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巴謝–昆蟲病理學之父

巴謝是第一位以實驗證實微生物可以感染動物,造成疾病的科學家,他用真菌感染的方式研究蠶病,因此被推崇為「昆蟲病理學之父」,而他的研究發現也促進了人類對傳染病學的了解。
 
 
 
傳染病學的發展

在人類歷史上,許多傳染病都對人類的文明發展產生過重大的影響。傳染病不但使得人們健康與生命受到極大的威脅,同時也造成經濟上的巨大損失,甚至影響到社會結構、宗教信仰、文化發展、乃至於國家的盛衰。因此研究這些疾病的成因與預防治療,是人類醫藥科學發展過程中重要的工作。然而傳染病是由微生物感染所引起的這一件事,卻是經過一段漫長的過程與無數科學家的努力,直到十九世紀才逐漸明瞭並獲得證實的。

最初,人們對於疾病的發生,因不明瞭成因,所以往往歸咎於神鬼,這在東西方社會都是相同的。例如中國古代對疾病是採求神問卜與巫術治療的態度,而西方社會一直到中世紀還把疾病視為神鬼的降災與懲罰,一般未開化的社會與部落,更是迷信巫醫。在這種不明瞭傳染病成因的狀況下,疾病的治療當然也就沒有辦法對症下藥,有效治療了。

首先認為傳染病是經由微粒狀物質(微生物)感染而造成的,是在一五四六年由一位名叫吉羅拉摩‧法蘭卡斯特羅(Girolamo Fracastoro, 1478–1553)的義大利學者提出的,但這只是他依靈感而推理得到的想法,並沒有經過科學實驗的驗證。而第一位以實驗證明微生物的確可以造成動物疾病的人,則是本文的主角亞格斯汀‧巴謝(Agostino Maria Bassi, 1773–1856,以下簡稱巴謝)。
  
他是用一種從病蠶身上取下的白殭黴菌來感染健康的蠶蟲,引發相同的疾病而證實了微生物的致病性。之後,法國的微生物學大師巴斯德(Louis Pasteur, 1822–1895)與德國微生物學泰斗科霍(Robert Koch, 1843–1910),相繼研究微生物如何導致人類疾病,並獲得確鑿的證據,使得傳染病的成因終於塵埃落定。

而爾後的學者也陸續發現各種化學藥物與抗生素,可以在人體內殺死微生物,得以有效地治療傳染病。我們在今日能夠享受到各種妥善的醫藥照顧,不能不感念這些先賢學者們所做的貢獻。

巴謝的生平

巴謝於一七七三年出生在義大利倫巴底地區的麥拉哥,他的父親名叫歐諾拉多(Onorato Bassi),母親名叫羅莎‧蘇馬莉娃(Rosa Sommariva)。巴謝有個雙胞胎的兄弟,但是由於沒有文獻記載,我們對於他雙胞胎兄弟日後的生活情況一無所知。他的雙親非常重視子女的教育,因此他很早就被送到羅地這個地方入學。完成基礎教育後,他進入義大利當時歷史悠久、享有盛名的帕維亞大學主修法律。在當時,帕維亞大學素有義大利「牛津大學」之稱。

巴謝雖然主修法律,但是他對科學也很有興趣,因此選修了許多自然科學方面的課程,包括物理學、化學、數學、以及生物學和醫學等。著名的解剖學家斯卡帕(Antonia Scarpa, 1747–1827)、物理學家伏特(Alessandro Volta, 1745–1827)、以及病理學家拉索禮(Giovann Rasori, 1766–1827)都是他的老師,他還有機會選修了一代大師史帕蘭扎尼(Lazzaro Spallanzani, 1729–1837)所授的課程。史帕蘭札尼以實驗的方法推翻了生物「自然發生」假說而著稱。

巴謝在如此優良的學術環境中,受到完整的科學訓練與眾多大師的薰陶,奠定了堅實的學術基礎,更促成了他日後在科學上的重大成就。

一七九八年,他獲頒法學博士學位,並被任命為當時法國政府控制下的羅地地方行政長官與稅務官。由於巴謝的視力不佳,因此不久便不得不辭去繁忙的行政職務,而返回他的出生地麥拉哥。回到故鄉的巴謝除了研究蠶病外,也關注各種農業問題,例如麥利諾羊的育種、馬鈴薯的繁殖、以及釀酒等,他都有興趣。他的著作極多,除了在醫學方面的著述外,還包括一八一二年出版的一本名叫《有學識的牧羊人》的書。

蠶病的研究

從十六世紀以來,歐洲的蠶絲業一直相當發達,是一項重要的民生產業。可是養蠶的農人經常被一種蠶病所困擾,病蠶身上會出現白色的疹子,而死後的屍體往往佈滿白色的粉毛狀物。這個蠶病在義大利文中稱為「calcino」,法文則稱為「muscardine」。muscardine的意思本來是指一種沾滿白粉的糖果,由於得這種病死後的蠶屍非常類似這種糖果,因此便被用來當作這種蠶病的名詞,並且一直沿用至今。

如今微生物學家已知這是一種稱為白殭黴菌的感染所造成的,所以把這種病稱為「白殭病」。有時蠶蟲也會被一些綠殭黴菌感染而死亡,則稱為「綠殭病」。而白殭病與綠殭病並不是只感染蠶蟲,在其他昆蟲中也是非常普遍的疾病。

最初,巴謝懷疑這個蠶病是蠶蟲在某些飼養環境下生長的必經過程。他研究各種可能的環境因素是否會造成蠶蟲的疾病,例如食物、自然環境、育種方法、磷酸等。但是經過詳細的研究以後,他發現這些都不是造成蠶病的因素,而蠶蟲罹患這種疾病的真正原因,是一種外來的媒介。他進一步證實了傳染的媒介物包括污染的食物、死蠶、以及養蠶者不清潔的手與衣物的接觸。這種致病的因子還可以經由動物,如蒼蠅作媒介,而傳染給蠶蟲。

為了找出真正的致病原因,巴謝從病蠶身上取下一些白色的粉末,放到健康的蠶身上,果然誘導出健康的蠶產生相同的疾病。如果改用死蠶的任何部位來處理,所得到的結果也完全相同。

於是巴謝以顯微鏡觀察這些白色的粉毛,發現它們原來是一種寄生在蠶身上的黴菌,而病蠶身上的白色疹子,也是由許多長出芽孢的微小菌絲造成的。只有當菌絲產生芽孢後,蠶蟲病才會傳染。當健康的蠶接觸芽孢後,芽孢會長出新菌絲侵入蠶體內吸取養分。而病蠶死後,菌絲則長出新芽孢。這些芽孢可以存活很長一段時間後,仍具感染的能力。

一八三三年,巴謝在帕維亞大學公布他的發現。一八三五他以義大利文出版了一本專著《論白殭病:一種攻擊蠶蟲的疾病》。這是人類有史以來第一次,以實驗方法證實一種活的微生物能造成動物的疾病。他的論文中還敘述了如何預防這種蠶蟲白殭病的方法,例如如何避免污染、疾病發生後如何消毒房間、以及如何以煮沸法來消毒飼育的器械等。他建議利用流通空氣及陽光照射作為預防疾病發生的方法。

後來另一位微生物學家巴爾薩莫—克里維利(Guiseppe Balsamo-Crivelli, 1880–1874)鑑定了巴謝所發現的黴菌是一種學名叫Botrytis paradoxa的真菌。為了紀念巴謝,此菌被後人更名為Botrytis bassiana。現今此菌在真菌學上的正式學名叫Beauvaria bassiana(巴謝氏白殭菌)。不久,法國人奧都昂(Jean-Victor Audouin, 1797–1841)和其他科學家也陸續證實了巴謝的發現。

巴謝的發現,大大地影響了當時科學界對於微生物可以導致動物疾病的觀念。之後一些著名的科學家,如德國人熊奈廉(Johann Lukas Schoenlein, 1793–1854)、匈牙利人葛汝必(David Gruby, 1810–1898)、英國人柏克萊(Miles Berkeley, 1803–1889)等都同意巴謝的看法,認為寄生的微生物可造成動植物的疾病。

著名的德國病理學與解剖學大師亨勒(Jakob Henle, 1809–1885)(腎臟中亨氏環的發現者,也是德國微生物學大師科霍的老師)在一八四○年發表的經典之作中也明白地指出,巴謝所提出的微生物致病觀念是正確的。

法國微生物學家巴斯德,對於微生物可導致人類病的研究,受到巴謝實驗的影響極大。而之後德國著名的微生物學大師科霍,也才能據此為基礎,提出他不朽的「科霍準則」來驗證傳染疾病的病原微生物,使人類在對抗傳染病上取得重大的成就。

對「自然發生學說」爭論上的貢獻

「自然發生學說」是指一個生物可從沒有生命的物質中自然產生,在沒有精確的觀察下,許多古人相信老鼠可以從腐敗物中生出來,昆蟲從露水中產生,或是青蛙從潮濕的泥土中生出來。

最先質疑這個學說並採用實驗來進行研究的是一位名叫雷迪(Francesco Redi, 1626–1697)的義大利醫生,他在一六六八年以紗布阻隔蒼蠅接觸腐肉,來驗證蒼蠅的幼蟲是否可以從腐肉中自然發生。他把兩個放有腐肉的瓶子,一瓶蓋上紗布,一瓶暴露在空氣中,結果蓋有紗布的那瓶永不會生出蛆蟲及蒼蠅。以此實驗他成功地證明了蒼蠅必須由母蠅產卵孵化而出,並不是自然發生的。雖然這個完美的實驗廣為人知,也被大家接受,但是對於肉眼看不見的微生物,仍然有許多人相信是可以自然發生的。

一位當時有名的神父尼德漢(John Needham, 1713–1781)發現把煮過的肉汁倒入玻璃瓶後不久就會長滿微生物,而使得微生物是自然發生的說法得到堅強的支持。然而不久(一七六七年),另有一位義大利科學家史帕蘭扎尼(也是巴謝在帕維亞大學的授業老師)卻持不同的看法,決心要向這個難題挑戰。他認為尼德漢的實驗不精確,因為短暫的煮沸並不足以殺死所有的微生物。於是他把肉汁煮沸達一小時之久,再小心地封瓶後,果真不會有微生物出現。

可是爭論並未因此解決,因為尼德漢認為煮沸一小時及封閉瓶口,會破壞肉汁中讓微生物生長所必須的「生命力」,而且空氣也含有微生物生長所必須的元素。因此,二種說法爭論不休,一直得不到定論。直到一百多年後(一八六一年),才由偉大的法國微生物學家巴斯德澈底解決了這個爭論。

巴斯德用一鵝頸瓶裝上充分煮沸後的肉汁,但並不封閉頸口;空氣仍可藉由鵝頸玻管自由相通,但是空氣中的微生物則沒有機會落入肉湯中,因此肉湯中不會有微生物生長。但若將瓶頸打開,使瓶內肉汁暴露在空氣中,則很快就會生出微生物,因此證明了空氣中的微生物才是使肉汁生出微生物的原因,而肉汁經充分煮沸滅菌後則不會自然生出微生物。這個鵝頸瓶的實驗徹底推翻了自然發生說,也使得生物是否能自然發生的爭論終於塵埃落定。

事實上在巴斯德從事他鵝頸瓶實驗之前,巴謝也曾嘗試觀察蠶蟲病的病原黴菌是否會自然發生。在他的專著《論白殭病:一種攻擊蠶蟲的疾病》一書中,有一章專門討論到他多年來研究蠶蟲的白殭病是否可以自然發生的問題。

他在文章中敘述:「這……使我非常灰心,我認為這蠶病的致病原因好像被深不可測的帷幕遮掩住,我拼命地想把它從黑暗中移除,使真相大白。……這是一八一六年;在深沈的憂鬱下……我找回擺脫羈絆的勇氣,再一次挑戰逆境。我用不同的方式,再三地質疑大自然;以堅定的決心,決不放棄,直到她被馴服並誠實回答我的問題為止。……除了用真正患病的病蠶來感染,可以使健康的蠶染病外,所有的其他方式都失敗了。這使我想到這種蠶病不是昆蟲自然發生的,它需要一個外來的種原;當種原從外面進入蟲體內,便導致這一切嚴重疾病的症狀。而最重要的是,如果可能的話,應該找出一個方法來阻止這個致病的種原進入蠶體內,以便防止蠶病的產生與發展。」

從這些描述中,我們可以看出巴謝以實驗的方法來證明蠶病的產生,是因為微生物種原進入動物體內而導致的,而病原微生物並不會在蠶體內自然發生。而我們也可以從他這段生動的自白中,看到一位科學家不怕失敗,堅持理想,最後終於揭開大自然奧祕的經過。

由於巴謝的努力,蠶蟲的白殭病終於真相大白。這是人類有史以來,第一次用微生物接種的方法,證明了一個動物的疾病是由病原微生物所導致的。巴謝的視力一直不佳,晚年無法繼續使用顯微鏡從事微生物學的研究,但是他仍然關注傳染病的發展,並屢屢發表論文,倡議微生物會導致人類的疾病。

他曾提出人類的一些傳染疾病,例如麻疹、梅毒、以及鼠疫,都是由病原微生物造成的。這些具有遠見的閎論,深刻地影響了後續微生物學、病理學、以及寄生蟲學的發展。巴謝在一八五六年二月六日在義大利的羅地去世。

白殭菌的應用

白殭菌是一個在全世界土壤中常見的黴菌,它可感染許多昆蟲的幼蟲及成蟲,例如一些農業害蟲如粉蝨、蚜蟲、蝗蟲、白蟻、日本甲蟲、馬鈴薯蟲、象鼻蟲、玉米瞑蟲、小菜蛾、夜盜蛾、螞蟻等。也曾有報導指出,這種黴菌可以感染野鼠的肺部,以及人類的鼻腔。白殭菌也有很多不同的品系,不同的品系造成的昆蟲疾病與死亡率也不相同。

白殭菌在生長的過程中,會形成對乾旱與高溫具有抵抗力的孢子。當孢子隨風飄散或是直接接觸到適當的宿主後,便會發芽長出菌絲,並延伸到宿主的組織中吸取養分及產生毒素,而造成宿主的疾病與死亡。這種黴菌繼續在昆蟲體內大量繁殖,最後長出許多白色的菌絲包裹住整個昆蟲蟲體,有如一個殭化的木乃伊,這也是被稱為白殭菌一詞的由來。

目前白殭菌已經使用在農業上來控制蟲害,是一種沒有化學農藥殘留與污染的生物控制法。農人只要把白殭菌產品用水稀釋,再把它噴灑到農作物上,便可以造成農業害蟲的疾病與死亡。由於現代生物科技已經可以用發酵法,在大型的發酵槽中生產白殭菌,使成本大幅降低,因此市面上已經可以買到相關的產品,例如美國環境保護局已經批准上市的Naturalis(美國Troy Biosciences Inc.產品)及Mycotrol(美國Mycotech Co.產品)。

由於昆蟲必須接觸孢子、發生感染、最後才會死亡,因此當噴灑白殭菌之後,需要3~7天才能產生效果,比起一般的化學農藥效果慢了很多。但是它的優點是,沒有化學農藥污染與殘留的問題,對於環境的傷害很小。此外也由於白殭菌的孢子可以長期存活,且病蟲會彼此相互感染,因此控制的時效也較長。

人類經由多年來的研究與應用的經驗,以微生物來防治蟲害的優點及有效性已受到肯定,然而其生產成本卻較傳統的化學殺蟲劑高出很多。因此,未來微生物防治蟲害的前途,將取決於人類在經濟利益與自然生態保育之間做出的抉擇。臺灣值此化學農藥污染嚴重而環保意識又高漲的今日,微生物防治法無疑地為我們提供了一項有效可行的解決之道。

致謝:本文撰寫,承方蘭生女士大力協助,特此致謝。
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