תיאוריה ביולוגית של תסיסה. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

גילויים מדעיים חשובים ביותר
ספרייה חינם / מדריך / התגליות המדעיות החשובות ביותר

תיאוריה ביולוגית של תסיסה. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

התגליות המדעיות החשובות ביותר

בשנת 1680 הולנדי אנתוני ואן לוונהוק ראיתי לראשונה שמרי בירה במיקרוסקופ הביתי שלי. הוא תיאר אותם במכתב לחברה המלכותית ונתן ציור המציג תאים עגולים ניצנים באשכולות. כך החל חקר המורפולוגיה של השמרים. תצפיות אלו הקדימו בהרבה את מצב המדע באותה תקופה. רק ב-1835 הופיעו הדיווחים של קנארד דה לאטור בצרפת, שוואן וקוצינג בגרמניה, שבהם הוכח שהשמרים שייכים לאורגניזמים צמחיים נמוכים יותר שיש להם גרעין, מתרבים על ידי ניצנים על חומרי הזנה המכילים סוכר, וגורמים תְסִיסָה. עם זאת, כיוון ביולוגי זה במחקר הקשור לבירור הסיבות לתסיסה לא זכה להכרה אוניברסלית במחצית הראשונה של המאה ה-XNUMX.

באמצע המאה התשע-עשרה, התיאוריה הכימית של התסיסה הייתה נפוצה. לדוגמה, סטאל טען כי חומרים מתכלים יכולים להעביר מצב זה לחומר אחר שאינו מתכלה כעת. הריקבון מלווה בתנועה, והיכולת לגרום לריקבון קשורה להעברת תנועה לגוף במנוחה. גם אנזימים נמצאים בתנועה, והיכולת שלהם לגרום לתסיסה קשורה להעברת התנועה.

הכימאים הבולטים של התקופה ליביג וברזליוס פיתחו נקודת מבט זו. ברזליוס לא ראה הבדל מהותי בין סוגים שונים של תסיסה וריקבון – כל אלו הם שלבים שונים של אותו תהליך. התסיסה אפשרית רק בשני תנאים: המדיום חייב להכיל גלוטן או חומר אורגני חנקני אחר והנוזל המותסס המכיל גלוטן חייב להיות חשוף לחמצן אטמוספרי. במקרה זה נוצר בתחתית הכלי משקע בלתי מסיס המסוגל לגרום לתסיסה חדשה. ליביג קשר את כל תהליכי התסיסה לפירוק וריקבון של חומרים אורגניים, האחרונים, העוברים ריקבון, הופכים לאנזימים וכבר יכולים לגרום לתסיסה של חומרים שאינם נרקבים, כמו סוכר.

כאשר החומרים המתכלים באים במגע עם התסיסה, האחרון מתפרק לחלקיקים. ליביג לא הכחיש שיש צורך בשמרים לתסיסת סוכר, אבל לאו דווקא חיים, שכן הם שמרים גוססים ומתכלים שגורמים לתסיסה, כמו כל חומר נרקב.

כאלה, במונחים הכלליים ביותר, הם היסודות של התיאוריה הכימית של התסיסה עד שהמדען הצרפתי פסטר החל את מחקרו על התסיסה.

לואיס פסטר (1822-1895) נולד בעיירה דול בצרפת. לואיס גדל במשפחה ידידותית גדולה. למרות בריאות לקויה ומחסור בכספים, סיים פסטר את לימודיו בהצלחה, תחילה בקולג' בארבואה, ולאחר מכן בבזנסון. לאחר שסיים את לימודיו כאן עם תואר ראשון, בשנת 1843 הוא נכנס לבית הספר הרגיל הגבוה, שמכשיר מורים לבתי ספר תיכוניים.

לאחר שסיים את לימודיו בבית הספר בשנת 1847, פסטר עבר את הבחינות לתואר עוזר פרופסור למדעי הפיזיקה. ושנה לאחר מכן הגן על עבודת הדוקטורט שלו. אז פסטר עוד לא היה בן 26, אבל הוא כבר זכה לתהילה על מחקריו בתחום מבנה הקריסטל. המדען הצעיר נתן תשובה לשאלה שנותרה לא פתורה לפניו, למרות מאמציהם של מדענים מובילים רבים. הוא גילה את הסיבה להשפעה הלא שוויונית של קרן אור מקוטבת על גבישים של חומרים אורגניים. תגלית יוצאת דופן זו הובילה מאוחר יותר להופעתה של הסטריאוכימיה - מדע הסידור המרחבי של אטומים במולקולות.

כמו כן, בשנת 1848, פסטר הפך לפרופסור חבר לפיזיקה בדיז'ון. שלושה חודשים לאחר מכן, הוא נכנס לתפקיד חדש כפרופסור חבר לכימיה בשטרסבורג. פסטר לקח חלק פעיל במהפכה של 1848 ואף הצטרף למשמר הלאומי.

בשנת 1854, מונה פסטר לדיקן של הפקולטה לפיזיקה ומתמטיקה שאורגנה לאחרונה באוניברסיטת ליל. אזור זה של צרפת היה מפורסם בתעשיות הסוכר והתסיסה שלו. הבעלים של מפעלים מקומיים פנו שוב ושוב לפסטר בבקשה לסייע ברציונליזציה של הייצור, בשיפורו, בהנחיית ההישגים האחרונים של המדע. בהיכרות עם עבודת המפעלים, פסטר לא יכול היה שלא להגיע למסקנה שהידע המדעי המודרני בתחום זה היה יותר מצנוע, והדבר גרם לו להתחיל ללמוד תסיסות.

הוא התחיל ללמוד את הנושא הזה. תוצאת המחקר שלו הייתה מונוגרפיה. ספר הזכרונות הראשון שפורסם הוקדש לתסיסה של חומצת חלב. הוא עשה רושם גדול במיוחד בעולם המדעי, שכן מדובר בתסיסה חדשה - כל המחקרים הקודמים עסקו בתסיסה אלכוהולית בעיקרה.

"פסטר ערך את כל מחקריו על תסיסות כדי לגלות באיזו מידה הנתונים הניסויים שלו יכולים לאשש או להפריך את התיאוריה הכימית של תסיסות", כותב א.א. אימשנצקי בעבודתו על המדען. "ניתן לסכם את תוצאות הניסויים שלו. כדלהלן.

1. לשם התרחשות התסיסה, אין צורך באוויר, בניגוד לדעתם של תומכי התיאוריה הכימית של התסיסה. התסיסה של חומצת חלב נמשכת ללא גישה לאוויר באותו אופן כמו אלכוהול. זה מאפשר לנו לתת את הנוסחה הכללית "תסיסה היא חיים ללא חמצן". כדי לבסס תזה זו, לגילוי של פסטר של תסיסה בוטירית, הנגרמת על ידי חיידקים אנאירוביים לחלוטין, שלא רק שאינם זקוקים לחמצן, אלא שהאחרונים פועלים עליהם כמו רעל, הייתה בעלת חשיבות יוצאת דופן. לפני הגילוי הזה, האמינו שחיים ללא חמצן הם בלתי אפשריים, ולא במקרה גיי-לוסאק קשר את העמידות של מוצרים בקופסאות שימורים של אפר להתפרקות עם היעדר חמצן בקופסאות שימורים. גילוי האנאירוביוזיס נתקל בהתנגדויות חריפות של ברפלד ומדענים אחרים, אך התברר שהוא כל כך משכנע עד שכולם הכירו אותו במהרה.

2. כל תסיסה נגרמת על ידי פתוגן ספציפי. פסטר קבע לראשונה כי תסיסה של חומצת חלב קשורה להתפתחות של חיידקים הנבדלים במורפולוגיה שלהם משמרים. חומצה בוטירית נוצרת כתוצאה מפעילות חיונית של סוג מיוחד של חיידק. לחומצה אצטית ותסיסה אלכוהולית, כמו גם תסיסת אוריאה, יש פתוגנים. אין שום דבר מפתיע בעובדה שפסטר, בהתבסס על המצב הנוכחי של הטקסונומיה של אורגניזמים צמחיים נמוכים יותר, לא תמיד נתן את השמות הנכונים לאורגניזמים שתיאר. אז, הוא ייחס חיידקי חומצה בוטירית לנציגי עולם החי, קבע חיידקי חומצה אצטית כ-Mycoderma וכו '. כל זה לא שינה את המסקנה העיקרית - תסיסות שונות נגרמות על ידי חיידקים שונים.

3. התסיסה קשורה לחיים של חיידקים, עם רבייתם, ולא למוות ופירוק, כפי שסברו התומכים בתיאוריה הכימית של התסיסה. משקלם של החיידקים במהלך התסיסה גדל כל הזמן והחומרים המוססים על ידם משמשים גם את השמרים לבניית גופם.

4. לתסיסה, אין צורך כלל בנוכחות חלקיקים של חומרי חלבון (גלוטן) בתווך, שלפי חסידי התיאוריה הכימית יוצאים לדרך ומעבירים אותו לחלקיקים אחרים, ובכך גורמים לתסיסה או ריקבון. . תסיסה של סוכר עם היווצרות אלכוהול או חומצה לקטית יכולה להתרחש במדיום שאינו מכיל חלבון כלל, אך בעל תרכובת אנאורגנית כמקור החנקן היחיד, למשל אמוניום גופרתי.

תוצאות המחקרים הניסויים של פסטר הטילו מכה מכרעת בתיאוריה של ליביג. חסידיו לא יכלו עוד להסביר את התסיסה על ידי העברת תנועת החלקיקים ולשייך אותה למוות, עם פירוק של חומרים מרקבים.

אבל כבר בתחילת שנות השישים, ברתלוט הביעה ישירות את הרעיון שנקודת מבט ביולוגית מוגבלת כזו לא צריכה לספק את הפיזיולוגית, ועוד יותר את הכימאי. בהתבסס על נתונים תרמוכימיים, טען ברתלוט כי התסיסה והפעילות החיונית של תאי שמרים אינם קשורים זה לזה, שכן לצורך סינתזה של החומר החי של השמרים אין צורך בהזרמת אנרגיה מבחוץ.

התפתחות הביוכימיה והתסיסה גרמה יותר ויותר למדענים בולטים לחזור לרעיונותיו של ברתלוט. בהדרגה גדל מספר ה"אנזימים המסיסים" שהתגלו, כלומר האנזימים, והתאפשר לבצע הידרוליזה ללא תאים של דו ופוליסכרידים, פירוק חלבונים ותהליכי חמצון שונים. כל זה הוביל לכך שק.א. Timiryazev בהרצאה בשנת 1895 קבע: "... ברתלוט, מתווכח עם פסטר, ציין כי השקפת התסיסה כתהליך כימי העומד בבסיס התופעה הפיזיולוגית שפסטר צפה בה - שהשקפה זו נובעת מהמהלך ההיסטורי הבלתי נמנע של התפתחותם של כולם. מדעים, ובפרט, פיזיולוגיה, לפיהם תופעות מורכבות מצטמצמות לפשוטות, וכתוצאה מכך, פיזיולוגיות - לפיסיקליות וכימיות. וכפי שאנו רואים, ההיסטוריה כבר מצדיקה את נכונות ההתייחסות הזו אליה על ידי ברתלוט. ."

יש לומר שפסטר מעולם לא הכחיש את השתתפותם של אנזימים בתסיסה. כן, זה יהיה לא הגיוני, שכן, בהיותו כימאי, הוא לא יכול היה לדמיין את הפיכתה של מולקולה לאלכוהול ללא שרשרת של תגובות כימיות המתרחשות בתוך התא: "... אוסיף שזה תמיד היה מסתורין לי על סמך מה הם חושבים שאהיה נבוך אם יתגלה גילוי של אנזימים מסיסים בתסיסה, או אם הוכחה הפיכת סוכר לאלכוהול ללא תלות בפעילות החיונית של התא.

אין ספק שחקר התסיסה ללא תאים, מחקרים עם מיץ שמרים ותכשירים נוספים הניבו ערך רב. הם איפשרו לקבוע את ערכת התסיסה הזו, בפרט אלכוהול, שנכללה בכל המדריכים וכיום מוכרת בדרך כלל. "אבל כל המחקרים האלה עונים על השאלה "איך" התהליך הזה מתרחש", מציין א.א. אימשנצקי, "אבל אל תענו על השאלה "מדוע" התפקוד ההרמוני והמורכב הזה של אנזימים בתוך תא השמרים הפך אפשרי ו"מדוע "אלה או תהליכי תסיסה אחרים התעוררו. זה רק פירוט של הרעיון המרכזי שפיתח פסטר אז, ולא ניגוד בין התיאוריה הכימית של התסיסה לזו הביולוגית.

בפעם הראשונה, כביולוג מבריק, נתן פסטר תשובה ממצה מדוע התעוררו תסיסות. הוא הסביר את כדאיותם של תהליכים אלו והראה שהם נחוצים לחיי התאים, ואם הם לא היו בעלי אופי הסתגלותי, הם לא יכלו להתעורר בטבע. זה נשכח לפעמים במחקר כימי.

פסטר הצביע על המשמעות האנרגטית של התסיסות והראה שיש להן משמעות אקולוגית. במחקריו הוא מציין שוב ושוב את התפקיד הגדול שממלאים תוצרי הפעילות החיונית שלהם של התסיסה של מיקרואורגניזמים בשינוי הסביבה. כשהוא קובע שסוג אחד של חיידק מחליף אחר על ידי תוצרי הפעילות החיונית שלו, פסטר פותר את אחת הבעיות האקולוגיות המעניינות ביותר. יש לציין גם כאן, שבניגוד לחוקרים גרמנים בני זמננו, הוא זנח את החיפוש אחר מצע תזונתי אוניברסלי שעליו יוכלו לגדול כל סוגי החיידקים ללא יוצא מן הכלל, ולראשונה יישם את המדיום המבוסס על אקולוגיה, כלומר, התנאים עבור קיומם של חיידקים. לכן, יש לנו את הזכות לראות בפסטר גם כמייסד הענף הצעיר עדיין מתפתח של המיקרוביולוגיה - האקולוגיה של מיקרואורגניזמים.

לפתרון תופעות התסיסה הייתה חשיבות מעשית רבה לא רק לייצור היין הצרפתי, שספגה הפסדים עצומים מ"מחלות יין", אלא גם מילאה תפקיד יוצא דופן בפיתוח המדע הביולוגי, הפרקטיקה החקלאית והתעשייה. היכרות מעמיקה עם אופי התסיסות מאפשרת לשלוט בתהליכים. זה חשוב מאוד לאפייה, ייצור יין וייצור של חומרי מזון רבים.

מחבר: סאמין ד.ק.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר:

▪ חוק ארכימדס

▪ כוכב אורנוס

▪ יסודות הכלכלה הקלאסית

ראה מאמרים אחרים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מצנן CPU דק ושקט במיוחד 24.12.2012

GE פיתחה טכנולוגיית קירור מתקדמת בשם Dual Piezoelectric Cooling Jets (DCJ). עקרון הפעולה של DCJ מבוסס על יצירת סילוני אוויר מהירים באמצעות מפוח מיקרוסקופי. זרימת אוויר סוערת משפרת את העברת החום ביותר פי עשרה מזו של הסעה טבעית.

מצנן שמשתמש בטכנולוגיית DCJ יכול להיות דק עד 4 מ"מ. בהשוואה למערכות קירור קיימות, העובי הצטמצם ביותר מחצי. יתרון חשוב נוסף של ה-DCJ הוא צריכת החשמל הנמוכה שלו – מצנן כזה צורך פחות ממחצית האנרגיה הנדרשת למאוורר בעל ביצועים דומים. לבסוף, אומרים שהעיצוב הפשוט יותר מגביר את האמינות של המצנן וחוסך סכומי כסף עצומים על תיקוני מכשירים ניידים. כדאי להוסיף שה-DCJ עובד כמעט בשקט.

דוגמאות היכרות של הצידניות החדשות כבר זמינות ליצרנים המעוניינים בכך. לא ידוע מתי יופיעו מצננים דקים, חסכוניים ושקטים במחשבים ניידים ובטאבלטים. עם זאת, ידוע כי הפיתוח של GE כבר קיבל רישיון על ידי Fujikura, חברה המתמחה בייצור מערכות קירור.

עוד חדשות מעניינות:

▪ טלוויזיה אלחוטית LG OLED M

▪ קסדת בטיחות במציאות רבודה

▪ ווסת מתח LP3883 CMOS

▪ יותר מונים חכמים

▪ גלאי אש ביער

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר גלאי חוזק שדה. בחירת מאמרים

▪ מאמר נייר. היסטוריה של המצאות וייצור

▪ כתבה לאילו חיות כיס אין תיק? תשובה מפורטת

▪ מאמר מפעיל תחזוקה של יחידות קירור פריאון. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר מתפתל חוטים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר נוסחאות חישוב בעבודה עם חוט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר