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由于约瑟夫·利斯特经常出现在赛姆家中，他渐渐与赛姆的大女儿艾格尼丝成了朋友，这对大家来说都是个意外。1856年，约瑟夫与艾格尼丝结婚了。在长达40年的婚姻生活中，他们没有子女，但是对科学的共同热爱，使艾格尼丝成为利斯特最重要的评审、编辑、研究助手和旅行伴侣。这对新婚夫妇前往巴黎、帕多瓦、博洛尼亚和维也纳旅行，拜访了伟大的思想家，参观了世界领先水平的医院。在他们回到爱丁堡之前，显微镜已经准备就绪。在维也纳时，利斯特来到维也纳总医院，见到了塞麦尔维斯以前的同事，不过不知道他们是否讨论了塞麦尔维斯的故事或其观察研究。
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在爱丁堡，利斯特全身心地投入工作和生活中，努力平衡着自己尚待成熟的外科手术实践、教学任务、赛姆的助手工作、新婚生活，以及最重要的正在蓬勃发展的研究实验室。多年来，他把实验室安置在自家厨房里，在艾格尼丝的帮助下，研究血液凝固、神经和肌肉纤维的生理特征、淋巴液的流动以及炎症。利斯特和艾格尼丝从当地的山野、公园和溪流中收集动物，从屠宰场采购动物器官，然后通过切片和染色，运用显微术对组织结构进行评估，并推测器官功能。1860年，利斯特夫妇向西移居到苏格兰格拉斯哥。接下来的十年间，利斯特的研究取得了重大发现。
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他全心投入对炎症的研究中。讲逻辑的学者已经推断出传染病不仅是由恶臭或有害的空气扩散的，而且是由生物体引起的。利斯特开始相信，伤口腐烂是由于空气中某种看不见的物质进入了开放性伤口。通过查阅英语、法语和德语的学术期刊，利斯特读到了雅各布·亨勒（Jacob Henle）的文章，这位颇具影响力的教授来自德国的哥廷根，他认为传染物必定是有机物，也就是说，是有生命的微观物质。
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性病一直是病菌学说支持者关注的课题。早期文艺复兴的科学家们永远无法推断出鼠疫、伤寒、天花或霍乱暴发的根源。人群的感染似乎总是随机的，在流行病学的分析工具出现之前，要确定流行病的来源实在过于困难。但是，每位欧洲医生都见识过淋病和疱疹，欧洲征服了西半球以后还碰到了梅毒。而大家也都知道，童贞者从来不会染上性病，不会像荒淫放荡之人（利斯特称其都有“纵欲倾向”[21] ）一样长出溃疡、疮痂、瘢痕、脓疮、疖子，或在私处留下种种气味难闻的腐烂秽物。因此，性病不可能 通过空气传播。这不像是生育的真相，需要天才头脑方能想到，性病是由于射精和性交过程中接触的体液携带了传染病的种子。性病的流行进一步证明了“传染性生物”是真实存在的。
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雅各布·亨勒在其1840年的经典文章《论瘴气与传染性》（“On Miasmata and Contagia”）中进行了一系列爱因斯坦式的“思想实验”，通过纯推理来思考流行病与大流行病。[22] 由于显微镜技术还十分有限，他运用自己的想象力来阐释病菌学说的基础，后来启发了他在哥廷根的优秀学生罗伯特·科赫。亨勒认为牛痘这种疾病，只要“一粒痘毒就能够引起全身皮疹”。[23] 亨勒还领先巴斯德一步，对葡萄酒的发酵进行了思考，并将其总结为“一种有机液体被植物体分解”[24] 的过程。在这两个例子中，意外结果的倍增和扩大表明存在有生命的有机生物 。某种自然的毒素或者有毒气体根本不可能以指数增长的形式散播到一个社群之中。既然增殖发生了，那就需要某种活着的物质在人体内进行自我繁殖。
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利斯特越发相信，化脓的手术伤口并非只是发炎和“愈合”，而是在腐烂、感染和坏死。他继续在厨房里对野兔和牛进行调查研究，以发炎的青蛙足为实验对象进行显微术评估，艾格尼丝也一直从旁协助。如果说利斯特是一个拥有着魔法显微镜的孤独天才，那么还需要一点推动力才能够帮助他实现重要的观念性飞跃。在印刷机发明和同行评审的科学期刊如《皇家学会哲学汇刊》形成之前，孤身一人的专家永远无法“看得更远”，但是，信息共享的革命使天才之间产生了联系。1865年，在格拉斯哥，利斯特的化学系同事建议他读一下路易·巴斯德在《科学院报告》（Comptes Rendusde l’Academie des Sciences ）上发表的关于啤酒发酵和葡萄酒发酵的文章。于是，利斯特这位在苏格兰工作的英国外科医生，坐下来开始阅读巴黎化学家的法语出版物，此举将为外科学带来永久性改变。
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人们普遍认为路易·巴斯德（1822—1895年）是微生物学之父，他在发酵、显微术、疫苗接种和细菌学领域进行了大量的开拓性研究。作为一名化学家（而非医生），巴斯德是最早使用显微镜为人类造福的科学家之一。在一篇发表于1855年的早期文章中，巴斯德对变质牛奶的乳酸形成进行了研究，他猜测自己所观察到的“芽殖生物”是发酵的活性因子，类似于酒精发酵中“自我复制的微型生物”。[25] 在发表这篇决定其未来职业高度的文章时，巴斯德新任里尔大学（位于法国和比利时边境）的科学院院长，不久后，当地的一家甜菜酿酒厂找到这位化学家并告诉他，一种神秘的灾难正威胁着当地的啤酒行业和葡萄酒行业。
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刚刚来到里尔的巴斯德听完这个“酒汁发酸发黏而无法使用”[26] 的故事后，没有求助于化学试验，而是选择了显微镜观察。或许那位酿酒商听说过巴斯德以前发表的关于牛奶变酸的文章，但当时还没有细菌学家。巴斯德教授收集了变质的甜菜酒精样本，将其滴在载玻片上，通过调节显微镜上的小镜子，使阳光对准玻片上的黏稠物。通过显微镜观察，他想象出一种独特的共生关系。液体中有微小的酵母菌，它们仿佛在泥浆中轻轻漂浮的小土豆一样。现在巴斯德已经确信自己一年前的推测是正确的，酵母菌正是使发酵产生的物质。
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甜菜、葡萄、小麦、土豆、玉米、大米，甚至香蕉中的糖都可以通过天然酵母进行糖发酵，这种发酵在不知不觉中成为人类提纯液体的“试验厨房”，可以制出令人陶醉的饮品。已经解开谜底的巴斯德又做出了另一项令人惊叹的观察，他发现同一批变质样本中还存在着大量的杆状微生物。他推断这些是导致饮品腐败变质的细菌。早期研究者此前已推测出了有机活动，巴斯德现在证明，隐藏于水果和谷物内部的酵母和糖之间产生合作，也就是发酵，而细菌和糖之间的相互作用则是酒腐化黏稠的证据。发酵有益，腐败有害。
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在获得酵母、细菌和发酵的重大发现的前一年 ，巴斯德对里尔的学生们讲道：“在观察的领域里，机遇只偏爱有准备的头脑。”这句话也成为巴斯德的至理名言。19世纪50年代后期，巴斯德发表了关于发酵实验的文章。作为一名化学家，他的文章发表在科学（而非医学）期刊上。因此，利斯特的化学系同事才会提醒他关注巴斯德的研究。
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利斯特认真钻研了巴斯德对变质饮品和黄油的调查研究，然后在他的厨房实验室里设置好父亲的显微镜，重复了巴斯德的实验。在巴斯德所谓的“无限微小的世界”里，他发现了同样的微生物。[27] 利斯特并不是第一个认可巴斯德前瞻分析的医生，皇家外科医师学会未来的会长托马斯·斯宾塞·韦尔斯（Thomas Spencer Wells）曾经提出，空气中的微生物导致了疾病，[28] 但是，他并没有考虑如何通过实际干预措施来抑制微生物。利斯特“发觉巴斯德的研究可以应用于外科学，而他又迈出了一大步，开始制订操作方案”。[29]
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1876年在费城举办的国际医学大会（International Medical Congress）上，利斯特令人信服地回忆道：“读到巴斯德的原文时，我对自己说，正如我们可以使用不伤及头皮的有毒物质来消灭孩子头上的虱子一样，我们也可以在伤口上使用有毒物质来消灭细菌而不伤及患者的软组织。”[30] 利斯特绞尽脑汁地到处寻找一种可以喷洒到空气中的化学制剂，因为此时他仍错误地认为病菌飘浮在空气中并落在了手术部位。其实利斯特只要注意到格拉斯哥令他掩鼻的空气就能发现消毒剂。在海运发达地区，人们使用杂酚油来保护轮船使用的木材，这是一种煤焦油的副产品，也用于铁路轨枕的涂层。对煤焦油进一步蒸馏会产生“苯酚”，这种芳香族有机化合物常用于减少污水分解所产生的异味。早在有关霍乱的细菌学理论出现之前，人们就意外发现，它还可以缓解霍乱的蔓延。1858年“大恶臭”（Great Stink）期间，人们将苯酚即“石炭酸”倒入包括泰晤士河在内的每条河流中，结果大大减少了伦敦周围的腐臭气味。类似果味的香气遮住了苯酚化学性质的真相，让人注意不到是它对污水进行了杀菌。
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因此，石炭酸是对抗手术感染的天然武器。时间来到1865年8月12日，在格拉斯哥皇家医院里，利斯特正在治疗11岁的男孩詹姆斯·格林利（James Greenlee）的开放性胫骨骨折。他用石炭酸稀释溶剂彻底擦洗了这个氯仿麻醉状态下小男孩的腿。手术结束时，利斯特用油灰粉和石炭酸的混合物包扎伤口，并覆盖了一层锡箔纸以减少蒸发，最后以夹板固定。四天后，利斯特拆开包扎的伤口，发现受伤部位愈合状况良好，伤口没有像以往那样出现皮肤边缘发炎、化脓、腐烂及腥臭的现象。他又以同样的方法再次包扎好伤口。五天后，利斯特诊断第二次包扎导致了表皮灼伤，于是在第三次包扎时，他加入了石炭酸溶剂和橄榄油。伤口慢慢地愈合了，不需要进一步手术。詹姆斯本应按常规进行截肢手术，却平安无恙地康复了，他在受伤六周后痊愈出院。
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“当利斯特意识到，用化脓与巴斯德解释的发酵所做的类比可以应用于医学实践，消毒外科手术出现了。”[31] 一系列的科学观察、简单实验和临床应用结合在一起，促成了“抗菌”时代的诞生。抗菌，就是消除致病微生物的过程。
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此后，利斯特对每一台外科手术都进行消毒。利斯特和巴斯德成为并肩对抗微生物敌人的战友。早期科学是十分粗糙的，没有对特定细菌种类的鉴别，也没有真正理解它们如何生长、繁殖和消亡的理论。然而医生们仅仅通过仔细地清洁皮肤和受伤组织，就使择期手术和急诊手术取得了极大的进步。随着时间的推移，全世界都将采用“利斯特消毒法”，不过有些国家接受得十分勉强，哪怕证据就摆在眼前。
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在塞麦尔维斯失败的地方，利斯特成功了。大多数科学家和医生从来没有听说过塞麦尔维斯和他对产褥热的分析，而利斯特开启了医学的重大变革，外科手术的可行性也即将由此发生剧变。利斯特工作勤勉，为人友善，拥有永不满足的求知欲和非同寻常的毅力，他以永不妥协的奉献精神投身到工作中，同时也对身边的每一位朋友致以无私的关怀。这些特质使利斯特而非别人说服世界相信了病菌是真实存在的。缺乏人格魅力的塞麦尔维斯最后成了一个令人厌恶的疯子，在利斯特进行第一例消毒手术的第二天离开了人世，真是命运无情的讽刺。查尔斯·达尔文的儿子弗朗西斯·达尔文曾经这样总结道：“在科学领域，功劳属于说服世界的人，而不是首先产生这一想法的人。”[32]
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在短短几年间，利斯特的消毒法将在欧洲大陆范围内得到检验。普法战争持续时间不超过一年（1870年7月—1871年5月），却为利斯特的技术提供了一个独特的实验室。普鲁士王国是最早采用利斯特消毒法的国家之一，在搭起的战地医院里，参与治疗的医生都配备了石炭酸。普法战争在历史上首次以精准的枪支和大炮作战，因此刀尖和刺刀造成的伤口很少见，受伤的士兵“身上留下远程步枪射击造成的独特伤疤：散开的开放性伤口，断裂的骨骼碎片，破碎的衣物与损坏的血肉混合在一起”。[33] 医生以石炭酸药物对德国士兵的伤口进行浸泡、擦拭、涂药和包扎。最终战争史上第一次出现了不同的结果，伤口感染导致的死亡少于创伤本身导致的死亡。相反，法国人坚持使用古老又不科学的油膏来涂抹伤口，截肢后的感染死亡率高达70%。[34] 战争为利斯特消毒法搭建起了规模最大的实验室，只有顽固透顶的人才会坚持他们过时的黑巫术。
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在普鲁士军队的数千名医务人员中，有两位杰出医生的贡献在当时并没有引起人们的注意，但最终产生了巨大的影响。一位是鲁道夫·菲尔绍的门生埃德温·克雷布斯（Edwin Krebs），另一位是来自小村庄的德国青年罗伯特·科赫（见彩插7.4）。远离普法战争前线的克雷布斯决定效仿恩师，在死亡士兵的伤口上进行组织取样。通过显微镜，他在感染的组织中观察到大量的杆状体和球状体。克雷布斯的观察结果类似于巴斯特对变质牛奶和甜菜酒汁的观察，他提出了一个突破性的假说：这些形态奇怪的物体就是病菌，它们并非只是与感染和死亡有关，而是疾病和灭顶之灾的原因 。
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证实病菌学说需要一位医生，以科学的方式来辨别病菌的种类，解释病菌如何生长，区分引起不同疾病的病菌。非专业的读者或许看不出来差别，但是每种细菌（例如葡萄球菌）都在显微镜下有自己独特的形态、特定的生长方式、有限的生存环境、DNA图谱及其对特定动植物的明确影响。认识细菌的第一缕曙光照在了这些德国研究者身上，他们意识到可以观察和描述细菌王国，而且有朝一日或许可以抗击细菌，而领路人正是科赫。
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战后不久，沉默寡言的科赫欣然接受了东普鲁士沃尔施泰因（Wöllstein）的一个职位，成为当地的卫生官员。他与妻子和年幼的女儿一起搬到了那里，这个机遇使科赫成为当地唯一的医生，或许他还能借此做出重要的科学发现。顾名思义，沃尔施泰因是饲养绵羊和生产羊毛的中心[35] ，在19世纪70年代，羊毛纺织品在世界上具有领先地位，所以沃尔施泰因虽然不是一个城市，却也是至关重要的地区。
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罗伯特·科赫来自德国中北部，他成长于普法战争之前的时代，当时德意志各邦国还没有统一。与欧洲其他国家不同，德意志并没有一个独占鳌头的知识中心，因此几百年来，柏林、慕尼黑、莱比锡、威滕贝格、维尔茨堡和纽伦堡等城市都拥有令人骄傲的学术成就。科赫在哥廷根学医期间，有幸得到显微术先驱人物雅各布·亨勒的指导。事实上，亨勒的《系统解剖学手册》（Handbookof Systematic Human Anatomy ）是继维萨里的《人体构造论》后第一部伟大的描述性解剖学著作，它探讨了人体器官的微观解剖学。维萨里为人体解剖学所做的主要工作包括以图示阐释我们人体的结构，观察组织与纤维之间的相互联系且直面谬误；而亨勒从微观 的视角探索解剖学，他深入研究了每一个器官的微观结构，揭示了构成人体的微小元素。
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托马斯·格茨发现亨勒和科赫是一对理想搭档，二人都性格内向，不大爱说话，更倾向于“低头做事，不喜欢社交活动”，并且都非常注重细节。[36] 亨勒的《论瘴气与传染性》篇幅不长却意义重大，文章发表数十载之后，这位教授关于病菌的思索无疑还在科赫的耳边回荡。通过生物数学计算，亨勒得出结论说，微小的、有生命的“植物体”或“纤毛虫”（infusoria）只能在微观世界中发挥威力。症状的出现会略有延迟，当一个人出现症状，接着情况急剧恶化，患者遭受痛苦的折磨，就意味着整个社群面临着同一种疾病威胁，将会集体病倒。不论是患病的个体，还是整个社群，并不会被简单的化学组合本身击垮，真正使人丧命的是微生物的复制行为，而有机生物复制时会让宿主付出代价。刚刚从战场回来的科赫会证明亨勒是对的。
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如今，沃尔施泰因不再属于德国，而是位于波兰的一个小镇，被称为沃尔什滕（Wolsztyn）。小镇四周围绕着一块块田野和牧场，让人联想起美式乡村。镇上坐落着几座教堂和许多小商店，橱窗上装点着我读不懂的波兰文。很快你就会意识到，这个小村庄几乎没有游客，而零星来到这个田园地带的都是一个半世纪后前来朝拜科赫的人。
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罗伯特·科赫的住宅和诊所坐落在镇中心的罗伯特·科赫路上，它建成于1846年，以前是一家为穷人看病的医院。1872年，科赫一家三口搬到这里，住在这座哥特式建筑的二楼。二楼有一大面凸窗，上面是红瓦屋顶。在一楼，玻璃窗的正下方是一面双扇大门，进门后有一条通向室内的走廊，这也是科赫医生检查室的门诊入口。忍受着病痛折磨的患者常常在这条走廊中来来往往，他们很可能无法从科赫那里获得丝毫帮助。
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短短几年间，科赫已经习惯于每日出诊和摆弄自己心爱的显微镜。研究永无止境，他倾囊购入一台自己勉强买得起的高级显微镜，整日痴迷于组织的显微术检查，以及用他收集并饲养在后院的动物进行实验，这可谓人类的一大幸事。
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