Клетка: история изучения. Клеточная теория

Конспект урока по биологии (углубленное изучение) в 10 классе «Клетка: история изучения. Клеточная теория» (УМК Высоцкая, Дымшиц, Рувинский и др). Темы: Клетки. Органеллы. Эукариоты. Прокариоты. Вирусы. Клеточная теория. Цитология. .

Клетка: история изучения. Клеточная теория

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ: КЛЕТКИ, ОРГАНЕЛЛЫ, ЭУКАРИОТЫ, ПРОКАРИОТЫ, ВИРУСЫ.

Большинство организмов состоят из одной или многих микроскопических структурных единиц. Эти ограниченные мембраной и способные к самовоспроизведению структуры, которым присущи все признаки живого, называют клетками.

Бактерии, простейшие, некоторые водоросли и низшие грибы представляют собой отдельные клетки или колонии из нескольких десятков клеток. Грибы, высшие растения и животные состоят из многих миллионов клеток.

Все клетки, за исключением бактериальных клеток и клеток архей, построены по общему плану. Они имеют ядро и разграничены внутренними мембранами на полости простой или сложной формы (клеточные органеллы). Такие клетки называют эукариотическими (от греч. ей — хорошо и karyon — ядро), а организмы, состоящие из них, — эукариотами.

Цианобактерии, эубактерии и археи не имеют оформленного ядра, их внутренняя организация проще, чем у эукариот. Такие клетки называют прокариотическими (доядерными), а организмы — прокариотами. Средняя эукариотическая клетка имеет диаметр 25 мкм. Большинство прокариот имеют размер 1—5 мкм. В одну эукариотическую клетку могло бы поместиться более тысячи бактерий. Внутри бактерии можно разместить тысячи вирусов, каждый из которых имеет диаметр от 20 до 300 нм.

Вирусы — это неклеточная форма жизни. Они являются облигатными (обязательными) клеточными паразитами, т. е. вирусы могут функционировать, только попав внутрь бактериальной или эукариотической клетки.

Из истории науки

История изучения клетки. История изучения клетки неразрывно связана с развитием методов и инструментов исследования, в первую очередь микроскопической техники.

Первый микроскоп появился в конце XVI столетия. Он был изобретён в Голландии. Об устройстве этого увеличительного прибора известно, что он состоял из трубы, прикреплённой к подставке и имеющей два увеличительных стекла. Первый, кто понял и оценил значение микроскопа, был английский физик и ботаник Роберт Гук. Он применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей. Изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Гук заметил множество очень мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячейки, или клетки (рис. 1). Это были оболочки растительных клеток. В таком понимании термин «клетка» утвердился в биологии. Свои наблюдения Гук описал в сочинении «Микрография, или Некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стёкол» (1665). Он полагал, что внутри клетки пустые, а живое вещество — это клеточные стенки.

Знаменитый голландский исследователь Антони ван Левенгук (1632— 1723) сконструировал микроскоп, с помощью которого можно было увидеть живые клетки, в том числе бактериальные, при увеличении в 270 раз.

Дальнейшее совершенствование микроскопов позволило получить новые факты, изменившие представление о клетках. Оказалось, что клетки не пустые внутри, а имеют внутреннее содержимое. Убедившись, что именно оно, а не клеточные стенки представляет собой живое вещество, чешский исследователь Ян Пуркинье (1787—1869) назвал его протоплазмой (от греч. protos — первый, plasma — оформленное). В 1831 г. английский исследователь Роберт Браун в протоплазме растительных клеток открыл ядро — характерное сферическое тельце. Незадолго до этого в 1827 г. российский академик Карл Бэр описал яйцеклетки млекопитающих и сделал заключение, что животные организмы начинают своё развитие с одной клетки.

 

СОЗДАНИЕ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ.

В 1838—1839 гг. немецкий гистолог и физиолог Теодор Шванн (1810—1882) создал так называемую клеточную теорию. Сущность её заключалась в окончательном признании того факта, что все организмы, как растительные, так и животные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизованными, состоят из простейших частей — клеток.

Из истории науки

Созданию клеточной теории способствовали работы немецкого ботаника Маттиаса Шлейдена (1804—1881) о роли ядра в клетке. Сопоставив данные Шлейдена со своими, Шванн в работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839) сформулировал основные положения клеточной теории:

  1. Все организмы состоят из одинаковых частей — клеток, которые образуются и растут по одним и тем же законам.
  2. Общий принцип развития для элементарных частей организма — образование клеток.
  3. Каждая клетка в определённых границах есть индивидуум, некое самостоятельное целое. Но эти индивидуумы действуют совместно так, что возникает гармоничное целое. Все ткани состоят из клеток.

М. Шлейден и Т. Шванн считали, что клетки в организме могут возникать путём новообразования из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто выдающимся немецким учёным Рудольфом Вирховом (1821 —1902). Он сформулировал (в 1859 г.) одно из важнейших положений клеточной теории: «Всякая клетка происходит из другой клетки… Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение — только от растения».

КЛЕТКА — ЕДИНИЦА СТРОЕНИЯ, РАЗВИТИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВСЕХ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ.

Клетка является основным компонентом любого организма в морфологическом отношении, так как именно из клеток состоят ткани и органы. Поскольку развитие особи всегда начинается с отдельной исходной клетки, то она представляет собой эмбриональную основу многоклеточного организма. Клетка — основа многоклеточных организмов и в физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей. (Надо помнить, что жизнь простейшего одноклеточного организма богаче и разнообразнее существования самой сложной и относительно самостоятельной клетки многоклеточного организма.)

Клетка: история изученияКлеткам присущи общие признаки: обмен веществ и энергии, развитие, размножение и др., т. е. все свойства живого.

Науку, изучающую структуру и функции клетки, называют клеточной биологией или цитологией (от греч. kytos — клетка).

С внедрением в цитологию современных методов исследования, таких как метод меченых атомов, дифференциальное центрифугирование и др., стало возможным изучение структуры различных компонентов клетки (рис. 2).

Метод дифференциального центрифугирования. Для того чтобы изучить состав клеток, применяют метод дифференциального центрифугирования. Он основан на том, что различные органеллы клетки имеют различную удельную плотность и массу. При очень быстром вращении в специальном приборе — ультрацентрифуге — компоненты тонко измельчённых клеток осаждаются из раствора, располагаясь слоями в соответствии со своей удельной плотностью: более плотные компоненты осаждаются при более низких скоростях центрифугирования, а менее плотные — при более высоких скоростях. Эти слои разделяют и изучают отдельно (рис. 3). (Скорость осаждения зависит от массы, размера, формы и плотности частицы, вязкости и плотности среды, а также от ускорения, силы тяжести и действующих на частицы центробежных сил.)

Метод меченых атомов. Метод меченых атомов применяют при изучении биохимических процессов, происходящих в живых клетках. Чтобы проследить за превращениями какого-либо вещества, в его предшественнике заменяют один из атомов соответствующим изотопом (3Н, 32Р, 14С).

Как известно, по химическим свойствам изотопы одного и того же элемента не отличаются друг от друга, но зато радиоактивный изотоп сигнализирует о своём местонахождении радиоактивным излучением. Это позволяет проследить за определённым соединением, установить последовательность этапов его химических превращений, продолжительность их во времени, зависимость от условий и т. д. Флуоресцентная микроскопия. Нередко живые клетки наблюдают под оптическим микроскопом в ультрафиолетовом свете. Для этого используют специальные светящиеся красители. Флуоресцентная микроскопия позволяет увидеть расположение в клетке нуклеиновых кислот, жиров, тех или иных белков и др. (рис. 4).

Изобретённый в 30-х гг. XX в. электронный микроскоп, дающий увеличение до 106 раз, позволяет увидеть взаимное расположение компонентов клетки. Было выявлено удивительное сходство в тонком строении клеток разных организмов. Все клетки покрыты плазматической мембраной и имеют цитоплазму. Эукариотические клетки содержат ядро — информационный центр, в котором находятся хромосомы. Число и форма хромосом для каждого вида организмов строго специфичны. В них записана наследственная (генетическая) информация обо всех структурах и функциях отдельной клетки и всего организма в целом. Ядерная оболочка отделяет генетический материал от остальной части клетки — цитоплазмы. Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость, в которую погружены органеллы, или органоиды, — внутриклеточные структуры, имеющие определённую форму и выполняющие специфические функции.

Несмотря на принципиальное сходство внутренних структур, клетки эукариот могут очень сильно различаться по размеру и форме (рис. 5). Так, одна из самых крупных клеток — яйцеклетка страуса имеет диаметр 10 см. А малярийный плазмодий, устроенный не проще яйцеклетки, столь мал (5 мкм), что паразитирует внутри эритроцитов человека. Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска и могут легко проходить по самым мелким капиллярам. Нервные клетки имеют причудливую форму с многочисленными короткими отростками — дендритами и аксоном, длина которого может быть более 1 м.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ В СВЕТЕ СОВРЕМЕННЫХ ДАННЫХ О СТРОЕНИИ И ФУНКЦИЯХ КЛЕТКИ.

В настоящее время основные положения клеточной теории формулируют следующим образом:

  • Клетка — элементарная живая система, основа строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организма. Вне клетки жизни нет.
  • Новые клетки возникают только путём деления ранее существовавших клеток.
  • Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу.
  • Рост и развитие многоклеточного организма — следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток.
  • Клеточное строение организмов — свидетельство того, что всё единое происхождение.

 

 

Вопросы и упражнения:

  1. Какие исследователи внесли свой вклад в создание клеточной теории? Какую роль сыграла клеточная теория в развитии биологии?
  2. Определите, какие клетки высших эукариот изображены на рисунке 5, Б.
  3. Используя положения клеточной теории, докажите единство происхождения жизни на Земле.
  4. С чем, по-вашему, связано разнообразие размеров клеток одного организма?
  5. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение на тему «Эволюция представлений о строении клетки с XVII по XXI в.».

 


Это конспект по биологии (углубленное изучение) для 10-класса по теме «Клетка: история изучения. Клеточная теория (УМК Высоцкая, Дымшиц, Рувинский и др). Выберите дальнейшее действие:

Похожие записи

Форма для написания комментария

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней