馬古利斯科學肖像（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人類等所有生命形式在內的世界視作“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依據(jù)，但由于當時人們的忽視，導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)

預防醫(yī)學的萌芽

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，且他的技術僅能用于天花病的預防，但確實為預防醫(yī)學開辟了一種有章可循的途徑。

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

左：“微生物學之父”巴斯德科學肖像（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，就不得不提這門學科的奠基人——德國細菌學家柯赫。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說。在微生物基本操作方面，他領導的實驗室建立了多種微生物的純培養(yǎng)及染色方法，設計了細菌培養(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核菌的一系列研究，柯赫榮獲了1905年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

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 右：巴斯德在研究微生物學和疫苗

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）是導致人類歷史上很多“大災難”（瘟疫）的罪魁禍首。

19世紀與20世紀之交，微生物學迅速發(fā)展并分化。比如在病毒學方面，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，德國科學家發(fā)現(xiàn)牛口蹄疫病毒;1901年，美國人分離出了黃熱病病毒。

隨之而起的是化學與抗生素治療技術的發(fā)展。1909年，德國科學家歐立希合成了治療梅毒的化學藥物一申凡鈉明和新申凡鈉明：1928年，英國生物化學家弗來明首先發(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，英國病理學家弗勞雷、德國生物化學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年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。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，美國科學家艾弗里和他的同事在肺炎雙球菌的轉化實驗中發(fā)現(xiàn)了生命的遺傳物質是DNA，1953年，沃森和克里克提出DNA雙螺旋結構以及半保留復制假說，標志著分子生物學的形成，而這門學科的創(chuàng)立也反過來加深了微生物學的本質研究。

病毒的組成往往很簡單，最基本的構成便是遺傳物質（DNA、RNA）和蛋白質，有時也會存在糖類與脂質成分的修飾;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，指導合成病毒相關蛋白質——它們的結構雖然很簡單，但可以迅速復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，工程菌的構建促進了微生物學的進步;反過來，微生物學則更加推動了生命科學的發(fā)展，促進了許多重大理論問題的突破，對生命科學研究和技術發(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”的事物可能更基礎或更重要。

2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者屠呦呦科學肖像（繪圖/劉夕慶）

弗萊明科學肖像（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或醫(yī)學獎，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

微生物學之父

巴斯德以倡導疾病細菌學說、發(fā)明預防接種方法聞名。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”學說，他著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證明了空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。另外，他還首次研制成狂犬疫苗等并為之應用。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）。