斯帕拉捷
拉扎罗·斯帕拉捷(意大利语:Lazzaro Spallanzani,1729年1月10日—1799年2月11日)是意大利著名的博物学家、生理学家和实验生理学家。出生于意大利斯坎迪亚诺镇。他在动物血液循环系统、动物消化生理、受精等方面都有深入的研究,他的蝙蝠实验,为“超声波”的研究提供了理论基础,此外,他还是火山学的奠基者之一。1799年2月11日与世长辞,终年70岁。
个人经历
斯帕拉捷于1729年1月12日出生于意大利斯坎迪亚诺镇,他的父亲是一位有名的律师,母亲出身富裕之家。斯帕拉捷15岁中学毕业后进入勒佐——艾米里亚耶稣神学院,在那里他学习了五年,受到很好的语言学和哲学等方面的教育。1749年,他转入著名的波伦亚大学学习法律。他的堂姐芭西是一位杰出的妇女,在波伦亚大学任物理学和数学教授,在堂姐的引导下,斯帕拉捷对自然科学产生了浓厚兴趣,从而转学自然科学,1753年取得博士学位。此后不久,教会任命他为牧师,1760年成为神父。教会的经济支持,保证了他科学事业的顺利进行。
1761年,他首次外出进行科学考察。他通过研究多重相互联系的因素证明,山间泉水不像勒内·笛卡尔所说的那样是由海水变来的,而是如瓦里斯纳里所指出的那样,是雨水(雪)渗入地下后流出来的。这充分展示了斯帕拉捷严谨的治学态度和逻辑思维能力。就在这一年,瓦里斯纳里把布丰和尼达姆关于自然发生的思想和著作介绍给他,引起了他极大的注意。从1762年开始,他对自然发生问题进行了深入研究,并取得很大的成功。
斯帕兰札尼于1765年发表了《用显微镜进行观察的实验》的论文,总结了他关于自然发生问题的研究。瑞士博物学家博内特(C.Bonnet)看到该论文后非常高兴,开始同斯帕兰札尼建立友谊,并很快成为好朋友。
1765年,斯帕兰札尼开始了动物再生能力的研究。他将研究成果收集在《略论动物的再生》和《关于陆生蜗牛头部再生的实验结果》两部著作中。
1768年,斯帕兰扎尼研究了微生物自然发生的理论。
1788年,他参观了维苏威火山、埃奥利群岛和西西里岛的火山,并将他的研究成果体现在四年后出版的一部大型著作中。
1799年2月11日,他在帕维亚死于膀胱癌。
研究成果
再生能力研究
1765年,斯帕拉捷开始了动物再生能力的研究。他用蚯蚓做了数千次实验,认识到有利于蚯蚓再生的一些切口的准确位置。他在研究了蛞蝓的触角,蜗牛的头、触角和足,蝾螈的尾巴、四肢和上颚,以及青蛙、蟾蜍的四肢的再生后发现:动物的再生能力,低等动物比高等动物强、年幼动物比成年动物强、体表组织比内部器官强等事实。此外,他还用蜗牛作过遗体头部的移植实验获得成功。他将研究成果收集在《略论动物的再生》和《关于陆生蜗牛头部再生的实验结果》两部著作中。
血液循环研究
在这一时期,斯帕拉捷还对动物的血液循环系统进行系统研究。关于血液循环,哈维已将血液循环途径基本研究清楚了。斯帕拉捷观察了心脏有节律的跳动,从而推动血液流动,他发现,血液在大的动脉血管中同样有节律的跳动式流动,到了小动脉,才开始变得均匀。他还观察到单个红细胞有时会变形,以便通过卷曲的毛细血管。他还首先发现,在恒温动物中,存在着动静脉交织在一起的结构。提出动脉的跳动除心脏产生的压力外,还有血管壁的弹性作用。1768年,他发表了《论心脏的运动》一文,总结了这方面的成果。同年,斯帕拉捷当选为英国伦敦皇家学会会员。
动物消化生理
1777年,斯帕拉捷开始研究动物的消化生理。当时人们普遍认为动物的胃只能将食物磨碎,不能将食物中的有机化合物分解,也就是说动物的胃只有物理性消化,没有化学性消化。
1783年,斯帕拉捷将食物装在打有小孔的金属管或小球中,并让动物吞下装有肉块的小球,这样食物就不受物理性消化的影响,而胃中的液体却可以进入小球中。过一段时间,他把小球取出来,发现球内的肉块消失了,所以,他推断胃中的液体一定有某种物质可以消化食物。他首先引入“消化液”一词,认为消化液中含有某种能分解食物的化学成分,所谓消化就是消化液对食物的分解过程。这同腐败现象有本质区别,他指出消化液是强烈防腐的。他用实验证明消化速度不但同食物的性质和消化液的多少有关,而且还与温度的高低有关,而体温是最适宜的温度。他还指出,小肠的分泌物或许能完成全部消化过程。在他的著作《动植物生理学论文》(1780年,2卷)中,斯帕拉捷首次解释了动物的消化过程。在这里,他首次解释了消化过程,他证明这不仅仅是食物的机械研磨过程,而是实际的化学溶解过程,主要发生在胃中,通过胃液的作用。直到五十多年后,也就是1836年,德国的生理学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质,后来称为“胃蛋白酶(pepsin)”,从而才解开了胃的消化之谜。
受精问题研究
1771年—1780年,斯帕拉捷还进行了受精问题的研究。现在我们知道,进行有性繁殖的生物,其子代个体是通过精子和卵细胞的结合,即受精作用,产生受精卵,而后由受精卵发育形成的。但在18世纪,对于受精过程的认识还相当模糊。1677年,人们发现了精子,而卵子则是人们早已熟知的,但在受精过程中,这两者有什么关系尚未可知。一种观点认为精子在受精时起重要作用,忽视卵细胞的作用。1677年8月,哈姆(J.Ham)第一个观察到了精子,并得到安东尼·列文虎克的认同。后来有的学者认为,在人的精子中包含有非常小的人,在其他的动物的精子中也有极度缩小的该动物,这是精源论者的观点。另一种是卵源论者的观点,他们轻视精子的作用。布丰等人认为精子只不过是精液中的寄生物,即使有的学者承认精液作用,但当时也不清楚到底是精液中的哪一部分起作用。斯帕拉捷是一名卵源论者,他认为卵中含有极度缩小的该生物个体,如青蛙的卵中已存在着蛙,这样,在卵还没有排出体外时,蝌蚪就已存在于卵中——以某种方式蜷曲和紧密地集聚着,只要有雄性的能使之受精的液体的存在,随时准备展开自身。
尽管斯帕拉捷的有些观点不太正确,但他在受精问题的研究上成绩不斐,他设计了许多精彩的实验,否定了一些错误认识。他在观察青蛙、蝾螈等两栖动物的繁殖时发现了它们是体外受精,从而否认了动物只能体内受精,不可能进行体外受精的错误观点。具体的做法是:他为雄蛙设计了一种特殊的紧紧贴身的塔夫绸“裤子”,穿着这些独特服装的蛙像平时一样企图交配,交配后,虽然雌蛙产下许多卵,但没有一个卵能发育。而当一些卵与保留在裤子上的精液接触后,正常的发育便开始了。后来,他直接从精囊中收集精液并把它小心地“涂”在卵上,这些处理过的卵都能正常地发育成蝌蚪,而没有与精液接触过的卵则解体就不能正常地发育成蝌蚪。这样,斯帕拉捷就发明了一种人工授精方法。
斯帕拉捷还利用人工授精的方法,进一步探究了精液中哪些部分具有受精功能,非精液物质到底有没有受精作用问题。他又设计了一系列精巧的实验,他用血液、血液提取物、电流、醋、酒、尿、柠檬汁、油等物质与青蛙卵接触,结果都不能使卵受精和发育,而青蛙精液,即使稀释到原浓度的1/8000,仍然具有受精能力。那么究竟精液中哪种成分具有受精能力,有人说是气味,为了检验这个观点,他先把几滴青蛙精液放在一片玻璃上,再将面筋粘在另一片玻璃罩上,面筋上粘着26枚青蛙卵,而后将玻璃罩倒扣在精液上面,使精子和卵细胞不接触。过一段时间,装置中已有一半精液蒸发掉了,此时卵也湿润了,但把卵放入水中后,它们并未发育。为了检查剩余的精液是否有效,他把一些卵与此精液接触,这些卵受精了,并且能发育。通过这个实验,斯帕拉捷证明了精液的气味不能使卵受精。后来,他又将精液进行过滤,通过过滤把精液分成两部分,没有精子的粘液和含有精子的粘稠物,然后分别用来进行人工授精实验,发现前者没有受精能力,而后者用水稀释后仍有受精能力。事实是显而易见的,但由于斯帕拉捷原有的知识和信仰,使他认为完成受精作用的是残留在过滤纸上的液体,而不是精子。
电鳗放电现象
另外,斯帕拉捷还对电鳗的放电现象,蝙蝠飞翔时的定向问题等进行研究。同时,他还是一位不知疲倦的旅行家和无畏的探险者,他使帕维亚自然博物馆成为意大利最著名的博物馆。
对蝙蝠的研究
斯帕兰札尼在他一生最后的十年中,对夜出动物如何寻路的问题逐渐感到兴趣。蝙蝠在完全黑暗中飞行自如。他把几只蝙蝠的眼睛弄瞎,发现它们还能很自在地飞行。几天之后,他捕获到几只瞎眼的蝙蝠解剖了它们,发现它的胃里塞着昆虫的遗骸。不仅弄瞎的蝙蝠能够飞行,而且还能捕食昆虫。他以一贯的认真态度试验了其他的感官(因为他不信我们现代称之为“超感觉”的能力)。他发现,把蝙蝠的耳杂堵塞起来,它便无能为力了。他对此并未作出解释。只是由于对超声振动认识的进展,一百多年以后,这个问题才得到回答。后来人们继续研究,终于弄清了其中的奥秘。原来,蝙蝠靠喉咙发出人耳听不到的“超声波”,这种声音沿着直线传播,一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接受到这种“超声波”,就能迅速做出判断,灵巧的自由飞翔,捕捉食物。现在,人们利用超声波来为飞机、轮船导航,寻找地下的矿藏。超声波就像一位无声的功臣,广泛地应用于工业、农业、医疗和军事等领域。斯帕拉捷怎么也不会想到,自己的实验,会给人类带来如此巨大的恩惠。
自发生成理论
斯帕拉捷的第一部科学作品是1765年的《关于尼德姆和布丰先生的生殖系统的显微观察论文》,这是对自发生成理论的首次系统驳斥。当时,显微镜已经可以供研究人员使用,支持这一理论的人,如皮埃尔·路易·莫罗·德·莫珀图伊、布丰和约翰·尼德姆,得出结论:某些无机物质内在的生命生成力会在足够的时间内导致微生物自我生成。斯帕拉捷的实验表明,这不是物质的固有特征,可以通过一小时的沸腾来破坏。由于微生物在材料被密封后没有重新出现,他提出微生物通过空气传播,并且可以通过沸腾来杀死。尼德姆认为实验破坏了自发生成所需的“植物力”。斯帕拉捷为路易斯·巴斯德的研究铺平了道路,后者在将近一个世纪后击败了自发生成理论。