Клеточная теория

Когда одной клетки достаточно

До 1665 года человечество не подозревало о существовании клеток. Впервые их обнаружил англичанин Роберт Гук. Он разглядывал через увеличительный прибор кору дуба и заметил, что она состоит из множества ячеек. Позднее выяснилось, что это были мертвые оболочки клеток, полые внутри.

В живых клетках растений, в отличие от мертвых, присутствует вязкое вещество — цитоплазма, в которой плавают ядро и вакуоли — пузырьки с клеточным соком. Взгляните на разрезанный помидор или кусочек арбуза. Вы заметите, что спелая мякоть состоит из мельчайших гранул. Это и есть растительные клетки.

Как вы думаете, все ли живые существа состоят из множества клеток, или порой достаточно и одной, чтобы создание могло полноценно жить, питаться и размножаться? Иногда одной клетки хватает для жизни. На Земле есть ничтожно малые существа — одноклеточные, организм которых состоит из одной-единственной клетки.

В 1675 году голландский ученый Антони ван Левенгук начал рассматривать под микроскопом капельки воды. Он заметил, что жидкость кишит микроскопическими созданиями. Каждое из них могло бы с легкостью проплыть сквозь тонкое игольное ушко. Тела этих крошечных существ состояли из одной клетки. Тем не менее, организмы легко реагировали на свет, тепло, химические вещества и механические раздражители. Они были способны самостоятельно питаться, дышать, размножаться, расти и развиваться.

Ученые сделали вывод: одноклеточные — такие же живые существа, как, к примеру, слон или человек. С тех пор все живое делится на две группы — одноклеточные и многоклеточные.

Со временем в группу одноклеточных попали все виды бактерий, некоторые грибы, растения и животные. К одноклеточным грибам отнесли дрожжи; к одноклеточным растениям — водоросли хлореллу и хламидомонаду; к одноклеточным животным — амебу, инфузорию туфельку и трубача.

Группа многоклеточных оказалась многочисленнее. В нее вошли растения, грибы, животные и человек. Их организмы состоят из множества видов клеток, каждая из которых играет определенную роль. Клетки, сходные по строению и функциям, образуют ткани. Покровные ткани защищают организм от травм и вредных воздействий. Органы растений, животных и человека тоже состоят из тканей. Растительные ткани образуют корни и листья; животные — мышцы, сердце, желудок, печень, почки.

«Микрография» и открытие клетки

Открытие клетки Робертом Гуком стало следствием изучения физических свойств такого материала, как пробка. В частности, Гука интересовала причина высокой плавучести пробки. В попытках выяснить это было произведено множество наблюдений, в которых делались тонкие срезы пробки с дальнейшим их изучением под микроскопом. В результате ученый обнаружил, что пробка состоит из множества очень маленьких ячеек, напоминавших ему монашеские кельи в монастырях. Эти ячейки он впервые назвал клетками. Результаты данных наблюдений Гук опубликовал в сентябре 1664 года в своей книге «Микрография». В ней описываются наблюдения ученого с использованием микроскопа и различных линз. Данная книга известна также благодаря своим медным гравюрам с изображениями микромира, некоторые из которых больше размера самой книги. Помимо наблюдения клетки в книге описываются удаленные планетные тела, происхождение полезных ископаемых, вопросы теории света и другие интересные автору явления.

История открытия клеток[править]

Основная статья: Клеточная теория

Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1675 году итальянский врач М. Мальпиги, а в 1682 году — английский ботаник Н. Грю подтвердили клеточное строение растений. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, —) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы (инфузории, амёбы, бактерии). Также Левенгук впервые наблюдал животные клетки — эритроциты и сперматозоиды. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. В —1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками. Ж. Б. Ламарк в 1809 году распространил идею Мирбеля о клеточном строении и на животные организмы. В 1825 году чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а в ввёл термин «протоплазма». В 1831 году английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. С тех пор главным в организации клеток считается не мембрана, а содержимое. Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецким зоологом Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.
В 1878 году русским учёным И. Д. Чистяковым открыт митоз в растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемежко обнаруживают митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а в 1888 году Э. Страсбургер — у растительных.

Развитие знаний о клетке

С появление микроскопа ученые получили возможность для пристального изучения живых клеток. Так, в 1665 г. Р. Гуком на срезе пробки было обнаружены маленькие ячейки, названные им клетками. Позднее такие образования внутри растений обнаружили Н. Грю и М. Мальпиги.

Позднее не имевшим специального образования голландским торговцем А. Левенгуком был создан самодельный микроскоп с увеличением в 270 раз. Ему удалось разглядеть:

• хлоропласты;
• ядро;
• утолщения клеточных оболочек.

Увиденное в микроскоп А. Левенгук всегда описывал и аккуратно зарисовывал, без приведения соответствующих объяснений. Так, ему удалось разглядеть бактериальные клетки и одноклеточные организмы. 

Львиная доля открытий компонентов клетки выпала на первую половину XIX в.:

• открытие пор и клеточного сока (Г. Моль);
• выделение ядра (Броун Р.);
• введение термина «протоплазма» (Я. Пуркинье);
• единое происхождение всех клеточных структур (Шлейден М.). 

Исследования русского ученого-эмбриолога Карла Бэра (1827 г.) приводят к обнаружению яйцеклеток у млекопитающих животных и человека. Данное открытие «сломало» господствующее тогда утверждение о развитии организмов только из гамет мужского типа. Работы Карла Бэра доказали процесс формирования многоклеточных тел из оплодотворенных яйцеклеток. Сравнение им зародышей разных организмов на ранних этапах развития доказало сходство их организации и дало толчок к мысли о единстве появления всего живого на Земле. 

К 1850-у году в биологической науке было сформировано большое количество открытий, связанных с клеткой. Привести их в систему помогли работы немецкого зоолога Шванна Т. и М. Шлейдена. Они создали первую клеточную теорию, объясняющую многие процессы внутри живых тел. 

Исследования патологоанатома и врача из Германии – Рудольфа Вирхова дополнили созданную ранее Шванном Т. и М. Шлейденом клеточную теорию. Вирхов Р. указал на возникновения новых клеток путем деления исходных (материнских) структур. Таким образом, он доказал возникновение «клетки от клетки» и «живого от живого».

После создания основных положений теории о структурно-функциональной единице живого (клетке) были сделаны и другие открытия, касающиеся происходящих в ней процессов. Так, усовершенствование к концу XIX в. микроскопа дало толчок для уточнения состава клетки с проведением описания имеющихся органоидов. Органоидами стали именовать клеточные компоненты постоянного строения, которые выполняют разные функции. 

Позднее был изучен процесс деления, происходящий в процессе митоза либо мейоза. Данные процессы стали основой способов воспроизведения клеточных структур и получили статус «передатчиков» наследственной информации. С использованием современных физико-химических методик детальнее были изучены процессы передачи и хранения наследственных признаков. Также тщательнее были обследованы тончайшие детали всех клеточных компонентов постоянного и переменного состава. Таким образом, было выделено особое биологическое направление — «цитология», занимающееся изучением структуры и жизнедеятельности клеток живых организмов.

История открытия кратко

Ученый, который открыл клетку, был Роберт Гук. Он был разносторонним человеком, великолепным изобретателем.

В 1665 году, рассматривая строение среза пробки с помощью своего микроскопа, он увидел частицы, которые были похожи на соты в пчелином улье. Так было открыто существование клеточного строения в живых организмах. Этим ячейкам он дал понятие клетка. В дальнейшем этот термин стали использовать для обозначения основы строения и жизнедеятельности всех животных и растений.

Свое открытие Гук подробно описал в своей книге «Микрография», что в переводе означает «маленькие рисунки». В этой работе были представлены точные, искусно выполненные изображения и описания всех его наблюдений. Его смело можно назвать первооткрывателем клетки.

Голландский коммерсант, Антоний ван Левенгук, страстно увлекался линзами, но не только производил линзы, но и любил подвергать рассмотрению в микроскоп все, что попадалось под руку. Так, в 1674 году, наблюдая за капелькой воды, и увидев в ней движущиеся организмы, написал: «Это просто чудесно… доселе не было моему глазу большего удовольствия, чем наблюдать тысячи мельчайших животных, снующих в капле воды…»

За всю свою жизнь Левенгук изучил большое количество различных микроорганизмов. Сам того не подозревая он был первым, кто подробно описал эритроциты, бактерии и сперматозоиды, занес в таблицы и сделал подробные зарисовки. В дальнейшем их стали называть одноклеточными.

Результатом этой работы был опубликован труд под названием «Анатомия растений». В нем он подробно описал клеточное строение растений. Долгое время эта работа служила единственным источником знаний об анатомии растений.

Еще задолго до открытия клетки, Уильям Гарвей, считал, что все развиваются из яйца.

Чешский биолог Ян Пуркине тоже внес большой вклад в это учение. Тема его исследований была: исследование яйцеклетки птиц. В этом реферате он опубликовал итоги своего продолжительного труда и поделился, что в клетках человека и животного присутствует ядро.

За несколько лет до этого 1831−1833 гг. Роберт Броун, изучая растительные фрагменты, обнаружил сферическую структуру в их клетках и ввел понятие «ядро».

Результаты дальнейших исследований клеток

Книга «Микрография» вызвала интерес в научных кругах того времени и стала бестселлером. Вслед за Гуком наблюдения за клетками растений продолжили другие исследователи. В частности, итальянский врач и микроскопист М. Мальпини (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682) создали представление клетки в виде крошечных «мешочков», заполненных «питательным соком», подтвердив тем самым клеточное строение растений. А в 1674 году голландским микроскопистом Антонием ван Левенгуком были открыты одноклеточные организмы и живые клетки. В капле воды он обнаружил амебы, инфузории и бактерии, а также впервые наблюдал такие животные клетки, как эритроциты и сперматозоиды. После усовершенствования микроскопа в XIX веке были предприняты попытки изучения внутреннего строения клетки. В 1802-1833 годах был введен термин «протоплазма», описано ядро растительной клетки, выявлено ядро яйцеклетки у птиц. С тех пор главным в клетках стало считаться их содержимое, а не мембрана. Затем в 1858-1875 годах немецкими зоологами Т. Шванном и М. Шлейденом была сформирована клеточная теория строения живых организмов, которая впоследствии была дополнена исследованиями Р. Вихрова и И.Д. Чистякова, исправившими ряд заложенных в нее первоначально ошибок. Клеточная теория впоследствии стала общепризнанным в биологии обобщением, доказывающим благодаря клеточной структуризации единство основных принципов строения и развития растительного и животных миров.

Результаты дальнейших исследований клеток

Книга «Микрография» вызвала интерес в научных кругах того времени и стала бестселлером. Вслед за Гуком наблюдения за клетками растений продолжили другие исследователи. В частности, итальянский врач и микроскопист М. Мальпини (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682) создали представление клетки в виде крошечных «мешочков», заполненных «питательным соком», подтвердив тем самым клеточное строение растений. А в 1674 году голландским микроскопистом Антонием ван Левенгуком были открыты одноклеточные организмы и живые клетки. В капле воды он обнаружил амебы, инфузории и бактерии, а также впервые наблюдал такие животные клетки, как эритроциты и сперматозоиды. После усовершенствования микроскопа в XIX веке были предприняты попытки изучения внутреннего строения клетки. В 1802-1833 годах был введен термин «протоплазма», описано ядро растительной клетки, выявлено ядро яйцеклетки у птиц. С тех пор главным в клетках стало считаться их содержимое, а не мембрана. Затем в 1858-1875 годах немецкими зоологами Т. Шванном и М. Шлейденом была сформирована клеточная теория строения живых организмов, которая впоследствии была дополнена исследованиями Р. Вихрова и И.Д. Чистякова, исправившими ряд заложенных в нее первоначально ошибок. Клеточная теория впоследствии стала общепризнанным в биологии обобщением, доказывающим благодаря клеточной структуризации единство основных принципов строения и развития растительного и животных миров.

Клетка как биологическая система

2.1. Клеточная теория. Развитие знаний о клетке

Научная теория представляет собой обобщение научных данных об объекте исследования. Это в полной мере касается клеточной теории, созданной немецкими исследователями М. Шлейденом и Т. Шванном в 1839 г.

В основу клеточной теории легли работы многих исследователей, искавших элементарную структурную единицу живого. Созданию и развитию клеточной теории способствовало возникновение в XVI в. и дальнейшее развитие микроскопии.

Основные события – предшественники создания клеточной теории:– 1590 г. – создание первого микроскопа (братья Янсен);– 1665 г. Роберт Гук – первое описание микроскопической структуры пробки ветки бузины (на самом деле это были клеточные стенки, но Гук ввел название «клетка»);– 1695 г. – публикация А. Левенгука о микроскопических организмах, увиденных им в микроскоп;– 1833 г. – Р. Броун описал ядро растительной клетки;– 1839 г. –М. Шлейден и Т. Шванн открыли ядрышко.

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.

Клеточная теория развивалась благодаря новым открытиям. В 1880 г. Уолтер Флемминг описал хромосомы и процессы, происходящие в митозе. С 1903 г. стала развиваться генетика. Начиная с 1930 г. стала бурно развиваться электронная микроскопия, что позволило ученым изучать тончайшее строение клеточных структур. XX век стал веком расцвета биологии и таких наук, как цитология, генетика, эмбриология, биохимия, биофизика. Без создания клеточной теории это развитие было бы невозможным.

В 1858 г. Р.Вирхов внес уточнение в КТ: все клетки возникают только из клеток путем их деления.

Итак, КТ утверждает, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка – это та минимальная структура живого, которая обладает всеми жизненными свойствами – способностью к обмену веществ, росту, развитию, передаче генетической информации, саморегуляции и самообновлению. Клетки всех организмов обладают сходными чертами строения. Однако клетки отличаются друг от друга по своим размерам, форме и функциям:

• яйцо страуса и икринка лягушки состоят из одной клетки;
• мышечные клетки обладают сократимостью;
• нервные клетки проводят нервные импульсы.

Различия в строении клеток во многом зависят от функций, которые они выполняют в организмах. Чем сложнее устроен организм, тем более разнообразны по своему строению и функциям его клетки. Каждый вид клеток имеет определенные размеры и форму. Сходство в строении клеток различных организмов, общность их основных свойств подтверждают общность их происхождения и позволяют сделать вывод о единстве органического мира.

Как размножаются клетки

Способность клеток к размножению имеет огромное значение для организма. Миллионы клеток непрерывно отмирают, выполнив свою жизненную задачу. Всего около трёх недель живут красные кровяные клетки. Не более месяца существуют покровные клетки нашего тела, превращаясь затем в мёртвые роговые чешуйки. И если бы запас этих клеток не пополнялся путём постоянного размножения, то организму грозила бы очень скорая гибель. Но в глубоких слоях покровной ткани кожи беспрерывно происходит размножение молодых покровных клеток. Красные кровяные клетки образуются путём размножения молодых кроветворных клеток в костном мозгу, где и происходит развитие кровяных элементов.

Размножение клетки

Размножение клеток происходит путём деления надвое. При этом обнаруживается замечательное явление исключительно точного разделения клеточного ядра на две равные части. Дочерние клетки похожи друг на друга и неотличимы от материнской клетки. Клетка любого типа при размножении образует только себе подобные клетки.

Цитология — раздел биологии, изучающий клетки

Цитология – это раздел биологии, который изучает клетки, строительные блоки жизни. Корни цитологии уходят в 1665 год, когда британский ботаник Роберт Гук, изучая поперечное сечение пробки, дал пространству название «клетки», что означает «маленькие комнаты» или «полости».

Начало цитологии как науки произошло в 1839 году с первой точно продуманной клеточной теории. Эта теория утверждает, что все организмы, растения и животные, состоят из одной или нескольких похожих единиц, называемых клетками. Каждая из этих единиц в отдельности содержит все свойства жизни и является краеугольным камнем практически всех живых организмов.

Кроме того, теория клеток утверждает, что наследственные признаки передаются из поколения в поколение посредством деления клеток.