3.1: 自发生成

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学习目标

解释自发生成理论，以及为什么人们曾经接受它作为某些类型生物存在的解释
解释某些人（van Helmont、Redi、Needham、Spallanzani 和 Pasteur）是如何试图证明或反驳自发一代的

临床重点：第 1 部分

芭芭拉是一名19岁的大学生，住在宿舍里。一月份，她因喉咙痛、头痛、轻微发烧、发冷和剧烈但无生产力（即没有粘液）咳嗽而倒下。为了治疗这些症状，芭芭拉开始服用非处方感冒药，但似乎不起作用。事实上，在接下来的几天里，尽管芭芭拉的一些症状开始消退，但她的咳嗽和发烧持续存在，她感到非常疲倦和虚弱。

练习\(\PageIndex{1}\)

哪些类型的呼吸系统疾病可能是造成的？

几千年来，人类一直在问：新生命从何而来？宗教、哲学和科学都在努力解决这个问题。最古老的解释之一是自发生成理论，该理论可以追溯到古希腊人，并在中世纪被广泛接受。

自发生成理论

希腊哲学家亚里士多德（公元前384—322年）是有记录以来最早阐明自发生成理论的学者之一，即生命可以来自非生物物质的观念。亚里士多德提出，如果非生物物质含有呼吸（“生命热”），则生命来自非生物物质。作为证据，他指出了一些动物出现在以前没有这种动物的环境中的实例，例如鱼似乎突然出现在新的水坑里。 ¹

这种理论一直持续到17 ^世纪，当时科学家进行了额外的实验来支持或反驳它。此时，该理论的支持者列举了在一年一度的洪水期间，青蛙似乎出现在埃及尼罗河泥泞的河岸上。其他人则观察到老鼠只是出现在储存在有茅草屋顶的谷物中。当屋顶漏水并且谷物成型时，老鼠出现了。 ^{17 世纪的佛兰德科学家扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特（Jan Baptista van Helmont）提出，在敞开的容器中放置 3 周的抹布和小麦籽粒可能会长出老鼠。} 实际上，这样的栖息地为老鼠种群的繁荣提供了理想的食物来源和庇护所。

但是，范·海尔蒙特的同时代人之一，意大利医生弗朗切斯科·雷迪（1626—1697 年）在1668年进行了一项实验，该实验是最早驳斥蛆（苍蝇的幼虫）在露天遗漏的肉上自发产生的观点的实验之一。他预测，防止苍蝇直接接触肉类也可以防止蝗虫的出现。 Redi 在六个容器中各留下了肉（图\(\PageIndex{1}\)）。两个向空中敞开，两个被纱布覆盖，两个被紧密密密封。他的假设在未发现的罐子里长出来时得到了支持，但是在纱布覆盖的罐子里或密封的罐子里都没有出现蛆。他总结说，只有允许苍蝇在肉中产卵，才能形成蛆，而蝗虫是苍蝇的后代，不是自发生成的产物。

装有肉的开口容器里有苍蝇，肉中会形成蛆。用软木塞密封的肉容器没有苍蝇，肉中也不会形成蛆。用纱布覆盖的肉容器在纱布表面有苍蝇和蛆，但肉里没有蛆。 — 图\(\PageIndex{1}\)：弗朗西斯科·雷迪（Francesco Redi）的实验装置包括一个敞开的容器、一个用软木顶部密封的容器和一个用网状覆盖的容器，它允许空气进入但不允许飞行。蝗虫只出现在敞开的容器里的肉上。但是，在纱布覆盖的容器的纱布上也发现了蛆。

1745 年，约翰·尼德姆（1713—1781 年）发表了一份自己的实验报告，他在报告中简短地煮了注入植物或动物物质的肉汤，希望能杀死所有先前存在的微生物。 ² 然后他封住了烧瓶。几天后，Needham 观察到肉汤变浑浊了，一滴含有许多微观生物。他认为新的微生物一定是自发产生的。但是，实际上，他煮的肉汤可能不足以杀死所有先前存在的微生物。

但是，拉扎罗·斯帕兰扎尼（1729—1799 年）不同意尼德姆的结论，他使用加热的肉汤进行了数百次精心执行的实验。 ³ 与 Needham 的实验一样，密封罐子和未密封罐中的肉汤中注入了动植物物质。 Spallanzani的结果与Needham的发现相矛盾：加热但密封的烧瓶仍然清晰，没有任何自发生长的迹象，除非烧瓶随后向空中打开。这表明微生物是从空气中引入这些烧瓶的。针对斯帕兰扎尼的发现，尼德姆辩称，生命起源于在斯帕兰扎尼长时间沸腾期间被摧毁的 “生命力量”。随后，对烧瓶的任何密封都会阻止新的生命力进入并产生自发生成（图\(\PageIndex{2}\)）。

a) 弗朗切斯科·雷迪的画作。 B) John Needham 的画 c) Lazzaro Spallanzani 的画。 — 图\(\PageIndex{2}\)：（a）弗朗西斯科·雷迪（Francesco Redi），他证明了蝗虫是苍蝇的后代，而不是自发产生的产物。（b）约翰·尼德姆（John Needham），他认为肉汤中微生物是从 “生命力量” 中自发产生的。 (c) 拉扎罗·斯帕兰扎尼（Lazzaro Spallanzani），他用肉汤进行的实验旨在反驳 Needham 的肉汤。

练习\(\PageIndex{2}\)

描述自发生成理论以及用于支持它的一些论点。
解释 Redi 和 Spallanzani 的实验是如何挑战自发生成理论的。

反驳自发生成

关于自发生成的争论一直持续到19 ^世纪，科学家们都是双方的支持者。为了解决争论，巴黎科学院颁发了解决问题的奖励。法国著名化学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）接受了挑战，他一直在研究微生物发酵和葡萄酒变质的原因。 1858 年，巴斯德通过枪棉过滤器过滤空气，在对棉花进行微观检查后，发现空气中充满了微生物，这表明肉汤暴露在空气中不是给肉汤引入 “生命力”，而是空气中的微生物。

后来，巴斯德用长而扭曲的脖子制作了一系列烧瓶（“天鹅颈” 烧瓶），他在其中煮肉汤进行消毒（图\(\PageIndex{3}\)）。他的设计允许烧瓶内的空气与外部的空气交换，但阻止了任何空气传播的微生物的引入，这些微生物会被烧瓶脖子的曲折所困扰。如果除空气中的微生物之外的生命力量是消毒瓶中微生物生长的原因，那么它就可以进入肉汤，而微生物则不能。他正确地预测，只要天鹅脖子完好无损，天鹅颈烧瓶中经过消毒的肉汤就会保持无菌状态。但是，如果脖子被折断，就会引入微生物，污染烧瓶并允许微生物在肉汤中生长。

巴斯德的一系列实验无可辩驳地驳斥了自发生成理论，并于1862年为他赢得了巴黎科学院颁发的久负盛名的阿洪伯特奖。在随后的1864年演讲中，巴斯德阐述了 “Omne vivum ex vivo”（“生命只来自生活”）。在本次讲座中，巴斯德讲述了他著名的天鹅颈烧瓶实验，他说：“... 生命是细菌，细菌就是生命。自发生成学说永远无法从这个简单实验的致命打击中恢复过来。” ⁴ 值得称赞的是，巴斯德从来没有。

a) 路易斯·巴斯德的照片 b) 巴斯德烧瓶的照片 —— 一个只能通过长的 S 形管向外打开的圆形烧瓶。c) 巴斯德实验的图。上图显示了来自（b）的天鹅颈烧瓶，里面装有正在煮沸以杀死肉汤中的微生物的肉汤。煮沸过程结束后，冷却的烧瓶保持无菌状态，因为烧瓶的曲线可防止外部空气进入烧瓶。因此，不会发生污染。下图显示了同一个烧瓶正在煮沸。接下来，取下天鹅脖子，将烧瓶打开到环境中。当烧瓶的脖子被折断时，细菌进入无菌肉汤，生物体就会生长。这被视为肉汤中的浑浊。 — 图\(\PageIndex{3}\)：（a）法国科学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur），他明确驳斥了长期争议的自发生成理论。 (b) 巴斯德实验中使用的烧瓶的独特天鹅颈特征允许空气进入烧瓶，但阻止了细菌和真菌孢子的进入。 (c) 巴斯德的实验由两部分组成。在第一部分中，将烧瓶中的肉汤煮沸以对其进行消毒。当这种肉汤冷却后，它仍然没有受到污染。在实验的第二部分中，烧瓶被煮沸，然后脖子被折断。这个烧瓶里的肉汤被污染了。（来源 b：“Wellcome Images” /Wikimedia Commons 对作品的修改）

练习\(\PageIndex{3}\)

巴斯德的实验设计如何允许空气进入，但不允许微生物进入，为什么这很重要？
巴斯德实验中的对照组是什么？它显示了什么？

摘要

自发生成理论指出，生命源于非生物物质。这是一个由来已久的信念，其历史可以追溯到亚里士多德和古希腊人。
弗朗切斯科·雷迪（Francesco Redi）在17世纪进行的实验表明，苍蝇必须能够获得肉才能在肉上发育，这是驳斥自发生成的第一个重要证据。著名科学家设计了实验，并主张支持（约翰·尼德姆）和反对（拉扎罗·斯帕兰扎尼）自发一代。
路易斯·巴斯德因其著名的天鹅颈烧瓶实验最终反驳了自发生成理论而受到赞誉。他随后提出 “生命只能来自生活”。

脚注

1 K. Zwier。 “亚里士多德谈自发一代。” www.sju.edu/int/academics/cas... R.% 20Zwier.pdf
2 E. Capanna。 “拉扎罗·斯帕兰扎尼：现代生物学的根源。” 《实验动物学杂志》 285 第 3 期 (1999): 178—196。
3 R. Mancini、M. Nigro、G. Ippolito。 “拉扎罗·斯帕兰扎尼及其对自发生成理论的驳斥。” Le Infezioni in Medicina 15 no.3 (2007): 199—206。
4 R. Vallery-Radot。 《巴斯德的生活》，反式。 R.L. Devonshire。纽约：McClure、Phillips and Co，1902 年，1:142。