高中生物学教材中的科学家 第37期 | 巴斯德
路易斯·巴斯德（louis pasteur，1822年12月27日—1895年9月28日），法国著名微生物学家和化学家，微生物生理学的开创者，被称为“微生物之父”、“狂犬病疫苗之父”。
1822年12月27日，巴斯德出生在法国东部裘拉省的洛尔镇，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，他有一个姐姐和两个妹妹。四岁那年，全家迁往阿尔布瓦（法国十大浪漫乡村小镇，富产葡萄）。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（法国的中学凡是是7年制，最后一学年分为哲学科和数学科）。中学时，巴斯德在学校里的表现很普通，但他老是爱问问题，凡事都要追根究底甚至有许多的老师不喜欢他。但是就在这样不断的提问学习中，巴斯德对物理和化学产生了浓厚的兴趣。
1840年，巴斯德中学毕业，被聘为布山松中学的助教。1843年年巴斯德考入巴黎高等师范学院（当时法国有两所鼎鼎大名的学校。一所是巴黎高等师范学校，另一所则是高级理工科学校），攻读化学和物理的教学法，但他整天埋头在实验室里，被称为“实验室的蛀虫”。
1846年，巴斯德从巴黎高等师范学院毕业并通过了物理教授资格考试。考官发现他具有教授化学和物理的能力，甚至评价说：“这届毕业生中只有巴斯德有教育上的才华。”他很快就收到图尔农中学物理教师的约聘书。但巴斯德希望前往巴黎进行科学研究，他写信给巴黎中央理工学院的创办人之一杜玛院长，寻求在巴黎任教职的机会。杜玛最终没有向巴斯德的抛出橄榄枝，不过这件事被巴莱知道了，巴莱年轻时发现溴元素，名气很大，他决定帮助巴斯德留在巴黎。就如许，巴斯德在26岁那年进入巴莱的实验室，成为博士班研究生，为了拿到理学博士学位，巴斯德准备了两篇论文：一篇是物理学论文，关于偏振计使用的研究。另一篇是化学论文，论述亚砷酸的饱和性能。巴斯德通过偏振计的考察来研究晶体，利用光的偏向来确定晶体的分子结构。巴斯德尝试用物理学方法来研究化学。这与他的同行甚至导师相比，都有极大的独创性。这两篇成果丰硕的论文成就了巴斯德。1847年，巴斯德论文获得通过，取得理学博士学位。
1848年，巴斯德赴第戎莱西的中学当老师。他的导师巴莱和皮欧同教育部交涉，不久巴斯德被任命为斯特拉斯堡大学的副教授。1848年5月15日，巴斯德刊登了著名的论文《论结晶形状、化学构成和旋光方向之间可能存在的关系》，这篇文章解释了同晶性，创立了立体化学。
在斯特拉斯堡大学，巴斯德与教务长的女儿玛丽·罗兰一见倾心。1849年，巴斯德和玛丽结婚，玛丽很理解丈夫对工作的兴趣，经心操持家务，帮助丈夫，他们有五个孩子，三个孩子死于伤寒，可能是这个原因驱使巴斯德致力于治病救人。
图1 巴斯德在实验
巴斯德一生进行了多项探索性的研究，取得了严重成果，他用一生的精力证明了三个科学问题：
（1）每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展。这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的宜人的微生物。很快，“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。
（2）每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展。由于发觉并根除了一种侵害蚕卵的细菌，巴斯德拯救了法国的丝绸工业。
（3）传染病的微菌，在特殊的培养之下可以减轻毒力，使他们从病菌酿成防病的疫苗。他意识到许多疾病均由微生物引起，于是建立起了细菌理论。
1. 巴斯德对自然发生论的否认
千百年来，人们普遍流行着一种所谓“自然发生说”。该学说认为，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。总之生物不妨从它们存在的物质元素中自然发生。该学说曾被很多科学家支持，包括古希腊学者亚里斯多德，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。
意大利医生雷迪认为蝇类不是由无生物自然发生。他进行许多实验，测试自己的想法。1668年，他做了一个实验，准备了三个盒子，第一个盒子只放肉，第二个盒子放肉后再覆盖一张纸，第三个盒子放肉后再覆盖上一块纱布(gauze). 观察盒内肉的状况。他发现第一个盒子里的肉，会由苍蝇下蛋后，形成蛆，再变成苍蝇；第二个及第三个盒子里的肉皆没有蛆及产生苍蝇。然而，苍蝇会被吸引到有盖”纱布”的盒子里，进而产卵在纱布上面，进而产生蛆。这样的状态出现的蛆，是因为是来自于腐败的肉上有苍蝇的蛋孵化的。因此，雷迪认为蝇蛆是由蝇产生的，而不是无生物自然发生的。
雷迪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，许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？
巴斯德根据自己的研究实践，不相信微生物可以自然发生，认为微生物肯定必有母体。为了验证自己的理论，巴斯德重做了斯帕兰扎尼的实验。他在圆瓶里灌进一点儿酵母汤，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。
但这一试验并不能彻底驳倒自生论者。他们质疑巴斯德说：“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。你不能把酵母汤和天然的未经加热的空气放在一起而不产生酵母、霉菌、杆菌或小动物！”
面对质疑，巴斯德重新设计了一个鹅劲瓶（曲颈瓶，现称巴斯德烧瓶）。烧瓶有一个弯曲的长管与外界空气相通。瓶内的溶液加热至沸点，冷却后，空气可以重新进入，但因为有向下弯曲的长管，空气中的尘埃和微生物不能与溶液接触，使溶液保持无菌状态，溶液可以较长时间不腐败。如果瓶颈破裂，溶液就会很快腐败变质，并有大量的微生物出现。巴斯德由此得出结论：腐败物质中的微生物是来自空气中的微生物。在一个有学者、才子、艺术家参加的一次巴黎盛会上，巴斯德讲述了他的曲颈瓶试验并宣布：“自然发生学说经过这简单实验的致命一击之后，绝不能再爬起来了”。
图2 巴斯德的实验
后来，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细菌不是自生的，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。
这个实验也导致了巴斯德创造了一种有效的灭菌方法——巴氏灭菌法。
2. 巴氏灭菌法
19世纪时，法国的啤酒、葡萄酒业在欧洲是很有名的，但啤酒、葡萄酒常常会变酸，整桶的芳香可口啤酒，变成了酸得让人不敢闻的黏液，只得倒掉，这使酒商叫苦不已，有的甚至因此而破产。1856年，里尔一家酿酒厂厂主请求巴斯德帮助寻找原因，看看能否防止葡萄酒变酸。
巴斯德答应研究这个问题，他在显微镜下观察，发现未变质的陈年葡萄酒液体中有一种圆球状的酵母细胞，当葡萄酒和啤酒变酸后，酒液里有一根根细棍似的乳酸杆菌，就是这种“坏蛋”在营养丰富的葡萄酒里繁殖，使葡萄酒“变酸”。他把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，泡在水里加热到不同的温度，试图即杀死这些乳酸杆菌，但又不把葡萄酒煮坏，经过反复多次的试验，他终于找到了一个简便有效的方法：只要把酒放在五六十摄氏度的环境里，保持半小时，就可杀死酒里的乳酸杆菌，这就是著名的“巴斯德杀菌法”（又称低温灭菌法），这个方法至今仍在使用。
巴斯德没有将他发明的低温灭菌法申请专利，而是把它公开了。他认为利用研究结果获利是学者的耻辱，这种信念终其一生都没有改变。1867年5月，在“万国博览会”中巴斯德因为低温灭菌法的成就而获得杰出奖，也被聘为索邦大学的化学教授。
3. 蚕医生
19世纪60年代，欧洲大陆的蚕卵都感染了疾病。法国的蚕丝业亦同遭厄运。全国三千六百个市长、议长、及养蚕者上书上议院求助，因而成立了一个研究蚕病的委员会。巴斯德的老师杜马担任委员会主席，他挑选巴斯德去迎战这个棘手的问题。1865年7月，巴斯德抵达阿拉斯（养蚕重镇）参与蚕病的研究。
病蚕的身上长满棕黑的斑点，就像粘了一身胡椒粉。法国人称这种病为“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、4龄后也挺不住死了。极少数的蚕结成茧子，可钻出茧的蚕蛾却残缺不全，它们的后代也是病蚕。当地的养蚕人想尽了一切办法，仍然治不好蚕病。
图3 巴斯德研究病蚕的发生原因
巴斯德用显微镜观察，发现一种很小的、椭圆形的棕色微粒，是它感染到桑蚕和桑叶，巴斯德强调所有被感染的蚕及污染的桑叶必须毁掉，必须用健康的桑蚕从头做起。为了证明“胡椒病”的传染性，他把桑叶刷上这种致病的微粒，健康的蚕吃了，立刻染上病。他还指出，放在蚕架上面格子里的蚕的病原微生物，可通过落下的蚕粪传染给下面格子里的蚕。
巴斯德还发现蚕的另一种疾病细菌性软化病。造成这种蚕病的细菌，寄生在蚕的肠道里，使整条蚕发黑死，尸体像气囊一样软，很容易腐烂。巴斯德告诉人们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，不用病蛾的卵来孵化蚁蚕。这个办法挽救了法国的养蚕业。
巴斯德因对蚕病研究而获国民议会的国民奖，1876年，他代表法国出席在意大利米兰举行的国际养蚕大会，巴斯德的理论与实验得到大会的一致肯定。回国后，他又开始对炭疽病的研究。
4. 疫苗之父
1877年，法国东部炭疽病蔓延。巴斯德当时是索邦大学教授，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。根据他的经验，这种菌可能有免疫作用，可解决法国正在流行的炭疽病。
炭疽病主要是对牛、羊牲畜的感染，偶而人类也会感染，感染的伤口上会呈现1-3厘米直径的无痛溃疡，中央有黑色坏死的焦痂，故称炭疽病。
他于是在得炭疽病病已死亡的动物身上，抽出这种细菌，且在试管培养这些细菌，使它们的毒性减得很弱。他尝试着把这些毒性减弱的细菌注射到健康动物的身上。然后过些时候，又把毒性强的细菌注射到同一只动物身上，结果发现，这只动物居然没有得病。而跟这只动物同在一群的其他动物，却有不少得了炭疽病死亡。这证明注射过的那只动物得到了抵抗这种疾病的能力。
为了证明自己是对的，巴斯德举行一次公开实验，对象是50只健康的羊，他把弱炭疽病菌注射到25只羊体内，2周后又将强的炭疽病菌注射到全部的50只羊体内。他向大家预测说：“起初注射弱的炭疽病菌的25只羊，不会生病，但另外那25只先前没注射弱的炭疽病菌的，会死掉。”2天以后，一群人聚在草原观看实验结果，结果有25只羊活得好好的，另外25只羊死了。巴斯德发明了预防注射的方法，成功地打败炭疽病。
图4 正在给羊接种的巴斯德
1881年，他因为这个贡献，得到杰出十字奖章。1881年8月，巴斯德在国际医学会议上提出了关于鸡霍乱相炭疽疫苗的报告。与会代表用经久不息的掌声表达对这位不知疲倦的科学家衷心的敬意。
1882年，巴斯德被选为法国研究院院士，同年开始研究狂犬疫苗。
狂犬病是一种可怕的传染病。人和家畜被病犬咬伤之后，也会患狂犬病。它每年要夺走数以百计法国人的生命，当时没有疫苗，也没有免疫球蛋白，对付狂犬病，人们只能使用烧红的铁棍，19世纪的欧洲人相信，火焰与高温可以净化任一切事物，包括肉眼所看不见的细菌。
当时只要是被动物咬伤的人们，都会被村庄中的壮汉们强压至打铁铺，请铁匠用烧红的铁棍去烙烫伤口，想藉此“烧”死看不见的病原，但如此原始、残酷的作法，并没有办法治疗狂犬病，常常只是加速死亡的来临。
巴斯德组成一个三人小组开始研制狂犬病疫苗。他们希望从采集病犬的唾液进行研究，但这种采集十分危险。巴斯德和他的团队冒着被咬伤的危险采集狂犬的唾液，一次，巴斯德为了收集一条疯狗的唾液，竟然跪在狂犬的脚下耐心等待。
他们将采集的狂犬唾液注射到健康犬只的脑中，健康的犬只果然马上发病死亡，历经过数次的动物实验，巴斯德推论出狂犬病病毒应该都集中于神经系统，因此他大胆地从病死的兔子身上取出一小段脊髓，悬挂在一支无菌烧瓶中，使其“干燥”。他发现，没有经过干燥的脊髓，是极为致命的，如果将脊髓研磨后将其和蒸馏水混合，注入健康的犬只体内，狗必死无疑；相反的，将干燥后脊髓和蒸馏水混合注入狗的身上，却都神奇的活了下来。
巴斯德于是推断干燥后脊髓的病毒已经死了，至少已经非常微弱。因此他把干燥的脊髓组织磨碎加水制成疫苗，注射到犬只脑中，再让打过疫苗的狗，接触致命的病毒。经过反复实验后，接种疫苗的狗，即使脑中被注入狂犬病毒，也都不会发病了！巴斯德高兴的宣布狂犬疫苗研发成功！
图6 巴斯德在实验狂犬疫苗
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，来到了巴斯德实验室门口，哀求巴斯德救救她的孩子。为了不眼睁睁看着男童死去，巴斯德决定为约瑟芬打下人类的第一针，这时距离约瑟芬被狗咬伤已经四、五天了；巴斯德在1 0天中连续给少年注射了十几针不同毒性的疫苗。
图7 巴斯德团队为约瑟芬注射狂犬疫苗
在治疗约瑟芬的过程中，有人提出：“把孩子当试验品是不道德的，我们不知道应该用在人身上的剂量。”巴斯德的回答则是：“我确定我是在救一个孩子的命，而不是在试验我的疫苗。”他为小约瑟芬彻夜难眠，怕自己害了他，甚至在回家乡阿尔布瓦休息前，还叮嘱小约瑟芬每天写信告诉他发生的事。15天假期里，巴斯德家里连续不断地收到病人汇报情况的信件。一个月后，少年健朗如常，安然返回家乡。巴斯德成为世界上第一个能从狂犬病中挽救生命的人。
消息传开，国内外络绎不绝的患者蜂拥而至前来注射疫苗，狂犬疫苗取得了空前的成功。在狂犬病疫苗研究上的努力使得巴斯德更加赢得法国民众的尊重，1888年，法国政府为表彰他的杰出贡献，成立了巴斯德研究所，他亲自担任所长。1889年，生产工艺已经比较成熟的狂犬病疫苗正是由巴斯德研究所推向市场，并开始广泛使用。
图8 巴斯德研究所
对于自己所取得的成就，巴斯德归功于神。巴斯德是名敬虔而保守的基督徒，他认为科学与基督信仰并无矛盾，并坚信科学拉近人与神的距离。他说：“对大自然越有研究，就越感受到造物主奇妙的工作”，“科学驱使人更亲近神”，“如果承认上帝的存在，这一个信心实比一切宗教的神迹更为超奇，不可思议。如果我们有了这种信心，这种悟性，那便不能不对上帝下跪敬拜了。”巴斯德年迈时曾回自己的母校演讲，并谈到了他能够在科学领域节节得胜的两大要素：一个是信心，相信神的启示。二是热忱。“真正持久的热忱，是来自神在我心里。”或许，巴斯德所言正是一个真正希冀在科学上有所建树以及使用其科学成果之人或企业所应该秉承的。
路易斯·巴斯德是19世纪最有成就的科学家之一，被认为是医学史上最重要的杰出人物，更是被世人称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人”，他不仅是个理论上的天才，还是个善于解决实际问题的人。像牛顿开辟出经典力学一样，巴斯德开辟了微生物领域，创立了一整套独特的微生物学基本研究方法，把微生物的研究从主要研究微生物的形态转移到研究微生物的生理途径上来，从而奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，并开创了微生物生理学。
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