巴斯德与”自然发生”

法国化学家巴斯德,从研究酒石酸的手性开始他的科学生涯,但他的主要贡献之一却是开创了微生物学这个研究领域,并且认识到感染及传染性疾病与微生物的关系。基于这样的认识,他终其一生呼吁外科医生在手术中施行灭菌术或无菌术,由此掀起了一波猛烈的医学革命风暴,而生活在今天的每个人都受益于巴斯德的深刻洞见。追根溯源,影响我们健康和命运的医学革命,与巴斯德对自然发生的决定性反驳密不可分。

长时间以来,历史上诸多杰出人士相信某些生物并非是同一生物繁衍而来,而是来自于自然发生也即在自然界中自发产生。其代表人物,首推古希腊的贤哲亚里斯多德。亚里斯多德深信,当干燥物体湿润以后就可以产生生物,诸如蠕虫、臭虫、蛞蝓等生物,在土壤和阳光下将会自发产生,而且也只能经此种方式产生。这种观念被后世兴起的基督教接受,并被视为上帝在俗世中彰显的神迹。在教徒们看来,虽然旧约中说上帝在创世纪的7天中创造了世界和生命,但显然没有人有权力禁止上帝继续它的事业。由于受到教会的支持,有关自然发生的观念,一直延续到十六世纪,没有任何改变。

但随着现代科学的兴起,教会对思想的控制开始减弱。1590年,伽利略从比萨斜塔上将两个铁球同时抛落。这个瞬间,被许多科学史家视为现代科学的诞生标志。这个实验的价值,并非简单的否定了亚里斯多德的观点。更重要的是,由此,人们逐渐认识到只有通过实验的手段,才能真正认识自然的奥妙,这正是现代科学的重要标志。

这种情况对其它学科也产生了重大影响,17世纪初,佛来米人让-巴蒂斯特.凡.海耳蒙特,率先开始通过实验研究自然发生。在专著中,他详细描述了两个让老鼠和蝎子自然发生的实验。其方案如下:用一件脏衬衫紧紧塞住一个装有麦粒的瓶子,21天左右,麦粒消失了转变为家鼠,而且是成年的家鼠。至于蝎子,则需要使用一块有洞的砖头,放上罗勒草置于阳光下。这样的实验虽然让人失望,但毕竟可以看作是一种进步。到17世纪末,活力论开始流行,这个时候,自然发生的观念开始发生了微妙的变化。虽然生命依然可以自然发生,但必需依赖活力,而活力则由曾经拥有生命的物质提供。因此现在要让蝎子自然发生,除了罗勒草还需加入已经死亡的蝎子尸体。至于老鼠,实在是太高级了,不可能自然发生。人们开始将可以经由自然发生的生物降级到昆虫、蠕虫这样的“低等生物”。

随着更加精巧的实验设计和观察,既便是昆虫和蠕虫也被证实并非来自于自然发生。意大利科学家弗塞斯科.雷迪率先发现苍蝇是来自于其它苍蝇所产下的卵,而非是从腐肉中自发产生的,至于苹果中的蠕虫也同样是来自蠕虫的卵,而非苹果的腐败所产生。由于这些生物均是肉眼可见,所以要证明其并非自然发生,是比较容易的。但微生物又怎么样呢?18世纪,显微镜闯入科学活动,人们开始认识到自然界中存在大量肉眼不可见的生物,而且限于当时的实验仪器,人们无法直接看到微生物的繁殖过程,因此毫无疑问,微生物只能来自于自然发生。著名生物学家布丰对此深信不疑,他还出版了一本专著讨论微生物如何自然发生的问题。其中谈到已经死亡的生物体中的活力,如何影响其周围的有机分子重组成微生物。

第一个对此提出反对意见的是,拉扎罗.斯帕兰扎尼,他发现如果将肉汤煮沸45分钟,密封后就不会再有微生物出现。这个实验引起一场小小风暴,但相信自然发生的人则认为,如此长时间的加热对生命来说过于残暴,势必会破坏生命的活力,其次密封则使空气中的活力无法进入烧瓶。这场争论,最后不了了之。唯一的受益者是工业家尼古拉.阿佩尔,他根本不在乎争论的哲学和科学价值,利用斯帕兰扎尼的实验原理,开发出了今日不可缺少的罐头食品雏形。这样的争论间或出现,但争论到最后往往成为人身攻击,给论辨双方的声誉带来不利影响。此后,许多科学家既便不相信微生物可以自然发生,但也将这个问题视作泥潭,无不敬而远之。

因此,在自然发生这个问题上,就只剩下那些相信它的人,在继续发表论文和专著。其中巴斯德的同代人,法国国家自然博物馆馆长普歇还出版了一本专著《无生源说或论自然发生》,为了避免语言上的歧意,究竟怎样才算自然,他还建议使用无生源说代替自然发生。所以,当后来普歇和巴斯德论战时,人们把当时的那场论战,又称为无生源说与有生源说之间的论战。正是这场著名的持续时间最长的论战,终结了自然发生在科学界的地位。

1854年,因成功合成消旋酒石酸,年轻的巴斯德被认命为里尔理学院的院长。在他任职期间,当地的甜菜酿酒业被酒中出现的不适宜酸味所困扰,1856年11月,当地工业家比戈先生来寻求巴斯德的帮助。,巴斯德找到了使酒呈酸味的原因——乳酸,并证实不合时宜的乳酸由乳酸酵母这种微生物引起。而对发酵的研究,引领着巴斯德进入一个又一个新的研究领域,改变了巴斯德也改变了人类的命运。

几乎是一种必然,对发酵的研究指引着巴斯德去思考自然发生的问题,这一问题在哲学和科学上具有无法估量的意义。巴斯德的日记本给后人提供了,他为何介入自然发生这一领域的线索。在日记中他指出:“在我研究狭义发酵时提出的问题中,最值得研究的问题是酵母的起源问题……它们来自何处?就是这样的问题把我引向所谓的自然发生研究。”

不过,最终促使巴斯德决心攻克自然发生难题的关键性因素,来自于普歇对他乳酸发酵研究的不满。虽然巴斯德在提交给科学院的乳酸发酵研究的相关论文中,明确提到对自然发生的问题,存而不论,即乳酸酵母的来源。但普歇对巴斯德论文中提及的,如果杜绝与空气的接触,并把反应物加热到沸点,发酵就会中止的描述十分不满。他写信给巴斯德,急切的要求巴斯德解释,并提醒巴斯德注意他本人提交给科学院的多篇论述自然发生的论文。

面对咄咄逼人的普歇,巴斯德给朋友夏布伊写信,说他准备迈出决定性的一步,彻底解决这个著名的问题。关于发酵,尤其是关于高温和氧影响酵母繁殖的大量实验中,巴斯德已经掌握大量反对自然发生的证据。但巴斯德深知还需要更强有力的针对性实验,当巴斯德意识到他必需将理论的严密性和实验的精确性结合在一起,用一种数学推理般的明晰性来使他的对手承认他的结论时,他已经掌握了力量的源泉。但数世纪来,有关自然发生的争论和糟糕的实验,已经将这一问题变成了一个大泥潭。虽然巴斯德本人信心十足,但他的朋友和良师毕奥却深恐他泥足深陷,说不定因此毁了他的研究生涯和辛苦建立起的名声。

面对这一古老的问题,巴斯德最终决定投入战斗,他的关键武器是:真空泵和曲颈甑。真空泵过滤并获取空气中的尘埃,巴斯德利用真空泵获取的尘埃成功繁殖出大量微生物,证实大气中四处皆是微生物。最初他使用棉花来过滤,但很快他改为石棉,因为棉花来自于生命,因此反对者可以说正是棉花赋予尘埃以生命。同时他利用曲颈甑的弯弯曲曲的瓶颈防止空气中的灰尘进入培养液,这样当可发酵的液体装入这些圆底烧瓶中,加热煮沸后放在不通风的环境中,虽然没有阻碍据说含有活力的空气进入,但即使历经数月,液体中仍然没有微生物。这一正一反两个实验的结合,使得多数人相信,生命不能自发的从培养液中产生,它必需有个来源。或许是尘埃本身,或许是尘埃中本已存在的微生物或者它们的卵或孢子。巴斯德说:“我倾向于认为生命来自生命,而不是来自尘埃。”这些实验,发表于1861年7月《论存在于大气中的有机颗粒》。

但普歇和他的支持者并不信服,他们根本不相信或者不在乎空气中是否存在微生物。巴斯德进一步提出,不同地点的空气中微生物含量并不相同,为此巴斯德一直远足到阿尔卑斯山,并证实了他的猜想。普歇和他的信徒也追随着巴斯德的足迹,他们爬上了更高的山峰收集空气,但实验结果与巴斯德恰好相反。无论在哪里收集空气,培养液中总是出现大量的微生物繁殖,也即这些微生物应该是培养液中自发产生的,而与空气中是否存在微生物无关。争论在不断的恶化,1864年,科学院被这些影响到其地位的争吵搞得疲惫不堪,再一次对自然发生论者让步,决定成立一个调查委员会就巴斯德与普歇间的争论作一个公平的裁决。1864年6月,委员会决定双方在监督下进行自己的实验操作,以评判结果。但在实验进行中,普歇等对巴斯德的操作进行了吹毛求疵的要求,委员会认为这些要求只是普歇无意义的脱身之计,纯粹是浪费时间,于是拒绝了普歇。对此普歇和其支持者,认为委员会并无诚意,宣布退出比较实验。于是当着调查委员会的面,巴斯德独自操作,并四处收集空气,结果正如其论文中指出的一样,有些烧瓶中出现微生物,有些则没有。

然而数年后的研究表明,普歇退出实验是个大错,因为他使用的干草浸液中含有难以被煮沸杀死的狍子,这就是为什么普歇的实验结果总是和巴斯德不同的主要原因。然而普歇的退出却让自己失去了信誉,随后他不明智的举动更是将自己置于十分不利的位置。从实验中退出后,普歇在医学院作了一场报告,对巴斯德大肆进行人身攻击,力图为自己的失败辩解,这种丧失学者身份的举动,使科学院对他的言论不再重视。

不过这场争论对人文思想的影响可以说是非常有趣,相信上帝的人认为巴斯德证明了上帝的存在,因为生命来自于生命,那么最初的生命显然只能来自上帝的创造。而某些唯物论者则认为普歇的自然发生否定了上帝存在的意义,生命不需要上帝的干预就可以自发形成,他们热情的讴歌普歇,他们把普歇和达尔文并列歌颂。然而普歇是虔诚的信徒,他坚决不同意达尔文的观点,并援引教会神父的话来说明自己的实验。这种混乱的情势对科学史和哲学史的研究者来说可能即有趣又头疼,因为起初自然发生被教会视为上帝神迹的体现,是一个奇迹。但随着物理学的持续进步,上帝越来越远离凡尘俗世,无论是科学界还是神学界基本上都认为,除了给以所谓的第一推动以外,上帝不再轻易干预,任何干预都将是一次真正的奇迹。奇迹当然很难发生,自从伏尔泰等人文大师对奇迹大加奚落后,奇迹就更难发生了。因此如果微生物是自然发生的,在持唯物主义观的知识分子看来,就意味着生命无需上帝的干预就可以自发产生,因为它发生得如此频繁,根本算不上什么奇迹。这就是他们中的一些人,坚定的否认巴斯德而赞同普歇的原因。这些唯物主义者中的一些人走得更远,甚至声称即便大象也可以自然发生,或许这就是哲学和科学的区别?

然而巴斯德十分慎重,他声明并不打算证明自然发生永不存在,对于他的实验所引发的宗教及哲学问题,他也不愿介入。巴斯德始终强调先验的观点和判断都无关紧要,这是事实的问题。直到晚年,巴斯德在回顾这段研究历程中仍然十分激动,他所讲述的这段话,或许值得每一个从事科研工作的人细细品味:“自然发生,我寻找了二十年,但没有找到它。不,我不认为它永不可能。但谁能同意你想当然的认为自然发生就是生命的起源?……谁能对你说,科学的不断进步不会使生活在下一个世纪,未来两千年,一万年的学者断言永恒的是生命而不是物质?……谁能向我保证,在一万年后人们不会认为生命可能转变为物质。”事实上,历史通常描述巴斯德如何反对自然发生,因为有关他和普歇间的争论十分出名。但同时,巴斯德也坚决反对那些想要利用他的名望来说明自然发生决不可能的人企图,因为他没有看到任何实在的证据。就这样,巴斯德深知人类理性的限度,或许他自觉或者不自觉的将自己无法明白的事留给后人来澄清,他预见到并接受总有一天他的观察结果会过时。

今天我们有较充分的理由相信生命的化学起源,自然发生一定在地球上发生过,而且经历了极其漫长的时间,直到类似于RNA这样的具有自我复制能力的分子出现,然后是细胞的形成,自此地球上的生命形式就进入了一个全新的发展阶段。这样的观点与从前的自然发生观念比已经完完全全的不同,所以,时至今日我们仍然必需承认,巴斯德在有关自然发生的问题上的观点是正确的,而且坚持这一观点十分必要。因为如果微生物真的那么容易自然发生,那么即便我们知道霍乱弧菌引发霍乱,恐怕也无力防止它自然发生在我们的肠道中,那我们将怎样预防和治疗这些疾病?事实上,我们对付传染病的基本策略正是建立在生命必来自生命这一论断上。

作为一名年轻的化学研究者,巴斯德因其杰出的对分子手性的研究被法国主流科学界认可。因偶然的原因介入到发酵研究中,历经自然发生的风风雨雨,经历蚕病、炭疽的研究,巴斯德一步步走到了微生物和人类疾病以及免疫的阿里巴巴山洞们前,最终对狂犬病的研究和治疗,将病原微生物的观念和疫苗引入到医学中。由此,巴斯德和他的助手们在近代史上,掀起了一场猛烈的医学革命,以数人之力拨动已传承千年的西方传统医学的巨大惯性,将其引导至今日现代医学科学的轨迹上,实在是完成了一件不可能的任务。而今日,生活在阳光下的每个人都是这场医学革命的受益者。巴斯德的一生取得了多项重大的应用成果,他重视科学和经济以及人类健康的关系,他反对为了科学而科学。但是他也明确指出,没有应用科学这种东西,只有科学和对科学的应用,这句话值得今日的人们深思。

(本文转载自健康中国人网)

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