Клеточная теория первая: Клеточная теория — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Клеточная теория — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Возникновение и дальнейшее развитие микроскопии привело к созданию клеточной теории, созданной в \(1839\) г. двумя немецкими исследователями М. Шлейденом и Т. Шванном.

Этапы создания клеточной теории

• \(1590\) г. — создание первого микроскопа (братья Янсен).
• \(1665\) г. Роберт Гук — ввёл название «клетка».
• \(1696\) г. — публикация Антония Левенгука о микробах и других микроскопических объектах, увиденных им в микроскоп.
• \(1831\) г. — Р. Броун описал ядро растительной клетки.
• \(1839\) г. — М. Шлейден и Т. Шванн открыли ядрышко и выдвинули основные положения клеточной теории.

В дальнейшем клеточная теория развивалась благодаря новым открытиям.

• \(1859\) г. — принцип Рудольфа Вирхова: «каждая клетка — из клетки» (М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки в организме возникают из неклеточного вещества).
• \(1880\) г. — Уолтер Флемминг описал хромосомы и процессы, происходящие при делении клетки (митоз).
• \(1892\) г. — И. И. Мечников открыл явление фагоцитоза.

\(XX\) век стал веком расцвета биологии, особенно таких наук, как цитология, генетика, эмбриология, биохимия, биофизика. Без создания клеточной теории это развитие было бы невозможным.

• С \(1903\) г. стала развиваться генетика.
• С \(1930\) г. стала активно развиваться электронная микроскопия, что позволило учёным детально изучить клеточные органоиды.

Основные положения современной клеточной теории:

1. все простые и сложные организмы состоят из клеток, способных к обмену с окружающей средой веществами, энергией, биологической информацией.
2. Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого.
3. Клетка — элементарная единица размножения и развития живого.
4. В многоклеточных организмах клетки дифференцированы по строению и функциям. Они объединены в ткани, органы и системы органов.
5. Клетка представляет собой элементарную, открытую живую систему, способную к саморегуляции, самообновлению и воспроизведению.

Сходство в строении клеток различных организмов, общность их основных свойств подтверждают общность их происхождения и позволяют сделать вывод о единстве органического мира.

Источники:

http://school-collection.edu.ru

истоки, постулаты, современное значение – тема научной статьи по биологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

УЧЕНЫЕ — ПРАКТИКАМ

Л. Н. Сухорукова

Клеточная теория: истоки, постулаты, современное значение

Клеточная теория — исторически первая, с которой связано возникновение биологии как самостоятельной науки. В ней воплотились издавно существовавшие в естествознании и философии идеи корпускулярности, дискретности природы, её единства.

На фундаменте клеточной теории выросла целая отрасль науки-цитология или (говоря современным языком) биология клетки.

В вузовских учебниках по цитологии и в школьных учебниках по общей биологии этой теории «не везёт». Она либо едва упоминается, либо её положения ограничиваются представлениями о клетке на уровне развития биологической науки середины прошлого века. Подчёркивая историческое значение клеточной теории Т.Шванна, авторы учебников не раскрывают её современное содержание, то есть не обобщают накопившиеся достижения в области науки о клетке. От этого «страдает» сис-ичппжение цитологического материала: эмпирические данные часто не отделяются друг от друга и не связываются между собой основными идеями. Описательное изложение современной клеточной теории редко дополняется знакомством с её «биографией», то есть освещением того пути научного познания, который привёл к современному уровню её развития.микроскопической техники и глубоко проанализи-

I

рованы в целом ряде научно-исторических работ (1;2;3;4;5;7).

Согласно З.С.Кацнельсону, первый прототип микроскопа был сконструирован Г.Галилеем (1610), а первое описание клеток принадлежит Р.Гуку (1667), им же введён термин «клетка» для обозначения видимых под микроскопом пустых ячеек пробки.

Следующий шаг в изучении клетки связан с именами английского учёного Н.Грю (1628-1711) и итальянского М.Мальпиги (1628-1694). Перу обоих принадлежат исследования «Анатомия растения». Существенное место отводится ими клетке («пузырьку»), универсальной анатомической единице. Грю вводит термин «ткань» для обозначения растительной субстанции. Представление о том, что растительная ткань слагается из клеток, получает широкое распространение.

Примерно в это же время голландский учёный А.Левенгук (1632-1729) открыл существование мира микроскопических организмов (бактерий, простейших), а также описал структуры, которые, как теперь известно, представляют собой сперматозоиды и эритроциты.

Из анализа исторических работ (2; 3; 7) следует, что в XVIII столетии интерес к микроскопическим исследованиям сильно падает и только к концу века мысль о том, что организм состоит из элементарных частей, начинает проникать в сознание естествоиспытателей довольно широко. Большая заслуга в этом принадлежит немецкому натурфилософу Л.Окену (1779-1851). Он сформулировал умозрительную клеточную концепцию, которая связывала воедино сущность простейших органических структур с проблемами возникновения жизни. (Именно от Окена идёт традиция сводить вопрос о возникновении жизни к происхождению клетки).

В конце XVIII — начале XIX столетия прогресс в области изучения клеточного строения становится более быстрым. Важнейшие открытия и идеи, непосредственно предшествовавшие созданию клеточной теории, были следующими: .

Л.Х.Тревиранус (1806) доказывает клеточное строение растительных сосудов и открывает движение цитоплазмы внутри клеток.

И.Мольденгауэр (1812) доказывает подлинную дискретность тела растений. Путём отделения кле-

Ярославский педагогический вестник. 1998. №2.

ток друг от друга он устанавливает, что растительные клетки имеют оболочки и представляют собой отдельные гистологические единицы.

К.Бэр (1825) открывает ядро яйцевой клетки, а Р.Броун (1831) описывает ядро растительной клетки.

Ф.Мейен (1828-1836) одним из первых высказывает идею о важном значении содержимого клетки, выделяет в составе клеток хлорофилловые и крахмальные зёрна. из бесструктурного вещества в теле старой, центром её возникновения является конденсирующееся из зёрнышек ядро или «цитобласт».

Внимание М.Шлейдена к ядру как основному признаку растительных и животных клеток и признание общего принципа их развития позволили Т.Шванну увидеть условия для решения вопроса о гомологичности клеток как морфологических образований (7. С.141-142).

Основной труд Шванна (15) состоит из трёх частей. В первой речь идёт о структуре и росте тканей хорды и хряща, клеточное строение которых не вызывает никаких сомнений, во второй даётся обзор клеточного строения известных тогда типов тканей. Фактический материал этих частей как бы подготавливает к восприятию третьей части, где излагается клеточная теория.

Исследователь клеточной теории Шванна З.С. Кацнельсон выделяет следующие важнейшие её положения:

— клетка—общая структурная единица растительных и животных тканей;

— общий принцип возникновения клеток (ци-тогенез) — основа гомологии всех элементарных структур животных и растений;

— каждая клетка—индивидуум—элементарная биологическая единица животного (растительного) организма;

— живой организм — сумма составляющих его единиц — клеток (7. С. 157-158).

Идея Шлейдена о спонтанном образовании клеток из бесструктурного вещества, воспринятая Шванном, оказалась ложной и была опровергнута немецким учёным Р.Вирховым.

Общепринято считать, что Р.Вирхов оказал большое влияние на дальнейшее развитие клеточной теории. В своём основном сочинении «Цел-люлярная патология как учение, основанное на физиологической и патологической гистологии»1 (1858), он убедительно доказывает несостоятельность гипотезы возникновения клетки <1 е п о V о (заново) из бесструктурной массы и приводит фак ты, говорящие в пользу размножения клеток пу тём деления, утверждая принцип «отшэ се1Ыа I се11и1а» (там, где возникает клетка, там должн; была предшествовать клетка) (7. С. 187).

После работ Вирхова признание деления кле ток за единственный способ их размножения под вело твёрдый фундамент под клеточную теорию Не случайно поэтому Е.М.Вермель и другие авто ры говорят о клеточной теории «Шванна — Вирхова», подчёркивая тем самым, что «именно Вир-хов пересмотрел положения клеточной теории в свете новых фактов» (3. С.90) и дополнил её обобщением, что клетка является не только «морфологической (анатомической) единицей, но физиологической единицей, имеющей преемственное развитие» (3. С.93).

Вместе с тем, исследователи отмечают и ела-бые стороны учения Вирхова, в частности его представление о полной автономности клетки, её «персонификации» и ошибочное, в связи с этим, отри* цание целостности организма (2. С.241; 7. С.192)| Начиная с 60-х годов XIX в. в истории клеточной теории ясно прослеживается несколько основный этапов (см.табл. 1).

Характеризуя первый этап, авторы отмечакя что уже в 50-х годах прошлого столетия Н.А.Вар неком, Р.Ремарком, А.Келлинкером и др. было ус тановлено, что на ранних стадиях эмбрионально го развития клеткообразование осуществляется 31 счёт деления первичной клетки-яйца. Это эмпири ческое обобщение получило в дальнейшем всеоб щее признание и существенно дополнило клеточ ную теорию (7. С.183).

Ученые—практикам

Дальнейшее развитие клеточной теории связано с исследованиями Ф. Дюжардена, X. Эринбер-га, К. Зильберта, Э. Геккеля и др., которые в 60-70-х гг. убедительно доказали существование протис-тов — одноклеточных организмов. Это и другие исследования способствовали укреплению представлений о клетке как «автономной единице», «истинной индивидуальности», «элементарном организме» не только в отношении одноклеточных организмов, но и в отношении клеток многоклеточных организмов (7. С.106). Именно понимание клетки как самостоятельной единицы привлекло внимание учёных к изучению её внутриклеточной структуры, что выразилось в учении о клеточных органоидах.

К концу XIX века была описана тонкая структура протоплазмы (В.Флемминг, О.Бючли) и за небольшой промежуток времени открыты 1л изучены: клеточный центр (В.Бенеден, Т.Бовери, М.Гейденгайн), митохондрии (К.Бенда, Ф. Мевес), аппарат Гольджи (К.Гольджи, Д.Н.Насонов, Г.Гирш) (7. С.230-234).

Таблица 1

Основные этапы развития клеточной теории в середине Х1Х-ХХ столетиях

Этап Годы Содержание научных знаний

1 1Вб0-е 1890-е годы Развитие представлений о клетке как самостоятельной единице многоклеточного организма. Установление общих чфт строения клетки. Раскрытие цитологических механизмов митоза, мейоза, оплодотворения и выяснения биологического значения этих процессов.Станоление цитологии как самостоятельной науки.

2 1890-е 1940-в годы Преобладание аналитического направления исследований в изучении физико-химических и физиологических свойств клетки. Возникновение новых отраслей цитологической науки* химической к физической цитологии,кариологии и др.

3 1940-е 1990.в годы Создание электронного микроскопа, перестройкаклассичес-ких представлений о отроении клетки и процессах ебжизнеде-ятельиоети. Дальнейшее развитие аналитических иссдедова-ний а выяснении ультраструктуры клетки. Формирование клеточной биологии и усиление процессов интеграции • изучении механизмов самоорганизации и целостности клетки.

К 90-м годам накапливается огромный фактический материал о строении клетки, который систематизируется в известной работе Т.Б.Карнуа «Биология клетки» (1884). С этой работой исследователи клеточной теории связывают оформление цитологии в самостоятельную науку.

Интерес к детальному изучению структуры клетки привёл к открытию механизмов деления. Начиная с 70-х годов, появились описания сложных явлений, происходящих в делящейся клетке (Е.Страсбургер, О.Бючли, В.Майзель и др.).

Согласно З.С. Кацнельсону, общая картина клеточного деления, положенная в основу современных представлений о митозе, была описана В. Флеммингом (1882). Им же введены термины «ми-

тоз», «амитоз». Цитологические механизмы мейо-за, оплодотворения были выяснены в 80-х годах исследованиями О. Гертвига, ван Бенедена и др. Термин «мейоз» впервые применили Ж.Б. Фармер и Ж.Е. Мур (1905). По мнению Т.И. Глушаковой, биологическое значение митоза, мейоза, оплодотворения стало понятным благодаря экспериментальным работам немецкого цитолога Т. Бовери (1889). Он четко обосновал принцип индивидуальности хромосом, показал постоянство их числа и формы у каждого вида (4. С. 5).

В начале XX в. в цитологию стали проникать экспериментальные методы исследования: дифференциальное центрифугирование, использование радиоактивных изотопов и радиоавтографии; цитохимические методы обнаружения важнейших химических компонентов клетки; фазовоконтрастная и флуоресцентная микроскопия и др.

Физико-химическое изучение клетки становится одним из основных направлений в цитологии первой половины XX в., поэтому не случайно многие авторы называют этот исторический период учения о клетке аналитическим.

Известно, что основным центром цитофизичес-ких и цитохимических исследований был институт экспериментальной биологии, руководимый Н.К. Кольцовым. Именно здесь самим Н.К. Кольцовым, а также С.Н. Скадовским, Г.В. Эпштейном и др. было детально изучено влияние на клетку водородных ионов и заложено представление о раздражимости клеток (5. С.256). Результаты многолетних исследований обобщены Н.К. Кольцовым в его книге «Организация клетки» (8), которая внесла существенный вклад в цитологию.

Исследования раздражимости клетки, её обменных процессов подводили к пониманию клетки как единицы функционирования многоклеточного организма, убеждали в единстве организма и его целостности, что способствовало дальнейшему развитию клеточной теории.

Следующий этап в истории клеточной теории связан с созданием к 30-м годам электронного микроскопа. Широкое применение электронной микроскопии в сочетании с использованием ультратонких срезов привело во второй половине XX века к существенному дополнению, а в некоторой степени к изменению традиционного представления о строении клетки.

Одно из самых поразительных достижений электронной микроскопии связано с открытием Г. Паладом, Ф. Шестрандом и др. сложной внутриклеточной мембранной системы, обеспечивающей отчётливое обособление органелл эукариотических

Ярославский педагогический вестник. 1998. М2.

клеток. Другим важным открытием было установление К. Портером того факта, что внутриклеточное пространство (между ядром и внутренней поверхностью клеточной мембраны) имеет развитую упорядоченную структуру — цитоскелет или клеточный метрике, состоящий из мембранных элементов белковой природы -— микротрубочек, мик-рофиламентов и др.

Сравнительно недавно были обнаружены и описаны эндоплазматическая сеть, лизосомы, рибосомы, микротельца и другие структуры, а орга-неллы, известные ранее (ядро, ядрышко, митохондрии, комплекс Гольджи, клеточный центр, плазматическая и ядерные мембраны) описаны в ряде работ во всех ультраструктурных деталях (6; 9; 11; 12; 14).

Следует подчеркнуть, что электронная микроскопия ещё более упрочила основные положения клеточной теории. Соответствие общего строения эукариот оказалось более глубоким, чем это ранее показал световой микроскоп. Кроме того, изучение бактерий и бактериоподобных микроорганизмов позволило установить не только специфичность их ядерного аппарата, мембранной системы и других структур, но и выявить некоторые черты гомологии в строении, химическом составе, процессах жизнедеятельности про- и эукариот. Всё это способствовало развитию представлений о клетке как структурной единице жизни.

Использование методов биохимии позволило выяснить «топографию метаболических механизмов клетки» (1. С.273), то есть связать процессы её жизнедеятельности с определёнными клеточными структурами. Было выяснено, что митохондрии представляют собой энергетические центры клеток, рибосомы — органоиды синтеза клеточных белков, в лизосомах сосредоточены гидролитические ферменты, в клеточном ядре хранится наследственная информация и т.д.

Развитие биохимических исследований привело к дифференциации биологической науки, возникновению в начале 50-х годов биохимической цитологии. Углубление аналитического направления способствовало дальнейшему внедрению био-физическюулетодов (особенно микроэлектродной техники) и привело к становлению физиологической цитологии. Физиологические исследования позволили выяснить значение поверхностной клеточной мембраны как генератора электрических потенциалов и её роль в транспорте различных веществ в клетку и из неё.

Дальнейшее развитие цитологии привело к теоретическому синтезу—возникновению биологии

клетки, содержанием которой стало изучение основных общебиологических проблем на клеточном и молекулярном уровнях исследования (выяснение закономерностей протекания процессов биосинтеза белков, активного транспорта веществ и др.) (5. С.269).

В связи с развитием синтетического направления современных цитологов интересуют процессы онтогенеза клетки. Рассматривая клетку как элементарный компонент развития, строительную единицу, за счёт роста, размножения и дифференциации которой осуществляется онтогенез многоклеточного организма, цитологи и эволюционные морфологи задаются вопросом: не отражается ли в процессе онтогенеза её прокарисггическое прошлое? При этом под онтогенезом понимается «процесс новообразования основных стукгурных компонентов клетки» как мембранной, так и немембранной природы, начиная с телофазы (13. С. 16).

Обнаружение в 60-х годах безъядерной конструкции бактерий (их наследственный материал-кольцевая молекула ДНК) и бактериальной конструкции пластид и митохондрий, ДНК которых также имеет кольцевое строение, послужило фактической основой для развития Л.Маргулис гипотезы симбиотического происхождения клетки эукариот (9). Эта гипотеза была поддержана А.Л. Тах-таджяном; она заключается в том, что эукариоти- ] ческая клетка сформировалась в результате не- ‘ скольких последовательных актов симбиогенеза предковых организмов бактериального типа и потому несёт в своей структуре отчётливый след бактериального происхождения.

Несмотря на правдоподобность, эта гипотеза некоторым авторам, в частности А.Н. Студитско-му, кажется несостоятельной, потому что, во-пер-вых, явление симбиогенеза заключается в структурном объединении несходных физиологических и далёких в таксономическом отношении организмов, во-вторых, у прокариотов отсутствуют «возможности для взаимопроникновения одного из партнёров в цитоплазму другого» (13. развития одних мембранных органелл из других (гладких мембран эндоплазматической сети от шероховатых, мембран митохондрий от ядерной мембраны и тому подобное), рассматриваемые исследователями как доказательство рекапитуляции (отражения) в онтогенезе мембранного пути формирования клеточных структур в филогенезе.

По мнению А.Н. Студитского, наиболее логич-1но рассматривать эукариотическую клетку «как [Продукт комплексирования клона протоклеток», [так как в этом случае «все внутриклеточные мембраны оказываются производными плазмолемм контактирующих протоклеток» (гипотеза «синбакте-риогенеза») (13. С 67).

Несмотря на отсутствие единого подхода к збъяснению эволюции клеточной организации, :ледует заметить, что сама идея эволюционного происхождения эукариотической клетки от прока-иютической не вызывает сомнения у большинства исследователей.

Изложение основных этапов исторического развития клеточной теории позволяет сформулировать её основные современные положения:

Клетка — единица строения и жизнедеятель-юсти живых организмов.

Клетка — сложная целостная система, состоя-цая из взаимодействующих компонентов органелл.

Клетки могут быть самостоятельными организмами, осуществляющими всю полноту процессов кизнедеятельности. Все многоклеточные организ-иы состоят из клеток и их продуктов.

Новые клетки -всегда возникают только путём целения ранее существовавших клеток. Клетка— единица размножения.

Индивидуальное развитие организма начинается с одной исходной клетки, в ядре которой содержится наследственная информация об особенностях структуры и жизнедеятельности многоклеточного организма. Клетка — единица развития, реализации генетической информации.

В клетках осуществляются: повторяющиеся, обратимые процессы обмена веществ и необратимые процессы онтогенеза.

Клеточная организация живого прошла длительный путь эволюции от безъядерных форм (про-

кариот) к ядерным (эукариотам) — одноклеточным, колониальным, многоклеточным.

В заключение важно заметить, что положения современной клеточной теории рисуют целостный образ клетки, без неё как дальнейшее познание, так и обучение немыслимы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабский Е.Б. Физиология клетки // История биологии с начала XX в до наших денй. М.: Наука, 1975. С. 272 —285.

2. Бляхер Л.Я. Микроскопическое изучение строения и развития организмов // История биологии с древнейших времён до начала XX века. М.: Наука, 1972. С. 240 — 249.

3. ВермельВ.И. История учения о клетке. М.: Наука, 1970. 259 с.

4. Глушакова Т.И. Развитие представлений об индивидуальности хромосом. М.: Наука, 1983. 120 с.

5. Залкинд С.Я. Цитология // История биологии с начала XX в. до наших дней. М.: Наука, 1975. С. 249 —272.

6. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. М.: Мир, 1982. Т.З. 473 с.

7. Кацнельсон З.С. Клеточная теория в её историческом развитии. Л.: Изд-во Мед. лит., 1963. 344 с.

8. Кольцов Н.К. Организация клетки. М.: Биомед-гиз, 1936. 284 с.

9. Ленинджер А. Митохондрия. Молекулярные основы структуры и функции. М.: Мир, 1966. 316 с.

10. Маргулис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М.: Мир, 1983.352 с.

11. Насонов Д.Н. Некоторые вопросы морфологии и физиологии клетки. Избр. пр. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. 463 с.

12. Робертсон Дж. Молекулярная биология клеточных мембран // Молекулярная биология. М.: ИЛ. С. 102-151.

13. Студитский А.Н. Эволюционная морфология клетки. М.: Наука, 1981.278 с.

14. Ченцов Ю.С. Ультраструктура клеточного ядра // Структура и функция клеточного ядра. М.: Наука, 1967. С. 39-50.

15. Шванн Т. Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений. М.-Л.: Биомедгиз, 1939. 368 с.

Клеточная теория — биология, презентации

Развитие знаний о клетке.

Клеточная теория

Цитология –

наука о клетке

(от греч. «kytos» — клетка, «logos» — наука)

Цитология изучает:

• Строение клеток
• Химический состав клеток
• Функции внутриклеточных структур
• Функции клеток в организме
• Размножение и развитие клеток
• Приспособления клеток к окружающей среде

История изучения клетки

• Середина XVII в. – Роберт Гук ,

рассматривая тонкий срез пробки под микроскопом, увидел ячейки (назвал их клетками).

Рисунок Р. Гука

Роберт Гук (1635-1703)

История изучения клетки

Антуан ван Левенгук

открыл одноклеточные организмы.

А. Левенгук (1632-1723)

История изучения клетки

Роберт Броун

открыл и описал ядро растительных клеток.

Роберт Броун (1773-1858)

История изучения клетки

Матиас Шлейден:

• изучал клетки растений;
• рассмотрел роль ядра в жизни и развитии растений;
• предложил теорию создания новых клеток из старых.

Матиас Шлейден

(1804-1881)

История изучения клетки

Теодор Шванн:

• Изучал клетки животных.
• Сопоставив данные М. Шлейдена со своими, пришел к выводу, что растения и животные состоят из клеток.
• Сформулировал основные положения клеточной теории .

Теодор Шванн (1810-1882)

История изучения клетки

6) 1838-1839 г. – клеточная теория.

Создателями клеточной теории считаются

Теодор Шванн и Матиас Шлейден.

• Все организмы, как растительные, так и животные, состоят из клеток.
• Клетки растений и животных сходны по строению.

Т. Шванн

М. Шлейден

Положения клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена

• Все организмы состоят из одинаковых частей – клеток; они образуются и растут по одним и тем же законам.
• Общий принцип развития для элементарных частей организма – клеткообразование.
• Каждая клетка в определенных границах – некое самостоятельное целое. Но эти индивидуумы действуют совместно так, что возникает гармоничное целое. Все ткани состоят из клеток.
• Процессы, происходящие в клетках растений , могут быть сведены к следующему:

• возникновение новых клеток;
• увеличение размеров клеток;
• превращение клеточного содержимого и утолщение клеточной стенки.

• Т. Шванн и М. Шлейден ошибочно полагали, что клетки в организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества .

Ошибка теории Т. Шванна и М. Шлейдена

История изучения клетки

Рудольф Вирхов

сформулировал положение о том, что «всякая клетка происходит из другой клетки…»

«Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка…»

Omnis cellula a cellula.

Рудольф Вирхов (1821-1902)

История изучения клетки

Ян Пуркине

предложил термин «протоплазма» для обозначения живого содержимого клетки.

Ян Эвангелиста Пуркине

(1784-1896)

История изучения клетки

Карл Бэр

открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие с одной клетки – зиготы.

Клетка – не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Карл Бэр (1792-1876)

История изучения клетки

был открыт клеточный центр.

Александр Флемминг (1843-1905)

История изучения клетки

был открыт аппарат (комплекс) Гольджи – мембранная структура клетки

Камилло Гольджи

(1844-1926)

История изучения клетки

изобретен электронный микроскоп.

Были изучены все органоиды клетки.

• Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

• Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, жизнедеятельности и обмену веществ.

Положения современной клеточной теории

• Размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.
• В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Положения современной клеточной теории

• Световое микроскопирование .

Методы изучения клетки

Методы изучения клетки

• Электронное микроскопирование .

• Центрифугирование .

Измельченные ткани с разрушенными клеточными оболочками помещают в пробирки и вращают в центрифуге с большой скоростью. Разные клеточные органоиды осаждаются в пробирке при разной скорости центрифугирования. Их выделяют и исследуют.

Методы изучения клетки

Значение изучения клетки

• В медицине – для разгадки причин заболеваний
• Для классификации живых организмов

Организмы

• В генетике – раскрытие тайн эволюции

прокариоты

эукариоты

• Готовиться к тесту

Домашнее задание

1. В состав клеток всех живых организмов входят одни и те же органические вещества, что служит доказательством:

1) единства живой и неживой природы;

2) единства органического мира;

3) эволюции органического мира;

4) приспособленности организмов .

Задания:

2. Обмен веществ и превращение энергии в клетках живых организмов свидетельствуют о том, что клетка – единица:

1) строения организма;

2) жизнедеятельности организма;

3) размножения организма;

4) генетической информации .

Задания:

3. Сходство клеток живых организмов разных царств доказывает теория:

1) эволюционная;

2) хромосомная;

3) клеточная;

4) генетическая .

Задания:

4. Изучить структуру органоидов клетки позволил метод:

1) светового микроскопирования;

2) электронного микроскопирования;

3) центрифугирования;

4) культуры тканей .

Задания:

5. Положение о структурно-функциональной единице живого обосновала теория :

1) филогенеза;

2) эмбриогенеза;

3) эволюции;

4) клеточная .

Задания:

6. Процессы жизнедеятельности у всех живых организмов протекают в клетке, поэтому ее рассматривают как единицу:

1) размножения;

2) строения;

3) функциональную;

4) генетическую .

Задания:

7. О единстве органического мира свидетельствует:

1) наличие ядра в клетках живых организмов;

2) клеточное строение организмов всех царств;

3) объединение организмов в систематические группы;

4) разнообразие организмов, населяющих Землю .

Задания:

8. Укажите ученого, который опроверг положение первой клеточной теории о том, что клетка происходит из неклеточного вещества:

1) К. Бэр;

2) Т. Шванн;

3) Р. Вирхов;

4) К. Гольджи .

Задания:

9. Назовите ученого, который впервые увидел клетки:

1) А. Левенгук;

2) Р. Гук;

3) Р. Вирхов;

4) К. Бэр .

Задания:

10. Сходство в строении растительных и животных клеток обнаружили:

1) Р. Гук и А. Левенгук;

2) Р. Броун и А. Левенгук;

3) Т. Шлейден и М. Шванн;

4) Р. Вирхов и К. Гольджи .

Задания:

11. Значение клеточной теории в науке заключается в том, что она:

1) обобщила все имеющиеся к 19 в. знания о строении организмов;

2) выявила элементарную структурную и функциональную единицу жизни;

3) создала базу для развития цитологии;

4) все ответы верны .

Задания:

О НЕОБХОДИМОСТИ КОРРЕКТНОГО ПОНИМАНИЯ КЛЕТКИ В БИОЛОГИЧЕСКОМ СМЫСЛЕ И ОБНОВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ. ЧАСТЬ 2

бочности положения о том, что клетка способна к самостоятельной жизни

(клетка многоклеточного организма не может существовать вне его, самостоя-

тельно может существовать организм, в том числе и одноклеточный, но не

клетка, а организм).

«– все живые существа состоят из клеток;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие

принципы жизнедеятельности;

– каждая клетка самостоятельна; деятельность организма является

суммой процессов жизнедеятельности составляющих его клеток.»35

В этой интерпретации А.А. Каменского, Е.А. Криксунова и В.В. Пасечни-

ка 2008 года, во-первых, ничего не сказано о клеткообразовании – ключевом

принципе клеточной теории Т. Шванна, во вторых, клеточное строение распро-

странено на все организмы, в то время как Т. Шванн клеточное строение орга-

низмов рассматривал исключительно для многоклеточных растений и живот-

ных, имеющих органы и ткани, утверждая, что ткани состоят из клеток, а в-тре-

тьих, как уже говорилось выше, не сказано об ошибочности сведéния жизни

многоклеточного организма к сумме жизней составляющих его клеток, прини-

маемых за индивидуумы (клетки многоклеточного организма не могут полно-

ценно существовать самостоятельно, автономно от него).

Следует отметить, что авторы различных учебных изданий для вузов, го-

воря о клеточной теории Т. Шванна, допускают и справедливые, корректные

высказывания, и некорректные высказывания, которые не соответствуют кле-

точной теории Т. Шванна, не согласуются с ней.

Например, утверждение о том, что «Т. Шванн рассматривал клетку как

универсальный структурный компонент животного и растительного мира»36

вполне справедливое.

А вот, например, высказывание о том, что «его главным достижением яв-

ляется утверждение, что клетки, из которых состоят как растения, так и живот-

35 Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеоб-

разоват. учреждений. 4-е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2008. С. 24-25.

36 Гистология, цитология и эмбриология: учеб. для студентов мед. вузов / Под ред. Ю.И. Афанасьева и

Н.А. Юриной. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 2002. С. 29.

Критика клеточной теории в конце XIX века и первой четверти XX века

Механистическое направление в развитии клеточной теории не могло не привести к разрыву с фактами, к неизбежной при механистическом подходе схематизации явлений.

Отдельным исследователям этот разрыв теории и практики повседневных наблюдений бросался в глаза уже в конце прошлого столетия, но, не имея четкой методологической позиции, исходя подчас из тех же механистических установок, критики клеточного учения далеко не всегда направляли свои замечания в правильную сторону. Сразу же нужно отметить, что «фронт» критиков клеточной теории не однороден, крайне различны и исходные установки, на основе которых высказывалась эта критика.

Одну из ранних попыток критики клеточной теории мы находим в работах русского врача Д. Н. Кавальского (1831—?). Помимо практической работы, Кавальский в 1859—1860 гг. работал за границей в ряде лабораторий (в частности у Рейхерта) и интересовался теоретическими вопросами гистологии и эмбриологии. В печати он выступил в 1855 г. с виталистической статьей о значении клетки у здорового и больного организма. В диссертации под названием «Яйцо и клеточка» Д. И. Кавальский (1863) критикует теорию клеткообразования Шванна, он, однако, сохраняет понятие «бластемы», которая, считает он, может существовать вне клеточной формы. Отказываясь видеть преемственность ядер в развитии зародыша, Д. Н. Кавальский выступает предшественником защищавшей те же идеи в наше время О. Б. Лепешинской; понятие бластемы у Кавальского близко к «живому веществу», о котором говорила О. Б. Лепешинская. Отсутствие серьезных фактов и неясность хода мысли автора обрекли работу Кавальского на забвение. Она нигде не цитировалась и не сыграла никакой роли в развитии учения о клетке.

Английский философ Спенсер (Herbert Spencer, 1820—1903) в 1864 г. и «Основах биологии» говорил об ограничениях, с которыми должна приниматься клеточная теория. «Учение, что все организмы построены из клеточек или что клеточки суть те элементы, из которых образуется каждая ткань, только приблизительно верно», — писал Спенсер. Но в представлениях Спенсера нет конкретного содержания; как и Кавальский, он говорит о «бесформенной бластеме», которую противопоставляет клеткам. Однако Спенсер понимал ограниченность целлюлярной трактовки организма как колонии клеток. Он подчеркивает, что при возникновении многоклеточных имело место не простое суммирование, а интеграция клеток.

Австрийский анатом Гейцман (Julius Heitzmann, 1847—1922) один из первых противопоставил представлению о расчлененном клеточном строении организма понятие о непрерывном строении протоплазмы. По мнению Гейцмана (1883), расчленение тканей на клетки фактически встречается редко, чаще протоплазма обладает непрерывностью, и в эту нерасчлененную массу протоплазмы вкраплены ядра. Таким образом, Гейцман первым выступил с чисто морфологической критикой клеточной теории. Но, отметая крайний взгляд на организм, установившийся на основе клеточной теории,— организм полностью расчленен на части — клетки, Гейцман впадает в другую крайность, выдвигая антитезу: организм структурно непрерывен и клеточное строение представляет собой исключение. Такой вывод не был решением вопроса, он неоднократно выдвигался позже другими авторами.

Раубер (August Rauber, 1841—1917), прозектор в Лейпциге, позже известный профессор анатомии Юрьевского университета, опубликовал в 1883 г. статью о клеточном учении, показывающую его интерес к теоретической стороне вопроса «В противовес первичной структуре протоплазмы, различные формы внутренних клеточных структур, возникающих позже, должны быть обозначены как вторичные структуры», — писал Раубер. «Целое определяет части в отношении вещества и структуры, формы и величины, положения и сил (питание, деление и т. д.)». Рост организма определен самим яйцом и должен быть охарактеризован, по Рауберу, как «ацеллюлярный» рост. Работа эта прошла незамеченной, а ее автор позже не возвращался к нашей проблеме.

В 1893 г. на зоологическом конгрессе с речью, посвященной «недостаточности клеточной теории развития» выступил американский зоолог Уайтмэн (Whitman, 1842 — 1910), который впервые развил всестороннюю критику клеточной теории как основы учения о развитии. В критике Уайтмэна есть интересные положения. Так, он указывает на неправильное, по его мнению, представление о протистах, возникшее на основе клеточного учения. Уайтмэн приводит ряд примеров независимости функций от клеточного строения органов; например, нефростом остается таким же нефростомом, состоит ли он из одной, двух или нескольких клеток. Клеточная дифференцировка не объясняет процесса развития, и ссылка на клетки не удовлетворяет Уайтмэна. Но отказываясь видеть единицы организма в клетках, Уайтмэн склонен был перенести это понятие на некие «идиосомы». «Секрет организации роста, развития заключается не в клеткообразовании, но в тех последних элементах живой материи, подходящим названием для которых мне кажется термин «идиозомы». Эту попытку переноса «загадки» жизнепроявлений с клеток на гипотетические ультрамикроскопические единицы мы встретим у ряда других исследователей. Такое решение вопроса было кажущимся, оно отодвигало проблему, а не приближало ее разрешение. Но в частностях замечания Уайтмэна заслуживают внимания, и его статью надо считать одним из первых серьезных выступлений критиков клеточной теории.

Вскоре с работой под тем же заголовком выступил английский зоолог Сэджвик (Adam Sedgwick, 1854—1913). В исследованиях над первичнотрахейными (1886) он столкнулся с трудностями целлюлярной трактовки процессов развития. Позднее Сэджвик выступил с общей критикой учения о клетке, защищая положение, что «эмбриональное развитие не может быть рассматриваемо как образование путем деления известного числа единиц из простой первичной единицы и как координация и модификация этих единиц в гармоническое целое. Скорее оно должно быть рассматриваемо как умножение ядер и специализация участков и вакуолей в непрерывной массе вакуолизированной протоплазмы» (1894, стр. 67). В доказательство этого положения Сэджвик рассматривает развитие мезенхимы и нервных стволов у зародышей селяхий. В основном, Сэджвик противопоставляет клеточную структуру непрерывному строению протоплазмы, без анализа их взаимоотношений.

Иной характер носила критика клеточной теории у Сакса (Julius Sachs, 1832—1897). Он понимал трудность применения простой клеточной схемы для физиологического истолкования морфологических структур. В 1878 г., демонстрируя на заседании Вюрцбургского физико-медицинского общества сифонниковые водоросли, Сакс указывал на своеобразие их строения и рассматривал их как неклеточные растения. Позже (1892, 1895), введением понятия об «энергиде», Сакс пытался сделать необходимое, по его мнению, дополнение к клеточной теории. Сакс следующим образом определяет понятие об энергиде: «Под энергидой я понимаю отдельное клеточное ядро с прилежащей к нему протоплазмой, причем ядро и окружающая его протоплазма мыслятся как целое, и это целое есть органическая единица как в морфологическом, так и в физиологическом смысле» (1892, стр. 57). Энергида, считает Сакс, превращается в клетку, когда вокруг энергиды появляется оболочка. Организмы, подобные амёбе, по Саксу, представляют собою голые энергиды.

Понятие об энергиде импонировало многим биологам, оно часто употребляется и в настоящее время некоторыми защитниками ортодоксального клеточного учения (М. Гартман и др.), считающими, что применение его устраняет недостатки клеточного учения и трудности целлюлярного подхода к неклеточным структурам.

В числе критиков клеточной теории этого периода обычно называют Антона де Бари (1879) и приводят его фразу, что не клетки образуют растение, а растение образует клетки. Де Бари не выступал с развернутой критикой клеточного учения, но в редактируемом им ботаническом журнале он поместил рецензию, где, между прочим, писал о «гегемонии» клетки в преподавании ботаники. Де Бари указывал, что со времени Шлейдена (имеются в виду его «Основы ботаники») почти все учебники начинают изложение с клетки, что «было или есть ошибка, которая имеет свое глубокое основание в обоснованной Шлейденом гегемонии клетки, если можно так сказать, в убеждении, что клетка образует растение, а не наоборот — растение образует клетку». Эта фраза по своей выразительности приобрела распространение и часто фигурирует в последующей критике клеточного учения как выражение представления о гегемонии целого над его частями.

На основе клеточной теории укрепилось представление, что многоклеточные растения и животные возникли из колонии одноклеточных, где отдельные особи — клетки утеряли свою самостоятельность и превратились в структурные части многоклеточного организма (Э. Геккель, И. И. Мечников). Французский зоолог Деляж (Yves Delage, 1854—1920) выдвинул новую гипотезу происхождения многоклеточности (1896). По его представлениям, многоклеточные организмы могли образоваться не через колонию протистов, а на основе расчленения тела многоядерного протиста на отдельные одноядерные территории — клетки. Соображения Деляжа находили позже сторонников, на большинство биологов осталось при прежнем представление которое в настоящее время господствует в биологии.

Ряд авторов в конце прошлого столетия и начале текущего выступал с критикой учения о клетке, развивая представление, что клетка не является последней элементарной структурой и существуют жизненные единицы, стоящие ниже клетки. «Идеологом» этого направления явился лейпцигский гистолог Альтман, выступивший с изложением своих взглядов сначала в статье «К истории клеточных теорий» (1889), а на следующий год опубликовавший книгу под названием «Элементарные организмы» (1890). Это не первая попытка постулировать жизненные единицы, стоящие ниже клетки, но умозрительным теориям Альтман пытается дать морфологическое обоснование. Он не возражает против общепринятого толкования клетки. «Является аксиомой биологических воззрений, что всякая органическая жизнь связана с формой клетки, поэтому описание клетки предпосылают везде, где проявляются в полной мере жизненные свойства». Альтман не возражает и против клеточной теории как универсальной схемы строения и развития организма, он лишь настаивает на том, что клетка не является «последней» жизненной единицей и индивидуальностью. «Существует, вероятно, много организованных существ, которые не суть клетки, которые на основании своих свойств эго название утрачивают»,— говорит Альтман. Морфологическую единицу живой материи он видит в «биобластах», которые, как ему казалось, обнаруживаются всюду в составе клеток при применении особой техники обработки ткани. «Поэтому, — пишет он, — биобласты как морфологические единицы в любой материи являются видимыми элементами; как такие единицы они представляют истинные элементарные организмы одушевленного мира». Таким образом, Альтман лишь ставит на место клетки свои биобласты, раздвигает границу органической индивидуальности.

Теория Альтмана опиралась на неправильно интерпретированные факты, но и помимо этого она не отличалась никакими преимуществами по сравнению с клеточной теорией.

Биобласты Альтмана идентифицируются теперь частью с хондриосомами, частью с различными гранулами, но, конечно, никто не пытается придавать им значение жизненных единиц. Теория биобластов пережила своеобразный рецидив в представлениях об «основном аппарате жизни» киевского зоолога М. М. Воскобойникова (1873—1942), который впервые выступил с ними на 3-м Всерос. съезде зоологов, анатомов и гистологов (1928), а затем в развернутой форме изложил свои представления на 4-м съезде в 1930 г.

Герольдом теории биобластов у нас выступил петербургский гистолог Г. Г. Шлатер (1867—1919). В брошюре «Новое направление морфологии клетки и его значение для биологии» (1895), а затем в докторской диссертации о строении печеночной клетки (1898) и в изданном на русском и немецком языках очерке «Клетка, биобласт и живое вещество» (1903) Г. Г. Шлатер настойчиво пропагандирует гранулярную теорию строения клетки, настаивая на том, что клетка не является последним неразложимым морфологическим элементом. В речи, прочитанной на годичном заседании Общества патологов (1910), Г. Г. Шлатер идет, однако, дальше в критической оценке клеточного учения. По-прежнему отстаивая альтмановское направление, Шлатер отмечает неправильное игнорирование живых свойств межклеточного вещества, подчеркивает значение целостности организмов и значение неклеточных состояний тканевых структур в ходе гистогенеза. «Знакомство с гистогенезом ряда тканевых групп заставляет отрешиться от признания возможности проследить преемственность любой тканевой клетки, ибо в ранние периоды гистогенеза границы между отдельными, клетками исчезают, ядра размножаются, происходит ряд перепостроений и перегруппировок разных структурных элементов общей синцитиальной массы. В таких случаях невозможно определить происхождение каждого отдельного клеткоподобного тканевого участка».

В стремлении раздвинуть границы органической индивидуальности Альтман не остался одинок. Ботаник Визнер (Julius Wiesner, 1838—1916) в большой работе «Элементарная структура и рост органического вещества» (1892) также ставит перед собой задачу найти простейшие «элементарные органы». «В качестве последних, как истинные элементарные органы установлены плазомы, последние части тела растения и живых организмов вообще». Плазомы Визнер не берется показать, как Альтман биобласты. Визнер постулирует их существование; он приписывает им основные свойства органического вещества: ассимиляцию, рост и способность размножаться, делением. Воззрения Визнера внесли мало оригинального, но era положение о том, что к числу обязательных свойств органических индивидуальностей относится способность к делению, получило развитие в работах Гейденгайна.

Мы видели, что со времени Вирхова межклеточное вещество признавалось пассивным продуктом выделения клеток, лишенным жизненных свойств, которыми наделяли только клетки. Это представление было подвергнуто впервые решительной критике русским патологом С. М. Лукьяновым (1894, 1897). В речи на 5-м Пироговском съезде общества русских врачей С. М. Лукьянов подвергает критике вирховское представление о межклеточных веществах. Он указывает, что «в построении многоклеточных организмов участвуют не одни только клетки, но и так называемые межклеточные вещества» (1894, стр. 1). «В истинных межклеточных веществах предполагается тот или другой обмен, хотя бы и более ограниченный, чем в клетках» (стр. VII). Поэтому, заявляет автор, «мы полагаем, что многоклеточный животный организм слагается не из пассивной массы и активных клеток, вкрапленных в нее, а из активных клеток и активных же межклеточных веществ» (стр. V). «Приходится, очевидно, заключить, — писал С. М. Лукьянов, — что жить могут не только клетки и что клеточная теория вовсе не сковывает жизни в одних клеточных формах» (стр. XII). Хотя и сейчас точка зрения Вирхова находит защитников, большинство гистологов разделяет мнение, высказанное еще в конце прошлого столетия Лукьяновым.

На грани двух веков М. Д. Лавдовский (1846—1902), профессор гистологии Военно-медицинской академии, пытался атаковать вирховский принцип «всякая клетка из клетки». В 1900 г. он выступил с актовой речью, озаглавленной «Наши понятия о живой клеточке», где резко критиковал представление о преемственности клеточного развития и доказывал возможность клеткообразования из «живого вещества, живой материи», представляющей собою «массу организованного и далее организующегося вещества». Такую материю, в частности, он видел в желтке яйца, который М. Д. Лавдовский рассматривает как формообразовательное вещество. Идеи М. Д. Лавдовского в свое время не встретили отклика из-за неубедительности фактического материала, которым оперировал автор. В наше время эти идеи пыталась воскресить О. Б. Лепешинская.

Не останавливаясь на ряде специальных работ, разбирающих приложимость клеточной теории к отдельным фактам, мы уже за порогом XIX столетия встречаем ряд сочинений, где учение о клетке рассматривается как важная теоретическая проблема и критикуется с разнообразных точек зрения. Характерно, что в большинстве случаев это — произведения авторов, пытавшихся дать общую сводку учения о клетке и в этой попытке приходивших к критике основных понятий клеточной теории.

Одной из первых сводок такого рода является упомянутая уже выше книга отечественного гистолога А. Г Гурвича (1904) — «Морфология и биология клетки». Здесь он развивает ряд положений, к которым возвращается позднее в общем курсе гистологии (1923). По Гурвичу, клеточная теория встречает затруднение уже в том, что одним и тем же понятием обозначаются и яйцо и те структуры, которые в результате дальнейшего развития, специализации и дифференцировки являются производными этого яйца. Спорными положениями А. Г. Гурвич считает следующие вопросы: 1) является ли многоклеточный организм во всех своих свойствах только функцией отдельных элементов — клеток; 2) можно ли полагать, что эти отдельные элементы обладают практически последней независимой изменяемостью; 3) можно ли расценивать протистов как свободно живущие клетки; 4) является ли правомерной сравнимость различных структур, называемых клетками. В критике А. Г Гурвича есть ряд интересных положений, не утративших своего значения. Исходные методологические позиции Гурвича, основанные на сложной виталистической концепции, конечно, не могут быть нами разделены. Здесь, однако, не место вдаваться в их критику.

Интересные мысли о клеточном учении высказаны Оскаром Гертвигом в 1898 г. в его сводке «Клетка и ткани» (в позднейших изданиях «Общая биология»). В разделе «О двояком значении клетки как элементарного организма и как определенной интегрирующей части более сложного высшего организма» Гертвиг разбирает взгляды де Бари, Сакса, Уайтмэна и Раубера. Соглашаясь с ними в частностях, Гертвиг возражает против критики клеточной теории в целом. Гертвиг приходит к следующему заключению: «Ни одна из односторонних точек зрения, — ни крайняя целлюлярная, ни та, которая выражается во взглядах Сакса, Уайтмэна и Раубера, — не может быть названа вполне справедливой и исчерпывающей предмет. Насколько ошибочно, занимаясь клетками, упускать из виду значение целого, от которого все-таки зависят наличность и образ действий отдельной клетки, настолько же ошибочно было бы пытаться объяснить образ действия целого, не обращая при этом в надлежащей мере внимания на его части. Поэтому я думаю, что лозунги «растение образует клетки» и «клетки образуют растение» вовсе не исключают взаимно друг друга. Можно употреблять оба оборота речи, если мы только будем верно понимать отношение, в котором находятся друг к другу клетка как часть и растение как целое. Только это и важно для понимания растительной и животной организации».

Это правильная постановка вопроса; Гертвиг здесь становится на стихийно-диалектическую точку зрения и нащупывает верный путь разрешения проблемы. К сожалению, позже в своей «теории биогенеза» он далеко не всегда последовательно проводит эту точку зрения. Тем не менее представления Гертвига, безусловно, интересны и заслуживают внимания. Однако точка зрения Гертвига о необходимости аналитико-синтетического подхода к организму своевременно не была оценена и не оказала решительного влияния на развитие учения о клетке.

Эпоху составила другая капитальная сводка по учению о клетке — книга Мартина Гейденгайна «Плазма и клетка» (1907), также упоминавшаяся выше. Гейденгайн указывает, что получив еще в 1894 г. предложение написать отдел «Клетка» в анатомическом руководстве Барделебена, он в процессе обработки материала столкнулся с положением, что «не все живое сконцентрировано в клетках», и в самом заглавии книги стремился отразить этот факт. Помимо обстоятельной исторической, части, Гейденгайн вводит в свою книгу главу «К теории клеток и тканей», где решительно выдвигает положение, что «понятие живого вещества имеет более общую природу, чем понятие клетки». Гейденгайн высказывает много ценных замечаний о понятии клетки, не утративших своей актуальности. Книга М. Гейденгайна и ряд его последующих работ сыграли значительную роль в развитии критического отношения к той ортодоксальной форме клеточной теории, в какой она утвердилась к началу нашего столетия. Наряду с этим, собственная теория Гейденгайна, предлагаемая им в замену целлюлярного представления, страдает рядом крупных недостатков, делающих ее неприемлемой с диалектико-материалистических позиций.

Гейденгайна не удовлетворяет «клеточная схема» организации. Он справедливо отмечает, что основным методом клеточной теории является анализ. «Шванновская теория, — пишет он в одной из последних работ, — нуждается в дополнении синтетической теорией тканей, которая должна возвести их с ранга клеточных агрегатов до ранга целлюлярных систем, которые образуются по определенным, формулируемым законам, обусловленным развитием».

Гейденгайн выдвигает новую теорию структуры организма, которую называет «теорией дробности частей тела» (Teilkorpertheorie»). В этой теории он опирается на выдвинутое Визнером положение, что обязательным свойством органической индивидуальности должна быть способность ее к делению (расщеплению). В противоположность клеточной теории, которая принимает единственный структурный элемент — клетку, «теория дробности частей тела принимает морфологические индивидуальности высшего и низшего порядка, располагающиеся в восходящий ряд: каждый высший член происходит из особой комбинации индивидуумов низшего порядка», — так характеризует Гейденгайн основную идею своей теории (1911, стр. 105).

Каков же тот критерий, который определяет, является ли данное образование подобной индивидуальностью? По мнению Гейденгайна, морфологические образования, помещенные в этот ряд, «должны удовлетворять требованию размножаться делением. При этом делимость может быть проявляющейся, реальной, как у клеток, или она может быть представлена как способность к расщеплению (Spaltungsvermogen) зачатка; во всяком случае, она является, по смыслу теории, основным свойством, существеннейшим критерием морфологической индивидуальности, и целое тело должно быть разложимо на системы частей тела низшего и высшего порядка». Подобные морфологические индивидуальности Гейденгайн называет гистомерами, если они представляют собой составную часть высшей системы, и гистосистемами, если они являются комплексом низших образований. Так, ядро, по Гейденгайну, является гистомером по отношению к клетке и гистосистемой по отношению к хромосомам. При этом он различает: целлюлярные, супрацеллюлярные и инфрацеллюлярные гистомеры. К инфрацеллюлярным гистомерам Гейденгайн относит: ядро, хромосомы, хромиоли, центры и центриоли, хлорофильные зерна и их производные, миофибриллы и диски, цитоплазматические волокна, осевые цилиндры и неврофибриллы, хондриосомы и аппарат Гольджи. Целлюлярными гистомерами он называет клетки и их гомологи; супрацеллюлярными — многоклеточные, способные к расщеплению комплексы. Соотношения их он поясняет схемами, где изображает «полное» расчленение клетки и мышцы по принципу теории дробности. Так как Гейденгайн не находит границы делимости у видимых структур, то он принимает, что эта граница лежит в области субмикроскопической структуры. Последняя способная к делению структура, лежащая за пределами нашей видимости, является, с точки зрения Гейденгайна, «основой всего живого» — биологической единицей, для которой он предлагает термин «протомер».

Таким образом, отказывая клетке в понятии биологической единицы, рассматривая ее лишь как ступень организации, как один из многих гистомеров, Гейденгайн за «настоящую» биологическую единицу принимает протомер. «Теория протомеров, или теория элементарной организации», является логическим завершением теории дробности частей тела.

Поскольку способность к расщеплению целлюлярных и инфрацеллюлярных гистомеров меньше нуждалась в доказательствах (здесь можно было опираться на старые факты), Гейденгайн в последующих работах сосредоточил внимание на доказательстве расщепляемости супрацеллюлярных гистомеров — различных органов. Он старается показать, что его теория не только дает возможность анализировать, разлагать структуры, но и обратно, путем синтеза, выводить строение сложного образования из более элементарного. В противоположность клеточной теории, чисто аналитическому учению, Гейденгайн выдвигает свою теорию, как теорию синтетическую; отсюда укрепившееся за нею название «синтезиология» (Synthesiologie).

Такова в общих чертах теория Гейденгайна, предложенная им взамен клеточного учения.

Однако с методологической стороны теория Гейденгайна нас не удовлетворяет. Основным пунктом ее является представление, что наиболее существенной особенностью органических «индивидуальных» структур является их способность к расщеплению (Teilbarkeit). Помимо спорности такого критерия, само понятие «способность к расщеплению» носит у Гейденгайна формальный характер. Деление ядра, расщепление фибрилл, образование «двойников», «тройников» в различных органах — все эти явления Гейденгайн объединяет общим понятием расщепления и из него выводит способность данной структуры к размножению. Однако здесь искусственно соединены разные явления, которые нельзя рассматривать как проявление общего свойства «расщепляемости». Способность к расщеплению известна и в неорганической природе, особенно у так называемых жидких кристаллов. Гейденгайн рассматривает делимость как какую-то внутреннюю, имманентную особенность органических структур, не учитывая их функционального значения и состояния, определяемого суммой внешних и внутренних условий. Поэтому трудно согласиться е критерием индивидуальности, который выдвигает разбираемая теория. Понятие индивидуальности сохраняет у Гейденгайна метафизический характер, хотя введением понятий «гистомер» и «гистосистема» он пытается преодолеть эту метафизичность. Но это ему не удается, поскольку он рассматривает структурность организма как определенный ступенчатый ряд сопряженных, но не вытекающих друг из друга структур.

Понятие биологической единицы, «протомера», помимо его гипотетичности, у Гейденгайна носит тот же метафизический характер, как и в клеточном учении. Продвинув эту единицу из области микроскопических в область субмикроскопических структур, он не преодолевает метафизический характер понятия об органических элементах. Связывая свою теорию с положением о «непрерывности жизни», Гейденгайн считает, что его взгляды обосновывают изречение: omne vivum ex vivo. Тем самым он приходит к разрыву между неорганической и органической природой, считая протомер за особую органическую структуру, не выводимую из неорганической природы. С точки зрения гейденгайновских схем, непонятной остается связь структур между собою. Они образуют, по его теории, обособленные ряды, не связанные друг с другом, не вытекающие один из другого. Поэтому, преодолевая метафизический подход к организму как к сумме частей, пытаясь анализу организма противопоставить синтез, Гейденгайн не может преодолеть метафизичность антитезы «часть или целое». Расчленяя организм на ступенчатую структурность (вместо гомотипной структурности клеточной теории), он не преодолевает относительности самого расчленения.

Гейденгайн делает ошибку, пытаясь создать всеобщую структурную теорию, охватывающую область субмикроскопических, микроскопических и макроскопических структур. Деление на эти области, конечно, серьезного научного значения не имеет, но несомненно, что не одни и те же структурные закономерности существуют в тканевых структурах и структурах такого порядка, как железы, скелетные части, кишечные ворсинки, метамеры и пр. Здесь Гейденгайн становится на механистическую точку зрения. Такой же механистический характер носит у него синтез. Это синтез от количественно малого к количественно большому. В некоторых пределах такой синтез закономерен; он объясняет, например, архитектонику отдельных органов, особенно железистых образований, внешнее формирование которых с точки зрения Гейденгайна приобретает известную ясность. Но такой синтез недостаточен там, где имеется переход количества в качество, где новые структуры являются не простым количественным усложнением старых (как, например, дольки железы, вкусовые почки, ворсинки кишечника, образующие дву-, три — и полимеры), а качественно отличные новообразования.

Наконец, теория Гейденгайна является только теорией сформированного организма. Она не дает никакого ключа к пониманию онтогенеза, оставляя последний совершенно вне поля зрения.

В начале второго десятилетия нашего века физиолог А. В. Леонтович (1869—1943) выступил с работой: «Синцеллий как доминирующая клеточная структура животного организма» (1912). «Тело животных в главной массе состоит не из клеток — элементарных организмов, — писал Леонтович, — а из синцеллиев. Элементарными организмами являются, может быть, лишь одни подвижные клетки соединительной ткани и лейкоциты крови». «Тем не менее, — заявляет автор, — основу всего вышесказанного образует клетка: именно, свойство клетки при известных нормальных условиях ее жизни давать синцеллий. Поэтому нельзя провозглашать, что клетка отжила свое время; она всегда останется в центре биологической мысли. Клеточное учение должно быть только дополнено теорией синцеллия и теми находками, которые уже дает и обещает в будущем разложение клетки на единицы низшего порядка» (стр. 86). В основном критика Леонтовича шла по пути Гейцмана, указывая на значение в организме неклеточных структур.

На трудность применения клеточной теории к эмбриогенезу обратил внимание американский эмбриолог Майнот (Charles Sedgwic Minot, 1852—1914). В лекциях, прочитанных в Иене и вышедших отдельным изданием (1913), Майнот отмечает, что разделение на клеточные территории не имеет в эмбриогенезе того значения, которое ему приписывают.

В 1911 г. с принципиальным возражением против одного из основных положений клеточного учения выступил английский протистолог Добелл (Clifford С. Dobell, 1886—1949). Он указал, что в понятии клетки смешиваются принципиально различные структуры: целостные организмы (протесты), структурные части организма (тканевые клетки) и структуры, потенциально равные целому организму (яйца). Понятие клетки Добелл предложил сохранить именно за тканевыми клетками. В противоположность целлюлярной схеме деления организмов на одноклеточные и многоклеточные, Добелл считает более правильным деление на клеточные и неклеточные организмы. «Отдельный протест не является гомологом отдельных клеток тела многоклеточных растений и животных; он может быть гомологизирован только с целым многоклеточным организмом… Несправедливо называть протестов простыми, низшими, одноклеточны ми или примитивными… Все эти прилагательные совершенно произвольны, и применение их к протестам ничем не оправдано, так как последние отличаются от Metazoa и Metaphyta тем, что они иначе организованы: неклеточные, в противоположность многоклеточным». Взгляды Добелла встретили широкий отклик как положительный, так и отрицательный. К обсуждению поставленной Добеллом проблемы трактовки протистов нам придется вернуться ниже.

Ряд работ посвятил критике клеточного учения немецкий зоолог Родэ (Emil Rhode, 1904, 1908, 1914, 1916, 1922). Он собрал много литературных и собственных данных о значении неклеточных структур для морфогенеза, но не всегда критически относился к приводимым литературным данным. Его положение: «при гистогенетической дифференцировке животных играют существенную роль не клетки, а многоядерные плазмодии; не клеткообразование, а функциональная дифференцировка живого вещества, т. е. многоядерных плазмодиев, является руководящим принципом развития организмов» (1914, стр. 133), — это положение так же односторонне, как объяснение всего хода онтогенеза ссылкой на размножение и дифференцировку клеток. Из одной крайности: все — клетки, Родэ попадает в другую крайность и заявляет: все — синцитии и плазмодии, а клетки являются лишь вторичными структурами, лишенными существенного значения. Такое чисто метафизическое разрешение вопроса не может вывести на правильную дорогу. Работы Родз встретили резкое возражение со стороны Ю. Шакселя (Julius Schaxel, 1915, 1917), критиковавшего Родэ за увлечение неклеточными структурами и непроверенные факты. Но Шаксель впадает в другую крайность, считая чисто целлюлярную точку зрения вполне достаточной для объяснения всех процессов развития.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Клетка – основа жизни на земле

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены основные структурные и функциональные составляющие животной и растительной клетки как элементарной единицы всего живого и важная роль при передаче генетического материала из поколения в поколение. Коротко описана клеточная теория и неклеточные формы жизни, а также типы клеточной организации. Описания бактериальной, животной и растительной клеток и ядра клетки сопровождаются красочными рисунками с подробным описанием составляющих элементов. Также отмечается важная роль в жизнедеятельности организмов апоптоза – естественной, запрограммированной гибели клеток.

ABSTRACT

This article discusses the basic structural and functional components of an animal and plant cell, as an elementary unit of all living things and an important role in the transfer of genetic material from generation to generation. Cell theory and non-cellular life forms are briefly described, as well as types of cellular organization. Descriptions of bacterial, animal and plant cells and the cell nucleus are accompanied by colorful drawings with a detailed description of the constituent elements. An important role in the life of organisms apoptosis is also noted — the natural, programmed cell death.

 

Ключевые слова: клетка, клеточная теория, ядро клетки, хромосомы, белки, апоптоз.

Keywords: cell, cellular theory, cell nucleus, chromosomes, proteins, apoptosis.

 

Введение

Клетка – это основная структурная и функциональная единица всех живых организмов, живая элементарная единица, способная к самовоспроизведению. Живые организмы могут состоять из одной клетки (бактерии, одноклеточные водоросли и одноклеточные животные) или многих клеток.

Тело взрослого человека образуют около ста триллионов клеток. Форма клеток различна и обусловлена их функцией – от круглой (эритроциты) до древообразной (нервные клетки). Размеры клеток также различны – от 0,1-0,25 мкм (у некоторых бактерий) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Тело человека образовано клетками различных типов, характерным образом организующихся в ткани, которые формируют органы, заполняют пространство между ними или покрывают снаружи. Клетки окружены межклеточным веществом, обеспечивающим их механическую поддержку и осуществляющим транспорт химических веществ. Самые короткоживущие из них (1-2 дня) – это клетки кишечного эпителия. Ежедневно погибает около 70 миллиардов этих клеток. Примером других короткоживущих клеток являются эритроциты – их ежедневно погибает около 2 миллиардов [3].

Однако есть и такие клетки (например, нейроны, клетки волокон скелетных мышц), продолжительность жизни которых соответствует жизни организма. Нервные клетки мозга, однажды возникнув, уже не делятся, и до конца жизни человека они способны поддерживать необходимые связи в нервной системе. Интересно то, что при нашем рождении в мозгу уже существует около 14 миллиардов клеток. И это количество не увеличивается до самой смерти, а, наоборот, постепенно уменьшается, т. е. поврежденные ткани мозга неспособны восстанавливаться путем регенерации. После того как человеку исполняется 25 лет, ежедневно происходит сокращение количества клеток мозга на 100 тысяч [1].

Несмотря на свои малые размеры, клетка представляет собой сложнейшую биологическую систему, жизнедеятельность которой поддерживается благодаря разнообразным биохимическим процессам, которые происходят под строгим генетическим контролем. Генетический контроль развития и функционирования клетки осуществляют материальные носители информации – гены. Они сосредоточены главным образом в ядре клетки, но некоторая их часть находится в других клеточных органоидах (митохондриях, пластидах, центриолях).

Строение и функционирование генетических структур клеток на микроскопическом уровне, их количественную и качественную изменчивость изучает одно из направлений генетики, называемое цитогенетикой.

Представление о клетке как об элементарной структурно-функциональной единице всех живых организмов сложилось в результате цепи изобретений и открытий, сделанных в XVI-XX веках:

1590 г. – Янсен изобрел микроскоп, в котором большое увеличение достигалось соединением в тубусе двух линз;

1965 г. – в Кембридже (Англия) установлена первая промышленно изготовленная модель электронного микроскопа.

Естественно, между этими двумя датами происходило множество событий, в результате которых были усовершенствованы микроскопы (основное средство изучения клеток), а также исследования и открытия в области генетики и, в частности, цитологии.

Клеточная теория и неклеточные формы жизни

Результатом длительного исследования строения клеток различных организмов стало создание клеточной теории, у истоков которой в ее современном виде стояли немецкий ботаник М.Я. Шлейден (1804-1881) и зоолог Т. Шванн (1810-1882). В настоящее время эта теория содержит три главных положения:

• только клетка обеспечивает жизнь в ее структурно-функциональном и генетическом отношении;
• единственным способом возникновения жизни на Земле является деление ранее существующих клеток;
• клетки являются структурно-функциональными единицами многоклеточных организмов [2].

Отсюда следует, что клетка – это элементарная единица живого, вне клетки нет жизни, так как в клетке сохраняется и реализуется биологическая информация (даже у вирусов). Современная биология подтверждает, что все клетки одинаковым образом хранят биологическую информацию, передают генетический материал из поколения в поколение, хранят и переносят информацию, регулируют обмен веществ и т. д. Вместе с тем многоклеточный организм обладает свойствами, которые нельзя рассматривать как простую сумму свойств и качеств отдельных клеток.

Таким образом, клетка является обособленной и организационно наименьшей структурой, для которой характерна вся совокупность свойств жизни и которая в соответствующих условиях окружающей среды способна поддерживать в себе эти свойства и передавать их следующим поколениям.

Все многообразие живых существ можно разделить на две резко отличающиеся группы: неклеточные и клеточные формы жизни. Первая группа представляет собой вирусы, способные проникать в определенные живые клетки и размножаться только внутри этих клеток. Подобно всем другим организмам вирусы обладают собственным генетическим аппаратом, кодирующим синтез вирусных частиц, которые собираются из биохимических предшественников, находящихся в клетке-хозяине, используя биосинтетическую и энергетическую системы этой клетки [8].

Вирусы резко отличаются от всех других форм жизни. По строению и организации они представляют собой нуклеопротеидные частицы, по способу репродукции являются внутриклеточными паразитами. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне.

Типы клеточной организации

Клеточная структура присуща основной массе живых существ на Земле. Все эти организмы представлены клетками двух типов: прокариотическими и эукариотическими клетками. К прокариотическим клеткам относят бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты – доядерные организмы, не имеющие типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану. Вместо ядра у них находится так называемый нуклеотид – ДНК-содержащая зона клетки прокариот (рис. 1.).

 

Рисунок 1. Схема строения бактериальной клетки

 

Строение бактериальной клетки:

1 – цитоплазматическая мембрана; 2 – клеточная стенка; 3 – слизистая капсула; 4 – цитоплазма; 5 – хромосомная ДНК; 6 – рибосомы; 7 – мезосома; 8 – фотосинтетические мембраны; 9 – включения; 10 – жгутики; 11 – пили.

Прокариотическая ДНК не содержит гистоновых белков, но связана с небольшим количеством негистоновых белков. Этот комплекс ДНК и негистоновых белков и образует нуклеотид, который обычно располагается в центре клетки. Мезосомы – это складчатые мембранные структуры, на поверхности которых находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Клеточная стенка придает бактериям определенную форму и упругость. Капсулы и слизистые слои – это слизистые или клейкие выделения бактерий. Капсула представляет собой относительно толстое и компактное образование, а слизистый слой намного рыхлее. И капсулы, и слизистые слои служат дополнительной защитой для клеток. Многие бактерии подвижны, и эта подвижность обусловлена наличием у них одного или нескольких жгутиков, которые по своей структуре напоминают одну из микротрубочек эукариотического жгута. Пили, или фимбрии – это тонкие выросты на клеточной стенке некоторых грамотрицательных бактерий. Их число варьирует у разных видов от одной до нескольких сотен. Рибосомы – органоиды клетки, участвующие в синтезе белка. У прокариот они несколько мельче эукариотических [6].

Эукариотические клетки представлены двумя подтипами: клетками одноклеточных организмов, которые структурно и физиологически являются самостоятельными организмами, и клетками многоклеточных организмов. Последние разделяют на растительные и животные клетки. На рисунке 2 представлены составы животной и растительной клетки.

 

Рисунок 2. Животная и растительная клетка

 

В клетке можно выделить 4 группы структурных компонентов: 1) мембранная система; 2) клеточные органоиды; 3) цитоплазматический матрикс; 4) клеточные включения. В свою очередь, мембранную систему составляют: 1) клеточная плазматическая мембрана; 2) цитоплазматическая сеть и 3) пластичный комплекс Гольджи. Клеточная мембрана отделяет цитоплазму клетки от наружной среды или клеточной стенки (у растений) и выполняет три основные функции: отграничивающую, барьерную и транспортную. Она играет важную роль в обмене веществ между клеткой и внешней средой, в движении клеток и в сцеплении друг с другом. Цитоплазму всех эукариотических клеток пронизывает сложная система мембран, получившая название цитоплазматической сети. Пластичный комплекс Гольджи обычно локализуется вблизи клеточного ядра и состоит из многочисленных групп цистерн, которые ограничены мембранами, имеющими гладкую поверхность. Одной из основных функций комплекса Гольджи является транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него веществ. Другой важной функцией этого комплекса является формирование лизосом [2].

Клеточные органоиды и ядро клетки

Клеточные органоиды (клеточные органеллы) – это постоянные дифференцированные клеточные структуры, имеющие определенные функции и строение. К клеточным органоидам относят ядро, центриоли, митохондрии, рибосомы, лизосомы, пероксисомы, пластиды, жгутики и реснички.

Ядро – важнейшая составная часть клетки. Это наиболее крупный органоид клетки, составляющий 10-20 % ее объема. Оно может находиться в состоянии покоя или деления (мейоза). Ядро управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки. Эти процессы сложны и многообразны: клетка должна поддерживать форму, получать извне вещества для пластического и энергетического обмена, синтезировать органические вещества

Клеточное ядро имеет шаровидную или вытянутую форму. Основная функция ядра – хранение наследственной информации или генетического материала. Ядро состоит из ядерной оболочки и расположенных под ней нуклеоплазмы, ядрышка и хроматина (рис. 3).

 

Рисунок 3. Строение ядра клетки

 

Как видно из рисунка, ядерная оболочка пронизана порами диаметром 80-90 нм, количество которых в типичной животной клетке составляет 3-4 тыс. пор. Содержимое клеточного ядра называется нуклеоплазмой, или кариоплазмой. Нуклеоплазма отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. Ядерная оболочка образована двумя    мембранами – наружной и внутренней. Химический состав ядерной оболочки достаточно сложен, основными химическими компонентами ядерных оболочек являются липиды (13-35%) и белки (50-75%) [4].

Ядра клеток могут содержать одно и более ядрышек. Ядрышки состоят из рибонуклеопротеидов, из которых в дальнейшем образуются субъединицы рибосом. Здесь происходит синтез рРНК (рибосомальной РНК).

Хроматин следует считать главным компонентом ядра. В нем заключена наследственная информация, которая передается при каждом делении клетки, а также реализуется в процессе жизнедеятельности самой клетки. Хроматин ядра клетки состоит их хроматиновых нитей. Каждая хроматиновая нить соответствует одной хромосоме, которая образуется из нее путем спирализации.

Из многочисленных свойств и функций ядерной оболочки следует подчеркнуть ее роль как барьера, отделяющего содержимое ядра от цитоплазмы и активно регулирующего транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой. Другой важной функцией ядерной оболочки следует считать ее участие в создании внутриядерной структуры.

Строение и химический состав хромосом.

Хромосомы – это самовоспроизводящиеся органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение и передача генетической информации при размножении клеток и организмов. Хромосомы эукариотических клеток состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс. Белки составляют значительную часть состава хромосом (65%). Все хромосомные белки разделяют на гистоновые и негистоновые [7].

Гистоновые белки, или гистоны – это белки, богатые остатками аргинина и лизина, определяющими их щелочные свойства. Гистоны присутствуют в ядрах в виде комплекса с ДНК. Они выполняют две важные функции – структурную и регуляторную. Структурная функция заключается в том, что они обеспечивают пространственную организацию ДНК в хромосомах и играют важную роль в ее упаковке. Регуляторная функция гистоновых белков состоит в регуляции синтеза нуклеиновых кислот (как ДНК, так и РНК).

Негистоновые белки представлены большим количеством молекул, которые разделяют более чем 100 функций. Среди этих белков есть ферменты, ответственные за репарацию, репликацию, транскрипцию и модификации ДНК. Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаружены небольшие количества РНК, липидов, полисахаридов и ионы металлов.

Морфологию хромосом изучают во время митоза методом микроскопии. В этот период хромосомы максимально спирализованы. В первой половине митоза хромосомы состоят из двух одинаковых по форме структурных и функциональных элементов, называемых хроматидами, которые соединены между собой в области первичной перетяжки. В месте первичной перетяжки расположена центромера – особым образом организованный участок хромосомы, общий для обоих сестринских хроматид.

Во второй половине митоза происходит деление центромеры и отделение хроматид друг от друга. Из них образуются однонитчатые дочерние хромосомы, распределяющиеся между дочерними клетками. Для каждой хромосомы положение центромеры строго постоянно.

В некоторых растительных клетках и всех животных клетках находится характерно окрашиваемая часть цитоплазмы, которую называют центросомой или клеточным центром. В состав центросомы входит пара центриолей, расположенных под прямым углом друг к другу (рис. 4).

 

Рисунок 4. Составные части материнской и дочерней центриоли

 

Стенка центриоли образована   27 микротрубочками, сгруппированными в 9 триплетов. Пару центриолей иногда называют диплосомой. В каждой диплосоме одна центриоль зрелая, материнская, другая – незрелая, дочерняя, является уменьшенной копией материнской [5].

Митохондрии – это органоиды эукариотической клетки, обеспечивающие организм энергией. Форма и размеры митохондрий очень разнообразны. Обычный диаметр митохондрий от 0,2 до 1 мкм, длина достигает 10-12 мкм. Число митохондрий в различных клетках варьирует в широких пределах – от 1 до 10⁷. Митохондрия имеет две мембраны – наружную и внутреннюю, между которыми расположено межмембранное пространство.

Основная функция митохондрии – синтез АТФ, т. е. образование энергии – около 95% в животной клетке и чуть меньше – в растительной, специфических белках и стероидных гормонах.

Рибосома – органоид клетки, осуществляющий биосинтез белка. Представляет собой рибонуклеопротеиновую частицу диаметром 20-30 нм. В прокариотической клетке около 10 тыс. рибосом, а в эукариотической – 50 тыс. Рибосомы состоят из двух субчастиц – большой и малой. В цитоплазме клетки рибосома связывается с мРНК и осуществляет синтез белка.

Лизосома – органоид клеток животных и грибов, осуществляющий внутриклеточное пищеварение. Местом формирования лизосом является комплекс Гольджи. Внутри лизосом содержится более 20 различных ферментов. В клетке обычно находятся десятки лизосом.

Пластиды – это органоиды эукариотической растительной клетки. Каждая пластида ограничена двумя элементарными мембранами. Пластиды разнообразны по форме, размерам, строению и функции. По различной окраске различают хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Обычно в клетке встречается только один из перечисленных пластид. Каждая клетка содержит несколько десятков хлоропластов, в каждом из которых находится 10-60 копий ДНК.

Жгутик – органелла движения ряда простейших. В клетке бывает 1-4 жгутика, а редко и более. Жгутик эукариотической клетки – это вырост толщиной около 0,25 мкм и длиной 150 мкм, покрытый плазматической мембраной. Как и другие органеллы, жгутик имеет сложную структуру. Движутся жгутики, в отличие от ресничек, волнообразно. Ресничка – органелла движения или рецепции у клеток животных и некоторых растений. Движутся реснички обычно маятникообразно.

Цитоплазма клетки состоит из цитоплазматического матрикса и органоидов. Цитоплазматический матрикс заполняет пространство между клеточной мембраной, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Химический состав цитоплазматического матрикса разнообразен и зависит от выполняемых клеткой функций, а также образует внутреннюю среду клетки и объединяет все внутриклеточные структуры, обеспечивая их взаимодействие.

Клеточные включения – это компоненты цитоплазмы, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена, и конечных его продуктов. Особый вид клеточных включений – остаточные тельца – продукты деятельности лизосом [4; 8].

Естественная гибель клетки (апоптоз).

Апоптоз – регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты погибшей клетки обычно очень быстро фагоцитируются макрофагами либо соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции.

К сожалению, до сих пор процесс естественной гибели клеток до конца не изучен. Известно, что в клетке из-за блокирования ферментов прекращается синтез белка, а нет белка – нет и жизни. Морфологически апоптоз характеризуется разрушением ядра и цитоплазмы. «Осколки» погибшей клетки поглощаются и перерабатываются специальными клетками иммунной системы – фагоцитами. Но ведь клетки могут погибнуть и под воздействием случайных факторов (механических, химических и любых других). Случайная гибель клеток (а также ткани, органа) в биологии называется некрозом. Важно то, что естественная клеточная гибель (апоптоз) в отличие от некроза не вызывает воспаления в окружающих тканях [5].

В организме запрограммированная клеточная гибель выполняет функцию, противоположную митозу (делению клетки), и, тем самым, регулирует общее число клеток в организме. Апоптоз играет важную роль в защите организма при вирусных инфекциях. В частности, иммунодефицит при ВИЧ-инфекции определяется нарушениями в контроле апоптоза.

Заключение

В этой статье рассмотрена лишь обобщенная информация о строении растительных и животных клеток. На Земле много живых организмов, но только одна Жизнь: один генетический код, схожее клеточное строение, несколько десятков общих генов. Клетка имеет сложную внутреннюю организацию и специфическое взаимодействие органелл в процессе жизнедеятельности, является элементарной единицей полноценной живой системы. Клетка – это наименьшая самовоспроизводящаяся единица жизни, на уровне клетки протекают рост и развитие, размножение клеток, обмен веществ и энергии. Она является морфологической и физиологической структурой, элементарной единицей растительных и животных организмов. В многоклеточном организме протекающие процессы складываются из совокупности координированных функций его клеток. Без клетки, вне клетки и с разрушением клетки жизнь прекращается. Клетка – это Жизнь!

 

Список литературы:
1. Ахундова Э.М., Салаева С.Д. Генетика: вопросы и ответы. – Баку, 2019. – 381 с.
2. Гринев В.В. Генетика человека. – Минск: БГУ, 2006. – 131 с.
3. Гусейнова Н.Т. Цитология: Учебник. – Баку, 2018. – 224 с.
4. Курчанов Н.А. Генетика человека с основами общей генетики: Учебное пособие. – СПб.: СпецЛит, 2005. – 185 с.
5. Стволинская Н.С. Цитология / Н.С. Стволинская. – М.: Прометей, 2012. – 208 с.
6. Цаценко Л.В., Бойко Ю.С. Цитология. – Ростов-н/Д: Феникс, 2009. – 186 с.
7. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. – М.: Академкнига, 2004. – 495 с.
8. Ченцов Ю.С. Общая цитология: Учебник. – М.: МГУ, 1984. – 442 с.

 

gaz.wiki — gaz.wiki

Navigation

• Main page

Languages

• Deutsch
• Français
• Nederlands
• Русский
• Italiano
• Español
• Polski
• Português
• Norsk
• Suomen kieli
• Magyar
• Čeština
• Türkçe
• Dansk
• Română
• Svenska

История клетки: открытие клетки

Слон, подсолнух и амеба внешне очень разные. Внутри все они сделаны из одних и тех же строительных блоков. От отдельных клеток, составляющих простейшие организмы, до триллионов клеток, составляющих человеческое тело, каждое живое существо на Земле состоит из клеток. Это часть клеточной теории, которая стала одной из центральных идей биологии. Теория клеток также утверждает, что клетки являются основными строительными блоками живых организмов, а все клетки происходят из других клеток.Сегодня это знание является основополагающим. Однако ученые не всегда знали о клетках.

Открытие клетки было бы невозможным, если бы не достижения микроскопа. В 1665 году ученый Роберт Гук усовершенствовал конструкцию существующего составного микроскопа. В его составном микроскопе использовались три линзы и предметный свет. Это осветило и увеличило образцы. Гук поместил кусок пробки под новый микроскоп. Это позволило ему увидеть нечто удивительное.Ему казалось, что пробка состоит из крошечных пор. Он стал называть их «кельями», потому что они напоминали ему кельи в монастыре, где живут монахи.

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие скрытые крошечные организмы. Их называют бактериями и простейшими. Неудивительно, что ван Левенгук сделал такое открытие. Он был мастером в изготовлении микроскопов. Он усовершенствовал конструкцию простого микроскопа, у которого была только одна линза.Единственная линза позволяла увеличивать объект примерно в 200–300 раз от его первоначального размера. В эти микроскопы ван Левенгук увидел бактерии и простейшие. Он назвал этих крошечных существ «анималкулы».

Ван Левенгук очень заинтересовался этими существами. Он даже взглянул на бляшку между зубами под микроскопом. Он написал на своих зубах «маленькие живые животные», — написал он в письме.

Клетки составляют растения и животные

В 1800-х годах биологи начали более внимательно изучать ткани животных и растений.То, что они узнали, продвинула клеточную теорию. Ученые легко могли сказать, что растения полностью состоят из клеток. Это потому, что клетки растений имеют снаружи слой, называемый клеточной стенкой. Однако это было не так очевидно для клеток животных, у которых отсутствует клеточная стенка. Многие ученые считали, что животные состоят из «шариков».

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки. Шванн изучал клетки животных, а Шлейден изучал клетки растений. Эти ученые обнаружили ключевые различия между двумя типами клеток.У них была идея, что клетки были простейшими единицами как растений, так и животных.

Ученые открывают новые клетки

Ученый по имени Рудольф Вирхов сделал важное открытие в 1855 году. Он обнаружил, что все новые клетки создаются существующими клетками. Они копируют себя.

Позже ученые сосредоточились на генах. Гены говорят телу, как расти и работать. Хромосомы похожи на нити, несущие гены и находящиеся внутри клеток.В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери открыли назначение хромосом. Они несут ответственность за передачу генов от одного поколения к другому. Вот почему дети похожи на своих родителей.

Открытие клетки продолжало иметь важное значение для науки в 1900-х годах. Ученые открыли стволовые клетки. Стволовые клетки — это простые клетки. Им все еще предстоит развиться в ячейки с более конкретными задачами. Это означает, что они могут врастать в самые разные части тела.Например, они могут стать частью вашей кожи или вашего сердца. Стволовые клетки сейчас используются для лечения многих заболеваний, таких как болезни сердца.

Могут ли стволовые клетки помочь нам понять болезни?

Открытие клетки было гораздо более важным для науки, чем Гук мог когда-либо мечтать в 1665 году. Это дало нам понимание строительных блоков всех живых организмов. Это также привело к прогрессу в области медицинских технологий и лечения.Сегодня ученые работают над тем, чтобы каждый из нас вырастил стволовые клетки из собственных клеток. Мы могли бы использовать их, чтобы понять, как действуют болезни. Все это и многое другое произошло от простого взгляда на пробку под микроскопом.

История клетки: открытие клетки

Слон, подсолнух и амеба внешне очень разные. Внутри все они сделаны из одних и тех же строительных блоков. Каждое живое существо на Земле состоит из клеток.Самые маленькие живые существа имеют только одну клетку. Человеческое тело состоит из триллионов клеток. Клетки — это простейшие строительные блоки живых существ. Каждая ячейка состоит из других ячеек. Сегодня это знание хорошо понимают. Это часть области науки, называемой теорией клеток. Однако ученые не всегда знали о клетках.

Крошечные отверстия, которые мы теперь знаем как «клетки»

Открытие клеток было бы невозможно без достижений в области микроскопии.Ученый Роберт Гук усовершенствовал принцип работы микроскопов в 1665 году. Он создал так называемый составной микроскоп. В нем использовались три линзы и свет. Он освещал и увеличивал все, что вы под него кладете.

Гук поместил кусок пробки под новый микроскоп. Это позволило ему увидеть нечто удивительное. Для него пробка выглядела так, как если бы она была сделана из крошечных дырок. Он назвал их «клетками». Потому что они напомнили ему кельи в монастыре, где живут монахи.

Микроскоп показывает крошечные живые существа

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие спрятанные крошечные живые существа.Их называют бактериями и простейшими. Ван Левенгук усовершенствовал простой микроскоп. У него был только один объектив. Он может увеличиваться в 200–300 раз по сравнению с обычным размером. С помощью этих микроскопов ван Левенгук увидел бактерии и простейшие. Он назвал этих крошечных существ «анималкулы».

Ван Левенгук очень заинтересовался этими существами. Он даже взглянул на бляшку между зубами под микроскопом. Он написал на своих зубах «маленькие живые животные», — написал он в письме.

Растения и животные состоят из клеток

В 1800-х годах ученые начали внимательнее изучать животных и растения. Ученые легко могли сказать, что растения полностью состоят из клеток. Это потому, что клетки растений имеют снаружи слой, называемый клеточной стенкой. Однако для клеток животных это было не так очевидно, поскольку у них нет клеточной стенки.

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки.Шванн изучал клетки животных, а Шлейден изучал клетки растений. Эти ученые увидели ключевые различия между двумя типами клеток. У них была идея, что клетки были простейшими единицами как растений, так и животных.

Почему мы похожи на своих родителей

Ученый по имени Рудольф Вирхов в 1855 году сделал еще одно важное открытие. Он обнаружил, что все новые клетки создаются существующими клетками. Они копируют себя.

Позже ученые сосредоточились на генах.Гены говорят телу, как расти и работать. Хромосомы похожи на нити внутри клеток. Они несут серию генов. В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери обнаружили, для чего нужны хромосомы. Они несут ответственность за передачу генов от родителей детям. Вот почему дети похожи на своих родителей.

Ученые исследуют стволовые клетки

Новые открытия были сделаны в 1900-х годах. Ученые узнали о стволовых клетках.Стволовые клетки — это простые клетки. Им все еще предстоит развиться в ячейки с более конкретными задачами. Это означает, что они могут врастать в самые разные части тела. Например, они могут стать частью вашей кожи или вашего сердца. Стволовые клетки теперь используются для лечения таких проблем, как болезни сердца.

Открытие клетки было гораздо более важным для науки, чем Гук мог когда-либо мечтать в 1665 году. Это дало нам понимание строительных блоков всех живых существ. Сегодня ученые работают над тем, чтобы каждый из нас вырастил стволовые клетки из собственных клеток.Мы могли бы использовать их, чтобы понять, как действуют болезни. Все это и многое другое выросло из простого взгляда на пробку под микроскопом.

История клетки: открытие клетки

Хотя внешне они очень разные, внутри слон, подсолнух и амеба состоят из одних и тех же строительных блоков. От отдельных клеток, составляющих самые основные организмы, до триллионов клеток, составляющих сложную структуру человеческого тела, каждое живое существо на Земле состоит из клеток.Эта идея, часть теории клетки, является одним из центральных элементов биологии. Теория клеток также утверждает, что клетки являются основной функциональной единицей живых организмов и что все клетки происходят из других клеток. Хотя сегодня это знание является основополагающим, ученые не всегда знали о клетках.

Открытие клетки было бы невозможным, если бы не достижения микроскопа. Заинтересованный в изучении микроскопического мира ученый Роберт Гук в 1665 году улучшил конструкцию существующего составного микроскопа.В его микроскопе использовались три линзы и сценический свет, которые освещали и увеличивали образцы. Эти достижения позволили Гуку увидеть нечто удивительное, когда он поместил кусок пробки под микроскоп. Гук подробно описал свои наблюдения за этим крошечным и ранее невидимым миром в своей книге «Микрография». Для него пробка выглядела так, как если бы она была сделана из крошечных пор, которые он назвал «клетками», потому что они напоминали ему кельи в монастыре.

Наблюдая за клетками пробки, Гук отметил в «Micrographia», что «я мог очень ясно представить, что она вся перфорированная и пористая, очень похожая на медовые соты, но поры в ней нерегулярные… эти поры или клетки… действительно были первыми микроскопическими порами, которые я когда-либо видел, и, возможно, когда-либо видел, потому что я не встречал ни одного Писателя или Человека, которые упоминали бы о них до этого… »

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие скрытые, крохотные организмы — бактерии и простейшие.Неудивительно, что ван Левенгук сделал такое открытие. Он был мастером в изготовлении микроскопов и усовершенствовал конструкцию простого микроскопа (у которого была только одна линза), что позволило ему увеличивать объект примерно в 200–300 раз от его первоначального размера. В эти микроскопы ван Левенгук увидел бактерии и простейшие, но он назвал этих крошечных существ «анималкулами».

Ван Левенгук был очарован. Он был первым, кто наблюдал и описывал сперматозоиды в 1677 году.Он даже взглянул на бляшку между зубами под микроскопом. В письме в Королевское общество он писал: «Тогда я почти всегда с большим удивлением видел, что в упомянутом вопросе было много очень маленьких живых животных, которые очень мило двигались».

В 19 веке биологи начали более пристально изучать ткани животных и растений, совершенствуя теорию клеток. Ученые легко могли сказать, что растения полностью состоят из клеток благодаря их клеточной стенке.Однако это было не так очевидно для клеток животных, у которых отсутствует клеточная стенка. Многие ученые считали, что животные состоят из «шариков».

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки животных и растений соответственно. Эти ученые определили ключевые различия между двумя типами клеток и выдвинули идею о том, что клетки являются фундаментальными единицами как растений, так и животных.

Однако Шванн и Шлейден неправильно поняли, как растут клетки.Шлейден считал, что клетки «засеваются» ядром и растут оттуда. Точно так же Шванн утверждал, что клетки животных «кристаллизуются» из материала между другими клетками. В конце концов, другие ученые начали открывать правду. Еще одна часть головоломки клеточной теории была определена Рудольфом Вирховым в 1855 году, который заявил, что все клетки генерируются существующими клетками.

На рубеже веков внимание начало смещаться в сторону цитогенетики, которая стремилась связать изучение клеток с изучением генетики.В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери были ответственны за определение хромосомы как центра наследственности, навсегда связав генетику и цитологию. Более поздние открытия еще больше подтвердили и укрепили роль клетки в наследственности, например, исследования Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика по структуре ДНК.

Открытие клетки продолжало оказывать влияние на науку 100 лет спустя, с открытием стволовых клеток, недифференцированных клеток, которые еще не превратились в более специализированные клетки.Ученые начали получать эмбриональные стволовые клетки от мышей в 1980-х, а в 1998 году Джеймс Томсон выделил человеческие эмбриональные стволовые клетки и разработал клеточные линии. Его работа была затем опубликована в статье в журнале Science. Позже было обнаружено, что взрослые ткани, обычно кожа, могут быть перепрограммированы в стволовые клетки и затем образовывать другие типы клеток. Эти клетки известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Стволовые клетки сейчас используются для лечения многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезни сердца.

Открытие клетки оказало гораздо большее влияние на науку, чем Гук мог мечтать в 1665 году.Открытие клетки не только дало нам фундаментальное представление о строительных блоках всех живых организмов, но и привело к прогрессу в медицинских технологиях и лечении. Сегодня ученые работают над персонализированной медициной, которая позволит нам выращивать стволовые клетки из наших собственных клеток, а затем использовать их для понимания процессов болезни. Все это и многое другое выросло из одного наблюдения клетки в пробке.

История клеточной биологии

Теория клетки или доктрина клетки утверждает, что все организмы состоят из одинаковых единиц организации, называемых клетками.Эта концепция была официально сформулирована в 1839 году Шлейденом и Шванном и остается основой современной биологии. Эта идея предшествовала другим великим парадигмам биологии, включая теорию эволюции Дарвина (1859 г.), законы наследования Менделя (1865 г.) и создание сравнительной биохимии (1940 г.).

Первые клетки в Корке

В то время как изобретение телескопа сделало Космос доступным для человеческого наблюдения, микросопы открыли меньшие миры, показывая, из чего состоят живые формы.Впервые келья была обнаружена и названа Робертом Гуком в 1665 году. Он заметил, что она странно похожа на целлюлу или небольшие комнаты, в которых жили монахи, отсюда и название. Однако на самом деле Гук увидел мертвые клеточные стенки растительных клеток (пробку), как они выглядели под микроскопом. Описание этих клеток Гуком было опубликовано в Micrographia . Клеточные стенки, наблюдаемые Гуком, не указывали на ядро ​​и другие органеллы, обнаруженные в большинстве живых клеток. Первым человеком, который засвидетельствовал живую клетку под микроскопом, был Антон ван Левенгук, который в 1674 году описал водоросль спирогира.Ван Левенгук, вероятно, тоже видел бактерии.

Формулировка теории клетки

В 1838 году Теодор Шванн и Матиас Шлейден наслаждались послеобеденным кофе и рассказывали о своих исследованиях клеток. Было высказано предположение, что, когда Шванн услышал, как Шлейден описывает растительные клетки с ядрами, он был поражен сходством этих растительных клеток с клетками, которые он наблюдал в тканях животных. Двое ученых немедленно отправились в лабораторию Шванна, чтобы посмотреть на его слайды.В следующем году Шванн опубликовал свою книгу о клетках животных и растений (Schwann 1839), трактат, лишенный признательности за чей-либо вклад, в том числе за вклад Шлейдена (1838). Он суммировал свои наблюдения в трех выводах о клетках:

1. Клетка — это единица структуры, физиологии и организации живых существ.
2. Клетка сохраняет двойное существование как отдельный объект и строительный блок в построении организмов.
3. Клетки образуются путем образования свободных клеток, подобно образованию кристаллов (спонтанное образование).

Сегодня мы знаем, что первые два постулата верны, а третий явно неверен. Правильная интерпретация образования клеток путем деления была наконец продвинута другими и официально сформулирована в мощном изречении Рудольфа Вирхова, Omnis cellula e cellula : «Все клетки возникают только из уже существующих клеток».

Современная теория клеток

1. Все известные живые существа состоят из клеток.
2. Клетка — структурная и функциональная единица всего живого.
3. Все клетки происходят из уже существующих клеток путем деления. (Самозарождение не происходит).
4. Cells содержит наследственную информацию, которая передается от клетки к клетке во время деления клетки.
5. Все клетки в основном одинаковы по химическому составу.
6. Весь поток энергии (метаболизм и биохимия) жизни происходит внутри клеток.

Как и в связи с быстрым ростом молекулярной биологии в середине 20-го века, исследования клеточной биологии резко расширились в 1950-х годах.Стало возможным поддерживать, выращивать и манипулировать клетками вне живых организмов. Первая непрерывная клеточная линия, культивированная таким образом, была получена в 1951 году Джорджем Отто Гей и его сотрудниками из клеток рака шейки матки, взятых у Генриетты Лакс, которая умерла от рака в 1951 году. Клеточная линия, которая в конечном итоге была названа клетками HeLa, были водоразделом в изучении клеточной биологии в том смысле, что структура ДНК стала значительным прорывом в молекулярной биологии.

В ходе лавины прогресса в изучении клеток следующее десятилетие включало определение минимальных требований к среде для клеток и разработку методов культивирования стерильных клеток.Этому также способствовали предыдущие достижения в электронной микроскопии, а также более поздние достижения, такие как разработка методов трансфекции, открытие зеленого флуоресцентного белка у медуз и открытие малой интерферирующей РНК (миРНК), среди прочего.

Изучение структуры и функций клеток продолжается и сегодня в области биологии, известной как цитология. Достижения в оборудовании, включая цитологические микроскопы и реактивы, позволили этой области прогрессировать, особенно в клинических условиях.

A Временная шкала

1595 — Янсену принадлежит первый составной микроскоп
1655 — Гук описал «клетки» в пробке.
1674 — Левенгук открыл простейшие. Примерно 9 лет спустя он увидел бактерии.
1833 — Браун описал клеточное ядро ​​в клетках орхидеи.
1838 — Шлейден и Шванн предложили клеточную теорию.
1840 — Альбрехт фон Ролликер понял, что сперматозоиды и яйцеклетки также являются клетками.
1856 — Н. Прингсхайм наблюдал, как сперматозоид проникает в яйцеклетку.
1858 — Рудольф Вирхов (врач, патолог и антрополог) излагает свой знаменитый вывод: omnis cellula e cellula , то есть клетки развиваются только из существующих клеток [клетки происходят из уже существующих клеток]
1857 — Колликер описал митохондрии.
1879 — Флемминг описал поведение хромосом во время митоза.
1883 — Зародышевые клетки гаплоидны, хромосомная теория наследственности.
1898 — Гольджи описал аппарат Гольджи.
1938 — Беренс использовал дифференциальное центрифугирование для отделения ядер от цитоплазмы.
1939 — Компания Siemens выпустила первый коммерческий просвечивающий электронный микроскоп.
1952 — Гей и его сотрудники создали непрерывную линию клеток человека.
1955 — Игл систематически определял потребности животных клеток в питательных веществах в культуре.
1957 — Мезельсон, Шталь и Виноград разработали центрифугирование в градиенте плотности в растворах хлорида цезия для разделения нуклеиновых кислот.
1965 — Хэм представил определенную бессывороточную среду. Cambridge Instruments выпустила первый коммерческий растровый электронный микроскоп.
1976 — Сато и его коллеги публикуют статьи, показывающие, что разные клеточные линии требуют разных смесей гормонов и факторов роста в бессывороточной среде.
1981 — Получены трансгенные мыши и плодовые мухи. Создана линия эмбриональных стволовых клеток мыши.
1995 — Цзянь идентифицирует мутант GFP с улучшенными спектральными свойствами
1998 — Мышей клонируют из соматических клеток.
1999 — Гамильтон и Баулкомб открывают миРНК как часть посттранскрипционного сайленсинга генов (PTGS) в растениях

Артикул:

Вам это помогло? Тогда поделитесь, пожалуйста, со своей сетью.

5.2: Открытие клеток и теории клеток

Большая синяя камера

Что это за невероятный объект? Вы бы удивились, узнав, что это человеческая клетка? Ячейка на самом деле слишком мала, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.Это видно здесь так подробно, потому что его рассматривают в очень мощный микроскоп. Клетки могут быть небольшими по размеру, но они чрезвычайно важны для жизни. Как и все другие живые существа, вы состоите из клеток. Клетки — основа жизни, и без клеток жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы. Вы узнаете больше об этих удивительных строительных блоках жизни, когда прочтете этот раздел.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Здоровые человеческие Т-клетки

Если вы посмотрите на живое вещество в микроскоп — даже простой световой микроскоп — вы увидите, что оно состоит из клеток. Клетки являются основными элементами структуры и функций живых существ. Это самые маленькие единицы, которые могут выполнять жизненные процессы. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток, и все клетки имеют одни и те же структуры и выполняют одни и те же основные жизненные процессы. Знание структуры клеток и процессов, которые они выполняют, необходимо для понимания самой жизни.

Обнаружение клеток

Впервые слово клетка было использовано для обозначения этих крошечных единиц жизни в 1665 году британским ученым по имени Роберт Гук.Гук был одним из первых ученых, изучавших живые существа под микроскопом. Микроскопы его времени были не очень сильными, но Гук все же смог сделать важное открытие. Когда он посмотрел на тонкий кусок пробки под микроскопом, он был удивлен, увидев нечто, похожее на соты. Гук сделал рисунок на рисунке ниже, чтобы показать то, что он видел. Как видите, пробка состояла из множества крошечных единиц, которые Гук назвал клетками.

Вскоре после того, как Роберт Гук обнаружил клетки в пробке, Антон ван Левенгук из Голландии сделал другие важные открытия с помощью микроскопа.Левенгук изготовил свои собственные линзы для микроскопов, и у него это было настолько хорошо, что его микроскоп был более мощным, чем другие микроскопы его времени. Фактически микроскоп Левенгука был почти таким же мощным, как и современные световые микроскопы. Используя свой микроскоп, Левенгук был первым человеком, который наблюдал за человеческими клетками и бактериями.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Роберт Гук зарисовал эти пробковые клетки так, как они выглядели под простым световым микроскопом.

Теория клеток

К началу 1800-х годов ученые наблюдали за клетками множества различных организмов.Эти наблюдения привели двух немецких ученых по имени Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден к предположению, что клетки являются основными строительными блоками всего живого. Примерно в 1850 году немецкий врач по имени Рудольф Вирхов изучал клетки под микроскопом, когда ему довелось увидеть, как они делятся и образуют новые клетки. Он понял, что живые клетки производят новые клетки путем деления. Основываясь на этом понимании, Вирхов предположил, что живые клетки возникают только из других живых клеток.

Идеи всех трех ученых — Шванна, Шлейдена и Вирхова — привели к клеточной теории , которая является одной из фундаментальных теорий, объединяющих всю биологию.Теория клеток утверждает, что:

• Все организмы состоят из одной или нескольких клеток.
• Все жизненные функции организмов происходят внутри клеток.
• Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

Видеть клетки изнутри

Начиная с Роберта Гука в 1600-х годах, микроскоп открыл удивительный новый мир — мир жизни на уровне клетки. По мере того, как микроскопы продолжали совершенствоваться, было сделано больше открытий о клетках живых существ.Однако к концу 1800-х годов световые микроскопы достигли своего предела. Объекты, намного меньшие, чем клетки, включая структуры внутри клеток, были слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самый сильный световой микроскоп.

Затем, в 1950-х годах, был изобретен новый тип микроскопа. Названный электронным микроскопом, он использовал пучок электронов вместо света для наблюдения за очень маленькими объектами. С помощью электронного микроскопа ученые наконец смогли увидеть крошечные структуры внутри клеток. Фактически, они могли видеть даже отдельные молекулы и атомы.Электронный микроскоп оказал огромное влияние на биологию. Это позволило ученым изучать организмы на уровне их молекул и привело к появлению области клеточной биологии. С помощью электронного микроскопа было сделано гораздо больше открытий клеток. На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показано, как клеточные структуры, называемые органеллами , выглядят при сканировании с помощью электронного микроскопа.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Электронный микроскоп сделал это изображение структур внутри клетки.

Структуры, общие для всех ячеек

Хотя клетки разнообразны, все клетки имеют определенные общие части.Эти части включают плазматическую мембрану, цитоплазму, рибосомы и ДНК.

1. Плазматическая мембрана (также называемая клеточной мембраной) представляет собой тонкий слой фосфолипидов, окружающий клетку. Он образует физическую границу между клеткой и окружающей средой, поэтому вы можете думать о ней как о «коже» клетки.
2. Цитоплазма относится ко всему клеточному материалу внутри плазматической мембраны. Цитоплазма состоит из водянистого вещества, называемого цитозолем, и содержит другие клеточные структуры, такие как рибосомы.
3. Рибосомы — это структуры в цитоплазме, в которых образуются белки.
4. ДНК — нуклеиновая кислота, обнаруженная в клетках. Он содержит генетические инструкции, необходимые клеткам для производства белков.

Эти части являются общими для всех клеток организмов, столь же разных, как бактерии и люди. Как у всех известных организмов появились такие похожие клетки? Сходство показывает, что вся жизнь на Земле имеет общую эволюционную историю.

Обзор

1. Опишите клетки.
2. Объясните, как были обнаружены клетки.
3. Опишите, как развивалась теория клеток.
4. Определите структуры, общие для всех ячеек.
5. Верно или неверно. Пробка — не живой организм.
6. Верно или неверно. Некоторые организмы состоят только из одной клетки.
7. Верно или неверно. Рибосомы находятся вне цитоплазмы клетки.
8. Белки произведены на _____________.
9. В чем разница между световым микроскопом и электронным микроскопом?
10. Первые микроскопы были сделаны около
    1. 1965
    2. 1665
    3. 1950
    4. 1776
11. Кто из этих ученых сделал каждое из следующих открытий? (Антон ван Левенгук; Роберт Гук; Рудольф Вирхов)
    1. Наблюдал за некоторыми из первых ячеек и впервые использовал термин «ячейка»
    2. Наблюдал первые клетки человека
    3. Наблюдаемые делящиеся клетки
12. Роберт Гук сделал набросок того, что выглядело как соты, или повторяющиеся круглые или квадратные единицы, когда он наблюдал клетки растений под микроскопом.
    1. Что представляет собой каждая единица?
    2. Из общих частей всех ячеек, что составляет внешнюю поверхность каждой единицы?
    3. Что составляет внутреннюю часть каждой ячейки из общих частей всех ячеек?

Узнать больше

Чтобы узнать больше о теории клеток и ее истории, посмотрите видео ниже.

Безумная история теории клетки

Дурацкая история клеточной теории (2012) Лорен Роял-Вудс (TED Ed) (6:11 мин.).

Когда вы слышите слово «ученый», о чем вы думаете? Человек в белом халате работает в лаборатории? Это правда, что многие ученые делают таким образом важную работу. Но научных теорий обычно не исходят от одного человека, работающего в лаборатории. Часто они исходят от нескольких разных ученых, опирающихся на открытия друг друга.

Пример: Cell Theory . Эта теория — одна из основ биологии. Теория клеток состоит из трех частей:

1. Все организмы (живые существа) состоят из одной или нескольких клеток.

2. Клетка — основная единица структуры и организации организмов.

3. Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

Чтобы придумать эту теорию, потребовалось несколько шагов и несколько ученых.

Часть первая: Микроскоп

Воспроизведение оптического устройства, которое, как считается, было изобретено Захараисом Янссеном (Источник: Правительство США [общественное достояние] через Wikimedia Commons).

История клеточной теории началась в Нидерландах в 1600-х годах.Там производитель очков Захарайс Янссен, как говорят, изобрел составной микроскоп . В составном микроскопе используются две линзы. Одна линза находится близко к просматриваемому объекту. Это называется линзой объектива. Другой объектив находится близко к зрителю. Это называется окуляр. Микроскопы стали чрезвычайно популярными среди ученых.

Знаете ли вы?

Многие люди считают, что Захарайс Янссен изобрел первый микроскоп и телескоп.Но это никогда не было доказано. В то время над подобными изобретениями работали многие другие ученые.

Часть вторая: открытие бактерий

Другой голландский ученый, Антуан ван Левенгук, решил создать свой собственный микроскоп. Своим изобретением он начал изучать все виды материи. Он даже посмотрел на соскоб со своих зубов. Вот как он открыл бактерии!

Знаете ли вы?

Ван Левенгук думал, что бактерии похожи на маленьких животных.Поэтому он назвал их анимакулами.

Два рисунка ван Левенгука того, что он называл анимакулами (Источник: Интернет-архив книжных изображений [Без ограничений] через Wikimedia Commons).

Часть третья: Открытие клеток

Ван Левенгук написал письма своему другу-ученому из Англии по имени Роберт Гук. Гук также изучал предметы с помощью микроскопа. Он изучил кусок пробки и заметил, что он разделен на маленькие камеры. Это напомнило ему монастырские кельи.Так он назвал свое открытие ячеек .

Рисунки пробки, сделанные Робертом Гуком (Источник: Wellcome Images через Wikimedia Commons).

Части четвертая и пятая: новые открытия о клетках

Затем появилась работа двух немецких ученых. Матиас Шлейдан был ботаником. Он использовал микроскопы для изучения растений. В конце концов он понял, что все растения, на которые он смотрел, состоят из клеток.

Тем временем Теодор Шванн изучал слайды клеток животных. Он пришел к выводу, что все животные тоже сделаны из клеток!

Клетки лука, тип растительной клетки, слева и клетки лягушки, тип животной клетки, справа (Источники: kaibara87 [CC BY 2.0] через Wikimedia Commons и weisschr через iStockphoto).

Часть шестая: Существующие клетки

В конце концов, Шнейдан и Шванн объединили усилия и начали развивать клеточную теорию. Но они не согласились с третьим пунктом: все клетки происходят из уже существующих клеток. Третий ученый, Рудольф Вирхов, доказал, что клетки действительно произошли из других клеток. Но исследование, которое он использовал, чтобы доказать это, на самом деле было проведено немецким еврейским ученым по имени Роберт Ремак!

Что мы можем узнать из истории теории клетки?

Итак, что нам говорит эта история? Две вещи.Во-первых, научные теории часто основываются на открытиях других людей. Во-вторых, никогда не знаешь, откуда могла взяться научная теория. Это могло сидеть на зубах!

Основы современной теории клетки

Цели обучения

• Объясните ключевые положения теории клетки и индивидуальный вклад Гука, Шлейдена, Шванна, Ремака и Вирхова
• Объясните ключевые положения теории эндосимбиотиков и приведите доказательства, подтверждающие эту концепцию
• Объясните вклад Земмельвейса, Сноу, Пастера, Листера и Коха в развитие теории микробов

Пока одни ученые спорили о теории спонтанного зарождения, другие делали открытия, ведущие к лучшему пониманию того, что мы сейчас называем теорией клеток .Современная клеточная теория имеет два основных положения:

• Все клетки происходят только из других клеток (принцип биогенеза).
• Клетки — это основные единицы организмов.

Сегодня эти принципы являются основополагающими для нашего понимания жизни на Земле. Однако современная клеточная теория выросла из коллективной работы многих ученых.

Истоки теории клетки

Рис. 1. Роберт Гук (1635–1703) был первым, кто описал клетки на основе своих микроскопических наблюдений за пробкой.Эта иллюстрация была опубликована в его работе Micrographia .

Английский ученый Роберт Гук впервые использовал термин «клетки» в 1665 году для описания небольших камер внутри пробки, которые он наблюдал под микроскопом собственной конструкции. Для Гука тонкие срезы пробки напоминали «медовые соты» или «маленькие коробочки или пузыри с воздухом». Он отметил, что каждая «пещера, пузырь или ячейка» отличается от других (рис. 1). В то время Гук не знал, что пробковые клетки давно мертвы и, следовательно, не имеют внутренних структур, обнаруженных в живых клетках.

Несмотря на раннее описание клеток Гук, их значение как фундаментальной единицы жизни еще не было признано. Почти 200 лет спустя, в 1838 году, Маттиас Шлейден (1804–1881), немецкий ботаник, который провел обширные микроскопические наблюдения за тканями растений, описал их как состоящие из клеток. Визуализировать клетки растений было относительно легко, потому что клетки растений четко разделены толстыми клеточными стенками. Шлейден считал, что клетки образуются в результате кристаллизации, а не деления клеток.

Теодор Шванн (1810–1882), известный немецкий физиолог, провел аналогичные микроскопические наблюдения за тканями животных. В 1839 году, после разговора со Шлейденом, Шванн понял, что существует сходство между тканями растений и животных. Это положило начало идее о том, что клетки являются фундаментальными компонентами растений и животных.

В 1850-х годах двое польских ученых, живших в Германии, продвинули эту идею дальше, достигнув высшей точки в том, что мы сегодня признаем современной клеточной теорией.В 1852 году Роберт Ремак (1815–1865), известный невролог и эмбриолог, опубликовал убедительные доказательства того, что клетки происходят из других клеток в результате деления клеток. Однако эта идея была подвергнута сомнению многими в научном сообществе. Три года спустя Рудольф Вирхов (1821–1902), уважаемый патолог, опубликовал редакционное эссе под названием «Клеточная патология», в котором популяризировалась концепция клеточной теории с использованием латинской фразы omnis cellula a cellula («все клетки возникают из клеток »), что по сути является вторым принципом современной клеточной теории.Учитывая сходство работ Вирхова с работами Ремака, существуют некоторые разногласия относительно того, какой ученый должен получить признание за формулировку теории клетки. Дополнительную информацию об этом противоречии см. В следующей статье «Взгляд на этику».

Наука и плагиат

Рудольфа Вирхова, известного немецкого ученого польского происхождения, часто называют «отцом патологии». Хорошо известный своими новаторскими подходами, он был одним из первых, кто определил причины различных заболеваний, изучая их влияние на ткани и органы.Он также был одним из первых, кто использовал животных в своих исследованиях, и в результате своей работы он первым назвал множество болезней и создал множество других медицинских терминов. За свою карьеру он опубликовал более 2000 статей и возглавлял различные важные медицинские учреждения, в том числе Charité — Universitätsmedizin Berlin, известную берлинскую больницу и медицинскую школу. Но, пожалуй, больше всего его помнят за его редакционное эссе 1855 года под названием «Клеточная патология», опубликованное в Archiv für Pathologische Anatomie und Physiologie , журнале, который сам Вирхов основал и существует до сих пор.

Несмотря на его значительное научное наследие, есть некоторые разногласия по поводу этого эссе, в котором Вирхов предложил центральный принцип современной клеточной теории — что все клетки возникают из других клеток. Роберт Ремак, бывший коллега, работавший в той же лаборатории, что и Вирхов, в Берлинском университете, опубликовал ту же идею 3 года назад. Хотя кажется, что Вирхов был знаком с работами Ремака, он не упомянул идеи Ремака в своем эссе. Когда Ремак написал Вирхову письмо, в котором указывал на сходство между идеями Вирхова и его собственными, Вирхов пренебрежительно отнесся к нему.В 1858 году в предисловии к одной из своих книг Вирхов написал, что его публикация 1855 года была просто редакционной статьей, а не научной статьей, и поэтому нет необходимости цитировать работы Ремака.

По сегодняшним меркам редакционная статья Вирхова, безусловно, будет считаться актом плагиата, поскольку он представил идеи Ремака как свои собственные. Однако в девятнадцатом веке стандарты академической честности были гораздо менее четкими. Сильная репутация Вирхова в сочетании с тем фактом, что Ремак был евреем в несколько антисемитском политическом климате, оградили его от любых серьезных последствий.Сегодня процесс экспертной оценки и легкий доступ к научной литературе помогают предотвратить плагиат. Хотя ученые по-прежнему заинтересованы в публикации оригинальных идей, продвигающих научные знания, те, кто рассматривает возможность плагиата, хорошо осведомлены о серьезных последствиях.

В академических кругах плагиат представляет собой кражу как индивидуальных мыслей, так и исследований — преступление, которое может разрушить репутацию и положить конец карьере.

Рис. 2. (а) Рудольф Вирхов (1821–1902) популяризировал клеточную теорию в эссе 1855 года, озаглавленном «Клеточная патология.(Б) Идея о том, что все клетки происходят из других клеток, была впервые опубликована в 1852 году его современником и бывшим коллегой Робертом Ремаком (1815–1865).

Подумай об этом

• Каковы ключевые положения теории клетки?
• Какой вклад внесли Рудольф Вирхов и Роберт Ремак в развитие теории клетки?

Теория эндосимбиотиков

Пока ученые продвигались к пониманию роли клеток в тканях растений и животных, другие исследовали структуры внутри самих клеток.В 1831 году шотландский ботаник Роберт Браун (1773–1858) первым описал наблюдения ядер в растительных клетках. Затем, в начале 1880-х годов, немецкий ботаник Андреас Шимпер (1856–1901) первым описал хлоропласты растительных клеток, определив их роль в образовании крахмала во время фотосинтеза и отметив, что они делятся независимо от ядра.

Основываясь на способности хлоропластов к независимому воспроизводству, русский ботаник Константин Мерещковский (1855–1921) предположил в 1905 году, что хлоропласты, возможно, произошли от предковых фотосинтезирующих бактерий, симбиотически живущих внутри эукариотической клетки.Он предположил аналогичное происхождение ядра растительной клетки. Это была первая формулировка эндосимбиотической гипотезы , которая объяснила бы, как эукариотические клетки произошли от предковых бактерий.

Эндосимбиотическая гипотеза Мерешковского была поддержана американским анатомом Иваном Валлином (1883–1969), который начал экспериментально исследовать сходство между митохондриями, хлоропластами и бактериями — другими словами, чтобы проверить эндосимбиотическую гипотезу с помощью объективных исследований.В 1920-х годах Валлин опубликовал серию статей, подтверждающих эндосимбиотическую гипотезу, в том числе публикацию 1926 года, написанную в соавторстве с Мерешковски. Валлин утверждал, что может культивировать митохондрии вне их эукариотических клеток-хозяев. Многие ученые отвергли его культуры митохондрий как результат бактериального заражения. Современные исследования в области секвенирования генома поддерживают несогласных ученых, показывая, что большая часть генома митохондрий была перенесена в ядро ​​клетки-хозяина, что не позволяет митохондриям жить самостоятельно.

Идеи Валлина относительно эндосимбиотической гипотезы в течение следующих 50 лет в значительной степени игнорировались, потому что ученые не знали, что эти органеллы содержат их собственную ДНК. Однако с открытием митохондриальной и хлоропластной ДНК в 1960-х годах эндосимбиотическая гипотеза была возрождена. Линн Маргулис (1938–2011), американский генетик, опубликовала свои идеи относительно эндосимбиотической гипотезы происхождения митохондрий и хлоропластов в 1967 году. За десятилетие до ее публикации достижения в области микроскопии позволили ученым дифференцировать прокариотические клетки. из эукариотических клеток.В своей публикации Маргулис провела обзор литературы и заявила, что эукариотические органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, имеют прокариотическое происхождение. Она представила растущий объем микроскопических, генетических, молекулярно-биологических, ископаемых и геологических данных в поддержку своих утверждений.

Опять же, эта гипотеза изначально не была популярной, но растущие генетические доказательства из-за появления секвенирования ДНК поддержали эндосимбиотическую теорию , которая теперь определяется как теория о том, что митохондрии и хлоропласты возникли в результате установления симбиотических отношений прокариотическими клетками. внутри эукариотического хозяина (рис. 3).Когда первоначальная эндосимбиотическая теория Маргулис получила широкое признание, она расширила эту теорию в своей книге 1981 года « Симбиоз в эволюции клетки» . В нем она объясняет, как эндосимбиоз является основным движущим фактором эволюции организмов. Более недавнее генетическое секвенирование и филогенетический анализ показывают, что митохондриальная ДНК и ДНК хлоропластов тесно связаны со своими бактериальными аналогами как по последовательности ДНК, так и по структуре хромосомы. Однако митохондриальная ДНК и ДНК хлоропластов уменьшены по сравнению с ядерной ДНК, потому что многие гены переместились из органелл в ядро ​​клетки-хозяина.Кроме того, митохондриальные и хлоропластные рибосомы структурно похожи на бактериальные рибосомы, а не на эукариотические рибосомы их хозяев. Наконец, бинарное деление этих органелл сильно напоминает бинарное деление бактерий по сравнению с митозом, выполняемым эукариотическими клетками. Со времени первоначального предложения Маргулиса ученые наблюдали несколько примеров бактериальных эндосимбионтов в современных эукариотических клетках. Примеры включают эндосимбиотические бактерии, обнаруженные в кишечнике некоторых насекомых, таких как тараканы, и органеллы, подобные фотосинтетическим бактериям, обнаруженные у протистов.

Рис. 3. Согласно эндосимбиотической теории, митохондрии и хлоропласты возникают в результате поглощения бактериями. Эти бактерии установили симбиотические отношения со своей клеткой-хозяином, что в конечном итоге привело к развитию бактерий в митохондрии и хлоропласты.

Подумай об этом

• Что утверждает современная эндосимбиотическая теория?
• Какие доказательства поддерживают эндосимбиотическую теорию?

Зародыш, теория болезней

До открытия микробов в семнадцатом веке ходили и другие теории о происхождении болезней.Например, древние греки предложили теорию миазмов , согласно которой болезнь возникает из-за частиц, исходящих от разлагающегося вещества, например, в сточных водах или выгребных ямах. Такие частицы заражали людей в непосредственной близости от гниющего материала. Считалось, что болезни, включая «черную смерть», разорившие население Европы в средние века, возникли именно таким образом.

В 1546 году итальянский врач Джироламо Фракасторо в своем эссе De Contagione et Contagiosis Morbis предположил, что споры, подобные семенам, могут передаваться между людьми при прямом контакте, воздействии на зараженную одежду или по воздуху.Теперь мы признаем Фракасторо одним из первых сторонников теории микробов болезни , в которой говорится, что болезни могут возникать в результате микробной инфекции. Однако в шестнадцатом веке идеи Фракасторо не получили широкого признания и будут в значительной степени забыты до девятнадцатого века.

Рис. 4. Игнац Земмельвейс (1818–1865) был сторонником важности мытья рук для предотвращения передачи заболеваний врачами от одного пациента к другому.

В 1847 г. венгерский акушер Игнац Semmelweis (рис. 4) заметил, что матери, рожавшие в больничных палатах, где работали врачи и студенты-медики, чаще страдали и умирали от послеродовой лихорадки после родов (уровень смертности 10–20%) чем матери в палатах с акушерками (уровень смертности 1%).Земмельвейс наблюдал, как студенты-медики проводят вскрытия, а затем проводят влагалищные обследования живых пациентов, не мыть руки между ними. Он подозревал, что студенты переносили болезнь от вскрытия к обследованным пациентам. Его подозрения были подкреплены безвременной смертью друга, врача, который заразился смертельной раневой инфекцией после патологоанатомического обследования женщины, умершей от послеродовой инфекции. Ранение мертвого врача было нанесено скальпелем, использованным во время обследования, и его последующая болезнь и смерть во многом совпадали с таковой у мертвого пациента.

Хотя Земмельвейс не знал истинной причины послеродовой лихорадки, он предположил, что врачи каким-то образом передают возбудителя болезни своим пациентам. Он предположил, что количество случаев послеродовой лихорадки можно уменьшить, если бы врачи и студенты-медики просто мыли руки хлорированной известковой водой до и после обследования каждого пациента. Когда эта практика была внедрена, уровень материнской смертности среди матерей, находящихся под присмотром врачей, упал до того же уровня смертности в 1%, который наблюдался среди матерей, за которыми ухаживали акушерки.Это продемонстрировало, что мытье рук было очень эффективным методом предотвращения передачи болезней. Несмотря на этот большой успех, в то время многие недооценивали работу Земмельвейса, а врачи не спешили применять простую процедуру мытья рук для предотвращения инфекций у своих пациентов, поскольку она противоречила установленным нормам для того периода времени.

Примерно в то же время, когда Земмельвейс пропагандировал мытье рук, в 1848 году британский врач Джон Сноу провел исследования для отслеживания источника вспышек холеры в Лондоне.Отследив вспышки до двух конкретных источников воды, оба из которых были загрязнены сточными водами, Сноу в конечном итоге продемонстрировал, что бактерии холеры передаются через питьевую воду. Работа Сноу важна тем, что представляет собой первое известное эпидемиологическое исследование, результатом которого стал первый известный ответ общественного здравоохранения на эпидемию. Работа Земмельвейса и Сноу четко опровергла преобладающую в то время теорию миазмов, показав, что болезнь передается не только по воздуху, но и через зараженные предметы.

Хотя работа Земмельвейса и Сноу успешно продемонстрировала роль санитарии в предотвращении инфекционных заболеваний, причина болезни не была полностью изучена. Последующая работа Луи Пастера , Роберта Коха и Джозефа Листера дополнительно обосновала микробную теорию болезни.

Изучая причины порчи пива и вина в 1856 году, Пастер открыл свойства ферментации под действием микроорганизмов. Он продемонстрировал своими экспериментами с колбой с лебединой шеей (см. Рис. 3 в Спонтанном зарождении), что переносимые по воздуху микробы, а не спонтанное образование, были причиной порчи пищи, и он предположил, что, если микробы несут ответственность за порчу пищи и ферментацию, они также могут нести ответственность за заражение.Это было основой микробной теории болезней.

Тем временем британский хирург Джозеф Листер (рис. 5а) пытался определить причины послеоперационных инфекций. Многие врачи не верили в то, что микробы на их руках, на их одежде или в воздухе могут инфицировать хирургические раны пациентов, несмотря на то, что в среднем 50% хирургических пациентов умирают от послеоперационных инфекций. Листер, однако, был знаком с работами Земмельвейса и Пастера; поэтому он настаивал на мытье рук и крайней чистоте во время операции.В 1867 году, чтобы еще больше снизить частоту послеоперационных раневых инфекций, Листер начал использовать во время операции дезинфицирующее / антисептическое средство в виде спрея с карболовой кислотой (фенолом). Его чрезвычайно успешные усилия по уменьшению послеоперационной инфекции сделали его методы стандартной медицинской практики.

Несколькими годами позже Роберт Кох (рис. 5b) предложил ряд постулатов (постулатов Коха), основанных на идее, что причину определенного заболевания можно отнести к конкретному микробу. Используя эти постулаты, Кох и его коллеги смогли окончательно определить возбудителей конкретных заболеваний, включая сибирскую язву, туберкулез и холеру.Концепция Коха «один микроб — одна болезнь» стала кульминацией сдвига парадигмы девятнадцатого века от теории миазмов к микробной теории болезни. Постулаты Коха более подробно обсуждаются в книге «Как патогены вызывают заболевания».

Рис. 5. (a) Джозеф Листер разработал процедуры надлежащего ухода за хирургическими ранами и стерилизации хирургического оборудования. (b) Роберт Кох разработал протокол для определения причины инфекционного заболевания. Оба ученых внесли значительный вклад в принятие микробной теории болезней.

Подумай об этом

• Сравните и сопоставьте теорию миазмов болезни с микробной теорией болезни.
• Как работа Джозефа Листера способствовала спору между теорией миазмов и теорией микробов и как это увеличило успех медицинских процедур?

Клиническая направленность: Аника, часть 2

Этот пример продолжает историю Аники, начатую в Spontaneous Generation.

После нескольких дней лихорадки, заложенности носа, кашля, усиливающихся болей и болей Аника подозревает, что у нее грипп.Она решает посетить поликлинику в своем университете. ПА сообщает Анике, что ее симптомы могут быть вызваны целым рядом заболеваний, таких как грипп, бронхит, пневмония или туберкулез.

Во время медицинского осмотра PA отмечает, что частота сердечных сокращений у Аники немного повышена. С помощью пульсоксиметра, небольшого устройства, которое крепится к ее пальцу, он обнаруживает, что у Аники гипоксемия — более низкий, чем обычно, уровень кислорода в крови. С помощью стетоскопа PA слушает аномальные звуки, издаваемые сердцем, легкими и пищеварительной системой Аники.Когда Аника дышит, ПА слышит потрескивающий звук и отмечает легкую одышку. Он собирает образец мокроты, обращая внимание на зеленоватый цвет слизи, и заказывает рентгенограмму грудной клетки, которая показывает «тень» в левом легком. Все эти признаки указывают на пневмонию , состояние, при котором легкие наполняются слизью (рис. 6).

Рис. 6. Это рентгенограмма грудной клетки, типичная для пневмонии. Поскольку рентгеновские изображения являются негативными, «тень» представляет собой белую область в легком, которая в противном случае должна быть черной.В этом случае на левом легком видна тень в результате карманов в легком, заполненных жидкостью. (кредит слева: модификация работы «Christaras A» / Wikimedia Commons)

• Какие инфекционные агенты вызывают пневмонию?

Мы вернемся к примеру Аники на следующих страницах.

Рисунок 7 (кредит «Лебединая фляжка»: модификация работы Wellcome Images)

Ключевые концепции и резюме

• Хотя клетки были впервые обнаружены в 1660-х годах Робертом Гуком, теория клеток не была принята в течение следующих 200 лет.Работа таких ученых, как Шлейден, Шванн, Ремак и Вирхов, способствовала его принятию.
• Эндосимбиотическая теория утверждает, что митохондрии и хлоропласты, органеллы, обнаруженные во многих типах организмов, происходят от бактерий. Значительная структурная и генетическая информация поддерживает эту теорию.
• Миазмальная теория болезни была широко принята до девятнадцатого века, когда она была заменена микробной теорией болезни благодаря работам Земмельвейса, Сноу, Пастера, Листера и Коха и других.

Множественный выбор

Кто из следующих людей не внес вклад в создание клеточной теории?

1. Джироламо Фракасторо
2. Маттиас Шлейден
3. Роберт Ремак
4. Роберт Гук

Показать ответ

Ответ а. Джироламо Фракасторо не внес вклад в создание клеточной теории.

Чье предложение об эндосимбиотической теории происхождения митохондрий и хлоропластов было в конечном итоге принято большим научным сообществом?

1. Рудольф Вирхов
2. Игнац Земмельвейс
3. Линн Маргулис
4. Теодор Шванн

Показать ответ

Ответ c.Линн Маргулис предложила эндосимбиотическую теорию происхождения митохондрий и хлоропластов.

Что из следующего разработало набор постулатов для определения того, вызвано ли конкретное заболевание определенным патогеном?

1. Джон Сноу
2. Роберт Кох
3. Джозеф Листер
4. Луи Пастер

Показать ответ

Ответ б. Роберт Кох разработал набор постулатов для определения того, вызвано ли конкретное заболевание определенным патогеном.

Заполните бланк

Джон Сноу известен как отец _____________.

Показать ответ

Джон Сноу известен как отец эпидемиологии .

Теория _____________ утверждает, что болезнь может возникнуть из-за близости к разлагающемуся веществу, а не из-за контакта человека с человеком.

Показать ответ

Теория миазмов утверждает, что болезнь может возникать из-за близости к разлагающемуся веществу, а не из-за контакта человека с человеком.

Ученый, первым описавший клетки, был _____________.

Показать ответ

Ученый, первым описавший клетки, был Роберт Гук .

Основные выводы

1. Чем объяснение происхождения клеток Вирхова и Ремака отличалось от объяснения Шлейдена и Шванна?
2. Какие существуют доказательства, подтверждающие теорию эндосимбиотиков?
3. Каковы различия в уровне смертности от послеродовой лихорадки, которые наблюдал Игнац Земмельвейс? Как он предлагал снизить частоту возникновения послеродовой лихорадки? Это сработало?
4. Почему митохондрии и хлоропласты не могут размножаться вне клетки-хозяина?
5. Почему работа Сноу была так важна для поддержки теории микробов?

---

.