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黄山:微生物的发现和细菌致病理论

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图1

自然界中的生物除了动物和植物以外,还有一类叫微生物,微生物包括细菌、真菌、单细胞藻类、单细胞原生动物、病毒等。它们是地球上最早出现的生物,据说是在37亿年前,比动植物的出现要早得多。因为微生物很小,一般肉眼看不见,所以自古以来人们并不清楚它们的存在,但对微生物的利用却有几千年的历史,例如酿酒。

2011年是荷兰微生物学会NVvM成立100周年,在其纪念邮票小型张上展示了10种有益于人类的微生物显微图(图1它们是酿造葡萄酒的酵母(右上)、产生青霉素的真菌(右下)、制作奶酪的乳酸菌、沼气池中的古菌、产生绿色肥料的根瘤菌、制造生物柴油的藻类、废水处理的细菌、堆肥用的真菌、消毒用的病毒(噬菌体)和自修复混凝土(生物混凝土)的细菌

微生物种类繁多,大多数与人和平共处,有些为人类所利用的,像上面这10种,有些对人类有害,侵入人体,引起各种疾病,包括大规模的传染病。17世纪显微镜的发明,开启了人们对微观世界包括微生物的观察和研究


图2


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1665年,英国人罗伯特·胡克(Robert Hooke)自制了一台复合显微镜,尽管放大倍数不大,但也足以使人大开眼界这年,胡克在显微镜观察的基础上写成了《显微图谱》一书。2是格林纳达的千禧年邮票之一,票图的跳蚤取自该书,票图上下有他在显微镜下看到软木切片的蜂窝形状,他称之为Cell,后来被用作细胞的英文名。胡克没有留下肖像,所以邮票上只露出一双眼睛。1989年,英国为纪念皇家显微学会成立150周年发行一套4种邮票,其中之一是5倍显微镜下的蓝蝇(图3,原图也是取自胡克的《显微图谱》。

和胡克同时代有一个荷兰人,叫安东尼·范·列文虎克,他擅长制作更好的显微镜头,使放大倍数达到270倍,他纪录了多种微生物的形态,被称为显微镜和微生物学之父。他最早观察了肌纤维、细菌和活的细胞等。1677年,列文虎克观察了自己的精液,人类第一次在显微镜下发现了精细胞。


图4


图5


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4是格林纳达另一种千禧年邮票列文虎克和他的显微镜背景上是一种带尾巴的原生动物。5是荷兰1937年的附捐邮票Sc#B97,列文虎克胸像南非特兰斯凯也发行了纪念列文虎克的邮票(图6,但右上角显示的则是和他不相称的现代显微镜。


图7

在胡克和列文虎克以后,人们对微生物的观察并没有什么大的进展。时间到了18世纪末,法国在大革命之后,开始和各国列强作战,但法国军队常常因为食物久存变质,而影响士兵的健康。1795年,法国政府悬赏12000法郎,征求军队实用的食品保存方法。重赏之下必有勇夫,一个叫尼古拉·阿佩尔的法国糖果制造商经过十多年的试验,终于用食品煮沸后密封在瓶子里的办法成功地保存了各种食品,并获得了奖金。1955年,法国《发明家》一套6种邮票中,他占有一席(图7。票图中,阿佩尔像身后是他1811年出版的书和工人加工食品的情景。

阿佩尔用所得的奖金开办了世界上第一家罐头食品加工厂,然而他并不知道食物变质的原因是因为空气中无处不在的细菌、霉菌、酵母菌等微生物所起的作用。而真正认识到这个问题的是法国生物学家,微生物学家和化学家路易斯·巴斯德。


图8

自古以来有一种自生论的理论,认为生物随时可由非生物发生,例如腐草化茧、腐肉生蛆等。巴斯德决心挑战这一理论,1862年,他以鹅颈瓶进行了实验,如8马达加斯加1996年的邮票所示,他用两个烧瓶同时盛有煮沸的肉汤,一个有细长的曲颈(左),一个没有(右)。结果没有曲颈的烧瓶中的肉汤很快就变质了,他指出肉汤腐败是因为有微生物进入烧瓶,而曲颈阻碍了微生物的进入,所以肉汤没有变质。

葡萄酒是法国的重要出口产品,1860年,巴斯德被要求解决葡萄酒变苦变酸的问题。巴斯德经过显微镜的仔细观察,发现酵母对葡萄酒的酿造至关重要,而引起葡萄酒变质的是细菌。他发现把葡萄酒加热到50-60摄氏度既能够保留酵母,又能够杀死细菌。1865年,他为这种方法申请了专利,称为巴氏灭菌法。后来牛奶也用巴氏灭菌法,既杀死了细菌又保留了营养成分和有益的微生物。


图9


图10

巴斯德是法国酿酒业的功臣。1923年,发行了纪念他诞生100周年的侧面像普票(图9,要知道过去这种普票的头像都是神仙和皇帝,而且19231926年间,这套普票发行各种面值和刷色共12种,后来还有改值、附捐和航空等多种加盖票。101973年法国的附捐邮票,展示了巴斯德的各项成就。

巴斯德的重要成就还在于防疫疫苗方面,他研制了第一批炭疽疫苗和狂犬病疫苗。巴斯德不同于以前用天然弱化的牛痘疫苗来预防天花,而是用人工弱化病毒的办法来取得疫苗,开启了疫苗制取的新方法。狂犬病是当时严重的疾病,死亡率相当高。巴斯德曾冒着危险从狂犬症狗口中的唾液直接取得病毒作为疫苗,但失败了。然后他把病毒连续接种到家兔的脑中使之传代培养狂犬病病毒,毒性仍未减弱,最后他取来病兔的脊椎加以干燥,终于取得减弱的病毒。经过50只狗的试验以后,1885年他有机会给一个被狗咬的9岁男孩治疗,这是第一次在人体上试验,取得了成功。后来又给350个病人试验狂犬病疫苗,只有1例死亡。


图11


图12

1985年是发明狂犬病疫苗100周年,法国发行一种纪念邮票(图11,票图中坐着的人正在被注射狂犬病疫苗。同年,几内亚的纪念邮票上是巴斯德和布拉克杜波旁犬(图12,背后红圈内显示的是狂犬病病毒。

在试验狂犬病疫苗成功之后,1887年巴斯德提出建立疫苗研究所,次年在巴黎落成,后来称为巴斯德研究所。目前,在世界各地26个国家有33个巴斯德研究机构。图13是法国纪念巴斯德研究所成立100周年邮票。


图13


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图16

由于巴斯德对人类的贡献,其它国家和地区纪念巴斯德的邮票不胜枚举,如巴基斯坦1995年邮票,纪念巴斯德去世100周年(图14,票图取自芬兰画家艾伯特·埃德菲尔特1885年的油画《巴斯德在他的实验室》,该画现藏于巴黎巴斯德研究所的博物馆中。15是新喀里多尼亚1988年邮票,首都努美阿的巴斯德研究中心。16是巴西纪念巴斯德去世100周年邮票。

巴斯德发现细菌致病的理论很快传播开来。在当时手术后感染化脓是经常发生的,严重的导致死亡。英国的外科医生约瑟夫·李斯特想起巴斯德鹅颈瓶的实验,推想手术感染是否也是由微生物引起的,但巴氏灭菌法并不能用于人体。后来他发现石碳酸(苯酚)具有灭菌的作用。于是在1865年,他指示护士用石碳酸溶液消毒手术器械,医生在手术前后用石碳酸溶液洗手,并在病人伤口上喷石碳酸溶液消毒,这样做后,手术病人被感染的情况果然大为好转。


图17


图18


图19

1965英国发行一套两种邮票,纪念李斯特推行抗菌手术100周年,一种是他的半身像(图17,另一种是他发明的石碳酸喷雾装置(图182010年,英国庆祝皇家学会成立350周年发行牛顿等10名杰出科学家纪念邮票,李斯特是其中之一(图19有一种致病细菌以他命名,称为李斯特菌,李施德林防腐漱口水也是以他命名的。

1864年,正当42的巴斯德在法国解决了葡萄酒变质问题而发明巴氏灭菌法的时候,一位德国的年青人正在上大学,两年后他成为一个医生,他就是罗伯特·科赫。1876年,科赫发现在家畜中广为流行的炭疽病是由炭疽杆菌引起的。1882年,科赫发现了结核杆菌,开辟了诊断和治疗结核病的道路。科赫最重要的贡献是提出了一种检测特定细菌(病原体)是否导致特定疾病的通用方法,称为科赫氏法则。他的后继者用他的方法陆续发现了白喉、伤寒、肺炎、脑炎、麻疯病、破伤风和梅毒等多种疾病的病原体。从巴斯德到科赫,人们终于明白了细菌致病的原理,他们一起成为现代细菌学的奠基人。


图20


图22


图22

德国有很多纪念科赫的邮票,如1944年德国纪念科赫诞生100周年的附捐邮票(图201960年的西柏林邮票(图21221986年的马里邮票,德国病理学家和细菌学家卡尔·艾伯特(KarlEberth),1880年他与科赫同时描述了伤寒沙门氏菌(左下小图),这是斑疹伤寒的病原体。

                       ——刊于《上海集邮》2018年第12期


 

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