科學始終是不公道的。如果它不提出十個問題，也就永遠不能解決一個問題。——蕭伯納
1876年，荷蘭國家農業學院在瓦格寧根成立。德國農業化學家麥爾赴荷蘭擔任瓦格寧根農業試驗站主任、國家農業學院植物系主任。一位剛畢業的博士應聘植物學教師，入職後專注教學和實驗，他就是25歲的拜耶林克。麥爾對這位小8歲的下屬特別關照，兩人經常在一起討論各種學術問題。
健客：荷蘭國家農業學院很有名嗎？好像沒聽説過啊！
雲飛：就是現在的瓦格寧根大學，全稱瓦格寧根大學與研究中心，是歐洲乃至全世界農業方向與生命科學最頂尖的研究型大學之一，其農業科學、生命科學、食品科學、環境科學等在全球享有極高的聲譽。瓦格寧根大學在荷蘭的地位和清華北大在中國的地位一樣。
1879年，麥爾注意到當地煙草作物染上了一種怪病，長出的綠葉一旦出現黃色斑紋，葉片就會慢慢捲曲起皺，直至死亡，給煙草生産造成了巨大損失。麥爾將這種病定名為“煙草花葉病”。他曾研究過種子、氣溫、氣候、光照、土壤等對煙草花葉病的影響，結果都一一排除。那時候，人們已經開始接受“細菌致病理論”，那麼煙草花葉病會不會也是因細菌感染造成的？麥爾決定模倣科赫的研究，他將患有花葉病的煙草葉子搗碎，從中提取汁液，並用玻璃毛細管注入多株健康煙草的葉脈中。結果發現這些煙草已經長出的葉子都正常，但大約10天后新長出來的嫩葉幾乎都出現了花葉病症。進一步實驗，將患有花葉病的煙草葉子搗碎，從中提取汁液，加熱到80℃，並用玻璃毛細管注入多株健康煙草的葉脈中。結果發現這些汁液失去了傳染性。因此，麥爾懷疑患病煙草葉子的汁液中含有可傳染花葉病的細菌。只要是傳染，就指向細菌，這似乎成了思維定式。他使用當時最先進的光學顯微鏡進行觀察，用培養皿進行培養，但仍然沒有找到這種“細菌”。於是，他開始給健康煙草接種各種各樣的已知細菌，看看導致煙草感染花葉病的細菌是不是其中的一種。未果後，他又給健康煙草接種一些動物和人的糞肥，以及磨碎的過期奶酪和腐敗的豆製品，看看會不會是真菌作用的結果，所有這些努力都未能幫助麥爾找到煙草花葉病的致病因子。麥爾後來又做了一系列實驗。他發現，用單層濾紙過濾患病煙草葉子的汁液時，致病因子是能夠通過濾紙的。但他還發現，使用雙層濾紙過濾時，提取液會變成“透明濾液”，而且這種濾液不具有傳染性。由此，麥爾推定，煙草感染花葉病不可能是由真菌引起的，因為即使是酵母這樣的微小真菌也比細菌大的多，更加不能穿越濾紙，也就是説它們在第一次過濾時就會被濾除。麥爾認為，煙草花葉病也不會是酶參與作用的結果，因為酶之類化學物質不僅不能自我繁殖，而且即使是使用多層濾紙過濾也不至於被濾除。儘管如此，麥爾給出的最終結論仍然是：煙草感染花葉病與細菌有關；患有花葉病的煙草葉子污染土壤後容易引起花葉病，因此不能將病變煙葉放置在煙田裏。雖然麥爾並沒有找到煙草花葉病的致病因子，但1886年，他還是公開發表了上述研究結論，至少致病因子能夠通過濾紙的這一發現是非常可貴的。他的研究結果對正在撰寫煙草花葉病有關學位論文的俄國學生伊萬諾夫斯基，以及拜耶林克産生了很大的影響，併為他們取得突破奠定了重要基礎。
伊萬諾夫斯基在重復麥爾的實驗時發現，使用兩層濾紙對患有花葉病的煙草葉子的汁液進行過濾後，所獲得的濾液仍然具有傳染性，這與麥爾的實驗結果明顯不符。於是，他使用了一種當時最為先進的尚柏朗氏過濾器對患有花葉病的煙草葉子的汁液進行了過濾。結果，所獲得的濾液同樣具有傳染性。在伊萬諾夫斯基看來，只有兩種可能性可以解釋這種現象：一是過濾器品質問題，以致具有傳染性的細菌通過了通常根本無法通過的微小濾孔；二是濾液中的致病因子是毒素類物質，這種毒素有可能是細菌在過濾過程中分泌出來的。總而言之，在年輕的伊萬諾夫斯基看來，傳染性都是由細菌導致的。可見，巴斯德和科赫的細菌致病説在當時多麼具有影響力。正因為如此，他未能對該項實驗結果所揭示的意義進行深入的思考和探究。1892年，他向聖彼得堡科學院提交了一篇題為“關於煙草花葉病”的論文，介紹了上述研究發現。因此，後來很多學者，尤其是俄國學者據此認為，伊萬諾夫斯基發現了濾過性病原體。他雖然率先發現通過細菌過濾器的濾液仍然具有傳染性這一現象，但卻未能明確提出濾過性病原體這一概念。
1898年，拜耶林克發表了一篇著名論文，提出了“傳染性活流質”的概念。1900年，他又將這篇論文翻譯成了法文，從而引起了廣泛的關注。拜耶林克也用了尚柏朗氏過濾器，濾液有傳染性。一方面，使用最先進的光學顯微鏡無法從濾液中找到致病因子；另一方面，無論是在有氧的環境下，還是在無氧的環境下，對濾液進行培養後，結果都顯示濾液中沒有任何細菌。這種感染性來自於什麼？拜耶林克沒有裹足不前。拜耶林克對濾液進行大劑量稀釋後做了一組對比實驗，他發現大劑量稀釋後的濾液和未經稀釋的濾液對健康煙草産生感染的程度幾乎沒有差別。而且，受稀釋濾液感染的煙草葉子的汁液仍然具有很強的感染性，健康煙草接種其汁液後仍然都會出現花葉病症狀。於是，拜耶林克推定濾液的感染性不是由無生命的化學物質引起的。如果濾液中存在有生命的致病因子，那麼這種致病因子是如何增殖的呢？
拜耶林克又做了一組對比實驗。他用尚柏朗氏過濾器對健康煙草葉子的汁液進行了過濾，並獲得了一批濾液。他將這種濾液加入到有傳染性的濾液中之後，再給健康煙草進行接種。他發現健康煙草感染後的病症表現程度與他用同體積的蒸餾水稀釋後的帶有傳染性的濾液的情況一樣。這意味著致病因子並沒有在健康煙草葉子汁液的濾液中發生增殖。它表明，致病因子只有在有細胞的條件下才有可能發生增殖。
健客：等等，對最後這個實驗有點糊塗啊！
雲飛：健康煙草葉子既有營養成分，如澱粉、蛋白、脂肪、纖維素等，也有活細胞，如表皮細胞、薄壁細胞和厚壁細胞等，先經過充分研磨，再經過嚴格過濾，確保濾液不含活細胞。該濾液與蒸餾水等效，説明病毒在無活細胞的營養液中不增殖，這與細菌有明顯不同。
健客：説這麼多實驗有什麼用呢？120多年前的往事了。
雲飛：慢下來，別向看某些新聞那樣一目十行。你會發現魅力四射的科學思維，不僅實用，而且美麗。
儘管濾液中的致病因子無法用光學顯微鏡觀察到，但並不能排除它是比細菌還要小的超顯微顆粒的可能。於是，拜耶林克又使用瓊脂凝膠做了一組實驗。他將從患病煙草葉子的汁液中提取的濾液滴到瓊脂凝膠上，然後將其抹勻，並定期加注純凈水，以方便濾液擴散。拜耶林克認為，如果濾液中的致病因子具有可溶性，那它就會滲透到瓊脂凝膠內部；如果致病因子具有顆粒性，那它就不會擴散。結果顯示，濾液10日後能夠向瓊脂凝膠內部至少擴散2毫米。而且，擴散至瓊脂凝膠內部的濾液仍然具有傳染性。細菌無法穿過緻密的瓊脂凝膠，這比濾紙過濾更能説明問題。拜耶林克據此推定，煙草花葉病的致病因子是一種液體或者是可溶的，如葡萄糖溶液在分子層面向瓊脂凝膠內部擴散，也就是説不是顆粒狀的。
為了弄清煙草花葉病致病因子是如何感染煙草組織的，拜耶林克進行了一系列觀察。他發現，健康煙草接種病變葉子汁液的濾液後，總是在新長出來的嫩葉上出現花葉病斑，已經完全成熟的煙草葉子上並不會出現花葉病斑。葉子在生長過程中，總是在葉尖部位出現花葉病斑，在葉尖下部並不會出現花葉病斑。而且，土壤中的致病因子是由根部進入煙草體內的。因此，拜耶林克推定，致病因子先進入煙草莖部，然後再感染正在進行細胞分裂的組織——葉芽或葉尖。致病因子只會在細胞組織分裂、生長時才增殖。儘管不會在不再分裂的成熟的細胞組織中增殖，但卻可以通過其傳播擴散。
拜耶林克還對煙草花葉病致病因子的活性進行了深入研究。他發現，濾液保存三個月之後，其傳染能力並沒有出現任何變化。而且，在40℃的條件下將在病葉汁液中浸泡過的濾紙烘乾後，仍能使健康煙草出現花葉病症；將自然乾燥後的病葉放置在植物標本箱裏保存兩年後，同樣能使健康煙草感染花葉病。不過在這兩種情況下，致病因子的感染能力都會有所減弱。此外，將病葉汁液的濾液加熱到90℃後，濾液將會完全失去活性，不再具有傳染性。
拜耶林克還做了一項有關煙草花葉病致病因子的越冬性實驗。他在秋季終止給患有花葉病的盆栽煙草澆水，等其枯死後再拔出煙草，並將粘在煙草根部的土放回盆中。第二年春天，他在幹放了一個冬季的盆子裏栽了幾顆健康煙草。他發現，這些健康煙草最終都不同程度地患了花葉病。拜耶林克由此推定，煙草花葉病的致病因子即使在乾燥的土壤中也能越冬，而且這些致病因子在春天會經由新栽培的煙草根部、莖部，感染煙草葉子，使其出現花葉病斑。儘管當時的實驗條件和對細胞的認識有限，但拜耶林克的上述推論和假設有不少後來被證明與事實還是相當吻合的。
拜耶林克的“傳染性活流質”的概念包含這幾層含義：一是能通過細菌過濾器；二是具有傳染性；三是能在生物體內增殖，但不能在體外生長。簡言之，病毒是一種濾過性病原體。
19世紀末20世紀初，細菌致病學説正處於鼎盛時期。當時，傳染病皆由細菌或其毒素引起的觀點獲得了廣泛認同。因此，當可以通過細菌過濾器的新型病原體——煙草花葉病毒被“發現”後，微生物學界仍然不願意拋棄既有的理論和概念，而將這種新型病原體繼續視作一種細菌。拜耶林克雖然改造了傳統的“病毒”概念，並賦予其全新的涵義——“傳染性活流質”，但很少有人表示接受。因為根據以往的經驗人們很難想像非顆粒形態的流質也像單細胞細菌那樣具有生命力。
健客：正在興頭上，繼續往下説啊，最後，誰發現了煙草花葉病毒啊！
雲飛：拜耶林克的推斷也不完全正確，不公道的科學總在不斷進步，後來的故事和諾獎級的發現，咱們放到病毒傳中説哈。
如果説麥爾為拜耶林克指引了前進的方向，那麼拜耶林克則引領了維諾格拉茨基。維諾格拉茨基是俄國微生物學家，土壤微生物學的創始人之一，比拜耶林克小5歲。他首先發現硝化作用為硝化細菌所引起。在1885～1888年間，他分離得到能使銨氧化為亞硝酸鹽的亞硝化單胞菌屬和亞硝化球菌屬，以及能使亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽的硝化桿菌屬兩種細菌。這一發現將氮迴圈又推進了一大步。1887年，對於貝日阿托菌屬的研究期間，他發現了第一個已知的無機營養生物形式。在流出硫礦泉的通道口，他發現長有一些絲狀物，它們由大量貝日阿托氏菌組成，饑餓的貝日阿托氏菌，一段時間後體內的硫顆粒會消失，可是給予硫化氫後，硫粒又再次出現了。經過幾小測試後他推測硫在貝日阿托氏菌體內氧化了，而且這些氧化過程是該菌的主要能量來源。1885～1890年，維諾格拉茨基配成純無機培養基，用硅膠平板分離出自養菌，如硝化細菌、硫化細菌等。
地球上的大多數微生物被認為是不可培養的，這意味著它們不能被隔離在試管或培養皿。由於許多因素，包括微生物依賴於其他代謝産物。維諾格拉茨基柱中的條件與微生物的自然棲息地，包括它們與其他生物的相互作用,緊密地模倣，並允許它們在實驗室中生長。因此，維諾格拉茨基發明的這項技術允許科學家研究這些生物體，並了解它們對地球生物地球化學迴圈的重要性，而不必孤立地生長。地球的環境充滿了微生物，它們生長在所有類型的棲息地，如土壤、海水、雲層和深海沉積物。在所有棲息地，微生物相互依賴。隨著微生物的生長，它消耗特定的基質，如糖和氧氣等。當這些重要的資源耗盡時，具有不同代謝需求的不同微生物就開始茁壯成長。例如，在維諾格拉茨基柱中，微生物首先消耗添加的有機物質，同時消耗柱底層中的氧氣。一旦氧氣被消耗，厭氧生物就可以接管並消耗不同的有機物質。
健客：等等，什麼是自養菌？
雲飛：這是維諾格拉茨基提出的一個概念，區別異養。首先，自養是可以自己産生有機物，而異養只能通過外界獲得有機物。化能細菌能夠利用化學能將無機物轉化成有機物，並獲得能量。硝化細菌能夠氧化氮化合物，硫化細菌能夠氧化硫化合物。
2019年5月17日，應南京大學哲學系邀請，北京大學哲學系、醫學人文學院周程教授作了題為“從首個病毒的發現看科學思維”的講座。周老師此次講座所關注的問題是，在細菌致病學説盛行、電子顯微鏡尚未問世的情況下，病毒是如何被發現的，以及這一發現給科學哲學和科學技術治理提供了何種啟迪。周老師提出，病毒發現的過程表明科學家們都是在前人的基礎上取得進步，在研究方法、教育程度相近的情況下，科學家思維訓練的差異在一定程度上導致了不同的科學結果。但這種差異無可厚非，因為科學本身就是在不斷地試錯中前進的，以至於病毒的發現過程橫跨了半個多世紀，直到電子顯微鏡的問世。
接下來，咱們回到醫藥領域，聊聊細菌獵人與抗菌魔彈的那些事兒。
欲知後事如何，且聽下回分解。
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