Частная школа. 10 класс

Биология 10 класс (угл.) §4 «История открытия и изучения клетки. Клеточная теория». Конспект по учебнику (УМК Теремов, Петросова). Цитаты из учебника использованы в учебных целях для семейного, заочного и дистанционного обучения.

ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов

Глава 2. ЦИТОЛОГИЯ — НАУКА О КЛЕТКЕ

§ 4 История открытия и изучения клетки.
Клеточная теория

Рассмотрите рис. 15. Что общего в строении изображённых клеток? Чем эти клетки отличаются друг от друга?

Большинство организмов нашей планеты имеют клеточное строение. Клетка — это структурно-функциональная единица живого. Она может существовать в виде отдельного одноклеточного организма, а также входить в состав тканей многоклеточных организмов. Клетки различны по форме, размеру, функциям (рис. 15). Однако все клетки имеют общие признаки: схожий элементарный и химический состав, общий план строения. Клетки растений, грибов и животных состоят из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с её органоидами (от греч. organon — орган и eidos — вид) и ядра. Такие клетки называют эукариотными (от греч. eu — хорошо, полностью и karyon — ядро). Клетки бактерий и цианобактерий отличаются от клеток эукариот отсутствием оформленного ядра и многих органоидов в цитоплазме и называются прокариотными (от лат. pro — перед, раньше, вместо и греч. karyon — ядро). В зависимости от типа клеток все организмы подразделяют на два надцарства: Эукариоты (Eukaryota) и Прокариоты (Prokaryota).

История открытия клетки.

Клеточное строение организмов было открыто во второй половине XVII в. английским физиком Робертом Гуком и связано с изобретением микроскопа в Голландии в конце XVI в.

«Взяв кусочек чистой светлой пробки, я отрезал от него острым, как бритва, перочинным ножом очень тонкую пластинку. Когда затем я поместил этот срез на чёрное предметное стекло и стал разглядывать его под микроскопом, направив на него свет с помощью зеркала, я ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами. Эти поры, или ячейки, были не глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками. Такое строение свойственно не одной только пробке. Я рассматривал при помощи своего микроскопа сердцевину бузины и различных деревьев, а также внутреннюю мякоть полого стебля тростника, некоторых овощей и других растений: фенхеля, амброзии, моркови, лопуха, ворсянки, папоротника и т. п. — и обнаружил, что у всех у них тот же план строения, что и у пробки», — так в 1665 г. Роберт Гук впервые сообщил о существовании клетки (рис. 16). Он же впервые применил и термин «клетка» (cellula), правда, для обозначения лишь клеточной стенки, увиденной им под микроскопом. Но термин прочно вошёл в биологию, а открытие Гука положило начало исследованию клеточного строения организмов.

Дальнейшее изучение клетки продолжил его коллега по Лондонскому королевскому обществу — Неемия Грю (1641 —1712). Несколько лет он посвятил изучению клеточного строения растений, обнаружив и описав клетки паренхимы. Одновременно с Н. Грю, но независимо от него к идее изучения растений с помощью микроскопа пришёл итальянский натуралист Марчелло Мальпиги (1628—1694). Он изучил и описал отдельные элементы внутренней структуры растений. Главной его заслугой явилась классификация сходных по строению клеток и объединение их в ткани. Кроме растений Мальпиги подробно описал строение насекомых, развитие куриного эмбриона. Многие органы, структуры, ткани, клетки растений и животных, которые он открыл, носят его имя.

Другому выдающемуся учёному, голландскому натуралисту, основоположнику научной микроскопии Антони ван Левенгуку, удалось рассмотреть в микроскоп одноклеточные организмы. В молодости он занимался шлифованием стёкол и достиг в этом деле совершенства, изготовив линзы с увеличением в 300 раз.

Микроскопы Левенгука позволили ему сделать ряд величайших открытий. Он впервые наблюдал бактерий, простейших (инфузорий), описал эритроциты и их движение в крови по капиллярам, строение мышечных волокон и костей. В 1667 г. учёный открыл сперматозоиды. После публикации своих исследований в Научных трудах Лондонского королевского общества Левенгук получил широкую известность как крупнейший микроскопист своего времени.

Особенно интенсивно клетку стали изучать в XIX в., что было связано с усовершенствованием микроскопа. Клеточный уровень исследования стал ведущим принципом биологических наук, основой для познания организации живого.

В 1831 г. английский учёный Роберт Броун (1773—1858) открыл ядро клетки. Это открытие заставило исследователей переключить своё внимание с оболочки клетки на её внутреннее содержимое. Многие учёные высказывали идею единства клеточной структуры всех организмов, существующих на Земле. Наконец, хотя и в не очень ясной форме, идею единства клеточного строения растений и животных выдвинул в 1837 г. чешский физиолог Ян Пуркинье (1787—1896). Он предположил, что зернистая структура органов животных соответствует клеточному строению растений.

В обобщённом виде клеточная теория была сформулирована к концу 30-х гг. XIX в. Её творцами стали немецкие учёные зоолог Теодор Шванн и ботаник Маттиас Шлейден. М. Шлейден проводил свои исследования в области цитологии и эмбриологии растений. Т. Шванн занимался гистологией и физиологией животных.

Познакомившись с трудами Шлейдена, Шванн сформулировал основные положения клеточной теории в книге «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839):

• все организмы состоят из клеток;
• клетки представляют собой мельчайшие структурные единицы жизни;
• клетки возникают путём новообразований из неклеточного вещества.

Некоторые представления учёных о клетке оказались ошибочными. В частности, М. Шлейден, наблюдая цитоплазму, не подозревал, что она является компонентом клетки, где осуществляются все процессы. Т. Шванн основное внимание уделял клеточной оболочке, игнорируя живое содержимое самой клетки. Кроме того, последнее положение клеточной теории оказалось ошибочным. Но основная идея была правильной.

После создания клеточной теории возрос интерес учёных к строению клетки. В последней четверти XIX в. изучением клетки занималась целая плеяда первоклассных исследователей — И. Д. Чистяков, В. Флемминг, Э. Страсбургер, Ж. Карнуа и многие другие. Благодаря их работам было детально изучено строение клеточного ядра, описаны хромосомы, проведён цитологический анализ таких важнейших биологических процессов, как митоз, мейоз, оплодотворение. Однако цитологии как самостоятельной научной дисциплины в то время ещё не существовало, поскольку во всех этих исследованиях клетка рассматривалась только в качестве составного элемента, структурной единицы целого многоклеточного организма.

Среди учёных, исследовавших клетку, необходимо выделить Рудольфа Вирхова — немецкого врача, который исправил и дополнил положения клеточной теории. В 1858 г. он обосновал принцип преемственности клеток: «каждая клетка происходит из клетки путём деления исходной клетки». Вирхов изучал патологию клеток, считая, что патологические процессы в организме связаны с нарушением жизнедеятельности его клеток. Учёный утверждал, что «истинная деятельность исходит от самой клетки, которая деятельна до тех пор, пока является самостоятельным и цельным элементом и совершает свою работу собственными силами».

К концу XIX в. появился интерес к клетке как самостоятельной живой системе, имеющей общебиологическое значение. Было обнаружено, что, с одной стороны, клетки независимо от их происхождения обладают рядом общих свойств, а с другой стороны — разные клетки в зависимости от выполняемой ими функции имеют неодинаковые строение и свойства.

Открытие одноклеточных организмов позволило сделать вывод о том, что клетки не только являются структурными элементами многоклеточного организма, но и могут существовать самостоятельно. Яйцо, дающее начало будущему организму, также представляет собой клетку. Эти и другие факты привели учёных к пониманию, что клетка — элементарная единица организма. Появилась необходимость всестороннего изучения этой универсальной структурно–функциональной единицы живого. Так на рубеже XIX—XX вв. возникла и сформировалась биологическая наука — цитология (от греч. kytos — сосуд, здесь — клетка), которая изучает строение и функции клеток.

§4 История открытия и изучения клетки

Развитие цитологии в XX в.

К концу XIX — началу XX в. появились первые сведения о роли клетки в основных жизненных процессах. К углублённому изучению клетки подталкивали интересы зарождавшейся генетики, искавшей материальные основы наследственности. С клеткой связывали наследственные свойства организмов. Особое внимание было уделено изучению протоплазмы. Её стали рассматривать как важнейший субстрат, из которого построены клетки и который определяет их основные жизненные свойства.

В XIX в. изучалась только мёртвая клетка после её фиксации и окраски. При этом удалось описать ряд клеточных органоидов — митохондрии, аппарат Гольджи, клеточный центр и т. д. Но более точное исследование структуры и особенно функций клетки при такой методике было невозможно. Кроме того, отсутствовала уверенность в том, что наблюдаемые на микропрепаратах картины строения соответствуют таковым у живых клеток.

Систематическое изучение строения и функций клетки началось только в начале XX в., когда появилась возможность наблюдать за живой клеткой вне организма. Дальнейшее развитие цитологии непосредственно связано с развитием физики, химии и техники. Совершенствование оптических приборов позволило исследовать тонкие клеточные структуры. Появление люминесцентной, фазово-контрастной, а также электронной микроскопии дало возможность детально изучить не только строение самой клетки, но и микроструктуру её органоидов. Развитие биохимии позволило применить цитохимические методы исследования, проследить в динамике биохимические процессы на уровне клетки. Ещё одним достижением стало применение метода меченых атомов, благодаря которому удалось открыть феномен редупликации (самоудвоения) ДНК, изучить сложные процессы метаболизма в клетке.

Клеточная теория обогатилась новыми положениями.

Основные положения современной клеточной теории

1. Клетка — это структурно-функциональная единица живого, представляющая собой элементарную живую систему. Для неё характерны все признаки живого.
2. Клетки разных организмов имеют сходный химический состав и план строения.
3. Новая клетка возникает в результате деления исходной клетки.
4. Многоклеточные организмы развиваются из одной исходной клетки.
5. Сходство клеточного строения организмов свидетельствует о единстве их происхождения.

ВЫВОДЫ. На современном этапе цитология превратилась в клеточную биологию, которая изучает основные биологические процессы на микроскопическом, субмикроскопическом, макромолекулярном и молекулярном уровнях. В центре внимания оказались не только структуры клетки, но и те вещества, из которых они построены. В перспективе задачей цитологии является выяснение механизмов жизнедеятельности и саморегуляции клетки как автономной биологической системы.

Вопросы и задания

1. Первое описание клетки было опубликовано в 1665 г. В 1675 г. стали известны одноклеточные организмы. Назовите имена учёных, сделавших эти открытия. Можно ли считать эти даты зарождением цитологии как науки? Ответ поясните.
2. Назовите авторов клеточной теории и сформулируйте её положения. Почему с момента открытия клетки до становления клеточной теории прошло почти 200 лет? Каковы основные положения современной клеточной теории?
3. Когда цитология сформировалась как экспериментальная наука? С чем это было связано? Ответ проиллюстрируйте примерами.
4. Научное познание проходит несколько этапов: наблюдение — гипотеза — эксперимент — теория — закон. Какие открытия были сделаны на каждом этапе развития цитологии? Какие задачи стоят перед современной цитологией?

Вы смотрели: Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Биология §4 История открытия и изучения клетки.