第一章　胡椒水中的奇迹

我所从事的事业，不为眼前的名声，而是为求知，我的求知欲比旁人更深，因此每次有所观察，我都会立刻记下，以供有思之人参考。

——列文虎克，1716年6月12日与友人书

对人类家中生物的研究具体源于何时，没有确切的说法，不过很可能是始于1676年的某一天。在荷兰的代尔夫特，列文虎克走过一个半街区去市场买黑胡椒。他慢慢走过鱼摊，走过肉铺，经过市政厅。他买了点胡椒，付完钱，向商贩道过谢就回家了。不过回家之后，他没把胡椒撒在食物上。相反，他小心地把约10毫升黑胡椒粒加入有水的茶杯，这是为了把胡椒泡软、打开，好看看里面有什么，为什么会有辣味。接下来几周，他一遍遍观察这些胡椒粒。过了3个星期，他做了一个事后被证明具有非凡意义的决定——他吸取了一些胡椒水的水样到一根他自己吹制的细玻璃管中。这些水看起来十分浑浊。他把样品放到由固定在金属框架上的镜头所构成的一个类似显微镜的装置下去观察。这个透镜很适合观察像胡椒水这样的透明液体，也适合观察他后来制作的固体切片标本。[1]

列文虎克透过镜头观察胡椒水，看见了一些特别的生物。但要看清楚究竟是什么，还需要一番摆弄和调整。如果当时是晚上，他会把蜡烛移来移去，如果是白天，他是靠窗子透进来的光线，不断变换位置。他观察了好几个样本。1676年4月24日，他终于找到了一个清晰的视角。他发现这些东西不同寻常，然后写道：“有大量的微生物，种类繁多。”他之前也见过微小的生物，但从没见过这么小的。一个星期后，他以不同顺序一遍遍重复这一过程，之后又用胡椒碎代替胡椒粒来观察，将胡椒泡在雨水里观察，将其他香料泡在水里来观察，都是用他自己的茶杯泡的。在一次次尝试中，他看到了越来越多的微生物。这是人类第一次观察到微生物。而且，这一发现是在家中通过观察任何厨房都可以见到的原材料——胡椒和水——得出的。列文虎克站到了他家中的微生物所构成的蛮荒之地的边缘。他看到了前人从未见过的生命世界。至于有没有人相信还是个问题。

早在10年前，列文虎克可能就已经开始用显微镜观察他家和周围环境中的生物了。在花费了成百上千个小时探索自家或自己的日常生活后，他才发现了胡椒水中的细菌。机遇着实偏爱那些有准备的人，但它更青睐沉迷其中的人。科学家很自然地会沉迷某些事情。当你专心致志且充满好奇时，就会入迷，任何人都有可能对某件事入迷。

列文虎克也不是传统意义上的科学家。他平时从事纺织行业，在代尔夫特的家中开了一间商店，卖布匹、纽扣和其他小零碎。[2]最开始，他可能是用透镜来检查一些布匹上的细线。[3]不过后来，他或许受到了英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）所著的《显微术》（Micrographia）[4]一书的启发，开始观察家中的其他东西。列文虎克不会说英文，他可能看不懂罗伯特的原文，但是罗伯特·胡克所绘的通过自制显微镜所见的图画，足以给他巨大的启发。[5]依我们对列文虎克个性的了解，完全能想象出在浏览那些图画后的动作：一边翻查着刚出版的首本荷英词典，一边一段段吃力地阅读《显微术》中的文字。

早在列文虎克用显微镜观察之前，其他科学家就已经用显微镜观察家中生物的细节了。包括罗伯特·胡克在内的科学家们在生命世界的夹缝中发现了我们从未想象过的生命形式，它们展示了一个未知的世界。跳蚤腿、苍蝇眼、书上的毛霉长茎上的孢子囊，这是人们从未见过甚至从未想象过的微观世界。今天我们也能用同样的放大倍率来观察同样的物种，但我们的感受和17世纪的人已经完全不一样了。哪怕在亲眼看到的一刻我们会惊奇不已，但我们早已知道微观世界的存在。那些用显微镜观察的早期科学家，当他们有所发现时，感受到的惊奇感更为强烈，仿佛发现了生命世界的层层表面上书写的密码信息，而这些信息，之前的人类从未见识过。

当列文虎克通过显微镜观察他家中和家周围的生命时，他也发现了新的细节。比如他观察跳蚤，画了很多罗伯特·胡克画过的细节图，但也有胡克没注意到的细节。他看到了跳蚤的精囊，只有细沙粒那么大。他甚至看到了精囊里的精子，并且和自己的精子做了比较。[6]接下来的观察中，他开始发现一些前所未见的生物，只有在显微镜下才能看到。这不是被人忽视的细节，而是意义更重大的发现——他发现了我们现在统称为原生生物（protist）的生命形式，它们都是单细胞生物，形态特征各异，唯一的共同点是体积极小。原生生物可以分裂，可以游动，种类繁多，有些大，有些小，有些长毛，有些光滑，有些有尾，有些无尾，有些附着在表面，有些四处飘荡。

列文虎克把他的发现告诉了在代尔夫特的朋友们。他交友甚广，既有鱼贩子，也有外科医生、解剖学家、贵族，其中一个解剖学家名叫莱尼尔·德·格拉夫（Regnier de Graaf），他家离列文虎克家不远。格拉夫年纪轻轻但成就卓著，他在32岁时就发现了输卵管的功能。列文虎克的发现让他印象深刻，虽然他的孩子刚刚夭折，但仍忍着悲痛以列文虎克的名义给伦敦英国皇家学会会长亨利·奥尔登伯格（Henry Oldenburg）写了封信。在信中他说列文虎克拥有令人称奇的显微镜，还恳请皇家学会给他安排科研项目，让他的显微镜和技术有用武之地。格拉夫还随信附上了列文虎克的观察笔记。

收到信后，奥尔登伯格直接给列文虎克回了信，并且让他提供与描述文字相配的图画。[7]1676年8月，列文虎克在回信中（此时格拉夫已不幸英年早逝）加入了更多关于他观察到而胡克等人忽略的细节：霉菌的形态，蜜蜂的刺、头部和眼睛，虱子的身体构成。同时，格拉夫以列文虎克的名义写的第一封信刊登在当年5月19日的《皇家学会哲学学报》上。这是世界上第二古老的科学期刊，当时是它刊行的第八年。此后又有许多类似书信刊登在学报上，有点像今天的博客。这些书信都没有经过编辑的大幅修改，有时甚至结构不清晰，内容散乱、重复。但这些对自己的家和城市中的小生物的观察记录在当时是创新的，描述的是人们前所未见的景象。正是在1676年10月9日的一封信（总第18封）中，列文虎克写下了他对胡椒水的观察。[8]

列文虎克在胡椒水里看到了原生生物。原生生物包含多种单细胞生物，比起细菌，它们与动物、植物或真菌的亲缘关系更近。他描述的可能是波豆虫（Bodo）、膜袋虫（Cyclidium）和钟形虫属（Vorticella）。波豆虫有一条长长的鞭形尾巴（flagellum），膜袋虫浑身有游动的纤毛（cilia），钟形虫通过柄附着在其他表面（滤食水中的生物）。但他还发现了其他的生物。他估计，胡椒水中最微小的生物宽度只有沙粒的百分之一，体积只有沙粒的百万分之一（图1.1）。现在我们知道，这么小的生物只可能是细菌。但是在1676年，人们还从没见过细菌，这是细菌第一次出现在人类眼前。他欣喜若狂，马上写信给皇家学会：

这是我所见过的自然的神迹中最让人惊叹不已的，我不得不说，我还从来没见过这样激动人心的景象，一滴小小的雨水中竟然有成千上万的小生命，它们聚集在一起，动个不停，但是每种都有独特的运动方式。[9]

列文虎克写给皇家学会的前17封信他们都很满意。但是他们觉得，列文虎克这封关于胡椒水中发现的信，已经误入歧途，脱离了科学实际，陷入了纯粹的幻想。罗伯特·胡克对此格外提出质疑。由于《显微术》一书的成功，罗伯特·胡克现在是微生物领域的权威，他从没见过如此微小的生物。胡克和皇家学会另一位很有声望的成员尼西米·格鲁（Nehemiah Grew）一起，打算重复列文虎克的实验，试图证明列文虎克犯了错。设计并重复实验，本来就是皇家学会工作的一部分，重复过程通常只是简单的演示。不过这一次的实验既是为了演示，也是为了验证列文虎克观察到的现象到底存不存在。

尼西米先试着重复列文虎克的实验，失败了。罗伯特·胡克亲自上阵，他一丝不苟地重复了列文虎克准备胡椒水、调试显微镜的步骤，结果什么都没看见。他抱怨了一番，对列文虎克的发现不以为然。不过他又试了一次。这一次他做了更大的努力，他设计了更好的显微镜。第三次，他和皇家学会的其他成员终于看见了列文虎克观察到的一些生物。同时，列文虎克关于胡椒水中生物的那封信，经奥尔登伯格译成英文后发表在学报上。在信件出版以及皇家学会对观察结果加以验证后，细菌学——对细菌的科学性研究——正式登上舞台。值得一提的是，这项研究是从对在胡椒和水的混合物中发现的细菌即室内细菌的研究开始的。

三年后，列文虎克重复了胡椒水实验，不过这次，他把胡椒水装在一根封口的管子里。细菌耗尽了管中的氧气，但是管里依然有生物在生长并开始冒泡。列文虎克通过研究胡椒水又有了新的发现，他发现了厌氧菌属（anaerobic bacteria）。厌氧菌能在无氧环境里存活、繁殖。对细菌尤其是厌氧菌的研究，最初源于人们对家中生物的观察。

今天，人们知道细菌无处不在——有氧或无氧环境、炎热或寒冷的地方。它们四海为家——在每一个物体表面，在每一个生物体内、空气中、云层里、海底深处，都有一层稀疏或密集的生命存在。人们已经发现了上万种细菌，并认为还有几百万（甚至几十亿）种其他细菌。不过，在1667年，列文虎克和皇家学会的极个别成员看到的细菌，是当时世界上唯一已知的细菌。

在历史上和今天，每当人们谈起列文虎克的成就，就仿佛他只会用新的仪器来观察周围，然后发现了全新的生命世界似的。在这种叙事中，显微镜和镜头才是故事的重点。但事实远比这要复杂。你可以把显微镜头装到相机上，放大倍率和列文虎克当年用过的镜头一样（你应该试试），也可以用它来观察你周围的世界。但你无法用列文虎克的方式来观察世界。他之所以能有这些发现，不仅仅因为他有各种精良的显微镜。他的发现来自他的耐心、恒心和技巧。并不是显微镜本身有多神奇，而是显微镜、细致灵巧的双手和满满的好奇心这三者共同创造了奇迹。

列文虎克比任何人都善于发现自然的神奇之处，但这需要付出在常人看来艰难无比的努力。因此，那些皇家学会的成员，即使看到了列文虎克观察到的世界，却没有任何真的热情去坚持这项工作。在验证了列文虎克的观察之后，罗伯特·胡克用自己的显微镜继续观察了6个月，之后也放弃了。他们把这个未知的世界留给了列文虎克自己。列文虎克成了微观世界的先驱，独自探索着一个比常人所想的更广博精妙的宇宙。

接下来的50年，他系统记录了他周围的所有生物，还有代尔夫特和周边地区的生物（通常是朋友给他带来的样品），不过他记录最多的依然是自己家里的生物。对于遇到的事物，他一视同仁。他研究了排水沟里的污水、雨水和雪水。他检查了自己口腔里的微生物，又检查了邻居的。他一次次观察了活精子，并且比较了不同物种精子的差别。他证明蛆虫是从苍蝇产下的卵中孵化出来的，而不是从垃圾里变出来的。他首先记录了一种能在蚜虫体内产卵的黄蜂。他首次观察到成年黄蜂通过减少活动进入休眠来过冬。在潜心观察研究的岁月中，列文虎克首次发现了多种原生动物，首次观察到储存液泡[10]和肌肉纤维的横纹结构。他发现了奶酪壳上、面粉里甚至到处都存在着生物。在90载人生的后50年里，他一次又一次地探索、观察、惊叹，得出一个又一个发现。和伽利略一样，他为自然的神奇而惊叹，深受启发。不过伽利略只能把探索的目光投向宇宙，通过观察星体运动来验证自己的猜想，而列文虎克却能真切感受到自己发现的世界。他可以观察水中的生物，再喝下水，观察醋，再用来当调料，还可以观察自己体内的生物再继续生活。

由于很难将列文虎克对他观察到的生物的描述和这些物种的现有名称逐个对应，我们无从统计他究竟观察到了多少种不同的生物，不过明显有上千种。我们会想当然地认为列文虎克的开创性工作一直延续、发展，最终形成如今对家中生物的研究，但其实并非如此。列文虎克去世后，对居家环境中生物的研究基本已经中止。尽管列文虎克的发现启发了大众，但在格拉夫去世后，他在代尔夫特几乎已经没有真正的同僚。[11]在他晚年的日子里，他女儿可能做过他的助手，但在他离世后，她并没有继续观察研究。在她的有生之年，仍保管着父亲的标本和显微镜，但这些最终都被束之高阁。当她也去世后，按照列文虎克遗嘱中的特别说明，这些毕生心血都被拍卖了，大部分显微镜都下落不明。他曾观察过的花园，被扩建的代尔夫特城侵占。而很可能让他的灵感萌发、蓬勃生长的儿时旧居，已年久失修，原址变成了某学校的操场。他曾进行众多发现的故居也被拆毁了，[12]在房子的原址上立着一块纪念牌，但牌子的位置也不对。为了纠正它，旁边又立了一块，但很不幸这块牌子的位置也不完全对（差了一两栋房子，具体要看怎么数）。

最终，其他科学家又会开始研究人身上和人们家中的生物，但那已经是一百多年以后了，人们发现有些微生物会致病，并把它们命名为病原体。“病原体致病”学说又称为“病菌学说”，一般认为是由路易·巴斯德（Louis Pasteur）提出的（尽管在他证明微生物会致病之前，人们已经知道微生物会导致农作物病害）。病菌学说的提出，使得致病菌成为了室内微生物研究的中心。列文虎克似乎隐约觉得微生物会带来麻烦（他证实有些微生物会把醇香的红酒变成醋）。不过，他认为大部分他观察到的微生物都是无害的。在这一点上，他完全正确。世界上所有的细菌中，只有不到50种是绝对致病菌，就这么点儿。其他所有的细菌，包括绝大多数原生生物甚至病毒（直到1898年人们才发现病毒，而病毒也是在代尔夫特被首次发现的）要么对人无害，要么对人有益。在人们发现病原体也是不可见的微生物世界的成员后，就发动了针对所有室内微生物的战争。越是和人们关系密切的生物，战斗就越是彻底。人们不再研究胡椒水、污水和在家中随处可见的那些稀奇古怪、飞速旋转的小生物，而时间的流逝，让人们彻底不再关注它们。

到1970年，对家中生物唯一的研究仍集中在病原体、害虫以及如何控制它们的危害上。研究家中微生物的学者研究的是如何杀灭病原体。不仅微生物学是这种情况，研究家中生物的昆虫学家研究的也是怎样杀死昆虫；研究家中植物的植物学家，研究的是怎么清除家中的花粉；研究胡椒的食品科学家想的是胡椒是不是食源性疾病的诱因。我们忘记了我们周围的生命会激发出我们对自然的赞叹，更没有意识到这些生命不单会给人类带来困扰，它们也会帮助我们。我们只看到了它们有害的一面。这一个天大的错误，直到不久前，人们才意识到这个错误并开始弥补。重新开始更全面地认识我们周围的生命，始于人们对黄石国家公园和冰岛温泉的研究，但这些地方好像和居家环境毫不相干。