生命科学领域中的认识错误案例探析

　　摘要：本文举例概述了科学发展历程中，人们对于一些生命科学基础理论、生物行为习性、生物体形态结构认知的试错过程，帮助读者理解科学认识过程的曲折性，并建立正确的生命观念。

　　关键词：科学认识； 质疑； 生命科学； 生命观念；

　　科学是如实反映客观事物固有规律的系统知识。在科学发展过程中，往往会由于时代条件的限制、数据不够充分、惯性思维等原因产生较为片面甚至错误的认识。而这类认识又会产生连锁反应，影响甚至阻碍后续对科学的探究。随着时间的推移、新证据的发现和积累，过去的许多"认识"会逐步得到修正。本文从生命科学基础理论、生物行为习性、生物体形态结构方面阐述生命科学领域中的认识错误案例，为培养中学生生物学核心素养提供参考资料。

　　1 生命科学基础理论中的认识错误案例

　　1.1 自然发生说

　　早在古希腊时代，"自然发生说"就开始流行，人们坚信青蛙生自淤泥，而昆虫、蛆虫等小动物很自然地就能产生出来。当时并没有人目睹过他们出生和生长的过程，而是一下子突然冒出来。这种理论还受到亚里士多德的支持，在当时谁会不相信权威的言论呢？在权威崇拜的影响下，很少有人敢于提出质疑，从而失去了自我判断能力，这个观点便牢牢地站稳了脚跟。

　　这种影响长期挥之不去，直到17世纪中叶，意大利医学家雷迪迈出了权威的阴影。他发现包在薄纱容器中的肉一条蛆都没有出现，而敞口容器中的肉却长满了密密麻麻的蛆虫，直观地证明了蛆虫并不是无中生有，而是苍蝇在腐肉上产下的卵孵化出来的。进而延伸到所有生物的繁衍都是由活物产生，即"万物皆生于卵".

　　1.2 体液学说

　　从现代医学的角度来看，许多疾病的致病机理已经得到非常透彻的研究，如感染、滥用药物、外伤等。但在宗教迷信盛行的古代，医学的发展受到多方面的限制。尤其是宗教的统治下，更多人愿意相信疾病是上帝惩罚的一种手段，因而一旦城镇中瘟疫爆发，往往很难得到控制，从而造成大量的死亡。

　　西方医学奠基人希波克拉底为探索疾病的成因，以身犯险，突破宗教禁忌，秘密地进行尸体解剖，提出了"体液学说",认为人体是由血液、黏液、黄胆、黑胆这四种体液组成的，如果四种体液失调就会得病。尽管以现代医学观点来看这种说法并不准确，但他这种为了追求正确认识而违抗宗教禁令的行为，对于医学的发展产生了明显的推动作用，为医学后续的推进树立了榜样[1].

　　此外，光合作用发现史中种子长成大树所需要的养分物质来自土壤、水还是空气的探索历史，拉马克的"用进废退"学说，都存在特定历史阶段的认识不足。

　　2 对生物行为习性认识的错误案例

　　2.1 螳螂交配过程中的同类相食

　　1658年，《昆虫记》中就记载了螳螂交配的过程中，雌性螳螂会吃掉配偶，以便获得足够的营养来繁殖后代。这种观点持续了数百年，其实作者只不过是根据观察到的螳螂相食过程主观臆想出来的，并没有直接的实验证据揭示咬食配偶的原因及必要性。

　　事实上，螳螂交配过程中同类相食的行为并非必定发生，并且大多数情况下仅限于咬食雄螳螂头部，这种食小弃大的行为，使得补充营养的观点显然站不住脚。大量的实验研究表明，交配过程中雌螳螂是否及如何咬食雄螳螂可能取决于雌螳螂的身体状况、雄螳螂的接近方式或两者的交配方式[2],具体的原因尚需继续探索。

　　主观的推测当然有其必要性，这是得出正确认识的第一步，但如果只是停留在这一步，那么搞不好认识的过程就会南辕北辙。

　　2.2 飞蛾扑火

　　"飞蛾扑火"出自《梁书·到溉传》，意思是飞蛾主动扑向火源，比喻自取灭亡。夜晚来临，如果仔细观察街道上的路灯，就会发现灯光附近有许多的飞蛾围绕。为什么飞蛾要主动扑向火光？过去人们观察到昆虫具有趋光性，向着发出光亮的地方移动，认为昆虫喜欢接近光、向往光明，并赋予其追求理想、不畏牺牲的含义。如果这种认识是正确的，为什么白天的时候它们不一起扑向太阳、一起追求光明呢？这种模糊观察得出的认知明显是经不起推敲的。

　　飞蛾等昆虫从大方向来看的确是朝着光源移动，但如果仔细观察它们前进的路径，就可以发现实际上它们一边转圈一边前行，慢慢靠近了光源。在生物漫长的进化过程中，飞蛾练就了利用太阳和月亮的光来确定方向的能力。由于太阳月亮距离我们很远，到达地球后就趋近于平行光，飞蛾便以此作为参考，直线飞行。而人类大面积使用的人造光源距离很近，光线成中心放射线状，飞蛾以为按照与光线的固定夹角飞行就是直线运动，结果却离光源越来越近（图1），最终产生了"飞蛾扑火，自取灭亡"[3].

　　图1 飞蛾在不同光源下的飞行轨迹 

　　2.3 "朝生暮死"的蜉蝣

　　蜉蝣属于昆虫纲蜉蝣目（Ephemeroptera），目名来自于希腊文，词根意思是"仅一天的生命".《蜉蝣赋》也有描述："有生之薄，是曰蜉蝣。育微微之陋质，羌采采而自修。不识晦朔，无意春秋。取足一日，尚又何求？"当时人们看到了蜉蝣出水交配的壮观场景，就把这个部分当成了全部的事实，以为蜉蝣的全部寿命就那么短。随着认识的深入，蜉蝣完整的生命史浮出水面： 它还有作为幼虫的前半生，长达几个月甚至几年。只不过幼虫阶段生活在水中，不易被察觉而被忽视，造成了"一天的生命"这种误解。

　　待其羽化为成虫后，口器、消化器官退化而不能进食，身躯更轻巧更适宜飞行。一旦羽化，只能继续存活1~2天。完成寻找配偶交配的使命后，便纷纷坠落地面，这种极盛极衰的场景，就是不识初一月半、不知春秋的蜉蝣消亡史[4].

　　2.4 榕树与榕小蜂之间的专一性共生关系

　　榕树是热带雨林生态系统中十分重要的类群，它为动物的栖息提供了适宜的环境。所有榕树都具有隐头花序（榕果），而隐头花序仅有顶端的一个微小通道与外界连通，必须依靠小体积的榕小蜂进入隐头花序内部才能完成传粉。作为交换，榕树的隐头花序为榕小蜂产卵提供场所、为幼虫发育提供营养。它们两者之间相互依赖、互利共生的情况，过去一直被认为是高度专性的，即一种榕小蜂只能在一种榕树中产卵繁衍，与此同时一种榕树只能依赖一种特定的榕小蜂传粉。但是早期的研究中，主要依赖形态学观察数据，研究对象和观察范围有限，随机性很强，因而出现榕树和榕小蜂之间存在高度专一性共生关系的判断。

　　后来除了形态学手段之外，科学家还通过遗传学、分子生物学、种群生态学等学科的手段来调查研究该专一性，发现在同一种榕树隐头花序内的传粉榕小蜂可能不止一种，也发现多种榕树其榕果能释放出高度相似的化学物质，以此吸引同一种榕小蜂产卵和传粉，因而打破了先前所谓的严格一对一专性共生关系的认识。随着植物学、昆虫学、分类学、生态学、分子生物学等多个学科证据的整合，现已证明榕树与榕小蜂间的关系更常见的是多对多的关系，即一种榕树可以由多种榕小蜂传粉，一种榕小蜂也可以在多种榕树上产卵繁殖。这种多对多的机制，有利于榕小蜂种间杂交和榕树种间杂交，使生物多样性更为丰富[5].

　　3 对生物体形态结构的错误认识案例

　　3.1 猪笼草的盖子

　　众所周知，猪笼草是一种可以以捕猎昆虫获取营养的植物。其叶的构造复杂，叶卷须尾部扩大特化成瓶状，是捕食昆虫的工具。"小瓶子"分泌出的气味引诱昆虫接近，昆虫一旦踏上光滑的瓶口，就会滑入瓶内，被底部储存的消化液杀死分解，变成植物体的养分。

　　猪笼草瓶口的上方还有一个盖子，它有什么作用呢？许多文献中都描述： 一旦昆虫进入瓶内，就会触发瓶盖盖住瓶口，防止昆虫逃跑。出现这种说辞，明显是没有亲自观察过猪笼草捕食过程，凭直觉去理解，添油加醋描述出来的。由于符合大众的心理预期，所以这种说辞便口口相传，每个人深信不疑。

　　但如果亲自观察，便可以发现，猪笼草的瓶状体未发育成熟的阶段，"盖子"部分与瓶体紧紧连接在一起，而成熟期瓶盖张开后，并不会随着昆虫的进出而反复开闭。之所以有瓶盖这个结构，可能是起到防雨的作用，防止雨水灌入瓶内，稀释消化液或者使叶片重量过大而下沉，影响猪笼草的捕猎过程。

　　3.2 花粉原形

　　对花粉形态的观察记录是孢粉学和植物分类学中的一项基础性工作，人们利用花粉形态特征鉴定物种，探究植物起源演化和亲缘关系，分析蜜源植物的来源、草食动物食性、食物链以及虫媒花的媒介等。由于花粉的体积十分微小，它的形态直到显微镜发明后，才逐渐被人们所认识。但是无论是在光学显微镜还是电子显微镜下观察，花粉材料都要预先经过试剂处理，以此在显微镜下拍摄的图片被认为是花粉的正常状态。但这些观察结果是否真实反映相应物种花粉的自然形态呢？目前已知用水浸泡处理后，花粉吸水膨胀，形态大多数呈现圆球形[6];若经干燥处理观察，则整体干瘪变形，两者相去甚远，但都被错误地认为是花粉的正常状态，影响实践中利用花粉形态进行判断。

　　当然这并非否定前人记录花粉形态的价值，在当时科技水平之下，试剂处理后观察记录，已经是"最理想"的花粉观察方式了。科技发展到了现在，显微观察样品的冷冻处理技术的革新，实现了技术上的突破。最新的冷冻处理技术能在极短的时间内降温，使花粉内的水分跳过结晶过程直接变成玻璃态，对花粉结构的破坏程度极小，几乎没有变形，观察记录的结果更为贴近真实形态（图2）。

　　图2 两种不同处理方式下观察到的六月雪花粉形态 

　　（左：水封片光学显微镜观察；右：快速冷冻处理扫描电镜观察）

　　4对生物学教学的启示

　　学源于思，思源于疑。在学习过程中如果尽信书，不如无书。悠久的科学发展长河里，并不存在一成不变的真理，任何事物都在发展中前进。因此相对于死板地接受知识，更为重要的是融入自己的判断和理解，通过思考发现问题，结合新证据进行探索，寻找更符合实际的认识，建立起正确的科学观念、生命观念。教师需要引导学生认识到：或许数十年、数百年后，我们目前引以为傲的某些认识仍会被证伪或修正，人们对错误认识的摒弃、对真知灼见的追求，是促使生命科学在质疑中前进的动力。

　　参考文献

　　[1]盛文林。人类在生物学上的发现[M].北京：北京工业大学出版社，2011:1-4.

　　[2] JAYAWEERA A,RATHNAYAKE DN,DAVIS KS,et al. The risk of sexual cannibalism and its effect on male approach and mating behaviour in a praying mantid[J]. Animal Behaviour,2015,110:113-119.

　　[3]柯永亮。"飞蛾扑火"之说[J].科学与文化，1995（4）：34.

　　[4]施新泉。科学原来如此--千姿万态的动物[M].上海：上海科学技术文献出版社，2011:36-37.

　　[5]黄建峰，徐睿，彭艳琼。榕-传粉榕小蜂非一对一共生关系的研究进展[J].生物多样性，2018,26（3）：83-91.

　　[6]王少先。26种蔬菜新鲜花粉的形状及其在水玻片中的变化[J].河南科技大学学报（农学版），1996（1）：16-18.