摘自：疾病的细菌理论取得突破

为了纪念 150 周年，我们重新回顾了科普故事（成功和失败），这些故事有助于定义科学进步、理解和创新，并增加了一些现代背景。探索整个档案系列并查看我们所有的周年报道。

19 世纪，罗伯特·科赫医生在东普鲁士行医，他首次在显微镜下发现了细菌。在此之前，正如《大众科学》杂志 1883 年 9 月报道的那样，人们将生病归咎于各种因素，从恶灵到“血液中的杂质”。1877 年，科赫首次在动物组织中发现了炭疽芽孢杆菌，并从中将微生物与疾病联系起来。但正是他在 1881 年分离出结核分枝杆菌（当时称为肺结核）才引发了细菌的大量发现。

仅在 19 世纪 80 年代，科赫等人就记录了一系列瘟疫：霍乱（1883 年）、沙门氏菌（1884 年）、白喉（1884 年）、肺炎（1886 年）、脑膜炎（1887 年）和破伤风（1889 年）。到 1881 年，法国化学家路易斯·巴斯德已经研制出世界上第一种疫苗，用于预防绵羊炭疽病。

亨利·格雷德尔是芝加哥的一名医生，也是《大众科学》杂志 1883 年出版的《疾病的细菌理论》（最初于 1882 年 11 月在芝加哥哲学学会发表演讲）的作者。他曾是科赫的学生，并将德国和法国的发现传到了美国和英国。格雷德尔文笔流畅，毫不掩饰他对那些不同意新细菌理论的人的蔑视，将他们比作人类古代的“野蛮人”，只看到“疾病中的恶魔”——在现代语境中，这些短语是多么粗俗。

尽管现在认为这是医学的分水岭，但当时细菌理论存在巨大漏洞，包括对免疫系统在疾病中的作用的理解。巴斯德的死对头、化学家安东尼·贝尚认为，导致疾病的不是细菌，而是宿主（患者）的状态，否则，每个人都会一直生病。贝尚的追随者坚决反对细菌理论。

正如著名科学哲学家托马斯·库恩在其 1962 年的论文《科学革命的结构》中提出的那样，细菌理论等范式转变是“革命”，因为它们震撼了科学和社会。

“细菌致病理论” （H. Gradle，医学博士，1883 年 9 月）

野蛮人把人类的灾难和疾病归咎于恶魔的影响。极端情况经常出现。人类智慧在黎明时所怀疑的事情，在人类智慧发展到最高水平时得到了证实。我们又开始相信恶魔会导致疾病，但这些破坏者现在已经有了有形的形态。我们不再像以前那样被动地、不知不觉地抵抗它们，而是开始用我们所有的智力资源在它们自己的领域与它们作斗争。因为它们不再是我们想象中的隐形生物，而是借助显微镜这一万能的工具，我们可以看到并识别出它们是活生生的生物，其尺寸接近可见度。对这些微小敌人的研究构成了细菌理论。

这种致病细菌理论在医学讨论中的重要性日益凸显，以至于渴望获得广泛信息的外行人士无法忽视它。因为它用有形的现实取代了以前在治疗疾病原因的医学分支中盛行的无谓猜测和迷信。以前——也就是在最近一段时间内——用于解释许多疾病起源的第一个原因是模糊且被滥用的“感冒”。当这个理论失败时，人们指责那些没有人确切知道的模糊化学变化或“血液杂质”（一个同样准确和方便的术语），而对于传染病，医学无知则通过援引“流行病属”来掩盖自己。细菌理论在其适用范围内消除了所有这些模糊之处。它指出了以我们研究自然界所有其他事件的相同探究精神来研究疾病原因的方法。根据细菌理论，疾病是生物体各部分与入侵的寄生虫之间的生存斗争。从这个角度来看，疾病成为自然界达尔文程序的一部分。

动物体可以比作一个巨大的群体，由大量细胞组成，这些细胞是生命的最终要素。每种组织，无论是骨骼、肌肉、肝脏还是大脑，都是由其自身类型的细胞组成的，这些细胞是该组织所特有的和特征性的。每个细胞都代表一种独立生存的元素，但只有通过其他细胞的帮助才能继续生存。通过血管和神经系统，身体的不同细胞处于相互联系和依赖的状态。动物系统在某种程度上类似于一个共和国，每个公民都依赖其他人获得保护、生存和日常生活必需品的供应。每个公民都习惯于这种相互依存，没有它他就无法生存。这个动物群体的每个公民，每个细胞，只有在它所适应的条件持续存在的情况下才能茁壮成长。这些条件包括食物和氧气的适当供应、身体各部位化学活动产生的废物的必要清除、对外部机械力和温度的保护，以及一些小细节。任何对这些生活条件的干扰都会损害整个身体的正常活动，或者，根据情况，损害有关单个细胞的正常活动。但动物系统拥有抵抗破坏性影响的手段。一个或几个公民的死亡或不活动不会使国家丧失能力。身体并不是一个僵硬的机械装置，一个轮子的损坏不会阻止整个装置的活动。在一定限度内，对单个细胞群造成的任何损害都可以通过有机体的补偿能力来修复。只有当这种补偿能力失效时，当身体无法成功抵抗不利影响时，才会出现我们称之为疾病的紊乱。这个定义使我们能够理解外部暴力、不适当或不足的食物、毒药和其他不习惯的影响如何导致疾病。但现代研究表明，由这些原因引起的疾病并不像寄生虫侵入人体引起的疾病那么多。

其中已知有少数是动物——例如旋毛虫，以及在某些罕见疾病中发现的血液中的一些蠕虫。但我们必须对付的大部分宿主是植物性质的，属于最低级的真菌——通常称为细菌。

这类微生物的不同分支都有着特殊的名称：杆状细菌称为杆菌；颗粒状细菌称为微球菌；而较为罕见的螺旋状细菌则被称为螺旋体。

细菌从四面八方包围着我们。地球表面到处都是细菌。没有陆地水域没有细菌。它们是大气尘埃的一部分，沉积在所有暴露在空气中的物体上。很难用显微镜直接证明这一事实，因为在干燥状态下细菌不易被识别，尤其是数量很少的时候。但我们可以通过它们的繁殖能力轻松检测出它们的存在。我们只需要提供合适的土壤。几乎任何动物或植物物质的浸液就足够了——例如肉汤——尽管并非所有细菌都会在同一土壤中生长。这种液体在新鲜制备和过滤时清澈如水晶，如果煮沸并保存在密闭容器中，它仍然清澈如水晶，因为沸腾会杀死可能存在的任何细菌，而烧瓶的封闭会阻止其他细菌进入。但是，只要我们在这种液体中播撒一个细菌，它就会繁殖到如此程度，以至于在黏土中，液体会因无数微生物的存在而变得浑浊。为此，我们可以将任何未经加热的陆地物体扔进去，或者将液体暴露在空气中的灰尘中。由于下沉或通过棉花过滤而失去灰尘的空气，在没有细菌的土壤中无法启动细菌生命。当然，将细菌填满烧瓶的最可靠方法是将一滴之前充满细菌的另一种液体倒入烧瓶中。

在适宜的土壤中，每个细菌生长，然后在不到一小时内分裂成两个幼菌，这些幼菌的后代继续其祖先的工作。照此速度，一个细菌如果不缺乏食物，可以在二十四小时内产生一千五百万个同类细菌！更令人震惊的是，一个微生物，其中约四百亿个细菌的重量不超过一粒，如果有足够的空间和食物，可以在三天内长到八百吨的惊人重量！

细菌在生长过程中以液体为生，就像所有其他植物以土壤为生一样。然而，细菌生长的特点是液体中任何复杂的有机物质都会分解，其程度与细菌本身的重量完全不成比例。这种破坏作用发生在细菌存在的任何地方，无论是在实验液体中，还是在通常发现细菌的固体动物或植物废物中。事实上，它构成了腐烂或腐败。属于腐败范畴的有机物质的分解过程完全是细菌生命的作用。任何杀死细菌的影响，如热量，都会阻止腐败，而腐败不会再次发生，直到其他活细菌接触到相关物质。没有细菌，就不会发生腐败，尽管细菌可以在没有腐败的情况下生存，只要没有它们可以分解的物质。

最阻碍细菌理论发展的错误莫过于错误地认为腐烂细菌与致病细菌是同一类。在动物实验中，人们得到了最矛盾的结果，这些实验要么证明腐烂垃圾中常见的真菌有毒，要么证明其无害。但科学中并不存在真正的矛盾；它们只是表面上的矛盾，因为在任何相反情况下的结果都不是在相同条件下获得的。只要我们承认每种寄生病都是由一种不同的细菌引起的，这种细菌是该疾病所特有的，只产生这种形式而不产生其他影响，那么常见的腐烂细菌对动物的不同影响的解释就不言而喻了；另一方面，同一种疾病只能由其特定的寄生虫引起。根据决定性的实验，可以肯定，至少在许多地方，各种疾病所特有的细菌漂浮在空气中。因此，充满细菌的腐烂物质可能含有致病细菌，也可能不含有致病细菌，这取决于细菌是否偶然附着在腐烂物质上。即使这些致病细菌在灰尘中的数量与我们不知道的普通腐烂细菌一样多，就其增长而言，它们也会处于不利地位。因为经验表明，大多数疾病的细菌需要特殊的土壤才能生长，不能像腐烂剂一样在任何有机废物上生存。在某些情况下，这些微小的寄生虫对环境的要求非常严格，以至于它们根本无法在它们适应入侵的动物体外生长。雷内，如果腐烂液中确实含有它们，它们至少会成为少数居民，被生长更旺盛的细菌挤走。在微观世界中，生存斗争激烈程度堪比组织最完备的生物。最适应土壤的物种会挤走所有竞争对手。

尽管腐败细菌（或者如杜马斯所称的腐败媒介）与致病细菌并不相同，但它们本身也并非无害。无论多少腐烂的液体进入动物血液，都会引起严重的疾病。但这不是真正的细菌性疾病；它是一种由细菌的生命机构在分解土壤时产生的某些物质引起的中毒。后者本身不会在动物血液中增加；它们在与活的动物细胞的斗争中被杀死。腐败细菌不需要进一步存在于腐败溶液中即可对动物产生毒性作用。只要留下形成的有毒物质，就可以用煮沸的方法杀死它们。

为了证明一种疾病是由细菌引起的，必须满足两个条件：首先，我们必须检测出该疾病的每个病例中的特征性细菌；其次，我们必须通过分离出该疾病的细菌在其他个体中重现该疾病。这两种证明可能都非常困难。有些细菌种类非常小而且非常透明，以至于它们在动物组织中很难被看到，甚至根本看不到。使用染色剂可以减轻这种困难，染色剂会使细菌的颜色与动物细胞不同。但要找到合适的染料，通常需要漫长而乏味的试验。上述命题第二部分的障碍同样令人震惊。在患者的血液或肉中发现疑似寄生虫后，我们不能肯定地指责该寄生虫是疾病的病因，除非我们能将其完全从患病身体的体液和细胞中分离出来，而不会使其失去毒性。在某些情况下，在体外培养寄生虫并不容易，但在其他情况下，这很容易做到。当然，所有这些尝试都需要小心谨慎，以防止其他可能意外引入同一土壤的细菌污染。如果我们现在可以通过感染这些分离的细菌在其他动物身上重现原始疾病，那么证据链就是完整的，无可挑剔和怀疑。但这最后一步可能并非最容易，因为人类的许多疾病不能传染给动物，或者只能传染给少数物种。

如果我们应用这些严格的要求，人类的很多疾病都不会毫无疑问是由细菌引起的。最明确的例子是脾热病，或炭疽病，这是一种家畜疾病，有时会袭击人类，当时被称为恶性脓疱。这种疾病中存在一种以微小杆状体形式存在的寄生虫，并且它具有繁殖疾病的能力，这是医学上最确定的事实之一。人们还知道，这些杆状体在患者死后在其内部形成种子或孢子，这些种子或孢子在适当的土壤中再次发芽。这些孢子是已知的生物中最耐用和最有抵抗力的物体。如果保持孢子状态，它们具有绝对的不朽性；除了长时间沸腾之外的任何温度都无法摧毁它们，同时它们可以抵抗大多数毒药的作用，甚至是腐蚀性酸，其程度几乎令人难以置信。

另一种对人类更为重要的疾病最近被添加到毫无疑问由细菌引起的祸害名单中。我指的是肺结核，或肺痨。确实，这一说法仅基于一位研究人员的工作——罗伯特·科赫。但无论谁读过他最初的描述，都必须承认，任何批评都无法攻击他坚不可摧的立场。在这里，还发现了一种杆状杆菌，极其微小和脆弱，是这种疾病的必然伴侣。凭借惊人的耐心，科赫成功地让寄生虫在纯血中生长，并将其从所有相关物质中释放出来。当这位不知疲倦的人第一次看到这种毁灭了超过八分之一人类的凶残生物时，他的灵魂中一定充满了一种罕见的情感！实验动物中没有一种能抵抗这种分离寄生虫的集中毒性。这种杆菌同样会产生持久性的孢子，每个肺痨患者都会将其吐出并散播到世界各地。

回归热是另一种已明确证实其起源的疾病。如果我们再提到脓肿，脓肿最近已被证实是由细菌引起的，那么我们几乎已经穷尽了所有人类疾病的清单，而这些疾病的病因已不再有任何疑问。一些低等动物特有的疾病也属于这一类。巴斯德的经典研究将蚕病和鸡霍乱归为同一类别。几种败血症和脓毒症在动物身上也得到了令人满意的研究。事实上，这些疾病与人类血液中毒的类似形式非常相似，因此对于病因的相似性没有任何合理的怀疑。这一假设几乎可以肯定，同样适用于分娩时的发烧。麻风病、丹毒和白喉的寄生性质的实验证明尚未完成，尽管已经接近完成。疟疾也被声称属于已知细菌性疾病的范畴，但这些证据在其他人看来并不像其作者认为的那样无可指责。

人类所有传染病都可以被怀疑是由细菌引起的。所有类比和一些单独的观察都支持这一观点，而反对这一观点的论据却无法提出；但必须承认，目前还缺乏绝对的证据。许多未知的传染性疾病，如肺炎、风湿病和布赖特氏病，也被发现与寄生虫有关，寄生虫的作用尚不确定。期待将细菌理论应用于所有此类疾病并非诡辩，即使只是因为我们绝对不知道其他可归因的原因，而这些疾病中发现的变化与已知的寄生虫变化相似。所有没有被偏见蒙蔽双眼的人都期望，细菌理论有朝一日将覆盖广阔的领域，尽管只有在我们接受任何已被证实的东西之前，它才能继续进步。

毫无疑问，在许多情况下，或许在大多数情况下，致病细菌都是通过我们呼吸的空气进入人体的。无论如何，有机体没有比肺部更容易被细菌侵入的通道了。此外，已经证明，人工注入活细菌的空气可以通过肺部感染动物。饮用水作为寄生虫的载体，在多大程度上可以被指控为导致疾病，这一点尚不能确定。目前，关于这一点的证据很少，而且证据也模棱两可。因此，在四面八方都受到这些无情入侵者的攻击时，我们居然能抵抗到这种程度，这似乎有点奇怪。事实上，反对细菌理论的论点之一——确实很薄弱——是，虽然它解释了为什么有些人会成为细菌的受害者，但它并不能解释为什么其他人没有遭遇同样的命运。如果我们所有人都受到我们呼吸的空气中看不见的敌人的威胁，那么为什么这么多人都能逃脱呢？如果我们将一百瓶肉汤暴露在同样的空气中，它们都会同时受到污染。但动物体并不是细菌可以不受干扰地生长的死土。虽然我们的血液和体液是寄生虫最需要的食物，虽然动物体温为它们提供了最好的生活条件，但它们仍然必须与动物体细胞争夺生存。我们还不知道我们的组织以何种方式自我防御，但它们确实会抵抗，而且往往能成功，这是一个不可避免的结论。我们可以在某些情况下通过实验证明这种抵抗力。普通的腐败细菌可以在死血中茁壮成长，但如果注入活血管，它们很快就会死亡。然而，致病细菌更能适应它们侵入体内时所遇到的条件，因此，它们可以与宿主进行更长时间的战斗，即使它们最终屈服。

身体对入侵者的抵抗力或缺乏抵抗力在医学上被称为易患疾病。我们不知道这种易患疾病的真实情况。经验表明，不同的个体对抗寄生虫的能力并不相同。在这里，就像在整个自然界中一样，战斗以适者生存而告终。入侵者如果站稳脚跟，很快就会凭借其惊人的增长率获得优势。在某些情况下，它们通过产生有毒物质来进行战争，在其他情况下，它们夺走动物细胞的食物和氧气。如果有机体能够抵御这些攻击，能够在长期围攻期间保持营养，最终能够消灭攻击者，那么它就赢得了战斗。对我们来说幸运的是，一次胜利意味着永远的胜利，至少在许多情况下是如此。大多数传染病一生只会袭击一个人一次。这种幸运免疫力的性质尚不清楚。流行的观点认为，这种疾病会将所谓的“毒药”从体内排出，这与相反的假设一样，缺乏实质性依据，即寄生虫在体内留下了一种对自己有害的物质。事实上，不太可能从纯粹的化学角度给出解释，但细胞是如何改变的，以便在第二次入侵时挫败攻击者，目前仍是一个推测问题。不幸的是，还有其他可能由细菌引起的疾病，它们不能预防，反而会直接引发未来的攻击。

现在一个备受争议的问题是，每种病菌是否属于不同的物种，或者一种疾病的寄生虫是否可以改变以产生其他疾病。当细菌研究刚刚开始的时候，人们理所当然地认为，所有的细菌形式、酵母细胞和霉菌都只是同一种植物的不同阶段。这种观点早已被认为是错误的。但即便如此，一些植物学家仍然声称，所有的细菌都属于一个物种，根据周围环境的不同而呈现不同的形态，而且这些形态是可以相互转化的。这个问题很难回答，因为不同能力的细菌在形态上可能彼此相似。因此，如果在烧瓶中培养的物种被意外引入的其他细菌污染，这种情况很可能会发生，那么最严重的错误就可能出现。但是，我们的方法越精确，我们的经验越积极，我们就越倾向于认为每种细菌都代表着一个与高等动物中单独的物种一样独特和有特征的物种。从医学角度来看，这个观点确实是唯一可接受的观点。

疾病的本质是相同的，无论它攻击谁，也无论在个案中其严重程度如何。每种传染病只会繁殖自己的同类，而不会繁殖其他种类。当我们用一种孤立的致病细菌做实验时，它总是会引起同一种影响，如果它真的出现的话。

但越来越多的证据表明，虽然我们不能将一个物种变成另一个物种，但我们可以改变寄生虫的力量和活性，简而言之，就是毒性。巴斯德已经证明，当鸡霍乱细菌被保存在敞开的容器中，暴露在空气中数月时，它们与动物细胞抗争的能力会逐渐减弱。在它们毒性减弱的任何阶段，把它们放在它们可以生长的新鲜土壤中，无论是在动物体内还是在体外，它们都会像以前一样繁殖。但新品种只具有其父母的改良毒性，并将其传递给其后代。虽然寄生虫的形式没有改变，但其生理活动已经改变：它不再产生致命的鸡霍乱形式，而只产生轻微的攻击，动物会从中恢复过来。通过进一步削弱寄生虫，它给宿主带来的疾病的严重程度几乎可以降低到任何程度。然而，这些轻微的攻击可以保护动物免于复发。通过接种改良的疾病，鸡获得了对致命形式的免疫力。用巴斯德的话来说，寄生虫可以通过在削弱其能力的条件下培养而转化为“疫苗病毒”。因此，我们可以看到未来有一天可以接种疫苗来抵抗所有疾病的美好前景——一种疾病可以对另一种疾病产生免疫力。巴斯德以同样的方式成功地治疗了另一种更为重要的疾病，即脾热病。他还通过特殊的培养方式对这种疾病的寄生虫进行了改良，使其产生轻微的攻击，从而保护鸡免受更严重的疾病。巴斯德自己对法国农场的家畜接种炭疽病疫苗的结果的描述令人眼花缭乱。但他的助手在其他国家重复他的实验却没有那么有说服力。在匈牙利，通过接种疫苗获得的免疫力并不绝对，而保护性接种本身摧毁了大约 14% 的牛群。

然而，尽管巴斯德的研究激发的热情可能超出了事实的范畴，但他至少开辟了一条新道路，有望带来对人类至关重要的成果。

任何寄生虫病的理想治疗方法是使用对寄生虫有特定破坏作用但对宿主（即动物体细胞）无害的药物。但我们不知道有这种功效的物质。所有所谓的防腐剂，即抑制细菌生命的化学物质，对人体的伤害与细菌一样大，甚至更大。因为所有生物中，细菌的特点是抗毒。确实，有人尝试通过体内使用石炭酸来治疗细菌疾病（如果不是全部的话），但他们表现出如此天真的幼稚，不值得认真考虑。比寻找新的哲学之石更有希望的是，希望通过使条件不适合细菌生长，从而为生物体提供更好的机会与细菌作斗争，来阻止细菌入侵人体。让我用巴斯德描述的一个例子来说明这一点。鸡几乎可以抵抗脾热。巴斯德将这种保护归因于该动物的高正常体温，即 42°C。在这种温度下，炭疽杆菌仍可生长，但会变得虚弱。鸟类体内的细胞在自身温度下生长得最好，因此可以战胜虚弱的入侵者。然而，通过冷水浴降低动物的体温，会使它死于疾病，但如果及时恢复正常体温，它就会康复。在治疗人类疾病方面，我们还没有实现任何此类实践，但该方向的研究正在稳步进行。

就直接利益而言，细菌理论最直接的成果是我们能够更明智地限制传染病的传播。了解这些患者散发的毒素的性质，并研究其在自然界中的分布方式，我们可以阻止它传染给其他人，从而使他们免于与寄生虫的亲身斗争。没有哪个例子比李斯特开创的消毒手术原则更能体现细菌理论知识所带来的好处。这位人类的恩人认识到，伤口愈合中最大的干扰因素是细菌的进入。在此之前，众所周知，伤口如果不被干扰，就会愈合得很好，发烧和其他生命危险是伤口的偶然后果，而不是必然后果。但李斯特是第一个指出这些事故是由于细菌进入伤口而导致的，这种危险的并发症是可以预防的。通过从伤口中排除寄生虫，外科医生让患者免于不必要的、危险的挣扎，让伤口有机会以最完美的方式愈合。只有将抗菌手术之前的不确定性以及无法避免的痛苦与现代外科医生的理想结果进行比较的人，才能体会到世界对李斯特先生的感激之情。抗菌手术每年避免的痛苦和挽救的生命数量是细菌理论在医学中的应用所带来的第一个实际收益。

一些文本已被编辑以符合当代标准和风格。