Роль химии и физики в становлении микробиологии как науки

 

Открытие Левенгуком (1684) мельчайших организмов еще не означало начала микробиологии. Пути к пониманию функции и роли этих «veri little animalcules»были разработаны химиками и физиками. Это относится в первую очередь к химической природе питательных веществ и продуктов обмена микроорганизмов. Успехи в получении этих знаний сегодня кажутся нам медленными. Однако следует учитывать время появления первых методов химии и физики. Тогда становится ясным, что это происходило достаточно быстро. Например, состав атмосферы был выяснен в течение десятилетия (1766-1776). Этот период современники назвали периодом «пневматических химиков». Хотя и до этого ван Гельмонтом уже были сделаны отдельные существенные наблюдения. В частности, для обозначения составных частей воздуха он ввел понятие «газ». Стефен Галес (1677-1761) в пневматической ванне улавливал болотный газ, водород, кислород и окись углерода, а Джозеф Блек (1728-1799) получил «fixen luft» (углекислый газ). Генри Кавендиш (1731-1810) описал водород (1766), существование которого, однако, уже было установлено Парацельсом и многими другими учеными. Углекислый газ получался путем растворения мрамора в соляной кислоте; этот газ был впервые описан в 1774 году шведом Торберном Бергманом (1735-1784) и в 1775 - Антуаном Л.Лавуазье (1743-1794) в Париже. Кислород был описан почти одновременно (1771 и 1772) Карлом Вильгельмом Шееле (1742-1786) в Швеции и очень точно Джозефом Пристли (1733-1804).Открытие азота описал Даниэль Рутерфорд (1749-1819) в своей диссертации в 1772 году. Описание метана сделано физиком Алессандро Вольта (1745-1827) в Италии в 1776 году. Описание хлора (1774) и сероводорода (1776) является заслугой Шееле; а аммиак, хлористый водород, закись азота и серный диоксид были открыты Пристли в 1774 году. В 1783 году Кавендиш предпринял первый анализ воздуха, который оказался настолько точным, что обнаружил дефицит 1/120 части воздуха. Как выяснилось впоследствии, дефицит приходился на инертный газ, который был открыт 100 лет спустя. Знаниями о составе воды мы обязаны Кавендишу, Ватту и Лавуазье.

Следует отметить, что при исследовании газа, полученного путем химических превращений, кислород и углекислый газ всегда испытывали на способность поддерживать дыхание животных и рост растений. Открытие многих газов берет начало от биологической постановки вопроса. Химические и биолого-физиологические исследования у своих истоков были тесно связаны друг с другом.

Примерно в то же время, когда химики закладывали основы будущих направлений, философы развивали теоретические методы науки. Суть индуктивного подхода к получению знаний образно и концентрированно обобщил Иммануил Кант (1724-1804) в своей «Критике чистого разума» (1781).

Описанные примеры свидетельствуют о состоянии знаний и тенденциях развития науки в области исследования природы в конце XVIII столетия, а также свидетельствуют о тех препятствиях, которые стояли на пути биологов.

Прежде чем могли быть поставлены вопросы о процессах в живой природе и функциях растений и животных, должны были быть сформулированы законы в математике, физике и химии, и описана неживая материя. У истоков этих открытий стоят имена Христиана Гюйгенса (1629-1695), Исаака Ньютона (1643-1727) и Готфрида Вильгельма Лейбница (1646-1716). Само название «пневматические химики» уже указывало на начало химии. Без знания химического состава растений и животных нельзя было и установить процессы, протекающие в природе. Успехи в биологии зависели также от знаний, полученных в смежных дисциплинах. К этому следует добавить, что работа прозорливых исследователей в области биологии осложнялась верой и суевериями, и только немногие великие и твердые духом могли это преодолеть.

В конце XVIII века существовал большой разрыв между знаниями физиков и химиков и их приложением к экспериментальному выяснению биологами основных вопросов обмена веществ в организмах. Основой накопления знаний являлись, как и всегда, наблюдения, теоретические рассуждения, идеи и концепции. С другой стороны, с каждым временем связаны имена ученых, которые высказывали блестящие идеи, но были не в состоянии подтвердить их экспериментально. Некоторые из таких идей прошли незамеченными, другие стимулировали натурфилософию. Иные, напротив, были настолько захватывающими, что это побуждало других исследователей проводить решающие эксперименты и получать убедительные доказательства. Часто это случалось после того, как в смежных областях появлялись новые знания и методы. Нередко ученые, стоявшие у истоков тех или иных открытий, даже не упоминались. Иногда, наоборот, исследователи проводили серьезные эксперименты и получали ценные результаты, но упускали случай сделать соответствующие выводы. Очень редко встречается, чтобы в одном человеке сочетались хорошая теоретическая основа, фантазия и интуиция с одной стороны, а с другой - осознание исторической важности и наличие практической смекалки.

Роль случая в великих открытиях

 

Известно много открытий, которые не начинались с осмысленной идеи и тщательно спланированного эксперимента. Некоторые поразительные открытия произошли случайно или были сделаны во время проведения обычных опытов, или же служили решению проблемы, которая не имела никакого отношения к той области, в которой было сделано открытие. Из множества подобных примеров упомянем некоторые. Эдуард Бюхнер открыл в 1897 году бесклеточное брожение благодаря случаю, когда для сохранения дрожжевого экстракта он добавил к нему сахар в качестве консерванта. Александр Флеминг открыл в 1928 году пенициллин, когда изучал морфологию колоний стафилококков и обнаружил, что случайно попавшая на чашку колония плесневого гриба задерживала рост бактерий. Ф. Гриффит открыл в 1928 году трансформацию ДНК при проведении исследований по эпидемиологии Рпеитососсис. Ф. В. Творт обнаружил в 1915 году стекловидные прозрачные бляшки в колониях стафилококков, т. е. бактериофагов, когда он пытался установить происхождение вируса вакцины. М. Лемуань открыл природу жировых гранул Ваcillus megaterium в 1925 году, когда он обнаружил, что в суспензии этой бактерии в дистиллированной воде идет подкисление. Он идентифицировал в растворе β -гидроксимасляную кислоту и установил ее происхождение из полимера. Г. Столп открыл Bdellovibrio bacteriovorus при изучении фагов. Не обнаружив фаговых бляшек на чашках Петри в обычные сроки опыта, он смотрел бактериальный газон на день (1 день! ) позднее, чем обычно.

Этих примеров достаточно, чтобы утверждать, что многие открытия были сделаны случайно. Здесь уместно вновь вспомнить «модное» словечко - «Serendipity», - смысл которого можно выразить словами: «Дар делать счастливые и неожиданные открытия случайно». Однако такие открытия не являются случайным подарком, это утверждал уже Пастер: «Случай покровительствует только духовно подготовленному». Другой рецепт на тему «как сделать открытие» дает Феодор Линен (1911-1979) в своей лекции «Жизнь, удача и логика в биохимических исследованиях» (1969): «Верить и пытаться экспериментировать, даже если шансы на успех очень малы».

 

 

Контрольные вопросы:

1. Что изучает микробиология?

2. Каковы были знания о микроорганизмах до XVII века.

3. Влияние эпохи Возрождения на развитие естествознания.

4. Антон ван Левенгук и его открытие.

5. Совершенствование микроскопа.

6. Как повлияли химия и физика на развитие микробиологии как науки?

7. Какие открытия в области микробиологии были сделаны по воле случая?

 

 

Тема лекции №2

Концепции возникновения жизни

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.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: