Im Kontext seiner unveröffentlichten Schriften und Labornotizen betrachtet, kann Schwanns Forschung als“kohärentes und systematisches Forschungsprogramm „angesehen werden, in dem biologische Prozesse in Bezug auf materielle Objekte oder „Agenten“ beschrieben werden, und die kausalen Abhängigkeiten zwischen den von ihnen ausgeübten Kräften und ihren messbaren Wirkungen. Schwanns Vorstellung von der Zelle als fundamentale, aktive Einheit kann dann als grundlegend für die Entwicklung der Mikrobiologie als „eine streng rechtmäßige Wissenschaft“ gesehen werden.,:121-122
Muskelgewebe
Einige von Schwanns frühesten Arbeiten im Jahr 1835 beinhalteten Muskelkontraktionen, die er als Ausgangspunkt für“die Einführung der Berechnung in die Physiologie „ansah.:122Er entwickelte und beschrieb eine experimentelle Methode zur Berechnung der Kontraktionskraft des Muskels, indem er die anderen beteiligten Variablen kontrollierte und maß. Seine Messtechnik wurde später von Emil du Bois-Reymond und anderen entwickelt und verwendet.Schwanns Notizen legen nahe, dass er hoffte, Gesetzmäßigkeiten und Gesetze physiologischer Prozesse zu entdecken.,
Pepsin
Über Verdauungsprozesse war 1835 relativ wenig bekannt. William Prout hatte 1824 berichtet, dass die Verdauungssäfte von Tieren Salzsäure enthielten. Schwann erkannte, dass auch andere Substanzen in Verdauungssäften helfen könnten, Nahrung abzubauen. Anfang 1836 begann Schwann, Verdauungsprozesse zu untersuchen. Er konzeptualisierte die Verdauung als die Wirkung eines physiologischen Mittels, das, obwohl nicht sofort sichtbar oder messbar, experimentell als „eigenartige spezifische Substanz“charakterisiert werden konnte.,: 124-125
Schließlich fand Schwann das Enzym Pepsin, das er erfolgreich aus der Magenschleimhaut isolierte und 1836 benannte. Schwann prägte seinen Namen vom griechischen Wort πέψις pepsis, was „Verdauung“ bedeutet (von πέπτειν Peptein „verdauen“).Pepsin war das erste Enzym, das aus tierischem Gewebe isoliert wurde.Er zeigte, dass es das Albumin aus Eiweiß in Peptone zerlegen könnte.
Noch wichtiger, schrieb Schwann, könne man durch solche Analysen schließlich “ den gesamten Entwicklungsprozess des Lebens in allen organisierten Körpern erklären.,“: 126 Im nächsten Jahr studierte er sowohl Zersetzung als auch Atmung und baute Apparate, die er später für das Studium der Hefe anpassen würde.: 128
Hefe, Fermentation und spontane Erzeugung
Nächster Schwann studierte Hefe und Fermentation. Seine Arbeit an Hefe war unabhängig von Arbeiten von Charles Cagniard de la Tour und Friedrich Traugott Kützing, die alle 1837 veröffentlicht wurden. Bis 1836 hatte Schwann zahlreiche Experimente zur Alkoholfermentation durchgeführt., Leistungsstarke Mikroskope ermöglichten es ihm, Hefezellen im Detail zu beobachten und zu erkennen, dass es sich um winzige Organismen handelte, deren Strukturen denen von Pflanzen ähnelten.
Schwann ging über andere hinaus, die einfach die Vermehrung von Hefe während der alkoholischen Gärung bemerkt hatten, indem sie Hefe zuerst die Rolle eines primären Kausalfaktors zuordnete und dann behauptete, sie sei lebendig. Schwann verwendete das Mikroskop, um eine sorgfältig geplante Reihe von Experimenten durchzuführen, die zwei populäre Theorien der Fermentation in Hefe zeigten., Zuerst kontrollierte er die Temperatur der Flüssigkeit aus fermentiertem Bier in einem geschlossenen Gefäß in Gegenwart von Sauerstoff. Einmal erhitzt, konnte die Flüssigkeit nicht mehr gären. Dies widerlegte Joseph Louis Gay-Lussacs Spekulation, dass Sauerstoff Gärung verursacht. Es deutete darauf hin, dass eine Art Mikroorganismus für den Prozess notwendig war. Als nächstes testete Schwann die Wirkung von gereinigter Luft und nicht gereinigter Luft. Er sterilisierte die Luft, indem er sie durch erhitzte Glaskolben führte. Die Fermentation erfolgte nicht in Gegenwart gereinigter Luft., Es trat in Gegenwart von ungereinigter Luft auf, was darauf hindeutet, dass etwas in der Luft den Prozess startete. Dies war ein starker Beweis gegen die Theorie der spontanen Erzeugung, die Idee, dass sich lebende Organismen aus nichtlebender Materie entwickeln könnten.
Schwann hatte gezeigt, dass die Fermentation das Vorhandensein von Hefen erforderte, um zu beginnen, und hörte auf, als die Hefen aufhörten zu wachsen.Er kam zu dem Schluss, dass Zucker im Rahmen eines organischen biologischen Prozesses, der auf der Wirkung einer lebenden Substanz, der Hefe, beruht, in Alkohol umgewandelt wurde., Er zeigte, dass die Fermentation kein anorganischer chemischer Prozess wie die Zuckeroxidation war. Lebende Hefe war notwendig für die Reaktion, die mehr Hefe produzieren würde.
Obwohl Schwann Recht hatte, waren seine Ideen den meisten seiner Kollegen voraus. Sie waren stark gegen Justus von Liebig und Friedrich Wöhler, die beide seine Betonung der Bedeutung eines lebenden Organismus als Unterstützung des Vitalismus sahen. Liebig hingegen sah die Fermentation als eine Reihe rein chemischer Ereignisse, ohne lebende Materie einzubeziehen.,Ironischerweise wurde Schwanns Arbeit später als ein erster Schritt weg vom Vitalismus gesehen.: 56-57 Schwann war der erste von Müller“s Schüler auf eine physikalisch-chemische Erklärung des Lebens zu arbeiten. Schwanns Ansicht förderte eine Konzeptualisierung von Lebewesen in Bezug auf die biologischen Reaktionen der organischen Chemie, während Liebig versuchte, biologische Reaktionen auf rein anorganische Chemie zu reduzieren.
Der Wert von Schwanns Arbeit an der Fermentation schließlich würde von Louis Pasteur anerkannt werden, zehn Jahre später., Pasteur würde seine Fermentationsforschung im Jahr 1857 beginnen, indem er Schwanns Arbeit wiederholte und bestätigte, akzeptierte, dass Hefe am Leben war, und dann die Fermentationsforschung weiterführte. Pasteur, nicht Schwann, würde Liebigs Ansichten im Liebig–Pasteur herausfordern dispute.In retrospect, die Keimtheorie von Pasteur, sowie seine antiseptischen Anwendungen von Lister, kann auf Schwanns Einfluss zurückgeführt werden.
Zelltheorie
1837 betrachtete und erklärte Matthias Jakob Schleiden, dass aus den Kernen alter Pflanzenzellen neue Pflanzenzellen entstanden., Als sie eines Tages mit Schwann aßen, drehte sich ihr Gespräch um die Kerne pflanzlicher und tierischer Zellen. Schwann erinnerte sich daran, ähnliche Strukturen in den Zellen des Notochords gesehen zu haben (wie Müller gezeigt hatte) und erkannte sofort, wie wichtig es war, die beiden Phänomene zu verbinden. Die Ähnlichkeit wurde von beiden Beobachtern unverzüglich bestätigt. In weiteren Experimenten untersuchte Schwann notochordales Gewebe und Knorpel von Krötenlarven sowie Gewebe von Schweinembryonen und stellte fest, dass tierisches Gewebe aus Zellen besteht, von denen jede einen Kern hat.,
Schwann veröffentlichte seine Beobachtungen 1838 im Neuen notisen geb. nat.-heilk. 1839 folgte die Veröffentlichung seines Buches Mikroskopische Untersuchungen über die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Thier und Pflanzen (Microscopic investigations on the similarity of structure and growth of animals and plants). Es gilt als wegweisendes Werk, grundlegend für die moderne Biologie.
Darin erklärte Schwann, dass „alle Lebewesen aus Zellen und Zellprodukten bestehen“., Er zog drei weitere Schlussfolgerungen über Zellen, die seine Zelltheorie oder Zelllehre bildeten. Die ersten beiden waren richtig:
- Die Zelle ist die Einheit von Struktur, Physiologie und Organisation in Lebewesen.
- Die Zelle behält eine doppelte Existenz als eigenständige Einheit und einen Baustein in der Konstruktion von Organismen.
In den 1860er Jahren waren diese Grundsätze die akzeptierte Grundlage der Zelltheorie, die zur Beschreibung der elementaren anatomischen Zusammensetzung von Pflanzen und Tieren verwendet wurde.
Schwanns Theorie und Beobachtungen schufen eine Grundlage für die moderne Histologie., Schwann behauptete, dass “ es ein universelles Prinzip der Entwicklung für die Elementarteile von Organismen gibt, wie unterschiedlich es auch sein mag, und dieses Prinzip ist die Bildung von Zellen.“Schwann unterstützte diese Behauptung, indem er adultes tierisches Gewebe untersuchte und zeigte, dass alle Gewebe in fünf Arten von hochdifferenziertem Zellgewebe klassifiziert werden konnten.
- Zellen, die unabhängig und getrennt sind, z. B. Blutzellen
- Zellen, die unabhängig sind, aber in Schichten verdichtet sind, z. B. Haut, Fingernägel, Federn
- Zellen, deren Verbindungswände verschmolzen sind, z., knorpel, Knochen und Zahnschmelz
- langgestreckte Zellen, die Fasern bilden, z. Sehnen und Bänder
- Zellen, die durch die Verschmelzung von Wänden und Hohlräumen gebildet werden, z. B. Muskeln, Sehnen und Nerven
Seine Beobachtung, dass die einzellige Eizelle schließlich zu einem vollständigen Organismus wird, etablierte eines der Grundprinzipien der Embryologie.
Schwanns dritte Lehre, Spekulationen über die Bildung von Zellen, wurde später widerlegt. Schwann stellte die Hypothese auf, dass sich lebende Zellen auf ähnliche Weise wie die Bildung von Kristallen bildeten., Biologen würden schließlich die Ansicht des Pathologen Rudolf Virchow akzeptieren, der 1857 die Maxime popularisierte Omnis cellula e cellula—dass jede Zelle aus einer anderen Zelle entsteht. Das Epigramm wurde ursprünglich von François-Vincent Raspail in 1825, aber Raspails Schriften waren unbeliebt, zum Teil aufgrund seiner republikanischen Gefühle. Es gibt keine Hinweise darauf, dass Schwann und Raspail von einander Arbeit bewusst waren.:630-631
Spezialisierte Zellen
Schwann interessierte sich besonders für Nerven-und Muskelgewebe., Im Rahmen seiner Bemühungen, Körpergewebe in Bezug auf ihre zelluläre Natur zu klassifizieren, entdeckte er die Zellen, die die Nervenfasern umhüllen, die jetzt zu seinen Ehren Schwann-Zellen genannt werden. Wie die fettigen Myelinscheiden peripherer Nerven gebildet wurden, war eine Frage der Debatte, die erst beantwortet werden konnte, als das Elektronenmikroskop erfunden wurde. Es ist bekannt, dass alle Axone im peripheren Nervensystem in Schwann-Zellen eingewickelt sind. Ihre Mechanismen werden weiterhin untersucht.
Schwann entdeckte auch, dass Muskelgewebe in der oberen Speiseröhre gestreift war., Er spekulierte, dass die muskulöse Natur der Speiseröhre es ermöglichte, als Pfeife zu fungieren und Nahrung zwischen Mund und Magen zu bewegen.
Bei der Untersuchung von Zähnen bemerkte Schwann als erster „zylindrische Zellen“, die sowohl mit der inneren Oberfläche des Zahnschmelzes als auch mit der Pulpa verbunden waren. Er identifizierte auch Fibrillen in den Dentinröhren, die später als „Tomes“s fibers“bekannt wurden. Er spekulierte über die mögliche strukturelle und funktionelle Bedeutung der Röhren und Fibrillen.,
Metabolismus
In seinen mikroskopischen Forschungen führte Schwann den Begriff „Metabolismus“ ein, den er erstmals in der deutschen Adjektivform „metabolische“ verwendete, um die chemische Wirkung von Zellen zu beschreiben. Französische Texte in den 1860er Jahren begannen, le métabolisme zu verwenden. Metabolismus wurde 1878 von Michael Foster in seinem Lehrbuch für Physiologie ins Englische eingeführt.