Mikrobiologie

Menschen haben seit Jahrtausenden gefragt: Woher kommt neues Leben? Religion, Philosophie und Wissenschaft haben sich alle mit dieser Frage auseinandergesetzt. Eine der ältesten Erklärungen war die Theorie der spontanen Erzeugung, die auf die alten Griechen zurückgeht und im Mittelalter weithin akzeptiert wurde.

Die Theorie der spontanen Erzeugung

Die Der griechische Philosoph Aristoteles (384–322 v. Chr.) War einer der frühesten aufgezeichneten Gelehrten, der die Theorie der spontanen Erzeugung artikulierte, die Vorstellung, dass Leben aus nicht lebender Materie entstehen kann. Aristoteles schlug vor, dass Leben aus nicht lebendem Material entstand, wenn das Material Pneuma („Lebenswärme“) enthielt. Als Beweis stellte er mehrere Fälle des Auftretens von Tieren aus Umgebungen fest, in denen solche Tiere zuvor nicht vorhanden waren, wie das scheinbar plötzliche Auftreten von Fischen in einem neue Wasserpfütze.

Diese Theorie hielt bis ins 17. Jahrhundert an, als Wissenschaftler zusätzliche Experimente unternahmen, um sie zu unterstützen oder zu widerlegen. Zu diesem Zeitpunkt zitierten die Befürworter der Theorie, wie Frösche einfach entlang des Schlamms zu erscheinen scheinen Ufer des Nils in Ägypten während der jährlichen Überschwemmung. Andere beobachteten, dass Mäuse einfach zwischen Getreide auftauchten, das in Scheunen mit Strohdächern gelagert wurde. Als das Dach leckte und das Getreide formte, erschienen Mäuse. Jan Baptista van Helmont, ein flämischer Wissenschaftler des 17. Jahrhunderts, schlugen vor, dass Mäuse aus Lumpen und Weizenkörnern entstehen könnten, die 3 Wochen lang in einem offenen Behälter belassen wurden. In Wirklichkeit boten solche Lebensräume ideale Nahrungsquellen und Schutz für die Mauspopulation ns zu gedeihen.

Einer der Zeitgenossen von van Helmont, der italienische Arzt Francesco Redi (1626–1697), führte 1668 ein Experiment durch, das als eines der ersten die Idee widerlegte, dass Maden (die Larven von Fliegen) entstehen spontan auf Fleisch, das im Freien gelassen wird. Er sagte voraus, dass das Verhindern des direkten Kontakts von Fliegen mit dem Fleisch auch das Auftreten von Maden verhindern würde. Redi ließ Fleisch in jedem der sechs Behälter zurück (Abbildung 1). Zwei waren offen für die Luft, zwei waren mit Gaze bedeckt und zwei waren dicht verschlossen. Seine Hypothese wurde unterstützt, als sich Maden in den unbedeckten Gläsern entwickelten, aber weder in den mit Gaze bedeckten noch in den dicht verschlossenen Gläsern Maden auftraten. Er kam zu dem Schluss, dass sich Maden nur bilden könnten, wenn Fliegen Eier in das Fleisch legen dürften, und dass die Maden Nachkommen von Fliegen seien und nicht das Produkt einer spontanen Erzeugung.

Abbildung 1. Francesco Redis Versuchsaufbau bestand aus einem offenen Behälter, einem mit einem Korkdeckel verschlossenen Behälter und einem mit Maschen bedeckten Behälter, der Luft einließ, aber keine Fliegen . Maden erschienen nur auf dem Fleisch im offenen Behälter. Es wurden jedoch auch Maden auf der Gaze des mit Gaze bedeckten Behälters gefunden.

1745 veröffentlichte John Needham (1713–1781) einen Bericht über seine eigenen Experimente, in dem er kurz kochte Brühe mit pflanzlichen oder tierischen Stoffen in der Hoffnung, alle bereits vorhandenen Mikroben abzutöten. Dann versiegelte er die Flaschen. Nach einigen Tagen stellte Needham fest, dass die Brühe trübe geworden war und ein einziger Tropfen zahlreiche mikroskopisch kleine Kreaturen enthielt. Er argumentierte, dass die neuen Mikroben spontan entstanden sein müssen. In Wirklichkeit hat er die Brühe jedoch wahrscheinlich nicht genug gekocht, um alle bereits vorhandenen Mikroben abzutöten.

Lazzaro Spallanzani (1729–1799) stimmte jedoch nicht mit Needhams Schlussfolgerungen überein und führte Hunderte sorgfältig durchgeführter Experimente mit durch erhitzte Brühe. Wie in Needhams Experiment wurde Brühe in versiegelten und nicht versiegelten Gläsern mit pflanzlicher und tierischer Substanz infundiert. Die Ergebnisse von Spallanzani widersprachen den Ergebnissen von Needham: Erhitzte, aber versiegelte Kolben blieben klar, ohne Anzeichen eines spontanen Wachstums, es sei denn, die Kolben wurden anschließend in die Luft geöffnet. Dies deutete darauf hin, dass Mikroben aus der Luft in diese Kolben eingeführt wurden.Als Reaktion auf Spallanzanis Erkenntnisse argumentierte Needham, dass das Leben von einer „Lebenskraft“ herrührt, die während des längeren Kochens von Spallanzani zerstört wurde. Jede nachfolgende Versiegelung der Kolben verhinderte dann das Eindringen neuer Lebenskraft und verursachte eine spontane Erzeugung (Abbildung 2). P. >

Abbildung 2. (a) Francesco Redi, der zeigte, dass Maden die Nachkommen von Fliegen waren, keine Produkte von spontane Erzeugung. (b) John Needham, der argumentierte, dass Mikroben spontan in Brühe aus einer „Lebenskraft“ entstanden. (c) Lazzaro Spallanzani, dessen Experimente mit Brühe darauf abzielten, die von Needham zu widerlegen.

Spontane Erzeugung widerlegen

Die Debatte über die spontane Erzeugung dauerte bis weit ins 19. Jahrhundert hinein, wobei Wissenschaftler als Befürworter beider Seiten fungierten. Um die Debatte beizulegen, bot die Pariser Akademie der Wissenschaften einen Preis für die Lösung des Problems an. Louis Pasteur, ein bekannter französischer Chemiker, der sich mit mikrobieller Fermentation und den Ursachen des Weinverderbens befasst hatte, nahm die Herausforderung an. Im Jahr 1858 filterte Pasteur Luft durch einen Baumwollfilter und stellte bei mikroskopischer Untersuchung fest, dass die Baumwolle voller Mikroorganismen war, was darauf hindeutete, dass die Exposition einer Brühe gegenüber Luft keine „Lebenskraft“ in die Brühe einbrachte, sondern in der Luft Mikroorganismen.

Später stellte Pasteur eine Reihe von Kolben mit langen, verdrehten Hälsen („Schwanenhalskolben“) her, in denen er Brühe kochte, um sie zu sterilisieren (Abbildung 3). Sein Design ermöglichte den Austausch von Luft in den Kolben mit Luft von außen, verhinderte jedoch das Eindringen von Mikroorganismen in der Luft, die sich in den Drehungen und Biegungen der Flaschenhälse verfangen würden. Wenn eine Lebenskraft neben den in der Luft befindlichen Mikroorganismen für das mikrobielle Wachstum in den sterilisierten Kolben verantwortlich wäre, hätte sie Zugang zur Brühe, während die Mikroorganismen dies nicht tun würden. Er sagte richtig voraus, dass sterilisierte Brühe in seinen Schwanenhalskolben steril bleiben würde, solange die Schwanenhälse intakt bleiben. Sollten jedoch die Hälse gebrochen werden, würden Mikroorganismen eingeschleppt, die die Kolben kontaminieren und das Wachstum von Mikroben in der Brühe ermöglichen.

Pasteurs Versuchsreihe widerlegte unwiderlegbar die Theorie der spontanen Erzeugung und brachte ihm den prestigeträchtigen Alhumbert-Preis ein 1862 an der Pariser Akademie der Wissenschaften. In einem anschließenden Vortrag im Jahr 1864 artikulierte Pasteur „Omne vivum ex vivo“ („Leben kommt nur vom Leben“). In diesem Vortrag berichtete Pasteur über sein berühmtes Schwanenhalskolbenexperiment und erklärte: „Das Leben ist ein Keim und ein Keim ist das Leben. Niemals wird sich die Doktrin der spontanen Erzeugung von dem tödlichen Schlag dieses einfachen Experiments erholen.“ Pasteurs Verdienst hat es nie.

Abbildung 3. (a) Französischer Wissenschaftler Louis Pasteur, der die seit langem umstrittene Theorie der spontanen Erzeugung endgültig widerlegte. (b) Das einzigartige Schwanenhalsmerkmal der in Pasteurs Experiment verwendeten Kolben ermöglichte den Eintritt von Luft in den Kolben, verhinderte jedoch das Eindringen von Bakterien- und Pilzsporen. (c) Pasteurs Experiment bestand aus Im ersten Teil wurde die Brühe im Kolben gekocht, um sie zu sterilisieren. Als diese Brühe abgekühlt war, blieb sie frei von Verunreinigungen. Im zweiten Teil des Versuchs wurde der Kolben gekocht und dann der Hals gebrochen aus. Die Brühe in dieser Flasche wurde kontaminiert. (Kredit b: Änderung der Arbeit durch „Wellcome Images“ / Wikimedia Commons)