科学家的故事:巴斯德—微生物学的奠基人

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1822年12月27日,伟大的微生物学家、化学家路易斯·巴斯德出生于法国多尔的一个普通工人家庭。巴斯德的祖上世代都是农奴。他的父亲原是一个没有受过教育的士兵,复员后在一家制革厂当制革匠。母亲虽然也没有受过教育,但她是一位勤劳而富于思想的女人。巴斯德的父母痛感自己小时侯家境贫困、无力上学之苦,决心要让儿子接受教育,培养他成为一个有用的人。他们节衣缩食甚至不惜举债让巴斯德上完小学后又支持他到巴黎上中学。1846年巴斯德以优异的成绩毕业于巴黎高等师范学院。

科学家的故事:巴斯德—微生物学的奠基人插图

巴斯德

他被誉为“微生物学的奠基人”。他的一生取得了许多重大的成果,是19世纪最有成就的科学家之一。他开辟了微生物学领域,创立了一套独特的微生物学的基本研究方法。他曾经对发酵、细茵培养、疫苗等进行了专门的研究,并且研制出鸡霍乱病疫苗、狂犬病疫苗等,发明了巴氏消毒法,这种消毒法至今仍然被广泛使用。

巴斯徳的一生为人类的科学进步做出了巨大的贡献,美国学者麦克·哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》中,巴斯德名列第11位,可见其在人类历史上巨大的影响力。下面我们就来具体看看巴斯德所作出的伟大贡献。

1.否定“自然发生说”

在当时欧洲知识分子中,流行的是“自然发生论”,他们认为生命可以由没有生命的物质中自然产生。
不洁的衣物会自生蚤虱,污秽的死水会自生蚊蚋,肮脏的垃圾会自生虫蚁,粪便和腐败的尸体会自生蝇蛆。总之,生物可以从它们存在的物质元素中自然发生,而没有上代。古希腊学者亚里士多德,中世纪神学家阿奎那,甚至连17世纪的大科学家哈维和牛顿,都相信这种学说。当时著名的哲学家海尔蒙特甚至宣称,只要在老鼠笼内撒些面包屑,笼子内就会蹦出老鼠来。这在现在看来简直就是天方夜谭。

意大利医生雷地于1668年进行的实验以及其他一些科学家的反复验证,曾一度动摇了人们对自然发生论的信念。可是当后来发现了微生物时,很多科学家又相信至少像微生物这样“最小的”生物体总该是自生的。加罩容器中的腐肉不是长满了细菌吗?于是,微生物可能自然发生的信念又盛行起来。

巴斯德根据自己的研究实践,不相信微生物可以自然发生,认为微生物必有母体。他到处宣传这一理论。这下子可激怒了自生论者。他们问巴斯德:“酵母怎样出现在地球的每一个角落里的,在每一世纪的每一年里把葡萄汁酿成酒的?这些从天南地北,处处把每个罐里的牛奶变酸,每瓶里的牛油变坏的小动物,来自什么地方?

巴斯德并不和自生论者进行无休止的争论,而是通过实验来回答自生论者的质问。他在圆瓶里灌进一些酵母汤,把瓶颈焊封,煮沸几分钟后搁置适当时间。结果表明,瓶里并没有微生物生长。这个实验并不能说服自生论者,他们坐在巴斯德的书房里吵吵闹闱:“你在煮沸酵母汤时,把瓶里的空气加热了。酵母汤产生小动物所需要的是自然的空气。”他们认为巴斯德把“小动物”生存所必需的自然的空气给完全破坏了,所以“小动物”不能生存面对对方的指责,巴斯德冥思苦想,决心设计一种只让天然空气进入而不许其中的微生物进入的仪器。在老教授巴拉的指导下,巴斯德终于设计、制作出了符合这要求的仪器,即著名的曲颈瓶。实验取得了完全的成功在一个有学者、才子、艺术家争相参加的巴黎盛会上,巴斯德讲述了他的曲颈瓶试验,高声宣布:“自然发生学说,经过这简单实验的致命一击之后,绝不能再爬起来接着,巴斯德又创造性地做了一次大规模的、半公开的实验。他和助手们将煮过的装有细菌培养液的烧瓶分放在多尘的市区、巴黎天文台的地窖里和其他环境中打开。发现空气越是不洁,培养液变质就越快、越严重。这说明使培养液变质的細菌不是自生的,而是来自空气。他推测,海拔越高,空气一定越洁净,培养液受细菌的污染也越轻微。为了验证这一点,他和助手们又先后登上汝拉山区的浦佩山,爬上瑞士的勃朗峰,进行实验。结果,猜想得到了证实。

巴斯德向科学界报告了自己的实验结果,许多听众无不被他们的冒险精神所慼动,被他们的证据所折服可是,自生论者仍然不死心,他们仍继续起劲地谴责巴斯德。攻击得特别凶的是博物学家布歇等人。他们还采用以巴斯德之矛攻巴斯德之盾的办法,在一些瓶子里灌进干草浸液而不是酵母汤,并造成真空,赶往比利牛斯山脉的高山玛拉得塔,登上了比勃朗峰还要高出几英尺的山巅,打开瓶口。由于他们采用的是干草浸液,加之没有加热,结果在瓶中发现了微生物。借此,布歇攻击巴斯德并要求在科学院做公开试验,而且说,如果他们的瓶子有一个打开之后而不立刻生长微生物的话,他们愿意承认错误。

巴斯德果断应战了,公开试验那天,准时在科学院委员会做了试验,可是布歇等却吓得没敢到场。于是委员会作出了赞同巴斯德意见的决定通过巴斯德的曲颈瓶实验,彻底地否认了“自然发生论”,并且提出了“所有的微生物都是由微生物的母体发展而来的,不可能在自然条件下凭空产生

2.酵母菌发酵

斯德在酒精发酵中作出了巨大的贡献。在19世纪初,发酵工业相当发达了,人们知道酵母能使得酒精发酵。但是,关于酒精发酵到底是一个由微生物引起的生物过程,还是一个純粹的化学反应过程,还是化学家和微生物学家激烈争论的问題。有的科学家认为,酒精发酵是化学变化,酵母一经发酵就会死去,变成死的细胞。但是巴斯德却认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关1854年9月,法国教育部委任巴斯德为里尔工学院院长兼化学系主任,那时,他已经是很有名气的了。1856年的夏天,制酒商比尔找到巴斯德,说他的甜莱糖发酵酒精出了毛病,糖液变酸了,请巴斯徳帮他找出事故的原因。

当时的他正好对酒精发酵产生了浓厚的兴趣,所以当比尔提出这个要求之后,巴斯德非常爽快地就答应帮助比尔查找问题的原因。
那之后,只要一有空,他就到比尔先生的工厂去。

巴斯德认为发酵应该是活的酵母引起的,他开始了酵母的实验。巴斯德把一些酵母液过滤,在过滤液里加些糖和白灰,然后把试管放在烘炉里。一般来说,化学变化比较容易观察和证实,把一种化合物倒入另一种化合物,很快就能看出变化。要诬明发酵是活的生物引起的变化,得有耐性,因为这种变化需要时间,慢得很。巴斯德是个急性子。他一夜又一夜地不睡觉,不安地在房间里走来走去,想看看到底会有什么变化。当他从烘炉里取出试管,发现里面什么变化也没有,酵母并没有发酵产生酒精。他把试管扔了,用拳头死劲地捶着桌子,自言自语地说定有一种方法,我非找出来不可。”他思索着:也许是自己太性急了。

后来巴斯德静下心来不厌其烦地进行试验,经过多次试验之后,他终于发现酵母液发浑了,变成了灰色,他高兴极了。这说明:酵母是活的,它们在活动呢。巴斯德小心翼翼地取出一滴发浑的酵母液,放在显微镜下面看显微镜底下,那些小小的长圆形的小东西都能活动,它们是活的小生物。

巴斯德把从工厂里取回的变酸和未变酸的样品,分别放在显微镜下裣查。他发现在没有酸的样品中,可以看到成簇的酵母菌,它们是小岡球形的。在变酸的样品中看到的却是小得多的长國条形的小生物。宅们是呈单独或不规则排列的群体。巴斯德把这种拉长了的球状物叫做乳酸酵母,现在我们知道这种拉长了的球状物叫做乳酸杆菌问题的症结找到后,巴斯德进而研究起消灭使酒变质的乳酸杆菌的方法,通过许多次的试验他发现当把酒加温到55℃-60℃时,可杀死酒中的乳酸杆菌而酒质不受影响。如果灭菌后马上密封保存的话,酒就可以长期保存而不变质发酸。

巴斯德的方法挽救了里尔的酿酒业,以后这个方法被称为“巴斯德消毒法”,广泛应用于医学、釀酒等食品工业中,直到现在还在使用。

3,救治蚕病。

因为巴斯德在微生物方面的研究,使得他在法国成了传奇般的人物。巴斯徳刚刚解决了酒变酸问题,亟待解决的蚕病问题又摆在了他的面前。在当时,法国南部的养蚕业正面临一场危机,一种病疫造成蚕的大量死亡,使南方的丝绸工业遭到严重打击,整个养蚕业陷入濒于灭亡的境地。人们又向巴斯德求援,巴斯德的老师杜马也鼓励他挑起这副担子。

但是我从来没有和蚕打过交道啊!”巴斯德没有把握地说。

这岂不是更妙吗?”老师杜马鼓励他说。

巴斯德想到法国每年因蚕病要损失1亿法郎时,他不再犹豫了,作为一名科学家,有责任拯救濒于毁灭的法国的蚕业。他毅然挑起了这个重担,即使那时候他对蚕一窍不通,甚至连蚕都从未见过。巴斯德接受了农业部长的委派,于1865年只身前往法国南部的蚕业灾区阿莱。

到了蚕业灾区之后,他一方面查阅大量资料,学习有关知识;一方面详细地进行实地考察和实验室检查。

蚕得的是一种怪病,让人看了心里非常不舒服,病蚕常常抬着头,仲出脚像猫爪似的要抓人;蚕身上长满棕黑的斑点,就像粘了一身胡椒粉。多数人称这种病为“胡椒病”,得了病的蚕,最终大都难逃一死。极少数的病蚕结成茧子,可钻出来的蚕蜮却残缺不全,它们的后代也是病蚕。当地的养蚕人想尽了一切办法,仍然治不好蚕病。

后来,巴斯德分别把病蚕和健康蚕加水磨成糊汁,各吸上一滴放在玻璃片上,用显黴镜观察。经过认真细致地观察、分析和比较之后,他发现一种很小的、椭圆形的棕色微粒,是它感染了蚕以及饲养丝蚕的桑叶,为了证明“胡椒病”的传染性,他在桑叶上刷上这种致病的微粒健康的蚕吃了,立刻染上病。巴斯德最后建议把所有被感染的蚕及污燊了的食物全部毁掉,用健康的蛾卵留下来做蚕种。用健康的蚕重新开始,以切断蚕病的传染途径。巴斯德的这种做法,根除了蚕病,成功地挽救了处于危机中的法国养蚕业。

4.发明鸡霍乱疫苗。

1880年,法国农村流行着可怕的鸡霍乱,它是一种传播迅速的瘟疫,来势异常凶猛,家庭饲养的鸡一旦染上鸡霍乱就会成批死亡。有时,人们看到有的鸡刚才还在四处觅食,过一会儿却忽然两腿发抖,随后便倒了下去,挣扎几下便一命呜呼了。有的农妇晚上在关鸡窝时,还在庆幸地看到鸡都活蹦乱跳的,但第二天就都死光了,横七竖八地躺在窝里。这给人们带来了巨大的经济损失,为了减少人们的损失,巴斯德决心克服这种瘟疫。

为了弄清鸡霍乱的病因,巴斯德从培养纯粹的鸡霍乱病菌作为突破口,他断定鸡肠是鸡霍乱病菌最适合的繁殖环境,传染的媒介则是鸡的粪便。他试用了很多种培养液培养鸡霍乱病菌,并将含有病菌的培养液注射到鸡体内,但是鸡都全部死亡了。经过多次实验,但都失败了他的工作一下子陷入了困境当中,无法继续进行实验。在这种情况下,他只得停下研究工作,休息了一段时休息几天以后,巴斯德又开始了研究实验,这时他发现“新大陆”了。他用陈旧培养液给鸡接种,鸡却未受感染,好像这种霍乱菌对鸡失去了作用。这是怎么回事呢?巴斯德顺藤摸瓜,终于发现,因空气中氧气的作用,霍乱茵的毒性便日渐减弱。于是,他把几天的、1个月的、2个月和3个月的菌液,分别注入健康的鸡体,做一组对比实验,鸡的死亡率分别是100%、8%、50%和10%。

结果正如巴斯德所预料的,时间越久的霍乱病菌的毒性越小。如果用更久的菌液注射,鸡虽然也得病,但不会死事情并未到此结束,他另用新鲜菌液给同一批鸡再次接种,使他惊奇的是,几乎所有接种过陈旧菌液的鸡都安然无恙,而未接种过胨旧菌液的鸡却死得净光。实践证明,凡是注射过低毒性的菌液的鸡,鸡就获得了免疫能力,再给它注入毒性足以致死的鸡霍乱菌后,鸡的病势轻微,甚至毫无影响。

预防鸡霍乱的方法找到了!他将减小了毒性的霍乱病菌注射到鸡的体内,这样鸡就获得了鸡霍乱病的免疫能力。以后,鸡就再也不会得鸡霍乱病了。这种减小了毒性的霍乱病茵就是霍乱疫苗。

正是因为这一偶然的发现,巴斯德发明了免疫技术,并将这种技术广泛应用于预防多种疾病。

5.发明狂犬病疫苗。

1882年,巴斯徳被选为法兰西学院院士,并且开始研究狂犬病。巴斯德为了得到导致患狂犬病的物质,他和助手把一只疯狗绑在桌子上,而他则俯下身子,用嘴通过滴管一滴一滴地从狗的下颌吮吸唾液。当时已经年过六十的巴斯德表现得全无惧色。他指导助手将取得的唾液注射到试验的动物体内,结果这些动物都痛苦地患病死了。他们明白了狂犬病的原因就是疯狗唾液中的某种物质进入人的体内,侵入人脑发生了作用。这种物质就是我们现在熟悉的狂犬病病毒。

他取出患狂犬病而死的兔子的脊髓,发现骨髓自然干燥的时间越长,骨髓中的狂犬病毒的毒性越小。于是他把放了14天患狂犬病而死的兔子的脊髓磨成浆制成疫苗,给其他兔子注射。转天又注射新鲜的死兔脊髓液,兔子都奇迹般地活下来了。

1885年7月,九岁法国小孩梅斯特被狂犬咬伤14处医生诊断后宣布他生存无望。孩子的妈妈把他送到巴斯德那里请求抢救。巴斯德犹豫了一会儿后,就给孩子注射了毒性减到很低的狂犬病病毒提取液,然后再逐渐用毒性较强的提取液注射。经过连续31天的注射,巴斯德成功了孩子得救了。之后,巴斯德的名声大噪,在1886年,还救活了另一位在抢救被疯狗袭击的同伴时被严重咬伤的15岁牧童朱皮叶,现在记述着少年的见义勇为和巴斯德丰功伟绩的雕塑就坐落在巴黎巴斯徳研究所外。

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