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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Science
标  题: 第九章 生物学与人类学的进一步发展 1
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Aug  6 21:28:26 2003)

生物学的地位——孟德尔与遗传——遗传的统计研究——人们后来对进化的看法——遗传

与社会——生物物理学与生物化学——病毒——免疫——海洋学——遗传学——神经系统

——心理学——人是机器吗？——体质人类学——社会人类学

生物学的地位

    自十九世纪末以来，关于生命与其现象的知识大有进展，但指导人们取得这些进展的

主要观念，却是在1901年以前形成的。二十世纪的数学与物理学，摆脱了牛顿的体系，在

思想上引起一场实质上的革命，现在正在深刻地影响着哲学。二十世纪的生物学

仍然遵循着上一世纪所奠定的主要路线前进。

    十九世纪末生物学家接受了达尔文的研究成果，奉为定论，差不多放弃了足以表现达

尔文的特色的实验方法——对育种和遗传进行实验的方法。自然选择式的进化论，被人当

作确定不移的科学原理加以接受，甚至可说是成了科学信条。当时以为进化的进一步细节

，最好在胚胎学中去寻求。这个信念的根据是梅克尔与海克尔的一个假说：个体的历史乃

是种的历史的重演。

    自然也有例外。德·弗里斯那时已经在进行变异的实验，1890年贝特森（William 

Bateson，1861-1926年）批评了海克尔的所谓定律的证据的逻辑基础，提倡回到达尔文的

方法。贝特森于是计划并进行了变异与遗传的实验，后来很有成就。当时流行的达尔文学

说，在物种起源问题上遇到很多困难，以下列二点最为严重：

    第一个困难是变异大到什么程度才发生新种。讨论进化论的较老的著作中，总是假定

（虽然有时没有明白地说出）积累起来形成新种的变异是很小的。但如果变异很小，这种

变异对于生物怎么能够具有充分的有用性以致使具有这种变异的生物优于它们的同类呢？

这就是所谓变异太小的困难或起初的变异的困难。

    第二个困难大略相似。假定有变异发生，而且假定这种变异能够存留持久并由此形成

长久存在的新种，那么怎样才能使它们长久存在下去呢？变异的个体与其不变异的同类交

配时，是否会把变异消灭掉？这第二个困难常称为“杂交的淹没效应”。

贝特森跟着指出，每一个植物或动物育种者都知道，与常态不同的小变异虽属常见，大的

变异也是屡见不鲜之事。德·弗里斯与贝特森到1900年已经对于这个问题进行了不少的科

学研究，足以证明大而不连续的突变绝非罕见，而且至少有一部分突变完整地传给后代。

所以，新的品种可以很容易地迅速地确立起来，即令新的种还不能这样。当时还没有证据

可以说明变异的原因；人们只是把变异的存在当做冷酷的事实接受下来。但是如果承认变

异的存在的话，它们的不连续的现象，似乎很可以减少达尔文进化论的困难。而且就在同

年（1900）又有一些新的事实（或者说久已遗忘的旧事实）被人发现出来。

孟德尔与遗传

    与达尔文后期的工作同时（1865年），有人在布吕恩（Brunn）修道院进行了一系列研

究。假使达尔文当初知道这件事，他的假说的历史可能就大不一样了。奥地利的西里西亚

人、奥古斯丁教派的僧侣、最后担任康尼格克洛斯特（Konigskloster）修道院院长的孟德

尔（G．J．Mendel），不相信单单达尔文自然选择的理论就足以说明新种的形成。他进行

了一系列的豌豆杂交实验。他的研究成果在当地科学学会的丛书中发表，湮没无闻至四十

年之久，1900年经德·弗里斯、科伦斯（Correns）与切玛克（Tschermak）等重新发现，

并由这些生物学家以及贝特森等加以证实和扩充，才开始了现代遗传学的研究，使这门学

问发展为精确的实验和实用科学。

    孟德尔的发现的本质在于它揭示出，在遗传里，有某些特征可以看做是不可分割的和

显然不变的单元，这样就把原子或量子的概念带到生物学中来。一个机体总是要么具有，

要么不具有这些单元之一。具有或不具有这些单元构成一对相反的特征。例如以高茎或矮

茎的豌豆和同类交配，则其后代也保存其特征。但如果使它们互相杂交，其后代杂种仍具

高茎，貌似具有高茎的亲体。于是高茎称为“显性”特征，而矮茎称为“隐性”特征。但

如果使这些高茎杂种以通常方式互相交配，它们的遗传情况却和它们所貌似的亲体有所不

同。它们后代不是纯种，而是互相不同，3／4有高茎，1／4有矮茎。矮茎的仍产纯种，但

高茎的只有1／3产高茎纯种，其余2／3，在下一代中重演第一代杂种的现象，又再产生具

有纯的矮茎、纯的高茎与混种高茎三类。

    如果我们假定原祖植物的生殖细胞各具有高茎和矮茎两相反特征之一，则上面所说的

关系不难解释。高的与矮的杂交以后，所有的杂种虽外貌与高的亲休、即具有显性特征的

亲体相似，但其生殖细胞有一半具有高茎特征，另一半具有潜伏的矮茎特征。每一个生殖

细胞只有高或矮一种特征，而不能同时有两种特征。因此，当这些杂种的雄雌二细胞偶然

配合产生新个体时，就高与矮两个特征而言，同类或异类细胞相配合的机遇相等；若为同

类，则具有高茎特征的细胞互相配合的机遇和具有矮茎特征的细胞互相配合的机遇也是相

等的。故第二代当有1／4为高的纯种，1／4为矮的纯种，其余一半则为杂种。但因高茎特

征是显性，这些杂种在外貌上都和高的纯种相似，效就外貌而言，3／4是高茎的。

    从物理学近来的趋势来看，这是饶富兴趣的事，因为这一理论把生物的特性简化为原

子式的单元，而且这些单元的出现与组合又为概率定律所支配。单个机体内孟德尔单元的

出现，正如单个原子或电子的运动，是我们不能预测的。但我们可以计算其所具的概率，

因此，按大数目平均来说，我们的预言可以得到证实的。

    我们以后还要说明在显性特征的情况下和在隐性特征的情况下，遗传方法有所不同。

虽然某一个体在它本身具有某一显性特征时只能把这一显性特征传给它的后代，但在其世

系里，可以料想不到地有一隐性特征出现。如果交配的两个个体在它们的生殖细胞内各具

有表面上看不见的隐性特征，通常在它们的后代中大约有1／4表现这个特征。可是在多数

情形下，遗传的条件，远比以上所说的豌豆里两个简单对照的特征复杂得多。例如特征之

为显性或隐性，可因性别而异；特征也可相连成对，有的必须联袂出现，有的互不相容，

从不同时出现。

    在动植物中，有许多孟德尔式的特征已经发现出来；同时，人们运用这种方法来实际

指导育种也收到很大成效，既可以设法把某些符合需要的特性聚集在一个新品种内，又可

以把具有有害倾向的特性淘汰掉。动植物的育种者采用这些原理，已经用科学部分地代替

了纯经验方法。例如比芬（Biffen）就以选种法得到一个优良的小麦新种，既能不患锈病

，又能有很高的产量，而且还具有某些烘烤特性，这几种优点所以同具于一个新种之内，

是根据孟德尔的遗传定律，经过长期实验得来的结果。

    在孟德尔的研究成果重新发现的时候，人们在研究细胞构造的时候已经发现每一细胞

核内有一定数目的丝状体，称为“染色体”。两个生殖细胞结合时，在最简单的情况下，

受精的孕卵所含的染色体数目加倍，每种染色体都成双数，各从父母的细胞而来。孕卵分

裂时，每个染色体复分为二，两个子细胞各有其一半。即每个新细胞从原来的每个染色体

接收一个染色体。这种情形在每次分裂时都照样进行，所以植物或动物的每一细胞，各具

有一组成双的染色体，相等地从父母两方而来。

    生殖细胞起初也有一组成双的染色体，但在其变化为精子细胞或卵细胞的后期，染色

体相联成对。那时的分殖法不同：染色体不分裂，而是每对的两成员互相分开，每一成员

进入一个子细胞之中。因此每一成熟的生殖细胞接受每对染色体的一个成员，染色体数目

减少一半。

    细胞现象与孟德尔式的遗传事实之间的相似性引起好些人的注意。但最先对这个关系

给予明确表述，而为人接受的是萨顿（Sutton）。他指出染色体与遗传因子都在分裂，在

每一情况下，都是由各对遗传因子或染色体自行分裂，不与他对相干。

    但由于遗传因子的数目比染色体的对数要多得多，按理应该有几个遗传因子与一个染

色体相联系，从而结合在一起。1906年，贝特森与庞尼特（Punnett）在豌豆内发现这种相

联的现象，例如颜色与花粉的形态等某些因子总是在一道遗传。洛克（Lock）说明了这一

发现对于染色体理论的关系。

    自1910年以来，摩尔根（T．H．Morgan）与其纽约同事，用繁殖迅速每十天一代的果

蝇，对这些关系作了更详尽的研究。他们发现可遗传的特性的群数与染色体的对数，两者

之间实在有数上的对应，即都是4。在通常的情况下，这个数字较大；豌豆为7，小麦8，鼠

20，人24。

就是在有20对染色体的情况下，也可能有一百万种以上的生殖细胞，这样的两套可能的组

合数目当更为巨大。由此我们很容易明白为什么在混种中没有两个个体完全相同。

遗传的统计研究

    与孟德尔的研究同时，还有人按大数字进行统计，来研究遗传问题。奎特勒与高尔顿

将概率理论与误差的统计定律应用于人体的变异。在二十世纪仍然有人继续进行这样的研

究，特别是毕尔生和他的伦敦同事。

    通常，只要对大数目进行一次统计就可以求得误差的常态曲线，或诸如此类的曲线，

但德·弗里斯关于月见草的研究说明使用这种曲线有某些危险性。图10表示三个品种的果

实长度的变化。横标代表长度，纵标代表具有某长度的个体的数目。A与C两品种具有特有

的平均大小，其曲线与常态分配密切相似。但B曲线说明至少可以分为两群。如果将三个品

种的种子放在一道测量，这三个曲线重合为一，而接近于常态形式。根据粗略数据常常很

难判断材料究竟属于一类还是象在这个例子中一样由两群或多群所合成。

    约翰森（Johannsen）发现：如果以一个单颗豆种作为一个自交世系的始祖，则这一“

纯种”个体的变异（如种子的重量），准确地遵循误差定律。但这种变异不能遗传；如果

将重的种子选出加以培植，后代的种子并不比平均值重。

    除去这种同祖的纯系以外，通常的混种都有由于祖先特性混合而产生的变异，这种变

异是可以遗传的。选择双方都具有某种特性的亲体，如快速的跑马，常能得到一种品种，

使所需要的性质高于平均值。高尔顿指出，身材高的父母所生的子女平均来说，即使不象

父母那样高，常常也比种族内的平均高度要高一些。毕尔生等对这现象作了更详密的研究

。如一个种族的男人平均身材为5呎8时，则6呎的人较平均值高4时。按大数目平均来说，
6
呎高的人的儿子，其平均身材约为5呎10时，即较平均值高2时，而较其父矮2时。这一结果

可以用统计术语即所谓“相关系数”来表达，为一半，或0．5。如果子与父身材同高，则

此系数为1；如果儿子的身材回到其种族的一般高度，则无所谓关系，此系数为0。再如儿

子的身材反较其种族的一般高度为矮，则此系数为负。植物与动物的他种特性都有与此相

似的关系，而且就任一特性而言，亲子间的相关系数常在0．4与0．6之间。法国一位世代

选种者德·维莫兰（R．L．de Vilmorin）继续进行了变异和遗传的研究。他的工作像孟德

尔的工作一样，当时并没有引起生物学家的注意。他证明，在育种时，要想得到最好的结

果，并不在于选择个别的单体作为亲体，而在于选择平均表现良好的一种植物世系。这个

结果不能证明达尔文关于微小变异的遗传的看法。

有一时期，孟德尔派与根据达尔文的概念、使用了统计方法的“生物测量派”之间，颇有

争执。其实在关于遗传的任何完备的研究中，这两派似乎都是需要的。

人们后来对进化的看法

    随着古生物学上的证据愈积愈多，进化论作为对地上生命过程的一般说明，也愈巩固

。例如，事实证明石碳纪并无被子植物，新种与新类的生物是后来才在地球上出现的。


    有些生物学家仍然以为对小的变异起作用的自然选择如果时间延续很久，足可以解释

进化。另一些生物学家以为在孟德尔的变异中肯定可以产生新的品种，所以新的物种是在

孟德尔的变异中形成的。更有一些学者，其中还有一些现代思想界的领袖半信半疑，甚至

抱怀疑的态度。例如贝特森在1922年说：

    就其大体的轮廓而言，进化是很明显的。就事实而言，是必然的结论。但进化论中同

物种的起源和本性有关的那一具体的根本的部分，仍然十分神秘。

    系统论者仍然承认有界限分明的物种，无论达尔文的变异还是在遗传学的实验中所应

用的孟德尔的突变，好象都不能说明物种的根本差异。也许早期的生物机体的可塑性较大

，现在已经固定下来，因此仅仅有发生表面上的变化的可能。我们有证据表明就是在眼前

，物种偶尔也有可能进入突变的阶段；人们认为，德·弗里斯所研究的月见草就发生了这

种情况。

    第七章所叙述的后天获得性能否遗传的问题，仍在争论之中，人们还没有普遍承认为

了证明这种遗传而引证的事例是确凿无疑的。在动物身上发现的那种体细胞分裂而为生殖

细胞的过程，在植物体内不能发生在那样早的阶段，所以后天性质的遗传，在植物内比较

可能。关于最新的证据，我们可以提到鲍尔（F．O Bower）所搜集的一些证据。这些证据

似乎说明长久连续存在的不同的环境可以在羊齿植物身上造成能够遗传的特性。

    这里又产生了另外一个困难。变异的发生好象是由于失去一些因子而不是由于增加一

些因子。贝特森说：

    就是在果蝇身上，在数百个遗传因子中，很少发现新的显性特征，即新增加的正的因

子，而且我相信这些特征没有一个属于在自然情况下可以存在下去的一类。……但我们并

不是怀疑进化的实在性或真实性，而是怀疑物种的起源，这是一个技术的，甚至可以说是

驯化的问题。这个秘密随时都可以解快。近二十五年的发现，使我们第一次有可能合理地

在事实的基础上来讨论这个问题。综合将随分析而来，这是我们不怀疑、也不能怀疑的事

。

同时古生物学家，特别是美国的古生物学家，搜集了许多成套的有机体的化石遗迹，数目

远远超过以前，而且包括许多地质时期，证明生命以各种生命形态连绵不断；有几种生命

的形态，似乎表明进化是遵循着一定路线进行的。这个问题的复杂与困难远远超过五十年

前想象的程度。进化的大体趋势已经明瞭，但是要对进化的详细情况加以新的描述，还有

待于更多的知识。

遗传与社会

    遗传与变异的知识在人类身上的应用由于孟德尔的研究而大大扩大。许多缺乏病与疾

病，如色盲，内特尔希普（Nettleship）所研究的先天白内障以及血友病，都是按孟德尔

定律遗传的。有一种常态特性（眼中的棕色素），经赫斯特（C．C．Hurst）研究，肯定证

明遵循孟德尔定律，但也有不少迹象说明，人身的许多其他可遗传的特征，也蒙许多植物

与动物的可遗传的特征一样是孟德尔单元。事实上，男孩与女孩的出生数目几乎完全相等

极其有力地说明性别也是这种单元特性。如果所有的雌性细胞都具雌性，而雄性细胞中半

具雌性半具雄性，这一现象便可解释。

    我们知道在动物与植物身上，常有成对的单元特性相连出现，不可分离；或彼此相斥

，不能同时出现。在人类身上，实验既不可能，而观察所及，也仅限于数代。但研究的能

力若能扩大，我们无疑地会发现人类也是许多单元特性的结合体；这些单元特性由双亲而

来，互相有关，而且与内分泌腺体倾注于血浆内的各种分泌物的化学性质有关。这些孟德

尔特性，究竟是构成人的基本结构呢，还是仅只是建筑在更深入的非孟德尔下层结构上面

的表面型式，那就是一个有待将来研究的问题了。

    1909年，有人企图使高尔顿的意见与1869年高尔顿发表他的著作以后积累的知识相适

应。高尔顿本来十分重视遗传，孟德尔派的研究者，如赫斯特、内特尔希普等人的研究以

及毕尔生与其门人的数学工作也都说明遗传十分重要，毕尔生和他的门生还把高尔顿的生

物测量方法大加扩充。当时所有的证据似乎说明这样一个假定是值得研究的：现代国家里

的混杂居民必然包含有一些具有各种不同先天特性的混合世系，它们受到了法律、社会、

经济因素与变革所控制的自然选择的不断作用。因而居民里的各种世系的相对数目常在变

化之中。虽然环境、训练与教育能使先天性格发展，并给予表现的机会，但却不能创造这

种性格。有才能的人或天才是生就的，而不是造就的，一个民族所蓄的能力实在为自然所

限制。

    既然适者生存，如果适者的子孙不占很大的数目，则适者对于种族并无多大好处。因

此人们就想到应该研究一下一个社会中各阶级的家庭的大小。根据有人对档案进行的统计

研究，英国两代以上的世袭贵族，每一对可以生育的夫妇，自1830至1841年，平均生产7．

1个子女，但自1881至1890年，这个数字已经降为3．13。其他能在《名人录》占，位置的

有声望的人在1870年以前，每一对可生育的夫妇平均有5．2子女，但1870年以后，这个数

字仪为3．08。在教士的家庭里与此相当的数字为4．99与4．2。就大尉以上的军人而言，

这个数字为4．98与2．07。至于其他职业的人，详情虽有差别，但都有同样的趋势，有地

产的阶级，自由职业者阶级，以及高等商人阶级的子女的生产数减少一半以上。根据技术

工人所组织的友谊会的统计，他们所生育的子女数目的减少也大略相等。事实上每对可生

育的配偶，平均须有子女四人始能维持人口的数目，可见就是在1909年，社会中最有效的

部分，已经相对地与绝对地减少了。另一方面，信奉天主教的家庭、矿工、无技术的工人

（更可惊的）低能的人们，仍维持其子女的出生数，而没有减少。

    这种差别的后果的严重性，只要计算一下就可以看出。如果勤俭的家庭，每对可生育

的配偶仅有子女3人，而1，000人中的死亡率为15，则在100年后原有的1，000人将变为68
7
个后裔。另一方面，在奢惰的1，000人中，如果他们的出生率为33，而死亡率为20，则10
0
年后将有3，600个后裔。假使在1870年出生率开始有显著差异时，双方人数相同，则到19
7
0年，勤俭者仅存其原数的1／6，到了2070年，仅存1／30。这样，勤俭者就淹没在大量繁

殖的奢惰者的大海中了。

    在人们进行了这一研究以后的二十年间，出现两个较有希望的征象：“制裁低能的立

法”，对于精神不健全者的出生，已稍加以控制（虽然还不够）。其次，伍兹（F．A．Wo
o
ds）指出英美的上等社会中对社会作出贡献的人士，比较“隋富”有更多的子女，其平均

数字的比率为2．44与1．95。这一结果也许说明了节制生育的好效果。凡是想要躲避生育

几个孩子的责任、花费与烦恼的人，是自绝于其种族之外。1909年，英国政府宣告，生育

许多子女是健

康、贤良公民的责任，希望人人能够履行。

      可是目前，展望仍然令人不安。在现今世界上，不断的进步，事实上还有一般生活

标准的维持全靠了知识分子的工作。从事这种工作的一向只有少数人。他们大部分都出身

于子孙日益减少的阶级，虽然他们的子女现在还没有减少到最低的水平。奖学金与其他、

从各阶级选拔贤能的方法也许能暂时弥补这一缺陷，但一国的才智有限，而且愈到下层社

会愈稀少。这些人既变为知识分子，其生育率又再降低，最后遗留的只是无知识的无产阶

级而已。这样，国家的优秀分子将逐渐被淘汰，文明前途亦日益危险。由国家控制大部分

生产工具的社会主义的政府，在一个独裁或官僚统治的帝国里，也许能行之有效，即令不

能给人民带来幸福，但在民主主义的国家则将失败。社会主义与民主主义在流行的政治术

语方面虽然比较接近，但在实践上却难相容。近来某些国家里所实行的独裁制共产主义，

证明这一种看法是正确的。

    出生率的不同，不是现时起作用的唯一选择因素，我们还可以找出许多别的因素。疾

病大概仍然可以消灭易感染者，而保留免疫者。有些法律，虽然是为了他种目的而制订的

，却也常常产生选择的效果：如遗产税就使有产的旧家族迅速地被淘汰，而这些家族却是

国家赖以维持地方公益事业以及教会、海陆军中的公益事业的。英奇（Inge）认为近来的

立法有毁灭中等知识阶级的趋势。由于纺织工厂有雇用女工的习惯，纺织工人的出生率总

是很低，而矿工都是男子，其出生率仍高。至少在1925年不景气以前是这样的。我们必须

放弃十九世纪的观念，以为国家是许许多多有同等潜在能力的个人，只等待受教育，只等

待机会。我们应该把国家看做是具有各种天赋遗传特性的家系的交织网，这些家系在性格

和价值上有很深刻的差别，它们的出现或消失决定于自然的选择或人为的选择。任何行动

，不论是社会的、经济的或立法的，都要有利于其中某些家系而不利于其他家系，因而改

变国家的平均生物特性。

    这些一般的观念得到有名生物学家贝特森在1812与1919年所发表的论文的有力的证实

。如果旧的出生率与新的死亡率同时并存，则数百年后地球上将充塞人口而无立足之地。

因此，限制出生数是必要的，但是更重要的是限制一国内的低劣的家系，而不是限制优秀

的家系。不但如此，竞争不但存在于个人之间，也存在于社会之间。既有劣等的家族，也

有劣等的种族。贝特森说：

    哲学家宣布人人生而平等。生物学家都知道这句话是不正确的。无论测量人的体力或

智力，我们都发现有极端的差别。而且我们知道文明进步纯出于少数杰出者的工作，其余

的人只不过是摹仿与劳动而已。这里所说的文明，不一定指社会的理想，而是指人类在控

制自然方面的进步。国家之间也如个人之间，有同样的差别。……各国间名人分配的不均

，是生物学上的一个事实。法、英、意、德与其他几个小国，自文艺复兴以来产生了许多

学术界的闻人。在特殊的艺术与科学，如绘画、音乐、文学、天文、物理、化学、生物学

或工程方面，他们各有千秋；但从大处看，这些国家并无优劣之分。

    贝特森指出另外一些国家产生的大人物比较少；他把这一事实归因于它们的生物学特

征。可是这个困难问题不能看做业已解决。有些国家所以貌似劣等可能是由于它们还没有

工业化；它们之所以贫穷可能是因为没有得到历史发展的机会，目前又没有机会使有才能

的人出现。环境不能创造才能，而却可以很容易地摧残才能。总之，迄今为止，生物学的

因素，社会学家研究得过少，而政治家简直不予过问。

    遗传学研究的结果说明，人类社会，如果愿意的话，是可以控制自己的成分的。这件

事做起来并不象从前所想象的那样困难。我们可以采取措施来除去那些属于人口中不良成

分的家系。

将来的希望在于种族中优秀分子的责任感。如果他们能多生子女（伍兹的研究结果告诉我

们的，这正是眼前的趋势），则世界各国可以挽回近七十年来的不良选择的趋势，而逐渐

提高他们的健康、美丽与才能的平均水平。

生物物理学与生物化学

    二十世纪初的生理学的最显著的特色，是运用物理与化学的方法来研究生理的问题。

事实上，差不多可以说生理学已经分成为生物物理学与生物化学两个分支。

    胶体的物理学与化学对于生物学异常重要，因为组成生活细胞的内容的原形质是胶体

，其核心较其他部分略为坚实。胶体对于农业科学也变得重要起来，因为过去以为土壤是

岩石风化出来的固体粒子和腐败的动植物质料混合而成的，今天则认为土壤是有机体与无

机胶体的复杂结构，其中的微生物也起了重要的作用。我们脚下的土地是活的，而不是死

的；土壤与其中众多生物的功能在于分解其中所含的或从外界得来的原料，使之变为土壤

上面的植物的食料。

    格雷厄姆在1850年已经认识到晶体与胶体的区别，后来又认识到二者性质上的差异，

至少有一个原因是胶体的分子比晶体的分子更大。晶体如糖或盐的溶液是均匀体，但胶体

的溶液是双相系，在二相间有一个确定的分界面，而且有足够大的面积，显示出表面张力

的现象。

    有些胶体分子颇大，在显微镜里也可以看见。这些分子的奇异而不规则的振动，在18
2
8年经布朗（Robert Brown）观测过，1908年贝兰（Perrin）证明这种布朗运动是邻近分子

的碰撞造成的。如果是这样，胶体粒子应该和这些分子具有相同的功能。根据这些粒子的

分布与运动，用三种方法求得的数字，同根据贝兰的假设所得的推论完全相合。

    1903年西登托夫（Siedentopf）与席格蒙迪（Zsigmondy）发明“超显微镜”以后，就

促进了对小的胶体粒子的性质的研究。可见光的波长在400与700毫微米（一毫微米即百万

分之一毫米）之间，比这一波长更小的粒子无法清晰地看见。但是如果将一束强光射在这

些粒子上，使发生散射现象，在观测者通过镜轴与光线正交的显微镜来看这些粒子时，粒

子的大小和波长大致相等，粒子就在布朗运动中形成一些明亮的光轮；如果粒子大小比波

长小得多，粒子就呈现一片朦胧不清的现象。先进的电子显微镜将在后面再加叙述。

    胶体理论，由于研究了胶体的电荷性质而大有进步。胶体粒子在电力场里东奔西驰，

说明这些粒子带有正的电荷或负的电荷，大概是由于对离子的选择吸附的缘故。哈迪（W．

B Hardy）爵士发现当周围的液体慢慢变化，由略带酸性而至略带硷性时，某些肢体的电荷

发生逆转。在电荷为中性的“等电点”上，体系便不稳定，胶体即由溶液中沉淀而出。


    由是可见粒子所带的电荷在胶体粒子的溶解中起了某种重要作用。试举一个大家所知

道的例子：当牛乳变酸时，其中的乳酪即凝结。法拉第早已发现盐可以使胶体黄金的溶液

凝结，格雷厄姆也研究过这个现象。1882年舒尔茨（Schultze）注意到凝结力随盐的离子

的化学价而不同。1895年林德（Linder）与皮克顿（Picton）发现一、二、三价离子的平

均凝结力之比，约为1：35：1023。1900年哈迪证明活跃的离子所具的电性与肢体粒子所具

的电性相反。1899年，本书作者根据概率的理论研究了这个问题，当时是根据这样的假定

：要中和胶体粒子所带的异性电荷，使其凝结，需要把最低限度数目的单位电荷同时带到

一定空间之内。离子所带的电荷与其化学价成正比，所以必须使两个三份的、或三个两价

的、或六个单价的离子结合起来，而后才能具相同的电荷。根据数学计算，凝结力之比应

为1：x：x2，这里x是一未知数，视系统的性质而不同。设x＝32，则得1：32：1024，与上

面说的观测的数值接近。这只是一个近似的理论，因为它把反号离子的稳定作用及其他扰

乱因素都略而未论。但所用的方法似乎可以扩大应用于相似的现象，事实上还可以扩大应

用于化学化合本身，类似的概率的考虑，现在也应用于化学的热力学，成为量子物理学的

基础。

    粘土内胶体的集合状况，决定重土壤的物理性质；当土壤的柔软成份凝聚时，这种土

壤才能变得多孔而肥沃。而且由于原形厨具有胶体的结构，胶体的带电性与其他性质，对

于生物学也有很大的关系。例如，化学价关系在生理学上的重要性，可以从迈因斯（Mine
s
）在1912年所发现的一个例子中看出来：角鲛的心脏对于各种三价离子的作用的敏感度比

对于二价离子（如镁）的作用的敏感度约强万倍。胶体凝结时通常会把包含这种胶体的组

织毁坏，幸又可以设法保护这些胶体不受电解质的作用。

    法拉第已经知道加入一点“胶冻”就可以防止盐类对于胶体黄金的沉淀效应。目那时

以后，迈因斯（1912）与其他生理学家研究过许多这类自身形成乳胶的保护性的肢体。这

种乳胶质似乎形成一种薄膜，覆蔽着胶状质点，不让它们与活动离子接触。

    水的纯度经过反复蒸馏而增加，其导电度降落到一个极限值与每公升内大约10[-7]克

分子的氢（H+）与羟（OH-）离子的浓度相当。如果在水里加酸，氢离子浓度自然增加，测

量一种介质的酸度，常用这个量，不但在物理化学中常用，在土壤科学与生理学中尤其常

用。例如在物理化学上，蔗糖的反转率（由葡萄糖变为果糖的变率）就与氢离子的浓度有

关。在农业上，土壤的酸性程度乃是土壤是否需要用石灰处理的尺度。在生理学上，人血

内适合于生命的氢离子浓度的最大范围似乎在10[－7.8]与10－[7.9]之间，常态界限为10
[
-7.5]与10[－7.3]。由常态反应改变到包含最大可能度的酸，只不过等于在五千万份水中

加入一份盐酸而已。


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