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从天花疫苗的发现看科学假说演绎方法

2011-01-15  莲池客

从天花疫苗的发现看科学假说演绎方法

肖显静

(中科院研究生院人文学院  100039

 

天花最早出现在古希腊,文字记载第一例天花病毒流行的时间是1350年。在天花疫苗出现之前,人类历史上曾不断出现天花大流行,每次都是死者枕籍,侥幸生存者也会在脸面上留下终生的伤疤。这迫使人们从古代开始就采取各种方法与天花病毒斗争。如中国人就于16世纪下半叶发明种痘术后,到了17世纪已推广到全国,而且技术也相当完善了。并且在18世纪传入英国,在英国流传达四十年之久。

大约就在中国的种痘术在英国流传的时候,预防天花的牛痘疫苗的发现者爱德华·琴纳(Edward Jenner1749~1823)出生了。琴纳于174957号生于英国乡村一个牧师家庭。他从13岁开始学医,经过7年努力,到20岁时获得医学学士学位。之后他回到家乡当了一名乡村医生,从事着自己的事业。

在那时候,天花被人们看作是一个不治之症。它具有高度的传染性,死亡率很高,达到30%,成了世界性的灾难。就在琴纳开始他的工作之前的一个世纪里,在欧洲天花导致了二千多万人的死亡。在大不列颠,几乎三分之一的儿童在三岁之下死亡。在那些没有死亡的人当中,有很多人得了麻子甚至精神病。这样一来,那些没有染上天花而没有成为麻子的女人就被认为是美丽的了。当时已知的唯一预防措施是接种,即将症状轻的天花患者的疱疹液故意接种到其它人身上,接种后这些人可能会患上天花,但却因此而获得了免疫能力。这个措施可以产生一点作用。它能够阻止人们再一次感染天花。但是也能够致人于死地。更坏的是,即使当这一措施被较好地完成时,那个被接种的人也可以将这种疾病传染给其他人。在俄罗斯,一次大的传染就是以这种方式进行的。所以,琴纳想,是否有一个安全的方法去预防天花呢?

还是在他作为一个年轻的学徒时,那里的挤奶女工告诉他:“她们从没有感染上天花,因为她们幸运地感染上了牛痘”。牛痘是奶牛感染的病,并且奶牛经常将这种病传染给人类。牛痘并不是很严重的病,它引起发烧、咳嗽以及手臂上的某些暂时的水泡。牛痘真的与天花不能并存吗?真的能预防天花吗?如果牛痘真的能预防天花,那么事情就好处理了。但是,当时的观察发现,有很多感染了牛痘的病人仍然得了天花。正是由于这一点,很多人认为天花与牛痘没有关系。

真的没有关系吗?作为一个优秀的科学家,琴纳意识到必须做出详细的观察研究,概括详细的记录,才能清楚地理解这一点。

有了这一想法之后,琴纳对牛痘进行了科学研究。这在以前从来没有人进行过。他花了几年时间详细观察发生在乳品店里的病例,并且访问了曾经得过牛痘的病人。在做出详细的病理记录之后,他认识到,牛痘对于天花具有明显的免疫力。问题是,为什么有的人在感染了牛痘之后仍然得了天花?牛痘为什么有时对天花不具有预防作用呢?琴纳意识到,要想使用牛痘作为战胜天花的工具,必须明白这种看似矛盾的情况。

当他注视他的记录时,突然意识到,牛痘具有多样化的症状。有的表面生小脓包,有的腋下出现肿胀,而有的出现头痛、身体疼痛等症状。换句话说,牛痘症状没有一个固定的表现。对于奶牛,类似的事情也发生了。有时小脓包是圆形的,有时不规则,有时连续几周,有时是几天等。由此,琴纳得出结论,奶牛厂的工人所称的牛痘实际上是一个复杂的疾病。这些疾病中的一种才对天花具有免疫作用。

有了这个想法之后,他就有意识地组织他的观察了。经过五年时间的耐心观察记录分析,最后他区别出了这些疾病的不同形式,确定了能够预防天花的那种牛痘,把它称为“真正的牛痘”。并且给出了“真正的牛痘”一个准确和完整的描述。他认为,正是这种牛痘对天花具有预防作用。

不过,这一结论被提出的时候是一个假说。假说需要检验。然而,他在检验这一假说时,遇到了新的困难。那时,在一个乡村的牛奶场“真正的牛痘”爆发了。按理说,那里的女工不会感染天花。但是,琴纳观察发现,那里的挤奶工居然感染了天花。这一点看起来动摇了他的假说。为什么“真正的牛痘”有时也不能预防天花的发生呢?他花了多年时间研究这一问题,没有找到答案。最终,当他研究两头处于疾病不同阶段的奶牛时,发现了问题所在。疾病特别是脓包的出现,在几天中是最强的,然后达到它的最坏点,并且最终它降低,过几天消失。对于这点,琴纳已经知道好多年了。但是他现在假定脓包中物质的致病力转移了疾病,它也同样地在强度上增加或降低。当脓包中的物质在它最强的时候,牛痘才抵抗天花。

新的假说解决了上面的难题,但是是否正确呢?琴纳设计了一个实验去检验他最后的假说。1796年的3月,一位挤奶女工从一头奶牛那里感染了牛痘疾病,并且这一疾病处于最坏时期。这些条件对于琴纳进行实验是理想的。他从这一挤奶女工手臂上抽取了一些物质,用这种物质有目的地感染了一名八岁的小孩。当牛痘在这个小孩身上发生作用之后,他把天花疱疹中的透明液体粘到该名儿童抓破的皮肤里,为他接种了天花物质。之后,琴纳和他的家人寻找感染天花的迹象,但是没有发现天花的症状,甚至没有发现任何患病的症状。他心中的石头落地了。实验成功了。那个牛痘物质引进到人体中,表明对天花具有免疫力。

为了慎重起见,琴纳还想重复一次这个实验。为了找到一位明显的牛痘患者,他不得不等待了2年。两年的等待使他无比焦燥,但他并没有急于发表自己只实验过一次的研究成果,一直耐心地等待着。1798年,琴纳终于又找到了一位牛痘患者。重复实验也获得了成功。琴纳这才发表了自己的研究报告,向全世界宣布,天花是可以征服的。

在拉丁语中,牛叫vacca,牛痘叫vaccina,因此,琴纳把通过接种牛痘获得对天花免疫力的方法叫做vaccination,这就是我们所说的“种痘”。今天这一方法叫做免疫法。尽管当时有些庸医在错误地运用他的方法治疗人们的疾病时犯下了错误,但是他的这种方法在全世界得到了广泛的传播。

战胜天花只是琴纳功绩的一部分。他的更重要功绩在于发现了预防疾病的方法。他是人类历史上最早成功地预防疾病的人。他利用人体自身可以产生免疫这一机能,实现了对疾病的预防,从而为免疫学奠定了一定的基础。

在这个案例中肯定有运气和灵感的因素,但是,它主要描绘了我们现在经常所称的假说演绎方法的路径:从观察开始,然后组织这些观察成为一个假说,紧接着参照进一步的观察检验假说,并且当需要时修改它。最后根据修改了的假说做出预言,并且实施实验去检验这一预言,以达到正确的理论。这一高度成功的方法论有时在一些教科书中也称之科学的方法。天花疫苗的发现是这种方法具有巨大威力的一个体现。

天花疫苗发现后,1803年,英国为了鼓励人们种痘,成立了皇家琴纳协会,由琴纳任会长。天花的引进使死亡率在十八个月内下降了三分之二。1807年,德国巴伐尼亚洲实行义务种痘制。之后,其他国家都效仿巴伐尼亚,接种牛痘。1805年,种牛痘法由澳门的葡萄牙商人传入我国。因为牛痘比人痘更为安全,所以我国民间也逐渐种牛痘了。

牛痘设苗的发现大大遏制了天花病毒的发作,降低了死亡率。20世纪50年代,世界卫生组织发动全球对天花进行最后的决战。最后一次天花流行发生在1977年索马里。之后,世界卫生组织于1980年宣布天花病毒已经灭绝。之后世界上的在多数国家停止了天花疫苗的生产,只有部分国家生产少量的储备疫苗。现在,只有世界卫生组织指定的几个实验室仍保存着天花疫苗。

    世界卫生组织原定1999年销毁天花病毒,后决定推迟到2002年,目的是为了生产更加安全可靠的天花疫苗。到期后,考虑到恐怖活动可能会利用天花病毒作为生化武器,决定再一次被推迟销毁最后一批天花疫苗,以完成对天花的研究。研究结束后,再销毁病毒。

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