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第11章 18世纪的生命科学(1)

林奈:伟大的命名者

假如有这么一位时间旅行者,他从16世纪早期一下子进入18世纪,他可能会因不再认得这个世界而迷路。17世纪伟大思想家的多种才华,改变了物理宇宙的面貌。地球不再是宇宙的中心,只不过是围绕太阳旋转的另一颗行星。太阳本身以及整个太阳系都在运动。亚里士多德和托勒密那美好而完善的天球已经远逝。恒星都在动。天文学家说,充满整个天空的似乎是其他星系,所有这些星系都在运动。有人猜测,在那些星系中,还有其他太阳系围绕着它们的太阳旋转。似乎是,每件东西都在运动、永不停息,并且可通过数学进行推算。

只有在博物学这一领域——就是我们今天所谓的生命科学——那位迷路的时间旅游者才能找到熟悉的思想。此时,物理科学家已经把运动,而不是静止或永恒性,当做自己的指导原则。但是对那些研究生命体的人(博物学家)来说,在18世纪之初,一个古老的观念仍然占据着统治地位:存在巨链。这就是18世纪初期统治生物学的至上观念:生命形态是上帝创造的,是固定不变永远同一的,各种生命形式都是一个伟大计划中的一部分,就像梯子上的一条横档,或者链条中的一环。

存在巨链的思想起源于古希腊,被基督教哲学家进一步完善,主张能够存在的每一件东西都早已存在,而且总是存在。也就是说,从无生命的物体到生命体,不管是昆虫还是鱼或者人,都沿着一条由低等向高等逐步排列的链条各就各位,且次序稳定不变。在这一链条中,植物的位置高于岩石,动物又高于植物,其中有些动物比其他动物要高,而人类更高。在许多人心里,这条巨链甚至延伸得更远——越过人类达到天使的等级,再延伸,越来越完美,直至上帝。链条上每一等级都是固定不变的,等级的一头低,另一头高。每种生物的位置都是上帝在创世时安排的,以后就再也不能变动或改变。此外,根据这一观念,自从宇宙的开始,就没有创造任何新的物种,也没有任何物种灭绝。因为不管哪种情况发生,都会改变链条上的等级,而这是不可能的,因为上帝已经在最初就完美地安排好了一切。

林奈就是这种观念的虔诚信奉者。但是,正如科学家中常常发生的情况那样,他的伟大工作推进了人类知识,尽管带来的效果恰与他的信念相悖。存在巨链的观念以及对于永恒不变性的坚持,即使在18世纪,就已临近崩溃,而林奈的主要工作——一个不存在等级的庞大分类体系——以某种方式促成了它的垮台。

林奈:一个逃学者

1707年5月23日,林奈出生于瑞典南部,他是一个穷牧师的儿子,他家屋子附近生长有一棵巨大的菩提树(linden tree),“林奈”此姓由此而来。林奈的父亲原本希望儿子像自林奈为动植物建立了第一套结构完善的命名系统。己一样,以牧师为业,但林奈不是好学生,对神学不感兴趣,他宁可逃学去做自己的事情。他不是没有自己的爱好,而是他的好奇心集中于学校不教授的领域:他爱上了植物学。

这种情况使林奈在家里受到巨大的压力和谴责,大多数孩子在这样的情况下也许会变得消沉。但幸运的是,校长慧眼识珠,不仅借他植物学书籍,还和他成为朋友。物理老师也帮他说话,婉转地向他父亲指出,他的儿子很聪明,对感兴趣的课程学得很快。这位老师还指出,对植物学的兴趣有利于步入医学生涯。物理老师的干预看来使林奈一家有所妥协,他甚至把林奈带回自己家,帮他温习功课,为进入附近的隆德大学作准备。

但是在隆德大学,林奈过得并不顺利。他的确对医学不感兴趣。即便他对医学有兴趣,也会深深地失望,因为这所学校正陷于财政困难,系里只有一位医学老师。他很快又产生厌学情绪,再一次逃学,流连于田野之间。

不过,林奈再次福星高照。他寄宿在系里一位名叫斯托保斯(Kilian Stobaeus,1690—1742)的老师家。一天晚上,斯托保斯发现林奈潜入图书馆偷读教授的植物学书籍。当斯托保斯要求林奈解释时,林奈向主人保证他绝不会造成伤害。在解释的过程中,他显示了如此渊博的植物学知识,以至于斯托保斯允许他在图书馆随意阅读并且还给他鼓励和友谊。

然而,尽管有了斯托保斯的友谊,林奈在隆德还是不愉快。由于学业不佳,他转学来到离斯德哥尔摩40英里的乌普萨拉大学,他被那儿著名的植物园所吸引,但是他再次失望。乌普萨拉大学曾经是一所值得骄傲的学校,但那时和隆德大学一样,财政上陷入困境。植物园难以维系,至于医学系,更是连自己的实验室都没有,沦落到只能在药店里开设化学课的境地。

当时的林奈贫困潦倒,不幸又患上了坏血病、头痛病和营养不良症,如果不是幸运地又有一位老教师与他相遇,也许他只好中途从乌普萨拉退学。一天他又逃学(老毛病又犯了),在植物园里研究花的构造,不期然撞上了对植物学有强烈业余爱好的神学家摄尔修斯(Olaf Celsius,1760—1756)。于是重演在隆德的幸遇,他的逃学行为非但没有受到规劝和训斥,反而得到允许,使用摄尔修斯藏书丰富的植物学图书馆。

林奈与摄尔修斯相遇的结果,是这位老人邀请林奈和他住在一起。林奈开始给其他学生辅导植物学,由此赚取一点报酬。在乌普萨拉的教师中,林奈因其植物学知识而逐渐获得声望。

在读了一篇有关植物性别的论文之后,林奈开始了自己的研究,尤其针对植物的雄蕊和雌蕊。研究结果写成了一篇短文,作为新年礼物送给摄尔修斯。摄尔修斯被深深打动,抄了几份,广为流传。其中有一份在瑞典皇家科学院宣读,科学院意识到其价值所在,决定以科学院的名义正式出版。这是林奈第一次体验到成功的滋味。

从那时起,林奈时来运转。他很快被任命为植物园的植物学讲师。

他的生涯开始出现转机,但他被这一从天而降的幸运冲昏了头脑。由于他向来具有个人主义情结,因此他变得越来越古怪和自我中心主义了。他的虔诚(尽管并不打算成为牧师)也令他变得自以为是和道貌岸然。还有,他的野心一发而不可收。多年来,他一直在证明自己以及对别人的要求是正确的,最终,他以正统植物学家的地位被人们接受。

成功的味道是甜蜜的,如此之甜蜜,以致他决定要以惊人的业绩来进一步巩固自己的成功,他要让自己从贫困潦倒的乌普萨拉大学中脱颖而出,远远领先于他的对手们,甚至那些具有更高声望的对手。

拉普兰的旅程

1732年,由于瑞典政府提供一笔小额资助,林奈前往拉普兰进行野外探险,研究崎岖地形中的植物生长。拉普兰位于斯堪的纳维亚的极北地区,就在北极圈内。这段经历是他一生中最为惊心动魄的事件,每次写自传,他都要带上一笔(他写过四篇不同的自传,每一篇都与前面有所不同)。探险活动历时5个月,他所能带上的装备相当简单(全部资助费用仅100美元)。一路上,他首先要设法应付恶劣的自然环境。在徒步穿行荒凉的北方地区时,随时进行记录并采集植物标本。大多数时候,他总是依靠步行,裹着兽皮睡觉,同时也用兽皮当外套以御寒。他沿着博蒂尼亚湾的河谷盆地艰苦跋涉,向着北方缓慢挺进,一路上,要穿越水深过膝的寒冷的沼泽地,在丛林中披荆斩棘,还要翻山越岭。

在斯堪的纳维亚北部地区,林奈总共探测了4600平方英里,大多数时候是在北方寒冷的土地上步行,返回时带回了可观的收集物,其中有100多个新物种。他还带回一套色彩鲜艳的拉普兰人服装,在公开或正式场合,他都会穿上这套服装,好让所有人都记起他的那次探险活动。

回到乌普萨拉以后,他的声望如日中天,但是他的钱包仍然空空。于是,他继续开设讲座,听众和崇拜者自然是越来越多。幸运的是,他爱上了一位富裕医生的女儿,这位医生不仅由衷赞赏这位富有冒险精神且对事业高度投入的植物学家,而且还给了他足够的钱,把他送到荷兰的一个小型大学,去完成医学学位。这并没有费很大的劲,因为几个月内他就拿到学位返回。无论如何,学位使他有所依靠,如果他的植物学生涯难以维系的话。

不过现在,林奈确信他不太需要这种依靠。

让多样性井然有序

林奈在拉普兰的探险,令他感受到植物生命的多样性,于是,他不得不面对其他博物学家也曾面对的一个最古老和最令人困惑的问题。但是林奈已经找到了一种解决方法。当他再次返回乌普萨拉时,他开始写一本早在计划中的小册子,他相信这本书可以永久确立他的植物学声望。

他是对的。1735年出版的题名为《自然系统》(Systema naturae)的小册子,建立了一套独特的生物分类体系,并且还使他成为瑞典最著名的科学家,近代分类学的奠基人。经过许多年的不断修改和进一步补充,他的书终于为植物学家和博物学家处理这一最为棘手和困惑的问题铺平了道路:如何为世界上各种生命形式进行命名和分类。因为只要人们一直在观察并且记录有关自然界的一切,他们必定就会设法去命名对象并且揭示它们之间的相互关系。例如,同样的植物在世界各地不同的地区发现,很可能在每个地区有不同的名称。研究这种植物的自然科学家和学者必须找到一种方法来识别它,这就是说,当他们在交流时必须用同一个名字。在理想情况下,该名字还应当表达该对象的某些特征性的和有用的信息,以便研究者可林奈在拉普兰的探险经历了寒冷的天气和危险的地形,但是他收集的样本足以使他在生命科学领域光芒四躲。以把类似的对象集中在一起研究它们的异同。例如,狗和鲸明显不同:鲸生活在水里,而狗不是。但是狗和猫又有什么不同呢?它们都生活在陆地上,都有皮毛和四条腿。仅把生物分成生活在水里和生活在陆地这两类还远远不够。分类单位太大,很容易误导。事实上,在林奈时代就有一位著名的科学家正是沿着这一思路,把海狸和鱼分在一类,因为它们都是生活在水里。无须说,这绝对是一种误导性的分类方法,其程度之严重,以致于有一段时间基督教会允许在斋戒日吃海狸(那天不允许吃肉,只能吃鱼)!

17世纪末,英国博物学家约翰·雷在解决分类问题上有所进展。但是随着探险家和商人不断向外扩张,新的动植物品种如潮水般涌来,显然寻找某种新的命名和分类体系已是刻不容缓。仅当此时,针对这些激动人心的新发现,才需要投入严肃的科学研究。

林奈知道,他所提出的系统不是“自然的”,也不是自然的根本计划,更没有反映存在巨链的最终轮廓。他的主要目的只是创造一种既实用又方便的命名系统。他取得了如此的成功,以致于他的系统的大部分在200多年以后的今天仍然在使用。林奈把植物和动物分成小的分类单位,他称之为属,这些属再细分为物种。他还用了科学家喜欢称之为双名法的命名法,用一个两分法的系统来命名。由于拉丁文当时是国际上通行的科学语言,所以他的命名都以拉丁文表示。这一传统一直延续到了今天。每一个双名前面是属(更大些,包括下面的单位),后面是种(更小,更专一化的分类单元)。他把有某一共同点的动物或植物归为一属,(例如这种共同点通常表现为一种结构、体型或某种特定的繁殖方式)例如,斑马和马显然有相似性,而马和狗的共同之处就少多了。所以,林奈把马和斑马分在同一属[马属(Equus)]中。相反,狗分在狗属(Canis)中(顺便提及,同一属中还有狼)。共享的属名表示在属这一单元上有相似性,但斑马和马还是有区别的。所以斑马就叫做马属斑马林奈总是穿着拉普兰人的服装,即使回到家里。(Equus zebra),而马取名为马属家马(Equus caballus),名字的第二部分表示种,强调的是属中不同成员的独特方面。林奈承认,命名过程颇费心思。关键在于是什么构成一个物种:能够互相繁殖的生物体吗?不能繁殖的生物体,例如骡子,怎么办呢?林奈写道:“智慧的第一步,是了解这些物种本身。这一概念在于对物体有确切了解,系统地将其分类,给予它们适当的名字才能区分和了解物体。分类和命名将是我们这门科学的基础。”在很大程度上他是对的。毫无疑问,他的系统给生物学研究带来了一种方法。随着《自然系统》的发表,林奈随即名闻遐迩。最后对于大多数人来说,分类的僵局似乎就是被这位瑞典博物学家打破的。林奈成了民族英雄,成了植物学界的王子,当时有许多人就这样称呼他。

与17和18世纪的许多其他科学革命不同,林奈的伟大突破似乎给人这样一种错觉,即它并不带来意识形态的反叛。不像哥白尼和伽利略,他并没有让太阳系颠倒,也没有威胁已有的宗教思想。相反,他似乎只是沿着亚当的足迹,给上帝的创造物取名。他建立的只是尘世间的秩序,而不破坏宗教的秩序。存在巨链仍然完好无损。他的研究和分类使他相信,根据上帝的计划,物种的不变性乃是自然的法则。每种创造物,在链条上有其确定位置,那是由创世主亲自设计的。尽管有证据表明,林奈后来就新物种的起源问题,看法稍有改变,但他的意图,他最著名和最有影响的工作,依然强烈支持这一传统观点,即物种不变和上帝在创世中的独特作用。

他写道:“不存在新的物种,(1)因为同类个体总是代代繁衍;(2)因为每一物种中的成员总是其后代的源头;(3)因此必须把这种血缘上的一脉相承性归于某个全能全知的存在,也就是上帝,他的工作就叫创世。每一个生命体的机制、定律、原理、构造和感觉都证明了这一点。”

尽管他拒绝步父亲的后尘加入牧师的行列,但他相信,他的工作允许他追踪一条更重要的途径,正如他后来所写,这条途径见证了“创世主的真正脚印”。由于性格中向来充满各种矛盾,林奈从未放弃过他的傲慢,也没有放弃他的虔诚追求。

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