幫細菌分類的人──科恩誕辰｜科學史上的今天：1/24

本文轉載自顯微觀點

顯微鏡後的女性科學家系列

顯微鏡學的蓬勃發展，不僅促進了醫學﹑公共衛生的發展，而在這背後也有許多偉大的女性科學家參與其中。

屏東縣九如鄉一處養羊場有 3 頭羊確診「布氏桿菌病」，為台灣約 30 年來首例，動防所已撲殺感染羊隻並進行消毒。由於「布氏桿菌」為人畜共通傳染病，衛福部疾病管制署匡列 4 名牧場員工……。2023 年 12 月 9 日報導

由於乳製品滅菌的觀念普及，現在已很少聽聞布氏桿菌感染。這都得歸功於首先發現經由飲用感染布氏桿菌的生牛乳而導致人類得馬爾他熱，進而促成乳品全面巴氏消毒的細菌學家艾莉絲．埃凡斯（Alice Catherine Evans）。

從偏鄉教師到微生物學家

埃凡斯的祖父 1831 年從英國威爾斯移民至美國，她於 1881 年 1 月 29 日出生在美國賓州尼斯威爾斯社區的一戶農家。

埃凡斯在出生地念中小學，因當地沒有高中，她到了賓州托旺達（Towanda）的薩斯奎漢納學院（Susquehenna）就讀。1901 年畢業後，進入大學就讀的夢想因家裡無法負擔而破碎，且當時小學教職幾乎是唯一對女性開放的非基層勞力職業，因此她沒有多想就進入一所小學擔任 1 至 4 年級的教師。

她在家鄉和外地的小學共教了 4 年書後，得知有康乃爾大學農學院提供偏鄉教師免學費的自然科學課程。當時康乃爾大學的農學院院長貝利（Liberty Hyde Bailey）希望藉由受過訓練的教師，培養學生對大自然的熱愛、對植物和動物以及無生命世界的興趣。

埃凡斯申請了這項計畫，並用她四年教書的積蓄來到康乃爾大學，並選擇細菌學作為研究領域，指導教授是研究乳製品的微生物學家史托金（William A. Stocking）。

1908 年她獲得康乃爾大學農學院的學士學位，經指導教授推薦，獲得威斯康辛大學的獎學金；這是專門提供給專攻農化或細菌學研究的獎學金，且在此之前未曾頒給女性。於是埃凡斯前往威斯康辛大學繼續碩士學業。

但她雖然是拿細菌學獎學金，但在農業細菌學指導教授黑斯廷斯（Edwin George Hastings）的要求下，埃凡斯花了三分之二的時間研讀化學，並於 1910 年獲得碩士學位。 碩士學業最後一年，教授希望埃凡斯留下來繼續攻讀博士學位。雖然意識到這是不錯的機會，但大學和碩士學業已帶給她不小的經濟和精神負擔，加上博士學位在當時對科學家並非必要，因此她選擇不再繼續攻讀。

與布氏桿菌相遇

每個人都有自己的天職，天賦就是呼喚，有一個方向，所有的空間都向他敞開。他擁有靜靜地吸引不斷往前努力的能力。

——愛默生

幸運的是，埃凡斯獲得了農業部動物產業局（Bureau of Animal Industry）的研究職位。由於乳酪是威斯康辛州的重要產業，當時威斯康辛大學化學系和細菌學系與乳製品部門合作，研究更好的乳酪製作方法。

埃凡斯是該單位首位女性員工。當時的動物產業局官員沒有想到可能會選擇女性。據傳聞，官員們在一次會議中聽到一名女科學家將加入他們的工作行列的「壞消息」時，他們充滿了驚愕，甚至「差點從椅子上跌下來」。

埃凡斯的回憶錄寫到：「就我而言，進入動物產業局純屬意外，因為長官在女性就業屏障上留下了一個漏洞，我不知不覺地就鑽了進去。」但這在女性就業可說是一個重要的里程碑，因為除非對美國公務員提出嚴重的投訴，否則埃凡斯不會被任意解僱。

所幸埃凡斯的頂頭上司，乳製品部長羅爾（B. H. Rawl）與研究主任羅傑斯（Lore A. Rogers），都不認同其他高級官員對女性的敵意。她在此研究主題是牛乳中各式各樣的細菌，並了解這些類型細菌的來源。同時，她也每年在大學選修一門課，以充實知識。

研究過程中，她的目光漸漸集中到一個特定的對象，一種致流產的傳染性微生物。

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自從雷文霍克用顯微鏡首次看見水中的微生物後，經過一百多年，細菌學才終於在十九世紀中葉開始發展。德國的細菌學家科恩用顯微鏡揭開細菌的神秘面紗，並為它們有系統的分類，與巴斯德 (Louis Pasteur) 、柯霍 (Heinrich H. R. Koch) 三人並稱為開創現代微生物學的先驅。

科恩原來學的是植物學。當他取得博士學位返鄉任教時，父親送他一台當時最先進的顯微鏡作為研究工具，科恩也果然用它完成許多重要的研究成果，但他直到四十歲後才開始全心研究細菌。當時細菌的分類與命名非常混亂，研究者但憑自己喜好為細菌命名，也不管這個菌種是否之前已有人命名。科恩先依據細菌的形狀分門別類，包括：球菌、桿菌、絲狀菌、以及螺旋菌，底下再進一步細分。目前的細菌命名即是以此方法為基礎進一步改善而來。

科恩還導正了許多對於細菌的錯誤認知。人們原先以為細菌是一種微小的動物，因為許多具有鞭毛的細菌在顯微鏡下明顯的游來游去。孔恩經過仔細的觀察，指出細菌的細胞構造其實與植物細胞很相近，應該是屬於植物界、與藻類接近的生物。他後來修正定義為：細菌是一種不含葉綠素、有特定形狀、並以二分裂法來繁殖細胞的生物。

當時的觀念也認為煮沸就可以殺死所有細菌，但科恩發現某些細菌（例如枯草桿菌）會產生耐高溫的內袍子，在沸水中仍不會被破壞。這也駁斥了當時因為煮沸過的枯草溶液有時還會長細菌，而盛行不衰的生命自然發生學說。

科恩除了本身為細菌學貢獻了關鍵的奠基工作，還協助當時還沒有名氣的柯霍完成炭疽病的研究報告，並刊登在自己創辦的雜誌上，讓這個有潛力的年輕人嶄露頭角。柯霍後來也不負所望，因為對結核病的研究而得到 1905 年的諾貝爾醫學獎。

回顧當時研究細菌的科學家主要都著眼於實際的用途，例如哪些細菌會導致人類哪種疾病，感染途徑與機制如何，或是哪些細菌可以用來製造食品，對於那些對人類似乎沒有害處也沒有益處的細菌則不感興趣。而科恩反而默默地研究這些廣泛存在於環境中的細菌，不問實際效用，只管做好基礎的研究，更顯出他的特殊之處與難能可貴。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

• 作者／陳建仁、胡妙芬
• 繪者／Hui

不只人傳人，動物也會傳給人

通常，親緣關係比較遙遠的動物，不會互相傳染疾病，例如魚和人，魚的傳染病通常不會傳染給人。但是，親緣關係較接近的動物，就有可能傳染共通的疾病，像是豬和人同屬哺乳類，豬的流感就會傳染給人，這一類的傳染病就叫做「人畜共通傳染病」。

自古以來，動物會傳染給人的疾病就不少，常見的像是從狗傳染給人的「狂犬病」、從牛羊而來的「炭疽病」，或由豬、馬、家禽而來的「日本腦炎」。但隨著人類生活與活動方式的改變，像是大量的畜養家禽、家畜，或是常常入侵野生動物的棲息環境，使得近幾年來人畜共通傳染病有越來越多的趨勢。

很多造成大流行的傳染病，像是 SARS、H5N1 禽流感、A 型 H1N1 新型流感和 COVID-19，都是二十一世紀後才冒出來的新興人畜共通傳染病。

我們都是狂犬病受害者

親緣關係相近的動物，不但身體構造比較類似，目標細胞外的化學物質也比較相近，所以容易被同一種病原體入侵，而得到共通的傳染病。例如狂犬病是一種由病毒引起的急性腦膜炎，被感染後一旦發病，致死率幾乎 100%。但是會傳染狂犬病的不只是狗，許多哺乳動物像是浣熊、果子貍、蝙蝠、狐狸、貓，也都可能傳染。所以如果不小心被這些動物咬傷或抓傷，應該緊急到醫院施打狂犬病疫苗。家裡的寵物貓、狗也應該每年接種狂犬病的疫苗。

A 型流感也是人畜共通傳染病

在常見的流行性感冒中，B 型流感只能人傳人，而 A 型流感卻是人畜共通傳染病。

有時候 A 型流感確實比 B 型流感容易傳染，因為除了人類之外，還可以傳染給家禽或鳥類等動物，所以病毒很容易因為在不同的動物之間傳來傳去，並出現基因突變、重組而形成不同的新型病毒株。

下圖標明的病種，皆為 A 型流感突變而成的新型病毒株，並在不同的動物之間傳來傳去。

——本文摘自《小大人的公衛素養課：流行病學×預防醫學》，2021 年 9 月，親子天下，未經同意請勿轉載。

肺結核自古早以前即給人類帶來巨大的致命威脅，科學家在五、六千年前的埃及木乃伊身上就發現了結核菌，而歷史上更是有許多名人死於肺結核，包括音樂家蕭邦，文學家歌德、拜倫、卡夫卡，數學家黎曼、拉馬努金⋯⋯等等。雖然肺結核不像瘟疫那般來勢洶洶，卻更令人防不勝防，以致於到了十九世紀，大部分人仍以為它是種先天性的疾病，而且得病之後也只能到陽光充足、空氣清新的地方調養身體、聽天由命。這一切，直到 1882 年的今天，才由德國生物學家柯霍 (Heinrich H. R. Koch, 1843－1910) 揭開謎底，宣布找到病原體──結核桿菌。

雖然同時代的法國化學家巴斯德在二十年前就已經提出微生物致病的學說，但因為肺結核是種慢性疾病，而結核桿菌又生長緩慢，很難培養，因此大多不認為肺結核與細菌有關，即使有懷疑者也因毫無證據而作罷。但柯霍卻堅持信念，深入研究。

柯霍的堅持有其道理。十年前他只是德國小鎮的一位醫生，雖然沒有良好的實驗設備，仍打算研究當地農場盛行的炭疽病。之前就有法國醫生從病牛的血液中找到炭疽桿菌，卻無法確定它就是病原體。柯霍用老鼠做實驗，透過交叉感染的方式證明含有炭疽桿菌的血液會傳染炭疽病。但因為此一結論仍難以解釋炭疽病大流行的現象，他進一步觀察炭疽桿菌的生命史，發現當生存環境不利時，它會形成孢子體（spore）進入休眠狀態，等到環境適宜時，它又會活化繼續繁殖擴散，因此傳染途徑不必經由活體。這是人類首度證實特定微生物與特定疾病的關係。

柯霍於 1876 年發表研究報告後聲名大噪，而於 1880 年來到柏林的帝國健康署工作，因此他更有把握能找出肺結核的病原體。有了他研究炭疽桿菌時的純化與染色技術，加上助手發明的培養皿，以及另一位助手的太太建議用洋菜取代明膠作為固態培養基，柯霍在兩年後成功地找到結核病的元凶，並因此而獲得 1905 年的諾貝爾生理或醫學獎。他所用的技術與工具至今仍是培養微生物的標準方法。

柯霍將自己的研究經驗整理出著名的「柯霍式假說」，或稱「柯霍式法則」：

1. 病原菌可在病體內大量發現，但在健康個體上不應出現；
2. 病原菌可從病體分離出來，並在培養基上生長；
3. 培養出來的病原菌注入健康個體後應該造成同樣的病徵；
4. 從接種的病體可分離出與原先一樣的病原菌。

這四條法則雖然稍有瑕疵（第一條後半──有些疾病的帶原者健健康康的，並無任何病狀；第三條──有些病體表現出來的病徵可能不一樣），但在當時仍不失為判斷病原菌與疾病之間是否有因果關係的準則。柯霍因為在病原菌的研究上建立系統性的方法與本身開創性的研究，而被視為「醫學微生物學之父」。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

自從雷文霍克用顯微鏡首次看見水中的微生物後，經過一百多年，細菌學才終於在十九世紀中葉開始發展。德國的細菌學家科恩用顯微鏡揭開細菌的神秘面紗，並為它們有系統的分類，與巴斯德 (Louis Pasteur) 、柯霍 (Heinrich H. R. Koch) 三人並稱為開創現代微生物學的先驅。

科恩原來學的是植物學。當他取得博士學位返鄉任教時，父親送他一台當時最先進的顯微鏡作為研究工具，科恩也果然用它完成許多重要的研究成果，但他直到四十歲後才開始全心研究細菌。當時細菌的分類與命名非常混亂，研究者但憑自己喜好為細菌命名，也不管這個菌種是否之前已有人命名。科恩先依據細菌的形狀分門別類，包括：球菌、桿菌、絲狀菌、以及螺旋菌，底下再進一步細分。目前的細菌命名即是以此方法為基礎進一步改善而來。

科恩還導正了許多對於細菌的錯誤認知。人們原先以為細菌是一種微小的動物，因為許多具有鞭毛的細菌在顯微鏡下明顯的游來游去。孔恩經過仔細的觀察，指出細菌的細胞構造其實與植物細胞很相近，應該是屬於植物界、與藻類接近的生物。他後來修正定義為：細菌是一種不含葉綠素、有特定形狀、並以二分裂法來繁殖細胞的生物。

當時的觀念也認為煮沸就可以殺死所有細菌，但科恩發現某些細菌（例如枯草桿菌）會產生耐高溫的內袍子，在沸水中仍不會被破壞。這也駁斥了當時因為煮沸過的枯草溶液有時還會長細菌，而盛行不衰的生命自然發生學說。

科恩除了本身為細菌學貢獻了關鍵的奠基工作，還協助當時還沒有名氣的柯霍完成炭疽病的研究報告，並刊登在自己創辦的雜誌上，讓這個有潛力的年輕人嶄露頭角。柯霍後來也不負所望，因為對結核病的研究而得到 1905 年的諾貝爾醫學獎。

回顧當時研究細菌的科學家主要都著眼於實際的用途，例如哪些細菌會導致人類哪種疾病，感染途徑與機制如何，或是哪些細菌可以用來製造食品，對於那些對人類似乎沒有害處也沒有益處的細菌則不感興趣。而科恩反而默默地研究這些廣泛存在於環境中的細菌，不問實際效用，只管做好基礎的研究，更顯出他的特殊之處與難能可貴。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。