Microbiologie

Mensen vragen al millennia: waar komt nieuw leven vandaan? Religie, filosofie en wetenschap hebben allemaal met deze vraag geworsteld. Een van de oudste verklaringen was de theorie van spontane generatie, die teruggaat tot de oude Grieken en algemeen aanvaard werd in de middeleeuwen.

The Theory of Spontaneous Generation

De Griekse filosoof Aristoteles (384-322 v.Chr.) Was een van de vroegst geregistreerde geleerden die de theorie van spontane generatie verwoorden, het idee dat leven kan voortkomen uit niet-levende materie. Aristoteles stelde voor dat leven voortkwam uit niet-levend materiaal als het materiaal pneuma (vitale warmte) bevatte. Als bewijs merkte hij verschillende gevallen op van het verschijnen van dieren uit omgevingen die voorheen verstoken waren van dergelijke dieren, zoals het schijnbaar plotseling verschijnen van vissen in een nieuwe plas water.

Deze theorie hield stand tot in de zeventiende eeuw, toen wetenschappers aanvullende experimenten ondernamen om het te ondersteunen of te weerleggen. Tegen die tijd haalden de voorstanders van de theorie aan dat kikkers gewoon lijken te verschijnen langs de modderige oevers van de rivier de Nijl in Egypte tijdens de jaarlijkse overstromingen. Anderen zagen dat muizen gewoon verschenen tussen graan opgeslagen in schuren met rieten daken. Toen het dak lekte en het graan vormde, verschenen muizen. Jan Baptista van Helmont, een zeventiende-eeuwse Vlaamse wetenschapper, stelde voor dat muizen konden voortkomen uit lompen en tarwekorrels die 3 weken in een open container waren blijven staan. In werkelijkheid vormden dergelijke habitats ideale voedselbronnen en onderdak voor muizenpopulatio ns tot bloei komen.

Een van de tijdgenoten van Van Helmont, de Italiaanse arts Francesco Redi (1626–1697), voerde in 1668 een experiment uit dat een van de eersten was die het idee weerlegde dat maden (de larven van vliegen) ontstaan spontaan op vlees dat in de open lucht wordt weggelaten. Hij voorspelde dat het voorkomen van vliegen in direct contact met het vlees ook het verschijnen van maden zou voorkomen. Redi liet vlees achter in elk van de zes containers (Figuur 1). Twee waren open voor de lucht, twee waren bedekt met gaas en twee waren goed afgesloten. Zijn hypothese werd ondersteund toen maden zich ontwikkelden in de onbedekte potten, maar er verschenen geen maden in de met gaas bedekte of goed afgesloten potten. Hij concludeerde dat maden zich alleen konden vormen als vliegen eieren in het vlees mochten leggen en dat de maden de nakomelingen waren van vliegen, niet het product van spontane generatie.

Figuur 1. De experimentele opstelling van Francesco Redi bestond uit een open container, een container afgesloten met een kurken bovenkant en een container bedekt met gaas die lucht binnenlaat maar geen vliegen . Alleen in de open bak verschenen maden op het vlees. Er werden echter ook maden aangetroffen op het gaas van de met gaas bedekte container.

In 1745 publiceerde John Needham (1713-1781) een rapport van zijn eigen experimenten, waarin hij kort kookte bouillon doordrenkt met plantaardig of dierlijk materiaal, in de hoop alle reeds bestaande microben te doden. Vervolgens verzegelde hij de kolven. Na een paar dagen merkte Needham op dat de bouillon troebel was geworden en een enkele druppel talloze microscopisch kleine wezens bevatte. Hij stelde dat de nieuwe microben spontaan moeten zijn ontstaan. In werkelijkheid kookte hij de bouillon waarschijnlijk niet genoeg om alle reeds bestaande microben te doden.

Lazzaro Spallanzani (1729-1799) was het echter niet eens met de conclusies van Needham en voerde honderden zorgvuldig uitgevoerde experimenten uit met verwarmde bouillon. Net als in het experiment van Needham werd bouillon in verzegelde potten en niet-verzegelde potten doordrenkt met plantaardig en dierlijk materiaal. De resultaten van Spallanzani waren in tegenspraak met de bevindingen van Needham: verwarmde maar verzegelde kolven bleven helder, zonder enige tekenen van spontane groei, tenzij de kolven vervolgens naar de lucht werden geopend. Dit suggereerde dat microben vanuit de lucht in deze kolven werden geïntroduceerd.In reactie op de bevindingen van Spallanzani voerde Needham aan dat het leven voortkomt uit een levenskracht die werd vernietigd tijdens het langdurig koken van Spallanzani. Elke volgende afsluiting van de kolven verhinderde vervolgens dat nieuwe levenskracht binnenkwam en spontane generatie veroorzaakte (Figuur 2). >

Figuur 2. (a) Francesco Redi, die aantoonde dat maden de nakomelingen waren van vliegen, niet van spontane generatie. (b) John Needham, die beweerde dat microben spontaan in bouillon ontstonden uit een levenskracht. (c) Lazzaro Spallanzani, wiens experimenten met bouillon bedoeld waren om die van Needham te weerleggen.

Het weerleggen van spontane generatie

Het debat over spontane generatie ging door tot ver in de negentiende eeuw, met wetenschappers als voorstanders van beide kanten. Om het debat te beslechten, bood de Academie van Wetenschappen van Parijs een prijs aan voor het oplossen van het probleem. Louis Pasteur, een vooraanstaande Franse chemicus die microbiële fermentatie en de oorzaken van wijnbederf had bestudeerd, ging de uitdaging aan. In 1858 filterde Pasteur lucht door een geweerkatoenfilter en vond bij microscopisch onderzoek van het katoen het vol met micro-organismen, wat suggereert dat de blootstelling van een bouillon aan lucht geen levenskracht aan de bouillon introduceerde, maar eerder in de lucht. micro-organismen.

Later maakte Pasteur een serie kolven met lange, gedraaide halzen (“zwanenhals” kolven), waarin hij bouillon kookte om het te steriliseren (Figuur 3). Door zijn ontwerp kon lucht in de kolven worden uitgewisseld met lucht van buitenaf, maar werd voorkomen dat er micro-organismen in de lucht terechtkwamen, die in de kronkels en bochten van de nek van de kolven terecht zouden komen. Als een levenskracht naast de micro-organismen in de lucht verantwoordelijk zou zijn voor microbiële groei in de gesteriliseerde kolven, zou deze toegang hebben tot de bouillon, terwijl de micro-organismen dat niet zouden doen. Hij voorspelde correct dat gesteriliseerde bouillon in zijn kolven met zwanenhals steriel zou blijven zolang de zwanenhalzen intact bleven. Mochten de halzen echter worden gebroken, dan zouden micro-organismen worden geïntroduceerd die de kolven verontreinigen en microbiële groei in de bouillon mogelijk maken.

De reeks experimenten van Pasteur weerlegde onweerlegbaar de theorie van spontane generatie en leverde hem de prestigieuze Alhumbert-prijs op van de Academie van Wetenschappen van Parijs in 1862. In een volgende lezing in 1864 verwoordde Pasteur “Omne vivum ex vivo” (“Leven komt alleen uit leven”). In deze lezing vertelde Pasteur over zijn beroemde experiment met een zwanenhalskolf en stelde dat “leven een kiem is en een kiem leven. Nooit zal de leer van spontane opwekking herstellen van de dodelijke slag van dit eenvoudige experiment.” Het strekt Pasteur tot eer.

Figuur 3. (a) Franse wetenschapper Louis Pasteur, die definitief de lang betwiste theorie van spontane generatie weerlegde. (b) Door het unieke zwanenhalskenmerk van de kolven die in het experiment van Pasteur werden gebruikt, kon lucht de fles binnendringen, maar werd het binnendringen van bacteriële en schimmelsporen voorkomen. (c) uit twee delen. In het eerste deel werd de bouillon in de kolf gekookt om hem te steriliseren. Toen deze bouillon werd afgekoeld, bleef deze vrij van verontreiniging. In het tweede deel van het experiment werd de kolf gekookt en vervolgens werd de hals gebroken De bouillon in deze kolf is vervuild. (credit b: wijziging van werk door “Wellcome Images” / Wikimedia Commons)