《漫话生物学简史》读书笔记

时光如梭，转眼本学期已接近尾声，读的书却少得可怜，现在就本书中印象深刻的几个科学史摘抄如下。

一、神奇的曲颈瓶和葡萄园实验

19世纪，人类对于人以外的诞生是自然发生还是其它物种演变深深困扰。

早在公元前4世纪的亚里士多德以及后来的牛顿，发现二氧化碳的赫尔蒙特都认同自然发生，巴斯德的鹅颈瓶实验则证明了肉汤既不产生苍蝇等生物且味道鲜美，而该实验前用来堵住瓶口的棉布放入汤内则能让肉汁变质，这一系列实验证明微生物来自外界而不是自然发生。

葡萄园实验则是为了回应另一位生理学家伯尔纳而做，他认为发酵是自然发生不需要酵母菌，但巴斯德坚信发酵一定要微生物尤其是酵母参与。于是他找到一处葡萄庄园，在其中建立一座隔离的温室，葡萄成熟后不添加任何酵母，结果整个庄园未发生任何发酵现象，即使葡萄烂掉甚至风干都没有，至此再度证明自然发生站不住，此次论战巴斯德占据了上风。

巴斯德之后，对发酵研究作出实质性研究的数布赫那兄弟，他俩本来是研究动物的消化条件，但意外的发现改变了俺就计划。

年，布赫那兄弟着手于动物体内消化，他们用不含细胞的酵母菌浸出液作为药物，加入细沙、矽藻土和酵母研磨，再榨出汁液模仿动物体内消化环境，为科学有效要用防腐剂处理浸出液，当时的背景下他俩选择好了常用的蔗糖。

试验后剩余了一些处理液，时隔几日，他俩意外发现酵母浸出液和蔗糖混合液居然发酵了，这是人类第一次在无活性酵母参与下的发酵，该实验打破了之前固有观点---发酵必须活酵母参与，他俩把对应的物质叫做“酿酶”。

此后无红细胞参与发酵研究拉开了序幕，动植物题内糖代谢成为研究热点，俩人想研究具体的中间发酵过程，但发酵室连续的，中间产物很快消耗研究具体连续反应过程太困难。一次偶然加入氯化物阻碍了进一步反应，随之发酵液积累，后来明确其机理是氯化物抑制1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP，同时抑制其转化成2-磷酸甘油酸。

他们思考能否不断添加不同物质而逐步阻断下一步反应，则上一步生成物不断积累，检测什么物质含量明显积累，就能搞清上一步反应的生成物种类，可不同反应步骤的酶和抑制剂都不同也不清楚是什么。只能随机更换无数无极分子大海捞针的替换和试验，但最后他俩竟然弄清了整个酵解过程。

该工作的创造性在于阻断下一步反应，从而推断上一步反应的生成物，为后来的酶抑制剂阻断提供了研究思路。

二、乳酸杆菌与巴斯消毒法

巴斯德声名鹊起时，法国酿酒已经享誉欧洲，尤其啤酒，但当时啤酒遭遇了变酸的困境，厂家束手无策于是有人求助巴斯德，他当时断言一定是一种不知名的微生物作怪，取来变质的啤酒，显微镜检发现一群细棍状微生物，正式他们导致了啤酒的腐败。

找到元凶那么如何消灭？方法要简单成本要低且不破坏啤酒口感。于是他将腐败啤酒放入不同温度热水。功夫不负有心人，一些列试验后，巴斯德发现60℃左右半小时，就能杀死细菌也不破坏啤酒，但一开始大家很怀疑，最后这一性价比高，成本低而有效的“巴斯消毒法”为世界广泛流传。

这挽救了发过啤酒和经济恢复，巴斯德在微生物学的地位不可撼动。

三、巴斯德与胡椒病蚕

一战前后，法国不止啤酒发达，蚕桑业也发达，每年爆发蚕的瘟疫，为此损失了上亿法郎。临危受命，巴斯德发现病蚕会将钩状脚伸出来，身上长满如胡椒的棕褐色斑点，人们使用硫磺粉、酒、煤油都不行。

巴斯德对比健康与病蚕外观除了斑点几无差异，且外观变化要等蚕孵化出来才能看见为时晚矣。他还发现一点不同：正常蚕食桑叶发出沙沙声，而病蚕不发声。为此，巴斯德将病蚕加水磨成糊状物镜检，发现病蚕体内存在一个个椭圆棕色课例，病因找到了，他又想着从源头解决，蚕-卵-蛾，所以要可靠的找出无斑点的蛾。

他让农户把交配的雌蛾放在小块麻布上产卵，将产卵蛾固定于麻布一角，检测发现有斑点的蛾就大伙焚烧其卵，这样简单区别健康卵交给农户孵化即可，减少损失巴斯德再次挽救了法国。

四、病毒的发现

19世纪末，烟草迅速发展，但一种怪病让叶片营养不良厚度不均，黄绿条纹相间，甚至大面积坏死斑点，农户一筹莫展。于是有人想到将患病烟叶研磨镜检能否找出致病因子？叶片研磨液涂片却什么都看不到，但该汁液涂抹到健康叶片会患病，汁液稀释万倍仍有感染力，说明是一种生命力顽强的光镜看不见的微生物。直到20世纪30年代电子显微镜问世，才发现烟草花叶病毒的面目---只有细菌万分之一大小的杆状无细胞结构生命体，之后罗莎琳富兰克林研究清楚了该病毒的RNA结构。噬菌体则是年特沃特和年海纳尔分别独立发现的。

五、幽门螺旋菌和试菌的马歇尔

胃病很常见，委内PH约1.68，强酸按理说不利于细菌生存，因此长期以来人们没考虑细菌和胃病的关联。

年哈佛医学院史通费尔登伯格，在40%的胃溃疡和胃癌病人病理切片中，观察到一种螺旋细菌，但条件有限未跟进研究，这是首次证实胃找那个有细菌。但胃病机制复杂且检测技术差异。年泛尔特瑞德医学院的爱迪尔帕尔默对0个肠胃病人活组织检测却没发现螺旋菌。30年后西澳大利亚大学的罗宾泛伦和巴里马歇尔取得突破。泛伦通过胃镜观察结合切片银染色，发现了藏在胃粘膜层中的细菌，而抗生素治愈胃病就证实了细菌和胃病的相关性。

出生于西澳大利亚的马歇尔年医学院毕业为学习开放式心脏外科手术刀首府佩斯的诺伊尔.医院世系。年下半年轮岗到肠胃医学部，在沃伦鼓励下研究胃溃疡临床，6个月在实验室保留材料中多次发现螺旋状细菌，并跟踪尾部有细菌的病人症状，取得宝贵一手资料。

年作为内科医生的马歇尔从未放弃研究胃中的螺旋菌。但一直未能将胃中这种细菌单独分离而无法进一步研究。当年复活节放假，他们讲一块琼脂培养板以往在实验室温箱中，收假时竟发现长了细菌，连续培养单独分离后镜检证实正是病人胃中的俊，马歇尔将其命名为胃幽门螺杆菌简称HP，这是人类首次体外分离该菌。

年10月，马歇尔在当地内科医师会议报告了结果却未被认可，传统观念和学术权威压力让他感到在诺伊尔医院难以续约时，医院支持他的研究并提供了登记员工作。

.9马歇尔在英国伍斯特的国际内窥镜会议作了报告，很多学者声称实验中也发现了该细菌，看来该菌不是澳大利亚患者独有，世界多个实验室独立得出相同结论，从此该菌被重视。年马歇尔受到澳大利亚医学院研究委员会赞助，开始抗生素治疗十二指肠溃疡，按医学常规，阐明疾病与病原体关系，必须要通过动物模型直接验证，但一直未找到合适的动物模型，曾用猪宣告失败。这时候反对者认为其结论不成熟，因为没有动物模型验证可信度低，甚至要求其补充动物模型实验。面对众多患者的痛苦和其他人的质疑，他在隐瞒实验团队成员并冒着较大风险，那只以身犯险。

.7他喝下油门诺杆菌培养液，并亲身记录，这种菌液像沼泽水，3天内未出现任何征兆，15-18天开始出现胃病，黎明时被剧烈呕吐惊醒并吐出大量酸而稠的液体，他已经感染了胃溃疡。第28天，同事帮他内窥镜检测的确感染了螺杆菌。马歇尔用甲硝哒唑结合铋治愈了自己，也证明了该治疗方案可行性。

年体外分离，年历经12年才被世界公认螺杆菌是十二指肠病原体，年诺贝尔生理和医学奖授予了澳大利亚科学家沃伦和马歇尔。

六、透镜到显微镜

分辨率：肉眼0.1mm，光镜0.1μm，电镜0.1nm

古罗马皇帝尼禄通过弯曲刻面的傲视观看竞技场表演，推测可能是校正近视，这是透镜最早的记录。

年，博物学家波塔在《论奇妙的玻璃》中提出用凹透镜校正近视，这是时代的伟大突破。

H.詹森和Z.詹森作为荷兰眼睛制造商，一次偶然在管子两端分别装上一块凸透镜和凹透镜，他俩发现居然可以放大很多倍，这可算作人类历史第一台复式显微镜，放大十几倍的最早的显微镜经常被用来观察跳蚤，因此又被称为跳蚤镜，但新事物的接受很困难。

当时著名诗人施田海姆说服一位牧师观察了透镜下的跳蚤，牧师彻底惊吓于放大若干倍的跳蚤外形。竟然宣布施田海姆是男巫和无神论者，致命的指控使教会理科将其逮捕几乎被判火刑，幸运的是有声望的诗人在女皇知晓后干预，才保住性命，据此我们不难想象，那种年代新技术和发现要被接受的艰难。

列文虎克：活到90多岁的长者，家境优越，父亲经营篮子企业，母亲酿酒世家，自己经营店铺并担任多项工作，且多项爱好---吹玻璃，磨透镜，精制金属品等。这样的例子不少，行业顶尖者可能并非科班但是极高兴趣的人。他可能不是个好的家庭成员，两任妻子先他离世，6个孩子5个先他而去，蛋挞是个优秀的科研工作者，一生制作了四百多台显微镜和放大镜，倍数从50到倍。他制作出了短焦距双凸透镜，这需要极精细的打磨技艺，但这种技艺却失传了。这种工匠精神用毕生精力做好一件事做到极致是最大的启示。很多科学当时是由“上流”人士实现的，因为他们有钱有时间，有人问虎克为何不传艺于年轻人，他回答：“训练磨镜或创立学校意思不大，很多学生无非是为了从科学中赚钱或名声，关键是大多数人毫无求知欲。”

倍显微镜让虎克看到了常人看不见的微观世界，他观察了大量材料：跳蚤、蚜虫、蚂蟥、与、青蛙、鸟的红细胞，并提出血管中血液循环源于心脏搏动。

列文虎克前，限于技术，科学家没有在精液中看到精子，另一位巨匠哈姆通过自制显微镜在淋病患者精液中发现了精子，于是他认为精子是淋病的正真凶，但列文虎克在很多健康动物包括人的精液中都发现了精子的游动，他认为精子不是病原体而是普遍的一种细胞，正因为有了精子才会出现精卵结合。

列文虎克是以为有个性，特立独行的科学家和天才匠人，但受限于时代他的学术生涯也有很多不正确的观点，如生殖发育中的预成论之一卵源论根本上来源于列文虎克，他观察昆虫发现某些昆虫不受精可以完成繁殖，当时人们不清楚无性繁殖的真相，而列文虎克根据实验观测的推理赢得了很多支持。

罗伯特胡克：比虎克小3岁的他除了物理上广为人知的F=-KX的胡克定律和因为光的波动性和牛顿的粒子性之争，提高了显微镜的分辨率，还利用软木塞观察提出了“cell”

施旺麦丹：43岁英年早逝，他也有极高仪器制造水平和工匠精神，他设计了人类历史第一台解剖镜，并且制造了两个臂，一个固定物体一个固定透镜，每个臂都有粗调和微调功能，他用自制显微镜观察诸多物体，为了观察虱子，他甚至让虱子要自己的手来观察口器活动，但他不同于列文虎克，生活清苦到难以维持，晚年病痛无钱医治，靠朋友资助才多撑了几年。

马尔比基：动植物显微镜材料制作的创始人，用合适的方式制成不改变物体内部结构方便观察的切片是一个问题。他是第一个用染色剂固定观测材料，后来发展为水银和蜡注射固定，从而显著提高观察效果。

格鲁：著名动植物解剖学家，成功解剖对比了四十多中动物肠胃，他看到刚死的动物肠胃仍然可以蠕动，但是难以解释，他将显微镜带入解剖学成为必不可少的研究利器。

七、精子和卵子的结合

生男生女早在亚里士多德，古人就有自己的见解，由于他在多方面颇有成就，他的观点当时甚至左右了科学。

亚里士多德：好的男子精液生男孩，不好的生女孩，之后胚胎在子宫中有月经血凝结形成。

希波克拉底：同时代的他认为不论动物、人的性别取决于卵巢，右卵巢生男左卵巢生女。

盖伦：作为西方医学奠基人，他认为生男有男性右侧睾丸决定，生女由男性左侧睾丸决定。在当时尚右为尊和男性至上是一致的。

今天我们早已知晓，胚胎发育指从受精卵到底8周尚未形成胚胎，第9周形成器官开始，所以怀孕初三个月最关键。

八、蝌蚪到蛙的变态发育

蝌蚪肚中一半以上空间被肠道占据，这是典型植食的特征；之后肠道变短也不缠绕形成1个短小直接排泄的线状体，蝌蚪与青蛙一个排氨一个排尿素。这个过程与甲状腺激素密切相关。

九、消失的胃育蛙

年科学家在澳大利亚，发现一种蛙产卵后不会将受精卵留水中而是全吞入胃中，开始以为是饥饿的个体行为，后来发现是种群共性。消化系统如何区分事物和蝌蚪？研究人员在深入发现发育成幼蛙后才从口腔游走出来，这大大保证了成活率比外界环境安全得多，该发现以论文投给《Nature》却被当做子虚乌有而退稿。7年后文章发表于《动物行为》，随后《胃育蛙》艺术出版并引起公众的注意，但环境变化及人为捕杀其于年已经灭亡。

机制：雌蛙吞下受精卵，且胃酸很少，受精卵上包裹着黏液以保证受精卵不被破坏。受精卵外胶状物是前列腺素E2（PGE2），该物质可使胃部暂停分泌胃酸；蝌蚪的鳃分泌的黏液也含有E2，且分泌后身体的孔关闭使黏液不会有食道进入身体。形成的幼蛙在体内时，雌蛙不进食，6个星期的蝌蚪发育母蛙胃不断膨胀到最大体积，母蛙的肺不断缩小主要以皮肤呼吸；同时雌蛙保持不动约一个星期让幼蛙出生，母蛙感到发育完成或有危险就将几成成体的幼蛙吐出来。

十、伟大化学家李比希的局限性

一个贡献巨大的科学家由于学科背景灯，有时也阻碍了新思想诞生。李比希在生物化学中就有诸多错误论断。比如他论断发酵的本质是物质的，但却完全不承认任何说明酵母是生命机体的证据。因此他轻视德国动物学家施旺和巴斯德的研究，他还认为“酵母是发酵的产物而不是原因”。他认为绿色植物利用空气和土壤中的简单无机元素制造复杂有机物；而动物只是化学分解的实行者。他识图通过机体吸收和排泄的各成分测定与平衡，来确定生物体内化学事件。这好比通过一个房间的进入东西和出来的东西，来判断房间发生的事件，他还认为只有蛋白质的降解供养着肌肉活动等。

十一、人类对天花的根除

18世纪，英国医生爱德华.詹纳开启主动免疫而被认为是免疫学的鼻祖，直接接种天花病毒风险太高，而人感染牛痘病毒后出现类似天花症状但后果轻微且不再患天花。年他从挤奶女工手上的牛痘脓包取出病毒（牛痘）为詹姆斯.菲普斯接种，患上牛痘后很快痊愈；在接种人类天花病毒却未感染。不但成功而且无私将该方法献给全人类，他终将被历史铭记。

高中生物教材一方面要体现核心素养的生命观念、科学思维、科学探究、社会责任；另一方面要应对学业水平考试尤其是高考。但是限于生物学科课时量以及生物课本容量有限，并不能将很多知识的来龙去脉厘清，结果可能是知其然不知其所以然，未形成对知识的深层次理解，知识的识记和应用都有困难。

生物学经典实验的科学史背景，就能很好体现核心素养特别科学思维和科学探究。

我们惊奇的发现伟大科学家既有其独特的科学素养和人格魅力，比如格里菲斯作为军医看到战争带来的士兵因细菌感染而死亡，激发其研究肺炎链球菌，这能很好的作为讲授其实验设计前的情景导入，能极好的激发学生学习的内驱力。这种社会责任的正确培养无需老师宣讲也能入木三分。提出“cell”的罗伯特胡克在显微镜发明创造和显微观察上作出了巨大贡献，却和近代力学之父牛顿因波粒二象性交恶，这又让我们又感受到伟人也是有血有肉的人也有缺陷。而历史上无论巴斯德、李比希、巴布洛夫等行业权威也都不同程度有过学术性错误，可这不妨碍他成其为一个伟大的科学家。

而光合作用的发现史更是一部极好的连续剧，只要按照重要经典实验重现科学史就能很好的从反应物、反应条件、生成物，包括复杂的卡尔文循环都能深入浅出的，从实验设计能力、科学思维能力上作出极好的训练。而耳熟能详的孟德尔终身未娶十年如一日进行豌豆遗传本质的研究，以及在气象学、水利学多学科的涉猎，时至今日仍然让我肃然起敬。

总的来说，科学史包含了很多重要实验，而其中一部分实验无论选材、设计、推理堪称典范，就算是有瑕疵的甚至碍于时代背景有错误的实验，也是评价实验改进实验的范本，所以在中学生物学教学课时较少、课本知识容量较小的基础下，教师可以通过书籍、刊物等方式补充个人科学史的背景，若能详尽形成一张科学史背景的大网，无论是作为情景导入新知识，还是帮助分析经典但复杂的实验，或者树立正确的价值观，都是一柄利器。