Теодор Шванн: Неміс физиологы және метаболизм терминінің авторы

Кіріспе

Неміс физиологы (1810–1882)
Америкалық Одақтың әскер офицері

Теодор Шванн (7 желтоқсан 1810 – 11 қаңтар 1882) – неміс дәрігері және физиологы, сонымен қатар "метаболизм" терминін ойлап табушы.

Ерте өмір және білім

Теодор Шванн 1810 жылдың 7 желтоқсанында Нойс қаласында Леонард Шванн мен Элизабет Роттелстің отбасында дүниеге келді. 1829 жылы Шванн Бонн университетінің медицинаға дайындық курсына түсті. 1831 жылы ол философия бакалавры дәрежесін алды. Боннда оқып жүргенде Шванн физиолог Йоханнес Петер Мюллермен танысып, оныңмен бірге жұмыс істеді. Мюллер Германияда ғылыми медицинаның негізін қалаушы саналады, ол 1837–1840 жылдары «Handbuch der Physiologie des Menschen für Vorlesungen» атты еңбегін жариялады. Бұл еңбек 1837–1843 жылдары ағылшын тіліне «Физиология элементтері» деп аударылып, 1800-жылдардың басты физиологиялық оқулығына айналды. 1831 жылы Шванн медициналық білімін жетілдіру үшін Вюрцбург университетіне көшті. Ол мұны, кем дегенде, қысқа мерзімге отбасы мұрасының есебінен істей алды. 1838 жылға қарай Шваннға жалақысы жоғарылау лауазым қажет болды. Ол католиктік қала – Боннға қайта оралуға үміттенді. 1838 және 1846 жылдары профессорлық қызметке үміткер болды, бірақ нәтижесіз аяқталды. Бұлшықеттердің жиырылуы, ашыту, ас қорыту және шіру сияқты процестерді зерттеу барысында Шванн тірі құбылыстардың «материалдық емес өмірлік күштің» емес, физикалық себептердің нәтижесі екенін көрсетуге тырысты. 1872 жылы ол жалпы анатомияны оқытуды, ал 1877 жылы эмбриологияны оқытуды тоқтатты. 1879 жылы толыққанды зейнеткерлікке шықты.

Бұлшықет ұлпасы

Шваннның 1835 жылғы алғашқы еңбектерінің кейбіреулері бұлшықеттердің жиырылуымен байланысты, ол оны "физиологияға есептеуді енгізудің" бастапқы нүктесі ретінде қарастырды. Шваннның жазбалары физиологиялық процестердің заңдылықтары мен заңдарына қол жеткізуді үміттене отырып, реттеліліктерді табуға ниеттенгенін көрсетеді. Пепсин – жануарлар тінінен бөліп алынған алғашқы фермент. Ол жұмыртқа ақшасынан алынған альбуминнің пептонға ыдырайтынын көрсетті. Шваннның айтуынша, осындай талдаулар жүргізу арқылы, соңында "барлық тірі организмдердің даму процесін толыққанды түсіндіруге" болады. 1836 жылға қарай Шванн алкогольді ашыту бойынша көптеген тәжірибелер жүргізді. Шванн басқалар алкогольдік ашыту кезінде ашытқының көбеюін ғана байқағаннан өзгеше, ашытқыға бастапқы себепші фактор рөлін берді, содан кейін ол тірі екенін мәлімдеді. Шванн микроскопты пайдаланып, ашытқыдағы ашытудың екі танымал теориясын жоққа шығаратын мұқият жоспарланған тәжірибелер сериясын жүргізді. Біріншіден, ол жабық ыдыстағы ашытқыдан алынған сұйықтықтың температурасын оттегінің қатысуымен бақылады. Қыздырылғаннан кейін, сұйықтық енді ашымайды. Бұл Жозеф Луи Гей-Люссактын оттегі ашытуға себеп болатын деген болжамын жоққа шығарды. Бұл процесс жүзеге асуы үшін қандай да бір микроорганизмнің қатысуы қажет екенін көрсетті. Содан кейін Шванн тазартылған және тазартылмаған ауаның әсерін тексерді. Шванн ашыту үшін ашытқының болуын қажет ететінін және ашытқының өсуі тоқтағанда тоқтатылатынын көрсетті. Ол қанттың спиртке айналуының себебі – ашытқының әрекетіне негізделген органикалық биологиялық процесс екенін түсіндірді. Ол ашытудың қантты тотықтыру сияқты бейорганикалық химиялық процесс емес екенін көрсетті. Иронияға орай, Шваннның еңбегі кейіннен витализмнен алшақтаудың алғашқы қадамы ретінде қарастырылды. Шваннның ашыту жөніндегі еңбегінің құндылығын он жылдан кейін Луи Пастер мойындады. 1839 жылы оның "Жануарлар мен өсімдіктердің құрылымы мен өсуінің ұқсастығы туралы микроскоптық зерттеулер" (Mikroskopische Untersuchungen über die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachsthum der Thiere und Pflanzen) атты кітабы жарық көрді. Бұл кітап қазіргі биологияның негізгі еңбегі саналады. Онда Шванн "Барлық тірі организмдер жасушалардан және жасуша өнімдерінен тұрады" деп мәлімдеді. Ол жасуша туралы тағы үш қорытынды жасады, олар оның жасуша теориясын немесе жасушалық доктринасын құрады. Алғашқы екеуі дұрыс болды: жасуша – тірі организмдердің құрылымының, физиологиясының және ұйымдасқандығының бірлігі. Шванн бұл тұжырымын ересек жануарлардың тіндерін зерттеп, барлық тіндерді жоғары дифференциацияланған жасушалық тіндердің бес түріне жіктеуге болатынын көрсетті. Шваннның жасушалардың қалыптасуы туралы үшінші қағидасы кейіннен жоққа шығарылды. Шванн тірі жасушалардың кристаллдардың қалыптасуына ұқсас жолмен қалыптасады деп болжады. Ал біологтар 1857 жылы "Omnis cellula e cellula" – әрбір жасуша басқа жасушадан пайда болады деген мақсатын танымал еткен патолог Рудольф Вирховтың көзқарасын қабылдады. Бұл эпиграмманы алғаш рет 1825 жылы Франсуа Винсент Распель ұсынған, бірақ Распельдің жазбалары оның республикалық көзқарастарына байланысты танымал болған жоқ. Шванн мен Распель бір-бірінің жұмысын білгеніне ешқандай дәлел жоқ. Шеткі жүйкелердің майлы миелин қабықтары қалай қалыптасады деген мәселе электронды микроскоп ойлап табылғанға дейін шешілмей келді. Қазіргі кезде шеткі жүйке жүйесіндегі барлық аксондар Шванн жасушаларымен оралған екені белгілі. Олардың механизмдері зерттелуде. Шванн сондай-ақ жоғарғы өңештің бұлшықет тінінің жолақты екенін анықтады. Шванн тісті зерттегенде, бірінші болып эмальдің ішкі бетіне және тіс қабығына жалғасқан "цилиндрлі жасушаларды" байқады. Сондай-ақ, ол дентин түтікшелеріндегі талшықтарды анықтады, олар кейін "Томес талшықтары" деп аталды. Ол түтікшелер мен талшықтардың ықтимал құрылымдық және функционалдық маңыздылығы туралы болжам жасады.

Some of Schwann's earliest work in 1835 involved muscle contraction, which he saw as a starting point for "the introduction of calculation to physiology". Schwann's notes suggest that he hoped to discover regularities and laws of physiological processes. Pepsin was the first enzyme to be isolated from animal tissue. He demonstrated that it could break down the albumin from egg white into peptones. Even more importantly, Schwann wrote, by carrying through such analyses one could eventually "explain the whole developmental process of life in all organized bodies." By 1836, Schwann had carried out numerous experiments on alcohol fermentation. Schwann went beyond others who simply had noted the multiplication of yeast during alcoholic fermentation, first by assigning yeast the role of a primary causal factor, and then by claiming it was alive. Schwann used the microscope to carry out a carefully planned series of experiments that contraindicated two popular theories of fermentation in yeast. First he controlled the temperature of fluid from fermenting beer in a closed vessel in the presence of oxygen. Once heated, the liquid could no longer ferment. This disproved Joseph Louis Gay Lussac's speculation that oxygen caused fermentation. It suggested that some sort of microorganism was necessary for the process to happen. Next, Schwann tested the effects of purified air and unpurified air. Schwann had demonstrated that fermentation required the presence of yeasts to start, and stopped when the yeasts stopped growing. He concluded that sugar was converted to alcohol as part of an organic biological process based on the action of a living substance, the yeast. He demonstrated that fermentation was not an inorganic chemical process like sugar oxidation. Ironically, Schwann's work was later seen as being a first step away from vitalism. The value of Schwann's work on fermentation eventually would be recognized by Louis Pasteur, ten years later. This was followed in 1839 by the publication of his book Mikroskopische Untersuchungen über die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachsthum der Thiere und Pflanzen (Microscopic investigations on the similarity of structure and growth of animals and plants). It is considered a landmark work, foundational to modern biology. In it Schwann declared that "All living things are composed of cells and cell products". He drew three further conclusions about cells, which formed his cell theory or cell doctrine. The first two were correct:
The cell is the unit of structure, physiology, and organization in living things. Schwann supported this claim by examining adult animal tissues and showing that all tissues could be classified in terms of five types of highly differentiated cellular tissues. Schwann's third tenet, speculating on the formation of cells, was later disproven. Schwann hypothesized that living cells formed in ways similar to the formation of crystals. Biologists would eventually accept the view of pathologist Rudolf Virchow, who popularized the maxim Omnis cellula e cellula—that every cell arises from another cell—in 1857. The epigram was originally put forth by François Vincent Raspail in 1825, but Raspail's writings were unpopular, partly due to his republican sentiments. There is no evidence to suggest that Schwann and Raspail were aware of each other's work. How the fatty myelin sheaths of peripheral nerves were formed was a matter of debate that could not be answered until the electron microscope was invented. All axons in the peripheral nervous system are now known to be wrapped in Schwann cells. Their mechanisms continue to be studied. Schwann also discovered that muscle tissue in the upper esophagus was striated. In examining teeth, Schwann was the first to notice "cylindrical cells" connected to both the inner surface of the enamel and the pulp. He also identified fibrils in the dentinal tubes, which later became known as "Tomes's fibers". He speculated on the possible structural and functional significance of the tubes and fibrils.

Метаболизм

Микроскопиялық зерттеулерінде Шванн "метаболизм" терминін енгізді, оны алғаш рет неміс тіліндегі "metabolische" сын есімі түрінде жасушалардың химиялық әрекеттерін сипаттау үшін қолданды. 1860 жылдары француз тіліндегі мәтіндер le métabolisme сөзін қолдана бастады. "Метаболизм" терминін ағылшыз тіліне Майкл Фостер 1878 жылғы "Физиология оқулығында" енгізді.