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顯微鏡下的新世界:細菌是如何被發現的?
作者:夏里休斯(Hanno Charisius)、費里柏(Richard Friebe)

微生物學簡史

起初,細菌在人們的眼中只是奇特的小動物,後來成了人人喊打的過街老鼠。今日,它們搖身一變,成為拯救世界的英雄。

顯微鏡問世以前,可想而知,人們並不知道細小、極小、顯微小的生物世界是熱鬧又充滿生命力的。

雷文霍克(Antoni van Leeuwenhoek)

1670 年代,荷蘭臺夫特的雷文霍克[1]在閒暇之餘透過自製的放大鏡觀察世界。這是一臺前所未有的儀器。雷文霍克是市政府的公職人員,據說也從事布料買賣,為了精確判斷貨物品質,這名科學自學者便設計出一種鏡片結構。

雷文霍克因此成為歷史記載中材料科學的始祖,更被視為微生物學之父,他不只用顯微鏡觀察斜紋軟尼布和帆布,池塘裡的水或是嘴裡的牙垢也是他觀察的對象。他所琢磨的鏡片中,最好的能將物體放大整整五百倍,加上他過人的好眼力,輕易就能觀察到一整群單細胞生物或大型細菌,並且將它們描繪下來。[2]

1676 年,他將自己彙整的觀察結果寄給倫敦皇家學會,報告中還穿插著各式手製繪圖。此舉使得臺夫特湧進一波又一波想要先睹為快的人潮,在尚未親眼目睹之前,沒有人願意相信雷文霍克,人類肉眼無法企及之處竟存在一個充滿生命力的小宇宙。

只要透過這些臺夫特的鏡片瞧個幾眼,再不信邪的懷疑論者也會馬上心服口服,據說連俄國沙皇都曾親自到訪,更不能例外地乖乖遵守了這位布商明訂的「僅限眼觀,請勿碰觸」規矩。

一個嶄新的世界就此崛起,而雷文霍克嘴裡活生生的蛀牙菌也就此成了微生物學界首度在人體發現的微生物族群。

在此同時,另一名顯微鏡先鋒英格蘭人虎克[3],則觀察到植物是由細胞所構成的,成為第一個以「細胞生命」這個在當時仍顯突兀的主題發表論文的學者。

早在數百、甚至數千年前,人們就知道水裡、皮膚上、咳嗽的飛沫中、動物或人類的排泄物裡存在著某種肉眼看不見、但極度活躍且充滿力量的東西。

虎克繪製的軟木細胞構造
(Source: wikipedia

約莫在西元前 2800 年,巴基斯坦的印度河一帶就有廁所的存在了,人們在北大西洋的奧克尼島上也發現年代相近的類似遺跡,當時想必是出於衛生需求才建造了這些廁所。

關於痲瘋病患被隔離並且切斷與外界所有聯繫的紀錄不僅止見於聖經,人們並不知道碰觸糞便或與某些病患接觸之所以會危害健康,其實都是那些微乎其微的小生物搞的鬼,就連聖經都沒有告訴我們這一點。

雷文霍克的重要發現正是本書所要探討和介紹的主題:寄居在我們體內和身上的微生物。然而,沒人想得到那些在放大鏡下被發現的「微小生物」竟是影響人體健康甚鉅的同伴,更是引起疾病的始作俑者,畢竟它們實在是太小了。

有些疾病則是透過傳染的,至於為什麼會是這樣?詳細原因我們仍不清楚。

以毒攻毒

隨著時代演進,人們身體不適的症狀 — 今日被稱作感染性疾病 — 並沒有減緩,尤其愈多人擠在狹小空間時,發生的頻率就愈高。聖經教導我們將患者隔離或避免與之接觸,不過這種殘酷的方法卻不見得有效。

自中古世紀以來,伊斯蘭世界在許多領域都採用了更為領先創新的治療方式,無論是學院派的醫術或是民間療法皆是如此。奧斯曼帝國早已普遍使用西方人的人痘接種術來對抗天花,這個字在德文裡大概等同於「膿皰」(Pickelung)的意思,也就是從病情尚未惡化的患者身上取出腐化的膿液,塗抹於另一名健康的人被劃開的皮膚上。

十八世紀初,英格蘭駐奧斯曼帝國大使的夫人孟塔古夫人[4],在伊斯坦堡親眼見證了這項療法,確信其中療效的她讓自己的孩子也接受接種,回到倫敦後更致力於推廣這套預防接種的方法。

事實上,這套預防感染的措施真正的發源地還要再往東移,創始的年代也更為久遠,約莫於西元前 1500 年就有人在印度施行這項技術了。

根據一位名為霍爾威爾[5]的醫生在十八世紀後半所留下的紀錄,天花和其他疾病皆起因於微生物的說法也是源於印度。

1776 年,雷文霍克致函倫敦的百年後,霍爾威爾也寫了一封信到倫敦皇家內科醫學院,信裡頭提到「大量在空氣中飄浮卻無法捉摸的微生物」是引發流行性疾病,「尤其是天花」的主因。

與此同時,人們也在中國清朝發現有文獻對於這項技術有更加詳盡的說明。目前可以確知最早的紀錄是一份 1549 年的文獻,比起上述幾份都還要來得久遠。根據這份文獻,這項技術很可能早在十世紀就普遍存在中國了;此外,伏爾泰也曾在 1733 年記述,北高加索的居民開始使用「接種」這項技術的「年代已不可考」。

無論在印度、中國或是土耳其,這項技術在執行上都遵循一個共同的重要原則:僅從病情尚未惡化的患者身上取得膿液植入健康者皮膚底下。

這項關鍵因素將決定這項技術會為接種者帶來致命疾病或是讓他終身免於感染天花,然而當時的人們並不知道若是稍有不慎,可能造成如此天差地別的兩種結果。他們只是從兩名病毒帶原者中選擇危險性較低的取得膿液,注入少量到健康者局部的皮膚組織裡。在大多數的案例中,幾乎沒有發生特別嚴重的副作用,免疫系統也順利建立終生受用的防禦機制。

自幼便擁有過人美貌的孟塔古夫人在 26 歲那年染上天花病毒,雖然活了下來,卻也留下不少疤痕,不過這一切仍得歸功於被引進中歐的人痘接種術。

這項技術拯救了無數人的性命,也為不少婦女保住了姣好面容,但這並不表示這項療程毫無風險。接種者約有 3% 的死亡率,許多人則會持續發病好幾週,這些威脅直到金納[6]發明疫苗後才有了新的轉機。

Edward Jenner (1749-1823)(Source: wikipedia

全是擠奶女工的功勞

先前我們把人痘接種技術理解為德文的「膿皰」,那麼疫苗接種在德文裡大概可以翻譯作「牛痘」(Rinderung)。

事實上,金納也只是改變了取得疫苗的來源:他沒有使用人類的天花製作疫苗,而是一般來說不會傳染給人類的牛痘。我們現在知道牛痘病毒和天花病毒非常相似,足以讓人類的免疫系統做好預防病毒感染的準備。金納對於病毒和抗體其實一無所知,他只知道擠奶女工的手上經常出現小型腫塊,而這些腫塊使得她們免疫於天花。[7]

因此,比微小的細菌還要小得多的病毒便成為現代醫學首度成功制服的微生物,不過人們卻是在渾然不覺的情況下贏得了這場聖戰。

人類自數百、甚至數千年以來便懂得利用微生物,像是以細菌製作優格和醃漬品、混入茶葉製成康普茶[8],或是利用酵母菌製作啤酒和其他酒品,但人們並不知道這一切都是無數微小生物辛勤勞動的結果。

每每提及細菌或是病毒,人們總是直覺認定不會有什麼好消息,之所以容易讓人產生負面連結的主因很可能是微生物學史直至近年才逐漸轉向積極尋找、挖掘微生物的正面特質。

這股趨勢從天花開始,接著是結核和霍亂,後來則有萊姆病和各種以 Hs 和 Ns 編號為名的流感病毒,直至今日仍尚未停下腳步。人們習慣把細菌與病毒和疾病畫上等號,這麼想並沒有錯,但對這些微生物認識得愈多,就會發現這其實是一體兩面的問題,畢竟在醫學微生物學的領域裡,我們對微生物破壞力的關注的確遠遠超過它們所帶來的效益。

巴謝(Agostino Bassi ,1773-1856)肖象(Source: wikipedia

釀成大病的小傢伙

有一部分的西方科學家後來接受了源自於印度的觀點,認為「大量看不見又摸不著的小動物」可能帶來疾病。

不過促使義大利科學家巴謝[9]同意這種看法的並不是某種人類的疾病,而是小蟲子的,還是那些足以影響當時經濟情勢的小蟲子:染上某種稀有疾病的蠶。

一旦這些小蟲的身體裹上了一層白色粉末,它們就會死去,這種情況從十九世紀初葉開始遍及法國和義大利的養蠶場,造成了重大損失。

巴謝花了整整二十五年才發現引發這場災難的幕後黑手其實是一種生物,而且這種疾病是會傳染的。[10]他因此建議養蠶場加強衛生管理,並且隨時留意蠶隻狀況,以便即時隔離染病的蟲隻,減少與健康蟲隻接觸的機會。這些改善措施後來奏效,巴謝也因此聲名大噪。

然而巴謝並不知道真正的病源其實是一種黴菌,而包覆蠶隻的白色粉末實際上是成千上萬個孢子,但他確定這種疾病並非自然界偶發的意外,而是一種普遍的現象,舉凡植物、動物和人類都無法倖免。同時,他也大膽揣測,許多疾病都是微小生物經由各種傳染途徑所引起的。

或許有人會想,總該輪到柯霍[11]和巴斯德[12]登場了吧!

現在還不是時候,請諸位再耐心等等,因為我們要先介紹影響這兩位甚鉅的思想家和師長。

延伸閱讀:細菌—人類的生命共同體

人類以為細菌是我們的敵人,欲除之而後快。但過度害怕細菌讓人生病,大多數的細菌都是我們生命中的好夥伴,協助對抗腫瘤、肥胖和心血管疾病。當你出生的那一剎那,成千上萬的益菌也和你一起出現在這個世界上,它們是你生命中永遠的好夥伴。

[1]譯注:雷文霍克(Antoni van Leeuwenhoek, 1632-1723):荷蘭貿易商,手工自製顯微鏡,為史上觀察並描繪單細胞生物的第一人,有光學顯微鏡與微生物學之父之稱。

[2]譯注:Meyer: Geheimnisse des Antoni van Leeuwenhoek. Pabst Science Publishers, Lenerich 1998

[3]譯注:虎克(Robert Hooke, 1635-1703):英格蘭物理學家、發明家,組裝全世界第一架顯微鏡,觀察並繪製眾多的微小生物,1665 年出版《微物圖解》( Micrographia)一書,之後並力挺較晚改進顯微鏡的雷文霍克加入倫敦皇家學會。 [4]譯注:孟塔古夫人(Lady Mary Wortley Montagu, 1689-1762):英格蘭詩人,其書信紀錄了旅居奧斯曼帝國的見聞,挑戰了當時普遍輕視女性的態度,最著名的事蹟為引進預防接種至英格蘭。 [5]譯注:霍爾威爾(John Zephania Holwell, 1711-1798):英格蘭外科醫生、東印度公司成員,第一位研究印度學的歐洲人。 [6]譯注:金納(Edward Jenner):英格蘭醫生,第一位以科學方法證實接種疫苗可以有效預防感染天花的人,被尊為免疫學之父,疫苗(vaccine)一字即為其所創,字首取自拉丁文的「牛」(vacca)。 [7]擠奶女工手上或臂膀上的小型腫塊便是牛痘病毒所造成的潰瘍。 [8]譯注:康普茶(Kombucha)為臺灣常見的譯名,有時亦譯為紅茶菌,是一種採用特殊酵母、糖與茶葉共同釀造而成的氣泡式發酵茶,對健康很有幫助。 [9]譯注:巴謝(Agostino Bassi, 1773-1856):義大利昆蟲學家,發現微生物是致病的原因。 [10]Bassi: Del Mal del Segno, Calcinaccio o Moscardino, 1835, online (ital.) unter http://biochimica.bio.uniroma1.it/bassi1f.htm [11]譯注:柯霍(Robert Koch, 1843-1910):德國醫生、微生物學家,1905 年獲得諾貝爾生理學或醫學獎,被尊為現代細菌學之父。 [12]譯注:巴斯德 (Louis Pasteur, 1822-1895):法國微生物學家、化學家,微生物學的奠基人,被尊為微生物學之父。