- История открытия клетки
- Современная клеточная теория
- Методы изучения клетки
- знать хронологическую последовательность исторических событий, связанных с изучением клетки
- уметь формулировать положения современной клеточной теории, объяснять основы методов изучения в цитологии, формулировать задачи методов изучения в цитологии
Проанализируйте научные исторические факты. Предположите, к какому открытию они могли привести?
- В 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, Роберт Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа.
- Вот как описывал Левенгук свои наблюдения: «После всех попыток узнать, какие силы в корне (хрена) действуют на язык и вызывают его раздражение, я положил кусочек корня в воду: в размягчённом состоянии его легче изучать. Он оставался в воде около 3 недель. 24 апреля 1673 года я посмотрел на эту воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ. Некоторые из них в длину были раза в 3–4 больше, чем в ширину, хотя были не толще волосков, покрывающих тело вши... Другие имели правильную овальную форму. Был ещё и третий тип организмов, наиболее многочисленный — мельчайшие существа с хвостиками». Левенгук назвал их «анималькули» (от лат. animalculum — «зверушка»).
Клетка — это элементарная структурная и функциональная единица живых организмов, обладающая всеми признаками живого. Способна к саморегуляции, самообновлению, самовоспроизведению.
История открытия клетки
Наука, изучающая строение и функции клетки, называется цитологией. Клеточное строение организмов было открыто во второй половине XVII века английский физиком Робертом Гуком и связано с изобретением микроскопа в Голландии в конце XVI века. Хронологически события развивались следующим образом.
|
Захарий Янсен, 1590 г.
|
Изобрёл первый микроскоп (рис. 1).
|
|
Роберт Гук, 1665 г.
|
Рассмотрел под микроскопом растительную ткань — срез коры пробкового дерева. Назвал мелкие ячейки, увиденные под микроскопом, клетками (рис. 2).
|
|
Антони ван Левенгук, 1676 г.
|
Усовершенствовал микроскоп (рис. 3) и описал увиденные животные клетки — эритроциты, клетки простейших, сперматозоиды и др.
|
|
Ян Пуркине, нач. XVIII в.
|
Назвал содержимое клеток протоплазмой.
|
|
Роберт Броун, 1831 г.
|
Описал ядро в растительных клетках.
|
|
Маттиас Шлейден, Теодор Шванн, 1838–1839 гг.
|
Сформулировали основные положения клеточной теории.
|
|
Рудольф Вирхов, 1855 г.
|
Дополнил теорию положением о том, что клетка может происходить только из другой клетки путём деления.
|
Рис. 1. Первый микроскоп З. Янсена
Рис. 2. а — Роберт Гук; б — срез пробкового дерева; в — вид пробки, полученный с помощью современного сканирующего микроскопа
Рис. 3. Микроскоп Антони ван Левенгука
Современная клеточная теория
Положения современной клеточной теории
- Все живые существа на Земле состоят из клеток. Клетка — элементарная живая система, являющаяся единицей строения, функционирования, размножения и индивидуального развития живых организмов. Вне клетки нет жизни.
- Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и реакциям обмена веществ, в них протекающих.
- Новые клетки возникают только в результате деления ранее существовавших клеток.
- Клеточное строение всех ныне существующих живых организмов является доказательством единства происхождения жизни на Земле.
Методы изучения клетки
С развитием физических и химических методов исследования клеточная теория постоянно уточнялась и совершенствовалась. Сейчас для изучения клеток и их взаимодействия применяют множество методов.
Рис. 4. Принцип работы светового микроскопа
Световая микроскопия основана на формировании изображения под воздействием пучка света.
С помощью световой микроскопии можно получить увеличение объекта приблизительно в 3 тыс. раз и увидеть частицу размером около 500 нм. При помощи различных световых микроскопов (фазово-контрастных, флюоресцентных, ультрафиолетовых и др.) получено множество сведений о клетке и её органоидах.
Электронная микроскопия основана на работе отражённого от объекта пучка электронов. Таким способом можно различить частицу размером всего в 1 нм, а сканирующий электронный микроскоп позволил создавать трёхмерную картину мельчайших объектов. Увеличение, достижимое при помощи электронных микроскопов, — до 1 млн раз (рис. 5).
Рис. 5. Изображения сперматозоидов кролика: а — световая микроскопия, б — трансмиссионная электронная микроскопия, в — сканирующая электронная микроскопия
Рис. 6. Результат работы центрифуги
Центрифугирование. Основано на разделении структур и жидкостей клетки на фракции при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Сперва разрушают оболочки клеток, затем клетки помещают в центрифугу (рис. 6). Ускорение, которому подвергается содержимое клеток, разделяет компоненты клетки на составные части в соответствии с их размерами. После этого биохимическими методами раздельно анализируют состав ядра, митохондрий, рибосом и других органоидов.
Радиография. Основана на введении радиоактивного изотопа какого-либо химического элемента в состав вещества, чтобы проследить путь его превращений и перемещений в клетке. Заменив атомы элемента в каком-то химическом соединении в клетке на радиоактивный изотоп, можно построить модель процессов с участием помеченной молекулы в биохимических реакциях при помощи прибора, улавливающего излучение. Чаще всего используются изотопы водорода, углерода, фосфора.
Биохимические методы позволяют исследовать химический состав клеток и химические реакции, происходящие в клетках. Для выделения определённых веществ из организмов их измельчают до образования однородной массы, затем её подвергают другим воздействиям и осуществляют химический анализ.
Гисто- и иммунохимические методы. Основаны на свойствах некоторых красителей специфически связываться с определёнными компонентами клетки. Гистохимические методы позволяют обнаруживать аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, различные виды углеводов, липидов и др.
Иммуногистохимические методы основаны на способности меченых антител связываться со строго определёнными антигенами. При нанесении меченых антител на гистологический срез они вступают в соединение с соответствующими белками-антигенами клетки и возникает специфическое свечение, видимое в люминесцентном микроскопе (рис. 7).
Рис. 7. Окраска хроматина (нуклеиновые кислоты) биохимическим методом (слева), окраска цитоскелета эукариот иммуногистохимическим методом (справа)
Методы культуры тканей позволяют исследовать свойства живых клеток, искусственно выращенных на питательной среде (рис. 8). Способ позволяет наблюдать за ростом и размножением клеток вне организма, выявлять факторы, влияющие на процессы в клетке, получать гибриды клеток, используя методы клеточной инженерии.
Рис. 8. Метод культуры тканей
Контрольные вопросы
- Что послужило основой создания клеточной теории?
- Кто сформулировал и кто далее дополнил положения клеточной теории?
- Какие исследователи способствовали развитию клеточной теории?
- Какие современные методы используют для изучения клетки?
- Охарактеризуйте принципы современных методов исследования клетки.
- Раскройте направления использования современных методов изучения клетки.
Подумайте
- Объясните одно из основных положений современной клеточной теории: «Клетка — структурная и функциональная единица жизни».
- Одним из наиболее древних методов биологии является описательный. Используя этот метод, объясните его значение для современных методов изучения цитологии.
- Преступник, чтобы скрыть следы преступления, сжёг окровавленную одежду жертвы. Судебно-медицинский эксперт установил наличие крови на одежде. Как это было сделано?
