生 命 奇 葩-第6部分
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——光合作用的发现
在我们生活的地球上，生长着无数的绿色植物，这些绿色植物对于人类
有着重要的价值，它们就像一座奇妙的“绿色工厂”。在绿叶这个“车间”
里，通过叶绿素这架“机器”，利用水和二氧化碳为“原料”，加上阳光作
为“动力”，生产出了供全世界50亿人口、上百万种动物直接或间接赖以生
存的“产品”——氧气和淀粉等碳水化合物。这就是人们已经非常熟悉的绿
色植物光合作用的原理。然而，揭示“绿色工厂”之谜的过程，却历经了200
多年的漫长岁月，倾注了几代人毕生的精力。
拉开历史的帷幕，我们回到遥远的17世纪。1629年，荷兰科学家海尔
蒙做了一个很有意思的实验：柳树是“吃”什么长大的，试图以此揭开植物
靠什么生长之谜。他把一棵重2。25千克的柳树栽到一只装有90千克泥土的
桶里，然后只浇雨水，不加任何其他东西。5年以后，小柳树长大了。海尔
蒙把柳树挖出来，抖干净泥土，称一称重量，柳树竟长到85千克，而晒干以
后的泥土重量只减少了约60克。显然60克泥土是“变”不出80多千克柳树
的。那么柳树究竟是“吃”什么长大的呢？因为除了泥土之外，柳树得到的
唯一的东西就是水。这样，海尔蒙为我们找到了“绿色工厂”开工的原料之
一——水。但是，海尔蒙的认识却只限于这一点。那时，他还不知道光合作
用是怎么回事，而给人们留下了继续探索的问号。
1771年8月的一天，一向对气体感兴趣的英国化学家普利斯特列做了一
个实验。他在一只大瓶内点燃了一支小蜡烛，然后将瓶口盖住。过了一会儿，
蜡烛熄灭了。这时，他把一只小白鼠放进瓶内，小白鼠很快死去。当时，普
利斯特列认为燃烧后瓶中的空气变“坏”了，所以小白鼠死了。普利斯特列
设想了很多使燃烧后的“坏”空气重新变好的方法。他设想用水来净化空气，
但没成功。他又想用植物来试试。他在蜡烛燃烧后的瓶子里放进一根活的薄
荷枝，几天以后，薄荷枝长得很好，叶子也平展展地伸开来。再放进一只小
白鼠，盖上盖子，小白鼠也欢快地跑来跑去。一枝小小的薄荷枝居然有如此
奇妙的本领！于是，普利斯特列认为：植物能把燃烧后变“坏”的空气再变
好。他喜出望外地把自己的实验写成论文，告诉世人：绿色植物可使燃烧后
的“坏”空气变好，这种好的空气是动物和人生存所需要的。
普利斯特列虽然还不知道他发现的气体是什么，但他确实找到了“绿色
工厂”的产品之一——氧气。
普利斯特列的意外发现像长了翅膀，立刻传遍了四面八方，引起了许多
人的兴趣，人们纷纷重复他的实验，但得到的结果却不太一样。有的时候绿
色植物能把坏空气变好，有的时候却不能。普利斯特列也在重复着自己的实
验。有一次，当他参加庆祝会回来时，已经是快深夜了，兴奋使他失去了睡
意，他点着蜡烛，重复做起了他的实验。这一次他却得到了相反的结果：小
白鼠在放进一根薄荷枝的坏空气里，很快便一命呜呼了。这令普利斯特列非
常费解。
就在人们百思不得其解的时候，荷兰医生英杰豪斯的实验为人们打开了
天窗。1779年，英杰豪斯在伦敦近郊租了一所别墅，在整个夏季的3个多月
里，他做了500多次实验。他用一个盛水的大烧杯，把绿叶或水草浸在水里，
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水草上面扣上一个玻璃漏斗，漏斗管上再倒扣一个试管 （这一装置就如同中
学生物学课本中“光合作用产生氧气的实验”装置一样）。然后，他把这个
大烧杯放到阳光下，不久，漏斗里就有小气泡上升，等试管里收集了一大半
气体后，他就用带火星的小木条放到试管中，顿时木条复燃，而且火焰很亮。
如果把这个实验放在暗处做，漏斗中就没有气泡产生。他发现自己似乎得到
了这样的结论：植物只有在阳光下才能把坏空气变好，而在黑暗中却不能。
为了进一步证实这一点，英杰豪斯做了大量的观察和实验。他分别选取房屋
的阴面和阳面，高楼或树木的阴影下，太阳光升到地平线后，夕阳西下以后，
晴天或阴天等等各种不同的条件，反复多次进行研究，结果都是相同的，即
太阳光参与了绿色植物把“坏”空气变好的活动。
至此，普利斯特列实验的真相大白：空气变好变坏的关键，在于绿色植
物是否得到阳光的照射。同时，“绿色工厂”开工的“动力”问题得到解决。
英杰豪斯的实验结果是令人振奋的，但他最终还不能解决另一问题，就
是，在封闭的瓶子里，小白鼠和绿色植物为什么能够长期共存呢？绿色植物
以什么作为自身的营养物质呢？回答这个问题的是瑞士的牧师谢尼伯。
谢尼伯虽然以传教为业，但对于植物学却非常感兴趣。他继续研究着普
利斯特列和英杰豪斯的实验，直到3年后的1782年，他才发现植物在阳光下
不仅能使“坏”空气变好，而且能够把坏空气作为自身的养料。这样，封闭
瓶中小白鼠和绿色植物长期共存的问题立刻迎刃而解。“坏”空气（即二氧
化碳）作为“绿色工厂”开工的另一基本“原料”开始得到承认。
这样，“绿色工厂”的“原料”、“动力”和“产品”三大秘密由不同
国籍、不同职业的人，通过辛勤的劳动相继揭开了。然而，“绿色工厂”的
另一个重要的“产品”——淀粉又是怎样被认识的呢？
德国植物生理学家朱里斯·萨克斯是认定淀粉是“绿色工厂”的“产品”
的第一人。朱里斯·萨克斯是一个酷爱植物的科学家，他对植物的生长和生
活习性特别感兴趣。一天清晨，他在给花草浇水时，望着千姿百态的绿色植
物沉思：如果绿色植物的“工厂”真的开在叶片里，那么叶片里一定有其合
成的化合物，如果这化合物是淀粉的话……淀粉通常不溶于水和酒精，但一
遇到碘，就会显出蓝色来。为何不试验一下，验证这叶片里到底有没有淀粉
呢？
他摘下几片天竺葵的叶子，把它们洗干净，放到盛有酒精的烧杯里加热，
使叶肉里的叶绿素溶解在酒精中。这时，叶片变成了黄白色，再用水冲洗一
下，滴上一滴碘酒，果然叶片显现出了蓝色。朱里斯·萨克斯高兴得跳了起
来，他证实了“绿色工厂”就开在绿叶里，并且它的“产品”之一是淀粉。
当天晚上，他就选取了一盆天竺葵，开始了更进一步的实验。他用不透
光的小黑纸片把一片绿叶遮蔽起来。第二天，把这盆天竺葵放在阳光下照射
几小时。然后，他把被黑纸片遮蔽的叶片和没被遮蔽的叶片同时摘下，也用
上面的方法进行实验。结果，滴上碘酒以后，没有遮光的叶片变成蓝色，而
遮光的叶片显现黄色。这说明植物要制造淀粉，必须借助阳光。
接着，朱里斯·萨克斯循着瑞士牧师谢尼伯的思路，即绿色植物既能把
坏空气变好，又能把坏空气当作自身养料这一结论，用简陋的实验证明了这
个“坏”空气（二氧化碳）就是植物制造淀粉的必需原料。
这样，朱里斯·萨克斯以三个关键性的实验，总结了19世纪以前科学家
对“绿色工厂”的探索，进一步验证了海尔蒙、英杰豪斯、谢尼伯分别提出
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的关于水、二氧化碳和阳光是“绿色工厂”必需条件的理论是正确的。
直到1896年，法国科学家贝尔纳斯才在前人的研究基础上，给绿色植物
这一独特的生理化学过程命名为“光合作用”。光合作用用化学语言来表达
就是：
纵观科学家探索“绿色工厂”之谜的历史，我们可以知道：一个人要在
某些方面取得成就，总是离不开前人所打好的基础。科学是有继承性的。正
如牛顿所说：“如果说我比别人看得远些，那是因为我是站在巨人肩上的缘
故。”
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人是由“猴子”变来的
——达尔文创立进化论
1831年12月27日，一艘英国海军所属的皇家勘探船贝格尔舰由英国德
翁港向着美洲大陆扬帆远航了。贝格尔舰将进行一次环球航行，主要任务是
测绘南美洲东西两岸和附近岛屿的水文地图，完成环球各地精确的计时测量
工作。船上有一位年轻的博物学家，他就是后来成为伟大的进化论奠基人的
查尔斯·达尔文。他在这次环球旅行中的主要任务是考察了解各地的地质和
动植物资源情况。当时的达尔文还只是位刚从神学院毕业的年轻的博物学
家，为了得到这次机会，他几经周折，说服了固执的父亲，终于踏上这满怀
希望和幻想的旅程。他实在太想认识这纷繁的世界，了解这充满神秘色彩的
大自然了。
达尔文1809年2月12日出生在英国塞文河畔的一个名叫施鲁斯伯里的
小镇上，父亲是当地一位有名望的医生，祖父是位博物学家。达尔文从幼年
起就对自然科学有着特殊的爱好。7岁时，他就开始搜集植物和昆虫。8岁时，
他进了镇上的一所小学读书，第二年便转入一所中学——巴特勒博士学校读
书，这个学校只教一些古代地理、历史和一些难懂的古典语言，达尔文对这
些课程毫无兴趣，只对诗歌还比较爱好，所以他也只是个成绩很一般的学生。
然而，在课外学习中达尔文却是一名勤奋好学的好学生。他向一位家庭
教师学习几何学；向叔父学习气压计的原理。除了学习自然科学，他还饶有
兴趣地阅读了各种各样的书籍，如莎士比亚的历史剧和各类诗歌，他祖父所
写的《动物生理学》，以及孩子们都喜欢的《世界奇观》等等，心中产生了
对自然科学的兴趣，希望将来有一天能到遥远的地方去考察。
博物学是动物学、植物学和地质学的总称。小小年纪的达尔文，对博物
学有着浓厚的兴趣。在学校生活的早期，他就狂热地搜集昆虫和植物，并想
给它们分类。他甚至对植物的变异也产生了极大的好奇心。
有一天，他拿着一朵花到学校，遇到一位叫赖顿的同学。
“告诉你一个秘密，我能改变花的颜色。”达尔文很神秘地说。
“是吗？你用什么办法呢？”赖顿有些怀疑，但很感兴趣地问。
“我用不同颜色的水浇花，就可以开出不同颜色的花朵。”达尔文笑着
回答。
可事实上，他从未实验过，这只不过是一种想象而已。
10岁时，达尔文到威尔士海边玩耍，遇到一些大昆虫和许多飞蛾，这是
他在城里从未看到过的。于是，他被这些昆虫迷住了。他想：“这些昆虫和
城里的昆虫种类不同吗？这里为什么会有这么多昆虫呢？”他仔仔细细地观
察它们，并下决心开始搜集所有能找到的昆虫。
他还搜集各种各样的东西，如贝类、钱币、矿物、书信的印章等。他的
小卧室简直成了一个小型博物馆。在每一件“展品”上，他都仔细地拴上了
标签。
在学校生活的后期，达尔文特别喜欢打猎，尤其喜欢打鸟。可他打鸟并
不是因为好玩，而是为了搜集鸟类。他认为搜集鸟类是最高尚的活动。他还
特别喜欢观察鸟类的生活习性，常常天不亮就去寻找鸟和鸟蛋，并对它们的
生活习性做记录。
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达尔文对博物学的热爱，得到了舅舅的鼓励和支持。他告诉达尔文：“只
做个摘记是不够的，你可以把自己当作一个画家，但还要使用文字，而不光
是用画笔与颜色。当你描述一种蝴蝶，甚至一种苔藓的时候，你必须使别人
能够根据你的描述，立刻辨别出这种东西来。”在达尔文16岁生日时，舅舅
还送给他一本《塞尔伯恩博物学》，这使他兴奋不已，更加酷爱自然科学。
对自然科学的广泛、特殊的兴趣，对达尔文后来研究生物进化问题非常
重要。因为在科学的道路上，兴趣是获取知识的动力。有了兴趣，就有了求
知的激情，就会产生强大的毅力，去探索大自然无穷无尽的奥秘。
1825年秋天，年仅16岁的达尔文遵从父命，到爱丁堡大学学习医学。
可由于教授们的课大多讲得极其乏味，激发不起达尔文的兴趣。他甚至不忍
心看到对一个孩子施行截肢手术。但他对博物学的爱好和兴趣依然不减。由
于他“不务正业”，违背父亲的心愿，在爱丁堡大学度过2年后，父亲又不
得不把他叫回来，重新安排他的前程。
父亲决定让他将来当一名乡村牧师。经过一番补习后，又把他送进了剑
桥大学基督学院。这就意味着他将要成为一个虔诚的基督徒。达尔文想，当
一名牧师也好，可以借闲暇时间读书，探索生物界的秘密。
在剑桥的学习是很认真的，他的毕业考试获得了良好的成绩，名列第十，
获得了神学学位。当时，达尔文一点儿也不怀疑《圣经》上的每一个字都是
准确的真理，他成了一名地地道道的神学教徒。
在剑桥大学学习期间，达尔文阅读了洪堡德的《南美旅行记》。洪堡德
是18世纪末到19世纪初的一个伟大的科学探险家，《南美旅行记》是他的
科学考察记�
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