巴斯德，一個沒見過蠶卻治好了蠶病的化學家 | Nature經典再現_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2022-12-27 16:32
本文為該篇論文的漢譯版，摘選自英漢雙語對照版《〈自然〉百年科學經典》（Nature: the Living Record of Science）。它是由外語教學與研究出版社聯合麥克米倫出版集團和自然出版集團共同策劃編輯的科學主題叢書，是目前為止全國乃至全世界唯一一套最大規模的《自然》雜誌論文選集。叢書總顧問為李政道先生，中英方主編分別是路甬祥和Philip Campbell，Sir John Maddox。
編者按
法國化學家路易·巴斯德提出，感染性疾病是由很小的實體或者説“病菌”（細菌）的物理傳播造成的，這篇文章報道的正是巴斯德關於此項研究的首例證據。文章作者是倫敦皇家研究院的約翰·廷德爾，他是當時英國第一流的科學家之一。早先，法國化學家讓–巴蒂斯特·杜馬邀請巴斯德研究當時給法國家蠶帶來極大破壞的一種疾病的起因。巴斯德把重點放在了一種微觀“粒子”上。早先就有人在家蠶的體液中發現了這種粒子，但先前人們認為這種粒子是家蠶本身就有的。巴斯德的感染性病菌理論一經在法國公佈便遭到了強烈的批判，不過，通過出色的系統實驗，他最終無可辯駁地證明了其理論的正確。
撰文 | John Tyndall
最近我收到了一本巴斯德先生寄來的他的最新著作，書名是《關於家蠶疫病》，這裏將對這本書作個介紹，我想盡管這個介紹非常簡要甚至不太完整，但一定有很多《自然》的讀者們對此很感興趣。這本書中記錄了一段不平凡的科學研究，並附有一些極具價值的應用成果。
在法國，一種家蠶疫病肆虐了15年之久，導致大量家蠶生病死亡，而那些成功結繭的家蠶提供的絲只有正常產量的一小部分。1853年，法國絲綢業創收1.3億法郎，較20年前翻了一番，毫無疑問絲綢業將繼續保持上升勢頭。“可很不幸的是，就在種桑養蠶最為興旺的時候，一場嚴重的災難突然降臨，完全破壞了整個行業繁榮的局面。”1853年，法國的蠶繭產量是2,600萬千克，到了1865年則下降到了400萬千克，僅1865年這一年，蠶繭數量減少導致的絲綢業損失就高達1億法郎。
這一災難使法國受到重創，時任法國科學院常務秘書長的著名化學家杜馬向他的朋友、同事兼學生巴斯德求助，他幾乎是以個人的名義真誠地懇求巴斯德來研究這種家蠶疾病的。當時的巴斯德根本就沒見過家蠶，他極力強調自己的經驗不足，並以此答覆了杜馬。不過杜馬很清楚巴斯德具備承擔這項研究所需的能力，因而沒有接受巴斯的德經驗不足的拒絕理由。他説：“我們國家的狀況可謂慘不忍睹，我願出巨資請您來研究並解決這個問題。”
當時，關於這種家蠶疾病的小冊子大量地出現，除了偶爾有那麼一兩本還算有些用處外，其他大部分都是單調空洞的廢紙。1860年，科爾納利阿先生曾寫道：“眼下，治療家蠶疾病的藥就像人吃的藥一樣複雜，有氣體的，有液體的，也有固體的。從鹽酸到硫酸，從硝酸到朗姆酒，從糖類到硫酸奎寧，所有這些藥品都被用來處理患病的家蠶。”無助的家蠶養殖者們大膽地嘗試着各種新的治療方法，儘管盲目卻信心十足。1863年，法國農業部部長親自簽署了一項協議，花費50萬法郎推行一個據稱是絕對有效的新治療方案，該方案在法國12個不同的地區試行，可惜的是，試行結果表明該方案完全無效。當時所有試圖治療家蠶疾病的嘗試沒有一例成功。在這種情況下，巴斯德只好答應朋友的請求，並於1865年6月初在艾雷斯開展研究。艾雷斯是法國最重要的生產絲綢的地區，同時也是疫情最嚴重的地區。
之前，家蠶曾受到白僵病的攻擊，巴錫研究表明，這是一種由蔬菜寄生蟲引起的疫病。白僵病雖然不具有遺傳性，但是通過隨風漂浮的寄生蟲孢子，它也會傳播到遠離疫情中心的地區。巴斯德説，白僵病現在已經非常罕見了，但最近的15~20年間出現了一種更嚴重的疾病。這種疫病的一個鮮明標誌是患病的蠶身上通常有許多黑點，根據這一特徵，德卡特勒法熱先生最先將這種病命名為微粒子病，巴斯德沿用了這一名稱。患微粒子病的家蠶生長受到阻礙且體型發育不均，蠕動緩慢無力，挑食且易早死。關於傳染性疾病內在機制的研究從此揭開了序幕。
1849年，介朗·莫奈維勒發現一些蠶的體液中存在以振動形式運動的微粒，他認為這些微粒擁有獨立的生命並給它們取了一個特別的名字。至於微粒的運動方式——後來菲利皮證明介朗·莫奈維勒是錯誤的——這些微粒的運動方式正是著名的布朗運動。不過，菲利皮本人錯誤地認為這些微粒的出現對於蠶來説沒什麼不正常。其實，正是這些微粒導致了疫情中蠶的不正常死亡——這種疾病的表現和本質。科爾納利阿仔細地研究並描述了這種微粒，而萊貝特和弗賴最終發現，不僅蠶的體液中存在這些微粒，而且其他所有組織中都有。1857年，奧希姆在蠶卵中也發現了這種運動微粒。基於這一發現，維塔迪尼在1859年建立了區分健康蠶卵與患病蠶卵的操作方法。不過，這個區分方法時常會出錯，所以從來沒有得到廣泛應用。
有時候，蠶體中這種微粒的數量大得驚人。它們佔據腸道並且向蠶體其他部位蔓延，有時甚至填滿蠶的腹腔，使得蠶在整個吐絲過程中動彈不得並且吐不出絲。蠶體內不是充滿了潔淨蠶絲粘液，而是脹滿了這些微粒。巴斯德把注意力集中在疾病的這一特徵上。他靠那種似乎只有他才具有的天賦抓住了這一重點，而他深入鑽研的科學作風又使他能對此進行徹底的研究。
家蠶的生命週期大概如下：從受精卵長成幼蟲，幼蟲逐漸長大，隨後開始蜕皮。在家蠶的整個生命中，蜕皮過程會重複2~3次。最後一次蜕皮結束後，家蠶會爬到提前放好的荊棘叢中吐絲織繭。這樣家蠶就成了被蠶絲包裹的蠶蛹，隨後蠶蛹變成蛾子，最後蛾子破繭而出併產下蠶卵，這樣就又開始新一輪的生命週期。現在巴斯德證明蠶卵中的微粒還處在繁殖的最初階段，所以無法檢測到，在幼蟲體內也只是萌芽期，所以通過顯微觀察還很難確認。而隨着幼蟲逐漸長大，這些微粒也開始變大從而更容易被確認。在蠶蛹期，這些顆粒比在幼蟲期時更加清晰可辨。如果一開始的蠶卵或幼蟲就受到感染，那麼在相應的蛾子體內就可以很容易地準確檢測到顆粒的存在。這是巴斯德在1865年提出的關於這一疫病的第一個重要觀點。前面已經提過，一些意大利的博物學家建議在孵化前先對蠶卵進行檢測。而巴斯德則認為，這些蠶卵和幼蟲都可能是染病的但仍能通過檢測，這些通過患病的蠶卵和幼蟲發育而來的家蠶顯然還是染病的。為了篩選出不染病的家蠶品種，他把蛾子作為檢測控制的起點。
還有一點在實際應用中非常重要。由完全健康的蛾子產的卵孵化而來的健康家蠶隨後也會受到感染，比如通過與病蠶的接觸，或者通過飼養蠶的房間內混在灰塵中的病菌而感染。巴斯德通過研究表明，儘管家蠶在養殖過程中可能會染病，從而使蛾子體內充滿微粒而完全不能產生適於孵化的健康卵，但這些家蠶本身在吐絲之前從來不會死亡，同時這種病在家蠶中並不會發生遺傳。正如前文已經説過的，這一點是相當重要的，它表明即便家蠶在“成長”過程中被感染，但只要對蛾子進行切實的檢測控制，至少接下來的蠶絲收成是有保障的。
1865年9月，巴斯德就此課題與法國科學院的成員進行了首次交流，結果招來一片指責。在這裏，巴斯德被認為是一位不務正業的化學家，對從事本專業研究的醫生和生物學家指手畫腳。
認為我不瞭解眼下的問題，這是個奇怪的想法；他們認為：我很早之前在意大利發表的研究結果毫無意義，我在自己的研究領域內沒有得到過實際有效的成果，而過去15年來我表現出來的愚昧無知更是數不勝數。
巴斯德當然聽到了那些非議，不過他還是繼續他的研究。在選擇適於養殖的蠶卵方面，養殖者們一般選擇那些當年正常“成長”的蠶產的卵。不過他們不明白為什麼精心挑選出來的蠶卵時常會導致慘痛的損失，因為在巴斯德之前還沒有人能告訴他們為什麼看起來最為完好的蠶繭卻可能包裹着帶病的蛾子。不過，要想説服家蠶養殖者們接受新的方法並非易事，為了給養殖者們直觀的印象並儘可能改變他們的做法，巴斯德想到了通過對孵育結果進行預測來證實自己理論的正確性。1866年，巴斯德在聖希波利特堡檢查了14份裝有適於孵育的蠶卵的包裹。在檢測完產生這些蠶卵的蛾子後，他寫下了對1867年孵育結果的預測，並將預測結果密封后交給了聖希波利特市的市長。
到了1867年，家蠶養殖者們先將實際的養殖結果報告給市長。然後當巴斯德的預測結果被打開並宣讀之後，人們發現14份樣本中有12份的養殖結果和巴斯德的預測完全相同。其中大部分在養殖時徹底被疾病摧毀了，其餘的也幾乎完全被疾病摧毀。這恰恰是巴斯德的預測結果。14份樣本中的另外2份沒有被疾病毀掉，最終大概有將近一半的收成。而當初這些蠶卵的主人都認為他們的蠶卵是健康的。他們悉心地孵化，仔細地照料幼蠶，殷切地期望着付出的勞動能得到回報。如果當初他們在1866年進行幾分鐘的蛾子檢測，就能夠節省勞動並避免失望一場了。當時，另外還有2份樣本也寄來讓巴斯德檢測。他檢測後宣佈這2份是健康的，來年豐碩的收成證明了他的預言完全正確。當然，除此之外還有一些間接的但同樣具有重要意義的預測此前已經報道過了。
在此之前，萊迪希在其他昆蟲體內也發現過類似的致命性微粒。他認為這些微粒屬於米勒發現的寄生病菌家族。巴斯德指出，“這等於是將微粒看作是寄生蟲，它們在完成寄生行為的同時還繁殖後代。”他通過實驗研究了微粒的發育過程，熟練而全面地檢查了疾病的各種傳播途徑。他還篩選出了由完全不攜帶病原微粒的蛾子產的卵孵化的完全健康的幼蠶，然後根據實驗需要，他又從這些完全健康的幼蠶中選出10條、20條、30條或50條，向其體內引入那些微粒物質。一開始這些微粒是混在食物中餵給家蠶的。
我們就説説其中一個簡單的實例吧。巴斯德先把攜帶微粒的蠶體在水中磨碎，然後將所得的混合物塗在桑葉上，再讓家蠶吃下這些混有微粒的桑葉，然後每天追蹤觀察結果。另外，他還在這些受感染的蠶的附近同時飼養健康蠶，並儘量讓它們保持距離不相互感染。這就組成了他“大量檢驗”的對比標準。就是通過這樣的方法，他在1868年4月16日得到了30條受感染的家蠶。到23日它們狀態仍然良好。到25日它們看起來也還可以，不過通過顯微鏡在2條家蠶的小腸內觀察到了微粒，可以發現在小腸膜上微粒已經形成。到27日，也就是健康蠶吃桑葉而發生感染的11天后，檢查發現有2條家蠶不僅在它們的腸道內而且在吐絲器官上出現了微粒。到28日，剩下的26條家蠶全身佈滿了微粒子病特有的黑點。到30日時，受感染的蠶的蠶體大小已經和沒受感染的蠶有了明顯的差異，病蠶蠶體不超過健康蠶蠶體的2/3。到5月2日，經檢查發現，一條剛完成第四次蜕皮的成蠶的體內充滿了大量病原微粒，這樣的蠶居然還能存活真是令人驚奇！隨着病情的發展，病蠶開始死亡，巴斯德對它們都進行了檢查。一開始的30條家蠶到5月11日只有6條還活着，它們是這30條蠶中最強壯的，不過觀察發現它們體內同樣充滿了病原微粒。最終，30條家蠶都死掉了，無一倖免。只因為吃了一次帶病原微粒的桑葉，它們就統統丟了性命。相比之下，沒受感染的對照組則順利地吐絲結繭，隨後只在其中2個蛾子中發現有少量的病原微粒。毫無疑問，這是在飼養幼蟲時不小心引入的。
隨着巴斯德對這一領域的不斷熟悉，他逐漸期望能提高實驗的精確性，後來他開始記錄每天用顯微鏡觀察時視野中不斷增加的微粒數目。給家蠶餵食一頓帶病原微粒的食物之後，體內出現病原微粒的家蠶數量就開始逐漸增加，直到最終所有家蠶體內都出現病原微粒。與此同時，在顯微鏡單個視野中觀察到的病原微粒數目也從0增加到1、10以至100，有時甚至高達1,000或者1,500。接着，巴斯德又改用另一種方式感染家蠶。他直接把微粒物質注入健康家蠶體內，然後觀察病情的變化。他發現，家蠶會通過自己的“腹足趾鈎”對在一起生活的其他家蠶造成外傷，從而使病原顆粒在家蠶之間互相傳染。在多次實驗中，他用水清洗這些“腹足趾鈎”後在水中都發現了微粒物質。因此，他提出只是把健康蠶和病蠶放在一起飼養就會造成疾病在家蠶之間傳染。事實上，疫病在家蠶之間傳染有兩條途徑，一個是病蠶的糞便污染桑葉，另一個是通過腹足趾鈎。殺死家蠶的並不是假想的什麼傳染介質，而是確實存在並能分離出來的物質。另外巴斯德還研究了遠距離傳染的問題，並證實遠距離傳染確實可能發生。實際上，由巴斯德之前的研究過程可以想到，這項研究是非常繁雜的，巴斯德高超的實驗技能和藝術性的實驗操作反映了他思考的深度和清晰的思路。
在巴斯德做這些實驗前，人們對微粒子病的瞭解是一團迷霧。巴斯德説道：
即使是讓那些訓練有素的專業人員，甚至是非常傑出的顯微鏡專家來分析我們的實驗，如果他們侷限在我們實驗之前的那些知識，而並不瞭解我們在實驗中發現的、關於這種疾病的許多信息，那他們的判斷也將必錯無疑。
他們不會看到得微粒子病的蠶的軀體上很小的斑點，通過顯微鏡觀察也根本看不到微粒，而病蠶的死亡率接近零或者非常低，至於蠶繭就更看不出有什麼問題了。那麼觀察者可能就會毫不猶豫地認為，這樣的蠶卵是適合孵育的。但是事實正好相反，所有這些正常吐絲的蠶都被餵食了帶病原微粒的食物，從一開始它們產的卵就攜帶着死亡的種子，這些病原微粒在蠶蛹和蛾體內準備進行瘋狂的自身繁殖，然後傳入蠶卵並徹底殺死下一代，導致下一代無法產卵。
那麼在這種欺騙性的表象之下，導致這種災難的首要原因是什麼呢？在我們的實驗中，我們是親手觸摸般地發現這一原因的。其實這完全就是吃入帶病原微粒的食物引起的，結果的嚴重程度一定程度上和家蠶吃這些帶病食物時所處的生命週期有關。
像這樣的研究我曾經也想到過，那是在一次報告上，一部分醫生對我提出了並無惡意的責備，而另一部分醫生則充分鼓勵我，當時我就想到，實驗的物理精度對於醫學理論的檢驗是很必要的。我們應該把巴斯德這樣的研究工作作為範例提供給英國的醫生們，實際上許多既有專業技能又有熱情的醫生正期望着能接受大師為他們定製的課程指導。在巴斯德之前，關於微粒子病傳播特徵的觀點形形色色、相互矛盾，有些人輕率固執地肯定它，也有些人同樣輕率固執地否定它。不過有一點當時是形成共識的，“他們相信必定存在某種有毒的媒介物質以未知的神秘的方式傳播疫情，從而導致了疾病災難。”我想，任何一個頭腦清晰的人，都會在這種觀念和巴斯德的研究結果之間毫不猶豫地作出正確的選擇。
巴斯德詳細地敍述了他保證蠶卵處於健康狀態的方法，用這種方法完全能夠恢復法國絲綢業以往的繁榮。描述巴斯德工作的應用並介紹其方法所獲得的空前成功的報告合理地解釋了他的研究工作，當時巴斯德還正在整理他的研究工作以供最終出版。巴斯德的方法在法國和意大利取得了驚人的成果。這是持續不斷的努力換來的最終勝利，令人欣慰的是，即便是人類的那些愚蠢意見後來也變成了發展進步大道上的鋪路石。那些批駁的意見激勵着巴斯德，無意中起到了推動作用。巴斯德説：“從我開始這項研究起，我就一直受到極為頑固而不公的批判，不過我在書中不會提起這些事情。”的確，在巴斯德的著作中我只發現有一處暗示性地提了一下。當談到在類似科西嘉島這樣的孤立島嶼上養殖家蠶的好處時，他説：“可以説，沒有什麼比完全清除致病微粒更容易解決這個問題了。如果如我所堅信的那樣，自然發生學説只是不切實際的空想，那麼就只有通過人類的力量才能消滅地球上的各種寄生性疾病。”而現在在英國，還真需要一批有識之士向民眾澄清關於這些問題的種種流言。
巴斯德先生已經開始研究另一種疾病了。這種病在法國叫做軟腐病，它與微粒子病共存，不過與微粒子病又完全不同。我相信，我所寫的這些內容已經足以吸引那些對這一系列問題感興趣的讀者去閲讀巴斯德先生的原著以獲得更多的信息。這裏我很遺憾地告訴讀者，巴斯德先生現在得了重病，他是在進行前面詳細介紹了的實驗中染病的。巴斯德先生在隨著作一起給我寄來的信的末尾寫到：“由於我身患重病，這封短信是我口述完成的。在信的末尾，我想説，你那些來自英國的桑樹種子不僅有利於這本書中知識的傳播，而且有利於我在對影響家蠶的疾病的研究中得到相關的原理。那些種子大部分都順利地長成了桑樹，從我的工作中你可以很容易地看到，現在可以很容易地消滅這種流行的疾病，並恢復以往絲綢業的繁榮了。”
本文經授權轉載自微信公眾號“BioArt”。
特 別 提 示
1. 進入『返樸』微信公眾號底部菜單“精品專欄“，可查閲不同主題系列科普文章。
2. 『返樸』提供按月檢索文章功能。關注公眾號，回覆四位數組成的年份+月份，如“1903”，可獲取2019年3月的文章索引，以此類推。