供 稿 者 名 单

  (按姓氏笔划为序)

   ----------------------------------

王卫国

天津医科大学

朱大年

复旦大学上海医学院

刘长金

华中科技大学同济医学院

杜友爱

温州医学院

李玉荣

哈尔滨医科大学

张建福

徐州医学院

吴博威

山西医科大学

沈霖霖

复旦大学上海医学院

罗自强

中南大学湘雅医学院

郑   煜

四川大学华西医学中心

林默君

福州医科大学

曹   宇

中国医科大学

樊小力

西安交通大学医学院

关于内环境来源于海水的理论

 

 

关于内环境来源于海水的理论

 

      法国著名实验生理学家克劳德 · 伯尔纳( Claude Bernard, 1813~1878 )早在一百多年以前就已提出内环境( internal environment )的概念。他认为,机体生活在两个环境中,一个是不断变化着的外环境,另一个是比较稳定的内环境。内环境是围绕在多细胞动物细胞周围的体液,包括血液、淋巴和组织液等,为多细胞生物体的细胞提供了一个适宜的生活环境。 但一个饶有兴趣而又重要的问题是内环境是怎样发生的?

      在 20 世纪 20 年代,加拿大生物化学家麦卡拉姆( Macallum A. B. )曾提出一个重要的理论,即一切动物的体液都来源于海水。他认为:原始生物体的细胞是与其周围的海水相适应的。随着动物的进化,体腔与外界隔开,被包入体内的体液,虽经多种演化,但还保持其在体腔封闭前与原始海水相近似的成分。

      通常认为,生命起源于海洋中。在海水中,生物从最原始形式发展到较复杂的形式。以后,有的仍居住在海洋中,有的移向淡水,有的甚至迁移到陆地上。生活在海洋中的单细胞生物只有一个生活环境,就是它周围的海水。海水既可提供其食物和氧气,又可带走其排泄出来的代谢终产物;且海水是如此的浩瀚,海水的性质变动很慢。由于海水的比热较高,因而海水的温度变化极小;由于海水的粘滞度较大,剧烈的机械动荡对其受影响也很小。因此,对单细胞生物来说,其生活环境是非常稳定的。但在单细胞发展为多细胞生物后,情况就大不相同了。若仅以海水为生活环境,则在机体外表面的细胞离海水近,就会 “ 近水楼台先得月 ” ,而深居内部的细胞就得不到充足营养,代谢终产物也不能排泄,从而将导致死亡,生物进化也因此而不可能发生。正因为内环境的产生,才敲开了动物进化的第一扇大门。

表 1 若干种动物的血清和组织液内离子的相对成分

(以 Na + 为 100 来计算)

 

Na +

K +

Ca 2+

Mg 2+

Cl -

SO 3 2 -

海 水

100

3.61

3.91

12.1

181

20.9

鲎 鱼

100

5.62

4.06

11.2

187

13.4

水 母

100

5.18

4.13

11.4

186

13.2

龙 虾

100

3.73

4.85

1.72

171

6.7

角 鲨

100

4.61

2.71

2.46

166

?

100

5.75

2.98

2.76

169

?

100

9.50

3.93

1.41

150

?

绿 鳕

100

4.33

3.10

1.46

138

?

青 蛙

100

?

3.17

0.79

136

?

100

6.62

2.8

0.76

139

?

100

6.75

3.10

0.70

129

?

摘自 Macallum AB. Physiol Rev, 1926; 6: 316

      若比较不同动物体液内所含离子的相对成分,就会发现一个重要现象:动物从低等到高等,从水生到陆生,其体液中的离子成分都非常相似(表 1 )。因此,人们不禁想到它们是否有一共同来源? 如果 麦卡拉姆 的论断是正确的话,那么,为什么人的血清比海水含有较多的 K + 和较少的 Mg 2+ ?麦卡拉姆认为,根据地质学家的估计,与现代海 水相比, 原始或古代海水中含有较 多的 K + 和较少的 Mg 2+ (表 2 )。以后,由于不同的化合物沉积于海底以及江河逐渐冲刷陆上的一些盐类到海洋,便使现代海水含有较少的 K + 和较多的 Mg 2+ 。麦卡拉姆还认为,脊椎动物发源于原始脊椎( eoverfebrate )时代的海水中,那时海水的成分与现代脊椎动物血清的离子成分极为近似(见表 2 )。 这样,原始脊椎代海水的成分就由脊椎动物的细胞外液保留了下来。

表 2 不同时期海水的成分(以 Na + 为 100 来计算)

时 间

Na +

K +

Ca 2+

Mg 2+

古 代

100

100~250

10

0.01~0.1

原始脊椎代

100

6.7

3.1

0.7

现 代

100

3.61

3.91

12.1

      若再仔细察看表 1 所列的数字,还会发现鲎鱼 ( limulus ) 和水母( jellyfish )的体液远较其它动物接近现代海水。麦卡拉姆对这个现象的解释是:这正说明这些动物的血液系统与海水隔绝的时间比脊椎动物的祖先为晚。

      总之,麦卡拉姆理论的要点是:生命在若干万年前发源于海中。不同动物的血液系统在不同的时间封闭起来与海水隔绝,而其后代的血液成分则由于遗传关系而原封不动地保存了下来。这一理论似乎的确很有道理,但后来的研究表明他的观点较为简单粗糙。若将一个海生无脊椎动物(如海蟹)置于稀释的海水中,其体内盐类将会逸出到周围水中;若将 K + 注入此动物体内,也将很快看到 K + 由体内逸出到周围水中。说明离子可透过动物体表面。因此,动物的血液系统在进化中封闭后,不可能长久保持其成分不变,它与外环境必然存在一种主动的生理过程(如排泄器官所起的泵作用),以维持二者间的动态平衡。如果这一观点正确,那么,可推测动物的排泄器官在进化中逐渐变得更为有效时,它的血清和海水成分的差别将越来越大。表 1 所列的数字正是因为动物由简单进化为复杂时,其血清中所含较多的 K + 和较少的 Mg 2+ 将变得更为明显。

      因此,关于内环境来源于海水的理论可作以下几点结论。

      1. 在古代(若干万年前),海水的成分适宜于生命的发生,生命发源于海洋中。

      2. 现代的动物,虽然都是多少万年以来沿着不同的进化道路演变的产物,但它们的体液中的离子成分却非常相似,因而推测体液来源于原始的海水。

      3. 原始的海水比现代海水含有较多的 K + 和较少的 Mg 2+ ,而正是那个时候,海水的成分与现代动物血清的成分极为相近。

      4. 自从动物的体腔与原始海水隔开以来,其血清成分并非静止地靠遗传保留下来,而是靠主动的泵作用与外环境保持动态平衡。排泄器官起重要作用。动物越进化,其维持内环境与现代海水成分的差别的能力就越强。 (摘自王志均编著《生命科学今昔谈》,有改动)

(朱大年 供稿)