布鲁克林大桥的故事（一）

文/八爪鱼，本文原载于科学松鼠会，原题为《不说布鲁克林大桥》

二河一岛鸟瞰

哈德逊河发源于纽约州北部的云泪湖（Tear of the Clouds），南下五百公里后和东河（East River）一起汇入上纽约湾，将曼哈顿围成一个狭长的岛。东河是连接上纽约湾和长岛海峡的潮汐水道，将布鲁克林和曼哈顿分为两座城市。这条河一直阻碍着两地交通的发展，人们主要靠摆渡船往返于两岸。其实，这类天险只对普通人来说是麻烦甚至危险，对于勇敢者和智慧者，往往是他们成就自己的宝贵机遇。约翰· 奥古斯塔斯·罗伯林（John Augustus Roebling）就是后者中的一员。

约翰·罗伯林生于1806年的普鲁士。是一个烟草贩子的儿子。他自幼就展示出对艺术的浓厚兴趣和天赋，他喜爱音乐，擅长演奏长笛和钢琴——我猜他至少还会吹口哨。这个多才多艺的年轻人还喜欢素描和油画。总是听人说，严谨刻板是德国人的天性，约翰·罗伯林显然是一个反例。我觉得德国人民长于逻辑和思辨的特征，很可能更多是源于尊崇理性的社会传统，这才能解释为什么约翰·罗伯林的老妈——Friederike Dorothea Roebling——既没有因为经济因素送小约翰去某个地方当学徒，也没有因材施教发展他的艺术天分，而是让他专门学习数学和科学。在那之后，约翰·罗伯林系统学习了工程建筑、基筑水利以及语言学等等有关桥梁建造的各种知识。为了给自己的将来打下更牢固的基础，他甚至去黑格尔那里去旁听哲学。反正在系统教育的塑造之下，他身上理性的成分越来越明显，艺术的痕迹再也难得一见。

咋看咋不像艺术家的老罗柏林

当时的欧洲，社会经济政治情况都非常动荡，和巨人拿破仑之间的战争更加剧了当时普鲁士社会中的不安。这让工程桥梁建设者的前途显得异常渺茫。不久之后，基于各方面的考虑，约翰·罗伯林和他哥哥于1831年背井离乡，投奔了他们心目中的世外桃源——美国。

就像很多故事里，英雄总会先遭遇一些困难，约翰·罗伯林刚到美国，就经济大萧条。约翰只好当了一个农夫。几年后，取了一个裁缝的女儿。德国人将严谨勤俭表现在生活的方方面面，在接下来的二十年中，约翰·罗伯林充分发掘他妻子的潜力，让这个英雄妈妈为他生了五子四女共九个孩子。不知道是因为对自己祖国的失望，还是出于对这个崭新国度由衷的热爱，他为长子取名为华盛顿·罗柏林——足以媲美“建国·罗柏林”、“卫兵·罗柏林”。

约翰·罗伯林身在田间垄头，可仍然积极参与美国的工程建设。从河流疏浚，铁路规划，运河的基础建设以及桥梁建筑中材料的生产设计，他把握一切展示自己的机会。随着尼亚加拉悬索桥、肯塔基河悬索桥以及匹兹堡悬索桥工程的相继展开，他在桥梁工程建设方面的天赋和才华为越来越多的人所知，而辛辛那提—克温顿大桥 ——当时世界上最长的悬索桥——的成功，最终让约翰·罗伯林大放异彩。随后，约翰·罗伯林着手为分隔曼哈顿和布鲁克林的东河设计一座悬索桥，并为之积极的奔走游说。不过，尽管他有着耀眼的成就，东河的特殊情况仍然让纽约政府举棋不定。

布鲁克林大桥鸟瞰图（左）

确切的说，东河并不是河流，是海峡。随着潮起潮落，水面宽度在不同的地方也不同。最狭窄处800米，最宽的地方则有5600米。而河床在最浅的地方有80 英尺，最深的地方则超过92英尺。虽然东河不像真正的河流一样裹挟一路的泥沙汇入海洋，但是经年的潮汐，仍然让河底铺满了沉积物。河床最上面是12英尺厚的黑泥，然后是6英尺的粗砂，紧跟着又是6英尺的碎石层。在这下面的，仍然不是坚硬的岩石，而是15到20英尺不等的流沙层，这层流沙夹杂着大量的大石块，最后才是河床的岩石底。

这些复杂的地质情况，让桥基点的选择变得不是那么困难了——哪儿都差不多。另外，当时曼哈顿的发展区，主要集中在半岛的南边——这让约翰·罗伯林的选择变得更少了。

经过罗柏林十余年的努力游说，纽约政府终于同意立法兴建纽约-布鲁克林大桥（New York and Brooklyn Bridge）——也就是后来的布鲁克林大桥。在建造法案通过之后，约翰·罗伯林立刻开始就当地水文地质进行最后的勘察工作。可就当他在码头实地考察造桥地点的时候，一艘正在靠岸的摆渡船鬼使神差地撞上了他，压碎了他的脚趾头。医生马上就给他做了截除脚趾的手术，并强烈要求他接受进一步的药物治疗，以预防当年经常发生的一系列感染并发症。

不知道是因为对当时当地的医疗水平抱有很重的偏见，还是约翰·罗伯林一生博学好识，因此对一个自己不甚了解的学科也充满信心，他拒绝了这些预防措施，而是坚持每天用水冲洗自己术后的伤口——他设计的“水疗法”。很快，明显的破伤风的症状出现了，三周后，1869年7月22日，约翰·罗伯林在痛苦中撒手人寰。

破伤风的历史，很可能比人类的历史还要长。这种疾病害死了不知道多少人。在卫生医疗水平还没有得到充分发展的年代，甚至给婴儿剪断脐带都有生命危险。但是直到约翰·罗伯林逝世，人们都还没弄清是怎么回事。其实也就是在不久后的1884年，破伤风的病原体——破伤风梭状芽胞杆菌（Clostridium tetani）——就被确定了。

破伤风梭状芽胞杆菌长的很像网球拍（这个形象的比喻不是我想出来的，是抄的。），有很强的适应环境的能力，泥土朽木岩石甚至动物粪便中，都有它们的身影。一旦环境不适合生长繁殖，它们就变成芽胞呼呼大睡，等环境好转才会醒来。人并不是它们喜好的寄生物种，因此它们的生理特性一点都不会为人类着想。在发现这种病原菌的同年，人们证实破伤风的危害来自于它们在正常生理代谢过程中，排出的一系列的代谢物。其中的破伤风菌溶血素（tetanolysin）和破伤风痉挛素（tetanospasmin）对人危害最大。破伤风杆菌不需要像别的细菌那样进入人体、大量繁殖才产生危害，它们像毒蛇一样，只要将这些有毒物质排入血液，人就会面临灭顶之灾。

破伤风菌溶血素是一种分子结构相对简单的蛋白，这种物质主要和细胞膜上的某些特殊结构结合，然后就可以将细胞膜上开个大洞。随着大量物质的涌入，细胞就会被撑破。一旦这种毒素进入人体，首当其冲的就是血细胞，这也是这种毒素名字的由来。

但是真正危险的则是破伤风痉挛素。这种毒素毒性剧烈，仅次于肉毒毒素。只要进入人体，就会选择性的和神经组织相结合，危及脊髓、脑、周围神经末梢等结构的生理功能。于是，一旦不幸感染破伤风，不仅感染局部会不停传出剧烈的痛感，破伤风痉挛素还会让支配人体肌肉组织的神经不断发出强烈的收缩信号，诱发强烈的痉挛。一旦发作，全身所有的肌肉全部收缩，患者的呼吸急促而痛苦，口吐白沫，面目狰狞，手足抽搐。就我们的生理结构来说，背部的肌肉群，远强于胸腹，所以患者的身体被背部的肌肉群抽紧，看起来就像一张快要折断的弓。

这样的发作日复一日，恐惧和焦虑的受害者即便不死于抽搐时吸入大量口腔分泌物导致的肺炎或者是窒息，甚至是心脏病，最后也会死于由于全身肌肉的频繁抽搐导致的衰竭——也就是活活累死。

随着对破伤风芽胞杆菌以及其致病机制的深入认识，破伤风的真像逐渐为人所知。德国人贝林(Emil von Behring)和日本人北里柴三郎(Kitasato Shibasaburo)一同发明的破伤风抗毒素，为人类治疗破伤风治疗带来了福音。

既然破伤风芽胞杆菌在自然界广泛存在，对任何伤口都要考虑感染的可能。不过，这种杆菌虽然恶毒，但是它们却无法耐受氧。在有氧气的环境里，都只能保持在沉睡的芽胞状态。所以实际上只有那些比较深的伤口——可形成缺氧的局部环境——才真的有感染的危险。对这类患者，首先要对伤口进行细致的清理，尤其要用双氧水破坏缺氧的局部环境。之后要就要预防性使用破伤风抗毒素。这是一种专门和破伤风毒素结合，从而避免它们伤害神经的蛋白质。与此同时还要给患者接种破伤风疫苗，让人体自然产生杀灭破伤风杆菌的能力。最后，用抗生素——比如青霉素——杀灭可能进入人体的杆菌活体。

而对已经表现出明显的破伤风症状的患者，以上诸多措施都要按部就班完成之外，还要用安定等对抗痉挛的药物缓解不停发作的抽搐；同时给氧——有必要时还需人工呼吸机保证患者不至于窒息。

现代医学为我们带来了系统全面的治疗方案，不过一旦感染，仍然有多达10%的患者，其身体结构以及功能会被疾病所破坏。

可是这一切离约翰·罗伯林太遥远：破伤风抗毒素以及针对破伤风杆菌的疫苗，直到1890年才出现；而青霉素之类的抗生素的出现，还要将近70年；至于安定类能有效缓解痉挛药物，还要等将近一百年。从这个角度来看，无论可怜的约翰·罗伯林是否听从当时医生的建议都不重要，他的命运也许在轮渡靠岸的那一刻，就已经决定了。

幸好在纽约州政府批准兴建之前，布鲁克林大桥的建造方案就已经大致拟定了。老罗柏林之死并没有让原定计划搁浅。建造布鲁克林大桥的任务——老罗柏林未完成的愿望——薪尽火传，落到了长子华盛顿·罗柏林的身上。