Bakterien – ihre Entdeckung und Bedeutung für Natur und Mensch

261 Pages·2015·4.3 MB·German

by  Gerhart Drews (auth.)

Gerhart Drews
Bakterien –
ihre Entdeckung
und Bedeutung
für Natur und Mensch
2. Auflage
Bakterien – ihre Entdeckung und Bedeutung
für Natur und Mensch
MikroskopnachJohannChristophSturm,spätes17.Jahrhundert.Astronomisch-Physikalisches
Kabinett,Kassel
Gerhart Drews
Bakterien –
ihre Entdeckung
und Bedeutung
für Natur und Mensch
2., überarbeitete und aktualisierte Auflage
GerhartDrews
InstitutfürBiologieII,Mikrobiologie
UniversitätFreiburg
Freiburg,Deutschland
ISBN978-3-662-45326-1 ISBN978-3-662-45327-8(eBook)
DOI10.1007/978-3-662-45327-8
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Vorwort
Die„Unsichtbaren“sinddiemikroskopischkleinenLebewesen.Siewarenbeiihrer
Entdeckungim17.JahrhunderteinwenigbeachtetesKuriosum.EsgabnurdieVer-
mutung,dassPestilenzundFäulnisdurchetwasMateriellesübertragenundhervor-
gerufenwerden.Erstim19.JahrhundertbeganndiesystematischeErforschungder
KleinstlebewesenundihrerEigenschaften,ermöglichtdurchdieEntwicklungneuer
MethodenundErkenntnisseundgefördertdurchneueDenkweisen.Im20.Jahrhun-
dert wurde die Vielfalt an Stoffwechseltypen und ihre Bedeutung für die Umwelt
erforscht. In den vergangenen Jahrzehnten ist unser Wissen über Bakterien und
ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt dank der Fortschritte in der Molekular-
biologiegewaltig angewachsen.Dieses BuchistkeinLehrbuchderMikrobiologie
undihrerGeschichteundkeinhistorischerRoman,sondernversuchtdemLeserdie
Welt einiger Denker, Forscher und interessierter Laien aus vergangenen Jahrhun-
derten näherzubringen,die sich im Rahmen ihrer Möglichkeiten mit den „kleinen
Tierchen“ beschäftigten. Die mikroskopisch kleinen Lebewesen, heute unter der
Bezeichnung „Mikroorganismen“ zusammengefasst, gehören ganz verschiedenen
systematischen Gruppenan.In diesem Buchwollen wir unsmitdenBacteriaund
Archaea,diezusammengefasstauchalsProkaryotenbezeichnetwerden,befassen.
SiesinddieältestenOrganismenaufdieserErdeundhabendieVoraussetzungfür
das Leben aller anderen Organismen geschaffen. Die große Zahl und Vielfalt an
Lebensräumen,diesieeroberthabenundihreFähigkeitindiesen zuleben, haben
alle,diesichmitihnenbeschäftigen,fasziniert.WirwolleneinigederPioniereund
ihreZeitkennenlernen.HeutebeeindruckenunsdieungeheureVielfaltunddieau-
ßergewöhnlichenLeistungenderBakterienundihreWirkungaufdieUmwelt, die
vorallemaufderBasisneuerbiochemischerundmolekulargenetischerForschung
ergründetwurden.DiesesBuchwilldieFaszination,dievonderWeltderBakterien
ausgeht, anhand einiger aktueller Themenkomplexevermitteln. Dazu gehört auch
dieEntdeckungdersuborganismischen,infektiösenAgenzien.
V
VI Vorwort
DemSpringerVerlag,undhierbesondersFrauStefanieWolf,seigedankt,eine
zweite Auflage des Buches herauszugeben. In dieser zweiten Auflage wurde das
Grundkonzeptbeibehalten.EntsprechenddemraschenFortschrittaufallenGebie-
tenderMikrobiologiewurdederInhaltdurcheinigeneueThemenkomplexeerwei-
tert und ergänzt. Ich danke vielen Kollegen, die mir Bildmaterial zur Verfügung
gestellt haben. Mein besonderer Dank gilt Prof. Georg Fuchs, der die Neuauflage
kritischgelesenhat.
Freiburg GerhartDrews
Abkürzungsverzeichnis
A Adenin
ADP Adenosindiphosphat
ATP Adenosintriphosphat
Bp Basenpaare;kbpKilobasenpaare;MbpMillionenbp
C Cytosin
DNA Desoxyribonukleinsäure
G Guanin
mRNA messenger-Boten-RNA
Ma MillionenJahrevorheute
Mio. Millionen
n.Chr. nachChristiGeburt
ns Nanosekunde=10(cid:2)9Sekunden;psPicosekunde=10(cid:2)12Sekunden.
RNA Ribonukleinsäure;tRNA,transferRNA
T Thymin
(cid:2)G0 SymbolfürfreieEnthalpie;(cid:2)(cid:3) Ladungsgradient,Membranpotenzial
(cid:2)H+ Protonengradient
lµm =10(cid:2)6m;1nm=10(cid:2)9m
(cid:2) mehrals;(cid:3)wenigerals
~ etwa
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 WassindMikroorganismenundwiesindsieentstanden . . . . . . . 5
3 AnfängenaturwissenschaftlichenDenkens . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1 GalenosvonPergamon(129–199),einbedeutenderMediziner
inderAntike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Avicenna(980–1037),FördererderMedizin . . . . . . . . . . . 12
3.3 HieronymusFracastorounddasinfektiöseAgens . . . . . . . . 12
3.3.1 FracastoroalsArztundDichter . . . . . . . . . . . . . . 13
3.3.2 DieLehrevondenKontagienderInfektion . . . . . . . 20
4 Die Fortschritte der Naturwissenschaften im 17. und 18. Jahrhun-
dert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1 AntonivanLeeuwenhoek(1632–1723) . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1 Hollandim17.Jahrhundert . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.2 VanLeeuwenhoekbautMikroskopeundentdeckteine
neueWelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.3 DieEntdeckungder„sehrkleinenTierchen“ . . . . . . 34
4.2 Versuche,denBakterieninderWeltderLebeweseneinenPlatz
zuzuweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.3 MitderHypothesederUrzeugungentwickeltesichmodernes
DenkenundExperimentieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3.1 Generatio spontanea und die Entdeckung von Ent-
wicklungszyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3.2 VersuchezurSterilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
IX
X Inhaltsverzeichnis
5 Die Entwicklung moderner mikrobiologischer Forschung im 19.
Jahrhundert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1 NeueMethodenundDenkansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2 DerBreslauerBotanikerFerdinandCohnsetztMaßstäbefürdie
bakteriologischeForschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2.1 JugendundStudienjahre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2.2 Aktivitäten Cohns in der Forschung und an der
UniversitätBreslau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2.3 GründungdespflanzenphysiologischenInstitutes . . . 56
5.2.4 PopularisierungvonWissenschaft . . . . . . . . . . . . . 57
5.2.5 NeubaudesInstitutesfürBotanikundPflanzenphysio-
logie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3 Cohn,KochundPasteurrepräsentierenRichtungenbakteriolo-
gischerForschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.3.1 BegründungeinermodernenBakteriologiedurchCohn 59
5.3.2 KochrevolutioniertdieInfektionsbiologie . . . . . . . . 67
5.3.3 DerNachweisvonInfektionserregerndurchKochund
Mitarbeiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.3.4 GärungsphysiologieundImmunisierungsversucheim
LaborvonPasteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3.5 UnterschiedlicheForschungsstrategienindenSchulen
vonKochundPasteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.3.6 EntdeckungdesErregersderTuberkulosedurchRobert
Koch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.3.7 InfektionskrankheitenundihreBekämpfung . . . . . . 79
5.3.8 DieEntwicklungvonAntikörperngegenKrankheitser-
reger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.3.9 PaulEhrlichunddieChemotherapie . . . . . . . . . . . 81
5.3.10 KochszweiteEhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.3.11 KochsUntersuchungentropischerInfektionskrankhei-
ten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.3.12 ReisenachJapan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3.13 KochsletzteLebensjahre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6 DievielfältigenAktivitätenvonBakterieninderNatur . . . . . . . 87
6.1 EntwicklungvonMethodenundDenkansätzen . . . . . . . . . . 87
6.2 DerStickstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.2.1 FixierungelementarenStickstoffs . . . . . . . . . . . . . 89
6.2.2 SergejNikolaevitchWinogradsky(1856–1953) . . . . 91
6.2.3 NitrogenaseundStickstoffreduktion . . . . . . . . . . . 92
6.2.4 Nitrifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.2.5 DissimilatorischeNitratreduktion,Denitrifikation . . . 94
6.2.6 AnaerobeAmmoniumoxidation . . . . . . . . . . . . . . 94
6.2.7 ÖkologischeAspektedesStickstoffkreislaufes . . . . . 95
6.3 DerKreislaufdesSchwefels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97