Біологічна теорія бродіння. Історія та суть наукового відкриття

ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Біологічна теорія бродіння. Історія та суть наукового відкриття

Найважливіші наукові відкриття

Довідник / Найважливіші наукові відкриття

У 1680 році голландець Антоні Ван-Левенгук вперше побачив пивні дріжджі у свій саморобний мікроскоп. Він описав їх у листі, адресованому в Королівське товариство, і дав малюнок, на якому видно круглі клітини, що ниркуються, утворюють скупчення. Так було розпочато вивчення морфології дріжджів. Ці спостереження значно випередили стан тогочасної науки. Тільки в 1835 році з'явилися повідомлення Каньяр де Латура у Франції, Шванна і Кютцинга в Німеччині, в яких було доведено, що дріжджі відносяться до нижчих рослинних організмів, що мають ядро, що розмножується брунькуванням на живильних середовищах, що містять цукор, і викликають бродіння. Однак цей біологічний напрямок у дослідженнях, пов'язаних із з'ясуванням причин бродіння, не отримав у першій половині XIX століття загального визнання.

У середині ХІХ століття стала вельми поширеною мала хімічна теорія бродіння. Скажімо, Сталь стверджував, що гниючі речовини можуть передавати цей стан іншій речовині, яка не гниє в даний час. Гниєння супроводжується рухом, і здатність викликати гниття пов'язана з передачею руху тілу, що покоїться. Ферменти також перебувають у русі, та його здатність викликати бродіння пов'язані з передачею руху.

Видатні хіміки на той час Лібіх і Берцеліус розвинули цю думку. Берцеліус не бачив принципової різниці між різними видами бродіння і гниттям - все це різні стадії одного й того самого процесу. Бродіння можливе тільки за наявності двох умов: в середовищі повинна знаходитися клейковина або інша азотиста органічна речовина і рідина, що містить рідину, що містить клейковину, повинна бути схильною до дії кисню повітря. В цьому випадку на дні судини утворюється нерозчинний осад, здатний викликати нове бродіння. Всі процеси бродіння Лібіх пов'язував з розкладанням і гниттям органічних речовин, останні, піддаючись гниття, стають ферментами і можуть викликати зброджування і негниющих речовин, наприклад цукру.

При дотику гниючих речовин зі зброджуваним відбувається розпад останнього на частинки. Лібіх не заперечував, що для зброджування цукру потрібні дріжджі, але не обов'язково живі, оскільки саме дріжджі, що відмирають і розкладаються, викликають бродіння як будь-яка гниюча речовина.

Такі в загальних рисах основи хімічної теорії бродіння, поки свої дослідження з бродінням не почав французький учений Пастер.

Луї Пастер (1822-1895) народився у французькому містечку Доля. Луї виріс у великій дружній родині. Незважаючи на слабке здоров'я та нестачу коштів, Пастер з успіхом завершив навчання спочатку у коледжі в Арбуа, а потім у Безансоні. Закінчивши тут курс зі ступенем бакалавра, він вступив у 1843 році до Вищої нормальної школи, яка готує вчителів для середньої школи.

Закінчивши школу в 1847 році, Пастер склав іспити на звання доцента фізичних наук. А за рік захистив докторську дисертацію. Тоді Пастер ще не було і 26 років, але він вже набув популярності своїми дослідженнями в галузі будови кристалів. Молодий вчений дав відповідь на питання, яке до нього залишалося невирішеним, незважаючи на зусилля багатьох найбільших вчених. Він відкрив причину неоднакового впливу променя поляризованого світла на кристали органічних речовин. Це визначне відкриття призвело надалі до виникнення стереохімії - науки про просторове розташування атомів у молекулах.

Того ж таки 1848 року Пастер став ад'юнкт-професором фізики в Діжоні. Через три місяці він обіймає нову посаду ад'юнкт-професора хімії у Страсбурзі. Пастер брав активну участь у революції 1848 року і навіть вступив до Національної гвардії.

У 1854 році Пастер був призначений деканом щойно організованого фізико-математичного факультету Лілльського університету. Цей район Франції славився своєю цукровою та бродильною промисловістю. Власники місцевих заводів неодноразово зверталися до Пастера з проханням допомогти раціоналізувати виробництво, покращити його, керуючись останніми досягненнями науки. Знайомлячись із роботою заводів, Пастер було дійти висновку, що сучасні наукові знання у цій галузі були більш ніж скромні, і це спонукало його розпочати вивчення бродіння.

Він розпочав вивчення цього питання. Результатом його досліджень стала монографія. Перший опублікований мемуар був присвячений молочнокислому бродінню. Він справив особливо велике враження у науковому світі, оскільки це було новим бродінням - усі попередні дослідження стосувалися переважно спиртового бродіння.

"Всі свої дослідження з бродінням Пастер проводив з метою з'ясувати, якою мірою його власні експериментальні дані можуть підтвердити або спростувати хімічну теорію бродінь, - пише у своїй праці про вченого А.А. Імшенецького. - Результати його експериментів можуть бути резюмовані наступним чином.

1. Для виникнення бродіння повітря, всупереч думці прихильників хімічної теорії бродіння, не потрібне. Молочнокисле бродіння протікає без доступу повітря так само, як спиртове. Це дозволяє дати загальну формулу "бродіння - це життя без кисню". Для обґрунтування цієї тези виняткове значення мало відкриття Пастером маслянокислого бродіння, що викликається строго анаеробними бактеріями, які не тільки не потребують кисню, але останній діє на них як отрута. До цього відкриття вважалося, що життя без кисню неможливе, і невипадково Гей-Люссак пов'язував стійкість продуктів у консервах Аппера до гниття з відсутністю банках кисню. Відкриття анаеробіозу зустріло різкі заперечення з боку Брефельда та інших учених, але воно виявилося настільки переконливим, що незабаром було визнано всіма.

2. Кожне бродіння викликається спеціальним збудником. Пастер вперше встановив, що молочнокисле бродіння пов'язане з розвитком мікробів, що відрізняються своєю морфологією від дріжджів. Олійна кислота утворюється внаслідок життєдіяльності особливого виду мікробів. Оцтовокисле та спиртове бродіння, як і бродіння сечовини, мають своїх збудників. Немає нічого дивного в тому, що Пастер, виходячи з сучасного стану систематики нижчих рослинних організмів, не завжди давав правильні назви описуваним їм організмам. Так, маслянокислих бактерій він відносив до представників тваринного світу, оцтовокислих бактерій позначав як Mycoderma і т. д. Все це не змінювало основного висновку - різні бродіння викликаються різними мікробами.

3. Бродіння пов'язані з життям мікробів, зі своїми розмноженням, а чи не з загибеллю і розкладанням, як і вважали прибічники хімічної теорії бродіння. Вага мікробів під час бродіння постійно збільшується і речовини, що зброджуються ними, використовуються дріжджами також для побудови свого тіла.

4. Для бродіння зовсім не обов'язково присутність у середовищі частинок білкових речовин (клейковини), які, на думку адептів хімічної теорії, починають рухатися і, передаючи його іншим частинкам, тим самим викликають бродіння або гниття. Зброджування цукру з утворенням спирту або молочної кислоти може відбуватися в середовищі, що зовсім не містить білка, а яка має як єдине джерело азоту неорганічну сполуку, наприклад сірчанокислий амоній".

Результати експериментальних досліджень Пастера завдали рішучого удару по теорії Лібіха. Його прихильники не могли більше пояснювати бродіння передачею руху частинок і пов'язувати його зі смертю, з розкладанням речовин, що гниють.

Але вже на початку шістдесятих років Бертло прямо висловив думку, що така обмежена біологічна точка зору не повинна задовольняти фізіолога, а тим більше хіміка. Виходячи з термохімічних даних, Бертло стверджував, що бродіння і життєдіяльність дріжджових клітин не пов'язані один з одним, тому що для синтезу живої речовини дріжджів немає необхідності припливу енергії ззовні.

Розвиток біохімії та ферментології все більше спонукало видатних учених повертатися до ідей Бертло. Поступово кількість відкритих "розчинних ферментів", тобто ензимів, збільшувалася, і стало можливим здійснювати безклітинний гідроліз ді-і полісахаридів, розкладання білка, різні окислювальні процеси. Усе це призвело до того що, що К.А. Тимірязєва у лекції 1895 року заявив: " ... Бертло, полемізуючи з Пастером, вказував, що погляд на бродіння як у хімічний процес, що лежить в основі того фізіологічного явища, яке спостерігав Пастер, - що ця думка випливає з неминучого історичного ходу розвитку всіх наук і, зокрема, фізіології, яким складні явища зводяться до простих і, отже, фізіологічні - до фізичним і хімічним. І, як бачимо, історія вже виправдовує вірність цього посилання її у Бертло..."

Треба сказати, що Пастер ніколи не заперечував участі ферментів у бродінні. Так це було б і нелогічно, оскільки, будучи хіміком, він не міг собі уявити перетворення молекули на спирт без ланцюга хімічних реакцій, які протікають усередині клітини: "...Додам, що для мене завжди було загадкою, на якій підставі думають, що мені було б незручно, якби було зроблено відкриття розчинних ферментів у бродінні або якби було доведено перетворення цукру на спирт незалежно від життєдіяльності клітини”.

Безперечно, вивчення безклітинного бродіння, дослідження з дріжджовим соком та іншими препаратами дали багато цінного. Саме вони дозволили встановити ту схему бродіння, зокрема спиртового, яка увійшла до всіх керівництв і є зараз загальновизнаною. "Але всі ці дослідження відповідають на питання, "як" відбувається цей процес, - зазначає А.А. Імшенецький, - але не відповідають на питання, "чому" стало можливе це гармонійне, це виключно складне функціонування ферментів усередині дріжджової клітини та "навіщо ті чи інші процеси бродіння виникли. Це лише деталізація основної ідеї, яку розвинув тоді Пастер, а не протиставлення хімічної теорії бродіння біологічної.

Пастер вперше як геніальний біолог дав вичерпну відповідь, чому виникли бродіння. Він пояснив доцільність цих процесів і показав, що вони необхідні для життєдіяльності клітин, і якби вони не мали пристосувального характеру, то не могли б виникнути в природі. Це іноді забувається у хімічних дослідженнях.

Пастер вказав на енергетичне значення бродіння і показав, що вони мають екологічне значення. У своїх дослідженнях він неодноразово відзначає ту велику роль, яку відіграють продукти власної життєдіяльності мікроорганізмів у зміні навколишнього середовища. Встановлюючи, що одне вид мікроба витісняє продуктами своєї життєдіяльності інший, Пастер вирішує одне з найцікавіших екологічних завдань. Тут же слід зауважити, що він відмовився, на відміну від сучасних йому німецьких дослідників, від пошуків універсального живильного середовища, на якому могли б зростати всі види мікробів без винятку, і вперше застосував середовища, виходячи з екології, тобто умов існування мікробів . Тому ми вправі вважати Пастера також основоположником молодої галузі мікробіології - екології мікроорганізмів, що ще розвивається.

Розгадка явищ бродіння мала величезне практичне значення як французького виноробства, що зазнавав величезних збитків від " хвороб вина " , а й зіграла виняткову роль розвитку біологічної науки, практики сільського господарства та промисловості. Глибоке пізнання природи бродіння дає можливість керувати їх процесами. Це дуже важливо для хлібопечення, виноробства, приготування багатьох харчових речовин.

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Найважливіші наукові відкриття:

▪ Закон Архімеда

▪ Велика теорема Ферма

▪ клонування

Дивіться інші статті розділу Найважливіші наукові відкриття.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

3D-друкарський матеріал для відновлення хрящової тканини 07.04.2019

Протягом вже досить тривалого часу фахівці з біоінженерії та медичних імплантів практикують досить традиційний концепт заміни кісткової тканини та підтримки кісткових структур за допомогою спеціальних імплантів, які допомагають кісткам та їх сполук рухатися вільно та без болю. Особливо такий концепт став популярним та цікавим під час лікування післяопераційних проблем такого роду. Однак сьогодні команда фахівців з Університету Меріленду в США представила свій новий варіант штучного кісткового імпланту, створеного за допомогою 3D-принтера і що володіє можливістю щонайменше відновлювати хрящові з'єднання.

Таким чином, новий концепт імпланту розрахований на застосування у сфері лікування остеохондральних проблем та остеохондральної тканини - яка є спеціальним сполучним шаром зовнішнього типу, що розташовується зазвичай між двома і більш твердими кістками і підтримує хрящову сполуку. Попередні кісткові імпланти, незважаючи на свою здатність майже безвісти розчинятися після певного часу реабілітації, все-таки не можуть похвалитися таким же ступенем надійності і стійкості до зовнішніх деформаційних факторів, яка спостерігається у представленого експериментального кісткового імпланту.

Фахівці-розробники відзначають, що в їх випадку стало можливим створити такий імплант, який, розчиняючись і розкладаючись безпечним чином поряд з природною кістковою тканиною, при цьому має можливість відновлювати сполучну тканину і хрящові проміжки, тим самим досягаючи двох цілей - значно знижуючи больові відчуття. операцій на цій тканині та забезпечуючи значно більш високий ступінь надійності підтримки кісток.

Стає зрозуміло, що при такому новому технологічному підході створення імпланту можна розраховувати на справді відмінний варіант післяопераційної підтримки, проте варто визнати, що поки що фахівці-розробники такого експериментального кісткового імпланту з відновлюючими властивостями продовжують шукати найбільш підходящий варіант їх масового виробництва.

Інші цікаві новини:

▪ Розкрито справжнє походження Стоунхенджа

▪ Нова серія контролерів ШІМ для перетворювачів AC-DC та DC-DC

▪ Інноваційна флеш-пам'ять 4D NAND

▪ Ключова технологія оптичного транзистора

▪ Ноутбук з водяним охолодженням від Hitachi

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Вузли радіоаматорської техніки. Добірка статей

▪ стаття Передача електроенергії на великі відстані. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття Як виміряти і зважити Сонце? Детальна відповідь

▪ стаття Збір лісового насіння, плодів та шишок. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Ремонт блоку запалювання бензопили. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Транзисторні збирання серії КТ222. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт