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第42章 前进的脚印——影响人类的科学进步(7)

有一天,一个妇女抱着9岁的儿子来找巴斯德。妇女流着泪说:“教授,救救我的孩子吧前天,他被疯狗咬了,他快不行了。”巴斯德说:“我只做过狗的试验,还没有治过人呢?怎么办?”“你就把我的孩子作第一次试验吧?”这位妇女诚恳地说。“好吧,我试试看。”说着,巴斯德取出了14天前的狂犬脑髓液。一针注射下去后,孩子睡着了。第二天注射13天前的狂犬脑髓液,孩子仍然很好。日子一天天过去,髓液愈来愈新鲜。可是,孩子的身体却愈来愈好。到了第14天,最新鲜的狂犬脑髓液注射进孩子的身体,孩子又睡着了。然而,巴斯德却着急了,他说:“这是毒性很大的液体,孩子能受得了吗?”天刚亮,巴斯德就跑到孩子的病床旁,发现孩子正在高兴地嬉耍,巴斯德愉快地大笑起来。

巴斯德因为发现病原和对预防接种技术的发展而做出的杰出贡献,受到世人的广泛尊敬。

巴甫洛夫发现条件反射现象

20世纪初,俄国生理学家巴甫洛夫创立的关于神经系统的“条件反射”学说,把生物生理学最重要的神经系统研究分支推进到了高级神经活动研究的新阶段。

人类对生物神经系统的探索,已有数千年的历史了。还在很古的时候,人们就观察到了神经,但对神经的结构和功能没能理解。到后来,盖伦在前人研究的基础上,认真研究了神经的结构,发现它和动脉、静脉一样,其中有一种不同的液体在流动。他认为,分别在神经、动脉和静脉中流动的三种液体,以神经中的液体最为纯净,因而他把它称为“动物灵气”。但遗憾的是盖伦没能把神经与大脑联系起来,没能对神经的功能和“灵气”的功能给予说明。

生物是在哪里进行思维的呢?这是一个在人类诞生后几千年中一直未能解决的问题,有人说在心中,有人说在肝胆中,还有人说在脾脏中,但就是没有谁想到在大脑中,因而产生了今天的“胆小”、“心碎”、“发脾气”之说。连古希腊最聪明博学的亚里士多德,也错误地认为生物的脑只是调节空气的东西,也就是说是用来冷却过热血液的冷却器。

世界上第一个把神经和大脑结合起来从而开创现代生物神经系统研究的人,是生活于17世纪的英国解剖学家威利斯。此后,法国解剖学家维克达居尔等人,又草拟出了脑的解剖学轮廓。直到18世纪,瑞士生理学家哈勒才完成了神经系统功能的第一个决定性发现。

哈勒发现,刺激神经远比刺激肌肉本身更易于引起肌肉收缩,而且这种收缩并非随意的,甚至在机体死亡后刺激神经仍能引起肌肉收缩。他还把通往特定组织的神经切断,结果发现这些组织不再产生反应。由此,哈勒得出结论,感觉是由神经运载的,脑通过神经接受感觉信息,并通过神经传送引起诸如肌肉收缩那样的反应的神经冲动。他推测所有神经都到达脑中央的接合站。

19世纪初,德国生理学家缪勒发现,感觉神经经常产生它自己固有的感觉,而不管刺激的性质。所以视神经不管是被光刺激,还是被猛击眼部的机械压力刺激,都感觉为闪光。此后,英国生理学家霍尔研究了另一类型的行为,诸如人手偶然碰到很烫的物体时,手就会立即挪开的行为,于是又首次发现了神经的无条件反射过程。

1873年,意大利生理学家高基找到了神经细胞染色体,终于弄清了神经细胞之间虽然靠得很近但并不互相融合的细微构造。1889年,西班牙神经学家拉蒙和卡哈尔在此基础上建立了神经元学说。此后不久,英国生理学家兰利又发现了“交感”和“副交感”两个神经系统几乎作用于每一个内脏器官,但却表现出效果相反的控制作用。

1849年出生于俄国一个神父家庭的巴甫洛夫,正赶上生物神经系统研究飞速发展的时期。还在上大学时,他就立下了把一生献给生物研究的志愿。大学毕业后他又体会到,自己虽然从小就在牢固掌握基础知识上下了很大功夫,但现在要从事生物学研究,掌握的基础知识还是远远不够的。为了弥补自己的不足,充实自己关于人体生理和病理学的知识,巴甫洛夫又到外科医学研究院学习了一年,接着又到国外留学两年。

在大学学习期间,巴甫洛夫实际就已经开始了对循环生理学、消化生理学和大脑生理学的研究。从国外留学归国之后,他的研究热情更高了。但由于当时的沙皇政府极不关心科学事业,所以巴甫洛夫的研究无人支持,连家庭生活也陷于极度的贫困之中。但是,对事业的热爱使他忘记了贫困,忘记了家庭。有一次,他的朋友看到他的日子过得很艰难,就凑了一点钱,嘱咐他给自己和孩子们添置几件过冬的棉衣,可他却把钱拿去买了几只狗。在巴甫洛夫看来,狗更重要,因为狗是他进行实验所不可缺少的。他的工资微薄,为了买狗并供给饲料,他常常弄得不剩一文,甚至冬天买不起烤火的劈柴,有时连照明的灯油也买不起。

艰难是块磨刀石,它不仅能磨砺人的斗志,而且谁有毅力在艰难中磨,谁就能磨出不朽的业绩。巴甫洛夫有毅力在困苦中磨砺,不久,他便发现了神经系统调节心脏和血液循环的活动事实。到19世纪80年代,巴甫洛夫又发现若把食物一放到狗的舌头那里,狗的胃液就在胃里分泌出来;食物即便不进入胃,胃也会分泌胃液,但若把迷走神经在接近胃的地方切断,这时胃液分泌便会停止。巴甫洛夫据此提出了神经系统调节腺体和消化器官工作的学说,并因而获得了1904年的医学与生理学诺贝尔奖金。

此后,巴甫洛夫又开始了对生物分泌的自动性能——生物神经系统反射的本质的研究。他选择唾液腺作为一种方便的、容易观察的实例。他在每次把食物放到狗面前的同时摇铃,后来经过20~40次这种结合实验,狗只要一听到铃声,即使不给食物,也会出现唾液分泌。据此,巴甫洛夫又提出了他的神经系统“条件反射”学说,即狗听见铃声后的唾液分泌,是一种条件性的反应,不管它愿意不愿意,只要它听到铃声就要分泌唾液,就像它看见食物时一样。当然条件反射也能够被解除,若当铃声出现时即给狗以电击,并不给它食物,这样重复多次以后,狗再听到铃声时不但不会分泌唾液,而且会出现畏缩反应。

条件反射与无条件反射不同,条件反射是动物在个体生活过程中适应环境变化而新形成的反射,是在无条件反射的基础上形成的;无条件反射则是动物生来就有的,在系统发育过程中所形成和遗传下来的。因而,巴甫洛夫的条件反射学说开辟了高级神经活动生理学的研究领域,引起了生物科学的革命,把生物学研究推进到了一个崭新阶段。

巴甫洛夫在发现条件反射之后,还立即用条件反射的形成和破坏的客观方法,清楚地观察到了动物高级神经活动的基本规律。巴甫洛夫指出,条件反射在动物大脑半球皮质中的形成和破坏,以及神经系统的分析和综合运动,使动物得以明了复杂的现实,因而大脑皮质是反映条件和产生回答动作的好工具。进而,巴甫洛夫又提出了高级神经活动除有第一信号系统——对外部世界直接影响的反应外,还有第二信号系统——即引起人的高级神经活动发生重大变化的语言。

晚年的巴甫洛夫主要从事精神病的研究,并为之做出了宝贵的贡献。巴甫洛夫一生中写了《消化腺机能讲义》《动物高级神经活动客观研究二十年经验》和《大脑两半球机能讲义》等专门著作。同时他在自然科学方面的成就,对社会科学中的心理学和哲学也产生了巨大影响。

莱特兄弟设计出第一架动力飞机

美国的莱特兄弟是人类历史上第一架动力飞机的设计师,他们为开创现代航空事业做出了不巧的贡献。他们的故事在全世界广为传颂。

哥哥威尔伯·莱特出生于1867年4月,4年后,弟弟奥维尔·莱特出世。年幼时,兄弟俩就已经显出对机械设计、维修的特殊能力。他们善于思考,富于幻想,每当他们闲暇时,兄弟俩要么讨论某一个机械的结构,要么就去看工匠们修理机器。他们的手艺精巧,经常做出好些有创新意义的小玩具,比如会自由转弯的雪撬等等。

一天,出差回来的父亲给莱特兄弟带来一件礼物:一个会飞的蝴蝶。父亲轻轻地给玩具上了上劲,小东西便在空中飞舞起来。小兄弟俩高兴得不得了,但是他们觉得它飞得不够远,于是仿造玩具的样子又做了几个更大一些的。这些仿制品有的能够飞越树梢,有的飞了几十米远,但兄弟俩的一个尺寸很大的仿制品却遭到了失败。但这没有让他们难过,反而激起了兄弟俩制造飞机的念头。

1894年,莱特兄弟在代顿市开了一家自行车铺。由于他们俩工作认真,手艺好,再加上价格公道,店铺的生意兴隆。富于创新精神的莱特兄弟当然不会满足于这些,他们不愿终生与这些自行车零件打交道,于是,他们决定开始去实现童年时的梦想。

莱特兄弟造飞机的想法得到了斯密森学会的赞赏。副会长写了一封热情洋溢的信件,并寄来了好多参考书籍。兄弟俩大受鼓舞,一有时间,他们就钻入书堆内如饥似渴地饱读着航空基本知识。很快,他们有了造飞机的能力。

1900年10月,他们的第一架滑翔机试飞了,但是,试飞的结果不尽人意,飞机只能勉强升空而且很不稳定,问题出在哪儿呢﹖经过认真的分析才知道,原来他们所沿用的前人数据有理论上的错误。于是,他们制造了一个风洞,以便通过实验修正数据,设计飞机。

这个风洞仅仅是一个6尺长,每边12寸宽的木箱,箱子的一端,鼓风机以一定的速度向里吹气。与现代的高速风洞相比,它真是简陋至极,然而就是这个小小的辅助工具却帮了兄弟俩大忙,他们通过它得出了许多新的结论。根据它,兄弟俩设计出的第三架滑翔机获得了成功,无论是强风还是微风的情况下,它都可以安全而平稳地飞行。

滑翔机的滞空时间毕竟有限,但假如给飞机加装动力并带上足够的燃料,那么它就可以自由地飞翔、起降。于是,兄弟俩又开始了动力飞机的研制。

莱特兄弟废寝忘食地工作着,不久,他们便设计出一种性能优良的发动机和高效率的螺旋桨,然后成功地把各个部件组装成了世界上第一架动力飞机。

1903年12月17日,美国基蒂****海滨。

这一天,天气阴沉,正值隆冬季节,强劲的寒风吹到空旷的海滩上,让人瑟瑟发抖。或许是出于不信任的原因,前来观看试飞的人廖廖无几,尽管如此,莱特兄弟依旧决定今日试飞。

远方的沙滩上,停着一个外形古怪的大机器——这就是莱特兄弟的“雏鹰”号。此时,兄弟俩正在进行试飞前的最后的准备工作,他们仔细地检查飞机的每一个部件,直至确认没有任何问题。然后,弟弟奥维尔·莱特率先登上飞机。

引擎发动,螺旋桨飞块地旋转起来。奥维尔打开刹车,强大的拉力开始带动飞机滑动。10,20,30……速度计的指针在不停变化,飞机越跑越快。突然,奥维尔感到一股强力使得机头抬起,而后,整个飞机完全脱离了地面。一切都像预料中那样,飞机飞行稳定,操纵性良好。12秒钟后,燃料用毕,飞机平稳地降落在沙地上。

兴奋的哥哥没等飞机停稳便挥动双臂,欢呼着向弟弟跑去。莱特兄弟紧紧地拥抱在一起。在没有任何技术、任何外来资金援助的情况下,他们完全是靠自己的头脑和双手,设计并制造出了大量精密而又复杂的零件,如今,他们付出无数血汗造出的动力飞机终于成功地完成了试飞,他们怎能不高兴呢﹖也许他们没有想到,正是他们的创举改变了整个世界。现在,飞机被广泛地应用到人们生活的各个角落中,每天都有大量的飞机满载着物资、乘客,在空中走廊穿梭往来。

这之后,他们又进行了三次试飞,累计飞行59秒,要不是强风把飞机吹翻,他们可能还要不停地飞下去。

然而,新闻界对此反应冷淡。因为,在莱特兄弟以前也有一个人尝试过动力飞行,这就是斯密森协会主席兰利博士。当时,他不仅得到了政府的资助,而且还有大批一流人才在他手下工作。但是,他的两次试飞均以失败告终。社会失去了对他们的信任,不久之后兰利便郁郁而终。一个大名鼎鼎的科学家都没有使动力飞机上天,更何况是一对毫无地位、声望的修车匠兄弟呢﹖莱特兄弟不仅没有得到应有的荣誉,反而受到了尖苛的讽刺和嘲笑。而且,更令人啼笑皆非的是,在莱特兄弟数次成功之后,仍有报纸刊登一些权威科学家的话:靠比空气重的飞行器飞行是不可能实现的。