Как можно связать клеточную теорию с техническим прогрессом

Обновлено: 19.04.2024

Изобретение микроскопа и усовершенствование методов микроскопических исследований позволили открыть и изучить клетку.

Первым увидел клетку английский ученый Р. Гук. В 1665 году при помощи увеличительных линз он стал свидетелем деления тканей коры пробкового дуба на ячейки — клетки. Но, как позже стало известно, он стал первооткрывателем не клетки в прямо значении этого слова, а внешних оболочек растительных клеток.

Открытие мира одноклеточных организмов связано с А. Левенгуком — он первым увидел животные клетки, а именно эритроциты. Дальнейшее описание животных клеток принадлежит Ф. Фонтане. Поскольку четкого представления о том, что такое клетка, не было, исследования ученого не привели к понятию универсальности клеточного строения.

Первоначально Р. Гук считал, что клетки представляют собой пустоты или поры между волокнами растений. Это мнение нашло подтверждение в ходе исследований, проведенных М. Мальпиги, Н. Грю, Ф. Фонтана, которые наблюдали за растительными объектами под микроскопом. Они назвали клетки «пузырьками».

Наибольший вклад в развитие микроскопических исследований организмов растений и животных принадлежит А. Левенгуку. Результаты своих исследований он оформил в книгу «Тайны природы».

По иллюстрациям, представленным в этой книге, понятны клеточные структуры растительных и животных организмов, хотя самим ученым эти описанные структуры не понимались как клеточные образования. Все потому, что исследования ученого были, скорее, случайные, чем систематические.

В начале 19 века такие ученые как Г. Линк, Г. Травенариус и К. Рудольф в своих исследованиях продемонстрировали, что клетки не являются пустотами — это самостоятельные образования, ограниченные стенками. Было доказано, что у клеток есть содержимое, названное Я. Пуркинье протоплазмой. Р. Броун выделил ядро в качестве постоянной части клеток.

Далее Т. Шванн занимался анализом данных литературы о клеточном строении растений и животных. Он сопоставил имеющиеся данные с собственными исследованиями, результатом чего стала его собственный труд. Ученый продемонстрировал, что клетки — элементарные живые структурные единицы растительных и животных организмов. И. Шванн пояснил, что у них есть общий план строения и образуются они одинаковым способом. Все это стало основой клеточной теории. Поэтому Т. Швана можно считать тем, кто стоял у истоков создания клеточной теории.

Перед тем как сформулировать основные положения клеточной теории, на протежении долгого периода времени ученые накапливали наблюдения за строением одноклеточных и многоклеточных организмов. Одновременно с этим совершенствовались и различные оптические методы в исследованиях.

Все клетки бывают двух типов: ядерные (эукариотические) и безъядерные (прокариотические). Организмы животных строятся на экукариотические клетках. Нет ядер только у красных клеток крови млекопитающих — эритроциты, которые теряют свои ядра в процессе развития.

В ходе изучения строения и функций клеток менялось и определение клетки.

Сегодня под клеткой понимают структурно упорядоченную систему биополимеров, ограниченную активной оболочкой. Биополимеры образуют ядро и цитоплазму, принимают участие в единой совокупности процессов метаболизма и обеспечивают поддержку и воспроизведение самой системы.

Клеточная теория — это обобщенное представление о строении клетки, являющейся единицей живого, ее размножении и роли в процессе формирования многоклеточных организмов.

Открытия в 19 веке, связанные с клеткой, были связаны с развитием микроскопии. В это же время происходит изменение представления о клетке. Теперь основой клетки стала считаться не клеточная оболочка, а ее содержимое — протоплазма. Также происходит открытие ядра как постоянного элемента клетки.

Благодаря тому, что появилась четкая информация о строении и развитии клетки, стало возможным ее обобщить. В 1839 году такое обобщение сделал Т. Шванн, который и сформулировал клеточную теорию. Автор клеточной теории считал, что между клетками животных и растений нет принципиальной разницы. В этом, в общем, и заключается сущность клеточной теории.

Развитием этой теории позже занимался немецкий патолог Р. Вирхов. Он является автором идеи, что возникновение клетки происходит исключительно из другой клетки при помощи размножения.

Положения клеточной теории

Положения клеточной теории, которые постепенно уточнялись и дополнялись, были опубликованы в труде под названием «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений» (1839 г). Эта работа принадлежит Т. Шванну.

Вот основные положения клеточной теории:

клетка является основной элементарной единицей строения, развития и функционирования любого живого организма. То есть, мельчайшей единицей живого;
у всех организмов клетки гомологичны — похожи по своему химическому строению, главным проявлениям жизненных процессов, обмену веществ;
основной способ размножения клеток — деление. Образование новой клетки происходит путем деления материнской клетки;
клетки сложных многоклеточных организмов имеют специализацию по выполняемым ими функциям и образуют ткани. Ткани лежат в основе органов, которые взаимосвязаны различными формами регуляции: межклеточными, нервными и гуморальными.

Активное развитие в 19 и 20 веках такой науки как цитология способствовало подтверждению основных положений клеточной теории. Она же предоставила новые данные о строении и функциях клетки.

Кроме того, отдельные тезисы клеточной теории, предложенные Т. Шванном, были исключены из теории. К примеру, он считал, что отдельная клетка многоклеточного организма способна самостоятельно функционировать, что многоклеточный организм — простая совокупность клеток, что неклеточная «бластема» — основа развития клетки.

После усовершенствования, остались следующие положения клеточной теории:

клетка является наименьшей единицей живого. Ей свойственно все, что определяет «живое»: рост, движение, обмен веществ и энергии, изменчивость, адаптация, раздражительность, репродукция, старение и смерть;
у клеток различных организмов наблюдается схожесть в общем плане строения — это обусловлено похожестью общих функций, которые направлены на поддержание жизни клеток и их размножение. Специфичность выполняемых клетками функций определяет разнообразие клеточных форм;
размножение клетки осуществляется путем деления материнской клетки (имеет место предыдущее воспроизведение ее генетического материла);
клетка — часть целостного организма. Развитие, функции и особенности строения клеток определяются всем организмом. Это результат взаимодействия тканей, органов, аппаратов и систем органов в функциональных системах.

Клеточная теория на современном этапе развития биологии во многом отличается от теории и взглядов на клетку, существовавших не только в 19 веке, в период формулировки Т. Шванном первой клеточной теории, но и в середине 20 века.

Сегодня клеточная теория — это система научных взглядов, представленная в виде теорий, законов и принципов.

Главные положения клеточной теории актуальны и сегодня, несмотря на то, что за 150 лет о структуре, развитии и жизнедеятельности клеток были получены новые сведения.

Значение клеточной теории

Клеточная теория в науке открыла и укрепила представление о клетке как важнейшей составляющей всех организмов и главным их строительным элементом. Клетка является эмбриональной основой многоклеточных организмов, поскольку любой организм развивается с зиготы.

Благодаря клеточной теории можно говорить о единстве живой природы. Открытие этой теории — едва ли не самое важное событие в области биологии.

Клеточная теория стимулировала развитие таких наук как эмбриология, физиология и гистология. На ее основе возникло материалистическое понимание жизни, стало возможным объяснение эволюционной взаимосвязи между организмами, формулировка сущности онтогенеза.

Несмотря на то, что сведения о строении, развитии и функционировании клетки постоянно пополняются, основные положения клеточной теории, сформулированные более 100 лет назад, остаются актуальными.

Клетка — основа всех биохимических и физиологических процессов в организме, ведь все эти процессы происходят непосредственно на клеточном уровне. Клеточная теория позволила сделать вывод о схожести химического состава всех клеток и подтвердить единство органического мира.

Клеточная теория является одни из биологических обобщений, свидетельствующих о клеточном строении всех организмов.

Наряду с законом превращения энергии и эволюционной теорией Дарвина, это одно из наиболее значимых открытий в области естествознания 19 века.

Клеточная теория оказала заметное влияние на развитие биологии как науки. Она указала на единство живой природы и выделила структурную единицу этого единства — клетку.

Помимо огромного влияния на биологию как науку, теория стала фундаментом для развития других дисциплин: эмбриологии, гистологии, физиологии. С ее помощью удалось объяснить родственные взаимосвязи организмов, механизм индивидуального развития.

Теория является важным обобщением современной биологии, системой положений и принципов, раскрывающими механизмы роста, развития и размножения организмов.

Научная картина мира — это система представлений человека о свойствах и закономерностях реально существующего мира, построенная в результате обобщения научных знаний и принципов.

В процессе развития науки происходит постоянное обновление знаний, идей и концепций, более ранние представления становятся частными случаями новых теорий. Научная картина мира не догма и не абсолютная истина. Научные представления об окружающем мире основаны на всей совокупности доказанных фактов и установленных причинно — следственных связей, что позволяет с определённой степенью уверенности делать способствующие развитию человеческой цивилизации заключения и прогнозы о свойствах нашего мира. Несоответствие результатов проверки теории, гипотезе, концепции, выявление новых фактов — всё это заставляет пересматривать имеющиеся представления и создавать новые, более соответствующие реальности. Поэтому формирование научной картины мира зависит от конкретного учёного или коллектива научных сотрудников, занимающихся изучением какой — либо научной проблемы.

Вопрос 2. Какие организмы среди представителей различных групп (царств) живых существ являются одноклеточными?

Среди эукариот одноклеточное строение имеют простейшие (царство Животные). Насчитывается около 40 тысяч видов одноклеточных животных (например, амёба, эвглена зеленая, инфузория — туфелька).

Одноклеточные грибы систематизированы в 4 основных классах: дейтеромицеты; хитридиомицеты; зигомицеты; аскомицеты. Ярким примером аскомицетов служат дрожжи. А одноклеточный гриб фитофтора поражает живые листья и клубни картофеля, листья и плоды томатов.

Типичным представителем низших одноклеточных растений, часто встречающихся в природе, являются водоросли: хламидомонада, хлорелла, спирогира, хлорококк, вольвокс.

Вопрос 3. Какие клетки в организме человека имеют длинные отростки и для чего эти отростки нужны?

Клетки нервной ткани — нейроны — имеют длинные отростки (аксоны). По аксону импульсы идут от тела клетки нейрона и могут передаваться на большие расстояния.

Эти отростки нужны для передачи информации различным нейронам, мышцам и железам. Информация, в виде электрического тока, достигнув окончания аксона, который уже входит в структуру синапса, обуславливает выделение медиатора — непосредственного передатчика возбуждения к другому нейрону или исполнительному органу (мышцам, железам).

Вопрос 4. Можно ли в оптический микроскоп увидеть вирус? Почему?

Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10 — 9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии.

Современные световые микроскопы способны увеличить изучаемый объект в 2000—2500 раз. Эти приборы применяются в цитологии очень широко, но не позволяют изучать объекты размером менее длины световой волны (400—800 нм) — ограничено явлением дифракции Фраунгофера на линзе. Дело в том, что световая волна не может быть отражена очень маленьким предметом, из — за того что она просто огибает его.

Поэтому вирусы можно увидеть только в электронный микроскоп увеличение от 5 тыс. раз до 100тыс.

Очень интересная статья для ознакомления: «Вирусы в оптическом микроскопе». Ученые из Манчестера создали самый мощный оптический микроскоп в мире.

Вопрос 5. Можно ли в электронный микроскоп увидеть бактерию?

Вопрос 6. От чего зависят размеры и особенности строения клетки? Чьи клетки крупнее: кашалота или дельфина?

Для растений размеры клеток зависят от тургора и от размеров вакуолей в клетке. Для животных связь размер клетки связан главным образом с функцией, выполняемой ею. Скажем, задача эритроцитов проста — переносить кислород, лейкоцитов сложнее — борьба с инородными клетками; лейкоциты больше в размерах.

Особенности строения клеток зависят от функций, которые они выполняют.

Я думаю, что размер клеток кашалота и дельфина одинаковы.

Вопрос 7. Какие методы изучения клетки вы знаете?

1. Метод световой микроскопии. Разновидности световой микроскопии: фазово — контрастный, флеристцентная и поляризационная микроскопия.

2.Метод электронной микроскопии. Методы изучения фиксированных клеток.

3.Гистологические методы. Методы фиксации, приготовления препаратов с последующей их окраской.

4.Цитохимические методы — это избирательное окрашивание различных химических элементов (компонентов) клетки (ДНК, белок…).

5.Морфологические методы — это количественный метод, изучающий параметры основных клеточных структур.

6.Метод меченых изотопов. Используют тяжелые атомы углерода или водорода. Эти меченые атомы включают в предшественники синтеза определенных молекул. Например: при синтезе ДНК используют меченый тимидин Н3 — предшественник тимина.

7.Для обнаружения метки в цитологии используют метод авторадиографии. Изготавливают гистологические препараты и покрывают их фотоэмульсией в темноте, определенное время выдерживают при определенной температуре, затем препараты проявляют с использованием фотореактивов, при этом метка выявляется в виде зерен серебра.

8.Метод фракционирования клеток позволяет изучать внутриклеточные компоненты. Разрушают клетки, помещают их в специальные центрифуги, и разные клеточные компоненты осаждаются при разной скорости цинтрифугирования.

9.Метод рентгеноструктурного анализа используют для изучения кристаллической решетки ядра атома.

Методы изучения живых клеток.

10.Метод клеточных структур позволяет изучать живую клетку.

11.Метод микрохирургии. Например: вживление микроэлектрода.

Вопрос 8. Докажите, что клетка является системой.

Клетка является системой потому, что она:

1. Состоит из взаимодействующих и взаимосвязанных между собой элементов — мембраны, ядра, цитоплазмы, различных органелл и других клеточных структур — ресничек, микротрубочек.

2. Клетка обладает свойствами, которыми не обладают ее отдельные части.

3. Способна к метаболизму с окружающей средой, ибо в клетке постоянно происходят процессы синтеза и распада.

4. Клетка способна к саморегуляции — т.е. поддержанию гомеостаза.

5. В клетке происходят контролируемые на генетическом уровне процессы роста, размножения и развития.

Вопрос 9. Используя доступные источники информации, подготовьте презентацию о развитии представлений о клеточном строении живых организмов.

. (используйте эту информацию, её можно в краткой форме разбить на слайды, добавить картинок по теме).

Взгляды ученых о клеточном строении клетки неоднократно менялись. Развитие представлений о клеточном строении живых организмов условно можно разделить на 5 этапов.

1. В 1665 году, рассматривая под микроскопом срез пробки, английский физик Р.Гук обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал "клетками". Таким образом, его можно считать первооткрывателем клетки.

1670 — е годы — итальянский медик и натуралист М. Мальпиги и английский натуралист Н. Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения. Клетки изображал на своих рисунках голландский микроскопист А. Левенгук. В его трудах Антони ван Левенгука, особенно в книге "Тайны природы", впервые появилась информация о строении многих биологических объектов (эритроцитов, многих водорослей, бактерий, сперматозоидов, разнообразных микроструктур растительных и животных клеток). Он же первым открыл мир одноклеточных организмов — описал бактерий и протистов (инфузорий).

Трактовка о строении клетки в этом периоде чрезвычайно примитивна: клетки рассматриваются как ячейки, сравнимые с «пеной на кружке пива», стенки которых затвердевают. Ясно, что при таком понимании клетки общепринятым было и представление об общности стенок двух соседних ячеек. Единственное представление о развитии клеток, которое связано с этим этапом, — гипотеза Вольфа о возникновении ячеистости в результате образования жидких капель в студенистой массе живого вещества с последующим затвердением пограничного слоя.

2. Лишь в XIX в. ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клеток, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.

Этот этап развития представлений о микроструктуре организмов связан с именами Линка и Рудольфи (1804), Тревирануса (1807—1821), Мейена (1830), в 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки и др. Этими исследователями, во — первых, было показано, что каждая ячейка — клетка покрыта своей особой оболочкой и потому клетка отделима от других ей подобных; во — вторых, было констатировано наличие клеточного содержимого, обладающего самостоятельной подвижностью. Наряду с клетками как элементарные структуры рассматривали также волоконца и сосуды растений; их клеточное строение, клеточный генез оставались неизвестны.

3. По мере совершенствования инструментальной базы и техники микроскопических исследований клеточного строения организмов, было признано, что наличие клеток представляет собой общую структурную черту биологической организации. Этот период клеточного учения является переломным. Клеточное строение организмов наблюдали многие исследователи. Наиболее обстоятельные описания клеточных структур в XIX в. дали Я. Пуркинье и М. Шлейден. Прежде всего, как обязательный элемент рассматриваются ядро и ядрышко, возникающие путем агломерации элементарных зернышек. В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден доказал, что в любой растительной клетке есть ядро. Немецкий зоолог Т.Шванн в большом разнообразии клеток увидел их общность, их единый план строения. Он создал теорию, утверждающую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории были сформулированы М. Шлейденом и Т. Шванном в 1838 — 1839 году, а затем были дополнены Р. Вирховым в1859 году.

Современная клеточная теория включает в себя 4 основных положения:

1. Клетка — элементарная структурно — функциональная единица всех живых организмов.

2. Клетки растений и животных сходны по своему строению и функциям.

3. Клетки возникают путём деления материнской клетки.

4. Клетки участвуют в формировании многоклеточного организма.

В этом периоде впервые формулируется клеточная теория, основным моментом которой является принцип общности клеткообразования во всех частях живой материи. Способ клеткообразования из сливающихся зернышек признается всеобщим, а отсюда постулируется уже сравнимость всех клеток, как растений, так и животных. Основными элементами всех клеток признаются: оболочка, протоплазма и ядро с ядрышком. Итак, все живые существа, согласно этим воззрениям, состоят из клеток или их производных, но сами клетки возникают из зернышек первично — бесструктурной массы.

4. Четвертый период характеризуется, прежде всего, накоплением обильного нового фактического материала, который очень скоро встал в противоречие с рядом теоретических положений Шлейдена, Шванна и др. Доказывалась лишь относительная ценность оболочки клетки как неотъемлемой части клетки; при этом была окончательно выяснена разница между растительной и животной клетками. Затем (и это основное) была установлена ошибочность теории цитогенезиса, а вместо этого доказывалась преемственность клеточной структуры, что особенно четко было сформулировано Вирховым (1857) в виде закона «omnis cellulae cellulae» — всякая клетка из клетки. В результате ряда замечательных для своего времени работ как ботаников (Кон и др.), так и зоологов (Ремак и др.) Шультце было сформулировано новое определение клетки как «комочка протоплазмы с ядром». Вместе с тем клеточная теория на новой фактической основе получила свое дальнейшее углубление, в особенности с введением представления о клетке как об «элементарном организме» (Брюкке, 1861). Представление об организме как о сумме клеток стало неопровержимым и привело в дальнейшем к теории «клеточного государства» (Вирхов, Фернорн). Этот период может быть характеризован как господство механистических взглядов в учении о клеточном строении организмов.

5. В этом периоде существовало направление, пытавшееся разложить клетку на еще более простые живые элементы, сопоставлявшиеся и даже гомологизировавшиеся с бактериями. Этот взгляд развивался рядом французских ученых (Бешан, 1860—1883 гг. и др.) и затем (казалось, в особенно убедительной форме) Альтманом (1890—1894). Достаточных доказательств эта точка зрения, однако, не получила. Тем не менее, сходные взгляды в той или иной форме всплывают и до самого последнего времени (Иван Валлин, 1926).

6. Шестым этапом в изучении клетки условно можно назвать схему, предложенную Вильсоном (1896—1925) в его известной сводке. Она по существу стремится лишь свести все наши сведения о морфологических структурах клетки, не внося никакой принципиально новой точки зрения.

7. Это схема, которая основана на современных исследованиях о природе протоплазмы, ядра и различных включений клетки, а также их взаимодействия. Основная сущность этой схемы заключается в том, что структуру клетки мы себе представляем исключительно сложной, несмотря на то, что при применении даже наилучших световых микроскопических объективов субстанция протоплазмы (цитоплазма и ядро) представляется нам гомогенной. Современная методика морфологического исследования клетки, в связи с освоением электронной микроскопии, находится на большой высоте; хуже разработаны гистохимические методы.

Итак, современная схема строения клетки в известной мере сходна с представлениями Дюжардена (1835), Гофмейстера (1867) и др., которые также писали о гомогенности протоплазмы. Говоря о схеме строения клетки, мы и теперь должны по существу ограничиваться лишь очень немногим; мы указываем, что клетка состоит из протоплазмы, одетой тонкой мембраной. В протоплазме мы постоянно обнаруживаем хондриосомы, а также постоянное присутствие ядра. Электронная микроскопия обнаружила в протоплазме еще так называемый ретикулум, рибосомы и некоторые другие мембранные структуры. О более тонком строении ядра мы еще ничего не узнали.

Однако современное понимание клетки резко отличается от всех более ранних представлений тем, что мы пришли к «простой» схеме строения, убедившись в такой ее чрезвычайной сложности и своеобразии, которая современными методами не может быть достаточно полно анализирована. Правда, мы знаем многочисленные включения и органоиды клеток, которые изучены довольно тщательно.

Другими словами, клетка лишь внешне представляется нам просто организованной системой, тогда как ее внутренняя, интимная структура лежит за пределами видимости и нашего понимания. К этому убеждению современная цитология пришла в результате исследований целой плеяды ученых на протяжении последних 100 лет. Исследования, проведенные при использовании электронного микроскопа, ныне это подтвердили и внесли много нового, но клетка осталась клеткой, и никаких более простых и мелких полноценных живых структур не найдено.

В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что меньше всего мы знаем о возникновении клеток. Эта проблема практически совпадает с вопросом о возникновении жизни из неживой материи. Впервые данный вопрос был поставлен Геккелем в 1866 г., но он пока остается целиком в области гипотез.

Вопрос 10. От чего зависит выбор методов в процессе проведения исследования?

От размеров клетки, от предмета исследования (ДНК, органоиды…). Т.е. в зависимости от того, что Вы хотите узнать о данной клетке, выбирается подходящий метод исследования или комплекс исследований.

Вопрос 11. Могут ли существовать в природе настолько маленькие клетки, что их невозможно различить в современные микроскопы?

Скорее всего, не существуют. А если и существуют, то мы об этом не знаем, поэтому и не рассматриваем их в микроскопы. Если бы мы знали о таких клеточках, то, в разработанный учеными из Корнеллского Университета микроскоп, мы их точно увидели бы. Этот новый вид электронного микроскопа позволяет увидеть атомы в живых клетках, не повреждая их .

Клетка — элементарная живая система, основная структурная единица живых организмов, способная к самовозобновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Вопрос 2. Какие методы изучения клеток вы знаете?

Метод световой микроскопии. Разновидности световой микроскопии: фазово — контрастный, флеристцентная и поляризационная микроскопия.

2.Метод электронной микроскопии. Методы изучения фиксированных клеток.

3.Гистологические методы. Методы фиксации, приготовления препаратов с последующей их окраской.

5.Морфологические методы — это количественный метод, изучающий параметры основных клеточных структур.

9.Метод рентгеноструктурного анализа используют для изучения кристаллической решетки ядра атома.

Методы изучения живых клеток.

10.Метод клеточных структур позволяет изучать живую клетку.

11.Метод микрохирургии. Например: вживление микроэлектрода.

Вопрос 3. Что такое клеточная теория и каковы её современные положения?

Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.

Современные положения клеточной теории следующие:

• клетка является универсальной структурной и функциональной единицей живого, имеющего клеточную структуру;

• все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

• клетки образуются только при делении клеток;

• клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм представляет собой целостную систему.

Вопрос 4. Почему со временем формулировки положений клеточной теории изменились, а их количество увеличилось?

Первоначальная клеточная теория многократно уточнялась и дополнялась. В частности, её основоположники ошибочно считали возможным воссоздание клеток из неклеточного вещества. Кроме того, практически ничего не было известно о вирусах, которые сейчас считают неклеточными формами жизни.

Т.е. можно сказать, что первоначальные и современные положения клеточной теории во многом перекликаются. Углубленные и расширенные постулаты отражают современный уровень знаний по вопросу строения, жизни и взаимодействия клеток.

Вопрос 5. Используя дополнительные источники информации, подготовьте доклад о жизни и деятельности А. Ван Левенгука.

Антони ван Левенгук (Antoni van Leeuwenhoek, Thonius Philips van Leeuwenhoek) — нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии, исследовавший с помощью своих микроскопов структуру различных форм живой материи.

Биография. Левенгук родился 24 октября 1632 года в городе Делфт (Delft) в семействе бедняков Маргарет ван ден Берх (Grietje van den Berch) и Филипса Тонисзона (Philips Thoniszoon), который плел и продавал корзины. Сына отец мечтал обучить профессии суконщика.

В 6 лет мальчик потерял отца, а мать устроила его обучаться в гимназии, находившейся в предместье города Лейден (Leiden). Считается, что фамилию мальчик придумал себе сам: она образована от названия находившихся недалеко от отчего дома Львиных ворот (Leeuwenpoort), к которому он добавил часть hoek («уголок»). Дядя будущего натуралиста обучил его основам математики и физики.

В 1648 году Антони отправился в Амстердам учиться на бухгалтера, но вместо учёбы устроился на работу в галантерейную лавку. Там он впервые увидел простейший микроскоп — увеличивающее стекло, которое устанавливалось на небольшом штативе и использовалось текстильщиками. Вскоре он приобрёл себе такой же.

В 1654 году он вернулся в родной Делфт, где затем жил до самой смерти. В июне 1654 года он женился на Барбаре де Мей (Barbara de Mey), четверо их детей умерло во младенчестве, дочь Мария была не просто единственным выжившим его ребенком, она была его другом и с увлечением рассматривала в микроскопе все, что исследовал ее отец. Его первая жена Барбара умерла в 1666 году и в 1671 году Левенгук женился Корнелия Швальмиус (Cornelia Swalmius), с которой у него не было детей.

В родном городе Делфте он был известным и уважаемым человеком, в местной ратуше он получил должность стража судебной палаты, затем инспектора винной палаты города. Он прожил долгую жизнь, занимаясь своими исследованиями, совершенствонием микроскопов, линз и методов исследования. Умер Антони ван Левенгук 26 августа 1723 Делфте и завещал свои микроскопы Лондоскому Королевскому обществу.

Изобретатель. Левенгук с детства интересовался науками. В 1665 году ему в руки попадает научный трактат англичанина Роберта Гука «Микрография» (Robert Hooke, «Micrographia»). Левенгук постепенно увлекся изготовлением увеличительных стекол, приобрел навыки шлифовальщика и прославился как искуснейший мастер. С тех пор он увлекся исследованиями явлений окружающего мира с помощью увеличительного стекла. Особенно заинтересовали его изыскания в области зоологии, которые он проводил сообща с Марчелло Мальпиги (Marcello Malpighi). Левенгук внес значительный вклад в развитие микроскопических исследований.

Изготовление линз. Освоив ремесло шлифовальщика, Левенгук стал очень искусным и успешным изготовителем линз. Устанавливая свои линзы в металлические оправы (ученый делал тончайшие линзы в оправах из меди, серебра, золота), он собрал микроскоп и с его помощью проводил самые передовые по тем временам исследования. Линзы, которые он изготавливал, были неудобны и малы, для работы с ними нужен был определённый навык, однако с их помощью был сделан ряд важнейших открытий.

Всего за свою жизнь он изготовил более 500 линз и как минимум 25 микроскопов, 9 из которых дошли до наших дней. Это бесценные реликвии истории науки, истории поиска и великих открытий. Считается, что Левенгук сумел создать микроскоп, позволявший получить 500 — кратное увеличение, однако максимальное увеличение, которое можно получить при помощи сохранившихся микроскопов, составляет 275. Они увеличивали в 275 раз. По мнению современных исследователей, Левенгук владел искусством не только шлифовки, но и производства линз путем расплавления тонкой нити из стекла и обработки горячей стеклянной капли сферической формы.

Открытия. Наблюдаемые объекты Левенгук зарисовывал, а свои наблюдения описывал в письмах (общим количеством около 300), которые на протяжении более чем 50 лет отсылал в Лондонское королевское общество, а также некоторым учёным. В 1673 году его письмо впервые было опубликовано в журнале Лондонского королевского общества «Философские записки» (англ. Philosophical Transactions).

Однако в 1676 году достоверность его исследований была поставлена под сомнение, когда он отослал копию своих наблюдений одноклеточных организмов, о существовании которых до этого времени ничего не было известно. Несмотря на репутацию исследователя, заслуживающего доверия, его наблюдения были встречены с некоторым скептицизмом. Чтобы проверить их достоверность, в Делфт отправилась группа учёных во главе с Неемией Грю, который подтвердил подлинность всех исследований. 8 февраля 1680 года Левенгук был избран действительным членом Лондонского Королевского общества.

В числе прочего, А. Левенгук (1680) открыл мир одноклеточных организмов и впервые увидел клетки животных (эритроциты), описал бактерии (1683), дрожжи, простейших, волокна хрусталика, чешуйки эпидермиса кожи, зарисовал сперматозоиды (1677), строение глаз насекомых и мышечных волокон. Нашёл и описал ряд коловраток, почкование гидр и т. п. Открыл инфузории и описал многие их формы.

Работы. Данные своих наблюдений он опубликовал в книге «Тайны природы». Иллюстрации к этой книге чётко демонстрируют клеточные структуры растительных и животных организмов. Однако А.Левенгук не представлял описанные морфологические структуры как клеточные образования. Его исследования имели случайный, не систематизированный характер.

В течение почти 50 лет Левенгук писал письма в Лондонское королевское общество, членом которого был избран в 1680 году. Письма эти, предназначенные для публикации в научных журналах, были прижизненно изданы многотомными собраниями на нидерландском и латинском языках:

Sendbrieven ontleedingen en ontkellingen etc.: 7 т. — Лейден и Дельфт, 1685—1718.

Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопов (лат. Opera omnia s. Arcana naturae etc. — Все работы или Тайны природы): 7 т. Лейден, 1695—1722.

После смерти работы также изданы в извлечении на английском языке (2 т.; Лондон, 1798—1801).

Вопрос 6. Как можно связать клеточную теорию с техническим прогрессом?

Не только наука влияла на успехи техника, но и техника, ставя перед наукой новые проблемы, оснащая ее современными технологиями, стимулировала эволюцию науки.

Так прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопии в XIX веке и методов исследования клетки. А поскольку микрокопирование основной метод изучения клеток, поэтому оформление клеточной теории шло одновременно с развитием и усовершенствованием техники. В то время представление о строении клетки изменилось: за основу клетки принималась не клеточная оболочка, а её содержимое — протоплазма. Тогда же открыли ядро как постоянный элемент клетки. Сведения о тонком строении и развитии тканей и клеток давали возможность сделать обобщение. Такое обобщение сделал в 1839 г. немецкий биолог Т. Шванн в виде сформулированной им клеточной теории. Поэтому, можно сказать, что благодаря техническому прогрессу, была создана клеточная теория.

Вопрос 7. Возможно ли обновление или дополнение клеточной теории в настоящее время? Обоснуйте.

Я думаю, что пока нет. Ученые практически детально исследовали клетку, ее структурные элементы и определили их роль. Пока никаких изменений.

Вопрос 8. Обсудите с одноклассниками, почему с момента первого описания клеток до создания клеточной теории прошло так много лет.

С момента обнаружения клеток, до создания клеточной теории, прошло больше 150 лет. Клетки очень маленькие структуры, для рассмотрения их человеческим глазом. Поэтому нужны были специальные увеличивающие приборы — микроскопы — для детального изучения клеток. И только лишь с начала XIХ века, с развитием микроскопии, стало возможным понемногу рассматривать клетку. Что дало толчок на обобщение знаний о ней и создание клеточной теории.

Вопрос 9. Выскажите своё мнение по поводу следующего утверждения: все клетки одного организма генетически идентичны. Аргументируйте свою позицию.

Все клетки многоклеточных организмов содержат идентичный, уникальный для данного вида набор хромосом. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе (расхождение хромосом к разным полюсам клетки в анафазе) все клетки организма генетически идентичны.

Разные клетки многоклеточного организма если и не идентичны, то крайне похожи генетически. Перечислим некоторые опыты, которыми это предположение можно подкрепить. Известны опыты Дж. Гердона по пересадке ядер. Из оплодотворенной яйцеклетки лягушки извлекалось ее ядро, а вместо него вводилось ядро из эпителиальной или другой клетки лягушки. Яйцеклетка развивалась и делилась, в итоге получалась нормальная лягушка. Это показывает, что ядерные генетические аппараты яйцеклетки и клетки эпителия взаимозаменяемы. На аналогичные соображения наводят многочисленные случаи вегетативного размножения у животных и растений: дочерние особи, неотличимые от родительских, возникают из соматических клеток последних.

Современные методы молекулярной биологии и генной инженерии позволяют применить другой подход. Прямо сравнить первичную структуру всей ДНК из двух клеток в настоящее время невозможно, но любой отдельный ген можно выделить и охарактеризовать его положение в хромосоме, количество копий этого гена на клетку, его первичную структуру. Затем можно выяснить, во всех ли клетках имеется этот ген и одинаково ли он расположен.

Но, наряду с правилом генетической идентичности клеток, встречаются отклонения от этого правила. Начнем с наиболее демонстративных. Так, в некоторых клетках многоклеточных организмов нет ядра (эритроциты млекопитающих, зрелые ситовидные трубки флоэмы). У этих же клеток нет митохондрий. Во многих растительных клетках нет пластид или варьируется их общее количество (и, соответственно, количество пластидной ДНК). В ряде растительных и животных клеток может меняться число митохондрий и митохондриальной ДНК.

В генетический материал, содержащийся в клетке, можно включить плазмиды бактерий и грибов, а также размножающиеся внутри клетки вирусы. Понятно, что количество и состав этих генетических элементов не одинаковы в разных клетках (например, РНК — содержащий вирус полиомиелита поражает клетки слизистой оболочки кишечника, а ДНК — содержащий вирус гепатита В — клетки печени).

Клетки могут отличаться по количеству наборов хромосом. Как известно, высшие эукариоты в основном диплоидны. Однако в составе в основном диплоидных организмов обязательно встречаются гаплоидные клетки (прошедшие мейоз предшественницы половых клеток; сами половые клетки; эндосперм у голосеменных).

Эндосперм покрытосеменных триплоиден. В организме животных повышена плоидность клеток ряда органов (в печени, например, клетки могут быть октаплоидны; сильно умножается число хромосомных наборов в слюнных железах насекомых). У споровых растений есть самостоятельное гаплоидное поколение, формирующее гаметы, но при этом у мхов диплоидное поколение формируется прямо на гаплоидном. В жизненных циклах грибов встречаются разнообразные сочетания клеток разной плоидности.

Умножаться или утрачиваться могут не полные наборы, а отдельные хромосомы. (Если такое происходит в зиготе, то это обычно ведет к наследственным болезням. Правда, тогда все клетки организма хоть и аномальны, но одинаковы, и данный случай не является ответом на вопрос.)

Далее, имеется великое множество примеров, когда отдельные гены меняют свое положение внутри одной хромосомы или даже переходят в другую. В разных клетках это может происходить по — разному. Иногда направленные перестройки ДНК происходят в ходе индивидуального развития организма. Например, в раннем развитии яиц некоторых пресноводных рачков имеется особая стадия, когда все клетки, кроме одной, одновременно утрачивают большое количество ДНК. Эта ДНК ничего не кодирует (так называемая сателлитная ДНК). У взрослого организма большинство клеток содержит мало сателлитной ДНК, и только клетки зародышевого пути, чья предковая клетка оставалась без изменений, содержат всю сателлитную ДНК.

Наконец, многие клетки организмов время от времени делятся, и во всех клетках без исключения идет репарация — «залечивание» случайных повреждений в цепях ДНК. И тот, и другой процессы идут хоть и с высокой, но не со стопроцентной точностью. Ошибки репарации и репликации — важнейший источник мутаций. В разных соматических клетках организма набор этих мутаций обязательно оказывается разным. Кстати, на этом основан один из способов получения новых сортов растений. Так как из одной клетки, например, листа растения можно вырастить целое растение, то поступают следующим образом: выделяют много клеток из многих листьев, из них выращивают целые растения, а поскольку в исходных клетках были разные мутации, то и среди полученных растений в изобилии находят мутантов, в том числе иногда с нужными свойствами.

Вопрос 10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 «Сравнение строения клеток растений, животных, грибов и бактерий под микроскопом на готовых микропрепаратах и их описание».

Цель: на основе изучения клеток разных организмов выявить основные черты сходства и различия в их строении.

Оборудование: микроскоп, готовые микропрепараты клеток растений, животных, грибов и бактерий.

Ход работы:

1. Настройте микроскоп на малое увеличение и рассмотрите готовые микропрепараты. Зарисуйте увиденное.

Клетки в общем будут выглядеть так:

2. Переведите настройки микроскопа на большое увеличение и снова рассмотрите клетки организмов. Сделайте соответствующие рисунки.

3. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.

1. Все клетки имеют сходное строение.

2. Во всех клетках есть плазматическая мембрана, хромосомы, цитоплазма, цитоскелет, рибосомы.

3. Больше схожи между собой клетки животных, растений и грибов.

Вывод: Все живое, что есть на нашей планете, состоит из клеток. Клеточная структура всех живых существ — основа родства всего живого, что есть на нашей планете. Но между клетками растений, грибов, бактерий и животных существует множество существенных отличий. Чтобы разобраться, в чем они похожи и чем отличаются, нужно подробно рассмотреть строение каждой из разновидностей клеток. Все животные, грибы и растения имеют много общего в своей структуре. В составе своих клеток все они имеют: ядро, митохондрии, цитоплазматическую мембрану, эндоплазматическую сеть, цитоплазму, аппарат Гольджи.

Открытие и изучение клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа и усовершенствованию методов микроскопических исследований.

Англичанин Роберт Гук первым в 1665 г.с помощью увеличительных линз наблюдал деление тканей коры пробкового дуба на ячейки (клетки). Хотя выснилось, что открыл он не клетки (в собственном понятии термина), а лишь внешние оболочки растительных клеток. Позже мир одноклеточных организмов был открыт А. Левенгуком. Он первый увидел животные клетки (эритроциты). Позже клетки животных описал Ф. Фонтана,но эти исследования в то время не привели к понятию универсальности клеточного строения, потому что не было чётких представлений о том, что же такое клетка.

Р. Гук считал, что клетки – это пустоты или поры между волокнами растений. Позже М. Мальпиги, Н. Грю и Ф. Фонтана, наблюдая растительные объекты под микроскопом, подтвердили данные Р. Гука, назвав клетки «пузырьками». Значительный вклад в развитие микроскопических исследований растительных и животных организмов сделал А. Левенгук. Данные своих наблюдений он опубликовал в книге «Тайны природы».

Иллюстрации к этой книге чётко демонстрируют клеточные структуры растительных и животных организмов. Однако А.Левенгук не представлял описанные морфологические структуры как клеточные образования. Его исследования имели случайный, не систематизированный характер. Г.Линк, Г. Травенариус и К. Рудольф в начале $XIX$ столетия своими исследованиями показали, что клетки – это не пустоты, а самостоятельные ограниченные стенками образования. Было установлено, что клетки имеют содержимое, которое Я Пуркинье назвал протоплазмой. Р. Броун описал ядро, как постоянную часть клеток.

Т. Шванн проанализировал данные литературы о клеточном строении растений и животных, сопоставив их с собственными исследованиями и опубликовал результаты в своей работе. В ней Т. Шванн показал, что клетки являются элементарными живыми структурными единицами растительных и животных организмов. Они имеют общий план строения и образуются единым путём. Эти тезисы и стали основой клеточной теории.

Исследователи длительное время занимались накоплением наблюдений за строением одноклеточных и многоклеточных организмов, прежде, чем сформулировать положения КТ. Именно в этот период были более развиты и усовершенствования различные оптические методы исследования.

Готовые работы на аналогичную тему

Клетки делят на ядерные (эукариотические) и безъядерные (прокариотические). Животные организмы построены из эукариотических клеток. Лишь красные клетки крови млекопитающих (эритроциты) не имеют ядер. Они теряют их в процессе своего развития.

Определение клетки изменялось в зависимости от познания их строения и функции.

По современным данным, клетка – это ограниченная активной оболочкой, структурно упорядоченная система биополимеров, которые образуют ядро и цитоплазму, участвуют в единой совокупности процессов метаболизма и обеспечивают поддержание и воспроизведение системы в целом.

Клеточная теория является обобщённым представлением о строении клетки как единицы живого, о размножении клеток и их роли в формировании многоклеточных организмов.

Прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопии в $XIX$ веке. В то время представление о строении клетки изменилось: за основу клетки принималась не клеточная оболочка, а её содержимое – протоплазма. Тогда же открыли ядро как постоянный элемент клетки.

Сведения о тонком строении и развитии тканей и клеток давали возможность сделать обобщение. Такое обобщение сделал в 1839 г. немецкий биолог Т. Шванн в виде сформулированной им клеточной теории. Он утверждал, что клетки и животных, и растений принципиально похожи. Развил и обобщил эти представления немецкий патолог Р. Вирхов. Он выдвинул важное положение, которое состояло в том, что клетки возникают только из клеток путём размножения.

Основные положения клеточной теории

Т. Шванн в 1839 г. в своей работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений» сформулировал основные положения клеточной теории (позже они не раз уточнялись и дополнялись.

Клеточная теория содержит такие положения:

клетка – основная элементарная единица строения, развития и функционирования всех живых организмов, мельчайшая единица живого;
клетки всех организмов гомологичны (подобные) (гомологичны)по своему химическому строению, основным проявлениям жизненных процессов и обмену веществ;
размножаются клетки путём деления - новая клетка образуется в результате деления изначальной (материнской) клетки;
у сложных многоклеточных организмов клетки специализируются по функциям, которые они выполняют, и образуют ткани; из тканей построены органы, тесно взаимосвязанные межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Интенсивное развитие цитологии в $XIX$ и $XX$ столетиях подтвердило основные положения КТ и обогатило её новыми данными о строении и функциях клетки. В этот период было отброшено отдельные неправильные тезисы клеточной теории Т. Шванна, а именно, что отдельная клетка многоклеточного организма может функционировать самостоятельно, что многоклеточный организм является простой совокупностью клеток, а развитие клетки происходит из неклеточной «бластемы».

В современном виде клеточная теория включает такие основные положения:

Клетка – это наименьшая единица живого, которой присущи все свойства, которые отвечают определению «живого». Это обмен веществ и энергии, движение, рост, раздражительность, адаптация, изменчивость, репродукция, старение и смерть.
Клетки различных организмов имеют общий план строения, который обусловлен подобностью общих функций, направленных на поддержание жизни собственно клеток и их размножение. Разнообразие форм клеток является результатом специфичности выполняемых ими функцуий.
Размножаются клетки в результате деления исходной клетки с предыдущим воспроизведением её генетического материала.
Клетки являются частями целостного организма, их развитие, особенности строения и функции зависят от всего организма, что является последствием взаимодействия в функциональных системах тканей, органов, аппаратов и систем органов.

Клеточная теория, которая соответствует современному уровню знаний в биологии, по многим положениям кардинально отличается от представлений о клетке не только начала ХІХ века, когда Т. Шванн сформулировал её впервые, но даже средины ХХ века. В наше время это – система научных взглядов, которая приобрела вид теорий, законов и принципов.

Основные положения КТ сохранили своё значение и до сегодняшнего дня, хотя более чем за 150 лет было получено новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.

Значение клеточной теории

Значение клеточной теории в развитии науки состоит в том, что благодаря ей стало понятно, что клетка является важнейшей составляющей частью всех организмов, их главным «строительным» компонентом. Так как развитие каждого организма начинается с одной клетки (зиготы), то клетка является и эмбриональной основой многоклеточных организмов.

Создание клеточной теории стало, одним из решающих доказательств единства всей живой природы, важнейшим событием биологической науки.

Клеточная теория способствовала развитию эмбриологии, гистологии и физиологии. Она дала основу для материалистического понятия жизни, для объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, для понятия сущности онтогенеза.

Основные положения КТ актуальны и сегодня, хотя за период более чем 100 лет естествоиспытатели получили новые сведения о строении, развитии и жизнедеятельности клетки.

Клетка является основой всех процессов в организме: и биохимических, и физиологических, поскольку именно на клеточном уровне происходят все эти процессы. Благодаря клеточной теории возможным стало прийти к заключению о подобности в химическом составе всех клеток и ещё раз убедиться в единстве всего органического мира.

Клеточная теория – одно и важнейших биологических обобщений, согласно которому все организмы имеют клеточное строение.

Клеточная теория совместно с законом превращения энергии и эволюционной теорией Ч. Дарвина является одним из трёх величайших открытий естествознания $XIX$ века.

Клеточная теория кардинально повлияла на развитие биологии. Она доказала единство живой природы и показала структурную единицу этого единства, которой является клетка.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория имела значительное и решающее влияние на развитие биологии, служила главным фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основание для объяснения родственных взаимосвязей организмов, для понятия механизма индивидуального развития.

Клеточная теория, возможно, является важнейшим обобщением современной биологии и представляет собой систему принципов и положений. Она является научной подоплекой для многих биологических дисциплин, которые изучают вопросы строения и жизнедеятельности живых существ. Клеточная теория раскрывает механизмы роста, развития и размножения организмов.

Читайте также: