拿自己身體冒險做實驗的人：霍爾丹父子

特雷弗·諾頓[英]

在科學史上，提及為了科學探索勇于拿自己身體做實驗的人，必然要說到霍爾丹父子——約翰·斯科特·霍爾丹（1860—1936）和J.B.S.霍爾丹（1892—1964）。

約翰·斯科特·霍爾丹

約翰·斯科特·霍爾丹是英國著名的生理學家，“空氣質量對人體健康有何影響”，這一問題讓老霍爾丹很是著迷。他分析了貧民窟、工廠和下水道的空氣，通過比較，發現學校的空氣還不及下水道的好。這個工作也不是沒有風險。為了收集空氣樣本，他曾爬下污水處理場的坑道，而就在那里，幾小時前有5名工人剛被硫化氫氣體奪去了生命。

之后他又潛行進入了倫敦地鐵，通過一根管子吸取空氣樣品。正因為他發現地鐵空氣中有毒的一氧化碳氣體含量十分之高，催生了倫敦地鐵的電氣化改革。

尋找奪命氣體的最佳場所要數煤礦。當時，地下爆炸司空見慣，而每有災難發生，老霍爾丹總是一把抓起礦工帽拔腿就往現場沖去。他給太太發電報讓她放心，可電報上的話前言不搭后語，讓家人看后更加確定他正在接觸這樣或那樣的毒氣。

老霍爾丹能憑氣味識別出大多數氣體。某礦井爆炸后，他湊在排放礦內有毒氣體的通氣管管口辨認毒氣。排出的氣體未經空氣稀釋，他一吸之下便喘氣不止，臉色發青?！笆翘妓??！彼嫉馈＝又?，他又湊上管口吸了兩次來確認剛才的判斷。

老霍爾丹發現，礦井事故的受難者大多并非如人們猜想的那樣死于爆炸，而是因為缺氧或吸入一氧化碳窒息而亡。為了檢驗一氧化碳的毒性，他一邊吸入一氧化碳一邊記錄自己的癥狀，同時給自己抽血分析血樣。等到他難以支撐時，試驗停止，他的心跳也差點停止。此時他血液中一氧化碳的飽和程度僅比遇難礦工低4%。

他之所以能這樣冒險還是因為他的實驗同伴——小鼠。這種小動物的呼吸頻率很高，肺部氣體和血液的交換速率很快，比人類快近20倍。因此，鼠類對有毒氣體的敏感性也差不多是人類的20倍。

在他的實驗中，人鼠共享由空氣與一氧化碳混合的有毒氣體。不到一分半鐘，小鼠就撐不住了，呼吸正常空氣后才恢復過來。而老霍爾丹支撐了半小時后終于表現出與小鼠一樣的癥狀，出現癥狀的時間比小鼠晚了20倍。而代謝率更高的小鳥對毒氣的敏感程度會更甚于小鼠。在這一研究結果的指導下，礦工們開始把金絲雀帶到礦下，用作指示空氣質量的早期示警。

老霍爾丹還總結性地指出，肺塵病是由吸入塵埃導致。很多時候，諸如此類的實際問題正是老霍爾丹開展生理學研究的出發點，而他的工作成果也極大地降低了那些高危職業要遭遇的風險。

老霍爾丹把自己家閣樓改建成了帶有氣密室的實驗室，在那兒研究各種氣體的作用。有時候他會叫來自己的女兒內歐米，關照她留神注意爸爸的情況，一旦暈倒，要把毒氣排出，把人拖出氣密室，做人工呼吸。內歐米那時只有12歲。

1906年，老霍爾丹受命研究深水潛水的生理學，于是他轉而關注高壓對人體的影響。當時英國海軍部很關切的一個問題是：很多潛水員在上升時會出現減壓癥，失去知覺或四肢癱瘓。在經過計算并用山羊做了一些實驗后，霍爾丹把海軍潛水員志愿者送到了水下。當時允許的最大水深是30米，而他們幾乎到達了這一深度的兩倍。此后，潛水的水深世界記錄被一次次不斷刷新。老霍爾丹建立了第一份指導潛水員安全返回水面的減壓表。他還創建了“霍爾丹原則”，所有的減壓表都以該原則為基礎。經他確定，潛水員可以安全上升到最大水深的一半距離。之后必須一級級朝水面上升，在規定的水深處停留一段時間，把高壓條件下累積在體內的氮氣呼出體外后才能繼續上升。

1915年4月，德軍發動了第一次毒氣戰。他們釋放出168噸氯氣，致命的毒氣形成綠色云團朝同盟國軍隊飄去，速度之快讓人難以逃脫。此時已任大法官的理查德·霍爾丹要求弟弟查明德軍用的是什么毒氣，并為軍隊設計防護裝備。于是約翰·霍爾丹教授奔赴法國，參加在第一次毒氣襲擊中受難的士兵的尸檢。他判斷死因是吸入氯氣，因為他自己曾經“在連接漂白工廠的下水道中有過一次可怕的個人經歷”。

霍爾丹與兩位化學家在充滿致命氯氣的氣密室合作，測試剛有了雛形的防毒面具?？諝庵心呐轮挥?.1%的氯氣，都會讓人難以呼吸，還會強烈地刺激眼睛?；魻柕さ呐畠簝葰W米與他家房客奧爾德斯·赫胥黎把羊毛織物扯碎，填充進防毒面具內，給他們測試吸收毒氣的效果。他們還試了襪子、西裝背心、內歐米的睡帽以及赫胥黎的圍巾。為了尋找合適的化學吸收劑，他們把廚房翻了個遍。

另一方面，由于不斷有士兵死于毒氣襲擊，霍爾丹想出了一個應急的法子，讓士兵們在戰場上臨時制作簡易的防毒裝置：用手帕裹住泥土，或是把濕布塞進敲掉了底部的瓶子里，這些簡陋的過濾器可以一定程度地保護肺部。浸了亞麻籽油的紗布則可以用來防護眼睛，讓士兵們不至于完全看不清。

老霍爾丹在法國也建了一間帶氣密室的實驗室。“小白鼠”有老霍爾丹本人、一位從礦井研究時期就跟隨老霍爾丹的助手，以及暫時從自己部隊過來幫忙的兒子小霍爾丹。他們幾人測試了不同濃度的氯氣在帶或不帶防毒面具時的影響。氣密室里還有一個健身用的轉輪，為的是讓他們確認戴著防毒面具逃跑也不會有問題。小霍爾丹后來這樣描述他們的演習：“每當我們中有人因為吸入太多毒氣而使肺部充分過敏，另一個人再頂替上陣。有的人因此不得不臥床數天，我則是呼吸變得十分短促，有大約一個月時間無法跑動?！?/p>

最終，霍爾丹他們設計出了有效的防毒面具。很快，防毒面具以一天7萬只的速度生產出來。

內歐米認為，父親的肺在那段時間吸入毒氣后一直不曾完全康復。老霍爾丹在75歲時垮下來，發展成肺炎。他被罩在氧氣帳下，這也是他過去的一項發明。他倡導了利用氧氣減輕受損肺部痛苦的方法。約翰·斯科特·霍爾丹與世長辭時，臉上還帶著饒有興趣的表情，仿佛仍在監測重要的生理學實驗。

在他去世的3個月后，《泰晤士報》登出了他生前要做的公共演講的通告，題目是《奇跡》。

就像戰士要“為取得勝利不畏犧牲不怕受傷”一樣，老霍爾丹寧可拿自己做實驗?；魻柕ぜ易宓淖毅懯恰笆芸嗍茈y”。內歐米幼時重重摔了一跤后哇哇大哭，她父親明確告訴她這是“勇氣守則所嚴格禁止的”。老霍爾丹也并非膽量無限。他恐高，也不敢學游泳。但科學家的好奇心與幫助同胞的愿望結合在一起催生了勇氣。他又把勇氣傳給了兒子小霍爾丹。

J.B.S.霍爾丹

小霍爾丹自小智力出眾。有一次外出考察，老霍爾丹發現大家忘帶對數表后說：“沒關系，小霍爾丹能給我們算出張對數表來。”

小霍爾丹也成為了他那個時代深具影響的生物學家，為人類遺傳學和群體遺傳學奠定了基礎。他還將遺傳學與達爾文的自然選擇結合在一起創立了現代演化生物學。1938年，小霍爾丹追隨父親的腳步當選為英國皇家科學學會的會員。這一年他46歲。

他那顆精力充沛的頭腦又思考起即將與納粹德國展開的沖突。

二戰爆發的3個月前，他的機會來了。當時，英國海軍的皇家潛艇“西提斯”號在利物浦灣做潛水試驗，因為誤把魚雷發射管的前后蓋子都打開而失事沉船。盡管船體完整，艇尾翹起伸出水面，108名船員中卻只有4人生還。船員們生怕海面上并無救援（事實也確實如此），所以沒有及時棄船，未能成功脫險。遇難者中近半數是機械工，是普通老百姓，因此工會請求小霍爾丹在公開聽證時代表他們的利益。

小霍爾丹和幾個同事一起，把自己鎖在鋼制的加壓艙內，模擬被禁閉在失事潛艇內的效果。他們在里面待了14.5個小時，隨著二氧化碳濃度升高，他們越來越虛弱無力，無法帶上戴維斯潛艇脫險呼吸器。

這讓小霍爾丹深刻體會到被困水下是多么可怕。他認為生理學家最好去研究研究人在致死的異常環境下會受到什么影響。

他向海軍部力陳，為了提高失事潛艇船員的生還可能，需要研究人在高壓下呼吸逐漸惡化的空氣時會作何反應。海軍部被他說動，因此他成為少數幾個為陸軍部執行秘密研究的正式共產黨員之一。

他招募來國際縱隊的4名成員（因為他們在受到壓力時能保持冷靜）、私人秘書以及一名研究生（后來成了他妻子）。基本上每次實驗結束時都有人發病、流血或嘔吐。小霍爾丹則會說：“好，為圖表貢獻了一個數據?！?/p>

他們做實驗的地方被稱為“壓力鍋”，這是一個鋼制的密閉艙，看上去像側倒的鍋爐，長2.4米，直徑1.2米。里面能擠進兩三個人，但人在里面直不起身來。實驗受試者既沒有燈也沒有電話，以特定節拍敲打外壁或從小舷窗傳遞信息的方式交流。

他父親把壓力鍋叫做“恐怖艙”。原因顯而易見。當氣體壓縮，艙內會變熱，這跟你給自行車輪胎打氣時氣筒會發熱是一樣的。小霍爾丹拿折起的報紙當扇子扇，報紙卻被扯碎了，因為空氣的密度很大，在這么大密度的空氣中連綠頭蒼蠅也飛不起來。而在減壓時，潮濕的冷空氣讓艙內充滿霧汽。幾個禮拜后，小霍爾丹的腕表慢慢停走了，原來表內的主發條已不堪鐵銹的重負。妻子又給他買了塊氣密手表。他戴上后第一次做加壓實驗時表面就被壓壞了。

變換氣壓的速度有時也會造成問題。小霍爾丹的最快“潛水”速度是90秒鐘從1個大氣壓到7個大氣壓，壓力變化相當于引航員以兩倍音速垂直下潛。快速“上浮”更加危險。在他快速上浮時，一顆補過的牙齒發出了尖銳刺耳的聲音并爆炸開來，原因是氣泡跟不上這么快的上升速度。在幾次快速減壓實驗中，一位同事的右肺發生萎陷。幸好沒有兩肺都發生萎陷，否則他就沒命了。

在當時，要在相當于60米水深的壓力下工作，需要具備技術能力和專業技巧。小霍爾丹團隊的模擬潛水達到了120米之深，接近當時可以想象的最深水深。他們的研究改變了潛艇脫險的步驟，并把66米確立為脫險、下潛時安全使用壓縮空氣的深度下限。

戰時各種新問題層出不窮，而且這些問題亟待解決。蛙人和水下騎士（人操魚雷的駕駛員）用的是循環式氧氣呼吸器，因為這種設備不會產生暴露形跡的氣泡。于是，小霍爾丹的隊伍又研究了高壓下氧氣對人體的影響。這項研究需要完成有史以來最累人的潛水實驗方案——在毒性環境中潛水千次以上。氧氣，是支撐這個星球幾乎所有生命的氣體，但它在受壓時對人體有毒性，會引起惡心、麻痹和抽搐，抽搐嚴重時還會造成骨折。

氧中毒有其特有的危險，其一是發作時間難以預料。同一個志愿者，在3個大氣壓的壓力下，這一次能撐85分鐘，下一次卻只能撐13分鐘。經小霍爾丹他們確認，深于18米時呼吸純氧是危險的。

英國海軍部當時引進了小型潛艇，要讓潛水員待在這么小的船體內長距離潛行，并且出艙潛到敵船外安置水雷然后重回潛艇內，有可能嗎？海軍部請小霍爾丹對此展開研究。盡管厭惡潛艇，小霍爾丹和他的忠實搭檔馬丁·凱斯還是把自己關進了鋼制的小型潛艇模型中，沉到了樸次茅斯港的海底，兩人就像是“裝在罐頭里的蝦醬”。這一次他們得出的結論是：一筒氧氣可以讓小型潛艇的全體船員舒服地活上3天，不換空氣的情況下也能潛水12小時。當然，小霍爾丹所謂“舒服”的概念和你我是很不一樣的。后來，他為爭取去北冰洋水下行走，還在10個大氣壓的條件下潛入0℃的水中作為預演。這些實驗為英軍后來成功突襲德軍戰列艦“提爾皮茨號”鋪平了道路。

1943年，英國陸軍部提出登陸日要先由“蛙人”掃清水雷和海岸工事。為了避開水下爆炸，潛水員需要快速浮出水面。要想能較快地浮到安全位置，潛水員最好呼吸由空氣和氧氣組成的混合氣。其中的訣竅在于混合氣體的比例：空氣太多，會得減壓癥;氧氣太多，則會受痙攣之苦。于是小霍爾丹和妻子兩人在自己身上施加了相當于水下21米深的壓力，試驗不同的氣體混合比例。他們倆的實驗顯示，原本根據減壓表需要花47分鐘浮出水面，按他們的程序只要2分鐘就能安全上浮。1944年，就在諾曼底登陸的前一天，有120名排除水下障礙的“蛙人”帶著小霍爾丹他們試驗成功的混合氣體。

除此之外，為取得戰爭勝利，小霍爾丹所做的貢獻還包括核查德國人近期發表的全部科學論文，為英國皇家空軍提供有關炸彈瞄準設備的建議。小霍爾丹還開展了許多統計學研究，涉及的內容包括對傷亡人數的解讀，擊落德國V-1飛彈的最佳策略等等。

1964年，小霍爾丹被診斷出長有惡性腫瘤。他動了手術后沒過幾個月，科學界失去了一位極賦天賦與勇氣的成員?；魻柕じ缸佣及堰z體獻給了醫學教學研究。說來，為了這個目標，他們都在有生之年盡情使用了自己的身體。

（摘自科學出版社《冒煙的耳朵和尖叫的牙齒》 ? 作者：[英]特雷弗·諾頓 ? ?譯者：朱機）