第五节生物学的重大突破与地质学的建立

第五节：生物学的重大突破与地质学的建立一．分类学的进展二．细胞学说的建立三．进化论的建立四．地质学的建立本节教学目的和要求1.了解近代资本主义大工业的建立对近代生物学和地质学的推动作用；2.把握细胞学说的基本内容及其意义；3.全面掌握进化论的发展线索，重点理解达尔文进化论的基本观点及其在科学史上的划时代意义；4.了解近代地质学的建立过程，重点掌握赖尔地质渐变论的基本观点及其在地质学史上的重要意义。一、分类学的进展1.1近代生物分类学的两个派别人为分类法：以意大利解剖学家切萨皮诺和马尔皮基为代表的一派认为物种是不连续的，因此可以用一个或少数几个认为选择的标准，把生物区分成界限分明的群类，例如根据花的形状或子叶的数目来给植物分类。1.1近代生物分类学的两个派别自然分类法：以法国植物学家洛贝尔和瑞士植物学家鲍欣为代表的一派认为，物种是连续的，应根据动植物某一个种内各亚种的亲缘关系进行分类。鲍欣是双名法的创始者，他用属名和种名并用的方法为植物命名，对避免植物的同物异名和同名异物有重要意义。1.2林奈的生物分类法瑞典著名科学家林奈1735年出版了《自然系统》，主张人为分类法。他把生物分为植物和动物两结，相似的植物或动物归并成种，相似的种归并属，相似的属归并成目，相似的目归并成纲，于是形成了界→纲→目→属→种这样的分类系统。林奈发展了鲍欣的双名法，把它推广到动物界并一律采用拉丁文，使双名法更为规范。林奈被誉为“分类学之父”，其分类学得到学术界广泛承认。分类等级二、细胞学说的发展德国植物学家施莱登于1838年提出：细胞是一切植物结构的基本单元，它是植物赖以发展的根本实体。2.1施莱登的植物细胞学说2.2施旺的细胞学说德国动物学家施旺把施莱登的观点扩大到动物界，认为细胞是一切有机体构造和发育的基本单位。细胞学说揭示了多样化的生物界在细胞层次上的统一性，使生物进化论的形成成为不可避免的事情。三、进化论的建立3.1达尔文以前的进化论自然界处在进化过程中的观念至少可以上溯到希腊哲学家的时代。亚里士多德:较为完善的形式是从不完善中发展而来的。希腊哲学家只能做到提出问题，对问题的解决办法进行一番思辩性的猜测成为值得考虑的问题事实上，花去了两千年时间，花费了无数沉默而不关心哲学的生理学家与博物学家的心血，才收集到足够的观察与实验证据，使得进化观念值得科学家加以考虑。在达尔文提出进化学说以前，一个有趣的现象是，凡是持审慎态度的博物学家大多反对进化的观点，而是哲学家们从他们的概念出发提出了进化的思想，如歌德、谢林、黑格尔等。3.2法国的物种进化论与物种不变论之争圣·蒂莱尔发现了动物的“同源器官”证明了生物体在构造上具有某种统一性，但他得出了“只有一种动物”的极端观点。法国比较解剖学权威居维叶反对圣·蒂莱尔的观点所说的动物体结构只有一种原型方案的观点，主张动物是按四种原型方案构造出来的。动物的变化不是渐变的过程，而是经过灾变之后造物主的重新创造，因此是一种突变。居维叶取得了论战的胜利。居维叶与动物解剖3.3拉马克的进化论法国生物学家拉马克(Jean-BaptisteLamarck1744-1829)1809年出版《动物哲学》。他指出：生物都是按直线系列进化而来的；存在两种促成生物进化的动力，一是生物先天具有向上发展的内倾力，二是环境对生物的影响；生物适应环境的演化机制可以概括为“用进废退”和“获得性遗传”。用进废退学说拉马克的用进废退学说在环境造成的改变的积累性中寻找进化的原因。照布丰的观点，环境对个体所起的改变，影响很小。而拉马克认为，如果习惯的改变变成是经常的持续的，这就可能改变旧的器官，并且长出所需要的新器官。拉马克没有找到支持他学说的证据，但仍不失为一个自恰的工作假设。达尔文CharlesDarwin1809-18823.4达尔文和他的生物进化论达尔文是一名家道殷实的医生的儿子。家人决定他应该在教堂谋得一个正式的职位，为此在1827年后期进入了剑桥基督学院。然而在他读了洪堡的著作后，对博物学产生了兴趣。达尔文从事的第一件科学工作是参加英国地质学家塞奇威克率领的一次研究地质的野外旅行。塞奇威克很赏识这个年青人的天赋和才华，但在以后的年代里，又极力反对达尔文的进化论。贝格尔号1831年“贝格尔号”启航做一次科学考察旅行，达尔文被推荐担任随船的博物学家，开始了一次历时5年的环球旅行。这次航行是他走向成功的桥梁。赖尔的书航行之前达尔文读过赖尔（CharlesLyell1797-1875英国著名地质学家）的一些书。介绍他读这些书的人本希望达尔文跟他一起嘲笑赖尔的观点，但达尔文没有嘲笑，反而相信了赖尔的观点。他认识到地球是古老的，生命的发展经历了漫长的过程。在“比格尔号”上他对这些问题的观念得到了明朗化、深刻化的机会。加拉帕戈斯群岛上的一群燕雀沿着南美洲海岸行使时，达尔文觉察到了物种是怎样一点点地发生着变化的。特别引起他注意的是距离厄瓜多尔海岸大约650英里处的由十二个左右的小岛组成的加拉帕戈斯群岛上的一群燕雀。现在它们被命名为达尔文燕雀。不同的燕雀种类他发现这些燕雀在很多方面都彼此相似，但至少可以分为14个不同的种。其中没有一种出现在邻近的大陆上，而且就当时所知也不存在于世界上其他地方。达尔文相信邻近大陆上的原始燕雀种在很久很久以前必定来到了这岛上，它们的后代后来逐渐分化为不同的种类。有些只吃某一种种子，有些吃另一种，有一些还只吃昆虫。变异一个特定的种因为其不同的生活方式就会发育出特殊的鸟喙，特殊大小的躯体，特殊的组织系统。大陆上的原始燕雀没有经历这些变化。它们在其他鸟类的竞争下生存，而在群岛上原始燕雀的竞争对手比较少。一时没有答案然而什么原因引起了这些燕雀在进化中的变异呢？拉马克认为是获得性状遗传，生物是有意地力图按着有利于自己的方式发生变化。达尔文不接受这个观点。1836年回到英国时，并没有带回答案。他被选进地质学会，忙于写作旅行和考察结果。《比格尔轮上一个博物学家的旅行》1839年出版此书获得巨大成功，使达尔文一举成名。达尔文致力于文体的清晰流畅，相信文章可以写得透彻晶莹。达尔文还发表了关于珊瑚礁是由于珊瑚残骸逐渐堆积而成的观点，此说与赖尔的学说正好相反，但赖尔为达尔文的著作感到由衷喜悦，以至两人成了至交好友。马尔萨斯《人口论》的启发1838年达尔文读到马尔萨斯的《人口论》。他马上想到书中的观点也同样适用于其他生命形式，在过剩部分中，首先被淘汰的将是争夺食物的过程中处于不利地位的那一部分。“自然选择”迫于环境的压力，生物会使它们自己适应不同的生活方式。往往会出现某一群生物可以更适合于某一小环境的变化，自然界这样选择某一群而淘汰另一群。通过这种“自然选择”，生命将扩增出无限的品种，在各个特定的小环境里，适者生存，劣者淘汰。变异是如何发生的？但是，一只吃种子的燕雀，是怎样做到突然学会其他燕雀做不到的改吃昆虫的呢？这里达尔文没有提出坚实的论证。但他知道，变异肯定是发生了的，他养鸽子的业余爱好使他有亲身体验。长颈鹿的脖子按照达尔文的理论，长颈鹿有这么长的脖子不是因为象拉马克所说的那样它要争取长出一个长脖子来的，而是有一些长颈鹿生来脖子就长一些，它们因此可以吃到更多的树叶，生活的更好，繁衍更多的子孙，来通过遗传继承这个自然生成的较长的脖子。自然变异和自然选择使得脖子继续慢慢地长起来。长颈鹿的斑纹对长颈鹿身上的斑纹拉马克无法解释，而达尔文可以解释。一头由于变异而产生斑纹的长颈鹿，因为这些斑纹与树林背景交织在一起，能够更容易躲过捕食者，因而它就会留下更多的后代来继承它有斑纹的特征。精益求精的写作达尔文不断地收集证据，试图完善他理论中的薄弱环节。1844年他开始写一部书，由于太想精益求精了，直到1858年书还未脱稿。他的朋友们了解他的内情。特别是赖尔，地敦促他尽快出版，不然就会被别人抢先发表同样的观点。华莱士达尔文不听劝告，而赖尔的话果然应验。另一位博物学家华莱士（RusselWallace1823-1913）写了一篇论文，其中的观点与达尔文的几乎达到字吻句合的地步。华莱士还寄了一个副本给达尔文征求意见。达尔文收到文稿时如闻晴天霹雳，但他没有匆忙出版他的书来夺回荣誉。他大度地把华莱士的文章转送其他科学家。合作发表赖尔坚持要达尔文提出与华莱士合作发表两人的共同结论。华莱士也不失为慷慨君子，两人合作得很好。1858年两人的著作发表在林奈学会的学报上。（林奈以分类学著名，曾极力反对进化的思想。）《物种起源》1859年达尔文出版了他的书。这本已经很厚的书还只是原计划的五分之一。全名称作：论通过自然选择的物种起源，或生活斗争中适者生存。通常简称《物种起源》。对这本书学术界已经等候多时，首版1250册在第一天就被抢购一空。以后一次又一次地再版。3.5《物种起源》的主要观点(1)生物界与生物界普遍存在着激烈的生存竞争。(2)自然选择是推动生物进化的外部力量。(3)变异和遗传是促进生物进化的内在根据。3.6生物进化论的意义(1)生物学史上划时代的成就。基础的生物进化论，从而完成了近代生物学理论的大综合。基础的生物进化论，从而完成了近代生物学理论的大综合。(2)进化论的确立。学术界内部极其与宗教界之间围绕进化论问题的争论以达尔文主义的胜利而告终，有力地批判了目的论，神创论，给予形而上学自然观以沉重的打击。6.7围绕《物种起源》持久的争论《物种起源》引起了持久的争论。一些人认为这书叛离了圣经教义，很多人则相信它将摧毁宗教。即使在科学家之间也争论得热火朝天。达尔文太过温文尔雅，其秉性很不适于争辩。幸而有赫胥黎挺身而出为捍卫达尔文的学说进行战斗，它自称“达尔文的斗犬”。在德国和美国也各有人为达尔文学说与反对派争论。赫胥黎ThomasHenryHuxley1825-1895《古老的人类》《物种起源》一书回避一个爆炸性的问题：即达尔文的学说是否也适用于人类自身？在这一点上，赖尔做出了热烈的反应，他在1863年出版的《古老的人类》一书中，坚定地支持达尔文学说，并就人类或类人的生物在地球上必曾走过千万年漫长的历程进行了讨论。作为证据他引用了当时在古老地层中发现的石制工具。古老的人类葬在牛顿身旁没有多久，至少科学界被说服了，到达尔文死时自然选择进化的概念已经赢得彻底的胜利。剩下的反对派已经不是科学家。达尔文在死时获得了崇高的评价，他被安葬在威斯敏斯特大教堂，离牛顿、法拉第和他的朋友赖尔不远的地方。4.1关于岩石成因的水成论与火成论之争英国约翰·伍德沃德1695年提出水成论，认为在诺亚时代，集积的大洪水暴发，把整个地球淹没，沉积物按不同重量形成不同地层。意大利莫罗批评水成论，并系统提出火成论；英国赫顿在《地球的理论》一书中进一步提出均变论和火成论，其“将今论古”的方法对后世地质学研究具有重要意义，赫顿被誉为“近代地质学之父”。四、地质学的建立4.2地壳运动变化的灾变论与渐变论之争灾变论的代表人物是法国居维叶，其在1812年提出，地球历史上曾发生多次巨大的灾变（如洪水灾害、地震、火灾等）从而造成了地球表层地质、地貌的现有状况，进而把地球演化过程归结于超自然力作用的结果。居维叶英国赖尔1830年出版了《地质学原理》一书，提出渐变论。他认为地球上的一切变化都是一种缓慢进化，不是超自然力引起的，而是一直在起作用的地质营力（地震、火山爆发等内力和风雨、潮汐、冰川等外力）长期作用的产物。恩格斯评价赖尔第一次“把理性带进了地质学”，使地质学成为科学。思考题1.简述细胞学说的基本内容及其意义？2.达尔文进化论有哪些基本观点？《物种起源》在科学史上有何重大意义？3.居维叶“灾变论”与赖尔“地质渐变论”之争的实质是什么？4.为什么说赖尔“地质渐变论”在地质学史上具有重要意义？本节主要参考书1.[英]达尔文著《物种起源》（三联书店）2.[英]达尔文著《人类的由来及性选择》（科学出版社）3.[美]玛格纳著《生命科学史》（科中工学院出版社）4.莱伊尔著《地质学原理》（科学出版社）