，那些最能适应周围环境的个体，平均而言才能存活下来并繁殖后代。这些有利的特征就会传递给后代，从而成为永久性的特征，而自然界也就实现了与人类育种者所做的一样的结果。假设自然状态下的生物之间存在细微差异（这是毋庸置疑的），并且这些差异会从父母传给后代（这一点当时也无人怀疑）；再假设各种生物之间存在着不断的竞争，以至于只有少数个体能够成熟——达尔文认为，只要承认这些条件，我们就能解释为什么某些变异会得以保留，进而导致物种本身的演变。

到1839年时，达尔文已经得出了这一惊人的见解。他的理论框架已然形成，那些后来被概括为“自发变异”、“适者生存”以及“自然选择”等概念的思想也在此时诞生。面对这样的发现，一般人都會立刻在科学界大喊“我找到了！”但达尔文并非如此。他选择了……

他在自己的手稿中概述了自己的理论，随后继续收集与这一发现相关的事实。1844年，他将当时所积累的大量事实整理成一份手稿。他将其展示给朋友胡克看，并为自己在突然去世后仍能发表这些成果做好了准备，之后便将手稿收好，继续收集更多数据。这正是我刚才所说的那颗“未爆的炸弹”。

又过了十二年——在这段时间里，这位默默耕耘的学者收集了海量的事实，回应了自己心中出现的种种质疑，进一步巩固了自己的理论。整个过程中，他一直身患疾病，从未有过一天不感到不适，不得不节省体力，一次最多只能工作一个半小时；然而他却完成了本需要六七个健康人才能完成的工作。当时的一些著名科学家知道他的努力，其中包括植物学家约瑟夫·胡克爵士和地质学家查尔斯·莱尔爵士。胡克逐渐完全接受了达尔文的观点，而莱尔虽然仍持怀疑态度，但劝达尔文尽快发表自己的理论，以免被他人抢先。最终，这位耐心的学者决定听从建议，于1856年开始着手对自己所收集的资料进行更详尽的整理。

就在这时，一件奇怪的事情发生了。在达尔文花费大约两年时间撰写这份“摘要”之后，却还未发表任何内容，有一天，一位名叫阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士的自然学家朋友寄来了一份手稿，希望得到他的认可。华莱士曾在东印度群岛从事研究工作一段时间。达尔文读过那份手稿后惊讶地发现，其中阐述的正是他自己提出并研究了二十年的“自然选择”理论。达尔文与华莱士虽然身处地球的两端，各自独立地进行研究，却得出了关于物种演化原因的相同结论。达尔文说：“如果华莱士的那篇论文是我1844年未发表的手稿的摘要，那它再完美不过地表达了我的想法。”

这就出现了一个两难的局面：如果不经达尔文同意就发表这篇论文，那么华莱士就会获得优先权，而达尔文多年来取得的这项发现成果也将被夺走。但另一方面，达尔文又实在无法以其他方式来处理这件事。

让朋友的论文发表而自己保持沉默？这实在是个棘手的问题，足以考验一个人的品格。达尔文成功通过了这一考验。他深刻意识到这一处境的微妙性，于是将整个问题提交给他的朋友胡克和莱尔，完全由他们来决定该采取何种行动。不用说，这些杰出人物做了能确保所有相关方都得到公正对待的事——他们建议共同发表一篇论文，一方面收录华莱士的论文，另一方面则收录达尔文当年在给阿萨·格雷的信中阐述的观点概要，而那份概要早在华莱士的论文出现之前就已掌握在格雷手中。1858年7月1日晚，胡克和莱尔将这份联合撰写的论文以及关于该事件的完整说明提交给了伦敦林奈学会。巧合的是，这一天正是达尔文开始记录与“物种问题”相关事实的21周年纪念日。在科学史上，很少有这样的事情：一个伟大的理论在提出者的大脑中经过漫长的孕育过程，最终才得以公之于众。

就这样，引发这场巨大变革的导火索被点燃了。真正的爆炸则发生在一年多后的1859年11月，经过13个月的努力，达尔文完成了自己理论的完整框架。最初，这只是为林奈学会准备的概要，但尽管他试图简化内容，它还是发展成了独立的著作，最终获得了那个举世闻名的书名——《通过自然选择实现的物种起源，或生存竞争中的优胜种族保存》。那真是一场巨大的震撼！1858年发表的那篇联合论文虽然引起了一时的轰动，正如胡克所说，让人们“屏息以待地谈论它”，但除此之外并未造成更大的影响。而当《物种起源》正式问世时，其带来的冲击力更是不言而喻。四十多年过去了，它在知识界引发的巨大反响至今仍在回荡。

新的英雄们

自1859年以来，我们人类基本信念所发生的巨大变革，其功绩应永远归于《物种起源》及其作者查尔斯·达尔文。正是他们推动了这一变革的诞生。

那个世纪的后半段堪称难忘。但不可忽视的是，若没有几位杰出人物的支持，就不可能实现如此迅速的转变——这些人在《物种起源》出版后立刻站到了这位领袖的阵营中。达尔文始终坚信自己的理论终将取得胜利。他在给胡克的信中写道：“我们的后代会像我们如今对化石壳曾被误认为是天生存在之物感到惊讶一样，对当前那种‘特殊创造’的观点感到惊奇。”但他也清楚地意识到，要想让他的进化论获得成功，就必须得到一些科学界领袖的支持。他认为，如果能立刻说服胡克、莱尔以及托马斯·亨利·赫胥黎，一切就都会好起来。

在这方面，他的成功超出了预期。在书籍出版之前，胡克就已经通过阅读校样而成为他的忠实追随者；几个月后，莱尔也放弃了原有的观念，转而支持达尔文的理论；而赫胥黎在理解了自然选择的核心思想后，惊叹于自己竟如此长久地忽视了这一简单却又无比强大的理念，于是立刻积极投身到这场争论中，运用最犀利的论据为达尔文辩护。此外，约翰·卢博克爵士和约翰·廷德尔也加入了这场斗争，他们将自己的领域也纳入了这场争论之中；而赫伯特·斯宾塞则在达尔文揭示这一奥秘之前就已经从哲学角度提出了进化论的观点——他自己也差点独立发现这一理论——他也为达尔文的理论提供了有力的支持。在美国，著名的植物学家阿萨·格雷虽然早已与达尔文有往来，但其对新理论的倡导却出乎人们的意料，他成了达尔文理论的积极宣传者；在德国，年轻但已颇有名气的动物学家恩斯特·海克尔也以同样的热情参与了这场争论。

起初，几乎整个基督教世界都站在了这些勇敢的捍卫者们的对立面，偶尔还有些名声不那么显赫的人也加入其中。无论从事何种职业，每一个有见识的人都会关注这个问题，而随着自然选择理论的真正影响越来越明显，人们对此的兴趣也就愈发浓厚。很快人们就意识到，如果“适者生存”的理论能够胜出，那么人类对自己地位的看法必将发生根本性的变化。

在哥白尼与伽利略的努力之下，地球被从其所谓宇宙中心的地位上拉了下来。人类中那些保守的多数人对此变革感到极度恐惧。而这些保守分子并非仅仅是普通人，其中还有大量科学领域的领袖人物。另一方面，那些思想开明的少数人则让自然选择理论得以迅速发展。这一理论因其简洁易懂的特性——乍看之下似乎既不新颖也不重要——再加上其广泛而深刻的含义，从而吸引了人们的兴趣，使得它能够在其他物种进化理论被彻底忽视的情况下获得关注。那些认为拉马克关于通过努力实现进化的观点荒谬可笑、认为《物种起源》中的观点毫无价值的人，以及那些因科学上的顾虑而不愿接受斯宾塞的演绎论证的人，都积极接受了这一切实存在且普遍适用的自然选择原则，并不断朝着它的目标前进。随着时间的推移，思想界对这一新原则的态度也在不断变化；如此重大的变革还从未如此迅速地发生过。这并非仅仅因为“时机已成熟”或“人们的思想已经为进化论做好了准备”。达尔文本人就证明事实并非如此。在他思考这一理论的那些年里，他询问过许多科学界的友人，却找不到一个承认物种进化论的人。从拉马克、伊拉斯谟·达尔文和歌德等人的立场来看，他们的反应极为强烈；当查尔斯·达尔文表达自己的信念时，他原本以为自己会遭到嘲笑或轻视。1857年时，世界上只有赫伯特·斯宾塞一人以相当权威的姿态公开支持物种进化论。但正如赫胥黎所说，《物种起源》犹如黑暗中的闪电，为那些迷失方向的人们指明了道路。作者多年来所做的等待与努力都是值得的。正如他自己所说，他已变成了一个真正的“克罗伊斯”，拥有海量的事实资料——包括动物学、人工选择育种、动物地理分布、胚胎学以及古生物学方面的资料。他将这些资料汇集起来，反复提炼，最终写出了这本500页厚的著作，其内容之丰富简直堪称一部百科全书。在那些漫长的思考岁月里，他不断思考着……

他几乎回应了针对其理论的所有可能质疑，在自己的著作中，他以最直接、最坦诚的方式阐述了每一项质疑，并根据现有事实给出了相应的答复。正是这位天才经过二十年不懈努力所展现出的力量，才在传统思维的壁垒上打开了缺口。一旦这个缺口出现，其理论便迅速得以传播——日复一日，越来越多的反对者选择投降并放弃自己的观点。又过了几十年之后，进化论便成了科学界的公认理论。这场革命就此实现。

在各种过时观念与信仰的废墟之中，查尔斯·达尔文的身影依然屹立不倒：他冷静沉着、从容镇定，不会因嘲笑、蔑视或辱骂而动摇；即便取得巨大成功也未能改变他的品格，无论面对斗争还是胜利，他都保持着一尘不染的姿态。从性格、智慧以及他所做的一切来看，他或许堪称本世纪最具有苏格拉底式风范的人物。1882年他去世时，无论是朋友还是敌人都承认，人类最伟大的伟人之一已经停止了辛勤的工作，全世界都认为将查尔斯·达尔文的遗体安葬在威斯敏斯特教堂，与艾萨克·牛顿的尊贵坟墓相邻，是再合适不过的了。也没有多少人会质疑赫胥黎对他成就的评价：“他发现了一个被忽视的伟大真理。尽管遭到偏执之人的诋毁和全世界的嘲笑，但他仍活到了亲眼看到这一真理通过自己的努力在科学界得到确立、成为人们普遍认同的观点的那一天；只有那些想要诋毁却不敢这么做的人才会继续憎恨和惧怕它。”

《最适者的起源》

尽管达尔文及其合作者们所揭示的伟大真理意义深远，但它并未解决作为该理论基础的那些“有利变异”究竟从何而来的问题。没有人比达尔文更清楚这些变异是由某些固定且确定的因素造成的；但在最初阐述自己的理论时，他并未对这些因素是什么做出任何假设。他只是接受了人们所观察到的变异现象——比如父母与后代之间的差异——并以此作为出发点进行研究。

然而，一旦自然选择原理的合理性得到认可，学者们就开始试图寻找那些变异背后的原因。

为便于讨论，这些变异暂时被称作“自发变异”。赫伯特·斯宾塞一直致力于研究这一主题，他阐述了拉马克关于环境直接影响的观点（这一观点尤其受到布丰和热弗鲁瓦·圣伊莱尔的青睐），以及生物为应对环境和刺激而做出的努力如何改变个体，从而为自然选择的作用提供依据。海克尔也成为了这一观点的拥护者，随后便出现了所谓的“新拉马克学派”，在A. 海亚特和E. D. 科普两位教授的领导下，该学派在美国发展得尤为强大。然而，就在舆论趋势明显朝着这个方向发展的时候，1883年奥古斯特·魏斯曼教授提出的理论却出现了一个完全出乎意料的障碍。这一理论与拉马克的观点相悖（不过并未触及达尔文的观点，因为魏斯曼是达尔文理论的坚定支持者），它认为无论成熟生物通过何种方式获得变异，这些变异都是不可遗传的。这一论断引发的争议至今仍未完全平息，但后续的观察似乎表明，这种争议其实与问题的实际重要性并不相称。尽管有魏斯曼教授的反对意见，现有证据似乎更支持这样一种观点：即拉马克所提出的“获得性变异”机制，与达尔文的“自然选择”机制共同作用，推动了物种的演化。即便接受了科普教授所提出的关于“适者起源”的这种部分解释，仍然存在一个进化论未能解答的重大生命问题：通过不断的演化，物种、属、目、纲是如何产生的？从某种意义上说，这个问题已经得到了解释；但这一漫长序列的起点又是什么呢？那个原始生物是从哪里来的？正是它的后代经过演化，才构成了当今地球上的各种动植物群。在进化论开始被人们接受后不久，有一些权威科学家认为已经通过实验找到了这个问题的答案。鲁昂自然历史博物馆的馆长M. F. A. 波谢重新采用了早期的观点，并重复了一些过去的实验，最终得出结论：生物是通过我们周围常见的腐烂过程自发产生的，而这些腐烂过程显然是由微生物引起的。

细菌。但在1862年，路易·巴斯德证明了这种看似“自然发生”的现象实际上是由于空气中存在微生物所致。尽管这些实验已经给出了决定性的结论，但十年后，英国的巴斯蒂安教授又重新提出了普谢的观点；不过随后约翰·廷德尔进行的实验完全证实了巴斯德的研究结果，从而彻底终结了此前关于“自然发生”的理论。就此而言，这个问题暂时告一段落。但故事尚未结束。动植物确实存在，而且多亏了拉马克、华莱士和达尔文的努力，通过那些我们称之为自然法则的“次要作用力”，它们的演化过程已得到了初步的解释。最低等的生命形式与最高等的生命形式之间存在着连续的进化链。与此同时，由于化学家和生物学家的努力，曾经看似无边无际的无机世界与有机世界之间的差距也在不断缩小。哲学已经能够为两者架起桥梁。而那些能够自行构建桥梁的归纳科学，虽然仍在努力，但至今仍未跨越这道看似微小的鸿沟。在它成功跨越之前，有机进化的“桥梁”还不算完全建成；不过就目前的状况而言，它或许仍是19世纪最令人惊叹的科学成就。

七、十八世纪的医学——博尔哈夫的体系

威廉·哈维至少有两位学生在了医学领域表现出色，他们分别是被称为“意大利版的西登汉姆”的乔治奥·巴格利维（1669–1707）以及赫尔曼·博尔哈夫（1668–1738）。巴格利维的学术工作才刚刚开始，便因早逝而失去了这位十八世纪初最富有潜力的医生之一。与博尔哈夫一样，他属于那种技艺精湛、注重实践的临床医生，而非抽象的科学家。他对医学文献的贡献之一，便是对伤寒——或他所称的肠热病的首次准确描述。即便没有其他贡献，博尔哈夫也应被永远铭记为冯·哈勒的老师；而在他那个时代，他已是医学界最为知名、最受尊敬的教师。他在莱顿的弟子们将他视为偶像，前来听他讲座的人络绎不绝，以至于不得不“拆掉莱顿的墙壁来容纳他们”。他的名声不仅传遍了整个欧洲，还传到了亚洲、北美洲，甚至南美洲。有一封从中国寄给他的信，收件人地址就是“欧洲的博尔哈夫”。他的教学理念体现了当时最先进的医学知识、极高的道德标准，以及对观察价值的深刻认识；正是通过这些传授给弟子的知识以及弟子们的进一步发展，而非任何新的发现，他的名字才在医学史上留下重要地位。他对不同医学领域的分类方式也很有意义，因为它反映了当时医学界对这些领域的态度。“首先我们研究生命，然后是健康，接着是疾病，最后才是各种治疗方法。在我们的体系中，作为医学第一个总体分支的健康学被称为生理学，即‘动物机能学’，它阐述人体各部分的构造及其功能机制。医学的第二个分支则称为病理学，研究疾病、它们的差异、成因与后果或症状。”

人体状态会偏离其健康状态。
“医学的第三部分被称为‘符号学’，它揭示了区分健康与疾病、各种病症及其成因的标志；同时它还描述了健康与疾病的状况及程度，并能预测它们未来的发展。”
“医学的第四个分支被称为‘卫生学’或‘预防学’。”
“医学的第五个也是最后一部分被称为‘治疗学’，它告诉我们药物的性质、制备方法及用途，以及如何运用这些药物来治愈疾病、恢复健康。”(1)
由此可知，他对医学的整体看法与当今的观点并无太大差异。
博尔哈夫的学说由哈勒的弗里德里希·霍夫曼（1660–1742）整理成了一个“体系”。这一体系的优点在于结构简单，比许多其他体系更易于理解。在该体系中，力被视为物质固有的属性，表现为机械运动，其大小由质量、数量和重量决定。同样，力量在人体中也体现为运动、收缩和放松等形式，而生命本身其实就是运动，尤其是心脏的运动。因此，生与死都是机械现象，健康取决于有规律的运动，而疾病则源于运动的异常。人体其实只是一台巨大的液压机器，由“以太”或“敏感灵魂”控制，而这种灵魂的主要所在处就在脑髓中。
在将药物用于治疗疾病时，霍夫曼倾向于使用简单的药物，而且往往能取得不错的效果。不过，无论医生的理论如何，他很少会大胆地按照理论来行事，坚持只使用理论所推荐的药物，而放弃那些虽然基于经验但已长期被使用的药物。正因如此，许多理论上的空谈者实际上却是出色的临床医生，霍夫曼就是其中之一。他提出的一些药物至今仍在使用，比如以太酒精，也就是所谓的“霍夫曼镇痛剂”。
唯心主义者、生命力论者与有机论者
除了霍夫曼的医学体系之外，18世纪还有许多其他的医学体系，不过其中大多数并无重要价值；不过至少还有三种体系曾经存在过，后来又消失了。

该世纪中有一些理论值得特别关注。其中，万物有灵论的代表人物便是以“燃素说”而闻名的乔治·恩斯特·施塔尔；另一派是生命力论者，其倡导者为保罗·约瑟夫·巴尔泰斯（1734–1806）；第三派则是有机论者。有机论者虽然也认同前两派的观点，即生命活动无法用物理和化学定律来解释，但他们认为生命并非源于某种精神实体，而是由身体结构本身决定的。

万物有灵论者认为，人的灵魂负责维持正常生命活动，而低等动物的生命则受普通机械原理的支配。施塔尔极力支持这一理论，有时甚至态度激烈，他曾宣称“不再需要医生，只有机械师和化学家就够了”。他否认化学与医学有任何关联，并认为解剖学对医学家毫无用处。在他看来，灵魂是一切生命活动的源泉，死亡的直接原因并非疾病，而是灵魂的直接作用。当身体因损伤或衰老而无法正常运转时，灵魂就会离开身体，从而导致死亡。灵魂通常会选择血液循环途径及具有收缩功能的器官作为影响身体的通道。因此，在发烧时脉搏会加快，这是由于灵魂的活动增强所致；疾病中的抽搐和痉挛也是出于同样的原因。血液淤滞被认为是引发疾病的常见原因，而这些疾病大多源于“血液过多”——这在施塔尔的治疗理论中是个非常重要的因素。

许多人认为，这一理论其实是虔诚的施塔尔试图以一种能让医学家和神学家都满意的方式调和医学与神学，但就像许多试图调和的尝试一样，它遭到了医学家和神职人员的强烈反对。

相信这样的理论自然会导致治疗方法的简化，至少在这一点上，施塔尔是始终如一的。既然灵魂对身体的了解远远超过任何医学家，施塔尔认为，医学家若干预复杂的用药方案，只会起到阻碍作用而非帮助。随着年龄的增长，他越来越坚持这种用药理念，最终在摒弃了奎宁和鸦片之后，只使用盐和水来治疗病人。由此可知，尽管他的“疗法”未必能带来多大益处，但至少也不会造成什么危害。

生命力论与灵魂论密切相关，其最重要的代表人物保罗·约瑟夫·巴尔泰斯是一位富有学识且充满热忱的科学家。他在医生、士兵、编辑、律师和哲学家等不同职业间辗转，经历了丰富多彩的职业生涯之后，最终重返医学领域。1802年，他被拿破仑任命为御用医师，四年后在巴黎去世。

他所倡导的理论基于这样一种假设：存在着一种“生命力”，其本质尚不清楚，但它不同于思维能力，正是这种力量导致了生命现象的产生。这种“生命力”与灵魂不同，并非只存在于人类身上，动物和植物中也存在。人们认为这种力量或称其为何种东西，存在于身体的各个部位，而所有疾病都是它的结果。

有机论者与灵魂论者及生命力论者一样，都认为生命活动无法用物理和化学定律来解释；但与后两者不同的是，他们认为生命活动是身体结构本身的一部分。显然，实际从事医疗工作的医生们更倾向于这种具体的理论，而非那些将疾病视为某种未知“原理”出现异常的模糊理论。

将这三种医学流派的简要描述纳入科学发展的历史中或许有些牵强，但总体而言，它们至少在引导科学沿着正确的方向发展方面起到了重要作用，指明了哪些道路是不应该走的。有人说过，科学通常只有在尝试了所有错误的路径之后才能找到正确的方向；即便这一说法只有一定道理，那些错误的路径依然发挥了重要作用。因此，威廉·卡伦（1710–1790）和约翰·布朗（1735–1788）的医学体系虽然对科学医学的实际进步贡献甚微，但它们在诸多领域产生了深远影响，至少“布朗体系”值得加以关注。

根据布朗的理论，生命、疾病以及治疗方法都可以通过“兴奋性”这一特性来解释。所有的刺激作用都被视为具有促进作用，某些看似具有抑制作用的效应，则是由于刺激不足所导致的。因此，“生命、健康以及疾病的全部现象都应归因于刺激，除此之外别无他因。”这一理论在医学界引发了巨大反响。

支持者与反对者到处出现。在意大利，这一理论受到热烈支持；而在英格兰则遭到强烈反对；苏格兰则出现了不同派别之间的暴乱。为何这一理论会引发如此多的赞成或反对之声，目前尚不清楚。

与他那个时代的许多其他“理论家”一样，布朗从自己的理论中得出的实际结论（或者说是不顾理论本身而得出的结论）总体上对医学有益，其中一些结论在疾病治疗方面具有极高的价值。他率先提倡用现代刺激剂或“营养疗法”来治疗发热，并最早认识到动物汤和牛肉茶在某些疾病中的疗效。

哈内曼的理论体系

就在世纪末之际，顺势疗法学派开始崭露头角。这一学派后来对医学实践产生了深远影响，其影响力甚至超过了18世纪的其他所有学派。它是由克里斯蒂安·塞缪尔·弗里德里希·哈内曼（1755–1843）创立的。他是一位极为杰出的人物：年轻时提出的理论至少与当时大多数现有理论一样合理，但不幸的是，他活得太久，以至于他的学说因年老后提出的荒谬观点而遭到嘲笑。

哈内曼认为所有的病理解剖学与病理学理论在实践中毫无用处，于是提出了他那著名的“以相似治相似”原则——即所有疾病都应通过那些在健康状态下能产生与所治疾病类似症状的药物来治愈。如果某种药物在健康人身上会引发头痛，那么这种药物就适用于治疗头痛等疾病。如今看来，这样的理论相当粗糙，但在18世纪后期，几乎任何理论都与泛灵论者、生命力论者等学派提出的理论差不多。这一理论的优点在于它让药物的使用更加简单，取代了当时流行的复杂处方。如果哈内曼就此止步，就不必因为他后来提出的那些荒谬理论而遭受如此多的嘲笑。但他却继续提出了“浓度递减效应”这一惊人理论——即药物经过稀释后会变得更为有效——以及更为离奇的……

有一种荒谬的理论认为，所有慢性疾病都是由瘙痒、梅毒或疣病引起的，或是由于药物所致。当哈内曼的这一理论被提出时，医学界正处于滥用大量混合药物的状况中，因此任何反对这种做法的观点都堪称进步。简而言之，没有任何一种药物比常规治疗中使用的超大剂量药物更好；而这正是哈内曼方法至少具有的一个优点。简述他的理论如下：如果将某种药液进行30次稀释，每次稀释比例为1/50，那么经过如此多次稀释后，该药物的效力反而会增强。哈内曼本人则更倾向于使用最稀释后的那种药物。不过，一旦明白在药物被稀释到30倍之前，其含量已经少到无法用任何化学方法进行称重、测量，甚至根本无法确认其是否存在于溶液中，这种理论的荒谬性就显而易见了。对于现代顺势疗法的追随者来说，虽然他们大多主张使用小剂量药物，但他们并不一定遵循哈内曼的这一观点，因为他们认为关于剂量的理论“与真正的治愈原理并无关联，只不过是哈内曼后来编造出来的罢了”。哈内曼认为所有慢性疾病都源于瘙痒、梅毒或疣病这一观点已不再被其追随者所接受，因为这一观点很容易被推翻，尤其是在瘙痒这一方面。哈内曼声称有四分之三的疾病是由“瘙痒引发的”，但实际上早在他之前就已经有人证明，瘙痒其实只是一种由微小寄生虫引起的局部皮肤病。

詹纳与疫苗
科学的每一次进步，无论直接还是间接，都会对人类的福祉产生影响；不过，18世纪末的一项发现因其对人类带来的直接且立竿见影的好处，无疑超越了这一时代乃至以往所有时代的其他发现。我所说的当然是詹纳发现的通过牛痘病毒接种来预防天花的方法。需要指出的是，这一发现的预防效果其实早已被证实。

在英格兰的农民们中间，关于接种疗法的传闻早已存在。这类模糊不清、毫无实际用处的半知半解的知识，往往能成为重大发现的先兆。从各方面来看，詹纳的发现都是独创且独一无二的。即便从完美方法的层面来看，它也绝非偶然之作，而是实验科学的胜利成果。这位发现者并非科学研究领域的初学者，而是一位训练有素的观察家，他曾师从著名的约翰·亨特，长期从事科学观察工作。21岁时，詹纳前往伦敦深造医学，不久便展现出过人的天赋，因此被亨特视为得意门生，留在其家中学习了两年。他对科学和自然史的兴趣很快引起了约瑟夫·班克斯爵士的注意，后者便委托他负责整理1771年库克船长探险队带回的动物标本。他出色地完成了这项任务，因而获得了参加第二次探险队的博物学家职位，但他拒绝了，选择回到家乡伯克利从事医生职业。他的诸多成就以及友善的性格使他既深受患者喜爱，也在社交场合广受欢迎。他擅长唱歌，演奏小提琴和长笛，同时还是位才华横溢的散文与诗歌作家。尽管肩负着各种职业和社会责任，他仍坚持进行科学研究，例如在亨特的指导下对刺猬的冬眠现象进行了细致观察，并将研究成果提交给了皇家学会。他还对所在地区的地质构造和化石进行了大量研究。即使在跟随亨特学习期间，他就对格洛斯特郡农村地区流传的一种观点很感兴趣：患过牛痘的人会对天花产生免疫力。詹纳多次向亨特提及这一观点，还不断向同行们询问他们对此的看法。然而，亨特当时正忙于其他事务，未能认真对待这个问题；而詹纳的同行们也对这类传闻不太相信，尽管这类传闻其实相当普遍。

当时，通过接种疫苗来预防天花，或者至少避免病情恶化，是一种普遍采用的手段。通常，一旦出现轻症病例，人们就会从患者身上提取一些病毒，然后接种给那些从未患过这种病的人，从而在他们体内引发类似的病症。不幸的是，这种做法存在许多问题：接受接种的人往往会出现重症并死亡；即便能够康复，即使只是经历过轻微的病症，他们的身体也可能会留下疤痕而变得畸形。但最糟糕的是，这类接种过的患者会成为传染源，进而引发严重的疫情。

这确实是个令人困惑的问题，因为可怕的天花始终威胁着所有尚未患病且未从中康复的人。接种疫苗的做法是由玛丽·沃特利·蒙塔古夫人（1690–1762）引入英格兰的。她曾在东方见过这种做法，并表示决心“不顾医生的反对，将这一方法引入英格兰”。由于某些人——通常是挤奶女工——在患过牛痘后似乎对天花具有免疫力，因此似乎可以很容易地推断出，通过接种牛痘就能解决预防天花的问题。但实际上还有另一种疾病，虽然与牛痘极为相似，常常被混为一谈，但却无法带来免疫力。这两种疾病的混淆不断干扰着人们对其中某种疾病是否具有预防天花作用的研究，甚至一度让詹纳也对这一可能性产生了怀疑。然而经过仔细研究后，他得出结论：这两种疾病的效应存在差异，只有其中一种才能使人获得对天花的免疫力。

詹纳在他那篇关于疫苗接种的著名论文中写道：“由于马属于家养动物，因此它们经常会患上一种疾病。马蹄铁匠们称其为‘油疮’。这是一种发生在马蹄跟部的炎症和肿胀，初期会出现一些小裂口，从中会流出一种具有特殊性质的透明液体。这种液体似乎能够在人体内引发一种疾病（经过我稍后将提到的处理之后），而这种疾病与天花极为相似，因此我很认为它很可能是天花的起源。”

在这个以养牛为业的国家里，有大量的奶牛被饲养着，而挤奶的工作则由男人和女仆们共同承担。其中有个男人被派去给患有我所提到的那种疾病的马处理伤口，由于他没有注意保持清洁，手指上便沾上了病原体。他在给奶牛挤奶时，这些病原体便传到了奶牛身上，再从奶牛传到挤奶的女仆们身上，最终在整个农场里蔓延开来，导致大部分牛和家畜都受到危害。这种疾病被称为“牛痘”。它会在奶牛的乳头处形成不规则的脓疱。刚开始出现时，这些脓疱通常是淡蓝色的，或者说是接近青色的颜色，并且周围伴有炎症。如果不及时治疗，这些脓疱往往会发展成难以治愈的溃疡，带来极大的麻烦。患病动物会变得身体不适，产奶量也会大幅下降。负责挤奶的家仆们的手部不同部位会出现炎症，有时手腕也会受到影响，这些部位会化脓，起初看起来像是烧伤后形成的小水泡。这类症状最常出现在手指关节及其末端；不过无论哪个部位受到影响，只要条件允许，都会形成圆形的溃疡，边缘高于中心，颜色呈明显的蓝色。随后这些溃疡会逐渐愈合，但在每个腋下还会出现肿瘤。整个身体的机能也会受到影响，脉搏加快，会出现颤抖、发热、全身乏力以及腰部和四肢的疼痛，还会伴有呕吐症状。头部也会感到疼痛，患者有时甚至会出现意识混乱的情况。这些症状的严重程度各不相同，通常会持续一天到三到四天，手上会留下溃疡，由于这些部位的敏感度很高，因此会带来很大困扰，而且愈合速度很慢，往往还会像最初那样发展成难以治愈的溃疡。在疾病发展的过程中，嘴唇、鼻孔、眼睑以及身体的其他部位有时也会出现溃疡，但这些溃疡显然是由于患者用受感染的手指不小心摩擦或抓挠所导致的。在我观察过的所有病例中，除了一个例外，没有出现发烧症状消退后皮肤上仍有皮疹的情况，而在那个例外案例中，只有少数皮疹出现。

那些小突起非常微小，呈鲜红色，很快便消失了，未能发育成熟，因此我无法确定它们是否与之前的症状有关。
“因此，这种疾病会从马身上传播到牛的乳头，再从牛传播到人类。”
“各种病态物质一旦进入人体，都可能产生类似的症状；但牛痘病毒之所以如此特别，就在于被感染的人此后再也不会患上天花——无论是因为接触了天花病毒，还是因为病毒进入了皮肤而引发疾病。”(2)
1796年，詹纳首次使用牛痘病毒进行接种，两个月后，他又让同一个人接受了天花病毒的接种。但正如詹纳所预料的那样，此人并未患上天花。尽管这一实验已经充分证明了他的观点，他仍继续进行研究，两年后才公布自己的发现。在有了确凿的证据之后，他才将这一发现公之于众。
他的这一发现所带来的影响，在科学史上可能是前所未有的，或许只有麻醉剂的发现能与之相媲美。在日内瓦和荷兰，神职人员们在讲坛上倡导接种疫苗；在一些拉丁国家，人们会组成宗教队伍去接受疫苗接种；在德国，人们会把詹纳的生日当作节日来庆祝；在俄罗斯，第一个接受疫苗接种的孩子被命名为“Vaccinov”，并由公共资金为其提供教育。六年之内，这一发现就传播到了文明世界的各个角落，甚至也传到了某些原始部落中。几年之后，天花就从最可怕的疾病之一，变成了几乎唯一一种有可靠且简便的预防方法的疾病。
无论是旧世界还是新世界，都有很多人向詹纳致敬，就连极度厌恶英国人的拿破仑也位列其中。有一次，詹纳向皇帝请求释放那些被关押在法国的英国人。这份请愿书即将被驳回时，有人提到了请愿人的名字。拿破仑说：“啊，对于这个名字，我们什么都不能拒绝！”

如今，我们很难真正理解詹纳所取得的伟大成就，因为我们只能大致意识到，自人类历史开始以来，天花这一残酷且无处不在的灾祸给历代人带来了多大的危害。尽管人们试图通过药物和治疗手段来控制它，但它仍会时不时地以毁灭性瘟疫的形式肆虐大地，每年平均都有十分之一的人因此丧生。“几乎没人能免于天花和爱情的折磨”，这是一句古老的谚语。在一百年前，长满痘痕的面孔与如今光滑的面孔一样常见。因此，世界才会如此热烈地接受詹纳的发现——根本无需任何劝说，大多数人就会主动尝试这种疗法；就像在即将沉没的船上，人们不会拒绝使用救生艇一样。无论贫富、地位高低，所有人都寻求疫苗接种带来的拯救，并颂扬那位拯救者之名。在世纪末出现的所有杰出人物中，或许没有哪位像英国伟大的医生爱德华·詹纳那样广为人知且受到普遍尊敬。毫无疑问，后人也会以更深的感激之情铭记他。

八、十九世纪的医学——体格诊断

尽管第一执政官拿破仑·波拿巴极为自负，但他很可能没有意识到，自己在为自身选择医生时的决定，实际上正在深刻影响着整个医学科学的进步。然而，人类事务中的因果关系往往十分奇特，第一执政官的这一简单举动却产生了意想不到的效果。因为被他选中的人正是某种新医疗方法的倡导者，而由于担任过第一执政官以及后来皇帝的御医，他获得了极高的声誉，这使他能够以其他方式难以实现的方式推广这种新方法。因此，拿破仑的这一选择虽是间接的，但对医学科学而言却具有重要意义。

这位医生就是让·尼古拉·德·科维萨尔。他所采用的方法其实并不复杂，只不过是一种通过敲击患者胸部来听诊内部病变声音的常规手段而已。在当今时代，这种做法已十分常见，但在那个世纪初期，科维萨尔以及他的部分学生，很可能是世界上唯一使用这种简单而有效的诊断方法的医生。因此，当拿破仑对之前的医生皮内尔和波特瓦尔感到不满后，请来科维萨尔，却发现自己的身体状况是通过如此奇特的方式被检查时，他自然会感到惊讶。凭借其一贯的敏锐洞察力，拿破仑立刻意识到了这种方法的实用性，于是这位试图用科学方法取代凭经验诊断疾病的医生立刻赢得了他的青睐，并被任命为他的固定医疗顾问。

在此之前的十五年里，科维萨尔一直在尝试使用这种被称为“叩诊法”的技术，但却未能让医学界认可它的价值。需要补充的是，这种方法并非由科维萨尔首创，他也从未声称这是自己的发明。这项技术的真正创造者是德国医生阿文布鲁格，他早在1761年就出版了关于该方法的书籍。这本书甚至还被翻译成了当时作为国际通用语言的法语。

1770年，蒙彼利埃的罗齐耶·德·拉·沙萨涅撰写了《无处不在的沟通》一书；不过，似乎除了科维萨尔之外，没有其他人关注过该书的原文或译本。然而，当科维萨尔在1808年重新翻译阿文布鲁格尔的著作并加入自己的一些重要见解时，情况就完全不同了。

“我非常清楚，翻译者和评论家往往得不到应有的认可，”科维萨尔写道，“如果我重新阐述阿文布鲁格尔的理论并出版一本关于叩诊方法的独立著作，完全可以提升自己的地位。但那样做的话，我就得为了自己的虚荣心而牺牲阿文布鲁格尔的名声，这是我不愿做的。我想要让阿文布鲁格尔以及属于他的杰出发明重新焕发生机。”(1)

此时，人们对此前备受青睐的医学形而上学方法已产生了反感；当时的科学精神正在影响着医学实践，再加上科维萨尔的声望，使得叩诊方法迅速获得了应有的普及。这就为所谓的体格诊断方法奠定了基础，而这种方法是现代医学的基石之一。

不过，以当今所采用的体格诊断方法而言，科维萨尔的工作远未完成。仅靠叩诊所能获得的信息，还远远不及通过适当检查胸部器官所能获取的信息的一半。其余的信息只能通过将耳朵直接或间接地贴在胸部上来了解。尽管这种方法看似简单，但在科维萨尔展现出叩诊的价值之后，仍有数年时间里没人想到要采用它。

1815年，另一位巴黎医生雷内·泰奥菲尔·海亚辛特·拉埃内克几乎偶然间发现：将纸筒贴在耳朵上并抵在病人的胸前，就能清晰地听到心跳的声音。受到这一发现的启发，拉埃内克用空心木筒取代了纸筒，于是他便有了这样一种工具——借助它，不仅可以听到心脏的声音，还能以惊人的清晰度听到呼吸时肺部的声音。

将不同的胸部声音与内脏器官的疾病状况联系起来的可能性，引起了拉埃内克那富有创造力的思维的兴趣。

他在治疗领域开辟了新的前景，并决心尽最大努力将其发展下去。由于与巴黎各医院的密切联系，他获得了充分的机会来从事这项工作。在接下来的几年里，他不仅证明了这种新方法作为诊断工具的价值，还为病理解学的发展奠定了基础。1819年，拉埃内克将他的研究成果发表在《间接听诊法》一书中，该书堪称现代医学的重要里程碑。所谓“间接听诊”，自然是指借助前述那种小型仪器来检查胸部状况；最初发明这种仪器的人认为它根本不值得命名，后来其他人给它起了各种奇怪的名字，于是拉埃内克决定将其称为“听诊器”，这个名称一直沿用至今。

此后，听诊器的结构不断得到改进，通过双耳式设计其功能也得到了提升；最近几年，借助电话原理又有了进一步的改进。不过，关于使用听诊器进行听诊的基本原理，正是由拉埃内克详细确立的。他因此为使实用医学在本世纪能够被视为一门理性科学做出了巨大贡献，这一荣誉应永远属于他。然而，拉埃内克的努力也让他付出了生命的代价——1826年，他因在医院工作期间患上的肺病而去世。即便在此之前，他的名声早已享誉全球，他的方法的价值也已被全世界所认可。不久之后，即1828年，另一位法国医生皮奥里进一步完善了叩诊法，他不再直接敲击胸部，而是用手指或小金属板、硬橡胶板轻轻触碰胸部来进行叩诊。这样一来，胸部疾病的物理诊断方法便在本质上得到了完善。从那时起，叩诊和听诊就一直成为医生常规诊断工具中不可或缺的部分。

与这些用于用科学知识取代猜测的新诊断方法相辅相成的是实验生理学家们的研究——尤其是英国的马歇尔·霍尔和法国的弗朗索瓦·马让迪。这些人的共同努力最终使得那些残酷且往往不合逻辑的放血等疗法被摒弃，而这些疗法此前一直主导着医学实践。为此，人们还引入了“统计方法”。

路易斯及其追随者们做出了重要贡献；到了本世纪前三分之期的末尾，人们逐渐认识到：治疗学的任务应是帮助人体自身抵抗疾病，而且往往通过简单的方法就能达到这一目的，无需采用以往人们认为必要的复杂手段。简而言之，与早期那些形而上学的观念相比，科学实证主义开始在医学领域占据一席之地。

寄生虫病
我刚才提到过，拿破仑·波拿巴在担任第一执政官及皇帝期间曾患某种疾病，为此他不得不寻求巴黎最顶尖医生的帮助。令人惊讶的是，除了科维萨尔之外，这些医生都将这位杰出患者的病情诊断为“气滞反应”——用通俗的话来说，就是“瘙痒症”。显然，如今的医生绝不会对一位王室患者做出如此草率的诊断。如果真有位贵客患有瘙痒症，明智的医生会用委婉的话语掩饰事实，然后迅速根除这种疾病。拿破仑身边的医生们却并非如此行事，这足以说明在那个时代，这种疾病的地位其实截然不同。当时，瘙痒症并非一种普通的疾病，而可以说是一种“宫廷疾病”；它在上流社会和普通民众中都广为流传，而现代医学则已彻底否定了这一点。当时的医生们还夸大其危害性，将他们所观察到的几乎所有疑难杂症都归咎于这种疾病。即使在拿破仑时代之后，这种观点依然存在。例如，富有想象力的哈内曼博士就断言，人类所患的所有疾病中，有四分之三实际上不过是各种形式的“气滞反应”罢了。这一切都表明，那些伪装成专家的人是多么容易欺骗轻信他人的人——因为在现代医学中，有一个事实再清楚不过了：“气滞反应”只不过是用来掩盖无知的一种借口而已，实际上根本不存在这样的疾病。当然，风疹确实是一种真实存在的疾病，但它只是一种局部性的皮肤疾病，有其明确的病因，而过去人们所认为的那些严重的内部疾病其实与风疹并无关联。

其实，正如如今所有人所知，这种疾病的真正病因不过是一种寄居在皮肤上的微小昆虫，它们在皮肤中钻洞并安家落户。只要杀死这些昆虫，疾病就会消失。因此，对于现代医生来说，瘙痒症属于他们能够迅速治愈的三种或四种疾病之一，这早已成为一种共识。然而，在本世纪前三分之一的时间里，情况却完全不同——对那些医生而言，这种疾病的病因简直是个谜。

的确，偶尔也有医生声称在患有瘙痒症的患者的皮肤中发现了昆虫，还有两三次有人声称这就是该病的病因，但这些观点完全被医学界忽视了。1833年，有一本权威的医学著作指出：“瘙痒症的病因至今仍完全不明。”但有趣的是，即便在那个时候，也有一些外行人士掌握了部分医学知识，而这些知识却是医学界内部人士所不知道的。就像詹纳出现之前英格兰的农民已经知道牛痘可以治疗天花一样，波兰的农妇们也了解到她们所患的那种令人困扰的皮肤病是由一种几乎看不见的昆虫引起的，而且她们还掌握了用针尖将这种有害昆虫挑出的方法。一个名叫F·雷努奇的乡村青年从她们那里学到了这个秘密。他前往巴黎学习医学时将这一发现带了过去，并在1834年向他的老师阿利贝尔展示了这一成果。起初持怀疑态度的阿利贝尔很快就被说服了，他以权威的姿态将这一发现公之于众，使得这一发现很快得到了认可。

就当前的话题而言，这一切的重要性并不在于它为某种疾病的治疗提供了方法。真正具有划时代意义的是，它为医学界引入了一个全新的理念——一个最终被证明具有巨大影响力的理念：即那些微小且难以察觉的动物寄生虫，也可能成为某种常见、广泛流行且重要的人类疾病的病因。当然，只有借助后来的知识才能充分理解这一理念的意义；但在它出现之初，它就已经为基于显微镜研究的新型医学知识的发展提供了强大的推动力，而正是透镜制造技术的发明才使得这类研究成为可能。这些新的知识……

他澄清了一个极为混浊的医学样本，也为许多其他类似样本的澄清指明了方向。几乎就在那位波兰医学生在巴黎展示痒螨的同时，巧合的是，另一位医学生——这次是英国人——也做出了或许更为重要的类似发现。实际上，这位英国人的发现时间略早于前者：1833年，当时在伦敦圣巴塞洛缪医院实习的詹姆斯·佩吉特在解剖人体肌肉组织时发现了些微小的异物颗粒，他将这些颗粒交给比较解剖学教授理查德·欧文后，欧文借助显微镜确认它们是一种迄今尚未被知晓的微小昆虫的茧。欧文将这种昆虫命名为旋毛虫。该发现发表后人们才发现，此前已有几位研究者观察过类似的颗粒，但没人曾怀疑过它们的本质，更未曾对其性质进行过验证。在欧文做出这一发现后的很长一段时间里，关于旋毛虫的完整信息仍未被揭示。直到1847年，美国解剖学家约瑟夫·莱迪才在猪肉组织中发现了旋毛虫囊包；又过了大约十年，德国学者们，尤其是勒卡特、维尔肖和岑克等人，才证明了这种寄生虫是通过食用受感染的猪肉进入人体，并会引发一系列此前被误认为是风湿病、伤寒等其他疾病的病症。此后，医学界一度对旋毛虫病极为关注；德国部分地区开始对猪肉进行政府监管；法国的市场上则完全禁止了美国猪肉的销售；这一话题也因此受到了公众的广泛关注。尽管旋毛虫本身具有相当重要的意义，但它最重要的价值还是在于：1833年它被发现时，促使人们开始关注微观寄生虫这一领域。在那一发现之后的十年间，人们对微生物及微观组织的研究十分活跃，埃伦伯格、亨勒、博里·圣文森特、科利克、罗基坦斯基、雷马克和杜雅尔丹等人都为这一新领域的知识拓展做出了贡献，此处仅能简要提及他们的成就。而这一时期在这一领域的最重大成就，当属德国人J.L.舍恩莱因在1839年所做出的发现。

有一种极为常见且令人困扰的头皮疾病，被称为头癣，其实是由于微小的植物性生物在头皮上滋生所导致的。这一发现表明，不仅动物性生物，那些微小的植物性生物也会引发人类所患的疾病。对这类寄生虫的了解，是科学医学知识发展过程中的又一大进步；不过，这一知识的真正价值要等到另一代学者进入这一研究领域后才能被充分认识。

无痛手术

与此同时，在医学的另一个领域里，也有一些重要的进展，这些进展所带来的意义或许超过了本世纪任何一个科学领域的其他发现。那就是人们发现了：在接受手术时吸入硫酸乙醚蒸汽具有消除疼痛的作用。这一发现源自美国，而且似乎在其他国家没有任何人有过类似的研究思路。实际上，50年前，英国的戴维就已经提出了通过吸入气体来治疗疾病的方法，并进行了许多有趣的实验。毫无疑问，正是他关于一氧化二氮气体的实验为美国的科研人员提供了线索。但这就是前几代人对这一领域的唯一贡献。自本世纪初戴维将注意力转向其他课题之后，就再也没有人在这一方向上取得任何进展，直到一位美国牙医重新开始相关研究。

鉴于其后续影响，戴维的实验值得我们认真关注。以下是他自己在1799年所写的实验记录：

“在经过126英里的旅程之后，由于前一晚没有睡觉，我已筋疲力尽。于是我吸入了7夸脱的一氧化二氮气体，时间约为3分钟。这种气体产生了通常的愉悦效果，还让我的肌肉有轻微的活动。之后我又保持了几分钟的兴奋状态，但半小时后，我的疲惫程度仍与实验之前相同。我非常想睡觉。”

“为确定这种与生命相容的氧化亚氮是否会导致身体虚弱，我决定以一定的时间和剂量吸入该气体，从而产生与鸦片或酒精严重中毒时相当甚至更强的兴奋感。为了让自己逐渐适应这种兴奋感，12月26日，我在Kinglake博士的见证下，进入了一个容积约为9.5立方英尺的密封呼吸箱中。在调整好姿势后，我通过腋下插入的弯曲温度计以及秒表来监测脉搏和体温的变化，随后有20夸脱的氧化亚氮被注入箱内。最初的三分钟内，我的感觉没有任何变化，尽管氧化亚氮刚被引入时其气味和味道已经十分明显。四分钟后，我的脸颊开始有轻微发热感，胸部也出现了弥漫性的温暖感，而此时箱内的温度还不到50度……25分钟后，我的体温上升到了100度，脉搏则为124次/分钟。又过了30分钟，又有20夸脱的该气体被注入箱内。此时我的感觉十分愉悦：全身有弥漫性的温暖感，皮肤却毫无潮湿感；有一种类似少量饮酒后的兴奋感，同时还有想要活动身体、开心大笑的冲动。三刻钟后，脉搏降至104次/分钟，体温为99.5度，箱内温度则为64度。这种愉悦的感觉持续增强，脉搏变得更有力且节奏更慢，大约一小时后脉搏降至88次/分钟，体温则为99度。又有了20夸脱的空气被引入箱内。此时我非常想笑，眼前似乎经常出现闪光点，听觉也变得更加敏锐，肌肉则感到轻松有力。不久之后，这些症状便趋于稳定；呼吸变得有些困难，由于极度渴望活动，休息反而让人感到痛苦。整整一个半小时后，我终于走出了那个呼吸箱。从我开始呼吸纯氧化亚氮的那一刻起，一种从胸部蔓延至四肢的激动感便出现了。”

几乎立刻，那种感觉就出现了。我的四肢都感受到了令人愉悦的延伸感；我所看到的景象异常清晰且似乎被放大了，我能清楚地听到房间里的每一个声音，也完全清楚自己的处境。随着这种愉悦感的增强，我逐渐与外界失去了联系；各种生动的视觉图像在脑海中快速闪过，并与文字相结合，从而产生了全新的感知体验。“我身处一个由全新组合、全新构成的观念世界之中。我开始进行理论思考，想象自己取得了某种发现。当金莱克医生把袋子从我嘴里拿开，让我从这种半恍惚的状态中醒来时，看到周围的人，我首先感受到的就是愤怒与自豪。我的情绪极为激动且崇高；有那么一会儿，我完全不顾别人对我说的话，在房间里走来走去。当我恢复到正常状态后，便想要分享自己在实验中所获得的‘发现’。我试图回忆那些想法——但它们十分模糊不清；不过有一组词语浮现在脑海中，于是我以极其坚定的信念和预言般的语气对金莱克医生说道：‘除了思想之外，什么也不存在！宇宙是由各种印象、观念、快乐与痛苦构成的。’”(3)从这段描述可以看出，戴维将自己置于一种失去对周围环境意识的麻醉状态，但并未陷入完全无知的状态。如果金莱克医生让那个呼吸袋继续留在戴维的口中片刻，他就会彻底失去知觉。显然，戴维意识到了自己的感知能力已经减弱，因此他提出了这样的见解：“既然一氧化二氮能够在很大程度上消除身体上的疼痛，那么在那些不会造成大量出血的手术中，它或许可以发挥重要作用。”(4)不幸的是，当时没有人采纳这个建议，而戴维本人也转而关注其他科学领域，再也没有回到生理学研究上，因此差点就错过了整个科学史上最伟大的发现之一。在之后的几代人中，似乎也没有人想到要验证戴维的这个建议，欧洲的外科医生们也都一致认为，要想找到让手术无痛的方法，已经是完全不可能的事了。

外科手术刀永远都应是缓慢且难以忍受的折磨的代名词。巧合的是，英国外科手术界的权威人物本杰明·布罗迪爵士，曾在他认为毫无希望的尝试已经在美洲取得巨大成功之际，公开表达过这一观点——尽管他对此感到遗憾。当时，这一发现还无法通过跨大西洋的电报传送到旧大陆，但消息已经正在途中。

刚才提到的那位美国牙医，除了有一个例外之外，可以说是世界上第一个意识到使用某种特定药物可以让外科手术变得无痛的人，并且还将这一想法付诸实践的人，就是来自康涅狄格州哈特福德的霍勒斯·威尔斯博士。他用来做实验的药物是氧化亚氮——也就是戴维曾经使用过的那种；他所实现的“无痛手术”其实并不比拔牙更复杂，但这已经足以证明一个重要原理；实验进行于1844年。

不过，尽管威尔斯博士的实验很重要，但还不足以让医学界充分重视这一成果。他所使用的药物并非始终可靠，而他本人似乎最终也放弃了这项研究，或者至少减少了努力。与此同时，他有位朋友得知了他的想法和期望后便接手了这项工作，并以不懈的热情继续进行实验，最终取得了更为显著的成果。这位朋友同样是牙医，名叫W.T.G.莫顿，来自波士顿，当时还是个充满活力与热情的年轻人。他觉得威尔斯所使用的药物并不是最合适的，于是又用了几个月的时间尝试其他类似的药物，最终找到了硫醚。利用这种药物，他先在动物身上进行了实验，随后又在牙科手术中的病人身上进行了试验，结果显得非常令人信服。

他满怀热情，对自己取得的成果极为自信，立刻去找波士顿最著名的外科医生之一J.C.沃伦，请求允许他在一次复杂的手术中，用他的发现对波士顿医院的一名病人进行测试。他的请求得到了批准。1846年10月16日，试验在几名医生的见证下进行了。

这座城市中最优秀的外科医生们以及一群医学生都参与了这项手术。在手术进行期间，病人安静地睡着，当醒来时，他惊讶地发现手术已经结束——这简直是个奇迹。不可能的事竟然变成了现实。(5)
消息以蒸汽所能传递的最快速度——用今天看来则算是相当慢的速度——传遍了全世界。欧洲人起初对此表示怀疑，但在多次实验之后，他们的疑虑便消失了。外科医生们不愿相信，那种长期以来仅被视作辅助性药物的乙醚竟能创造如此奇迹。然而，任何外科医生都可以进行的测试都证明了这一点的真实性，而且短短几周内，全世界的医生们都进行了这些测试。随后，有一些外科医生，尤其是巴黎的一些医生，声称疼痛刺激对病人有益，因此奥利弗·温德尔·霍姆斯博士所命名的这种麻醉方法其实并不值得采用。此外，还有许多人在讲坛上宣称疼痛是上帝赋予的，从道德层面来看，人们应当忍受而非放弃疼痛。不过，这些反对声音很快就被压制下去了；因为很快人们就发现，那些在手术过程中没有感受到疼痛的病人恢复得比那些承受了疼痛的人更好。而所有普通人则谴责那些让人类遭受不必要的痛苦的行径。就这样，在1846年波士顿医院那次手术之后的几个月里，乙醚便已在整个文明世界范围内取代了传统止痛方法。只有通过丰富的想象力，我们才能真正理解这一胜利的意义。
需要补充的是，在随后关于这一发现的争论中——正如每一次重大进步之后都会出现的那样——还有另外两位人物因参与了这项新方法的研发而备受瞩目。他们都是美国人：一位是来自波士顿的查尔斯·T·杰克逊博士，另一位则是来自阿拉巴马州的克劳福德·W·朗博士。至于杰克逊博士，可以说他在莫顿做出发现之前就已经对乙醚的特殊性质有所了解。他甚至向莫顿建议使用这种药物，却不知道莫顿早已尝试过它了；但这也就说明他与这项发现的关联程度其实很有限。因此，杰克逊声称自己与莫顿拥有同等的发明功绩，显然是毫无根据的，甚至是荒谬的。

朗博士与这一发现的关联截然不同，而且完全出于高尚的动机。在那些在科学发现史上屡见不鲜的巧合中，他与莫顿几乎同时正在研究乙醚作为镇痛剂的效果，只不过两人彼此并不知道对方的存在。在还是医科学生时，他像其他医学生一样吸食过乙醚以获得醉意，而在药物作用下的状态下，他发现小腿受到轻微撞击时并不会感到疼痛。这让他想到乙醚或许可以用于外科手术；随后几年，在乔治亚州的一个小城镇行医期间，他将这个想法付诸实践并取得了成功。毫无疑问，他在莫顿最终展示其成果的两三年前就已经成功使用了乙醚进行了一些小型手术，因此，首次将这种药物——实际上任何药物——用于此类手术的功绩应归于他。可惜的是，朗博士并不完全相信自己实验的结果。当时，医学期刊上充斥着各种关于通过催眠术实现无痛手术的报道，朗博士担心自己的成功可能是由于催眠效应而非药物本身所致。因此他推迟公布自己的发现，等待进一步验证的机会——而对于一位乡村医生来说，这样的机会并非每天都有。就在他等待之际，莫顿抢先一步，使得这一发现在没有他参与的情况下被公之于众。朗博士的谨慎确实体现了科学家的态度，但这种谨慎却让他错失了本可属于他的荣誉——那就是为人类带来科学史上最伟大的恩惠之一，甚至可以说是最伟大的恩惠。在乙醚开始被广泛使用后的几个月里，苏格兰外科医生J. Y. 辛普森爵士发现另一种药物——氯仿，也能产生类似的效果；在许多情况下，它甚至比乙醚更能有效实现麻醉效果。从那以后，外科医生们对于这两种药物的优劣一直存在不同看法；不过这一事实当然与首次发现麻醉方法的功绩毫无关系。即便后来有其他药物完全取代了乙醚，那种能带来益处的麻醉方法的发现荣誉依然不会改变归属。

这一观点已被证明是错误的。尽管存在种种质疑，但一个事实却是毋庸置疑的：将这种技术带给世界的人就是威廉·T·G·莫顿。
**巴斯德与疾病的细菌理论**
药物具有麻醉作用这一发现，除了能直接带来好处之外，还极大地推动了科学医学的发展。它使得对动物的实验研究成为可能，而在麻醉剂出现之前，许多有同情心的医生是不愿意进行这类研究的。近年来，这类研究为人类带来了无数宝贵的成果。不过在当时，麻醉剂带来的直接好处使得这一可能性被忽视了；在莫顿发现麻醉剂后的15年里，科学医学取得的进展主要并非依靠这种辅助手段。实际上，这些进展发生在看似与医学关系不大的领域里。而且，从事这项研究的人也并非医生，而是一名化学家，他当时正在研究酒类中的酒精发酵现象。然而，正是这些研究为医学在迈向真正科学领域的过程中取得了最重要的进步铺平了道路。可以说，这一伟大成就主要归功于这个人，甚至可以说，比其他任何人都更应得到赞誉。无需多言，这位了不起的化学家就是路易·巴斯德。
1854年，巴斯德开始对发酵现象进行研究，其目的是解决一个在科学界已经持续了25年的争议。早在30年代，随着显微镜技术的进步，人们开始重新关注那些由列文虎克及其他早期显微镜研究者所发现的微小生物，后来人们发现这类生物几乎普遍存在于各种环境中。许多研究者都对它们进行了研究，尤其是法国人卡尼阿尔·拉图尔以及以细胞理论著称的德国人西奥多·施万。他们各自独立地得出结论：微生物在自然界的生态系统中扮演着比以往任何人想象都要重要的角色。例如，他们认为构成酵母的主要成分的那些微小颗粒其实都是活的植物体。

这些生物的存在，以及它们的生长，正是导致发酵这一重要且为人所熟知的现象的成因。他们甚至初步认为，存在于所有腐烂物质中的那些结构相似的微生物，与腐烂过程之间存在因果关系。
关于腐烂本质的这种观点，后来被法国植物学家图尔潘更为直截了当地表达出来。如此有依据的观点自然会得到支持者；而如此激进的观念遭到反对也是理所当然的。当时最杰出的科学头脑之一李比希，便坚决地反对这一新学说。1839年，他提出了自己著名的发酵理论，坚决反对任何“生命力论”式的解释，声称在发酵和腐烂的物质中存在微生物只是偶然现象，绝非因果关系。这位伟大的德国化学家的观点在一定程度上得到了他的同胞赫尔姆霍兹实验的支持——赫尔姆霍兹早期的实验证实了施万的研究结果，但后来的实验却与之相矛盾。这两位权威人物的观点共同给“生命力论”带来了沉重打击，以至于在巴斯德进入这一研究领域时，该理论已无法恢复元气。事实上，当时人们已经普遍认为，早期研究这一领域的学者们大大高估了微生物的重要性。
因此，当巴斯德在1857年及之后的五年间发表自己的研究成果时，这对当时的科学家们来说无疑是一种新的启示。他在研究中设计了一系列全新的实验，从而明确证明了微生物确实能做到他那些最具想象力的前辈们所推测的一切，甚至更多。他证明，如果没有微生物，就不会有发酵，也不会有腐烂——除了通过缓慢的氧化过程外，没有任何组织会发生分解。正是那些微小的酵母菌，通过捕获分子中的某些原子，将剩余的原子以碳酸和酒精的形式释放出来，从而实现发酵；而另一种微小的生物——即德万所称的细菌——则以类似的方式破坏有机分子，从而形成我们所说的腐烂现象。巴斯德的发现令生物学家们大为震惊，因为他表明这类细菌确实存在多种形式。

这些微生物能够为所有有机生命提供所需的氧气，而并非从空气中获取氧气，而是通过分解含有氧气的不稳定分子来获得氧气。简而言之，腐败现象的本质就在于这类所谓厌氧细菌的活动。总而言之，巴斯德证明了所有那些我们熟悉的有机组织腐烂过程实际上都属于发酵的一种形式，如果没有活的微生物存在，这些过程根本不会发生。例如，将一块肉置于没有细菌的环境中，无论温度或其他条件如何，它都会逐渐变干，而不会出现任何腐败的迹象。让我们来看看巴斯德在向科学院提交的众多论文中所描述的其中一两个实验。

关于葡萄糖的实验
“在科学院就所谓发酵剂的生成问题进行的讨论中，有很多关于葡萄酒发酵的讨论，因为葡萄酒是最古老的发酵产物。因此，我决定通过一项专门针对葡萄汁的实验来推翻弗雷米先生的理论。
我准备了40个容积在250到300立方厘米之间的烧瓶，将它们装满一半清澈的过滤后的葡萄汁。与所有经过几秒钟煮沸的酸性液体一样，即使烧瓶的弯曲颈部一直保持开放状态数月甚至数年，这些液体也不会受到污染。
我用少量水清洗了一串葡萄的一部分——包括葡萄和葡萄梗，然后再单独清洗葡萄梗。这种清洗工作可以用一把小獾毛刷轻松完成。清洗水会带走葡萄和葡萄梗表面的灰尘，通过显微镜可以很容易地看到，这些水中悬浮着大量微小的生物，它们要么类似真菌孢子，要么类似酒精酵母或葡萄酒霉菌的孢子。完成这些准备工作后，40个烧瓶中有10个被保留下来作为参考样本；另外10个烧瓶中，通过连接在烧瓶上的直管注入了几滴清洗水；第三组10个烧瓶中，则在将清洗水煮沸后再注入几滴该液体；最后，剩下的10个烧瓶……”

在烧瓶中滴入几滴从完好无损的葡萄内部提取的葡萄汁。为了进行这项实验，需要将每个烧瓶的直管在灯的作用下拉成细而尖的形状，然后再将其弯曲。接着在靠近尖端的部位将这个尖端磨圆，然后将其插入葡萄上，并使其靠在某种坚硬的物质上。当感觉到尖端已接触到葡萄的支撑部分时，便用稍大的力在磨圆处将其折断。如果事先在烧瓶内制造出轻微的真空状态，葡萄汁就会进入烧瓶中；此时抽出磨圆的尖端，烧瓶中的开口会在酒精灯的作用下立即闭合。烧瓶内大气压的降低是通过以下方式实现的：先用手或灯焰加热烧瓶的侧壁，使少量空气从弯曲颈部的末端排出，之后再将该端部在灯中封闭起来。待烧瓶冷却后，就会如前所述地出现吸进葡萄汁的现象。

通过这种吸力进入烧瓶的葡萄汁通常会停留在管子的弯曲部分，因此要使其与葡萄汁混合，就必须倾斜烧瓶，让葡萄汁与葡萄汁接触，之后再将烧瓶恢复到正常位置。四组对比实验得出了以下结果：

第一组包含在纯空气中煮过的葡萄汁的烧瓶中并未出现任何微生物。这些葡萄汁很可能在烧瓶中保存数年而不变质。第二组烧瓶中则含有分别或一起用来清洗葡萄的水，这些烧瓶无一例外都发生了酒精发酵现象；在夏季常温条件下进行实验时，有些烧瓶在48小时后就开始出现发酵现象。与此同时，以白色痕迹的形式出现的酵母会逐渐在所有烧瓶的侧壁上聚集形成沉淀物，同时还会出现一些菌丝体碎片，这些菌丝体可能是单独存在的，也可能是组合在一起的，而且它们与葡萄汁或任何酒精酵母都无关。此外，几天后液面还常常会出现葡萄酒曲霉。由于液体的性质，弧菌以及所谓的乳酸发酵菌则没有出现。

“第三组烧瓶中的洗涤水经过煮沸处理后仍保持不变，与第一组的情况相同。第四组烧瓶中的液体则是葡萄内部的汁液，同样没有发生任何变化，不过由于实验的复杂性，我始终无法完全排除出现误差的可能性。这些实验足以让我们确信以下事实：‘当空气中的细菌被去除后，加热后的葡萄汁在接触空气时就不会发酵。’‘如果向加热后的葡萄汁中加入少量用于清洗葡萄或葡萄梗的水，那么它就会开始发酵。’‘如果将这种洗涤水煮沸后再冷却，葡萄汁则不会发酵。’‘如果向葡萄汁中加入少量葡萄内部的汁液，它也不会发酵。’因此，导致葡萄酒发酵的酵母来自外部，而非葡萄内部。这就推翻了特雷科尔和弗雷米先生的假设，他们认为蛋白质会因为其本身所含的活性细菌而转化为酵母。更有理由的是，李比希关于蛋白质因氧化而转化为发酵物的理论也就不再成立。”
“外来微生物与啤酒原液”
“我刚才所采用的方法，”巴斯德继续说道，“旨在证明啤酒的变质与某些微生物之间存在关联，我认为这无疑证明了我所阐述的理论的正确性。每当显微镜在酵母中，尤其是活跃的酵母中发现那些并非真正酒精酵母的外来微生物时，啤酒的味道就会受到影响，影响程度取决于这些微生物的数量和性质。此外，当一瓶品质良好的啤酒过一段时间后失去其宜人的味道并变得酸涩时，很容易就能证明是其中的酒精……”

存放在瓶子或酒桶中的酵母，虽然最初是纯净的——至少从外观上看如此——但会逐渐被这些丝状或其他类型的发酵菌所污染。所有这些都可以从已有的事实中推断出来，不过有些批评者或许会认为，这些外来发酵菌其实是某种疾病的结果，而这种疾病本身又是由未知原因引起的。“尽管这种毫无根据的假设很难成立，但我仍会试图通过更科学的检测方法来验证之前的观察结果。具体来说，就是要证明：当所谓的酒精发酵菌没有与外来发酵菌混合时，啤酒就绝不会带有任何难闻的味道；麦汁也是如此。而且，尽管麦汁容易发生变化，但如果能避免那些以麦汁为养分并在此生长的微生物的侵害，它就能保持不变。”

此外，使用第二种方法还有一个优点，那就是能够确凿地证明我最初提出的观点——即这些微生物的孢子来自大气中的灰尘，这些灰尘会附着在各种物体上，或是散布在酿酒厂使用的各种设备上。这些设备本身就含有大量微生物，而在仓库和麦芽房里进行的各种操作则可能让这些微生物不断繁殖。

让我们取一个容量在250到300立方厘米之间的长颈玻璃瓶，往里面倒入一些麦汁，可以加入啤酒花，也可以不加。然后，用灯焰将瓶子的颈部烧成尖状，接着加热液体，直到蒸汽从瓶颈末端冒出。之后就可以让液体自然冷却，不过为了更加安全，可以在火焰离开瓶子底部的那一刻，在瓶颈的尖端放入一小团石棉。在放入石棉之前以及放入之后，都应将其在火焰中烤过。这样，首先重新进入瓶子内的空气就会接触到加热过的玻璃和液体，从而消灭空气中可能存在的任何灰尘微生物。空气会以非常缓慢的速度重新进入瓶子，这样空气中的灰尘颗粒就会被空气带动而上升，最终沉积在瓶子的壁上。实验结果表明……

这种容器能够实现与空气的自由交流，同时防止灰尘进入，因此，在10到12年这段时间内，灰尘根本不会进入容器内——这已经是这类试验所持续的最长时间了。而如果液体本身是清澈的，那么无论在其表面还是内部，都不会受到任何污染，尽管容器的外部可能会被厚厚的灰尘覆盖。这无疑证明了灰尘不可能进入容器内部。

“以这种方式制备的液体可以永久保持纯净状态，即便在暴露于空气中的情况下，它也容易吸附空气中悬浮的灰尘颗粒而发生变化。尿液、牛肉汤、葡萄汁也是如此，总的来说，所有那些在加热到沸点时能够杀死灰尘细菌的易腐烂、可发酵的液体都是如此。”(7)

这些研究虽然并未直接涉及动物疾病的问题，但在完成之前就已经推动了多个病理学领域的进展。从一开始，它们就促使人们重新思考微生物在疾病中的作用。尤其是，它们促使法国医生德瓦恩重新开始他十年前曾进行过的一些关于炭疽病的研究——这是一种让欧洲的农民每年因牲畜死亡而损失数百万法郎的疾病。1850年时，德瓦恩在死于炭疽病的动物血液中发现了大量细菌，但他当时并未认为这些细菌与该疾病之间存在因果关系。然而到了1863年，在巴斯德关于细菌作用力的新发现启发下，他再次着手研究这一课题，通过接种实验，他很快确信自己所发现的那些微生物正是导致炭疽病这一传染性疾病的真正且唯一的病因。

1863年，他发表的这一观点引发了激烈的争议。一种微小的微生物能够引发如此严重的系统性疾病，这个想法实在令人难以置信，大多数人要求看到比德瓦恩目前所能提供的更有力的证据。

自然而然地，全世界的许多其他研究者也加入了这一领域的研究。其中最著名的是德国的罗伯特·科赫博士，他很快便证实了德瓦恩的所有观察结果，并进一步开展了相关实验。

在人工培养基中培育细菌后代的实验中，人们使用第八代纯培养物进行接种，结果令人震惊——被如此接种的动物都会患病。这些实验看似足以证明观点的正确性，但世人仍不信服。1876年，当争议仍处于高峰时，巴斯德被说服亲自处理这一问题。随着时间的推移，这位伟大的化学家越来越专注于生物学研究；近年来，他对蚕病的研究（他证明了这些疾病是由细菌感染引起的）以及关于自然发生论的研究，都让他掌握了无与伦比的显微镜技术。因此，在他的实验室助手杜克洛、尚贝尔兰和鲁的协助下，他开始研究炭疽病问题，整个科学界都屏息以待他的研究成果。1877年，当巴斯德准备公布他的炭疽病研究结果时，他提出了大量极具说服力的实验——这些实验的精确度高到没人会怀疑其真实性——从而证明了炭疽病是由细菌引起的，从此以后，所有人的疑虑都彻底消除了。从此，再也没有人会怀疑，这种传染病炭疽病确实是由于某种特定的病原体——一种微小的微生物——进入动物体内并在其中繁殖所导致的。任何有逻辑思维的人都不会怀疑：既然某种传染病的原因已被证实，那么其他种类的传染病，甚至所有的传染病，其病因也终将得到证实。此前，某些疾病为何会在个体之间传播，这一原因一直是个谜，那些“瘴气”、“体液”、“病毒”之类的模糊概念根本无法解释这个问题。虽然施万和亨勒等科学先驱曾试图猜测其中的奥秘，但在科学领域，猜测远不等同于真正的了解。而现在，人类终于知道了真相，医学也再次向精确科学的顶峰迈出了重要一步。

李斯特与抗菌外科手术
与此同时，在医学的另一个相关领域里，也出现了类似的进展，带来了更具实际意义的成果。我指的是外科手术中的抗菌理论及应用。这一进步与之前的进展一样，都是巴斯德发酵理论的直接成果。

关于酒精饮料的研究，虽然并非由巴斯德本人开展。巴斯德关于细菌的发现具有深远的意义，这令当时在格拉斯哥工作的约瑟夫·李斯特博士（即后来的李斯特勋爵）深受启发，他早在1860年就开始尝试将这些理念付诸实践。他认为，既然腐败总是由细菌引起的，那么这一规律也应适用于活组织与死组织；因此，只要能防止腐败菌进入伤口，就能彻底避免伤口及手术后的腐败变化，进而防止血液中毒的发生。为了实现这一目标，李斯特开始研究那些能够杀死细菌而不伤害患者的药物，以及防止细菌再次侵入伤口的方法。他的努力取得了多大的成功，全世界都知晓；而他在大约二十年间所遭遇的种种反对，却已为大多数人所遗忘。早在1867年，李斯特就公布了其研究取得的成果，表明他的计划有望成功；然而大多数外科医生都对此持怀疑态度，以至于几年后欧洲大陆上的顶尖外科医生们仍不知道他的存在。1870年，巴黎的士兵们依旧死于医院内的坏疽；1871年，法国外科医生阿尔方斯·盖兰受到巴斯德研究的启发，想到用棉花包扎伤口以阻止细菌侵入，但他并不知道，早在十年前就有英国人在这方面进行了探索，并已取得了重大进展。不过，法国科学院最终承认了李斯特的优先权及其方法的优越性，于1881年正式认可了他的成就，正如伦敦皇家学会在前一年所做的那样。毫无疑问，到了那时，李斯特的新方法已经普及到各地，彻底改变了外科手术的实践方式，几乎根除了那些曾经让外科医生闻风丧胆、令外科医学蒙羞的疾病。这些在临床中进行的研究，尽管参与者大多是毫无显微镜使用经验的人，但却为人们建立起“微生物是疾病诱因”这一观念奠定了重要基础，到1880年左右，这一观念已在整个医学界得到广泛认同。此外，这些研究还让人们意识到，疾病的成因……

既然已知了致病因素，那么或许就能以前所未有的方式来应对并根除这一因素。
**预防性接种**
由于巴斯德和廷德尔的努力，关于“自然发生说”的争论终于得以解决。这表明：如果不存在先前的细菌存在，那就无需担心会有细菌出现。外科手术中的李斯特菌病也证明了，在防止细菌侵入身体受损部位以及消灭已在此处定居的细菌方面，我们可以取得很大成效。然而，当时还无人知道如何对付那些通过口腔和鼻腔进入动物体内的细菌——显然，这些细菌正是导致那些传染病的元凶，而这类疾病一直都在夺走大量人类的生命。如何找到解决这些问题的方法，成了每一位富有创意的医生以及每一位致力于微生物研究的科学家的迫切愿望。
幸运的是，世界并没有再等待太久。几乎在其他科学家们还来不及思考出解决方案时，巴斯德就已经找到了答案。在詹纳的实验成果的启发下，他像许多人一样长期从事接种实验。1880年2月9日，他向法国科学院宣布，自己已经找到了一种方法，能够大幅降低病原体的毒性，使得当这种病原体被引入易感动物的体内时，只会引发轻微的疾病，但这种轻微的疾病却足以起到防护作用，就如同牛痘可以预防天花一样。他所研究的疾病是一种常见的家禽传染病，也就是人们所熟知的“鸡霍乱”。同年10月，巴斯德公布了实现这种“病毒弱化”效果的方法——即通过在人工培养基中培养病原体并让其暴露在空气中来实现。他坚信这种方法可以推广到其他疾病上。几个月后，他的预言便实现了：1881年2月，他再次向科学院宣布，他在钱贝兰和鲁克斯两位同事的帮助下，成功培育出了毒性较低的炭疽杆菌病毒，而他则充满信心地认为，这种方法完全可以应用于其他疾病。

它能够保护羊群，想必也能保护牛群免受那种致命疾病的侵害。巴斯德说：“在最近的一些论文中，我报告了首个通过实验方法使病毒毒性减弱的案例。这种病毒由极其微小的特殊微生物构成，可以在动物体外通过人工培养方式进行繁殖。如果让这些培养物处于没有外部污染的环境中，随着时间的推移，它们的毒性会或多或少地发生变化。据说大气中的氧气是导致这种毒性减弱的主要原因——也就是说，它降低了微生物的繁殖能力；因为显然，毒性的差异与寄生生物体内的发育状况有关。”

“无需再强调这些结果的有趣之处以及由此可以得出的结论。通过合理的方法降低病毒的毒性，就意味着能够在实验基础上实现这样的目标：从那些能在人体或动物体内轻易繁殖的活性病毒中，培育出毒性较低的疫苗病毒，从而避免其带来的致命后果。因此，我们投入了全部精力来研究大气中的氧气在削弱病毒毒性方面的作用。”

“炭疽病毒是经过最深入研究的病毒之一，似乎应该是我们首先关注的对象。然而，每次我们都面临困难。鸡霍乱病毒与炭疽病毒之间存在本质上的差异，这使得旧实验的结果无法用于验证新实验。实际上，鸡霍乱病毒在培养过程中并不会形成真正的孢子，它们只是细胞或结构体，只有在特定条件下才会变成真正的孢子，而在此之前它们始终可以通过分裂来繁殖。”

“啤酒酵母就是这类细胞结构的典型例子，它能够无限繁殖而不产生原始孢子。还有许多管状蘑菇也具有类似特性，在特定的培养条件下，它们会生成一系列或多或少呈球形的细胞，即锥形孢子。这些锥形孢子一旦脱离母体，就能以细胞的形式继续繁殖，至少在培养条件改变的情况下，不会产生相应的孢子。这些植物性生物可以相互比较。”

那些通过无性繁殖方式培育的植物，其生长并不需要依赖母株的果实或种子。
“炭疽杆菌在人工培养条件下表现出的行为则截然不同。如果可以这样描述的话，它的菌丝在形成后仅24到48小时左右，就会发生变化——尤其是那些直接与空气接触的菌丝，会转变为具有高度折射性的微粒，进而逐渐发展成结构较为简单的真正孢子。此外，观察发现，这些在培养过程中迅速形成的孢子，在暴露于空气一段时间后，其活力和毒性都不会发生变化。我曾向科学院展示过一个试管，里面装着1887年3月21日所培育的炭疽杆菌孢子。每年都会尝试让这些孢子发芽，而它们总能以与最初相同的速度和效率发芽。同时也会检测新培养物의毒性，结果并未发现其有任何下降。那么，我们又如何能够期望通过实验来降低炭疽杆菌的毒性呢？”
“关键的难点或许就在于这种细菌孢子的快速繁殖现象。从菌丝形态以及通过分裂进行繁殖的方式来看，这种微生物与鸡霍乱菌有诸多相似之处，不是吗？
所谓‘孢子’或‘种子’不会因空气而发生任何变化，这一点很容易理解；但同样容易理解的是，如果真的有变化发生，那也多半会发生在菌丝片段上。正因如此，那些被丢弃在土壤中、与空气接触的菌丝很快就会失去所有活力，而在相同条件下，种子却仍能保持繁殖能力。如果这些观点成立的话，那么为了证明空气对炭疽杆菌的影响，就必须在完全不存在其他孢子的环境中，让这种微生物的菌丝继续生长。这样一来，让细菌接触氧气的问题就转化为如何让它们完全形成孢子的问题了。既然问题被这样提出，我们开始认为它是有解决可能的。”

实际上，我们可以通过各种方法防止炭疽寄生虫在人工培养环境中产生孢子。在该寄生虫能够存活的最低温度下——即约+16摄氏度时，这种细菌在很长一段时间内都不会产生孢子。在此最低生长温度下，这些微小微生物的形态很不规则，呈球形或梨形——总而言之，它们属于畸形结构——但不会形成孢子。在寄生虫能够存活的最高温度下情况也是如此，只不过这一温度会因所使用的培养方法而略有不同。在中性鸡汤中，细菌在45摄氏度以上就无法存活；而在42至43摄氏度时则很容易大量繁殖，同样也不会形成孢子。因此，在42至43摄氏度的温度下，这类细菌的培养物可以完全不含孢子，即便暴露在空气中也是如此。大约经过一个月后，这种培养物就会死亡——也就是说，如果将其放入新的培养液中，它将变得完全无菌。

至于这种生物的生存与营养问题，还有一个值得注意的现象：在42至43摄氏度下培养8天后，它的毒性就会完全消失；至少，这样的培养物对最容易感染炭疽病的三种动物——豚鼠、兔子和羊来说是无害的。这样一来，我们不仅能够降低这种细菌的毒性，还能通过简单的培养方法彻底消除其毒性。此外，我们还发现有可能将这种可怕的微生物维持在无害状态并继续进行培养。那么，在43摄氏度下，究竟发生了什么，使得细菌的毒性消失了呢？我们需要记住，鸡霍乱菌在接触空气后也会逐渐死亡，虽然过程需要一定时间，但也是通过不断减弱毒性来实现的。那么，对于炭疽菌来说，是否也会出现同样的情况呢？实验结果证实了这一假设。在毒性消失之前，炭疽菌会经历不同程度的毒性减弱，而且与鸡霍乱菌一样，每一种这样的弱化状态都可以通过培养获得。另外，根据我们最近的研究结果，炭疽病不会复发，因此我们所培育出的那些毒性减弱的炭疽菌，对于那些毒性更强的炭疽菌而言，就可以作为疫苗——也就是能够产生较弱毒性的病毒。

这是一种致命的疾病。那么，还有什么比找到一种病毒更简单的呢？这种病毒能够感染羊、牛和马，却不会致其死亡，同时还能有效抵御这种致命疾病。我们已经在羊身上成功进行了这项实验，等到博斯地区牲畜聚集的季节到来时，我们将会在更大规模上开展试验。

图桑先生已经宣布，通过预防性接种可以拯救羊只；不过，当这位出色的观察家发表他关于这一主题的研究成果时——我们其实已经对此进行了极为详尽的研究，但这些成果尚未公开——我们就能清楚地看到这两种方法之间的差异：一种方法充满不确定性，而另一种则具有确定性。此外，我们所提出的方法还有一个巨大优势，那就是它依赖于一种可以随意培养的毒疫苗，而且只需几小时就能无限量地生产出来，无需使用受感染的血液。(8)

这一声明立刻引发了质疑，从而引起了全世界的关注。某农业协会的主席意识到这一问题的重要性，便向巴斯德提议，应让他的所谓发现接受一次公开的验证。他提出提供50只羊，其中一半接种巴斯德所研发的弱化病毒，之后所有羊只都会被接种强毒病毒，所有羊只都被关在同一个围栏里，处于完全相同的条件下。根据提议，那些被“保护”过的羊只会保持健康，而没有被保护的羊则会死于炭疽病。巴斯德接受了这一挑战；他甚至允许调整实验方案，用两只山羊代替其中的两只羊，再增加10头牛，但他同时指出，由于他的实验尚未在牛身上进行，因此这些牛不应被视为严格符合实验条件。

这是一次足以考验任何人意志的考验，因为全世界都在以怀疑的眼光看待这件事，一旦发现他的主张毫无根据，他们就会立刻嘲笑他。即便有巴斯德的声誉作支撑，普通大众以及科学界人士也依然无法相信他所提出的目标有可能实现。人们有足够的时间了解整个实验过程：第一次“预防性”接种——巴斯德称之为疫苗接种——是在5月5日进行的，第二次则在5月17日。

在再次使用未减毒病毒进行最终接种之前，还需要等待两周的时间。首先有24只羊、1只山羊和5头牛接受了初步接种。随后，在5月31日，所有60只动物都被接种了疫苗——这些疫苗是由自1877年以来就保存在巴斯德实验室中的高毒性炭疽菌培养物制成的，接种时是按“已接种”与“未接种”动物交替进行的。接种完成后，这些动物被关在同一处围栏中，等待结果出现。

两天后，也就是6月2日，在约定的时间，一大群人聚集在那里——其中包括兽医、新闻记者以及来自各地的农民——他们前来目睹这场科学实验的最终结果。他们所看到的景象堪称和平科学史上最震撼的场景之一；正如巴斯德后来所说，这一场景“令在场所有人都感到震惊”。在围栏里，那些未接种疫苗的动物全都处于死亡或濒死状态，而每一只“已接种疫苗”的动物则依然健康地四处活动。20只羊和1只山羊已经死亡；还有2只羊在旁人的注视下死去；其余的动物也仅多活了几个小时而已。就这样，以一种极具戏剧性、甚至可以说是悲剧性的方式，科学的胜利得到了明确体现。自然，那些持怀疑态度的人立刻认输，不再反对；通过实验室培育出的疫苗来实现预防接种的原则，从此再也无法被质疑。

那场令人难忘的科学较量标志着医学领域的新时代的开始。可以预见，这一原则将会得到更广泛的应用；它将被用于治疗人类疾病；而且很可能会在不久的将来成功应对多种传染病。这一预期正在迅速变为现实。1885年，巴斯德本人就将这一原理应用于狂犬病的治疗，从那时起，这种曾经极其致命的疾病已经大大降低了其危害性。在巴黎的巴斯德研究所，以及世界各地仿照该研究所建立的类似机构中，成千上万被疯狗咬伤的人因此而免于丧命，这些机构遍布纽约、芽庄等不同地区。

血清疗法
在研制狂犬病疫苗的过程中，巴斯德及其同事们开发出一种与鸡霍乱和炭疽疫苗所采用的截然不同的病毒弱化方法。他们将狂犬病病毒接种到豚鼠或兔子的体内，让病毒在这些动物体内生长繁殖。研究发现，这些受感染动物的脊髓中含有大量病毒，而当这些脊髓在空气中干燥后，病毒会迅速减弱毒性。通过在不同干燥阶段对这些脊髓进行处理，就可以得到毒性强度各异的疫苗。显然，这种在动物体内培养病毒的方法——其实与詹纳用于制备天花疫苗的方法类似——同时也为一种新的治疗手段奠定了基础，而这种手段后来便成为了极为重要的治疗技术，也就是所谓的血清疗法，即利用已接种过相应疫苗的动物的血清来治疗疾病。

巴斯德以及许多其他研究者都观察到，不同种类的动物对各种疾病的易感性存在很大差异；某种疾病的病毒在经过同一物种中连续多个个体的身体后，其毒性可能会逐渐增强，而在经过另一物种中连续多个个体的身体后，则毒性会逐渐减弱。这些现象使得人们推测，具有抵抗力的动物的血液中可能含有某种能够直接对抗病毒的物质，而且希望这种物质能够被转移到易感动物的血液中从而起到治疗效果。全世界的许多研究人员都在探索这一具有吸引力的可能性，其中最著名的当属贝林和北里博士，紧随其后的是巴黎巴斯德研究所的鲁克斯博士及其团队。1892年，贝林宣布了关于破伤风和白喉这两种疾病的初步研究成果，但直到1894年，鲁克斯博士在布达佩斯的卫生学大会上发表了一篇具有里程碑意义的论文，这一方法才真正受到广泛关注。在这篇论文中，鲁克斯博士在回顾了贝林、埃利希、布尔、科塞尔和瓦瑟曼等人的研究成果之后，详细介绍了所采用的各种方法。

该疗法是在巴斯德研究所为研制治疗血清而开发的，贝林给这种血清起了个如今广为人知的名字——抗毒素。其方法首先是在人工培养基中培养白喉杆菌数月时间（为纪念其发现者，这种杆菌也被称作克雷布斯-洛夫勒杆菌），以此培育出能够引发严重疾病的强效毒素。经过一定的机械处理后，将这些毒素以少量但逐渐增加的剂量注入动物体内，同时要控制好剂量，避免动物因疾病死亡。经过一段时间的治疗后，人们发现，从这些动物身上提取的血清，若注入另一只患有白喉的动物或人类的血液中，就能起到治疗效果。换句话说，根据理论，在反复接种白喉毒素的动物体内确实产生了抗毒素。据鲁克斯博士的经验，最适合用于此目的的动物是马，不过几乎任何家养动物都可以使用。不过，鲁克斯博士的论文并非仅描述了实验室中的研究方法，还介绍了将这种血清用于巴黎各家医院治疗多例白喉病例的实际效果——这些应用取得了相当不错的成果。他明确指出，人们已经找到了有效应对这种曾经极为致命且难以治疗的儿童疾病的方法。因此，他的论文在医学界以及普通人群中引起轰动也就不足为奇了。全世界的医生们都纷纷前往巴黎，想要了解这一方法的详细内容。短短几个月内，这种新的血清疗法就在全球医学界获得了公认的地位。人们认为，它所取得的成果仅仅是这种新方法在未来应用于其他传染病时可能取得的成就的预兆而已。立即就有许多机构开始尝试将这种方法应用于各种疾病的治疗——实际上，多年前许多实验室就已经在进行相关研究了。现在还无法详细说明这些研究的成果，但已有足够的证据表明，这种方法也具备被广泛应用的潜力。目前还难以区分哪些只是初步尝试，哪些才能真正成为永久性的解决方案；不过，像他这样权威的专家……

贝林毫不犹豫地宣称：如今，除了白喉抗毒素之外，我们还拥有针对破伤风、霍乱、斑疹伤寒、肺炎和结核病的特异性抗毒素——这些疾病加起来占据了相当高的死亡率。众所周知，耶尔辛博士与其在巴斯德研究所的同事们合作，成功研制出了从曾肆虐中国的鼠疫菌中提取的抗毒素，并将其用于临床治疗。另一位巴斯德研究所的毕业生卡尔梅特则将血清疗法的应用范围扩展到毒液中毒的预防与治疗领域，他研发的抗毒素已使印度和澳大利亚的数千人免于遭受蛇咬的致命伤害。目前这些方法的可行性究竟如何、其应用范围又有哪些限制？这些问题还需未来来解答。但无论如何，血清疗法无疑将成为本世纪医学领域的重大成就。它是我们前辈们在30年代开始进行的显微镜实验研究的必然结果，也代表了那种严谨的实验方法所带来的成果——正是这种方法将医学从凭经验的猜测阶段提升到了理性实验科学的水平。

九、实验心理学的新科学：大脑与心智

一百多年前，世界上兴起了一场为精神病患者谋福利的改革运动。这场运动首先出现在美国——在那个时期，其他地方对精神病人的待遇极其恶劣，而美国却能以人道的方式照顾他们；英国和法国也很快加入了这一运动。美国的领军人物是著名的费城医生本杰明·拉什，他被誉为“美国的西登汉姆”；在英国，威廉·图克博士推动了这项运动的发展；而在法国，则是菲利普·皮内尔独自引领着这场变革。尽管这些人的行动各自独立，但他们都出于同样的理念，共同反抗那种将精神病人视为被恶魔附身的异类、并将其关进地牢、用锁链束缚甚至用鞭子抽打的传统习俗。在此之前，人们普遍认为把“疯子”关进地牢，甚至用铁环将其固定在墙上或腰间，都是理所当然的事。许多不幸的人就这样被锁链束缚着，多年生活在不见天日的牢房里；有时因为铁器价格昂贵，锁链实在太短，以至于这些可怜的人无法直立，甚至无法在肮脏的草垫上改变姿势。

在美国，由于没有中世纪形成的相关习俗作为参照，对精神病人的待遇很少会如此恶劣。也许正因如此，1784年拉什在费城医院所做出的努力——让精神病人得到人道对待，甚至废除了鞭刑——反而鲜为人知，而那些欧洲领袖的贡献虽然发生在后来，却广为人知。不过，这或许并非完全不公平，因为从相对糟糕的状态迈向改善，要比从暴行直接走向善行容易得多。

欧洲的改革者们不得不采取的种种措施。例如在巴黎，皮内尔甚至需要获得当局的许可，才能尝试将疯子们从枷锁中解救出来。尽管他已被公认为科学领域的领袖人物，但他所获得的许可依然十分勉强，人们还认为他这种明显不明智且毫无希望的尝试，其实与他那些疯子并无二致。然而，一旦这些尝试得以实施并且取得成功，疯子们的状况便有了显著改善，皮内尔在比塞特尔和萨尔佩特里埃所取得的成果很快便传遍了各地。在巴黎实现这一变革确实需要许多年的时间，而皮内尔的弟子埃斯基罗尔等人则花费了一生时间来将这一改革推广到其他地区；不过，18世纪末皮内尔的努力已经为这一变革奠定了基础。从当前的角度来看，这项明智而人道的改革的重要性在于：它让人们开始重视这样一种新观念——即“恶魔附身”实际上不过是大脑疾病的外在表现而已。这一认识让人们比以往任何时候都更清楚地意识到心灵与身体之间的紧密联系。因此，皮内尔及其同僚在为疯子们解除枷锁的同时，也在无意中冲击了那些根深蒂固的哲学传统。将疯子们从牢狱中解放出来，也预示着心理学将从此摆脱形而上学的束缚而获得独立发展。此前，心理学如果存在的话，也仅仅是对个体心理的主观研究；今后它必须变得更为客观，同时也要考虑心灵与身体之间的关系，尤其是与大脑及神经系统之间的关系。另一位与精神病学研究者们有着相似研究方向的学者，也极力倡导这种结合，而且他的关注点比其他人更为集中在大脑及其功能上。这位最早研究大脑的专家是德国人出身、但在巴黎生活的弗朗茨·约瑟夫·加尔博士，他正是后来声名狼藉的相面术体系的创立者。虽然这个体系因为一些江湖骗子的歪曲而遭到了恶名，但我们不应忘记，加尔博士本身显然是一位受过良好教育的医生，他以当时最先进的知识来研究大脑与心灵，而且他还是一位非常认真……

他坚信自己所创立的体系是正确的。总体而言，这一体系存在严重的缺陷，但正如后来的研究所示，其中也蕴含着一些真实的要素。1808年，他为法国科学院提交的论文便足以证明其创立者对此体系的坚定信念。该论文被交由一个由皮内尔和居维叶等人组成的委员会审议。该委员会的结论是否定的，这也是理所当然的；然而，这个被否定的体系至少有一个优点，只是那些反对它的人没有意识到这一点——它普及了“大脑是心智的器官”这一观念。此外，由于这一理论的倡导，还聚集了一批科学支持者，其中最著名的是卡斯帕·斯普尔茨海姆博士，他能力出众，后来成为英国和美国颅相学的传播者。当然，这样的倡导与流行也引发了反对声，而通过这些争论，人们逐渐对大脑作为心智器官这一概念产生了兴趣，完全不受加尔和斯普尔茨海姆理论的影响。

在那些没有偏见的学者中，最杰出的是才华横溢的法国青年路易·安托万·德穆兰。他最初在著名的马让迪指导下学习，1825年与马让迪共同发表了一部关于脊椎动物神经系统的经典著作。德穆兰至少有一项具有划时代意义的发现：他观察到，那些自然衰老而去世的人的大脑重量低于正常水平，且存在明显的萎缩现象，他认为这种退化是衰老过程中的正常现象。如今，没人会质疑这一观察结果的准确性，但在1825年时，科学界还未能接受这一观点；当德穆兰向法国科学院宣布这一发现时，这个庄严而又带有家长式作风的机构竟勃然大怒，禁止这位年轻的异端分子继续发表意见。由此可见，在19世纪前25年结束时，新兴心理学那部分已经获得解放的精神，仍然未能完全摆脱长期束缚它的形而上学枷锁。

**神经的功能**

就在对大脑的研究开始之际，作为大脑与外界之间沟通通道的神经系统也受到了更为深入的研究，取得了不少实质性的成果。

这一重大发现是由著名的英国外科医生兼实验生理学家查尔斯·贝尔博士在1811年做出的。他观察到，脊神经的前根负责将运动冲动从大脑传递到身体各处，而后根则仅负责将感觉冲动从身体外部传递到大脑。此前人们一直认为所有神经的功能都相似，而脊神经的这种特殊分布方式一直是个未解之谜。

贝尔的发现具有划时代的意义，但其真正的重要性直到十年后才被人们认识到，而且起初甚至有人怀疑其正确性。尤其是在巴黎——当时所有科学问题的最终裁决地——人们对这一所谓的发现持怀疑态度，甚至完全忽视它。不过在1823年，法国生理学界的权威人物弗朗索瓦·马让迪在对其神经系统进行系统实验研究时重新审视了这一课题，经过严格的实验验证后确认贝尔的结论是完全正确的。与此同时，贝尔也开始研究颅神经，并证明这些神经同样可以分为感觉神经和运动神经两类。虽然这两类神经纤维有时会合并成一条神经束，但追溯其起源后会发现它们来自不同的大脑中枢。由此可见，整个颅外神经系统都具有此前未被认识到的双重功能。任何从周围部位传向大脑的冲动都必须通过特定的通道传递；而大脑发出的、传递给周围肌肉的信号则必须通过另一条完全不同的通道传递。如果这些通道中的任何一条被切断——比如相应的神经通路被损伤——那么相应的信息就无法传递，就如同电流因导线断裂而无法流动一样。

世界各地的实验者很快便证实了贝尔和马让迪的观察结果。正如所有重大发现之后通常会出现的情况那样，这一发现也为相关领域的研究带来了新的动力。然而，又过了整整十年才有了另一项同等重要的发现。那时，当时最著名的英国医生马歇尔·霍尔对后来被称为“反射作用”的现象进行了经典性的观察。1832年，他在用一只被斩首的蝾螈做实验时发现，这只没有头部的生物的四肢会在受到某些刺激时立即收缩。这样的反应显然是……

如果为某一部位提供神经供应的神经被切断，该部位的机能就无法再得到维持。因此，很明显，脊髓中存在着能够接收感觉信息并相应地传递运动指令的反射中枢——而这一功能此前被认为仅由大脑承担。进一步的研究表明，无论是在脊髓还是大脑中，那些位于意识范围之外的中枢所产生的反射现象其实极为常见；简而言之，它们始终存在于所有生物体的活动中，并在各种生命活动过程中发挥着至关重要的作用。因此，霍尔的这一发现无疑应被视为神经科学发展的重要里程碑之一。霍尔在向皇家学会提交的论文《论延髓与脊髓的反射功能》中，对自己所做的实验及得出的结论进行了极为清晰且有趣的阐述。该论文发表于1833年的《皇家学会会刊》上，我们可以从中摘录如下内容：

“在完整的动物体内，属于大脑功能的感知与自主运动，与延髓和脊髓的功能相互结合，这使得很难或根本无法区分出各自特有的功能。如果在没有大脑的动物身上刺激脊髓或为肌肉提供神经信号的神经，那么这些肌肉——无论是用于自主运动的还是用于呼吸的——都会发生收缩，而且无论是在完整的动物还是被截肢的动物身上都是如此；至于神经而言，无论其连接的肢体是与脊髓相连还是与脊髓分离，都会出现同样的反应。

“所有这些由不同因素引发的反应都可以被视作‘中枢性’反应，因为它们发生在神经系统的中枢部位，或者至少是从中枢部位发出的。不过，还有一种功能，其现象属于完全不同的类型，遵循着完全不同的规律，这类反应是由位于神经系统边缘、即远离神经中枢的位置上的因素所引发的。我认为，生理学家们至今仍未真正理解这种作用机制。

“在这种作用原理下所产生的许多现象，确实已经在四肢中被观察到了。但首先，这种功能绝不仅限于四肢；因为它不仅能让每块肌肉保持适当的张力，让每个肌肉群保持适当的平衡状态，同时还承担着更为重要的职责，那就是调控整个身体的功能。”

在动物体内，每条神经通道的开口与末端都决定了其特定的形态与功能。其次，在那些观察到此类功能现象的情况下，它们往往被误认为是感觉或意志作用的结果；即便被区分开来，也会被笼统地称为本能或自动反应。因此，我不得不为它们寻找新的名称，现在我将说明为何选择本文标题中所用的“反射功能”这一名称。

这种功能的特征在于其作用过程是受刺激而产生的，且属于反射行为：每当它发挥作用时，某些神经末梢所接收到的刺激信号会传递到延髓或脊髓，然后再通过神经传回到受到刺激部位附近或远处的区域。

正是由于这种反射特性，我所指的功能才能与其他所有功能区分开来。在动物体内，存在四种肌肉运动方式。第一种是所谓的“随意运动”：这种由大脑发出的、具有自发性的动作，会通过脊髓和运动神经以直线方式传递到随意肌。第二种是“呼吸运动”：与随意运动类似，呼吸运动的指令也是从神经系统中的某个点直接传递到特定肌肉的；不过，既然随意运动起源于大脑，那么呼吸运动则起源于延髓。和随意运动一样，呼吸运动也是自发的；至少在第八对神经被切断之后，这些运动仍会继续。第三种肌肉运动被称为“非随意运动”：它依赖于兴奋性原理，需要直接对神经肌肉纤维施加刺激。这三种肌肉运动方式早已为生理学家所熟知，我认为迄今为止所发现的肌肉运动也就只有这三种了。然而，还存在着第四种运动方式：在去除大脑和延髓后，即使随意运动和呼吸运动已经停止，这种运动依然存在，它与脊髓相关联；一旦脊髓也被移除，这种运动就会停止，但组织的兴奋性并不会随之减弱。在这种肌肉运动中，指令并非源自神经系统的任何中枢部位，而是来自该中枢之外的某个地方。

其动作既非自发的，也非直接的；相反，它是在适当刺激的作用下被激活的。这些刺激并非直接作用于肌肉或神经-肌肉纤维，而是作用于某些膜状结构，由此产生的信号会通过延髓传递，再反射回受刺激的部位，或者传导到远离该部位的地方，从而引发肌肉收缩。

“前三种肌肉运动方式只能通过实际的肌肉收缩动作来了解。而反射功能则表现为一种持续的肌肉活动，是一种存在于那些并未处于运动状态的器官中的力量——它能使某些器官保持开放状态，如声门；使另一些器官保持闭合状态，如括约肌；还能让四肢保持适当的平衡或协调的肌肉活动。我认为，生理学家们至今尚未认识到这一功能。”

“目前所知的三种肌肉运动方式还可以用另一种方式加以区分：自主运动和呼吸相关的肌肉，可以通过刺激为其供血的神经来激活，这些神经可以位于其起始处，即延髓或脊髓中，也可以位于脊柱管外部；而非自主运动的肌肉，则主要是通过刺激物的直接接触来激活的。而在反射功能的情况下，肌肉则是通过从延髓发出的、经过皮下或黏膜下的神经所构成的曲折反射路径来被激活的。前三种引发肌肉运动的机制可以作用于独立的肢体或肌肉，而最后一种机制则要求与延髓之间的连接必须保持完整。”

“所有类型的肌肉运动都可能被过度激活，但反射功能的特殊性在于它可以通过两种此前在动物体内并不存在的机制被激活，比如打喷嚏、咳嗽、呕吐等现象。此外，反射功能还可能持续减弱或增强，或者出现其他异常状态，我将在后面详细讨论这些内容。”

“在详细介绍支撑这一理论的实验之前，不妨先举几个例子来说明上述各种肌肉运动的来源及其作用方式。其中最为人熟知的当属吞咽动作了。然而……”

这一过程其实相当复杂！牙齿和舌头等器官对食物的抓取属于自主行为，因此，在那些大脑被切除的动物身上是无法发生的。食物通过会厌并沿咽部中下段移动的过程依赖于反射作用：即便在那些大脑被切除或第九对神经被切断的动物身上，这一过程依然可以发生，但前提是延髓与这些结构的连接必须保持完整，同时还需要有能够起到刺激作用的物质与之接触；此时会厌会准确闭合，咽部也会发生收缩。吞咽动作的完成则取决于直接作用于食管肌肉纤维的刺激，这是由肌肉兴奋性所导致的。

“尽管这些观察已经清楚地表明，神经肌肉系统还存在着一种不同于感觉、自主运动、呼吸动作以及兴奋性的功能，但在像现在这样的研究中，还是应该以实际实验结果作为依据来进行阐述。此前已经提到，自主运动和呼吸动作是自发的，不一定需要外界刺激。那么，如果将动物置于某种环境下，使其无法进行这类运动，而其运动能力仍然存在，就可以推断出其意志力以及呼吸的驱动力已经被消除。而实现这一点的办法就是切除大脑和延髓。勒加洛瓦和弗卢伦斯先生的实验已经充分证明了这些事实，我还将详细介绍一些实验，以便更清晰地阐述相关论点。”

“我将一条非常活跃的蛇的脊髓在第二节和第三节脊椎之间切开。在此之前，这条蛇的动作极为剧烈且持续不断。一旦脊髓被切开，它就立刻变得极其安静，一动不动，只有偶尔的喘息声和轻微的头部动作。显然，只要让这条蛇免受任何外界刺激，这种静止状态就会持续下去。”

“当给予刺激后，它的身体又会开始活跃地活动，而且这种状态会持续相当长的时间，每次改变姿势时……”

这种状况会使动物体表的部分区域与桌面或其他物体接触，从而再次施加刺激。最终，动物又会恢复静止状态；在受到严格保护、免受任何外界刺激的情况下，它便不再移动，以之前所处的姿势和形态死去。要成功进行这项实验，需要一些技巧：必须密切观察动物的动作，并用手套或棉花等柔软物质慢慢、谨慎地阻止其活动，这样就能逐渐使其进入静止状态。而一旦有坚硬物质触碰它，或是有任何轻微的刺激，都会让动物重新开始活跃的活动。不过，这一现象并非由感觉所驱动，因为如果感觉功能仍然存在的话，动物所处的姿势以及所受到的刺激本应带来极度或持续的疼痛——在某些情况下，动物仍会部分悬挂在桌子的尖锐边缘上；而在另一些情况下，即使有刺痛感或火焰的刺激，那些仍具有活动能力的动物依然能够进入完全且永久的静止状态。在总结这篇长文时，霍尔这样写道：“总而言之，反射功能似乎正是迄今为止已知的神经系统功能的补充。”随着关于神经电流和神经束的所有这些知识成为科学界的常识，人们自然会对这些神经束本身的确切性质产生兴趣，而随着显微镜技术的不断进步，对这类问题的研究也就更加深入了。很快，就有许多研究者开始研究神经，而在微观生物学研究的诸多领域中，处于领先地位的正是西奥多·施万。在他的努力之下，再加上雷马克、普尔金耶、亨勒、穆勒等人的宝贵帮助，关于神经束的一般特征的所有谜团都得到了解答。人们逐渐了解到，从本质上讲，神经束就是一种细小的原生质纤维，它延伸于生物体内的两个端点之间，其中一个端点通常是大脑或脊髓中的细胞，另一个端点则位于身体外围，比如肌肉或皮肤中。这类纤维周围可能还有一层保护性结构，这就是所谓的施万鞘。

不过，纤维本身才是真正的神经通路；正如雷马克后来所发现的那样，在许多情况下，这种纤维甚至没有鞘膜，尤其是在所谓的交感神经系统中的神经上。顺便提一下，这个由神经节和神经构成的交感神经系统长期以来一直令生理学家们困惑不已。作为该系统的“中心”，其神经节通常体积很小，而且从未出现过较大的情况，它们遍布整个生物体，尤其会形成一条长长的双链结构，位于体腔内、脊柱之外，这也是无脊椎动物唯一的神经系统。人们发现，这些神经节中的纤维会与颅神经和脊神经的纤维相连，并伴随它们到处移动，但它们究竟具有什么特殊功能，长期以来都只是猜测而已，还引发了诸多荒谬的推测。直到1851年左右，伟大的法国科学家克劳德·伯纳德才最终证明，交感神经纤维至少有一个主要功能，那就是使该系统中的小动脉壁收缩，从而调节特定部位的血液供应。早在十年之前，亨勒就已经证明了小动脉中存在环状肌纤维，而这此前一直是个备受争议的问题；当时已经有一些人尝试对这类纤维的功能进行解释，比如韦伯兄弟、斯蒂林——他早在1840年就提出了“血管运动”神经的概念——以及希夫，他在伯纳德取得研究成果时也在沿着同一方向进行研究。不过，直到1851年伯纳德进行实验之后，这一问题才终于得到澄清。不久之后，布朗-塞夸德、沃勒、巴奇以及其他许多人都对伯纳德的实验结果进行了验证并加以扩展，从那时起，生理学家们觉得自己已经明白了神经系统是如何调节特定部位的血液供应的。然而实际上，他们只了解了一半真相，因为几年后伯纳德又开启了另一个完全出乎意料的研究领域，从而证明了这一点。1858年在进行实验时，他发现有一些神经负责为心脏供血，一旦这些神经受到刺激，就会导致心脏放松并停止跳动。由于心脏本质上只不过是一群肌肉的集合体，这一现象实在令人费解，而且在生理学家的以往经验中也从未出现过类似情况。人们原本认为，沿运动神经传递的冲动只能引起肌肉收缩，而不会产生其他作用；但在这里，这种冲动却产生了完全相反的效果。唯一合理的解释似乎是……

这种冲动必须抑制或阻止那些通常会引发心肌收缩的冲动的作用。不过，一种冲动被另一种冲动所抑制这一观念在当时是完全新颖的，起初很难被理解。然而，随着时间的推移，这一观念逐渐被纳入神经生理学的现有知识体系之中，人们也逐渐明白：心脏在神经支配下的反应其实只是非常普遍的神经活动模式中的一个特例而已。从伯纳德的最初发现出发，人们最终认识到整个神经系统实际上是由下级中枢和上级中枢构成的机制，其中一个中枢的作用可以被另一个中枢的作用所抵消甚至完全消除。这一原理不仅适用于心跳、动脉收缩与舒张等生理过程，也适用于那些更为复杂的机能，而这些机能在心理过程中也有相应的表现。因此，对神经冲动能够抑制心脏活动的观察，为相关研究提供了起点，这些研究使得人们对心智活动的运作方式有了比以往任何心理学家都更深入的理解。

心理物理学
神经生理学家的研究因此对心智问题产生了重要影响。但在这一时期，还有另一群研究者以更为直接的方式试图攻克“思维的堡垒”。在德国出现了一个杰出的研究群体，其领袖们或多或少都具有与生俱来的形而上学倾向，同时具备实证科学家的直觉，他们的知识结构不仅包括深厚的生理学和心理学知识，还有物理学和数学方面的造诣。这些人承担起了从物理学角度探讨身心关系的艰巨任务，他们试图尽可能地将游标尺和天平等工具应用于那些无形的心理过程之中。这一运动在本世纪初就已经有了萌芽，尤其是赫尔巴特的数学心理学研究，但真正引起广泛关注的首个成果则出自赫尔曼·亥姆霍兹之手，时间是在1851年。他通过精确测量神经冲动在神经纤维中的传播速度，证明了这一测量并非不可能——因为此前人们认为神经冲动的传递几乎是瞬时的。但亥姆霍兹却成功做到了这一点。

相反的实验结果表明，神经纤维是一种传输速度相对较慢的信息载体。根据他在青蛙身上进行的初步实验，神经“电流”的传播速度还不到每秒一百英尺。此后，赫尔姆霍兹本人以及包括杜波伊斯-雷蒙德在内的多位学者所进行的实验，虽然对最初得到的数据有所修正，但并未改变早期研究的基本结论。由此可见，就传播速度而言，神经冲动与人们常将其比作的电流有着天壤之别：电流可以在半分钟内环绕地球一周，而神经冲动则只能从一个人的脚部传送到大脑。

在接下来的十年里，赫尔姆霍兹通过对声音和颜色感觉及其物理成因的研究，进一步展现了弥合物质世界与精神世界之间鸿沟的倾向。在这些研究中，他重新提出了那位伟大的生理学家和物理学家托马斯·杨在半个世纪前提出的色觉理论。同样的倾向还体现在1852年赫尔曼·洛策所著的著名著作《医学心理学，或灵魂的生理学》中，该书对“生命力”这一旧有观念提出了挑战。而这一新思潮最明确的体现，则出现在1860年，当时古斯塔夫·费希纳出版了他的经典著作《心理物理学》。这个书名为科学术语带来了一个新词汇。费希纳对此解释道：“我所说的心理物理学，指的是关于精神与身体之间关系的精确理论，更广泛地说，就是关于物质世界与精神世界之间关系的理论。”这个书名因而广为人知，也引发了诸多争议。费希纳在书中引入的另一个短语——“生理心理学”——也同样如此。通过这一精妙的词组组合，费希纳实际上为一门新的科学命名。

费希纳阐述韦伯定律
这位德国心理物理学家的这部经典著作的主要内容，就是对他同胞E.H.韦伯在二十多年前提出的一种实验方法的详细阐述与解释。不过，这种方法此前并未得到应有的重视。

韦伯的方法在于测量并分析不同强度的外部刺激（例如各种声音）与其所引发的心理状态之间的特定关系。他的实验源于这样一个观察：我们对各种声音、重量或视觉图像的分辨能力，取决于引发某种感觉的特定因素与其他类似因素之间的相对强度。例如，尽管星星在白天的亮度与夜晚相同，我们却无法看到它们；同样，在白天的安静环境中我们几乎听不到钟表的滴答声，而在夜晚则能清晰地听到它。再比如，当我们举起一盎司和两盎司的物体时，两者之间的差异很容易被察觉，但却无法以同样的方式区分五磅重与五磅多一盎司重的物体。

正是这些例子以及其他感官相关的类似现象，为韦伯设计出他的创新实验提供了思路。通过对日常经验的思考，他意识到：每当我们比较两种视觉感受、两种听觉感受或两种重量感受时，我们的分辨能力总存在一定的极限，而且这种分辨能力的强弱会像上述重量示例中所表现的那样，随着引发感觉的因素的强度而变化。

韦伯决定探究是否可以将这些常见的现象归纳为一种普遍规律。他的方法就是进行大量实验，旨在确定在每种情况下，刺激之间最微小的可感知差异是多少。例如，如果用双手各握着一盎司重的物体，然后逐渐在其中一只手上添加小颗粒，起初我们是察觉不到差异的；但当添加到一定数量后，就能感觉到差异了。通过记录产生这种差异所需添加的颗粒数，就可以得出以一盎司为标准时的最小可感知差异对应的重量。

现在重复这个实验，但让两个物体的重量都是五磅。显然，在这种情况下，我们需要添加的不是颗粒，而是更大的重量单位，才能察觉到两个重物之间的差异。不过，无论添加的具体数值是多少，那个数值都代表着以五磅为标准时，能够产生可感知差异的刺激量。

五磅。对于那些重量大小各不相同的物体来说，情况也是如此。这时，韦伯有了一个惊人的发现：他不仅在重复实验中发现，使用同一对砝码时，“刚好可感知的差异”始终大致保持不变，而且还发现，不同重量的刺激之间存在着一种固定的比例关系。例如，在使用盎司级砝码时，需要在前一个砝码的基础上再增加五十分之一盎司才能察觉到差异；而在使用五磅级砝码时，也需要增加五磅的五十分之一才能得到同样的结果。所有其他重量的砝码也是如此——为产生“最小可感知差异”而需要添加的量，总是与砝码的重量大小保持着相同的数学比例关系，无论该重量是大还是小。

韦伯还发现，视觉和听觉的刺激也遵循同样的规律，即差异刺激与刺激的总强度之间始终存在固定的比例关系。这就是他所寻找的定律。

韦伯的发现虽然十分明确且令人震惊，但直到费希纳对其加以重新研究并加以扩展，并在著名的心理物理学著作中将其公之于众之后，才真正引起人们的重视。此后，这一理论引发了激烈的讨论。费希纳不仅验证了之前的研究成果（当然也有一些对当前讨论而言并非至关重要的限制），还发明了新的测试方法，并将整个问题转化为数学模型。他认为韦伯的发现是心理物理学的基本定律，为纪念这位发现者，他将它命名为“韦伯定律”。他用文字和数学公式来表述这一定律，可以说，是将它直接推向了心理学界的中心。可以肯定的是，这一发现引发了巨大的轰动，因为它代表了新兴心理学向传统形而上学的堡垒发起进攻的首个重要信号。显微镜学家和神经生理学家的成果只不过是初步的尝试，属于意义不明的边缘冲突而已。而韦伯的发现则证明了，这场挑战传统观念的运动确实有可能深入到心灵这一被视为神圣不可侵犯领域的核心地带——人们原本认为，客观事实永远无法进入这个领域。

生理心理学

警报声刚响起，新的行动便开始了。费希纳的著作刚刚出版，人们就开始尝试以另一种方式将这位物理学家的方法应用到心理活动的深层机制中。既然赫尔姆霍兹已经证明神经冲动在神经纤维中的传播速度是可以测量的，那么现在人们便试图测量中枢神经系统接收信息并作出反应所需的时间。这实际上是在探索心理活动的最底层机制。1861年，多恩德斯教授首次进行了这样的尝试，但直到经过许多年来的大量实验之后，才获得了确定的成果。在这些研究者中最重要的人物，也是整个世纪以来引领这一新研究方向、被公认为其领袖的人，就是莱比锡的威廉·冯特博士。

这项任务并不容易，但最终还是完成了。人们不仅证明了神经中枢的处理过程需要一定的时间，还了解了影响这一时间的各种因素。研究发现，不同人的中枢神经系统活动速率存在差异——这解释了半个世纪前天文学家贝塞尔所观察到的“个体差异现象”。此外，同一人在不同条件下，其活动速率也会发生变化：例如，在疲劳或某些脑部疾病的影响下，活动速率会减慢。抛开所有细节不谈，实验结果清楚地表明：感觉、知觉、意志等认知过程与中枢神经组织的活动密不可分，而这些活动与其他所有物理过程一样，都存在时间要素。对于那些几乎只关注心灵而忽视身体功能的传统心理学家来说，这种身心之间的关联自然令人不安。但无论得出何种结论，都无法回避这些事实。

当然，这一新研究潮流并未局限于德国。事实上，早在很久以前其他地方也有类似的研究者。例如，在英格兰，一个世纪之前，哈特利博士就提出了心灵与大脑之间紧密且不可分割的依赖关系，并提出了著名的振动联想理论，这一理论至今仍值得深入研究。同样，在法国，本世纪初也有卡巴尼斯博士，他提出了虽然表述较为粗略但却很有道理的观点，即大脑负责处理各种印象。

当胃消化食物时，它会分泌出各种物质；肝脏则负责分泌胆汁。此外，赫伯特·斯宾塞所著的《心理学原理》也于1855年问世，该书主张身心协调，并提出了关于进化的理论。这一著作比费希纳的著作早了五年。不过，尽管这些理论具有巨大的教育价值，但它们仍属于理论层面，而非实证性的成果。实际上，最早试图用物理原理来研究心理活动的实验工作主要是在德国进行的。1874年，冯特在书中对神经系统的解剖结构进行了详尽的描述，从而为这一新学科的发展提供了具体的依据。四年后，随着他在莱比锡大学建立了生理心理学实验室，可以说这种新心理学已经站稳了脚跟，并获得了官方的认可。从那时起，它走向全世界只是时间问题而已。

不过，还有一种严格基于实验的方法可用于研究心理现象，这种方法后来变得非常流行，但其起源却有所不同。那就是对催眠现象的科学研究。早在1841年，曼彻斯特的詹姆斯·布雷德博士就将这一领域从骗子的手中拯救出来，重新给它命名，并对其进行了深入的研究。不过，他的研究成果虽然一度引起了人们的关注，但很快就被忽视了。尽管后来有人继续尝试研究这一领域，但直到1878年，巴黎萨尔佩特里埃医院的沙尔科医生才开始再次关注这一课题，随后布雷斯劳的鲁道夫·海登海因博士以及其他许多研究者也加入了这项研究。很快，人们就认识到这种方法在研究心理状态方面的价值。布雷德的大多数实验都被重复进行，而且他的结果也得到了证实。他将催眠或人工催眠视为一种由个体自身引发的状态，与任何超自然力量无关，这一观点很快得到了广泛认同。他认为，催眠的初始阶段是由于神经中枢疲劳所致，通常是由于过度刺激造成的。这一观点至今仍未被取代，只不过后来随着人们对潜意识以及中枢神经系统中各中枢之间相互抑制作用的认识加深，这一观点也得到了一些补充。大脑作为心理活动的器官

心理学家和病理学家的这些研究使得身心之间的关系更加清晰明了。不过，在这方面，脑生理学家的研究成果更为确切。在19世纪中叶，最著名的当属被誉为“脑生理学之父”的巴黎植物园的马里·让·皮埃尔·弗卢伦斯，他是马让迪的弟子兼得力继任者。他关于神经生理学的实验始于19世纪初期，而针对大脑本身的实验则直到1842年左右才取得成果。此时，关于相面术的旧争论再度兴起，弗卢伦斯的这些研究至少在一定程度上旨在对这一棘手话题进行严格的科学探究。

在这些研究过程中，弗卢伦斯发现，在连接大脑与脊髓的延髓中，存在一个极其微小的中枢，一旦受到损伤，就会导致实验动物立即死亡。值得一提的是，西班牙行刑时使用的绞索针正是刺向这个部位的；而当罪犯被“成功”绞死时，第二颈椎的突起也会破坏这个中枢。弗卢伦斯将这个部位称为“生命结”。如今人们已明白，它之所以如此重要，是因为它是控制心脏活动的神经中枢；不过，这一简单的解释——即不存在所谓的“生命中心”——当时并未立刻被人们所理解。

弗卢伦斯的其他实验似乎表明，小脑是协调肌肉活动的中枢，而高级智力功能则由大脑承担。但在更深入的定位研究方面，实验结果并不明确。通过对大脑各部位的刺激，都没有发现与特定功能相关的反应，因此弗卢伦斯不得不得出结论：虽然大脑皮层无疑是高级智力功能的所在，但它需要整个大脑结构共同发挥作用。这一结论实际上终结了相面术的盛行，也被广泛接受，成为那一代人脑生理学领域的核心理论。

不过，弗卢伦斯的这些研究其实具有双重意义：它们一方面否定了大脑功能的定位性，另一方面又证明了某些神经过程确实存在于大脑的其他区域。

大脑的功能定位问题。总体而言，他们支持那些主张大脑功能具有局部化特性的观点，也有不少学者持这一观点；而反对大脑功能局部化的证据则仅为负面证据而已。也有一些观察者认为这些负面证据并不足以作为定论。尤其是德国解剖学家迈尔纳特，通过研究大脑中神经束的分布情况，他认为大脑的前部主要承担运动功能，而后部则负责感觉功能。英国的休林斯-杰克逊博士在研究癫痫的过程中也得出了类似的结论。不过，直到1861年，保罗·布罗卡博士才向巴黎医学科学院展示了一例他认为是与大脑功能局部化问题密切相关的脑损伤病例。这名患者来自比塞特尔医院，二十年来一直无法说话，似乎是因为忘记了词汇。1861年这名患者去世后，尸检显示其大脑左侧额叶的某个脑回因疾病而完全损毁，其余部分则完好无损。布罗卡认为这一发现强烈表明词汇记忆功能存在于大脑的某个特定区域。此外，后来还发现这类病例并非没有先例——早在1825年，博亚尔博士就通过病理学研究确定了语言表达功能的中心位于额叶，还有其他一些观察者也尝试过从同一方向进行研究。博亚尔甚至坚持不懈地深入探讨这一课题，但当时世人并不愿意听他的意见。然而，在布罗卡公布这一发现后的五年里，人们对这一问题的兴趣急剧上升，经过布罗卡、博亚尔以及许多其他人的努力，人们最终证明了确实存在一个对词汇记忆具有特殊控制作用的中心，它位于大脑额叶的第三脑回，通常在左半球。从那以后，英语世界将这一区域称为“布罗卡脑回”，奇怪的是，这一名称却迟迟未被该领域的法国同行所接受。这一发现自然而然地重新引发了关于大脑功能局部化的整个讨论。由此不难推断，肯定还存在其他值得寻找的特定功能中心，于是各种研究者开始着手寻找它们。1867年，埃克哈德取得了一些线索，他通过重复

上个世纪，哈勒和津恩进行过一项被遗忘的实验：他们切除了动物大脑皮层的一部分，结果导致动物出现抽搐。但真正具有重大意义的突破出现在1870年，由德国研究者弗里奇和希齐格实现——他们通过用电流刺激动物大脑皮层的特定区域，使得身体对侧的某些肌肉发生收缩。这些极为重要的实验最初并未受到认可，但在1873年由伦敦的大卫·费里尔博士再次重复并扩展了这些实验，此后世界各地还有许多独立的研究者也进行了类似研究，其中比较著名的有法国的弗兰克和皮特雷斯、德国的蒙克和戈尔茨以及英国的霍斯利和谢弗。当然，最初的实验结果并不完全一致；有些研究者，如戈尔茨，甚至完全否定了这些结论的可靠性。不过，经过大量实验后，人们逐渐形成了共识，确认了弗里奇和希齐格所提出的基本事实。事实上，运动功能的大脑中枢并不像某些研究者最初认为的那样具有绝对的决定性，因为有时在某个中枢被破坏、功能丧失之后，该功能仍有可能逐渐恢复，这说明其他中枢已经具备了替代被破坏中枢的能力。不过，这种替代能力也是有限度的。在有了这一限制条件的情况下，运动功能在大脑皮层中的定位这一观点便成为了脑生理学中公认的事实。这种定位现象并不仅限于运动中枢——后续的实验，尤其是费里尔和蒙克的实验，证明视觉中枢也位于大脑的特定区域，即大脑后叶；听觉功能同样也有其特定的定位位置。事实上，我们有充分理由相信，每种初级感觉都是基于传达到大脑中特定位置的信号而产生的。不过需要明确的是，所有这些都与更高层次的智力功能无关。所有的实验都未能确定这些功能的定位，只能进一步证实它们依赖于大脑这一事实，而且某种程度上还依赖于大脑的前叶。但这正是意料之中的结果，因为对心理过程本质的更深入理解表明，这些所谓的“能力”本身其实并不是定位在某个特定区域的。例如，语言能力就是这样。

这些功能与视觉、听觉以及肌肉活动的相关中枢有着不可分割的联系，且只有通过这些相距甚远的中枢之间的协同作用才能实现。正如早期所发现的那样，布罗卡区的损伤并不会完全剥夺患者的语言认知能力。他们可能完全无法说话（不过程度各有不同），但仍能理解别人所说的话，具备阅读、思考甚至正确书写的能力。由此可见，布罗卡区确实与语言表达能力密切相关，但远非语言能力的全部所在。同样地，那些被认为独立的“高级智力功能”，经过更深入的分析后，其实都是各种初级感觉的复杂组合，因而必然依赖于众多分散在各处的中枢。诸如记忆和意志力之类的“功能”，从某种意义上说可以说是每个神经细胞——甚至是每个体细胞——与生俱来的能力。事实上，从最根本的角度来看，所有的智力活动都存在于每一个生命体粒子之中。不过，这样的精细分析终究无法掩盖这样一个事实：某些高级智力功能确实需要特定感觉的有序组合与加工。这种专业化似乎是心理进化过程中不可避免的现象。毫无疑问，每一种这样的专门化功能都有其特定的协调中枢，其重要性不亚于那些与语言表达相关的中枢——当然，这还只是基于归纳得出的结论，并非已得到证实。换言之，我们有充分理由相信，大脑中存在着许多尚未被研究者发现的此类“中枢”。实际上，目前的观点认为整个大脑皮层主要由负责各种感觉信息最终协调的中枢构成，而这些原始形式的感觉信息则由更为原始的神经组织——如基底节、小脑、延髓以及脊髓——来接收。当然，这等同于将大脑皮层视为高级智力的唯一所在。然而，尽管这一结论看似是通过合理的归纳得出的，却与那种基于错误心理学以及少量前提得出的旧有大脑定位理论相去甚远。加尔的理论及其后继者们提出的种种细节，早已超出了科学讨论的范围。不过，正如我所说，其中确实包含着一些真理——即大脑功能具有专业化的特点——而现代……

研究者们将这一核心概念从颅相学那堆无用的废料中拯救了出来——很不幸，它的发现者竟将其埋藏在其中。
大脑的微观结构
病理学家、解剖学家、生理学家、物理学家以及心理学家在各种研究中所共有的研究对象，显然就是中枢神经系统——即脊髓与大脑。随着知识的不断积累，人们越来越意识到这些结构作为神经与心理活动中心的重要性，因此人们也一直在不懈地努力探索其内部结构的奥秘。
在早期，研究人员只能依靠粗略的解剖和显微镜观察方法。这些方法虽然能揭示一些信息，但那些内在的秘密显然只有具备敏锐洞察力的显微镜专家才能知晓。即便对于他们而言，这项工作也绝非易事，因为中枢神经系统组织极为脆弱，是人体中最难操作的组织之一。
因此，需要特殊的手段来进行研究。脑组织学也因此取得了进展——每一次进步都意味着某种机械技术的创新，为研究人员提供了新的工具。
1824年，罗兰多首次提出了用化学方法硬化脑组织后再将其切成薄片以便在显微镜下观察的想法，这几乎成了后来所有研究的基石。穆勒随后发现，溶液中的重铬酸盐是最适合用于初步保存和硬化组织的物质。1842年，斯蒂林进一步完善了这一技术，他开始习惯于对同一组织连续切片，以此来追踪神经通路并确定各结构之间的空间关系。此后，各种机械创新不断为这项技术带来新的改进。人们发现，如果将经过硬化的组织浸入火棉胶或赛洛丁中并嵌入石蜡中，就能使其更易于操作。最近，人们还开始采用另一种方法：通过乙醚蒸汽或更好的方法是碳酸来迅速冷冻未经化学处理的新鲜组织，从而获得切片。借助这些方法以及更为先进的切片机，现代研究人员能够获得极其精细的脑组织切片，这是早期研究者根本无法实现的。

不过，比制作薄切片更为重要的，是让切片的各个部分清晰可见、区分出不同的组织结构。早期的研究者所观察到的薄切片几乎是无色的，其结构的细微特征也极难辨认。1833年，雷马克确实发现了脑组织是由细胞构成的；同年，埃伦伯格则发现它还具有纤维结构。但在那之后直到1858年，由于格尔拉赫引入了一种新的处理方法，研究才有了重大进展。这种处理方法其实非常简单，只需用胭脂红溶液处理显微镜下的切片即可。但结果却十分惊人——将这样的切片放在显微镜下观察时，它已不再呈现均匀状态。在切片中可以看到一些分布不规则、呈现出美丽颜色的小体，而它们所在的基质则未被染色。简而言之，中枢神经细胞终于清晰地显现出来了。

这种神经细胞，后来被称为神经节细胞，其实是一种极为有趣的细胞。它的体积极其微小，需要高倍显微镜才能看清。这类细胞的数量几乎无穷无尽，但它们并非随机分布在脑和脊髓中，而是集中在那些用肉眼看上去呈灰色的区域，因为这些区域完全没有构成大脑主要部分的白色物质。即便在灰质中，虽然神经节细胞有时分布较密集，但它们彼此之间从不直接接触，而是始终嵌入到细胞间组织中。根据维尔肖的研究，这些细胞间组织被称为神经胶质。

每个神经节细胞的轮廓都不规则，从细胞中伸出两组细小的纤维：一组数量众多、长度较短，且向各个方向分支；另一组数量较少，有时甚至只有一条，直接从细胞中伸出，似乎准备进行更长的旅程。这些众多的细丝被称为原生质突起；而另一类纤维则以发现者的名字命名为代特斯轴丝。可以合理推断——尽管在切片中无法明确证明——这些细丝状突起就是不同神经细胞之间的连接纽带，同时也是神经细胞与身体其他部位之间的通讯通道。而大脑的白色物质则……

显然，脊髓是由这类连接纤维构成的，这些纤维使得分布在各处的不同神经节细胞能够相互沟通。无论是通过宏观还是微观方法来追踪贯穿这种白色物质的神经通路，1852年由沃勒提出的方法都起到了极为重要的辅助作用。在此之前，1839年纳塞就已经发现，被切断的脊髓其外周部分会发生退化。沃勒则发现，每一根感觉或运动神经纤维都有一对应的神经细胞与其相连，该细胞负责为神经纤维提供营养，因此只有当神经纤维与这个细胞的连接保持完整时，它才能维持活力。他将这类细胞称为“营养中心”。例如，脊髓前部的某些细胞就是脊神经的运动神经的营养中心；而负责调控脊髓内神经通路的其它营养中心则位于大脑的不同区域。沃勒意识到，只要破坏这些营养中心，或者切断神经通路与其营养中心之间的连接，那些结构清晰的神经通路就会发生退化，随后就可以通过宏观和微观观察来准确确定它们的位置。这一原理的发现为实验者提供了一种极其有效的工具，用于追踪神经连接。此外，这一原理在研究人类疾病时也具有广泛的应用价值，比如神经通路的损伤，或是由于局部肿瘤、栓塞或外伤导致的营养中心破坏。所有这些解剖学研究方法共同表明：中枢神经节细胞正是众多研究结果所指向的、真正的神经活动“中心”。运动功能定位研究的实验结果进一步强化了这一结论——他们所发现的真正中心实际上位于大脑的灰质中，而非白质中。而最确凿的证据则来自病理学研究：许多研究者发现，在某些导致瘫痪的常见脊髓疾病中，受到破坏的正是神经节细胞本身；同样，在患有严重痴呆症的慢性精神疾病患者中，大脑皮层的神经节细胞也会出现退化现象。尤其是瘫痪患者的脑部，其退化情况与他们的症状有着惊人的对应关系。

精神衰退。因此，神经活动的最终中枢为神经节细胞这一观点已毋庸置疑。与此同时，由于人们普遍接受了格尔拉赫的组织学理论——即大脑的白质是由相互连接的细胞间纤维构成的网络——人们便能够大致了解神经节细胞的活动是如何相互关联的，进而通过这种关联形成所谓的高级心理过程。这一观念与当时在心理学领域占主导地位的联结主义者的观点十分契合。然而，尽管解剖学观察结果与心理分析之间的关联看似合理，却存在一个棘手的问题：根据组织学家的观点，那些传递神经冲动的细胞间纤维将每个脑细胞直接或间接地与其它脑细胞连接起来，形成一张无边无际的网络，那么为何某些细胞群有时会彼此隔绝呢？这种隔离现象确实是存在的，因为所有正常的思维活动都依赖于对大量关联信息的排除，同时也依赖于对某些特定关联信息的保留。例如，学生在解决数学问题时必须暂时忽略与地理、自然历史等相关的内容。但是，组织学能解释这种隔离是如何实现的吗？人们试图从大脑血液供应的特殊结构中寻找答案。在这里，动脉的末端分支以封闭系统的方式排列，不会与邻近的系统自由连接。显然，通过血管运动神经的控制作用，大脑的某个区域可以获得充足的动脉血供应，而周边区域则可能保持相对缺血状态。由于生命活动无疑在某种程度上依赖于动脉血的供应，因此这种特殊的血管结构很可能有助于中枢神经节实现局部化功能。不过，这一解释仍有许多不足之处——尤其是考虑到所有高级认知活动很可能涉及众多分散在各处的神经中枢。直到1889年，一项新的发现才终于解开了这个谜团。在此之前不久，意大利组织学家卡米耶·高尔基博士就已经发现了……

通过用硝酸银溶液处理已硬化的脑组织，可使神经细胞及其突起呈现出极为清晰的染色效果，这一效果远远优于格尔拉赫的方法以及其他研究者所采用的各类方法。如今，人们首次能够将细胞的突起准确地追踪到其末端，因为之前的任何处理方法都无法让更细小的纤维显现出来。高尔基本人也证实，那些被称为原生质突起的纤维是以自由端的形式终止的，除了它们起源的细胞之外，与其它细胞并无直接连接。他还发现，轴突会分出大量此前未被发现的侧支。不过他并未意识到自己正在探索的这一发现的实际意义。后来，西班牙组织学家S·拉蒙·卡哈尔博士通过改进高尔基的染色技术，进一步证明了轴突及其所有侧支虽然有时会延伸很远，但最终也会像其他细胞突起一样，以具有自由端的树枝状纤维形式终止。简而言之，每个中枢神经细胞及其纤维分支都是一个独立的实体，它并不与其他众多神经细胞存在物理上的连接。

1889年，当卡哈尔博士宣布他的发现时，他提出的革命性观点自然令许多组织学家大为震惊。不过，也有少数人对此已有预期：比如希斯，他因观察到细胞似乎是从独立的中心发育而来而怀疑细胞的独立性；还有福雷尔，他基于自己从未成功追踪过从一个细胞到另一个细胞的纤维这一事实，也有了类似的推测。这些观察家们很快便开始重复卡哈尔的实验。经验丰富的组织学家科利克也加入了进来，不久之后，全世界的权威学者们都认同了卡哈尔的观点。在他在1889年发表这些发现后的几个月内，那种认为神经细胞相互连接形成无限网络的传统理论就被彻底抛弃，而“独立神经单元”理论——也就是后来所称的“神经元理论”——则完全取代了它。

至于这些独立的神经细胞是如何发挥功能的，卡哈尔从一开始就给出了答案，他的解释也得到了普遍认可。

在这种修正后的模型中，神经细胞依然保持着其作为神经能量储存库的原有位置。从细胞中伸出的每一根纤维，依旧被视为冲动传递者，只不过这种传递是间歇性的，就像那些并非始终处于“连接”状态的电话线一样。与电话线类似，神经纤维也是通过接触来传递信号，而非依靠连续的连接。在受到适当刺激时，这些纤维的末端会伸出，与其他细胞的纤维末端相接触，从而传递相应的冲动；之后它们又会缩回，此时这些细胞之间的信号传递就会暂时停止。与此同时，由于各种传导结构的不同排列，不同的细胞群之间能够实现信号交流，从而产生不同的神经冲动组合，进而形成不同的思维序列。每根纤维在缩回时便不再具有传导功能，但一旦伸出并与另一根纤维或另一个细胞的细胞体相接触，它就能像连续的纤维一样顺畅地传递信息——正如电线那样。这一基于具体解剖学依据的理论，让我们能够解答关于思想是如何被分隔开来的问题；同时，正如卡哈尔博士所指出的，它还为许多其他心理过程提供了新的解释视角。例如，考虑到那些灵活的神经突起，我们可以想象：通过细胞间的新组合，如何产生新的思维序列；通过习惯性地建立某些神经细胞之间的连接，如何在特定方向上提升思维或行动的效率；又因为神经细胞暂时无法建立适当的连接，某些知识为何会从记忆中消失并难以被找回，等等。如果将每个神经细胞比作一个中央电话局，将其延伸出的纤维比作电话线，那么我们就能发现神经系统的运作方式与电话系统之间存在惊人的相似性。中央电话局中新的连接所带来的便利、当连接无法建立时的无用性、那些正在使用的线路对信息传递的阻碍，甚至线路之间的交叉所导致的杂音——所有这些以及电话使用者会想到的诸多其他情况，在神经系统的运作中也有类似的体现。尽管这种相似性看似令人惊讶，但它并非毫无根据的臆想，而是有扎实的解剖学知识作为支撑的。

中枢神经系统得以存在的条件；若缺乏这些条件，正如病理学所明确证明的那样，它便无法发挥功能，从而无法产生高级智力的正常表现。

十、东方考古学的新科学：如何破解“斯芬克斯之谜”

在大英博物馆的埃及古物展厅中，有一件极为珍贵的雕塑——罗塞塔石碑。我想，整个展览厅里没有哪一件物品能像这块置于望远镜状基座上的黑色玄武岩板那样，吸引众多游客的注意。尽管展厅里还有许多造型奇特的珍宝，但这里却从不拥挤；而在这块石碑前，几乎总能看到有人站在那里，专注地注视着其表面那些整齐刻着的神秘符号。只需看一眼，就能发现上面刻有三组铭文。最上方的那组占据了表面的约四分之一，是一幅由蛇、鹰、狮子等图案组成的图像卷轴，即便是最不懂埃及文化的人也能认出这些图案就是象形文字。中间的铭文则由线条、角度及半图组成，可以推测是一种简化的象形文字形式。最下方的铭文则是希腊语——显然是用文字写成的。如果上方的铭文也是文字的话，也只有少数专家才能弄清楚其含义。

不过幸运的是，即便是对埃及文化一知半解的参观者，也能明白这块石碑的真正意义，因为旁边的英文说明告诉我们，这三组铭文其实记载的是同一条信息，而这条信息便是“公元前195年，孟菲斯祭司们颁布的法令，授予埃及国王托勒密五世（埃皮费尼斯）神圣荣誉”。说明还指出，最上方的铭文是用埃及语和象形文字写的；第二组铭文同样用埃及语，但属于通俗体文字；第三组则用希腊语书写。随后还有关于罗塞塔石碑本身的简短介绍：“这块石碑……”

1798年，法国人在尼罗河罗塞塔河口附近的圣朱利安要塞废墟中发现了它。根据《亚历山大条约》，它转入了英国人的手中，并于1801年被存放在大英博物馆中。这段简短的铭文蕴含着丰富的历史信息；如果读者是法国人，还会感受到其中隐含的苦涩情绪。不过，这些事实其实可以用更为谦逊的方式表达出来。石头侧面刻着的铭文则更为直白地记载了此事，上面写着：“1801年，被英军在埃及夺获。”任何法国人看到这些字都会感到心如刀绞。

罗塞塔石碑的价值在于：即便只是粗略地看一眼，它也似乎能成为解开数千年之久的象形文字谜团的钥匙。两千年来，这些奇怪符号的秘密一直被人们遗忘。无论是在埃及还是其他地方，都没有人能够理解它们的含义；甚至有人怀疑这些图案是否真的具有某种特定意义，认为它们不过是具有神秘宗教意义的模糊符号罢了。而正是罗塞塔石碑为那些持怀疑态度的人提供了答案，让世界重新拥有了那门失落的语言以及被遗忘的文学作品。

博物馆的管理人员立刻意识到，罗塞塔石碑的问题值得全世界的科学家们共同努力去解决。于是他们立即将铭文的完整内容以精印版的形式公之于众，这样外国学者也能与英国学者一样有机会尝试破解这个谜题。不过，第一个找到解题线索的人却是英国人——他就是那位揭示光具有振动性质的杰出科学家托马斯·杨博士。

杨博士的具体发现如下：(1) 许多象形文字图案实际上代表着其所描绘的物体的名称；(2) 其他一些图案则仅具有象征意义；(3) 复数形式是通过重复图案来表示的；(4) 数字则用横线来表示；(5) 象形文字可以从右向左或从左向右阅读，但始终要顺着动物和人物面朝的方向来读；(6) 专有名词会被一个椭圆形的边框包围，这就是他所说的“卡图什”；(7) 罗塞塔石碑上保存下来的部分中的卡图什仅代表托勒密的姓名；(8) ……

在其他铭文中的此类框形图案之后出现的女性形象，始终代表着女性性别；(9) 框形图案内的象形符号具有实际的发音功能，可以是字母形式的，也可以是音节形式的；(10) 几个不同的字符可能具有相同的发音值。杨氏指出了这几种发音值的具体情况：共有14个字符对应9种发音，其中6个被公认为是正确地代表了他所对应的字母，另外3个则在其核心或辅音成分方面是正确的。显然，他到目前为止已经走在正确的道路上，几乎就要完成这项发现了。但遗憾的是，他未能再进一步，没能意识到那些在框形图案中作为字母使用的字符，在铭文的普通文本中也被赋予了同样的发音值；换言之，字母的使用并不仅限于专有名词。这就是杨氏所忽略的巨大秘密，而他的法国继任者让-弗朗索瓦·商博良则在他奠定的基础上成功破解了这个秘密。杨氏最初对罗塞塔石碑的研究始于1814年，他的研究成果则发表于1819年。商博良首次公布研究结果是在1822年，第二次、也是更为重要的成果则出现在1824年。通过研究其他铭文中的框形图案，商博良几乎已经掌握了完整的字母表，“斯芬克斯之谜”也基本上得到了解决。他证明了埃及人在历史上腓尼基人出现之前的几个世纪就已经发展出了相对完整的字母表（与早期的闪米特字母表一样，这些字母表大多没有元音）。这种字母表与腓尼基字母表之间存在何种关系，我们将在另一篇文章中探讨；目前只需知道，埃及卷轴上的那些奇怪图案其实就是字母即可。不过，这一说法也需稍作修正：这些图案既是字母，又不仅仅是字母。其中一些纯粹属于字母形式，而另一些则具有象征意义。有些字符代表音节，有些则仅仅作为声音的象征，再广义些来说，它们还代表着事物——毫无疑问，所有的象形文字最初都是如此。总而言之，这是一种字母表，但并非一种完善的字母表。

正如现代国家所习惯的那样，这给早期的研究者们带来了极大的麻烦与困难。商博良未能解开所有这些谜团。他的工作后来由他的学生罗塞里尼继续推进，尤其是德国的理查德·莱普修斯博士，随后还有贝尔努夫先生以及大英博物馆的塞缪尔·伯奇。最近，则有法国的马斯佩罗、马里埃特和沙巴斯等著名埃及学家，德国的布吕格施博士，以及目前担任大英博物馆东方古物部门负责人的E.沃利斯·巴吉博士参与研究。不过，后来研究者的任务主要是发掘并翻译相关记录，而非寻找新的研究方法。

**尼尼微的珍宝**
在大英博物馆里，哪怕是随便逛逛的人也很难忽视那两对巨大的雕塑——一组是长着翅膀的公牛，另一组则是长着翅膀的狮子，它们都有人类面孔，矗立在靠近罗塞塔石碑的埃及展厅入口处。这两对奇特的雕像曾经守护着著名城市尼尼微中某位国王宫殿的入口。站在它们面前，人们的思绪会回到大约27个世纪之前，那时“黎巴嫩的香柏树”还极为高大壮观，也是以色列人的灾祸之源。例如，我们眼前的这些雕像，很可能在公元前七八百年约拿前往尼尼微的途中被他所见到。稍后，巴比伦人和米底人反抗亚述的暴政，攻占了美丽的尼尼微城，几乎将其彻底摧毁。但这些巨大的雕像却幸免于难，被历代积累的废墟所掩藏并保存下来，历经岁月仍屹立不倒，只是它们的存在早已被人遗忘。公元前400年，色诺芬率领那支命运多舛的万人军队经过此处时，只看到一个似乎标志着古代遗迹位置的土堆；这位希腊人根本无法想象，自己正在注视的正是两个世纪前还称霸世界的城市的遗址。名声真是如此短暂！然而，这个道理在后来并不成立——因为如今的我们，在这个前所未见的西方世界中，能够看到这些历经2500年埋藏后的亚述文明遗迹，还有那些能让我们重新了解那段历史的记录。

那些早已被遗忘的民族，其历史细节之详尽，是自尼尼微陷落以来任何一代人都未曾知晓的。两千五百年间，无人见过这些珍宝，也无人知道它们的存在。一百代人来来去去，却从未有人提起过沙尔马内塞尔、阿苏马齐尔帕尔或亚述巴尼拔这些国王的名字。而如今，在经历了数个世纪的遗忘之后，这些名字又重新出现在历史中；由于那些遗迹的特性，它们必将永垂不朽，其名声几乎可以超越时间的考验。如果未来的世代已经忘记了亚历山大、凯撒和拿破仑的存在，却仍能熟知亚述巴尼拔和阿苏马齐尔帕尔的名字，那也并不奇怪，因为这其实与他们过去命运的起伏相吻合。因为当麦考利笔下那个未来的新西兰人探索大英博物馆的遗址时，那些关于古亚述人的记载很可能会依然完好无损地保存着，继续向后人讲述他们的故事，尽管所有的手稿和印刷书籍可能都已经化为碎片。

不过，亚述雕塑的过去本身就已经足够传奇了，无需再为它们虚构一个类似的未来。关于它们被重新发现的历程，简直就像一部精彩的历史浪漫小说。在本世纪中叶之前，好奇的学生只需花一小时左右的时间，就能了解有关著名的尼尼微城的所有已知事实与传说。他只需阅读几章《圣经》以及迪奥多罗斯的几页著作，就能掌握所有相关的重要资料。如果再阅读希罗多德、色诺芬、尤斯廷和艾利安的著作，这些作品则主要用来印证这样一个事实：希腊人对他们那些著名的东方先辈的历史几乎一无所知。那些流传下来的传说讲述了第一位国王尼努斯及其美丽的王后塞米拉米斯；还有征服者森拿克里布；以及懦弱的萨尔达纳帕卢斯——他放弃了祖先的尚武传统，最终与尼尼微一起在自我毁灭的灾难中壮烈死去。仅此而已。其中有多少是历史事实，又有多少是神话传说，没人能够说清楚；即便有人有不同猜测，也永远无法得知真相。而如今，关于这座城市的当代记录大量存在，其数量之多，除了埃及之外，没有任何其他古代国家能够与之相比。现存着大量写于公元前七世纪的亚述书籍，而且这些都是原版，而非副本。那些来自遥远时代的作者正直接与我们对话，让我们能够亲眼看到他们的文字。

没有中间人的转录过程。在同样年代的希伯来文或希腊文手稿中，没有任何一部能够保存至今；即便有与这些古代书籍相近的文献，其年代也至少晚了一千年。当我们阅读摩西书、以赛亚书、荷马史诗、赫西奥德的作品或希罗多德的记载时，其实只是在追随后来历代抄写者所留下的转录本——而这些转录本往往存在错误，而且很可能并非处处完美。例如，现存最古老的《圣经》抄本大概可追溯到公元4世纪，那已经是最后的亚述文献被记录、阅读、收藏并最终被遗忘之后的一千年多了。

至少有一位亚述国王——即亚述巴尼拔，他的宫殿里拥有一个藏书量达一万册的图书馆。这些书籍都被系统地编号、上架，由专门的图书管理员负责管理。如果想看看这个奇妙图书馆里的某些文献，只需穿过亚述巴尼拔雕像前的飞狮，进入位于罗塞塔石碑旁的亚述大厅即可。实际上，那些雕刻着飞狮的巨大石板本身也可以被视为“书”，因为其表面刻有文字记录。稍加观察就能发现，这些文字是以整齐的直线形式刻在石板上的，乍看之下就像是一排排随机分布的箭头。由于这种相似性，这类文字有时被称为“箭头文字”，不过更常见的名称则是“楔形文字”。不过，飞狮身上的铭文只不过是临时性的“书”而已。而真正的书籍则就在亚述巴尼拔大厅旁边的房间里，它们被放置在房间中央的一系列柜子里。可以说，这批文献堪称大英博物馆所有珍宝中最令人惊叹的集合体，因为其中不仅有书籍，还有公私信件、商业公告、婚约合同——总而言之，就是一切与文明社会日常生活相关的书面记录。

那么，究竟是怎样的奇迹让这些文献得以在数个世纪中保存下来呢？答案其实很简单：因为它们是由具有耐久性的材料制成的。这些亚述文献其实不过是刻在砖块上的碎片而已，其颜色和质地与风化的陶土瓦片颇为相似。

现代制造工艺。这些石板通常呈椭圆形或长圆形，长度在两三英寸到六八英寸之间，厚度则约为1英寸左右。它们原本都是黏土砖的一部分，后来有人用带有尖角的工具在上面刻下箭头图案，之后再通过烘烤使这些标记永久保留下来。当然，和所有砖块一样，这些石板也相当脆弱；在尼尼微宫殿被毁时，许多石板已经出现破损。不过，相较于时间的侵蚀，它们几乎堪称坚不可摧。正因如此，这些遥远文明的记录才能保存至今，而希腊等较晚出现的文明的类似记录则已彻底消失。就像洞穴居民使用的燧石工具能够完好保存下来，而更近代的铁制工具却早已破碎殆尽一样。

这些记录是如何被解读的？既然材料条件允许，那么这些古老记录能够被保存下来其实并不算什么特别神奇的事。的确，19世纪的学者们能够找到它们并将它们公之于众，这无疑是一项了不起的成就。但真正令人惊叹的是：19世纪的学者们不仅让我们看到了这些实物，还让我们了解了它们的实际内容。墙面上、石板上或小砖块上的那些箭头图案肯定有其含义，但我们该如何理解呢？那些图案肯定是文字，但究竟是哪种文字呢？埃及的象形文字本身就已经足够神秘了；不过，至少它们的符号还有一定的暗示性，而这些楔形文字则完全看不出有任何可帮助我们理解的线索。然而，如今的亚述学者却能像古典学者解读希腊手稿那样轻松准确地解读这些奇怪的记录。这体现了19世纪学术研究的巨大成就——因为在我们的时代之前，近两千年来从未有过任何人能够理解这些铭文，就如同今天在博物馆里随便看看的游客一样，对他们来说这些铭文同样毫无意义。因为亚述语和埃及语一样，都属于死语言；它们并非像希腊语和拉丁语那样只是从日常使用中退出，被保存在学者的书房里，而是被全世界彻底遗忘。在这种情况下，这些文字能够被重新解读，实在是一件不可思议的事情。

需要指出的是，如果这种语言没有留下任何同源的继承者，那么无论是亚述人还是埃及人，恐怕都无法实现对其的复原；因为尽管现代语言学拥有强大的能力，但终究并非无所不能。幸运的是，一种语言一旦形成就不会完全消失，它只是会逐渐失去使用价值，然后被其他语言取代，而其继任语言仍会保留许多源自该语言的痕迹。例如，拉丁语有意大利语等罗曼语族作为其现代表现形式，而亚述语则由相关的闪米特语系语言来承继。不过，这些语言更多是在亚述学研究的后期才起到帮助作用，而在研究初期并没有什么用处；关于楔形文字含义的最初线索，是通过另一种途径获得的。

有趣的是，和罗塞塔石碑一样，也是通过一块三语铭文才得以解开谜团，只不过两者之间存在显著差异。这块三语铭文并非那种小巧易携的纪念碑，而是刻在波斯西部贝希斯敦的一处巨大岩面上。此外，铭文上的三种文字都是楔形文字，而且这三种语言在20世纪初都还完全不为人所知。这块铭文作为一种意义不明的奇特遗迹，已被历代人所目睹。据克特西亚斯通过狄奥多罗斯的记载，人们将其归功于传说中的亚述女王塞米拉米斯。但实际上这一传统是错误的，直到最近人们才弄清真相。现在我们知道，这块铭文实际上是在公元前515年左右，应波斯国王大流士一世的命令而刻制的，铭文中用该国王统治下的不同民族的语言记录了他的某些事迹。

那位冒着生命危险复制了这块珍贵铭文，并通过解读它而成为真正的“亚述学之父”的人，就是英国将军亨利·罗林森爵士。他的这一壮举再次体现了英国人对那些曾试图争夺罗塞塔石碑的对手的胜利；因为几年前，一些法国探险家受本国政府派遣，专门去复制这块神秘的铭文，但他们声称无法到达铭文所在之处。然而罗林森却认为并非如此，1835年他登上了那处危险的高地，制作出了大约一半铭文内容的模型。由于外交任务，他不得不暂时中断这项工作，但在1848年他又重新开始，最终完成了对铭文所有部分的复制。

它得以免于时间带来的破坏。如今，研究这门新学科所需的材料已经到手，罗林森将军在众多人的协助下很快便开始对它进行深入研究。
这一独特铭文的价值关键在于其第三种语言为古波斯语。显然，古波斯人从西方的邻国亚述人那里借鉴了楔形文字，但在此过程中进行了重要的改进——这种改进通常只有在不同民族之间过渡时才有可能实现。与亚述人一贯使用的、由箭头形状构成的大量音节符号（其中包含许多同音字）不同，波斯人挑选了其中少数几个符号，并赋予它们近乎纯粹的字母表式发音价值。简而言之，他们在保留楔形笔画的基礎上发展出了字母表，从而实现了对语音的精准分析；而这一成就至今仍为中国人所无法做到，埃及人仅做到了部分程度，希腊人则认为腓尼基人将这种文字体系引入了西方世界。
除了这一至关重要的进步之外，波斯人还采用了另一个虽细微却极为实用的习俗：用特定符号将句子中的各个单词分隔开。这一点不仅使他们区别于亚述人和埃及人，也与早期的希腊书写字体有所不同。
得益于这些简化措施，大约在19世纪初，德国学者格罗特芬德成功恢复了古波斯语的大致面貌；随后，法国的雷诺夫和德国的拉森以及罗林森本人也取得了进一步进展，罗林森几乎独立解决了波斯字母表的问题。因此，贝希斯敦铭文中的波斯语部分至少可以被部分破译。不过，如果铭文中没有出现大量专有名词的话，这对恢复其他部分的文字来说帮助并不大。一般来说，专有名词并不会被从一种语言翻译成另一种语言，而是尽可能按照该语言的规则进行转写。正是在罗塞塔石碑上“托勒密王朝”这一希腊语词汇的转写方式，为破解埃及文字的发音提供了第一个线索。倘若罗塞塔石碑的上半部分能够保存下来——那里原本还有其他几处名称——杨在破译工作上就不会止步于此了。

不过，与罗塞塔石碑相比，命运对贝希斯敦铭文的眷顾要温和得多：波斯文部分保留了多达90个专有名词，而这些名称又以另一种文字形式出现在亚述文铭文中。通过对这些名称的研究，人们得以了解亚述文字的发音。然而，即便有了这些帮助，要破译这种文字依然极为困难，因为很明显，这里已不再是一种由少数字符构成的近乎完美的字母系统，而是一种包含数百个字符的音节文字系统，其中有许多同音字，即表示相同发音的不同写法。但在波斯文译本的指引下，再加上亚述语所属的闪米特语系的帮助，这项艰巨的任务终于逐渐完成。主要的研究者包括英国的罗林森将军、欣克斯教授和福克斯-塔尔博特先生，法国的朱尔·奥佩尔特教授，以及德国的尤利安·施拉德教授，当然还有许多其他学者也参与了这项工作。

这一伟大的语言学成就是在19世纪中叶取得的。但由于其难度极高，包括法国的约瑟夫·欧内斯特·勒南和英国的G.科尼沃尔·刘易斯爵士在内的许多知名学者起初都拒绝接受这一成果，他们认为亚述学家只是通过编造一种人为的语言来欺骗自己。1855年，在福克斯-塔尔博特先生的建议下，这项成果接受了检验：四位学者——其中包括塔尔博特本人，以及罗林森将军、欣克斯教授和奥佩尔特教授——向皇家亚洲学会提交了他们对一部此前尚未被翻译的亚述文本的独立解读。该学会的一个委员会，其中包括当时英国最伟大的历史学家乔治·格罗特，拆开了这四份译文的封印，报告称它们的核心含义完全一致，某些段落的表达方式也出奇地统一——简而言之，它们就像是从任何一种难以理解的文字中翻译出来的译文一样相似。这一结论使得亚述学获得了官方认可，此后其研究方法的可靠性也再未受到质疑。从此，亚述学成为了一门成熟的科学。

附录
参考文献列表

第一章 物理科学的现代发展

(1) 罗伯特·波义耳，《哲学著作》（共3卷），伦敦，1738年。

第二章 现代化学的起源

(1) 关于所谓“水之争”的详细记载，可参阅乔治·威尔逊所著的《亨利·卡文迪许传》，伦敦，1850年。

(2) 亨利·卡文迪许，载于1784年的《哲学汇刊》，第119页。

(3) 亨利·布罗厄姆勋爵所著的《乔治三世时代的哲学家们传记》，伦敦，1855年，第106页。

(4) 约瑟夫·普里斯特利所著的《关于不同种类空气的实验与观察》（共3卷），伯明翰，1790年，第2卷，第103–107页。

(5) 约瑟夫·普里斯特利所著的《实验哲学讲义》，第四讲，第18、19页，J.约翰逊出版社，伦敦，1794年。

(6) 摘自谢勒所著的《关于氧化镁及其特性》，斯德哥尔摩，1774年；该文作为“蒸馏器俱乐部重印系列”第13号出版，1897年，第6页。

(7) 根据某些学者的说法，这一发现是由贝采利乌斯做出的。

(8) 费迪南德·霍费尔所著的《化学史》，巴黎，1869年，第151卷，第289页。

(9) 安东尼·洛朗·拉瓦锡所著的《化学原理》，由罗伯特·克尔翻译，第8页，伦敦和爱丁堡，1790年。

(10) 同上，第414–416页。

第三章 道尔顿之后的化学发展

(1) 汉弗莱·戴维爵士，载于《哲学汇刊》第八卷。

第四章 十八世纪的解剖学与生理学

(1) 巴斯所著的《医学史》，第692页。

(2) 摘自托马斯·H·赫胥黎在1870年向英国科学促进协会发表的主席演讲。

(3) 詹姆斯·卡森所著的《关于消化的论文》，伦敦，1834年，第6页。

(4) 同上，第7页。

(5) 约翰·亨特，《论死亡后胃部的消化过程》，第一版，第183–188页。

(6) 伊拉斯谟·达尔文，《植物园》，第448–453页。伦敦，1799年。

第五章 十九世纪的解剖学与生理学

(1) 库维叶男爵的《地球理论》。纽约，1818年，第123页。

(2) 罗伯特·布朗所著《关于兰科植物与夹竹桃科植物的器官及其受精方式》，载于《植物学杂著集》。伦敦，1866年，第一卷，第511–514页。

(3) 贾斯汀·李比希，《动物化学》。伦敦，1843年，第17页及以后。

第六章 有机进化理论

(1) 歌德的《论植物的变态》，译自弗里德里希·丹内曼所著的《自然科学史概要》（两卷本）。莱比锡，1896年，第一卷，第194页。

(2) 伊拉斯谟·达尔文所著《自然之殿，或社会的起源》，1807年出版，第35页。

(3) 库维叶男爵的《地球理论》。纽约，1818年，第74页。（这是库维叶这部重要著作的序言。）

(4) 罗伯特·钱伯斯所著《解释：〈创世遗迹〉的续篇》。伦敦，丘吉尔出版社，1845年，第148–153页。

第七章 十八世纪的医学

(1) 摘自博尔哈夫博士的《物理学理论学术讲座》。伦敦，1751年，第77、78页。博尔哈夫的这些讲座后来被汇编为《关于疾病认知与治疗的格言集》，莱顿，1709年。范·斯维滕为这本书写了五卷的注释。博尔哈夫的另一部著名著作是《化学原理与实验》，巴黎，1724年；其初步内容是他1718年被任命为莱顿大学化学教授时所做的演讲。

(2) 爱德华·詹纳所著《关于天花疫苗的成因与效果的研究》等。伦敦，1799年，第2–7页。他还撰写了多篇论文，其中大部分都发表在皇家学会上。他的最后一部作品是《论人工诱发皮疹在某些疾病中的作用》（伦敦，1822年），他投入了大量时间和精力研究这一主题。

第八章 十九世纪的医学

(1) 载于科尔维萨尔翻译的阿文布鲁格格著作的序言。巴黎，1808年。

(2) 兰内克所著《间接听诊法》。巴黎，1819年。这是兰内克最重要的著作，很快就被翻译成了多种语言。在出版此书之前，他还写了《关于希波克拉底医学理论的论述》，巴黎，1804年，以及同年出版的《关于眼虫的记述》。

(3) 《化学与哲学研究》，主要涉及一氧化二氮的相关内容。

《氧化或去燃性氮气及其呼吸作用》，作者：汉弗莱·戴维。伦敦，1800年，共479–556页。

(4) 同上。

(5) 关于麻醉术的发现历程，可参阅《马萨诸塞州总医院董事会报告》，波士顿，1888年；另可参考N. L.鲍迪奇所著的《乙醚之争：对1848年医院报告的辩护》，波士顿，1848年。R. H.达纳撰写的1848年3月刊载于《利特尔时代》杂志的文章也提供了详尽的描述。此外，还有两份关于乙醚发现问题的国会报告，一份为1848年所写，另一份为1852年。

(6) 辛普森在1847年3月于爱丁堡医学外科协会上发表论文，公开了氯仿具有麻醉作用的这一发现。那是在他首次目睹使用乙醚为患者进行手术大约三个月后。

(7) 路易·巴斯德，《发酵研究》。伦敦，1870年。

(8) 路易·巴斯德，《法国科学院科学报告》，第XCII卷，1881年，第429–435页。

第九章 实验心理学这门新科学

(1) 贝尔将他的研究成果提交给了皇家学会，但他关于神经系统解剖学领域的研究与发现则被收集起来，并于1824年以《人体神经系统的自然结构阐述：基于提交给皇家学会的关于神经系统的论文的再版》为名出版。

(2) 马歇尔·霍尔，医学博士，F.R.S.L.，《论延髓与脊髓的反射功能》，载于《皇家学会哲学汇刊》，第XXXIII卷，1833年。

目录

五卷本内容一览

第一册
I. 史前科学
II. 埃及科学
III. 巴比伦与亚述的科学
IV. 拼字的演变
V. 希腊科学的起源
VI. 在意大利的早期希腊哲学家们
VII. 雅典早期时期的希腊科学
VIII. 雅典的后苏格拉底时代科学——柏拉图、亚里士多德与泰奥弗拉斯托斯
IX. 亚历山大时代或希腊化时期的希腊科学
X. 罗马时期的科学
XI. 对古典科学的回顾

第二册 现代科学的起源
I. 黑暗时代的科学
II. 阿拉伯人的中世纪科学

III. 西方中世纪科学
IV. 新宇宙论——从哥白尼到开普勒与伽利略
V. 伽利略与新的物理学
VI. 两种伪科学——炼金术与占星术
VII. 从帕拉塞尔苏斯到哈维
VIII. 十六与十七世纪的医学
IX. 哲学家科学家与新的学术机构
X. 伽利略在物理学领域的继承者们
XI. 牛顿与光的组成
XII. 牛顿与万有引力定律
XIII. 牛顿时代的精密仪器
XIV. 从吉尔伯特、冯·格里克到富兰克林：电学领域的进展
XV. 到林奈时代的自然历史

第三卷. 物理科学的现代发展
I. 天文学领域牛顿的继承者们
II. 现代天文学的进展

III. 古生物学的新发展
IV. 现代地质学的起源与发展
V. 气象学的新发展
VI. 现代热学与光学理论
VII. 电与磁的现代发展
VIII. 能量守恒定律
IX. 以太与有质量物质

第四卷 化学与生物科学的现代发展
I. 化学中的燃素理论
II. 现代化学的起源
III. 道尔顿时代以来的化学发展
IV. 十八世纪的解剖学与生理学
V. 十九世纪的解剖学与生理学
VI. 有机进化理论
VII. 十八世纪的医学
VIII. 十九世纪的医学
IX. 实验心理学的新发展

十、东方考古学的新科学
第五册：现代科学的若干方面
一、大英博物馆
二、伦敦皇家自然知识促进协会
三、皇家研究所与低温研究
四、一些物理实验室及物理问题
五、那不勒斯的海洋生物学实验室
六、恩斯特·海克尔与新的动物学理论
七、一些医学实验室及医学问题
八、一些尚未解决的科学问题
九、回顾与展望

*** 古腾堡计划电子书《科学史》——第4卷 结束 ***

后续更新的版本将取代旧版本，旧版本将会被重新命名。

由于这些作品源自不受美国版权法保护的印刷版，因此没有人拥有其美国的版权，所以该基金会（以及您！）无需获得许可、也无需支付版税即可在美国复制和分发这些作品。本许可证的“通用使用条款”中规定了相关特殊规则，旨在保护古腾堡计划这一概念及商标。古腾堡是一个注册商标，如果您对电子书收取费用，则不得使用该商标，除非遵守商标许可条款，包括为使用古腾堡商标而支付相应费用。如果您不收取任何费用，那么遵守商标许可条款就非常简单。您可以将此电子书用于几乎任何用途，比如创作衍生作品、撰写报告、进行表演或研究。古腾堡计划的电子书可以被修改、打印并免费分发——对于不受美国版权法保护的电子书，您在美国几乎可以随心所欲地使用它们。不过，再分发这些作品时仍需遵守商标许可条款，尤其是商业性再分发行为。

开始：完整许可条款

完整的古腾堡计划™许可证
在分发或使用本作品之前，请务必阅读此内容。

为维护古腾堡计划™推动电子作品自由传播的宗旨，通过使用或分发本作品（或任何与“古腾堡计划”相关的作品），您即同意遵守随该文件一同提供的、或可在www.gutenberg.org/license网站上查到的完整古腾堡计划许可证中的所有条款。

第1节：古腾堡计划电子作品的一般使用条款及再分发规则

1.A. 通过阅读或使用本古腾堡计划电子作品的任何部分，即表示您已阅读、理解并同意接受本许可证以及相关知识产权（商标/版权）协议中的所有条款。如果您不同意遵守这些条款，则必须停止使用，并归还或销毁您所拥有的所有古腾堡计划电子作品副本。如果您为获取某份古腾堡计划电子作品或访问权限而支付了费用，且不同意受本协议条款的约束，可根据1.E.8段的规定向您付款的机构或个人申请退款。

1.B. “古腾堡计划”是一项注册商标。只有那些同意遵守本协议条款的人才能在其电子作品上使用该商标或以任何方式将其与电子作品关联起来。即便不遵守本协议的全部条款，您仍然可以对大多数古腾堡计划电子作品进行某些操作，详情见下文的1.C段。如果您遵守本协议条款并协助确保未来人们能够继续免费获取古腾堡计划电子作品，那么您可以对其进行更多操作，详情见1.E段。

1.C. 古腾堡计划文学档案基金会（简称“该基金会”或PGLAF）拥有这些作品的汇编版权。

古腾堡计划电子作品集。该集合中的几乎所有作品在美国都属于公共领域。如果某部作品在美国不受版权法保护，且您位于美国境内，只要删除所有与古腾堡计划相关的标识，我们便不会阻止您复制、分发、展示该作品或基于它创作衍生作品。当然，我们希望您能遵守本协议的条款，通过免费分享古腾堡计划的作品来支持其推动电子作品自由获取的宗旨，从而让“古腾堡计划”这一名称继续与这些作品联系在一起。您只需在免费与他人分享这些作品时，保持其与附带的完整古腾堡许可证相同的格式，即可轻松遵守本协议的条款。

1.D. 您所在国家的版权法也决定了您可以对这些作品做些什么。大多数国家的版权法都在不断变化中。如果您不在美国境内，在下载、复制、展示、表演、分发或基于这些作品或任何其他古腾堡计划作品创作衍生作品之前，请先了解您所在国家的法律以及本协议的条款。对于美国以外的其他国家的作品，该基金会不对它们的版权状况作任何声明。

1.E. 除非您已删除所有与古腾堡计划相关的标识：

1.E.1. 每当有人访问、展示、表演、查看、复制或分发任何古腾堡计划作品的副本时（即任何标有“古腾堡计划”字样或与“古腾堡计划”相关的作品），都必须明确标注以下句子，并提供通往完整古腾堡许可证的直接链接：

这本电子书可供美国及世界其他大部分地区的任何人免费使用，且几乎没有任何限制。您可以根据相关条款复制它、赠送它或再次使用它。

本电子书附有古腾堡计划™许可协议，该协议可在www.gutenberg.org上查看。如果您不在美国境内，使用本电子书之前必须先了解您所在国家的法律规定。

1.E.2. 如果某部古腾堡计划的电子作品源自不受美国版权法保护的文本（且未标注“经版权所有者许可发布”字样），则可以无需支付任何费用即可将其复制并分发给美国的任何人。如果您在重新分发或提供此类作品时使用了“古腾堡计划”这一名称，就必须遵守1.E.1至1.E.7段中的规定，或者按照1.E.8或1.E.9段的要求获得使用该作品及古腾堡计划商标的许可。

1.E.3. 如果某部古腾堡计划的电子作品是经版权所有者许可发布的，那么您的使用和分发行为必须同时符合1.E.1至1.E.7段的规定以及版权所有者所规定的其他条款。所有经版权所有者许可发布的作品，其相关的附加条款都会链接在本书开头的古腾堡计划许可协议中。

1.E.4. 不得删除或剥离本作品中的完整古腾堡计划许可协议条款，也不得删除包含本作品部分内容或与古腾堡计划相关的其他作品中的相关条款。

1.E.5. 在不显著显示1.E.1段中所规定的文字、且无法通过超链接直接访问古腾堡计划许可协议完整条款的情况下，不得复制、展示、表演、分发或重新分发此电子作品或其任何部分。

1.E.6. 您可以将此作品转换为各种二进制格式、压缩格式、标记格式、非专有格式或专有格式进行分发，包括各种文字处理格式或超文本格式。不过，如果您要……

不得以“纯ASCII格式”或Project Gutenberg官方网站（www.gutenberg.org）上提供的官方版本所使用的其他格式之外的形式来获取或分发Project Gutenberg作品的副本。无需向用户收取任何额外费用，就必须以原始的“纯ASCII格式”或其他形式提供该作品的副本、导出副本的途径，或应用户要求提供获取副本的途径。任何替代格式都必须包含第1.E.1段中规定的完整Project Gutenberg许可协议。

1.E.7. 除非符合第1.E.8段或1.E.9段的规定，否则不得对获取、查看、展示、播放、复制或分发任何Project Gutenberg作品收取费用。

1.E.8. 在满足以下条件的前提下，您可以为由Project Gutenberg电子作品提供的副本、访问权限或分发服务收取合理的费用：

• 您需按照自己用于计算税款的相同方法，就使用Project Gutenberg作品所获得的毛利润的20%作为版税支付给Project Gutenberg商标的所有者。不过该所有者已同意将此条款规定的版税捐赠给Project Gutenberg文学档案基金会。版税必须在您编制定期纳税申报表的日期之后的60天内支付。这些版税款项必须明确标注为版税，并寄送到第4节“关于向Project Gutenberg文学档案基金会捐款的说明”中指定的地址。

• 如果有用户在收到作品后30天内以书面形式（或电子邮件）告知您其不同意完整的Project Gutenberg™许可协议的条款，您必须全额退还该用户所支付的款项。同时，您还必须要求该用户归还或销毁其所拥有的所有实体介质形式的作品副本，并停止使用及访问其他Project Gutenberg™作品的副本。

• 如果作品存在缺陷，您需根据第1.F.3段的规定，全额退还用户为该作品或替代副本所支付的款项。

在收到相关电子作品后的90天内，若发现此类作品，便会及时告知您。

• 您须遵守本协议中关于免费分发古腾堡计划™作品的各项规定。

1.E.9. 如果您希望对古腾堡计划™的电子作品或系列作品收取费用，或以不同于本协议规定的方式来分发这些作品，那么您必须获得古腾堡计划文学档案基金会的书面许可。该基金会是古腾堡计划™商标的管理者，请按照下文第3节中的说明与他们取得联系。

1.F.

1.F.1. 古腾堡计划的志愿者和员工为整理那些不受美国版权法保护的作品、对其进行版权研究、转录并校对，付出了巨大努力，从而创建出了古腾堡计划™作品集。尽管如此，这些电子作品以及存储它们的介质仍可能存在“缺陷”，例如数据不完整、不准确或损坏、转录错误、版权或其他知识产权侵权问题、有缺陷或损坏的磁盘或其他存储介质、计算机病毒，或是您的设备无法读取的计算机代码。

1.F.2. 有限保修与责任免除——除1.F.3段中所述的“更换或退款权利”外，古腾堡计划文学档案基金会、古腾堡计划™商标的所有者，以及任何根据本协议分发古腾堡计划™电子作品的各方，均不对您因任何损害、成本或开支（包括法律费用）承担任何责任。您同意，对于因过失、严格责任、违反保修条款或合同违约而造成的损失，您只能依据1.F.3段中的规定寻求救济。您还同意，该基金会、商标所有者以及根据本协议进行分发的任何方均无需承担其他责任。

需对您因实际发生的、直接的、间接的、后果性的、惩罚性的或附带的损害承担赔偿责任，即便您已事先告知了此类损害可能发生。

1.F.3. 更换或退款的权利有限——如果您在收到该电子作品后的90天内发现其中存在缺陷，可向获取该作品的人士提交书面说明，从而获得已支付的款项退款（如有）。如果您是通过实体介质获取该作品的，则必须将该介质连同书面说明一并退回。提供有缺陷作品的一方可以选择提供替代副本而非退款。如果您是通过电子方式获取该作品的，提供方可以选择再给您一次通过电子方式获取该作品的机会，而非退款。如果第二个副本也存在缺陷，您则可以书面要求退款，而无需再尝试解决该问题。

1.F.4. 除1.F.3条规定的有限更换或退款权利外，本作品按“现状”提供，不附带任何形式的明示或暗示担保，包括但不限于适销性或适用于某种用途的担保。

1.F.5. 某些州不允许免除某些隐含担保，或限制/排除某些类型的损害赔偿。如果本协议中的任何免责条款或限制条款违反了适用于本协议的州法律，则该条款应被解释为符合该州法律所允许的最大程度的免责或限制。本协议中任何条款的无效或不可执行性不会导致其余条款失效。

1.F.6. 赔偿责任——您同意为基金会、商标所有者、基金会的任何代理人或员工、根据本协议提供古腾堡计划™电子作品副本的任何人，以及参与古腾堡计划™电子作品制作、推广和分发工作的志愿者，免于承担一切责任。

因您所实施或导致的以下任何行为而直接或间接产生的各项成本与费用，包括法律费用：(a) 分发本作品或任何古腾堡计划作品；(b) 对任何古腾堡计划作品进行修改、改动、添加或删除内容；(c) 您所造成的任何缺陷。

第2节：关于古腾堡计划使命的信息

古腾堡计划意味着以各种计算机都能读取的格式免费分发电子作品，这些计算机包括那些已经过时、老旧或较新的计算机。该计划的得以实施，得益于数百名志愿者的努力以及来自各行各业人士的捐助。

志愿者以及为志愿者提供所需支持的财政援助，对于实现古腾堡计划的目标、确保其作品能永远免费供后人使用至关重要。2001年，古腾堡计划文学档案基金会成立，旨在为古腾堡计划及其后续发展提供稳固且持久的保障。如需了解更多关于该基金会的信息，以及您的贡献和捐助如何发挥作用，请参阅第3节和第4节，以及www.gutenberg.org上的基金会相关页面。

第3节：关于古腾堡计划文学档案基金会的信息

古腾堡计划文学档案基金会是一家非营利性501(c)(3)教育机构，根据密西西比州法律设立，并获得了美国国税局的免税资格。该基金会的联邦税务识别号为64-6221541。根据美国联邦法律及您所在州的法律规定，向该基金会提供的捐款可在允许的范围内享受税收减免。

该基金会的办公地址位于美国新泽西州蒙特克莱尔市沃丘恩广场41号516室，邮编07042。联系电话为+1 (862) 621-9288，可通过电子邮件进行联系。更多联系方式及最新信息可在该基金会的网站www.gutenberg.org/contact上找到。

第4节：关于向古腾堡计划捐款的说明
古腾堡文学档案基金会

古腾堡计划依赖于公众的广泛支持与捐款，才能继续履行其使命——增加可自由传播的公共领域及授权作品的数量，让各类设备，包括那些较为老旧的设备，都能以机器可读的形式访问这些作品。许多小额捐款（1美元至5,000美元）对于维持该组织在IRS处的免税地位尤为重要。

该基金会致力于遵守美国50个州关于慈善机构及慈善捐款的法律法规。不过各州的合规要求并不统一，要满足这些要求需要投入大量精力、处理大量文书工作并支付诸多费用。在没有收到相关合规确认函的地区，我们不会寻求捐款。如需捐款或了解特定州的合规状况，请访问www.gutenberg.org/donate。

对于那些我们尚未达到捐款要求的州，我们既无法也不愿寻求捐款；不过据我们所知，对于主动提出捐款的此类州的捐赠者，我们并没有禁止接受其捐款。

我们欢迎国际上的捐款，但无法就来自美国境外的捐款的税务处理问题给出任何说明。仅美国的法律就让我们这些人数不多的工作人员应接不暇。

请查看古腾堡计划的网页，以了解当前的捐款方式与地址。此外，还有多种其他方式可以捐款。

捐赠方式包括支票、在线支付以及信用卡捐款。如需捐赠，请访问：www.gutenberg.org/donate。

第5节：关于古腾堡计划的基本信息
电子作品

迈克尔·S·哈特教授是古腾堡计划的发起人，他提出了建立一个可自由与任何人共享的电子作品图书馆的理念。四十年来，他在仅有少量志愿者支持的条件下，持续制作并分发古腾堡计划的电子书。

古腾堡计划的电子书通常是根据多个印刷版本制作的，而这些版本在美国均被认定不受版权保护，除非其中包含版权声明。因此，我们并不一定需要让电子书完全符合某个特定印刷版本的格式要求。

大多数人都是从我们的网站开始了解古腾堡计划的，该网站提供了便捷的搜索功能：www.gutenberg.org。该网站还包含了有关古腾堡计划的各种信息，包括如何向古腾堡计划文学档案基金会捐款、如何协助制作新的电子书，以及如何订阅电子邮件通讯以获取新电子书的资讯。