, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.
Клеточная теория неоднократно дополнялась и редактировалась.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Методы цитологии. Клеточная теория. Видеоурок по биологии 10 класс
✪ Клеточная теория | Биология 10 класс #4 | Инфоурок
✪ Тема 3, ч1. ЦИТОЛОГИЯ. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ. СТРОЕНИЕ МЕМБРАНЫ.
✪ Клеточная теория | Строение клетки | Биология (часть 2)
✪ 7. Клеточная теория (история + методы) (9 или 10-11 класс) - биология, подготовка к ЕГЭ и ОГЭ 2018
Субтитры
Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна
Создатели теории так сформулировали её основные положения:
- Клетка - элементарная структурная единица строения всех живых существ.
- Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре.
Основные положения современной клеточной теории
Линк и Молднхоуэр устанавливают наличие у растительных клеток самостоятельных стенок. Выясняется, что клетка есть некая морфологически обособленная структура. В 1831 году Г. Моль доказывает, что даже такие, казалось бы, неклеточные структуры растений, как водоносные трубки, развиваются из клеток.
Ф. Мейен в «Фитотомии» (1830) описывает растительные клетки, которые «бывают или одиночными, так что каждая клетка представляет собой особый индивид, как это встречается у водорослей и грибов, или же, образуя более высоко организованные растения, они соединяются в более и менее значительные массы». Мейен подчёркивает самостоятельность обмена веществ каждой клетки.
В 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки.
Школа Пуркинье
В 1801 году Вигиа ввёл понятие о тканях животных, однако он выделял ткани на основании анатомического препарирования и не применял микроскопа. Развитие представлений о микроскопическом строении тканей животных связано прежде всего с исследованиями Пуркинье, основавшего в Бреславле свою школу.
Пуркинье и его ученики (особенно следует выделить Г. Валентина) выявили в первом и самом общем виде микроскопическое строение тканей и органов млекопитающих (в том числе и человека). Пуркинье и Валентин сравнивали отдельные клетки растений с частными микроскопическими тканевыми структурами животных, которые Пуркинье чаще всего называл «зёрнышками» (для некоторых животных структур в его школе применялся термин «клетка»).
В 1837 году Пуркинье выступил в Праге с серией докладов. В них он сообщил о своих наблюдениях над строением желудочных желёз, нервной системы и т. д. В таблице, приложенной к его докладу, были даны ясные изображения некоторых клеток животных тканей. Тем не менее установить гомологию клеток растений и клеток животных Пуркинье не смог:
- во-первых, под зёрнышками он понимал то клетки, то клеточные ядра;
- во-вторых, термин «клетка» тогда понимался буквально как «пространство, ограниченное стенками».
Сопоставление клеток растений и «зёрнышек» животных Пуркинье вёл в плане аналогии, а не гомологии этих структур (понимая термины «аналогия» и «гомология» в современном смысле).
Школа Мюллера и работа Шванна
Второй школой, где изучали микроскопическое строение животных тканей, была лаборатория Иоганнеса Мюллера в Берлине. Мюллер изучал микроскопическое строение спинной струны (хорды); его ученик Генле опубликовал исследование о кишечном эпителии, в котором он дал описание различных его видов и их клеточного строения.
Здесь были выполнены классические исследования Теодора Шванна, заложившие основание клеточной теории. На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле . Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных.
На значение ядра в клетке Шванна натолкнули исследования Матиаса Шлейдена, у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу». Поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории. Основная идея клеточной теории - соответствие клеток растений и элементарных структур животных - была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.
В 1838 году Шванн публикует 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется его классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в самом заглавии которого выражена основная мысль клеточной теории:
- В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры - клетки развиваются одинаково. Далее он доказывает, что микроскопические структуры других тканей и органов животного организма - это тоже клетки, вполне сравнимые с клетками хряща и хорды.
- Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие.
- В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории. Именно исследования Шванна оформили клеточную теорию и доказали (на уровне знаний того времени) единство элементарной структуры животных и растений. Главной ошибкой Шванна было высказанное им вслед за Шлейденом мнение о возможности возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.
Развитие клеточной теории во второй половине XIX века
С 1840-х годов XIX века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки - цитологию.
Для дальнейшего развития клеточной теории существенное значение имело её распространение на протистов (простейших), которые были признаны свободно живущими клетками (Сибольд, 1848).
В это время изменяется представление о составе клетки. Выясняется второстепенное значение клеточной оболочки, которая ранее признавалась самой существенной частью клетки, и выдвигается на первый план значение протоплазмы (цитоплазмы) и ядра клеток (Моль, Кон, Л. С. Ценковский, Лейдиг, Гексли), что нашло своё выражение в определении клетки, данном М. Шульце в 1861 г.:
Клетка - это комочек протоплазмы с содержащимся внутри ядром.
В 1861 году Брюкко выдвигает теорию о сложном строении клетки, которую он определяет как «элементарный организм», выясняет далее развитую Шлейденом и Шванном теорию образования клеток из бесструктурного вещества (цитобластемы). Обнаружено, что способом образования новых клеток является клеточное деление, которое впервые было изучено Молем на нитчатых водорослях. В опровержении теории цитобластемы на ботаническом материале большую роль сыграли исследования Негели и Н. И. Желе.
Деление тканевых клеток у животных было открыто в 1841 г. Ремаком . Выяснилось, что дробление бластомеров есть серия последовательных делений (Биштюф, Н. А. Келликер). Идея о всеобщем распространении клеточного деления как способа образования новых клеток закрепляется Р. Вирховом в виде афоризма:
«Omnis cellula ех cellula».
Каждая клетка из клетки.
В развитии клеточной теории в XIX веке остро встают противоречия, отражающие двойственный характер клеточного учения, развивавшегося в рамках механистического представления о природе. Уже у Шванна встречается попытка рассматривать организм как сумму клеток. Эта тенденция получает особое развитие в «Целлюлярной патологии» Вирхова (1858).
Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:
- Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.
- Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.
- Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.
XX век
Клеточная теория со второй половины XIX века приобретала всё более метафизический характер, усиленный «Целлюлярной физиологией» Ферворна, рассматривавшего любой физиологический процесс, протекающий в организме, как простую сумму физиологических проявлений отдельных клеток. В завершении этой линии развития клеточной теории появилась механистическая теория «клеточного государства», в качестве сторонника которой выступал в том числе и Геккель. Согласно данной теории организм сравнивается с государством, а его клетки - с гражданами. Подобная теория противоречила принципу целостности организма.
Механистическое направление в развитии клеточной теории подверглось острой критике. В 1860 году с критикой представления Вирхова о клетке выступил И. М. Сеченов. Позднее клеточная теория подверглась критическим оценкам со стороны других авторов. Наиболее серьёзные и принципиальные возражения были сделаны Гертвигом, А. Г. Гурвичем (1904), М. Гейденгайном (1907), Добеллом (1911). С обширной критикой клеточного учения выступил чешский гистолог Студничка (1929, 1934).
В 1930-х годах советский биолог О. Б. Лепешинская , основываясь на данных своих исследований, выдвинула «новую клеточную теорию» в противовес «вирховианству». В её основу было положено представление, что в онтогенезе клетки могут развиваться из некоего неклеточного живого вещества. Критическая проверка фактов, положенных О. Б. Лепешинской и её приверженцами в основу выдвигаемой ею теории, не подтвердила данных о развитии клеточных ядер из безъядерного «живого вещества».
Современная клеточная теория
Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов . Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.
Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории:
- Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т. п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими» генами.
- Выяснилось, что существует два типа клеток - прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Гомология всех клеток, таким образом, свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом - наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками. Это, конечно, не отменяет общего происхождения всех клеток, которое подтверждается общностью их химического состава.
- Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а проявления жизни организма растворяла в сумме проявлений жизни составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.
- Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений - это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур - элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.
- Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии , симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных - продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество - продукт их секреции, то есть образуется оно в результате метаболизма клеток.
- Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма - клетки или «элементарные организмы».
Целостность организма есть результат естественных, материальных взаимосвязей, вполне доступных исследованию и раскрытию. Клетки многоклеточного организма не являются индивидуумами, способными существовать самостоятельно (так называемые культуры клеток вне организма представляют собой искусственно создаваемые биологические системы). К самостоятельному существованию способны, как правило, лишь те клетки многоклеточных, которые дают начало новым особям (гаметы, зиготы или споры) и могут рассматриваться как отдельные организмы. Клетка не может быть оторвана от окружающей среды (как, впрочем, и любые живые системы). Сосредоточение всего внимания на отдельных клетках неизбежно приводит к унификации и механистическому пониманию организма как суммы частей.
Очищенная от механицизма и дополненная новыми данными клеточная теория остается одним из важнейших биологических обобщений.
Появление в научной среде в середине XIX века клеточной теории, авторами которой являлись Шлейден и Шванн, стало настоящей революцией в развитии всех без исключения направлений биологии.
Еще один творец клеточной теории, Р. Вирхов, известен таким афоризмом: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Великий русский физиолог Иван Павлов, имя которого известно всем, сравнивал науку со стройкой, где все взаимосвязано и для всего имеются свои предшествующие события. «Постройку» клеточной теории разделяют с официальными авторами все ученые-предшественники. На чьих же плечах стояли они?
Начало
Создание теории о клетке началось около 350 лет назад. Известный английский ученый Роберт Гук в 1665 году изобрел прибор, который назвал микроскопом. Игрушка так его занимала, что он рассматривал все, что попадалось под руку. Результатом его увлечения стала книга «Микрография». Гук написал ее, после чего увлеченно начал заниматься совсем другими исследованиями, а про свой микроскоп совсем забыл.
Но именно запись в его книге под №18 (он описал ячейки обычной пробки и назвал их клетками - англ. cells) прославила его как первооткрывателя клеточного строения всего живого.
Роберт Гук забросил увлечение микроскопом, но его подхватили ученые с мировыми именами - Марчелло Мальпиги, Антони ван Левенгук, Каспар Фридрих Вольф, Ян Эвангелиста Пуркинье, Роберт Броун и другие.
Усовершенствованная модель микроскопа дает возможность французу Шарлю-Франсуа Бриссо де Мирбелю сделать вывод, что все растения образованы из специализированных клеток, объединенных в ткани. А Жан Батист Ламарк переносит идею о тканном строении и на организмы животного происхождения.
Маттиас Шлейден
Маттиас Якоб Шлейден (1804-1881) в двадцать шесть лет обрадовал семью тем, что бросил перспективную адвокатскую практику и пошел учиться на медицинский факультет того же Геттинского университета, в котором получил образование юриста.
Сделал он это не зря - в 35 лет Маттиас Шлейден становится профессором Йенского университета, изучает ботанику и физиологию растений. Его цель - узнать, как образуются новые клетки. В своих работах он правильно определил главенство ядра в образовании новых клеток, но заблуждался на счет механизмах процесса и отсутствия сходства клеток растений и животных.
После пяти лет трудов он пишет статью под названием «К вопросу о растениях», доказывая клеточное строение всех частей растений. Рецензентом статьи, кстати, был физиолог Иоганн Мюллер, ассистентом которого в то время трудится будущий автор клеточной теории Т. Шванн.
Теодор Шванн
Шванн (1810-1882) с детства мечтал стать священником. В Боннский университет он пошел учиться на философа, выбрав эту специализацию как более близкую к будущей карьере священнослужителя.
Но юношеский интерес к наукам естественным победил. Теодор Шванн окончил университет на медицинском факультете. Всего пять лет он проработал ассистентом физиолога И. Мюллера, но за эти годы он сделал такое количество открытий, что хватило бы нескольким ученым. Достаточно сказать, что в желудочном соке он обнаружил пепсин, в нервных окончаниях - специфическую оболочку волокна. Начинающий исследователь заново открыл дрожжевые грибы и доказал их причастность к процессам брожения.
Друзья и соратники
Научный мир Германии того времени не мог не познакомить будущих соратников. Оба вспоминали встречу за ланчем в маленьком ресторанчике в 1838 году. Шлейден и Шванн непринужденно обсуждали текущие дела. Шлейден рассказал о наличии ядер в клетках растений и его способе рассмотреть клетки с помощью микроскопического оборудования.
Это сообщение перевернуло жизнь обоих - Шлейден и Шванн становятся друзьями и много общаются. Уже через год упорного изучения животных клеток появляется труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений»(1839). Теодор Шванн сумел увидеть сходство в строении и развитии элементарных единиц животного и растительного происхождения. А главный вывод - жизнь находится в клетке!
Именно этот постулат вошел в биологию как клеточная теория Шлейдена и Шванна.
Революция в биологии
Как и фундамент постройки, открытие клеточной теории Шлейдена и Шванна запустило цепную реакцию открытий. Гистология, цитология, патологическая анатомия, физиология, биохимия, эмбриология, эволюционные учения - все науки начали активно развиваться, обнаруживая новые механизмы взаимодействия в живой системе. Немец, как Шлейден и Шванн, основатель патанатомии Рудольф Вирхов в 1858 году дополняет теорию положением «Всякая клетка от клетки» (на латинском - Omnis cellula е cellula).
А россиянин И. Чистяков (1874) и поляк Э. Стразбургер (1875) открывают митотическое (вегетативное, не половое) деление клеток.
Из всех этих открытий, как из кирпичиков, строится клеточная теория Шванна и Шлейдена, основные постулаты которой неизменны и сегодня.
Современная клеточная теория
Хотя за сто восемьдесят лет с того времени, когда Шлейден и Шванн формулировали свои постулаты, получены экспериментальные и теоретические знания, заметно расширившие границы познаний о клетке, основные положения теории почти такие же и выглядят вкратце следующим образом:
- Единицей всего живого является клетка - самообновляющаяся, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся (тезис единства происхождения всех живых организмов).
- Все организмы на планете имеют схожее строение клеток, химический состав и процессы жизнедеятельности (тезис гомологичности, единства происхождения всего живого на планете).
- Клетка - это система биополимеров, способная воспроизводить себе подобное из не подобного себе (тезис основного свойства жизни как определяющего фактора).
- Самовоспроизведение клеток осуществляется путем деления материнской (тезис наследственности и преемственности).
- Многоклеточные организмы формируются из специализированных клеток, образующих ткани, органы, системы, которые находятся в тесной взаимосвязи и взаимной регуляции (тезис организма как системы с тесными межклеточными, гуморальными, нервными взаимосвязями).
- Клетки морфологически и функционально разнообразны и приобретают специализацию в многоклеточных организмах в результате дифференциации (тезис о тотипотентности, о генетической равнозначности клеток многоклеточной системы).
Окончание "строительства"
Прошли годы, в арсенале биологов появился электронный микроскоп, исследователи подробно изучили митоз и мейоз клеток, строение и роль органелл, биохимию клетки и даже расшифровали ДНК-молекулу. Немецкие ученые Шлейден и Шванн вместе со своей теорией стали опорой и фундаментом для последующих открытий. Но совершенно точно можно сказать, что система знаний о клетке еще не окончена. И каждое новое открытие, кирпичик к кирпичику, продвигает человечество к познанию организации всего живого на нашей планете.
Клеточная теория, одно из наиболее важных обобщений в биологии, была сформулирована в 1839 г. немецкими учеными — зоологом Теодором Шванном и ботаником Маттиасом Шлейденом.
Появлению клеточной теории предшествовал довольно долгий период накопления данных о строении живых существ. История изучения клеток напрямую связана с изобретением микроскопа и совершенствованием оптической техники. Одним из тех, кто придумал этот инструмент, был великий Галилео Галилей (1610 г.). Первые же микроскопы появились на рубеже XVI-XVII вв.
Английский ученый Роберт Гук в своей книге «Микрография» (1667 г.) впервые описал клеточную структуру растительных тканей. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, сердцевины бузины и т. п., Р. Гук отметил ячеистое строение тканей растений и назвал эти ячейки клетками (рис. 1).
Важнейшие открытия были сделаны в XVII в. и голландским ученым-самоучкой Антоном ван Левенгуком. Он описал одноклеточные организмы (инфузории) и клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).
Работы Р. Гука и А. Левенгука послужили толчком для систематических микроскопических исследований различных живых организмов. Уже в XIX в. были выявлены различные внутриклеточные компоненты: ядро (Р. Броун,1831 г.), протоплазма (Я. Пуркинье,1837 г.), хромосомы (В. Флемминг,1880 г.), митохондрии (К. Бенуа, 1894 г.) аппарат Гольджи (К. Гольджи,1898 г.).
Новый этап в изучении тонкого строения клеток начался с момента изобретения электронного микроскопа (1938 г.). Данный инструмент позволяет исследовать строение мельчайших внутриклеточных компонентов и в сочетании с биохимическими и молекулярно-биологическими методами определять их функции.
Основное значение теории Т. Шванна и М. Шлейдена заключается в том, что они показали принципиальное сходство клеток растений и животных. Это положение явилось важнейшим доказательством единства живой природы. Столь же значимо и представление о самостоятельной жизнедеятельности каждой отдельной клетки.
Современная наука подтверждает основные положения теории Т. Шванна и М. Шлейдена. Действительно, все известные живые организмы состоят из клеток (о вирусах мы уже говорили в главе 2), т. е. клетка выступает структурной единицей живого. На клеточном уровне мы обнаруживаем проявление таких фундаментальных свойств живого, как способность к самовоспроизведению, обмен веществ, наследственность и изменчивость, раздражимость и движение, индивидуальное развитие. Следовательно, клетка это и функциональная единица живого.
В работах Р. Вирхова (1855-1858 гг.) был сформулирован тезис «всякая клетка от клетки», т. е. речь идет об образовании новых клеток путем деления исходной (материнской). Сегодня это признано как биологический закон (нет иных путей образования клеток и увеличения их числа).
Обобщая все изложенное выше, сформулируем основные положения клеточной теории:
Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого.
Клетки всех организмов (как одно-, так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности.
Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки);
Значение клеточной теории
Cтало ясно, что клетка — важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.
Впервые клетки, а точнее клеточные стенки (оболочки) мертвых клеток, были обнаружены в срезах пробки с помощью микроскопа, английским ученым Робертом Гуком в 1665 году. Именно он и предложил термин «клетка».
Позднее голландец А. Ван Левенгук открыл множество одноклеточных организмов в каплях воды, а в крови людей красные кровяные клетки (эритроциты).
То, что помимо клеточной оболочки все живые клетки имеют внутреннее содержимое полужидкое студенистое вещество, ученые смогли открыть только только в начале XIX века. Это полужидкое студенистое вещество назвали протоплазмой. В 1831 году было открыто клеточное ядро, и все живое содержимое клетки — протоплазму стали подразделять на ядро и цитоплазму.
Позднее по мере совершенствования техники микроскопии в цитоплазме были обнаружены многочисленные органоиды (слово «органоид» имеет греческие корни и означает «похожий на орган»), и цитоплазму стали подразделять на органоиды и жидкую часть — гиалоплазму.
Известные немецкие ученые ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн, активно работавшие с клетками растений и животных, пришли к выводу, что все клетки имеют похожее строение и состоят из ядра, органоидов и гиалоплазмы. Позднее в 1838-1839 г. они сформулировали основные положения клеточной теории . Согласно этой теории клетка является основной структурной единицей всех живых организмов, как растительных, так и животных, а процесс роста организмов и тканей обеспечивается процессом образования новых клеток.
Через 20 лет немецким анатомом Рудольфом Вирховым было сделано еще одно важное обобщение: новая клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Когда выяснелось, что сперматозоид и яйцеклетка — тоже клетки, соединяющиеся друг с другом в процессе оплодотворения, стало понятно, что жизнь из поколения в поколение — это непрерывная последовательность клеток. По мере развития биологии и открытия процессов деления клеток (митоза и мейоза) клеточная теория дополнялась все новыми положениями. В современном виде основные положения клеточной теории можно сформулировать так:
1. Клетка — основная структурно-функциональная и генетическая единица всех живых организмов и наименьшая единица живого.
Этот постулат был полностью доказан современной цитологией. Кроме того, клетка представляет собой открытую для обмена с внешней средой, саморегулирующуюся и самовоспроизводящуюся систему.
В настоящее время ученые научились выделять различные компоненты клетки (вплоть до отдельных молекул). Многие из этих компонентов могут даже функционировать самостоятельно, если создать им соответствующие условия. Так, например, сокращения актино-миозинового комплекса может быть вызвано добавлением в пробирку АТФ. Искусственный синтез белов и нуклеиновых кислот тоже стало реальностью в наше время, но все это лишь только части живого. Для полноценной работы всех этих комплексов, входящих в состав клетки, нужны еще дополнительные вещества, ферменты, энергия и т.д. И только клетки являются самостоятельными и саморегулирующимися системами, т.к. имеют все необходимое для поддержания полноценной жизнедеятельности.
2. Строение клеток, их химический состав и основные проявления процессов жизнедеятельности сходны у всех живых организмов (одноклеточных и многоклеточных).
В природе существует два типа клеток: прокариотические и эукариотические. Несмотря на их некоторые различия это правило для них справедливо.
Общий принцип организации клеток определяется необходимостью осуществить ряд обязательных функций, направленных на поддержание жизнедеятельности самих клеток. Например, у всех клеток есть оболочка, которая с одной стороны изолируюет ее содержимое от окружающей среды, с другой — контролирует поток веществ в клетку и из нее.
Органоиды или органеллы — постоянные специализированные структуры в клетках живых организмов. Органоиды разных организмов имеют общий план строения и работают по единым механизмам. Каждый органоид отвечает за определенные функции, которые жизненно необходимы для клетки. Благодаря органоидам в клетках происходит энергетический обмен, биосинтез белка, появляется способность к воспроизводству. Органоиды стали сопоставлять с органами многоклеточного организма, отсюда и появился этот термин.
У многоклеточных организмов хорошо прослеживается значительное разнообразие клеток, которое связано с их функциональной специализацией. Если сравнить, например, мышечные и эпительные клетки, можно заметить, что они отличаются друг от друга преимущественным развитием разных видов органоидов. Клетки приобретают черты функциональной специализации, которые необходимы для выполнения конкретных функций, в результате клеточной дифференцировки в процессе онтогенеза.
3. Любая новая клетка может образоваться только в результате деления материнской клетки.
Размножение клеток (т.е. увеличение их количества) будь то прокариоты или эукариоты может происходить только делением уже существующих клеток. Делению обязательно предшествует процесс предварительного удвоения генетического материала (репликация ДНК). Началом жизни организма является оплодотворенная яйцеклетка (зигота), т.е. клетка образующаяся в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида. Все остальное разнообразие клеток в организме — результат бесчисленного числа ее делений. Таким образом, можно сказать, что все клетки в организме родственны, развиваются одинаковым образом из одного источника.
4. Многоклеточные организмы — живые организмы, состоящие из множества клеток. Большая часть этих клеток дифференцирована, т.е. различаются по своему строению, выполняемым функциям и образуют различные ткани.
Многоклеточные организмы — это целостные системы специализированных клеток, регулируемыми межклеточными, нервными и гуморальными механизмами. Следует различать многоклеточность и колониальность. У колониальных организмов нет дифференцированных клеток, а следовательно, нет разделения тела на ткани. В многоклеточные организмы помимо клеток входят еще неклеточные элементы, например, межклеточное вещество соединительной ткани, костный матрикс, плазма крови.
В итоге можно сказать, что вся жизнедеятельность организмов от их рождения до смерти: наследственность, рост, обмен веществ, болезни, старение и т.п. — все это многообразные аспекты деятельности различных клеток организма.
Клеточная теория оказала огромное влияние на развитие не только биологии, но и естествознания в целом, так как она установила морфологическую основу единства всех живых организмов, дала общебиологическое объяснение жизненных явлений. По своему значению, клеточная теория не уступает таким выдающимся достижениям науки, как закон превращения энергии или эволюционная теория Ч. Дарвина. Итак, клетка — основа организации представителей царств растений, грибов и животных — возникла и развивалась в процессе биологической эволюции.
– элементарная структурно-функциональная единица всех живых организмов Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, водоросли, грибы), так и в составе тканей многоклеточных животных, растений и грибов.
История изучения клетки. Клеточная теория.
Жизнедеятельность организмов на клеточном уровне изучает наука цитология или биология клетки. Возникновение цитологии как науки тесно связано с созданием клеточной теории, самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений.
История изучения клетки неразрывно связана с развитием методов исследований, в первую очередь с развитием микроскопической техники. Впервые микроскоп применил для исследований растительных и животных тканей английский физик и ботаник Роберт Гук (1665 г.). Изучая срез пробки сердцевины бузины, он обнаружил отдельные полости – ячейки или клетки.
В 1674 г. знаменитый голландский исследователь Антони де Левенгук усовершенствовал микроскоп (увеличивал в 270 раз), обнаружил в капле воды одноклеточные организмы. В зубном налёте обнаружил бактерий, открыл и описал эритроциты, сперматозоиды, а из животных тканей описал строение сердечной мышцы.
- 1827 г. – наш соотечественник К. Бэр открыл яйцеклетку.
- 1831 г. – английский ботаник Роберт Броун описал ядро в клетках растений.
- 1838 г. – немецкий ботаник Матиас Шлейден выдвинул идею об идентичности растительных клеток с точки зрения их развития.
- 1839 г. – немецкий зоолог Теодор Шванн сделал окончательное обобщение, что клетки растений и животных имеют общее строение. В своей работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» он сформулировал клеточную теорию, согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых организмов.
- 1858 г. – немецкий патолог Рудольф Вирхов применил клеточную теорию в патологии и дополнил её важными положениями:
1) новая клетка может возникнуть только из предшествующей клетки;
2) болезни человека имеют в своей основе нарушение строения клеток.
Клеточная теория в современном виде включает три главных положения:
1) клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица всего живого – первоисточник жизни.
2) новые клетки образуются в результате деления предшествующих; клетка – элементарная единица развития живого.
3) структурно-функциональными единицами многоклеточных организмов являются клетки.
Клеточная теория оказала плодотворное влияние на все направления биологических исследований.