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环境微生物研究之发展史

已有 861 次阅读 2019-8-21 08:51 |个人分类:自然之旅|系统分类:科普集锦



1. 史前期

低水平应用时期。

人类已经在很多方面利用了微生物,世界各国人民在自己的生产实践中均积累了很多利用有益微生物和防治有害微生物的经验。


我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒。

4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒。

我国2500年前发明酿酱、醋,用曲治消化道疾病。

公元前112-212年间,华佗“割腐肉以防传染”。

公元2世纪,张仲景便要求病人禁食病死兽类的肉和不清洁食物。

公元6世纪北魏的贾思勰在《齐民要术》一书中便详细记载了制醋的方法。我国古代劳动人民就利用了盐腌、糖渍、烟熏、风干等。

公元9世纪创立了痘浆法、痘衣法来预防天花。

在该时期应用水平最高并独树一帜的应用应首推我国古代人民在数千年前制曲酿酒方面的伟大创造。如公元前25世纪黄帝曾与歧伯讨论醪醴(即酒)。在夏代(约前21世纪-约前16世纪)酒圣杜康已开始较大规模酿酒。


史前期人类对微生物的应用特点:

视而不见

臭而不闻

触而不觉

食而不察

得其益而不感其好

受其害而不知其恶

2. 初创期

形态描述和分门别类的时期。

荷兰商人安东·列文虎克(Antony van Leeuwenhoek, 1632-1723)是真正看见并描述微生物的第一个人。他的最大贡献是利用自制的显微镜发现了微生物世界(当时被称之为微小动物)

1664年,英国人虎克(Robert Hooke)曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。

3. 奠基期

生理水平研究时期。

十九世纪中期,以法国的巴斯德和德国的科赫为代表的科学家揭示了微生物才是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术,从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。故巴斯德和柯赫为微生物学的奠基人。

巴斯德的主要贡献:

以著名的“曲颈瓶实验”证实了微生物的存在,推翻了神创论和自然发生说。

初步应用免疫学,利用预防接种法治疗疾病(首次制成狂犬疫苗)

证实了发酵作用与微生物活动有关。

发明了巴斯德消毒法。

神创论

在中国传说是女娲造人,即“俗说天地开辟,未有人民,女娲拌黄土做人,剧务力不暇供,乃引绳于泥中,举以为人。故富贵者黄土人也,贫贱凡庸者泥人也。”。

然后,女娲向这些泥人分别注入阴阳二气。那些身上被注入阳气的泥人变成了男人,而注入阴气的泥人变成了女人。后来女娲又替人类建立了婚姻制度,使青年男女相互婚配,繁衍后代。

十八世纪以前,《圣经》及其宣扬的神创论(或创世说、特创论)在西方学术界、知识界以及整个西方文化中占据着无可撼动的统治地位。

神创论认为,地球及万物是上帝在大约6000年以前,即公元前40041026日上午900钟创造出来的。自从被上帝创造出来以后,地球上的生命未发生任何变化。在那个时代,大多数人相信世界是上帝有目的地设计和创造的,由上帝制定的法则所主宰,是有序协调、安排合理、美妙完善且永恒不变的。

《圣经》记载:上帝第一天创造昼夜,第二天创造天空,第三天创造陆地、海洋和植物,第四天创造日月,第五天创造动物,第六天按照自己的模样创造了男人亚当。

亚当问上帝,为何世间万物独有我如此孤独?于是,上帝取他的一根肋骨制造了女人夏娃。《圣经》记载:造物主见男人太寂寞,于是在他沉睡时取他身上一根肋骨,创造了女人,每个男人都在寻找自己的那根肋骨只有找到她,他的胸口才不会隐隐地痛。

可是有一个疑问:夏娃是亚当的肋骨做的,但为什么现在男人不比女人少一根肋骨呢?难道上帝是错的?!

现代自然人体科学先是引起了对圣经关于男女肋骨的争论和质疑:在1543年当德国解剖专家Andreas Vesalius证实男女的肋骨数量相同。

但是,讽刺的是现代遗传基因学则最终证明《圣经》的正确。如:若一个缺一条腿的人,生一个孩子也会缺一条腿吗?再如:某人的父亲小时候因为一次意外截去了一只手,他和后来的妻子婚后生的孩子会少一只手吗?很显然,不会的。亚当少一根肋骨,而他的后代并不会少一根肋骨。

自然发生说

生命是从无生命物质自然发生的,由古希腊思想家、哲学家亚里斯多德倡导。我国古代也有腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生鼠等说法。

17世纪,意大利医生雷迪通过实验证明:蛆来自蝇卵,腐肉不能生出苍蝇,否定了自然发生论。

肉虽然不能生出苍蝇,但会发臭变质,为什么?

1676年,列文虎克发明了显微镜,发现了微生物。微生物导致腐肉发臭变质。微生物可以自然发生吗?

1860年巴斯德利用曲颈瓶实验证明肉汤本身不能生出微生物,从而彻底否定了自生论,同时提出“一切生命来自生命”的观点。

科赫的主要贡献:

利用平板分离方法寻找并分离到许多病原菌,如炭疽病菌(1877)、结核杆菌(1882)、链球菌(1882)、霍乱球菌(1883)等。

提出了著名的科赫法则—证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则(1884)

奠定了微生物基本操作技术基础。

科赫法则:

在每一相同病例中均出现这种微生物。

要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来。

用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主,同样的疾病会重复发生。

从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。

科赫发明的微生物学基本操作技术:

用固体培养基分离纯化微生物:这是进行微生物学研究的基本前提和经典操作技术,这项技术一直沿用至今。

固体培养基的使用:如土豆切面-营养明胶-营养琼脂。

培养基的配制:设计了各种培养基。

细菌的染色方法与显微摄影。

流动蒸汽灭菌技术。

4. 发展期

生化水平研究时期。

1897年,德国科学家爱德华·毕希纳(Edward Büchner, 1860-1917)用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”对葡萄糖进行酒精发酵成功,从而开创了微生物生化研究的新时代。此后,微生物生理代谢研究就蓬勃地开展起来了。

毕希纳的主要贡献:

开创了无细胞酵母酒化酶的生化研究。

发现了微生物代谢的统一性。

寻找到微生物有益代谢产物。

为抗生素等微生物发酵工业的迅猛发展铺垫了技术理论基础。

弗莱明和丘吉尔的故事(真实性有待考证):

在苏格兰,有一位心地善良,乐于助人的农夫。有一次他在田里耕作时,忽然听到附近的泥沼地带有人发出呼救的哭泣声,他当即放下手中的农具,迅速地跑到泥沼地边,发现有一个男孩掉进粪池,他急忙将这个男孩救起使他脱离了生命危险。两天后,一位高雅的绅士驾着一辆华丽的马车来到农夫所住的农舍,彬彬有礼地自我介绍说,他就是被救男孩的父亲,特此前来道谢。这位绅士表示要以优厚的财礼予以报答,农夫却坚持不受,他一再申明:“我不能因救了你的小孩而接受报酬。”。正在互相推让之际,一个英俊少年从外面走进屋来,绅士瞥了一眼便问道:“这是你儿子吗?”农夫点点头说:“正是。”。绅士接着说:“那好,你既然救了我的孩子,那就也让我为你的儿子尽点力,让我们订个协议吧,请允许我把你儿子带走,我要让他受到良好的教育。若这个孩子也像他父亲一样善良,那么他将来一定会成为一位令你感到骄傲的人。”鉴于绅士的诚意,农夫答应了他的提议。绅士非常讲信誉、重承诺,不但把农夫的孩子送到学校读书,而且还供他到圣玛利医学院上学,直至毕业。

这个农夫的孩子不是别人,他就是后来英国著名的细菌学家亚历山大·弗莱明。他于1928年发明了青霉素。而他那个被农夫救起的儿子后来成了英国著名的政治家,二战时期的首相丘吉尔。

第二次世界大战期间丘吉尔出访非洲时不幸患了肺炎,当时肺炎属于绝症。在这紧急关头,弗莱明从英国赶到非洲,用青霉素治好了丘吉尔的肺炎,救了他一命。当时丘吉尔紧紧握住弗莱明的手,激动地说:“谢谢,你们父子二人给了我两次生命!”弗莱明微笑着回答说:“不用客气,第一次是我父亲救了你,但是如果不是你父亲帮助我,也不会有今天,所以从某种意义上说,是你父亲救了你”。

5. 成熟期

分子研究时期。

1953228日詹姆斯·杜威·沃森(James Dewey Watson, 1928-)和弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克(Francis Harry Compton Crick, 1916-2004)提出了DNA双螺旋结构理论,奠定了现代分子生物学的基础,整个生命科学由此展开了新的一页。同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。从此,微生物学和生物学科主流汇合,推到生命科学发展的前沿,自身也得到迅速发展,并在生命科学的发展中独树一帜。

成熟期特点:

微生物学从以应用为主的学科,迅速成长为一门十分热门的前沿基础学。

在基础理论的研究方面,微生物迅速成为分子生物学研究中最主要的对象。

在应用研究方面,向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展,至70年代初,有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程等紧密结合,微生物已成为新兴的生物工程中的主角。

微生物作为主角推动生命科学的长足发展:

促进许多重大理论问题的突破,如遗传物质基础、基因与酶关系、突变的本质、操纵子学说、PCR等。

对生命科学研究技术的贡献,如细胞的人工培养、突变体筛选、DNA重组技术和遗传工程等。

微生物与“人类基因组计划”,微生物作为模式生物促进基因与基因组的功能研究。


微生物学的发展前沿:

微生物基因组学

微生物生态学

环境微生物学

细胞微生物学

微生物生命现象的特性和共性

微生物学与其他学科的交叉

微生物产业的全新发展


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