他將人類從對疾病原始而迷亂的恐懼中解救了出來。
撰文 | 冉濤、李慶超（山東師范大學(xué)）
路易斯·巴斯德（Louis Pasteur，1822.12.27-1895.9.28）
你是誰？你從哪里來？你要到哪里去？這是保安大爺?shù)摹办`魂追問”，更是我們幾乎每個人童年的“存在焦慮”。當(dāng)這個嚴(yán)肅的問題拋給我們的父母，我們得到了荒謬而無從證偽的答案：我們是被撿來的，好一點的撿自河邊，差一點的是垃圾堆；看了西游記后，一部分人認(rèn)為或許自己是從石頭縫里蹦出來的，他們對從父母那里得到的至上真理產(chǎn)生了懷疑；后來我們上學(xué)了，老師告訴我們，我們是媽媽生下來的，而媽媽是媽媽的媽媽生下來的（盡管這些知識可能來源于我們對小貓小狗出生的觀察）。現(xiàn)在，隨著科學(xué)的普及，在大街上隨便拉一個孩子，他都能告訴你人是從猴子進(jìn)化來的，或者其他什么“童言無忌”的答案。那再加一點難度，我們周圍的動物、植物、微生物都是怎么來的呢？
早期的猜想——自然發(fā)生論
古希臘時期，亞里士多德（Aristotle），作為一位希臘哲學(xué)集大成者，給鯨魚開過膛，給小雞破過肚，是一名極其有威望的經(jīng)驗主義者。他認(rèn)為，“一切干燥的物體變成潮濕的物體，一切變干的潮濕物體產(chǎn)生動物”——非常有哲學(xué)魅力的一句話，以至于在他之后一批又一批的人把它當(dāng)做一致確認(rèn)的真理。泰奧弗拉斯圖斯（Theophrastus）、狄奧多羅斯（Diodorus）等認(rèn)為某些生物不可能來自同一物種的繁衍過程：蠕蟲、臭蟲和蛞蝓不是經(jīng)過生殖產(chǎn)生的，而是在土壤中和陽光下自然發(fā)生的。
大朋友們可能一時無法理解那時人們的想法，不妨假設(shè)一下，你是一個單純的大猩猩，什么東西都不懂，但是你從隔壁家的小松鼠那里學(xué)到了囤糧食的好習(xí)慣。有一天，你閑著沒事干，盯著自己囤的肉看，肉已經(jīng)快要腐爛了，你開始想，這塊肉你是吃呢？還是用來做微生物實驗?zāi)?？遲疑了片刻，你覺得還是用來吃，因為畢竟你只是一只單純的猩猩，用樹枝捅螞蟻窩已經(jīng)快要到達(dá)理解力的極限了。就在這時，肉好像出現(xiàn)了一些躁動，你定睛一看，一只大白蛆從肉里爬了出來，你感到不可思議，然后腦子飛速運轉(zhuǎn)，動用了畢生所學(xué)的經(jīng)驗，半晌過后，你莊嚴(yán)地得出了一個結(jié)論，腐爛的肉里可以長出蛆蟲！
這就是自然發(fā)生論，也稱為無生源說，它認(rèn)為生命可以從非生命中產(chǎn)生。
可能對于現(xiàn)在的人們來說，這個結(jié)論難以置信，但是對于對世界的認(rèn)識極度缺乏的古人們，“腐肉生蛆”就是最合理、最恰當(dāng)?shù)慕忉尅?7世紀(jì)，佛來米人讓-巴蒂斯特·凡·海爾蒙特（Jan Baptista van Helmont）做了一個實驗：用一件臟襯衫緊緊封住里面裝有小麥麥粒的瓶口，過了21天左右，在瓶口發(fā)現(xiàn)了老鼠。這個實驗巧妙地證明了大麥可以變成老鼠。他還拿出一個配方來產(chǎn)生蝎子：在一塊磚頭里挖一個洞，里面放上干的羅勒草，然后置于陽光下......
17世紀(jì)末，理論來到了第一個轉(zhuǎn)折點，德國學(xué)者阿塔納斯·基歇爾（Athanasius Kircher）提出，這類實驗需要求助于來自生物的“生殖能力”：在一個完整的有機體中，僅有一部分東西能在死后繼續(xù)活著，并保留獨立的生存能力。在這種想法的支配下，產(chǎn)生活蝎子的配方需要加上尸體，但仍然需要浸泡在相同的羅勒草中，置于陽光下。這思路，《我的世界》游戲設(shè)計師看了直呼內(nèi)行。
但真理的光芒是不會被蒙昧的灰塵蓋住的，對于一個不成熟的觀點，有人贊成，也會有人反對。17世紀(jì)后半葉，意大利人弗朗賽斯科·雷迪（Francesco Redi）用一層紗布證明，蒼蠅不是出自發(fā)酵的腐肉，而是出自別的蒼蠅產(chǎn)下的卵；同樣，人們也發(fā)現(xiàn)蘋果里的蟲子不是來自水果的腐爛，生蟲子的原因是產(chǎn)下幼蟲的昆蟲。
在新舊觀念的沖突下，關(guān)于自然發(fā)生的爭論開始發(fā)酵了。
爭論的戰(zhàn)場——微生物從何而來
18世紀(jì)，顯微鏡的出現(xiàn)打開了新世界的大門，人們發(fā)現(xiàn)了微生物的存在。這種比小動物更小的“小動物”似乎更能說明問題。于是對小動物的爭論變?yōu)榱藢ξ⑸锏臓幷?。但是顯微鏡外的沖突，卻朝著更大的方向發(fā)展。
一百多年后，當(dāng)巴斯德坐在昏暗的實驗室里看文獻(xiàn)時，會不可避免地看到這樣一場激烈的論戰(zhàn)。
英國人尼達(dá)姆和意大利人斯帕蘭扎尼之間的斗爭
正方（支持自然發(fā)生論）：
約翰·尼達(dá)姆（Johnny Dam）是一位天主教教士，他描述了這樣一個實驗：一只封口瓶，或諸如此類的東西，裝入肉汁，然后密封瓶口，在熱灰中加熱幾分鐘，幾天后，就將出現(xiàn)微生物的大量繁殖。根據(jù)這一實驗，尼達(dá)姆認(rèn)為，微小生物只能來自浸液，它們就在那里自然發(fā)生。
布豐（Buffon）在這個基礎(chǔ)上結(jié)合“有機分子理論”做了更加細(xì)致的補充：生物物質(zhì)在死亡后仍然保留著殘存的“生命力”，生命本質(zhì)上寓于軀體的最后分子，這些分子就像在模子中那樣排列，有多少種生物就有多少種不同的“模子”，當(dāng)死亡使機體的功能，即模子的作用力停止時，軀體的分解隨之而來，仍繼續(xù)活著的有機分子在軀體分解和腐爛的時候獲得了自由，一旦被另一個模子的作用力吸收，就馬上進(jìn)入另一個軀體。作為物種個體的動物消失了，但它的分子以低等有機體的形式重新出現(xiàn)。
反方（反對自然發(fā)生論）：
斯帕蘭扎尼（Spallanzani, Lazzaro）對尼達(dá)姆的實驗做了一些改動：用更大的容器，延長加熱時間，拉長瓶頸后用瓶塞密封。在這些條件下，微生物不再出現(xiàn)。
正方（支持自然發(fā)生論）：
尼達(dá)姆解釋說，斯帕蘭扎尼將裝有植物物質(zhì)的瓶子密封煮了一個小時，這樣殘暴的方式破壞了“植物性力量”，即植物的模子，同時蒸汽和火力還使玻璃瓶內(nèi)部的部分空氣完全變質(zhì)，因此沒有微生物產(chǎn)生也不足為奇。
反方：工業(yè)家尼古拉·阿佩爾（Nicolas Appert）用斯帕蘭尼扎的方法保存罐頭里的食物并使之商業(yè)化，用實驗支持斯帕蘭尼扎。
正方：蓋-呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac）發(fā)現(xiàn)罐頭里沒有氧氣，推斷缺氧是保存動物和植物物質(zhì)的必要條件。
反方：施萬（Theodor Ambrose Hubert Schwann）把加熱的空氣通入無菌的肉汁，冷卻，瓶子里有氧，但沒有出現(xiàn)微生物。施萬推斷，使肉汁變質(zhì)的不是空氣中的氧，而是包含在空氣中且“能被加熱破壞的一種成分”。
最后，論戰(zhàn)仍然沒有得出勝負(fù)。
當(dāng)巴斯德看完這些論證后，已經(jīng)有了自己的想法。他批判所有這些互相抵消、不能得出結(jié)論的實驗。他決心要用自己的實驗方法來結(jié)束這場論戰(zhàn)。
決戰(zhàn)的勛章——巴斯德與普歇的論戰(zhàn)
當(dāng)巴斯德加入論戰(zhàn)時，人們已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)告別了能夠產(chǎn)生蝎子的羅勒草，自然發(fā)生說也得到了充分的發(fā)展。而阿奇米德·普歇（Félix Archimède Pouchet）正是這一觀點的繼承者，1859年，普歇推出了名叫《無生源說或論自然發(fā)生》的巨著，認(rèn)為“自然發(fā)生是無親代的一個新有機生物的產(chǎn)生，其所有的原始成分取自周圍的物質(zhì)”。按照這個學(xué)說，組成機體的不是礦物分子，而是新生命需要的有機粒子，由一種“能形成活組織的力”激活。因此，微生物的存在是值得懷疑的。在書中，普歇附上了一份報告，以這個報告為引子，巴斯德展開了和普歇的論戰(zhàn)。
第一回合
在這份報告中，普歇重復(fù)了施萬的實驗，但做了一些改動：他用沸水灌滿一只小瓶，密封后，把它放入水銀槽。待冷卻后，向瓶中注入氧和一束烤焦的干草。用這種方法，他在瓶中得到了大量微生物。在這個實驗中，用氧氣代替空氣，所以空氣中沒有微生物，瓶中的水是煮沸過的，水里也沒有微生物，干草是加熱到100℃的，也不應(yīng)該有微生物的存在。但是最后的結(jié)構(gòu)卻出現(xiàn)了微生物，按照普歇的說法，只能是干草中的有機粒子被激活，形成了新的有機生物。
巴斯德在這個無懈可擊的實驗中，把眼光放到了水銀槽上，他認(rèn)為，水銀槽就和產(chǎn)生老鼠的破襯衫一樣，微生物就藏在水銀槽中。
但是，事情的進(jìn)行并不如此簡單。為了向普歇證明他錯在理論上，而不是錯在實驗上，巴斯德又制定了新的實驗策略來反對無生源說。
第二回合
一個關(guān)鍵的點就是空氣中是否存在微生物。按照巴斯德的理論，空氣中應(yīng)該是有微生物存在，微生物借助空氣流動的作用，依附到食物上進(jìn)行繁殖。而以普歇為首的無生源論者則認(rèn)為空氣中沒有微生物，微生物的發(fā)生是依靠空氣中的自然力量。巴斯德為此發(fā)明了一種能吸取外部空氣的裝置，將吸取的空氣經(jīng)過棉塞過濾，然后在顯微鏡下觀察棉賽過濾的微粒，可以看到有微生物的存在。為了避免不必要的歧義，巴斯德還將“可能有植物力量”的棉塞換成了石棉塞，仍然得出了相同的結(jié)果。
巴斯德在實驗室做實驗
除此之外，巴斯德還在導(dǎo)師巴拉爾（Antoine Balard）的啟發(fā)下設(shè)計了著名的鵝頸瓶實驗：在燒瓶中加入營養(yǎng)液，然后將瓶頸燒制成彎曲的、鵝頸狀的瓶頸，煮沸營養(yǎng)液，再把燒瓶放到不通風(fēng)的地方，由于容器與空氣相通，彎曲的瓶頸也可以阻止塵埃和微生物進(jìn)入，幾個月后，營養(yǎng)液仍然沒有變質(zhì)。
這一實驗有力地打擊了無生源論者，在他們看來，營養(yǎng)液里的生命物質(zhì)，加上空氣中的生命能量，就應(yīng)該能在營養(yǎng)液中產(chǎn)生微生物。但現(xiàn)在，有營養(yǎng)液，有空氣，卻沒有微生物的出現(xiàn)。如果將燒瓶橫過來，使?fàn)I養(yǎng)液接觸瓶頸，一段時間后營養(yǎng)液就會變質(zhì)。那么導(dǎo)致營養(yǎng)液變質(zhì)的要么是空氣中的塵埃，要么是微生物。對此，巴斯德表示“我傾向于生命來自于生命，而不是來自塵埃。”這就是所謂的“生生論”，意為生命只能來自于生命。
圖：鵝頸瓶實驗
但是，面對這些強有力的實驗證據(jù)，一些反對者仍然頑固地堅持自然發(fā)生論，他們無法從實驗上找出毛病，就從理論上找錯誤。普歇提出：“如果到處存在大量微生物，并且以其數(shù)學(xué)比例將生殖細(xì)胞布滿整個大氣，那么天空將變得異?；野?，因為它們的密度比形成烏云的水滴高得多，除此之外，我們賴以生存的空氣將幾乎達(dá)到鐵的密度”。
面對這個推論，巴斯德不得不放棄微生物無所不在的念頭。所以他提出了“半有生源說”。他假設(shè)，大氣中的生殖容量不是固定不變的，而是會隨著地點和季節(jié)變化，有的地方微生物比較密集，有的地方微生物比較稀缺。為了證明這個觀點，就需要在微生物密集和稀缺的地方分別做實驗檢驗。我們平時生活的環(huán)境中是很容易找到微生物的，所以密集地的實驗很容易做，那稀缺的地方會在那里呢？巴斯德做過物理老師，當(dāng)過化學(xué)教授，他知道塵埃的密度是和海拔成反比的，而細(xì)菌也類似于細(xì)小的塵埃，所以要收集微生物稀缺的空氣，就要到高海拔的山頂上去！
第三回合
雙方不斷加碼的實驗只有一個賭注：巴斯德想證明如果把發(fā)酵的液體置于最純凈的空氣中，那么微生物將不會繁殖。普歇則試圖證明，在任何情況下，都能觀察到微生物的繁殖，不管用哪種空氣，采用哪些預(yù)防措施。于是，巴斯德帶著他的發(fā)酵液體，普歇帶著他的干草浸液，兩位“巨人”開始了他們的登高之旅。
巴斯德先是去了巴黎氣象臺采空氣，在地下室打開的十只燒瓶里，只有一只變質(zhì)；而在院子里打開的十一只燒瓶則全部變質(zhì)。下一個地點是巴斯德家鄉(xiāng)阿爾布瓦的布貝山，他在布貝山海拔580米處打開二十只燒瓶，有五只變質(zhì)。這還不夠，下一個目標(biāo)是阿爾卑斯山，第一天，巴斯德遇到了意料之外的困難，導(dǎo)致只能將收集氣體的燒瓶帶回山下密封，結(jié)果十三只燒瓶全部變質(zhì)；而次日在山上密封的七只燒瓶，僅一只變質(zhì)。
隨后，普歇也和他的朋友們上路了，首先是意大利和西西里：他們在西西里的埃特納活火山的山坡上采空氣。然后去了比利牛斯山脈，在朗克路斯和馬拉德塔山，在比阿爾卑斯山的冰川更高的冰川上采空氣，在海拔2083米的地方，比巴斯德所到達(dá)的地方高83米，但這還不夠。他們繼續(xù)向上進(jìn)發(fā)，直到到達(dá)馬拉德塔山最高的地方，這里是海拔3000米。最終他們的八只燒瓶全部出現(xiàn)了微生物。
雙方爭執(zhí)不下，他們找到了科學(xué)院，要求成立委員會來調(diào)查。但由于普歇對實驗過程的吹毛求疵，委員會拒絕普歇提出的條件，于是普歇選擇退出爭論，放棄了比較實驗。而巴斯德繼續(xù)操作他的燒瓶，結(jié)果與巴斯德所描述的完全相同。于是這場論戰(zhàn)最終以巴斯德的勝出結(jié)束。
這樣的結(jié)果對于普歇等無生源論者確實不公正：其實科學(xué)院更愿意支持巴斯德，另外還存在一些復(fù)雜的社會因素，最終使人們偏向了巴斯德。但事實上，在幾年后就有人發(fā)現(xiàn)了普歇實驗的關(guān)鍵性問題：普歇所使用的枯草中有一種耐高溫的枯草桿菌，它的孢子能夠在120℃下存活20分鐘，這也徹底為這場論戰(zhàn)拉下帷幕。
生生論為何如此重要
一切似乎都已經(jīng)塵埃落定。然而，自然發(fā)生論與生生論的爭論仍未停止，在這之后仍然有不少自然發(fā)生論的聲音，但巴斯德都一一駁回。不過這并不代表巴斯德完全否認(rèn)自然發(fā)生，事實上，與其說巴斯德相信生生論，不如說他相信實驗所提供的事實結(jié)果。秉持著一貫的嚴(yán)謹(jǐn)，巴斯德不打算證實自然發(fā)生永不存在，相反，他用了二十多年的時間來尋找自然發(fā)生，但他還是受到了時代的局限。不過巴斯德的高明之處在于：他預(yù)見并接受自己的理論總有一天會過時。
那一點肉湯為何臭掉就這么重要嗎？巴斯德的工作不僅反駁了自然發(fā)生說，而且還為其他試圖證明一些疾病是由微觀生命形式引起的研究人員提供了指導(dǎo)和支持。生生論的思想是以生物學(xué)理解這個世界過程中最重要的觀念之一，在巴斯德的堅持下，生生論被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，用于研究導(dǎo)致葡萄酒發(fā)酵失敗及蠶病的原因，拯救了法國的葡萄酒產(chǎn)業(yè)和養(yǎng)蠶業(yè)；應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以尋找病原體，找到了雞的炭疽病問題的根源；應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，啟發(fā)了無菌外科手術(shù)的發(fā)明，解決了狂犬病問題。疾病不是憑空產(chǎn)生的，巴斯德隨后所提出疾病的病菌理論（傳染性疾病是由病菌引起的），將人類從對疾病的原始而迷亂的恐懼中解救出來，從病原體的角度，給絕大多數(shù)傳染病的發(fā)生提供了科學(xué)依據(jù)；自然界中微生物幾乎無處不在，巴斯德還在無菌法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。這些貢獻(xiàn)，直到現(xiàn)代仍意義非凡，拯救了無數(shù)人。
圖：巴斯德的里程碑式貢獻(xiàn)
1895年9月28日，巴斯德長眠于他的研究院的地下室中，當(dāng)他靜靜地躺在那里時，作為一個唯靈論者，我們有理由相信，巴斯德在臨終之時并不認(rèn)為他的死亡是肉體的腐爛，而是他所深信的微生物正在將他的精神從肉體中解放出來，從這之后，他的精神不再依附于物質(zhì)，而是獨立存在于這個世界上。在巴黎的巴斯德實驗室中，立著幾只裝有發(fā)酵溶液的鵝頸燒瓶，這是巴斯德當(dāng)年留下的，同他留給人們的其他財富一樣，里面的溶液直到現(xiàn)在仍未變質(zhì)。
法國巴斯德研究院
參考文獻(xiàn)
[1]《巴斯德傳》
[2] 周程. 19世紀(jì)前后西方微生物學(xué)的發(fā)展——紀(jì)念恩格斯《自然辯證法》發(fā)表90周年[J]. 科學(xué)與管理,2015,35(6):3-9.
DOI:10.3969/j.issn.1003-8256.2015.06.001.
[3] 薛攀皋：1932年生物自然發(fā)生說在中國沉渣泛起———一場科學(xué)同反科學(xué)的斗爭
[4] Modern History Sourcebook:Louis Pasteur (1822-1895):Physiological Theory of Fermentation, 1879
[5] http://m.eeo.com.cn/2009/0924/152124.shtml
[6] http://m.eeo.com.cn/2009/0918/151613.shtml
出品：科普中國
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