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第38章 生理大发现(8)

斯帕兰扎尼还巧妙地把一个微生物赶到清水中,在显微镜底下,看到这个杆状细菌中间慢慢变细,分裂成两个细菌,若干分钟后,这两个细菌又分裂成4个……这清楚地表明,微生物也有母体,微生物来自微生物。

但是,许多生物学家还是不服气。不管采用什么方法煮沸的汤,只要一接触凉爽空气,要不了多久,里边就会有许多微生物,也许微生物是借助空气中的化学物质生成的。

整整一个世纪,生物学家们为此争论不休,直到1862年,这个问题才由现代微生物学的创始人路易斯·巴斯德解决了。

巴斯德制作了一个有横着放的S形长颈的瓶子,空气能通过S形瓶颈出入瓶子,可是尘埃颗粒却无法通过弯曲的长颈,都聚集在瓶颈弯曲部分的底部。巴斯德将瓶子中的肉汤煮得冒了气,这样瓶子和瓶颈中的微生物都被杀死了。几个月过去了,尽管新鲜空气能不断接触到瓶子中的肉汤,汤中也没有长出微生物。

自然发生说被彻底埋葬了。正像小鸟是由鸟下的蛋孵化而成,苍蝇是由苍蝇卵变成的,微生物也只能来自另一个同类的微生物。

揭开发酵的秘密

随着显微镜的进步,人们发现的微生物的种类越来越多了。可是,微生物究竟与人类有什么关系,这种几乎无处不有的小生命在人类生活中起着什么样的作用呢?第一个完整揭示微生物奥秘的就是刚才提到的巴斯德。

巴斯德1822年出生在法国东部的多尔镇,他的父亲是个制革匠。由于家境贫寒,他曾被迫停学和半工半读,21岁时考入巴黎师范学校。受到著名化学家杜马的影响,巴斯德走上了化学研究的道路。这个有着火一般求知欲、狂热工作热情的年轻人,很快就做出了惊人的成绩。他揭开了酒石酸有不同旋光性之谜,提出同样化学成分的物质所以旋光性不同,是因为有不不同的分子结构,这就是同分异构现象。

1854年,小有名气的巴斯德出任里尔大学理科系主任。

酿酒业是里尔的重要工业。可是当地的酿酒厂却遇到了一个难题,他们酿造的酒不知什么原因常常变质发酸,只好一桶桶倒掉。不仅里尔,整个法国每年都有大批酒因变质发酸而蒙受巨大的损失。

年轻的化学家的到来,使这里的酿酒厂厂主似乎看到了救星,因为当时人们都认为酿酒是一个化学过程,他们请求巴斯德帮助他们解决酒发酵的问题。

巴斯德来到酿酒厂,仔细观察研究整个酿酒过程。他取了几滴酒放在显微镜下观察。酒里边有许多圆形、椭圆形的微生物,有的边上还长出小芽。原来是这些酵母菌使糖变成了酒精。

可是酒为什么会变酸呢?他将好酒和变质的酒分别放在显微镜下观察。在那些变酸了的酒中,小球状的微生物不见了,取代它们的是杆状微生物,正是这些产酸的菌使酒变酸了。

症结找到了。巴斯德向酿酒厂的厂主们建议,当酒酿好以后,用文火缓缓加热,到约60℃,杀死其中的细菌,然后把酒密封起来,这样酒就可以保存很长时间不变质了。这种用缓缓加热杀死微生物的防腐方法就叫巴氏消毒法,现在还广泛用以消毒牛奶、啤酒等。

大批的酒得救了,酒厂的老板们对巴斯德感恩不尽。

法国政府获悉巴斯德发明的这一方法后,特地派了一艘巡洋舰,装了6500升用巴氏消毒法处理过的酒和500升未经处理的酒,从法国启航,远渡重洋,驶向非洲。当几个月后到达目的地时,人们惊异地发现,凡是用巴氏消毒法处理过的酒都醇香扑鼻,风味依旧,而那些没有处理过的酒都酸得不能喝了。从此巴氏消毒法不胫而走,传遍全世界。

接着,法国中部的人要求巴斯德挽救他们的制醋业。因他们酿造的醋,时间一久就失去了醋味。

于是,巴斯德又奔往图尔。他在漂在醋缸上的醋垢中发现许多短棒状的菌,这就是醋酸杆菌。经过仔细研究,巴斯德搞清楚了,这些醋酸杆菌一开始使酒精变成醋,可是当全部酒精变成醋后,它们继续发酵,使醋又变成了二氧化碳和水,于是醋味就消失了。

巴斯德建议,在醋刚刚酿好后,加热杀死这些醋酸杆菌,醋就不会变质了。

是的,早在几千年前人们就在利用微生物的发酵产物酿酒制醋,但人们并不知道这是微生物的功劳,是巴斯德揭开了这个秘密。今天,人们在现代发酵罐中,利用微生物生产各种各样的生物制品,追根溯源,我们还应当感谢巴斯德呢,难怪有人把他称作生物工程之父。

微生物和疾病

巴斯德对人类的一个更伟大的贡献,是发现了微生物和疾病的关系。

在巴斯德那个时代之前,瘟疫经常夺去成千上万人的性命。例如14世纪的一场黑死病,就曾使欧洲1/3的人丧命。

可是过去,人们不知道疾病的原因,以为生病是鬼魂附体或上帝的惩罚。就是在一些发达国家,医生们能做的也不外乎是让病人多加休息,加强营养,呼吸新鲜空气。外科医生们能给人挤出脓血,接好骨头,可是许多病人手术虽然成功了,却死于感染。

那么,巴斯德是怎样发现细菌致病的呢?

1865年,一种奇怪的病威胁着法国南方的养蚕业,农民们养的蚕不知为什么纷纷病了,蚕的身上长满了黑色的斑点,不吃桑叶,也不吐丝做茧,成批成批的死亡。

农民们联名给政府写信,请求派专家来拯救濒临破产的养蚕业。巴斯德拯救了法国的酿酒业、制醋业,这次人们又把希望寄托于他。巴斯德的老师杜马也写信请巴斯德帮助他家乡的农民制止这场灾难。

巴斯德虽然从未接触过蚕,但他的信条是“帮助人类”。他带着显微镜来到南方蚕区,向农民们学习养蚕的知识,仔细观察蚕的生长过程,千方百计寻找蚕得病的原因。

巴斯德把病蚕碾成粉加水,取出一滴放在显微镜下观察,他看到在病蚕的体内有一粒粒椭圆形的棕色的微生物,而健康蚕体内却没有这种微生物。巴斯德还发现,健康的蚕如果吃了被病蚕粪便污染了的桑叶,也会传染上这种病。事情很清楚,正是这种微生物侵入蚕体使蚕生病的。

酒可以加热杀死其中的微生物,怎样消灭藏在蚕的身体内让蚕得病的微生物呢?巴斯德教给农民一个办法,那就是等雌蛾产完卵后,把雌蛾碾成粉,放在显微镜下观察,如果有细菌,就把雌蛾连同卵子一起烧掉,如果没有细菌,就把卵保存下来做种。

巴斯德奋斗了6年,终于制服了蚕病。

细菌能使蚕得病,那么人类的传染病又是怎样引起的呢?为什么人类得传染病时也是一批批地发病,得同一种病的人症状都差不多呢?巴斯德反复思考着这些问题,他提出人类的传染病也是这种肉眼看不见的微生物在作祟,细菌从有病组织转移到健康组织,健康组织也就会得病。

巴斯德公布了他的细菌致病理论。

其实,早在巴斯德之前,有一个维也纳医生泽梅尔魏斯也在寻找致病的原因,并向细菌发起了攻击,只不过他并不知道他进攻的就是细菌。

泽梅尔魏斯在一个妇产科医院当医生。当时医院中有许多产妇死于产褥热。奇怪的是,那些在家里生孩子,由不懂医术的助产婆帮助接生的产妇反倒很少得产褥热。

一次,医院里有一位医生,在解剖尸体时不小心割破了手指,结果得了很像产褥热的病症而死去。泽梅尔魏斯怀疑,是不是医生们在解剖尸体时,把尸毒带了出来,传染给了产妇们。

于是,他要求医生、护士进产房前必须用漂白粉水洗手。一年之内,他所在的产科病房产妇患产褥热的死亡率大大降低。

但是,泽梅尔魏斯的做法却激怒了他的同事们,他们认为让他们洗手是对他们莫大的侮辱,因为这意味着医生们是“杀人犯”。他们借口泽梅尔魏斯是匈牙利人把他赶出了这家奥地利的医院。后来,泽梅尔魏斯在一次手术中,手意外被割伤,不幸得了败血症而死亡。

巴斯德的细菌致病理论为泽梅尔魏斯开创的灭菌防腐法提供了科学依据,扫清了障碍。英国医生李斯特在巴斯德理论的启发下,首先用石碳酸给一位骨折病人的伤口消毒,过去像这样严重的伤口几乎都会化脓感染,这次病人却顺利地痊愈了。

在这次成功之后,李斯特要求医生们用石碳酸喷洒手术室、洗手和浸泡工具,手术的感染率大大降低了,许多病人被救活了。李斯特专门写了一封信给巴斯德,诚挚地感谢他指出了细菌腐败的真正原因,从而自己才找出了防腐的方法。

巴斯德本人也积极倡导消毒无菌法。1870年普法战争爆发,巴斯德是一位热忱的爱国者,他主动到医院工作,命令医生们用开水蒸煮所有的工具、纱布绷带,大大减少了战地感染,拯救了许多受伤士兵的性命。

缉拿杀人凶手

巴斯德指出了细菌是使人致命的凶手,但第一个拿到确切证据,证明一种病是由一种细菌引进,并捉拿到这个杀人凶手的是德国医生、现代细菌学的奠基人之一罗伯特·科赫。

科赫是一位矿工的儿子。他在哥廷根大学读书时,受到他的老师亨勒的影响,对微生物发生了兴趣。大学毕业后,科赫在边远的沃尔斯顿当了一名乡村医生。

巴斯德细菌致病理论的提出,李斯特的消毒灭菌法都进一步激发了他要探索细菌是怎样致病这个奥秘的决心。尽管行医非常繁忙辛苦,但他抓住一切可以利用的时间,在十分简陋的条例下,开展研究。深深理解他的妻子,在他30岁生日时,送给他一件珍贵的礼物——一台崭新的精密显微镜,从此这台显微镜就伴随着科赫,用它科赫做出了一个又一个重大的发现。

科赫在世界上首次以确凿的事实证明了炭疽菌是引起炭疽病的罪魁祸首。

当时,在欧洲的许多地区,牛羊中流行着一种可怕的炭疽病,昨天还活蹦乱跳的牛羊,第二天就直挺挺地倒下了,它们的血变成黑色。有时牛羊的主人也会传染上这种病,身上长出大疖子,严重的在一阵阵咳嗽声中死去。

科赫从农民那儿和屠宰厂找来许多患病的和健康的牛羊的血液,放在显微镜底下观察,他发现,患病的牛羊血液中有许多小棍状和线状的微生物,而健康牛羊则没有。

早在科赫之前,有好几位科学家,包括巴斯德都已经发现患炭疽病的牛羊体内有这种杆状和线状的细菌了,但怎样证明就是它们引起炭疽病的呢?

科赫找来一些小白鼠,把它们尾巴根部切开一个小口,然后用消毒过的木片蘸上一滴病死的牲畜的血液刮进切口。第二天,小鼠就可怜地死去了,它们的脾变得又黑又大。取一滴小鼠的血液在显微镜下观察,又可以看到那种可怕的杆状和线状细菌了。

但是科赫还不肯轻易下结论,他是一个极其严谨的科学家,“要证明这些细菌是炭疽病的病源,除非能把这种细菌分离出来,看到它们生长、繁殖、引起疾病。”他想。

为了防止其他杂菌混入,科赫巧妙地设计了两片贴得很紧、中间有凹槽的玻璃片,里边放了一滴牛眼分泌液做营养物质,取了一点刚死去的小鼠的脾放在液滴中。他把这个装置放在显微镜下观察,这些杆状细菌分裂成两半,成百万倍地繁殖着。

科赫从这个标本中取出一点点液体移到另一滴牛眼分泌液中继续培养,这样反复了8次,直到液滴中没有一点小鼠组织,完全是纯的炭疽菌为止。

科赫把这种体外培养的炭疽菌注射到羊、豚鼠、兔子等身上,结果它们都患炭疽病死去。

现在,科赫可以做结论了,正是炭疽菌引起了炭疽病。他激动地写信把他的发现报告给著名的植物学家柯恩。

1876年4月30日,应柯恩邀请,这位乡村医生坐火车专程到布雷斯劳,在植物学会上连续3天演示了他的实验。他的实验是那样完美无缺,轰动了整个科学界。

要证明一种细菌引起一种病,必须获得单一的这种细菌。从巴斯德开始,人们就是用肉汤来培养细菌,各种各样的菌混在一起,要把它们分开非常困难。怎样才能方便地获得纯种细菌呢?科赫日夜思索着这个问题。

一天早上,科赫来到厨房,无意中发现一个煮熟的土豆,上边长出了一些红色和白色的斑点,作为细菌学家的科赫马上想到,这是细菌落在上边了,可是为什么这些斑点的颜色不一样呢?他用一根针挑了一点斑点上的物质放在显微镜下观察,发现原来一种颜色的斑点上全是一种细菌,另一种颜色的斑点上又全是另一种细菌,也就是说在固体上,细菌不能自由移动了,这一发现使科赫惊喜万分。

不过土豆的营养太少了,好多细菌不能在上边生长繁殖。经过反复实验,科赫终于发明了用肉汤加洋菜做成的半固体胶状的培养基,用针尖把一个细菌挑在这种培养基上,很快就会繁殖出一个纯的菌落。

科赫还首先采用染色法给细菌染色,以观察细菌的形态,他还为显微镜下的细菌拍照,这些方法为人们捉拿“杀人凶手”提供了有力武器,致病的细菌一个个被分离出来,在显微镜下显出原形。

在追捕“杀人凶手”中,科赫一马当先。1882年,他发现了结核杆菌,揭开了这个曾夺去千百万人性命,在过去被人们视为不治之症的奥秘。

1883年~1884年,他冒着生命危险到埃及和印度疫区考察霍乱,发现了霍乱弧菌,并向人们提出了控制这种疾病的建议。

科赫还不畏艰险,到南非帮助消灭口蹄疫,到印度考察鼠疫,到马来群岛、新几内亚考察预防疟疾,到东非研究扁虱引起的回归热、采采蝇引起的昏睡病等,他的一生都在不倦地与危害人类的疾病作斗争。

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