例談生命科學(xué)發(fā)展歷史中的認(rèn)識錯(cuò)誤事件

方 晨

(華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 上海 200241)

科學(xué)是如實(shí)反映客觀事物固有規(guī)律的系統(tǒng)知識。在科學(xué)發(fā)展過程中，往往會由于時(shí)代條件的限制、數(shù)據(jù)不夠充分、慣性思維等原因產(chǎn)生較為片面甚至錯(cuò)誤的認(rèn)識。而這類認(rèn)識又會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，影響甚至阻礙后續(xù)對科學(xué)的探究。隨著時(shí)間的推移、新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)和積累，過去的許多“認(rèn)識”會逐步得到修正。本文從生命科學(xué)基礎(chǔ)理論、生物行為習(xí)性、生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)方面闡述生命科學(xué)領(lǐng)域中的認(rèn)識錯(cuò)誤案例，為培養(yǎng)中學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)提供參考資料。

1 生命科學(xué)基礎(chǔ)理論中的認(rèn)識錯(cuò)誤案例

1.1 自然發(fā)生說 早在古希臘時(shí)代，“自然發(fā)生說”就開始流行，人們堅(jiān)信青蛙生自淤泥，而昆蟲、蛆蟲等小動物很自然地就能產(chǎn)生出來。當(dāng)時(shí)并沒有人目睹過他們出生和生長的過程，而是一下子突然冒出來。這種理論還受到亞里士多德的支持，在當(dāng)時(shí)誰會不相信權(quán)威的言論呢？在權(quán)威崇拜的影響下，很少有人敢于提出質(zhì)疑，從而失去了自我判斷能力，這個(gè)觀點(diǎn)便牢牢地站穩(wěn)了腳跟。

這種影響長期揮之不去，直到17世紀(jì)中葉，意大利醫(yī)學(xué)家雷迪邁出了權(quán)威的陰影。他發(fā)現(xiàn)包在薄紗容器中的肉一條蛆都沒有出現(xiàn)，而敞口容器中的肉卻長滿了密密麻麻的蛆蟲，直觀地證明了蛆蟲并不是無中生有，而是蒼蠅在腐肉上產(chǎn)下的卵孵化出來的。進(jìn)而延伸到所有生物的繁衍都是由活物產(chǎn)生，即“萬物皆生于卵”。

1.2 體液學(xué)說 從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的角度來看，許多疾病的致病機(jī)理已經(jīng)得到非常透徹的研究，如感染、濫用藥物、外傷等。但在宗教迷信盛行的古代，醫(yī)學(xué)的發(fā)展受到多方面的限制。尤其是宗教的統(tǒng)治下，更多人愿意相信疾病是上帝懲罰的一種手段，因而一旦城鎮(zhèn)中瘟疫爆發(fā)，往往很難得到控制，從而造成大量的死亡。

西方醫(yī)學(xué)奠基人希波克拉底為探索疾病的成因，以身犯險(xiǎn)，突破宗教禁忌，秘密地進(jìn)行尸體解剖，提出了“體液學(xué)說”，認(rèn)為人體是由血液、黏液、黃膽、黑膽這四種體液組成的，如果四種體液失調(diào)就會得病。盡管以現(xiàn)代醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)來看這種說法并不準(zhǔn)確，但他這種為了追求正確認(rèn)識而違抗宗教禁令的行為，對于醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了明顯的推動作用，為醫(yī)學(xué)后續(xù)的推進(jìn)樹立了榜樣[1]。

此外，光合作用發(fā)現(xiàn)史中種子長成大樹所需要的養(yǎng)分物質(zhì)來自土壤、水還是空氣的探索歷史，拉馬克的“用進(jìn)廢退”學(xué)說，都存在特定歷史階段的認(rèn)識不足。

2 對生物行為習(xí)性認(rèn)識的錯(cuò)誤案例

2.1 螳螂交配過程中的同類相食 1658年，《昆蟲記》中就記載了螳螂交配的過程中，雌性螳螂會吃掉配偶，以便獲得足夠的營養(yǎng)來繁殖后代。這種觀點(diǎn)持續(xù)了數(shù)百年，其實(shí)作者只不過是根據(jù)觀察到的螳螂相食過程主觀臆想出來的，并沒有直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)揭示咬食配偶的原因及必要性。

事實(shí)上，螳螂交配過程中同類相食的行為并非必定發(fā)生，并且大多數(shù)情況下僅限于咬食雄螳螂頭部，這種食小棄大的行為，使得補(bǔ)充營養(yǎng)的觀點(diǎn)顯然站不住腳。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，交配過程中雌螳螂是否及如何咬食雄螳螂可能取決于雌螳螂的身體狀況、雄螳螂的接近方式或兩者的交配方式[2]，具體的原因尚需繼續(xù)探索。

主觀的推測當(dāng)然有其必要性，這是得出正確認(rèn)識的第一步，但如果只是停留在這一步，那么搞不好認(rèn)識的過程就會南轅北轍。

2.2 飛蛾撲火 “飛蛾撲火”出自《梁書·到溉傳》，意思是飛蛾主動撲向火源，比喻自取滅亡。夜晚來臨，如果仔細(xì)觀察街道上的路燈，就會發(fā)現(xiàn)燈光附近有許多的飛蛾圍繞。為什么飛蛾要主動撲向火光？過去人們觀察到昆蟲具有趨光性，向著發(fā)出光亮的地方移動，認(rèn)為昆蟲喜歡接近光、向往光明，并賦予其追求理想、不畏犧牲的含義。如果這種認(rèn)識是正確的，為什么白天的時(shí)候它們不一起撲向太陽、一起追求光明呢？這種模糊觀察得出的認(rèn)知明顯是經(jīng)不起推敲的。

飛蛾等昆蟲從大方向來看的確是朝著光源移動，但如果仔細(xì)觀察它們前進(jìn)的路徑，就可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際上它們一邊轉(zhuǎn)圈一邊前行，慢慢靠近了光源。在生物漫長的進(jìn)化過程中，飛蛾練就了利用太陽和月亮的光來確定方向的能力。由于太陽月亮距離我們很遠(yuǎn)，到達(dá)地球后就趨近于平行光，飛蛾便以此作為參考，直線飛行。而人類大面積使用的人造光源距離很近，光線成中心放射線狀，飛蛾以為按照與光線的固定夾角飛行就是直線運(yùn)動，結(jié)果卻離光源越來越近(圖1)，最終產(chǎn)生了“飛蛾撲火，自取滅亡”[3]。

2.3 “朝生暮死”的蜉蝣 蜉蝣屬于昆蟲綱蜉蝣目(Ephemeroptera)，目名來自于希臘文，詞根意思是“僅一天的生命”?！厄蒡鲑x》也有描述：“有生之薄，是曰蜉蝣。育微微之陋質(zhì)，羌采采而自修。不識晦朔，無意春秋。取足一日，尚又何求？”當(dāng)時(shí)人們看到了蜉蝣出水交配的壯觀場景，就把這個(gè)部分當(dāng)成了全部的事實(shí)，以為蜉蝣的全部壽命就那么短。隨著認(rèn)識的深入，蜉蝣完整的生命史浮出水面： 它還有作為幼蟲的前半生，長達(dá)幾個(gè)月甚至幾年。只不過幼蟲階段生活在水中，不易被察覺而被忽視，造成了“一天的生命”這種誤解。

待其羽化為成蟲后，口器、消化器官退化而不能進(jìn)食，身軀更輕巧更適宜飛行。一旦羽化，只能繼續(xù)存活1～2天。完成尋找配偶交配的使命后，便紛紛墜落地面，這種極盛極衰的場景，就是不識初一月半、不知春秋的蜉蝣消亡史[4]。

2.4 榕樹與榕小蜂之間的專一性共生關(guān)系 榕樹是熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中十分重要的類群，它為動物的棲息提供了適宜的環(huán)境。所有榕樹都具有隱頭花序(榕果)，而隱頭花序僅有頂端的一個(gè)微小通道與外界連通，必須依靠小體積的榕小蜂進(jìn)入隱頭花序內(nèi)部才能完成傳粉。作為交換，榕樹的隱頭花序?yàn)殚判》洚a(chǎn)卵提供場所、為幼蟲發(fā)育提供營養(yǎng)。它們兩者之間相互依賴、互利共生的情況，過去一直被認(rèn)為是高度專性的，即一種榕小蜂只能在一種榕樹中產(chǎn)卵繁衍，與此同時(shí)一種榕樹只能依賴一種特定的榕小蜂傳粉。但是早期的研究中，主要依賴形態(tài)學(xué)觀察數(shù)據(jù)，研究對象和觀察范圍有限，隨機(jī)性很強(qiáng)，因而出現(xiàn)榕樹和榕小蜂之間存在高度專一性共生關(guān)系的判斷。

后來除了形態(tài)學(xué)手段之外，科學(xué)家還通過遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、種群生態(tài)學(xué)等學(xué)科的手段來調(diào)查研究該專一性，發(fā)現(xiàn)在同一種榕樹隱頭花序內(nèi)的傳粉榕小蜂可能不止一種，也發(fā)現(xiàn)多種榕樹其榕果能釋放出高度相似的化學(xué)物質(zhì)，以此吸引同一種榕小蜂產(chǎn)卵和傳粉，因而打破了先前所謂的嚴(yán)格一對一專性共生關(guān)系的認(rèn)識。隨著植物學(xué)、昆蟲學(xué)、分類學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科證據(jù)的整合，現(xiàn)已證明榕樹與榕小蜂間的關(guān)系更常見的是多對多的關(guān)系，即一種榕樹可以由多種榕小蜂傳粉，一種榕小蜂也可以在多種榕樹上產(chǎn)卵繁殖。這種多對多的機(jī)制，有利于榕小蜂種間雜交和榕樹種間雜交，使生物多樣性更為豐富[5]。

3 對生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤認(rèn)識案例

3.1 豬籠草的蓋子 眾所周知，豬籠草是一種可以以捕獵昆蟲獲取營養(yǎng)的植物。其葉的構(gòu)造復(fù)雜，葉卷須尾部擴(kuò)大特化成瓶狀，是捕食昆蟲的工具?！靶∑孔印狈置诔龅臍馕兑T昆蟲接近，昆蟲一旦踏上光滑的瓶口，就會滑入瓶內(nèi)，被底部儲存的消化液殺死分解，變成植物體的養(yǎng)分。

豬籠草瓶口的上方還有一個(gè)蓋子，它有什么作用呢？許多文獻(xiàn)中都描述： 一旦昆蟲進(jìn)入瓶內(nèi)，就會觸發(fā)瓶蓋蓋住瓶口，防止昆蟲逃跑。出現(xiàn)這種說辭，明顯是沒有親自觀察過豬籠草捕食過程，憑直覺去理解，添油加醋描述出來的。由于符合大眾的心理預(yù)期，所以這種說辭便口口相傳，每個(gè)人深信不疑。

但如果親自觀察，便可以發(fā)現(xiàn)，豬籠草的瓶狀體未發(fā)育成熟的階段，“蓋子”部分與瓶體緊緊連接在一起，而成熟期瓶蓋張開后，并不會隨著昆蟲的進(jìn)出而反復(fù)開閉。之所以有瓶蓋這個(gè)結(jié)構(gòu)，可能是起到防雨的作用，防止雨水灌入瓶內(nèi)，稀釋消化液或者使葉片重量過大而下沉，影響豬籠草的捕獵過程。

3.2 花粉原形 對花粉形態(tài)的觀察記錄是孢粉學(xué)和植物分類學(xué)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，人們利用花粉形態(tài)特征鑒定物種，探究植物起源演化和親緣關(guān)系，分析蜜源植物的來源、草食動物食性、食物鏈以及蟲媒花的媒介等。由于花粉的體積十分微小，它的形態(tài)直到顯微鏡發(fā)明后，才逐漸被人們所認(rèn)識。但是無論是在光學(xué)顯微鏡還是電子顯微鏡下觀察，花粉材料都要預(yù)先經(jīng)過試劑處理，以此在顯微鏡下拍攝的圖片被認(rèn)為是花粉的正常狀態(tài)。但這些觀察結(jié)果是否真實(shí)反映相應(yīng)物種花粉的自然形態(tài)呢？目前已知用水浸泡處理后，花粉吸水膨脹，形態(tài)大多數(shù)呈現(xiàn)圓球形[6]；若經(jīng)干燥處理觀察，則整體干癟變形，兩者相去甚遠(yuǎn)，但都被錯(cuò)誤地認(rèn)為是花粉的正常狀態(tài)，影響實(shí)踐中利用花粉形態(tài)進(jìn)行判斷。

當(dāng)然這并非否定前人記錄花粉形態(tài)的價(jià)值，在當(dāng)時(shí)科技水平之下，試劑處理后觀察記錄，已經(jīng)是“最理想”的花粉觀察方式了?？萍及l(fā)展到了現(xiàn)在，顯微觀察樣品的冷凍處理技術(shù)的革新，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破。最新的冷凍處理技術(shù)能在極短的時(shí)間內(nèi)降溫，使花粉內(nèi)的水分跳過結(jié)晶過程直接變成玻璃態(tài)，對花粉結(jié)構(gòu)的破壞程度極小，幾乎沒有變形，觀察記錄的結(jié)果更為貼近真實(shí)形態(tài)(圖2)。

4 對生物學(xué)教學(xué)的啟示

學(xué)源于思，思源于疑。在學(xué)習(xí)過程中如果盡信書，不如無書。悠久的科學(xué)發(fā)展長河里，并不存在一成不變的真理，任何事物都在發(fā)展中前進(jìn)。因此相對于死板地接受知識，更為重要的是融入自己的判斷和理解，通過思考發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)合新證據(jù)進(jìn)行探索，尋找更符合實(shí)際的認(rèn)識，建立起正確的科學(xué)觀念、生命觀念。教師需要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到： 或許數(shù)十年、數(shù)百年后，我們目前引以為傲的某些認(rèn)識仍會被證偽或修正，人們對錯(cuò)誤認(rèn)識的摒棄、對真知灼見的追求，是促使生命科學(xué)在質(zhì)疑中前進(jìn)的動力。