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“疯狂”的科学实验

    常远

    美国国家航空航天局正在进行一项人类研究计划,把一对双胞胎兄弟中的一人送到外太空、一人留在地球,观察一年后两人生命特征是否有差异,这个计划已于今年3月开始实施。

    听上去有些疯狂?事实上,在人类探索世界、探索自身的历史上,做过许多比这疯狂得多的实验。它们未必都能结出有价值的果实,甚至引发了伦理学上的争议,但其大胆想象、勇敢探索的精神,未必不值得借鉴。

    黄热病是怎么传染的?

    有谁会拿自己的生命冒险,去写一篇博士论文?1802年,宾夕法尼亚大学博士生斯塔宾斯·弗斯递交的博士论文,绝对是这样做的。

    证明黄热病不能在人与人之间传播时,弗斯刚满18岁。这一疾病在热带地区首发,而后也出现在美国南部。它的症状类似流感。随后有3至4天的高烧、寒战、头痛以及持续的呕吐。呕吐物是黑色的,肤色变黄。在很多病例中,疾病持续7至10天即引发死亡。因为黄热病经常出现类似传染病的分布,很多人认为接触病人碰过的衣物、被褥或者其他物品都可能使自己染病。弗斯起初也相信这种说法,不过后来改变了自己的观点。因为他发现,并没有迹象显示护士、医生、病人家属以及挖墓者比其他人感染疾病的几率更高。

    弗斯希望通过实验来证明与黄热病人的接触完全没有危险。首先,他给一只小狗喂了用黄热病人的呕吐物充分浸泡过的面包,3天后小狗竟然爱上了这个,即使没有面包也会吃掉呕吐物。狗健康如初。第二个用于实验的动物是猫,喂食的结果也是一样,没有得病。这回又轮到狗了。弗斯从它的背部切下一块皮,把呕吐物敷在伤口上,然后缝合好,狗健康如初。直到弗斯将病人的呕吐物直接注射到狗的颈部静脉,狗死了。弗斯认为,狗的死亡与黄热病无关,因为他做了另外一个实验,给狗的静脉注射水,狗也死了。

    1802年10月4日,他使用了一种新的实验动物——他自己。他在自己的前臂上切开一个创口,在伤口处敷上了黄热病人的呕吐物。平安无事。为了证实实验结果,他又在身体的其他20个部位重复了这一实验。而后弗斯把呕吐物滴入眼睛,把呕吐物放在火上烤,吸入蒸汽;吞下由烘干并压缩后的呕吐物制成的药片,吞下稀释的呕吐物,“摄入量从半盎司(14克)提高到2盎司(56克),我最终原样喝了下去”,他在博士论文中写道。

    在证明了呕吐物并不能传染疾病后,他又转向病人的血液、唾液、汗液和尿液。他吞咽了“相当大量”的病人血液,在切开的创口处尝试了不同的身体排泄物。他很幸运:这一疾病本是可以通过血液传染的。或许弗斯已经有了免疫力,或者在他使用的时候血液中已经没有病毒了。不管怎么说,他没有生病,并且确信,黄热病不会传染。

    然而他的英雄之举对医学影响甚微。实验主要揭示了黄热病无法通过一些方式传染,然而人们想知道的却是:黄热病是怎么传播的?

    100年后真相大白,这种疾病是通过蚊子传播的。

    灵魂重21克?

    这则故事真是炙手可热,甚至《纽约时报》也对其进行了报道。“医生认为,灵魂是有重量的。”1907年3月11日第5版的标题这样写道。文章报道了马萨诸塞州有个叫邓肯·麦克杜格尔的医生6年前就开始的奇特实验。

    麦克杜格尔研究灵魂的本性已经有很长时间了。按照他的逻辑:依照“最新的科学理论”,所有占有空间的物体都有一定的重量,可以通过“对死亡过程中的人进行称重”来确定灵魂的状态。于是麦克杜格尔制造了一架精密天平:一张吊在一架支座上的床,测量床及床上物体的总重量,数值可以精确到5克。

    “对我来说,最理想的病人将会死于一种让他身体耗尽的病,死亡发生时,只有很少或者几乎没有肌肉运动,因为在这样的情况下秤可以很好地保持平衡,从而记录下任何损失的重量。”麦克杜格尔日后在《美国医学》杂志上写道。

    最好的被试者是结核病人,其弥留之际将会“看上去几乎是静止的”。麦克杜格尔在马萨诸塞州的一家肺病疗养院找到了他们。他先后用6个人进行了实验。

    1901年4月10日17时30分,第一位垂死者被麦克杜格尔放上了他的灵魂天平。3小时40分钟后,“他咽下了最后一口气,伴随着他的死亡,天平的横杆顶到了上部的卡尺处,声音清晰可闻”。麦克杜格尔必须再加2美元硬币,才能让天平重回平衡。这是21克。

    后面的5个实验对象描绘了一幅让人迷惑的图景:有一次测重无效;有一次死亡后重量下降并保持稳定;有两次重量下降,而后又上升;有一次重量下降,上升,又一次下降。除此之外他还有个难题就是很难确定死亡时间。

    这样的细节并没有改变他的信念——自己已经证明了人类灵魂的存在。事实上,他进行了第二个实验来证实他的发现:15条狗在秤上结束了生命——却没有一丁点儿重量的损失。

    100年来,灵魂重21克的说法在大众文化中经久不衰。2003年,这一实验甚至被搬上银幕。由亚历杭德罗·冈萨雷斯·伊尼亚里图执导的一部名为《21克》的电影,就是以生与死为主题。

    一天有28个小时?

    1938年6月6日,当克莱特曼和学生布鲁斯·理查森走出猛犸洞窟时,无数摄影师、记者已经摆好阵势,守在洞口。随后报纸的头版头条是两个衣衫褴褛的人,蓬头垢面。他们已经在猛犸洞窟中待了32天,试图揭开睡眠的奥秘。

    时年43岁的克莱特曼早已习惯了在自己身上进行实验。他曾经强迫自己连续180个小时不休不眠,为的是将生物钟从每天24小时调整为48小时;他在长达1周的时间里,过着“白天39个小时”,“晚上休息9个小时”的生活,实验无果而终。他的学生也进行了类似实验,试图将生物钟调整为每天12小时:他每天睡眠2次,凌晨4点到7点半一次,下午4点到7点半一次,一直持续了33天。当然,这个实验也是无果而终。

    那时候,关于人类睡眠规律一直存在着一个谜。研究者想弄清楚,人的睡眠规律究竟只是习惯——也就是说,尽管它符合一天24小时的自然规律,却是可以更改变化的——抑或是人体内存在着生物钟,它决定着人日出而作、日落而息的作息规律?

    为了避免外界环境对实验造成的误差,克莱特曼想寻找一个无法辨认白天黑夜的地方进行实验。经过一番努力,他在肯塔基州找到了一个宽达20米、高达8米的猛犸洞窟。那儿被无边的黑暗笼罩,漆黑而安静。气温常年保持在12℃左右。这简直是为克莱特曼实验量身定做的理想场所。

    克莱特曼和理查森计划在洞中“每天睡眠9个小时,起来工作10个小时,剩下的9个小时则是自由活动时间”。醒着的19个小时中,他们每2小时量一次体温。睡眠时,则每4小时量一次。测量体温的结果显示,理查森的身体一周后已经完全适应了新的作息规律。他的体温变化完全与28小时一天相吻合。而比他大20岁的克莱特曼的体温仍然保持着初始的变化规律。每天晚上10点,他开始感到疲惫,而8个小时后又精力充沛。不管他如何强迫自己按照28小时一天作息,皆是如此。

    随后的实验证实,人体内确实存在着生物钟。它的运转大致跟一天24小时相吻合,并且每天都会根据实际时长进行自动调整。

    单纯受凉能引发感冒?

    历史上,人们通过经验观察一直认为,感冒是因为受凉引起的。而到了上世纪中叶,人们已经认识到,感冒是由感冒病毒的传染引发的。

    1946年,英国政府感冒研究部门——“普通感冒科”的负责人克里斯托弗·祖华德·安德鲁斯,招募了十几名大学生,领导进行了这样一项实验。

    他们首先对招募者进行了严格的隔离,2人一组住进一座大楼的套房中,招募者得到指示,在接下来的10天里,要与一切没有保护装置的人保持10米以上的距离,除了室友以外。医生和护士进行检查时要身穿防护服,戴防毒面具。每日3餐被装入保温容器,按时送到套房门前。

    医生将被试者分成3组,每组6人。将一位感冒患者的鼻腔分泌物过滤并稀释后滴入第一组人的鼻中;让第二组人经受浴盆、走廊风和湿袜子的冷却处理;对第三组人则同时施用冷却处理和鼻腔注入两种办法。

    所谓冷却处理的过程具体是这样的:他们先是在热水里浸泡,又要在通风的走廊里坚持待上半个小时,而其余的时间里他们都必须穿着湿袜子。

    按照大众的观点,上述处理就是生成最经典、最正宗的感冒的方法。而安德鲁斯此前就已发现,去往极地进行长期考察的研究人员并不感冒。而在爱斯基摩人的村落里,人们在最冷的冬天不会生病,而当春天来临,第一批外来船只可以驶入港口时,他们倒生病了。

    实验开始几天后,开始出现一批生病的人:既受病毒感染又遭降温处理的人中有4个生病,只受病毒感染的人中有2个生病,而单纯受凉并未造成任何人感冒。

    安德鲁斯的实验是20世纪五六十年代对上百名被试者进行的一系列实验的开端。每次实验都没有证明受凉和感冒的发生之间有什么关系。

    人体最高能承受127℃?

    在炎热的夏季,人暴露在日光下,简直要被“晒熟”了。那么,人体最高能承受什么样的温度?告诉你吧,是127℃!

    1774年1月23日,查尔斯·布莱格登医生应同事乔治·福代斯的邀请参加一项实验——他们去蒸桑拿。只不过这次桑拿是历史上有最好纪录的一次。在24页的《皇家协会学报》中,布莱格登向读者展示了他和其他实验者在高热中的收获。

    福代斯请人建造的这栋建筑很接近桑拿浴室。它由3个小室组成,其中一个最热的有穹顶,被双倍加热,侍者在外面把热水浇在墙壁上,产生的热气通过地面的热气管道传导进来。

    通过这一装置,研究者希望知道人体能够承受什么样的温度。他们先从保守一点的45℃开始,而后很快升到100℃,最后达到127℃。首先是8分钟的穿衣服发汗,穿着便服,戴着手套,穿着袜子。而后赤裸着手持一只平底锅,上面放着一块牛排。

    45分钟之后,肉“不仅变熟了,甚至已经蒸干了”,布莱格登写道。第二块牛排从开始到“彻底煎透,或者莫不如说煎得太硬”,被从锅里盛出只用了33分钟。第三块,他用鼓风箱使热室中的空气翻滚,结果只用了13分钟,牛排就熟透了。这其实没什么可奇怪的,牛排被以一百多摄氏度的高温加热。令布莱格登感到奇怪的是,这种高温并不能对他本人构成伤害。

    牛排不久就熟了,一个人却能在同样的温度下毫发未伤地走出房间。布莱格登由此认为,生物有一种特别的秉性:消除热量。他要说的不是身体的排汗降温,而是一个“与生命体直接相关的自然的系统”。

    但在这一点上布莱格登错了,一个能够破坏热量的生物体是不存在的。身体的降温只能通过诸如汗液、唾液等液体的蒸发加之以血液流动来实现。

    (本文参考三联书店引进的瑞士科学记者雷托·U·施奈德所著的《疯狂实验史》一书,在此致谢!)

    延伸阅读

    引发伦理之争

    如果把思想怪异甚至有些行为错乱的人与严谨、踏实、正直的科学家联系在一起,似乎有点不伦不类,但二者的确有“接轨”之处。英国《新科学家》杂志几年前曾评出了“十大最疯狂科学实验排行榜”,所有这些实验,都是勤于工作的科研人员所做的,因为他们并不打算接受对这个世界运行方式的常识性解释。

    的确,不少疯狂实验,验证了科学假说或提出了新颖创见。如美国游泳运动员布莱恩·盖特芬格2003年错过了美国国家队雅典奥运选拔,却因一次疯狂实验而赢得了更大名气,被载入科学史册。盖特芬格在明尼苏达大学水上运动中心的游泳池里,在65万升糖浆中游了一场自由泳,证实在不同浓度的液体中,人的游泳速度一样。因为自17世纪以来,牛顿等很多科学家就在探索,人在水里游得快,还是糖浆更能提高速度。盖特芬格参与实验,终结了这项科学悬疑。

    1955年,研究人员沃尔特·米舍尔主持了一项延迟满足的实验,并记录了被试儿童单独待在测试房间里,面对糖果诱惑的等待时间。20年后,他找到了那些已经长大的被试者,后者的学业、工作情况及家庭幸福指数,与当初的实验记录精准吻合,即更有耐心等待的孩子长大后成就更大,更为幸福,而经不起诱惑的孩子则面临更多困扰。

    通过疯狂实验,人类获得并累积了许多重要的科学知识、社会认知,但也因此造成了一个悖论,即如果认为科学的进步和知识的获得至关重要,实际上就认同了一种“存在就是合理”的反伦理观点,必然不能苛责至今仍在悄悄进行的人体实验,更危险的是,一些机构和科学家将有理由更为大胆地将人乃至群体、社区作为实验对象,以牺牲个别或部分人的利益来求证结论。

    另一方面,如果对科学实验和创新给予过分限制,那么很多学科的进展就会受限。包括药学等学科的实验证明,任何替代的动物或者基于计算机的模拟实验,都不能替代人,很多以动物为测试对象并通过检查的药物在上市后,在许多患者身上才表现出严重的排异等异常反应,如果之前在尊重被试知情权的情况下,允许以人为实验对象,将很大程度上避免这类问题。

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