Микроорганизмы становятся видимыми

Ульяновск 2007

 

УДК 576.8 (092)

 

История микробиологии: Курс лекций. – Ульяновск, 2007. – 74с.

 

 

Составители:

Васильев Дмитрий Аркадьевич, докт. биол. наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ

Феоктистова Наталья Александровна, канд. биол. наук, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ

Золотухин Сергей Николаевич, канд. вет. наук, профессор кафедры микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ, декан факультета ветеринарной медицины

 

 

Рецензент: Батраков В.В., канд. биол. наук, доцент Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова.

 

 

Учебное пособие отражает основные этапы развития микробиологии, начиная с XVI столетия и до 50-60 годов XX века. Предназначено для изучения дисциплины «История науки» студентам факультета ветеринарной медицины, обучающихся по специальности «Микробиолог».

Работа будет полезна студентам факультета ветеринарной медицины, обучающихся по специальности «Ветеринарный врач» при изучении предмета «Ветеринарная микробиология с основами иммунологии».

 

Издается по решению методической комиссии факультета ветеринарной медицины.

 

 

© Васильев Д.А., Феоктистова Н.А., Золотухин С.Н., 2007

План лекций.

 

Лекция №1. Вводная лекция

Лекция №2.Концепции возникновения жизни

Лекция №3. Разнообразие микроорганизмов

Лекция №4. Совершенствование методов бактериологии

Лекция №5. Бактерии - возбудители инфекционных заболеваний

Лекция №6. Бактерии – причина процессов брожения

Лекция №7. Хемолитлавтотрофия

Лекция №8. Фототрофные бактерии

Лекция №9. Азотфиксирующие бактерии

Лекция №10. Биохимические процессы и их единство

Лекция №11.Структура и функция клетки

Лекция №12. Экология микроорганизмов

 

Тема лекции №1

Вводная лекция

План

1. Понятие «микробиология». Разнообразие и распространение микроорганизмов в природе.

2. Знания о микроорганизмах до XVII века.

3. Влияние эпохи Возрождения на развитие естествознания.

4. Микроорганизмы становятся видимыми.

5. Роль химии и физики в становлении микробиологии как науки.

6. Роль случая в великих открытиях.

 

 

Понятие «микробиология». Разнообразие и распространение микроорганизмов в природе.

 

Микробиология (от греческого micros – малый, bios – жизнь, logos - наука) – наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, называемых микроорганизмами, или микробами.

Микробиология как наука изучает морфологию, систематику и физиологические особенности микроорганизмов, условия их жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека. Микробиологи разрабатывают способы использования полезных микробов в сельском хозяйстве и промышленности, средства и методы борьбы с патогенными микроорганизмами, вызывающими болезни человека, животных и растений.

Микроорганизмы можно обнаружить только при помощи микроскопа. Максимальное увеличение оптического микроскопа составляет 3000. Это позволяет различать частицы размером не менее 0, 1-0, 2 мкм. Современные электронные микроскопы имеют разрешающую способность до 0, 15 нм², что дает возможность видеть не только мельчайшие организмы, но и тонкие структуры клеток. Подобный микроскоп увеличивает рассматриваемый объект в 750000 раз.

Мир микроорганизмов в природе весьма разнообразен. Значительное их число представлено бактериями, в том числе цианобактериями (синезелеными водорослями).Многочисленную группу микроорганизмов составляют грибы. К особой группе ультрамикроскопических организмов относят вирусы, не имеющие клеточного строения и служащие возбудителями различных болезней растений, человека и животных. Известны и ультрамикроскопические паразиты микроорганизмов – фаги, называемые вирусами микробов. Микробиология изучает также многочисленных простейших животных (протозоа) и водоросли, имеющие микроскопические размеры.

Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почвах, водоемах, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т.д. Микроорганизмы можно выявить и в песках пустынь, во льдах Арктики и Антарктики, в воде и иле морей и океанов, на скальных породах высоко в горах и в глубине шахт.

Микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, виноделие, изготовление кисломолочных продуктов, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовых белков, органических кислот и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицине, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно велико значение микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. Это обогащение почвы азотом, борьба с вредителями сельскохозяйственных культур при помощи микробных препаратов, правильное приготовление и хранение кормов, получение кормового белка, антибиотиков, пробиотиков, бактериофагов и других веществ микробного происхождения.

Наряду с полезными микроорганизмами существуют и патогенные, вызывающие разнообразные болезни сельскохозяйственных животных, растений, насекомых и человека. В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии. Что сказывается на развитии экономики и производительных сил общества.

С микроорганизмами человечество соприкасалось всегда, долгое время даже не догадываясь об их существовании. С незапямятных времен люди наблюдали брожение теста, готовили спиртные напитки, сквашивали молоко, делали сыры, переносили различные заболевания, в том числе эпидемические. Свидетельством последнего в библейских книгах служит указание о повальной болезни (вероятно, чуме) с рекомендациями сжигать трупы и делать омовение.

 

Знания о микроорганизмах до XVII века

 

До XV века предполагали, что болезни вызывают «миазмы» - особые болезнетворные испарения, содержащиеся в воздухе. Теорию болезнетворных «миазмов» в IV веке до н.э. создал великий врач древности Гиппократ. Его теория была подвергнута пересмотру греческим ученым Фукидидом. Он, наблюдая ужасы чумы, свирепствовавшей во время Пелопонесской войны, предположил, что заболевания вызывают не столько болезнетворные миазмы, сколько мельчайшие живые частицы, проникающие в организм человека через рот, - явление, получившее у римлян название contagium vivum. Столь гениальное предвидение микробной теории начало утверждаться лишь в XIX веке.

Позднее итальянский врач, ученый и поэт Джиларомо Фракасторо (1478-1553), развивая учение о «контагии», что инфекция передается при непосредственном соприкосновении (contagium). Сontagium он представлял себе как маленькие тельца, которые всегда вызывают одну и ту же болезнь. По его мнению, в contagiа принимают участие не только животные и человек, болезнь передается через фрукты «от винограда к винограду, от яблока к яблоку».

Другую возможность заражения Фракастро видел в передаче инфекции через зараженные предметы, такие как постель, одежда и утварь и тому подобные, которые соприкасаются с больными (чумой или воспалением легких) людьми, и этот заразный материал сохраняется два-три года. Он упоминает также третий тип инфицирования, при котором заражение происходит на расстоянии. В качестве примера он приводит чумную лихорадку, чахотку и другие.

Фракасторо известен также своим поучительным учебным стихотворением «Syphilis sive Morbus Gallicus» (1530), написанный латинским гексамером. В нем он впервые детально описывает сифилис.

Идеи Фракасторо опередили свое время, и его представления могли быть оценены только в свете исследований в бактериологии, которые стали достоянием XIX века. Таким образом, можно приписать создание зародышевой теории инфекционных болезней человеку, который никогда не видел инфицирующих микроорганизмов.

В конце XVI века голладцы братья Янсены впервые создали сложный микроскоп.

 

Влияние эпохи Возрождения на развитие естествознания

 

В 1646 году ученый-иезуит, профессор Collegium Romanum в Риме А. Кирхнер (1601-1680) обнаружил при помощи лупы в гниющих растворах очень малые живые существа. Он утверждал, что чуму и оспу вызывают живые невидимые частицы. Но наблюдения Кирхнера остались малоизвестными.

Две главные биологические дисциплины, относящиеся к растениям и животным, оформились как науки еще до того, как в распоряжении человечества появились оптические приборы, и до того, как в научные исследования вошел эксперимент. То, что человек мог различить невооруженным глазом, он старался описать, разложить на составные части и систематизировать. Поэтому ботаника и зоология в давние времена уже оформились как науки. В противоположность этому, относительно существования микроорганизмов имелись только догадки. Как силь­но развитие микробиологии зависело от открытий в смежных областях наук, выясняется из поставленного Яном Баптистом ван Гельмонтом (1577-1644) эксперимента с веткой ивы. По мнению ван Гельмонта, рост ивы обеспечивался только веществами, извлекаемыми ею только из воды, без участия воздуха или почвы.

Вывод этот понятен, так как еще не было известно об элементах и газах, участвующих в фотосинтезе. Это открытие было сделано в XVIII столетии.

О микроорганизмах мир узнал только после того, как удалось сделать видимыми невидимые крошечные существа.

Открытием бактерий мы обязаны Антону ван Левенгуку, который уже в то время использовал прибор, называемый сейчас микроскопом, чтобы наблюдать невидимых существ. Обнаружение бактерий позволило упорядочить случайные открытия, которые сегодня обозначаются метким словом «Serendipity» (англ. - интуитивная прозорливость). Левенгук хотел выяснить, что придает остроту семенам перца, и при этом обнаружил живых существ, которые развиваются при разложении этих семян. Он ставил целью решение одной проблемы, а открыл нечто совершенно новое - «крошечных животных» - анималькулей. Возможность их видеть убедила в существовании мельчайших организмов и позволила выдвинуть предположение об их основополагающей роли в природе. И до сих пор именно эта возможность является непосредственным доказательством их существования, в то время как в астрономии, химии и физике элементарных частиц доказательства требуют гораздо больших усилий.

Эти представления о мельчайших организмах вывели бактериологию из первобытного состояния. После того как ученые столетиями ограничивались описанием природы, наблюдаемой невооруженным глазом, с XVI века начались поиски причин биологических процессов.

Сначала исследования, посвященные изучению живых организмов, проводились в очень ограниченных масштабах. Эти исследования осложнялись не только религиозными запретами, но главным образом были невозможны потому, что тогда почти ничего не было известно о физическом и химическом составе материи и живых существ. Прорыв в естественных науках произошел на исходе XVI и в начале XVII веков. Этому способствовали три выдающихся события - появление более четких конкретных знаний о природе, опыт ван Гельмонта с веткой ивы, идеи Фрэнсиса Бэкона - сам дух времени.

Личность Яна Баптиста ван Гельмонта символизирует переход от схоластики к эксперименту. Он родился в Брюсселе, учился в Лёвене и провел большую часть своей жизни недалеко от Брюсселя. Занимаясь химией, физиологией и медициной, он, тем не менее, был противоречивой натурой. С одной стороны, он находился под впечатлением картины мира Коперника, открытия кровообращения Вильямом Гарвеем (1578-1657), сочинений Фрэнсиса Бэкона, и уже ставил эксперименты, а с другой стороны, его труды были полны мистики. Ван Гельмонт первый ввел в употребление термин «газ». Он обнаружил, что воздух, образующийся при брожении вина, и воздух, образующийся при сгорании древесного угля, является полностью идентичным, и обозначил его одним термином «gas sylvestre»(углекислота).

Его научные труды были опубликованы в Амстердаме в 1648 году под названием «Оrtus meditinale, vel opera et opuslula omnia». В этих трудах был описан эксперимент с ивой:

«То, что все растения получают свой строительный материал непосредственно только из элементов, содержащихся в воде, я вывел из следующего опыта: взял глиняный сосуд и наполнил его 200 фунтами земли, которая была высушена в сушильной печи. Землю я увлажнил дождевой водой и посадил в нее ветку ивы 5 фунтов веса. Через пять лет выросло дерево, которое весило 169 фунтов и приблизительно 5 унций. Глиняный сосуд по мере надобности увлажнялся только дождевой или дистиллированной водой. Чтобы окружающая пыль не смешивалась с почвой, почва была покрыта пластиной из оцинкованного железа с отверстиями по краю сосуда. Я не подсчитывал вес опавших листьев в течение четырех лет. Под конец я вынул и снова высушил землю из сосуда. Она имела тот же первоначальный вес, те же 200 фунтов. Таким образом, 164 фунта древесины, коры и корней образовались только из воды».

Для ответа на животрепещущие вопросы ван Гельмонт поставил довольно серьезный эксперимент. Однако для объяснения его результатов отсутствовали предпосылки, так как состав воздуха, зная который, можно было это сделать, был выяснен более чем 100 лет спустя. С другой стороны ван Гельмонт был мистиком, верил в философский камень и самозарождение жизни, например, в происхождении мышей из пшеничных зерен или пропитанной потом рубашки.

В Англии, у истоков экспериментальных исследований стоял известный философ, лорд-канцлер Фрэнсис Бэкон. Он противопоставил «Органону» Аристотеля свой «Новый Органон», в котором заменил метод дедукции методом индукции и анализа. Он начертал перед своими современниками программу исследований, изложив ее, как было принято в то время, в утопической книге «New Atlantis» («Новая Атлантида») в виде рассказа, своего рода научного вымысла. Целью этой программы было познание тайных сил природы, что могло бы расширить власть над ней человека.

Идеи Бэкона и некоторых его современников отразили подъем духа познания, характерный для начала XVII столетия. В этот период импульсы к исследованиям, исходившие из чисто практических задач, оказывались не самыми сильными. Основным стимулом к исследованию было решение теоретических проблем. Тогда считали, что только высокие цели оправдывают любые усилия для их достижения. Побуждение к деятельности, любопытство и потребность знаний стимулировали человечество к более активной деятельности.

 

Примерную дату появления бактериологии на свет назвать легко. Первое представление о бактериях человечество получило благодаря Антону ван Левенгуку (1632-1723), жившему в Дельфте (Голландия). Он изобрел способ, сделавший бактерии видимыми. Он видел бактерии, зарисовывал и описывал их, и, таким образом, мир узнал о существовании организмов, значительно меньших, нежели растения и животные. Левенгук начал шлифовать линзы и создавать примитивные микроскопы уже с 1660 года. Микроскопы были очень простые, они имели только двояковыпуклые линзы и не превышали увеличения в 280 раз. Искусство состояло, однако, не в шлифовании линз, а в применении микроскопа, который он сам сконструировал. Занимаясь этими наблюдениями, Левенгук сетовал на то, что тщательный просмотр маленькой капли воды требует напряженной работы и больших усилий.

Сообщение об открытии бактерий было получено (в письменной форме) в результате переписки Левенгука с секретарем Королевского общества в Лондоне, Генри Ольденбургом. Переписка началась в январе 1673 года, и с 1674 Левенгук многократно повторял (на своем родном языке) о «beesjes» и «cleijne Schepsels», которых он видел в воде, слюне и зубном налете. Письма были переведены на английский язык и опубликованы через Королевское общество. В переводе были использованы понятия «маленькие или очень маленькие животные» («veri little animalcules»). Знаменитый рисунок кокков, палочек и спирилл содержался в письме № 39 (17 сентября 1683). В дальнейшем такой способ изображения стал использоваться всеми исследователями.

Интересовался работами ученого и его современник русский царь Петр I. Во время поездки в Голландию весной 1698 г. он встретился с А. Ван Левенгуком, ознакомился с усовершенствованными им микроскопами и серией препаратов. Петр I выразил желание приобрести увеличительные инструменты для русской Кунсткамеры. Один микроскоп царь получил в подарок.

С 1725 г. в мастерских Академии наук в Санкт – Петербурге началось производство отечественных микроскопов. Среди умельцев-конструкторов этих точных инструментов особенно прославился И. Беляев с сыновьями. Производством микроскопов в России в конце XVIII в. руководил известный механик-самоучка И. Кулибин. В 1741 г. в распоряжении российской академии наук уже был 21 микроскоп.

Можно было бы думать, что открытия Левенгука в первую очередь заинтересуют медиков, так как благодаря открытию новых, более мелких, чем черви и насекомые, организмов можно исследовать заболевания под иным углом зрения. Следовало ожидать, что достижения микробиологии сразу же будут использованы в прикладном аспекте, и она будет развиваться в направлении борьбы с болезнями, по крайней мере в том смысле, который однажды кратко выразил Вирхов: «Исследования должны быть полезными». Однако этого не произошло. Левенгук не нашел среди врачей своих последователей. Открытие Левенгука в течение столетия оставалось незамеченным.

Так же очень медленно шло и усовершенствование микроскопа. Первый используемый ахроматический микроскоп был сконструирован в 1821 году Джиованни Б. Амичи (1784-1863), выдающимся итальянским математиком и физиком, в Медине. Апохроматические объективы были сконструированы только в конце XIX века. Первые микрофотографии были произведены Р. Кохом в водной иммерсии в 1876-1877 годах. Первые масляно-иммерсионные линзы были внедрены Эрнстом Аббе и Карлом Цейсом в Йене в 1878 году и затем многократно улучшались. Следующее усовершенствование представлял собой ультрафиолетовый микроскоп, разработанный Ю. Е. Барнардом в 1919 году, и фазово-контрастный метод, впервые примененный Фрицем Цернике (1888-1966) в университете в Гронинге. Фазово-контрастный микроскоп был создан Цернике в 1935 году и с 1946 года находился в распоряжении фирмы «Карл Цейс». Электронный микроскоп был создан в 1934 году в Бельгии Л. Мартеном и в Германии Эрнстом Руска (1900-1988).

Наблюдения Левенгука представляют собой краеугольный камень в истории биологии. Возможность видеть организмы более мелкие, чем черви и водоросли, возбуждала фантазию, удивление, способствовала постановке вопросов и экспериментированию. Прошло очень много времени, прежде чем бактерии стали рассматриваться как представители нового большого царства полноценных независимых организмов, и зародышевая теория брожения, гниения, разложения нашла полное признание. Целью дальнейших исследований стало contagium animatum. То, что болезни передаются через контакты, было известно с давних времен, и Фракасторо уже в средние века систематизировал опыты такого рода. Но экспериментальные доказательства того, что микроорганизмы являются возбудителями инфекционных заболеваний, были впервые получены через два столетия после открытия Левенгука.

 

Тема лекции №2

План

1. Первые эксперименты, отвергающие теорию о самозарождении жизни.

2. Полемика Джона Нидхема и Лаццаро Спалланцани.

3. Опыты, отвергающие теорию о самозаролждении.

4. Открытие Тиндаля.

 

Первые эксперименты, отвергающие теорию о самозарождении жизни

 

Рассуждения ученых о происхождении жизни (абиогенез, спонтанное зарождение) приобрели иную направленность в связи с открытием Левен-гуком новых объектов. Сообщения о экспериментах, которые были проведены Франческо Реди (1626-1697), Луи Жобло (1645-1723), Джоном Нидхемом (1713-1781), Жоржем Леклером, графом де Бюффоном (1707-1788) и другими, чтобы подтвердить или опровергнуть доктрину о самозаро­ждении жизни, были изложены Фридрихом Лёфлером в его «Лекциях об истории развития учения о бактериях» (1887), а Вильям Буллок еще раз произвел тщательные поиски и посвятил возникновению жизни особенно обстоятельную главу в своей «Истории бактериологии» (1938). История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. Поиски экспериментальных доказательств «за» или «против» учения о самозарождении жизни были наиболее сильным импульсом, способствующем бактериологическим исследованиям в XVIII и XIX столетиях. Импульс, исходивший от гипотезы о происхождении жизни, был большим, чем исходивший от медицины. Доктрина о происхождении жизни была известна в широких научных кругах и приводила в замешательство как философов, так и крупных естествоиспытателей того времени.

Путь от убеждения, что жизнь возникает каждый раз из неживой материи, до признания, что все живое происходит от живого «omne vivum ex vivo», от макроорганизмов и до мельчайших живых существ, был очень длинным. Трудно представить, как много красноречия, воинственного задора и душевных сил было потрачено и как мало экспериментов было предпринято в спорных вопросах о происхождении жизни. Дискуссии начинались с обсуждения возникновения высших животных, мышей, амфибий, рыб, через насекомых, червей до кишечнополостных и простейших, и останавливались, наконец, на дрожжах, грибах и бактериях. Создавалось впечатление, что натурфилософы получили столько же удовольствия от открытия мельчайших существ, как и владевшие экспериментом исследователи. Противоборствующие стороны имели разные исходные позиции. В то время как одни считали возможным возникновение живых существ из неживого материала, из неорганической материи, другие верили, что происходит превращение распавшихся организмов в новые мелкие формы. Фантазии и рассуждения были безграничны. Следует, однако, допустить, что стремление подтвердить или опровергнуть служило импульсом к исследованиям. Противоборствующие стороны имели разные исходные позиции. В то время как одни считали возможным возникновение живых существ из неживого материала, из неорганической материи, другие верили, что происходит превращение распавшихся организмов в новые мелкие формы. Фантазии и рассуждения были безграничны. Следует, однако, допустить, что стремление подтвердить или опровергнуть служило импульсом к исследованиям.

Опыт, описанный Я. Б. ван Гельмонтом о зарождении мышей из зерен пшеницы, подтверждает, что представление древних, отраженное в трудах Аристотеля, было живо более двух тысяч лет. По Аристотелю, известные двоякодышащие рыбы возникли из нильского ила, насекомые из экскрементов и ила или из упавших на листья капель росы. Первые эксперименты, противостоящие учению Аристотеля, поставил тосканский придворный медик Франческо Реди. Он отвергал представление о том, что черви возникают из мертвых животных и растений, и думал, что они возникают из семян и яиц. Для доказательства этого им было проведено большое число экспериментов. Он помещал мясо в ящик, наблюдал его разложение, при этом видел яйца и личинки мух, их развитие в насекомых, и составил свое мнение, которое выразил так: «Суеверие тщетно без подтверждения экспериментом». Реди помещал различные сорта мяса в сосуды, которые были закрыты непроницаемой для насекомых бумагой, и обнаруживал личинки и мух только в открытых контрольных сосудах. Чтобы исключить возражения, что бумажная защита препятствует поступлению воздуха, он закрыл сосуд плотной неаполитанской марлей, которая сдерживала проникновение мух, но не воздуха, и таким образом не давала возможности появиться личинкам. Этими опытами Реди разрушил представление о том, что личинки и мухи зарождаются в разлагающемся мясе.

После работ Реди накал споров о возникновении макроскопических организмов стал спадать, но дискуссии возникли в рассуждениях о происхождении мелких животных, которых Левенгук описал как анималькулей. Левенгук сам отклонил представление о самозарождении и придерживался мнения о том, что наблюдаемые им животные развиваются из зародышей и семян, содержащихся в воздухе.

Поводом к новой дискуссии стали наблюдения над инфузориями из сена, семян, плодов или мяса, необработанных или прокипяченных. Первые опыты французского микроскописта Луи Жобло (1645-1723) привели к опровержению учения о самозарождении. Однако благодаря рассуждениям английского (точнее, валлийского) католического священника Джона Турбервиля Нидхема (1713-1783) и француза Жоржа Леклера, графа де Бюффона (1707-1788) учение о самозарождении получило новое развитие. Последний был известен благодаря своей монументальной работе «Histoire naturelle» (1749). Сначала Нидхем ставил свои эксперименты, а Бюффон обеспечивал их интерпретацию. Было бы излишним останавливаться на этих экспериментах и их значении. Нидхем учил, что все существа наполнены особой жизненной силой, которая пронизывает все части материи, оживляет их и дает возможность принимать новые формы. Учение Нидхема было просто и получило признание, кроме Бюффона, и таких естествоиспытателей, как В. Ф. фон Глейхен, О. Ф. Мюллер, Дж. Пристли и Ж. Югенхонз.

Нельзя не отметить и работы М.М. Тереховского (1740-1746), доказавшего, что анималькули, возникающие в настоях, происходят из воды, используемой для этих настоев. Ученый отмечал, что предварительное кипячение или замораживание такой воды делает настои стерильными. Таким образом, работы Тереховского с удивительной простотой доказали, что анималькули не зарождаются внезапно, самопроизвольно из неживой материи, а появляются в колбах с настоями вместе с некипяченой водой. Выводы ученого предвосхитили научные обоснования, сделанные через сто лет Луи Пастером, положившим начало асептике – системе стелилизации посредством кипячения или использования горячих паров.

 

Открытие Тиндаля

 

Существенное объяснение для понимания случайных неудач в опытах Спалланцани, Шванна и Пастера дал английский физик Тиндаль. В течение 10 лет он изучал тепло, исходящее от лучей и газов, и ставил опыты по очищению воздуха от находящихся в нем частиц. То, что в воздухе находятся частицы, он знал из наблюдений за рассеянным пучком света. Свободный от частиц свет являлся «оптически пустым». Это явление он использовал для того, что проверить, является ли воздушное пространство над прокипяченным настоем свободным от пыли или нет. Тиндаль сконструировал простой аппарат, в нижней части которого могли быть нагреты отвары различных сортов мяса, репы или сена, а в верхней части плавающие частицы можно было отнаружить с помощью пучка света. Результаты были изменчивы и противоречивы. Тиндаль установил, что старое сухое сено труднее поддается стерилизации, чем свежее. Варьирование условий опыта привело к запутанным результатам, которые нашли объяснение только после открытия устойчивых к нагреванию спор. Однако Тиндаль проделал опыт, в котором он стерилизовал отвар сена путем многократного кратковременного кипячения и в промежутки оставлял его либо при комнатной температуре, либо в термостате, и описал этот опыт, который в настоящий момент в микробиологии называется дробной стерилизацией, или тиндализацией.

 

 

Контрольные вопросы:

8. Какие теории о возникновении жизни существовали в XVII и XVIII веках?

9. Сущность полемики Джона Нидхема и Лаццаро Спалланцани.

10. Опишите опыты, подтверждающие тезис Франческо Реди: «Все живое из живого».

11. Открытие Тиндаля.

 

 

Тема лекции №3

План

1. Первые попытки систематики микроорганизмов.

2. История открытия некоторых видов микроорганизмов.

3. Работы Фердинанда Кона.

 

Первые попытки систематики микроорганизмов

 

Дискуссия об абиогенном самозарождении жизни и проблемы инфекционных заболеваний, естественно, стимулировали конструирование более совершенных микроскопов, позволяющих видеть мелкие одноклеточные микроорганизмы. В XVIII веке было модным рассматривать под микроскопом различные водные микроорганизмы и описывать их. Многочисленные «virtuosi» разделились на ученых и дилетантов. Выдающимся микроскопистом, который начал исследование низших форм жизни, был врач и натуралист из Копенгагена Отто Фридрих Мюллер (1730-1784). Ему мы обязаны первыми представлениями о многообразии микроорганизмов. Он дал характеристики отдельным видам, выделив специфические признаки, такие как форма, пигментация, подвижность и биологическое своеобразие - образование агрегатов, биопленок. Его работа «Инфузории рек и моря», опубликованная после его смерти, в 1786 году, содержит описание 379 различных видов. О.Ф. Мюллер, как все естествоиспытатели того времени, использовал бинарную номенклатуру, которая была введена Карлом Линнеем для растений в его публикации 1753 года «Виды растений».

«Трудности, с которыми связано исследование микроскопических животных - это их огромное количество; тщательное и точное их определение требует очень много времени, такого напряжения зрения, столько хладнокровия и терпения, как ничто другое. При этом нет ничего легче, чем смотреть на этих маленьких животных и забавляться их движением и игрой, но установить разницу между простыми, подвижными, изменяющимися существами на поверхности слабо освещенного маленького поля зрения, так же как выразить подходящими словами многообразие их движений - требует больших усилий, и это настоящая работа» (Мюллер, 1786).

Накопление материала о формах и разнообразии микроорганизмов продолжалось довольно долго. Размеры объекта крайне затрудняли исследования. Возможности его познания даже у опытных исследователей вызывали скептицизм. Так, выдающийся шведский ученый Карл Линней (1707-1778), создавший первую систему живого мира, введший бинарную номенклатуру, в 1767 году в статье «Mundus invisibiles» высказал отрицательное отношение к изучению микробов. Великий систематик не мог разобраться в разнообразных формах микроорганизмов и объдинил их в один общий род, дав ему характерное название «Chaos» («Хаос»). К. Линней считал, что не следует углубляться в изучение этого невидимого мира, так как творец, создавая его, очевидно, предполагал сохранить эту область за собой.

Термин «бактерии» в широком смысле слова, так, как он употребляется сегодня, применяется не только к палочковидным клеткам, но и к другим формам бактерий, что связано с именем Гоффмана (1869), который первый использовал для окраски бактерий кармин. Выражение «микробы» было использовано французским хирургом Чарльзом-Эммануэлем Седилло (1804-1883) в его докладе «О влиянии работ Пастера на успехи хирургии», который был сделан им во Французской Академии наук в 1878 году. Обозначение «колония» для скоплений бактерий применил в своей работе о микрококках (1873) Эдвин Клебс. Однако де Бари уже в 1853 году использовал термин «колония» для скопления гиф грибов, вырастающих из одной споры.

 

Работы Фердинанда Кона

 

Дальнейшее развитие представлений о бактериях связано с деятельностью физиолога растений Фердинанда Кона (1828-1898), работавшего во Вроцлаве. Основные результаты этих работ были опубликованы с 1853 по 1877 годы. Он повторил и углубил исследования предшественников и предопределил дальнейший ход бактериологических исследований. Кон отнес бактерии к растительному царству и принял для них бинарную номенклатуру Линнея. Исходя из тщательных исследований морфологии, пигментации, подвижности, спорообразования и физиологических признаков, Кон смог создать первую бактериологическую классификацию, с которой могли работать как медицинские, так и общие микробиологи. Кон признал, что речь идет об особой группе организмов, каковыми являются бактерии, однако отнес их к растениям. Свои основные представления о бактериях Кон высказал в 1853 году на основании своих исследований над Bacterium termo. В 1871 году он писал по этому поводу:

«Так как невозможно изолировать отдельную бактерию и наблюдать ее при различных условиях, нельзя быть уверенным в том, что при посеве использованы только одинаковые особи. Таким образом, в настоящее время мы не обладаем методами, позволяющими разграничивать возраст бактерии и стадию ее развития. При классификации бактерий мы также до сих пор не можем различить действительно природные признаки, которые свойственны роду и должны основываться на тех отклонениях, которые у них проявляются при заданных условиях. Задачей дальнейших исследований должно быть выявление доказательств таких признаков родов и видов, которые находятся в зависимости от их исторического развития».

Можно себе представить, как трудно было впоследствии признавать аргументы Кона о том, что каждый вид бактерий имеет свой специфический обмен веществ. Об этом свидетельствуют последующие противоречивые сведения о плеоморфизме бактерий. Даже после того как доктрина о происхождении жизни путем самозарождения была низвергнута, некоторые исследователи считали, что одна и та же бактерия может проявляться в различной форме и вызывать различные болезни, а также в зависимости от условий роста образовывать различные продукты. Такие представления высказывались людьми с громкими именами: Т. Биллротом, К. Негели, Э. Гальером, Д.Листером, Р.Ланкастером и В. Цопфом. Представления этих ученых противоречили концепции о постоянстве видов, выдвинутой Линнеем в 1737 году. Однако в середине XIX века были описаны грибы, а именно ржавчинные и головневые, которые в процессе развития претерпевали морфологические изменения. Наличие смены генераций у грибов дало повод сомневаться в постоянстве форм и у других живых существ. Этому скептическому направлению противостояли представители мономорфизма: де Бари, Л. Пастер, Ф. Кон, Р. Кох и О. Брефельд. Они многократно подчеркивали в дискуссиях, как важны чистые культуры и тщательная работа с ними. Отвечая своим критикам, Ф. Кон писал:

«...дело в том, что только на первый взгляд одна и та же бактерия вызывает разные процессы. Следует ожидать, что усовершенствованные микроскопы позволят обнаружить среди внешне одинаковых форм микроорганизмов такие морфологические различия, которые можно будет положить в основу разграничения видов».

В качестве примера различной физиологической деятельности двух организмов одинакового строения Кон приводит миндальные деревья:

«Из двух миндальных деревьев, которые не отличаются ни ростом, ни листьями, а также цветами и плодами, одно образует горькие семена, которые содержат амигдалин и эмузин, в то время как другие образуют сладкие семена с миндальным маслом. Мы можем предположить, что горькие и сладкие миндальные деревья принадлежат к одному роду и происходят от одного общего предка, но благодаря изменчивости дали два физиологически различающихся сорта».

С шестидесятых годов для Пастера и Кона не существовало сомнения в постоянстве видов бактерий. Однако, несмотря на доказательные опыты на чистых культурах, учение о плеоморфизме существовало еще долго.

123456789Следующая ⇒

Поделиться: