生物学与人类学的进一步发展(4)
我们还可以举出一些别的例子来说明内分泌的作用。大脑垂体虽小，在过分活跃时，却可以使身体异常高大，容貌反常，称为肢端肥大病；另一方面，如果缺乏这种内分泌物，则身材矮小，而患侏儒症。还有一种激素名肾上腺素，藏于肾上腺中，当惊悸及失却知觉之时，便会分泌，注入血液，刺激所谓内脏神经。反之，如果注射肾上腺素，就会引起通常在激动或恐惧时发生的那些生理现象。这种激素已经分离出来，其化学构造也于1901年经日本人高峰（Takamine）测定。
过去生理学多研究生物化学方面的问题而少研究生物物理学方面的问题，今天物理学方法的使用则日益广泛。例如有人用测量渗透压和沉淀率的方法，来估算蛋白质的分子量（参看256与431页）。
布拉格爵士父子（SirWilliamandSirLawrence
Bragg）研究晶体结构的方法（这个问题将在后一章内叙述），已经应用于纤维素、丝蛋白、发角质与肌凝蛋白等丝状体。阿斯特伯里（Astbury）等人发现，根据X射线的照相图，可以用分子来解释这些东西的丝状性质以及在延伸时肌蛋白与角质的可逆变化。兰格缪尔（Lang－muir）用有机物的结构式去说明它们的物理性质。这一方法又由亚当（N．K．Adam）加以发展。他发现原子在空间的排列足以说明表皮膜的各种分子的情况。
唐南（F．G．Donnan）在1911年发表了关于平衡膜的理论。他用薄膜将一个电解溶液系统分开，而这薄膜是离子中的一种——通常是一种胶体——渗透不过去的。根据这一理论，薄膜两边常有可扩散的离子作不均匀的分布，因而在两边的溶液之间，产生电位与渗透压的差异。这一理论在生物学上有许多应用。1924年，洛布（Loeb）用这一理论成功地说明了蛋白质的胶体性行，此后范·斯莱克（Van
Slyke）与其合作者解释了血流里的离子事实。
血液的化学过程与物理过程近来更加明白。血红蛋白分子中的非蛋白部分（或血红素）经证明具有四个吡咯环，为一个铁原子联接，是许多生物的呼吸物质中所共有的。在许多脊椎动物和某些其他动物的血液里，它与血球蛋白相合，成为运载氧气的血红蛋白质。差不多在所有的活细胞里，它都出现在所谓细胞色素的呼吸酶系里。维尔斯塔特（Willstatter）证明，在植物里，叶绿素分子的核基本上与血红素相似，只是以镁原子代替了铁。他发现了两种成份稍微不同的叶绿素，1934年他写出其结构式。其他金属也可进入呼吸物质中；例如多肽类的铜化合物存在于软体动物与甲壳动物之内，而钒蛋白化合物存在于被囊类海生动物体内。
在研究血液里氧运输问题的同时，人们还研究了组织里氧化问题。这些变化的复杂程度各不相同，但每一变化部包合酶对于底物分子的作用，使氢分子可以脱离出来。维兰德（Wieland）查明这个过程受到许多存在于一切活组织中的特殊酶，即脱氢酶的影响。最简单的情形是一个分子受到一个脱氢酶的作用，放出氢，与氧直接化合。在这一过程里，通常有一个或多个氢载体参加进来。这些物质可以还原，又可以氧化，因而它们可以接收并传递氢
原子。这些物质里有瓦尔堡（Otto
Warburg）的组织氧化酶，与“黄酶”（这是维生素B2与蛋白质的化合物），还有辅脱氢酶，森特-乔尔吉（Szent－Gyorgyi）的琥珀酸（丁二酸），霍普金斯的谷胱甘肽与抗坏血酸（维生素C）等。
呼吸酶研究方面的主要进展，通常是在发现某种特殊毒物对于某种酶的作用的时候取得的。例如氰化物使氧化酶不起作用，麻醉剂使脱氢酶失效，而玻珀酸的氧化遇胡萝卜酸（丙二酸）则受到阻遏。
除了食物分子由于不断地脱氧而氧化之外，组织里还发生水解作用，这就要求分解时增加水分并要求氨基分裂。克雷布斯（Krehs）近来对这些化合物经过怎样的过程成为尿素被排除出去的问题，进行了研究。一向认为尿素是氨和二氧化碳简单凝结而成的。他发现这里实际存在着一个复杂的化学反应循环。至于经过这些过程剩下来的小碎块怎样氧化而产生其余可用的能量，还不明白。细胞里二氧化碳的产生好象是由于羧化酶把它们从-C－COOH群里释放出来的缘故；它们的活动需要有辅羧化酶（维生素B1的磷酸盐）在场。二氧化碳在血液里是作为重碳酸盐输送的。梅尔德伦（Meldrum）与拉夫顿（Rouzhton）从血红蛋白里分出碳酸酐酶，这种酶使肺内含重碳酸盐的血迅速地放出二氧化碳。
细胞可以不经过氧化，而靠了发酵——即分子的无氧分解——获得能量。巴斯德发现在酵母细胞里这两个过程是互相对抗的：发酵在无氧时发生，氧化出现时就停止。肌肉内糖原分解为乳酸的过程也是这一类型的反应。肌肉的收缩就是由这一过程造成的。这一情况是1907年霍普金斯与弗莱彻（Fletcher）两位爵士发现的。近年来这个过程被分析为八个化学阶段，需要有两种物质在场作为磷酸盐的载体，而且至少为十种酶所催化。迈耶霍夫（Meyerhof）、埃姆登（Embden）与帕纳斯（Parnas）是这一领域中的主要研究者。人们还研究了淀粉通过酵母的作用变为酒精的同样复杂的发酵过程，发现其中某些阶段与肌肉反应是一致的。
在呼吸载体与细胞酶当中；我们已经提到过维生素。这些物质当中某些物质的化学结构以及它们在细胞代谢的复杂过程中所起的作用，在1939年的战争以前，由于许多国家的许多研究者的辛勤工作，已经逐渐明白了。不过在发现这些维生素以后，有一个时期，只查明一种维生素的化学结构，那就是抗佝偻病的维生素D；至于这种维生素怎样发挥调节钙和磷的代谢的功能，仍然弄不清楚。冯·欧勒在1929年发现维生素A与植物里的葫萝卜色素有密切的关系。这是一种复杂的不饱和醇类，是维持某些组织，如中枢神经系、视网膜与皮肤的健康所必需的。夜盲是维生素A缺乏病的早期症状。瓦耳德（Wald）已经阐明了这种维生素通过怎样的化学反应造成视网膜的感光色蛋白。同哺乳动物的繁殖有关的维生素E的化学结构以及可以使血液凝结，防止出血的维生素K的化学结构也查明了；它们都是醌的衍生物。
“维生素B”已经证明是许多物质的混合体。维生素B1，也称抗神经炎素，存在于酵母和植物种子之内，许多研究者都分离出它的结晶，而认为它是嘧啶-噻唑类的化合物。上面讲过，它是脱羧酶的一部分，可以分解部分氧化了的碳水化合物。正是由于这些化合物在缺乏这种维生素的情况下累积起来，才产生多发性神经炎和脚气病的特有症状。有些病人需要纯化的B1，才能治愈。###第34章维生素B2在化学上叫做核黄素，对于细胞的氧化很有关系。复式维生素B的另外一个成分是烟草酸，很多年来即知其存在于烟草之内，是辅脱氢酶的一个组成部分，可以防治吃玉蜀黍的人常患的一种名叫陪拉格拉病（pellagra，亦名糙皮病）的缺乏症。一种吡啶化合物，维生素B6可以防治老鼠常患的类似陪拉格拉病的皮炎。还有B3、B4和B5尚在研究之中，一件有趣的物种差别是：雀鸟需要B3而哺乳动物却需要B4。
B1对于动物与植物同属必需之物，尤其储藏于植物种子之内。植物能自己制造B1，有些细菌、酵母与真菌，和动物一样，需从外面吸取B1。维生素C即抗坏血酸，好象在大多数动物体内都能合成。据现在所知，只有人、猴和豚鼠缺少了这种维生素才会患环血病。就化学结构论，C是最简单的一种维生素，极不稳定，具有高度还原能力的化合物，在结构上与精相关，结构式为C6H8O6（见253页），在细胞代谢里中大概充当氢递体。它在叶绿素和发芽种子里的胡萝卜素形成以前便形成了，因而维生素C可能是综合这些基本物质的机制的一个部分。在动物体内它大量存在于两种内分泌腺里，即垂体与肾上腺皮质里。
人们一向把维生素叫做是必需的微量食物。我们也可以把它们看做是机体不能自己制造的激素，因为激素与维生素相同，也是人体各部分健康与发育必需的微量物质。关于内分泌腺所制造的分泌物或激素的研究已经成为一种专门的学科，叫做内分泌学，是界于生理学与病理学之间的一种边沿学科。
我们对于性激素的了解近年来进步很快。在早期关于睾丸激素的研究（337页）之后，阿伦（Alien）与多伊西（Doisy）又发现了一些新方法，证明对割掉卵巢的老鼠注射卵巢提取物可以恢复其雌性周期。1927年，阿舍姆（Aschheim）与宗德克（Zondek）发现怀孕动物的尿是雌性激素的一种方便来源。人们已经把四种密切关联的雌激素分离出来，而且定出它们的化学的结构，还从卵巢提出第五种最活跃的雌二醇。在黄体内发现一种相关的物质，名叫孕酮，排卵后就在卵巢之内形成与妊娠的准备和维持有关。人们还定出四种化学性质类似的雄激素的结构。1930年，马里安（Marrian）指出，不论在雄性动物体内或雌性动物体内，雄雌两种激素都有，而且这种激素还存在于植物内；一种物质既可以充当雌性的激素，也可以充当雄性的激素，观条件而定。这些性激素都是甾醇，即菲的碳氢化合物的衍生物，与略带雌激素性质的维生素D有密切的关系，而且与肯纳韦（Kennaway）等人从煤焦油提出的致癌物质有关。但是甾醇结构并不是增进雌性性欲的活动所必需的，因为多兹（Dodds）和他的同事已经从一种简单得多的碳氢化合物合成了一些能够大大增进雌性性欲的物质。
生物学与人类学的进一步发展(5)
神经系统
生理学最重要的分支之一是神经系统的研究。机体和国家一样，须单元间动作一致，才能有效率与进步，神经就是单元间的交通机构，因而是生理综合的主要因素。在这一领域中，谢林顿爵士在1906年以后的年份中进行了现代的开路先锋的工作。亚德里安（Adrian）博士为作者写了以了一节；
在最复杂的动物体内，神经细胞及由神经细胞延伸出来的纤细的原形质，形成一个中心团块，依靠周边的神经纤维与其他部分相互交通。这就是信息从感宫（接收器）传到中枢神经系统，再由那里传到肌肉和腺体的通道。神经纤维活动时，其表面常有电位差的微小改变。靠了研究这些改变（近年来还得到真空管放大装置的帮助），我们已经弄清纤维所传达的信息的种类。感觉信息与运动信息都是一串短促的“脉冲”，彼此差异很少，两者相距的远近，视刺激的强弱而定。但中枢神经系统里的变化情况究竟怎样，我们还是不得而知，有待解决的问题是发现进去的信息怎样在那里汇总而又怎样变成出去的信息使得动物以适当的动作去回答外界的刺激。
要彻底解决这个问题，就意味着从心理学的角度说明动物的全部行为，但谢林顿证明，只要研究一下简单反射与其相互作用就可以弄清神经系统的许多“整体性的作用”。例如，只有当一群肌肉的收缩伴有对抗的肌肉的松弛的时候，才有可能产生有秩序的运动，而这种情况的发生则是由于进入的信息产生了双重的作用，既使某些神经细胞兴奋起来，又“抑制了”其他神经细胞。他还证明，抑制与兴奋两种状态的时间关系可以说明为什么一个反射可以顺利而准确地继另一反射而起。在谢林顿创始这方面的研究以后，大家的注意都集中于反射，认为这是了解神经组织的钥匙，加上巴甫洛夫的工作，就造成了现代心理学机械论的趋势。
脑是中枢神经系统的最高部分，同视觉与听觉一块发展，这两个器官与远处物体相感应，谢林顿特称之为“超距接受器”。心理功能的位置在脑的一部分即大脑，而且特别是在大脑皮层。施刺激于大脑皮层的有限区域，四肢等部分便发生局部动作。弗里奇（Fritsch）与希齐格（Hitzig）在1870年首先对电刺激的效应进行了研究，后来又有些人绘出大脑皮层各区域图形并研究了各区域的反应。其中特别值得一提的有霍斯利（Horsley）、谢林顿、布朗（Graham
Brown）与黑德（Head）等人。
小脑是脑的另一部分，经人证明与身体的平衡、姿势与运动以及三者所需要的复杂调节有关。小脑接受肌肉与内耳的刺激，而作出反应。
不随意神经系统控制身体的无意识的机能。首先对不随意神经系统进行透彻研究的是加斯克尔（Gaskell，1886－1889年）和兰利（Langley，1891年及以后），他们证明这一神经系统虽然有一定程度的补助的独立作用，本质上仍然是脑脊髓系统的支脉，并且受它的总的控制。
巴甫洛夫在1910年指出，在研究高级神经作用时，不必象通常那样，引入心理学的概念。较简单机能的确定的无条件反射，可以变为受其他因素约制的较复杂的反射，但观察刺激与反应的方法仍可使用。如果一种现象经常与食物联系在一起，单单这种现象本身就能导致食物所引起的反射动作，例如开饭的铃声可以使人垂涎。这个研究方法没有涉及居间的意识的终极本性问题。但却促成了一个心理学派的诞生：行为主义的心理学，象生理学一样；在自己的研究中，对意识是不加注意的。
心理学
在十九世纪，韦伯（Weber）等首先把实验方法应用于心理学。由于在心理学中采用实验方法，以后的研究者就创立了一种可以明确列入自然科学之列的心理学。视、味、嗅、触等感觉的灵敏度，可以用机械的方法测量。比较复杂的同类测验，可以估计记忆、注意、联想、推理与其他心理功能；还有一套测验可以用来研究疲乏，对于刺激的反应，手眼间动作的配合。例如芝加哥凯洛尔（Kellor）女士就进行了一些实验来研究情绪对呼吸所产生的影响。结果她发现黑种女人不象白种女人那样容易受到影响。在这种研究中，心理学都使用了自然科学的客观的与分析的方法。