老樹轉(zhuǎn)斜暉,人家水竹圍。
露深花氣冷,霜降蟹膏肥。
——《舟中雜紀(jì)》元 · 王冕
霜降,是秋季的最后一個節(jié)氣。霜降并不代表“降霜”,而是氣溫驟降,深秋景象漸趨明顯,且被普遍認(rèn)為是一年當(dāng)中晝夜溫差最大的時節(jié)。
本次的節(jié)氣科普,將帶大家一起了解巴斯德的曲頸瓶實(shí)驗(yàn)。
如果讓食物放置一段時間,它們就會腐爛。當(dāng)用顯微鏡觀察時,會發(fā)現(xiàn)這些腐爛的食物上長滿了微生物。
那么,這些微生物是從哪里產(chǎn)生的呢?
兩大理論
在17世紀(jì)以前,社會普遍流行著一種 “自然發(fā)生說”。該學(xué)說認(rèn)為,生命是從無生命的材料中自發(fā)產(chǎn)生的,尤其是像微生物這種微小的生命個體,是從易腐爛的材料本體自發(fā)產(chǎn)生的。
法國微生物學(xué)家路易斯·巴斯德 (Louis Pasteur, 1822-1895)是少數(shù)“自然發(fā)生說”的反對者。他認(rèn)為微生物必有母體。
腐爛材料中的微生物是從空氣中進(jìn)入的,或最初就存在于材料上的微生物的后代,如果處理食物的方式會破壞所有存在的生物體——也就是說,如果把它變得無菌——并且保持無菌狀態(tài),它就永遠(yuǎn)不會腐爛。
?斯帕蘭札尼的實(shí)驗(yàn)?
圖1:意大利生物學(xué)家斯帕蘭札尼(左);
法國微生物學(xué)家路易斯·巴斯德(右)
1768年,意大利生物學(xué)家斯帕蘭札尼 (Lazzaro Spallanzani, 1729-1799) 抓住了這一問題。
他首先將燒瓶中的營養(yǎng)液長時間加熱,以消除溶液中、溶液上面的空氣中以及瓶內(nèi)壁的微生物,然后再將燒瓶密封防止新孢子進(jìn)入。
經(jīng)過長時間靜置,他發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)液中并沒有微生物的產(chǎn)生,這意味著微生物不是自然發(fā)生的。
然而這一爭論尚未結(jié)果。支持自然發(fā)生說的人堅(jiān)持:由于長時間的煮沸,斯帕蘭札尼破壞了空氣中的某些“生機(jī)”,無法接觸新的空氣,微生物便不能繁殖。一個世紀(jì)以后,才由巴斯德徹底消除了這一異議。
巴斯德的曲頸瓶實(shí)驗(yàn)
Retort?Experiment
1864年,巴斯德設(shè)計(jì)了一種只讓空氣進(jìn)入而不許其中的微生物進(jìn)入的燒瓶,現(xiàn)在被稱為巴斯德燒瓶(圖2)。
他將準(zhǔn)備好的肉湯倒入燒瓶中,用火焰將瓶頸燒彎,再對燒瓶進(jìn)行加熱使肉湯煮沸滅菌。燒瓶冷卻后,空氣可以重新進(jìn)入,但頸部的彎曲阻止了顆粒物質(zhì)(包括微生物)進(jìn)入營養(yǎng)液。
圖2:巴斯德的曲頸瓶實(shí)驗(yàn)
過了幾天,人們驚奇的發(fā)現(xiàn): 彎曲的燒瓶中的肉湯依然保持無菌狀態(tài)。只有在允許燒瓶頸部的顆粒物質(zhì)進(jìn)入燒瓶后,肉湯才會腐爛(圖2)。
這一實(shí)驗(yàn)徹底推翻了“自然發(fā)生說”,讓人們明白生命是不可能憑空出現(xiàn)的,也帶領(lǐng)人們進(jìn)入了微生物研究的新紀(jì)元。
漢寧“二十四節(jié)氣”科普是漢寧化學(xué)推出的關(guān)于微生物的科普欄目。我們將以中國傳統(tǒng)的二十四節(jié)氣為時間線,定期推出微生物相關(guān)主題的科普短文。“四季有序,萬物有時”,讓我們“寄知識于時節(jié)”,一起探索微生物世界:漢寧與您應(yīng)時相約、不見不散!