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第22章 路易斯巴斯德 微生物学之父的科学革命(第1页)

一、降世

公元1822年12月27日,巴斯德诞生在法国东部裘拉(Jura)省的洛尔镇(Dole),镇中有一条清澈的溪流,巴斯德的家就在溪边的小路旁。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,他有一个姊姊和两个妹妹。四岁那年,全家迁往阿尔布瓦(Arbois)。法国的中学通常是7年制,最后一学年分为哲学科和数学科。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。中学时,他在学校表现普通,但很爱问问题,凡事追根究底,甚至因此成为某些老师的眼中钉。就这样不断地发问、学习,对化学、物理和艺术都有深厚兴趣的巴斯德渐渐变成优秀的学生。

二、大学

1840年8月,路易斯·巴斯德中学毕业,同年10月,他被聘为布山松中学的助教。在这段时间里,他一边任教,一边准备大学入学考试。当时,法国有两所着名学府——巴黎高等师范学院(EcoleNormaleSuperieure,ENS)和高等理工科学校(écolePolytechnique)。这两所学校在科学教育领域享有盛誉,吸引了众多优秀学子。

1843年8月,巴斯德成功考入巴黎高等师范学院,攻读化学和物理的教学法。在巴黎高等师范学院,巴斯德表现出色,不仅在课堂上认真学习,还经常在实验室里进行实验,验证课堂上学到的知识。他几乎每天都在实验室度过,因此被同学们戏称为“实验室的蛀虫”。这种勤奋和执着的态度为他日后的科学研究打下了坚实的基础。

1846年,23岁的巴斯德从巴黎高等师范学院毕业,并顺利通过了物理教授资格考试。考官对他的评价极高,认为他是这一届毕业生中唯一具备教育才华的学生。不久后,巴斯德收到了图尔农中学(leLycéedeTournon)的物理教师聘书。然而,巴斯德内心深处渴望在巴黎继续从事科学研究,不愿意离开这座充满科学氛围的城市。因此,他决定尽可能拖延赴职时间,希望能够找到在巴黎继续深造的机会。

为了实现这一目标,巴斯德写信给巴黎中央理工学院(l’écolecentrale)的创办人之一杜玛(Jean-BaptisteDumas),寻求在巴黎任教的机会。尽管杜玛未能直接帮助巴斯德,但这件事被另一位着名化学家巴莱(AntoineJér?meBalard)得知。巴莱年轻时因发现溴元素而声名远播,他决定帮助巴斯德留在巴黎。在巴莱的帮助下,巴斯德得以进入巴莱的实验室,成为一名助手,同时也成为博士班研究生。

三、酒石酸

1848年,路易斯·巴斯德在巴莱的实验室中逐渐确认了自己的志向——成为一名化学家。当时,晶体研究正蓬勃发展,巴斯德对此产生了浓厚的兴趣,认为这是一个“有用的科学”领域。作为一个喜欢酒的人,巴斯德注意到在制酒过程中,酒石酸的晶体会在发酵桶中沉积。这一现象激发了他的好奇心,他决定选择酒石酸盐作为研究课题。

在发酵桶中沉积的不仅是酒石酸,还有一种被称为“类酒石酸”的物质。尽管这两种物质的分子式相同,但它们的光学特性却大相径庭。酒石酸溶液在偏振光下会产生右旋光,而类酒石酸溶液则没有任何光学活性。这一现象引起了巴斯德的极大兴趣,他相信其中一定有被其他化学家忽略的地方。

巴斯德决定运用自己在化学和物理方面的知识来解决这个问题。他首先假设这两种物质的晶体结构可能存在差异。于是,他用镊子仔细挑出酒石酸盐的结晶,仔细观察。他发现,酒石酸盐的结晶有一面较长,不是完全对称的,这可能是导致其产生右旋光的原因。

接下来,巴斯德假设类酒石酸盐的结晶应该是对称的,因此通过类酒石酸溶液的偏振光不会发生改变。然而,当他将类酒石酸盐的结晶挑出来观察时,却惊讶地发现这些结晶同样有一个较长的、不对称的晶面。这一发现让他再次陷入了困惑:为什么两种晶体都有不对称的晶面,但只有酒石酸盐具有光学活性?

巴斯德没有放弃,他大胆地假设:类酒石酸盐的结晶中,某些晶体较长的晶面在左边,而另一些晶体较长的晶面在右边。这一假设意味着类酒石酸盐的结晶实际上是两种不同形式的混合物,一种具有左旋特性,另一种具有右旋特性,这两种特性互相抵消,因此类酒石酸溶液没有光学活性。

为了验证这一假设,巴斯德重新检视类酒石酸盐的结晶。他发现确实存在两种类型的晶体,一种较长的晶面在左边,另一种较长的晶面在右边。他将所有较长的晶面在左边的晶体挑出,溶解后通过偏振光,结果产生了左旋现象;而将所有较长的晶面在右边的晶体挑出,溶解后通过偏振光,则产生了右旋现象。这一发现证明了他的假设是正确的:类酒石酸溶液不具有光学活性,是因为它是两种晶体的混合物,它们的光学特性互相抵消。

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巴斯德的这一发现震惊了科学界。着名的化学家毕欧(Jean-BaptisteBiot)得知巴斯德的实验结果后,决定亲自重复这个实验。当他最终获得相同的结论时,激动地对巴斯德说:“亲爱的孩子,我这一生热爱科学,这个结果撼动了我的心。”从此,毕欧不仅给予巴斯德实验上的建议,还成为了他重要的良师益友。

四、婚姻

1848年11月,路易斯·巴斯德怀着对研究工作的不舍,前往第戎莱西(Dijonlycée)中学担任教师,这是根据当时规定,高等师范的毕业生必须在中学任教一段时间。尽管心中充满遗憾,巴斯德仍然尽职尽责地履行教师职责。幸运的是,他的导师巴拉尔(AntoineJér?meBalard)和毕欧(Jean-BaptisteBiot)与教育部进行了交涉,不久后,巴斯德被任命为斯特拉斯堡大学(UniversityofStrasbourg)的副教授。

在斯特拉斯堡大学,巴斯德不仅继续他的科学研究,还结识了他未来的妻子——教务长的女儿玛丽·罗兰(MarieLaurent)。玛丽是一个温柔贤惠、聪明能干的女性,她对巴斯德的工作充满了理解和支持。两人一见钟情,很快就坠入了爱河。1849年5月29日,巴斯德和玛丽举行了婚礼。他们的婚姻生活幸福美满,玛丽全心全意地操持家务,为巴斯德创造了一个温馨舒适的家庭环境,使他能够安心地投入到科学研究中。

巴斯德和玛丽共有五个孩子,但不幸的是,其中三个孩子因患伤寒而夭折。这一悲剧深深地触动了巴斯德,促使他更加坚定地致力于研究疾病,寻找治愈方法。孩子们的离世不仅加深了他对家庭的关爱,也激发了他作为科学家的责任感,他决心要为人类的健康和福祉作出更大的贡献。

1854年9月,巴斯德被任命为新创立的里尔大学化学教授兼总务长(LilleFacultyofSciences)。这一职位不仅为他提供了更广阔的研究平台,还使他有机会与当地的产业界合作,解决实际问题。里尔地区的葡萄酒酿酒业历史悠久,但酒厂常常面临葡萄酒变酸的问题,这严重影响了产品质量和经济效益。酒厂的业主们找到了巴斯德,希望他能帮助他们找出问题的根源。

五、灭菌法

1856年,法国的啤酒和葡萄酒业在欧洲享有盛誉,但这些行业面临着一个严重的问题:啤酒和葡萄酒常常会变酸。整桶原本芳香可口的啤酒,会突然变成酸得让人不敢闻的黏液,不得不倒掉。这不仅给酒商带来了巨大的经济损失,甚至导致一些酒厂破产。在这种情况下,里尔一家酿酒厂的厂主请求巴斯德帮助寻找原因,看看是否能找到防止葡萄酒变酸的方法。

巴斯德接受了这一挑战,他深知这个问题不仅关系到酒商的生计,也关系到法国这一传统行业的声誉。他开始深入研究,首先在显微镜下观察未变质的陈年葡萄酒。他发现,这些葡萄酒的液体中有一种圆球状的酵母细胞,这些酵母细胞在发酵过程中起到了关键作用,使葡萄酒保持其特有的香气和口感。然而,当葡萄酒变酸后,酒液里出现了一种细棍状的微生物,后来被确认为乳酸杆菌。这些乳酸杆菌在营养丰富的葡萄酒中迅速繁殖,导致葡萄酒变酸。

巴斯德意识到,要解决这一问题,必须找到一种既能杀死乳酸杆菌又不破坏葡萄酒品质的方法。他开始了一系列实验,试图通过加热来杀死这些有害微生物。他将封闭的酒瓶放在铁丝篮子里,然后将篮子浸入水中加热到不同的温度,观察不同温度对乳酸杆菌的影响。

经过反复多次的试验,巴斯德终于找到了一个简便有效的方法:只需将酒放在50-60摄氏度的环境中,保持半小时,就可以杀死酒中的乳酸杆菌,而不破坏葡萄酒的品质。这一方法后来被称为“巴斯德杀菌法”(Pasteurization),也称为低温灭菌法。

巴斯德的这一发现不仅解决了酒商的燃眉之急,还为食品和饮料的保存提供了新的思路。这一方法迅速被应用于其他食品和饮料的消毒,例如牛奶。市场上的消毒牛奶就是通过巴斯德杀菌法处理的,这种方法不仅有效杀死了有害微生物,还保留了食品的营养价值和风味。

巴斯德的这一发明不仅在当时产生了巨大的经济和社会效益,还为后来的微生物学和食品科学的发展奠定了基础。他通过实验验证了微生物在发酵过程中的重要作用,这一成果不仅在化学和微生物学领域产生了深远影响,还为后来的疫苗研发和医学进步提供了重要的理论支持。巴斯德的“巴斯德杀菌法”至今仍在广泛使用,成为食品和饮料工业中不可或缺的一项技术。

六、自然发生论的否定

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1859年,科学界围绕“生物是否自然发生”的争论达到了白热化。传统的自然发生论认为,许多生命形式是自然产生的,无需父母的繁殖过程。这一理论在当时被广泛接受,但也有不少科学家对此表示怀疑。这一年,查尔斯·达尔文发表了《物种起源》,提出了进化论,这给了路易斯·巴斯德重要的启示。达尔文的理论表明,生命是逐渐进化的,现代的生物是由过去的生物演变而来。这一观点让巴斯德开始质疑自然发生论的合理性,他决定通过实验来验证这一理论。

巴斯德设计了一组巧妙的实验来测试自然发生论的正确性。他选取了两种瓶子:一种是曲颈瓶,另一种是直颈瓶。在每个瓶子里放入肉汁,然后用火加热,将肉汁和瓶子彻底杀菌。实验的关键在于曲颈瓶的设计,它的颈部弯曲,可以阻止空气中的微生物进入瓶内,而直颈瓶则没有这种保护。

实验结果显示,放在曲颈瓶里的肉汁经过4年的时间依然没有腐败,因为曲颈瓶的设计阻止了空气中的微生物进入。而放在直颈瓶里的肉汁很快就变坏了,因为微生物可以直接进入瓶内。这一实验结果明确地证明了肉汁的腐败是由微生物引起的,而不是自然发生的。巴斯德的这一发现彻底推翻了自然发生论,证明了微生物的存在和传播机制。

巴斯德的实验结果很快得到了科学界的认可,人们开始相信生命不是自然产生的,而是由微生物引起的。这一发现不仅在生物学领域产生了深远影响,还对医学和公共卫生领域产生了重要影响。人们开始意识到,伤口的腐烂和疾病的传染都是由细菌引起的,因此消毒和预防的方法在医学界迅速流行起来。

1862年,巴斯德因其在微生物学和化学领域的杰出贡献,当选为法国科学院院士。这一荣誉实现了他恩师毕欧(Jean-BaptisteBiot)长期以来的愿望。巴斯德正式成为科学院院士的第二天清晨,他和夫人手捧鲜花,来到毕欧的墓前,献花默祷,向长眠于地下的恩师报告这一喜讯。这一举动不仅表达了他对恩师的感激之情,也展示了他谦逊和感恩的品格。

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