高中生物科學(xué)家小故事微生物學(xué)家巴斯德

微生物學(xué)家巴斯德路易斯·巴斯德（LouisPasteur，1822年12月27日—1895年9月28日），法國聞名微生物學(xué)家和化學(xué)家，微生物生理學(xué)的開創(chuàng)者，被稱為“微生物之父”、“狂犬病疫苗之父”。1822年12月27日，巴斯德誕生在法國東部裘拉省的洛爾鎮(zhèn)，父親是拿破侖軍騎兵隊(duì)的一名退伍軍人，退伍后當(dāng)鞣革工人，母親是農(nóng)家女，他有一個(gè)姐姐和兩個(gè)妹妹。四歲那年，全家遷往阿爾布瓦（法國十大浪漫鄉(xiāng)村小鎮(zhèn)，富產(chǎn)葡萄）。巴斯德在阿爾布瓦中學(xué)讀6年，第7年轉(zhuǎn)入布山松中學(xué)理科（法國的中學(xué)通常是7年制，最終一學(xué)年分為哲學(xué)科和數(shù)學(xué)科）。中學(xué)時(shí)，巴斯德在學(xué)校里的表現(xiàn)很一般，但他老是愛問問題，凡事都要追根究底甚至有很多的老師不喜愛他。但是就在這樣不斷的提問學(xué)習(xí)中，巴斯德對物理和化學(xué)產(chǎn)生了深厚的愛好。1840年，巴斯德中學(xué)畢業(yè)，被聘為布山松中學(xué)的助教。1843年巴斯德考入巴黎高等師范學(xué)院（當(dāng)時(shí)法國有兩所鼎鼎大名的學(xué)校。一所是巴黎高等師范學(xué)校，另一所則是高等理工科學(xué)校），攻讀化學(xué)和物理的教學(xué)法，但他成天埋頭在試驗(yàn)室里，被稱為“試驗(yàn)室的蛀蟲”。1846年，巴斯德從巴黎高等師范學(xué)院畢業(yè)并通過了物理教授資格考試。考官發(fā)覺他具有教授化學(xué)和物理的實(shí)力，甚至評價(jià)說：“這屆畢業(yè)生中只有巴斯德有教化上的才華?！彼芸炀褪盏綀D爾農(nóng)中學(xué)物理老師的約聘書。但巴斯德希望前往巴黎進(jìn)行科學(xué)探討，他寫信給巴黎中心理工學(xué)院的創(chuàng)辦人之一杜瑪院長，尋求在巴黎任教職的機(jī)會(huì)。杜瑪最終沒有向巴斯德的拋出橄欖枝，不過這件事被巴萊知道了，巴萊年輕時(shí)發(fā)覺溴元素，名氣很大，他確定幫助巴斯德留在巴黎。就這樣，巴斯德在26歲那年進(jìn)入巴萊的試驗(yàn)室，成為博士班探討生，為了拿到理學(xué)博士學(xué)位，巴斯德打算了兩篇論文：一篇是物理學(xué)論文，關(guān)于偏振計(jì)運(yùn)用的探討。另一篇是化學(xué)論文，論述亞砷酸的飽和性能。巴斯德通過偏振計(jì)的考察來探討晶體，利用光的偏一直確定晶體的分子結(jié)構(gòu)。巴斯德嘗試用物理學(xué)方法來探討化學(xué)。這與他的同行甚至導(dǎo)師相比，都有極大的獨(dú)創(chuàng)性。這兩篇成果豐碩的論文成就了巴斯德。1847年，巴斯德論文獲得通過，取得理學(xué)博士學(xué)位。1848年，巴斯德赴第戎萊西的中學(xué)當(dāng)老師。他的導(dǎo)師巴萊和皮歐同教化部交涉，不久巴斯德被任命為斯特拉斯堡高校的副教授。1848年5月15日，巴斯德發(fā)表了聞名的論文《論結(jié)晶形態(tài)、化學(xué)構(gòu)成和旋光方向之間可能存在的關(guān)系》，這篇文章說明白同晶性，創(chuàng)立了立體化學(xué)。在斯特拉斯堡高校，巴斯德與教務(wù)長的女兒瑪麗·羅蘭一見傾心。1849年，巴斯德和瑪麗結(jié)婚，瑪麗很理解丈夫?qū)ぷ鞯膼酆?，全心操持家?wù)，幫助丈夫，他們有五個(gè)孩子，三個(gè)孩子死于傷寒，可能是這個(gè)緣由驅(qū)使巴斯德致力于治病救人。圖1巴斯德在試驗(yàn)巴斯德一生進(jìn)行了多項(xiàng)探究性的探討，取得了重大成果，他用一生的精力證明白三個(gè)科學(xué)問題：（1）每一種發(fā)酵作用都是由于一種微菌的發(fā)展。這位法國化學(xué)家發(fā)覺用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物。很快，“巴氏殺菌法”便應(yīng)用在各種食物和飲料上。（2）每一種傳染病都是一種微菌在生物體內(nèi)的發(fā)展。由于發(fā)覺并根除了一種侵害蠶卵的細(xì)菌，巴斯德挽救了法國的絲綢工業(yè)。（3）傳染病的微菌，在特別的培育之下可以減輕毒力，使他們從病菌變成防病的疫苗。他意識(shí)到很多疾病均由微生物引起，于是建立起了細(xì)菌理論。1.巴斯德對自然發(fā)生論的否定千百年來，人們普遍流行著一種所謂“自然發(fā)生說”。該學(xué)說認(rèn)為，不潔的衣物會(huì)自生蚤虱，污穢的死水會(huì)自生蚊蚋，骯臟的垃圾會(huì)自生蟲蟻，糞便和腐敗的尸體會(huì)自生蠅蛆?？傊锟梢詮乃鼈兇嬖诘奈镔|(zhì)元素中自然發(fā)生。該學(xué)說曾被很多科學(xué)家支持，包括古希臘學(xué)者亞里斯多德，中世紀(jì)神學(xué)家阿奎那，甚至連17世紀(jì)的大科學(xué)家哈維和牛頓，都信任這種學(xué)說。意大利醫(yī)生雷迪認(rèn)為蠅類不是由無生物自然發(fā)生。他進(jìn)行很多試驗(yàn)，測試自己的想法。1668年，他做了一個(gè)試驗(yàn)，打算了三個(gè)盒子，第一個(gè)盒子只放肉，其次個(gè)盒子放肉后再覆蓋一張紙，第三個(gè)盒子放肉后再覆蓋上一塊紗布（gauze），視察盒內(nèi)肉的狀況。他發(fā)覺第一個(gè)盒子里的肉，會(huì)由蒼蠅下蛋后，產(chǎn)生蛆，再變成蒼蠅；其次個(gè)及第三個(gè)盒子里的肉皆沒有蛆及產(chǎn)生蒼蠅。然而，蒼蠅會(huì)被吸引到有蓋“紗布”的盒子里，進(jìn)而產(chǎn)卵在紗布上面，進(jìn)而產(chǎn)生蛆。這樣的狀態(tài)出現(xiàn)的蛆，是因?yàn)槭莵碜杂诟瘮〉娜馍嫌猩n蠅的蛋孵化的。因此，雷迪認(rèn)為蠅蛆是由蠅產(chǎn)生的，而不是無生物自然發(fā)生的。雷迪的試驗(yàn)以及其他一些科學(xué)家的反復(fù)驗(yàn)證，曾一度動(dòng)搖了人們對自然發(fā)生論的信念?？墒钱?dāng)后來發(fā)覺了微生物時(shí)，很多科學(xué)家又信任至少像微生物這樣“最小的”生物體總該是自生的——加罩容器中的腐肉不是長滿了細(xì)菌嗎？巴斯德依據(jù)自己的探討實(shí)踐，不信任微生物可以自然發(fā)生，認(rèn)為微生物確定必有母體。為了驗(yàn)證自己的理論，巴斯德重做了斯帕蘭扎尼的試驗(yàn)。他在圓瓶里灌進(jìn)一些酵母湯，把瓶頸焊封，煮沸幾分鐘后擱置適當(dāng)時(shí)間。結(jié)果表明，瓶里并沒有微生物生長。但這一試驗(yàn)并不能徹底駁倒自生論者。他們質(zhì)疑巴斯德說：“你在煮沸酵母湯時(shí)，把瓶里的空氣加熱了。酵母湯產(chǎn)生小動(dòng)物所須要的是自然的空氣。你不能把酵母湯和自然的未經(jīng)加熱的空氣放在一起而不產(chǎn)生酵母、霉菌、桿菌或小動(dòng)物！”面對質(zhì)疑，巴斯德重新設(shè)計(jì)了一個(gè)鵝勁瓶（曲頸瓶，現(xiàn)稱巴斯德燒瓶）。燒瓶有一個(gè)彎曲的長管與外界空氣相通。瓶內(nèi)的溶液加熱至沸點(diǎn)，冷卻后，空氣可以重新進(jìn)入，但因?yàn)橛邢蛳聫澢拈L管，空氣中的塵埃和微生物不能與溶液接觸，使溶液保持無菌狀態(tài)，溶液可以較長時(shí)間不腐敗。假如瓶頸裂開，溶液就會(huì)很快腐敗變質(zhì)，并有大量的微生物出現(xiàn)。巴斯德由此得出結(jié)論：腐敗物質(zhì)中的微生物是來自空氣中的微生物。在一個(gè)有學(xué)者、才子、藝術(shù)家參與的一次巴黎盛會(huì)上，巴斯德講解并描述了他的曲頸瓶試驗(yàn)并宣布：“自然發(fā)生學(xué)說經(jīng)過這簡潔試驗(yàn)的致命一擊之后，絕不能再爬起來了”。圖2巴斯德的試驗(yàn)后來，巴斯德又創(chuàng)建性地做了一次大規(guī)模的、半公開的試驗(yàn)。他和助手們將煮過的裝有細(xì)菌培育液的燒瓶分放在多塵的市區(qū)、巴黎天文臺(tái)的地窖里和其他環(huán)境中打開。發(fā)覺空氣越是不潔，培育液變質(zhì)就越快、越嚴(yán)峻。這說明使培育液變質(zhì)的細(xì)菌不是自生的，而是來自空氣。他推想，海拔越高，空氣確定越干凈，培育液受細(xì)菌的污染也越稍微。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，他和助手們又先后登上汝拉山區(qū)的浦佩山，爬上瑞士的勃朗峰，進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果，猜想得到了證明。這個(gè)試驗(yàn)也導(dǎo)致了巴斯德創(chuàng)建了一種有效的滅菌方法——巴氏滅菌法。2.巴氏滅菌法19世紀(jì)時(shí)，法國的啤酒、葡萄酒業(yè)在歐洲是很出名的，但啤酒、葡萄酒經(jīng)常會(huì)變酸，整桶的芳香可口啤酒，變成了酸得讓人不敢聞的黏液，只得倒掉，這使酒商叫苦不已，有的甚至因此而破產(chǎn)。1856年，里爾一家釀酒廠廠主懇求巴斯德幫助找尋緣由，看看能否防止葡萄酒變酸。巴斯德答應(yīng)探討這個(gè)問題，他在顯微鏡下視察，發(fā)覺未變質(zhì)的陳年葡萄酒液體中有一種圓球狀的酵母細(xì)胞，當(dāng)葡萄酒和啤酒變酸后，酒液里有一根根細(xì)棍似的乳酸桿菌，就是這種“壞蛋”在養(yǎng)分豐富的葡萄酒里繁殖，使葡萄酒“變酸”。他把封閉的酒瓶放在鐵絲籃子里，泡在水里加熱到不同的溫度，試圖即殺死這些乳酸桿菌，但又不把葡萄酒煮壞，經(jīng)過反復(fù)多次的試驗(yàn)，他最終找到了一個(gè)簡便有效的方法：只要把酒放在五六十?dāng)z氏度的環(huán)境里，保持半小時(shí)，就可殺死酒里的乳酸桿菌，這就是聞名的“巴斯德殺菌法”（又稱低溫滅菌法），這個(gè)方法至今仍在運(yùn)用。巴斯德沒有將他獨(dú)創(chuàng)的低溫滅菌法申請專利，而是把它公開了。他認(rèn)為利用探討結(jié)果獲利是學(xué)者的恥辱，這種信念終其一生都沒有變更。1867年5月，在“萬國博覽會(huì)”中巴斯德因?yàn)榈蜏販缇ǖ某删投@得杰出獎(jiǎng)，也被聘為索邦高校的化學(xué)教授。3.蠶醫(yī)生19世紀(jì)60年頭，歐洲大陸的蠶卵都感染了疾病。法國的蠶絲業(yè)亦同遭厄運(yùn)。全國三千六百個(gè)市長、議長、及養(yǎng)蠶者上書上議院求助，因而成立了一個(gè)探討蠶病的委員會(huì)。巴斯德的老師杜馬擔(dān)當(dāng)委員會(huì)主席，他選擇巴斯德去迎戰(zhàn)這個(gè)麻煩的問題。1865年7月，巴斯德抵達(dá)阿拉斯（養(yǎng)蠶重鎮(zhèn)）參與蠶病的探討。病蠶的身上長滿棕黑的斑點(diǎn)，就像粘了一身胡椒粉。法國人稱這種病為“胡椒病”，得了病的蠶，有的孵化出來不久就死了，有的掙扎著活到第3齡、4齡后也挺不住死了。極少數(shù)的蠶結(jié)成繭子，可鉆出繭的蠶蛾卻殘缺不全，它們的后代也是病蠶。當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)蠶人想盡了一切方法，仍舊治不好蠶病。圖3巴斯德探討病蠶的發(fā)生緣由巴斯德用顯微鏡視察，發(fā)覺一種很小的、橢圓形的棕色微粒，是它感染到桑蠶和桑葉，巴斯德強(qiáng)調(diào)全部被感染的蠶及污染的桑葉必需毀掉，必需用健康的桑蠶從頭做起。為了證明“胡椒病”的傳染性，他把桑葉刷上這種致病的微粒，健康的蠶吃了，立即染上病。他還指出，放在蠶架上面格子里的蠶的病原微生物，可通過落下的蠶糞傳染給下面格子里的蠶。巴斯德還發(fā)覺蠶的另一種疾病細(xì)菌性軟化病。造成這種蠶病的細(xì)菌，寄生在蠶的腸道里，使整條蠶發(fā)黑死，尸體像氣囊一樣軟，很簡潔腐爛。巴斯德告知人們殲滅蠶病的方法很簡潔，通過檢查淘汰病蛾，遏止病害的擴(kuò)散，不用病蛾的卵來孵化蟻蠶。這個(gè)方法挽救了法國的養(yǎng)蠶業(yè)。巴斯德因?qū)πQ病探討而獲國民議會(huì)的國民獎(jiǎng)，1876年，他代表法國出席在意大利米蘭實(shí)行的國際養(yǎng)蠶大會(huì)，巴斯德的理論與試驗(yàn)得到大會(huì)的一樣確定?；貒?，他又起先對炭疽病的探討。4.疫苗之父1877年，法國東部炭疽病擴(kuò)散。巴斯德當(dāng)時(shí)是索邦高校教授，他在調(diào)查雞霍亂時(shí)，偶然發(fā)覺與空氣接觸的舊培育菌的毒性會(huì)變?nèi)?。依?jù)他的閱歷，這種菌可能有免疫作用，可解決法國正在流行的炭疽病。炭疽病主要是對牛、羊牲畜的感染，偶而人類也會(huì)感染，感染的傷口上會(huì)呈現(xiàn)1-3厘米直徑的無痛潰瘍，中心有黑色壞死的焦痂，故稱炭疽病。他于是在得炭疽病病已死亡的動(dòng)物身上，抽出這種細(xì)菌，且在試管培育這些細(xì)菌，使它們的毒性減得很弱。他嘗試著把這些毒性減弱的細(xì)菌注射到健康動(dòng)物的身上。然后過些時(shí)候，又把毒性強(qiáng)的細(xì)菌注射到同一只動(dòng)物身上，結(jié)果發(fā)覺，這只動(dòng)物盡然沒有得病。而跟這只動(dòng)物同在一群的其他動(dòng)物，卻有不少得了炭疽病死亡。這證明注射過的那只動(dòng)物得到了反抗這種疾病的實(shí)力。為了證明自己是對的，巴斯德實(shí)行一次公開試驗(yàn)，對象是50只健康的羊，他把弱炭疽病菌注射到25只羊體內(nèi)，2周后又將強(qiáng)的炭疽病菌注射到全部的50只羊體內(nèi)。他向大家預(yù)料說：“起初注射弱的炭疽病菌的25只羊，不會(huì)生病，但另外那25只從前沒注射弱的炭疽病菌的，會(huì)死掉。”2天以后，一群人聚在草原觀看試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果有25只羊活得好好的，另外25只羊死了。巴斯德獨(dú)創(chuàng)了預(yù)防注射的方法，勝利地戰(zhàn)勝炭疽病。圖4正在給羊接種的巴斯德1881年，他因?yàn)檫@個(gè)貢獻(xiàn)，得到杰出十字獎(jiǎng)?wù)隆?881年8月，巴斯德在國際醫(yī)學(xué)會(huì)議上提出了關(guān)于雞霍亂相炭疽疫苗的報(bào)告。與會(huì)代表用經(jīng)久不息的掌聲表達(dá)對這位不知疲乏的科學(xué)家誠心的敬意。1882年，巴斯德被選為法國探討院院士，同年起先探討狂犬疫苗。狂犬病是一種可怕的傳染病。人和家畜被病犬咬傷之后，也會(huì)患狂犬病。它每年要奪走數(shù)以百計(jì)法國人的生命，當(dāng)時(shí)沒有疫苗，也沒有免疫球蛋白，應(yīng)付狂犬病，人們只能運(yùn)用燒紅的鐵棍，19世紀(jì)的歐洲人信任，火焰與高溫可以凈化任一切事物，包括肉眼所看不見的細(xì)菌。當(dāng)時(shí)只要是被動(dòng)物咬傷的人們，都會(huì)被村莊中的壯漢們強(qiáng)壓至打鐵鋪，請鐵匠用燒紅的鐵棍去烙燙傷口，想藉此“燒”死看不見的病原，但如此原始、殘酷的作法，并沒有方法治療狂犬病，經(jīng)常只是加速死亡的來臨。巴斯德組成一個(gè)三人小組起先研制狂犬病疫苗。他們希望從采集病犬的唾液進(jìn)行探討，但這種采集特別危急。巴斯德和他的團(tuán)隊(duì)冒著被咬傷的危急采集狂犬的唾液，一次，巴斯德為了收集一條瘋狗的唾液，竟然跪在狂犬的腳下耐性等待。他們將采集的狂犬唾液注射到健康犬只的腦中，健康的犬只果真立刻發(fā)病死亡，歷經(jīng)過數(shù)次的動(dòng)物試驗(yàn)，巴斯德推論出狂犬病病毒應(yīng)當(dāng)都集中于神經(jīng)系統(tǒng)，因此他大膽地從病死的兔子身上取出一小段脊髓，懸掛在一支無菌燒瓶中，使其“干燥”。他發(fā)覺，沒有經(jīng)過干燥的脊髓，是極為致命的，假如將脊髓研磨后將其和蒸餾水混合，注入健康的犬只體內(nèi)，狗必死無疑；相反的，將干燥后脊髓和蒸餾水混合注入狗的身上，卻都奇妙的活了下來。巴斯德于是推斷干燥后脊髓的病毒已經(jīng)死了，至少已經(jīng)特別微弱。因此他把干燥的脊髓組織磨碎加水制成疫苗，注射到犬只腦中，再讓打過疫苗的狗，接觸致命的病毒。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，接種疫苗的狗，即使腦中被注入狂犬病毒，也都不會(huì)發(fā)病了！巴斯德興奮的宣布狂犬疫苗研發(fā)勝利！圖6巴斯德在試驗(yàn)狂犬疫苗1885年，一位幾乎無望的母親，帶著被狂犬咬傷的9歲小男孩約瑟芬，來到了巴斯德試驗(yàn)室門口，懇求巴斯德救救她的孩子。為了不眼睜睜看著男童死去，巴斯德確定為約瑟芬打下人類的第一針，這時(shí)距離約瑟芬被狗咬傷已經(jīng)四、五天了；巴斯德在10天中連續(xù)給少年注射了十幾針不同毒性的疫苗。圖7巴斯德團(tuán)隊(duì)為約瑟芬注射狂犬疫苗在治療約瑟芬的過程中，有人提出：“把孩子當(dāng)試驗(yàn)品是不道德的，我們不知道應(yīng)當(dāng)用在人身上的劑量?！卑退沟碌幕卮饎t是：“我確定我是在救一個(gè)孩子的命，而不是在試驗(yàn)我的疫苗?！彼麨樾〖s瑟芬徹夜難眠，怕自己害了他，甚至在回家鄉(xiāng)阿爾布瓦休息前，還囑咐小約瑟芬每天寫信告知他發(fā)生的事。15天假期里，巴斯德家里連綿不斷地收到病人匯報(bào)狀況的信件。一個(gè)月后，少年健朗如常，安穩(wěn)返回家鄉(xiāng)。巴斯德成為世界上第一個(gè)能從狂犬病中挽救生命的人。消息傳開，國內(nèi)外川流不息的患者蜂擁而至前來注射疫苗，狂犬疫苗取得了空前的勝利。在狂犬