Микробиология

 В 1953г. американский  ученый Стенли Ллойд Миллер, пропуская  электрические разряды напряжением  до 60000В. через смесь H2O, CH4, NH3 , H2 под давлением в несколько  Па и температуре 80С получил  простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную, муравьиную кислоты и  несколько аминокислот – вещества, из которых строятся молекулы  белков. Возможность абиогенного  синтеза органических соединений  подтверждается также тем, что  они обнаружены в космическом  пространстве , где возникновение жизни кажется абсурдным .

 Образование биологических  полимеров. По мере смягчения  условий на Земле , в следствии чего могло и произойти возникновение жизни на Земле ,  стало возможным образование сложных органических соединений – полимеров. Не исключено, что синтез полимеров катализировался на поверхности минеральных глин. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина в водной среде в присутствии особого вида глинозема и АТФ может давать полимерные цепочки полиаланина. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию. Такие высокомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться в коацерваты. Дальнейшая прогрессивная эволюция предбиологических структур могла происходить только при усложнении обменных процессов и в условиях пространственного разделения различных синтетических и энергетических процессов внутри коацерватов. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла осуществить лишь биологическая мембрана.

 Формирование мембранных  структур и первичных организмов (пробионтов) - это основа при которой возникновение жизни на Земле очень даже может быть  . Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделивших коацерват от окружающей водной среды. Липиды преобразовались в ходе эволюции в наружную мембрану, существенно повысившую жизнеспособность и устойчивость организмов. Возникновение мембраны, обладающей способностью к избирательной проницаемости, содействовало развитию все более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых клеток. Появляются первые примитивные безъядерные клетки – прокариоты. Первые живые организмы были гетеротрофными, они использовали в качестве энергии (пищи) органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана.

Возникновение жизни на Земле.

  Биологическая эволюция  на Земле длится более 3 млрд. лет. С момента возникновения  первых примитивных клеточных  организмов благодаря естественному  отбору появилось бесчисленное  множество форм живых организмов  на Земле . Историю Земли принято делить на промежутки времени – эры и периоды, границами которых являются крупные геологические события, связанные с историей развития планеты как космического тела. Геохронологическая история Земли состоит из 5 эр.

Реди (Redi) Франческо (18.02.1626, Ареццо – 01.03.1698, Пиза), итальянский естествоиспытатель и врач. Тосканский врач Франческо Реди (1626—1698 гг.) был первым человеком, документально доказавшим ошибочность теории самозарождения. Он произвёл ряд опытов, доказывавших, что мухи, вопреки бытовавшему в ту пору мнению, не могут зарождаться сами по себе в гниющем мясе. Реди брал два куска мяса, раскладывал их в глиняные горшочки, и один из них накрывал тончайшей неаполитанской кисеёй. Через какое-то время он снимал кисею, но ни мух, ни их личинок в мясе не было. Из этого учёный сделал вполне закономерный вывод: мухи садятся на гниющее мясо и откладывают в него личинки, в результате чего рождаются новые мухи. Рождаются, а не появляются сами по себе. Следовательно, «большинство насекомых и червей не самозарождается».

Опыты Реди серьёзно поколебали господствовавшую идею о самозарождении жизни. Однако его выводы не были сразу приняты наукой и обществом. Это был только первый шаг на долгом и трудном пути опровержения теории самозарождения — ведь даже сам Реди «…в отношение других случаев вполне допускал возможность самозарождения; так, например, он считал, что кишечные и древесные черви возникают сами собой из гниющих материалов».

После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов не удивительно, что именно они стали основным предметом научных споров о возможности самозарождения — казалось вполне закономерным, что если самозарождение вообще имеет место, то оно непременно должно быть характерно именно для этих «ничтожных зверушек» Левенгука.

Итальянский учёный и священник  Ладзаро Спалланцани (1729—1799 гг.) ещё в самом начале своей научной деятельности был убеждён в абсурдности теории самозарождения. Он полагал, что в рождении каждого живого существа, пусть даже речь шла о «ничтожных зверюшках», должен быть определённый закон и порядок, определённая мера и смысл. Спалланцани тщательно изучил труды Реди и, придя в восторг от его опытов, вознамерился во что бы то ни стало повторить их, но только не на примере личинок мух, а на примере микроскопических зверюшек. И он приступил к воплощению в жизнь своего замысла.

А тем временем другой священник  и натуралист Дж. Нидхем, родом из Англии (1713—1781 гг.) был удостоен внимания Королевского общества за свои опыты с бараньей подливкой, в которой, как он утверждал, сами по себе могут зарождаться микроскопический организмы. Он кипятил баранью подливку, сливал её в бутылку, закрывал её пробкой и для верности нагревал ещё раз (ведь многократное нагревание совершенно точно должно было уничтожить все попавшие в подливку из воздуха микроорганизмы и их споры), выжидал несколько дней, а затем изучал подливку под микроскопом. К его величайшей радости подливка кишела микробами. Значит, зарождение живой материи из неживой всё-таки возможно!

Спалланцани, узнав об этих опытах, пришёл в негодование — он долго искал ошибку в действиях Нидхема и в конце концов пришёл к выводу, что тот просто недостаточно плотно закупоривает бутылку с подливкой и недостаточно долго её кипятит, таким образом, в подливке вполне могут сохраниться маленькие животные. Тогда Спалланцани провёл целый ряд опытов, доказывающих, что Нидхем был неправ. Он брал множество склянок с семенным отваром, некоторые из которых закрывал пробкой. другие же запаивал на огне горелки. Одни он кипятил по целому часу, другие же нагревал только несколько минут. По прошествии нескольких дней Спалланцани обнаружил, что в тех склянках, которые были плотно запаяны и хорошо нагреты, никаких маленьких животных нет — они появились только в тех бутылках, которые были неплотно закрыты и недостаточно долго прокипячены, причём вероятнее всего, проникли туда из воздуха или же сохранились после кипячения, а вовсе не зародились сами по себе. Таким образом, Спалланцани не только доказал несостоятельность концепции самозарождения, но также выявил существование мельчайших организмов, способных переносить непродолжительное — в течение нескольких минут — кипячение.

Между тем, Нидхем не пожелал признавать поражение в споре. Он объединился с графом Бюффоном, и вместе они выдвинули гипотезу о Производящей силе — некоем животворящем элементе, который содержится в бараньем бульоне и семенном отваре и способен создать живые организмы из неживой материи. Спалланцани убивает Производящую силу когда кипятит целыми часами свои склянки, утверждали они, и совершенно естественно, что маленькие зверюшки не могут возникнуть там, где нет этой силы. Научный мир вполне устроила эта новая концепция — ведь она помогла реабилитироваться пошатнувшейся, но такой близкой и знакомой теории самозарождения.

Но Спалланцани был в ярости — ведь Нидхем и Бюффон ничего не доказывали экспериментально, они вообще не предоставляли никаких доказательств в защиту своей теории, они попросту занимались словоблудием и бесполезными философскими рассуждениями. И, самое ужасное, весь научный мир поддерживал их! Но Спалланцани не сдавался. Он решил оспорить гипотезу Нидхема и Бюффона. Взяв за основу своих экспериментов их идею о том, что Производящая сила содержится именно в семенах, он набрал в склянки побольше разных семян и, едва прикрыв пробками, прокипятил эти семена в течение нескольких часов. Согласно доводам Нидхема, эта процедура должна была убить Производящую силу, но Спалланцани, естественно, обнаружил в отваре великое множество микроорганизмов, проникших туда из воздуха. Для пущей верности он повторил эксперимент, предварительно обжарив свои семена. Результат повторился — следовательно, ни о какой Производящей силе не могло быть и речи! О результатах своих опытов Спалланцани заявил на всю Европу, и к нему стали серьёзно прислушиваться.

Но Нидхем и Бюффон не желали покидать поле боя. Они объявили, что Производящая сила способна сопротивляться высоким температурам, но ей необходим эластический воздух, которого лишает её Спалланцани при запаивании склянок.

В ответ на это Спалланцани провёл ещё один блестящий эксперимент — он выплавил специальную склянку с очень узким горлышком — чтобы затрачиваемое на её запаивание тепло не «выгоняло» упругий воздух и давление внутри склянки и за её пределами оставалось одинаковым. Убедившись, что даже несмотря на присутствие большого количества упругого воздуха микроскопические животные всё же не появляются в отваре, Спалланцани праздновал победу, а Нидхем и Бюффон канули в Лету вместе с обломками своей несостоявшейся теории.

Но Спалланцани не желал останавливаться на достигнутом. Он тратил много сил и времени на изучение микроскопических животных — к примеру, подвергал их действию табачного дыма и электрического разряда. Он уже почти пришёл к выводу, что эти «ничтожные зверюшки» ничем не отличаются от всех остальных живых существ, но разуверился в этом после собственного эксперимента, доказывающего тот факт, что многие микроорганизмы могут продолжать свою жизнедеятельность без воздуха, столь необходимого всем остальным живым организмам. Фактически, он совершил важнейшее открытие в микробиологии — выявил существование анаэробных микроорганизмов.

Спалланцани продолжал волновать вопрос о размножении микроорганизмов. Наблюдая за ними в микроскоп, он не раз видел маленьких зверюшек, слипшихся между собой, но ему ни разу не удалось разглядеть сам процесс деления. Чуть позже этот процесс открыл другой учёный, де Соссюр, и Спалланцани пришёл в восторг от этого открытия.

В это же время англичанин Эллис выдвинул гипотезу о том, что  микроорганизмы вовсе не делятся  пополам, а размножаются как и всё живое — живорождением, утверждая даже что собственными глазами видел новых микробов, зарождающихся в теле старых. А так называемое деление — не что иное как раскол зверька надвое за счёт столкновения его с другим микроорганизмом.

Спалланцани и тут не растерялся — с помощью щёточки из верблюжьей шерсти он сумел отделить одного микроба от армии его собратьев и, путём непродолжительных наблюдений подтвердить открытие де Соссюра — на месте одного микроба на предметном стекле Спалланцани обнаружил четверых, хотя ни о каких столкновениях не могло быть и речи.

Таким образом, Ладзаро Спалланцани совершил ряд важнейших открытий, послуживших крупной вехой на пути развенчания теории самозарождения и на пути развития микробиологии вообще.

В Шалоне-ан-Шампань родился французский кондитер и шеф-повар Николя Аппер.

Прославился Николя Аппер в начале 19 века, когда проведя многочисленные опыты, предложил военному руководству Франции опробовать новый способ сохранения продуктов - консервирование. Изобретение пришло на смену привычным до 19 века вялению и солению.

В конце XIX — начале XX века «Энциклопедический словарь Брокгауза  и Ефрона» так описывал изобретение Николя Франсуа Аппера:

«Аппер рекомендует для сохранения мясных и растительных припасов положить приготовленные припасы в белые жестянки, герметически закрыть их и кипятить в соленой воде от 1/2 часа до 4 ч., смотря по величине жестянки, и, нагрев несколько более 100° Ц., оставить их в таком виде сохраняться. Этот способ был изобретен Франсуа Аппером в 1804 г.; в 1809 г. он представил его в Общество поощрения искусств в Париже, где для исследования назначили особую комиссию. Произведенные опыты доказали, что в течение 8 месяцев прекрасно сохранились: мясо с подливкой, крепкий бульон, молоко, зеленый горошек, бобы, вишни, абрикосы. Французское правительство назначило изобретателю 12000 фр. в награду с условием, чтобы он подробно разработал и напечатал свой метод. В 1810 г. вышло сочинение: „L’art de conserver toutes les substances animales et végétales“ (5 изд., Париж, 1834). Многие пробовали несколько изменить прием Аппера, между прочим, Джонес, вставлявший в жестянки металлические трубки, соединяя их с безвоздушным пространством, куда вытягивается воздух из жестянок, пока они кипят; преимущество этого способа в том, что можно меньше кипятить мясо, отчего оно вкуснее; но при меньшем кипении консервы сохраняются хуже, и потому польза приема Джонеса очень сомнительна. Дальнейшие опыты показали преимущества консервов Аппера, очень распространенных в морских путешествиях и даже в домашнем хозяйстве, где особенно много употребляют мясные консервы. Прием А. основывается на уничтожении зародышей гниения, бактерий и т. п. организмов. До тех пор думали, что кислород спертого воздуха причинял порчу консервов, а что продолжительное кипение и влияние органического вещества обращали его в угольную кислоту — воззрение неправильное. Долгое кипение необходимо для уничтожения бактерий, и потому чем больше масса сохраняемых веществ, тем дольше их следует кипятить»

Луи Пастер (правильно Пастёр[2], фр. Louis Pasteur; 27 декабря 1822, Доль, департамент Юра — 28 сентября 1895, Вильнёв-л’Этан близ Парижа) — французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии[3]. Также Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным путем доказав невозможность этого (см. Зарождение жизни на Земле). Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.