История открытия клетки кратко. История изучения клеток организмов.Нужна информация для доклада

Клетка - структурно-функциональная единица всех живых организмов, для которой характерен свой метаболизм и способность к воспроизводству. От среды, которая его окружает, клетка отграничена плазматической мембраной. Различают два основных типа клеток: прокариотических, что не сформировавшегося ядра, характерные для бактерий и архей, и эукариотические, в которых имеется ядро, свойственные для всех других клеточных форм жизни, включая растений, грибов и животных. К неклеточных форм жизни принадлежат только вирусы, но они не имеют собственного метаболизма и не могут размножаться вне клеток-живитей.

Все организмы делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. В одноклеточных относятся бактерии, археи, некоторые водоросли и грибы, а также простейшие. Колониальные и многоклеточные организмы состоят из большого количества клеток. Разница между ними заключается в том, что колониальные организмы состоят из недифференцированных или слабо дифференцированных клеток, которые могут выживать друг без друга. Клетки многоклеточных организмов более-менее специализированные на выполнении определенных функций и зависящие друг от друга в процессах жизнедеятельности. В многоклеточных организмов принадлежит числе и человек, тело которого состоит примерно из 10 клеток.

История открытия и исследования клеток

Большинство эукариотических клеток имеют размеры до 100 мкм, а прокариотических еще на порядок меньше, поэтому человек не может видеть их невооруженным глазом. Открытие и исследование клеток стало возможным только после изобретения Янсеном оптического микроскопа (1590 года). К важнейшим событиям, связанным с ранним развитием клеточной биологии относятся
1665 - Роберт Гук впервые увидел мертвые клетки, изучая строение пробки под микроскопом. Гук считал, что клетки пустые, а живым веществом являются клеточные стенки.
1650-1700 - Антони ван Левенгук впервые наблюдал под микроскопом живые клетки, в частности простейшие, а также эритроциты.
1831-1839 - Роберт Браун описал ядро, как сферическое тельце, имеющееся в растительных клетках.
1838-1839 - ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн, объединив идеи разных ученых, создали клеточную теорию, согласно которой клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.
1840 - Пуркинье предложил название протоплазма для обозначения клеточного содержимого, убедившись в том, что именно содержание, а не клеточные стенки, является живым веществом.
1855 - Вирхов доказал, что все клетки образуются из других клеток путем деления.
1866 - Геккель установил, что сохранение и передачу наследственных признаков осуществляет ядро.
1866-1898 - описаны основные компоненты клетки, которые можно увидеть под оптическим микроскопом. Цитология приобретает характер экспериментальной науки.
1900 - за появлением генетики начинает развиваться цитогенетика, изучающая поведение хромосом во время деления и оплодотворения, ее влияние на наследственные признаки организмов.
1946 - в биологии началось использование электронного микроскопа, что позволило изучать ультраструктуры клеток.

Клеточная теория

Клеточную теорию сформулированы в 1838-1839 годах ботаником Матиасом Шлейденом и зоологом Теодор Шванн. Эти ученые доказали принципиальную сходство между собой животных и растительных клеток, и на основе всех накопленных к тому времени знаний постулировали, что клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов. 1855 Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию утверждению лат. «Omnis cellula eх cellula» - «Каждая клетка - из клетки».

Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неоспоримым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей актуальности, однако после создания она была дополнена, и теперь она включает следующие утверждения:
Клетка - элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.
Клетка - целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов - органелл.
Клетки разных организмов похожи (гомологичные) по строению и основными свойствами и имеют общее происхождение.
Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после репликации ее ДНК: клетка - от клетки.
Многоклеточный организм - это новая система, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и нервных.
Клетки многоклеточных организмов имеют одинаковый набор генетической информации, но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологической и функциональной разнообразия - дифференциации.

Вспомните из разделов 6 и 7 классов, когда начались первые исследования растительных и животных клеток. Какие приборы используются для изучения клеточного строения организмов?

Рис. 36. Микроскоп Роберта Гука и срез пробки, увиденный им

Большинство организмов Земли имеют клеточное строение. Клетка - это структурно-функциональная единица живого, способная к самовоспроизведению, для которой характерны все признаки живого.

История открытия клеточного строения организмов. Открытие клетки произошло в середине XVII в. Тогда английский естествоиспытатель Роберт Гук (1635- 1703) с помощью микроскопа впервые увидел и описал клеточное строение растений.

Рассматривая тонкий срез пробки при сильном увеличении микроскопа, Гук был поражен ее сложной структурой. Он писал: «Взяв кусочек чистой светлой пробки, я отрезал от него острым, как бритва, перочинным ножом очень тонкую пластинку. Когда затем я стал разглядывать его под микроскопом, ...я ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами... Эти поры, были неглубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками. Такое строение свойственно не одной только пробке» (рис. 36).

Этими словами в 1665 г. Роберт Гук впервые сообщил о существовании клетки. Он же первым применил и термин «клетка» (cellula) для обозначения увиденной им клеточной стенки. Этот термин прочно вошел в биологию, а его открытие положило начало исследованию клеточного строения организмов.

Дальнейшее изучение клеточного строения организмов связано с именем голландского исследователя А. Левенгука. Линзы, изготовленные ученым, давали увеличение в 300 раз, что позволило сделать ряд больших открытий: описать бактерий, простейших (инфузорий), эритроциты, сперматозоиды. После публикации своих исследований Левенгук получил широкую известность как крупнейший ученый своего времени (рис. 37).

Рис. 37. Антон ван Левенгук (1632-1723)

Создание первой клеточной теории. Особенно интенсивно клетки стали изучать в XIX в., что было связано с усовершенствованием микроскопов. В 1939 г., обобщив многочисленные микроскопические исследования клеток, немецкие ученые зоолог Теодор Шванн и ботаник Маттиас Шлейден (рис. 38) сформулировали основные положения клеточной теории: 1) все организмы состоят из клеток; 2) клетки представляют собой мельчайшие структурные единицы жизни; 3) клетки в организме возникают путем новообразований из неклеточного вещества.

В некоторых выводах ученые ошиблись. В частности, положение о возникновении новых клеток оказалось неверным. Но основная идея клеточного строения организмов была правильной.

После создания клеточной теории исследования клетки стали ведущими в биологии. Благодаря работам многих ученых было детально изучено строение клеточного ядра, проведен анализ важнейших биологических процессов, происходящих с клетками. Особенно значимыми оказались исследования немецкого врача и ученого Рудольфа Вирхова (рис. 38), который исправил и дополнил клеточную теорию. В 1858 г. он обосновал принцип преемственности клеток: «каждая клетка происходит из клетки путем деления исходной клетки».

Рис. 38. Основоположники клеточной теории (слева направо): Маттиас Шлейден (1804-1881), Теодор Шванн (1810-1882) и Рудольф Вирхов (1821 - 1902)

Клеточная теория в основном была сформулирована. Однако методы исследования клетки были несовершенны, и наука о клетке еще не оформилась в самостоятельную научную дисциплину.

Цитология - наука о клетке. На рубеже XIX-XX вв. возник и сформировался новый раздел биологии - цитология (от греч. китос - сосуд, здесь - клетка и логос - учение) - наука, изучающая строение и функции клеток. Дальнейшее развитие этой науки было непосредственно связано с открытиями в физике, химии и совершенствованием микроскопической техники.

Рис. 39. Микроскопы: 1 - световой; 2 - электронный. Изображения клеток, полученные с различных микроскопов: 3 - светового; 4 - электронного

В настоящее время для изучения клеток ученые пользуются различными методами. Метод микроскопии дает возможность детально изучать внешний облик клеток, их микроструктуру (рис. 39). В световой микроскоп можно увидеть довольно крупные органоиды, например ядро, митохондрии, хлоропласты, аппарат Гольджи. Электронный микроскоп дает увеличение в 1000 раз больше, чем световой, что позволяет детально рассмотреть структуру отдельных органоидов.

С помощью физико-химических и биохимических методов изучены органические и неорганические вещества живого, их функции и пути превращений в клетке. Применение методов культуры клеток и тканей позволило наблюдать за ростом и размножением клеток вне организма, выделять факторы роста, определять влияние различных веществ на клетки, получать клеточные гибриды путем слияния клеток.

Основные положения современной клеточной теории:

клетка является структурно-функциональной единицей живого, представляющая собой элементарную живую систему, для которой характерны все основные признаки живого;
клетки всех организмов имеют сходный химический состав и общий план строения;
новая клетка возникает в результате деления исходной клетки;
многоклеточные организмы развиваются из одной исходной клетки;
сходство клеточного строения организмов свидетельствует о единстве их происхождения.

Световой микроскоп был существенно усовершенствован в период с 1887-1900 гг. Развитие химии и биохимии привело к разработке новых методов фиксации и окрашивания микропрепаратов. С этого мо мента цитология как наука приобрела экспериментальный характер. В 1930 г. был сконструирован электронный микроскоп, который позволил исследовать ультраструктуру клетки.

Упражнения по пройденному материалу

Кем и когда впервые было открыто клеточное строение организмов?
Назовите авторов первой клеточной теории и сформулируйте ее основные положения.
Почему от момента открытия клеток до становления клеточной теории прошло около 200 лет?
Что изучает ци тология?
Какими методами пользуются современные ученые-цитологи?
В чем преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым?

Огромное большинство клеток имеет микроскопически малые размеры и не может быть рассмотрено невооруженным глазом. Увидеть клетку и начать ее изучение оказалось возможным лишь тогда, когда был изобретен микроскоп. Первые микроскопы появились в начале XVII столетия. Для научных исследований микроскоп впервые применил английский ученый Роберт Гук (1665). Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, он увидел на них многочисленные мелкие ячейки. Эти ячейки, отделенные друг от друга плотными стенками, Гук назвал клетками, применив впервые термин «клетка».

В последующий период, охвативший вторую половину XVII столетия, весь XVIII в. и начало XIX в. шло усовершенствование микроскопа и накапливались данные о клетках-животных и растительных организмов. К середине XIX столетия микроскоп был значительно усовершенствован и стало многое известно о клеточном строении растений и животных. Основные материалы о клеточном строении растений в это время были собраны и обобщены немецким ботаником М. Шлейденом.

Все полученные данные о клетке послужили основой для создания клеточной теории строения организмов, которая была сформулирована в 1838 г. немецким зоологом Т. Шванном. Изучая клетки животных и растений, Шванн обнаружил, что они сходны по своему строению, и установил, что клетка представляет собой общую элементарную единицу строения животных и растительных организмов. Теорию о клеточном строении организмов Шванн изложил в классической работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте животных и растений».

В начале прошлого столетия знаменитый ученый, академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и показал, что все организмы начинают свое развитие из одной клетки. Эта клетка представляет собой оплодотворенное яйцо, которое дробится, образует новые клетки, а из них формируются ткани и органы будущего организма.

Открытие Бэра дополнило клеточную теорию и показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Чрезвычайно существенным дополнением к клеточной теории было и открытие деления клеток. После открытия процесса клеточного деления стало совершенно очевидно, что новые клетки образуются путем деления уже существующих, а не возникают заново из неклеточного вещества.

Теория клеточного строения организмов включает также важнейшие материалы для доказательства единства происхождения, строения и развития всего органического мира. Ф. Энгельс высоко оценил создание клеточной теории, поставив ее по значению рядом с законом сохранения энергии и теорией естественного отбора Ч. Дарвина.

К концу XIX в. микроскоп был усовершенствован настолько, что стало возможным изучение деталей строения клетки и были открыты основные ее структурные компоненты. Одновременно стали накапливаться знания об их функциях в жизнедеятельности клетки. К этому времени и относится появление цитологии, которая в настоящее время представляет собой одну из наиболее интенсивно развивающихся биологических дисциплин.

Методы изучения клетки. Современная цитология располагает многочисленными и часто довольно сложными методами исследования, которые позволили установить тонкие детали строения и выявить функции самых разнообразных клеток и их структурных компонентов. Исключительно большую роль в цитологических исследованиях продолжает играть световой микроскоп, который в наши дни представляет собой сложный, совершенный прибор, дающий увеличение до 2500 раз. Но и столь большое увеличение далеко не достаточно для того, чтобы видеть тонкие детали строения клеток, даже если рассматривать срезы толщиной 5–10 мкм 1 , окрашенные специальными красителями.

Совершенно новая эпоха в изучении строения клетки началась после изобретения электронного микроскопа, который дает увеличение в десятки и сотни тысяч раз. Вместо света в электронном микроскопе используется быстрый поток электронов, а стеклянные линзы светооптического микроскопа заменены в нем электромагнитными полями. Электроны, летящие с большой скоростью, сначала концентрируются на исследуемом объекте, а затем попадают на экран, подобный экрану телевизора, и на нем можно либо наблюдать увеличенное изображение объекта, либо его фотографировать. Электронный микроскоп был сконструирован в 1933 г., а особенно широко стал применяться для исследования биологических объектов в последние 10–15 лет.

Для исследования в электронном микроскопе клетки подвергаются очень сложной обработке. Приготовляются тончайшие срезы клеток, толщина которых равна 100–500 А. Только такие тонкие срезы пригодны для электронно-микроскопического исследования в связи с малой проницаемостью их для электронов.

В последнее время все больше и больше используются химические методы исследования клетки. Специальная отрасль химии – биохимия располагает в наши дни многочисленными тонкими методами, позволяющими точно установить не только наличие, но и роль химических веществ в жизнедеятельности клетки и целого организма. Созданы сложные приборы, называемые центрифугами, которые развивают огромную скорость вращения (несколько десятков тысяч оборотов в минуту). С помощью таких центрифуг можно легко отделить структурные компоненты клетки друг от друга, так как они имеют разный удельный вес. Этот очень важный метод дает возможность изучать отдельно свойства каждой части клетки.

Изучение живой клетки, ее тончайших структур и функций – задача очень нелегкая, и только сочетание усилий и колоссальной работы цитологов, биохимиков, физиологов, генетиков и биофизиков позволило детально изучить ее структурные элементы и определить их роль.

Основная структурная и функциональная единица любого живого организма - клетка. Лишь вирусы , положение которых в системе живого не вполне ясно, лишены клеточной структуры. Клетка может существовать либо как отдельный (одноклеточный) организм (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы), либо в составе тела многоклеточных животных, растений и грибов. Но даже в составе самых крупных организмов каждая из его миллиардов клеток относительно независима и выполняет определенную функцию.

История изучения клетки неразрывно связана с развитием методов исследования, в первую очередь с развитием микроскопической техники. Первый простой микроскоп появился в конце XVI столетия. Он был построен в Голландии. Об устройстве этого увеличительного прибора известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке и имеющей два увеличительных стекла. Первый, кто понял и оценил огромное значение микроскопа, был английский физик и ботаник Роберт Гук . Он впервые применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей. В 1665 г. Роберт Гук впервые описал строение некоторых растительных тканей, в частности пробки, состоящей из маленьких ячеек, ограниченных перегородками, в сочинении "Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стекол". Так была открыта клетка. Изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Р. Гук заметил, что в состав их вводит множество очень мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячейки или клетки ( рис. 1). Термин "клетка" утвердился в биологии, хотя Р. Гук видел не собственно клетки, а оболочки растительных клеток.

Усилиями многих ученых, главным образом XIX и первой половины XX в., сложилась особая наука о клетке, получившая название цитологии.

Оптический прибор приобрел значение ценного научного инструмента благодаря усовершенствованиям знаменитого голландского исследователя Антони ван Левенгука . Его микроскоп позволил увидеть живые клетки при увеличении в 270 раз.