【元06】自然发生说（二）
文：尼伯龙根·蜗藤
16到17世纪是西方科学变革的关键时期，科学从一个基本上是知识搜罗的古老阶段进入了新兴的以观察为基础，以实验为标准，以逻辑作分析，以理论来总结为最终目的的新阶段。几个巨人的出现为这种转变奠定了基础。英国哲学家培根（Francis Bacon，1561-1626）提出了观测—假设—推理—实验—验证—理论总结的科学方法论，为科学脱离哲学配备了理论的武器，成为近代科学的开端。意大利科学家伽利略（Galileo Galilei， 1564-1642）则身体力行地实践了类似培根的科学方法，开创了近代实验科学的先河，被称为近代科学之父。
培根 伽利略
法国人笛卡尔（Rene Descartes， 1596-1650）在伽利略和开普勒等人的天文学和力学研究基础上，提出了影响之后几个世纪的科学界的决定论思想。在笛卡尔看来，宇宙就是一个按照力学规律运行不息的整体，它由几条基础的物理学原则支配，只要限定了一个系统的初始条件与边界条件，就可以通过一系列的数学演算推知系统每一个时刻的状态。在笛卡尔的哲学中，有因必有果，有果必有因，所谓的随机性的事件是不存在的。如果一些事件必须用随机去描述，那么必然是因为我们对该事件了解不够透彻，或者是有更加深层的理论我们尚未发现，或者我们没有能掌握那些初始条件。笛卡尔的哲学思维很快就在欧洲科学界流传，成为当时欧洲科学界的主流哲学思想。笛卡尔思想的影响是如此深远，乃至20世纪大科学家爱因斯坦还用“上帝不会掷骰子”来拒绝玻尔—海森堡学派对量子力学的概率波诠释。
笛卡尔相信自然发生说，但是他坚决拒绝好似段誉六脉神剑一样时灵时不灵的自然发生说的“神迹”解释。根据自己的哲学思想，他认为自然发生说一定是藏在腐殖质中一些微小的颗粒在热力作用下发酵的结果，人们不能预测，只是没有发现当中的规律。
笛卡尔不是自己生物学家，他对自然发生说的态度只是凭自己的想象和自己哲学的分析。但是，笛卡尔的决定论思想很快就影响到了生物界。科学之所以不同于宗教在于，宗教信仰权威，而科学信仰科学方法甚于信仰权威。权威如笛卡尔，他的决定论和方法论被广为接受，可是他对于自然发生说的观点却并不被生物学家接受。原因就是，从微小颗粒到生物这么复杂的过程，很难用力学和当时已知的物理规律解释。如果相信了笛卡尔的力学宇宙模式，那么就难以接受他的自然发生理论。二者不可兼得。
笛卡尔
除了笛卡尔的决定论之外，当时在欧洲科学界的一场争论也令科学家对自然发生说的态度开始转变。那场争论严格说来算是胚胎学上的争论。亚里斯多德认为，生物的精子和卵子里含有充满着生命之源的液体，在受精过程中，两种液体混合，逐渐产生出各种器官。这种学说的重点之处在于它认为胚胎中的器官并不是一开始就有，而是慢慢生成的。因此这种观点后来被称为渐成说（Epigenesis）。鉴于亚里士多德的权威，这种说法两千年来一直被奉为金科玉律。
1651年，英国生理学家哈维（William Harvey，1578-1657）发表了《动物的产生》（On the Generation of Animals）一书。他指出，胚胎中的器官并不是液体混合之后才产生的，而是在精子或者卵子中就已经存在。在胚胎的发育过程中，这些微小的器官逐渐“长大”，变成了胎儿的器官。哈维在科学史上名气极大，他就是首先发现人体内血液循环的大宗师，推翻了延续近二千年的医学理念，在科学界有崇高的威望。尽管他在提出这套被称为先成说（Preformation）的理论时并无任何有力的根据，但是鉴于他的威名，他的理论还是在生物学界广为传播了。
哈维
处于决定论和自然发生说两难境地的生物学家一下子看上了这个新鲜出炉的理论，从中找到了新的出路。尽管哈维说的是胚胎学，但是不难把它推广到生物起源问题。自然发生说里的理论在本质上类似于亚里士多德的渐成说：一堆物质混合而产生新的生命。而哈维的先成说是却和自然发生说水火不相容，因为一堆无生命的混合物中不可能有预先成型的胚胎。另外，如果先成说是对的，那么一个生命的发育，不过就是各个器官从小变大的过程，这个用力学去解释就容易得多了。看来，只要抛弃自然发生说而采用先成说就可以避免这个两难境地了。但是，自然发生说毕竟有着悠长的传统，没有过硬的证据，很难否定。一时间，如何否定自然发生说而采纳并改造先成说就成为了生物学界的难题。
先成说
为回答这一难题，一个伟人应运而生，他就是有着“现代生物学之父”之称的雷迪（Francesco Redi）。雷迪在1626年出生于一个意大利医学世家。他多才多艺，正职是一位高明的医生，副业是一个著名的诗人。根据意大利文学研究专家的观点，他的诗作可算是17世纪意大利诗坛的翘首。除此之外，他还是一个词源学家，一个古典学者。当然，他最伟大的成就还在于他对实验生物学的开拓性贡献。
雷迪早年的对生物学的研究集中在蛇上，他是最早对蛇毒的来源和作用机制作出正确解释的人。他通过实验证明，蛇毒如果从口而入，那么对动物没有影响，但是如果被蛇咬了，动物就会死。所以蛇毒的作用在于它进入了血液当中，随着血液循环而把毒性带到全身。他又仔细研究了蛇毒从何而来，一直以来，人们都认为蛇毒从蛇的胆中分泌，伴随着蛇的口水在蛇咬之后进入动物的身体。但是雷迪经过解剖后发现，蛇毒原来储存在毒牙后面的毒囊内，毒牙是中空的，在毒蛇咬猎物的时候，毒液就像打针一样从毒囊通过毒牙注射到猎物身上。从他对蛇毒的研究，已经显示出雷迪在生物学上扎实的功力。
雷迪
当然雷迪对于生物学的最大贡献，还是在于他在生物起源上的贡献。他相信笛卡尔的决定论，也相信笛卡尔的实验到理论的科学方法，但却拒绝笛卡尔对自然发生说的假说。正如我上篇文章提及到的。在17世纪，自然发生说的应用领域已经渐渐缩窄，大动物的自然发生已经被认定是不可能。但是人们普遍还认为小动物，特别是昆虫是自然发生而来的。他坚信，昆虫的自然发生根本不存在。
研究完蛇毒之后，雷迪就投入对自然发生说的研究中。前面说到，雷迪本人也是一名古典学者。所谓古典学者，有点像我们中国以前的经学博士，从小在故纸堆里长大，翻阅文献和引经据典都是他们的强项。雷迪面对自然发生说这个问题的第一个反应就是看看古人是怎么说的。于是他找来了从古希腊到当代所有的有关文献，准备先写一个回顾总结。在翻阅的过程中，他突然发现，所有有关自然发生说的证据，都只是观察。一般的学者就到此为止了，但是雷迪却没有把自己的思维拘束在故纸堆中，在深受笛卡尔的怀疑论影响之下，他开始思考这些证据到底是否成立。
是的，种种观察都显示动物能够自然发生，但是有不少观察的结果都被证明是错的。比如以前有人观察到鹅能从树上生长出来，后来被证实不是眼花就是别有用心。那么其他的观察到的自然发生现象是不是也可能源于观察的不仔细呢？毕竟昆虫比鹅小得多，观察出错的机会也大得多。最后，雷迪意识到，没有精心设计的实验，光凭观察，无法得出让人信服的结果。
自然发生说的一个最普遍的例子就是从腐肉中产生苍蝇。于是，雷迪设计了一个实验去验证腐肉到底能不能产生苍蝇。他挑选了6月份进行这个实验，因为这是苍蝇最多的时候。实验是这样的，他用四个大烧瓶，分别放入死蛇、死鱼、鳗鱼和猪肉，烧瓶口用纸严实地封口。而在另外四个烧瓶中，他放入了同样的物质，但是烧瓶口却是打开的。8个烧瓶就这样放着，雷迪自己就坐在一旁观察。
4个开口的烧瓶中，不断有苍蝇飞进飞出。很快，肉就变腐烂了，从肉中长出了蛆。而封口的四个烧瓶中，即便过了几个月，即便肉也腐烂了，但是一直没有发现蛆。实验重复了好多次，瓶子里面的样本也换了很多，甚至里面放的是死苍蝇。最后的结果仍然是一样。最后，雷迪总结到：苍蝇并不能从腐肉里自然产生，所有的蛆都来源于外界的苍蝇。
雷迪的实验应该说是很细心的，但是也有不少反对的声音。最主要的质疑就是，当瓶子被封口之后，里面的空气是死空气，而自然发生需要流动的活空气。这种说法不能说没有道理。于是雷迪决心再改进自己的实验。
雷迪的实验：a）用纸封口；b）开口；c）用通风细布封口
在改进版的实验中，雷迪不用纸封住瓶口，而用一种平纹细布（Muslin）。这种布传自中东，在当时是风靡一时的布料。它透气，却足够细密，能挡住苍蝇，正是雷迪的实验所需要的。为了保险起见，雷迪还专门做实验，证明空气可以穿过这种布。雷迪用这种细布封住瓶口，再次进行实验。他发现，很多的苍蝇聚集在瓶口，却不得而入，他推测这些苍蝇是被瓶子里面腐肉的气味吸引而来，这从另外一个侧面证明尽管隔了层布，空气却是流通的。在这些实验中，瓶子里还是没有发现蛆。
雷迪于是进行更进一步的实验。在这些实验中，用布封口的瓶子放在一个盒子内，而盒子口上也同样封了一层细布。雷迪发现极个别的蛆在艰难地通过盒子口的细布后，掉在瓶子口的细布上。而在瓶子口的细布上，它们发育成苍蝇，再次围绕着瓶口飞。雷迪抓住了这些被圈在盒子里的苍蝇，把它们和外界的苍蝇做比较，证实它们是同一种苍蝇。这个结果更加证明了蛆不是来源于腐肉，而是来源于外界的苍蝇。
这个证据是如此有力，完全否定了苍蝇自发从腐肉变出来的理论。但是雷迪的实验并不尽于此。在苍蝇实验之后，他又进行了其他一系列物种的实验，从蜜蜂到青蛙到蝎子到黄蜂。他把文献上的自然发生的例子都用类似的办法一一验证。最终的结论只有一个，就是所有这些物种都不可以自然产生。
雷迪的一系列实验从现代的眼光来看显得简单，可是其包含的要素却应有尽有。首先是他创造性地运用了烧瓶来装样本，把样本和外界隔离开来，去除了诸多外界因素的影响，从而可以控制实验的条件。其次他运用了对照性实验的思想，用于比较的实验之间的区别只在于一个条件：封口和不封口，所以其结果的不同完全可以归于这个实验条件的变化，简化了推理和论证的过程。第三，是对实验的改进，从密封的纸到透气的细布，实验条件从更加人为条件向更加自然条件过渡，减少了人为效应（artificial effect）。第四是通过分隔的方法获得漏网之鱼的第二代，再对比第一代以验明正身，其思想在两个世纪以后的微生物实验中得到进一步继承和发扬光大。最后，雷迪把自己的实验方法应用到更多的例子上，完成了特例到通例再到理论的升华。这当真是一个生物学实验的经典。
雷迪身上有着一个现代伟大生物学家所需要的一切元素。他能够搜集阅读和分析前人的资料，有怀疑前人的勇气，有指出前人不足的智慧，能够设计对比实验，有着非凡的观察力和分析力。他不愧为现代生物学的开创性人物。
值得一提的是，雷迪是一位谨慎的科学家，他永远拒绝把自己的理论外推到自己认为没有充分证据的领域。他始终坚持实验先于理论，而非理论先于实验。因此，至少从表面上看来，他并不是一个坚定的自然发生说的否定者，相反，他经常会小心地说，自然发生也是其中的一个可能。这在他和梅尔皮基（Marcello Malpighi, 1628-1694）的争论中也表现出来。
梅尔皮基也是一个意大利医生，和雷迪一样，也对自然发生说感到兴趣。在雷迪发表他的结果之后，梅尔皮基坚信自然发生在一切情况下都不可能。于是他就专注于另外一个自然发生的例子——虫瘿（gall）。
梅尔皮基
虫瘿是指植物受到昆虫等生物刺激时产生的不正常的增生现象，通俗说来，就是植物的“皮肤病”。在自然界有很多虫瘿的例子，下图就是其中的一些。当然，当时的人并不了解虫瘿是什么现象。不过他们发觉，很多虫瘿里面都有昆虫的幼虫。因此，人们一直认为，昆虫是在虫瘿里自然产生的。
桉树叶上的虫瘿 野玫瑰茎上的虫瘿
菠萝叶上的虫瘿 橡树茎上的虫瘿
在17世纪后期，由于荷兰昆虫学家斯旺梅丹（Jan Swanmerdam，1637-1680）的以及梅尔皮基本人对昆虫研究的深入，好一些昆虫的形态和生物史已经清楚，从卵到幼虫到茧再到成虫的阶段已经初步被确立。因此对于昆虫由虫瘿自然发生的理论，梅尔皮基深表怀疑。他认为在虫瘿里的昆虫不是自然产生的，而是由其他昆虫在植物上产的卵所发育而来。为了证实这一点，他仔细地观察了虫瘿的产生过程。他发现一种苍蝇有着长长的生殖器，能够插入植物内。他成功地在虫瘿里找到成虫所产下的虫卵，从而证实虫瘿里的昆虫 来源于虫卵。他也进一步认为，虫瘿的产生也是昆虫在植物产卵而刺激植物生长的结果。
但是雷迪对这个结果却表示保留。由于虫瘿的产生往往是昆虫刺激的产物，所以类似雷迪的烧瓶实验那般隔绝植物和昆虫的实验方法在此不适用。在没有他认为是有说服力的实验的情况下，他认为除了梅尔皮基的理论外，“很可能”昆虫把一种有生命力的汁液注射到植物中，从而让植物有能力生出虫瘿，也能够产生昆虫，就像植物产生花那样。在我看来，雷迪的态度准确说来是一种谨慎，而不是对自然发生说的坚持。
这是因为雷迪在另一个问题上也有同样的态度。除了蛇和生命起源问题外，雷迪还是一个寄生虫学家，他仔细地研究了多达二十几种动物身上和体内的寄生虫，描述了多种寄生虫的生命史和传播途径。可是由于无法找到一些体内的寄生虫的虫卵和传播途径，他就谨慎地认为，那些肠道中的寄生虫也可能是在体内自然发生的。
无论如何，在雷迪和梅尔皮基之后，自然发生说基本上被科学界否定，进入了一个低谷。在摒弃了自然发生说之后，生命的产生只有华山一条路，即由自己的父母所产生，也就是“生命来源于同类”。那么，最早的生命又是从哪里来的呢？科学界没有答案，宗教界又一次抢占了风头。他们迅速修改了阿奎那的学说，把阿奎那关于自然发生的部分去掉。于是阿奎那的学说改头换面成了新的学说——原生说（Preexistance）。这种学说认为，上帝在创世的一刻，就已经把各种生物造好了，而各种胚胎，也像种子一样预先存在，由父母一代一代地传下去，永世不变。这样一来，在原生说的框架下，基督教、决定论、先成说等等溶为一炉，达到了前所未有的大和谐。
然而世事无绝对，一个伟大的发明使得自然发生说咸鱼翻生，科学界再起波澜。
