阿尔卑斯山脉位于欧洲的南部,它西起法国东南部的尼斯,经瑞士和德国南部、意大利北部,东到奥地利的维也纳。它的最高峰勃朗峰,海拔4807米,有现代冰川及雪田,自然景色尤为壮观,是古今登山者向往的圣地。
一百多年以前的一天,在通往阿尔卑斯山脉主峰勃朗峰的陡峭的山路上,出现了几位装束奇特的登山者。这些人手牵着登山者们常用的交通工具——毛驴,正艰难地向山上攀登。他们的装束古怪而离奇,每只毛驴背上,除了登山必备的水和食品以外,驮满了大大小小形状各异的玻璃瓶子和实验器材。阵阵狂风吹来,玻璃瓶子的相互撞击声在山间回荡。这些人不像是普通的登山观景者,他们又为何不畏艰辛攀登这冰雪覆盖的勃朗峰呢?
原来这是由微生物学家巴斯德先生率领的一支特殊的登山队,他们此行的目的是要完成一项重要的使命。还是让我们从生命的起源说起吧。
谈到生命的起源,这可是个十分古老而有趣的问题。很早以前人类的祖先就开始思考这个问题,可是坦率地讲,直到今天这个问题也不能算是完全解决了。最早人们认为生命是神或上帝创造的,随着人类科学知识的日益丰富,今天相信这种说法的人不是很多。有不少人相信另一种学说,其中甚至包括古代的一些大哲学家、大科学家,像古希腊的大哲学家亚里士多德、现代力学的创始人牛顿等,相信生命能“自然发生”,这种学说认为自然界的所有生命可以从非生物“自然发生”。我国古代有一句很有名的话叫“腐草生萤”,说从腐烂的杂草中可以生出萤火虫来。相信生命可以“自然发生”的人还能举出许多荒唐可笑的例子加以证明,比如,虱子跳蚤是从不清洁的衣物中产生的,蚊子等害虫是从污秽肮脏的死水中产生的,虫蚁和老鼠是从垃圾中产生的,而蛆蝇、蛾子和野鸟则是由粪便和腐尸中产生的。这种学说一直到17世纪依然很兴盛,甚至当时有位叫万·海尔蒙特的化学家告诉别人说,他有一个能自然长出老鼠的秘方,把一块脏布头和一块干酪或几粒小麦塞进一个瓶子里,然后放进暗柜,不久,就会自然长出小老鼠来。
其实,许多学者并不相信这些人的无稽之谈。17世纪就有位叫雷迪的意大利医生勇敢地带头向“自然发生说”宣战。他知道“自然发生说”的拥护者们是不会轻易缴械投降的,必须用实验加以证明。于是他便用了许多动物来做实验。他将能收集到的鸡、鸭、牛、鹿、狮、虎、羊、燕子、蛇等动物的肉分别放进不同的容器里,一组加纱网防蝇,另一组则不加纱网,结果凡加罩的肉即使放到肉烂都不会生蛆,而没有罩防护的肉,则都生了蛆。雷迪兴奋地向人们宣布,腐肉绝不可能“自然产生”蝇蛆,产生蝇蛆的物质是由苍蝇本身所带来的。不少人又重复了他的实验,结果是完全相同的。在事实面前,生物“自然发生学说”第一次在人们心目中发生了动摇。
自然科学发展的历史常常是迂回曲折前进的。19世纪人类发现了微生物,微生物的发现是人类科学史上的一件大事。可随着微生物的发现,拥护生物“自然发生说”的那些人似乎又找到了说理的根据,他们辩解说,就算是腐肉不能自然生出苍蝇,但那些使肉腐败的人们用肉眼无法看到的微生物又是从哪来的呢?它们总该是“自然发生”的吧!
这种问题让今天的学者来解答并不很困难,可在当时来讲,说清而且要证明其中的道理的确不是件容易的事。这就向当时科学界的学术权威们发出了挑战。这天,巴斯德的一位老朋友为此事专程来到他的寓所,劝他不要鲁莽行事,放弃寻找微生物实验的念头,否则会身败名裂。巴斯德淡淡地一笑说:“我想要试一试。”谈话不欢而散。
巴斯德并非不知道解决这个问题的艰难,可长期的科学实践已经使他深信,生物“自然发生”的事情是绝不可能出现的。那么使肉腐败的微生物又是来自何方呢?
巴斯德有一个习惯,凡是思考一个问题,常常茶不思,饭不想,一定要想出个眉目来方肯罢休。多年来,巴斯德太太最了解自己的丈夫,孩子们也都知道这一点,在这种时候,从不去打扰他。巴斯德坐在窗前,陷入了沉思之中。他想,在不少场合很像是“自然发生”的微生物,既然没有别的来源,会不会来自看似一无所有的空气呢?对,很有可能就是空气。巴斯德心中一动,猛然从座椅上站了起来。
19世纪的欧洲学术界有一条不成文的惯例,持不同观点的科学家可以像古代两军对垒一样,互递战书,约定日期,公开辩论。当时,拥护“自然发生说”的人中,有位名叫布歇的科学家在1858年12月正式向法国科学院提交了一份报告,认为放在空气中的动物与植物都能自己长出微生物来,公开向巴斯德宣战。而巴斯德则明确指出:“不管是甜菜汁,或是一般动物或植物中的微生物,都是来自自然界的空气,而不是自然发生的。”于是两人的论战拉开了序幕。巴斯德心中十分清楚,学术上的争论,仅仅靠假设是不行的,要驳倒布歇,理由还不充足,必须用实验事实作依据。于是巴斯德开始动脑筋准备这方面的实验。
巴斯德回到了自己的实验室,他用棉花来过滤空气,让空气从棉花中通过,再将沉积在棉花中的尘埃颗粒漂洗下来,放到显微镜下观察,和他所预料的一样,漂洗液中除尘埃颗粒以外,还有各种各样的微生物。
第一步的成功使巴斯德异常兴奋,他的实验在继续进行。他用鲜肉汤作实验材料,这是做生物实验时常用的培养液。肉汤营养丰富,在空气中放置一段时间,在适宜的温度下,就会有微生物在汤中大量繁殖。他将肉汤放入瓶中,煮开后,再把瓶口用棉花塞住。这样由于高温能将原来汤中的微生物杀死,而空气中的微生物又被棉花挡在外面无法进入瓶中,所以肉汤摆放了几天也没有变味,也就是说肉汤中没有微生物生长。
巴斯德的对手布歇也在密切关注着他的实验进展。布歇得知实验结果后轻蔑地对别人说,巴斯德先生的实验设计并不严格,肉汤中的微生物是由棉花变成的,而并不是由空气中的微生物生长出来的。
为了驳倒布歇,巴斯德又进行了一次与上一次相同的实验,只不过这一次把棉花换成了石棉,石棉是一种纤维状的矿物,是无生命的。试验的结果与用棉花一样,巴斯德又一次获得了胜利。
可布歇并不服气,又改口说,微生物不是由棉花变的,而是从肉汤中自己长出来的。
这回巴斯德什么也没说,他这次干脆什么瓶塞也不用了,而是先把肉汤烧开,再把瓶口放在火上去烧,最后把瓶口用蜡密封起来,经过这种高温消毒密封处理过的肉汤,自然能放置更长的时间。
但善于狡辩的布歇还有话说,他告诉别人,是因为巴斯德把瓶口封死了,瓶口的微生物得不到空气,所以才长不出来的。
显然,巴斯德遇到了一个善于狡辩的对手,怎样才能使对手,以至整个学术界相信自己呢?这一夜巴斯德又彻夜未眠,他在苦苦地思考着一个新的实验设计方案。天将拂晓,一个完整的方案在他的脑海中形成了。
记得小的时候,巴斯德常和小伙伴们到父亲上班的工厂玩耍,有时也会长时期地看大人们干活。父亲和工人们能用灵巧的双手,将不同颜色的皮料,制作成一双双漂亮的鞋子来。渐渐地小巴斯德对动手制作东西越来越感兴趣,他用碎皮革拼接成不同的形状,用木板制成能游动的小船,他的作品常常得到父亲和叔叔们的夸奖。
巴斯德这一幼年的爱好培养了他良好的动手能力。大学毕业以后,他曾在第戎大学做物理学教授,后来又到当时有名的斯特拉斯堡大学教授化学。工作之余,他除了想方设法去听有名的化学教授讲课,不断充实提高自己以外,他自己还学习技工活,甚至学会了怎样吹玻璃瓶子,此时的巴斯德已不再把做这些事单纯地作为一种兴趣爱好了,他要为自己将来的远大理想做准备。他从小的理想是做一名物理学家和化学家,而做化学实验许多情况下需要自己亲自动手制作一些特殊的异型设备。
此时多年前掌握的手艺终于有了用武之地,经过深思熟虑,巴斯德设计出一种新型的曲颈瓶图纸,经过进一步修改以后,他开始了实际制作。他取来一个普通做实验用的长颈瓶,将瓶口在火焰上烧软后,再拉长拉细,最后弯曲成一个特殊的类似大写英文字母U字的形状,这样就制成了以后人们常说的“巴斯德曲颈瓶”。从外表看这种曲颈瓶似乎很简单,并没有什么惊人之处,可仔细观察后才发现的确与众不同,它的巧妙的设计,令后世微生物学家、医学家们大为折服。人们对其赞不绝口,有位美国作家这样描写“巴斯德曲颈瓶”,说它像只“天鹅在水中啄食时弯着的头颈”。
那么这种曲颈瓶究竟有什么巧妙之处呢?原来巴斯德将这种装有培养液的曲颈瓶煮沸消毒,虽然曲颈瓶的开口并未封闭,瓶内外的空气是相通的,可在曲颈瓶消毒加热时,不仅杀灭了原有的微生物,而且瓶颈中的灰尘微生物也被膨胀的空气排出了。等瓶中的培养液冷却后,空气体积收缩变小,外部的含有微生物的空气此时则又可进入瓶中,但由于瓶身与细长的瓶颈之间不是笔直的,有一个弯曲度,而空气中的微生物也有一定的重量,当它们经过曲颈瓶的凹下处时都沉降下了,进不到瓶内,这样存放于曲颈瓶中的培养液就能长期不变质。有趣的是实验者只要将曲颈瓶一倾斜,使培养液与沉落在“U”字形瓶颈中的尘埃颗粒一接触,培养液内很快就会长满微生物。
巴斯德的实验使更多的人相信,微生物只能由它的前代微生物产生,而绝不能“自然发生”。可布歇等人还不认输,他们说,巴斯德加温消毒时,培养液中的微生物都给煮死了,失去了自身的“生命力”,所以无法繁殖后代。
看来,巴斯德还须用自己更严谨的实验来击败对方,于是在通往阿尔卑斯山主峰勃朗峰陡峭的山路上,就发生了本文开头出现的一幕。他的这支特殊的科学考察队登上了主峰,并在峰顶安营扎寨,紧张的实验又开始了。他们将事先用小的曲颈瓶照前面的方法做好的一瓶瓶封死的肉汤拿了出来,细心地把瓶颈夹破,让空气进入瓶中,然后观察瓶中的变化。几天过去了,巴斯德将这批培养液放在显微镜下观察,发现没有微生物繁殖。他们又在阿尔卑斯山脚下做了相同的实验,这次结果截然不同,很快培养液中就布满了大量的微生物。实验结果与巴斯德事先预料的完全相同。
巴斯德的实验还在继续,这次实验的地点是在巴黎的天文台。他把做实验用的曲颈瓶分成两组,其中的11瓶拿到了院中的展览大厅,小心地将瓶颈夹破,暴露在空气中。另外取出的10瓶,用同样的方法处理后,放入了巴黎天文台的地下室。一段时间过后发现,展览大厅存放的11瓶内,全部有微生物生长,而放入地下室的10瓶内,仅有一瓶稍有混浊,其余9瓶都没有微生物生长。
经过这么多次的实验,巴斯德终于使人们明白了这样一个道理,培养液中的微生物是由空气中落进去的,而不是“自然发生”的。在观众较多的巴黎天文台大厅,空气中存有较多的微生物;而僻静的地下室内则很少有人进去,所以空气中微生物自然要少得多;在人迹罕至的阿尔卑斯山脉主峰上,空气中微生物会更少;相比之下,山下的温度、湿度环境,有利于空气中微生物的繁殖。
在人类历史上,一种科学理论的最终建立,常常要经过几代科学家的艰苦努力,巴斯德几乎用了20年的时间来探讨微生物问题。他坚信他的认识是正确的,为此他做了大量的实验,积累了许多有价值的数据和资料。终于,决战这一天来到了,对手自然是那位曾和巴斯德交锋多次的大名鼎鼎的著名生物学家布歇。经过多次较量,布歇等人仍不服气,这次是他们主动提出挑战,要求巴斯德在当时的法国科学研究院作公开实验演示,接受权威科学家们的监督和验证。当然,此时的巴斯德已是胸有成竹,他勇敢地接受了挑战。
这天,法国科学研究院庄严的学术演讲大厅内,座无虚席。前排就座的都是法国当时一流的科学家,许多与会者专程从法国和欧洲各地赶来,人们要亲眼目睹两位著名科学家的唇枪舌剑的较量。上午9时整,会议主席宣布会议正式开始。巴斯德来到台上,准确无误地完成了他的演示实验,他的演示博得了人们一阵阵热烈的掌声。遗憾的是,此次那位布歇教授却没有出席,或许是由于怯场的缘故吧。
人类对自然现象的认识总是无止境的,巴斯德经过了20年的努力,“自然发生说”终于在学术界销声匿迹了,可人们对一些问题的探索并没有结束。比如,一些学者认为,当时生物学家布歇与巴斯德较量时的“怯场”是不必要的,因为后来证明,就当时两人所做的实验来说,恰好都是正确的。因为布歇所使用的细菌培养液中,不但含有细菌,而且还含有微生物“芽孢”,是一种干草浸出液。所以在实验中即使采用曲颈瓶高温煮沸消毒,也只能杀死细菌,却不能完全杀死芽孢,而那些生命力极强的芽孢又会产生出细菌来。那么,人类对芽孢又怎么办呢?又经过了几十年,一位叫廷德尔的英国物理学家最终解决了这个问题。
或许人们会认为,19世纪以巴斯德为代表的科学家们击败了鼓吹生物“自然发生”的那些人,从此解决了微生物的起源问题。其实,从哲学角度讲,直到今日,这个问题还没有真正完全解决。人类一直在努力地探讨地球上最早的微生物、细胞、生物的起源问题,提出各种各样的学说。通常认为,在地球的最初形成阶段,存在一种由碳、氢、氧三种元素组成的简单的“生命原汤”。地球上最早的简单的生物体就是在这种“生命原汤”中孕育发展起来的,逐渐形成了今天地球上千姿百态的生物世界。