202｜巴斯德：谁推翻了亚里士多德的自然发生说？

巴斯德的早期研究由化学跨越到微生物学，并推翻了自然发生说。

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我是孙轶飞，欢迎来到《医学文明300讲》。

在关于十九世纪医学的最后四讲里，我们来认识两位伟大的科学家，他们分别是法国科学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895）和德国的科学家罗伯特·科赫（Robert Koch，1843-1910）。巴斯德和科赫在科研理念和国家利益等方面全都针锋相对，并因此展开了激烈的竞争。

但在这种竞争中产生的研究成果却偏偏相辅相成、相互促进，成为了“生物医学模式”建立的重要基础。

今天我们先来讲巴斯德早期的三项重要的研究成果，看看他如何从化学转向研究微生物，进而在生命起源这个领域做出了巨大贡献。

求学经历与化学天分

先认识一下巴斯德。

巴斯德出生在一个贫穷的法国家庭，但是他的父母很重视教育。巴斯德小时候虽然学习成绩一般，但是非常努力，终于在1843年的时候以优异的成绩进入了巴黎高等师范学校。这所学校是法国最好的大学之一，截至2023年，巴黎高师的校友和研究人员中，共有16位诺贝尔奖得主。

有趣的是，巴斯德在巴黎高师的化学成绩并不好，但是动手能力却特别强。有一次，他听老师说磷元素非常难提取，结果他自己动手，没费什么力气就成功从牛骨头里提取出了几克磷。

所以，也许是因为他在化学领域确实天分太高，导致普通的学习和考试并不适合他。

巴黎高师的一位化学教授看到了巴斯德的天分，于是在他毕业之后聘请他做助手。就这样，巴斯德开始了自己的化学研究，而他的第一项研究就给化学界带来了一场翻天覆地的变革。这是怎么回事呢？

酒石酸的旋光性之谜

接下来我们就讲一下巴斯德开创立体化学的故事。

早在十九世纪初，一位法国化学家对酒石酸进行研究，发现了一个奇怪的现象。从葡萄中提取的酒石酸与人工合成的酒石酸，其化学成分和性质完全相同，然而它们的物理性质却有差异，葡萄中提取的酒石酸具有旋光性，而人工合成的则没有。

所谓旋光性，我们可以这样理解：光线是一种电磁波，其电场和磁场会在某一特殊平面内发生振动。但是当一种叫作偏振光的光线穿过葡萄中提取的酒石酸时，这种光的电场振动方向会发生一定的旋转。可为什么人工合成的酒石酸就没有这种现象呢？这个问题困扰了科学界几十年。

镜像晶体与空间结构

为了解决这个问题，巴斯德借助显微镜观察人工合成的酒石酸晶体，结果发现酒石酸这一种物质竟能形成两种不同的晶体，这两种晶体的形态如同照镜子一般，呈现出镜像关系。

极具耐心的巴斯德在显微镜下用镊子一个个地将不同的酒石酸晶体挑出，然后分别溶解，再测量旋光性。随后他发现，一种酒石酸能使偏振光向右旋转，另一种则使其向左旋转。

也就是说，在人工合成的酒石酸中，存在光学性质相反的两种酒石酸，它们的作用相互抵消，结果就没有旋光性了。而从葡萄中提取的酒石酸只有一种，所以呈现出旋光性。

基于这一结果，巴斯德进一步提出，认识化学物质的分子结构，不能再像以往那样仅从平面角度出发，而要从空间和立体层面认识分子的三维结构。

有些化学分子虽然成分相同，但在立体结构中存在互为镜像的两种分子形态。这也被称为“手性”。我们在前面的课程中讲过这个概念，想复习的同学可以重新听一下答读者问34期。

手性与药物研究的意义

那一期里我们也讲了反应停事件，其中就涉及同一种药物因为具有不同的空间构型，导致药效和毒性的截然不同。

所以，对于医学而言，立体化学的出现对药物研发意义重大。而巴斯德的理论为立体化学的发展奠定了坚实基础，对后来的化学研究也产生了深远影响。比如，科学家们研究蛋白质结构时，同样以立体化学为基础。

简而言之，巴斯德的第一项研究在化学史上具有里程碑式的意义。他也因此成为法国科学院的院士，但这仅仅是个开始。

葡萄酒变酸与微生物

接下来我们讲讲巴斯德如何发现微生物在发酵过程中的作用。

成为著名的化学家之后，巴斯德在里尔大学获得了职位。里尔是法国酿酒重镇，当地的酒厂找到巴斯德，希望他能解决葡萄酒变酸的问题。之所以找化学家巴斯德，是因为当时的科学家普遍认为发酵是一种纯粹的化学过程。

面对这个请求，巴斯德一口答应。因为他是一个非常爱国的人，在他看来，葡萄酒是法国的骄傲。如果葡萄酒变酸的问题不能解决，导致法国的葡萄酒不能出口，这就不仅仅是个科学问题了，所以自己不能不管。

于是巴斯德要来了一些葡萄酒样本，然后用显微镜对这些酒进行观察。结果他发现，没有变质的葡萄酒里面有一种圆形的小东西，它们可以繁殖，数量在不断增多。巴斯德意识到这是一种微生物，今天我们知道这就是酵母菌。

而在变质的葡萄酒里，巴斯德发现了另外一种杆状的微生物，其实这就是乳酸菌。

当时的科学界普遍认为发酵是纯粹的化学分解过程，而巴斯德通过显微镜观察，发现了微生物在其中有核心作用，这对发酵过程的主流观点是一种彻底的颠覆。你肯定也想到了，通过这个研究，巴斯德的研究领域从化学非常丝滑地切换到了微生物学。

控制发酵与生物发酵学

巴斯德发现，不同的微生物在发酵过程中会产生不同的产物。酵母菌产生酒精，而乳酸菌会让酒变酸。既然明白了这个原理，在发酵过程中控制微生物的种类和数量就能得到想要的结果。

具体的操作方法并不复杂，比如把果汁加热，把里面的酵母菌和乳酸菌通通杀死，冷却以后再重新加入酵母菌，就可以得到水果酒。

简单地说，巴斯德第一次阐明了微生物在发酵过程中起到的核心作用，这彻底改变了人们对发酵的认识，也极大地推动了微生物学的发展，更是由此开创了生物发酵学。

之后的科学家在研究微生物的代谢、酶的作用原理这些内容的时候，都是在巴斯德的工作基础上进行的。毫无疑问，巴斯德的这项发现也是里程碑式的。

曲颈瓶实验与自然发生说

但他依然没有停下脚步，接下来我们聊聊他如何推翻自然发生说。

我们之前提到过，亚里士多德认为生物可以自然而然地生长出来，这便是自然发生说。这个错误观念在西方科学界延续了两千多年，直到十九世纪仍争论不休。

巴斯德已经意识到，微生物既可以导致发酵，也可以导致腐败。而且他还认为空气中漂浮着大量肉眼看不见的微生物。既然如此，就应该设计一种特殊的容器，其内部空间与外界空气相通，但空气中的细菌又无法真正进入其中。

于是，他设计出了科学史上极为著名的曲颈瓶。这种瓶子有圆形的瓶身，向上有一个非常长且扭曲成夸张S形的颈部。这样的结构使空气中的灰尘和微生物在通过长长的颈部时，会沉积在弯曲部位，无法污染瓶内的东西。

接下来，巴斯德把肉汤装入曲颈瓶，然后加热煮沸，以此保证肉汤里没有微生物。随后，巴斯德将曲颈瓶放置了很长时间，里面的肉汤一直保持清澈，没有任何微生物生长的迹象。

这个实验证明，生命不可能凭空出现，自然发生说是不科学的。

既然生命不能凭空出现，那它从何而来呢？巴斯德把曲颈瓶的颈部打碎，让空气进入瓶内，结果肉汤里很快繁殖出大量的微生物，肉汤变得浑浊起来。基于这样的实验结果，巴斯德得出了一个著名的结论：生命只能来自生命。

干草实验、芽孢与运气

与巴斯德同时代的另一位科学家也做了类似研究。他把干草泡在水里，然后把水烧开，认为这样可以彻底杀灭干草里的微生物。经过这番操作后，他把干草封闭保存，但里面还是出现了微生物繁殖的现象。就这样，他得出了与巴斯德相反的结论。

但以我们今天的知识看，他并不知道细菌可以产生芽孢，而芽孢的生命力极其顽强，即便用开水也无法把芽孢烫死，它们仍然可以继续繁殖。

不得不说，这其中存在一定的运气成分，而巴斯德运气很好。

无论如何，巴斯德在生命起源问题上做出了重要贡献。他推翻了延续两千多年的、错误的自然发生说，这项成果无疑又具有里程碑意义。

从微生物研究到巴氏消毒法

特别值得一提的是，在研究过程中，巴斯德对微生物繁殖有了深刻的理解，并在十九世纪六十年代发明了巴氏消毒法。这种方法是把液体加热到60℃-65℃，持续很短时间，然后迅速冷却，这样既能有效杀死导致腐败的微生物，又不会影响口感和营养价值。

巴氏消毒法最早用在各种酒类的保存上，后来广泛用在了食品工业领域。如今我们购买的牛奶依然普遍采用这种方法，相信你一定在一些包装盒上看到过 “巴氏消毒” 的字样 。

总结

路易斯·巴斯德是十九世纪法国极为重要的科学家。在自己的早期研究中，他就已经做出了三项里程碑式的发现。

• 第一，在化学领域，阐明了酒石酸存在旋光性的原理，并开创了立体化学。
• 第二，在微生物领域，阐明了微生物在发酵过程中的核心作用，并开创了生物发酵学。
• 第三，在生命科学领域推翻了自然发生说，提出了“生命只能来自生命”的重要论断。

这些成就都对医学的发展至关重要，但巴斯德对医学的贡献远不止于此，明天我们将进一步了解巴斯德在微生物致病理论中的贡献。

思考题

罐头的发明和十九世纪的微生物研究进展有什么关系呢？欢迎你在评论区留言，把知识分享给我。

好啦，今天的内容就到这里，明天见！