细胞理论的最终建立者

细胞理论的最终建立者——贝尔纳

把语言化为行动，比把行动化为语言困难得多。

——高尔基

贝尔纳，法国实验生理学家。1813年7月12日生于维勒弗朗什一个贫苦的农民家庭。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，生理学方面的贡献是无与伦比的。1839年作实习医生时期即到生理学教授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，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。

胰液分泌的神经体液调节

1846年发现胰液在脂肪消化吸收中的重要作用，证明营养包括三个过程：消化、被消化物的运输及燃烧；第一项重要研究关于胰脏的消化机能公开发有。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。1847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，而血流量和血液成分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”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己的思想。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，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。

呼吸系统

爬行动物蛇的构造

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”这一机制中还引申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。

多次跨膜受体

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。

动物细胞内的区间划分

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。

ER的纯化技术

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。

循环示意图

稳态是内环境恒定概念的引申与发展。内环境恒定概念是19世纪法国生理学家贝尔纳所提出。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于本世纪20年代末提出的，是内环境恒定概念的引申和发展。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、心理学、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。

蛋白质合成假说

1857年，也就是贝尔纳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，贝尔纳用狗做实验。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。

血小板的结构示意图

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。他对拉瓦锡的“呼吸是缓慢的燃烧”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。

精子

1861年被选为医学科学院院士，之后三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。