书城科普读物站在巨人肩上-从巴斯德谈微生物学
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第1章 自我介绍(1)

我是巴斯德,1822年12月27日我出生在法国汝拉省的多尔镇的一个普通工人家庭。我的父亲是一个没有受过教育的退伍军人,以制革为业。1847年,我从巴黎师范学院毕业后开始从事化学研究——研究酒石酸盐的晶体。在研究过程中,我发现这些晶体并不完全相同,它们有隐蔽的不对称性,一些结晶是另一些结晶的镜像,正如左手和右手那样的关系(巴斯德在晶体研究方面的成就对立体化学起到了决定性的推动作用。后来,人们发现,巴斯德在采取制备结晶的方法时是很幸运的,因为要得到分离的两种结晶,必须用一种特殊的方法,而巴斯德完全出于偶然,采用了这种特殊方法,在他之后也很少有人能像他那样制出大的不对称结晶来。这正如巴斯德所说,“机遇偏爱有准备的头脑”。——编者)。

在晶体研究方面的成功使我一举成名,也使我接到许多教授聘任书。虽然在化学方面成名,但使我名垂史册的却是我在微生物学方面的成就。

1854年9月,我被法国教育部委任为里尔工学院院长兼化学系主任。在那里,我开始对酒精生产过程进行研究,而制造酒精的一道最重要工序就是发酵。当时里尔的酒精制造工厂遇到一些技术问题,请求我帮助解决。在经过深入工厂考察中,我把各种甜菜根汁和发酵中的液体带回实验室观察。经过多次实验,我终于通过显微镜发现在发酵液里有一种球状小体,它长大后就是酵母菌。

过了不久,在这些小体上长出芽体,芽体长大后脱落,又形成新的球状小体,就在这种不断循环的过程中,甜菜根汁就“发酵”了。我通过继续研究,逐渐弄清发酵时所产生的酒精和二氧化碳气体都是酵母使糖分解得来的。而这个过程即使在没有氧的条件下也可以发生,由此我认为发酵就是酵母的无氧呼吸的过程。所以控制它们的生活条件,是酿酒的关键环节。

在当时,法国啤酒业在整个欧洲很有名,但是在制造啤酒的过程中却经常发生一种怪事:整桶的芳香可口啤酒,变成了酸得让人咧嘴的黏液,只能倒掉,这使酿酒商叫苦不堪,甚至有的因此而破产。1856年,里尔一家酿酒厂的厂主请我帮助解决这种怪事,看看能不能添加一种化学药品来阻止啤酒变酸。

我答应了他们的请求,决定接受挑战。通过在显微镜,我发现未变质的陈年葡萄酒和啤酒酒液中有一种圆球状的酵母菌细胞,当葡萄酒和啤酒变酸以后,酒里有一根根像细棍似的乳酸杆菌,就是这种“坏蛋”在营养丰富的啤酒里繁殖,使啤酒“生病”。我把封闭的酒瓶放在铁丝篮里,泡在水里加热到不同的温度,试图杀死乳酸杆菌,而又不把啤酒煮坏,经过反复多次的试验,我终于找到了一个简便有效的方法:只要把酒加热到五六十摄氏度,保持半小时,就可杀死酒里的乳酸杆菌,这就是我的“巴氏消毒法”(这个方法至今仍在使用,现在市场上出售的消毒牛奶就是用这种办法消毒的)。

然而,啤酒厂厂主却不相信我的这种消毒方法,我不急不恼,开始对一些样品加热,另一些不加热,告诉厂主耐心地待上几个月,结果呢,经过加热的样品打开后酒味纯正,而没有加热的已经酸了。

在世人的传颂下,我成了法国传奇般的人物。后来,一种瘟疫几乎使法国南部的养蚕业遭到毁灭性的打击。人们向我求援,我的老师杜马也鼓励我挑起这副担子,而我却犹豫了……

“但是我从来没有和蚕打过交道啊!”我没有把握地说。

“这岂不是更妙吗?”老师杜马鼓励我道。

后来我想到法国每年因蚕的病疫要损失1亿多法郎时,我不再犹豫了,作为一名科学家,有责任拯救濒临毁灭的法国养蚕业。我接受了农业部长的委派,在1865年只身前往法国南部的蚕业灾区阿莱。

得这种怪病的蚕,让人看了心里很不舒服:病蚕常常抬着头,伸出脚像猫爪似的要抓人;蚕身上长满了棕黑的斑点,就像粘了一身胡椒粉。很多人称这种病为“胡椒病”,得了病的蚕,有的孵化出来不久就死了,有的挣扎着活到第3龄、第4龄后也挺不住了,最终难逃一死。极少数的蚕结成茧子,可钻出来的蚕蛾却残缺不全,它们的后代也是病蚕。当地的养蚕人想尽了一切办法,仍是治不好这种蚕病。

我通过显微镜观察,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蚕的桑叶,我提出所有被感染的蚕及污染了的食物必须毁掉,必须为健康的蚕从头做起。为了证明“胡椒病”的传染性,我把桑叶刷上这种致病的微粒,健康的蚕吃了,立刻染上了病。我还发现,放在蚕架上面格子里的蚕的病原体,可通过落下的蚕粪传染给下面格子里的蚕。

此外我又发现蚕的另一种疾病——肠管病。造成这种蚕病的细菌,寄生在蚕的肠管里,它使整条蚕发黑而死,尸体像气囊一样软,很容易腐烂。

我成功了。其实消灭蚕病的方法很简单,通过检查淘汰病蛾,遏止病害的蔓延,不用病蛾的卵来孵蚕。这个办法挽救了法国的养蚕业。

还有一次偶然的机遇,使我找到了制服鸡霍乱的灵丹妙药。

作为鸡瘟疫的一种,鸡霍乱是一种传播迅速的瘟疫,家里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,不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,还在庆幸地看到鸡安全地活着,而第二天一早鸡却都死光了,横七竖八地躺在窝里。1880年,法国农村流行着可怕的鸡霍乱,我决心制服这种瘟疫。

为了搞清楚鸡霍乱的病因,我从培养纯粹的鸡霍乱细菌作为突破口,我试用了好多种培养液,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。我经过多次实验,但都失败了。茫然无序中,我只得放松一下,停下研究工作,休息了一段时间。

休息了几天后,我又开始了研究实验,这时,我发现了“新大陆”——我用陈旧培养液给鸡接种,鸡却未受感染,好像这种霍人们第一次接种牛痘疫苗,乱菌对鸡失去了作用。这是怎么回事呢?我顺藤摸瓜,终于发现,因空气中氧气的作用,霍乱菌的毒性日渐减弱。接着,我把几天的、1个月的、2个月和3个月的菌液,分别注入健康的鸡体内,做一组对比实验,鸡的死亡率分别是100%、80%、50%和10%。如果用更久的菌液注射,鸡虽然也得病,却不会死亡。事情并未到此结束,另外我用新鲜菌液给同一批鸡再次接种,使我惊奇的是,几乎所有接种过陈旧菌液的鸡都安然无恙,而未接种过陈旧菌液的鸡却死光了。实践证明,凡是注射过低毒性的菌液的鸡,再给它注入毒性足以致死的鸡霍乱菌,它也具有抵抗力,病势轻微,甚至毫无影响。

鸡霍乱的预防方法找到了!从这一偶然的发现中,导致了我对减弱病的免疫法原理的确认,使我产生了从事制造抗炭疽的疫苗的设想(虽然在他之前英国医生琴纳发明牛痘接种法,但有意识地培养制造成功免疫疫苗,并广泛应用于预防多种疾病,巴斯德堪称第一人。——编者)。

多年的研究工作,使我总结出以下经验:“意志、工作、成功,是人生的三大要素。意志将为你打开事业的大门;工作是入室的路径;这条路径的尽头,有个成功来庆贺你努力的结果。只要有坚强的意志,努力的工作,必定有成功的那一天。”

19世纪60年代,法国微生物学家巴斯德,首次通过实验和实际观察证明细菌等微生物是传染病的罪魁祸首。

19世纪30年代初,在巴黎一种人称“虎列拉”的恶性瘟疫肆虐流行。虎列拉就是霍乱。它几乎毁灭了整个法国,甚至危及欧洲,导致人口大量减少。光是巴黎,60万居民中,就死了38000人。医务人员确定瘟疫的主要发源地是亚洲的恒河湾,染病的原因之一是饮水造成的,特别是因饮用生水所致。人们再也不喝井水,连泉水也不敢喝了,只能靠酒活命。

有人记录了当时的惨状:当一个人在马路上倒下时,路人不是立即去救他,而是拔腿就逃。护士们赶过霍乱弧菌来,用带着皮手套的双手,将奄奄一息的不幸者拖走。深夜,再将尸首成批成批地运到郊外,草草地埋掉,以防止老百姓们惊惶不安。就连病人卧具遗物也要毫不保留的烧掉。

当虎列拉这个害人的魔头被科学制服时,人们高兴地欢呼雀跃。在欢喜之中却淡忘了一位著名的科学家的功绩——路易·巴斯德,追踪虎列拉,发现虎列拉致病菌螺旋菌,挽救了芸芸众生,他建立了不朽的业绩。

路易斯·巴斯德出生在法国多尔城的一个制革工人家庭,祖上世代都是农奴,父亲是拿破仑军队的退伍军人。母亲没有受过什么教育,但她是一位善良而有自己见解的女人。他们希望自己的儿子将来能成为一个学者或教授。巴斯德从小聪明伶俐,富于极强的进取心,特别是考取巴黎高等师范学校时表现得尤为突出。

巴黎高等师范学校是法国人才辈出的名牌学校,培养了一大批世界知名的学者专家。允许报考这所学校本身就是一种荣誉。在进入该校的竞争考试中,巴斯德只排列第16位,巴斯德拒绝入学,要准备得更好些再去就读。1843年,他再次参加入学考试,取得了第4名的优异成绩。

巴斯德学到的最重要的东西,就是认识到实验手段可以广泛地用以解决各种问题。他对于用实验手段来解决生物学和医学的问题,深信不疑。学生时代的巴斯德,学习成绩平平,但多才多艺,曾喜欢绘画,希望成为美术家。一次偶然的机会听了法国大化学家杜马的学术讲演,激起了他从事科学研究的热情。记得大哲学家维特根斯坦曾经说过:“天才并不比任何正派人有更多的光,但是他有一个能聚焦光至燃点的特殊透镜。”巴斯德的特殊透镜就是他一生研究细菌世界的坚韧和执著。

他在巴黎读大学时,主修自然科学。他的天赋在学生时代并没有显露出来,他的一位教授把他的化学成绩评为“及格”。但是巴斯德在1847年获得博士学位,不久便证明了教授的裁决还为时过早。

毕业后不久,巴斯德首先在酒石酸(酿酒过程中产生的一种有机酸)研究中,引起了学术界的瞩目。他推翻了当时的化学权威对酒石酸结晶体的已有成见,得出了酒石酸结晶体同质异晶的结论。用科学的语言说,就是巴斯德首次发现晶体的旋光异构现象。这一结论引起了巴黎大学物理教授普伊雷的重视。在普伊雷的大力举荐下,巴斯德来到巴黎大学,当了化学教授,他以其勤勉和才华博得了学术界的尊敬。

1854年,巴斯德离开巴黎大学,来到法国著名葡萄酒产地的里尔任职。不久,他开始潜心研究发酵,证明了发酵过程是某种微生物作用的结果。他还证明了其他某种微生物的存在会使正在发酵的饮料变为次品。他很快认识到了某种微生物在人体或动物体内产生某种对其不利的作用。这使巴斯德从此踏入了细菌的神奇王国。

里尔,法国酿酒业的中心地区之一。

隔着高高的玻璃窗,里尔企业家比戈先生正在他的办公室里监视院中的卸货。比戈先生看到卸货工作大体结束,正准备下班回家,工厂守门人通过传声筒告诉他,巴斯德先生应邀前来,正在会客室等他。

会客室里,一名差役已经点燃了煤气灯。暗绿色的微光使处在幽暗中的笨重家具显得轮廓分明,那些铜饰品和整齐摆放在餐具橱上的奖杯、奖牌在熠熠闪光。它们是比戈酿酒厂半个世纪以来所获得荣誉的见证。比戈先生在这间会客室里,专门向巴斯德请教甜菜根制取酒精的问题,并聘请巴斯德任工厂的科学顾问。他给巴斯德提供一间装有先进显微镜的实验室,供巴斯德研究使用。

实验室在一幢四层的楼上,是一座光线明亮的玻璃房。实验桌子上放着一台德国造的显微镜,一个条状玻璃板下封着几个小瓶子,分别装着酿酒各阶段中提取出来的样品。

酿酒业是里尔周围地区的主要工业。比戈的香槟酒更驰名欧洲。可是,各个酒厂经常发生莫名其妙的事:本来香醇芬芳的葡萄酒、啤酒突然变酸,工厂因而蒙受巨大的损失。酒厂老板比戈推举这里的化学家巴斯德帮助解决这一难题。