8.9 知識分子The Intellectual

圖源：Pixabay

撰文｜商周

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在古代，人類對自然界隻能做到宏觀水平觀測，很多現象不能得到一個正確的解釋。舉個例子，一些動植物看上去毫無征兆地在一些地方出現，比如垃圾堆裡出現的老鼠、腐肉中長出的蛆蟲、衣服上的跳蚤。對於這些難以解釋的生命的誕生，古代各地的文明都傾向於認為它們是自然發生的。

兩千多年前的古希臘哲學傢亞裡斯多德在《動物的歷史》一書中，就有這樣的描述：

“現在發現動物與植物有一個共同的特性。因為有些植物是從植物的種子中產生的，而另一些植物則是通過自發產生的。”

直到17世紀初，歐洲依然有人相信老鼠可以通過自然發生的方式產生。一個證據就是比利時的醫生揚-巴普蒂斯塔·范-海爾蒙特就相信這一觀點，並給出瞭一個能自發生成老鼠的配方：臟麻佈加小麥。

即使是在沒有顯微觀察技術的古代，發現老鼠如何繁殖也是一件容易的事情。當時自然發生真正迷惑人的，是它被用來解釋一些小的昆蟲的出現，比如蛆蟲和跳蚤。

腐肉中的蛆蟲

人類首次認真地質疑自然發生學說，發生在17世紀。

1668年，意大利醫生兼寄生蟲學傢弗朗切斯科·雷迪對腐肉自發生蛆的觀點提出質疑。為瞭挑戰這個傳統觀點，雷迪設計瞭一個簡潔的實驗：將肉放到一個玻璃容器中，然後用精細的紗佈將這個容器封住。結果發現，蛆出現在瞭紗佈朝外的一面，但卻沒有出現在容器中的肉上。

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雷迪的實驗示意圖（圖源：維基百科）

雷迪的實驗在歐洲科學界引起瞭轟動，而且也得到瞭其他科學傢的驗證。這一實驗不僅讓科學界改變瞭對自然發生學說的看法，也慢慢讓普通百姓停止相信蛆蟲是自發產生的觀點。

對流行瞭幾千年的自然發生學說來說，這是一個致命性的打擊，基本宣告瞭這一荒謬的學說的終結。

著名的肉湯實驗

但戲劇性的是，十七世紀的科技的發展意外地延長瞭自然發生學說的生命。

1676年，荷蘭人安東尼·范-列文虎克對顯微鏡做出瞭顯著的改進，將人類的視野帶入瞭微觀世界。列文虎克的發現讓人類認識到瞭微生物的存在，但同時也為日漸式微的自然發生學說提供一個避風港。

肉眼可見的蛆蟲不是自然發生的，但那些無處不在、結構簡單的微觀生命卻完全可能。自然發生學說的擁護派不僅這樣認為，還拿出瞭實驗的證據。

1745年，愛爾蘭天主教神父、生物學傢約翰·尼達姆利用肉湯做瞭一系列的實驗。他將肉湯煮沸以便殺死其中的微生物，然後將它們立即密封起來起來。結果發現，即使這樣煮沸後立即密封的肉湯也會由清變濁，說明其中依然有微生物的生長。

尼達姆對這一結果做瞭這樣的解釋：既然煮沸已經殺死瞭肉湯中的微生物，所以後來長出的微生物就無疑是自發生成的。因為這一實驗，尼達姆對自然發生的的信念變得更加堅定。而且這一實驗在同行的見證下重復瞭多次，所以在科學界也得到不少人的支持。

但沒過多久，新的證據出現瞭。

1768年， 意大利天主教神父、博物學傢拉紮羅·斯帕蘭紮尼認為尼達姆的實驗在設計上可能存在問題，即在煮沸和密封這兩個步驟之間可能存在微生物被引入的可能，從而導致污染的發生。

為瞭驗證這一點，斯帕蘭紮尼重復瞭尼達姆的實驗，並對實驗過程做瞭一些修改。他將肉湯放在容器中密封好再加熱，為瞭防止爆炸還預先抽出其中部分的空氣。因為密封是在加熱煮沸之前，所以不存在微生物污染的可能。

實驗的結果正如斯帕蘭紮尼所預測的那樣，加熱後清澈的肉湯液後來沒有變渾濁。也就是說加熱滅菌後的肉湯裡沒有長出微生物，它們並不能在肉湯裡自發生成。

雖然斯帕蘭紮尼的實驗證明瞭尼達姆是錯的，但自然發生學說的支持者依然沒有被說服。在他們看來，斯帕蘭紮尼的實驗也存在一些問題，就是在加熱之前斯帕蘭紮尼把容器中的部分空氣抽出去瞭，這樣會導致容器中的空氣的不足，從而影響微生物的自然發生。

就這樣，自然發生學說的支持者和反對派各不相讓。但對這種流傳瞭幾千年的傳統觀點來說，如果質疑者不能提供令人信服的證據，人們還是傾向於相信原來的觀點。

微生物之父巴斯德出戰

時間進入瞭19世紀，科學界反對自然發生學說的人越來越多，一些著名的科學傢也參與瞭進來。比如後來被稱為“細胞生物學之父”的德國人泰奧多爾·施旺就用實驗表明，如果通過化學的方法或加熱的方式對空氣進行滅菌，就能防止微生物的生長。

但這段時期反對派所拿出的證據有一個共同的局限，就是他們的實驗缺乏很好的可重復性，總是因為一些沒有控制的污染而失敗。這讓反對派無法完全說服自己，更沒有辦法說服堅信自然發生學說的對手。

自從1745年尼達姆開展肉湯實驗之後的一個多世紀裡，自然發生的支持者方面都沒有再拿出新的實驗證據。不過這一情況在1858年出現瞭轉機，一位法國博物學傢站瞭出來宣佈他證明瞭自然發生的存在。

這位主動站出來的科學傢，就是法國魯昂自然歷史博物館館長菲力克斯·普歇。1858年12月，普歇在法國科學院主辦的《科學院通報》上發表瞭兩篇關於自然發生研究的論文，宣稱他為自然發生找到瞭新證據。

普歇是這樣開展實驗的：將一個裝有水的燒瓶加熱滅菌，然後密封然後倒置放入一個裝有水銀的盆中，等瓶中的水冷卻後，在水銀之下打開燒瓶並往其中引入半升的氧氣或人工空氣，同時也引入之前在100攝氏度下加熱過的幹草。幾天之後，燒瓶裡長出瞭微生物。

因為在整個實驗過程中普歇都小心地避免引入任何的外界微生物，所以他認為燒瓶裡長出來的微生物就是自發生成的。

在普歇發表的這篇論文的讀者裡，就包括正在研究微生物發酵的路易斯·巴斯德。當巴斯德讀到這篇論文的時候，他意識到自然發生學說和他的發酵實驗中的發現的沖突之處，於是決定站出來與普歇論戰。

為瞭證明微生物不能自然發生，巴斯德這樣開展瞭他的實驗：將發酵液放在燒瓶中加熱，然後用脫脂棉封閉燒瓶入口，這樣空氣在經過脫脂棉過濾後能夠進入燒瓶與液體接觸。但在這種情況下，發酵液中沒有出現微生物的生長。因為棉花是有機物，為瞭防止它對空氣所帶來的影響，謹慎的巴斯德用無機的石棉取代瞭脫脂棉再做瞭一次實驗，而且再次獲得瞭同樣的結果。

根據這一實驗，巴斯德認為空氣中含有微生物的灰塵才是真正讓有機溶液裡長出微生物的關鍵因素。而至於普歇的實驗裡為什麼長出瞭細菌，巴斯德認為是普歇的實驗因為不夠嚴謹而出現瞭污染。

看到對方說自己的精心開展多次的實驗存在污染，普歇覺得不可接受。他反過來指出瞭巴斯德實驗中一個可能的問題：無論是脫脂棉還是石棉，在用來過濾空氣的時候不僅過濾掉瞭灰塵，也可能也會阻擋一些其他的物質，這些未知的物質可能就是自然發生的關鍵因素。

優雅的鵝頸瓶實驗

普歇拋給瞭巴斯德一個難題，因為他沒有說明這個未知的物質是什麼，而要巴斯德自己去證明沒有把這種東西過濾掉。正是普歇的這個近乎無解的難題，催生出瞭生命科學史上的一個著名的實驗：鵝頸瓶實驗。

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巴斯德所使用的鵝頸瓶 （圖源：維基百科）

在這個優雅的實驗裡，巴斯德先將有機溶液放入玻璃燒瓶中加熱，然後將燒瓶的頸部拉伸成一個外形像天鵝的脖子的S型的細管。在這樣的鵝頸瓶裡，等加熱後的有機液冷卻下來之後，液體和外界的空氣是相通的，不再有脫脂棉或石棉的過濾。

就在這樣的條件下，加熱後的有機溶液依然沒有長出微生物來。但如果將鵝頸瓶從S型的起點折斷，裡面的發酵液就會出現微生物的生長。所以這一實驗完美地證明，導致細菌生長的並不是空氣種的氧氣，而是其中的灰塵。

巴斯德與普歇關於自然發生學說的論戰的公開，不僅在科學界引起瞭轟動，影響力也抵達瞭公眾層面。一傢名為《科學瞭望者》的雜志為這一事件專門做瞭報道，編輯表示期待兩位科學巨人在這一人們關註的問題開展對決。

那麼，在巴斯德拿出的證據面前，普歇會投子認輸嗎？

決戰阿爾卑斯山

面對巴斯德設計巧妙的鵝頸瓶實驗，普歇一方陷入困境。他們一方面對自己重復多次的實驗依然自信，另一方面又找不出巴斯德實驗的破綻。

一段時間後，普歇對巴斯德的實驗提出瞭間接的質疑，認為實驗室的空氣和自然界的空氣不同，所以實驗室的結果不能代表自然界的真實情況。而且普歇還認為，如果微生物的生長都是因為親本繁殖的結果，那麼能夠導致無數種有機溶液長菌的空氣就該有大量的微生物的存在，但實際上看上去卻並不如此。

普歇的質疑把想征服對手的巴斯德帶向瞭一個更加著名的實驗，因為他接下來把實驗開展到瞭室外，包括做為都市的巴黎、老傢阿爾佈瓦的鄉間，還有阿爾卑斯山上的冰川。

1860年3月，巴斯德先在巴黎開始瞭他的這一系列的實驗。

實驗是這樣設計的：先在實驗室裡將內含糖水和酵母提取物的發酵液放到小燒瓶中，然後通過加熱煮沸的方式對發酵液和燒瓶消毒滅菌，之後迅速將玻璃燒瓶的出口管在火焰中拉長並封閉；下一步就是將這些封閉後的燒瓶拿到實驗室之外，在不同的地方打開燒瓶口收集空氣後再次將燒瓶封閉；最後在接下來的時間裡觀察燒瓶中是否會出現微生物的生長。

巴斯德這一系列實驗的目的，就是要證明在不同地方的空氣中含有不同量的微生物。

實驗的結果也正如他所料。比如在巴黎天文臺地窖裡打開過的10個燒瓶中，隻有1個出現瞭細菌的生長；而在天文臺後院裡打開的過的11個燒瓶，則無一例外地長瞭菌。

從這次的實驗裡，巴斯德總結出瞭一個大致的規律，即在離開墾的土地越近的地方微生物越多，而那些空氣靜置時間越長的地方則越少。

為瞭進一步驗證這一觀點，巴斯德進一步把實驗開展到瞭都市之外。

1860年暑假，巴斯德帶著73個封閉好的燒瓶從巴黎返回瞭老傢阿爾佈瓦的鄉間，他要在那裡進一步測試這個假設。

巴斯德在老傢阿爾佈瓦小鎮附近的不同地點打開瞭20個燒瓶，有8個出現瞭細菌的生長。而在阿爾佈瓦附近的海拔850米的山上打開的20個燒瓶，卻隻有5個燒瓶長出瞭菌來。

正如他預料的那樣，越高的地方空氣中的微生物就越少。這一結果讓巴斯德更加相信，在幾千米的高山冰川上，那裡的空氣中可能就幾乎沒有細菌的存在，比如著名的阿爾卑斯山上。

9月20日，巴斯德帶著燒瓶去瞭阿爾卑斯山下的小城霞慕尼，這個位於三國交界處的法國小城位於勃朗峰的腳下。在勃朗峰北麓海拔2000米的地方，就是長達7.5千米長、200米深的蒙坦維特冰川。

為瞭順利登上蒙坦維特冰川，巴斯德聘請瞭一位當地的向導。在到達霞慕尼的第次日早上，巴斯德一行就朝著目標出發瞭。向導牽著騾子走在前面，騾子馱著的箱子裡裝有加熱過的發酵液的燒瓶。為瞭防止燒瓶在顛簸中被碰碎，巴斯德緊跟在騾子後面扶著箱子，艱難但堅定地朝著海拔兩千米的冰川攀登。

巴斯德的阿爾卑斯山之旅（圖源：http://www.pasteurbrewing.com/）

這是一次近乎朝聖般的科學探險之旅。

盡管中間有些波折，但巴斯德最後獲得瞭如期的結果：而蒙坦維特冰川上打開的20個燒瓶中，隻有1個出現瞭微生物的生長。

所以巴斯德的這一系列的實驗結果表明，不同地方空氣中的微生物含量的不同，隻有含有微生物的空氣才能讓加熱過的發酵液長出菌來。這就是否定瞭自然發生學說的強大證據。

公開的決戰

就在巴斯德登上阿爾卑斯山的時候，普歇的團隊也將實驗開展到瞭室外。而且他們所采用的實驗方案和巴斯德的非常相似，都是在實驗室制備含有有機溶液的燒瓶，然後在室外不同的地方打開後再封閉，最後檢測其中微生物的生長情況。

但普歇團隊的實驗結果和巴斯德的完全不同，因為所有的打開過的燒瓶裡都長出瞭細菌。根據這一結果，普歇堅持認為無論是哪裡的空氣，都有利於生命的自然發生。

面對論戰雙方拿出的不同的結果，科學界和民間做出瞭不同的反應。在民間，更多人人相信普歇的結果，因為這維護瞭傳統的自然發生學說。而在科學界，巴斯德的實驗贏得瞭更多的信任。

1862年，法國科學院將阿爾亨伯特將頒發給瞭巴斯德。這個獎項是科學院專門為自然發生學說論戰而設立的，用來獎勵拿出具有決定性實驗證據的人。

也就是說，巴斯德在關於自然發生學說上所開展的一系列的實驗，得到瞭科學院的肯定。這讓普歇團隊覺得不公，為瞭用實驗證據說話，1863年夏天，普歇的團隊重復瞭巴斯德的實驗。為瞭這個目標，普歇一行經受瞭疲憊和嚴寒，登上瞭海拔3000米的牛比利斯山的馬拉德塔冰川。

普歇團隊艱苦的努力也獲得瞭他們想要的結果，那些裝有加熱過的幹草浸漬液的燒瓶，在接觸瞭冰川上的空氣後都長出瞭菌來，而沒有打開的燒瓶則沒有長菌，算是很好的對照。後來通過對高山上的空氣分析，他們也發現其中幾乎沒有微生物的存在。

這一結果更加讓普歇相信，是空氣本身，而不是其中的微生物導致瞭他實驗中幹草浸漬液中細菌的生長。1863年9月21日，普歇的團隊將論文發表在瞭《科學院通報上》。在論文的結尾，他們做瞭這樣的總結：

“……自然發生——即沒有父母但以環境有機物為代價而形成的新生命的產生，對我們來說是一個現實。”

普歇團隊新的結果讓自然發生的論戰再起波瀾。巴斯德也迅速做出來回應。在當年11月2日出版的《科學院通報》， 巴斯德就普歇團隊在比利牛斯山的結果發表瞭評論。在巴斯德看來，普歇團隊的實驗之所以總是出現微生物的生長，還是因為實驗不小心導致的污染。

看到自己精心開展的實驗被對手懷疑，普歇團隊同樣在《科學院通報》上做瞭反擊。為瞭還自己一個公道，普歇一方要求科學院組建一個獨立的調查委員會，他們希望在這個委員會的見證下和巴斯德一起同時開展各自的實驗。

這是一場公開的科學決戰。對於堅信自己的實驗沒有問題的巴斯德來說，這樣的決戰也是他所盼望的東西。

很快，一個有五名法國科學院院士組成的委員會成立瞭。公開實驗的時間很快就定瞭下來，就在1864年的3月上旬，地點則是國傢自然歷史博物館館長、化學傢謝弗勒爾的實驗室裡。

這樣公開的實驗對決不僅吸引瞭科學界的註意力，也讓大眾有瞭濃厚的興趣。就在大傢都期盼著這一時刻到來的時候，普歇團隊卻臨時退卻瞭。所給出的理由是三月份太冷，不利於微生物的生長，這會對支持自然發生學說的一方不利，所以希望這個公開的實驗能推遲到夏天進行。

等到氣溫適宜微生物生長的夏季的時候，普歇的團隊再一次選擇瞭退賽，這一次的理由是他們對規則的不認同。

雖然普歇一方不承認自己的失敗，但他們的退賽基本宣告瞭巴斯德的勝利。

不過需要補充一點的是，普歇一方的退賽不是因為他們對自己的不自信，他們的實驗更沒有存在造假的行為，實際上他們的實驗的結果完全真實。真正讓普歇實驗中燒瓶裡總是長菌的原因，就在其中的幹草浸漬液裡。用100攝氏度加熱巴斯德實驗中使用的發酵液可以完全將其中的微生物殺死，但卻不能完全殺死普歇實驗中使用的幹草浸漬液中所有的微生物。當引入瞭外來的空氣後，這些幸存的微生物就會生長繁殖。

最後的波瀾

隨著1864年巴斯德和普歇的爭論的結束，科學界也就在這一問題上達成瞭一致，即自然發生就是一種謬誤。

但在八年之後的1872年，事情卻又出現瞭波瀾。

1872年，英國醫生亨利·巴斯蒂安出版瞭一部一千多頁的長篇巨著《生命的開端：低等生物的產生模式，有關自然的一些記錄》。在這部著作裡，巴斯蒂安為自然發生提供瞭一個新的證據，即他自己所開展的一個實驗：燒瓶中的尿酸溶液加熱到110度後，與空氣隔離，這種情況下加熱後的尿酸溶液一直清亮無菌；但當他往裡面加入滅過菌的堿去中和pH之後，尿酸溶液卻在10個小時內變渾濁瞭，裡面長出瞭菌來。

因為這一實驗結果，巴斯蒂安重新思考瞭自然發生學說，並且給出瞭一個全新而且大膽的詮釋：生命的自然發生的確有可能，巴斯德之所以沒有觀察到是因為他的實驗沒有模擬自然界的復雜性。

這一解釋看上去很有道理，微生物的自然發生可能需要某種特殊的條件，比如這個實驗裡的中和後的某個pH值，而巴斯德的實驗並沒有去測試不同條件下生命產生的可能性。巴蒂斯安不僅出版書，指出巴斯德實驗中可能的不足，還聲稱他可以來巴黎公開重復他的這個實驗。

巴斯德邀請瞭巴斯蒂安來巴黎開展他的實驗。最終結果表明，巴斯蒂安的實驗裡長出的細菌並不是自然發生的結果，而是由於實驗過程中的污染，而且來源不止一處。

第一個污染源是在放入堿的時候導入的。在巴斯蒂安的實驗裡，他先對固體堿用120度加熱滅菌，然後用蒸餾水對它進行溶解，最後把溶解後的堿加入到尿酸溶液裡。而巴斯德的團隊的實驗則顯示，這裡用的蒸餾水中就含有細菌。

第二個污染源來自尿酸溶液本身。在巴斯蒂安的實驗裡，雖然尿酸溶液經過瞭110度的高溫加熱，這樣的溫度可以殺死絕大多數細菌，卻不能殺死一些細菌的芽孢，因為他過去的經驗表明細菌的芽孢有著更強的抗高溫的能力。

1877年，巴斯德在給巴蒂斯安的信中表明瞭自己在這個問題上的態度：

“您知道我為什麼如此渴望與您戰鬥並征服你嗎？在我看來，您是持有對醫學進步來說致命的錯誤教條的專傢之一，這種錯誤的教條就是所有疾病的自然發生學說……我再說一遍，這是一個錯誤，不利於醫學進步……”

這也是巴斯德對自然發生這一錯誤學說的宣言。