第22章 路易斯·巴斯德：微生物学之父的科学革命

    一、降世

    公元1822年12月27日，巴斯德诞生在法国东部裘拉（jura）省的洛尔镇（dole），镇中有一条清澈的溪流，巴斯德的家就在溪边的小路旁。父亲是拿破仑军骑兵队的一名退伍军人，退伍后当鞣革工人，母亲是农家女，他有一个姊姊和两个妹妹。四岁那年，全家迁往阿尔布瓦（arbois）。法国的中学通常是7年制，最后一学年分为哲学科和数学科。巴斯德在阿尔布瓦中学读6年，第7年转入布山松中学理科。中学时，他在学校表现普通，但很爱问问题，凡事追根究底，甚至因此成为某些老师的眼中钉。就这样不断地发问、学习，对化学、物理和艺术都有深厚兴趣的巴斯德渐渐变成优秀的学生。

    二、大学

    1840年8月，路易斯·巴斯德中学毕业，同年10月，他被聘为布山松中学的助教。在这段时间里，他一边任教，一边准备大学入学考试。当时，法国有两所着名学府——巴黎高等师范学院（ecole normale superieure，ens）和高等理工科学校（école polytechnique）。这两所学校在科学教育领域享有盛誉，吸引了众多优秀学子。

    1843年8月，巴斯德成功考入巴黎高等师范学院，攻读化学和物理的教学法。在巴黎高等师范学院，巴斯德表现出色，不仅在课堂上认真学习，还经常在实验室里进行实验，验证课堂上学到的知识。他几乎每天都在实验室度过，因此被同学们戏称为“实验室的蛀虫”。这种勤奋和执着的态度为他日后的科学研究打下了坚实的基础。

    1846年，23岁的巴斯德从巴黎高等师范学院毕业，并顺利通过了物理教授资格考试。考官对他的评价极高，认为他是这一届毕业生中唯一具备教育才华的学生。不久后，巴斯德收到了图尔农中学（le lycée de tournon）的物理教师聘书。然而，巴斯德内心深处渴望在巴黎继续从事科学研究，不愿意离开这座充满科学氛围的城市。因此，他决定尽可能拖延赴职时间，希望能够找到在巴黎继续深造的机会。

    为了实现这一目标，巴斯德写信给巴黎中央理工学院（l’école centrale）的创办人之一杜玛（jean-baptiste dumas），寻求在巴黎任教的机会。尽管杜玛未能直接帮助巴斯德，但这件事被另一位着名化学家巴莱（antoine jérme balard）得知。巴莱年轻时因发现溴元素而声名远播，他决定帮助巴斯德留在巴黎。在巴莱的帮助下，巴斯德得以进入巴莱的实验室，成为一名助手，同时也成为博士班研究生。

    三、酒石酸

    1848年，路易斯·巴斯德在巴莱的实验室中逐渐确认了自己的志向——成为一名化学家。当时，晶体研究正蓬勃发展，巴斯德对此产生了浓厚的兴趣，认为这是一个“有用的科学”领域。作为一个喜欢酒的人，巴斯德注意到在制酒过程中，酒石酸的晶体会在发酵桶中沉积。这一现象激发了他的好奇心，他决定选择酒石酸盐作为研究课题。

    在发酵桶中沉积的不仅是酒石酸，还有一种被称为“类酒石酸”的物质。尽管这两种物质的分子式相同，但它们的光学特性却大相径庭。酒石酸溶液在偏振光下会产生右旋光，而类酒石酸溶液则没有任何光学活性。这一现象引起了巴斯德的极大兴趣，他相信其中一定有被其他化学家忽略的地方。

    巴斯德决定运用自己在化学和物理方面的知识来解决这个问题。他首先假设这两种物质的晶体结构可能存在差异。于是，他用镊子仔细挑出酒石酸盐的结晶，仔细观察。他发现，酒石酸盐的结晶有一面较长，不是完全对称的，这可能是导致其产生右旋光的原因。

    接下来，巴斯德假设类酒石酸盐的结晶应该是对称的，因此通过类酒石酸溶液的偏振光不会发生改变。然而，当他将类酒石酸盐的结晶挑出来观察时，却惊讶地发现这些结晶同样有一个较长的、不对称的晶面。这一发现让他再次陷入了困惑：为什么两种晶体都有不对称的晶面，但只有酒石酸盐具有光学活性？

    巴斯德没有放弃，他大胆地假设：类酒石酸盐的结晶中，某些晶体较长的晶面在左边，而另一些晶体较长的晶面在右边。这一假设意味着类酒石酸盐的结晶实际上是两种不同形式的混合物，一种具有左旋特性，另一种具有右旋特性，这两种特性互相抵消，因此类酒石酸溶液没有光学活性。

    为了验证这一假设，巴斯德重新检视类酒石酸盐的结晶。他发现确实存在两种类型的晶体，一种较长的晶面在左边，另一种较长的晶面在右边。他将所有较长的晶面在左边的晶体挑出，溶解后通过偏振光，结果产生了左旋现象；而将所有较长的晶面在右边的晶体挑出，溶解后通过偏振光，则产生了右旋现象。这一发现证明了他的假设是正确的：类酒石酸溶液不具有光学活性，是因为它是两种晶体的混合物，它们的光学特性互相抵消。

    巴斯德的这一发现震惊了科学界。着名的化学家毕欧（jean-baptiste biot）得知巴斯德的实验结果后，决定亲自重复这个实验。当他最终获得相同的结论时，激动地对巴斯德说：“亲爱的孩子，我这一生热爱科学，这个结果撼动了我的心。”从此，毕欧不仅给予巴斯德实验上的建议，还成为了他重要的良师益友。

    四、婚姻

    1848年11月，路易斯·巴斯德怀着对研究工作的不舍，前往第戎莱西（dijon lycée）中学担任教师，这是根据当时规定，高等师范的毕业生必须在中学任教一段时间。尽管心中充满遗憾，巴斯德仍然尽职尽责地履行教师职责。幸运的是，他的导师巴拉尔（antoine jérme balard）和毕欧（jean-baptiste biot）与教育部进行了交涉，不久后，巴斯德被任命为斯特拉斯堡大学（university of strasbourg）的副教授。

    在斯特拉斯堡大学，巴斯德不仅继续他的科学研究，还结识了他未来的妻子——教务长的女儿玛丽·罗兰（marie laurent）。玛丽是一个温柔贤惠、聪明能干的女性，她对巴斯德的工作充满了理解和支持。两人一见钟情，很快就坠入了爱河。1849年5月29日，巴斯德和玛丽举行了婚礼。他们的婚姻生活幸福美满，玛丽全心全意地操持家务，为巴斯德创造了一个温馨舒适的家庭环境，使他能够安心地投入到科学研究中。

    巴斯德和玛丽共有五个孩子，但不幸的是，其中三个孩子因患伤寒而夭折。这一悲剧深深地触动了巴斯德，促使他更加坚定地致力于研究疾病，寻找治愈方法。孩子们的离世不仅加深了他对家庭的关爱，也激发了他作为科学家的责任感，他决心要为人类的健康和福祉作出更大的贡献。

    1854年9月，巴斯德被任命为新创立的里尔大学化学教授兼总务长（lille faculty of sciences）。这一职位不仅为他提供了更广阔的研究平台，还使他有机会与当地的产业界合作，解决实际问题。里尔地区的葡萄酒酿酒业历史悠久，但酒厂常常面临葡萄酒变酸的问题，这严重影响了产品质量和经济效益。酒厂的业主们找到了巴斯德，希望他能帮助他们找出问题的根源。

    五、灭菌法

    1856年，法国的啤酒和葡萄酒业在欧洲享有盛誉，但这些行业面临着一个严重的问题：啤酒和葡萄酒常常会变酸。整桶原本芳香可口的啤酒，会突然变成酸得让人不敢闻的黏液，不得不倒掉。这不仅给酒商带来了巨大的经济损失，甚至导致一些酒厂破产。在这种情况下，里尔一家酿酒厂的厂主请求巴斯德帮助寻找原因，看看是否能找到防止葡萄酒变酸的方法。

    巴斯德接受了这一挑战，他深知这个问题不仅关系到酒商的生计，也关系到法国这一传统行业的声誉。他开始深入研究，首先在显微镜下观察未变质的陈年葡萄酒。他发现，这些葡萄酒的液体中有一种圆球状的酵母细胞，这些酵母细胞在发酵过程中起到了关键作用，使葡萄酒保持其特有的香气和口感。然而，当葡萄酒变酸后，酒液里出现了一种细棍状的微生物，后来被确认为乳酸杆菌。这些乳酸杆菌在营养丰富的葡萄酒中迅速繁殖，导致葡萄酒变酸。

    巴斯德意识到，要解决这一问题，必须找到一种既能杀死乳酸杆菌又不破坏葡萄酒品质的方法。他开始了一系列实验，试图通过加热来杀死这些有害微生物。他将封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，然后将篮子浸入水中加热到不同的温度，观察不同温度对乳酸杆菌的影响。

    经过反复多次的试验，巴斯德终于找到了一个简便有效的方法：只需将酒放在50-60摄氏度的环境中，保持半小时，就可以杀死酒中的乳酸杆菌，而不破坏葡萄酒的品质。这一方法后来被称为“巴斯德杀菌法”（pasteurization），也称为低温灭菌法。

    巴斯德的这一发现不仅解决了酒商的燃眉之急，还为食品和饮料的保存提供了新的思路。这一方法迅速被应用于其他食品和饮料的消毒，例如牛奶。市场上的消毒牛奶就是通过巴斯德杀菌法处理的，这种方法不仅有效杀死了有害微生物，还保留了食品的营养价值和风味。

    巴斯德的这一发明不仅在当时产生了巨大的经济和社会效益，还为后来的微生物学和食品科学的发展奠定了基础。他通过实验验证了微生物在发酵过程中的重要作用，这一成果不仅在化学和微生物学领域产生了深远影响，还为后来的疫苗研发和医学进步提供了重要的理论支持。巴斯德的“巴斯德杀菌法”至今仍在广泛使用，成为食品和饮料工业中不可或缺的一项技术。

    六、自然发生论的否定

    1859年，科学界围绕“生物是否自然发生”的争论达到了白热化。传统的自然发生论认为，许多生命形式是自然产生的，无需父母的繁殖过程。这一理论在当时被广泛接受，但也有不少科学家对此表示怀疑。这一年，查尔斯·达尔文发表了《物种起源》，提出了进化论，这给了路易斯·巴斯德重要的启示。达尔文的理论表明，生命是逐渐进化的，现代的生物是由过去的生物演变而来。这一观点让巴斯德开始质疑自然发生论的合理性，他决定通过实验来验证这一理论。

    巴斯德设计了一组巧妙的实验来测试自然发生论的正确性。他选取了两种瓶子：一种是曲颈瓶，另一种是直颈瓶。在每个瓶子里放入肉汁，然后用火加热，将肉汁和瓶子彻底杀菌。实验的关键在于曲颈瓶的设计，它的颈部弯曲，可以阻止空气中的微生物进入瓶内，而直颈瓶则没有这种保护。

    实验结果显示，放在曲颈瓶里的肉汁经过4年的时间依然没有腐败，因为曲颈瓶的设计阻止了空气中的微生物进入。而放在直颈瓶里的肉汁很快就变坏了，因为微生物可以直接进入瓶内。这一实验结果明确地证明了肉汁的腐败是由微生物引起的，而不是自然发生的。巴斯德的这一发现彻底推翻了自然发生论，证明了微生物的存在和传播机制。

    巴斯德的实验结果很快得到了科学界的认可，人们开始相信生命不是自然产生的，而是由微生物引起的。这一发现不仅在生物学领域产生了深远影响，还对医学和公共卫生领域产生了重要影响。人们开始意识到，伤口的腐烂和疾病的传染都是由细菌引起的，因此消毒和预防的方法在医学界迅速流行起来。

    1862年，巴斯德因其在微生物学和化学领域的杰出贡献，当选为法国科学院院士。这一荣誉实现了他恩师毕欧（jean-baptiste biot）长期以来的愿望。巴斯德正式成为科学院院士的第二天清晨，他和夫人手捧鲜花，来到毕欧的墓前，献花默祷，向长眠于地下的恩师报告这一喜讯。这一举动不仅表达了他对恩师的感激之情，也展示了他谦逊和感恩的品格。

    尽管巴斯德在科学研究上取得了巨大成功，但他的个人生活却充满了悲痛。从1859年到1865年间，他失去了四位亲人——父亲、两个女儿和一个儿子。这些打击令他悲痛欲绝，但并没有动摇他对科学的执着追求。他继续投入到科学研究中，希望通过自己的努力为人类带来更多的福祉。

    1867年5月，巴斯德的辛勤工作终于得到了国际社会的认可。在“万国博览会”中，他因为低温灭菌法（即巴氏消毒法）所取得的成就而获得杰出奖。这一奖项不仅肯定了他的科学贡献，还使他被聘为索邦大学（sorbonne university）的化学教授。巴斯德并没有对自己发明的巴氏消毒法申请专利，而是将其公开，他认为利用研究结果获利是学者的耻辱。

    七、蚕医生

    19世纪60年代，欧洲大陆的蚕卵普遍感染了一种严重的疾病，这对法国的蚕丝业造成了毁灭性的打击。全国三千六百个市长、议长及养蚕者纷纷上书上议院求助，政府因此成立了一个专门研究蚕病的委员会。巴斯德的老师杜马（j b dumas）担任委员会主席，他立即想到了巴斯德，希望他能解决这一棘手的问题。尽管巴斯德自认为对蚕一无所知，甚至连蚕的形态也不清楚，但在了解到法国每年因蚕病损失高达1亿法郎时，他毅然接受了这一任务。

    1865年7月，巴斯德抵达了法国南部的养蚕重镇阿拉斯（alais），开始亲身体验和研究蚕病。病蚕的身上长满了棕黑色的斑点，法国人称这种病为“胡椒病”。得了这种病的蚕，有的在孵化后不久就死亡，有的勉强活到第三龄或第四龄后也难逃一死。极少数的蚕虽然能够结茧，但钻出茧的蚕蛾往往残缺不全，它们的后代同样是病蚕。当地的养蚕人尝试了各种方法，但都无法治愈这种疾病。

    巴斯德用显微镜仔细观察病蚕，发现了一种很小的、椭圆形的棕色微粒。他推测这些微粒可能是导致蚕病的元凶。为了验证这一假设，巴斯德进行了详细的实验。他将这种微粒刷在桑叶上，然后让健康的蚕食用这些桑叶。结果，这些健康的蚕立刻染上了“胡椒病”。这证明了这种微粒确实是传染源。

    巴斯德进一步研究发现，这种微粒可以通过多种途径传播。他指出，放在蚕架上面格子里的蚕的病原微生物，可以通过落下的蚕粪传染给下面格子里的蚕。因此，他强调所有被感染的蚕及污染的桑叶必须销毁，必须用健康的桑蚕从头做起。

    除了“胡椒病”，巴斯德还发现了一种细菌性软化病。这种病的病原体是一种寄生在蚕肠道里的细菌，会使整条蚕发黑死亡，尸体像气囊一样软，很容易腐烂。巴斯德告诉人们，消灭这种蚕病的方法其实很简单：通过检查淘汰病蛾，防止病害的蔓延，不使用病蛾的卵来孵化蚁蚕。这一方法迅速被养蚕人采纳，效果显着，挽救了法国的养蚕业。

    八、啤酒

    1870年，普法战争爆发，法国战败投降。面对普鲁士军队的暴行，巴斯德感到极度愤慨。他毅然将德国波昂大学颁发给他的医学博士学位证书退还，以示抗议。这场战争不仅毁坏了城市和学校，还使他的家乡被德国占领。在国家遭受苦难的时刻，巴斯德深感责任重大，他想，他还能做些什么来帮助自己的国家。

    在这个关键时刻，意大利向巴斯德伸出了橄榄枝，愿意提供一栋住宅、一个实验室和丰厚的薪酬，邀请他前往意大利进行研究。然而，巴斯德坚决拒绝了这一邀请。他认为在国家受难之际，不能因为个人生活的舒适而离开苦难的故乡。他决定留在法国，用自己的科学知识为国家服务。

    当时，法国的啤酒质量远不如德国，这不仅影响了法国的啤酒产业，也损害了国家的声誉。巴斯德决心改变这一现状。他携家带口前往法国南部的库列尔蒙，在那里的一家啤酒厂开始了啤酒防腐的研究。他从啤酒的酵母菌入手，发现啤酒变质的原因是由于混入了其他细菌。这些细菌在发酵过程中产生了有害物质，导致啤酒变酸或变味。

    巴斯德通过一系列实验，找到了一种有效的方法来防止啤酒变质。他发现，只要将啤酒加热到50-60摄氏度，保持半小时，就可以杀死其中的有害细菌，而不破坏啤酒的品质。这一方法后来被称为“巴斯德杀菌法”（pasteurization），也称为低温灭菌法。通过这一方法，法国的啤酒质量得到了显着提高，甚至超过了德国的啤酒。这一成就不仅为法国啤酒产业带来了巨大的经济效益，还提升了法国的国际声誉。

    在研究啤酒的过程中，巴斯德逐渐意识到微生物在许多疾病中的作用。1873年，他50岁时，被选为医学科学院的院士（académie de médecine）。当时的医学非常落后，施行的外科手术常常导致患者因败血症而死亡。医生约瑟夫·李斯特（joseph lister）怀疑伤口化脓与空气中的微生物有关，他邀请巴斯德共同研究这一问题。

    巴斯德用实验证明，传染病和化脓症的真正原因是微生物。他建议将外科手术器具放在火焰上烧灼，以杀灭微生物。尽管这一建议在今天看来是常识，但在当时却遭到了许多医生的反对。大多数医生仍然不相信巴斯德的学说，认为这不过是无稽之谈。然而，随着时间的推移，巴斯德的理论逐渐被科学界接受，并成为现代医学的基础。

    1876年9月，巴斯德代表法国出席在意大利米兰举行的国际养蚕大会。他在会上详细介绍了自己在蚕病和酵母菌研究中的成果，得到了大会的一致肯定。这次会议不仅提升了巴斯德的国际声誉，还为法国的蚕丝业带来了新的希望。

    回国后，巴斯德拖着不太灵便的病体，又开始对炭疽病的研究。炭疽病是一种严重的传染病，不仅危害牲畜，也对人类构成威胁。巴斯德通过实验发现，炭疽病的病原体是一种细菌，他成功地制备了减毒的炭疽杆菌疫苗，为防治炭疽病提供了有效的手段。

    九、炭疽病

    1877年，法国东部地区爆发了严重的炭疽病疫情。炭疽病主要感染牛、羊等牲畜，偶尔也会感染人类。人类感染炭疽病通常表现为皮肤性炭疽病，感染部位会出现1-3厘米直径的无痛溃疡，中央有黑色坏死的焦痂，因此得名“炭疽病”。这一疫情不仅给农民带来了巨大的经济损失，还严重威胁了公共健康。当时，巴斯德已经是索邦大学的教授，他在调查鸡霍乱时偶然发现，与空气接触的旧培养菌的毒性会变弱。这一发现给了他灵感，他认为这种减毒的细菌可能具有免疫作用，可以用来解决法国正在流行的炭疽病。

    巴斯德决定进行实验，验证这一假设。他从感染炭疽病并已死亡的动物身上抽取细菌，并在试管中培养这些细菌，使它们的毒性逐渐减弱。然后，他将这些毒性减弱的细菌注射到健康动物的体内。几周后，他又将毒性强的炭疽病菌注射到同一只动物体内。结果令人惊喜：这只动物没有患病，而与它同群的其他动物中有不少因感染炭疽病而死亡。这一实验结果证明，注射过减毒细菌的动物获得了抵抗炭疽病的能力。

    尽管巴斯德的实验取得了初步成功，但许多人仍然对其理论持怀疑态度。为了进一步证明自己的观点，巴斯德决定举行一次公开实验。1881年，他选择了50只健康的羊作为实验对象。他将25只羊注射了减毒的炭疽病菌，两周后再将全部50只羊注射了毒性强的炭疽病菌。巴斯德向观众预测说：“起初注射减毒炭疽病菌的25只羊不会生病，而另外25只没有注射减毒炭疽病菌的羊将会死亡。”

    两天后，一群观众聚集在草原上观看实验结果。结果正如巴斯德所预测的那样，注射过减毒炭疽病菌的25只羊安然无恙，而另外25只羊则因感染炭疽病而死亡。这一公开实验的成功不仅证明了巴斯德的理论是正确的，还为防治炭疽病提供了有效的手段。巴斯德发明的预防注射方法，即通过注射减毒细菌来增强动物的免疫力，成功地打败了炭疽病。

    1881年，巴斯德因这一贡献被授予杰出十字奖章，这是对他科学成就的高度认可。同年8月，巴斯德在国际医学会议上提出了关于鸡霍乱和炭疽疫苗的报告。与会代表用经久不息的掌声表达了对这位不知疲倦的科学家的衷心敬意。1882年，巴斯德被选为法国研究院院士（académie franaise），这是学者的最高荣誉。

    十、狂犬病

    狂犬病是一种极其可怕的传染病，人和家畜被病犬咬伤后，也会患上这种疾病。每年，狂犬病在法国夺走了数百人的生命。当时，医学界对狂犬病束手无策，既没有疫苗，也没有免疫球蛋白。为了应对狂犬病，人们采取了极端的措施，例如用烧红的铁棍烙烫伤口，认为火焰和高温可以净化一切，包括肉眼看不见的细菌。然而，这种原始且残酷的方法不仅无法治疗狂犬病，反而常常加速患者的死亡。

    1880年底，一位兽医带着两只病犬来到巴斯德的实验室，请求帮助。巴斯德意识到，如果能够研发出狂犬疫苗，将对人类社会产生巨大的影响。他和助手们开始了一系列大胆且危险的实验。他们首先采集了狂犬的唾液，然后注射到健康犬只的脑中，这些健康犬只果然很快发病死亡。通过多次实验，巴斯德推断出狂犬病病毒主要集中在神经系统的脊髓中。

    为了进一步研究，巴斯德从病死的兔子身上取出一小段脊髓，悬挂在无菌烧瓶中，使其干燥。他发现，未经干燥的脊髓极为致命，如果将脊髓研磨后与蒸馏水混合，注入健康犬只体内，狗会立即死亡。然而，将干燥后的脊髓与蒸馏水混合后注入狗的体内，狗却神奇地活了下来。巴斯德推断，干燥后的脊髓中的病毒已经死亡或变得非常微弱。基于这一发现，他将干燥的脊髓组织磨碎，加水制成疫苗，注射到犬只的脑中，然后让这些接种过疫苗的狗接触致命的病毒。经过反复实验，接种疫苗的狗即使脑中被注入狂犬病毒，也都没有发病。巴斯德高兴地宣布狂犬疫苗研发成功！

    1885年，一位几乎绝望的母亲带着被狂犬咬伤的9岁小男孩约瑟芬（joseph meister）来到巴斯德的实验室门口，恳求巴斯德救救她的孩子。当时，距离约瑟芬被狗咬伤已经四五天了。巴斯德深知这是一场赌博，但他决定冒险一试。在10天内，巴斯德连续给约瑟芬注射了十几针不同毒性的疫苗。每天晚上，巴斯德都彻夜不眠地等待结果。5天、10天、1个月过去了，约瑟芬奇迹般地恢复了健康，安然返回了家乡。这一消息迅速传开，国内外的患者纷纷涌向巴斯德的实验室，巴斯德和他的助手们日夜忙碌，为患者提供治疗。

    长期的过度工作严重损害了巴斯德的健康。1887年10月23日上午，他因脑溢血发作，倒在写字台上，舌头麻痹，说不出话来。尽管如此，巴斯德仍然坚持工作。1888年，“巴斯德研究所”竣工，法国总统和各界人士出席了隆重的落成典礼。望着宽敞的实验室和先进的设备，巴斯德感到莫大的喜悦。尽管他无法言语，但他的心中充满了欣慰。

    1895年，巴斯德迎来了70岁生日。法国举行了盛大的庆祝会，巴黎索邦大学的大礼堂座无虚席。约瑟夫·李斯特上前向巴斯德道贺，巴斯德由法国总统搀扶着走上主席台，受到了人们的敬仰。大会送给他一枚纪念章，上面刻着：“纪念巴斯德70岁生日，一个感谢你的法兰西，一个感谢你的人类。”

    1895年9月28日，也就是他72岁时，他在亲友及学生的环绕中于维伦纽夫·勒伊丹（villeneuve l’etang）去世。