微生物發現史

一、微生物的發現

十七世紀的荷蘭人，雷文虎克(Leuwenhock)，被認為是最早在顯 微鏡下發現微生物的觀察家。他以自己製作的顯微鏡觀察各式各樣的 組織與物品，對微小世界的狂熱，使他在水滴中發現了微生物，而在 科學史上留下鼎鼎大名。接著他在齒垢、浸泡過乾草以及胡椒粉的水 滴中繼續發現了細菌，和培養細菌的方法。他的發現得到了英國皇家 學會的肯定，也為生物學開了一扇大窗，因此有人稱他微微生物學之 父。

雷文虎克發現以肉眼觀察的蝨子，構造粗超又簡單。但在顯微 鏡之下，蝨子的構造卻是細緻複雜的。雷文虎克以「小動物」(beasties 或 animalcule)來指稱他在水中發現的生物，他認為這些小動物也應該 擁有類似蝨子的構造。由於當時顯微鏡放大倍率至多只有 270 倍， 因 此他所能觀察的景象只有簡單的球形、桿形和螺旋形等輪廓。曾在顯 微鏡下觀察過血管與血液的雷文虎克，主張這些生物是動物的一種，

因此在他寄給皇家學會的報告中，甚至進行了對微生物血管管徑的估 算，即使在他的觀察中未發現這些血管。

二、生命來源的爭論：自然發生論的爭論

在十八世紀前，由亞里斯多德而起，生物學家對生命來源，常以 自然發生論做為解釋。意即，生物可以從無生物的交互作用中而產 生。即使是在化學與植物生理學上具有很大貢獻的 Van Helmont，都 認為：「在黑暗的頂樓上，有潮濕和污穢的碎布，以小麥的核仁或一 小塊乾酪，在適合時間內便可出現小老鼠。」(引自關崇智，1997) 直到十七世紀中的 Francesco Redi，被認為是首度公開反對自然發 生論的科學家。由於支持自然發生論的學者，認為空氣是生物自然發 生的重要因子，因此 Redi 的實驗將肉類放入瓶中後，加上紗布，以 保持瓶內空氣的流通。他發現蠅纇會在瓶口盤旋，且將卵產在紗布 上，而造成蛆在紗布上的孵化。但他的觀察發現蛆絕不會在腐肉上直 接生成。因此 Redi 在 1688 年提出肉腐所生的蛆，是蠅纇產卵所致，

而非腐肉所自然發生。

但是在微生物發現後，自然發生論卻再度死灰復燃。這是由於 許多科學家進行微生物實驗而起的。其中尤以 Needham 於 1745 年提 出「自然發生論」的證據最廣為人所知。他將浸泡過枯草的液體煮沸，

殺死裡頭的微生物後靜置，封蓋。數天候，再以顯微鏡觀察這些液體，

竟然發現枯草液體中有微生物的出現。於是以 Needham 為首，有一派

的學者強力的支持自然發生論。但同時 Lazzaro Spallanzani 將玻璃瓶 以火焰融燒封口，確保微生物不隨著空氣進入瓶中，而說服了大多科 學家自發產生論的謬誤。

三、微生物不是小動物

Spallanzani 繼續對微生物進行相關的實驗，一開始他認為這些微 生物的「卵」除了能忍受較高的溫度外，其他的原則與動物並無差異。

但在往後的實驗中，他發現微生物即使沒有空氣也可以生存，令他感 到十分震驚。同時在他的探索過程中，他曾經發現兩隻微小的動物緊 密的靠在一起，推測應該這兩個小動物應是在進行交配。直到他的細 心的友人，提出兩個小東西黏在一起時，是正在進行分裂，這是這些 微生物的繁殖方式。Spallanzani 支持這樣的說法，並設法將單一隻細 菌隔離，而觀察到細菌的分裂。

四、細菌與病毒

即使在微生物被發現後，人們仍不認為微生物與傳染疾病有很大 的關連。十六世紀的 Hieronymux Fracastorius 解釋傳染病是因為疾病擁 有如種子一般的「病子」(Seminaria)，如洋蔥的氣味般，可在空氣中

傳播。即使 Edward Jenner 能以接種牛痘來預防天花，但也無法解釋成 功預防天花的原因。

直至十九世紀的 Casimir Davaine 首度證明特殊微生物能引發特殊 病因。微生物病學的開始，有不少科學家提出單一細菌可能引起多樣 疾病，或是宣稱微生物可以治療疾病的推論。十九世紀末的 Robert Koch 已能將致病細菌分離，以證明單一種細菌會引起單一種疾病。

証明微生物與引發疾病有關聯。

在微生物與疾病的關係被建立後，可傳染性疾病為微生物造成的 這種概念，普遍的流傳。於是在對煙草葉鑲嵌病的觀察與實驗後，當 時的科學家認為引起這種疾病的原因也是細菌。但是因為它可以通過 可濾出細菌的陶瓷濾網，所以Martinus Willem Beijerinck 在 1898 年另 為這個史無前例的「小細菌」取名為 Virus。爾後，藉由過濾性試驗，

相繼發現了近百種病毒病害認為病毒是一種與細菌類似的病原體，所 不同的僅在於病毒必須在生活的細胞內才能繁殖，再就是體積十分微 小，以致在顯微鏡下不能見到，能夠通過細菌濾器。

拜電子顯微鏡的問世，人類得以肉眼觀察病毒的形態。1939 年，G.A.Kansche 在電鏡下直接觀察到了菸草鑲嵌病毒(TMV)與番茄黃 化花葉病毒(TYMV)的顆粒，必以奈米為單位指出了病毒的大小。1953

年，病毒與細菌的不同逐漸被顯露出來，科學家注意到病毒的的增殖 需要活體細胞的存在。

往後的研究科學家發現噬菌體是一種以細菌為寄主的病毒。雖 然非常微小，僅為 10nm，但它們具有高度整齊而複雜的結構，它們 有圓的頭和起初被認為是尾巴的附屬物，像個小蝌蚪。在爭論多年以 後，確定了噬菌體的附屬物沒有運動的功能，但它對噬菌體吸附於細 胞表面和注射病毒的遺傳物質進入到細胞中卻有很重要的作用。

自從 1953 年 DNA 雙螺旋結構理論建立以來，由於分子生物學的 迅速發展，使得病毒學的研究步入了分子病毒學的發展時期。也引導 人類能以分子層次來觀看生命的本質。1967 年，T.O.Diener 在試圖分 離馬鈴薯紡錘形塊莖病的病毒時，發現其病原不是病毒，而是一種不 含有蛋白質，而只有帶有遺傳訊息的 RNA 分子。這樣小的 RNA 分子 不編碼任何蛋白質，於是將它命名為類病毒(Viroids)。隨後的研究表 明，類病毒 RNA 還有特殊的複製機制。類病毒的發現在分子病毒學 史上是一個重要事件，它不僅揭示了自然界存在著比病毒更簡單的生 物，而且也使人們加深了對生命起源的認識。

羊瘙癢病(scrapie)起初也被認為是由類病毒引起的。Prusiner 於 1982 年證實羊瘙癢不是類病毒所以起，而只是一種蛋白質。這種蛋白

質之後被稱為毒蛋白(prion)。由於這個發現，他陸續提出狂牛病、庫 魯症也都是由毒蛋白所引起的。

除此以外，70 年代出現的 DNA 重組技術，使一些病毒基因能在 細菌中能夠得到大量複製和產生產物，因而有利於探尋病毒的基因組 結構和功能。隨著生物分子技術的發展，人類對微生物的利用也越來 越廣泛。

五、微生物發展史小結

由上述的微生物發展史，可以看到一些科學概念的演變歷程。下 頁的表格對微生物發展史中所出現的理論，進行整理。

理論類型 理論意涵 代表人物與年代 自然發生論 無生命物質的交互作用可自然產生微生物 Needham(1745) 先存微生物論 微生物的出現必定來自前一個微生物 Pasteur(1872) 類動物的細菌 分不出細菌與其他微生物的差別。

細菌的生活形態與動物無差異，擁有多樣器官

Leuwenhock(1673)

細胞觀的細菌 細菌具有獨特的生活形態，沒有特化的器官 Spallanzani(1729) 微生物泛病論 微生物為導致疾病的因素，單一微生物可引發多種疾

病

Sydenham(17 世紀)

一微生物一疾病論 單一傳染病為單一微生物所引起 Koch(1876)

類細菌的病毒 病毒是極小型的細菌 Beijerinck(1898) 類病毒與毒蛋白傳染論 無生命的遺傳分子與毒蛋白(prion)可造成傳染性疾

病

T.O.Diener(1967)Prusiner(1982) 表 2-2-1 微生物發展史中曾出現的理論類型