Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie

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Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie Der zweite sehr alte Aspekt der Mikrobiologie neben der Beschäftigung mit den Infektionskrankheiten ist die Biotechnologie. Glauben Sie bitte nicht, dies sei etwas Modernes. Seit Jahrtausenden hat die Menschheit in vielen angewandten Bereichen ein sehr fundiertes operationales Wissen. Denken Sie nur an die Fermentationsprozesse bei der Käseherstellung. Oder an die Herstellung solcher lebenswichtigen Dinge wie Wein und Bier. Vermutlich gibt es keine Kultur in der Menschheitsgeschichte, die nicht eine reproduzierbare Methode zur alkoholischen Gärung erfunden hätte. Auch zu diesem Bereich lohnt sich ein Durchblättern des Alten Testaments (Noah und der Wein). Machen wir den Sprung in die Neuzeit. Die beiden großen Mikrobiologen des 17. Jahrhunderts sind der Engländer Robert Hooke (1635−1703) und Anton van Leeuwenhoek aus Holland (1632−1732). Hooke war Kurator an der Royal Society of London und hatte sich ein kompliziertes, zusammengestztes Mikroskop gebaut, mit dem er auf die Jagd nach kleinen Organismen ging. Die Ergebnisse dieser Studien wurden dann in dem berümt gewordenen Buch 'Micrographia' publiziert. Aus diesem Buch ist besonders eine Zeichnung sehr bekannt geworden, die die Sporenbehälter bestimmter Schimmelpilze abbildet. Leider taugte Hooke's Mikroskop nicht viel, so daß er die einzelne Pilzsporen in den Sporenbehältern nicht sehen konnte. Auch Bakterien hat er mit Sicherheit nie gesehen. Sein Mikroskop war gemessen an der damals möglichen Präzision beim Linsenschleifen viel zu kompliziert. Das gelang aber seinem Zeitgenossen van Leeuwenhook aus Delft. Dieser Mann war ein Pedant, der die besten Mikroskope baute, die mit dem damaligen Glas und der damaligen Mechanik überhaupt möglich waren. Es waren extrem einfache Mikroskope mit nur einer einzigen Linse, die aber eine so große Auflösung hatten, daß van Leeuwenhoek wirklich einzelne Bakterienzellen sehen konnte. Die Untersuchungsobjekte wurden auf eine verstellbare Nadel vor einer erstklassigen, mit viel Akribie geschliffenen Linse gesteckt. Die Proben konnte er dann sehen, indem er das Mikroskop an sein Auge hielt und im richtigen Winkel eine Lichtquelle anvisierte. Damit erhielt van Leeuwenhoek eine Art Dunkelfeldbeleuchtung, in der sich die Mikroben als helle Objekte vor dunklem Hintergrund kontrastieren ließen. Unter anderem fragte sich van Leeuwenhoek, warum der Pfeffer scharf schmeckt. Eine wissenschaftlich haltbare Antwort auf diese Frage hat er nie gefunden. Er hatte aber eine Hypothese, die er mit seinen Mikroskopen überprüfen wollte. Sie sehen, van Leeuwenhoek war ein sehr moderner Mann. Er dachte, der scharfe Geschmack könnte von kleinen 'animacules' im Pfeffer verursacht werden. Er suspendierte also gemahlenen Pfeffer in Wasser und mikroskopierte. Zunächst sah er nichts. Da er aber ein sehr pedantischer Analytiker war, schaute er dieselbe Suspension immer wieder an, bis er am zehnten Tag eine Vielzahl von Mikroorganismen wahrnahm, die sich zum Teil heftig bewegten. Anhand seiner Zeichnungen und Größenabschätzungen können wir noch heute nachvollziehen, daß van Leeuwenhoek zum erstenmal in der Menschengeschichte Bakterien gesehen hat. Was er damals leider nicht begriffen hat war der Unterschied zwischen Ursache und bloßer Korrelation. Über diese und andere Beobachtungen berichtete van Leeuwenhoek über einen Zeitraum von 50 Jahren an die Royal Society in London. Manche der englischen Wissenschaftler glaubten ihm, andere nicht. Das lag unter anderem daran, daß niemand, auch nicht Hooke, in der Lage war, Mikroskope von derart exzellenter optischer Qualität zu bauen. In den Biowissenschaften war das folgende 18. Jahrhundert geprägt von der Grundsatzfrage nach der Entstehung des Lebens. Gibt es eine Urzeugung aus totem Material? Geht alles Leben auf die Schöpfung zurück? Das war wahrscheinlich die brennendste Frage dieser Zeit.Das klassische Experiment jener Zeit war Spallanzani's Hosenfrosch−Versuch. Die Hosenfrösche des Lazzaro Spallanzani Zur Lösung der Fortpflanzungsrätsel trugen van Leeuwenhoeks Beobachtungen zunächst nicht viel bei. Nach wie vor ging der internationale Streit zwischen Anhängern der Urzeugungstheorie und diverser anderer Theorien hin und her. Welche Argumente metaphysischer Art dabei oft eine Rolle spielten, sehen Sie am besten an einem Beispiel: Die Auffassung, daß alles Leben aus Eiern stammt, geht auf folgende Überlegung Die Hosenfrösche des Lazzaro Spallanzani 2
zurück: Saßen die Keime des zukünftigen Lebens im Sperma, dann mußten die Spermatozoen des Menschen eine Seele haben. Aber das war doch ganz offensichtlich Unsinn, da Tag für Tag Milliarden von Spermien zugrunde gingen. Wie konnten sie da beseelt sein? Wo wären die vielen Seelen geblieben? Also mußte das Leben an die erheblich weniger verschwenderisch behandelten Eier gebunden sein. Auch der Priester und nebenbei Professor der Metaphysik Lazzaro Spallanzani war ein Ovulist, der aber den Schritt zum experimentell arbeitenden Wissenschaftler schaffte. Er nahm sich vor zu beweisen, daß das Sperma den Anstoß zur Entwicklung des Lebens im Ei gab, etwa in der Art eines Katalysators. Sein Tier−Modell war der Frosch. Spallanzani schnitt etliche Froschweibchen während der Begattung auf, entnahm die Eier, legte sie in Wasser und stellte fest, daß sie ohne Entwicklung von Kaulquappen verfaulten. Eier aber, die den Mutterleib schon verlassen hatten und in Kontakt mit der Sperma−Flüssigkeit des Männchens gekommen waren, entwickelten sich zu Kaulquappen. In diesem Zusammenhang entdeckte Spallanzani die äußere Befruchtung. Die Frösche spritzten einen Spermastrahl in Richtung des Weibchens, die sich dann über die austretenden Eier verbreitete. Um sicher zu gehen, daß diese Flüssigkeit auch wirklich die Spermien enthielt, machte Spallanzani seinen berühmt gewordenen, recht witzigen Versuch, das sogenannte Hosenfrosch−Experiment. Einige der Froschmännchen bekamen festsitzende Höschen aus festsitzendem, gewachsten Taft angezogen und wurden derart adrett aufgemacht zu den paarungsbereiten Weibchen gesetzt. Erwartungsgemäß entwickelte sich unter diesen Umständen aus den Eiern gar nichts. Aus unserer heutigen Sicht würden wir Spallanzani's Experiment doch so interpretieren: Sowohl Spermien als auch die Eier sind notwendig, damit sich neues Leben entwickeln kann. Diesen letzten Schritt konnte Spallanzani, der selbstverständlich in das historische und intellektuelle Umfeld seiner Zeit eingebettet war, leider nicht vollziehen. Er blieb bis an sein Lebensende im Jahre 1799 ein vehementer Ovulist: Für ihn war das Sperma lediglich ein Stimulans für die Entwicklung des Lebens im Ei. Wir sollten heute bitte nicht überheblich sein: Selbstverständlich können auch wir nur vor unserem kulturgeschichtlichen Hintergrund denken und handeln. Somit bleibt abzuwarten, welche Irrtümer wir mit unseren Experimenten und Interpretationen heute begehen. Vielleicht sind auch wir gerade dabei, uns zum Gespött zukünftiger Generationen zu machen. Das Vierflaschen−Experiment Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie Auch zur Frage der Herkunft von Mikroorganismen leistete der italienische Priester Lazzaro Spallanzani einen Beitrag, das berühmte Vierflaschen−Experiment. In alle Flaschen wurden abgekochte Pflanzensamen und anderes organisches Material gefüllt. Flasche 1 wurde luftdicht zugeschmolzen; Flasche 2 wurde mit einem Baumwollstopfen verschlossen; Flasche 3 bekam einen Korken und Flasche 4 blieb offen stehen. Nach drei Wochen wurde dann mikroskopiert. Erwartungsgemäß wimmelte es in der offenen Flasche; die verkorkte oder mit dem Wattestopfen verschossene Flasche enthielt immer noch eine ganze Menge Mikroben, aber die hermetisch abgeschmolzene Flasche war keimfrei. Dieses Ergebnis widersprach nach Spallanzani's Meinung der Urzeugungstheorie, Spallanzani jubelte und verkündete, die Mikroorganismen seien durch die Luft in die Gefäße eingedrungen und hätten sich dann vermehrt. Eine nicht ganz falsche Schlußfolgerung. Leider ist sein Experiment nicht stichhaltig gewesen. Denn die vier Flaschen unterschieden sich ja nicht nur durch die Art ihres Verschlusses, sondern eben auch durch die Versorgung mit Luft: fast keine in Flasche 1 und dann eben zunehmend mehr in den anderen drei Flaschen. In einem guten Experiment darf natürlich nur ein Parameter geändert werden. Das sahen auch Spallanzani's Zeitgenossen, die Urzeugungs−Vertreter, die somit diese Debatte zunächst gewonnen hatten. Diese Geschicht ist nicht nur aus historischer Sicht interessant. Sie können an diesem klassischen Modellfall lernen, wie gute Wissenschaft gemacht wird. Ausgehend von plausiblen Hypothesen werden Experimente erdacht und durchgeführt, die aus der Hypothese eine Theorie werden lassen. Diese jetzt gut begründete und experimentell untermauerte Theorie wird dann publiziert und von anderen Wissenschaftlern kritisch durchdacht. Haben die wissenschaftlichen Gegner gute Argumente und finden Schwächen im Experiment oder Fehler in der Interpretation, so gilt die Hypothese als widerlegt. Im Idealfall erwächst dann aus der wissenschaftlichen Debatte die nächste Hypothese, die dann hoffentlich tragfähiger ist. Das Vierflaschen−Experiment 3
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Seite 19 und 20: Keine Artefakte sind die Membransta
Seite 21 und 22: Maße von den Wachstumsbedingungen
Seite 25 und 26: kugelförmige Bakterien (Mikro−,
Seite 27: Übungsaufgaben als Vorbereitung zu

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