Клеточная теория. Основы цитологии. Общая биология

Цитология как наука

В конце 19 в. главное внимание цитологов было направлено на подробное изучение строения клеток, процесса их деления и выяснение их роли как важнейших единиц, обеспечивающих физическую основу наследственности и процесса развития.

Развитие новых методов. Вначале при изучении деталей строения клеток приходилось полагаться главным образом на визуальное исследование мертвого, а не живого материала.

Необходимы были методы, которые позволяли бы сохранять протоплазму, не повреждая ее, изготавливать достаточно тонкие срезы ткани, проходящие и через клеточные компоненты, а также окрашивать срезы, чтобы выявлять детали клеточного строения.

Такие методы создавались и совершенствовались в течение всей второй половины 19 в. Совершенствовался и сам микроскоп. К числу важных достижений в его устройстве следует отнести: осветитель, расположенный под столиком, для фокусировки пучка света;

апохроматический объектив для корректировки недостатков окрашивания, искажающих изображение; иммерсионный объектив, дающий более четкое изображение и увеличение в 1000 раз и более.

Было также обнаружено, что основные красители, например гематоксилин, обладают сродством к содержимому ядра, а кислотные красители, например эозин, окрашивают цитоплазму;

это наблюдение послужило основой для создания разнообразных методов контрастного или дифференциального окрашивания. Благодаря этим методам и усовершенствованным микроскопам постепенно накапливались важнейшие сведения о строении клетки, ее специализированных «органах» и различных неживых включениях, которые клетка либо сама синтезирует, либо поглощает извне и накапливает.

Закон генетической непрерывности. Фундаментальное значение для дальнейшего развития клеточной теории имела концепция генетической непрерывности клеток.

В свое время Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода кристаллизации из клеточной жидкости, а Шванн в этом ошибочном направлении пошел еще дальше: по его мнению, клетки возникали из некой «бластемной» жидкости, находящейся вне клеток.

Сначала ботаники, а затем и зоологи (после того как разъяснились противоречия в данных, полученных при изучении некоторых патологических процессов) признали, что клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. В 1858 Р.

Вирхов сформулировал закон генетической непрерывности в афоризме «Omnis cellula e cellula» («Каждая клетка из клетки»). Когда была установлена роль ядра в клеточном делении, В.

Флемминг (1882) перефразировал этот афоризм, провозгласив: «Omnis nucleus e nucleo» («Каждое ядро из ядра»). Одним из первых важных открытий в изучении ядра было обнаружение в нем интенсивно окрашивающихся нитей, названных хроматином.

Последующие исследования показали, что при делении клетки эти нити собираются в дискретные тельца — хромосомы, что число хромосом постоянно для каждого вида, а в процессе клеточного деления, или митоза, каждая хромосома расщепляется на две, так что каждая клетка получает типичное для данного вида число хромосом.

Следовательно, афоризм Вирхова можно распространить и на хромосомы (носители наследственных признаков), поскольку каждая из них происходит от предсуществующей.

В 1865 было установлено, что мужская половая клетка (сперматозоид, или спермий) представляет собой полноценную, хотя и высокоспециализированную клетку, а спустя 10 лет О.

Гертвиг проследил путь сперматозоида в процессе оплодотворения яйцеклетки. И наконец, в 1884 Э. ван Бенеден показал, что в процессе образования как сперматозоида, так и яйцеклетки происходит модифицированное клеточное деление (мейоз), в результате которого они получают по одному набору хромосом вместо двух.

Таким образом, каждый зрелый сперматозоид и каждая зрелая яйцеклетка содержат лишь половинное число хромосом по сравнению с остальными клетками данного организма, и при оплодотворении происходит просто восстановление нормального числа хромосом.

В итоге оплодотворенная яйцеклетка содержит по одному набору хромосом от каждого из родителей, что является основой для наследования признаков и по отцовской, и по материнской линии.

Представление о том, что хромосомы сохраняют свою идентичность и поддерживают генетическую непрерывность от одного поколения клеток к другому, окончательно сформировалось в 1885 (Рабль).

Вскоре было установлено, что хромосомы качественно отличаются друг от друга по своему влиянию на развитие (Т. Бовери, 1888). Начали появляться также экспериментальные данные в пользу высказанной ранее гипотезы В.

Таким образом, еще до конца 19 в. было сделано два важных заключения. Одно состояло в том, что наследственность есть результат генетической непрерывности клеток, обеспечиваемой клеточным делением.

Другое — что существует механизм передачи наследственных признаков, который находится в ядре, а точнее — в хромосомах. Было установлено, что благодаря строгому продольному расщеплению хромосом дочерние клетки получают совершенно такую же (как качественно, так и количественно) генетическую конституцию, как исходная клетка, от которой они произошли.

Законы наследственности. Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900-1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы наследственности, сформулированные Г.

Менделем в 1865, но не привлекшие к себе внимания и надолго преданные забвению. Цитологи, хотя и продолжали заниматься изучением физиологии клетки и такими ее органеллами, как центросома, митохондрии и аппарат Гольджи, основное внимание сосредоточили на строении хромосом и их поведении.

Проводившиеся в это же время эксперименты по скрещиванию быстро увеличивали объем знаний о способах наследования, что привело к становлению современной генетики как науки. В результате возник «гибридный» раздел генетики — цитогенетика.

В конце 19 в. главное внимание
цитологов было направлено на подробное изучение строения клеток, процесса их
деления и выяснение их роли как важнейших единиц, обеспечивающих физическую
основу наследственности и процесса развития.

Развитие
новых методов. Вначале при изучении деталей строения клеток приходилось
полагаться главным образом на визуальное исследование мертвого, а не живого
материала.

Необходимы были методы, которые позволяли бы сохранять протоплазму,
не повреждая ее, изготавливать достаточно тонкие срезы ткани, проходящие и
через клеточные компоненты, а также окрашивать срезы, чтобы выявлять детали
клеточного строения.

Такие методы создавались и совершенствовались в течение
всей второй половины 19 в. Совершенствовался и сам микроскоп. К числу важных
достижений в его устройстве следует отнести: осветитель, расположенный под
столиком, для фокусировки пучка света;

апохроматический объектив для
корректировки недостатков окрашивания, искажающих изображение; иммерсионный
объектив, дающий более четкое изображение и увеличение в 1000 раз и более.

Было также обнаружено, что
основные красители, например гематоксилин, обладают сродством к содержимому
ядра, а кислотные красители, например эозин, окрашивают цитоплазму;

это
наблюдение послужило основой для создания разнообразных методов контрастного
или дифференциального окрашивания. Благодаря этим методам и усовершенствованным
микроскопам постепенно накапливались важнейшие сведения о строении клетки, ее
специализированных «органах» и различных неживых включениях, которые
клетка либо сама синтезирует, либо поглощает извне и накапливает.

Закон
генетической непрерывности. Фундаментальное значение для дальнейшего
развития клеточной теории имела концепция генетической непрерывности клеток.

В
свое время Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода
кристаллизации из клеточной жидкости, а Шванн в этом ошибочном направлении
пошел еще дальше: по его мнению, клетки возникали из некой «бластемной»
жидкости, находящейся вне клеток.

Сначала ботаники, а затем и
зоологи (после того как разъяснились противоречия в данных, полученных при
изучении некоторых патологических процессов) признали, что клетки возникают
только в результате деления уже существующих клеток. В 1858 Р.

Вирхов
сформулировал закон генетической непрерывности в афоризме «Omnis cellula e
cellula» («Каждая клетка из клетки»). Когда была установлена
роль ядра в клеточном делении, В.

Флемминг (1882) перефразировал этот афоризм,
провозгласив: «Omnis nucleus e nucleo» («Каждое ядро из ядра»).
Одним из первых важных открытий в изучении ядра было обнаружение в нем
интенсивно окрашивающихся нитей, названных хроматином.

Последующие исследования
показали, что при делении клетки эти нити собираются в дискретные тельца —
хромосомы, что число хромосом постоянно для каждого вида, а в процессе
клеточного деления, или митоза, каждая хромосома расщепляется на две, так что
каждая клетка получает типичное для данного вида число хромосом.

Следовательно,
афоризм Вирхова можно распространить и на хромосомы (носители наследственных
признаков), поскольку каждая из них происходит от предсуществующей.

Представление о том, что
хромосомы сохраняют свою идентичность и поддерживают генетическую непрерывность
от одного поколения клеток к другому, окончательно сформировалось в 1885 (Рабль).

Вскоре было установлено, что хромосомы качественно отличаются друг от друга по
своему влиянию на развитие (Т. Бовери, 1888). Начали появляться также
экспериментальные данные в пользу высказанной ранее гипотезы В.

Таким образом, еще до конца 19 в.
было сделано два важных заключения. Одно состояло в том, что наследственность
есть результат генетической непрерывности клеток, обеспечиваемой клеточным
делением.

Другое — что существует механизм передачи наследственных признаков,
который находится в ядре, а точнее — в хромосомах. Было установлено, что
благодаря строгому продольному расщеплению хромосом дочерние клетки получают
совершенно такую же (как качественно, так и количественно) генетическую
конституцию, как исходная клетка, от которой они произошли.

Клеточная теория

В середине XIX столетия на
основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную
теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка
представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки
животных и растений сходны по своему строению.

Эти положения явились
важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов,
единства всего органического мира. Т. Шванн внес в науку правильное
понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы
живого: вне клетки нет жизни.

Клеточная теория — одно из
выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для
материалистического подхода к пониманию жизни, к раскрытию эволюционных
связей между организмами.

Клеточную теорию высоко оценил Ф. Энгельс, сравнив
ее появление с открытием закона сохранения энергии и учением Ч. Дарвина об
эволюции органического мира.

Клеточная теория получила
дальнейшее развитие в трудах ученых второй половины прошлого столетия. Было
открыто деление клеток и сформулировано положение о том, что каждая новая
клетка происходит от такой же исходной клетки путем ее деления (Рудольф
Вихров, 1858).

Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку
млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое
развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота. Открытие К.

Изучение химической
организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в
основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у
них однотипно протекают основные процессы обмена веществ.

Клеточная теория сохранила
свое значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и
дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом
составе, размножении и развитии клеток разнообразных организмов.

Современная клеточная
теория включает следующие положени:

  • клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов,
    наименьшая единица живого;
  • клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны)
    по своему строению, химическому составу, основным проявлениям
    жизнедеятельности и обмену веществ;
  • размножение клеток происходит путем их деления, и 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.

Исследования клетки имеют
большое значение для разгадки заболеваний. Именно в клетках начинают
развиваться патологические изменения, приводящие к возникновению
заболеваний.

Чтобы понять роль клеток в развитии заболеваний, приведем
несколько примеров. Одно из серьезных заболеваний человека — сахарный
диабет. Причина этого заболевания — недостаточная деятельность группы клеток
поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин, который участвует в
регуляции сахарного обмена организма.

Злокачественные изменения, приводящие
к развитию раковых опухолей, возникают также на уровне клеток. Возбудители
кокцидиоза — опасного заболевания кроликов, кур, гусей и уток —
паразитические простейшие — кокцидии проникают в клетки кишечного эпителия и
печени, растут и размножаются в них, полностью нарушают обмен веществ, а
затем разрушают эти клетки.

У больных кокцидиозом животных сильно нарушается
деятельность пищеварительной системы и при отсутствии лечения животные
погибают. Вот почему изучение строения, химического состава, обмена веществ
и всех проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии,
но также в медицине и ветеринарии.

Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов
с помощью светооптического и электронного микроскопов показало, что по
своему строению они разделяются на две группы.

Одну группу составляют
бактерии и сине-зеленые водоросли — рисунок 48. Эти организмы имеют
наиболее простое строение клеток. Их называют доядерными (прокариотическими),
так как у них нет оформленного ядра (греч.

«карион» — ядро) и нет многих
структур, которые называют органоидами. Другую
группу составляют все остальные организмы: от одноклеточных зеленых
водорослей и простейших до высших цветковых растений, млекопитающих, в
том числе и человека.

Они имеют сложно устроенные клетки, которые
называют ядерными (эукариотическими). Эти
клетки имеют ядро и органоиды, выполняющие специфические функции
(рисунок 48).

Различные формы клеток одноклеточных и многоклеточных организмов
Рисисунок 48. Различные формы
клеток одноклеточных и многоклеточных организмов.

Особую, неклеточную форму
жизни составляют вирусы, изучением которых занимается вирусология. 

Достижения современной цитологии

Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, появившиеся после 1940-х годов, позволили достичь огромных успехов в изучении строения клетки.

В разработке единой концепции физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы, основанные на фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют практическое значение.

Цитологические методы используются, в частности, в селекции растений для определения хромосомного состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов.

Аналогичный цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы хромосом.

Большинство живых организмов состоят из клеток, обладающих всеми свойствами живых организмов: обменом веществ и энергии, ростом, размножением и передачей по наследству своих признаков.

В многоклеточном организме клетка является структурной, функциональной и генетической единицей организма. Клетки открыты в 1665 г. английским физиком Робертом Гуком. В 1677 г.

голландский ученый А. Левенгук с помощью созданного им микроскопа обнаружил одноклеточные организмы, эритроциты, сперматозоиды и провел много других интересных наблюдений.

Чешский ученый Я.Е. Пуркинье в 1830 г. обнаружил в клетках протоплазму. Р. Броун в 1833 г. открыл клеточное ядро. В 1839 г. немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден, обобщив данные о строении растительных и животных клеток, сформулировали основные положения клеточной теории.

Клетки организма человека разнообразны по величине (от нескольких нм до 150 нм) и по форме (шаровидные, веретенообразные, плоские, кубические призматические, цилиндрические, звездчатые и отростчатые).

Клетка состоит из ядра, цитоплазмы, клеточной мембраны и органоидов, выполняющих жизненно важные функции. Различают мембранные (митохондрии, эндоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс, лизосомы) и немембранные органоиды (рибосомы, полисомы, центриоли).

Клетки, обладающие сходным строением, функцией и объединенные единством происхождения, вместе с межклеточным веществом образуют ткань. Межклеточное вещество представляет сложную систему, состоящую из основного бесструктурного (аморфного) вещества, в котором располагаются волокна с различным функциональным назначением (коллагеновые, эластические, ретикулиновые).

Межклеточное вещество заполняет промежутки между клетками. Связь клеточных элементов с межклеточным веществом различно: одни клетки находятся с ним в очень тесной связи, другие клетки никакой морфологической связи с ним не имеют.

Каждая ткань развивается из определенных эмбриональных зачатков, что обусловливает особенности ее структуры и функции. Различают четыре типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную.

общий план строения клетки: наличие топлазмы, ядра, органоидов;

принципиальное сходство процессов в клетке;

кодирование наследственной информиновых кислот;

единство химического состава клеток;

сходные процессы деления клеток. Различия в строении клеток растений эволюции. Сравним строение и жизнь растений и животных.

Главное отличие между клетками этих двух царств заключается в способе их питания. Клетки растений, содержащие хлоропласты, являются автотрофами, т.е. сами синтезируют необходимые для жизнедеятельности органические вещества за счет энергии света в процессе фотосинтеза.

Клетки животных — гетеротрофы, т.е. источником углерода для синтеза собственных органических веществ для них являются органические вещества, поступающие с пищей.

Эти же пищевые вещества, например углеводы, служат для животных источником энергии. Есть и исключения, такие как зеленые жгутиконосцы, которые на свету способны к фотосинтезу, а в темноте питаются готовыми органическими веществами.

Так как растительная клетка имеет клеточную стенку, защищающую ее содержимое и обеспечивающую постоянную ее форму, то при делении между дочерними клетками образуется перегородка, а животная клетка, не имеющая такой стенки, делится с образованием перетяжки.

Особенности клеток грибов. Еще совсем недавно грибы относили к растениям, однако сейчас эта весьма своеобразная и большая по числу видов группа живых существ выделена в отдельное царство.

Грибы, так же как и животные, — гетеротрофы, питаются готовыми органическими соединениями. Они могут быть сапротрофами, т.е. питаться органикой мертвых существ, паразитами, т.е.

питаться живой органикой, или симбионтами высших растений, находясь с ними во взаимовыгодной связи. Пластид и хлорофилла клетки грибов не содержат. Среди грибов существуют и «хищники», образующие в почве клейкие петли, в которых запутываются мелкие круглые черви.

После этого клетки грибницы проникают в пойманного червя, разрастаются в нем и высасывают его содержимое. У клеток грибов, как и у растений, есть клеточная стенка поверх плазматической мембраны.

Часто в состав клеточной стенки у грибов входит хитин — вещество, образующее наружные покровы у членистоногих. Запасным питательным веществом в клетках грибов является углевод гликоген, как у животных, а не крахмал, как у растений.

Тело гриба образовано нитевидными структурами в один ряд клеток — гифами. У некоторых грибов перегородки между клетками утрачиваются, и возникает грибница, состоящая из одной гигантской многоядерной клетки.

Новые методы, особенно
электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного
центрифугирования, появившиеся после 1940-х годов, позволили достичь огромных
успехов в изучении строения клетки.

В разработке единой концепции
физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими
биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы, основанные на
фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют
практическое значение.

Цитологические методы
используются, в частности, в селекции растений для определения хромосомного
состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в
планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов.

Аналогичный
цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить
некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы
хромосом.

Большинство живых организмов
состоят из клеток, обладающих всеми свойствами живых организмов: обменом
веществ и энергии, ростом, размножением и передачей по наследству своих
признаков.

В многоклеточном организме клетка является структурной,
функциональной и генетической единицей организма. Клетки открыты в 1665 г. английским
физиком Робертом Гуком. В 1677 г.

голландский ученый А. Левенгук с помощью
созданного им микроскопа обнаружил одноклеточные организмы, эритроциты,
сперматозоиды и провел много других интересных наблюдений.

Чешский ученый Я.Е. Пуркинье
в 1830 г. обнаружил в клетках протоплазму. Р. Броун в 1833 г. открыл клеточное
ядро. В 1839 г. немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден, обобщив данные
о строении растительных и животных клеток, сформулировали основные положения
клеточной теории.

Клетки организма человека
разнообразны по величине (от нескольких нм до 150 нм) и по форме (шаровидные,
веретенообразные, плоские, кубические призматические, цилиндрические,
звездчатые и отростчатые).

Клетка состоит из ядра,
цитоплазмы, клеточной мембраны и органоидов, выполняющих жизненно важные
функции. Различают мембранные (митохондрии, эндоплазматическая сеть,
пластинчатый комплекс, лизосомы) и немембранные органоиды (рибосомы, полисомы,
центриоли).

Клетки, обладающие сходным
строением, функцией и объединенные единством происхождения, вместе с
межклеточным веществом образуют ткань. Межклеточное вещество представляет
сложную систему, состоящую из основного бесструктурного (аморфного) вещества, в
котором располагаются волокна с различным функциональным назначением (коллагеновые,
эластические, ретикулиновые).

Межклеточное вещество заполняет промежутки между
клетками. Связь клеточных элементов с межклеточным веществом различно: одни
клетки находятся с ним в очень тесной связи, другие клетки никакой
морфологической связи с ним не имеют.

Каждая ткань развивается из определенных
эмбриональных зачатков, что обусловливает особенности ее структуры и функции. Различают
четыре типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную.

Основы цитологии

  1. Клеточная теория
  2. Строение и функции
    оболочки клетки
  3. Цитоплазма и ее органоиды:
    эндоплазматическая сеть, митохондрии и пластиды
  4. Аппарат Гольджи, лизосомы и другие
    органоиды цитоплазмы. Клеточные включения
  5. Клеточное ядро
  6. Прокариотические клетки
  7. Неклеточные формы жизни — вирусы
  8. Химический состав клетки. Неорганические вещества
  9. Органические вещества клетки. Белки, их строение
  10. Свойства и функции белков
  11. Углеводы. Липиды
  12. Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК
  13. Обмен веществ клетки. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
  14. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ
  15. Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
  16. Синтез полипептидной цепи на рибосоме
  17. Особенности пластического и энергетического обменов растительной
    клетки
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский взгляд на еду
Adblock
detector