人類與微生物的共生畫史

馬古利斯科學(xué)肖像（繪圖 / 劉夕慶）及其著作《小宇宙》中文版封面及各種細菌的放大圖畫

“小宇宙”開創(chuàng)生命史

由美國著名女生物學(xué)家馬古利斯等人合著的《小宇宙：細菌主演的地球生命史》將地球35億年前誕生的細菌及演繹出包括我們?nèi)祟惖人猩问皆趦?nèi)的世界視作“小宇宙”，并且認為這些小到我們不可見的微生物開創(chuàng)了地球的生命史。馬古利斯思考著，微生物才是當今全球生物（包括人類）多樣性的共同祖先，并始終伴隨其共生和演化。

列文虎克的發(fā)現(xiàn)

一開始，人們對“不可見”事物都不以為然，殊不知，那些近乎透明的東西可能才是這個世界的真正主宰。在還未發(fā)現(xiàn)微生物個體尤其是細菌、細胞之前，人類憑借經(jīng)驗在實踐中開展利用有益微生物和防治有害微生物的活動。例如，人們發(fā)現(xiàn)吃剩的米粥數(shù)日后變成了香醇可口的飲料，于是發(fā)明了酒。類似的還有乳品發(fā)酵、制醬造醋、發(fā)面腌菜、細菌;臺金、漚糞肥田、刮骨療毒、種痘防花、麥曲治瀉等。

17世紀中葉，荷蘭人列文虎克用自制且能放大266倍的原始顯微鏡首次觀察到了細菌。他在雨水、污水、血液、體液、酒醋等液體以及牙垢中，發(fā)現(xiàn)了許多肉眼看不見的微小生物（他稱作“微動體”），并把這些“微動體”描述為球形、桿狀和螺旋狀等形態(tài)。列文虎克的發(fā)現(xiàn)無疑為微生物存在提供了科學(xué)依據(jù)，但由于當時人們的忽視，導(dǎo)致對微生物的研究直到19世紀還停留在形態(tài)描述的低級水平上。

列文虎克及其首次觀察到的手繪細菌形態(tài)

預(yù)防醫(yī)學(xué)的萌芽

早在1796年，英國醫(yī)生詹納就首先發(fā)展和推廣用接種牛痘的方法預(yù)防天花病。天花是一種由其病毒傳染的可怕病魔，曾在世界各地流行。當時它在歐洲的致死率達10%～20%，另有10%或15%的人被終身毀容（變成麻子）。盡管詹納并不了解牛痘作為疫苗的機制，且他的技術(shù)僅能用于天花病的預(yù)防，但確實為預(yù)防醫(yī)學(xué)開辟了一種有章可循的途徑。

到了19世紀后期，微生物學(xué)的一整套理論和技術(shù)均趨完善，這其中貢獻最大的人物當屬法國科學(xué)家巴斯德。他研究了微生物的類型、習(xí)性、營養(yǎng)、繁殖、作用等，把當時的研究方向從主要關(guān)注其形態(tài)轉(zhuǎn)到了關(guān)注微生物的生理，奠定了工業(yè)微生物學(xué)與醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的基礎(chǔ)，并開創(chuàng)了微生物生理學(xué)。

左：“微生物學(xué)之父”巴斯德科學(xué)肖像（繪圖 / 劉夕慶）右：巴斯德及其助手為患病男孩注射狂犬疫苗

柯赫的貢獻

而談到微生物的細菌學(xué)，就不得不提這門學(xué)科的奠基人——德國細菌學(xué)家柯赫。他建立了研究微生物的基本操作并證實了疾病的病原菌學(xué)說。在微生物基本操作方面，他領(lǐng)導(dǎo)的實驗室建立了多種微生物的純培養(yǎng)及染色方法，設(shè)計了細菌培養(yǎng)用的肉汁胨培養(yǎng)液和營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，建立了細菌涂片染色的基本方法。在證實疾病的病原菌方面，他首先證實了炭疽桿菌就是炭疽病的病原菌?；趯Y(jié)核菌的一系列研究，柯赫榮獲了1905年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

左：詹納為一位8 歲兒童接種了從擠奶工手指牛痘膿包里提取的物質(zhì) 右：巴斯德在研究微生物學(xué)和疫苗

發(fā)現(xiàn)與治療：世紀之交的主題

19世紀末之前，人們還不清楚正是微生物這些“小東西里的一些‘壞東西”（各種病毒）是導(dǎo)致人類歷史上很多“大災(zāi)難”（瘟疫）的罪魁禍首。

19世紀與20世紀之交，微生物學(xué)迅速發(fā)展并分化。比如在病毒學(xué)方面，1892年，俄國人伊凡諾夫斯基發(fā)現(xiàn)了煙草花葉病毒（這是人類歷史上第一個被發(fā)現(xiàn)的病毒）;1897年，德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)?？谔阋卟《?1901年，美國人分離出了黃熱病病毒。

隨之而起的是化學(xué)與抗生素治療技術(shù)的發(fā)展。1909年，德國科學(xué)家歐立希合成了治療梅毒的化學(xué)藥物一申凡鈉明和新申凡鈉明：1928年，英國生物化學(xué)家弗來明首先發(fā)現(xiàn)了青霉素（盤尼西林），開創(chuàng)了用抗生素治療疾病的新紀元。后來，英國病理學(xué)家弗勞雷、德國生物化學(xué)家錢恩對其進一步研究改進，并成功的用于醫(yī)治人類疾病，因此三人共同獲得了1945年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。青霉素的發(fā)現(xiàn)，使人類找到了一種具有強大殺菌作用的藥物，結(jié)束了傳染病幾乎無法治療的時代。自此之后，人類掀起了尋找抗菌素新藥的高潮，進入了合成新藥的新時代。

遠距離診療

人類與微生物共存（日 / 草間彌生）

從發(fā)現(xiàn)DNA到完成“生命天書”

1944年，美國科學(xué)家艾弗里和他的同事在肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗中發(fā)現(xiàn)了生命的遺傳物質(zhì)是DNA，1953年，沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及半保留復(fù)制假說，標志著分子生物學(xué)的形成，而這門學(xué)科的創(chuàng)立也反過來加深了微生物學(xué)的本質(zhì)研究。

病毒的組成往往很簡單，最基本的構(gòu)成便是遺傳物質(zhì)（DNA、RNA）和蛋白質(zhì)，有時也會存在糖類與脂質(zhì)成分的修飾;而冠狀病毒的核酸為正鏈單鏈RNA，其特點是可以以自身為模板，指導(dǎo)合成病毒相關(guān)蛋白質(zhì)——它們的結(jié)構(gòu)雖然很簡單，但可以迅速復(fù)制并破壞人體這一地球上最高等的生命體秩序。

20世紀70年代，由于基因工程的發(fā)展，工程菌的構(gòu)建促進了微生物學(xué)的進步;反過來，微生物學(xué)則更加推動了生命科學(xué)的發(fā)展，促進了許多重大理論問題的突破，對生命科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展做出了貢獻。到2003年，“生命的天書”一人類基因組計劃得以全部完成。

2003年，中國爆發(fā)了由SARS冠狀病毒引起的“非典”疫情，17年后的這個春節(jié)，中國再次受到新型冠狀病毒的攻擊。疫情的爆發(fā)告誡我們不能僅僅只滿足于那些顯而易見的日常生活需要，而且還要居安思危，特別關(guān)注那些不可見但可能會影響我們正常身體和生活秩序的“無形之物”一在某種意義上講，那些“看不見、摸不著”的事物可能更基礎(chǔ)或更重要。

2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者屠呦呦科學(xué)肖像（繪圖/劉夕慶）

弗萊明科學(xué)肖像（繪圖 /劉夕慶）

《進化的天梯》（繪圖 / 劉夕慶）

《雙螺旋演繹》（繪圖 / 劉夕慶）

延伸閱讀

在抗擊病毒的偉大歷程中，中國傳統(tǒng)而偉大的中醫(yī)也做出了巨大貢獻。1972年，屠呦呦和同事在青蒿中提取到了一種分子式為C15H2205的無色結(jié)晶體，她們將其命名為“青蒿素”。青蒿素的發(fā)現(xiàn)挽救了全球，特別是發(fā)展中國家數(shù)百萬人的生命。2015年10月，屠呦呦榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，獲獎理由是她發(fā)現(xiàn)了青蒿素，這種藥品可以有效降低瘧疾患者的死亡率。

延伸閱讀

微生物學(xué)之父

巴斯德以倡導(dǎo)疾病細菌學(xué)說、發(fā)明預(yù)防接種方法聞名。他發(fā)現(xiàn)并證實了發(fā)酵是由微生物引起的，從而徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說，他著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證明了空氣內(nèi)確實含有微生物，是它們引起有機質(zhì)的腐敗。另外，他還首次研制成狂犬疫苗等并為之應(yīng)用。而著名的“巴斯德消毒法”則是：做60～65℃短時間加熱處理，即可殺死有害微生物（直到當下，中國醫(yī)生還推薦人們用這種方法殺死引起肺炎的新型冠狀病毒）。