第五节 生命科学的突飞猛进
5.1达尔文的生物进化论及其意义
生物进化论完成的标志是1859年达尔文(C。R．Darwin，1809—1882)的《物种起源》—书的发表。那么，生物进化论的学说要点是什么?
简要地说，达尔文总结了自己和别人进行科学考察和研究的结果，得出结论：现存的生物物种都是从原始的简单生物经过长期的变异和遗传、经过生存，斗争和自然选择发展而来的。也就是说，达尔文把现存的物种看成是进化的结果。
达尔文在青年时代(1831～1836)曾随“贝格尔”号军舰进行远洋考察五年之久。他考察了物种在空间上的分布，还比较了古生物学所揭示出来的物种变化的结果，在长期考察中形成了“物种可变”的思想萌芽。回国后他开始研究人工选择的过程。他参加了养鸽俱乐部以及因赛马和毛纺织业的需要而分别建立的养马、养羊俱乐部的工作，同时，经常同人工选择的专家即育种和园艺工作者接触。他看到，人工选择是人们在生物的大量偶然性的变异之中，选择有利于人的需要的性状，使之积累、加强、稳定，并把具有这种性质的个体作为种而保存下来的过程。达尔文由此受到启发，他认为大自然代替了人而把生物生殖、发育中所出现的偶然性变异，按照一种在生物与环境的斗争以及种间和种内的生存斗争中实现的趋势即“适者生存、不适者淘汰”的趋势进行选择，并且经过遗传把这种变异积累、加强和流传下去，造成了现存的物种。此外，这种选择还与地理分布和生殖隔离等因素有关。当然，达尔文也承认：“照字面讲，没有疑问，自然选择这用语是不确切的；然而……避免‘自然’一词的拟人化是困难的；但我所谓的‘自然’，只是指许多自然法则的综合作用及其产物而言，而法则则是我们所确定的各种事物的因果关系。”自然选择学说是达尔文进化论的核心原理。自然选择包括三个始终综合发生作用的因素——变异性、遗传性和由繁殖过剩而引起的生存斗争。自然选择的结果，则是旧种的消灭和新种的形成。达尔文肯定了自然选择是生物进化的根本动因。
达尔文并非相信进化论的第一人。甚至达尔文的进化论思想最初是以达尔文与华莱士(A．R．Wallace，1823—1912)的通信形式提出的。事情是这样的：华莱士把他的一篇简洁而完整地表达了自然选择的进化理论的短文寄给达尔文之后，达尔文想扣下自己的著作而发表华莱士的短文。只是在好友赖尔和J•胡克（J.D．Hooker，1817—1911)的说服下，达尔文才同意将华莱土的论文和自己于1844年撰写但未出版的约230页论文的摘要在1858年?月1日举行的伦敦林奈学会会议上同时宣读，并于8月27日共同发表在学会的会议录上。然而，正如达尔文后来所说：“我们论文的联合出版几乎没有引起什么注意。”亲身与会的胡克说，论文激起了强烈的好奇心，但没有“进行讨论的迹象”。会后只有都柏林的一位教授发表了见解：“所有新的东西都是错的，所有对的东西都是早已有的。”问题在于仅仅发表通过自然选择而进化的观点是不够的，与“联合论文”相比，达尔文于次年(1859)发表的《物种起源》之所以引起欧洲科学界的轩然大波，并引发了生物学领域的一场革命，是因为达尔文给出大量富于挑战性的观察证据，并论证了个体生存的机会依赖于个体的特定变异，而最适合于环境的、因而最有可能通过遗传保留下来的变异乃是进化的原料。他还论证了自然选择是物种进化的途径、繁殖过剩为自然选择提供了必要性和可能性、生存斗争特别是种内竞争是实现自然选择的动力等问题。华莱士认为，《物种起源》一书不仅使达尔文与牛顿齐名，而且他的工作将永远成为19世纪最伟大的成就。
当然达尔文学说也有严重的缺点。如他认为自然选择是进化的主导力量，或多或少有一点外因论的味道。因为现代生物学早已表明：生物的多样性归根到底来源于变异的多样性。自然选择的条件是外部环境的变化，但自然选择的根据是变异。没有变异就谈不到选择。又比如，他强调生存斗争、特别是种内斗争，无视生物界的共生关系；强调进化的渐进性与缓慢性，而否认物种的突变即飞跃。然而这些缺陷并不能抹煞他的进化论作为进化论史上的里程碑的地位。无论如何，他由生物学的大量事实概括得出的生物进化论是人类对生物界认识的伟大成就，并给形而上学的物种不变论和宗教的神创论(即特创论)以沉重的打击。
达尔文革命的影响之一在于把进化论用于人类起源研究的一系列成果的出现。首先是以“达尔文的斗犬”闻名于世的赫胥黎(1825—1895)在1863年出版的《人类在自然界的位置》中将人类纳入生物界进化的谱系，提出著名的“人猿同祖论”；然后是达尔文本人于1871年在《人类的由来及其性选择》一书中提出的“人是与某些较低级的古老物种一起，从同一祖先进化而来的”小心翼翼的结论；以及海克尔在《人类的进化》(1874)中将他在1866年提出的生物重演律用于人类进化方面，从而发展与深化了进化论。达尔文革命的影响实际上远远超出了生物学和自然科学的领域。达尔文的贡献不仅在于提出了物种进化的理论，更在于提出了一种进化的模式，以致许多学科只要涉及进化问题，就可以用这一模式来分析。比如马克思就曾把达尔文用于解释动物器官的概念用于分析人类工具发展的技术史研究之中。这表明进化论已成为一种方法论思潮。
5.2 细胞理论与遗传学
细胞学说是德国植物学家施莱登(M．J．Schleiden，1804—1881) 和动物学家施旺(T．Schwann，1810～1882)先后于1838年和1839年分别独立地创立的学说。这个学说认为，一切动植物都是由细胞发育而来，并且是由细胞和细胞产物所构成的。每个细胞既有它作为独立单位而具有的生命，又有由于它是整个机体的组成部分而被赋予的生命。
施来登、施旺作出这种理论概括不是偶然的，而是长期实验事实所揭示的结果。当1665年胡克发现死的植物木栓细胞壁并首次提出“细胞”(cell，“小室”)概念时，还没有涉及细胞的内容，而只是从显微镜下看到了细胞外壁，但这的确是对细胞观察的开始。白1665年至19世纪30年代，人们利用显微镜观察到了细胞的各种形态，如有的又细又长，有的则呈圆形。比如人的神经突触，就是由极细长的细胞组成的。之后。逐渐发现了细胞内部的各种构造，如细胞质、细胞核、细胞器等，以及生物体从受精卵到胚胎、到成熟的生物个体的全部发育过程中其细胞的状况。正是在这个基础上，施来登、施旺才做出了理论上的概括，得出一切有机体都是由细胞所构成、细胞是生物结构与功能的基础和有机体发育的起点的普遍结论。
细胞学说的提出从横的方面把现存的千千万万种曾被认为是互不相干的有机体联系了起来。它说明所有生物均有共同的结构，所有生物的生长不过是细胞的分裂和分化，生物的生理活动不过是细胞的机能。世界上各种动物、植物、微生物不论在结构上怎样复杂，在功能上如何不同，它们都有着共同的方面：即细胞是一切生物的结构与功能的基本单位，细胞是有机体发育的起点。鉴于细胞理论对揭示自然界普遍联系的巨大价值，恩格斯把这一理论同能量守恒定律和生物进化论等一起看成是辩证唯物论的自然观的重要证据。
19世纪中叶生物学领域中悄然出现的另一个重要领域是遗传学。所以讲“悄然出现”，是因为它的奠基人、奥地利修道士孟德尔(Grreor Johann Mendel，1822～1884)是在乡间修道院发现遗传定律，并因种种原因而被长期埋没。然而，遗传学在20世纪的发展却日益显示出它对于生物学和整个生态系统乃至人类社会生活所产生的重大影响。这种影响无论从深度和广度上看都不亚于甚至超过进化论。
孟德尔的研究是沿着一条与进化论完全不同的思路进行的。1844年深受德国自然哲学影响的德国著名植物学家耐格里(K．Nageli，
1817—1891)提出生物通过内在动力发生进化的理论；并认为生命的基本单元不是细胞，而是含有遗传物质的更小的分子团——细胞种质。他的种质说后来为德国生物学家魏斯曼(1834—1914)所发展。孟德尔受到细胞种质学说的启发，于1854年开始以豌豆为材料进行杂交育种的遗传研究。和达尔文相仿，因物种问题而激发了盂德尔从事遗传研究。经过8年的豌豆试验研究，孟德尔于1865年2月8日和3月8日两次在布隆自然科学协会上报告了他的实验研究结果。他的主要实验结果可概括为：(1)性状分离规律。豌豆杂交第一代通过白花授粉所产生的杂种第二代中，表现显性性状与表现隐性性状个体的比例约为3：1；(2)自由组合规律。形成有两对以上相对性状的杂种时，各相对性状之间发生自由组合。孟德尔为解释这些结果，提出了一些假设。如遗传性状由遗传因子所决定；每一植株含有许多成对的遗传因子，每对遗传因子中，一个来自父本雄性生殖细胞，一个来自母体雌性生殖细胞，当形成生殖细胞时，每对遗传因子互相分开，分别进入一个生殖细胞，等等。
1865年他把研究成果写成《植物杂交试验》的论文在布隆博物学会上宣读，并于次年发表在该会的会报上。他认为此成果恰恰可证明耐格里的种质说而把论文寄给耐格里。由于耐格里不大精通数学，又不屑于花费精力重复孟德尔的实验，因此对孟德尔的发现反应平淡。权威的这种态度使孟德尔心灰意冷，加之他被任命为修道院院长而没有继续他的具有划时代意义的研究。可惜大植物学家耐格里到死也不知道由于他的态度而对遗传学以及他自己的种质学说的进一步发展犯了一个多么大的错误。历史给人们留下的又一遗憾是达尔文竟然毫不知晓孟德尔的研究，否则进化论的表达将会完善许多。但最令人惋惜的是孟德尔本人也未意识到他的学说对进化论和整个生命科学的价值，否则他将百折不挠地继续他的研究。然而，尽管历史学可以有假设，但历史毕竟是历史，它留给人们的遗憾永远无法消除。过了35年，孟德尔的工作才被重新发现并引起重视。他的学说成为20世纪摩尔根(1866—1945)基因遗传学的重要基础之一。
5.3 19世纪医学技术进展
产业革命后，医学得到了大的发展，物理和化学对医学技术的影响明显增强，许多其他学科的成果被直接应用到医学中来。
血压计的发明，前后经历了近200年。血压具有很重要的临床意义。不过，那时的人们可不知道这么多，他们测量血压的念头的产生还要归功于17世纪医学三大派别之一——物理医学派。由于物理医学派认为身体就是机器，血管就是输水管，那么测一下这根“管子”里的压力自然是很必要的。
最初，人们测量血压是在马身上施行的。约在18世纪初，英国人哈．尔斯用一根长达9英尺的玻璃管一头连上很尖的铜管，插入了马腿的动脉内，血液在垂直的玻璃管内升到8．3英尺的高度，测得了马的血压。1896年，意大利人里瓦‘罗克西发明了不损伤血管的血压测定计。它包括橡皮球、橡皮囊臂带以及装有水银的玻璃管三部分。测量时将橡皮囊臂带绕在手臂上，捏压橡皮球，观察玻璃管内水银柱跳动的高度：以推测血压的数值。不过，这套装置只能测动脉的收缩压而且不准。1905年，俄国人尼古拉•科洛特科夫改进了血压计结构，并加入了听诊器。其测量方法简便、准确，一直沿用至今。
18世纪，医学家对人体的正常构造已有了清晰的认识，在此基础上，他们就有可能认识到若干异常的构造。奥地利医生奥恩布鲁格(Auenbrugger)发明了叩诊。他的父亲是酒店老板，常用手指敲击大酒桶，根据声音猜测桶里的酒量。后来，奥恩布鲁格把这个方法用在人的胸腔，以寻找“病灶”。经过大量经验观察，包括尸体解剖追踪，他创立了应用至今的叩诊法。但叩诊法的推广应用，还是]9世纪的事。
传染病在很长时间里一直威胁着人类的生命健康。1796年英国医生巳詹纳发明牛痘接种法是18世纪预防医学的一件大事。“世纪中国已用人痘接种来预防天花。18世纪初，这种方法经土耳其传到英国，詹纳在实践中发现牛痘接种比人痘接种更安全。他的这个改进增加了接种的安全性，为人类最终消灭天花等传染病作出了贡献。
麻醉术的发明使大的外科手术成为可能，但它的发展并不顺利。1842年，美国杰斐逊乡镇医生郎格应用乙醚吸人进行麻醉，成功地为一位颈背部肿瘤患者进行了切除手术。但由于地处偏僻，他的成就没能为世人所知。
美国医生韦尔斯1844年发现氧化亚氮对人有麻醉作用。后来韦尔斯去哈佛大学医学院应用氧化亚氮麻醉作拔牙表演，由于麻醉深度不足，拔牙时病人大呼疼痛不止，韦尔斯在一片嘲笑和叫骂中被赶出了大门。
韦尔斯的朋友莫顿1846年在著名外科医生沃伦的手术室内第一次进行了乙醚麻醉表演，其麻醉效果非常好，患者自始至终没有一点儿疼痛。人们折服了，在场的著名外科医学家比奇洛断然当众宣布：“我今天所见的事情，将会风行全球。”果然，从此以后麻醉术在世界各国推广开来。
18世纪时预防医学有了某些改进，但大多是个人努力的结果，实施范围也很有限。到19世纪，预防医学和保障健康的医学对策已逐渐成为立法和行政的问题。英国于1848年设立卫生总务部，颁布了一些预防疾病的法令。不久，英国国内霍乱大流行，死亡约六万人。统计资料显示，疾病的传染媒介是饮用水，于是采取了适当的预防方法，从而逐渐遏止了疫情。
使卫生学成为一门精确科学的人是德国的佩滕科弗，他将物理和化学的研究方法应用到卫生学方面，研究了空气、水、土壤对人体的影响；测定了大气中二氧化碳对呼吸的意义，并发明了测定空气中二氧化碳含量的方法；研究了住宅的通气和暖气设备。继他之后，研究职业病的劳动卫生学、研究食品工业的营养和食品卫生学相继产生。
护理工作历史悠久，但从事护理的人长期地位低下，19世纪之前工作条件一直十分恶劣，人员素质差，待遇低。英国的南丁格尔曾在德国学习护理知识，在克里米亚战争中率护土进行战地救护，收效显著。1860年她创立护士学校，传播其护理学思想，提高护理工作的水平和地位，使护理学成为一门科学。
近代医学技术的进展为人类医学在20世纪的大发展奠定了坚实的基础，许多初步的临床应用技术只是由于不够完善和严密而显得粗糙，经过理论和实践上的发展完善，医学吸收物理学、化学、数学等优秀成果获得了长足的进展，为人类的生命和健康做出了巨大的贡献。
5.4 微生物学的创立
自古以来，人们在日常生活和生产实践中，就对微生物的生命活动及其所发生的作用有了一定的认识。人类利用微生物酿酒的历史，可以追溯到4000多年前的中国龙山文化时期，但对微生物的观察和研究直到17世纪才刚刚起步。
1665年，荷兰人列文•胡克在牙垢、雨水和植物浸泡液中，首次发现了一些后来命名为bacteria（细菌）的“微小动物”。1854年，德国植物学家F.J.科恩发现杆状细菌的牙孢，从而把细菌归类为植物。这可以看成是微生物学的形态学阶段。19世纪60年代，巴斯德、科赫等人开创了微生物的生理学或病理学研究，这才是真正的微生物学的肇始。
巴斯德是法国微生物学家、化学家，他1822年12月27日生于法国东部的多尔，1843年进入巴黎高级师范学院学习，1845年获硕士学位，1847年获博士学位。他的祖上几代人均以制革为生，父亲曾在拿破仑的军队中任军曹长，这也许是巴斯德忠君思想的根源所在。这种政治倾向也使他的学术活动十分受益。
巴斯德的科学生涯始于学生时代，他的绝大多数发现都和使用显微镜有关。巴斯德很早就注意到平面偏振光通过某种酒石酸晶体时，偏振面发生扭转。这就是19世纪初法国物理学家毕欧发现的晶体的旋光性。1847年至1857年，巴斯德致力于酒石酸旋光性的研究，他利用毕欧发明的旋光计测量不同酒石酸的旋光性，提出分子不对称性理论，开创了立体化学研究的新途径。
1848年，巴斯德发现，不显旋光性的酒石酸(外消旋酒石酸)包含两种等量混合但旋光性相反的分子(旋光异构体)，所以，旋光性相互抵消。他还注意到旋光性仅见于有机物，后来又发现某些微生物只能利用两种旋光异构体中的一种，因而深信物质的不对称性一定与生命现象有关。
1854年12月巴斯德担任里尔大学理学院院长和化学教授，在这一年，他开始研究发酵。这是因为他感兴趣的旋光物质(如酒石酸和戊醇)是发酵工业(酿酒)的副产品。1857年8月，他在里尔的科学、农学和工艺学会作了关于乳酸发酵过程(即酸牛奶产生过程)的报告，指出这是活酵母菌作用的结果。通过对酵母的酒精发酵及其他微生物发酵作用的研究，证明了所谓发酵实际上是微生物代谢活动的结果，不同微生物引起不同类型的发酵，创立了发酵的生物学理论。但是这个理论受到李比希和贝齐里乌斯的反对和嘲笑，他们把发酵看成不需要生物参与的纯粹化学过程。1871年，巴斯德表示愿意由法国科学院主持公开试验证明酵母菌在德国醋酿造过程中的作用，在没有有机氮参与下生产李比希所需要的啤酒酵母，作为回应。但是，李比希没有来得及接受这一挑战就离开了人世。不过，论战却也使巴斯德及时修正了发酵的定义。
巴斯德对发酵和腐败现象作了大量系统研究，用实验证明了食物与细菌接触才导致腐败，有力地批判了自然发生说，并建立了至今还在使用的消灭酒中杂菌的低温消毒技术即巴斯德消毒法，解决了当时酿酒业发展中的难题，并且为将来罐头工业的发展提供了科学依据。同时，使制醋工艺走向标准化。
1865年，欧洲蔓延着一种可怕的蚕病，导致蚕大批死亡，以养蚕为生的农民纷纷破产。巴斯德到法国南部实地调查，经过5年研究，在病蚕和被病蚕吃过的桑叶上发现了一些椭圆形微粒——“蚕瘟”的病原体：蚕微粒子。这些微粒能游动，还能迅速地繁殖后代，而健康蚕和新摘桑叶上没发现那种微粒。这是人类第一次找到致病的微生物——“病菌”。而且巴斯德成功地找到了防止蚕病传播的方法：把产完卵的雌蛾钉死，加水研磨成糊，在显微镜下观察，如果有病菌，就把卵烧掉；如果没有病菌，就把卵留下，用没有感染病菌的蚕卵繁殖，蚕病就不会传染。他还研究了蚕的软化病，发现了致病的弧菌。这样，巴斯德成了挽救法国养蚕业的英雄。
1877年以后，巴斯德的兴趣转向对人畜的多种传染病的研究，1880年，法国流行鸡霍乱，很快，巴斯德就分离出鸡霍乱菌，他把导致鸡霍乱流行的病菌浓缩液放置几个星期后，给鸡注射，鸡不但没有死，而且表现出明显的抗病性。经过多次实验，巴斯德认识到，弱化的霍乱菌实际上已经成为鸡霍乱疫苗，它不但不能致病而且能使鸡获得免疫。根据这一发现，他用经过高温培养弱化的炭疽病菌，对炭疽病试行防治，果然取得了预期效果。就这样，巴斯德发现了减毒菌株的免疫作用，发展了自詹纳以来的传染病的免疫疗法。掌握了制造疫苗的方法后，巴斯德组织学生和助手进行了大量实验，制成了伤寒、霍乱、白喉、鼠疫等多种疫苗，控制了多种传染病。现在，打防疫针的免疫方法就是巴斯德发明的。
在试验过程中，巴斯德发现，高温可以杀死病菌，于是他向外科医生宣传高温杀菌法，以防止手术感染。现在，医院里使用的医疗器械都要用高温水蒸汽蒸煮，这就是巴斯德发明的消毒方法，即“巴氏消毒法”。英国外科医生利斯特(Lister)最先把巴斯德的实验成果应用到外科手术上。他先是用石碳酸(酚)作为防腐剂，以后又发现保持清洁是一种有效的防腐方法。由于利斯特等人的努力，再加上以前所发现的麻醉剂，外科手术达到了前所未有的安全地步。这些发现在医疗方面所产生的效果，极其明显地表现在城市居民死亡率的降低上。如伦敦在200年前每年的死亡率是千分之八十，而1928年则降低到千分之十二。
对狂犬病的研究是巴斯德科学生涯中最后、也是最重要的一项工作。疯狗咬人，人就会得“狂犬病”，其死亡率是100％。巴斯德用显微镜仔细观察狂犬的脑髓液，没有发现病菌。可是把狂犬脑髓液注射进正常犬体内，正常犬马上就会得病死掉。巴斯德断定“这是一种比细菌还要小的病源!”即后来人们所说的“病毒”。巴斯德把刚死的狂犬脑髓取出，悬挂在一个干净瓶子里晾干，两星期后，加水磨成浆糊，注射进正常犬体内，结果没有发病。又两个星期后，再注射一次病犬脑髓液，结果试验犬正常。就这样，狂犬病疫苗的动物试验成功了。随后，巴斯德开始向临床应用进军，他将狂犬病患者的唾液注射到兔子体内，使兔子感染狂犬病后，再将兔的脑和脊髓取出，这样经过弱化，终于制成了可供人体免疫使用的狂犬病疫苗。1885年巴斯德在一个9岁的被狂犬咬伤的孩子身上试用此种疫苗，获得了巨大成功。这一研究成果当时被誉为“科学纪录中最杰出的一项”。自此以后，狂犬病疫苗治愈了大量被疯犬咬伤的病人。人们为了感谢巴斯德对人类所做出的这一重大贡献，慷慨解囊，世界各地的捐赠纷至沓来，捐赠者中包括俄国沙皇、土耳其苏丹和巴西皇帝。这样，最初作为抗狂犬病研究中心的巴斯德研究所开始在巴黎兴建。1888年研究所正式落成。巴斯德担任所长，直到他1895年逝世。
1868年后，巴斯德曾两度中风，去世前几乎已经全身瘫痪，但是他从没有停止过科学研究。巴斯德一生获得了极大的科学成就，从而获得多种荣誉和奖励。1862年他被选为法国科学院院士，1882年被选为法兰西学院院士，1887年被选为法国科学院永久秘书。1892年巴黎大学为庆祝巴斯德70寿辰举行了盛大的国际性庆典。应该指出，巴斯德的哲学修养不高，学术见解不少来自前人，比如，发酵的原理在施旺那里已经比较清楚地阐明了；而且他为人固执甚至偏激、狭隘，好与人争夺发明权，但他是个一流的试验家，在试验工作中，头脑清晰，坚毅、顽强。他的一些重要发现似乎带有偶然性。可是，正如他所说的：“机会只偏爱有准备的头脑。”从他一生的研究线索看，由有机物的旋光性出发，经过发酵、细菌、蚕病、狂犬病的研究直到制作减毒疫苗，其内在联系是十分明显的。
被世界公认的现代微生物学的两个奠基人，一个是巴斯德，另一个是德国微生物学家罗伯特•科赫，这两个人各有特点。巴斯德化学功底扎实，多从功能角度来设计试验，而且注重应用研究，所以，在免疫学方面成就突出。科赫生物学造诣较深，主要兴趣在微生物的形态学和分类学研究方面。
科赫(Robert Koch，1843一1910)，1843年12月11日生于德国汉诺威州克劳斯塔尔，他幼年时喜欢收集植物与矿物标本。他1862年入格廷根大学，初学植物、物理和数学，后转而学医，1866年获得医学博士学位。毕业后，他在汉堡一家精神病院当了一段时间的实习医生，1870年，科赫带领新婚的妻子来到东普鲁士一个小乡村沃尔施泰因，当外科医生，他在那里建立了一个简陋的实验室。1876年，科赫分离出炭疽杆菌。他到布雷斯劳用3天时间以公开表演的方式，用精密的试验证明炭疽杆菌是炭疽病的病因，并且报告了炭疽病菌的生活史是杆菌——芽孢——杆菌的循环，而且芽孢可以在休眠状态存活较长时间。科赫还特别指出每种病都有其特定的病原菌，纠正了当时人们认为所有细菌都是一个种的错误观点。
1880年科赫应邀赴柏林工作，在德国卫生署任职。在那里他才有了良好的实验室和助手。实验条件的改善，极大地推进了他的工作。1881年科赫得到纯种结核杆菌。为了大量培养，他尝试在凝固的血清培养基上接种菌株，他将培养出的纯种结核菌制作成悬液，用豚鼠等实验动物做腹腔注射实验，研究结核病的发病原理。科赫还用实验证明，来自猴、牛或人的结核菌都有相同症状，指出痰是结核病主要的传播途径。1882年3月24日在德国柏林生理学会上，科赫正式宣布结核菌是结核病的病原菌。1883年，科赫到埃及和印度考察霍乱，和同事们发现了形如逗号的霍乱弧菌，并且指出霍乱可以通过水、食物、衣服等用品传播。1885年，科赫担任柏林大学卫生学和细菌学教授。1890年，在第十次国际医学会议上，科赫宣布结核菌素可以抑制结核菌。1891年到1899年，科赫在印度、埃及等地广泛研究了鼠疫、疟疾、回归热、锥虫热和非洲海岸病等多种传染病，许多主要的传染病病原菌被相继发现。
科赫的发现得益于他对实验方法和操作技术的不断改进。他为后世创建了一系列研究微生物学的基本操作技术和规范。他发明了固体培养基(即琼脂培养基)，发明了用划线接种和平面培养法分离获得单一纯种菌株的细菌纯系培养技术；发明悬滴标本检查法，显微镜新光源和油渍法，显微摄影术，以及改进细菌组织切片染色法等等。同时，他提出了一整套确定病原菌的准则，即科赫法则：(1)一种病原微生物必然存在于患病动物体内，但不应出现在健康动物内；(2)此病原微生物可从患病动物分离得到纯培养物；(3)受到分离出的纯培养物人工接种的动物可以再次分离出性状与原有病原微生物相同的纯培养物。科赫法棚使微生物学的研究真正走向了标准化。
1905年，科赫因为发现结核菌和结核菌素，在结核病防治上做出了巨大贡献，从而获得了诺贝尔生理学或医学奖。1910年科赫因心脏病浙世。
19世纪后期，在巴斯德、科赫等工作的基础上，对免疫机制的研究形成了两个学派。俄国动物学家、免疫学家И．П.梅契尼科夫在研究炎症时发现微生物在血细胞内被消耗的现象，提出细胞吞噬理论。科赫主张体液论，认为免疫依赖于血液和体液中诱导出来的某些因子。这些论断为免疫学的发展和成熟开辟了道路。
1892年Д.И伊万诺夫斯基发现烟草花叶病毒。1897年，德国细菌学家F．A．J．勒夫勒证明口蹄疫也是病毒性疾病，从此微生物学的——个新的分支一—病毒学也开始起步。
巴斯德、科赫等人开创的微生物学，在20世纪取得了巨大发展。微生物工业在食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金、环保等部门得到了越来越广泛的应用。在医药方面，几乎所有的抗生素都是微生物的代谢产物，所以巴斯德和科赫被医学界认为是化学治疗疾病方法的创始人。
