科學大爭論——生命能否自發產生？

 ·方舟子·

 （上）

 人類很早就知道，生物靠繁殖產生下一代。但是在古代，幾乎所有的文化中
都流傳着某些生物，特別是低等的、齷齪的生物，在一定的條件下能夠自發產生
的說法。人們普遍相信腐爛的肉會變出蒼蠅和蛆，朽木會自己長出蛀蟲，汗會生
出虱子，海底的爛泥會生出魚，地里的爛泥會生出青蛙和老鼠……中國古代除了
有“肉腐出蟲，魚枯生蠹”這種比較普通的說法，還有“腐草為螢”的浪漫傳說，
直到李時珍編寫《本草綱目》時，還一本正經地把螢火蟲是從腐草化生的當成事
實來講。

 這些動物的確經常被發現從腐爛的東西中突然長出來，而它們的卵又小得難
以看到，人們就會想當然地認為它們是自發產生的。不僅一般人這麼認為，哲學
家、博物學家也普遍相信生命能從無生命物質自發產生。中國古代學者對此只有
零星的敘述，古希臘哲學家卻將它做為一個學說提出來，其基本觀點是，在陽光
產生的熱量的作用下，粘土（水和泥土的混合物）能夠自發地產生生物。這些說
法被亞里士多德綜合了起來，構成了一個精緻的體系。此前古希臘哲學家提出自
發發生說主要是為了說明生物最初是怎麼產生的，但是亞里士多德不相信宇宙有
開端，他只是把自發發生做為當今生物的繁衍方式之一。

 自發發生說是亞里士多德動物學體系的一個重要組成部分，他用他的自然哲
學對此做出了似乎很合情合理的解釋。亞里士多德認為，地球上的所有東西都是
由土、水、氣、火四種元素組成的，不同的元素又是由冷－熱、干－濕這四種兩
兩互相對立的原始性質按不同比例組合而成的。這些元素和原始性質在生物體各
部位的混合就決定了生物的性質。當然，生物之所以是活的，是因為它們有“元
氣”。“元氣”實際上是兩種元素——氣和火——的混合，因此非生命物質中也
有，無處不在。為什麼粘土中會自發產生生命呢？因為粘土中含有水，水中含有
氣，而所有的氣都含有元氣，一旦氣和元氣被包裹起來，在熱的作用下，就會快
速地形成生命。形成什麼樣的生命，則取決於四種元素和原始性質的比例。

 這位古代最偉大的博物學家把自發發生當成了低等生物的主要產生方式。例
如，他認為所有的貝殼類動物都是從泥土中自發產生的，不同的材料生出了不同
的貝殼：粘土長出了牡蠣，泥沙長出了蛤蜊和扇貝，岩石的空隙長出了藤壺和帽
貝等等。許多昆蟲也是自發產生的：樹葉上的露珠、腐爛的泥土或糞便、樹幹、
動物的毛髮、肉、排泄物等等都能生出各種各樣的昆蟲。這些結論顯然是根據不
嚴謹的觀察得出的。

 亞里士多德的自發發生說看上去似乎與基督教關於上帝創造生物的教義相矛
盾，但是在基督教在西方世界占據統治地位後，卻沒有被當成異端。基督教神學
家從其《聖經》中找到了一句“神說，水要多多滋生有生命的物”，認為這指的
就是自發產生生命，從而採納了亞里士多德的觀點。從此亞里士多德的自發發生
說被後來的西方學者不加懷疑地普遍接受達兩千年之久。直到17世紀，佛蘭德斯
醫生和化學家范·赫爾蒙特（1580–1644）還這麼指導人們如何造出老鼠：把被
汗濕透了的內衣和麥子一起放到罐中，不加蓋放三七二十一天，等汗發酵了，惡
臭滲透進了麥子，麥子就會變成老鼠！而如果把一種叫羅勒的植物夾在兩塊磚頭
之間，放在陽光下曬，就會生出蠍子。

 最早想到用實驗來驗證自發發生說的是意大利醫生雷第（1626－1697）。當
然，他不可能對有關自發發生的種種千奇百怪的說法都一一去驗證，所以他選擇
了流傳最廣、被所有人一致接受的一個說法：腐肉生蛆。他在1668年報告了他的
實驗結果。他的實驗非常簡單，但是卻算得上是歷史上第一個嚴格的生物實驗：
他甚至設了對照組。他在4個廣口瓶中放進死蛇、魚和牛肉，然後蓋上蓋子。做
為對照，他在另4個廣口瓶中一一放上同樣的東西，但是讓瓶口開着。他注意到
蒼蠅在開口的瓶子進進出出，幾天后，腐爛的肉長出了蛆。但是在蓋了蓋子的瓶
中，雖然肉也腐爛、發臭，卻沒有蛆。他改用紗布封住瓶口，雖然空氣能進瓶子，
但是蒼蠅進不去，腐肉同樣不會長蛆。他抓了蛆來養，發現它們最後變成了蒼蠅。
把死蒼蠅或死蛆放進裝了肉的封口瓶中，腐肉不會長蛆。但是如果放的是活的蒼
蠅，就會長蛆。

 這樣，雷第就證明了腐肉中的蛆不是自發產生的，而是蒼蠅產的卵變來的。
雷第沒有再用其他的昆蟲做實驗，他覺得從這個腐肉生蛆的實驗已可以推斷其他
昆蟲也不會是自發發生的。不過，雷第仍然相信自發發生在某些條件下是可能的，
例如，他相信植物組織中的癭蟲和動物體內的寄生蟲就都是自發發生的。1700年
有人發現癭蜂在植物中產卵才生出癭蟲，而對寄生蟲的生活史的發現，則是19世
紀的事了。

 不管怎樣，雷第的實驗極大地動搖了人們對自發發生說的信心。恰好在此時，
荷蘭人列文虎克（1632-1723）在顯微鏡下發現了微生物。於是人們又想，雖然
蛆之類的動物看來是不能自發產生的，微生物這種簡單的生物總還是可以從非生
物變來的吧？不然它們怎麼這麼多，到處都是？列文虎克本人倒是相信微生物也
是繁殖而來的，但是其他博物學家卻不相信微生物這麼簡單的東西能夠自我繁殖。
有關自發發生的爭論從動物世界轉移到了微生物世界。

 1718年，法國顯微鏡學家約伯洛特（1645－1723）模仿雷第的方法，試圖解
決有關微生物能否自發發生的爭端。他把乾草浸液煮沸後分成兩部分，一部分放
在密閉的瓶中，一部分放在開口的瓶中。開口瓶中的浸液長滿了微生物，密閉的
瓶中則沒有。為了證明密閉瓶中的乾草浸液也能滋養微生物，他把封口去掉，不
久裡面也長出了微生物。

 法國大博物學家布封（1707-1788）不相信約伯洛特的實驗結果。他去英國
旅行時見到英國顯微鏡學家、天主教神甫尼達姆（1713-1781）。尼達姆也相信
自發發生說，甚至相信泡在水中的麥芽能自發產生小蠕蟲。在布封的鼓勵下，尼
達姆用肉湯做材料重複了約伯洛特的實驗，卻發現不管肉湯有沒有煮過，瓶子是
否封閉，幾天后肉湯中都長出了微生物。他得出結論說，在任何物質中，都存在
一種活力，能夠自髮長出新生命。尼達姆在1748年發表其實驗結果。

 意大利修道士斯巴蘭扎尼（1729-1799）認為尼達姆的實驗方法有問題。尼
達姆是先煮沸肉湯再封口，此時已有空氣帶着微生物跑進了瓶子中了。斯巴蘭扎
尼改進了實驗方法，先把瓶口封好，再加熱煮沸。斯巴蘭扎尼比較了不同煮沸時
間的結果。他在1767年報告說，煮沸時間比較短的肉湯中還能長出微生物，但是
煮沸時間長達半個小時到45分鐘後，只要瓶子保持密閉，肉湯中就再也不會有微
生物。尼達姆反駁說，經過這麼長時間的煮沸，肉湯已無法滋養生命。於是斯巴
蘭扎尼打斷瓶頸，不久微生物就在肉湯中長出來了。

 但是斯巴蘭扎尼的實驗並沒有結束爭論。其他人重複了斯巴蘭扎尼的實驗，
有的得出了和斯巴蘭扎尼一樣的結果，有的卻相反，發現再怎麼消毒、密封也會
長出微生物來。還有的人說，要從肉湯里長出微生物來需要新鮮的空氣“刺激”，
斯巴蘭扎尼煮肉湯的時候，把瓶子裡面的空氣也給煮得失去了刺激能力，外面新
鮮的空氣又進不去，所以才長不出微生物來。

 不管理論上怎麼爭，斯巴蘭扎尼已經證明了只要恰當地消毒、密封，食物就
不會腐爛變質。法國廚師阿培爾（1750-1841）受到啟發，發明了罐頭技術，把
食物放進乾淨的玻璃瓶中，塞上軟木塞，煮沸，之後用蠟封口，就可以長久保存。
1800年拿破崙懸賞12000法郎，徵求能為軍隊提供補給食品保藏技術。阿培爾在
1810年提交了其技術，獲得了獎金。

 （中）

 當古希臘哲學家提出自發發生說時，它只是一個哲學學說。到了17世紀，雷
第試圖用實驗來驗證它，它就變成了一個科學假說。但是實驗卻沒能獲得公認的
結論。一直到19世紀，微生物能否自發發生，仍然是一個爭論非常激烈的問題。

 19世紀中葉的法國，成了兩軍交戰的戰場。而這場爭論，有着深刻的政治和
宗教背景。此時，受到天主教會支持、代表着極端保守勢力的拿破崙三世上台，
當權者非常害怕再來一場社會革命。自發發生說被與無神論、唯物論、社會主義
和其他激進的社會思潮聯繫在一起。如果生命能夠自發產生，那麼生命就不必靠
上帝來創造。順理成章地，許多人把自發發生說看成是在反對正統的宗教教條，
乃至是在對抗法國政治和社會權威。於是一個學術問題，就成了政治和宗教問題。
批判自發發生說，很容易獲得政府和教會的支持。

 在這場爭論中，自發發生說的旗手是著名博物學家、盧昂自然歷史博物館館
長普歇(1800-1872)。自1855年起，普歇向法蘭西科學院提交一系列論文報告證
明自發發生的實驗結果，並在1858年出版了一部專著。他聲稱，在嚴格控制的實
驗條件下，已被徹底煮過的養料在密閉的燒瓶中冷卻後，仍然能長出微生物。由
於普歇認為養料煮沸後原來的微生物已經都被殺死了，而且他在實驗時確保瓶中
的養料不會受到外界的污染，那麼從中長出的微生物，就被認為是從養料中自發
產生的。

 普歇是一名曾經做出過重大成果的學術權威，他的觀點在法國科學界和公眾
中都引起強烈反響。不過，在相信自發發生說的人們當中，普歇其實比較另類。
他並不是一個社會激進派，而是試圖把自發發生說與正統宗教調和起來，認為自
發發生並不是隨機發生的，而是在上帝的指導下進行的。但是，自發發生說的反
對者仍然認為普歇的觀點是異端和無神論的，必須證明那是錯誤的。法蘭西科學
院懸賞2500法郎，將獎給對自發發生說的問題有新的理解的人，其實就是要獎勵
人們去推翻普歇的結果。

 年輕的巴斯德（1822-1895）響應了這一號召。雖然巴斯德有時被描繪成一
個虔誠的天主教徒，但是他參與自發發生說的爭論，卻不是完全出於宗教或政治
的原因，而是他的學術研究的興趣所致。此時巴斯德在研究葡萄酒發酵的原因。
1789年，法國著名化學家拉瓦錫提出發酵是一個化學過程，是空氣和葡萄汁起反
應的結果。這個觀點逐漸成為學術界的主流。但是這個說法面臨着一個問題：在
酵母發酵過程中總能發現大量的微生物，它們是從哪裡來的？要麼是發酵後受到
感染，要麼是在化學反應中產生的，也就是自發發生。但是也有少數人認為這些
微生物才是發酵的因素，酵母是一種活的微生物，發酵是微生物的活動引起的。

 巴斯德相信的是微生物發酵學說，因此他必然要反對自發發生說。從1860年
2月到1861年1月，巴斯德向法蘭西科學院遞交了5篇短文報告他為了否定自發發
生說所做的實驗結果。1861年巴斯德把這些論文擴展成一篇論文，贏得了科學院
的大獎。

 在這些論文中，巴斯德介紹他是如何用一系列實驗來否定自發發生說的。他
的實驗材料是煮沸的含糖酵母液，用來做為細菌的養料。實驗目的是為了說明培
養液中的微生物來自漂浮在空氣中的微生物。在一個實驗中，培養液被放在密封
的瓶子，輸入用過濾或加熱消毒過的空氣，培養液中不會有細菌。隨後輸入沒有
處理過的空氣，微生物就出現了。

 巴斯德最著名的實驗是“鵝頸瓶”實驗。他設計了一種特殊的瓶子，這種瓶
子是開口的，但是瓶頸又細又長還扭曲了一下，象天鵝的脖子。他把瓶子裡的培
養液煮熟，再慢慢地冷卻，新鮮的空氣還能進到瓶子裡面去，但是攜帶着微生物
的塵土卻被瓶頸堵住，掉不到培養液中去，培養液就長不出微生物來。要是把瓶
頸敲掉，培養液很快就長出了微生物。

 巴斯德認為空氣中的微生物濃度和環境狀況、空氣運動和海拔高度有關。他
在山上的不同高度打開裝着煮過的培養液的瓶子，發現海拔越高，培養液被微生
物污染的可能性就越小。在高山上，20個裝了培養液的瓶子，只有1個長出了微
生物。普歇用煮過的乾草浸液做材料重複了巴斯德實驗，卻得出不同的結果：即
使在海拔很高的地方，所有裝了培養液的瓶子都很快長出了微生物。普歇認為，
只要有氧氣的刺激，微生物就會從培養液中自發地生出來。

 1864年1月，法蘭西科學院指定一個委員會來解決巴斯德和普歇的爭論，要
求兩人在委員會的監督下，分別到大教堂屋頂、氣球、山頂上取空氣樣品做實驗。
這個委員會的成員都是巴斯德的朋友或支持者。普歇在這一年的6月為抗議委員
會不公平，退出了競賽。於是委員會宣布巴斯德獲勝。巴斯德成了法國英雄。

 如果普歇不退出競賽，他倒是很可能獲勝。普歇和巴斯德都以為，雖然他們
用的實驗材料不同，但是經過煮沸都能有效地滅菌。這個假定是錯誤的。當時不
知道的是，普歇所用的材料——乾草浸液中含有一種耐高溫的細菌枯草桿菌，它
的孢子在120°C溫度下能存活20分鐘，一般的煮沸並不能把它們殺死，因此培養
液一旦冷卻，枯草桿菌的孢子就會復活，迅速繁殖。所以，普歇的實驗結果並無
問題，但是他做出了錯誤的解釋。

 即使是巴斯德的實驗，也不像他報告的那麼完美。巴斯德的實驗記錄現在已
公開了，根據這些記錄可以知道，他的實驗只有一小部分（占10％）得到了他想
要的結果，絕大部分都失敗了，培養液中長出了微生物，但是巴斯德不認為它們
是自發發生的，而歸咎於實驗錯誤，不做報道，而只報道符合他的觀點的結果。

 在這次競賽之後，自發發生說在法國沒有了市場，巴斯德本人也轉而研究其
他問題去了。現在的教科書經常把巴斯德的鵝頸瓶實驗做為否定自發發生說的決
定性實驗，從此自發發生說就被徹底推翻了。果真如此嗎？其實，巴斯德的實驗
並沒有證明生物不能自發地從非生物產生——想要用實驗證明某個東西不可能發
生，本身就是個不可能完成的使命。巴斯德實驗只是表明了，現在的生物不太可
能從非生物材料中自發產生。在巴斯德實驗之後，有關自發發生說的爭論並沒有
從此消聲匿跡。只不過，這回戰場改換到了英國，爭論的背景也換了，改成了與
進化論有關。

 （下）

 在巴斯德與普歇就生物能否自發產生的問題爭得熱火朝天的同時，達爾文
《物種起源》的發表引發了生物學上另一場更為重大的辯論。這場有關生物是否
進化而來的大辯論也包含了有關自發發生論的辯論。達爾文的進化論被許多人認
為為自發發生論提供了支持。進化論本身並不解決生命起源的問題，但是如果生
命不是一直存在的，而是有個起點，那麼，最初的生命要麼是神創的，要麼就是
從非生命物質自發產生的。

 達爾文之前的進化論先驅者們，例如達爾文的祖父伊拉茲馬斯·達爾文和拉
馬克，都相信生命能夠自發產生。達爾文本人在公開場合迴避了這個問題，但是
在1871年致植物學家約瑟夫·胡克的信中，他設想，如果把銨鹽和磷酸鹽放在溫
暖的小水窪中，在光、熱、電等等的作用下，就會形成有可能變成原始生命的蛋
白質。在現在這樣的蛋白質一形成就會被生物吃掉，但是在生命誕生之前，那就
是另一回事了。達爾文的“鬥犬”托馬斯·赫胥黎為這個假說起了個名字，叫
“無生源說”。

 達爾文、赫胥黎並不相信在現在生物還能自發產生，而只是把自發發生視為
在遠古時期生命起源的一種可能性。但是在其他進化論者看來，並沒有必要去區
分這兩者。如果生命在以前能夠自發產生，那麼在現在，如果有合適的條件，為
什麼就不能自發產生呢？英國病理解剖學家巴斯琴（1837-1915）就是這麼認為
的。在19世紀60和70年代，他做了很多證明生命能夠自發產生的實驗，成為英國
最主要的自發發生論支持者。巴斯琴的實驗和普歇的實驗類似，也是把培養基加
熱消毒、密封、冷卻之後，如果從中發現了有微生物生長，他就認為是從無生命
物質中自發產生的。

 巴斯琴之所以支持自發發生論，不僅是因為他相信進化論，還因為他不相信
巴斯德提出的病菌論。病菌論認為傳染病是由細菌引起的，這在當時是一個革命
性的學說，如果它成立的話，有關疾病的傳統理論和療法都要因此發生根本的改
變，招致了許多醫生的反對。這些醫生也因此成為自發發生論的支持者，巴斯琴
的實驗成了他們反對病菌論的依據。

 巴斯德當然認為巴斯琴的實驗結果是受到了外界細菌的污染所致。他們在
1876～1877年間發生了激烈的爭論。巴斯德邀請巴斯琴到法蘭西科學院當眾解決
爭端，巴斯琴一開始同意了，卻沒有露面。巴斯琴在英國的主要對手是另一名進
化論者、達爾文和赫胥黎的朋友、著名物理學家丁鐸爾（1820-1893）。在1876
年，丁鐸爾發表一系列實驗報告證明巴斯琴等人的自發發生實驗都是由於受到懸
浮在空氣中的微生物的污染。他用光照射空氣，可以看到微生物顆粒讓光發生了
散射。然後他發明了一個簡單的辦法來清除空氣中的微生物顆粒。他在一個密閉
的盒子的內壁塗上甘油，放置幾天后，盒內空氣中的微生物顆粒都沾到了甘油上，
再用光照射，就會發現盒內空氣已變得乾淨了。在這種乾淨空氣中放置煮沸過的
肉湯，放幾個月也不會變質，而在普通空氣中，肉湯幾天就變質了。

 但是有人試圖重複丁鐸爾的實驗，卻失敗了，放置在乾淨空氣中的肉湯還是
很快就變質了。這促使丁鐸爾進一步研究實驗失敗的原因，不是由於乾淨空氣中
還有微生物顆粒，也不是由於微生物會從肉湯中自發產生，而是由於肉湯靠簡單
的煮沸還不能做到完全無菌：雖然煮沸能殺死細菌，卻殺不死細菌孢子，細菌孢
子即使被煮上幾個小時也還活着，一旦肉湯冷卻，就又開始繁殖了。丁鐸爾因此
發明了一種既簡單又比較有效的滅菌方法。把培養基煮沸15～30分鐘，然後在37
攝氏度保溫過夜，讓培養基中的孢子長成細菌，再煮沸15～30分鐘殺死新長出的
細菌。如此重複三次，就可以殺死培養中的細菌和孢子。經過這樣處理的培養基，
在不被空氣中的微生物污染的條件下就不會再“自發產生”微生物了。

 丁鐸爾實驗很有說服力地說明了，普歇、巴斯琴等人證明微生物能自發產生
的實驗要麼是由於受到空氣中的微生物顆粒的污染，要麼是由於培養基沒有做到
完全無菌。在丁鐸爾實驗之後，要為自發發生說辯護變得越來越困難，相信它的
人越來越少。從這個意義上說，丁鐸爾實驗才是推翻自發發生說的最後實驗。

 但是嚴格地說，不論是巴斯德實驗還是丁鐸爾實驗都沒有否定生物自發發生
的可能性，它們只是表明那些證明自發發生的實驗都靠不住。從邏輯上看，要證
明自發發生不可能存在，是不可能的。但是科學理論並不能只依靠簡單的邏輯思
辨。科學理論要能被接受，還需要有實驗的基礎。今天的生物學家已無人相信自
發發生說，是因為從來沒有實驗能夠真正證明它的確存在，而且微生物培養實驗
已無數次地證明，只有把微生物接種到滅菌的培養基上才能長出微生物。況且，
微生物其實有着非常複雜的結構，難以想像它們能夠從非生命物質自發產生。

 然而，否定自發發生說，並不等於否定生命起源的無生源說。雖然神創論者
至今試圖用巴斯德的實驗來否證無生源說，但是正如赫胥黎早已指出的，這二者
並不是一回事。今天的生物學家都同意，有細胞的生命不可能在現在的地球自發
產生，但是也都認為最初的生命可以從非生命物質自發產生。這是因為，第一，
原始的地球條件跟現在大不相同；第二，生命的誕生並不需一蹴而就產生細胞，
從非生命到生命有一個漫長的進化過程。這就是生命起源的“化學進化”假說，
這個假說已在實驗室得到了一定程度的驗證。古希臘聖賢對生命自發起源的設想
並不那麼離譜。

2009.8.26., 9.2., 9.16

（《經濟觀察報》2009.8.31, 9.14, 9.21.）