图源：Pixabay

在古代，人类对自然界只能做到宏观水平观测，很多现象不能得到一个正确的解释。举个例子，一些动植物看上去毫无征兆地在一些地方出现，比如垃圾堆里出现的老鼠、腐肉中长出的蛆虫、衣服上的跳蚤。对于这些难以解释的生命的诞生，古代各地的文明都倾向于认为它们是自然发生的。

两千多年前的古希腊哲学家亚里斯多德在《动物的历史》一书中，就有这样的描述：

“现在发现动物与植物有一个共同的特性。因为有些植物是从植物的种子中产生的，而另一些植物则是通过自发产生的。”

直到17世纪初，欧洲依然有人相信老鼠可以通过自然发生的方式产生。一个证据就是比利时的医生扬-巴普蒂斯塔·范-海尔蒙特就相信这一观点，并给出了一个能自发生成老鼠的配方：脏麻布加小麦。

即使是在没有显微观察技术的古代，发现老鼠如何繁殖也是一件容易的事情。当时自然发生真正迷惑人的，是它被用来解释一些小的昆虫的出现，比如蛆虫和跳蚤。

腐肉中的蛆虫

人类首次认真地质疑自然发生学说，发生在17世纪。

1668年，意大利医生兼寄生虫学家弗朗切斯科·雷迪对腐肉自发生蛆的观点提出质疑。为了挑战这个传统观点，雷迪设计了一个简洁的实验：将肉放到一个玻璃容器中，然后用精细的纱布将这个容器封住。结果发现，蛆出现在了纱布朝外的一面，但却没有出现在容器中的肉上。

雷迪的实验示意图（图源：维基百科）

雷迪的实验在欧洲科学界引起了轰动，而且也得到了其他科学家的验证。这一实验不仅让科学界改变了对自然发生学说的看法，也慢慢让普通百姓停止相信蛆虫是自发产生的观点。

对流行了几千年的自然发生学说来说，这是一个致命性的打击，基本宣告了这一荒谬的学说的终结。

著名的肉汤实验

但戏剧性的是，十七世纪的科技的发展意外地延长了自然发生学说的生命。

1676年，荷兰人安东尼·范-列文虎克对显微镜做出了显著的改进，将人类的视野带入了微观世界。列文虎克的发现让人类认识到了微生物的存在，但同时也为日渐式微的自然发生学说提供一个避风港。

肉眼可见的蛆虫不是自然发生的，但那些无处不在、结构简单的微观生命却完全可能。自然发生学说的拥护派不仅这样认为，还拿出了实验的证据。

1745年，爱尔兰天主教神父、生物学家约翰·尼达姆利用肉汤做了一系列的实验。他将肉汤煮沸以便杀死其中的微生物，然后将它们立即密封起来起来。结果发现，即使这样煮沸后立即密封的肉汤也会由清变浊，说明其中依然有微生物的生长。

尼达姆对这一结果做了这样的解释：既然煮沸已经杀死了肉汤中的微生物，所以后来长出的微生物就无疑是自发生成的。因为这一实验，尼达姆对自然发生的的信念变得更加坚定。而且这一实验在同行的见证下重复了多次，所以在科学界也得到不少人的支持。

但没过多久，新的证据出现了。

1768年， 意大利天主教神父、博物学家拉扎罗·斯帕兰扎尼认为尼达姆的实验在设计上可能存在问题，即在煮沸和密封这两个步骤之间可能存在微生物被引入的可能，从而导致污染的发生。

为了验证这一点，斯帕兰扎尼重复了尼达姆的实验，并对实验过程做了一些修改。他将肉汤放在容器中密封好再加热，为了防止爆炸还预先抽出其中部分的空气。因为密封是在加热煮沸之前，所以不存在微生物污染的可能。

实验的结果正如斯帕兰扎尼所预测的那样，加热后清澈的肉汤液后来没有变浑浊。也就是说加热灭菌后的肉汤里没有长出微生物，它们并不能在肉汤里自发生成。

虽然斯帕兰扎尼的实验证明了尼达姆是错的，但自然发生学说的支持者依然没有被说服。在他们看来，斯帕兰扎尼的实验也存在一些问题，就是在加热之前斯帕兰扎尼把容器中的部分空气抽出去了，这样会导致容器中的空气的不足，从而影响微生物的自然发生。

就这样，自然发生学说的支持者和反对派各不相让。但对这种流传了几千年的传统观点来说，如果质疑者不能提供令人信服的证据，人们还是倾向于相信原来的观点。

微生物之父巴斯德出战

时间进入了19世纪，科学界反对自然发生学说的人越来越多，一些著名的科学家也参与了进来。比如后来被称为“细胞生物学之父”的德国人泰奥多尔·施旺就用实验表明，如果通过化学的方法或加热的方式对空气进行灭菌，就能防止微生物的生长。

但这段时期反对派所拿出的证据有一个共同的局限，就是他们的实验缺乏很好的可重复性，总是因为一些没有控制的污染而失败。这让反对派无法完全说服自己，更没有办法说服坚信自然发生学说的对手。

自从1745年尼达姆开展肉汤实验之后的一个多世纪里，自然发生的支持者方面都没有再拿出新的实验证据。不过这一情况在1858年出现了转机，一位法国博物学家站了出来宣布他证明了自然发生的存在。

这位主动站出来的科学家，就是法国鲁昂自然历史博物馆馆长菲力克斯·普歇。1858年12月，普歇在法国科学院主办的《科学院通报》上发表了两篇关于自然发生研究的论文，宣称他为自然发生找到了新证据。

普歇是这样开展实验的：将一个装有水的烧瓶加热灭菌，然后密封然后倒置放入一个装有水银的盆中，等瓶中的水冷却后，在水银之下打开烧瓶并往其中引入半升的氧气或人工空气，同时也引入之前在100摄氏度下加热过的干草。几天之后，烧瓶里长出了微生物。

因为在整个实验过程中普歇都小心地避免引入任何的外界微生物，所以他认为烧瓶里长出来的微生物就是自发生成的。

在普歇发表的这篇论文的读者里，就包括正在研究微生物发酵的路易斯·巴斯德。当巴斯德读到这篇论文的时候，他意识到自然发生学说和他的发酵实验中的发现的冲突之处，于是决定站出来与普歇论战。

为了证明微生物不能自然发生，巴斯德这样开展了他的实验：将发酵液放在烧瓶中加热，然后用脱脂棉封闭烧瓶入口，这样空气在经过脱脂棉过滤后能够进入烧瓶与液体接触。但在这种情况下，发酵液中没有出现微生物的生长。因为棉花是有机物，为了防止它对空气所带来的影响，谨慎的巴斯德用无机的石棉取代了脱脂棉再做了一次实验，而且再次获得了同样的结果。

根据这一实验，巴斯德认为空气中含有微生物的灰尘才是真正让有机溶液里长出微生物的关键因素。而至于普歇的实验里为什么长出了细菌，巴斯德认为是普歇的实验因为不够严谨而出现了污染。

看到对方说自己的精心开展多次的实验存在污染，普歇觉得不可接受。他反过来指出了巴斯德实验中一个可能的问题：无论是脱脂棉还是石棉，在用来过滤空气的时候不仅过滤掉了灰尘，也可能也会阻挡一些其他的物质，这些未知的物质可能就是自然发生的关键因素。

‍‍优雅的鹅颈瓶实验

普歇抛给了巴斯德一个难题，因为他没有说明这个未知的物质是什么，而要巴斯德自己去证明没有把这种东西过滤掉。正是普歇的这个近乎无解的难题，催生出了生命科学史上的一个著名的实验：鹅颈瓶实验。

巴斯德所使用的鹅颈瓶 （图源：维基百科）

在这个优雅的实验里，巴斯德先将有机溶液放入玻璃烧瓶中加热，然后将烧瓶的颈部拉伸成一个外形像天鹅的脖子的S型的细管。在这样的鹅颈瓶里，等加热后的有机液冷却下来之后，液体和外界的空气是相通的，不再有脱脂棉或石棉的过滤。

就在这样的条件下，加热后的有机溶液依然没有长出微生物来。但如果将鹅颈瓶从S型的起点折断，里面的发酵液就会出现微生物的生长。所以这一实验完美地证明，导致细菌生长的并不是空气种的氧气，而是其中的灰尘。

巴斯德与普歇关于自然发生学说的论战的公开，不仅在科学界引起了轰动，影响力也抵达了公众层面。一家名为《科学瞭望者》的杂志为这一事件专门做了报道，编辑表示期待两位科学巨人在这一人们关注的问题开展对决。

那么，在巴斯德拿出的证据面前，普歇会投子认输吗？

‍‍‍决战阿尔卑斯山

面对巴斯德设计巧妙的鹅颈瓶实验，普歇一方陷入困境。他们一方面对自己重复多次的实验依然自信，另一方面又找不出巴斯德实验的破绽。

一段时间后，普歇对巴斯德的实验提出了间接的质疑，认为实验室的空气和自然界的空气不同，所以实验室的结果不能代表自然界的真实情况。而且普歇还认为，如果微生物的生长都是因为亲本繁殖的结果，那么能够导致无数种有机溶液长菌的空气就该有大量的微生物的存在，但实际上看上去却并不如此。

普歇的质疑把想征服对手的巴斯德带向了一个更加著名的实验，因为他接下来把实验开展到了室外，包括做为都市的巴黎、老家阿尔布瓦的乡间，还有阿尔卑斯山上的冰川。

1860年3月，巴斯德先在巴黎开始了他的这一系列的实验。

实验是这样设计的：先在实验室里将内含糖水和酵母提取物的发酵液放到小烧瓶中，然后通过加热煮沸的方式对发酵液和烧瓶消毒灭菌，之后迅速将玻璃烧瓶的出口管在火焰中拉长并封闭；下一步就是将这些封闭后的烧瓶拿到实验室之外，在不同的地方打开烧瓶口收集空气后再次将烧瓶封闭；最后在接下来的时间里观察烧瓶中是否会出现微生物的生长。

巴斯德这一系列实验的目的，就是要证明在不同地方的空气中含有不同量的微生物。

实验的结果也正如他所料。比如在巴黎天文台地窖里打开过的10个烧瓶中，只有1个出现了细菌的生长；而在天文台后院里打开的过的11个烧瓶，则无一例外地长了菌。

从这次的实验里，巴斯德总结出了一个大致的规律，即在离开垦的土地越近的地方微生物越多，而那些空气静置时间越长的地方则越少。

为了进一步验证这一观点，巴斯德进一步把实验开展到了都市之外。

1860年暑假，巴斯德带着73个封闭好的烧瓶从巴黎返回了老家阿尔布瓦的乡间，他要在那里进一步测试这个假设。

巴斯德在老家阿尔布瓦小镇附近的不同地点打开了20个烧瓶，有8个出现了细菌的生长。而在阿尔布瓦附近的海拔850米的山上打开的20个烧瓶，却只有5个烧瓶长出了菌来。

正如他预料的那样，越高的地方空气中的微生物就越少。这一结果让巴斯德更加相信，在几千米的高山冰川上，那里的空气中可能就几乎没有细菌的存在，比如著名的阿尔卑斯山上。

9月20日，巴斯德带着烧瓶去了阿尔卑斯山下的小城霞慕尼，这个位于三国交界处的法国小城位于勃朗峰的脚下。在勃朗峰北麓海拔2000米的地方，就是长达7.5千米长、200米深的蒙坦维特冰川。

为了顺利登上蒙坦维特冰川，巴斯德聘请了一位当地的向导。在到达霞慕尼的第次日早上，巴斯德一行就朝着目标出发了。向导牵着骡子走在前面，骡子驮着的箱子里装有加热过的发酵液的烧瓶。为了防止烧瓶在颠簸中被碰碎，巴斯德紧跟在骡子后面扶着箱子，艰难但坚定地朝着海拔两千米的冰川攀登。

巴斯德的阿尔卑斯山之旅（图源：https://www.pasteurbrewing.com/）

这是一次近乎朝圣般的科学探险之旅。

尽管中间有些波折，但巴斯德最后获得了如期的结果：而蒙坦维特冰川上打开的20个烧瓶中，只有1个出现了微生物的生长。

所以巴斯德的这一系列的实验结果表明，不同地方空气中的微生物含量的不同，只有含有微生物的空气才能让加热过的发酵液长出菌来。这就是否定了自然发生学说的强大证据。

‍‍公开的决战

就在巴斯德登上阿尔卑斯山的时候，普歇的团队也将实验开展到了室外。而且他们所采用的实验方案和巴斯德的非常相似，都是在实验室制备含有有机溶液的烧瓶，然后在室外不同的地方打开后再封闭，最后检测其中微生物的生长情况。

但普歇团队的实验结果和巴斯德的完全不同，因为所有的打开过的烧瓶里都长出了细菌。根据这一结果，普歇坚持认为无论是哪里的空气，都有利于生命的自然发生。

面对论战双方拿出的不同的结果，科学界和民间做出了不同的反应。在民间，更多人人相信普歇的结果，因为这维护了传统的自然发生学说。而在科学界，巴斯德的实验赢得了更多的信任。

1862年，法国科学院将阿尔亨伯特将颁发给了巴斯德。这个奖项是科学院专门为自然发生学说论战而设立的，用来奖励拿出具有决定性实验证据的人。

也就是说，巴斯德在关于自然发生学说上所开展的一系列的实验，得到了科学院的肯定。这让普歇团队觉得不公，为了用实验证据说话，1863年夏天，普歇的团队重复了巴斯德的实验。为了这个目标，普歇一行经受了疲惫和严寒，登上了海拔3000米的牛比利斯山的马拉德塔冰川。

普歇团队艰苦的努力也获得了他们想要的结果，那些装有加热过的干草浸渍液的烧瓶，在接触了冰川上的空气后都长出了菌来，而没有打开的烧瓶则没有长菌，算是很好的对照。后来通过对高山上的空气分析，他们也发现其中几乎没有微生物的存在。

这一结果更加让普歇相信，是空气本身，而不是其中的微生物导致了他实验中干草浸渍液中细菌的生长。1863年9月21日，普歇的团队将论文发表在了《科学院通报上》。在论文的结尾，他们做了这样的总结：

“……自然发生——即没有父母但以环境有机物为代价而形成的新生命的产生，对我们来说是一个现实。”

普歇团队新的结果让自然发生的论战再起波澜。巴斯德也迅速做出来回应。在当年11月2日出版的《科学院通报》， 巴斯德就普歇团队在比利牛斯山的结果发表了评论。在巴斯德看来，普歇团队的实验之所以总是出现微生物的生长，还是因为实验不小心导致的污染。

看到自己精心开展的实验被对手怀疑，普歇团队同样在《科学院通报》上做了反击。为了还自己一个公道，普歇一方要求科学院组建一个独立的调查委员会，他们希望在这个委员会的见证下和巴斯德一起同时开展各自的实验。

这是一场公开的科学决战。对于坚信自己的实验没有问题的巴斯德来说，这样的决战也是他所盼望的东西。

很快，一个有五名法国科学院院士组成的委员会成立了。公开实验的时间很快就定了下来，就在1864年的3月上旬，地点则是国家自然历史博物馆馆长、化学家谢弗勒尔的实验室里。

这样公开的实验对决不仅吸引了科学界的注意力，也让大众有了浓厚的兴趣。就在大家都期盼着这一时刻到来的时候，普歇团队却临时退却了。所给出的理由是三月份太冷，不利于微生物的生长，这会对支持自然发生学说的一方不利，所以希望这个公开的实验能推迟到夏天进行。

等到气温适宜微生物生长的夏季的时候，普歇的团队再一次选择了退赛，这一次的理由是他们对规则的不认同。

虽然普歇一方不承认自己的失败，但他们的退赛基本宣告了巴斯德的胜利。

不过需要补充一点的是，普歇一方的退赛不是因为他们对自己的不自信，他们的实验更没有存在造假的行为，实际上他们的实验的结果完全真实。真正让普歇实验中烧瓶里总是长菌的原因，就在其中的干草浸渍液里。用100摄氏度加热巴斯德实验中使用的发酵液可以完全将其中的微生物杀死，但却不能完全杀死普歇实验中使用的干草浸渍液中所有的微生物。当引入了外来的空气后，这些幸存的微生物就会生长繁殖。

最后的波澜

随着1864年巴斯德和普歇的争论的结束，科学界也就在这一问题上达成了一致，即自然发生就是一种谬误。

但在八年之后的1872年，事情却又出现了波澜。

1872年，英国医生亨利·巴斯蒂安出版了一部一千多页的长篇巨著《生命的开端：低等生物的产生模式，有关自然的一些记录》。在这部著作里，巴斯蒂安为自然发生提供了一个新的证据，即他自己所开展的一个实验：烧瓶中的尿酸溶液加热到110度后，与空气隔离，这种情况下加热后的尿酸溶液一直清亮无菌；但当他往里面加入灭过菌的碱去中和pH之后，尿酸溶液却在10个小时内变浑浊了，里面长出了菌来。

因为这一实验结果，巴斯蒂安重新思考了自然发生学说，并且给出了一个全新而且大胆的诠释：生命的自然发生的确有可能，巴斯德之所以没有观察到是因为他的实验没有模拟自然界的复杂性。

这一解释看上去很有道理，微生物的自然发生可能需要某种特殊的条件，比如这个实验里的中和后的某个pH值，而巴斯德的实验并没有去测试不同条件下生命产生的可能性。巴蒂斯安不仅出版书，指出巴斯德实验中可能的不足，还声称他可以来巴黎公开重复他的这个实验。

巴斯德邀请了巴斯蒂安来巴黎开展他的实验。最终结果表明，巴斯蒂安的实验里长出的细菌并不是自然发生的结果，而是由于实验过程中的污染，而且来源不止一处。

第一个污染源是在放入碱的时候导入的。在巴斯蒂安的实验里，他先对固体碱用120度加热灭菌，然后用蒸馏水对它进行溶解，最后把溶解后的碱加入到尿酸溶液里。而巴斯德的团队的实验则显示，这里用的蒸馏水中就含有细菌。

第二个污染源来自尿酸溶液本身。在巴斯蒂安的实验里，虽然尿酸溶液经过了110度的高温加热，这样的温度可以杀死绝大多数细菌，却不能杀死一些细菌的芽孢，因为他过去的经验表明细菌的芽孢有着更强的抗高温的能力。

1877年，巴斯德在给巴蒂斯安的信中表明了自己在这个问题上的态度：

“您知道我为什么如此渴望与您战斗并征服你吗？在我看来，您是持有对医学进步来说致命的错误教条的专家之一，这种错误的教条就是所有疾病的自然发生学说……我再说一遍，这是一个错误，不利于医学进步……”

这也是巴斯德对自然发生这一错误学说的宣言。