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·Chapter Ⅷ Nutrition·
一切营养作用，没有一个不是服从实质法则的。在一切高等动植物里，新陈代谢的化学作用，连那随着来的“能量”泉流，都是一个很复杂的生活活动，这里面有许多相异的机能和器官，以“自存”的公共目的，一致动作。
海克尔绘制的地衣（地衣是生物之间共生关系的一个典型例子）
我们所谓“生命的奇迹”，就其广义说来，“营养”要算有机个体维持生命的第一个要素了。营养总是由活物质的化学变化、有机的新陈代谢（物质的循环）和力的循环，三种作用连在一起。原形质的消耗、新造和再行分散，都是这个化学作用。做这个“食养化学”之根基的新陈代谢，是那复杂的营养作用里最重大的要点。营养作用的一大部分，很容易用无机体的寻常物理化学上性质去说明的，有些部分还不行。然而公允的生理学家现在都一致承认这是一个理，绝不要另去寻个特别的活力说。总而言之，一切营养作用，没有一个不是服从实质法则的。
（营养的官能）在一切高等动植物里，新陈代谢的化学作用，连那随着来的“能量”泉流，都是一个很复杂的生活活动，这里面有许多相异的机能和器官，以“自存”的公共目的，一致动作。这许多机能器官大抵总是分作四组： （一） 摄取食物和消化；（二） 分布食物于全身，就是循环；（三） 呼吸，就是变换气体；（四）废物之排泄。大多数的组织体里，无论是组织植物或是组织动物，都是分几个器官去做这些事的。下级生物里就没有这样的“分工”了，只得一个“细胞层”去管全部营养作用（像那下等的藻类、腔肠类、海绵、下等水螅）。在原生物里，这许多事都是那一个细胞自己管，至于那极简单的，像“摩内拉”，就只是一个同种类的原形质小球了。从这些极下等的营养法到那很复杂的营养法，都是一脉相承，没有间断，所以我们不能不说后者前者一样都是“物理化学”作用了。
（同化和分解）综观一切有机体里新陈代谢机能的全部，可以看得出他们是起于两个相反的化学作用，一个是以摄取食物制造生物质（即同化作用），一个是由其生活活动分解生物质（即分解作用）。无论什么时候原形质总是能动的生物质，所以我们可以说： “同化作用（即制造原形质作用）是把外界取来的特种食物在有机体里转变成特种原形质的个作用，分解作用（即破坏原形质作用）是原形质动作的结果，这动作就是其部分的分解破坏之原因。”关于这两点，两大有机的自然界之间有个绝大的不同处。植物界全部都是做同化作用的，用“合成”和“还原”把无机物造成新原形质。动物界却是相反的，分解作用占优势，以酸化作用把取来的原形质分解开，把那由分解得来的“能力”变为热和运动。植物是造原形质的，动物是吃原形质的。
（造原形质和吃原形质）对于有机生活的起源和存续最不可少的，所以最重要的，就是那不断的原形质改造作用。我们把这个作用叫作“原形质生成作用”或是“炭素同化作用”。植物学家近来惯好把他简称做“同化作用”，因此引出许多的误会。在动物生理学上“同化作用”四个字的旧意义，从广义说来，就是把食品摄取调制的意思。但是植物的“炭素同化作用”————就是我所谓“原形质生成作用”————却只是个最初的、本原的生产原形质法。其义谓植物在日光的势力之下，可以从水、炭酸、硝酸、阿摩尼亚等无机化合物里，用“合成”和“还原”两个作用，造成炭化水素，再从这炭化水素制造新原形质。动物就不能做这种事了。他只能从他的食物里别种有机体上去取原形质，吃植物的直接取，吃动物的间接取。所以我们才把这些吃原形质的动物，加上个“食原形质者”的徽号。动物因为要把所吃的外来的原形质变换成自己的特种原形质，所以也起同化作用，但是这种动物的“蛋白同化作用”和植物的“炭素同化作用”是全然不同的。这新造的原形质于是被酸化作用分解开了，生活运动所需的能力，就从这分解作用得来。
（植物原形质和动物原形质）生物质两大派间的生理上差别————即植物之合成的原形质和动物之分解的原形质————在全有机界的存续上是非常的重要。这都是由于原形质里“分子运动”的反复，至于其内里的性质，我们也和对于一般的蛋白质以及特殊的原形质之化学上构造一样，晓得不清楚。我在第五章里已经说过的，据近世的生理化学，可以确信这看不见的蛋白质微分子是相对较大的，总是由一千以上的原子构成的。这些微分子的均衡是很不安定的，其排列是很复杂而又很不定的，轻轻触一下子或是微微刺激，就能叫他改变，变成新种类的原形质。原形质的种类实在是非常之多。但看每一个种类的卵细胞和精液细胞各有一种特殊的化学上构造，就可以明白了。在生殖上，这种构造是传于后代子孙的。但是把这些无数微细的变化且不论，我们可以把各种原形质分作两大类： 就是那“有合成的制造原形质性质的植物之植物原形质”和那“没有这个性质，只能食原形质的动物之动物原形质”。
（植物之造原形质的作用）我们所谓“原形质生成”或是“炭素同化”的这个造成原形质的综合作用，总是要日光的放射能力为第一个条件。每个植物细胞其叶绿素细粒就是无数的小工场，其绿色原形质能在日光之下把无机化合物造成新原形质。除硝酸、阿摩尼亚之外，其所需用的水，是根从土里吸取来的，炭酸是叶子从大气中吸收来的。那由炭酸分离而生的，合成作用的直接产物，大抵总是不含硝化物的淀粉。这淀粉再由一种性质不明的综合作用，借着硝化物的助力，构造成硝化蛋白质。由这还原作用，分解出来的游离酸素，又回到大气里面来。在这个作用里协力动作的炭水化合物就是葡萄糖和麦芽糖，其矿物质就是钾、镁的盐类，和这些元素与硝酸、硫酸、磷酸的化合物。铁在这个作用里，量虽是极少，却也是个重要的元素。含铁的叶绿素，大抵总是要借“光波”的助力，才能造新原形质。为这件事用的光谱，其最重要的部分就是那赤色、橙色、黄色的光波。
（叶绿素的细粒）有机界里构造原形质的主要因素就是那“光的综合”，或是叶绿素所起的炭素同化，这奇妙的绿质分量很少，不过占叶绿质细粒全重量的十分之一，并且用某种方法可以把他从原形质里分开的。纵然在别种颜色的植物里，叶绿素也还是真正的制造原形质者。不过他的绿色被别种颜色遮盖了————黄色硅藻类里有硅藻素，红色藻类里有藻青素，褐色藻类里有藻褐素，青绿色的“克罗马塞亚”或是蓝藻类里有蓝青素。蓝藻类尤其有趣味，因为在这极简单的标本里，其全个有机体不过是个球形的青绿色原形质细粒。并且在那极简单的有核原始植物里————许多所谓单细胞藻类————只有一粒叶绿素行那新陈代谢的机能。植物细胞的原形质里，大抵总都有很多的叶绿素。
（硝素细菌）普通的由叶绿素和日光制造原形质法以外，近来海罗斯（Heraeus）、维罗葛拉德斯奇（Winogradsky）和其他的学者，又在下等有机体里发见了一种大不相同的“原形质合成作用”。即是硝素细菌，一种生在地下全然黑暗处所的小摩内拉。其球形无色的原形质体里，既没有叶绿素，也没有核。他有一种特别的本领，能用特别的合成作用，从水、炭酸、阿摩尼亚、硝酸等纯然无机化合物，制造炭水化合物，再从这炭水化合物制造原形质。卜理佛尔因为其纯粹化学上性质，把这种炭素同化作用叫作“化学的综合”（chemosynthesis），和那普通用日光的“光的综合”相对照。此外还有那些“硫黄细菌”、紫色细菌等类的细菌，也各有一种奇特的新陈代谢。这硝素细菌一定是属于最古的“摩内拉”，并且是由植物性“克罗马塞亚”到动物性细菌中间的一个过渡。
（菌类和动物之食原形质的作用）菌类的新陈代谢，很有些处像细菌。这种有机体大家都以为是植物，他也实在是的，但是他却不能像绿色植物，有从大气中炭酸气里吸取炭素以自养的能力。他只能像动物一般，从蛋白质、炭水化合物等有机物里去吸取。然而动物是要从有机物里取窒素的，菌类却能从地里的无机物里去取。菌类离了有机化合物是不能生活的，然而我们能用砂糖和纯粹无机窒化盐类的溶液使他生长。照这样看来，菌类是在那造原形质的植物和食原形质的动物二者间的界限上。菌类也和食原形质的动物一般，改变了食物状态，是从植物进化出来的。连那从“水管类”生出来的藻菌类里的单细胞原生动物，也有这种现象。那些“子囊菌”“基本菌”等真正多细胞菌类，也是照这样从有组织的藻类降下来的。一切真正的动物，都是从植物界里取食物的，吃植物的直接取，吃动物的吃那“吃植物的动物”，间接还是吃植物。所以动物从某种意味看来，实在算是四百年前自然哲学家所说的“植物界之寄生者”。所以从发生学的见地看来，动物界显然是发生在植物界之后许多久。原来植物之发达成动物，是起于那所谓“实质变化”的营养方法之变迁的。
论新陈代谢的机能，也和论一切生活机能一样，都要从极下等的、极简单的原生植物（克罗马塞亚）里求个起点。其中最古的那“克罗阿珂加塞亚”，全身不过是个青绿色的、无组织的、球形的原形质分子，以其“原形质生成力”生长，长到了一定的阶级就分裂。在这种时候，“生命的奇迹”不过只是个由“光的综合作用”而起的“原形质生成”之化学作用。日光使那青绿色植物原形质能把水、炭酸、阿摩尼亚、硝酸等无机化合物造成同种类的新原形质。这个作用可以看作个特殊的接触作用。在这种地方，莱因克的什么“主宰”，什么“有意识有目的的活力”，都绝对的没用了。这种无器官的有机体里，还没有各个的生理机能，也没有解剖上不同的肢体，所以其唯一的生活活动，就是生长，和那无机结晶体的简单生长很可以相比的。
（摩内拉类之营养）我已经说过多少次了，那算做细菌，在生物学上极关重要的“摩内拉”，其生活现象有许多和高等有机体的全然是两样。他那极其奇特的新陈代谢，尤其是与众不同。在形态学上说起来，许多种细菌，和他的近支祖宗“克罗马塞亚”并没有什么区别，所不同的就是细菌的原形质里没有色质。许多种细菌都是简单的、球形的、椭圆的或是杆状的原形质分子，绝不见他有什么组织，有什么运动。别种的细菌，靠一根或几根极细的鞭毛运动［像那鞭毛类（flagellata）］。其无组织的原形质体里，绝寻不出个真核来。有些种的里面所含的微粒，又有些种里的空胞组织，只能认作新陈代谢的产物。许多细菌所分泌的薄膜和厚一些的胶质包皮，也是这样的。这个性质使得他的化学上组织和由此组织而定的新陈代谢之特质，愈发奇特和惹人注目了。上面所说的硝化细菌是造原形质的，酪酸和破伤风的“嫌气细菌”只在没酸素的地方繁殖，硫黄细菌以硫化水素的酸化，分泌小球状的纯粹硫黄。含铁细菌把铁的炭化——酸化物酸化了，生出铁的酸水化合物。“就腐菌”起腐败和发酵作用。此外又还有那些极有兴味的“病源菌”，分泌特种的毒质，使人害极危险的病症，像那脓疡、天花、破伤风、白喉、伤寒、结核、霍乱等类。因为这些种细菌，在实际上极其重要，所以近来在一般生物学之外特立了细菌学一科。这一科的许多专门家里，只有几位晓得这些动物性“摩内拉”对于一般生物学的重要问题是有极大的意味。这些无组织的细胞体，其生活活动，明明是个纯粹的化学现象。这些细菌的种类非常之多，可见虽是这些极简单的有机体里，其原形质的分子状态也一定是非常的复杂，并且样式很多了。
（原生植物和后生植物之营养）单细胞原生植物的新陈代谢法，造原形质法，和组织植物的绿细胞是一个样的，然而大多数的原生动物，其营养和食原形质，却有种特别的形态。大部分的根足类，有种很奇特的地方，就是其裸原形质体的表面上，无论从哪一处，都能摄取固体的食物。至于那些滴虫类，其单细胞身体的外壁上，有个一定的口，有时还有个食管。这个“细胞口”（cytostoma）之外往往还有第二个孔道，预备排泄不消化的物质，就是“细胞肛”（cytopyge）。
组织植物（后生植物）的新陈代谢，成一个很长的阶级，从极简单的到极复杂的。最下等的、最古的“聚胞植物”（thallophyta）尤其是那极简单的藻类，是和原生植物群相差不远的，并且和他一样，不过是个一定的细胞群。做他的基本组织的群居细胞全然是同种类的，除了两性的区别以外，并没有什么分别。
大多数的细胞植物，不是生在水里（藻类），就是因为生体寄生或死体寄生的习惯组织得很简单的（菌类），但那“脉管植物”，大都生在陆地上，并且要适应那很复杂的状态。所以他的营养就分做几个相异的机能，并且有个特别的器官供他的排泄。隐花植物的羊齿类和显花植物都是这样的。他们这两类所以异于下等细胞植物的地方，就是有“脉管”或称“传达线纬”。这些灌水的器官即脉管或传达线纬，是细胞线结成的长管子，贯通这“脉管植物”的全身，细胞自己死了，其中的原形质就消灭了。这些脉管里川流不息的水，是由根取来的，由线纬传布到各部分，再由叶子的细孔蒸发出去。然而这些细孔，联络着含空气的内部细胞通路，又供植物的呼吸。经过这些供高等植物换气的气孔，空气和湿气可以吸进来，酸素可以呼出去。许多“脉管植物”又有特殊的腺，供分泌油脂之用。在高等有花植物里，种种消化器官的分业太繁了，其营养的装置，极其复杂。那许多种适应特别状态的构造里，最奇特的就是欧洲的毛毡苔、狸藻、热带地方的猪笼草、“戴阿尼亚草”（Diona）等食虫植物之捕捉昆虫、消化昆虫的器官。
组织动物（后生动物）里的很长的进化阶级，从极简单的生理机能，一直连到极精微的生理机能和形态学上极复杂的器官。后生动物的两大部，是由一件事区分出来的，什么事呢?就是在“腔肠动物”只有“原肠囊”一个器官系行全部的，或是大部分的营养机能，在“体腔动物”，这些机能是由四个器官系分掌，每一系都是由几个器官组成的。每一个大区分里，又还有些特种的组织形式。然而我1872年发表的“原肠体说”里已经说过，照比较个体发生学看来，这些各样的构造，一切都是从一个根本形式发达出来的。
（后生动物之营养原肠体说）对于后生动物里营养装置————尤其是那主要的部分食道————的起源，前人的研究，都流于一种误信，以为在后生动物的二三种类，这种装置是起于一种很不同的生长径路，并且在那脊椎动物的“有羊膜类”，这种装置是个较迟的进化产物。然我在34年前，已经由下等动物和高等动物之胎生学上的比较研究，看出来简单的“原肠囊”是一切后生动物之最初的、最古的器官，其余各种的形式都是由这个原始的形式进化出来的。我1872年在我著的《海绵的生物学》里，发表这种意见，第二年又在我的《原肠体说之研究》里把这意见确立为一种学说。在《原肠体说之研究》这本书里，我又建立一个重要的论断，这个论断，是本乎那对于动物界的发生学上自然分类之“胚叶说”的一元的改革而来的。我先论极简单的海绵类（Olynthus）和“刺丝胞类”（Hydra）。这种最下等的最古的腔肠动物的全体，不过是个圆形的、卵形的或是圆筒形的胃囊，是个消化袋，其薄的皮层只是两片“细胞层”合成的。其外面的一层（即包皮或皮层），是他感觉和运动的器具。内里的细胞层（即胃层）是管营养的，包着那简单的空囊，这空囊开口放进食物，把他消化在里面。这个口子是原始的口部（prostoma或blastoporus），里面的空洞是原始的食道（progaster或archenteron）。我证明许多下等动物的胎儿和幼虫，都有和这个同样的构造，并且许多高等动物的种种繁杂的胎生形状，也都可以归之于同一的普通形式。我把他名为“杯形胎”或“原肠幼虫”，并且由生物发生的法则，断定他是由祖先的旧形状遗传到现在的新生产物。后来不久（1895年）蒙提塞利（Monticelli）发见了一个近世的原肠体，和这个臆说的祖先全然符合（参看我的《人类发生学》最新版第287图）。海绵类、刺丝胞类之最简单的生活形式，和这原肠体之臆说的原始形式之差别，只在一些副次的、后天的特征上。
（腔肠动物之营养、消化、循环、呼吸、排泄）我们叫作腔肠动物（或是广义的腔肠类）的那许多种下等动物，大抵总都是由胃管，或是胃脉系一个器官系行一切的营养的机能。海绵类、刺丝胞类、扁虫类三种动物，都从“原肠体”一个共同的种类发达出来的，以上三种腔肠动物有三个共同的要点： （一） 胃管只有一个孔，就是那原始的口，同时供摄取食物和排泄不消化物之用，此外别无肛门；（二） 胃管以外，并无特别的体腔；（三） 也绝不见有“脉管系统”的痕迹。这些种动物里，所有“消化腔孔”以外的一切腔孔，都是“消化腔孔”的直接支腔，不过扁虫类的“雷夫利的亚”（nephridia）却是例外。
原肠体的唯一营养器官虽是简单的消化囊，其余的腔肠动物里却有别种构造进行合作。海绵类的特征，就是其消化器的侧壁上穿通几个孔。水从这些孔里流到他身体里去，带了些食料进去，由“内腔叶”的毡毛细胞把他消化了，这水再从他的口里流出来。最常见的海绵类是那寻常“浴用海绵”，即是我们天天洗澡用的那种角质的骨骼。这种海绵和其余的大多数海绵类，其很大的不成形的身体，被许多支管贯通了，这上面有几千小胞，都是由“原始海绵”（olynthus）简单消化囊的增殖生出来的。这许多有毡毛的小胞，个个都真是个小原肠体，都是个极简单的个体。所以一块海绵的全体可以视为个“集合原肠体”（cormus）。
刺丝胞类的大群，现出个很长的进化阶级，从很小的很简单的，到很大的很精微的形式。有许多还在很低的阶级上（像那普通的绿色淡水水螅，他除了组织上微有不同，口沿上生一簇触须之外，和原肠体没甚大分别）。大多数的水螅都作树干状，新增殖的个体都像芽子一般发出，附在这母体上。一切树干状的动物里，其营养都是“共产主义式”的，各个体所得的所消化的一切食物，都由管子输送到... -->>
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