撰文 | 冉涛、李庆超（山东师范大学）

路易斯·巴斯德（Louis Pasteur，1822.12.27-1895.9.28）

你是谁？你从哪里来？你要到哪里去？这是保安大爷的“灵魂追问”，更是我们几乎每个人童年的“存在焦虑”。当这个严肃的问题抛给我们的父母，我们得到了荒谬而无从证伪的答案：我们是被捡来的，好一点的捡自河边，差一点的是垃圾堆；看了西游记后，一部分人认为或许自己是从石头缝里蹦出来的，他们对从父母那里得到的至上真理产生了怀疑；后来我们上学了，老师告诉我们，我们是妈妈生下来的，而妈妈是妈妈的妈妈生下来的（尽管这些知识可能来源于我们对小猫小狗出生的观察）。现在，随着科学的普及，在大街上随便拉一个孩子，他都能告诉你人是从猴子进化来的，或者其他什么“童言无忌”的答案。那再加一点难度，我们周围的动物、植物、微生物都是怎么来的呢？

早期的猜想——自然发生论

古希腊时期，亚里士多德（Aristotle），作为一位希腊哲学集大成者，给鲸鱼开过膛，给小鸡破过肚，是一名极其有威望的经验主义者。他认为，“一切干燥的物体变成潮湿的物体，一切变干的潮湿物体产生动物”——非常有哲学魅力的一句话，以至于在他之后一批又一批的人把它当做一致确认的真理。泰奥弗拉斯图斯（Theophrastus）、狄奥多罗斯（Diodorus）等认为某些生物不可能来自同一物种的繁衍过程：蠕虫、臭虫和蛞蝓不是经过生殖产生的，而是在土壤中和阳光下自然发生的。

大朋友们可能一时无法理解那时人们的想法，不妨假设一下，你是一个单纯的大猩猩，什么东西都不懂，但是你从隔壁家的小松鼠那里学到了囤粮食的好习惯。有一天，你闲着没事干，盯着自己囤的肉看，肉已经快要腐烂了，你开始想，这块肉你是吃呢？还是用来做微生物实验呢？迟疑了片刻，你觉得还是用来吃，因为毕竟你只是一只单纯的猩猩，用树枝捅蚂蚁窝已经快要到达理解力的极限了。就在这时，肉好像出现了一些躁动，你定睛一看，一只大白蛆从肉里爬了出来，你感到不可思议，然后脑子飞速运转，动用了毕生所学的经验，半晌过后，你庄严地得出了一个结论，腐烂的肉里可以长出蛆虫！

这就是自然发生论，也称为无生源说，它认为生命可以从非生命中产生。

可能对于现在的人们来说，这个结论难以置信，但是对于对世界的认识极度缺乏的古人们，“腐肉生蛆”就是最合理、最恰当的解释。17世纪，佛来米人让-巴蒂斯特·凡·海尔蒙特（Jan Baptista van Helmont）做了一个实验：用一件脏衬衫紧紧封住里面装有小麦麦粒的瓶口，过了21天左右，在瓶口发现了老鼠。这个实验巧妙地证明了大麦可以变成老鼠。他还拿出一个配方来产生蝎子：在一块砖头里挖一个洞，里面放上干的罗勒草，然后置于阳光下......

17世纪末，理论来到了第一个转折点，德国学者阿塔纳斯·基歇尔（Athanasius Kircher）提出，这类实验需要求助于来自生物的“生殖能力”：在一个完整的有机体中，仅有一部分东西能在死后继续活着，并保留独立的生存能力。在这种想法的支配下，产生活蝎子的配方需要加上尸体，但仍然需要浸泡在相同的罗勒草中，置于阳光下。这思路，《我的世界》游戏设计师看了直呼内行。

但真理的光芒是不会被蒙昧的灰尘盖住的，对于一个不成熟的观点，有人赞成，也会有人反对。17世纪后半叶，意大利人弗朗赛斯科·雷迪（Francesco Redi）用一层纱布证明，苍蝇不是出自发酵的腐肉，而是出自别的苍蝇产下的卵；同样，人们也发现苹果里的虫子不是来自水果的腐烂，生虫子的原因是产下幼虫的昆虫。

在新旧观念的冲突下，关于自然发生的争论开始发酵了。

争论的战场——微生物从何而来

18世纪，显微镜的出现打开了新世界的大门，人们发现了微生物的存在。这种比小动物更小的“小动物”似乎更能说明问题。于是对小动物的争论变为了对微生物的争论。但是显微镜外的冲突，却朝着更大的方向发展。

一百多年后，当巴斯德坐在昏暗的实验室里看文献时，会不可避免地看到这样一场激烈的论战。

英国人尼达姆和意大利人斯帕兰扎尼之间的斗争

正方（支持自然发生论）：

约翰·尼达姆（Johnny Dam）是一位天主教教士，他描述了这样一个实验：一只封口瓶，或诸如此类的东西，装入肉汁，然后密封瓶口，在热灰中加热几分钟，几天后，就将出现微生物的大量繁殖。根据这一实验，尼达姆认为，微小生物只能来自浸液，它们就在那里自然发生。

布丰（Buffon）在这个基础上结合“有机分子理论”做了更加细致的补充：生物物质在死亡后仍然保留着残存的“生命力”，生命本质上寓于躯体的最后分子，这些分子就像在模子中那样排列，有多少种生物就有多少种不同的“模子”，当死亡使机体的功能，即模子的作用力停止时，躯体的分解随之而来，仍继续活着的有机分子在躯体分解和腐烂的时候获得了自由，一旦被另一个模子的作用力吸收，就马上进入另一个躯体。作为物种个体的动物消失了，但它的分子以低等有机体的形式重新出现。

反方（反对自然发生论）：

斯帕兰扎尼（Spallanzani, Lazzaro）对尼达姆的实验做了一些改动：用更大的容器，延长加热时间，拉长瓶颈后用瓶塞密封。在这些条件下，微生物不再出现。

正方（支持自然发生论）：

尼达姆解释说，斯帕兰扎尼将装有植物物质的瓶子密封煮了一个小时，这样残暴的方式破坏了“植物性力量”，即植物的模子，同时蒸汽和火力还使玻璃瓶内部的部分空气完全变质，因此没有微生物产生也不足为奇。

反方：工业家尼古拉·阿佩尔（Nicolas Appert）用斯帕兰尼扎的方法保存罐头里的食物并使之商业化，用实验支持斯帕兰尼扎。

正方：盖-吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac）发现罐头里没有氧气，推断缺氧是保存动物和植物物质的必要条件。

反方：施万（Theodor Ambrose Hubert Schwann）把加热的空气通入无菌的肉汁，冷却，瓶子里有氧，但没有出现微生物。施万推断，使肉汁变质的不是空气中的氧，而是包含在空气中且“能被加热破坏的一种成分”。

最后，论战仍然没有得出胜负。

当巴斯德看完这些论证后，已经有了自己的想法。他批判所有这些互相抵消、不能得出结论的实验。他决心要用自己的实验方法来结束这场论战。

巴斯德在这个无懈可击的实验中，把眼光放到了水银槽上，他认为，水银槽就和产生老鼠的破衬衫一样，微生物就藏在水银槽中。

但是，事情的进行并不如此简单。为了向普歇证明他错在理论上，而不是错在实验上，巴斯德又制定了新的实验策略来反对无生源说。

第二回合

一个关键的点就是空气中是否存在微生物。按照巴斯德的理论，空气中应该是有微生物存在，微生物借助空气流动的作用，依附到食物上进行繁殖。而以普歇为首的无生源论者则认为空气中没有微生物，微生物的发生是依靠空气中的自然力量。巴斯德为此发明了一种能吸取外部空气的装置，将吸取的空气经过棉塞过滤，然后在显微镜下观察棉赛过滤的微粒，可以看到有微生物的存在。为了避免不必要的歧义，巴斯德还将“可能有植物力量”的棉塞换成了石棉塞，仍然得出了相同的结果。
 

巴斯德在实验室做实验

除此之外，巴斯德还在导师巴拉尔（Antoine Balard）的启发下设计了著名的鹅颈瓶实验：在烧瓶中加入营养液，然后将瓶颈烧制成弯曲的、鹅颈状的瓶颈，煮沸营养液，再把烧瓶放到不通风的地方，由于容器与空气相通，弯曲的瓶颈也可以阻止尘埃和微生物进入，几个月后，营养液仍然没有变质。

这一实验有力地打击了无生源论者，在他们看来，营养液里的生命物质，加上空气中的生命能量，就应该能在营养液中产生微生物。但现在，有营养液，有空气，却没有微生物的出现。如果将烧瓶横过来，使营养液接触瓶颈，一段时间后营养液就会变质。那么导致营养液变质的要么是空气中的尘埃，要么是微生物。对此，巴斯德表示“我倾向于生命来自于生命，而不是来自尘埃。”这就是所谓的“生生论”，意为生命只能来自于生命。

图：鹅颈瓶实验

但是，面对这些强有力的实验证据，一些反对者仍然顽固地坚持自然发生论，他们无法从实验上找出毛病，就从理论上找错误。普歇提出：“如果到处存在大量微生物，并且以其数学比例将生殖细胞布满整个大气，那么天空将变得异常灰暗，因为它们的密度比形成乌云的水滴高得多，除此之外，我们赖以生存的空气将几乎达到铁的密度”。

面对这个推论，巴斯德不得不放弃微生物无所不在的念头。所以他提出了“半有生源说”。他假设，大气中的生殖容量不是固定不变的，而是会随着地点和季节变化，有的地方微生物比较密集，有的地方微生物比较稀缺。为了证明这个观点，就需要在微生物密集和稀缺的地方分别做实验检验。我们平时生活的环境中是很容易找到微生物的，所以密集地的实验很容易做，那稀缺的地方会在那里呢？巴斯德做过物理老师，当过化学教授，他知道尘埃的密度是和海拔成反比的，而细菌也类似于细小的尘埃，所以要收集微生物稀缺的空气，就要到高海拔的山顶上去！

第三回合

双方不断加码的实验只有一个赌注：巴斯德想证明如果把发酵的液体置于最纯净的空气中，那么微生物将不会繁殖。普歇则试图证明，在任何情况下，都能观察到微生物的繁殖，不管用哪种空气，采用哪些预防措施。于是，巴斯德带着他的发酵液体，普歇带着他的干草浸液，两位“巨人”开始了他们的登高之旅。

巴斯德先是去了巴黎气象台采空气，在地下室打开的十只烧瓶里，只有一只变质；而在院子里打开的十一只烧瓶则全部变质。下一个地点是巴斯德家乡阿尔布瓦的布贝山，他在布贝山海拔580米处打开二十只烧瓶，有五只变质。这还不够，下一个目标是阿尔卑斯山，第一天，巴斯德遇到了意料之外的困难，导致只能将收集气体的烧瓶带回山下密封，结果十三只烧瓶全部变质；而次日在山上密封的七只烧瓶，仅一只变质。

随后，普歇也和他的朋友们上路了，首先是意大利和西西里：他们在西西里的埃特纳活火山的山坡上采空气。然后去了比利牛斯山脉，在朗克路斯和马拉德塔山，在比阿尔卑斯山的冰川更高的冰川上采空气，在海拔2083米的地方，比巴斯德所到达的地方高83米，但这还不够。他们继续向上进发，直到到达马拉德塔山最高的地方，这里是海拔3000米。最终他们的八只烧瓶全部出现了微生物。

双方争执不下，他们找到了科学院，要求成立委员会来调查。但由于普歇对实验过程的吹毛求疵，委员会拒绝普歇提出的条件，于是普歇选择退出争论，放弃了比较实验。而巴斯德继续操作他的烧瓶，结果与巴斯德所描述的完全相同。于是这场论战最终以巴斯德的胜出结束。

这样的结果对于普歇等无生源论者确实不公正：其实科学院更愿意支持巴斯德，另外还存在一些复杂的社会因素，最终使人们偏向了巴斯德。但事实上，在几年后就有人发现了普歇实验的关键性问题：普歇所使用的枯草中有一种耐高温的枯草杆菌，它的孢子能够在120℃下存活20分钟，这也彻底为这场论战拉下帷幕。

生生论为何如此重要

一切似乎都已经尘埃落定。然而，自然发生论与生生论的争论仍未停止，在这之后仍然有不少自然发生论的声音，但巴斯德都一一驳回。不过这并不代表巴斯德完全否认自然发生，事实上，与其说巴斯德相信生生论，不如说他相信实验所提供的事实结果。秉持着一贯的严谨，巴斯德不打算证实自然发生永不存在，相反，他用了二十多年的时间来寻找自然发生，但他还是受到了时代的局限。不过巴斯德的高明之处在于：他预见并接受自己的理论总有一天会过时。

那一点肉汤为何臭掉就这么重要吗？巴斯德的工作不仅反驳了自然发生说，而且还为其他试图证明一些疾病是由微观生命形式引起的研究人员提供了指导和支持。生生论的思想是以生物学理解这个世界过程中最重要的观念之一，在巴斯德的坚持下，生生论被应用到工业领域，用于研究导致葡萄酒发酵失败及蚕病的原因，拯救了法国的葡萄酒产业和养蚕业；应用到农业领域以寻找病原体，找到了鸡的炭疽病问题的根源；应用到医学领域，启发了无菌外科手术的发明，解决了狂犬病问题。疾病不是凭空产生的，巴斯德随后所提出疾病的病菌理论（传染性疾病是由病菌引起的），将人类从对疾病的原始而迷乱的恐惧中解救出来，从病原体的角度，给绝大多数传染病的发生提供了科学依据；自然界中微生物几乎无处不在，巴斯德还在无菌法在医学领域的应用作出了不可磨灭的贡献。这些贡献，直到现代仍意义非凡，拯救了无数人。

图：巴斯德的里程碑式贡献

1895年9月28日，巴斯德长眠于他的研究院的地下室中，当他静静地躺在那里时，作为一个唯灵论者，我们有理由相信，巴斯德在临终之时并不认为他的死亡是肉体的腐烂，而是他所深信的微生物正在将他的精神从肉体中解放出来，从这之后，他的精神不再依附于物质，而是独立存在于这个世界上。在巴黎的巴斯德实验室中，立着几只装有发酵溶液的鹅颈烧瓶，这是巴斯德当年留下的，同他留给人们的其他财富一样，里面的溶液直到现在仍未变质。

法国巴斯德研究院

参考文献

[1]《巴斯德传》

[2] 周程. 19世纪前后西方微生物学的发展——纪念恩格斯《自然辩证法》发表90周年[J]. 科学与管理,2015,35(6):3-9. DOI:10.3969/j.issn.1003-8256.2015.06.001.

[3] 薛攀皋：1932年生物自然发生说在中国沉渣泛起———一场科学同反科学的斗争

[4] Modern History Sourcebook:Louis Pasteur (1822-1895):Physiological Theory of Fermentation, 1879

[5] http://m.eeo.com.cn/2009/0924/152124.shtml

[6] http://m.eeo.com.cn/2009/0918/151613.shtml

出品：科普中国