物競天擇，適者生存。人們一般都把這句話中的適者自動代換成了強者，並毫不猶豫地認為弱肉強食就是生命世界中最基本的遊戲規則。然而，當巴斯德揭開了微生物和眾多疾病之間關係的神秘麵紗之後，生命世界中的適者，在很大程度上已經與抵禦疾病的能力相關聯。顯然，某些細菌和病毒擅長把其他活的或死的生命體當作它們的食物，在進化過程中各種生命體演變出對付它們攻擊的防禦手段。而細菌們自然也演變出克服防禦的手段，甚至利用生命體的防禦辦法來反防禦——想想引起艾滋病的病毒。這種永無休止的、不斷升級的軍備競賽，極大地促進了生命世界的多樣性，甚至成為生物學家解釋生命世界為何會出現性別演化的基本理由之一。
人類是個極其好鬥的物種，有史以來有記錄的戰爭不可勝數，然而據曆史和醫學專家估計，和死於微生物和寄生蟲感染的人數相比，死於人類之間自相殘殺的人數至少低一個數量級。更進一步地說，大型戰爭中死於瘟疫和非致命傷口致命感染的士兵人數，也比直接戰死沙場的人數也要多得多。但第二次世界大戰是個顯著的例外，而將死亡比例扭轉的是人類曆史上第一種抗生素——青黴素。有人總結，第二次世界大戰給人類帶來的具有革命性影響的事物有：原子彈、青黴素和計算機等等，這樣的清單有許多，但無論是誰來總結，沒人會忘記青黴素。事實上，在許多醫學史專家看來，青黴素進入藥典，才真正標誌著現代醫學的正式誕生，即便在此之前，我們已經擁有了狂犬病疫苗。畢竟抗生素的廣泛應用標誌著，醫學現在第一次真的有能力，把人類從適者生存最大的一個沙場上解救出來。
青黴素傳奇
關於弗萊明如何發現青黴素的半神話故事，可能每一個高中生都已經知道了。1928年9月3號，度假歸來的弗萊明，剛進實驗室，其前任助手普利斯來串門，寒暄中問弗萊明最近在做什麽，於是弗萊明順手拿起一個培養基，準備給他解釋時，發現培養基邊緣有一塊因溶菌而顯示出的慘白色。對這個發現的探索成果，於1930年6月發表，正是這篇論文使弗萊明獲諾貝爾獎。許多人羨慕弗萊明的好運，然而，青黴素遠不是人類發現的第一種抗生素，甚至弗萊明也並不是第一個發現青黴菌擁有抗菌能力的科學家，這一切得從微生物的頡頏現象說起。
自巴斯德等人開創微生物學之後，微生物彼此之間在生長上相互對抗（頡頏）的現象就被各國學者陸續發現並報道。羅伯茨是第一個發現頡頏現象並報道的微生物學家，1874年，論文發表在英國《皇家學會會報》上。他不僅發現真菌的生長常常能抑製細菌的生長，並且在這篇論文中他已經談到青黴菌對細菌生長的影響。1876年，廷德爾在廣泛研究黴菌和細菌相互影響的論文中，再次報道了青黴菌溶解細菌的現象，並總結發現黴菌和細菌之間的生存競爭中，黴菌通常是勝利者。
1885年，巴比斯和科尼爾開創了交叉劃線技術以便研究細菌彼此之間的相互作用。這一技術為理解頡頏現象提供了更好的實驗基礎，弗萊明也是利用這一技術確認了青黴素的存在。1887年，加雷利用這一技術率先發現，銅綠假單胞杆菌可以產生並分泌某種可擴散的“毒素”，它能夠抑製包括葡萄球菌在內的各種細菌的生長。這篇報道掀起了一個研究銅綠假單胞杆菌毒素的小風潮，在19世紀80年代後期和90年代出現了研究這種毒素的大量論文，而能對抗微生物的化學物質也開始被稱為抗生素。在這些研究中最引人注目的是埃默裏奇和洛在1899年發表的論文，他們證明利用假單胞杆菌的無細胞提取物局部治療傷口感染，可取得較好的效果。這可能是醫學史上第一個，主動應用抗生素治療感染的臨床實驗研究了。有識之士，對這樣的研究中潛在的巨大醫學價值所激勵，各式各樣的青黴菌菌株和銅綠單胞杆菌成了引人注目的研究對象，並對它們用於治療疾病的可能性進行了評價。他們發現並證明了微生物間頡頏現象大量存在，並且也證實在一些情況下，這種作用是由可擴散的抗生素所引起。
雖然人們認識到了微生物的頡頏作用，然而受到當時分離純化實驗技術的限製，抗生素的研究進展十分緩慢。直到1912年，微生物學家才從某種真菌中分離出了曲酸，1920年至1929年僅有格蘭泰和帕斯則發現了放線菌素，威瑞德和斯特朗克則發現了綠膿菌素。然而這些抗生素要麽效力不高或毒性較大，並無大的實用價值，因此它們的發現都未引起多大的反響。即便弗萊明所發現的青黴素，在當時也並不為他自己和人們所重視。首先青黴素不穩定難於純化，其次弗萊明還發現葡萄球菌，最常見的引起感染性疾病的細菌之一，可快速的對青黴素產生抗性，更糟糕的是他還發現青黴素對豚鼠這種實驗動物具有致死性，因為這些原因弗萊明後來放棄了對青黴素的進一步研究。
當然除了微生物以外，很多生物也能合成並分泌對抗細菌生長的物質，某些青蛙能合成一種物質防隻細菌在它濕潤的皮膚上過度生長，事實上我們也能通過汗腺等分泌一種酶溶解某些種類的細菌，這就是弗萊明此前發現的溶菌酶，遺憾的是溶菌酶所對抗的細菌在醫學上價值不大。
雖然青黴素的發現者是弗萊明，但讓青黴素成為藥物的人是錢恩，他從希特勒的迫害下逃出來，在牛津研究溶菌酶，驚訝的發現弗萊明不僅還活著，並且還研究了另一種同樣能對抗微生物的物質——青黴素。作為一個生物化學家，錢恩對微生物學了解不多，通過青黴素，他對當時發現的由其他黴菌所分泌的種種抗生素的文獻進行了調研，最後認定青黴素具有巨大的醫學潛力。
因此他申請將研究領域從溶菌酶轉到青黴素的分離純化。到二戰開始時，他已經得到幾毫克較純的可用於肌肉注射的青黴素。這時，牛津附近一家醫院中的一個警察患者，發生了急性葡萄球菌血液中毒，這個病在當時必死無疑，而且死亡速度很快。經過青黴素治療後，病人病情得到極大緩解，所有人都認為奇跡即將出現，但不幸的是青黴素的量實在太少，即便病人尿液中的青黴素，都被再次分離回收利用，病人最終還是死於血液中卷土重來的葡萄球菌。
雖然悲劇最終沒有被阻止，但大多數人通過這次治療，都認識到了青黴素的價值，也讓錢恩堅定了青黴素可以創造醫學奇跡的信念。也許，我們應該感謝的是，這位病人對青黴素沒有嚴重過敏，否則錢恩絕沒有勇氣去美國，遊說大規模投資青黴素的生產。其後由英美科學家合作展開的青黴素批量生產的攻關小組成立，並最終實現了青黴素的工業化生產，至於因青黴素而展開的一係列保密戰、間諜戰等等足夠拍攝一部比007還007的電影。
抗生素時代
如果說青黴素傳奇中充滿了偶然、機遇和幸運這些詞匯，那麽瓦克斯曼就是一個讓人掃興的家夥，一個傳奇的敵人。當青黴素在二十世紀40年代崢嶸初露的時候，他於1942年，首先精確的定義了抗生素的概念，將之用於專指來自於微生物在代謝中產生的，具有抑製它種微生物生長和活動甚至殺滅它種微生物的性能的化學物質。這樣就將溶菌酶以及大腸杆菌素這樣的物質排出在了抗生素的範圍以外。為尋找和研究抗生素提供了一個清晰的討論基礎。
然後，他和他的學生開始了抗生素的暴力搜索，將目光鎖定在土壤中的萬千微生物之中，他堅信抗生素是微生物彼此大戰中的化學武器，土壤中一定存在多種能夠製造各種抗生素的黴菌，正是因為這些抗生素的存在，才極大的抑製了各種微生物的大量繁殖。功夫不負有心人，在篩查了近萬種微生物後，1944年，他發現了一種新抗生素-鏈黴素，它由灰色鏈黴菌產生的。很有意思的是，鏈黴素是青黴素的非常理想的夥伴。青黴素可殺滅革蘭氏陽性菌，而瓦克斯曼發現的鏈黴素則作用於革蘭氏陰性菌以及青黴素無效的分枝杆菌。由於已經有了青黴素的生產經驗和設備，鏈黴素很快即能大量生產，迅速成為抗生素家族中的重要成員。大名鼎鼎的肺結核正是由分枝杆菌引起，鏈黴素的發現直接導致結核病治療的革命，讓剛剛興起的大型外科肺部分切除的肺結核專科治療醫院損失慘重無疾而終。
瓦克斯曼的成功，讓眾多大製藥公司開始了一場土壤淘金旋風，由此建立和完善了一整套抗生素製藥工業。在短短的二十年之間，今日大家熟悉的各種抗生素陸續登場，金黴素(1947)、氯黴素(1948)、土黴素(1950)、製黴菌素(1950)、紅黴素(1952)、卡那黴素（1958）等等。這些抗生素的問世，使各種細菌性疾病及立克次體病得以成功的治療。據WHO的流行病統計學家估計，各種抗生素的使用，使人類平均壽命大約增長了10年。
當全世界的土壤幾乎被製藥公司翻了一個遍之後，1958年，謝漢開始了人工改造青黴素之路，得到6-氨基青黴烷酸，這個重要的中間體。通過給6-氨基青黴烷酸增加不同的側鏈基團，可以獲得各種不同的半合成青黴素。由此製藥工業可以開發一個抗生素家係。對抗生素進行人工改造可以增加藥物效果、穩定性甚至還能擴大抗菌譜。半合成抗生素中最著名的當數頭孢家族，1961年，Abraham從頭孢黴菌代謝產物中發現了頭孢菌素C。加上不同側鏈後，成功地合成許多高活力的半合成頭孢菌素。由此產生了頭孢x代這樣的稱呼。人類的健康史由此挺進了因公共衛生和抗生素帶來的黃金時代，公共衛生和抗生素的結合，使傳染病的死亡率下降極快，以致1969年美國衛生總監甚至認為“可以把關於傳染病的書收起來的時候了”，人類健康的黃金時代已經到來。
紅色皇後原則
醫學史家喜歡把抗生素大量使用前的時代，稱為黑暗時代，那時候可以輕易致人於死地的，感染性和傳染性疾病眾多。然而，今天有人已經開始警告黃金時代即將結束，如果我們還像敗家子般肆意“揮霍”抗生素的話，重返黑暗時代並非危言聳聽。事實上，今日的葡萄球菌引起的感染，如果使用最初發現的青黴素來治療，治愈率將會下降到1%，換句話說最基本的青黴素，事實上已經徹底的失去了從前傳奇般的療效。現在的葡萄球菌早已獲得了對抗青黴素的能力。其實青黴素應用不到十年，細菌對青黴素的抗性就開始迅速增長，讓有識之士感到恐慌。半合成抗生素的出現，從某種程度上來說就是應對青黴素危機的無奈之舉。
各種因細菌導致的感染性和傳染性疾病已經有卷土重來的趨勢，其中肺結核表現得十分突出，比如就美國紐約結核病人統計數據而言，三分之一以上的結核病人是由抗一種抗生素的抗藥性結核菌所致，抗兩種或兩種以上抗生素在新病例中占3％。如果你感染的是多抗藥性結核菌，那麽你隻有50％的生存希望，這已經與抗生素發現前的狀況相一致。美國曾經希望在2010年徹底消滅結核病，然而現在的現狀則是發病率的逐年攀升。
如果說，二十世紀中期，瓦克斯曼堅信土壤中充滿了抗生素的時候，隻是個純粹的臆測。如今土壤中恐怕已經真的充滿了抗生素。青黴素取得的巨大成功，讓人們慷慨的將抗生素這樣的利器四處揮灑，不僅在疾病的治療上，各大養殖場為了預防假想中的各種感染，將抗生素直接加入飼料中等等諸如此類。無論你是否願意我們食用的肉蛋禽奶中都含有微量的抗生素，我們在不斷的毫無必要的殺死眾多敏感菌。然而，除了天花可以算被人類滅絕了以外，其他各種可致人於死地的微生物，沒有哪一種退出了曆史的舞台。伴隨著抗生素濫用的現實是，我們幫那些因為突變或者其他好運，獲得對抗抗生素能力的細菌個體獲取了廣闊的生存空間，它們迅速的填補了敏感菌死後留下的生存空間。我們給自己培養了越來越強大的敵人，萬古黴素曾經被認為是終極抗生素，然而能夠對抗萬古黴素的細菌也已經出現。
在《紅色皇後》一書中有句名言，“你隻有不停地跑才能保持在原地”，自青黴素大規模投入臨床應用以後，人類和微生物之間的軍備競賽已經持續了數十年，我們還能在多長時間裏保持優勢，已經是個嚴峻的問題，但我想沒有人願意回到那個平均壽命四十歲甚至更短的黑暗時代。要想保持優勢，除了開發新的抗生素以外，加強抗生素的監管力度，醫療係統等行業合理使用抗生素，是當前許多國際組織向各個國家呼籲的重點。
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