世間事,除了生死,哪一件事不是閒事。——倉央嘉措
細菌是非常微小而又原始的生物,生長繁殖方式與高等動植物有較大差異,這就不得不重提細胞學説。1838-1839年,德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出:所有動植物都是由細胞組成的。
健客:嗯,我知道。在《自然産生論》那篇,提到了這兩位“施大爺”的豐功偉績。
雲飛:哈哈,靈光了。
健客:嗯呢,好像還有一個魏爾肖。閒聊時,大家挺感興趣,我講的就特帶勁兒,都串起來了。
雲飛:把知識講出來,學習效率自然就提高了,而且傳播科學知識就是增進社會福利,功德無量啊!
1858年,德國科學家魏爾肖提出了細胞通過分裂産生新細胞的觀點,論證了整個生物界在結構上的統一性,以及在進化上的共同起源,推動了生物學的發展,為辯證唯物論提供了重要的自然科學依據。
健客:這個魏爾肖就是那個在《悲情英雄》故事裏,反對塞麥爾維斯洗手主張的人吧。
雲飛:我對你真刮目相看了。魏爾肖對細菌學這門新科學的態度是複雜的。他對細菌在致病中起作用的觀點有點抵觸,在洗手這個問題上一葉障目了。他認為患有某種疾病的病人體記憶體在某種微生物並不總是表明這種微生物是致病的原因。他提出:早在毒素被發現之前,一些細菌可能就産生了這些物質。今天看,這些觀點仍相當深刻。
就貢獻而言,作為細胞學説集大成者,魏爾肖遠在塞麥爾維斯之上。魏爾肖還是一位偉大的人道主義者,是那個時代最傑出的醫生,甚至與自希波克拉底以來各個時代的名醫並駕齊驅。他關心社會大眾健康和公共衛生事業,把政治改革的思想與醫學改革相結合,倡導醫學教育改革。1848年他赴西裏西亞調查斑疹傷寒爆發,他認為大眾健康的惡化應歸咎於惡劣的社會條件,政府應負責任。他説:“醫學是一門社會科學,而政治只不過是大規模的或更高級的醫學”。沒想到160多年後的新冠疫情,再次證明了魏爾肖的遠見卓識。
健客:欽佩!
雲飛:恩格斯把細胞學説與能量守恒和轉換定律、進化論並譽為19世紀三大最重大的自然科學發現。
動植物繁殖普遍涉“性”。細菌就簡單了,誰讓它們是單細胞原核生物呢。細菌生長是指細胞物質有規律地、不可逆增加,導致個體體積擴大。當細胞個體生長到一定階段,通過特定方式産生新的生命個體就是繁殖。在高等生物裏這兩個過程可以明顯分開,但對單細胞的細菌,這兩個過程緊密聯繫、很難劃分。研究細菌的生長繁殖,一般指群體,如菌落,這一點與動植物研究不同。
科恩對當時學術前沿的細胞學説,有很深的造詣。19世紀50年代,他重點研究植物細胞的生長和分裂;60年代,他從多方面研究植物生理學;70年代,開始研究細菌學。他對細菌進行了重新定義:細菌是一種不含葉綠素、有特定形狀、並以二分裂法繁殖細胞的生物。
健客:等等,什麼原核生物?什麼是二分裂?就討厭這些詞,字都認識,意思都不明白。不過學會以後,還是挺唬人的,聊天時順口帶出來,顯得倍兒高級,倍兒有面子。
雲飛:嗯唉。簡單説,原核生物就是原始單細胞生物,細胞核無核膜包裹,只存在稱作核區的裸露DNA。 它包括細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體、支原體、藍細菌和古細菌等。它們結構簡單 ,個體微小,一般為1~10 µm,僅為真核細胞的十分之一至萬分之一。
細菌主要以二分裂方式繁殖,細菌生長到一定時期,在細胞中間逐漸形成橫隔,由一個母細胞分裂為兩個大小相等的子細胞。細胞分裂是連續的過程,分裂中的兩個子細胞形成的同時,在子細胞的中間又形成橫隔,開始細菌的第二次分裂。有些細菌分裂後的子細胞分開,形成單個的菌體,有的則不分開,形成一定的排列方式,如鏈球菌、鏈桿菌等。人類弄明白二分裂的具體過程要等到電子顯微鏡問世以後了。
細菌繁殖一般約20-30分鐘就分裂一次,即為一代。觀察肉湯培養細菌,在適宜的溫度下,肉湯很快變渾濁。表明在肉湯中有大量細菌迅速生長繁殖。當然,有些細菌,如結核分枝桿菌的繁殖速度較慢,需要15-18小時才能繁殖一代。
健客:一個細菌可以分裂成兩個一模一樣的同類,用這種方式,細菌不斷自我複製繁衍,是不是就能避免衰老了呢?
雲飛:想法很好,但事實並非如此,細菌也有自己的生長週期,或者説壽命。2005年,眾多媒體報道了法國國家健康與醫學研究院斯圖爾特等人的新發現。他們在研究一種大腸桿菌時發現,呈現出小棍形狀的大腸桿菌,一端是分裂時新産生的,另一端則是上一代細菌的一端。由於上一代細菌的一端實際上已經經歷多次分裂,因此在一大群新細菌中,總有一些新細菌的一端是幾代以前的細菌的一端,而這種細菌的分裂繁衍速度比其他同類要慢得多。斯圖爾特等人由此認為,經過數代,始終保留有較老一端的細菌將逐漸停止分裂並走向衰亡。斯圖爾特説:“他們只得到了初步的研究成果,他們還將研究具體使大腸桿菌等細菌停止分裂的生物機制,從而準確描繪出細菌的生長週期。”
言歸正傳。科恩還發現某些細菌在其生長髮育後期,在細胞內形成的一個圓形或橢圓形,厚壁,含水量低,抗逆性強的休眠體構造,稱為芽孢。在不同細菌中,芽孢所處的位置不同,有的在中部,有的在偏端,有的在頂端。芽孢一般呈圓形、橢圓形、圓柱形。當時的觀念認為煮沸就可以殺死所有細菌,但科恩發現某些細菌(例如枯草桿菌)會産生耐高溫的芽孢,在沸水中仍不會被殺死。這也駁斥了當時因為煮沸過的枯草溶液有時還會長細菌,而盛行不衰的生命自然發生學説。他在耐熱細菌領域的工作幫助同時代人了解了為什麼煮沸是一種不可靠的滅菌方法。這就是普歇在與巴斯德論戰中,敗下陣來的真正原因。
健客:嗯,普歇就是那個自然發生論的支援者。
雲飛:唉,枯草桿菌芽孢上演了“野火燒不盡,春風吹又生”的迷幻劇。
細菌芽孢跟植物芽孢雖然名字類似,但從生物學角度看,其實大不相同。植物芽孢可以看作是一種生殖細胞,植物借它傳播後代,而細菌芽孢並不是生殖細胞,倒更像是一具伺機復活的“僵屍”。
這類細菌遇到難以繼續生存的惡劣環境時,會坍縮成一個小點,細胞壁順勢層層包裹這個中心,這就是一個芽孢。這個過程中細菌會拋棄大部分物質,只留下遺傳資訊和一點基本的“建築材料”。細菌變成芽孢之後就處於休眠狀態,完全不消耗能量。“無欲無求”就無須擔心饑荒問題。
芽孢的生命力非常強大。據説,有研究人員在摩洛哥野外發現一種細菌,它的芽孢經歷420℃的高溫依然能復活。這樣的抗打擊能力讓芽孢能在自然界長時間休眠,而一旦遇到適合的生長環境,就可以重新恢復生命力。1995年,加州理工大學的生物學家從兩億多年前的琥珀裏提取出一種細菌芽孢,並且成功地讓其重新繁殖。消滅芽孢可不是一件容易的事。例如科赫發現的炭疽桿菌芽孢,必須用高壓消毒設備才能殺死。家庭條件下,用百分之十濃度的次氯酸鈉消毒劑,可以在幾分鐘裏殺死大部分炭疽芽孢,浸泡時間越長消毒越徹底。
健客:我記得,家中常備的“84消毒液”主要成分就是次氯酸鈉,用它殺菌是塞麥爾維斯的偉大發現。
雲飛:子曰:“溫故而知新,可以為師矣。”孔子説:“在溫習舊知識時,能有新體會、新發現,就可以當老師了。”
譬如我們讀書,已經讀過的書,我們再讀就是古人講的溫書,就是溫故。尚未讀過的書,現在正在研讀,以求了解書中所載的道理,這就是知新。所以溫故知新是講新學的,必定是在已經學過的基礎上再提升。朱熹的《集注》裏面講“溫,尋繹也”,這個尋繹就是回顧和研究的意思;“故者,舊所聞”,就是過去所聞的,所學的;“新者,今所得”,現在所得的。朱熹講“溫故而知新”,有他新穎之處。
健客:他怎麼説,有什麼新意?
雲飛:朱熹説:“言學能時習舊聞,而每有新得,則所學在我,而其應不窮,故可以為人師。若夫記問之學,則無得於心,而所知有限,故學記譏其‘不足以為人師’,正與此意互相發也。”他這裡是由溫故來發明新的意思。他説“學能時習舊聞”,這個習,粗淺的來講是溫習,再深一步講,有練習、實踐、落實的意思。就是把所學的,用到自己的日常工作生活中,待人處事接物,都能運用你所學的,這叫“學能時習舊聞”。正如學而篇第一章講的,“學而時習之”,這是講到溫故,不是説只是記在口上,口裏能講,是真正入了心,而落實到自己的行為上,那麼你就“每有新得”了。這個新得就是實證道理,提升境界。古人講:學問包括信、解、行、證四個階段。最後要落實在行和證上。學習的高標準就是“內化於心,外化于行”。
健客:我覺得“分享”才是硬道理。越聊,學習越有效率;越聊,腦子越好使。我説的吐沫橫飛,他聽的津津有味,這才是會聊天,才是社交,才是生活。
1877年,英國的廷德爾建立了間歇滅菌法。自然發生論的支援者認為,生物可以從非生物中産生。約翰廷德爾在一個特別設計的盒子裏進行了他的實驗,這個盒子叫做“廷德爾室”,他用這個盒子證明了灰塵攜帶細菌。如果沒有灰塵,即使直接暴露在空氣中,無菌肉湯仍將無限期地保持無菌狀態。他觀察到煮沸超過 5 小時不足以殺死某些細菌,並得出結論,細菌具有熱穩定和熱不穩定階段,從而證明存在耐熱形式的細菌。廷德爾根據菌體在100℃溫度下半小時即可被殺死,而其芽孢在這種條件下卻不會失去活力這一現象,通過交替加熱和冷卻對食物進行徹底消毒。具體方法是用100℃處理半小時,殺死培養基內雜菌的營養體,然後將這種含有芽孢的培養基在溫箱內或室溫下放置24小時,使芽孢萌發成為菌體。這時再以100℃處理半小時,再放置24小時。如此連續滅菌3次,即可達到完全滅菌的目的。間歇滅菌通常在流動蒸汽的滅菌鍋中進行,也可用普通鋁鍋代替。這種滅菌方法多用於明膠、牛乳等物質的滅菌,這類物質在100℃以上的溫度下處理較長時間,會被破壞,而用間歇滅菌法就既起到了殺菌作用,又使被處理的物質免遭破壞。
健客:細菌自然死亡過程是什麼樣的呢?
雲飛:這個説起來可能有點抽象,讓我們以一個河水自然凈化場景為例吧。污水攜帶細菌進入河流後,由於環境的變化,如基質減少、日光殺菌、水溫及酸鹼度不適、化學毒物存在、吞食細菌的原生動物存在等,使污水中帶來的細菌逐漸死亡,從而使水體在一定程度上得到自然凈化。河流自凈作用包含十分廣泛的內容,這些作用又常相互交織在一起。
健客:能説説消毒方法嗎?
雲飛:那可多了去了。
健客:打住,就撿應用最早、最常用的消毒方法,簡單説説。
雲飛:應用最早、效果最可靠、使用最廣泛的消毒法是熱力消毒法,熱可以滅活一切微生物,包括細菌、真菌、病毒,甚至抵抗力最強的細菌芽胞。
熱力消毒中,分為幹熱和濕熱二類。幹熱:可使菌體蛋白氧化、變性、炭化和使電解質濃縮引起細胞中毒。濕熱:可使菌體蛋白質凝固、變性。常用的幹熱消毒主要包括:幹烤(電熱、紅外、微波)、燒灼、焚燒。常用的濕熱消毒主要包括:煮沸、流通蒸汽、低溫消毒(巴氏殺菌)、間歇滅菌(廷德爾滅菌)、壓力蒸汽滅菌(下排氣、預真空)。
日常生活要喝到新鮮牛奶,卻是有一段慘痛的歷史故事,英國紀錄片《Inside The Factory》,講述這些最常見的食品背後故事。
工業革命之前,想要喝到鮮奶其實不太容易,尤其若是在城市裏,想喝新鮮牛奶就代表奶牛不能離太遠,當時人們習慣飲用未經加工的生牛奶,而生牛奶極容易變質,尤其若天氣炎熱,剛擠出來的牛奶放2個小時就會變質,所以奶牛基本上要養在城市附近,但這樣延伸的問題不僅是成本高,給城市環境帶來的影響更嚴重。
而工業革命之後,火車及鐵路出現,改變人類飲食,北美火車把沒人要的波士頓龍蝦推廣成為高級食材,英國火車則讓大城市居民能夠喝到足量的牛奶,沒想到的是,竟然帶來牛結核病。原本散養的方式,即使出現病牛,帶有病原體的牛奶並不會馬上擴散開來,改用鐵路集中運輸後,不同奶牛甚至不同養殖場的奶源混在一起運輸,一頭病牛的奶能污染上千頭牛的奶,而且病原體不會因為稀釋而失去傳染力。
欲知後事如何,且聽下回分解。
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