［坡仔跟你一起阅读好书·第七期］《爆炸医学史》第七章 寻找证据

       身处风暴中，要看清它的模样和去向。

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［英］罗伯特·斯奈登◎著

       ——英国著名作家、出版人，拥有30多年的出版从业经验，科普创作奇才，以将复杂难懂的科学问题展现得有趣且令人发省见长，他的作品深受各年龄段读者的喜爱，无论成人还是孩童，均从中受益。

［中］芦东昕 李力 李青峰◎译

第七章 寻找证据

一、细菌学发展时间线

       1750 年：乔治·布丰(GeorgesBuffon)和约翰·尼达姆(John Needham)认为所有生物都含有“生命原子”，这些“生命原子”在生物死后会自发地生成新的生物。

       1768 年：拉扎罗·斯帕拉捷(Lazzaro Spallanzani)质疑当生物死后会自发生成新的生物的观点，并表示将水煮沸后微生物就不会出现了。

       1860 年：巴黎科学院开始悬赏可以完整解释或者否定自然发生理论的人。

       1864 年：路易斯·巴斯德(LouisPasteur)在巴黎大学发表演讲，陈述了他为期四年的研究:在鹅颈瓶中放入煮沸且灭菌的肉汤，空气中的微生物会被困在鹅颈瓶的弯曲部，肉汤便不会腐坏。他认为，能使肉汤生菌的东西一定来自鹅颈瓶外部，而不是肉汤自发产生的。

       1876 年：罗伯特·科赫(RobertKoch)通过向老鼠注射死于炭疽病的羊的血来研究细菌所起的作用。他揭示了炭疽杆菌的生命周期，开启了医学研究的新纪元。

       1882 年：科赫展示了他对肺结核的病原菌的研究成果。 

       1883 年：科赫到埃及和印度研究霍乱。他追踪到引起霍乱的霍乱弧菌出现在一口提供日常用水的水井中，并证明了通过清洁用水可以降低霍乱暴发的概率。

       1905 年：科赫被授予诺贝尔奖，并被称为现代细菌学的创始人。

       19世纪，医学界最大的突破之一就是细菌理论。该理论表明疾病是由微生物引起的，而特定的病症也是由特定的微生物引起的。如我们所知，这是一个在好几百年前就被提出的想法，在法兰卡斯特罗、珂雪、列文虎克、布拉德利、斯诺、巴德，再加上极具洞察力的巴斯德和科赫及其他科研工作者的努力下，细菌理论终于被证实了。

​二、“赶走”瘴气理论

       19世纪中叶，瘴气理论依然是深受认可的解释疾病产生的理论。但经过一系列的实验研究，巴斯德将瘴气理论“赶了出去”。

       巴斯德可以称得上他那个时代乃至现在最著名的科学家之一，他在微生物领域和化学领域的发现可以说是西方医学史上的重要发现。

       1854年，巴斯德被任命为法国里尔大学科学院院长。在就职演说中，他的一句话被大家日后广泛引用：在科研领域，机会总是垂青有准备的人。在化学领域，巴斯德对晶体的研究揭示了手性的存在，即同一化学式的分子结构可以以镜像形式存在，且能产生完全不同的影响。X射线结晶学创始人约翰·德斯蒙德(JohnDesmond)称巴斯德对手性的发现为“在一定程度上是他最重要的科学发现”。

​三、发酵

       1856年，巴斯德一位学生的父亲来找他请教一个问题。那个人是一个甜菜酒制造商，他不知道为什么自己的甜菜酒质量很差，有一股难闻的味道，而且尝起来有酸味。当时，大多数人都认为发酵是在特定的情况下自发产生的一系列化学反应。人们认为发酵需要的酵母是一种化学品。这种看法在19世纪30年代随着科学家通过实验证明酵母是“活的”而被改变。

​       巴斯德分析了那批变酸了的酒的化学成分，发现除了酒精，这批酒还含有一部分乳酸。当他通过显微镜观察未变质的酒和变质的酒的沉积物时，他发现未变质的酒有大量的酵母菌沉积，但是含有乳酸的变质的酒含有比酵母细胞小很多的细胞。巴斯德发现了两种发酵反应:一种会产生酒精，而另一种会产生乳酸。1857年，他通过实验证实了在生物体内两种发酵反应均会发生。酵母菌发酵会产生酒精，而乳酸发酵则是由细菌造成的。

       在巴斯德的研究中，他发现发酵反应可以通过将氧气输送到正在发酵的液体中来阻止。由此他得出结论，酵母和细菌只能在无氧条件下进行发酵。根据这一发现，他创立了“需氧(Aerobic)”和“厌氧(Anaerobic)”两个术语来形容生物喜欢在有氧或无氧的环境下生存。

       巴斯德对变质的啤酒和葡萄酒的研究，使他开始对微生物致病这一观点产生兴趣。

​四、自然发生理论被否定

       虽然在几个世纪前雷迪的研究使自然发生理论受到质疑，但自然发生理论依然没有退出历史舞台。

       18世纪早期，法国自然学家乔治·布丰和英国自然学家约翰·尼达姆是自然发生理论的拥护者。他们认为所有有生命的物体都含有一种叫“生命原子”的东西，它们保障生物体的正常功能和活动。他们认为在生物死亡之后，这些“生命原子”会被排出，然后生成新的生物。他们都认为，在用显微镜观察池塘里的水时，那些会动的物体是被死亡的生物排出的“生命原子”。

       1745 年，尼达姆发表了一份实验报告。实验过程如下:他水煮了蔬菜和肉以杀死所有的微生物，然后将装有蔬菜肉汤的瓶子密封起来。在几天后，尼达姆发现汤变得浑浊了。他将其中的一滴肉汤放在显微镜下进行观察，发现其中有大量新的微生物。

       尼达姆认为这足以证明这些新的微生物是通过水煮而被杀死的微生物所释放的“生命原子”自发生成的。而事实是，他的实验是有缺陷的，因为他并没有煮足够长的时间，所以微生物并没有被全部杀死。

       当意大利生理学家拉扎罗·斯帕拉捷利用显微镜观察了各种微环境后，他肯定了列文虎克等人的观点——这些在镜头下活动的小东西是活的生物。通过一系列实验，斯帕拉捷确定了各种微生物对热的敏感度不同有些微生物甚至可以在煮沸了近一个小时的液体中存活。进一步的实验使他得出微生物是被空气带进他的烧瓶中的这个结论。

       而尼达姆则一直认为自己是对的，称斯帕拉捷是因为将生物煮沸过长时间，使得其中的“生命原子”被破坏了，而斯帕拉捷将他的烧瓶密封了起来导致新的“生命原子”无法通过空气进入瓶中并生成新的生物。

       1858年，巴斯德通过一种棉花过滤器来过滤空气，并用显微镜观察其中的棉花。他发现棉花中充满了微生物，其中很多类似于腐败的有机物中的细菌。这也证实了将肉汤置于空气中会混入空气中的微生物的观点，同时否定了“生命原子”的观点。

       19世纪60年代，围绕自然发生理论和微生物理论，医学领域展开了一场争论。1860年，巴黎科学院悬赏可以完整解释或否定自然发生理论的人。巴斯德认为自然发生理论已经严重阻碍了医学的进一步发展，他通过一系列严密且具有开创性的实验，成了那个完全推翻自然发生理论的人。他的研究也得到了巴黎科学院的认可。

       1864年4月，巴斯德在巴黎大学的致辞中说:“我们必须承认自然发生理论已经影响我们太久了......这是一项我必须挑战的理论。"

       在巴斯德的演讲中，他告诉观众自己是如何制作一些拥有长而扭曲的“脖子”的烧瓶(也就是鹅颈瓶)的，然后他用煮沸的肉汤对它们进行消毒。鹅瓶颈设计能够使烧瓶中的空气和外面的空气相通,但是微生物会被困在鹅颈瓶的弯曲部位中，无法进入烧瓶内部如果“生命原子”是存在的，那么鹅颈瓶的这个弯曲部位也不会有任何阻挡效果。

       他的预测是正确的，只要弯曲部位保持完整，烧瓶中的肉汤就会保持无菌状态。巴斯德的实验已经持续了四年，但他依然没有发现烧瓶的肉汤中有微生物的痕迹。然而，如果鹅颈瓶的弯曲部位被破坏，微生物就会进入肉汤中，使肉汤腐烂。

       在巴斯德的演讲结束时，他 巴斯德鹅颈瓶的复制品鼓励观众思考微生物在生物世界中所扮演的角色，并告诉他们:“这是一个值得探索的课题，这些小小的生物扮演着重要的、非凡的角色。”

       在接下来的20年中，巴斯德对微生物进行了一系列研究，在这个过程中，他进一步指出了微生物在制造啤酒、葡萄酒和丝绸等方面的作用。他也因此成了那个时代最著名的科学家和民族英雄之一。

​五、建立联系

       巴斯德证明了微生物的存在和它在发酵过程中起到的作用，但他还没有找到微生物和疾病的关系。科学家可以从已经感染的伤口中分离出微生物，但它们是感染的原因还是结果呢?

       正如我们将在下一章看到的，约瑟夫·李斯特(Joseph Lister)受到了巴斯德的启发，在19世纪60 年代将抗菌剂应用在手术中，产生了极好的效果。

       科赫出生于德国西北部一个银矿小镇。在年幼时，科赫便表现出了科学和数学天赋。1866 年，他从哥廷根大学医学专业毕业。在战争中，他在军队中担任军医，并在战争结束后投入临床工作中。

       科赫很清楚微生物学这个新领域的研究进展和发现。细菌在疾病中起的作用一直是医学领域争论的焦点。巴斯德已经发现了细菌在生物腐烂中所起的作用;李斯特证明了无菌手术的重要性:而科赫的解剖学老师雅各布·亨勒也宣称疾病可能是由微生物引起的。

​六、炭疽病

       科赫研究了炭疽病是怎样产生的。在科赫所在的德国韦尔斯坦因，这种疾病使528个人和56000头家畜死亡。之前的研究表明，种杆状微生物存在于生病的动物的血液中，如果接触到了人的伤口，便有可能传染给人类。并且曾有过患病动物的牧场会对其他在此地生活的动物产生威胁，这种威胁会持续很多年。

       在一系列的实验中，科赫发现一只注射过死于炭疽病的羊的血的老鼠会在第二天死亡，老鼠的血液样本中会出现相同的杆状物。当给第二只老鼠注射第一只死亡的老鼠的血液后，第二只老鼠的血液样本中会产生相同的杆状物。科赫认为，这种杆状物是活着的细菌，而它们的出现则代表了疾病会传染。然而，他还无法解释为什么在血液样本中的细菌几天后就变得无害了，但那些土壤的致病性却能持续很多年。

       科赫研发了许多新的技术，在显微镜领域也有所成就。他能够通过显微镜观察细菌在一段时间内的生长情况。他发现，在理想条件下，细菌会形成具有球形结构的长丝。

       进一步的实验表明，在理想条件下，细菌会从这些球体中重新出现。科赫认为这些球体实际上是孢子，它们使细菌在恶劣的条件下存活下来。这些孢子污染了土壤，使土壤多年都具有致病性。在认识到孢子的重要性后，科赫建议焚毁染病动物的尸体以避免产生孢子。

       在研究炭疽病的生命周期时，科赫已经成了第一位将特定的细菌和某种疾病直接联系起来的人。1876年，科赫的研究成果被发表，他打开了通往医学新时代的大门。

       科赫提出了一个重要理论，即人体感染不同的细菌会产生不同的症状。只有在了解了致病细菌后，我们才能充分理解每种疾病的致病原因。并且，他认为寻求传染病的共同点是无用的。他继续专注于改善技术以培养出更纯净的细菌菌落。他的一位助手朱利斯·佩特里(Julius Petri)设计了一种带盖的容器，也就是现在广为人知的培养皿，人们可以用它在不受外界污染的条件下培养细菌。利用培养皿，科赫研究了不同化学物质对细菌的影响，并且在消毒和灭菌领域做出了重大贡献。

​七、肺结核

       1882年3月24日，科赫在柏林生理学会议中报告了他对肺结核的病原菌的研究成果。他的这次报告在医学界产生了极大的影响。

       肺结核是一种十分危险的疾病，当时欧洲有七分之一的人死于此病。科赫是第一个成功分离肺结核的病原菌的科学家。他在患者的痰液和肺泡中检测到了结核杆菌，并且发现患者的痰液可以传染其他健康的动物。因此，科赫认为痰是疾病的主要传染源，并推测病情严重的肺结核患者的痰液里存在更多的结核杆菌，而且更具传染性。虽然结核杆菌无法在生物体外存活，但是它们可以在干痰中存活并保持感染能力数周。肺结核现在被认为是一个公共卫生问题，预防肺结核，正确处理患者的痰液并及时消毒可以说是至关重要的。

​八、科赫法则

       在科赫研究肺结核期间，为了验证某种疾病是由某种特定的细菌导致的，他设定了一系列验证标准，这些验证标准经过后人的修订，变为现在的科赫法则。

       ◎被感染的物体(植物、动物)或组织包含大量可疑的微生物，而在健康者体内则没有。

       ◎从被感染的生物体或组织中分离出这样的微生物并纯化培养。

       ◎当将培养的微生物引入健康的生物体时，这个生物体会感染同样的疾病。 

       ◎再次提取和分离“第二代”微生物，并证明它们与原始微生物相同。

       科赫法则也有一定的限制，比如，它仅限于传染性疾病。此外，一些细菌，比如皮肤上常见的葡萄球菌，一般是无害的，但在某些情况下会引起疾病。同样，人们在接触细菌(如结核杆菌)后，并不一定会感染疾病。

​九、科赫和霍乱

       1883年，德国政府派科赫等科学家前往埃及和印度研究当地霍乱。当时的霍乱是从印度传播到埃及的，整个欧洲都陷入了恐慌。

       科赫从测试每一个患者的肠道菌种开始，他在其中找到了一种几乎每个患者都有的细菌。他通过17位患者追踪到了一口提供日常用水的水井，并在其中发现了同样的细菌。他还找到了当地首位患病的患者，并在其衣物上发现了同样的细菌。看起来，这种细菌好像就是导致霍乱的罪魁祸首。

       科赫认为恒河流域的疫情暴发是可预测的。当洪水暴发之后，会产生沼泽和湿地。此时，细菌会大量繁殖并遍布周边地区。人们饮用了被细菌污染的水就会患病，而患者的排泄物会再一次污染水源。

       科赫的发现表明，想要阻止霍乱的扩散，洁净的水源是十分必要的。如果疫区使用净化过的水，那么疫情的扩散就会停止。

       1892年，德国汉堡暴发霍乱，而附近的阿尔托纳镇则幸免于难。这正好证明了科赫的发现，因为以前阿尔托纳镇的水质很差，所以水过滤系统早已就位。通过分析两个城镇的供水情况，科赫证明了有效地过滤水可能有助于防止疫情暴发。

​十、细菌学创始人

       科赫被大多数人认为是现代细菌学的创始人。他的发现对于研发特定细菌的治疗方法做出了

       巨大的贡献。科赫一生取得了很多成果，他在追求以证据为基础的研究中一丝不苟、毫不妥协。科赫为医学研究做出了赫赫之功，1905年，他被授予诺贝尔奖。

［本章附上的小故事与小知识］​

​一、巴氏消毒法(Pasteurization)

       巴斯德的研究显示，微生物的污染是导致啤酒和葡萄酒变质的原因，而这大大提高了酒工业的成本。为了减少微生物污染，1939年，工人在一家工厂里准备用巴氏消毒法为牛奶杀菌巴斯德发明了一种简单的方法。他将酒加热到50~60摄氏度，这时大多数细菌和其他微生物就被杀死了。这就是人们现在所熟知的巴氏消毒法，它被广泛应用在各种食品(特别是牛奶)的加工之中。

二、​科赫和巴斯德

       科赫和巴斯德并不总是意气相投。

       当巴斯德想通过免疫的手段让人们免于患病的时候，科赫却专注于改善公共卫生条件。科赫批评了巴斯德关于炭疽病的研究，指责他使用不纯净的培养皿，并且声称他的预防接种研究是错误的。法国公众对科赫攻击他们的民族英雄感到愤怒。

       面对科赫的质疑，巴斯德把自己的助理路易斯·蒂利耶(Louis Thuillier)派去了普鲁士，演示他的炭疽病预防接种办法。实验非常成功，巴斯德的理论也在德国被广泛接受了。蒂利耶写道:“科赫的同事并不喜欢他......他有一点儿粗野。”科赫回应道:“巴斯德不是医生，关于病理，他没法做出全面的判断。