204｜科赫：谁给微生物研究制定了规范？

科赫在微生物的研究方法方面做出了极为重要的贡献。

我是孙轶飞，欢迎来到《医学文明300讲》。

通过前两讲可以看出，巴斯德和科赫除了国家立场不同，在研究方法上也有很大差别。巴斯德比较侧重实用性，不管是加热解决葡萄酒变酸、筛选健康的蚕，还是对死于炭疽病的动物尸体的处理方式，都能够有效地解决实际问题。

而科赫深受约翰内斯·穆勒及其学派的影响，更注重基础理论研究，比如关于炭疽病的研究，第一次明确了特定的微生物和特定的传染病之间的关系。

因为有这样的区别，科赫当然更加重视研究方法，他不但注重开发新技术，而且注重使用技术的过程中的规范、准确和严谨。

在继续对比讲解巴斯德和科赫之前，今天我们先来了解一下科赫在研究方法领域的重要贡献。

严格控制实验条件

先从他进行炭疽研究的过程，看一下科赫如何严格控制实验条件。

对导致疾病的微生物进行研究有一个前提，就是先让这些微生物大量繁殖，科赫在研究炭疽杆菌的过程中，当然也进行了这样的操作。这一步对于微生物学来说非常重要，而科赫发现，炭疽杆菌在30℃-35℃之间的繁殖速度特别快，在这个时候他就已经注意到了严格控制实验条件的重要性。

那么他是如何控制温度的呢？他设计了一个巧妙的恒温装置。在一个盘子里装满湿沙子，然后在上面铺一层滤纸，之后把带有培养物的玻璃片放在滤纸上。

接下来，把整个装置放在煤油灯上加热。你肯定知道，火焰不同位置的温度是不一样的，而且燃烧是一个复杂的化学过程，并不好控制。

但是科赫对煤油灯进行了非常细致的调节，而且通过这样的方式，把培养微生物的温度控制得相当稳定，上下只有1℃-2℃的误差。

正是因为这样细致的态度和对实验条件的严格控制，科赫才能发现炭疽杆菌的芽孢。

从手绘观察图到显微照相

有了实验观察之后，科赫需要向其他人展示自己的发现，当时他只能带上全套实验器材，还有实验用的动物，这显然非常不方便。于是，科赫在这种需求的驱动下，又在显微照相领域有了突破。

事情是这样的，在出版论文时候，一位叫科恩的科学家提供了帮助，帮科赫画出了炭疽杆菌的显微镜观察图，并印在了论文里。

这虽然方便了不少，但是手绘图和亲眼在显微镜下观察还是有很大区别的，于是科赫想到，如果能把照相技术和显微镜结合起来，岂不是既方便又准确？于是科赫开始了显微照相技术的尝试。

玻璃底片、染色与光线

想要给微生物拍出清晰的照片，首先需要进行染色，让被拍照的东西清晰地呈现出来。我们之前讲过，当时德国的染料工业发达，身为德国科学家的科赫有高超的染色技术并不奇怪，但此时的照相技术才刚出现不久，操作难度相当大，这才是科赫真正的挑战。

当时胶卷还没有发明，使用的底片是经过加工的玻璃板。先要把硝酸纤维溶解在酒精里制成火胶棉，然后将火胶棉涂在玻璃板上，接着把玻璃板泡在硝酸银溶液里，并放置在没有光线的房间里，这样才能形成能够感光的碘化银玻璃板。

而且这种玻璃板不能长期保存，只能现做现用。总之，准备过程繁琐而且时效性很强。

而且想要拍出理想的照片，光线是非常关键的因素，最理想的条件是阳光充足的户外。但是科赫当时生活的地方常常阴天。

为了抓住最好的时机，科赫的妻子起了重要作用。每当科赫需要拍照的时候，她就负责观察云彩，在云彩飘走、阳光充足的时候，指挥科赫进行拍照。

可以说，显微照相的拍照过程不但乏味繁琐，而且存在很多技术难题，科赫用了一年半的时间，才解决了这些技术难题。

论文中的真实照片

在1877年11月，科赫发表了一篇论文《细菌分析保存与摄影过程》。这篇论文不仅描述了科赫的细菌研究成果，而且附上了一张细菌的照片，这是人类历史上第一篇有真实照片的论文。

不过，当时彩色印刷还没有普及，这张照片是怎么印上去的呢？其实并没有印刷。科赫洗了大量照片，然后在每一本杂志这篇论文的位置上，把照片贴了上去。

这篇论文的发表标志着显微摄影技术的诞生，是科赫在科研技术方面极为重要的贡献。

与蔡司和阿贝改进显微镜

除了把照相技术引入显微领域，科赫对显微技术本身也做了改进。

科赫的研究开始于炭疽杆菌，这种细菌的体积比较大，容易观察。但随着他的研究越来越深入，在研究更小的细菌时，现有的显微镜就有点力不从心了。

因此在公布显微照相技术之后的第二年，也就是1878年，科赫找到了一个生产科研仪器的厂家，这个仪器厂的名字叫卡尔·蔡司。相信你对这个名字并不陌生。

当时的卡尔·蔡司有一位技术顾问，他就是物理学家欧内斯特・阿贝。科赫和阿贝合作完成了对显微镜的两项重要的技术革新。

• 第一个是油浸物镜技术。在传统的显微镜里，物镜和被观察的物体之间虽然距离很近，但中间还是有空气存在的。而科赫和阿贝在物镜和装标本的玻璃片之间滴上了油，这就是油浸物镜技术。虽然看起来很简单，但这项技术对显微镜的分辨能力产生了极大的提升，一直到今天还在使用。
• 第二项技术是阿贝聚光镜。之前的科学家在使用显微镜时，没有合适的光源来给被观察的标本进行照明。而阿贝聚光镜能把光源形成锥形的光束，准确地照在标本上，这就进一步提升了观察的效果。

败血症研究与细菌分类

那么这两项技术在科赫手中发挥了什么作用呢？

科赫利用他亲手改进后的显微技术，对感染的伤口和血液进行了仔细观察，目的是为了找到引发败血症的病原体。因为科赫和巴斯德已经共同提出了微生物致病学说，此时的医学界出现了一种猜测，败血症可能也和细菌有关，但不知道具体是哪种细菌。

科赫使用改进后的显微技术发现，引起败血症的细菌不止一种，而是很多不同种类的细菌。在这个基础上，他又把细菌按照形状和其他的特征进行了分类，这使得微生物学又向前迈进了一大步。

1878年，科赫把他通过显微镜观察的结果出版，书名叫《伤口感染继发病的病原学研究》。

在这本书里，他不仅描述了败血症和微生物的关系，而且提出了一个在当时看来很新奇的观点：培养病原体的最好方法是在动物身上进行培养。这个观点很有远见，因为光学显微镜是看不见病毒的，所以科学家没办法对病毒进行体外培养，并用显微镜观察。

从这个观点，我们也可以看到科赫对于微生物培养技术的重视。

科研条件与培养技术

那接下来我们就聊聊科赫在微生物培养技术方面的贡献。

因为做出了之前讲过的众多发现，科赫在1880年已经是德国著名的科学家。他不但成为政府顾问，而且成了细菌学实验室的负责人。

之所以有这样的条件，也和普法战争有关系。普法战争之后，德国不但获得统一，而且收到了法国的巨额赔款，大大加快了工业化进程。

为了发展工业，德国在大学之外建立了很多独立的科研机构，这也是科学研究领域重大的制度化改革，而科赫就因此获得了良好的科研条件。

土豆菌落与固态培养基

刚才我们说过，想要对微生物进行研究，通过大量繁殖获得纯培养是基础。什么是纯培养呢？就是在实验室条件下让一种细胞繁殖得到的后代。科赫一直关注微生物培养技术，但培养基，也就是供给微生物繁殖的营养基质，选液态还是固态是个问题。而一次参观活动给了科赫灵感。

科赫在参观另一位科学家的实验室时，他发现一个学生放了一堆土豆片，而这些土豆片上有一些小凸起，颜色各不相同。科赫用显微镜观察发现这些凸起是细菌的菌落，如果把这些菌落转移到另一个土豆片上，就能长出颜色和形状一模一样的凸起。也就是说，每一个凸起都是某一种细菌的纯培养。

这次参观让科赫意识到应该发展固态培养基，因为它有两个优势。

• 第一，更容易获得纯培养。此时科学家获得纯培养的方法是稀释溶液，正像我们之前讲过的，巴斯德在尿液中繁殖炭疽杆菌并反复稀释，最终得到炭疽杆菌的纯培养。而使用固体培养基更方便，只要把得炭疽的动物的血液涂抹在固体培养基上，就可以繁殖出只有炭疽杆菌的菌落。
• 第二，使用固体培养基更容易区分细菌种类。只要先对样本进行稀释，让细菌的数量大大减少，然后抹在固体培养基上，这样一来，数量很少的细菌就自然分散开来，各自繁殖形成独立的菌落，对于细菌种类和数量都比较好统计。

培养皿与琼脂的引入

但是制作固态培养基还有一些技术难题，不过也被科赫解决了。

在1887年，科赫的学生理查德・佩特里发明了佩特里培养皿，也就是今天还在普遍使用的培养皿。在此之前，固体培养基放在玻璃片上，需要保持水平，然后用玻璃罩盖上，而佩特里发明的培养皿是两个圆形的小玻璃盘，相互扣在一起，不管是操作还是观察，都方便得多。

接下来科赫在培养皿中加入明胶，就制作出了固体培养基。但问题是，明胶在三十多度就会液化，而大部分细菌也正是在这个温度繁殖得比较快，也就是说繁殖细菌的过程中，明胶做成的培养基很容易融化，给科赫带来了很大困扰。

巧的是，一位叫赫斯的医生当时正好在科赫的实验室工作，赫斯医生的妻子在家里使用一种从海藻中提取的叫琼脂的物质做果冻，她建议丈夫不妨用琼脂制作培养基，一试之下效果非常好。

就这样，科赫提出思路，并由他的学生和助手进行完善的琼脂固态培养基被一直沿用到了今天，这种培养基仍然是微生物研究领域的重要工具。

总结

科赫重视基础理论研究，坚持探究现象背后的原理，因此在研究方法上非常严谨，并在微生物研究方法领域做出了重大贡献。

• 第一，强调严格控制实验条件。
• 第二，发明了显微照相技术。
• 第三，对显微镜进行了改进。
• 第四，发明了固体培养基。

科赫提出的实验方法成为微生物领域的标准研究方法，并一直沿用到了今天。

思考题

强调规范的实验方法对于科学研究有多重要？

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好啦，今天的内容就到这里，明天见！