第一章生物学实验的产生和发展
生物学是一门实验的科学，特别是现代生物学，离开了实验，几乎就不能发展。严格地说，生物科学实验是建立在近代自然科学发展的基础上的，但建立的过程经历了早期人类的自然观察到对生命活动的探索，研究等一系列实践活动这条漫长的道路。
第一节早期人类的实践活动
人类是从古猿进化而来的。无论是人类还是古猿，其生存都要和其他生物发生关系。人类告别了猿类之后即开始对自己赖以生存的各种生物进行有意识的认识，并通过自己的观察及实践活动收集和积累有关的知识。如果可以将这些称之为原始的生物学，那么从某种意义上讲，生物学是和人类及其实践活动一起诞生的。
一、原始人的自然观察
在长达二三百万年的人类历史中，大约99%的时间是在原始社会中度过的。
人类真正有意识地认识生物，是从采集和狩猎开始的。人类通过长期观察和实践，对不同植物以及同一种植物的不同器官进行识别，并进一步认识哪些植物的哪些部分是可以充饥的、适口的，哪些是有毒害的，在什么季节可以釆到什么植物。
随着工具的改进和火的使用，人类主动地猎取各种动物以补充自己的食源。他们开始注意观察不同动物的形态特征和生活习性，以便利用它们的弱点去更有效地捕获它们。
从采集到狩猎，原始人并没有摆脱依赖天然食物而生活的历史，直到种植和驯养的出现，才标志着人类可以按照自己的需要在自然界中获取生存的必需品。据考证，大约从旧石器时代向新石器时代的过渡时期(约1万年前)开始，就有了种植业。在西亚(今土耳其境内的萨约吕一带)发现有1万年前种植小麦的遗迹，在我国浙江余姚也发现了六七千年前的大量炭化稻谷。可以想像，人类在长期的自然观察中，注意到有些植物的生长是靠着开花后结的种子落地而周而复始的，于是尝试着将采集到的种子埋在土里，当小苗长出后细心侍候，最后他们得到了更多的果实和种子。他们成功了，种植业也随即开始了。在种植的过程中，人们要不断地了解不同作物的生长习性，适时播种和管理，并逐步积累一定的经验。如果种植业可以被看做是人类最早期的探索实验，那么其操作方式就是“刀耕火种”，最原始的工具是粗陋的石斧、石锄等(图1—１)。原始人用石斧将树木砍倒，然后晒干并放火烧掉，腾出空地挖坑播种，在收获的季节，用石镰将作物割下，用石碾加工为粮食。当然，这些所谓的“实验”是我们现代人对它的命名，它距离今天意义上的“实验”相差甚远。原始人对生物的认识，更多的是靠着自然观察和在生活实践中的尝试。然而，没有原始人的各种实践和尝试，今天的“实验”也就成为无源之水、无本之木。
吕一二、古代生物学实验的萌芽
原始人对生物的认识，仅仅是为了自身的生存，而进入文明社会以后，人们开始有目的地对各种生物的形态、习性进行理性的探索。公元前１000年，中国的《诗经》就有了大量关于动、植物知识的记载，不过，这些都是人们对自然观察的描述，酿造业可以说是古人们比较系统地进行“生物学实验”操作的典型代表。
传说在大约公元前2０00年的中国夏代，人们就已经知道酿酒了。有文字记载的是公元前16０0年的殷代，人们用曲蘖制酒。曲是长了微生物的谷物，蘖是发了芽的谷物，在这里，蘖起淀粉糖化作用，曲起酒精发酵的作用，这是世界上利用曲霉最早的记录。以后，酿酒技术就在此基础上发展起来了。比较详细记录其操作程序的是《周礼》中的“五齐”。“五齐”是指发酵过程中的五个主要阶段：一是“泛齐”，这是发酵初始谷物吸水膨胀泛浮的阶段；二是“醴齐”，即淀粉进行糖化作用阶段；三是“盎齐”，即发酵时糖转化为酒（即乙醇)和二氧化碳，冒出气泡的阶段；四是“醍齐”，在这个阶段，酒的浓度逐渐增加，醪液颜变深；第五个阶段是发酵终止，酒糟下降，称“沉齐”。“五齐”的提出，是符合酿酒发酵的科学规律的。大约
到了汉朝，即公元前200多年，我国酿酒已经只用曲而不用蘖了。当时由于制曲的时候利用了某些条件，使曲里含有大量混杂生长的霉菌和酵母，分别起着淀粉糖化和酒精发酵的作用，使糖化和酒精发酵两个过程既连续而又交叉地进行，这种方法就是现代的复式发酵法，也是我国独特的酿酒方法。至今，西方的酿酒仍然用麦芽糖化后再加入酵母进行酒精发酵两道程序。
当时，我国不仅在酿酒技术上有很高的水平，在发酵技术方面也有很多突破，如用酸浆调节发酵，加醋或油以消除泡沫产生等。在酿酒技术发展的同时，利用乳酸菌发酵来加工贮藏蔬菜，酿醋、制酱等技术也都有了很高的水乎。《周礼·天官》中就有关于醯人的记载，醯人是负责掌管酿醋的人员，这说明当时酿醋生产有了相当的规模。
关于杂交实验的最早记载，是公元１２１年我国东汉时期的许慎所著《说文》中提到的“赢，驴父马母者也；驮騠，马父赢子也，,(赢即骡)。《说文》中还指出，雄驴和雌马交配，雄马和雌驴交配，其子代是有区别的。“驮骊”一词，早在秦朝以前即已出现，这说明当时已经育成了马父驴母的杂交骡。
大约在公元前６00年，古希腊生理学家阿尔克迈翁（Alcｍaeｏｎ)即对人和动物的尸体进行了解剖。他提出的“脑是智力的器官”及“人脑具有理解力，而动物大脑只能觉察不能理解”的观点，就是建立在他的动物解剖实验的基础上。阿尔克迈翁的研究为人体解剖学和生理学开创了先河。
被西方称为“生物学始祖”和“动物学之父”的古希腊哲学家、动物学家亚里士多德(A ｒiｓtｏtｌe，公元前384一公元前3２2)曾对540种动物进行了分类，对其中50多种动物进行了活体解剖观察，并做了详细记录。如他研究了一种多刺的角鲨，发现它与其他的鱼类将卵排入水中不同的是，卵在雌鱼体内发育成幼鱼才出生(这种“胎生鱼”直到１9世纪才被再次发现）。他还对小鸡在蛋壳中孵化的2１天进行了详细的观察和记录，发现小鸡生命的第一个信号是在开始孵化后的第4天出现的一个跳动点，即心脏的搏动。亚里士多德不仅将观察到的现象描述下来，还绘制成图。
古罗马医生盖仑（Galen,129—１９9)也曾经做过很多生理实验，以至于有些论著称盖仑为最早奠定生理学基础的学者。在解剖生理学方面，他的最大贡献是在肌肉和脑神经方面。通过动物解剖及实验，他能认出7对脑神经及其功能，并揭示出脊椎分段切割的作用，他还观察了尿从肾脏流经输尿管至膀胱的途径。盖仑还特别注意解剖的方法。在当时，罗马已经有了很多的解剖器械（图1—2)，盖仑在他的《论解剖操作》专著中论述了很多解剖、观察的方法。
像阿尔克迈翁、亚里士多德、盖仑这样，为了认识自然现象而自觉地通过简陋的手段专门进行一些观察和比较，可以看做是科学实验的先驱。在中国古代就曾有“神农尝百草，一日而遇七十毒”的传说，这也可以看做是采用“试错法”而进行的一种鉴别实验。当然，古人们的这种探索实验由于其手段简单、工具简陋和方法的局限，有很多是不完善、不科学甚至是错误的。例如，亚里土多德通过解剖哺乳动物而得出“心脏的右腔大于左腔”和“动脉管里是空的，只是充满了空气”等错误结论，这是因为刚刚宰杀的动物心脏突然收缩，左边由于血液大部分射出而已经瘪下去，右边却常常还有部分充血，因此看上去左边比右边小。同样，盖仑关于血液运行的认识也是错误的。他甚至认为每一个器官都是为了一个目的而被神圣地制造出来，并主观地认为，肠子里的食物由静脉携带到肝脏，在那里吸取。自然灵气”(naｔuｒalspｉｒit)而被制造成血液，这些血液一部分经过静脉到身体各部分被吸收，另一部分被送到心脏右腔，通过左、右腔之间“看不见的微孔”进入左腔，在那里接受“活力灵气”(vｉtalspｉｒiｔ)，从左腔流出的血液到达脑，在那里获得最高的“动物灵气”(aniｍａlspi ｒit）(图l—３)。古人的这些错误是完全可以理解的，
在那个年代，受各方面的局限，他们只能将自己看到的事实描述下来，或者按照自己的推断做出或对或错的结论。但是，一些错误的观念，如盖仑关于血液运行的理论和他的“三灵气学说”，正好与中世纪的宗教教义相符合，被认