Mikrobiologia (Polski)

Ludzie pytają od tysiącleci: Skąd bierze się nowe życie? Religia, filozofia i nauka zmagały się z tym pytaniem. Jednym z najstarszych wyjaśnień była teoria spontanicznego pokolenia, która wywodzi się ze starożytnych Greków i była szeroko akceptowana w średniowieczu.

Teoria spontanicznego tworzenia się

Grecki filozof Arystoteles (384–322 pne) był jednym z najwcześniej zarejestrowanych uczonych, którzy sformułowali teorię spontanicznego powstawania, pogląd, że życie może powstać z materii nieożywionej. Arystoteles sugerował, że życie powstało z materii nieożywionej, jeśli materiał ten zawierał pneumę („ciepło życiowe”). Jako dowód zauważył kilka przypadków pojawienia się zwierząt ze środowisk wcześniej pozbawionych takich zwierząt, takich jak pozornie nagłe pojawienie się ryb w nowa kałuża wody.

Teoria ta przetrwała do XVII wieku, kiedy naukowcy podjęli dodatkowe eksperymenty, aby ją potwierdzić lub obalić. W tym czasie zwolennicy tej teorii przytoczyli, że żaby po prostu wydają się pojawiać wzdłuż błotnistej brzegi Nilu w Egipcie podczas corocznej powodzi. Inni zaobserwowali, że myszy po prostu pojawiały się wśród zboża przechowywanego w stodołach pokrytych strzechą. Kiedy przeciekł dach i ziarno uformowało się, pojawiły się myszy. Jan Baptista van Helmont, flamandzki naukowiec z XVII wieku, zaproponowali, że myszy mogą powstawać ze szmat i ziaren pszenicy pozostawionych w otwartym pojemniku na 3 tygodnie. W rzeczywistości takie siedliska zapewniały idealne źródła pożywienia i schronienie dla populacji myszy ns do rozkwitu.

Jednak jeden ze współczesnych van Helmonta, włoski lekarz Francesco Redi (1626-1697), przeprowadził w 1668 roku eksperyment, który był jednym z pierwszych, który obalił pogląd, że larwy (larwy muchy) spontanicznie generują się na mięsie pozostawionym na świeżym powietrzu. Przewidział, że zapobieganie bezpośredniemu kontaktowi much z mięsem zapobiegnie również pojawianiu się robaków. Redi zostawił mięso w każdym z sześciu pojemników (Rysunek 1). Dwie były otwarte na powietrze, dwie przykryte gazą, a dwie szczelnie zamknięte. Jego hipoteza została potwierdzona, gdy w odkrytych słoikach rozwinęły się robaki, ale żadne robaki nie pojawiły się ani w słoikach pokrytych gazą, ani w szczelnie zamkniętych. Doszedł do wniosku, że larwy mogą się formować tylko wtedy, gdy muchom pozwolono składać jaja w mięsie, a robaki były potomstwem much, a nie produktem spontanicznego pokolenia.

Rysunek 1. Konfiguracja doświadczalna Francesco Redi składała się z otwartego pojemnika, pojemnika zamkniętego korkiem i pojemnika pokrytego siatką, która przepuszczała powietrze, ale nie latała . Robaki pojawiały się tylko na mięsie w otwartym pojemniku. Jednak robaki znaleziono również na gazie pokrytego gazą pojemnika.

W 1745 roku John Needham (1713–1781) opublikował raport ze swoich własnych eksperymentów, w których krótko ugotował bulion nasycony substancjami roślinnymi lub zwierzęcymi, mając nadzieję na zabicie wszystkich wcześniej istniejących mikrobów. Następnie zapieczętował butelki. Po kilku dniach Needham zauważył, że bulion zmętniał, a jedna kropla zawierała liczne mikroskopijne stworzenia. Twierdził, że nowe mikroby musiały powstać spontanicznie. W rzeczywistości jednak prawdopodobnie nie ugotował bulionu na tyle, by zabić wszystkie istniejące wcześniej mikroby.

Lazzaro Spallanzani (1729-1799) nie zgodził się jednak z wnioskami Needhama i przeprowadził setki starannie wykonanych eksperymentów z użyciem podgrzewany bulion. Podobnie jak w eksperymencie Needhama, bulion w zapieczętowanych i niezamykanych słoikach był nasycany substancją roślinną i zwierzęcą. Wyniki Spallanzaniego zaprzeczyły ustaleniom Needhama: podgrzewane, ale szczelnie zamknięte kolby pozostawały przezroczyste, bez żadnych oznak samoistnego wzrostu, chyba że zostały one następnie otwarte na powietrze. Sugerowało to, że drobnoustroje zostały wprowadzone do tych kolb z powietrza.W odpowiedzi na odkrycia Spallanzaniego Needham argumentował, że życie pochodzi z „siły życiowej”, która została zniszczona podczas przedłużonego wrzenia Spallanzaniego. Jakiekolwiek późniejsze zamknięcie kolb zapobiegało przedostawaniu się nowej siły życiowej i powodowaniu spontanicznego wytwarzania (ryc. 2).

Rysunek 2. (a) Francesco Redi, który wykazał, że robaki są potomstwem much, a nie produktami spontaniczne pokolenie. (b) John Needham, który argumentował, że mikroby powstały spontanicznie w bulionie z „siły życiowej”. (c) Lazzaro Spallanzani, którego eksperymenty z bulionem miały na celu obalenie tych z Needhama.

Obalenie spontanicznego generowania

Debata na temat spontanicznego pokolenia toczyła się przez długi czas w XIX wieku, a naukowcy byli zwolennikami obu stron. Aby rozstrzygnąć debatę, Paryska Akademia Nauk przyznała nagrodę za rozwiązanie problemu. Louis Pasteur, wybitny francuski chemik, który badał fermentację mikrobiologiczną i przyczyny psucia się wina, przyjął wyzwanie. W 1858 roku Pasteur przefiltrował powietrze przez bawełniany filtr i po mikroskopowym badaniu bawełny stwierdził, że jest pełna mikroorganizmów, co sugeruje, że wystawienie bulionu na powietrze nie wprowadza „siły życiowej” do bulionu, ale raczej unosi się w powietrzu mikroorganizmy.

Później Pasteur wykonał serię kolb z długimi, skręconymi szyjkami (kolby z „łabędzią szyją”), w których gotował bulion, aby go wysterylizować (Ryc. 3). Jego konstrukcja pozwalała na wymianę powietrza wewnątrz kolb z powietrzem z zewnątrz, ale zapobiegała wprowadzaniu wszelkich unoszących się w powietrzu mikroorganizmów, które byłyby uwięzione w skrętach i zagięciach szyjek kolb. Gdyby inna siła życiowa oprócz mikroorganizmów w powietrzu była odpowiedzialna za rozwój drobnoustrojów w sterylizowanych kolbach, miałaby dostęp do bulionu, podczas gdy mikroorganizmy nie. Prawidłowo przewidział, że wysterylizowany bulion w jego kolbach z łabędzią szyją pozostanie sterylny, dopóki szyje łabędzia pozostaną nienaruszone. Gdyby jednak szyje zostały złamane, wprowadzane byłyby mikroorganizmy, zanieczyszczające kolby i pozwalające na rozwój mikroorganizmów w bulionie.

Zestaw eksperymentów Pasteura niezaprzeczalnie obalił teorię spontanicznego pokolenia i przyniósł mu prestiżową nagrodę Alhumbert Prize od Paryskiej Akademii Nauk w 1862 r. W kolejnym wykładzie w 1864 r. Pasteur wyartykułował „Omne vivum ex vivo” („Życie pochodzi tylko z życia”). W tym wykładzie Pasteur opowiedział o swoim słynnym eksperymencie z butelką z łabędzią szyją, stwierdzając, że „życie jest zarodkiem, a zarazek jest życiem. Nigdy doktryna spontanicznego rodzenia się nie wyzdrowieje po śmiertelnym ciosie tego prostego eksperymentu”. Trzeba przyznać Pasteurowi, że nigdy tak nie było.

Rysunek 3. (a) Francuski naukowiec Louis Pasteur, który definitywnie obalił od dawna kwestionowaną teorię spontanicznego wytwarzania. (b) Unikalna cecha łabędziej szyi kolb używanych w eksperymencie Pasteura pozwalała na dostanie się powietrza do kolby, ale zapobiegała przedostawaniu się zarodników bakterii i grzybów. (c) Doświadczenie Pasteura polegało na z dwóch części. W pierwszej części bulion w kolbie był gotowany w celu jego sterylizacji. Po schłodzeniu bulionu pozostał on wolny od zanieczyszczeń. W drugiej części doświadczenia kolbę gotowano, a następnie złamano szyjkę Wył. Bulion w tej kolbie został skażony. (źródło b: modyfikacja pracy autorstwa „Wellcome Images” / Wikimedia Commons)