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阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第24章

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这就是较大的静脉含有阻止血液流离心脏的瓣膜。这个机制是哈
维的老师意大利解剖学家 
H。 法布里齐乌斯发现的。但是,在加
伦传统的压抑下,他拒绝作出必然的结论,而把荣誉留给了他的英
国学生。

哈维继续用定量的方法测量血流(这是人们第一次用数学来
解决生物学的问题)。他的测量表明,心脏泵出血液的速率是: 
20
分钟的泵出量相当于体内所含血液的总量。如果认为身体能够以
这样的速率制造新血液或消耗旧血液,这似乎是不合理的。因此,
合理的结论是,血液一定是在体内反复循环着。因为血液在动脉
内流离心脏,而在静脉内流向心脏,所以哈维断定,血液由心脏泵
入动脉,然后由动脉流入静脉,再由静脉流回心脏,接着心脏又把
血液泵入动脉,如此循环不已。换句话说,血液通过心脏…血管系
统连续不断地单向循环着。

包括列奥纳多·达·芬奇在内的早期解剖学家,曾经提示过这
种想法,但哈维是第一个详细地论述和研究这个学说的人。他把
他的推理和实验发表在一本印刷质量很差的小册子里,书名为《动
物心血运动的研究》。这本书于 
1628年出版,从那时以来,一直被
认为是一部伟大的科学经典著作。

哈维的著作中没有解决的一个主要问题是:血液是怎样由动
脉进入静脉的?哈维认为,这两者一定是由某种血管连接着,尽管
这些血管很小,肉眼看不见。这使人回想起加伦关于心脏间壁上
有小孔的学说,不过加伦所说的这种小孔永远也找不到,因为根本
就不存在,而哈维所说的“连接血管”则在显微镜出现后就被证实
了。1661年,仅在哈维去世后的第四年,一位名叫马尔皮基的意


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大利医生用原始的显微镜观察一只青蛙的肺组织,发现确实有连
接动脉和静脉的微小血管。马尔皮基将这些血管命名为毛细血


图 13…1循环系统


第十三章 细 胞

第十三章 细 胞

管,源自拉丁语,意为“毛发状”。(关于循环系统,见图 
13…1。)

利用显微镜还能够看到其他一些细微结构。荷兰博物学家斯
旺默丹发现了红血球,而荷兰解剖学家 
R。 格拉夫在动物卵巢内
发现了微小的卵泡。像昆虫这样的小生物也可以仔细地研究了。

如此详细的研究促使人们把一种生物的结构与其他种生物的
结构进行细心的比较。英国植物学家格鲁是第一个有名望的比较
解剖学家,1675年,他公布了比较各种树木的树干结构的研究成
果;1681年,又发表了比较各种动物的胃的研究成果。

细胞学说

显微镜的出现事实上把生物学家引导到了生物组织的一个更
为基本的水平;在这个水平上,所有一般的结构都可以归纳到一个
共同的起源。1665年,英国科学家 
R。 胡克利用自己设计的复式
显微镜,发现软木是由许多极其微小的“房间”构成的,就像特级的
海绵。他把这些小孔叫做细胞,并把它们比喻为修道院里的小房
间。后来其他显微镜学家在活组织里也发现了类似的细胞,但里
面充满液体。

在以后的 
150年中,生物学家逐渐明白,所有的生物都是由细
胞构成的,而每个细胞都是一个独立的生命单位。有些形式的生
命,如某些微生物,只由一个细胞构成;较大的生物体则是由许多
互相合作的细胞组成的。法国生理学家迪特罗谢是最早提出这种
看法的人之一。他的报告于 
1824年发表,但没有引起人们的注
意;直到德国的施莱登和施万在 
1838年和 
1839年分别发表论文
后,细胞学说才开始受到重视。 


1839年,捷克生理学家普尔金耶把某些细胞内充满的胶状液
体称为原生质(“生命的原始物质”),而德国植物学家莫尔延伸了
这个词的含义,用它表示所有细胞的内含物。德国解剖学家舒尔


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策强调原生质是“生命的物质基础”,并证明不论是多么简单还是
多么复杂的动植物,所有细胞里的原生质基本上是相似的。

细胞学说对生物学的重要性如同原子学说对化学和物理学一
样。1860年前后,德国病理学家菲尔绍用一句简明的拉丁语宣
称:“一切细胞都来自细胞。 ”他证明,病变组织中的细胞是由原先
的正常细胞分裂而产生出来的。这样,细胞在生命进程中的重要
性便得到了证实。

那时事情已经清楚,各种生物(即使是最大的生物)的生命都
是由一个单细胞开始的。最早的显微镜学家之一哈姆(列文虎克
的助手)在精液里发现了后来被命名为精子的小体。更晚一些时
候,1827年,德国生理学家 K。 贝尔也发现了哺乳动物的卵(见图 
13…2)。于是,生物学家们开始认识到,一个卵和一个精子结合形
成受精卵,受精卵经过反复分裂,最后发育成动物。


图 13…2人的卵细胞和精子细胞


第十三章 细 胞

第十三章 细 胞

大生物的细胞并不比小生物的大,它们只是具有比较多的细
胞。这些细胞依然很小,几乎都要用显微镜才能看到。典型的植
物或动物细胞直径为 
5~40微米,而人的眼睛只能勉强分辨出直
径在 
100微米以上的东西。

虽然细胞这么微小,但绝不是毫无特征的原生质小滴。仅在 
19世纪,人们就逐渐认识到,细胞有着复杂的亚结构。为了解决
许多与生命有关的问题,生物学家们必须研究这些亚结构。

例如,既然生物是通过其组成细胞的增殖而生长的,那么,细
胞是怎样分裂的呢?答案在细胞里面由比较致密的物质组成的一
个小球上,小球的体积大约是细胞的 
1/10。1831年,布朗(布朗运
动的发现者)第一次报告发现了这种小球并命名为核。(为了与原
子的核区别开来,下面我将称之为细胞核。)

如果把一个单细胞生物分成两半,使其中的一半含有完整的
细胞核,含有细胞核的一半能够生长和分裂,而另一半则不能。
(后来还发现,哺乳动物的红血球没有核,寿命很短,而且既不能生
长也不能分裂。因此,不把它们当做真正的细胞,通常称之为血
球。)

遗憾的是,由于细胞略带透明,不容易看清其亚结构,因此对
细胞核和分裂机制的进一步研究停顿了很长一段时间。后来发现
某些染料可以给细胞的一些部分染色,而不给其他部分染色,这种
情况才得到改善。有一种叫做苏木精(得自苏木)的染料能够把细
胞核染黑,使它在细胞的背景上清晰地显现出来。在珀金和其他
化学家开始制造合成染料以后,生物学家便有了多种可供选择的
染料。 


1879年,德国生物学家弗勒明发现,用某种红色染料可以把
分布在细胞核内的一种小颗粒状的特殊物质染上色。他称这种物
质为染色质(源自希腊语,意为“颜色”)。通过对这种物质的观察,


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弗勒明了解到细胞分裂过程中的一些变化。当然,在染色时染料
会杀死细胞,但是在一片组织上,他可以发现处在细胞分裂的不同
阶段的各种细胞。他把这些细胞作为静止的画面,按照适当的顺
序排在一起,形成一种细胞分裂过程的“动画片”。 

1882年,弗勒明出版了一本详细描述细胞分裂过程的重要著
作。细胞开始分裂时,染色质聚集成线状,包着细胞核的薄膜似乎
被溶解,同时,就在细胞核外面的一个小物体分成了两个。弗勒明
称这个小物体为星体(源自希腊语,意为“星”),因为四下辐射的线
使它看上去像是一颗星。星体分开后,两半在细胞内朝着相反的


图 13…3细胞的有丝分裂


第十三章 细 胞

第十三章 细 胞

方向移动;星体拖带的细丝和这时已经排列在细胞中心的染色质
细丝显然纠缠在一起;星体把染色质细丝的一半拉到细胞的一侧,
一半拉到另一侧;结果,细胞从中间断开,分裂成两个细胞;而后,
每个细胞里又形成一个细胞核,被细胞核膜包着的染色质又分解
成微粒(见图 
13…3)。

弗勒明把这种细胞分裂过程叫做有丝分裂,因为染色质丝在
分裂过程中起了重要作用。1888年,德国解剖学家瓦尔德尔把这
种染色质丝命名为染色体(源自希腊语,意为“有色的物体”),这个
名字一直沿用至今。但是,值得一提的是,尽管它们叫染色体,它
们在不染色的自然状态下是无色的,和背景非常相似,当然就很难
分辨出来了。(虽然如此,早在 
1848年,德国业余植物学家霍夫迈
斯特就隐约地看到花细胞里的染色体。)

对染色的细胞继续进行的观察表明,每一种植物或动物的细
胞都含有特定数目的染色体。在有丝分裂过程中,细胞未分裂成
两个以前,染色体的数目先加倍,因此,分裂后的两个子细胞各自
含有与原来的母细胞相同数目的染色体。

比利时胚胎学家范贝内登 
1885年发现,卵细胞和精子细胞形
成时,染色体的数目并不加倍,因此,每个卵和每个精子细胞只有
生物正常细胞内染色体数目的一半。(所以,产生精子细胞和卵细
胞的细胞分裂叫做减数分裂。)可是,当卵和精子细胞结合后,这个
结合体(受精卵)就有了一整套染色体,一半来自母亲的卵细胞,一
半来自父亲的精子细胞。这一整套染色体再通过正常的有丝分裂
传递给由这个受精卵发育起来的生物体的所有细胞。

虽然利用染料能够看到染色体,但是要看到它们当中的个别
染色体还是不容易,在通常的情况下它们看上去像是一团短粗的
面条。所以,
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