LXXV. Ueber die Gährung und die sogenannte generatio aequivoca. Aus dem Journal für praktische Chemie, Bd. LXXXV S. 465. Ueber die Gährung und die sogenannte generatio aequivoca. Es sind vom Jahr 1859 bis 1861 eine Reihe Mittheilungen über diesen Gegenstand von Pasteur und theilweise auch von Berthelot in den Comptes rendus veröffentlicht worden, welche wir vorläufig jetzt übersichtlich zusammenstellen wollen, obgleich sie noch nicht das Endresultat der Untersuchungen umfassen. Es ist zugleich die Veröffentlichung einer großen Abhandlung Pasteur's in den Annales des sciences naturelles im Druck, gegenwärtig vielleicht schon vollendet, in welcher in neun Capiteln die Ergebnisse seiner letztjährigen Untersuchungen niedergelegt sind. Auf diese wollen wir aufmerksam zu machen nicht verfehlen. Die durch experimentelle Untersuchungen gewonnene Ansicht über die Natur der Gährung und der Hefe führten Pasteur zu weiteren Versuchen über das Leben gewisser niederer Pflanzen und Thiere, und schließlich auch auf das Thema über die spontane Erzeugung organisirter Wesen. Wir werden daher im nachstehenden Bericht nicht die zeitliche Reihenfolge seiner Mittheilungen genau innehalten, sondern das nach dem Inhalt nächst Verwandte zusammenstellend, die Darlegung der gewonnenen Thatsachen an den geeigneten Stellen vornehmen. Der Gährungsproceß ist vom chemischen Standpunkte aus nach Pasteur nicht mehr das, wofür er seit den älteren genauen fast durchgängig angenommenen Ansichten Gay-Lussacs und Thenard's bis auf diesen Tag gehalten worden ist; er ist nicht bloß eine Zerfällung des Zuckers in Weingeist und Kohlensäure mit etwaigen unwesentlichen geringen Nebenproducten, sondern von den letzteren sind es zwei, die constant auftreten und darum für jenen Proceß etwas Wesentliches sind Comptes rendus t. XLVIII, p. 1149. Die Producte jener alkoholischen Gährung sind nämlich Weingeist, Kohlensäure, Glycerin und Bernsteinsäure, und zwar ungefähr in folgendem Verhältniß: von 100 Thln. Zucker zerlegen sich 94–95 Thle. nach dem bisher angenommenen Schema in Weingeist und Kohlensäure; die übrigen 4–5 Thle. Zucker zerfallen in 3,2–3,6 Glycerin, 0,6–0,7 Bernsteinsäure, 0,6–0,7 Kohlensäure und 1,2–1,5 Cellulose, Fett und andere noch unbestimmte Producte. Daraus folgt, daß die entwickelte Kohlensäure weder in stöchiometrischem Verhältniß zu der Gesammtmenge des Weingeistes, noch zu der des Zuckers stehen könne, wenn man für des letzteren Zersetzung die Gleichung C¹²H¹²O¹² = 2. C⁴H⁶O² + 4 CO² festhält. Das constante Auftreten des Glycerins und der Bernsteinsäure, welches der Verfasser besonders bei der Untersuchung mehrerer Weinsorten nachgewiesen, die im Liter 6–8 Grm. Glycerin und 1–1,5 Grm. Bernsteinsäure (d.h. etwa die Hälfte bis ein Drittel der festen Bestandtheile) enthielten, macht den Proceß der Gährung zu einem viel complicirteren, als bisher angenommen. Denn da diese beiden Substanzen nicht Producte eines neben der alkoholischen Gährung parallel laufenden Gährungsprocesses sind, so können wir augenblicklich die Bedingungen für ihre Bildung nicht durchschauen; wir wissen nicht, in welcher Beziehung sie zu den anderen Nebenproducten stehen, welche die Hefe assimilirt. Die oben angegebene durchschnittliche Menge des Zuckers, welche, nicht in bestimmbaren Producten controlirbar, bei der Gährung verschwindet, dient zur Vermehrung der plastischen Bestandtheile der Hefe. Sie liefert also Kohlenstoff und Wasserstoff, um welchen die neu gebildeten Hefenkügelchen an Cellulose und auch an Fett zugenommen haben – vorausgesetzt, daß die Gährung unter sonst normalen Bedingungen vor sich gegangen sey. Daß von dem Zucker in der That ein Antheil zur Vermehrung der Hefe verbraucht werde, glaubt der Verf. schon durch seine früheren Versuche über die Bildung der Hefe aus Ammoniaksalzen, Phosphaten und Zuckerwasser unwidersprechlich dargethan. Er hat aber auch durch neue Versuche festgestellt, daß reines Zuckerwasser und etwas mit Alkohol und Aether extrahirte Eiweißsubstanz durch eine unwägbare Spur Hefe eine neue Menge Hefe bildete, die 1 Proc. Fett enthielt. (Comptes rendus t. XLVIII, p. 735) Die Entstehung des Gährungspilses auf die angegebene Art ist ein bemerkenswerther Fingerzeig für die Forscher, welche die Entstehung der jungen Pflanzenzellen studiren. Wenn aber eine weingeistige Gährung nicht unter normalen Bedingungen vor sich geht, d.h. wenn die relativen Mengen des gelösten Zuckers und der Hefe nicht in gewissen passenden Verhältnissen zu einander stehen, dann tritt eine auffällige Anomalie in den Producten der Gährung ein. (Comptes rendus, t. XLVIII, p. 640.) Nimmt man z.B. das 20fache vom Gewicht des Zuckers an Hefe, so tritt eine sehr stürmische Gährung ein und lange noch, wenn der Zucker bis auf die letzte Spur zersetzt ist, fährt die Kohlensäureentwickelung fort, und auch die Gesammtmenge des Alkohols vermehrt sich weit über das stöchiometrische Verhältniß zum angewandten Zucker. Hier findet also die Zersetzung eines Zuckers oder einer analogen Materie statt, der anders woher stammt. Nirgends findet sich dergleichen als in den Hefenzellen selbst und die Ausdeutung jener Erscheinung kann Wohl nur folgende seyn. Die ausgewachsene Hefe, welche als Gährungsmittel dient, beginnt in der Zuckerwasserlösung junge Knospen zu treiben, die sich wieder zu ausgewachsenen Individuen zu entwickeln streben. Ist Zucker hinreichend vorhanden, so geschieht dich auf Kosten desselben, mangelt er dagegen, dann lebt die Knospe auf Kosten der Mutterzelle und diese enthält ja bekanntlich so viel zersetzbare Cellulose, daß man aus ihr durch Kochen mit verdünnter Schwefelsäure 20 Proc. Zucker erzeugen kann. Die wichtige Schlußfolgerung, die der Verfasser daraus zieht, ist die innige Verknüpfung der Zuckerzersetzung mit dem Leben der Hefekügelchen, deren physiologische Function es ist, Zucker in Weingeist, Kohlensäure, Glycerin und Bernsteinsäure zu zerlegen, sofern sie die Phasen ihrer Entwickelung durchmachen und sich vermehren wollen. Der Gährungsproceß ist nach ihm durchaus an die Entwickelung einer Pflanze oder eines Thieres – wie wir nachher sehen werden – geknüpft, er ist kein bloß chemischer Act, wie dieß dagegen Berthelot behauptet (Comptes rendus t. L, p. 980.), gestützt auf folgende Versuche. Es ist bekannt, daß in Gährung begriffener Rohrzucker sehr schnell nach Beginn der Hefewirkung in einen linksdrehenden Zucker sich umwandelt, der bekanntlich auch durch Einwirkung von Säuren auf Rohrzucker entsteht. Pasteur hatte beiläufig geäußert, daß die bei der Gährung entstehende Bernsteinsäure jene Umwandlung hervorrufen möge. Dagegen zeigt Berthelot, daß dieselbe auch in alkalischer Lösung eintrete, und zwar hervorgerufen durch einen eigenthümlichen in der Hefe vorhandenen Stoff, vergleichbar der Diastase, ausfällbar aus der wässrigen Lösung durch Alkohol als gelbliche hornartige Masse, durch Wärme und Salpetersäure gerinnbar und in hohem Grade durch jene Eigenschaft gegen den Zucker ausgezeichnet. Diese Substanz soll es seyn, die nach Berthelot den Zucker in Gährung versetzt und sich in unbegränzter Menge stets bei neuer Behandlung der Hefe mit Wasser zu bilden scheint, ihre Wirkung sey zu vergleichen mit der der Diastase und des Emulsins. Indessen ist diese Ansicht auf Grund der eigenen Angaben des Verf. nicht haltbar, denn er bemerkt ausdrücklich, daß jene Substanz den Rohrzucker umkehre, ohne ihn in alkoholische Gährung zu versetzen und ohne organisirte Wesen zu entwickeln. Es gibt nun, wie Pasteur schon früher mitgetheilt hat, verschiedene organisirte Wesen, welche Gährung einzuleiten vermögen und je nach der ungleichen Art der Gährungserreger ist auch die Natur der Gährung verschieden. Dieß hat sich insonderheit bei der genaueren Erforschung der sogenannten schleimigen, der Buttersäure- und Milchsäuregährung herausgestellt. Der Pilz, welcher die Milchsäuregährung hervorruft, besteht, unter dem Mikroskop betrachtet, aus kleinen Kugeln, die entweder einzeln oder zu unregelmäßigen Flocken vereinigt und viel kleiner als die der Bierhefe sind; die schleimige Gährung wird eingeleitet durch zwei Pilze, welche ihrerseits keine Milchsäuregährung hervorbringen und diese drei haben wiederum keine Beziehung zur Buttersäuregährung, obwohl in den Fällen, wo Milchsäuregährung stattfindet, die gleichzeitige Bildung von Gummi (Schleimstoff) und Buttersäure beobachtet wird. Das Auftreten so mancherlei Producte bei der sauren Gährung läßt diesen chemischen Proceß noch weniger leicht durchschauen, als den der alkoholischen Gährung und wir erfahren daher vom Verf. nichts anderes darüber, als was die bedingende Ursache derselben ist. (Comptes rendus t. LII, p. 344) In dieser unterscheiden sich nun die verschiedenen Gährungen durch die verschiedene Natur der organisirten Wesen, durch welche jede Gährung – soweit der Verf. bis jetzt weiß – eingeleitet wird. Es führte ihn dieses zum Studium über die Entwickelung einiger dieser niederen Wesen. Mit Uebergehung dessen, was er bisher über die Hefe und den Milchsäurepilz mitgetheilt hat, berichten wir bloß die neuen Versuche und darausgezogenen Schlüsse. Die Buttersäuregährung erregt keine Pflanze, sondern ein Infusorium (Comptes rendus, t. LII, p. 344), welches die Gestalt kleiner, meist gerader, bisweilen an beiden Enden gekrümmter Stäbchen hat. Diese sind meist isolirte, aber auch zu drei bis vier in Ketten vereinte Individuen, etwa 0,002 Millimeter breit und 0,002–0,02 Millimeter lang. Sie bewegen zitternd den vordern und hintern Körper und vermehren sich durch Selbsttheilung (Wandabschnürungen), am gedeihlichsten in Zuckerwasser, welches Ammoniak und Phosphate enthält. Das bemerkenswertheste ist, daß diese Thiere ohne allen Zutritt von Sauerstoff leben, ja daß sogar der Sauerstoff sie tödtet, während ein starker Strom Kohlensäure ihrer Entwickelung keinen Eintrag thut. Der Pilz, welcher die Bierhefe ausmacht, kann unter beiden Bedingungen leben und sich entwickeln, mit und ohne Sauerstoff (Comptes rendus t. LII, p. 1260); aber der Mangel an Sauerstoff ist nur ein scheinbarer, bezieht sich nur auf den Ausschluß des atmosphärischen Sauerstoffs, denn die Hefe assimilirt den gebundenen Sauerstoff des Zuckers. (Ob das Buttersäureferment dieses nicht auch thue, läugnet der Verf. nicht, bejaht es aber auch nicht; es scheint aus seinen Versuchen noch nicht deutlich abzunehmen.) Wenn die Hefe unter Zutritt atmosphärischen Sauerstoffs lebt, so entwickelt sie sich ungemein lebhaft, ist aber dabei als Ferment fast gar nicht thäthig. Erst wenn sie in der Zuckerlösung untertaucht, beginnt ihre Wirkung als Ferment, weil sie nun den Sauerstoff aus dem Zucker sich assimilirt. Was der Verf. schon früher über die Bedingungen für die Entwickelung der Bierhefe und des Milchsäurepilzes beobachtete, – daß diese kleinen Zellpflanzen gewöhnlich durch Assimilation des freien Sauerstoffs leben, und, wenn man ihnen diesen entzieht, denselben den gährungsfähigen Körpern entziehen und diese zersetzen, – das gilt auch für die Mucedineen, beispielsweise für Penicillium. Dreierlei Stoffe sind unerläßlich in der ernährenden Flüssigkeit: Zucker, Ammoniaksalze oder Albuminate und Phosphate. Die Unterdrückung eines dieser drei bringt die Vegetation zum Stillstand (Comptes rendus t. LI, p. 709). Und eben so unerläßlich ist der Sauerstoff, denn die Mucedineen zerlegen niemals die Kohlensäure, entwickeln vielmehr fortdauernd dieselbe, auch nehmen sie keinen Stickstoff aus der Luft auf, daher die Unentbehrlichkeit stickstoffhaltiger Substanzen in der Ernährungsflüssigkeit. Die Frage über die Entstehung der organisirten Wesen welche die Gährung bewirken, scheint dem Verfasser gar nicht zweifelhaft zu beantworten. Er ist nach dem jetzigen Stande unserer Kenntnisse und seinen wiederholten Versuchen über diesen Gegenstand ein ganz entschiedener Gegner der Annahme einer generatio spontanea. Nur vorhandene Keime sind es, welche neues Leben hervorrufen (Comptes rendus t. LI, p. 348) und wenn der Anschein für eine selbstständige Erzeugung zu sprechen schien, so war es nur unrichtiges Experiment. Der Verf. hat die auch schon von deutschen Gelehrten gründlich angestellten Versuche gegen die generatio aequivoca mit besonderer Umsicht und Sorgfalt wiederholt und diese bestätigen das Ausgesprochene. Auch der berühmte Versuch, des über Quecksilber in ausgeglühter Luft die Gährung erleidenden Weinbeersaftes hat die Fehlerquellen nicht ausgeschlossen, denn es gelingt, in Flüssigkeiten, in denen alle Umstände für die Entstehung von organischen Keimen ausgeschlossen, aber günstige für die Ernährung hineingebrachter Keime vorhanden sind, sofort die Vegetation einer neuen Schöpfung einzuleiten, wenn nur ein erbsengroßer Tropfen Quecksilber, wie es im Laboratorium zu stehen pflegt, eingeführt wird. Dieser bringt die Keime mit, wie sie sonst die Luft mitzubringen pflegt. Aber nicht überall und immer sind die Ursachen für die Entstehung niederer Pflanzen oder Thiere in der Luft vorhanden und natürlich sind es auch nicht immer die Keime derselben, sondern sehr mannichfaltige Arten von organisirten Wesen, mit welchen die Luft beladen ist. Ueber die Natur einiger in der Luft suspendirter Materien hat der Verfasser mikroskopischen Aufschluß gesucht, indem er viel Luft durch ein Rohr mit Schießbaumwolle saugte und schließlich die letztere in Aether-Weingeist auflöste, wobei die aufgenommenen Substanzen zurückblieben (Comptes rendus t. L, p. 303). Das Mikroskop wies in ihnen Stärkekörner und andere wenig bestimmbare Kügelchen nach, die Sporen zu seyn schienen. Es wurden dieselben mit der Vorsicht, alle Umstände für die mögliche Anwesenheit anderer Keime auszuschließen, in eine ernährende Flüssigkeit (Zuckerwasser und Eiweißstoffe nebst Salzen, aus der Hefe herrührend) eingebracht und nach 24 Stunden entstanden Vegetationen von Pflanzen und Thieren; unter ersteren finden sich bald Penicillium, Ascophora und Aspergillus, bald andere Mucedineen, untern letzteren war es das Infusorium Bacterium termo. Dasselbe Resultat ergibt sich, wenn statt Schießbaumwolle Asbestfäden als Luftfilter dienen und der Gegenversuch mit geglühtem Asbest in einer ernährenden Flüssigkeit zeigt – unter obigen Vorsichtsmaßregeln – die Abwesenheit jeder Vegetation. Aehnliche Versuche hat der Verf. mit Luft von verschiedenen Localitäten wiederholt und das voraussichtliche Ergebniß gewonnen, daß in den meisten Proben Keime vorhanden waren, in einigen dagegen nicht und daraus ergibt sich die Unrichtigkeit von Gay-Lussac's Annahme, daß eine fortlaufende Kette (continuité) der Ursache von spontaner Generation vorhanden sey (Comptes rendus t. LI, p. 676). Von 20 Proben Luft, auf dem Lande in der Ebene geschöpft, enthielten acht keimfähige Substanzen, von 20 Proben auf dem Juragebirge in 2600 Fuß Höhe genommen, enthielten fünf solche Keime, von 20 Proben auf dem Montanvert in 6000 Fuß Höhe geschöpft, enthielt nur eine einzige organische Wesen. Von der Luft in den Kellern des Pariser Observatoriums konnte man mit gewissen Vorsichtsmaßregeln (gegen das Aufrütteln vom Boden) Proben schöpfen, die gar keine Keime enthielten. Auch die Versuche über die Bewahrung der Keimfähigkeit, deren theilweise schon in früheren Zeiten von Spallanzani u.a. angestellt waren, hat der Verf. wieder aufgenommen (Comptes rendus t. L, p. 849, t. LII, p. 16). Wenn Urin aufgekocht und unter Ausschluß jeglichen andern Keimes mit dem oben erwähnten gesammelten Luftstaub versetzt wird, so entwickeln sich bei 25–30° C. im zugeschmolzenen Gefäß Bacteriums, Monaden, Vibrionen und er fault wie sonst an der Luft, während derselbe Urin unter gleichen Umständen ohne Lufstaub völlig unverändert bleibt. Mehrere Proben frischer Milch, auf gleiche Weise wie der Urin behandelt, verhalten sich ganz anders. In allen Gefäßen ist nach 3–10 Tagen die Milch geronnen und trotz dessen noch alkalisch wie zuvor, sie wimmelt von Infusorien und enthält meist auch Vibrionen. Kocht man aber Milch lange Zeit oder erhitzt sie bis 110–112° C., dann entwickeln sich in ihr keine Thiere, keine Pflanzen und dasselbe geschieht, wenn man geglühte Luft in das Gefäß eintreten läßt, statt dasselbe zuzuschmelzen. Immer wird in diesem Falle ein Antheil Sauerstoff der Luft verzehrt, aber er überträgt sich an das Fett, welches zu Klümpchen und talgig wird, nicht an Albuminstoffe, zur Erzeugung von Gährungspilzen, wie man früher annahm. Im sauren Urin und ebenso in der sauren Bierhefeflüssigkeit werden also die vorhandenen Keime der Thiere durch kurzes Erhitzen bei 100° C. getödtet, in der alkalischen Milch erhalten sie sich lebensfähig bei etwas höheren Temperaturen. Die Sporen der Mucedineen behalten ihre Keimfähigkeit noch in höherer Wärme. Erhitzt man sie trocken eine Stunde lang auf 120° C., so keimen sie noch; eine Temperatur von 130° C. können sie aber nicht eine halbe Stunde lang ertragen, ohne getödtet zu seyn. Dagegen werden dieselben Sporen in Wasser, welches nur einige Minuten auf 100° C. erhitzt ist, ihrer Keimfähigkeit beraubt.