Теодор Шванн: Жизнь и научные открытия немецкого физиолога.

Введение

Немецкий физиолог (1810–1882) офицер армии Союза США.

Теодор Шванн (7 декабря 1810 – 11 января 1882) был немецким врачом и физиологом, а также автором введения термина "метаболизм".

Ранние годы и образование

Теодор Шванн родился в Нойсе 7 декабря 1810 года в семье Леонарда Шванна и Элизабет Роттельс. В 1829 году Шванн поступил в Боннский университет на предмедицинский курс. В 1831 году он получил степень бакалавра философии. Обучаясь в Бонне, Шванн познакомился и работал с физиологом Иоганном Петером Мюллером. Мюллер считается основателем научной медицины в Германии, опубликовав свой "Учебник физиологии человека для лекций" в 1837–1840 годах. Он был переведен на английский язык как "Элементы физиологии" в 1837–1843 годах и стал ведущим учебником по физиологии XIX века. В 1831 году Шванн переехал в Вюрцбургский университет для прохождения клинической практики по медицине. Он мог себе это позволить, по крайней мере, в краткосрочной перспективе, благодаря семейному наследству. К 1838 году Шванну требовалась должность с более существенной заработной платой. Он надеялся вернуться в Бонн, католический город. Он пытался получить профессорскую должность там в 1838 и снова в 1846 году, но безуспешно. Изучая такие процессы, как сокращение мышц, брожение, пищеварение и гниение, Шванн стремился доказать, что живые явления являются результатом физических причин, а не "каких-то нематериальных жизненных сил". С 1872 года он прекратил преподавать общую анатомию, а с 1877 года – эмбриологию. Он полностью вышел на пенсию в 1879 году.

Мышечная ткань

Некоторые из самых ранних работ Швана в 1835 году были посвящены сокращению мышц, которое он рассматривал как отправную точку для "введения количественных методов в физиологию". Заметки Швана свидетельствуют о его надежде открыть закономерности и законы физиологических процессов. Пепсин стал первым ферментом, выделенным из тканей животных. Он продемонстрировал, что пепсин способен расщеплять альбумин из яичного белка на пептоны. И что еще более важно, как писал Шванн, проведение подобных анализов в конечном итоге позволит "объяснить весь процесс развития жизни во всех организованных телах". К 1836 году Шванн провел множество экспериментов по спиртовому брожению. Шванн пошел дальше других, которые лишь отмечали размножение дрожжей во время спиртового брожения, сначала приписав дрожжам роль первичной причины, а затем заявив, что они живы. Шванн использовал микроскоп для проведения тщательно спланированной серии экспериментов, опровергающих две популярные теории брожения, связанные с дрожжами. Сначала он контролировал температуру жидкости из бродившего пива в закрытом сосуде в присутствии кислорода. После нагревания жидкость больше не бродила. Это опровергло предположение Жозефа Луи Гей-Люссака о том, что кислород вызывает брожение. Это указывало на необходимость какого-то микроорганизма для протекания процесса. Затем Шванн проверил влияние очищенного и неочищенного воздуха. Шванн показал, что для начала брожения необходимо присутствие дрожжей, и оно прекращается, когда дрожжи перестают расти. Он пришел к выводу, что сахар превращается в спирт в рамках органического биологического процесса, основанного на действии живого вещества – дрожжей. Он продемонстрировал, что брожение не является неорганическим химическим процессом, таким как окисление сахара. Иронично, но работы Швана позже стали рассматриваться как первый шаг от витализма. Ценность работы Швана по брожению была признана Луи Пастером десять лет спустя. В 1839 году была опубликована его книга "Микроскопические исследования о сходстве структуры и роста животных и растений". Она считается основополагающей работой, заложившей основы современной биологии. В ней Шванн заявил, что "все живые существа состоят из клеток и продуктов клеток". Он сформулировал еще три вывода о клетках, которые легли в основу его клеточной теории или клеточного учения. Первые два вывода оказались верными: клетка является структурной, физиологической и организационной единицей живых организмов. Шванн подтвердил это утверждение, изучив ткани взрослых животных и показав, что все ткани можно классифицировать по пяти типам высокодифференцированных клеточных тканей. Третий принцип Швана, касающийся образования клеток, впоследствии был опровергнут. Шванн предположил, что живые клетки формируются аналогично образованию кристаллов. В конечном итоге биологи приняли точку зрения патолога Рудольфа Вирхова, который в 1857 году популяризировал максиму "Omnis cellula e cellula" – "всякая клетка из клетки". Этот афоризм был впервые предложен Франсуа Винсентом Распейлем в 1825 году, но труды Распейля были непопулярны, отчасти из-за его республиканских взглядов. Нет никаких доказательств того, что Шванн и Распейль знали о работах друг друга. Вопрос о том, как формируются жировые миелиновые оболочки периферических нервов, оставался без ответа до изобретения электронного микроскопа. Теперь известно, что все аксоны периферической нервной системы обернуты клетками Швана. Механизмы их действия продолжают изучаться. Шванн также обнаружил, что мышечная ткань в верхней части пищевода имеет поперечную исчерченность. При изучении зубов Шванн первым заметил "цилиндрические клетки", соединенные как с внутренней поверхностью эмали, так и с пульпой. Он также идентифицировал фибриллы в дентиновых канальцах, которые позже стали известны как "фибриллы Томаса". Он высказал предположения о возможном структурном и функциональном значении канальцев и фибрилл.

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

В своих микроскопических исследованиях Шванн ввел термин "метаболизм", который он впервые использовал в немецкой прилагательной форме "metabolische" для описания химических процессов в клетках. Французские тексты 1860-х годов начали использовать "le métabolisme". Термин "метаболизм" вошел в английский язык благодаря Майклу Фостеру в его "Учебнике физиологии" в 1878 году.