Louis Pasteur

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机遇偏爱有准备的头脑。

Louis Pasteur是一位法国生物学家、微生物学家和化学家,因其在疫苗接种原理、微生物发酵和巴氏消毒法的发现而闻名。他因在疾病成因和预防方面的非凡突破而被铭记,他的发现拯救了无数生命。他降低了产褥热的死亡率,并为狂犬病和炭疽病创造了第一批疫苗。

他的医学发现为疾病的细菌理论及其在临床医学中的应用提供了直接支持。他因发明了停止细菌污染的牛奶和葡萄酒处理技术而为大众所知,这一过程现在称为巴氏消毒法。他与Ferdinand Cohn和Robert Koch一起被认为是细菌学的三位主要创始人之一,通常被称为"微生物学之父"。

Pasteur负责推翻了自然发生学说。他进行的实验证明,在没有污染的情况下,微生物无法发展。在法国科学院的赞助下,他证明了在消毒和密封的烧瓶中,什么都没有发展;相反,在消毒但开放的烧瓶中,微生物可以生长。虽然Pasteur不是第一个提出细菌理论的人,但他的实验表明了其正确性,并说服了欧洲大部分人相信它是真实的。

如今,他经常被视为细菌理论的创始人之一。Pasteur在化学领域取得了重大发现,特别是在某些晶体不对称性的分子基础和外消旋化方面。职业生涯早期,他对酒石酸的研究导致了现在称为光学异构体的首次分离。他的工作为当今对有机化合物结构基本原理的理解铺平了道路。

他是Pasteur Institute的主任,该研究所成立于1887年,直至他去世,他的遗体被埋葬在该研究所下方的一个地下室中。虽然Pasteur进行了开创性实验,但他的声誉与各种争议相关。对他笔记本的历史重新评估表明他采取欺骗手段来战胜他的对手。

教育和早年生活

Louis Pasteur于1822年12月27日出生在法国Jura的Dole,出身于一个贫穷制革工的天主教家庭。他是Jean-Joseph Pasteur和Jeanne-Etiennette Roqui的第三个孩子。这个家庭在1826年搬到了Marnoz,然后在1827年搬到了Arbois。Pasteur在1831年进入小学。

在早年,他是一个普通的学生,不特别擅长学术,因为他的兴趣是钓鱼和素描。他画了许多粉彩画和他的父母、朋友和邻居的肖像。Pasteur在Collège d'Arbois读中学。1838年10月,他前往巴黎加入Pension Barbet,但因思乡而在11月返回。

Pasteur父亲的肖像

1839年,他进入Besançon的Collège Royal学习哲学,并在1840年获得了文学学士学位。他被任命为Besançon学院的导师,同时继续攻读特别数学的理学学位。他在1841年的第一次考试中不及格。他设法在1842年从Dijon通过了学士学位(理科综合),但化学成绩平庸。

1842年下半年,Pasteur参加了École Normale Supérieure的入学考试。他通过了第一组测试,但因为他的排名很低,Pasteur决定不继续,明年再试一次。他回到Pension Barbet准备考试。他还参加了Lycée Saint-Louis的课程和在Sorbonne的Jean-Baptiste Dumas的讲座。1843年,他以高排名通过了考试,进入了École Normale Supérieure。1845年他获得了licencié ès sciences(理学硕士)学位。1846年,他被任命为Ardèche地区Collège de Tournon(现称为Lycée Gabriel-Faure [fr])的物理教授,但化学家Antoine Jérôme Balard想让他回到École Normale Supérieure担任研究生实验室助手(agrégé préparateur)。他加入了Balard,同时开始了他在结晶学方面的研究,1847年他提交了两篇论文,一篇是化学方面,另一篇是物理方面。

Pasteur母亲的肖像

在1848年在Dijon Lycée担任物理教授后不久,他成为Strasbourg大学的化学教授,并在1849年认识并追求大学教务长的女儿Marie Laurent。他们于1849年5月29日结婚,一共生了五个孩子,其中只有两个活到了成年;其他三个死于伤寒。

职业生涯

Pasteur在1848年被任命为Strasbourg大学的化学教授,并在1852年成为化学主席。1854年,他被命名为Lille大学新科学学院的院长,他在那里开始了他的发酵研究。正是在这个机会,Pasteur说出了他经常被引用的言论:"dans les champs de l'observation, le hasard ne favorise que les esprits préparés"("在观察领域,机遇只眷顾有准备的头脑")。

1857年,他搬到巴黎担任École Normale Supérieure的科学研究主任,从1858年至1867年担任主任,并进行了一系列改革以提高科学工作的标准。考试变得更加严格,这导致了更好的成绩、更大的竞争和更高的声誉。然而,他的许多法令都很严厉和专制,导致了两次严重的学生起义。在"豆子起义"期间,他下令学生拒绝吃的炖羊肉每周一都要供应和食用。在另一个场合,他威胁要开除任何被发现吸烟的学生,学校80名学生中有73人辞职。

1857年的Pasteur

1863年,他被任命为École nationale supérieure des Beaux-Arts的地质、物理和化学教授,这个职位他一直担任到1867年辞职。1867年,他成为Sorbonne有机化学的主席,但由于健康不佳,他后来放弃了这个职位。1867年,École Normale的生理化学实验室应Pasteur的要求而建立,他从1867年至1888年担任该实验室的主任。在巴黎,他于1887年建立了Pasteur Institute,之后一直担任其主任。

研究

分子不对称性

在Pasteur作为化学家的早期工作中,从École Normale Supérieure开始,并在Strasbourg和Lille继续,他研究了一类被称为酒石酸盐的化合物的化学、光学和结晶学性质。

他在1848年解决了一个关于酒石酸性质的问题。从生物体中衍生的这种化合物的溶液旋转通过它的光的偏振平面。问题是通过化学合成衍生的酒石酸没有这种作用,尽管它的化学反应相同,其元素组成也相同。

Pasteur将左手和右手晶体形状彼此分离,形成两堆晶体。

Pasteur注意到酒石酸盐的晶体有小面。然后他观察到,在酒石酸盐的外消旋混合物中,一半的晶体是右手的,一半是左手的。在溶液中,右手化合物是右旋的,左手的是左旋的。Pasteur确定了光学活性与晶体形状的关系,并且化合物分子的不对称内部排列导致了光的旋转。(2R,3R)-和(2S,3S)-酒石酸盐是等距的、不可重叠的相互镜像。这是首次有人证明分子手性,也是异构体的首个解释。

一些历史学家认为Pasteur在这一领域的工作是他"最深刻和最独创的科学贡献",以及他的"最伟大的科学发现"。

发酵和疾病的细菌理论

Pasteur在Lille工作时受到启发去调查发酵。1856年,当地的一位葡萄酒制造商M. Bigot(他的儿子是Pasteur的学生之一)寻求他对制造甜菜酒和变酸问题的建议。

根据他的女婿René Vallery-Radot的说法,1857年8月Pasteur向Lille科学学会寄送了一份关于乳酸发酵的论文,但这篇论文在三个月后才被宣读。随后在1857年11月30日发表了一份备忘录。在这份备忘录中,他发展了他的想法,表述为:"我打算确立,就像有一种酒精发酵菌—啤酒酵母,它在糖被分解成酒精和碳酸气的任何地方都能被发现,同样也存在一种特定的发酵菌,一种乳酸酵母,在糖变成乳酸时总是存在。"

Pasteur也写了关于酒精发酵的文章。它在1858年以完整形式出版。Jöns Jacob Berzelius和Justus von Liebig曾提出发酵是由分解引起的理论。Pasteur证明了这个理论是不正确的,酵母负责从糖发酵产生酒精。他还证明了,当不同的微生物污染了葡萄酒时,就会产生乳酸,使葡萄酒变酸。1861年,Pasteur观察到当酵母暴露在空气中时,每份酵母发酵的糖较少。有氧发酵速率的降低被称为Pasteur效应。

Pasteur在他的实验室进行实验。

Pasteur的研究也表明,微生物的生长导致了饮料(如啤酒、葡萄酒和牛奶)的变质。在这个基础上确立后,他发明了一个过程,其中液体如牛奶被加热到60到100 °C之间的温度。这杀死了其中已经存在的大部分细菌和霉菌。Pasteur和Claude Bernard在1862年4月20日对血液和尿液完成了测试。Pasteur在1865年为该过程申请了专利,以对抗葡萄酒的"疾病"。这种方法被称为巴氏消毒法,很快应用于啤酒和牛奶。

饮料污染使Pasteur产生了这样的想法:感染动物和人类的微生物会导致疾病。他建议防止微生物进入人体,这导致Joseph Lister在手术中开发了防腐方法。

1866年,Pasteur发表了《葡萄酒研究》(Etudes sur le Vin),关于葡萄酒的疾病,他在1876年发表了《啤酒研究》(Etudes sur la Bière),涉及啤酒的疾病。

Lille的Pasteur Institute

在19世纪早期,Agostino Bassi证明了白僵病是由感染蚕的真菌引起的。自1853年以来,两种称为虫粉病和软化病的疾病一直在感染法国南部的大量蚕,到1865年它们给农民造成了巨大损失。1865年,Pasteur去往Alès,工作了五年直到1870年。

患有虫粉病的蚕被小体覆盖。在最初的三年里,Pasteur认为这些小体是疾病的症状。1870年,他得出结论,小体是虫粉病的原因(现在已知原因是一种微孢子虫)。Pasteur还证明了该病是遗传的。Pasteur开发了一个系统来防止虫粉病:在雌性蛾产卵后,蛾被制成纸浆。用显微镜检查纸浆,如果观察到小体,就销毁卵。Pasteur断定细菌引起了软化病。目前认为的主要原因是病毒。软化病的传播可能是偶然的或遗传的。卫生可以用来防止偶然的软化病。消化腔中不含引起软化病的微生物的蛾被用来产卵,防止遗传性软化病。

自然发生

在进行发酵实验之后,Pasteur证明了葡萄皮是酵母的天然来源,消毒的葡萄和葡萄汁永远不会发酵。他用消毒针从皮下吸取葡萄汁,并用消毒布覆盖葡萄。两项实验都无法在消毒容器中生产葡萄酒。

他的发现和想法与流行的自然发生概念相悖。他受到了Rouen自然历史博物馆主任Félix Archimède Pouchet的特别严厉的批评。为了解决这位著名科学家之间的辩论,法国科学院提供了价值2500法郎的Alhumbert奖给任何能够实验性地证明或反驳该学说的人。

Louis Pasteur的巴氏消毒法

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