第126篇 贝尔纳与细胞学说的建立

杨鸿智

第126篇  贝尔纳与细胞学说的建立
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一  细胞理论的最后完成者—贝尔纳
在现有的生物学史和医学史中，认为细胞理论是由施来登和施旺创立的，并到此为止。这种分析陈述是不全面的。施来登和施旺两人“创立”细胞理论是事实。但是，细胞理论还有一个“最后完成”的问题。这个问题没有引起研究者的注意。按现在系统理论的观点，细胞理论是机械论、还原论的产物。将复杂的生命运动归结为细胞的活动是片面的，不正确的。细胞只不过是生命系统中的一个物质层次。细胞处于复杂的相互作用之中。正是这些相互作用，才反映了生命的本质。而一个细胞自己的单纯的状态，并不能代表整体的状态。系统论与还原论是根本不同的两种观点。当我们站在系统论立场上指出还原论错误的同时，也应该认识到还原论产生的时代背景和历史必然性。我们不可能要求在当时科学水平的人们产生系统论思想。但是，当我们回顾历史的时候，却惊喜地发现，尽管当时的人们无法一步走到系统论的程度，他们还是在潜意识中感觉到单纯的细胞理论距生命整体较远，并缺少可操作性。无法在临床数据中广泛应用。正是为了解决细胞与整体之间的关系，法国的贝尔纳创立了一套“内环境平衡”的理论。这个理论以细胞理论为核心，解决了细胞与整体之间的关系问题，使细胞理论在临床实践中得以实行。（即“初步给出一个说法”。不论这个说法正确与否，它的意义在于“可以按此方向行动”。正确与否是一回事，能否行动是又一回事。）也正因为在临床实践中得以实行，才最终确立了细胞理论的存在。因为贝尔纳的工作，临床医学正式进入细胞医学阶段。与此同时，贝尔纳所倡导的实验方法，也被现代医学所接受。现代医学又称为细胞医学和实验医学。这都是与贝尔纳的工作分不开的。现代医学有许多开创者，而贝尔纳是现代医学的定型者、完成者。可以相当于物理学中的牛顿。当然，贝尔纳没有牛顿那么大的名气。正因为如此，贝尔纳去世时，在法国得到国葬的最高礼遇。
二  生平介绍
贝尔纳（Claude Bernard，1813～1878），法国实验生理学家。出身于圣儒利昂一个贫苦的农民家庭。
1813年7月12日生于维勒弗朗什
1831 年在里昂当药剂师学徒，
1834年，贝尔纳进入巴黎医学学校。不久成为当时著名科学家马根狄的助手。马根狄擅长于活体解剖，极力主张用物理化学方法阐释生命现象。贝尔纳在他手下受到了良好的训练，并且青出于蓝而胜于蓝。他在40年的科学生涯中，生理学方面的发现是无与伦比的。
    1839年作实习医生时期即到生理学教授F．马让迪实验室帮助工作。
1841年成为法兰西学院著名生理学家马让迪的实验室助理。但是，青出于蓝而胜于蓝，贝尔纳在许多方面超过了他的老师，这不仅表现在活体解剖技术方面，也表现在他那高超的理论概括能力方面。两年后他取得了医学博士学位。
1843年医学院毕业。获医学博士学位，
1846年发现胰液在脂肪消化吸收中的重要作用；证明营养包括 3 个过程：消化、被消化物的运输及燃烧；
??贝尔纳第一项重要研究是关于胰脏的消化机能。通过实验他第一次从胰脏中分离出三种酵素，分别促进三类有机物（糖、蛋白质、脂肪）的水解，便于肠壁吸收。因此他确定胰脏是最重要的消化腺，修正了旧时以胃为最主要消化器官的错误。除了消化机能外，他还发现了胰脏的内分泌机能，对现代内分泌学的建立做了开创性的工作。关于胰脏的研究还为贝尔纳发现和证实肝糖原的合成功能作了良好铺垫。
1847年，贝尔纳获得了法国科学院实验生理学奖。年底成为马让迪的正式助手。
1851年发现血管收缩神经，
1852年马让迪退休后，他接替马让迪成为法兰西学院生理学教授和生理实验室主任。
1853年3月取得巴黎大学动物学博士学位。曾在主宫医院和法兰西学院当实习医师，后任巴黎大学生理学教授，并被选为科学院院士、医学科学院院士。早期研究消化生理，
1854年被选为法兰西科学院院士
1857年提出“内环境”概念，认为内环境的稳定是独立生命的前提。
??有机体自身具备周密而灵活的调节机制是贝尔纳生理学的核心观念。沿着这条思路他发现并阐明了血管舒缩神经的功能。血管舒缩神经可以使血管舒张或收缩从而改变血液的流量，而血流量和血液成份一样和机体的许多功能活动相关。1857年，贝尔纳提出了“内环境”（milieu interieur）概念。他集出色的实验技巧和卓越的科学思维能力于一身，逐步充实和发展他自已的思想。他认为动物的生活需要两个环境：肌体组织生活的内环境和整个有机体生活的外环境。细胞和组织只能生活在血液或淋巴构成的液体环境中（即组织液），不可能像整个有机体一样直接与外界环境接触。组织液不仅为组织提供营养，而且也是细胞或组织之间相互联系的主要通道。对高等生物来说内环境的相对稳定是生命能独立和自由存在的首要条件。内环境的稳定意味着高等生物是一个完美的有机体，能够不断地调节或对抗引起内环境变化的各种因素。
在大量生理学实验基础之上，贝尔纳提出了“内环境恒定”学说。贝尔纳认为，复杂的动物身处两个环境之中，一个是外环境，生物体置身于其间；另一个为内环境，是身体组织的各个部分赖以生存之处。在外环境中，并不发生生命进程中的那些活动，生命的进程只发生在液相的内环境中。他用一句名言高度概括总结了这一思想：“内环境的恒定是自由和独立的生命赖以维持的条件。”在高等动物体内，体温和血液中酸碱度的恒定等，都是内环境恒定的具体体现。由此高等动物才能在瞬息万变的环境中维持自己特定的生命活动，而那些低等动物，如两栖、爬行类的蛇等，因缺乏恒定的体温调节机制，故而只能以“冬眠”的形式度过寒冬。贝尔纳认为，在高等动物中，内外两个环境之间存在着相当密切的内在联系，以致于在它们之间建立起的平衡就像有一架极为灵敏的天平在持续地和精确地补偿着一样。贝尔纳这一出色的思想引起了20世纪生理学家们的广泛共鸣。本世纪美国生理学家坎农以“内稳态”这一词来刻画内环境恒定的机制，并以丰富的实例证实了这一机制。更重要的，从“内稳态”这一机制中还引伸出了许多新的概念和术语，如反馈、回路、伺服机构等，它们是控制论思想的先驱。
在此意义上，贝尔纳不仅仅只是一位以卓越的活体解剖技术而著称的实验生理学家，他还是一位具有理论头脑的生物学家。他的名著《实验医学导论》至今仍享有崇高的声誉。贝尔纳不愧为现代实验生理学的奠基者。
内环境是体内细胞生存的直接环境，细胞对这个内环境的要求是苛刻的。它们要求一定的温度一定的PH，一定的渗透压，总之，一定的物理条件和化学条件。但细胞本身的代谢活动不断地将热和CO2以及其他代谢废物排放到内环境中，同时又从内环境中吸收O2和营养物质。这些都会使内环境的物理性质和化学性质发生变化。此外，生物体所处的外界环境是经常变化的。外环境的变化也会影响内环境。这些情况说明，内环境的稳定只能是动态的稳定，是在一定范围内的稳定。生物能够通过多种调节机制，使内环境的变化在很小的范围内浮动。例如，人在正常活动下，每日产热量为12.55×106J。而体温变化范围不过36.5℃～37.5℃；人每日代谢要产生大量的二氧化碳，但血液pH的变动却只限于7.35～7.45之间；人输血200mL之后，很快血量就恢复到正常。
内环境稳定这一概念是十九世纪法国生理学家贝尔纳提出的。他指出，动物保持它的内环境稳定的能力是它生存的条件。又说，所有的生命机制，尽管多种多样，只有一个目标，就是保持内环境的稳定。后来美国生理学家坎农根据大量定量的实验研究，提出了“内稳态”或“稳态”一词。他指出，这个词不是表示某种固定不变的事物，不是一种停滞状态，它表示一种可变的而又保持相对恒定的状况。
维持内环境稳定的主要调节机制是反馈。所谓反馈，简单地说，就是一个系统本身工作产生的效果反过来又作为信息进入这一系统，指导这一系统的工作。例如，夏日炎炎，体内产生的热引起发汗而使体温不至于上升；各种酶促使反应的产品积累到一定数量时，反应就达到平衡，如果把产品取走，反应又可进行。这两例都是反应的产品反过来抑制反应的进行，是“负反馈”。另一类是反应的产品促进反应的进行，是“正反馈”。很多正反馈都是有害的，因它常导致失控。例如，当病人体温升高到40℃，负反馈机制被破坏而发生正反馈时，热量产生更多，体温继续上升，病人可因此导致死亡。
生物体的调节机制十分复杂，生命的一切过程都是处于生物体本身的调节控制之下的。一个小小的简单活动，例如，抬脚迈步，就涉及多块肌肉的协调活动。生物体的代谢、生长、生殖、发育等十分复杂的过程之所以有条不紊地进行，正是由于生物体具有自我调节控制的能力。有了这种自我调节控制的能力，生物体才能作为一个整体，表现完整有序的生命过程。
稳态(homeostasis)是内环境恒定概念的引伸与发展。内环境恒定概念是19世纪法国生理学家贝尔纳(Claud Bernard)所提出。他认为机体生存在两个环境中，一个是不断变化的外环境，一个是比较稳定的内环境。内环境是围绕在多细胞动物的细胞周围的细胞外液。内环境的特点是其理化特性及其组成分的数量和性质，处于相对恒定状态，为细胞提供一适宜的生活环境，也是维持生命的必要条件。“内环境恒定是(机体)自由和独立生存的首要条件”，这是贝尔纳对生命现象的高度概括。稳态即相似的状态，是美国生理学家坎农(W.B.Cannon)于本世纪20年代末提出的，是内环境恒定概念的引伸和发展。在坎农时期，稳态主要指内环境是可变的又是相对稳定的状态。稳态是在不断运动中所达到的一种动态平衡；即是在遭受着许多外界干扰因素的条件下，经过体内复杂的调节机制使各器官、系统协调活动的结果，这种稳定是相对的，不是绝对的，一旦稳态遭破坏，就导致机体死亡。随着控制论和其他生命科学的发展，稳态已不仅指内环境的稳定状态，也扩展到有机体内极多的保持协调、稳定的生理过程，例如生命活动功能以及正常姿势(直立以及行路姿势)的维持等；也用于机体的不同层次或水平(细胞、组织器官、系统、整体、社会群体)的稳定状态；以及在特定时间内(由几毫秒直至若干万年)保持的特定状态。稳态不仅是生理学，也是当今生命科学的一大基本概念。它对控制论、遗传学(基因的稳态调节)、心理学(情绪稳态等)、病理学、临床医学等多种学科都有重要意义。
??关于内环境相对稳定及其调节机理，贝尔纳掌握了一些实验证据，但更多的是天才的推断和猜测。他的这一超时代的思想，其同时代人是很难理解的。一个世纪过去了，人们清楚地看到贝尔纳的思想代表了现代生理学发展的基本方向，并且在继续影响生理学的发展。人们才清楚地意识到1867年贝尔纳出版的14卷本《医学实验生理学教程》把生理学从整体上提高到了一个新的水平。贝尔纳被公认为生理学界最伟大的科学思想家。所谓科学思想家不是单纯的科学家，不仅埋头于一个个具体问题的研究，而且有自己特有的思想指导自己的实践。科学思想家也不是单纯的思想家只凭推理得来整齐的体系或建立空中楼阁。贝尔纳之后，美国生理学家亨德森和坎农等继承和发展了他的思想，科学地揭示了内环境
1857年，也就是发现和证实肝脏的糖原生成和转化的那一年，当时流行的理论是动物所需的糖分从食物中吸收，通过肝、肺或其他一些组织而分解。为了证实这种理论，贝尔纳用狗作实验。他用碳水化合物和肉分别喂狗，几天之后把狗杀死，他意外地发现它们的静脉中都有大量的糖分。这种现象引起了他的深思。进一步实验终于使他发现了肝脏的糖原合成与转化功能。他还发现当血液中血糖含量增高时，肝脏可以将血糖转化成糖原贮存起来；反之，肝脏可以从别的物质合成的糖原并将糖原转化成血糖进入血液。肝脏可以调节血糖水平，使有机体处于相对稳定的状态。这使贝尔纳意识到有机体各部分都是相互协调的。肝脏糖原合成和转化功能的发现不仅刺激了贝尔纳“内环境”概念的提出，而且使人们认识到动植物在生理上的统一性。
他发现：肝脏有生成糖元的功能、血管舒缩受神经控制、胰液能消化脂肪、美洲箭毒的性质和作用，以及一氧化碳的毒性等。他摒弃了当时公认的动物血中的糖直接来源于食物以及动物不能合成多糖的认识，用大量实验事实表明：血中的糖不是直接来自食物而是来自肝脏，肝脏能把葡萄糖合成糖元储存起来，肝糖元又可分解成葡萄糖送回血液，供机体所需。他对A．L．拉瓦锡的“呼吸是缓慢的燃烧（即氧化作用）”的见解作了重要补充，认为生物体内的氧化过程不是氧和碳的直接燃烧，而是通过酵素作用发生的间接氧化。氧化的地点不仅是肺，并且是身体的全部组织。他不同意当时流行的“活力论”，而坚信生命力就是化学力。
1858年发现血管舒张神经。对药物及毒物代谢也有研究，发现箭毒可阻断神经-肌肉接头； 一氧化碳中毒是一氧化碳取代了红细胞中的氧。他视人体为统一的功能体，各部分的不同功能密切相关，
1861年被选为医学科学院院士。1864年被选为伦敦皇家学会会员。
1865年出版的他的《实验医学导论》一书被认为是生理学发展史上的一个里程碑。
1868年转任自然博物馆的生理学教授。
1869年被选为法国科学院院士。任法兰西科学院院长。
贝尔纳在实验生理学方面作出了重大的贡献，他首次发现了胰液的消化作用、肝的产糖功能、血管的舒缩系统以及某种毒药如南美箭毒的作用机理。此外，贝尔纳还提出了“内环境恒定”学说，对以后控制论概念的形成产生了深远的影响。
著作有《实验医学研究导论》、《胃液及其营养上的作用》、《胰液对脂肪消化的功能》、《交感神经对脉管运动的意义》、《肝脏的造糖》等。
1878年2月10日卒于巴黎。


三  贝尔纳事迹中几个值得注意的重点
1贝尔纳的实验室
19世纪初，法国是实验研究的中心，例如：以精密量计著称的法国工艺学院（CNAM）早在1793年就已成立，开始大概是作为博物馆之类的场所，1829年建成实验室。但即使在法国，条件也是很差的，科学家仍然是在相当艰难的情况下从事实验工作。例如：著名实验生理学家贝尔纳（C.Bernard）工作在潮湿的小地窖中，他甚至管这个地方叫“科学研究者的坟墓”。盖吕萨克的实验室也是在地下，他为了预防自己受潮，整天穿着木底鞋。当时，这些实验室都是私人所有，要购置必要的仪器设备，没有足够的钱财是不可能的。所以，只有出身于“家产万贯”的富裕人家的子弟才能进行物理实验。物理学家往往把自己的仪器设备看得非常宝贵，有的仪器被打磨得铮亮，有的精心油漆，妥善地摆放在玻璃柜中。杜隆（Dulung）几乎把自己全部财产都化费在购置仪器；菲涅耳为了做他的实验，付出了大量资财；傅科的许多实验也是在家里做的；电流磁效应发现不久，学者们聚集在安培的住宅门前，为的是一睹通过电流后使磁针偏转的细铂丝。直到1868年，由于德国明显地有超过法国的趋势，才使法国政府认识到应该对科学家的工作提供必要的支持。最有名的一件事是，拿破仑三世亲自下令，给上面提到的贝尔纳专门建立一间实验室。
2从实验中来  到实验中去
19世纪法国的实验生理学领域还是一派荒芜的景象，各种错误的假说蔓延，遮蔽了人们正确的视线。贝尔纳的老师马让迪曾有一句名言：在进入实验室之前，请把各种假说连同你的大衣留在门外。显然，马让迪对实验方法的重视犹如一股清新之风，为实验生理学的复兴带来了生机。然而，正是依靠贝尔纳杰出的活体解剖技术，实验生理学才结出了丰硕之果。
贝尔纳的第一个发现是胰液在脂肪消化方面的作用。这是由一次偶然机遇导致的发现。一天，从市场买回来的兔子被带到实验室，恰巧碰上它们在桌子上撒尿。贝尔纳发现，它们的尿液是清澈和酸性的。通常食草类动物的尿液应是混浊的和碱性的，只有食肉类动物才有清澈、酸性的尿液。这是怎么回事呢？贝尔纳经过思考后认为，这必定是由于当时的兔子正处于食肉类的营养状态。它们可能很长时间没有吃东西了，正依赖于消化体内的脂肪而生存。为了证实这一假定，贝尔纳立刻给兔子喂草吃，数小时后，尿液就混浊而呈碱性了，然后又给它绝食，尿液再次呈清澈、酸性。多次的重复总是得到相同的结果。
接着，贝尔纳改变了做法。他给兔子吃熟的冷牛肉，然后进行解剖，以观察这些牛肉是否已经消化。结果他发现白色的牛奶状的淋巴液首先是在十二指肠的更低部分，大约幽门下30厘米处。这个事实立刻吸引了贝尔纳。因为他在解剖狗时，首先见到淋巴液是在十二指肠的更高部位，即在靠近幽门处。在做了更仔细的观察以后，贝尔纳终于发现，这种差异与胰脏的位置有关。胰脏正位于淋巴液开始含有乳糜的地方，而乳糜是脂肪乳化后的产物。现在在兔子这里，白色的乳糜形成于胰液流入肠的地方。因此，正是胰液使得脂肪乳化形成乳糜。
但是，贝尔纳还不满足。他认为从实验中得到的假说还需再回到实验中去加以证实。他希望获得胰液起消化作用的直接证据。但是，胰液与唾液和尿液不同，它不能自然地流至体外；相反，胰脏位于腹腔的深处。这样，贝尔纳只得借助于活体解剖技术来获取足够数量的胰液。贝尔纳发现，当这些胰液与植物油或融化的脂肪相混合后，就会立即持续地乳化，尔后又会借助特殊的酶使脂肪酸化，并将其分解为脂肪酸、甘油等。这可以说是胰液具有消化脂肪功能的首次发现。
如果说，胰液消化作用的发现是缘于偶然的线索，那么贝尔纳的有些实验则一开始就出自于精心的设计。对南美箭毒的研究就是一例。这种箭毒通过伤口进入动物体内并迅速地使动物死亡。但是，对其致死机理人们却一无所知。动物临死前没有震颤，没有吐泡沫，也没有狂喊。于是，贝尔纳着手做一系列实验。1844年，他用青蛙作实验材料，对中毒死亡的青蛙作解剖，结果发现其心脏仍在跳动，血液正常，肌肉也保持正常的收缩性，然而刺激它的神经却没有引起肌肉运动。多次的实验均是如此。贝尔纳从中得出结论：引起死亡的真正原因在于控制呼吸肌的神经不再起作用；而心肌因有其固有节律，故仍能跳动。所以，动物是死于窒息。
通过箭毒中毒实验，贝尔纳证明了肌肉具有自主兴奋性。他用箭毒破坏神经和肌肉之间的连接，发现肌肉仍有收缩反应。对此，贝尔纳作了一系列的推理：箭毒没有伤害肌肉，也没有伤害神经，但是它阻止了通过神经引起的肌肉兴奋，因此箭毒必定作用于神经和肌肉相连接的地方。犹如层层剥笋，贝尔纳在实验的基础上通过推理，一步步地接近了问题的本质所在。
这些实验典型地反映了贝尔纳的工作风格。这就是从实验中捕捉线索，进而提炼出假说，然后再把这一假说通过实验来加以证实，由此得到一个新的发现。

3走自己的路 由别人去说
如前所述，贝尔纳的实验主要是通过活体解剖技术来完成的。然而，由于种种误会和猜忌，活体解剖技术在当时声誉不佳，尤其是某些宗教界人士对活体解剖持敌视态度。贝尔纳的妻子对宗教极为虔诚，因此她极力反对活体解剖。多年的焦虑、与妻子的争吵以及长期在又冷又潮的地下实验室里工作，严重地损害了贝尔纳的健康。然而，各种偏见以及不公正的待遇（活体解剖的实验室只能位于地下室）并未使贝尔纳畏惧和退缩，他义无反顾地献身于这项事业，因为他坚信：“只有通过实验才能建立生命的科学。我们只有在牺牲了某些生命之后，才有可能将生命从死亡中拯救出来。”所以他认为，“生理学家不是一个时髦人物，而是一个科学人物。他被自己所追求的科学思想所吸引，再也听不到动物的喊叫声，再也看不到流淌着的鲜血。他所看到的只是自己的科学观念，他所感到的只是那些他想去探索的隐匿于生物体中的奥秘。”这就是一个高尚的科学家的情怀。为此，他敢冒天下之大不韪，走自己的路，由别人去说。

四  王志均在《生命科学今昔谈》书中关于贝尔纳内环境稳定问题的论述：
贝尔纳认为，机体生存在两个环境中。一个是不断变化的外环境，另一个是比较稳定的内环境。内环境是围绕在细胞周围的体液，包括血液、淋巴、组织液等。深居于机体的内部，为机体的细胞提供了一个适宜的生活环境。内环境本身的一个很大特点，就是它的理化性质变动得非常小。例如它的组成成分的数量和性质，都是相当恒定的。如从狗的血清和组织液内所含的离子相对成分来说（以Na为100来计算）则K为6.62，Ca为2.8，Mg为0、76，Cl为139，而且，所有哺乳动物和人其血清和组织液中的离子成分非常相近。再如血液的pH，正常时为7.4。它的变动范围一般仅在7.35—7.47。最大变化范围在7.0—7.8。超过这个限度，机体就不能生存了。这是多么令人惊奇的稳定程度。这里不妨再举一个例子。18世纪英国的一个实验生理学家勃来登于1775年进行的实验指出：如果空气干燥，人可以在120℃室温下停留15分钟，并无不良反应，体温仍可保持稳定。在此温度下，只用13分钟，就可使一盘牛肉烤熟。这说明人或高等动物维持体温恒定的能力是极强的。（但是需要注意，若在湿度饱和的空气中，室温虽然只有48—50℃，人只能耐受很短的时间。这是因为汗液不能蒸发的缘故。）也正是因为内环境变动得非常小，就能在机体的外环境不断变化的情况下，使细胞有更大的活动自由。贝尔纳还观察到，高等动物机体许多特性保持的恒定程度比低等动物的要大。他认为，这种差异是由于在进化上逐渐发展了一个内环境的缘故。根据这些观察，他总结出一句话：“内环境恒定是机体自由和独立生存的首要条件。”这被有识之士认为是贝尔纳对生命现象高度概括的具有丰富内容的一句名言。贝尔纳认为身体内所有的活命机制，尽管种类不同，功能各异，但是只要一个目的，那就是：使内环境保持恒定。这也是他的一个高度概括的极为精辟的见解。因为一旦内环境恒定遭到破坏，生命即告终止。这样看来，对多细胞动物的细胞来说，内环境不仅提供了一个供应营养物质和排除代谢尾产物的媒介，而且也提供了一个稳定的生活环境。（第119—120页）
人体进行新陈代谢的过程，实质上是一系列复杂的、相互关联的生化反应的过程。而且主要是在细胞内进行的。这些生化反应都离不开水。体内水的容量和分布以及溶解于水的电解质浓度都由人体的调节功能加以控制。使细胞内和细胞外体液的容量、电解质浓度、渗透压等能够经常维持在一定的范围内。这就是水与电解质平衡。这种平衡是细胞正常新陈代谢所必需的条件，是维持人体生命，维持各脏器生理功能所必需的条件。但是，这种平衡可能由于疾病、创伤、感染等侵袭或不正确的治疗措施而遭到破坏。如果机体无能力进行调节，或超过了机体可能代偿的程度便会发生水与电解质紊乱。当然，水与电解质平衡紊乱不等于疾病本身。它是疾病引起的后果。或同时伴有的现象。讨论和处理水与电解质平衡紊乱问题，不能脱离原发病的诊断和治疗。不过，当疾病发展到一定阶段，水与电解质平衡紊乱问题甚至可以成为威胁生命的主要因素。因此，对于每一个临床医生来说，正确理解水与电解质平衡紊乱问题的基本概念和生理原则，对于提高医疗质量，特别是救治危重病人都十分重要。人体的组织由内部含有体液的细胞组成，而细胞又浸浴在体液之中，于是，构成了两大体液间隙：细胞内液间隙和细胞外液间隙。细胞外液成为细胞的内环境。这两种体液固然有着明显的差异，各种电解质的浓度截然不同，但是两者之间却维持着相应的平衡。人体水与电解质如此组成和平衡，在生理上有2意义。它的由来应该追溯到生命的起源。大家知道，地壳年令约40亿年，海洋的形成约15—20亿年，早期海洋沉积物少，几乎是淡水，由于陆地上各种各样矿物质，或多或少溶在水里，由河流灌入海洋，海水的成分发生了改变。按地质年代划分，寒武纪以前，远古的海洋内，钾的含量远较现代海洋为高。（每升100毫克以上）。而钠盐的含量较少。到7亿年前，海洋的钠盐的含量才达到现在的60%。生命起源于海洋，海水具有维持生命的微妙性能：
1 海水不仅是电解质的溶剂，也是氧和二氧化碳的溶剂。但是二氧化碳易于挥发，很容易从海面逸散。
2 海洋容量很大，海水的温度、氢离子浓度和渗透压都较稳定。
3 海水的成分改变极为缓慢，以亿年计，才显示其变化。
海洋的上述性能，为生命的维持和发展，提供了理想的环境。人类以及其他脊椎动物的细胞内液具有普遍的共性，即钾的含量较高，与细胞外液不同。根据推测，人类细胞内液的电解质组成近似寒武纪以前，远古时期的海水，与现代的海水不同。这是生命起源于海洋的一种遗迹，也是一个佐证。亿万年过去了自然的演变使地球经历了无数的变化。海水的组成变了，海内生物也相继适应了这个环境的变化。随后，有的生物脱离了广阔的海洋，向陆地迁移。这些生物在迁移的过程中，在它们的体内带上了个小“海洋”，把海水环境封闭在一个狭小的细胞外间隙中，成为体液的一个组成部分。这样，生物生存的环境变了，但是，细胞的内环境仍然不变。昔日的海水，相当于今日的细胞外液，细胞依然浸浴在海水之中。这是生物进化中耐人寻味的演变。
细胞内液——相当于寒武纪前远古的海洋。
细胞外液——相当于寒武纪后，现代以前的海洋。
一个富有兴趣而重要的问题是：内环境是怎样发生的？这曾经引起过许多科学家的研究和注意。一般认为，生命起源于海中。在海中，生物从最原始形式发展到较复杂的形式。此后，有的仍旧居住在海中，有的则移向谈水，有的甚至进而移行到陆地上生存。单细胞生物生活在海中，它的环境只有一个，那便是它周围的水。水可以向它提供食物和氧气，又可以把它排泄出的废物带走。这样，它的命运也便完全由这个外环境（水）来决定。水在，就可以继续生存，水枯，就不能免于死亡。但是海水的量是那么浩瀚，海水的性质变动得也非常慢。由于海水的比热比较高，大量的热也只能使海水的温度产生极小的变化。由于海水的粘滞度比较大，在剧烈的机械动荡下它受的影响也很小。因此，对单细胞生物来说，环境是很稳定的。但是，由单细胞发展为多细胞生物，情况就不同了。若仅依靠水为唯一的环境，那么，那些在外面的细胞离海水近，就会“近水楼台先得月”，而那些深居于内部的细胞，就会因为得不到营养，排泄物不能排泄而死亡。生物进化也就不可能。但是，正是由于产生了内环境，才敲开了生物进化的第一道大门。如果我们比较一下不同动物体液内所含的离子的相对成分，就会发现一个重要现象：从低等到高等动物，包括谈水动物和陆生动物，它们体液中的离子成分非常相似。因此，使人推想，它们是否有一个共同来源？在20设计20年代，麦卡拉姆曾提出一个重要理论：一切动物的体液皆导源于海水。他认为，原始有机体的细胞是与其周围的海水相适应的。随着动物的进化，体腔与外界隔开，被包入体内的体液，虽然经多种演化，但是，还保持其在体腔封闭前与原始海水相似的成分。如果这个论断是正确的话，那么，我们的血液只不过是经过了或多或少改变的海水而已。但是为什么我们人的血清比海水含有相对更多的钾和更少的镁?呢？麦卡拉姆认为，根据地质学家的估计，原始的或古代的海水中含有比现代海水更多的钾和更少的镁。该时以后，由于不同的化合物沉积于海底，以及江河逐渐冲刷陆上的一些盐类到海里，就使得现代的海水含有更少的钾和更多的镁。麦卡拉姆还相信，脊椎动物发源于原始脊椎时代的海水中。那时海水的成分与现代脊椎动物的血清的离子成分极为近似。这样，原始脊椎时代海水的成分，却由脊椎动物的细胞外液保持下来。总之，麦卡拉姆观点的要点是，生命在若干万年前发源于海水中。不同动物的血液系统在不同的时间封闭起来与海水隔离，但它们的后代的血液成分，却一直由于遗传关系原封不动地保存下来。以上麦卡拉姆关于内环境导源于海水的理论看起来确实是够吸引人的，但是，后来的研究者认为，他的看法显得太简单了。这是他的理论的最大的弱点。如果我们把海中的一个无脊椎动物，例如海蟹，放置在稀释的海水中，那么，我们会看到，它体内的盐类会逸出到周围水中。如果我们将钾离子注入这个动物的体内，很快就会看到钾离子也由体内逸出到周围水中。这说明离子是可以透过动物的体表面的。因此，动物的血液系统在进化中封闭后，不可能长期保持其成分不变。它与外环境必然存在着一种主动的生理过程（如排泄器官起着泵的作用）以维持二者之间的动态平衡。如果以上观点是正确的话，那么我们将会看到，当动物的排泄器官在进化中变得更为有效时，它的血清和海水成分的差别将越来越大。最后，关于内环境来源于海水的理论，可以作如下几点结论：
1 在过去很早的一个时期，海水的成分适宜于生命的发生，生命是发源于海中。
2 今日的动物，虽然都是多少万年以来沿着不同的进化道路演变的产物，但它们体液中的离子成分却非常的相似。这使人设想：体液来源于原始的海水。
3 原始的海水比现代海水含有更多的钾和更少的镁。而正是那个时候，海水的成分与今日动物血清的成分极为相似。
4 自从动物的体腔与原始海水隔开以来，其血清的成分并不是静止地靠遗传影响保留下来的，而是靠主动过程的泵的作用，与外环境保持着动态平衡。排泄器官起着重要作用。动物越进化，其维持内环境与现代海水成分的差别的能力就越强。（《生命科学今昔谈》第210—213页）
《论坛反应与交流》
《凤凰论坛首页>世纪大讲堂》
非洛：机械论与还原论不能揭示生命的本质。贝尔纳对细胞学说做出了最后的独特的贡献。

南京陈斌

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