粗心的实验员和细心的科学家

张铭

在19世纪60年代，德国生理学家卡尔·路德维希（Carl Friedrich Wilhelm Ludwig，1816～1895）建立了一套离体器官灌流的研究方法，其中最著名的就是蛙心灌流。蛙心灌流就是将青蛙或蟾蜍的心脏分离出来，用含有不同溶质的溶液灌流，以观察蛙心搏动的规律。这个实验一直到现在都是生理学必做的经典实验。当时许多生理学家都采用路德维希的方法研究心脏活动的规律，他们通常将氯化钠溶解于蒸馏水中制作成生理盐水进行蛙心灌流实验。实验中，很多人发现灌流的蛙心与在体内正常的蛙心相比较，其搏动不规则，而且持续的时间很短。是什么原因导致了离体蛙心和体内蛙心的差异呢？一个偶然的事件揭开了这个谜团。

1883年，英国生理学家任格（Sydney Ringer，1835～1910）在进行一次蛙心灌流实验时，发现蛙心搏动规则，而且持续时间较长。导致这一结果的原因是什么呢？任格仔细了解了灌流液的配置，原来是实验员的疏忽，在配置生理盐水时错用了自来水而不是蒸馏水。难道是自来水里含有的杂质影响了实验的结果？任格对自来水和蒸馏水中离子成份的差异进行了分析和比较研究，发现自来水中含有较多钙离子和钾离子，当灌流液中的钠离子、钙离钾离子按一定比例配置时，离体蛙心就可长时间的正常搏动。动物机体里的体液含有多种成分，有些成分对于心脏的搏动是必不可少的。这种加入各种离子成分的生理溶液被称为任氏液（Ringers solution）。后来，又在最初任氏液的基础上加入缓冲物质以平衡溶液酸碱度，加入葡萄糖、ATP等提供能量，对各种离子的比例进行微调，配置成适合不同研究和临床需要的各种生理溶液。

科学史上还有一次著名的实验员粗心事件导致低渗溶液的发现。从19世纪后叶开始，人们就想弄清人类染色体的数目。由于人体细胞中的染色体都集中在细胞核中，挤成一团，始终无法确定具体的数目。一直到20世纪中叶，对于人类染色体的数目仍存在争议，一派认为是46条，一派认为是48条。1951年，美国的华裔学者徐道觉（Tao Chiuh Hsu，1917～2003），被誉为哺乳动物细胞遗传学之父的他发现了低渗溶液可使细胞中的染色体充分散开，这一技术很快确定了人类染色体的数目为46条。当时，徐道觉在观察细胞时发现一个很特殊的现象，就是细胞中的染色体散得很开，看上去清晰漂亮。这和平时挤在一起的情景完全不同。这是什么原因呢？徐道觉用了几个月的时间，改变实验中的每一个环节，试图找到导致这种特殊现象的原因。功夫不负有心人，徐道觉终于发现，使染色体散开的原因是溶液的渗透压。当溶液的渗透压比细胞的渗透压低时，细胞就会膨胀，染色体自然就散开了。低渗溶液的方法由此诞生，那么，几个月前最初观察到染色体散开用到的溶液一定是低渗溶液。大家认为可能是一位实验员在配置溶液时看错了刻度，无意中配了一瓶低渗溶液。实验室里没有人记得是谁配制了这瓶溶液，也没有谁承认这次失误。徐道党后来回忆道：“我甚至到今天还想亲吻那位为细胞遗传学做出如此重要贡献的年轻妇女的脸颊，然而没有人承认曾经犯过的这一错误，这位女英雄只能被埋没了。”endprint