Краткая история изучения клетки

Какой ученый сформулировал основные положения клеточной теории?

Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения.

Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838—1839 г.).

Рудольф Вирхов позднее (1858 г.) дополнил её важнейшим положением «всякая клетка происходит от другой клетки».

Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельнос­ти, но в многоклеточных организмах их работа скоординиро­вана, и организм представляет собой целостную систему тканей, органов и систем.

Клетки образуются путем деле­ния исходной материнской клетки.

Клетки всех организ­мов сходны по строению, химичес­кому составу и основным проявле­ниям жизнедеятельности.

Клетка [VV53] — элементарная структурная и функциональная единица живых организмов, обладает признаками и свойствами живого.

Именно благодаря деятельности клеток в многоклеточных организ­мах осуществляется обмен веществ и энергии, рост и размножение.

Клеточная теория — одно из важнейших обобщений биологии.

Ее создание ста­ло важнейшим событием в естествоз­нании. Клеточная теория оказала значи­тельное влияние на развитие биоло­гии и послужила фундаментом для дальнейшего развития многих био­логических дисциплин — эмбриоло­гии, гистологии, физиологии и др.

Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и на сегодняшний день, хотя более чем за 160 лет были получены но­вые сведения о структуре и жизне­деятельности клетки.

Для изучения строения и жизнедеятельности клеток применяют самые разнообразные методы. Исторически пер­вым таким методом стала световая микроскопия.

Световая микроскопия основана на том, что через прозрачный или полупрозрачный объект исследования проходят лучи света, попадающие затем в систему линз объектива и окуляра (рис. ). Эти линзы увеличивают объект исследований. С помощью световых микроско­пов была открыта клетка и неко­торые ее структуры (пластиды, митохондрии, обо­лочка, вакуоли, комплекс Гольджи, клеточный центр).

Но многие клеточные структуры или детали их строения невозможно было рассмотреть из-за их прозрачности. Поэтому были разработаны специальные методы фиксации и окрашивания, позволяю­щие получить препараты, на кото­рых хорошо видны окрашенные структуры клетки

Световые микроскопы широко применяются и в настоящее время, однако с их помощью невозможно изучать объекты, размер которых меньше половины длины световой волны. Длина световых волн видимой части спектра света составляет 400—700 нм.

Дело в том, что свето­вая волна не может быть отражена очень маленьким предметом, она просто обогнет его. Поэтому у физиков возникла идея использовать вместо луча света пучок электронов, дли­на волны которых значительно меньше длины волны света, и они способны отражаться от мельчайших объектов.

Так, в начале 30-х годов XX в. был создан электронный микроскоп, который дал биологам возможность увидеть составные части клеток размером всего 0,1 нм. В электронном микроско­пе видны биологические мембраны (толщина 6—10 нм), рибосомы (ди­аметр около 20 нм) и другие струк­туры клетки.

Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки исполь­зуется метод улътрацентрифугирования:разрушенные клетки в пробирках вращают с очень большой скоростью в особых приборах — центрифугах.

Так как разные составные части клеток имеют различ­ные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно пробирки с разными скоростями.

Таким методом выделяют митохондрии, рибосомы и другие органоиды клетки.

В распоряжении ученых сейчас имеется целый ряд хи­мических и физических методов, позволяющих исследо­вать различные виды молекул, входящих в состав клетки.

Для изучения локализации от­дельных химических веществ в клетке широко используются мето­ды цито-и гистохимии,основан­ные на избирательном действии реактивов и красителей на опреде­ленные химические вещества ци­топлазмы.

Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического со­единения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп.

Тогда эта молекула будет иметь радиоак­тивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счет­чика радиоактивных частиц или по ее способности засвечивать фото­пленку.

Чаще всего в качестве радиоактивной метки используют изо­топы водорода (3Н), углерода (14С) и фосфора (32Р).

Метод рентгеноструктурного анализа дает возможность определять простран­ственное расположение атомов и группировок атомов, например, в молекулах ДНК, белков, входящих в состав клеточных структур.

Для изучения процессов деления клеток, их дифференцировки и специализации используют метод клеточных культур— выращивание отдель­ных клеток многоклеточных орга­низмов на питательных средах в стерильных условиях.

При исследовании живых клеток, выяснении функций отдельных органоидов применяют метод микрургии, т.е.

оперативное воздействие на клетку: удаление или имплантирование отдельных органоидов, пересаживание их из клетки в клетку, микроинъекции различных веществ и т.д.

Проследить за процессами, происходящими в живой клетке в течение длительного времени, позволяет замедленная киносъемка, либо фотосъемка через мощные световые микроскопы.

История открытия и изучения клетки: клеточная теория

О существовании клеток люди узнали после изобретения микроскопа.

Самый первый примитивный микроскоп изобрел голландский шлифовальщик стекол З. Янсен (1590 г.), соединив вместе две линзы.

Английский физик и ботаник Р. Гук, рассмотрев срез пробки пробкового дуба обнаружил, что она состоит из ячеек, похожих на соты, которые он назвал клетками (1665 г.). Да, да… это тот самый Гук, именем которого назван известный физический закон.

В 1683 г. нидерландский исследователь А. Ван Левенгук, усовершенствовав микроскоп, наблюдал живые клетки и впервые описал бактерии.

Российский ученый Карл Бэр в 1827 г. обнаружил яйцеклетку млекопитающих. Этим открытием он подтвердил ранее высказанную идею английского врача У. Гарвея о том, что все живые организмы развиваются из яйца.

Ядро было сначала обнаружено в растительных клетках английским биологом Р. Брауном (1833 г.).

Большое значение для понимания роли клетки в живой природе имели труды немецких ученых: ботаника М. Шлейдена и зоолога Т. Шванна.

Они первыми сформулировали клеточную теорию, основной пункт которой утверждал, что все организмы, в том числе растительные и животные, состоят из простейших частиц — клеток, а каждая клетка — самостоятельное целое. Однако в организме клетки действуют совместно, формируя гармоничное единство.

Позднее в клеточную теорию добавлялись новые открытия.

В 1858 г. немецкий ученый Р. Вирхов обосновал, что все клетки образуются из других клеток путем клеточного деления: «всякая клетка из клетки».

Клеточная теория послужила основой возникновения в XIX в. науки цитологии. К концу XIX в. благодаря усложнению микроскопической техники были открыты и изучены структурные компоненты клеток и процесс их деления.

Электронный микроскоп позволил исследовать тончайшие структуры клеток. Было обнаружен удивительное сходство в тонком строении клеток представителей всех царств живой природы.

Основные положения современной клеточной теории:

• клетка — структурно-функциональная единица всех живых организмов, а также единица развития;
• клеткам присуще мембранное строение;
• ядро — главная часть эукариотической клетки;
• клетки размножаются только делением;
• клеточное строение организмов свидетельствует о том, что растения и животные имеют единое происхождение.

История изучения клетки

Основным структурным элементом живого организма растений и животных является клетка.

Наука, изучающая клетку, носит название цитология (cytos – клетка, logos – учение).

Клетка была открыта в 1665 г. английским физиком Робертом Гуком (1635-1703), впервые применившим микроскоп для изучения биологических объектов.

Рассматривая поперечные срезы стебля бузины и кору пробкового дерева (пробку), он заметил мельчайшие полости, напоминающие ячейки пчелиных сот, и назвал их клетками.

Р.Гук видел мертвые клетки, от которых остались лишь клеточные оболочки, окружающие пустые полости, и не придавал большого значения своему открытию.

Исследования Гука возбудили интерес среди биологов. Английский ботаник Н. Грю (1628-1711) и итальянский ученый М. Мальпиги (1628-1694) одновременно в 1671 г. описали клеточное строение листьев, стеблей и корней растений. Их по праву можно назвать основоположниками анатомии растений. Благодаря усовершенствованию микроскопа Антонии Ван Левенгук наблюдал и описал одноклеточные организмы — бактерии, инфузории, грибы, эритроциты.

В 1676 г. им был описан хроматофор у водоросли спирогиры. В 1824 г. Дютроше окончательно подтвердил обособленность и морфологическую самостоятельность клеток, как основных элементов строения живых организмов. Впервые произведя мацерацию тканей, т.е. разъединение клеток в результате разрушения межклеточного вещества, он показал, что ткань образована из отдельных клеток, склеенных между собой.

В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркинье (1787-1869) заметил, что клетка заполнена полужидким веществом, которое он назвал протоплазмой.

В 1839 г. Р. Броун в своей работе по способам оплодотворения у орхидных описал ядро и дал ему название «nucleus».

Исследования ученых 19 века значительно обогатили науку о клетке. Трудами немецкого ботаника М. Шлейдена (1804-1881) и зоолога Т. Шванна (1804-1882) была доказана общность структуры клеток у растительных и животных организмов.

Они своими исследованиями в 1838-1839 г.г. завершили обоснования теории клеточного строения всех организмов.

Большое значение для формирования теории клеточного строения имели работы крупных русских ученых К.Ф. Вольфа (1733 – 1794), К.М. Бэра (1792 – 1876) (в области эмбриологии), а также русского ботаника П.Ф. Горянинова (1796 – 1865), который в 1834 г., использовав свой опыт и обобщив накопленные данные других исследователей о микроскопическом строении организмов, высказал положение о том, что в организме растений и животных имеются сходные структурные элементы – клетки.

Важный вклад в дальнейшее развитие теории клеточного строения организмов внес своими работами немецкий ученый Рудольф Вирхов (1821-1902). Он рассматривал клетку как мельчайший морфологический элемент, наделенный всеми свойствами жизни.

Вихров вслед за Т. Шванном доказал, что основным структурным элементом клетки является ее содержимое – ядро и протоплазма, а не оболочка. Вирхов окончательно утвердил представление о том, что новые клетки возникают только путем деления предшествующих клеток и выразил это в форме афоризма: «Omnis cellula e cellula» (каждая клетка из клетки).

Но Вирхов недооценивал значение организма как целостной системы.

Теория клеточного строения

Теория клеточного строения наряду с законом сохранения энергии и эволюционным учением Ч. Дарвина явилась одним из трех величайших открытий 19-го столетия в области естествознания.

Основным структурным элементом живого организма растений и животных является клетка. Наука, изучающая клетку, носит название цитология (cytos – клетка, logos – учение).

Клетка была открыта в 1665 г. английским физиком Робертом Гуком (1635-1703), впервые применившим микроскоп для изучения биологических объектов.

Рассматривая поперечные срезы стебля бузины и кору пробкового дерева (пробку), он заметил мельчайшие полости, напоминающие ячейки пчелиных сот, и назвал их клетками. Р.Гук видел мертвые клетки, от которых остались лишь клеточные оболочки, окружающие пустые полости, и не придавал большого значения своему открытию.

Исследования Гука возбудили интерес среди биологов. Английский ботаник Н. Грю (1628-1711) и итальянский ученый М. Мальпиги (1628-1694) одновременно в 1671 г. описали клеточное строение листьев, стеблей и корней растений. Их по праву можно назвать основоположниками анатомии растений.

Благодаря усовершенствованию микроскопа Антонии Ван Левенгук наблюдал и описал одноклеточные организмы — бактерии, инфузории, грибы, эритроциты. В 1676 г. им был описан хроматофор у водоросли спирогиры. В 1824 г. Дютроше окончательно подтвердил обособленность и морфологическую самостоятельность клеток, как основных элементов строения живых организмов.

Впервые произведя мацерацию тканей, т.е. разъединение клеток в результате разрушения межклеточного вещества, он показал, что ткань образована из отдельных клеток, склеенных между собой.

В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркинье (1787-1869) заметил, что клетка заполнена полужидким веществом, которое он назвал протоплазмой. В 1839 г. Р. Броун в своей работе по способам оплодотворения у орхидных описал ядро и дал ему название «nucleus». Исследования ученых 19 века значительно обогатили науку о клетке.

Трудами немецкого ботаника М. Шлейдена (1804-1881) и зоолога Т. Шванна (1804-1882) была доказана общность структуры клеток у растительных и животных организмов. Они своими исследованиями в 1838-1839 г.г. завершили обоснования теории клеточного строения всех организмов.

Большое значение для формирования теории клеточного строения имели работы крупных русских ученых К.Ф. Вольфа (1733 – 1794), К.М. Бэра (1792 – 1876) (в области эмбриологии), а также русского ботаника П.Ф. Горянинова (1796 – 1865), который в 1834 г., использовав свой опыт и обобщив накопленные данные других исследователей о микроскопическом строении организмов, высказал положение о том, что в организме растений и животных имеются сходные структурные элементы – клетки.

Важный вклад в дальнейшее развитие теории клеточного строения организмов внес своими работами немецкий ученый Рудольф Вирхов (1821-1902).

Он рассматривал клетку как мельчайший морфологический элемент, наделенный всеми свойствами жизни. Вихров вслед за Т. Шванном доказал, что основным структурным элементом клетки является ее содержимое – ядро и протоплазма, а не оболочка.

Вирхов окончательно утвердил представление о том, что новые клетки возникают только путем деления предшествующих клеток и выразил это в форме афоризма: «Omnis cellula e cellula» (каждая клетка из клетки). Но Вирхов недооценивал значение организма как целостной системы.

Теория клеточного строения наряду с законом сохранения энергии и эволюционным учением Ч. Дарвина явилась одним из трех величайших открытий 19-го столетия в области естествознания.

Великий русский физиолог И. П. Павлов писал:

Науку принято сравнивать с постройкой. Как здесь, так и там трудится много народа, и здесь и там происходит разделение труда. Кто составляет план, одни кладут фундамент, другие возводят стены и так далее…

«Постройка» клеточной теории началась почти 350 лет назад.

Итак, 1665 год, Лондон, кабинет физика Роберта Гука.

Хозяин настраивает микроскоп собственной конструкции. Профессору Гуку тридцать лет, он окончил Оксфордский университет, работал ассистентом у знаменитого Роберта Бойля.

Гук был неординарным исследователем. Свои попытки заглянуть за горизонт человеческих познаний он не ограничивал какой-либо одной областью. Проектировал здания, установил на термометре «точки отсчёта» — кипения и замерзания воды, изобрёл воздушный насос и прибор для определения силы ветра…

Потом увлёкся возможностями микроскопа. Он рассматривал под стократным увеличением всё, что попадается под руку, — муравья и блоху, песчинку и водоросли. Однажды под объективом оказался кусочек пробки. Что же увидел молодой учёный? Удивительную картину — правильно расположенные пустоты, похожие на пчелиные соты. Позднее такие же ячейки он нашёл не только в отмершей растительной ткани, но и в живой.

Гук назвал их клетками (англ. cells) и вместе с полусотней других наблюдений описал в книге «Микрография». Однако именно это наблюдение под № 18 принесло ему славу первооткрывателя клеточного строения живых организмов. Славу, которая самому Гуку была не нужна. Вскоре его захватили другие идеи, и он больше никогда не возвращался к микроскопу, а о клетках и думать забыл.

Зато у других учёных открытие Гука пробудило крайнее любопытство.

Итальянец Марчелло Мальпиги называл это чувство «человеческим зудом познания». Он также стал рассматривать в микроскоп разные части растений. И обнаружил, что те состоят из мельчайших трубочек, мешочков, пузырьков. Разглядывал Мальпиги под микроскопом и кусочки тканей человека и животных. Увы, техника того времени была слишком слаба.

Поэтому клеточное строение животного организма учёный так и не распознал.

Дальнейшая история открытия продолжилась в Голландии. Антони ван Левенгук (1632—1723) никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих учёных.

Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном. Так и прожил бы Левенгук незаметным коммерсантом, если бы не его страстное увлечение да любопытство.

На досуге он любил шлифовать стёкла, изготовляя линзы. Голландия славилась своими оптиками, но Левенгук достиг небывалого мастерства. Его микроскопы, состоявшие лишь из одной линзы, были гораздо сильнее тех, которые имели несколько увеличительных стёкол. Сам он утверждал, что сконструировал 200 таких приборов, дававших увеличение до 270 раз.

А ведь ими было очень трудно пользоваться. Вот что писал об этом физик Д. С. Рождественский: «Вы можете себе представить ужасное неудобство этих мельчайших линзочек. Объект вплотную к линзе, линза вплотную к глазу, носа девать некуда». Кстати, Левенгук до последних дней, а дожил он до 90 лет, сумел сохранить остроту зрения.

Через свои линзы естествоиспытатель увидел новый мир, о существовании которого не догадывались даже отчаянные фантазёры.

Больше всего поразили Левенгука его обитатели — микроорганизмы. Эти мельчайшие существа обнаруживались везде: в капле воды и комке земли, в слюне и даже на самом Левенгуке. С 1673 г. подробные описания и зарисовки своих удивительных наблюдений исследователь отправлял в Лондонское королевское общество. Но учёные мужи не спешили ему верить. Ведь было задето их самолюбие: «неуч», «профан», «мануфактурщик», а туда же, в науку.

Левенгук тем временем неустанно посылал новые письма о своих замечательных открытиях. В итоге академикам пришлось признать заслуги голландца. В 1680 г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью.

Отовсюду в Делфт ехали смотреть на диковины, открываемые его микроскопами. Одним из самых знатных гостей был русский царь Пётр I — большой охотник до всего нового… Левенгуку, не прекращавшему исследований, многочисленные гости только мешали. Любопытство и азарт подгоняли первооткрывателя. За 50 лет наблюдений Левенгук открыл более 200 видов микроорганизмов и первым сумел описать структуры, которые, как мы теперь знаем, являются клетками человека.

В частности, он увидел эритроциты и сперматозоиды (по его тогдашней терминологии, «шарики» и «зверьки»). Конечно, Левенгук и не предполагал, что это были клетки.

Зато он рассмотрел и очень подробно зарисовал строение волокна сердечной мышцы. Поразительная наблюдательность для человека с такой примитивной техникой!

Антони ван Левенгук был, пожалуй, единственным за всю историю построения клеточной теории учёным без специального образования.

Зато все остальные, не менее знаменитые исследователи клеток учились в университетах и были людьми высокообразованными. Немецкий учёный Каспар Фридрих Вольф (1733—1794), например, изучал медицину в Берлине, а затем в Галле.

Уже в 26 лет он написал труд «Теория зарождения», за который был подвергнут на родине резкой критике коллег. (После этого по приглашению Петербургской академии наук Вольф приехал в Россию и остался там до конца жизни.) Что же нового для развития клеточной теории дали исследования Вольфа?

Описывая «пузырьки», «зёрнышки», «клетки», он увидел их общие черты у животных и растений. Кроме того, Вольф впервые предположил, что клетки могут иметь определённое значение в развитии организма.

Его труды помогли другим учёным правильно понять роль клеток.

Теперь хорошо известно, что главная часть клетки — ядро.

Впервые, кстати, описал ядро (в эритроцитах рыб) Левенгук ещё в 1700 г. Но ни он, ни многие другие видевшие ядро учёные не придавали ему особого значения. Лишь в 1825 г. чешский биолог Ян Эвангелиста Пуркинье (1787—1869), исследуя яйцеклетку птиц, обратил внимание на ядро.

«Сжатый сферический пузырёк, одетый тончайшей оболочкой. Он… преисполнен производящей силой, отчего я и назвал его «зародышевый пузырёк», — писал учёный.