世界生物学史之一古代和中世纪的生物学

世界生物学史之一:古代和中世纪的生物学随着人类为了自身生存的需要和对有机界奥秘探索兴趣的增长，有关动植物的知识逐渐积累。早在文艺复兴前，包括解剖学和生理学知识的医学已在大学中占有重要地位。文艺复兴后的17世纪，生理学继解剖学而成为医学的重要部分。实验方法也继观察、描述、比较和推测之后，开始在生物学中应用。显微镜的发明，标志着揭示微观生物界的开始。18世纪动物学、植物学已经进入大学的讲堂，集前人大成的动植物分类学也为以后的系统的分类学奠定了基础。19世纪作为生物学基础的细胞学说和达尔文进化理论先后建立，微生物学和胚胎学等学科均取得重大进展，生物学呈现空前的繁荣。20世纪的生物学由于越来越多地受到化学、物理学、数学从原理到方法的巨大影响。在微观方面向着生物大分子的水平发展，在宏观方面生态学向着生态系统的水平发展。20世纪50年代分子生物学的兴起，改变着生物学的面貌而被誉为“生物学的革命”，随着这些发展，生物学跨入了精确科学的行列。同时，生物学对医疗卫生和农业生产，以至于工业生产都显示出强大的推进作用。古代人在采集野果、从事渔猎和农业生产的过程中，逐步积累了动植物的知识；在抵御恶劣的环境条件，防治瘟疫疾病的过程中也积累了医药知识。约公元前5000年古巴比伦人及亚述人就知道枣椰树(Phoenixdact-lifera)有雌雄之分，约公元前2000年汉穆拉比王朝（Ham-murabidynasty）时，第一次报道了人工授粉。古代埃及人制作了木乃伊(mummy),表明已了解草药的防腐性能。在埃及找到的公元前2500年的医生作手术的古雕塑，表明那时已经有一些解剖学的知识。公元前1500年印度的医学已较发达。在释迦（公元前560～前480）时就有医学学校，在梵文本的医学内记述了割治白内障、疝气等的手术知识以及960余种药草。中国在公元前4000年前就开始养蚕。在商代（约公元前1600～前1100）中期的甲骨文中有500余条关于疾病的记载。到西周（约公元前1100～前771）时期医学又分为“食医”、“疾医”、“病医”和“兽医”。出现于战国（公元前476～前222）晚期的《黄帝内经》论述了人体解剖、生理、病理、病因、诊断以及针灸、经络、卫生保健等多方面的知识。由汉初学者缀辑周秦诸书、递相增益而成的《尔雅》，把植物分为草、木两大类。动物分为虫、鱼、鸟、兽四大类。从战国至汉初陆续写成的《山海经》中的《五藏山经》记载动物270种,植物160种。秦汉时的《神农本草经》记载药物365种，其中植物药252种，动物药67种,矿物药46种〔见生物学史（中国）〕。近代自然科学的萌芽起于希腊。当时的生物学是自然哲学的一个主要组成部分。公元前600年前后，希腊哲学家相信万事必有原因，而且特定的原因产生特定的效果。这些哲学家还设想存在一种统治宇宙的“自然法则”，认为这种自然法则通过人们的观察与推论是可以理解的。这种因果关系和理性思想的概念对以后的科学研究有深刻的影响。希腊哲学家阿那克西曼德认为世界万物产生于一种没有固定形态和性质的物质，称为“无定限”(aperion)，由此产生热与冷、形成水,再形成土、空气和火。他提出生命是在泥土内自然发生的，最初产生动物和植物，以后产生人；最初的人象鱼，生活在水中,以后脱去鱼的外皮,到陆地上生活。恩培多克勒认为物质的“根源”或“元素”是土、水、气和火。这4种元素受吸引力与排斥力的影响，按不同比例结合，形成各种类型的物质。他第一个描述了内耳迷路，他把眼睛比作灯，认为血液是智慧的所在地。希波克拉底等人代表一个讲究实际的理性医疗学派，他们把病因与神鬼分开。详细地观察记录病症，并采用适当的治疗方法，开辟了走向近代临床医学的道路。希波克拉底的女婿波利布斯在《人类的本性》一书中提出所有生物都由4种体液即血液、黑胆汁、粘液与黄胆汁构成，它们分别起源于心脏、脾脏、脑与肝脏，如果某种液体失调就会生病。亚里士多德是哲学家柏拉图的学生。他创立了吕克昂学园，又称逍遥学派。他是古代知识的集大成者，又是第一个系统掌握生物学知识的人。他在动物分类、解剖、胚胎发育等方面做了大量工作，著有《动物志》、《动物的结构》（包括“动物的运动”与“动物的行进”二短篇）、《动物的繁殖》和《论灵魂》等。在动物分类方面，他所用的“属”(Genus)和“种”(Species)是一种逻辑概念。在实际分类时，他一方面使用逻辑上的两分法,如有血或无血,有毛或无毛，另一方面也注意根据动物的外部形态、内部器官、栖居地、生活习性、生活方式等许多特征。他把动物分成有血动物与无血动物：有血动物分为①有毛胎生四足类（哺乳类）,②鸟类,③鲸类，④鱼类，⑤蛇类，⑥卵生四足类（大多数的爬行类与两栖类）；无血动物分为①软体类；②甲壳类，③有壳类，④昆虫类。他正确描述了哺乳类的特点，并能区分哺乳类的真胎生和哺乳类以外的卵胎生。他描述了500多种动物,并对其中50多种做了解剖。他根据物质的热、冷、湿、燥4种特性，他把热、湿列于冷、燥之上，依此形成的生物阶梯图把温暖、潮湿的人和哺乳类排在生物的顶端，把低等植物排在底层。在对动物发育的观察研究基础上，他把动物的繁殖分为有性、无性与自然发生3类。他提出灵魂是生命与非生命物质的区别,而灵魂又有植物性、动物性与理性3个等级。亚里士多德的开创性研究使他被公认为生物学的创始人。亚里士多德在植物学方面的著作没有留存下来。他的学生泰奥弗拉斯托斯对植物分类、植物解剖和植物生理做了许多研究，著有《植物志》和《论植物的本源》等。他的著作中涉及500多种植物，把许多种类归为现在的属,把植物分为果实植物与无果实植物，显花植物与隐花植物，常绿植物与落叶植物，他还记录了显花植物中双子叶植物与单子叶植物的差异，这是一项重大进展。他详细描述了枣椰的人工授粉，还记录了种子的萌发与发育过程。公元前4世纪末或3世纪初学术中心从雅典转移到亚历山大里亚。亚历山大学派的希腊医生、解剖学家希罗菲卢斯把人体结构与大型哺乳类结构进行了比较。他认识到脑是神经系统的中枢，智慧的所在，并把神经区分为感觉神经和运动神经，把血管区分为动脉与静脉，认为动脉内是空气中的灵气与血液的混合物，而静脉内只流过血液。稍后希腊生理学家、医生克奥斯的埃拉西斯特拉图斯精确地描述了心脏，把心脏看作一个水泵，把瓣膜看成是单向泵中的可动阀门。他研究了动脉与静脉在人体内的分布，猜测有毛细血管存在，并提出生命活动过程依靠血液和灵气的新理论。公元前1世纪罗马人的版图不断扩大。由于他们比较重视实用，因此与农、医有关的生物学有一定的发展。如P.迪奥斯科里德斯随罗马远征军到过许多国家，广泛考察了植物。他的《医药资料》一书是西方最早的本草学著作。同时代的老普林尼著有《博物志》37卷，详细记述了多种动、植物的习性及其同人类生活的益害关系，对后世有较大影响。生于小亚细亚帕加马、在罗马行医的加伦，在古代生物学中有光辉成就。他把希腊解剖知识和医学知识系统化，并把一些医学学派统一起来，是古代解剖学、医学知识的集大成者。他用实验方法证明流动于动脉内的是血液而不是空气。他的生理学贯穿着“元气”的思想。他认为“元气”在不同场所分别为自然元气、活力元气、动物元气3种。他同意埃拉西斯特拉塔的血液产生于肝脏的观点，认为血液是由食物的有用部分变成的“乳糜”从肠道经门脉进入肝脏,受元气作用变成暗色静脉血,元气也被改造成自然灵气。血液带着自然元气在静脉内通过涨落分布到全身组织，其中一部分经静脉主干进入内脏的右边。同时一部分血液内的不纯物质通过动脉样静脉（即肺动脉）运送到肺部蒸发到体外，另一部分通过心脏隔膜上的小孔，进入心脏的左边，静脉血遇到田气管和静脉样动脉（即肺静脉）带来的元气，两者混和产生颜色鲜艳的动脉血和活力元气。两者通过动脉系统分布到身体各部分使器官发挥功能。一部分动脉血流到大脑基部的称“迷网”的血管网中，在这里活力元气变成动物灵气。动物元气不与血液混合,却沿着神经流动,分布到全身，成为运动与感觉等动物性功能的原动力。加伦在从事外科治疗时,虽有机会接触到人体,但由于当时不准解剖尸体，他就对猴体做了很完整的解剖研究。著有《解剖纲要》16卷及《人体各部分的功能》等，但他以猴体代替人体，有不少结论是错误的。加伦还做过切断中枢神经的实验，发现切断第1、第2节脊椎骨之间的脊髓，引起动物死亡；切断第3、第4节间的，则动物停止呼吸；切断第6节以下，发生胸腔肌肉麻痹,但并不防碍膈肌运动，动物仍可继续呼吸。加伦的著作阐述清楚而有条理,但他用有神论的观点解释他的实验和观察,带有浓厚的宗教色彩。由于加伦在学术上的辉煌成就和教会的支持,使他的学说统治医学界长达1000多年之久,其错误的观点对医学和生物学的发展也起着阻碍作用。中世纪(从476年西罗马帝国灭亡到1453年君士坦丁堡陷落、东罗马帝国灭亡)虽然长约1000年,但生物学基本上没有什么重大发展,特别是其中的“黑暗时代”[从476年起到教皇西尔威特二世（999～1003在位）]，从3世纪至11世纪初，生物学却成了阿拉伯科学的一个组成部分。但在这期间阿拉伯人并不重视对实物的观察研究，而把主要精力用于发现、翻译、注释和阐述亚里士多德、加伦等的著作，并把它们奉为“圣书”，这样不可能使生物学得到较大发展。11世纪初，阿拉伯医学家和哲学家伊本·西拿所著的《医典》是古代和穆斯林全部医学知识的汇合，是阿拉伯文化的最高成就之一，它作为欧洲大学医学教科书一直沿用到17世纪。12世纪植物学和动物学开始从医药、兽医方面独立出来。13世纪科学活动的重点移到了欧洲。在1200～1225年间，亚里士多德全集被译成了拉丁文。德国学者大阿尔伯特的动物学、植物学著作虽仍以亚里士多德的学说为基础，但已补充了许多新的观察事实。随后，意大利成为中世纪最活跃的科学中心。14世纪初，意大利解剖学家蒙迪诺·戴·柳奇亲自解剖尸体，纠正了前人的一些错误，于1316年出版了《解剖学》一书，在阐述人体结构时也记述了器官的功能，使中世纪的解剖生理学达到了高峰。世界生物学史之二：文艺复兴时期有关生物学的贡献及近代生物学发展概况文艺复兴最早发生于14～15世纪的意大利。开始是对古典文献和古典思想的再发现，继而冲破宗教与神学的思想束缚，使许多学者抛弃了对权威的盲从，树立起独立思考和批判的精神。同时，地理上的新发现和海外贸易与工商业的发展也促进了学术研究。意大利文艺复兴时期的巨人著名画家达•芬奇摆脱了神学偏见,从事观察和实验,开展了多方面的研究。起初，他出于艺术需要，研究了光学定律、眼睛构造、人体解剖的细节以及鸟雀的飞翔。他不顾当时的传统，亲自解剖尸体，绘制了精确的解剖图，提出人体运动是骨骼和肌肉的作用。他以牛心为材料，指出心脏分左右心房和左右心室，并正确记述了房室间有尖瓣，心室与动脉间有半月瓣。他抛弃了加伦关于血管起始于肝脏的见解，认为一切血管均起始于心脏。他比较了动物与人体的结构，指出同源现象，对进化思想也有一定贡献。比利时解剖学家A.维萨里通过解剖大量人的尸体，发现加伦基于猴体解剖的人体解剖描述有不少的错误。1543年,他的解剖学巨著《人体构造》出版,震惊了整个科学界和宗教界。1555年，他在该书的再版本中更明确指出心脏的膈膜和心脏其他部分一样，都是厚实致密的，血液不可能从右心室通过膈膜流入左心室。与此同时，西班牙的宗教改革者和医生M.塞尔韦图斯于1553年出版了《基督教的复兴》一书，在讨论神圣精神的同时也谈及人体构造与功能。他摒弃了加伦有关血液运行的观点，提出了肺循环的推测。以后，A.维萨里的助手与继承者R.哥伦布用观察和实验方法证明了肺循环的存在。文艺复兴时期生物学上最重要的成就是英国医生、生理学家W.哈维建立的血液循环学说。W.哈维根据他对几十种动物所做的实验与观察，首次认识到血液并非在静脉内涨落，而是从心脏通过动脉流向各种组织，再经静脉流回心脏的一种闭路循环。1628年，他出版《动物心血运动的研究》一书，阐明血液在体内不断循环的新概念，指出心脏是主动收缩、被动舒张的；血液从心脏经动脉流向全身，是由于心脏收缩的机械力而不是缓慢的渗透过程。W.哈维首先把物理学的概念和数学方法引入生物学中，并