今天我們接著昨天的文章繼續了解19世紀的歐洲。從1831年到1836年，查理·羅伯特·達爾文（1809－1882年）以博物學者的身份參加了英國海軍「貝格爾號」考察船長達5年的環球科學考察航行。他在航行途中一邊研讀賴爾的《地質學原理》，一邊仔細觀察和記錄沿途所見的自然現象。在不斷變換的自然環境中，他驚異於物種的異常豐富性和多樣性，也目睹了物種的分布隨著地域的改變而變化的規律性。賴爾的方法論和他本人的實地考察，使他產生了生物逐漸進化的想法。回到英國以後不久，他偶然讀到馬爾薩斯的《人口論》，其中關於人類為爭奪生活資料而進行鬥爭的觀點使他聯想到生物世界一定也存在著類似的生存競爭。有趣的是，馬爾薩斯錯誤的社會學觀點卻引發了達爾文正確的生物學思想。此後，達爾文又通過研究家養物種的人工選擇問題加深了對物種變異和自然選擇的理解。
1859年，達爾文的劃時代巨著《論通過自然選擇的物種起源或生存鬥爭中的適者生存》（簡稱《物種起源》）正式出版。該書引用大量證據說明了生物物種的遺傳和變異，生存競爭和適者生存，以及在自然選擇作用下的物種進化規律。值得一提的是，另一位英國青年博物學家阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士（1823—1913年）也在當時得出了與達爾文極為相似的生物進化理論。至於人類的起源，達爾文在其1871年出版的《人類的起源及性的選擇》一書中謹慎地指出：「人是與某些較低級的古老物種一起從同一個祖先進化而來的，人類的這些近親現在已經滅絕了。」雖然達爾文的進化論遭到了來自保守勢力尤其是宗教方面的猛烈抨擊，但是生物進化的思想終於逐步深入人心。
儘管從現代科學的觀點來看達爾文的進化論尚有許多不夠準確的地方並且隨著科學的進步不斷受到修正，但是正如牛頓及其經典物理學一樣，誰也不能否認達爾文作為19世紀最偉大的生物學家和進化論的創始人的光輝業績。馬克思主義的創始人也曾高度評價達爾文的成就，認為繼康德和拉普拉斯提出太陽系起源的星雲假說之後，地質漸變說和生物進化論的發展進化觀念進一步打破並逐漸取代了形上學的自然觀。科學家們早在17世紀就發現了植物細胞，19世紀初期又進一步發現了植物細胞裡面的細胞核以及動物細胞，但是對於細胞的基本結構和功能及其在生物體中的作用尚未搞清楚。
1838年，德國植物學家施萊登提出了植物細胞學說，認為任何植物體都是由細胞組成的，而細胞核是細胞的母體，細胞本身不僅具有獨立的生命，而且作為植物體的一部分維持著整個植物體的生命。受施萊登的植物細胞學說的啟發，德國動物學家施旺發現細胞核在動物體內也普遍存在，於是將細胞學說進一步推廣到動物界。他在1839年指出，一切動物組織同樣由細胞組成，而且植物細胞和動物細胞的內部結構均由細胞膜、細胞質和細胞核構成。施旺由此建立起生物學中統一的細胞學說。他們兩人還正確地指出生物組織的發育是通過細胞的增殖實現的，此後其他的生物學家進一步認識到新細胞是原有細胞核分裂的結果。恩格斯稱細胞學說是19世紀的三大發現之一，並將其作為辯證自然觀的基礎。細胞學說的建立也為現代醫學開闢了道路，細胞病理學就是直接在其基礎上創立的。
雖然達爾文進化論已經提出了遺傳的問題，但對遺傳的機制則研究不夠，因而成為其理論的弱點。當時有兩個人的工作在一定程度上彌補了這一缺陷，一個是奧地利的修道士格萊戈爾·約翰·孟德爾（1822—1884年），另一個是德國生物學家奧古斯特·魏斯曼（1834—1914年）。孟德爾從1854年開始從事植物雜交試驗的遺傳學研究工作，並於1865年總結自己多年的研究成果，得出了幾個重要的遺傳學規律（後人稱之為孟德爾定律），這些成果使他成為遺傳學實際上的奠基人。孟德爾指出，植物種子裡存在著穩定的遺傳因子，它們控制著物種的性狀；每一性狀都由來自父本和母本的一對遺傳因子所控制，它們只有一方作為顯性性狀表現出來，另一方則作為隱性性狀不表現出來，但是後者會在下一代以1/4的比例重新表現出來。
這就是遺傳學中著名的「分離定律」。遺憾的是，孟德爾的重大成果公布後卻沒有引起人們的注意，直到1900年才被重新發現。與孟德爾不同，魏斯曼是從種質遺傳的角度對達爾文的進化論進行修正的。他首先從生殖細胞與軀體細胞的差異出發提出了種質與體質的區別，認為體質可以受生活環境的影響而改變並隨著個體的死亡而消亡，但是種質卻代代相傳永不改變，正是它決定了物種的遺傳特性。他用割掉尾巴的老鼠生出來的小老鼠仍然長有完整的尾巴的實驗結果證明，體質的改變不會影響種質的遺傳特徵，因而獲得性遺傳的理論是不正確的。魏斯曼進一步推測種質必定有其化學實體，它就存在於細胞核中的線狀染色體裡面。他還正確地預言了生殖細胞在發育過程中必然會經歷一個染色體的減數分裂過程。
魏斯曼的種質連續遺傳說與達爾文的自然選擇說相結合發展出了一種新達爾文主義，但是它也引起了新的問題：如果種質不可變，變異又如何解釋呢？這個問題是由後來的突變理論解決的。在19世紀的自然科學中與人們關係最為密切甚至生死攸關的新學科莫過於微生物學了，微生物學的創立不僅為人類展示出植物界和動物界之外的微生物世界，而且為許多惡性傳染病的防治指出了正確的途徑。微生物學的創立者當推偉大的法國化學家和生物學家路易·巴斯德（1822—1895年）。18世紀，人們已經通過顯微鏡觀察發現了微小的生物和細菌。進入19世紀以後，施旺曾提出發酵作用是由酵母中的微小細胞引起的，建議用加熱殺死小細胞的辦法防止有機物腐敗，但這些看法並沒有廣泛為人所知。
50年代，巴斯德曾幫助法國裡爾地區的釀酒商解決啤酒和葡萄酒變酸的問題，從而使他在微生物研究領域中初露頭角。通過對酒樣的顯微鏡觀察，巴斯德發現在未變酸的酒裡有一種圓球狀的酵母菌，正是它使製酒原料發酵成為酒精，而在變酸的酒裡則存在著另一種杆狀的酵母菌（乳酸桿菌），它才是使酒發酸的禍首。這一研究不僅證實了發酵過程是一種生物學過程，而且還發現了解決酒變酸問題的線索。巴斯德經過多次實驗後終於發明了著名的巴斯德滅菌法：將酒（牛奶或其他液體）加熱到攝氏65度左右並保持這一溫度30分鐘，其中的乳酸桿菌就可以被殺死，然後密封保存，酒就不會變酸了。這一簡便易行的方法很快獲得推廣，釀酒商們獲得了巨大的經濟效益，外科醫生也將其用於外科手術，極大地降低了由於細菌感染引起的術後死亡率。
此後，巴斯德相繼發現了侵害絲蠶的寄生蟲和傳播家畜炭疽病的炭疽病菌，挽救了法國的絲綢業和畜牧業。巴斯德還通過各種無可置疑的實驗駁倒了當時流行的「生命自然發生說」（認為小生命可以從骯髒的自然環境中自然產生出來），證明一切生命只能來自生命。雖然從16世紀開始中國人就已經開始接種人痘以預防天花，而且英國醫生愛德華·詹納（1749—1823年）還在18世紀末發明了接種牛痘預防天花的方法，但是當時誰也不知道接種預防的原理。巴斯德在對雞霍亂的研究中發現，經過幾代培養繁殖的有毒病菌，其毒性將大大減弱，用這種低毒病菌給雞接種即可使雞獲得對雞霍亂的免疫能力。這樣，巴斯德以其微生物理論揭示了人工接種免疫學的基本原理：接種什麼病菌，就可以防治該病菌引起的疾病。
此後，他相繼製成了炭疽病疫苗和狂犬病疫苗，治癒了來自世界各地的大批病人。免疫學的建立給全人類帶來了巨大的福音，長期肆虐的多種烈性傳染病被制服，使歐洲人的平均壽命得到了極大的提高。巴斯德不僅是一位卓越的科學家，而且也是一位品德高尚的人，他為了讓自己的科學成果更好地為人類服務，放棄了能給他帶來巨大財富的巴斯德消毒法的專利權。這位偉大的科學家是真正應當得到全人類最大的讚揚和感謝的人。19世紀自然科學和創造發明的大發展為工業革命提供了理論前提和技術支持，科學技術與生產力的其他要素相結合迅速轉化為空前巨大的經濟力量，造成了歐洲在經濟、政治、軍事、文化等各方面對世界其他地區的長期優勢，為一次大戰以前歐洲的世界霸權奠定了堅實的物質基礎。
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