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En 1977 propuso el sistema de tres dominios para la clasificación del árbol de la vida en tres grandes grupos; bacterias, arqueas y eucariotas.

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Con diferentes métodos este microbiólogo descubrió los procesos de nitrificación a través de bacterias que fijan el nitrógeno en el suelo.

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Mediante diferentes experimentos logró que la enfermedad del ántrax es causada por un bacilo que infectaba al ganado, además, concluyó que el microorganismo no puede sobrevivir por largos periodos de tiempo fuera del animal.

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Este científico diseñó el proceso mediante el cual se desmentía la teoría de la generación espontánea al proponer un diseño de recipientes que bloqueaban la entrada de los microorganismos suspendidos en el aire.

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A través de diferentes lentes creados por el mismo logró observar objetos aumentando su tamaño en un 200%, siendo el primero que logró observar seres microscópicos que llamó animáculos.