“疫苗发明人”詹纳的另一个身份

赛先生 2023-01-26 18:08

发明疫苗的英国乡村医生爱德华·詹纳(Edward Jenner,1749年5月17日—1823年1月26日)也是英国皇家学会会士,但他入选的原因并非是预防天花的牛痘接种,而是他作为博物学家对杜鹃幼鸟行为的研究。图/Ernest Board, Public domain

撰文 | 商周

1796年5月17日,英国乡村医生爱德华·詹纳从一位感染了牛痘的挤奶女工身上取出疱疮液,然后对八岁的小男孩菲普斯进行了牛痘接种。之后的检验结果表明,这位男孩在接种后有了对天花病毒的免疫力。从此人类进入了疫苗时代,詹纳也因为疫苗的发现名垂青史[1]

在很多故事中,詹纳发明疫苗的过程被大大简化,这让人不免猜测疫苗的发明有多少运气的成分。

实际上,詹纳并不是第一个观察到牛痘可以预防天花的人,也不是第一个牛痘接种者,之所以被公认为疫苗发明人,是因为他用科学的方法证明了疫苗的安全有效,并因此成功地将疫苗推广到了全世界[2]

詹纳之所以能做到这一点,他的博物学家的第二身份的作用巨大,可谓“功夫在诗外”[3]

在这篇文章里,我们就谈谈詹纳的另一个身份:博物学家。

SAIXIANSHENG
 青年盛世遇良师




1770年,22岁的詹纳离开故乡伯克利小镇前往伦敦学医,拜在当时著名的学者约翰·亨特的门下。亨特有两个身份,一个是伦敦圣乔治医院的主任医师,另一个是著名的博物学家。[3]

在十八世纪的英国,拥有医师和博物学家两个身份的学者不少,其中的代表性人物除了亨特外,还有进化论的创建者达尔文的祖父伊拉斯谟斯·达尔文。十八世纪的英国涌现出为数众多的医生博物学家,和一个瑞典人有关,就是开创了现代物种分类学的卡尔·林奈。

林奈1707年出生于瑞典南部的一个乡村,21岁时前往乌普萨拉大学学习医学和植物学,毕业后在大学的资助下对瑞典北部的植物资源进行考察,这为他之后创造物种分类和命名系统打下了基础。从1735年起,林奈开始到欧洲多个国家进行学术访问,并在此期间出版了著名的分类学手稿《自然系统》。

就是在这部生物学经典名著里,林奈放弃了过去混淆不清的物种命名法,创建了一直沿用至今的双名法。这一现代的物种命名系统,极大地推动了科学研究的进程,尤其是博物学的发展,让博物学在十八世纪下半叶的欧洲迎来了又一个春天。在原本有着良好科学基础的英国,博物学更是迎来了盛世。

从小就喜欢收集化石标本的詹纳,在成为了亨特的学生后也有了两个身份:医学学生和年轻的博物学家。

1771年,英国博物学家约瑟夫·班克斯跟随库克号三年环球科考后归来,为英国带回来数量巨大的新奇物种标本,需要找人整理。在亨特的推荐下,年轻的詹纳得到了这个机会。

詹纳当时只有21岁,出色地完成了这项任务,并因此得到了班克斯之后第二位跟随库克号进行环球科考的机会。在这里需要说明一下,班克斯因为这次环球科考航行在英国科学界声名鹊起,七年之后成为了皇家学会的主席,并在这一位置上做了四十多年。六十年后,另一位随船参加环球科考的英国博物学家创立了进化论,这就是达尔文。

所以,作为博物学家参加环球科考的机会,不仅十分难得而且意味光明的未来。但詹纳拒绝了,因为他想回到自己的家乡工作和生活。

1773年,本在伦敦有着光明前途的詹纳回到故乡伯克利,成为了一名乡村医生。

爱德华·詹纳(Edward Jenner,1749年5月17日—1823年1月26日)。图源/Wellcome Collection

SAIXIANSHENG
 十载无名博物痴




回到家乡伯克利那年,詹纳24岁。在十八世纪的英国,几乎没有医学教材,医生的知识主要是在实践中去主动获得。但这对詹纳来说不是问题,从亨特那里学到的“实践出真知”的理念使得詹纳的行医生涯很顺利 [3]

关于疾病,当时的医学界有一种流行的观点,即炎症是诸病之源。但年轻的詹纳对这样的教条有些怀疑,为了探寻疾病的机制,詹纳饲养了很多动物,做了大量的解剖,细致的观察和思考让他很快就成为了一名优秀的外科医生。

在需要花费大量时间的行医工作之外,詹纳依然继续博物学研究。回到伯克利的1773年,詹纳就向导师亨特写信,表示愿意帮助亨特开展一些伦敦做不了的博物学研究。这封信亨特没有保存下来,但詹纳完好地保存了亨特的回信:

“亲爱的詹纳:

我收到了你的信,非常高兴地得知你在事业上取得了成功,衷心希望这种情形能继续下去。我很感谢你为我着想,尤其是在我的博物学研究上。我很高兴你对杜鹃的关注以及对蟾蜍繁殖的观察,希望你尽可能详细地去做。如果你能帮我找到任何新奇的东西,并为我准备好,就去做吧。……”

但就像乡间医生很难和圣乔治医院的医生相提并论一样,在伯克利做博物学研究也同样无法和在伦敦相比。当时英国的博物学研究方兴未艾,绝大多数优秀的博物学家都集中在伦敦,或者像牛津和剑桥这样的大学城,因为那里有着更好的研究资源。

但詹纳并不在乎这些,业余时间从事博物学的研究纯粹是兴趣使然,他并没有宏大的目标。在接下来的的十几年里,詹纳主要帮助亨特收集一些在伦敦难以得到的标本,同时也在亨特的指导下开展一些博物学实验。

詹纳向亨特提供的标本各种各样,包括带着原生树丫的鸟巢,化石、三文鱼、骷髅,他还在信中向詹纳要过伯克利城堡里的蝙蝠、不同年龄的乌鸫、大鸨、鳗鱼、鲑鱼卵……要是詹纳自己收集不到的标本,比如患有白化病的野兔,詹纳会向外地的朋友寻求帮助。他为亨特收集的最令人惊奇的标本,则是一只巨大的鲸鱼。

詹纳还会在亨特的要求下开展一些实验。这些实验包罗万象,从动物解剖,到体温观测;从有生命的动植物,到没有生命的色彩。两人合作做得最多的,则是对冬眠动物的研究。

除了和导师亨特合作,詹纳还帮助另外一名大博物学家,也就是上面提到的皇家学会主席的班克斯,开展过一些博物学实验。其中最为有名的,就是研究动物血清对植物的影响。

另外,詹纳还独自开展了一些自己研究。比如他基于对蚯蚓的研究,指出它们对土壤的重要性。班克斯爵士的继任者,在1820年到1827年间担任皇家学会主席的汉弗里·戴维爵士曾经这样评价詹纳关于蚯蚓的研究工作:

“我过去曾经倾向认为粪堆对蚯蚓有用,而没有想过蚯蚓在经济和自然上对人类的重要性。但詹纳博士和我的观点不同,他认为蚯蚓生活在草地的下面的土壤里,它们的工作为植物提供养料。”

几十年后,进化论的创始人达尔文也对蚯蚓产生了兴趣,并且通过研究确认了詹纳的观点。

需要一提的是,以上詹纳参与的研究都没有写成科学论文发表,或者发表了也没有署上名字,因为十八世纪的科学论文通常只有一个作者,人们只能通过詹那与亨特以及班克斯的通信里才知道他的贡献。在回到家乡后的前14年,詹纳只发表过一篇不起眼的关于酒石酸锑钾的小论文。

如果用一句话来总结詹纳回乡后前14年的博物学研究,就是他开展了大量的工作,并且积累了丰富的研究经验,但一直默默无闻。

SAIXIANSHENG
 鸟类研究惊世界




作为詹纳的导师,亨特并没有只利用学生去帮他收集标本和开展实验,他也对詹纳的研究做了指点,并且承诺如果詹纳自己做出有意义的发现,他会帮助推荐给皇家学会发表。

比如,亨特就对詹纳对杜鹃的研究给出了指导。[2]

“我希望你能对杜鹃有一个真实而具体的描述,并且尽可能地自己亲自去做观测。”

正是因为亨特的这个建议,詹纳开展了对杜鹃详细的研究。之所以研究杜鹃,因为这是一种比较特殊的鸟类,它们以“巢寄生”的方式生活。杜鹃自己不筑巢,而是把蛋产在其他鸟的窝里,让其他的鸟为它孵蛋并将小杜鹃抚养长大。杜鹃寄生生活的受害者,也就是所寄生的宿主,常见的有芦苇莺、鹡鸰和麻雀。

等杜鹃蛋被孵育成幼鸟后,接下来就会发生一个奇怪的现象:和杜鹃幼鸟同窝的宿主小鸟都不会成活,最后窝中只剩下杜鹃幼鸟享受宿主父母的养育。于是出现了这样的场景,体型很小的成年宿主鸟辛辛苦苦地喂养比自己体型大上几倍的杜鹃幼鸟,而且尽心尽责。

为什么小杜鹃能独享抚养权?同窝的小鸟和鸟蛋是如何失踪的?对此,当时的博物学界有一个共识:即小杜鹃的亲生父母做了手脚,残忍地谋害了那些小的生命。

这一猜想合情合理,以至于在没有任何证据的情况下也没有人去质疑,直到詹纳的出现。

一只成年芦苇莺喂养杜鹃幼鸟的场景。图源/维基百科

遵照亨特的指导,詹纳带上自己的助手、也是他侄子的亨利·詹纳一起对杜鹃进行长期的观测。为了跟踪杜鹃的整个生活史,詹纳选择了离伯克利几英里外姑姑家的农场作为观测点。这里有很多树篱麻雀的窝,其中不少就成了杜鹃的宿主。姑姑家的私人农场,曾经为詹纳的童年带去很多快乐,现在又为詹纳提供了不受干扰的观察杜鹃的机会。

长期和稳定的观察,再加上细心和严谨,让詹纳做出了一些新的发现。比如,詹纳对杜鹃的生活史有了更为精确的记录 [4]:

“通常是四月中旬的时候,雄性杜鹃先行到来,雌性则是在几天后才姗姗到来,而且在数量上要远少于雄性杜鹃,这就导致了几只雄性杜鹃照顾一只雌性杜鹃的情景;大约在五月中旬的时候,雌性杜鹃开始把蛋下到宿主鸟的巢里。等到六月底七月初的时候,这些杜鹃就慢慢离开了,虽然杜鹃幼鸟还远远没有长大,甚至其中一些杜鹃蛋都还没有孵化出来。”

更重要的是,在詹纳这篇论文里,詹纳找到了杜鹃幼鸟为什么能独享宿主鸟抚养机会的原因。换句话说,詹纳发现了那些本来和杜鹃幼鸟同窝的宿主鸟蛋或小鸟失踪的秘密:杜鹃幼鸟残忍地将宿主的蛋或小鸟推出了鸟巢。

“小杜鹃完成这个行为的方式是十分稀奇的。这个小动物利用它的臀部和翅膀努力地把宿主鸟(小麻雀)放到自己的背上,抬起肘部方便运输背上的负载物,随着它向后爬到鸟巢的边缘,直到到达其顶部,在那里休息了一会儿后,猛地甩掉了背上的负载,将它完全抛出鸟巢。”

关于杜鹃幼鸟如何能做到这一点,詹纳也找到了答案:

“杜鹃幼鸟独特的生理结构和这一奇异的行为完全相配。因为,和其它鸟类刚出生时不同,杜鹃幼鸟的背部的中间有一个宽而较深的凹陷,这让它能将同窝的鸟蛋或其它幼鸟稳稳地放到背上,并将它们推出巢外。”

也就是说,杜鹃的幼鸟有着一个天生用来残害同伴的生理结构,能够在同伴幼小或者还没有被孵化出来的时候将它们推出巢外。

在亨特的鼓励下,1787年詹纳将这一令人惊讶的发现写成了论文,寄给了皇家学会。

如果用现代进化论的眼光来看,这样的独特结构和行为可以做出很好的解释。但十八世纪还没有进化论,也没有相机来记录事情发生的过程,人们很难相信这样神奇的文字描述。面对詹纳的这篇论文,时任皇家学会主席的班克斯爵士半信半疑,因为里面报道的现象的确让人匪夷所思,但在和詹纳合作的过程中他又知道詹纳是一个严谨的学者。

皇家学会其他成员则和班克斯不同,他们无法相信论文所报道的现象的真实性。在经过学会的委员会讨论之后,作为主席的班克斯代表皇家学会建议让詹纳慎重,确认自己的发现准确后再发表。

詹纳1788年发表的关于杜鹃观察的论文截图。图源/Wellcome Collection

大约半年后的1788年3月,詹纳的这篇论文终于在皇家学会上宣读,并随后在学会的会刊上发表。

SAIXIANSHENG
 皇家会士有谁知




就在詹纳的论文发表后,在伦敦的亨特写信通知了詹纳[3]

“你的论文已经在学会上宣读了,委员会也给予了通过,现在已经开始印刷,因为我今天拿到了样章。我已经订购了50份抽印本,25份给你,25份给我自己,以便送给朋友。我跟约瑟夫˙班克斯爵士和布拉格登博士谈了你的愿望,约瑟夫爵士丝毫不反对,并会给我们提供一切可能的帮助;但他认为最好先让论文先印刷和交付,让人们稍微冷静一下,因为他说有很多人很难完全相信这篇论文的发现。所最好推迟到今年冬天再颁布候选证书……”

可以看得出来,即使是在皇家学会上宣读了,而且也得到了委员会的认可,最后论文也发表了,依然有不少人对詹纳关于杜鹃的研究发现表示怀疑。而信中提到的詹纳向皇家学会的表达的愿望,指的是想申请成为皇家学会的会士。

从信中也可以知道,作为皇家学会主席的班克斯爵士对詹纳的愿望给予了充分的支持,只是希望这暂缓到那年冬天的时候再启动程序。

正如计划的那样,1788年冬天,在皇家学会会士亨特的提议下,詹纳成为了皇家学会会士的候选人,并在次年顺利当选。

就这样,因为对杜鹃的观察,詹纳第一次在皇家学会会刊上发表了论文,并在40岁那一年顺利当选为英国皇家学会的会士。英国皇家学会是现存的世界最古老的国家科学学会,这种学会和会员制度成为了后来各国的模仿对象,包括美国国家科学院和中国科学院。

在那些对杜鹃的巢寄生、动物冬眠、鸟类的迁徙、血清对植物的影响等的研究里,詹纳已经具备了出色的观察、推理和解决问题的能力,他也成为了一名优秀的博物学家。虽然仅凭一项观察研究就成为了皇家学会的会士有些让人意外,但詹纳的入选依然当之无愧。

1789年,刚刚结婚一年的詹纳有了自己的孩子,当选为英国皇家学会学士,可谓是事业生活双丰收。但此刻的詹纳心中正在筹划一项更伟大的研究:牛痘。因为他为当地人接种人痘时,发现了一个有趣的现象,即一些对人痘接种缺乏正常反应的人之前都得过牛痘,这让他猜想牛痘可能可以用来预防天花。

七年之后,詹纳开展了本文开头处提到的对小男孩菲普斯的牛痘接种,将人类带进了疫苗时代。

可以说,詹纳在博物研究中积累下来的研究能力与牛痘相遇,最终导致了疫苗发现的传奇。

编者后记:免疫学研究者商周在其原创科普图书《孟德尔传》之后,历时三年撰写的《詹纳传:疫苗的使者》即将在2023年与读者见面,敬请期待。

参考资料:
1. E. Jenner. An Inquiry into the Causes and Effects of the Variolæ Vaccinæ, or Cow Pox. London: Sampson Low, 1798.
2. F. Dawtry Drewitt.The Life of Edward Jenner: Naturalist, and Discoverer of Vaccination. 1933, Longmans, Green and Co.
3. J. Baron. The life of Edeard Jenner. 1827, London: Henry Colburn, New Burlington Street.
4. E. Jenner. Observations on the Natural History of the Cuckoo, Philosophical Transactions of the Royal Society. London 1788,78:219-237

BOOK TIME

《詹纳传:疫苗的使者》

商周 著

2023年出版

湖南科技出版社

这部传记不仅对詹纳的成长过程做了详细的描述,也介绍了当时英国的博物学和医学研究的良好氛围,因为正是这个环境成就了詹纳的医生和博物学家的双重身份,让疫苗的发现有了可能。这部传记还系统地梳理了人类发现疫苗的历史,阐明了人痘接种如何一步步演化成牛痘接种(天花疫苗)的过程。最后,这部传记还翻译了詹纳分别在1798年、1799年和1800年写成的关于天花疫苗的三篇论文,让这份珍贵的科学文献首次有了中文版本。

制版编辑 | 小毛


欢迎关注我们,投稿、授权等请联系
saixiansheng@zhishifenzi.com

推荐阅读