Mikrobiologi

Mennesker har spurgt i årtusinder: Hvor kommer nyt liv fra? Religion, filosofi og videnskab har alle kæmpet med dette spørgsmål. En af de ældste forklaringer var teorien om spontan generation, som kan spores tilbage til de gamle grækere og blev bredt accepteret gennem middelalderen.

Teorien om spontan generation

The Den græske filosof Aristoteles (384-322 f.Kr.) var en af de tidligste registrerede forskere, der formulerede teorien om spontan generation, forestillingen om at liv kan opstå af ikke-levende sager. Aristoteles foreslog, at liv opstod fra ikke-levende materiale, hvis materialet indeholdt pneuma (“vital varme”). Som bevis bemærkede han adskillige forekomster af udseendet af dyr fra miljøer, der tidligere var blottet for sådanne dyr, såsom det tilsyneladende pludselige udseende af fisk i en ny vandpøl.

Denne teori fortsatte ind i det syttende århundrede, da forskere foretog yderligere eksperimenter for at støtte eller modbevise den. På dette tidspunkt citerede teoriens fortalere, hvordan frøer simpelthen ser ud til at vises langs det mudrede bredden af Nilen i Egypten under den årlige oversvømmelse. Andre bemærkede, at mus simpelthen dukkede op blandt korn, der var opbevaret i stalde med stråtag. Når taget lækkede og kornet blev støbt, dukkede mus op. Jan Baptista van Helmont, en flamsk forsker fra det syttende århundrede foreslog, at mus kunne opstå fra klude og hvedekerner, der blev efterladt i en åben beholder i 3 uger. I virkeligheden gav sådanne levesteder ideelle fødekilder og ly for musepopulation ns at blomstre.

Imidlertid udførte en af van Helmonts samtidige, den italienske læge Francesco Redi (1626–1697) et eksperiment i 1668, der var en af de første til at afkræfte tanken om, at maddiker (larverne fra fluer) genererer spontant kød, der er ude i fri luft. Han forudsagde, at forhindring af fluer i at have direkte kontakt med kødet også ville forhindre fremkomsten af maddiker. Redi efterlod kød i hver af de seks beholdere (figur 1). To var åbne for luften, to var dækket af gaze, og to var tæt forseglet. Hans hypotese blev understøttet, da maddiker udviklede sig i de udækkede krukker, men ingen maddiker optrådte i hverken de gasbind eller de tæt forseglede krukker. Han konkluderede, at maddiker kun kunne dannes, når fluer fik lov til at lægge æg i kødet, og at maden var afkom af fluer, ikke et produkt af spontan generation.

Figur 1. Francesco Redis eksperimentelle opsætning bestod af en åben beholder, en beholder forseglet med en korkplade og en beholder dækket af maske, der slipper luft ind, men ikke flyver . Maggots dukkede kun op på kødet i den åbne beholder. Imidlertid blev der også fundet maddiker på gasbindet i den gasdækkede beholder.

I 1745 offentliggjorde John Needham (1713–1781) en rapport om sine egne eksperimenter, hvor han kortvarigt kogte. bouillon infunderet med plante- eller dyremateriale i håb om at dræbe alle eksisterende mikrober. Derefter forseglede han kolberne. Efter et par dage observerede Needham, at bouillon var blevet overskyet, og en enkelt dråbe indeholdt adskillige mikroskopiske væsner. Han hævdede, at de nye mikrober skal være opstået spontant. I virkeligheden kogte han imidlertid sandsynligvis ikke bouillon nok til at dræbe alle eksisterende mikrober.

Lazzaro Spallanzani (1729–1799) var imidlertid ikke enig i Needhams konklusioner og udførte hundreder af omhyggeligt udførte eksperimenter ved hjælp af opvarmet bouillon. Som i Needhams eksperiment blev væske i forseglede krukker og uforseglede krukker infunderet med plante- og dyremateriale. Spallanzanis resultater modsigede Needhams fund: Opvarmede men forseglede kolber forblev klare uden tegn på spontan vækst, medmindre kolberne derefter blev åbnet for luften. Dette foreslog, at mikrober blev introduceret i disse kolber fra luften.Som svar på Spallanzanis fund argumenterede Needham for, at livet stammer fra en “livskraft”, der blev ødelagt under Spallanzanis forlængede kogning. Enhver efterfølgende forsegling af kolberne forhindrede derefter, at ny livskraft kom ind og forårsagede spontan dannelse (figur 2).

Figur 2. (a) Francesco Redi, der demonstrerede, at maddiker var afkom af fluer, ikke produkter af spontan generation. (b) John Needham, der hævdede, at mikrober opstod spontant i bouillon fra en “livskraft”. (c) Lazzaro Spallanzani, hvis eksperimenter med bouillon havde til formål at modbevise Needhams.

Afvisning af spontan generation

Debatten om spontan generation fortsatte langt ind i det nittende århundrede, hvor forskere fungerede som tilhængere af begge sider. For at bilægge debatten tilbød Paris Academy of Sciences en pris for løsning af problemet. Louis Pasteur, en fremtrædende fransk kemiker, der havde studeret mikrobiel gæring og årsagerne til ødelæggelse af vin, accepterede udfordringen. I 1858 filtrerede Pasteur luft gennem et pistol-bomuldsfilter og fandt ved mikroskopisk undersøgelse af bomuld den fuld af mikroorganismer, hvilket antydede, at udsættelse af en bouillon for luft ikke indførte en “livskraft” til bouillon, men snarere luftbåret Mikroorganismer.

Senere lavede Pasteur en række kolber med lange, snoede halse (“svanehals” kolber), hvor han kogte bouillon for at sterilisere den (figur 3). Hans design tillod, at luft inde i kolberne kunne udveksles med luft udefra, men forhindrede indførelsen af luftbårne mikroorganismer, der ville blive fanget i flaskernes halser. Hvis en livskraft ud over de luftbårne mikroorganismer var ansvarlig for mikrobiel vækst i de steriliserede kolber, ville den have adgang til bouillon, mens mikroorganismerne ikke ville. Han forudsagde korrekt, at steriliseret bouillon i hans svanekolber ville forblive steril, så længe svanehalsene forblev intakte. Skulle dog halsen brydes, ville der indføres mikroorganismer, der forurenede kolberne og tillod mikrobiel vækst i bouillon.

Pasteurs sæt eksperimenter modbeviste uigenkaldeligt teorien om spontan generation og tjente ham den prestigefyldte Alhumbert-pris fra Paris Academy of Sciences i 1862. I en efterfølgende forelæsning i 1864 formulerede Pasteur “Omne vivum ex vivo” (“Livet kommer kun fra livet”). I dette foredrag fortalte Pasteur sit berømte svanehalsekolbeeksperiment og sagde, at “livet er en kim, og en kim er livet. Aldrig vil doktrinen om spontan generation genoprette fra det dødelige slag i dette enkle eksperiment.” Til Pasteurs kredit har det aldrig gjort det.

Figur 3. (a) Fransk videnskabsmand Louis Pasteur, der definitivt tilbageviste den lang omstridte teori om spontan generation. (b) Det unikke svanehals-træk ved kolberne, der blev brugt i Pasteurs eksperiment, tillod luft at komme ind i kolben, men forhindrede indtrængen af bakterielle og svampesporer. (c) Pasteurs eksperiment bestod af to dele. I den første del blev bouillon i kolben kogt for at sterilisere den. Da denne bouillon blev afkølet, forblev den fri for forurening. I anden del af eksperimentet blev kolben kogt og derefter blev halsen brudt Bouillon i denne kolbe blev forurenet. (kredit b: ændring af arbejde af “Wellcome Images” / Wikimedia Commons)