科学始终是不公道的。如果它不提出十个问题，也就永远不能解决一个问题。——萧伯纳
1876年，荷兰国家农业学院在瓦格宁根成立。德国农业化学家麦尔赴荷兰担任瓦格宁根农业试验站主任、国家农业学院植物系主任。一位刚毕业的博士应聘植物学教师，入职后专注教学和实验，他就是25岁的拜耶林克。麦尔对这位小8岁的下属特别关照，两人经常在一起讨论各种学术问题。
健客：荷兰国家农业学院很有名吗？好像没听说过啊！
云飞：就是现在的瓦格宁根大学，全称瓦格宁根大学与研究中心，是欧洲乃至全世界农业方向与生命科学最顶尖的研究型大学之一，其农业科学、生命科学、食品科学、环境科学等在全球享有极高的声誉。瓦格宁根大学在荷兰的地位和清华北大在中国的地位一样。
1879年，麦尔注意到当地烟草作物染上了一种怪病，长出的绿叶一旦出现黄色斑纹，叶片就会慢慢卷曲起皱，直至死亡，给烟草生产造成了巨大损失。麦尔将这种病定名为“烟草花叶病”。他曾研究过种子、气温、气候、光照、土壤等对烟草花叶病的影响，结果都一一排除。那时候，人们已经开始接受“细菌致病理论”，那么烟草花叶病会不会也是因细菌感染造成的？麦尔决定模仿科赫的研究，他将患有花叶病的烟草叶子捣碎，从中提取汁液，并用玻璃毛细管注入多株健康烟草的叶脉中。结果发现这些烟草已经长出的叶子都正常，但大约10天后新长出来的嫩叶几乎都出现了花叶病症。进一步实验，将患有花叶病的烟草叶子捣碎，从中提取汁液，加热到80℃，并用玻璃毛细管注入多株健康烟草的叶脉中。结果发现这些汁液失去了传染性。因此，麦尔怀疑患病烟草叶子的汁液中含有可传染花叶病的细菌。只要是传染，就指向细菌，这似乎成了思维定式。他使用当时最先进的光学显微镜进行观察，用培养皿进行培养，但仍然没有找到这种“细菌”。于是，他开始给健康烟草接种各种各样的已知细菌，看看导致烟草感染花叶病的细菌是不是其中的一种。未果后，他又给健康烟草接种一些动物和人的粪肥，以及磨碎的过期奶酪和腐败的豆制品，看看会不会是真菌作用的结果，所有这些努力都未能帮助麦尔找到烟草花叶病的致病因子。麦尔后来又做了一系列实验。他发现，用单层滤纸过滤患病烟草叶子的汁液时，致病因子是能够通过滤纸的。但他还发现，使用双层滤纸过滤时，提取液会变成“透明滤液”，而且这种滤液不具有传染性。由此，麦尔推定，烟草感染花叶病不可能是由真菌引起的，因为即使是酵母这样的微小真菌也比细菌大的多，更加不能穿越滤纸，也就是说它们在第一次过滤时就会被滤除。麦尔认为，烟草花叶病也不会是酶参与作用的结果，因为酶之类化学物质不仅不能自我繁殖，而且即使是使用多层滤纸过滤也不至于被滤除。尽管如此，麦尔给出的最终结论仍然是：烟草感染花叶病与细菌有关；患有花叶病的烟草叶子污染土壤后容易引起花叶病，因此不能将病变烟叶放置在烟田里。虽然麦尔并没有找到烟草花叶病的致病因子，但1886年，他还是公开发表了上述研究结论，至少致病因子能够通过滤纸的这一发现是非常可贵的。他的研究结果对正在撰写烟草花叶病有关学位论文的俄国学生伊万诺夫斯基，以及拜耶林克产生了很大的影响，并为他们取得突破奠定了重要基础。
伊万诺夫斯基在重复麦尔的实验时发现，使用两层滤纸对患有花叶病的烟草叶子的汁液进行过滤后，所获得的滤液仍然具有传染性，这与麦尔的实验结果明显不符。于是，他使用了一种当时最为先进的尚柏朗氏过滤器对患有花叶病的烟草叶子的汁液进行了过滤。结果，所获得的滤液同样具有传染性。在伊万诺夫斯基看来，只有两种可能性可以解释这种现象：一是过滤器质量问题，以致具有传染性的细菌通过了通常根本无法通过的微小滤孔；二是滤液中的致病因子是毒素类物质，这种毒素有可能是细菌在过滤过程中分泌出来的。总而言之，在年轻的伊万诺夫斯基看来，传染性都是由细菌导致的。可见，巴斯德和科赫的细菌致病说在当时多么具有影响力。正因为如此，他未能对该项实验结果所揭示的意义进行深入的思考和探究。1892年，他向圣彼得堡科学院提交了一篇题为“关于烟草花叶病”的论文，介绍了上述研究发现。因此，后来很多学者，尤其是俄国学者据此认为，伊万诺夫斯基发现了滤过性病原体。他虽然率先发现通过细菌过滤器的滤液仍然具有传染性这一现象，但却未能明确提出滤过性病原体这一概念。
1898年，拜耶林克发表了一篇著名论文，提出了“传染性活流质”的概念。1900年，他又将这篇论文翻译成了法文，从而引起了广泛的关注。拜耶林克也用了尚柏朗氏过滤器，滤液有传染性。一方面，使用最先进的光学显微镜无法从滤液中找到致病因子；另一方面，无论是在有氧的环境下，还是在无氧的环境下，对滤液进行培养后，结果都显示滤液中没有任何细菌。这种感染性来自于什么？拜耶林克没有裹足不前。拜耶林克对滤液进行大剂量稀释后做了一组对比实验，他发现大剂量稀释后的滤液和未经稀释的滤液对健康烟草产生感染的程度几乎没有差别。而且，受稀释滤液感染的烟草叶子的汁液仍然具有很强的感染性，健康烟草接种其汁液后仍然都会出现花叶病症状。于是，拜耶林克推定滤液的感染性不是由无生命的化学物质引起的。如果滤液中存在有生命的致病因子，那么这种致病因子是如何增殖的呢？
拜耶林克又做了一组对比实验。他用尚柏朗氏过滤器对健康烟草叶子的汁液进行了过滤，并获得了一批滤液。他将这种滤液加入到有传染性的滤液中之后，再给健康烟草进行接种。他发现健康烟草感染后的病症表现程度与他用同体积的蒸馏水稀释后的带有传染性的滤液的情况一样。这意味着致病因子并没有在健康烟草叶子汁液的滤液中发生增殖。它表明，致病因子只有在有细胞的条件下才有可能发生增殖。
健客：等等，对最后这个实验有点糊涂啊！
云飞：健康烟草叶子既有营养成分，如淀粉、蛋白、脂肪、纤维素等，也有活细胞，如表皮细胞、薄壁细胞和厚壁细胞等，先经过充分研磨，再经过严格过滤，确保滤液不含活细胞。该滤液与蒸馏水等效，说明病毒在无活细胞的营养液中不增殖，这与细菌有明显不同。
健客：说这么多实验有什么用呢？120多年前的往事了。
云飞：慢下来，别向看某些新闻那样一目十行。你会发现魅力四射的科学思维，不仅实用，而且美丽。
尽管滤液中的致病因子无法用光学显微镜观察到，但并不能排除它是比细菌还要小的超显微颗粒的可能。于是，拜耶林克又使用琼脂凝胶做了一组实验。他将从患病烟草叶子的汁液中提取的滤液滴到琼脂凝胶上，然后将其抹匀，并定期加注纯净水，以方便滤液扩散。拜耶林克认为，如果滤液中的致病因子具有可溶性，那它就会渗透到琼脂凝胶内部；如果致病因子具有颗粒性，那它就不会扩散。结果显示，滤液10日后能够向琼脂凝胶内部至少扩散2毫米。而且，扩散至琼脂凝胶内部的滤液仍然具有传染性。细菌无法穿过致密的琼脂凝胶，这比滤纸过滤更能说明问题。拜耶林克据此推定，烟草花叶病的致病因子是一种液体或者是可溶的，如葡萄糖溶液在分子层面向琼脂凝胶内部扩散，也就是说不是颗粒状的。
为了弄清烟草花叶病致病因子是如何感染烟草组织的，拜耶林克进行了一系列观察。他发现，健康烟草接种病变叶子汁液的滤液后，总是在新长出来的嫩叶上出现花叶病斑，已经完全成熟的烟草叶子上并不会出现花叶病斑。叶子在生长过程中，总是在叶尖部位出现花叶病斑，在叶尖下部并不会出现花叶病斑。而且，土壤中的致病因子是由根部进入烟草体内的。因此，拜耶林克推定，致病因子先进入烟草茎部，然后再感染正在进行细胞分裂的组织——叶芽或叶尖。致病因子只会在细胞组织分裂、生长时才增殖。尽管不会在不再分裂的成熟的细胞组织中增殖，但却可以通过其传播扩散。
拜耶林克还对烟草花叶病致病因子的活性进行了深入研究。他发现，滤液保存三个月之后，其传染能力并没有出现任何变化。而且，在40℃的条件下将在病叶汁液中浸泡过的滤纸烘干后，仍能使健康烟草出现花叶病症；将自然干燥后的病叶放置在植物标本箱里保存两年后，同样能使健康烟草感染花叶病。不过在这两种情况下，致病因子的感染能力都会有所减弱。此外，将病叶汁液的滤液加热到90℃后，滤液将会完全失去活性，不再具有传染性。
拜耶林克还做了一项有关烟草花叶病致病因子的越冬性实验。他在秋季终止给患有花叶病的盆栽烟草浇水，等其枯死后再拔出烟草，并将粘在烟草根部的土放回盆中。第二年春天，他在干放了一个冬季的盆子里栽了几颗健康烟草。他发现，这些健康烟草最终都不同程度地患了花叶病。拜耶林克由此推定，烟草花叶病的致病因子即使在干燥的土壤中也能越冬，而且这些致病因子在春天会经由新栽培的烟草根部、茎部，感染烟草叶子，使其出现花叶病斑。尽管当时的实验条件和对细胞的认识有限，但拜耶林克的上述推论和假设有不少后来被证明与事实还是相当吻合的。
拜耶林克的“传染性活流质”的概念包含这几层含义：一是能通过细菌过滤器；二是具有传染性；三是能在生物体内增殖，但不能在体外生长。简言之，病毒是一种滤过性病原体。
19世纪末20世纪初，细菌致病学说正处于鼎盛时期。当时，传染病皆由细菌或其毒素引起的观点获得了广泛认同。因此，当可以通过细菌过滤器的新型病原体——烟草花叶病毒被“发现”后，微生物学界仍然不愿意抛弃既有的理论和概念，而将这种新型病原体继续视作一种细菌。拜耶林克虽然改造了传统的“病毒”概念，并赋予其全新的涵义——“传染性活流质”，但很少有人表示接受。因为根据以往的经验人们很难想象非颗粒形态的流质也像单细胞细菌那样具有生命力。
健客：正在兴头上，继续往下说啊，最后，谁发现了烟草花叶病毒啊！
云飞：拜耶林克的推断也不完全正确，不公道的科学总在不断进步，后来的故事和诺奖级的发现，咱们放到病毒传中说哈。
如果说麦尔为拜耶林克指引了前进的方向，那么拜耶林克则引领了维诺格拉茨基。维诺格拉茨基是俄国微生物学家，土壤微生物学的创始人之一，比拜耶林克小5岁。他首先发现硝化作用为硝化细菌所引起。在1885～1888年间，他分离得到能使铵氧化为亚硝酸盐的亚硝化单胞菌属和亚硝化球菌属，以及能使亚硝酸盐氧化为硝酸盐的硝化杆菌属两种细菌。这一发现将氮循环又推进了一大步。1887年，对于贝日阿托菌属的研究期间，他发现了第一个已知的无机营养生物形式。在流出硫矿泉的通道口，他发现长有一些丝状物，它们由大量贝日阿托氏菌组成，饥饿的贝日阿托氏菌，一段时间后体内的硫颗粒会消失，可是给予硫化氢后，硫粒又再次出现了。经过几小测试后他推测硫在贝日阿托氏菌体内氧化了，而且这些氧化过程是该菌的主要能量来源。1885～1890年，维诺格拉茨基配成纯无机培养基，用硅胶平板分离出自养菌，如硝化细菌、硫化细菌等。
地球上的大多数微生物被认为是不可培养的，这意味着它们不能被隔离在试管或培养皿。由于许多因素，包括微生物依赖于其他代谢产物。维诺格拉茨基柱中的条件与微生物的自然栖息地，包括它们与其他生物的相互作用,紧密地模仿，并允许它们在实验室中生长。因此，维诺格拉茨基发明的这项技术允许科学家研究这些生物体，并了解它们对地球生物地球化学循环的重要性，而不必孤立地生长。地球的环境充满了微生物，它们生长在所有类型的栖息地，如土壤、海水、云层和深海沉积物。在所有栖息地，微生物相互依赖。随着微生物的生长，它消耗特定的基质，如糖和氧气等。当这些重要的资源耗尽时，具有不同代谢需求的不同微生物就开始茁壮成长。例如，在维诺格拉茨基柱中，微生物首先消耗添加的有机物质，同时消耗柱底层中的氧气。一旦氧气被消耗，厌氧生物就可以接管并消耗不同的有机物质。
健客：等等，什么是自养菌？
云飞：这是维诺格拉茨基提出的一个概念，区别异养。首先，自养是可以自己产生有机物，而异养只能通过外界获得有机物。化能细菌能够利用化学能将无机物转化成有机物，并获得能量。硝化细菌能够氧化氮化合物，硫化细菌能够氧化硫化合物。
2019年5月17日，应南京大学哲学系邀请，北京大学哲学系、医学人文学院周程教授作了题为“从首个病毒的发现看科学思维”的讲座。周老师此次讲座所关注的问题是，在细菌致病学说盛行、电子显微镜尚未问世的情况下，病毒是如何被发现的，以及这一发现给科学哲学和科学技术治理提供了何种启迪。周老师提出，病毒发现的过程表明科学家们都是在前人的基础上取得进步，在研究方法、教育程度相近的情况下，科学家思维训练的差异在一定程度上导致了不同的科学结果。但这种差异无可厚非，因为科学本身就是在不断地试错中前进的，以至于病毒的发现过程横跨了半个多世纪，直到电子显微镜的问世。
接下来，咱们回到医药领域，聊聊细菌猎人与抗菌魔弹的那些事儿。
欲知后事如何，且听下回分解。
往期回顾：
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