例談生命科學發展歷史中的認識錯誤事件

方 晨

(華東師范大學生命科學學院 上海 200241)

科學是如實反映客觀事物固有規律的系統知識。在科學發展過程中，往往會由于時代條件的限制、數據不夠充分、慣性思維等原因產生較為片面甚至錯誤的認識。而這類認識又會產生連鎖反應，影響甚至阻礙后續對科學的探究。隨著時間的推移、新證據的發現和積累，過去的許多“認識”會逐步得到修正。本文從生命科學基礎理論、生物行為習性、生物體形態結構方面闡述生命科學領域中的認識錯誤案例，為培養中學生生物學核心素養提供參考資料。

1 生命科學基礎理論中的認識錯誤案例

1.1 自然發生說 早在古希臘時代，“自然發生說”就開始流行，人們堅信青蛙生自淤泥，而昆蟲、蛆蟲等小動物很自然地就能產生出來。當時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，在當時誰會不相信權威的言論呢？在權威崇拜的影響下，很少有人敢于提出質疑，從而失去了自我判斷能力，這個觀點便牢牢地站穩了腳跟。

這種影響長期揮之不去，直到17世紀中葉，意大利醫學家雷迪邁出了權威的陰影。他發現包在薄紗容器中的肉一條蛆都沒有出現，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下的卵孵化出來的。進而延伸到所有生物的繁衍都是由活物產生，即“萬物皆生于卵”。

1.2 體液學說 從現代醫學的角度來看，許多疾病的致病機理已經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，醫學的發展受到多方面的限制。尤其是宗教的統治下，更多人愿意相信疾病是上帝懲罰的一種手段，因而一旦城鎮中瘟疫爆發，往往很難得到控制，從而造成大量的死亡。

西方醫學奠基人希波克拉底為探索疾病的成因，以身犯險，突破宗教禁忌，秘密地進行尸體解剖，提出了“體液學說”，認為人體是由血液、黏液、黃膽、黑膽這四種體液組成的，如果四種體液失調就會得病。盡管以現代醫學觀點來看這種說法并不準確，但他這種為了追求正確認識而違抗宗教禁令的行為，對于醫學的發展產生了明顯的推動作用，為醫學后續的推進樹立了榜樣[1]。

此外，光合作用發現史中種子長成大樹所需要的養分物質來自土壤、水還是空氣的探索歷史，拉馬克的“用進廢退”學說，都存在特定歷史階段的認識不足。

2 對生物行為習性認識的錯誤案例

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來繁殖后代。這種觀點持續了數百年，其實作者只不過是根據觀察到的螳螂相食過程主觀臆想出來的，并沒有直接的實驗證據揭示咬食配偶的原因及必要性。

事實上，螳螂交配過程中同類相食的行為并非必定發生，并且大多數情況下僅限于咬食雄螳螂頭部，這種食小棄大的行為，使得補充營養的觀點顯然站不住腳。大量的實驗研究表明，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探索。

主觀的推測當然有其必要性，這是得出正確認識的第一步，但如果只是停留在這一步，那么搞不好認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，如果仔細觀察街道上的路燈，就會發現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，向著發出光亮的地方移動，認為昆蟲喜歡接近光、向往光明，并賦予其追求理想、不畏犧牲的含義。如果這種認識是正確的，為什么白天的時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知明顯是經不起推敲的。

飛蛾等昆蟲從大方向來看的確是朝著光源移動，但如果仔細觀察它們前進的路徑，就可以發現實際上它們一邊轉圈一邊前行，慢慢靠近了光源。在生物漫長的進化過程中，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，到達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動，結果卻離光源越來越近(圖1)，最終產生了“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”。《蜉蝣賦》也有描述：“有生之薄，是曰蜉蝣。育微微之陋質，羌采采而自修。不識晦朔，無意春秋。取足一日，尚又何求？”當時人們看到了蜉蝣出水交配的壯觀場景，就把這個部分當成了全部的事實，以為蜉蝣的全部壽命就那么短。隨著認識的深入，蜉蝣完整的生命史浮出水面： 它還有作為幼蟲的前半生，長達幾個月甚至幾年。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食，身軀更輕巧更適宜飛行。一旦羽化，只能繼續存活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系 榕樹是熱帶雨林生態系統中十分重要的類群，它為動物的棲息提供了適宜的環境。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微小通道與外界連通，必須依靠小體積的榕小蜂進入隱頭花序內部才能完成傳粉。作為交換，榕樹的隱頭花序為榕小蜂產卵提供場所、為幼蟲發育提供營養。它們兩者之間相互依賴、互利共生的情況，過去一直被認為是高度專性的，即一種榕小蜂只能在一種榕樹中產卵繁衍，與此同時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，主要依賴形態學觀察數據，研究對象和觀察范圍有限，隨機性很強，因而出現榕樹和榕小蜂之間存在高度專一性共生關系的判斷。

后來除了形態學手段之外，科學家還通過遺傳學、分子生物學、種群生態學等學科的手段來調查研究該專一性，發現在同一種榕樹隱頭花序內的傳粉榕小蜂可能不止一種，也發現多種榕樹其榕果能釋放出高度相似的化學物質，以此吸引同一種榕小蜂產卵和傳粉，因而打破了先前所謂的嚴格一對一專性共生關系的認識。隨著植物學、昆蟲學、分類學、生態學、分子生物學等多個學科證據的整合，現已證明榕樹與榕小蜂間的關系更常見的是多對多的關系，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卵繁殖。這種多對多的機制，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 對生物體形態結構的錯誤認識案例

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的植物。其葉的構造復雜，葉卷須尾部擴大特化成瓶狀，是捕食昆蟲的工具。“小瓶子”分泌出的氣味引誘昆蟲接近，昆蟲一旦踏上光滑的瓶口，就會滑入瓶內，被底部儲存的消化液殺死分解，變成植物體的養分。

豬籠草瓶口的上方還有一個蓋子，它有什么作用呢？許多文獻中都描述： 一旦昆蟲進入瓶內，就會觸發瓶蓋蓋住瓶口，防止昆蟲逃跑。出現這種說辭，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期，所以這種說辭便口口相傳，每個人深信不疑。

但如果親自觀察，便可以發現，豬籠草的瓶狀體未發育成熟的階段，“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出而反復開閉。之所以有瓶蓋這個結構，可能是起到防雨的作用，防止雨水灌入瓶內，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 對花粉形態的觀察記錄是孢粉學和植物分類學中的一項基礎性工作，人們利用花粉形態特征鑒定物種，探究植物起源演化和親緣關系，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，它的形態直到顯微鏡發明后，才逐漸被人們所認識。但是無論是在光學顯微鏡還是電子顯微鏡下觀察，花粉材料都要預先經過試劑處理，以此在顯微鏡下拍攝的圖片被認為是花粉的正常狀態。但這些觀察結果是否真實反映相應物種花粉的自然形態呢？目前已知用水浸泡處理后，花粉吸水膨脹，形態大多數呈現圓球形[6]；若經干燥處理觀察，則整體干癟變形，兩者相去甚遠，但都被錯誤地認為是花粉的正常狀態，影響實踐中利用花粉形態進行判斷。

當然這并非否定前人記錄花粉形態的價值，在當時科技水平之下，試劑處理后觀察記錄，已經是“最理想”的花粉觀察方式了。科技發展到了現在，顯微觀察樣品的冷凍處理技術的革新，實現了技術上的突破。最新的冷凍處理技術能在極短的時間內降溫，使花粉內的水分跳過結晶過程直接變成玻璃態，對花粉結構的破壞程度極小，幾乎沒有變形，觀察記錄的結果更為貼近真實形態(圖2)。

4 對生物學教學的啟示

學源于思，思源于疑。在學習過程中如果盡信書，不如無書。悠久的科學發展長河里，并不存在一成不變的真理，任何事物都在發展中前進。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，通過思考發現問題，結合新證據進行探索，尋找更符合實際的認識，建立起正確的科學觀念、生命觀念。教師需要引導學生認識到： 或許數十年、數百年后，我們目前引以為傲的某些認識仍會被證偽或修正，人們對錯誤認識的摒棄、對真知灼見的追求，是促使生命科學在質疑中前進的動力。