医学有故事 02 | 恐怖的细菌芽孢

【科友召集】

↓↓↓

本节目内容选自《读库》出品的《医学大神》系列丛书中的这本书《法则与奠基——科赫与细菌学》，如果大家觉得我讲得不过瘾，可以去看这本书。

上一期我们说到，科赫本以为自己完全锁定了炭疽病的罪魁祸首就是炭疽杆菌，没想到，半路杀出个程咬金，在炭疽杆菌如何过冬这个问题上，他过不了自己这一关啊。（医学有故事 01 | 可怕的炭疽病）

炭疽杆菌

为了想明白这个问题，科赫每天只要没病人的时候，他就取一滴炭疽杆菌样本，放在显微镜下观察。好在他现在能用白鼠自己制造炭疽病模型，甚至不用小白鼠，用牛眼玻璃体就能给这种杆菌传宗接代，所以要研究这种杆菌，有的是标本，不需要等着哪个农民家里出现疫情。

那么，科赫在显微镜下观察什么呢？

其实他自己都不知道应该观察什么。那时候谁都说不出什么是“正确的”细菌研究方法，大家都是盯着显微镜不停地看，希望时间长了能发现某个不寻常的现象。

有一次，他正在观察一个涂片样本，忽然来了几个病人，他只好暂时放下显微镜去看病人，一忙就是一整天。到第二天才想起来，那个样本还搁在显微镜下面呢，他就坐到桌前接着观察。一边看一边心里嘀咕，隔了整一宿，样本里的杆菌不知道繁殖成啥样了，玻片该不会起毛了吧？

可是一看之下，科赫大为惊奇。他没看到新增加的杆菌，却在杆菌旁边看到一些小点，非常小，直径就跟杆菌的腰一般粗，但短得多，几乎是圆形，表面似乎还能看到一点微弱的光泽。

芽孢·染色

他怀疑这个样本被杂菌污染，就把玻片放到旁边的搁物架上，另外接种了一个标本继续观察。

晚上躺下之后，科赫越想越觉得这不可能是杂菌。接种都是自己亲自做，操作一直很严格，每次取样前木刺必消毒，这么长时间，从来没出现过杂菌污染的现象，这次操作跟以前也没有区别，没理由出现污染。

唯一的不同之处就是这次样本搁了一夜。难道是因为这个？

他从床上爬起来，到楼下实验室里，重新取一点炭疽杆菌样本做个涂片，标记之后放到搁物架上。二十四小时之后，他拿起这个样本，放到显微镜下观察，果然又看到了那种小圆球。

这就很清楚了。这种小圆球的出现，不是因为污染，而是因为放置时间。

那以后他不研究新鲜样本了，只看放置超过一天的样本。看着看着就看出了更多细节：这些小圆球不是外来的，它们就在杆菌肚子里产生。先是一个杆菌的肚子里出现一个小亮点，然后杆菌用自己的细胞壁把这个小亮点层层包裹，最后杆菌主体消失，只剩下这么个小圆球。如果看的时间长，出现的小圆球多了，还能连成一串，仿佛是一些微型珍珠项链。

科赫带着这个新知识去观察，视野立即拓宽，于是很快发现：不光是玻片涂片，即使是在玻璃体里培养的杆菌也一样，放置超过一天之后，就会转变成这样的小圆球。

他就想：这会不会跟白鼠的血液有关系呢？

为检验这一点，他改用十几种别的动物作为模型，感染炭疽之后取样本，结果完全一致：不管是动物标本涂片还是玻璃体培养，都在放置一天之后出现小圆球。

连着观察了几个星期之后，有一天，科赫的目光无意中看到搁物架上一片带了尘土的玻片。他想起来，那是第一次看到这种小圆球的那片玻片，当时他以为是污染，就扔到搁物架上了，不过手头有足够的干净玻片，所以那片玻片一直没清洗回收。不知道那里面的圆球还在不在？

他拿过来，抹掉玻片表面的灰，放到显微镜下观察。小圆球不但在，而且一点都没变形，依稀还能看到表面的光泽。

科赫就忽发奇想：要是现在让这些小圆球回到适合杆菌生长的环境，比如牛眼玻璃体里，会发生什么呢？

科赫拿来一滴玻璃体，滴到这些小圆球上。当时是夏天，也用不着加温，室温正适合杆菌生长，需要的就是耐心观察。不到两小时，他就看到了结果：这些小圆球长成了杆菌，就像一粒黄豆长成豆芽。

就这样，科赫做出了一个生物学里非常重要的发现：细菌的芽孢状态。

这个发现让他陷入沉思，他就想，这片玻片放置这么久，里面的标本早就干燥得皲（jun 1）裂。这么干燥的地方，如果是成年杆菌，用不了几分钟就会死亡，可是这些【细菌芽孢】居然没死，只要给一滴玻璃体，它们就能重新长成完整的杆菌。

这个发现让科赫顿感到毛骨悚然。干燥环境杀不死它们，别的杀菌方法能行吗？他开始逐一检验常用的杀菌措施，包括阳光暴晒、酒精涂抹、肥皂水浸泡，全都没用，甚至用沸水煮一个小时都没法杀死这些芽孢。只要提供适合的条件，它们就能复活。

如果给它们一滴牛眼玻璃体，就能重新长出成年杆菌，那么如果有机会进入动物身体，它们就更有条件复活。这岂不是说，要是把芽孢接种给动物，也会导致炭疽病？想到就干，他立刻开始用芽孢给各种动物接种。果然，所有被接种动物都患上了炭疽病，随后死亡。

就这样，困扰了科赫很久的那个问题终于得到了解答，为什么被炭疽病污染的牧场过几年还照样有感染能力，这个答案就是：

这些杆菌如果待在适合的生长环境里，比如在牛羊的血液里，能进行正常的分裂繁殖，就不需要变成防御值超高的芽孢；只有当患病动物死了，血液里的养分迅速崩解，杆菌觉察到末日即将来临，才会转变成芽孢，耐心等待复活时机。

牛羊死了，农民们的处理方式是把尸体扔到牧场角落里，任其腐烂。尸体腐烂之后，里面的芽孢被释放出来。芽孢细小轻盈，一阵风就能把它们吹散开，落到其他草叶上，在那里蛰伏着。

日晒雪冻都奈何不了它们，只要回到合适的环境，比如重新被牛羊吃进肚子里，它们就能迅速复活，变成完整的炭疽杆菌。

农民们一直对科赫有怨言，因为他老是到自己家里从死掉的牛羊身上抽血，可是从来没能救活一只羊一头牛，如今，三年多的时间过去，科赫终于可以给大家一个说法了。

不是说他有办法治疗已经染病的牛羊，这个现在还做不到，但他有办法预防牛羊染上炭疽病。

这个方法说起来也很简单，就是把染上炭疽病的牛羊尸体烧成灰。如果这有难度，那就埋起来，但不能随便盖点薄土，必须挖地三尺，深深掩埋，这样才能防止细菌重新跑回地面感染其他的牛羊。

虽然农民们听不懂他嘴里唠叨的那个什么“细菌芽孢”，但还是决定试试看。这个策略果然有效，但并没有完全解决问题。科赫没想到的是，即使把牛羊尸体深埋，芽孢还是有机会回到地面，比如借助蚯蚓的帮助。后来，是巴斯德发现了这个漏洞，并投入精力研究牛羊炭疽病，最后探索出炭疽病疫苗。

这里我们要补充说一下，细菌芽孢跟植物芽孢虽然名字类似，但从生物学角度看，其实大不相同。植物芽孢可以看作是一种生殖细胞，植物借它传播后代，而细菌芽孢并不是生殖细胞，倒更像是一具伺机复活的僵尸。

这类细菌遇到难以继续生存的恶劣环境时，会坍缩成一个小点，细胞壁顺势层层包裹这个中心，这就是一个芽孢。这个过程中细菌会抛弃大部分细胞器，只留下DNA（遗传信息）和一点基本的“建筑材料”。细菌变成芽孢之后就处于休眠状态，完全不消耗能量。既然“无欲无求”，也就无须担心饥荒问题。

芽孢

一般细胞膜或者细胞壁都有很复杂的空间结构，每个结构都有可能成为外物攻击的切入点，而芽孢的肽聚糖皮层（Cortex）几乎没有任何结构，就像一层水泥外壳。这样的肽聚糖外壳，绝大部分物理和化学能量都对它无可奈何。

有研究人员在摩洛哥野外发现一种细菌，它的芽孢经历四百二十摄氏度的高温依然能复活。这样的抗打击能力让芽孢能在自然界长时间休眠，而一旦遇到适合的生长环境，就可以重新恢复生命力。1995年，加州理工州立大学的生物学家曾经从两亿多年前的琥珀里提取出一种古代细菌的芽孢，并且成功地让其重新繁殖。

对于科赫发现的炭疽杆菌芽孢，必须用高压消毒设备才能杀死。家庭条件下，用百分之十浓度的次氯酸钠消毒剂，比如 84 消毒液，可以在几分钟里杀死大部分炭疽芽孢，浸泡时间越长消毒越彻底。

我们再说回科赫。现在，科赫对自己的实验结果和结论都已经有了绝对的把握。但凡有可能被质疑的地方，他都设计严密的实验，准备了完美的数据，证明自己的结论没有任何漏洞，但科赫毕竟是个乡村医生，没有巴斯德那样的名望和自信，他希望得到权威认证。这时的德国，最著名的临床医生是菲尔绍，而最著名的细菌学家是布列斯劳植物研究所的科恩（Ferdinand Cohn）。科赫想请科恩教授给自己验证。

1876 年 4 月中旬，科赫写信给科恩，说自己探明了炭疽杆菌的生活过程，而且能证明炭疽杆菌就是炭疽病的病原体，希望科恩教授能给他机会当面演示，证明自己的研究结果确实是对的。

科恩是德国细菌学的领衔人物，他提出的细菌分类（球菌、杆菌、弧菌）至今还在用。像科恩这样的知名科学家，每年都会收到很多人的信，往往都是声称自己有了什么重大发明，但九成九是业余爱好者的夸大其词。而名不见经传的科赫写信给科恩，宣称自己确定了炭疽病的病原体，这可是全球细菌学家研究多年都没能破解的难题。科恩看到这样的信，感觉这多半也是个民间科学家的妄言。

科恩

不过考虑到科赫的这个宣称对于医学研究的意义。科恩想，哪怕错了最多也就是浪费点时间，万一真遇到了高手呢？更重要的一个原因是，科恩知道当时细菌学研究的硬件要求不高，关键是研究方法和态度。如果有清晰的思维，准确的观察能力，加上不自欺的严格检验态度，业余学者做出重大发现的可能性还是存在的。

既然潜在意义很大，那么这次演示最好多几个证人，科恩就邀请了当时的很多知名科学家一同来见证。

科赫的演示不是光让大家看一个现成的结果，而要证明这种杆菌能导致炭疽病，就必须接种，然后等待动物发病。单是细菌本身的培养和芽孢的形成也得等待一两天，所以他的演示一共做了三天。起初这位乡村医生很紧张，说话都结巴，可演示一旦开始，他的注意力全部集中在实验里，也就忘了结巴，开始了一系列精确无误的操作。

行家一出手，就知有没有。在场的人都是专家，尤其是科恩，即使还没看到结果，但看科赫这么熟练的操作，就觉得这事还真有几分希望。

科赫当场演示怎么培养出纯净的菌株，怎么让它们变成芽孢，然后重新长成杆菌。他再用芽孢接种给白鼠，让人们看到白鼠出现典型的炭疽病症状，然后死亡。接着从白鼠尸体里取出脾脏，分离出杆菌，再次培养出纯净菌株，最后证明重新培养的杆菌依然能让白鼠患上炭疽。

病理学家科恩海姆是科恩的好友，本人也是个细菌学研究的大行家。演示刚进行到一半，他就看出科赫不是等闲之辈。趁演示还没结束，他一阵风冲回自己的实验室，对所有学生喝道：“立刻放下手头的工作，到科恩的实验室去看科赫的实验！”

学生们惊奇莫名，跟着科恩海姆教授好些年了，没见他这么大呼小叫过。大家都问：“科赫是谁？”

科恩海姆提高音量说：“你们先别管科赫是谁，赶紧去看他现在做的演示。我可以告诉你们，这个科赫以后肯定会有更多发现，多得让我们所有人都觉得害臊。”

学生们这下真的吃惊了，全都放下手头工作冲到科恩的实验室，其中包括后来成为一代细菌学大家的【埃尔利希】（Paul Ehrlich，1854－1915）。

所有看完演示的教授一致同意：科赫的实验完美展示了炭疽杆菌的生活周期，而且无懈可击地证明，这种杆菌就是导致炭疽病的唯一原因。

没人能提出任何质疑，他们能做的，就是祝贺科赫做出了一项重大发现。

这一年科赫三十三岁。

科恩在看完演示后说的话是：

“

我希望你们都记住科赫，他会是我们都无法超越的细菌学家。

”

而科恩海姆更是激赏不已，他对科赫说：

“

如此重大的发现，必须立即通知德国最伟大的医学家菲尔绍。

”

科赫当然知道菲尔绍是公认的德国最高医学权威，他甚至还曾经有机会跟着菲尔绍在韦尔斯泰因采集过一回古生物化石，但在医学领域，他跟菲尔绍唯一的交集就是当年在柏林慈善医院里，隔着五重人圈看到菲尔绍头上的帽子。

在科恩和科恩海姆的建议和鼓励下，科赫带着实验器材前往柏林，向菲尔绍报告了自己的发现。

但菲尔绍却反应冷淡。

五十五岁的菲尔绍，细胞学研究可谓独步江湖，但别的方面却颇为保守，他不相信达尔文的进化论，对微生物致病理论更是深恶痛绝。他认为患病动物体内有细菌，并不说明它们致病，而是因为细菌喜欢找患病的动物作宿主而已。

作为灯塔级别的医学权威，菲尔绍不喜欢有人挑战自己的理论，何况眼前跟自己唱反调的人，是个谁都没听说过的小乡村医生。他没对科赫的报告给出任何评论，直接跟他说“你可以走了”。

科赫深感屈辱，决定这辈子再也不跟菲尔绍见面。他咬紧牙，默默地准备去攻克另一项医学界的重大难题：寻找结核病的致病菌。

结核病在古希腊时期就是很常见的致死病，当时称之为耗竭病，中国人称为“痨病”。最被大家熟知的就是肺结核病。病人最大的特点就是一天天地萎靡下去，病恹恹地每天咳嗽。

对付这个病，古人能做的不多。各种传统方剂自然是无效的。当时在欧洲最流行的一种治疗方法叫：御触（royal touch），什么意思呢？就是让国王触碰一下结核病人的身体，期望国王身上的正气能驱走邪魔。有人说英王查理二世毕生为近十万病人做过御触，高兴时还顺便赠送一个小金人，被史家点评说这是史上唯一倒贴诊费的医生。

到十九世纪为止，对于结核病，真正有点意义的措施就是调整饮食、迁往温暖环境、休息和适当锻炼，这种做法后来叫作支持疗法。支持疗法本身没错，而且，如果在病灶很小的时候及时发现，还真有可能让结核病人康复。问题是，跟癌症一样，结核病早期症状并不明显，大多数情况下，等到能发现症状时，病灶已经很广泛，支持疗法难以奏效。

在欧洲，可能因为文艺复兴之后的人口增长和城市化趋势，大约从 1650 年开始，结核病发病率一年比一年高。这病虽然来势没黑死病凶猛，可它发病长年不断，所以致死人数很快超过黑死病，成为欧洲排第一位的人口死亡原因。在中国，情况也好不到哪儿去，得了结核病基本上就意味着被判了死刑。

我们常说，治病要标本兼治，那么想要治本，首先要找到结核病的病因到底是什么？这就是我们下一期要给大家继续讲的故事。而著名的科赫法则就是在寻找结核病病因的过程中被提出来的，可以说，科赫法则把科学思维体现的淋漓尽致。咱们下期接着说。

更多推荐

汪诘杂谈丨疫情信息汹涌，我们该信谁？

最新权威指导 | 世界卫生组织 WHO 发布的口罩使用指南来了！

医学有故事 01 | 可怕的炭疽病

生活科普 | 益生菌真的能治疗便秘吗？

生活科普 | 抽电子烟真的能帮助你戒烟吗？

硬核科普 | 湍流是如何产生的？

硬核科普 | 轮回转世现象存在吗？

硬核科普 | 平行宇宙，真实 or 荒唐？

人类是否能成为第六次大灭绝的幸存者？

汪诘怎么看 | 植发植的不是假发！是活的毛囊

太阳系新知 15 | 隼鸟 2 号的着陆囧旅 o(╯□╰)o

太阳系新知 16 | 帕克号的太阳之吻

汪诘杂谈 | 为什么全球都在对电子烟进行严格限制？

汪诘杂谈丨我想和你谈谈：人生的两座山

未来科技体验馆 08 | 人工智能会主导艺术创作吗？

未来科技体验馆 09 | 太空旅游离我们还有多远？

未来科技体验馆 10 | 虚拟现实将如何颠覆娱乐体验？

全民需知：QWERTY 键盘为何沿用至今

微信开屏画面从这里诞生

美剧《切尔诺贝利》的遗憾和不足

地外文明题材的巅峰之作 -《接触》（上）

为什么光速极限不需要加“人类已知”的定语？

汪诘作品《太阳系新知》第一集片段抢鲜看

真的看完了？点了才算数