选择性必修1 生物 激素与内分泌系统 逐字稿-5,005字
师:激素,希腊文原意为“奋起活动”,它对机体的代谢、生长、发育、繁殖等起着重要作用。19世纪之前,学术界普遍认为人和动物的生理活动都是由神经系统调节的。到了19世纪,大量动物实验和临床研究表明,许多疾病与体内某些物质有关。那么,这些物质是如何被发现的呢?科学家研究发现,狗进食后,胃便开始全力将食物磨碎。当食物进入小肠时,胰腺马上会分泌出胰液,并送至小肠与磨碎的食物混合进行消化活动。那么,食物到达小肠的消息,胰腺是怎么获得的?我们假设是通过神经系统的调节,内脏器官大多同时接受交感神经和副交感神经的支配。当刺激迷走神经,即副交感神经时,会引起胰腺的分泌。事实是不是仍如人们所想呢?1894年,法国学者瓦特谟把相当于胃酸的盐酸注射到小狗的上段小肠时,引起了胰液的分泌。当他再将稀盐酸注入狗的血浆时,却不会引起胰液的分泌。这里面有没有神经系统在干扰呢?为了排除神经系统的干扰,沃泰默切除了支配这段小肠的神经,只留下血管,再向小肠内注入稀盐酸,发现这样仍能促进胰液分泌。对于这种现象,沃特世给出了自己的解释。他认为这是由于小肠上微小神经难以剔除干净,所以这是一个十分顽固的神经反射。大家同意他的观点吗?
生:有些同学赞同Watimeo,因为支配小肠的神经比较纤细,的确很难完全去除。也有部分同学表示不同意,他们觉得渥太默在实验中切除了通向狗上段小肠的神经,反射弧的完整性已经遭到了破坏。
师:那么在活动过程中,除了神经调节之外,是不是还存在其他调节机制呢?英国生理学家斯塔林和贝利斯也这样考虑。1902年,他们做出另一种假设,这不是反射活动,而是化学调节。在盐酸作用下,小肠黏膜可能产生了一种化学物质,这种物质进入血液后,随血液到达胰腺,引起了胰液的分泌。为此,他们做了实验,剪下一条狗的一段小肠,刮下黏膜,加入稀盐酸和沙子,过滤黏膜,将提取液注射到同一条狗的静脉中。结果胰液大量分泌了。斯塔林和贝利斯观察到这一现象后,得出了结论。他们认为稀盐酸刺激小肠黏膜分泌化学物质,促进了胰腺分泌胰液,这就是一种化学调节。科学的发展是在质疑和探索中不断前行的,我们也可以对斯塔林和贝利斯的实验进一步思考,他们的实验是否严谨呢?该如何改进呢?我们知道对照是实验控制的手段之一,目的在于消除无关变量对实验结果的影响,增强实验结果的可信度。在原先的实验基础上,我们可以增设对照实验,用来排除稀盐酸、小肠黏膜本身成分对实验的干扰。那么斯他林和贝利斯的实验就一定说明里面不存在神经调节了吗?
生:显然不能,该实验只能说明盐酸刺激小肠黏膜后引起了胰液分泌增多,有体液调节存在,但由于通向小肠的神经被切除,无法判断该过程是否有神经调节。
师:对比沃泰默的实验,斯塔林和贝利斯的巧妙之处在哪里呢?
生:他们选用小肠黏膜提取液是非常聪明的办法,这样彻底排除了神经调节对实验结果的干扰。
师:俄国生理学家巴甫洛夫是近代生理学的奠基人。当年巴甫洛夫获得诺贝尔奖,就是因为他对消化腺分泌调节进行的研究。他证明消化腺分泌调节完全是神经调节,斯他林和贝利斯的发现无疑与巴甫洛夫的观点不同。于是巴甫洛夫和他的学生重复了斯他林和贝利斯的实验,结果与斯坦利贝利斯一致。为此,巴甫洛夫遗憾地对学生说:“自然人家是对的,很明显,我们失去了一个发现真理的机会。机会只偏爱有准备的头脑。”是什么因素使斯坦丁和贝利斯抓住了成功的机会呢?
生:我们需要在生活中敢于质疑,尊重科学事实,不被已有的理念所禁锢,大胆假设,小心求证。
师:在斯塔林和贝利斯的研究下,人们发现了第一种激素——促胰液素。促胰液素的发现使人们认识到机体除了神经调节,还存在由内分泌腺器官或细胞分泌的化学物质的调节,也就是激素调节。自从第一种激素被发现,世界上就出现了寻找激素的热潮。人们发现糖尿病患者有吃得多、喝得多、尿得多、体重减轻的症状。1869年,研究者在显微镜下观察胰腺组织时,发现其中有一些聚集为岛状的细胞堆,将其命名为胰岛,但对它的作用却一无所知。直到1889年,科学家无意中发现切除胰腺的狗会患上与人糖尿病类似的病。他们判断糖尿病很可能跟胰腺有关,并提出假说:胰腺能分泌某种抗糖尿病的物质。1916年,研究者将胰岛产生的可能与糖尿病有关的物质命名为胰岛素,但此时没有人能精确地证明它的存在。从1889年到1920年,大多数实验都集中于制备胰腺提取物,然后注射给摘除胰腺而患实验性糖尿病的狗,但都收效甚微。为什么呢?
生:激素的分泌悄无声息,它们直接进入血液,周游全身,难以收集和分离。
师:那么,人们是如何寻找激素的呢?1920年,加拿大助教班廷查阅资料,了解到胆结石堵塞胰管或以实验方法结扎胰管都会引起胰腺萎缩,而胰岛却保持完好,且这样的胰岛不会患糖尿病。这给了他获取胰岛素的启示:先结扎狗的胰腺导管,使胰腺萎缩,再用萎缩的胰腺提取液来治疗糖尿病。1921年,班廷和助手贝斯特先将狗胰管结扎,使胰腺萎缩,然后摘除另一只健康狗的胰腺,造成实验性糖尿病。再从结扎狗身上取出萎缩只剩胰岛的胰腺,做成提取液注入摘除胰腺且患糖尿病的狗身上。奇迹出现了,患糖尿病的狗症状消失,他们测定其血糖和尿糖含量也恢复了正常。随后,班廷和生化学家合作抑制了相关蛋白酶的活性,从而提取出正常胰腺中的胰岛素,并将之用于治疗糖尿病,取得了很好的效果。在班廷之前,为什么科学家试图通过实验证明胰腺中分泌物的存在都收效甚微呢?
生:胰岛素本身是一种含51个氨基酸的蛋白质,之前大多数实验提取的胰岛素被胰腺分泌的胰蛋白酶所分解,难以获得预期结果。而班廷通过结扎胰腺导管使胰腺萎缩,丧失分泌胰蛋白酶的功能,但胰岛仍然正常,由此证明了胰岛能分泌胰岛素。
师:除了胰岛素,科学家还研究了性激素。对于雄性家禽家畜进行阉割养殖,在我国已有1000多年历史。18世纪,英国也有学者进行了一系列性腺移植实验,但对性腺功能真正进行科学研究已经到了19世纪。1849年,德国研究者发现公鸡被摘除睾丸后,其雄性特征明显消失,鲜红突出的鸡冠逐渐萎缩,不再啼鸣,求偶行为也慢慢消失。如果将睾丸重新移植回去,公鸡的特征又会逐步恢复。通过不断实验,科学家从动物中提取出睾酮,经证实睾酮就是睾丸分泌的雄激素。没有正确的方法就不能进行科学研究,那么在激素研究过程中究竟运用到哪些方法呢?从上述实例中,能归纳出内分泌腺及其分泌激素是如何研究的吗?