Theodor Schwann

Theodor Schwann war ein deutscher Arzt und Physiologe. Seine bedeutendste Leistung für die Biologie wird als die Erweiterung der Zelltheorie auf Tiere angesehen. Weitere Beiträge sind die Entdeckung von Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem, die Entdeckung und Untersuchung von Pepsin, die Entdeckung der organischen Natur von Hefe und die Erfindung des Begriffs Stoffwechsel.

Frühen Leben und Ausbildung

Theodor Schwann wurde in Neuss am 7. Dezember 1810 als Sohn von Leonard Schwann und Elisabeth Rottels geboren. Leonard Schwann war Goldschmied und später Drucker. Theodor Schwann studierte am Dreikönigsgymnasium, auch bekannt als Tricoronatum oder Three Kings School, einer Jesuitenschule in Köln. Schwann war ein frommer römisch-katholischer Gläubiger. In Köln betonte sein Religionslehrer Wilhelm Smets, ein Priester und Novelist, die Individualität der menschlichen Seele und die Bedeutung des freien Willens.

1829 schrieb sich Schwann an der Universität Bonn im Vorkurs der Medizin ein. 1831 erhielt er einen Bachelor of Philosophy. Während seiner Zeit in Bonn traf Schwann den Physiologen Johannes Peter Müller und arbeitete mit ihm zusammen. Müller gilt als Begründer der wissenschaftlichen Medizin in Deutschland und veröffentlichte sein Handbuch der Physiologie des Menschen für Vorlesungen in 1837–1840. Es wurde 1837–1843 unter dem Titel Elements of Physiology ins Englische übersetzt und wurde zum führenden Physiologie-Lehrbuch des 19. Jahrhunderts.

1831 wechselte Schwann zur Universität Würzburg für klinische medizinische Ausbildung. 1833 ging er zur Universität Berlin, wo Müller nun Professor für Anatomie und Physiologie war. Schwann promovierte 1834 an der Universität Berlin mit einem M.D. in Medizin. Seine Dissertation entstand 1833–1834 unter Müllers Betreuung. Schwanns Dissertation umfasste eine sorgfältige Untersuchung der Notwendigkeit von Sauerstoff während der embryonalen Entwicklung des Huhns. Um dies durchzuführen, konstruierte er einen Apparat, mit dem er Sauerstoff und Wasserstoff zu bestimmten Zeiten aus der Brutanlage pumpen konnte. Dies ermöglichte es ihm, die kritische Periode zu bestimmen, in der die Eier Sauerstoff benötigten.

Schwann bestand die staatliche Prüfung zur Ausübung der Medizin im Sommer 1834, entschied sich jedoch, weiterhin mit Müller zu arbeiten und Forschung zu betreiben, anstatt Medizin zu praktizieren. Dies konnte er sich zumindest kurzfristig aufgrund einer Familienerbschaft leisten. Sein Gehalt als Assistent betrug nur 120 Taler. In den nächsten fünf Jahren würde Schwann die anderen drei Viertel seiner Ausgaben aus seiner Erbschaft bezahlen. Als Langzeitstrategie war dies nicht tragbar.

Karriere

Von 1834 bis 1839 arbeitete Schwann als Assistent von Müller am Anatomisch-zootomischen Museum der Universität Berlin. Schwann führte eine Reihe mikroskopischer und physiologischer Experimente durch, die sich auf die Untersuchung der Struktur und Funktion von Nerven, Muskeln und Blutgefäßen konzentrierten. Neben Experimenten zur Vorbereitung von Müllers Buch über Physiologie führte Schwann auch eigene Forschungen durch. Viele seiner wichtigen Beiträge entstanden während seiner Zusammenarbeit mit Müller in Berlin.

Schwann nutzte neu entwickelte leistungsstarke Mikroskope, um Tiergewebe zu untersuchen. Dies ermöglichte es ihm, Tierzellen zu beobachten und ihre unterschiedlichen Eigenschaften zu vermerken. Seine Arbeit ergänzte die von Matthias Jakob Schleiden bei Pflanzen und war von dieser informiert; die beiden waren enge Freunde.

Schwann, der als ruhig und ernst beschrieben wurde, war besonders begabt in der Konstruktion und Verwendung von Apparaten für seine Experimente. Er war auch in der Lage, wichtige wissenschaftliche Fragen zu identifizieren und Experimente zu systematischen Tests zu entwerfen. Sein Schreiben wurde als zugänglich beschrieben und seine Logik als eine „klare Progression". Er identifizierte die Frage, die er beantworten wollte, und vermittelte die Bedeutung seiner Erkenntnisse effektiv an andere. Sein Mitarbeiter Jakob Henle sprach von ihm als ein „angeborenes Trieb" zu experimentieren besitzend.

Bis 1838 benötigte Schwann eine Position mit einem höheren Gehalt. Er hoffte, nach Bonn zurückzukehren, einer katholischen Stadt. Er versuchte 1838 und erneut 1846, eine Professur dort zu erlangen, wurde jedoch enttäuscht. Stattdessen akzeptierte Schwann 1839 den Lehrstuhl für Anatomie an der Université Catholique de Louvain in Leuven, Belgien, einer anderen katholischen Stadt.

Schwann erwies sich als hingabe- und gewissensvoll Dozent. Mit seinen neuen Lehraufgaben hatte er weniger Zeit für neue wissenschaftliche Arbeiten. Er verbrachte beträchtliche Zeit damit, experimentelle Techniken und Instrumente für den Einsatz in Experimenten zu verfeinern. Er veröffentlichte wenige Arbeiten. Eine Ausnahme war eine Arbeit von 1844, die über eine Reihe von Experimenten an Hunden berichtete und die Bedeutung von Galle bei der Verdauung nachwies.

Bei der Untersuchung von Prozessen wie Muskelkontraktion, Gärung, Verdauung und Fäulnis versuchte Schwann zu zeigen, dass lebende Phänomene das Ergebnis physischer Ursachen waren und nicht „eine immaterielle Lebenskraft". Dennoch versuchte er immer noch, „eine organische Natur" mit „einem göttlichen Plan" in Einklang zu bringen. Einige Schriftsteller haben vorgeschlagen, dass Schwanns Umzug 1838 und seine verringerte wissenschaftliche Produktivität danach religiöse Bedenken und möglicherweise sogar eine Krise widerspiegeln, die sich auf die theoretischen Implikationen seiner Arbeit zur Zelltheorie bezieht. Andere Autoren sehen dies jedoch als Missdeutung seines Denkens an und lehnen die Idee ab, dass Schwann durch eine existenzielle Krise oder eine mystische Phase ging. Ohad Parnes nutzt Schwanns Labornotizen und andere unveröffentlichte Quellen zusammen mit seinen Publikationen, um seine Forschung als einheitliche Progression zu rekonstruieren. Florence Vienne bezieht sich auf unveröffentlichte Schriften, um die Wege zu diskutieren, auf denen die Zelltheorie als „einheitliches Prinzip der organischen Entwicklung" mit den philosophischen, religiösen und politischen Ideen verschiedener Befürworter, einschließlich Schwann, zusammenhängt.

1848 überzeugte Schwanns Landsmann Antoine Frédéric Spring ihn, zur Universität Lüttich zu wechseln, ebenfalls in Belgien. In Lüttich verfolgte Schwann weiterhin die neuesten Fortschritte in Anatomie und Physiologie, machte selbst aber keine größeren neuen Entdeckungen. Er wurde etwas von einem Erfinder. Eines seiner Projekte war ein tragbarer Respirator, der als geschlossenes System zur Unterstützung des menschlichen Lebens in Umgebungen ausgelegt ist, wo die Umgebung nicht geatmet werden kann. Bis 1858 war er Professor für Physiologie, allgemeine Anatomie und Embryologie. Ab 1872 stellte er den Unterricht in allgemeiner Anatomie ein, und ab 1877 auch in Embryologie. Er trat 1879 vollständig in den Ruhestand.

Schwann wurde von seinen Kollegen tief respektiert. 1878 wurde ein Fest abgehalten, um seine Unterrichtsjahre und seine vielen Beiträge zu feiern. Ihm wurde ein einzigartiges Geschenk überreicht: ein Buch, das 263 autographierte fotografische Porträts von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern enthielt, von denen jeder vom Wissenschaftler gesendet wurde, um Teil des Geschenks für Schwann zu sein. Das Buch war gewidmet „Dem Begründer der Zelltheorie, den zeitgenössischen Biologen."

Drei Jahre nach seinem Ruhestand starb Schwann in Köln am 11. Januar 1882. Er wurde in der Familiengruft auf dem Kölner Melaten-Friedhof beerdigt.

Beiträge

Betrachtet man Schwanns Forschung im Kontext seiner unveröffentlichten Schriften und Labornotizen, kann seine Forschung als „ein kohärentes und systematisches Forschungsprogramm" angesehen werden, in dem biologische Prozesse in Bezug auf materielle Objekte oder „Mittel" und die Kausalbeziehungen zwischen den Kräften, die sie ausüben, und ihren messbaren Auswirkungen beschrieben werden. Schwanns Idee der Zelle als fundamentale, aktive Einheit kann dann als grundlegend für die Entwicklung der Mikrobiologie als „eine streng gesetzmäßige Wissenschaft" angesehen werden.

Muskelgewebe

Einige von Schwanns frühesten Arbeiten von 1835 befassten sich mit Muskelkontraktion, die er als Ausgangspunkt für „die Einführung der Berechnung in die Physiologie" betrachtete. Er entwickelte und beschrieb eine experimentelle Methode, um die Kontraktionskraft des Muskels durch Kontrolle und Messung der anderen beteiligten Variablen zu berechnen. Seine Messtechnik wurde später von Emil du Bois-Reymond und anderen entwickelt und verwendet. Schwanns Notizen deuten darauf hin, dass er hoffte, Regelmäßigkeiten und Gesetze physiologischer Prozesse zu entdecken.

Pepsin

1835 war über Verdauungsprozesse relativ wenig bekannt. William Prout hatte 1824 berichtet, dass die Verdauungssäfte von Tieren Salzsäure enthielten. Schwann erkannte, dass andere Substanzen in Verdauungssäften ebenfalls helfen könnten, Nahrung abzubauen. Anfang 1836 begann Schwann, Verdauungsprozesse zu studieren. Er konzeptualisierte Verdauung als die Aktion eines physiologischen Mittels, das, obwohl nicht unmittelbar sichtbar oder messbar, experimentell als eine „eigentümliche spezifische Substanz" charakterisiert werden konnte.

Schließlich fand Schwann das Enzym Pepsin, das er 1836 erfolgreich aus der Magenschleimhaut isolierte und benannte. Schwann prägte seinen Namen aus dem griechischen Wort πέψις pepsis, was „Verdauung" bedeutet, von πέπτειν peptein „verdauen". Pepsin war das erste Enzym, das aus Tiergewebe isoliert wurde. Er demonstrierte, dass es das Albumin aus Eiweiß in Peptone abbauen könnte.

Noch wichtiger ist, dass Schwann schrieb, dass man durch solche Analysen letztendlich „den ganzen Entwicklungsprozess des Lebens in allen organisierten Körpern erklären" könnte. Im nächsten Jahr studierte er sowohl Zerfall als auch Atmung und konstruierte Apparate, die er später für die Hefestudium anpassen würde.

Hefe, Gärung und Spontanzeugung

Danach studierte Schwann Hefe und Gärung. Seine Arbeit an Hefe war unabhängig von der Arbeit von Charles Cagniard de la Tour und Friedrich Traugott Kützing, die alle 1837 ihre Arbeiten veröffentlichten. Bis 1836 hatte Schwann zahlreiche Experimente zur Alkoholgärung durchgeführt. Leistungsstarke Mikroskope ermöglichten es ihm, Hefezellen im Detail zu beobachten und zu erkennen, dass sie winzige Organismen waren, deren Strukturen denen von Pflanzen ähnelten.

Schwann ging über andere hinaus, die einfach nur die Vermehrung von Hefe während der alkoholischen Gärung bemerkt hatten, indem er der Hefe zunächst die Rolle eines primären Kausalfaktors zuwies und dann behauptete, sie sei lebendig. Schwann nutzte das Mikroskop, um eine sorgfältig geplante Reihe von Experimenten durchzuführen, die zwei populäre Theorien der Gärung in Hefe widersprachen. Zuerst kontrollierte er die Temperatur von Flüssigkeit aus gärenden Bier in einem geschlossenen Behälter in Gegenwart von Sauerstoff. Einmal erhitzt, konnte die Flüssigkeit nicht mehr gären. Dies widerlegte Joseph Louis Gay-Lussacs Vermutung, dass Sauerstoff Gärung verursachte. Es deutete darauf hin, dass eine Art von Mikroorganismus für den Prozess erforderlich war. Als nächstes testete Schwann die Auswirkungen von gereinigter Luft und ungereinigte Luft. Er sterilisierte die Luft, indem er sie durch erhitzte Glaskugeln führte. Gärung trat nicht in Gegenwart von gereinigter Luft auf. Sie trat in Gegenwart von ungereinigte Luft auf, was darauf hindeutet, dass etwas in der Luft den Prozess startete. Dies war starke Evidenz gegen die Theorie der Spontanzeugung, die Idee, dass lebende Organismen aus anorganischer Materie entstehen könnten.

Schwann hatte demonstriert, dass Gärung die Anwesenheit von Hefen zum Starten erforderte und stoppte, wenn die Hefen aufhörten zu wachsen. Er kam zu dem Ergebnis, dass Zucker zu Alkohol als Teil eines organischen biologischen Prozesses basierend auf der Aktion einer lebenden Substanz, der Hefe, umgewandelt wurde. Er demonstrierte, dass Gärung keine anorganische chemische Prozess wie Zuckeroxidation war. Lebende Hefe war erforderlich für die Reaktion, die mehr Hefe produzieren würde.

Obwohl Schwann recht hatte, waren seine Ideen seinen Zeitgenossen voraus. Sie wurden stark von Justus von Liebig und Friedrich Wöhler abgelehnt, die beide seine Betonung der Wichtigkeit eines lebenden Organismus als Unterstützung des Vitalismus sahen. Liebig hingegen sah Gärung als eine Reihe rein chemischer Ereignisse, ohne lebende Materie einzubeziehen. Ironischerweise wurde Schwanns Arbeit später als ein erster Schritt weg von Vitalismus angesehen. Schwann war der erste von Müllers Schülern, der an einer physikochemischen Erklärung des Lebens arbeitete. Schwanns Sichtweise förderte eine Konzeptualisierung von Lebewesen in Bezug auf biologische Reaktionen der organischen Chemie, während Liebig versuchte, biologische Reaktionen auf rein anorganische Chemie zu reduzieren.

Der Wert von Schwanns Arbeit zur Gärung würde schließlich von Louis Pasteur zehn Jahre später erkannt werden. Pasteur würde seine Gärungsforschung 1857 beginnen, indem er Schwanns Arbeit wiederholte und bestätigte, akzeptierte, dass Hefen lebendig waren, und dann Gärungsforschung vorantrieb. Pasteur, nicht Schwann, würde Liebigs Ansichten in der Liebig-Pasteur-Kontroverse herausfordern. Retrospektiv kann die Keimtheorie von Pasteur sowie ihre antiseptischen Anwendungen von Lister auf Schwanns Einfluss zurückgeführt werden.

Zelltheorie

1837 betrachtete und erklärte Matthias Jakob Schleiden, dass neue Pflanzenzellen aus den Kernen alter Pflanzenzellen entstanden. Während sie eines Tages mit Schwann aßen, drehte sich ihre Konversation um die Kerne von Pflanzen- und Tierzellen. Schwann erinnerte sich, ähnliche Strukturen in den Zellen der Chorda dorsalis gesehen zu haben, wie von Müller gezeigt, und erkannte sofort die Bedeutung der Verbindung der beiden Phänomene. Die Ähnlichkeit wurde ohne Verzögerung von beiden Beobachtern bestätigt. In weiteren Experimenten untersuchte Schwann Notochord-Gewebe und Knorpel von Kaulquappenmadenzellen sowie Gewebe aus Schweinembryo und etablierte, dass Tiergewebe aus Zellen zusammengesetzt sind, von denen jede einen Kern hat.

Schwann veröffentlichte seine Beobachtungen 1838 in der Neu