《达尔文的后花园》：“实验家”达尔文的成长史

《达尔文的后花园：小实验如何撬动大理论》，[美]詹姆斯·T.科斯塔 著，李果 译，国文出版社2024年10月版。

达尔文被公然贴上“屡教不改”的标签

查尔斯·达尔文在十一二岁时的绰号是“毒气”。不，这个名号并非来自肠胃气胀，达尔文的同学因其对嘈杂、难闻的化学实验的嗜好而给他起了这个绰号。达尔文和哥哥伊拉斯穆斯会在自家漂亮的红墙宅院花园后的临时“实验室”中做这类实验。正如其名“山峰”一样，这座宅院由他们的父亲罗伯特·达尔文医生建于什鲁斯伯里一处可俯瞰塞文河的山丘上，该地乃英格兰什罗普郡西部城镇中的一个繁荣集市。

按照当时的风俗，达尔文家的小孩应寄宿在什鲁斯伯里学校，尽管学校离家很近。伊拉斯穆斯——外号“骨头”，却总是兄弟中的王子——于1822年离开这所学校前往剑桥继续深造，而时年13岁的弟弟则在家门口继续他们那些调查研究。被他们唤作“实验室”的地方离学校仅有几步之遥，达尔文很容易就能将吹管和化学制品带回宿舍，然后在就寝时间后对着煤气灯做“实验”，直至校长塞缪尔·巴特勒对此有所耳闻。达尔文从未忘记自己被公然贴上“屡教不改”的标签（意即肤浅的涉猎者，而他认为这并不公正）时遭到的谴责。

化学在当时风头正盛，而且自18世纪后期英国的约瑟夫·普里斯特利和法国的安托万·拉瓦锡等人在物质本性方面取得令人惊叹的发现以来便一直如此。汉弗莱·戴维曾在伦敦的化学制品展示中让围观群众眼花缭乱，达尔文的外祖父乔赛亚·韦奇伍德则因在自己的陶器厂（伊特鲁里亚作坊）中以新颖的化学方式制造出新型瓷器和釉彩而在欧洲名声大噪。化学除了创造奇观以外，溶解、熔化及燃烧物质的变化都让物质本身的哲学含意、万物（生物和非生物）之本性成为热度极高的话题。达尔文兄弟可能觉得什鲁斯伯里学校的古典课程无聊透顶（达尔文后来说道：“对于我心智的成长来说，没有什么能比巴特勒博士的学校更糟糕的了。”），但兄弟俩通过化学探索，也算体验了那个科学时代给众人带来的兴奋和惊奇。达尔文后来在自传中写道：“这个主题强烈地吸引了我，我们那时常常工作到深夜。这是我在学校所接受的教育中最好的一部分，因为它切实地向我展示了实验科学的意义。”

纪录片《天才达尔文》（2008）剧照。

“实验科学”对达尔文和伊拉斯穆斯意味着亲自动手的科学：操作、解剖、混合、探测、戳、刺、加热及仔细观察结果等，在经过适当调整后重复上述行为。彼时的实验科学被广泛认为包括了示范和解剖、细致观察和搜集等环节，而不似如今的“实验”一般有着相当严格的定义：谨慎提出假设，细致关注操控、再现和样本大小。19世纪时，科学从业者（在英国博学家威廉·休厄尔于1840年创造出“科学家”一词以前一直被称为“自然哲学家”）对他们理解事物的程序和方法认知更加深刻了。归纳法是达尔文时代科学探索的核心：收集足够的实例并把它们联系起来，然后推断出一般原理。而从一般原理预测自然现象，并提出具体和可测试的问题以改进原理的演绎法，则主要出现于20世纪。

然而，现代科学所谓的“假设–演绎”法实属用词不当：纯粹的演绎从未取代早期的归纳；相反，众人把归纳和演绎一并用于富有成效的迭代和相互加强的过程之中。正如我们将在本书中看到的那样，达尔文的方法多种多样，有时更偏向归纳法，其他时候则更像是现代标准下的演绎法，而且绝少符合严格实验设计的现代标准。尽管如此，达尔文仍设法掌握了大量世界运行的机制。为了体会他对“实验”的开放态度，我们必须广泛搜集信息，并考虑其多年在实地（庭院、田野和林地）和实验室（书房和温室）中所做考察的多样性，然后用现代意义上有条不紊的、可产生数据的实验进行测试、解剖、示范和比较观察。

除了“实验家”达尔文，我们还会遇到身为收藏家、观察家和理论家的达尔文。这才是达尔文的全部，因为对他而言，即便是观察研究也得亲力亲为。而这一切都始于花园后面那个散发着臭气的孩童实验室。

成为一个无脊椎动物学家，如同置身于“真正的天堂”

罗伯特·达尔文发现，在什鲁斯伯里学校学习对儿子来说是时间（和金钱）上的一种浪费。1825年，伊拉斯穆斯在剑桥完成一门医学课程后，被送到英国医学教育的中心——爱丁堡大学，继续为其将来的医学生涯做准备。罗伯特做出了惊人的决策，他将16岁的达尔文带离当地学校，并把他送往爱丁堡大学。显然，达尔文并不具备语言和古典学的天赋，学习法律是无望了，而且他也不具备学习物理学的数学头脑。罗伯特认为儿子会遵循家族传统成为医生，那为何不早点儿把达尔文送到医学院呢？至少他和哥哥还可以互相帮助。事实证明，这样做并不会达到预期的效果：尽管达尔文和哥哥还是像往常一样热情洋溢，但达尔文发现自己对手术室的恐怖情形毫无兴趣，也没有耐心忍受某些令人厌恶的讲师。然而，罗伯特的这种做法在其他方面却是某种更深层次教育的良好开端：苏格兰启蒙运动的精神仍活跃在爱丁堡，与当时英国大多数地区相比，这里都更具活力和进取精神，其医学职员则十分熟悉来自欧洲大陆的最新观念。

当时的一个重要理念是“哲学解剖学”，其涉及的广泛主题包括动物结构和功能的物质基础、生长和衰败、健康和疾病等。这种理念在一定程度上可算作“生命唯物主义”的产物，主张生命的属性乃物质本身所固有。生命唯物主义结合了路易吉·伽伐尼早在18世纪八九十年代对电流和生命火花二者共性的示范。伽伐尼是意大利博洛尼亚大学的外科教授，他在用青蛙腿做的著名实验中发现了“动物电”（如今又称“电生理”），这表明电流可以刺激肌肉运动。伽伐尼1791年关于这个主题的论著《论肌肉运动中的电力》则成为玛丽·雪莱的《弗兰肯斯坦》的重要灵感来源。长期以来被归因于某些神圣精气的动物运动之谜，正逐渐被经验上可检验的电流现象所解释。

纪录片《天才达尔文》（2008）剧照。

让·巴蒂斯特·德·拉马克是这种想法的支持者。拉马克曾是一位植物学家，后被安排到后革命时期的巴黎，在自然历史博物馆中对混乱的无脊椎动物（invertebrates，拉马克创造的术语）展馆进行分析和分类。馆中的动物启发了他的进化学说。他于1801年写道：“自然在连续产生各类物种的过程中会逐渐使它们的结构复杂化，最不完美或最简单的物种是起点，最完美的物种则是终点。”

拉马克看到了大量无处不在的“最不完美”的动物——无脊椎动物，因为机体结构复杂程度最低，所以最接近生物体的起源。他认为，微生物会通过自发的方式不断繁衍，凭借其生命能量或生命力，它们可在世代不断响应自身适应性需求的过程中，以极其缓慢的速度完善其结构。拉马克认为，无脊椎动物代表了生命结构渐趋完善的早期阶段。凭借其庞大的数量和多样性，它们也成为记录生命结构过渡的最佳群类。正如华兹华斯在其关于法国大革命的诗歌中表露出的狂热情绪一样，如果“生命的黎明是乐园，青春才是真正的天堂”，在那个时代成为一个无脊椎动物学家，也如同置身于“真正的天堂”，这刺激了达尔文的祖父伊拉斯穆斯，这位启蒙时代的杰出医生、发明家、政治激进主义者和诗人写下了自己的诗篇：

无垠波涛下的有机生命 生养于大海珍贵的怀抱； 球面镜片都观察不到的微小生命会首先形成， 污泥中爬行，或者融入水中； 随着后代的兴盛，它们 获得了新的权能和更硕大的肢体； 无数植被自此勃发， 鳍、足、翅类动物的生存领域随之产生。

这是对拉马克式的进化论更为诗意的表达。而早在达尔文出生的1809年之前，其祖父的诗歌在英国就已不再流行，其政治观点和对拉马克的同情态度也遭到唾弃。但在爱丁堡则并非如此：即使是在十多年后达尔文和哥哥相会于苏格兰首府的1825年，激进的政治观点和科学也仍有一席之地（虽然众人不一定赞成）。

有关“植形动物”的经历如影随形

伊拉斯穆斯于1827年完成了自己的课程，并前往伦敦的解剖学校继续深造，留下的弟弟也越发不开心了。达尔文开始跟着罗伯特·埃德蒙德·格兰特学习，这位曾经的医生当时已经是大学里声名鹊起的无脊椎动物学家。格兰特在巴黎生活过一段时间，他会去参加拉马克的讲座，并向其他著名的学者学习。比如，他会向埃蒂安·杰夫罗伊·圣希莱尔学习胚胎学，并向乔治·居维叶学习比较解剖学。杰夫罗伊后来成为拉马克的朋友和捍卫者，而居维叶却对他俩大加嘲讽；他们的仇恨最终于1830年爆发为法国科学院门前公开的唇枪舌剑——这个情节深深地吸引了达尔文。

纪录片《天才达尔文》（2008）剧照。

格兰特把达尔文揽入麾下。此后，他还将达尔文介绍给普林尼学会（几年前为热衷于自然史的学生成立的组织），并邀请达尔文担任自己在威尔纳自然史学会会议上的嘉宾，大学生通常无法参加这个会议。或许最重要的是，格兰特带达尔文一道探索了福斯湾潮汐池中的海洋无脊椎动物。作为拉马克和杰夫罗伊的粉丝，格兰特研究了微小的凝胶状海洋生物，试图从它们中间发现“进化论的证据，进而寻求统一有机世界和无机世界的一致规律”7。格兰特曾致力于研究小群体珊瑚虫、珊瑚藻及类似的海洋生物，并确信这些生物代表了连接植物和动物的中间生命形态。

实际上，拉马克一直（错误地）把珊瑚藻归为植物，他拒绝了“动物–植物”可能相互关联的观念。不过，格兰特的想法更接近杰夫罗伊，他们将植物和动物等所有生命视为一个伟大系统的组成部分。格兰特称之为“植形动物”或“动物–植物”（主要由现在被称为苔藓虫门的生物及类似种群构成，它们是群体无脊椎动物的一种形式）。格兰特证明了它们有着某种可自由游动的幼虫形态（肯定像动物一样），但看起来却像是长有刃状“叶片”、随波浪起伏的植物，并能够通过萌芽的方式繁殖。格兰特说：“动物王国和植物王国的起源是如此难分难解，以至于博物学家们目前对许多知名物质的归属领域意见不一。”事实上，“一些有组织的生命……既无根系也无毛细血管，更没有可用于消化的胃，看上去没有明显的器官，与植物或动物相去甚远，但它们以无法察觉的渐变方式连接了植物和动物王国”。

达尔文惊叹于这些黏糊糊的海洋生物的美丽和复杂程度，以及它们的搏动、微微摇曳的触手和多彩的图案。在格兰特的催促下，达尔文用借来的显微镜对它们进行了观测，他在这一过程中学到的东西比预想的多。当然，发现会带来兴奋的感觉，就像他在揭示类似海藻的草苔虫的动物本质时一样，达尔文证明了这种虫类会产生大量可自由游动的“卵细胞”（幼虫形式），并在当地的普林尼学会于1827年3月27日举办的会议上自豪地报告了自己的成果。这是达尔文的第一份科学出版物。但他的发现也带来一个教训，这让他吃了苦头：科学竞争。

格兰特觉得海洋无脊椎动物乃自家领地，于是借鉴了达尔文的发现，并最终认为这项研究项目属于自己一人所有。格兰特在未提及达尔文的发现的情况下，早于达尔文数日在威尔纳学会宣读了一篇类似的论文。雪上加霜的是，他在报道草苔虫的发现时并未承认自己学生所起到的作用。达尔文被深深刺痛，却无所畏惧；他决意继续自己的调查研究，并记录了其他几个物种可自由游动的幼虫形态。但他对格兰特已心灰意冷。数周后，格兰特试图聘用达尔文，但这位教授得到的回应是无情的沉默；正如达尔文后来描述的：“一天，我们正一起散步，（格兰特）突然对拉马克及其进化论观点大加赞赏。我带着震惊的心情默不作声地听着，根据我的判断，这并未对我的想法产生影响。”难以置信，格兰特的主张并未给达尔文留下任何印象，但他自此也不再与这位教授在学术上保持亲密关系了。

纪录片《天才达尔文》（2008）剧照。

未满一年，达尔文便离开了爱丁堡；显然，医学并不适合他，窃取他人智力成果的小偷更与他格格不入。他的父亲很可能已束手无策。他又该拿从医学院辍学的儿子怎么办？为什么不送他去剑桥大学？当然不。很明显，英国国教教会是个替代方案：凭借他开朗的言行举止，对赛狗、自然史及乡村漫步（除了在他的临时实验室中的涉猎以外）的爱好，达尔文肯定非常适合受人尊重又不会过于繁忙的乡村教区牧师生活。英国长期有着（并且仍有）一种教区牧师–博物学家的可敬传统，这一点体现在约翰·雷和吉尔伯特·怀特等人身上。达尔文于1828年1月抵达剑桥，尽管格兰特和爱丁堡早已被抛诸脑后，但那些有关“植形动物”的经历却如影随形。

本文选自《达尔文的后花园：小实验如何撬动大理论》，已获得出版社授权刊发。

原文作者/[美]詹姆斯·T.科斯塔

摘编/何也

编辑/张进

导语校对/赵琳