3.1: Спонтанне покоління

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4114

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть теорію спонтанного покоління і чому люди колись прийняли її як пояснення існування тих чи інших видів організмів.
Поясніть, як певні особи (ван Гельмонт, Реді, Нідхем, Спалланзані та Пастер) намагалися довести або спростувати спонтанне покоління

Клінічна спрямованість: Частина 1

Барбара - 19-річна студентка коледжу, яка проживає в гуртожитку. У січні вона зійшла з болем у горлі, головним болем, легкою температурою, ознобом та сильним, але непродуктивним (тобто без слизу) кашлем. Для лікування цих симптомів Барбара почала приймати безрецептурні ліки від застуди, які, здавалося, не спрацювали. Насправді, протягом наступних кількох днів, поки деякі симптоми Барбари почали вирішуватися, її кашель і лихоманка зберігалися, і вона відчувала себе дуже втомленим і слабким.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Які види респіраторних захворювань можуть бути причиною?

Люди просять тисячоліть: Звідки береться нове життя? Релігія, філософія та наука боролися з цим питанням. Одним з найдавніших пояснень стала теорія спонтанного покоління, яка простежується ще у стародавніх греків і була широко прийнята через середні віки.

Теорія спонтанного покоління

Грецький філософ Аристотель (384—322 рр. До н.е.) був одним з найбільш ранніх записаних вчених, які сформулювали теорію спонтанного покоління, поняття про те, що життя може виникнути з неживої матерії. Аристотель припустив, що життя виникло з неживого матеріалу, якщо матеріал містив пневму («життєве тепло»). Як доказ він відзначив кілька випадків появи тварин з середовищ, раніше позбавлених таких тварин, як, здавалося б, раптова поява риб в новій калюжі води. ¹

Ця теорія зберігалася і в 17 ^{столітті}, коли вчені провели додаткові експерименти, щоб підтримати або спростувати її. До цього часу прихильники теорії приводили, як жаби просто немов з'являються по каламутних берегах річки Ніл в Єгипті під час щорічного затоплення. Інші спостерігали, що миші просто з'являлися серед зерна, що зберігається в коморах з солом'яними дахами. Коли дах просочилася і зерно ліпилося, з'явилися миші. Ян Баптиста ван Гельмонт, фламандський вчений 17 ^{століття}, запропонував мишам виникати з ганчірок і ядер пшениці, залишених у відкритому контейнері на 3 тижні. Насправді такі місця існування забезпечували ідеальні джерела їжі та притулок для популяцій мишей, щоб процвітати.

Однак один із сучасників ван Гельмонта, італійський лікар Франческо Реді (1626—1697), провів експеримент у 1668 році, який одним із перших спростував думку про те, що опариші (личинки мух) спонтанно генерують на м'ясі, залишеному на відкритому повітрі. Він передбачив, що запобігання мухам безпосереднього контакту з м'ясом також запобіжить появі опаришів. Реди залишали м'ясо в кожній з шести ємностей (рис.\(\PageIndex{1}\)). Двоє були відкриті для повітря, два накрили марлею, а два щільно закупорювали. Його гіпотеза була підтримана, коли опариші розвивалися в непокритих банках, але жоден опариш не з'являвся ні в покритих марлею, ні в щільно закритих банках. Він дійшов висновку, що опариші могли утворюватися лише тоді, коли мухам дозволяли відкладати яйце в м'ясо, і що опариші були потомством мух, а не продуктом спонтанного покоління.

Відкрита ємність з м'ясом має мух і утворення опаришів в м'ясі. Запечатана пробками ємність з м'ясом не має мух і не утворюється опаришів в м'ясі. Контейнер з м'ясом, покритий марлею, має мух і опаришів на поверхні марлі, але в м'ясі немає опаришів. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Експериментальна установка Франческо Реді складалася з відкритого контейнера, контейнера, запечатаного пробковим верхом, і контейнера, покритого сіткою, яка пропускає повітря, але не летить. Личинки з'явилися тільки на м'ясі у відкритому контейнері. Однак опариші також були виявлені на марлі контейнера, покритого марлею.

У 1745 році Джон Нідхем (1713—1781) опублікував звіт про власні експерименти, в якому ненадовго варив бульйон, настояний на рослинній або тваринній речовині, сподіваючись вбити всі раніше існуючі мікроби. ² Потім він запечатав колби. Через кілька днів Нідхем зауважив, що бульйон став каламутним і одна крапля містила численні мікроскопічні істоти. Він стверджував, що нові мікроби, мабуть, виникли спонтанно. Насправді, однак, він, швидше за все, не кип'ятив бульйон достатньо, щоб вбити всі раніше існуючі мікроби.

Лаццаро Спалланзані (1729—1799) не погодився з висновками Нідхема, однак, і виконав сотні ретельно виконаних експериментів з використанням підігрітого бульйону. ³ Як і в експерименті Нідхема, бульйон в герметичних банках і незапечатаних банках був настояний на рослинній і тваринній речовині. Результати Спалланзані суперечили висновкам Needham: нагріті, але герметичні колби залишалися чіткими, без будь-яких ознак спонтанного зростання, якщо колби згодом не були відкриті в повітря. Це припускало, що мікроби вводилися в ці колби з повітря. У відповідь на висновки Спалланзані, Нідхем стверджував, що життя походить від «життєвої сили», яка була знищена під час тривалого кипіння Спалланзані. Будь-яке подальше ущільнення колб потім запобігало надходженню нової життєвої сили та спричиненню спонтанного утворення (рис.\(\PageIndex{2}\)).

а) малюнок Франческо Реді. Б) малюнок Джона Нідхема в) малюнок Лаццаро Спалланзані. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): (а) Франческо Реді, який продемонстрував, що опариші були потомством мух, а не продуктами спонтанного покоління. (б) Джон Нідхем, який стверджував, що мікроби виникли спонтанно в бульйоні з «життєвої сили». (c) Лаццаро Спалланзані, експерименти якого з бульйоном спрямовані на спростування тих, що є Needham.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Опишіть теорію спонтанного покоління і деякі аргументи, які використовуються для її підтримки.
Поясніть, як експерименти Реді і Спалланзані оскаржували теорію спонтанного покоління.

Спростування спонтанного покоління

Дискусія щодо спонтанного покоління тривала ще в ^19-му столітті, коли вчені виступали прихильниками обох сторін. Для врегулювання дебатів Паризька академія наук запропонувала приз за вирішення проблеми. Луї Пастер, видатний французький хімік, який вивчав мікробну ферментацію та причини псування вина, прийняв виклик. У 1858 році Пастер фільтрував повітря через пістолетно-ватний фільтр і при мікроскопічному дослідженні бавовни виявив його повним мікроорганізмів, припускаючи, що вплив бульйону повітрям не вносить «життєву силу» в бульйон, а скоріше повітряні мікроорганізми.

Пізніше Пастер зробив серію колб з довгими закрученими шийками (колби «лебедино-шийні»), в яких варив бульйон для його стерилізації (рис.\(\PageIndex{3}\)). Його конструкція дозволяла обмінюватися повітрям всередині колб з повітрям зовні, але перешкоджала занесенню будь-яких провітрюваних мікроорганізмів, які б потрапляли в скручування і вигини шийок колб. Якби життєва сила, крім повітряних мікроорганізмів, відповідала за ріст мікробів всередині стерилізованих колб, вона мала б доступ до бульйону, тоді як мікроорганізми цього не зробили. Він правильно передбачив, що стерилізований бульйон у його колбах з лебединим шиєю залишиться стерильним до тих пір, поки лебедині шийки залишаться цілими. Однак, якщо шийки будуть порушені, будуть введені мікроорганізми, забруднюючи колби і дозволяючи мікробному зростанню в бульйоні.

Комплекс експериментів Пастера незаперечно спростував теорію спонтанного покоління і приніс йому престижну премію Аламберта від Паризької академії наук в 1862 році. У наступній лекції 1864 року Пастер сформулював «Omne vivum ex vivo» («Життя виходить лише з життя»). У цій лекції Пастер розповів про свій знаменитий експеримент з колбою лебедя, заявивши, що «... життя - це зародок, а зародок - це життя. Ніколи вчення про спонтанне покоління не відновиться від смертельного удару цього простого експерименту». ⁴ До честі Пастера, він ніколи не має.

а) Фото Луї Пастера б) Фото колби Пастера - кругла колба, яка відкривається назовні тільки через довгу S-подібну трубку. в) малюнок експерименту Пастера. На верхній схемі показана колба з лебединої шийки з (б), що містить бульйон, який кип'ятять для знищення мікроорганізмів у бульйоні. Після процесу кип'ятіння охолоджена колба залишається стерильною, оскільки крива колби перешкоджає потраплянню зовнішнього повітря в колбу. Отже, ніяких забруднень не відбувається. На нижній схемі показана така ж колба, що вариться. Далі забирають лебедину шийку і відкривають колбу в навколишнє середовище. Коли шийка колби відламана, бактерії досягають стерильного бульйону і відбувається зростання організму. Це сприймається як помутніння в бульйоні. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) французький вчений Луї Пастер, який остаточно спростував давно спірну теорію спонтанного покоління. (b) Унікальна особливість лебединої шиї колб, використовуваних в експерименті Пастера, дозволила повітрю потрапляти в колбу, але запобігала потраплянню суперечок бактерій та грибів. (в) експеримент Пастера складався з двох частин. У першій частині відвар в колбі кип'ятили для його стерилізації. Коли цей відвар охолоне, він залишався вільним від забруднень. У другій частині експерименту колбу кип'ятили, а потім відламали шийку. Бульйон в цій колбі забруднився. (кредит b: модифікація роботи «Wellcome Images» /Wikimedia Commons)

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Як експериментальна конструкція Пастера дозволила проникати повітрю, але не мікробам, і чому це було важливо?
Якою була контрольна група в експерименті Пастера і що вона показала?

Резюме

Теорія спонтанного покоління стверджує, що життя виникло з неживої матерії. Це було давнє повір'я, що датується Аристотелем і стародавніми греками.
Експерименти Франческо Реді в 17 столітті представили перші значні докази, що спростовують спонтанне покоління, показуючи, що мухи повинні мати доступ до м'яса, щоб личинки розвивалися на м'ясі. Видатні вчені розробили експерименти і аргументували як на підтримку (Джон Нідхем), так і проти (Lazzaro Spallanzani) спонтанного покоління.
Луї Пастеру приписують остаточне спростування теорії спонтанного покоління своїм знаменитим експериментом з лебединої шиєю. Згодом він запропонував, що «життя приходить тільки з життя».

Виноски

1 К. Цвєр. «Аристотель про спонтанне покоління». www.sju.edu/int/академіки/cas... R.% 20Zwier.pdf
2 Е. Капанна. «Лаццаро Спалланзані: Біля витоків сучасної біології». Журнал експериментальної зоології 285 № 3 (1999) :178—196.
3 Р.Манчіні, М.Нігро, Г.Іпполіто. «Лаццаро Спалланзані та його спростування теорії спонтанного покоління». Зараження в медицині 15 № 3 (2007) :199—206.
4 Р. Валлері-Радо. Життя Пастера, перев. Девоншир Р.Л. Нью-Йорк: МакКлюр, Філліпс і Ко, 1902, 1:142.