Часть II. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов [1975 —

История развития учения о клетке

Все живые организмы состоят из клеток – из одной (одноклеточные организмы) или многих (многоклеточные).

Предметом цитологии является клетка многоклеточных грибов, растений и животных, а также одноклеточные организмы (бактерии, одноклеточные грибы и водоросли, простейшие).

Цитология занимается изучением строения, химического состава и функций клеток, функций внутриклеточных структур, размножения и развития клеток, приспособление клеток к условиям внешней среды.

Современная цитология – комплексная наука. Она очень тесно связаны с другими биологическими науками: физиологией, ботаникой, зоологией, физиологией, эволюционным учением.

Существует общая и частная цитология.

Предметом исследования общей цитологии являются общие для большинства клеток элементы: их структура, функции, процессы метаболизма, реакция на повреждения и патологические изменения, приспособление к окружающим условиям.

В частной цитологии исследует особенности каждого типа клеток в зависимости от их специализации (многоклеточные организмы) или эволюционной адаптации к внешней среде (бактерии).

Чёткие грани между цитологией, биохимией, биологией развития, молекулярной биологией и молекулярной биофизикой стёрлись благодаря новым методам изучения компонентов клетки, развитию и усовершенствованию исследований цитохимии, особенно ферментов, использованию при изучении процессов синтеза макромолекул клетки радиоактивных изотопов, внедрению методов электронной цитохимии, применению для изучения локализации индивидуальных белков клетки с помощью люминесцентного анализа меченых флюорохромами антител, методам препаративного и аналитического цинтрифугирования.

Современная цитология из суто морфологической науки смогла развиться в экспериментальную дисциплину, изучающую основные принципы деятельности клетки и, соответственно, основы жизни организмов.

При диагностике заболеваний человека и животных существенное значение имеют именно цитологические исследования.

Благодаря разработке Б.Гердоном методов пересадки ядер в клетки, соматической гибридизации клеток Х. Харрисом, Дж.Барски и Б. Эфрусси стало возможным изучение закономерностей реактивации генов, определение локализации многих генов в хромосомах человека.

Стало также возможным приблизиться к решению ряда практических заданий медицины и народного хозяйства (создание новых сельскохозяйственных культур). Методом гибридизации клеток создано технологию получения стационарных антител гибридных клеток, вырабатывающих специфические антитела (моноклональные антитела).

  • Цитоморфологии, которая изучает особенности структурной организации клетки, основными методами исследования которой являются различные способы микроскопии, как фиксированной (светооптическая, электронная, поляризационная), так и живой клетки (темнопольний конденсор, фазово-контрастная и люминесцентная микроскопия);
  • Цитофизиологии, которая изучает жизнедеятельность клетки как единой живой системы, а также функционирование и взаимодействие её внутренних структур; для решения этих заданий используют различные экспериментальные приёмы вместе с методами культуры клеток и тканей, микрокиносъёмки;*
  • Цитохимии, которая исследует молекулярную организацию клетки и химические изменения во время процессов обмена веществ и функционирования клетк. Проводят цитохимические исследования светомикроскопическим и электронно-микроскопическим методами, методами ультрафиолетовой и интерференционной микроскопии, цитофотометрии, фракционного центрифугирования.
  • Цитогенетики, которая изучает функциональную и структурную и организацию хромосом эукариотов;
  • Цитоэкологии, которая исследует реакции клетки на влияние факторов окружающей среды и механизмы адаптации к ним;
  • Цитопатологии, которая изучает патологические процессы в клетке.*

Наряду с традиционными направлениями цитологии развиваются и новые, такие как цитопатология вирусов, ультраструктурная патология клеток, цитофармакология, онкологическая цитология и др.

Часть II. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов [1975 -

Цитология преподаётся как самостоятельный раздел в курсе гистологии и биологии в медицинских и других высших учебных заведениях.

Цитология относится к молодым биологическим наукам, её возраст – около 100 лет. А возраст термина «клетка» — более 300 лет.

История изучения клетки связана с именами таких учёных, как Роберт Гук (впервые применил микроскоп для исследования тканей и на срезе пробки и сердцевины бузины увидел ячейки, которые назвал клетками), Антони ван Левенгук (впервые увидел клетки при увеличении в 270 раз и открыл одноклеточные организмы), Матиас Шлейден и Теодор Шванн (они стали творцами клеточной теории).

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах учёных второй половины ХІХ столетия. Было открыто деление клетки и сформулировано положение о том, что каждая новая клетка образуется от такой же начальной клетки в результате её деления (Рудольф Вирхов, 1858).

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

После работ Роберта Гука микроскоп начали широко использовать для научных исследований в биологии.

Исторически развитие цитологии тесно связано с созданием микроскопа и его усовершенствованием, развитием гистологических методов исследования.

В ХVII ст. наблюдения Р. Гука подтвердились и были развиты М. Мальпиги, Н. Грю, А. Левенгуком.

В процессе научно-технической революции середины ХХ ст. цитология бурно развивалась и ряд её представлений были пересмотрены.

Электронная микроскопия дала возможность изучить строение и много в чём раскрыть функции уже известных ранеее органоидов клетки. Связаны эти открытия с именами К. Портера, Дж. Пелейда, Х. Риса, В. Бернхарда, К. де Дюва и других известных учёных.

В результате изучения ультраструктуры клетки весь живой органический мир был разделён на прокариот и эукариот. Исследования молекулярной биологии показали единство для всех организмов (включая вирусы) механизмов синтеза белка и генетического кода.

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.

цитология и культура клеток

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;

Часть II. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов [1975 -

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.

Часть II. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов [1975 -

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.

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.

Часть II. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов [1975 -

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. Грибы не способны к активному движению, зато они могут
расти неограниченно — это признаки, которые объединяют грибы с растениями.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский взгляд на еду
Adblock
detector