Термин «связь» означает, что первичные характеристики схожи, а вторичные характеристики различны. Например, руки человека, крыло птицы или передняя нога лошади гомологичны не только по своему строению, но и по происхождению. Точно так же мы можем сказать, что различные клетки растительных или животных организмов похожи, гомологичны.
История изучения клетки. Клеточная теория
Какой научный инструмент был использован для открытия клетки?
Какие еще методы изучения клетки вам известны?
Открытие и изучение клетки. Только в 17 веке люди узнали о клетке. Немного раньше, в 1590 году, голландский стеклодув Захариас Янсен изобрел первый примитивный микроскоп, соединив две линзы вместе. Это изобретение впоследствии позволило ученым раскрыть секрет клеточной структуры всех живых организмов.
Английский физик и ботаник Роберт Гук первым оценил ценность увеличительного прибора и использовал его для изучения частей тканей растений и животных. В 1665 году, исследуя кусок пробки, он обнаружил структуры, напоминающие соты, и назвал их ячейками или ресничками (рис. 6). С тех пор этот термин утвердился в биологии. Следует отметить, однако, что Р. Гук предполагал, что клетки пусты и что живая материя состоит из клеточных стенок.
В то же время, во второй половине XVII века, известный голландский исследователь Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскоп и смог наблюдать живые клетки с увеличением более чем в 200 раз. Именно он впервые описал бактерии в 1683 году.
Еще до открытия клетки в середине XVII века известный английский врач Уильям Гарвей предположил, что все живые организмы развиваются из яйца. Эта гипотеза была убедительно доказана русским ученым Карлом Максимовичем Бэром, который открыл яйцо млекопитающего в 1827 году. Это открытие привело его к выводу, что каждый организм развивается из одной клетки.
Рисунок 6. Микроскоп Роберта Гука и его рисунок микроскопической структуры тонкого пробкового диска.
Между 1831 и 1833 гг. Роберт Браун обнаружил в растительных клетках сферическую структуру, которую он назвал ядром.
Он создал теорию клеток. Работы ботаника Матиаса Шлейдена и зоолога Теодора Шванна внесли решающий вклад в понимание роли клетки в живых организмах. Теодор Шванн проанализировал все существующие знания о клеточном строении живых организмов и сформулировал первую версию клеточной теории. Он считал, что все организмы, как растения, так и животные, состоят из простейших частей — клеток. В некотором смысле, каждая клетка является собственным
Клеточная теория оказала огромное влияние на развитие биологии и формирование современного научного мировоззрения. По мнению Ф. Энгельса, клеточная теория, закон превращения энергии и дарвиновская теория эволюции — это три величайших открытия естественных наук в XIX веке. Цитология (от греческого cytos — сосуд, клетка), наука, изучающая строение и функции клетки, возникла в середине 19 века на основе клеточной теории.
В конце 19 века, благодаря усовершенствованию микроскопических методов, были открыты важнейшие структурные компоненты клетки и изучен процесс ее деления. Немецкий естествоиспытатель Август Вейцман окончательно установил, что хранение и передача наследственных признаков в клетке происходит в клеточном ядре. Электронный микроскоп, изобретенный в 1930-х годах, позволил изучить структуру клетки. Было обнаружено поразительное сходство в тонкой структуре клеток различных организмов.
Коллективные клетки и одиночные клетки Существует по крайней мере две основные причины тесного сотрудничества между клетками многоклеточного организма. Во-первых, каждая отдельная клетка обладает высокой квалификацией и эффективна сама по себе.
Читайте также
Как лимфоциты распознают чужеродные вещества. Клеточная форма иммунного ответа. — А как сенсибилизированные лимфоциты распознают чужеродные антигены? Есть ли у них также специальные активные центры? Вы имеете в виду второй тип иммунного ответа? — Да, тот факт, что
КЛЕТОЧНАЯ СТРУКТУРА ОРГАНОВ КЛЕТОЧНАЯ СТРУКТУРА ОРГАНОВ 1. Выберите наиболее подходящий ответ.Клетка — это:A. Самая маленькая частица из всех живых существВ. Самая маленькая частица живого растенияВ. Самая маленькая часть растенияD. Искусственно созданная единица для
КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ
Насколько полезен компьютер для изучения генома человека? Без вычислительной биоинформатики (геномной информатики или, в дальнейшем, биоинформатики) развитие исследований генома в целом было бы практически невозможным. Трудно представить, как такое может быть.
Клеточная теория — это фундаментальная теория биологии, которая была сформулирована в середине 19 века и стала основой для понимания закономерностей живого мира и развития теории эволюции. Матиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию на основе многочисленных исследований клетки (1838). Позднее (1858) Рудольф Вирхов добавил к нему самое важное утверждение (каждая клетка происходит от другой клетки).
Содержание
- 1 Общие сведения
- 2 Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна
- 3 Основные положения современной клеточной теории
- 4 Дополнительные положения клеточной теории
- 5 История
- 5.1 XVII век
- 5.2 XVIII век
- 5.3 XIX век
- 5.3.1 Школа Пуркинье
- 5.3.2 Школа Мюллера и работа Шванна
Шлейден и Шванн обобщили существующие знания о клетке и доказали, что клетка является основной единицей каждого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожую структуру. Позже эти выводы легли в основу доказательства единства o
Знание структуры и функции фибробластов имеет фундаментальное значение для биологических наук. В частности, эта область охватывает вопросы структуры, функции, физиологии, жизненного цикла, нарушений и смерти клеток.
Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна
- Все животные и растения состоят из клеток.
- Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.
- Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.
- Клетка — элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.
- Клетка — единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц — органоидов.
- Клетки всех организмов гомологичны.
- Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.
- Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.
- Клетки многоклеточных организмов тотипотентны.
Дополнительные положения клеточной теории
Фибробласты отличаются по сложности своей структуры, но обладают всеми химическими и физическими компонентами, необходимыми для роста и деления, а значит, и для жизни. Клетки различных организмов значительно отличаются как морфологически, так и биохимически.
- Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу (см. ниже).
- В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов — к митохондриям, хлоропластам, генам и хромосомам.
- Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).
- Клетки многоклеточных тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — к дифференцировке.
Дальнейшее развитие знаний
Это может быть одноклеточный организм — единая часть, выполняющая все жизненно важные функции, — или отдельный элемент (отдельные клетки приспособлены для выполнения определенных действий). Клеточная структура не содержит вирусов — органические молекулы белков и нуклеиновых кислот не проявляют признаков жизни вне клеток-хозяев и не классифицируются как живые организмы в соответствии с современным систематическим взглядом.
Совершенствование методов и распространение результатов исследований позволили ученым расширить свои знания о структуре и функции клеток:
Все клетки взаимосвязаны и работают вместе для выполнения сложных задач. Открытие Шванна и Шлейдена способствовало расширению этих знаний. Современная научная теория использует передовые постулаты основной догмы биологии.
Все живые организмы состоят из клеток. Существует клеточный порядок строения, функционирования и формирования организмов. Существуют неклеточные формы жизни — микробы, но они проявляют свои свойства только в фибробластах живых организмов.
Основные положения клеточной теории:
Эти положения объясняют особенности происхождения организмов, согласованность всех органических организмов. Благодаря преподаванию автора стало ясно, что клетка сама по себе является важным компонентом организмов.
- определить взаимосвязь строения и функционирования некоторых органелл и фибробластов в целом;
- понять, что любая клетка демонстрирует все качества, присущие организмам (растёт, размножается, обменивается веществами и энергией, является несколько подвижной, может адаптироваться к изменению и т. д. );
- выяснить, что у органелл нет возможности показать эти качества отдельно;
- выявить, что животные, грибы и растения имеют одинаковую структуру и функции с органеллами.
Фибробласт — это чрезвычайно малая часть организма, аспект его делимости, наделенный жизнью и всеми необходимыми элементами организма. Будучи простой живой системой, она является основой для построения и формирования всех организмов. На клеточном уровне проявляются все свойства жизни.
Основные положения
Немецкие ученые внесли значительный вклад в развитие исследований и были основателями формулы фибробластов. Клеточная теория Шванна и Шлейдена быстро стала известна в научных кругах.
В частности, они определили роль клеточной теории в науке:
- структурно-функциональные единицы — элементы функционирования и формирования всех организмов, способные к самовоспроизводству и обновлению;
- все фибробласты одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своей структуре, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и метаболизма;
- размножение структурно-функциональных единиц происходит методом их разделения, любая новая клетка появляется в результате отделения исходной (материнской) частицы;
- в сложных многоклеточных организмах фибробласты конструируются в соответствии с их собственными функциями и образуют ткани, которые тесно связаны между собой и подчинены регуляции.
Однако Шванн и Шлейден ошибались и считали, что функциональные единицы формируются из «неклеточного вещества». Вирхов считал, что каждая клетка способна возникать из множества клеток. Это условие стало одним из важнейших компонентов клеточной доктрины.
Благодаря этим открытиям
Теория М. Шлейдена и Т. Шванна
Прокариотические и эукариотические клетки размножаются только путем деления исходной клетки, которому предшествует размножение ее генетического материала (репликация ДНК).
В эукариотических клетках митоз (или мейоз при образовании половых клеток) является единственным полным способом деления. Это создает специальное устройство для деления клетки — клеточное веретено, которое служит для равномерного и точного распределения ранее продублированных хромосом между двумя дочерними клетками. Этот тип деления наблюдается во всех эукариотических (растительных и животных) клетках.
- Всё живое состоит из небольших похожих частей, что растут и развиваются по общим законам.
- Артельным принципом формирования примитивных частей тела является образование клеток.
- Любая клетка представляет собой сложное биоустройство и считается отдельным организмом.
- В функциональных единицах происходят различные процессы: деление, увеличение объёмов, утолщение и дальнейшее развитие.
Прокариотические клетки, которые делятся так называемым бинарным способом, также используют специальный аппарат для деления клеток, как и митотический способ деления у эукариот.
Современная наука отвергает другие методы образования и размножения клеток. Появившиеся когда-то описания образования клеток из «неклеточной живой материи» были в лучшем случае результатом методологических недостатков или даже ошибок, а в худшем — результатом научной недобросовестности.
Клетка от клетки
Роль отдельной клетки в многоклеточном организме неоднократно обсуждалась и критиковалась и претерпела наибольшие изменения. Т. Шванн представлял себе многоуровневую деятельность организма как сумму жизнедеятельности отдельных клеток. Какой бы аспект деятельности всего организма мы ни рассматривали, будь то реакции на раздражители или движение, реакции иммунной системы, выделения и многое другое, каждый из этих процессов осуществляется специализированными клетками. Клетка — это функциональная единица многоклеточного организма.
Но клетки соединяются вместе, образуя функциональные системы, ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Поэтому искать главные органы или главные клетки в сложных организмах не имеет смысла. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ассоциации клеток, которые объединяются в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненные и взаимосвязанные межклеточными, гуморальными и нейронными формами регуляции. Именно поэтому мы говорим об организме как о едином целом. Специализация частей многоклеточного единого организма, компартментализация его функций дают большой потенциал для воспроизводства отдельных особей, для сохранения вида.
Следовательно, можно сказать, что клетка в многоклеточном организме является единством функции и развития. Более того, клетка является первичной основой для всех физиологических и патологических реакций всего организма. Фактически, все многочисленные свойства и функции организма осуществляются клетками. Когда в организм попадают чужеродные белки, например, белки бактерий, возникает иммунная реакция. В результате образуются белки, которые в свою очередь
Эти антитела являются продуктами синтетической деятельности определенных плазматических клеток. Однако для того, чтобы плазматические клетки начали вырабатывать специфические антитела, необходима работа и взаимодействие многих специализированных лимфоцитов и клеток-макрофагов. Другой пример, самый простой рефлекс, — слюноотделение в ответ на представление пищи. Здесь проявляется очень сложная цепь клеточных функций: Зрительные анализаторы (клетки) передают сигнал в кору головного мозга, где активируется ряд клеток, которые передают сигналы нейронам, которые в свою очередь посылают сигналы различным клеткам слюнной железы, где одни клетки вырабатывают белковый секрет, другие выделяют слизистый секрет, третьи, мышечные, сокращаются, выдавливая секрет в протоки и далее в рот. Такие цепочки последовательных функциональных действий отдельных групп клеток можно проследить во многих примерах функциональной деятельности организма.
Жизнь нового организма начинается с зиготы — клетки, которая образуется в результате слияния женской половой клетки (яйцеклетки) со сперматозоидом. Когда зигота делится, образуется потомство, которое также делится, размножается и приобретает новые характеристики, специализируется и дифференцируется. Рост организма, увеличение его массы, является результатом пролиферации клеток и производства их различных продуктов (например, костной или хрящевой ткани).
Клетка и многоклеточный организм
Наконец, повреждение клеток или изменение их свойств является основой для развития всех без исключения заболеваний. Впервые это утверждение было сделано Р. Вирховым (1858) в его знаменитой книге «Патология клетки». Классическим примером клеточной основы развития болезни является сахарный диабет, широко распространенное заболевание нашего времени. Он вызывается недостаточной функцией одной группы клеток, так называемых В-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе. Эти клетки вырабатывают гормон инсулин, который участвует в регулировании обмена сахара в организме. Все эти примеры показывают, насколько важно изучение структуры, свойств и функций клеток для различных биологических дисциплин и для медицины.
Основы клеточной теории, заложенные Теодором Шванном, можно кратко изложить следующим образом:
В 1858 году Рудольф Вирхов применил клеточную теорию к медицине и дополнил ее следующими важными положениями:
Для того чтобы привести клеточную теорию в большее соответствие с данными современной клеточной биологии, перечень ее положений часто дополняется и расширяется. Во многих источниках эти дополнительные оговорки варьируются и в целом довольно произвольны.
1665 — Английский физик Р. Гук в своей работе «Микрография» описывает структуру пробки.
Исследователи семнадцатого века, продемонстрировавшие «клеточную структуру» растений, не оценили важности открытия клеток. Они представляли клетки как промежутки в непрерывной массе растительной ткани. Грю считал клеточные стенки волокнами и поэтому ввел термин «ткань» по аналогии с ткаными полотнами. Исследования микроскопического строения органов животных были произвольными и не давали представления об их клеточном строении.
Содержание
- 1Положения клеточной теории Шлейдена — Шванна
- 2Основные положения современной клеточной теории
- 3Дополнительные положения клеточной теории
- 4История
- 4.1XVII век
- 4.2XVIII век
- 4.3Первая половина XIX века
- 4.3.1Школа Пуркинье
- 4.3.2Школа Мюллера и работа Шванна
Первые попытки сравнить микроструктуру растительных и животных клеток были предприняты в 18 веке. В своей работе «Теории прорастания» (1759) К. Ф. Вольф попытался сравнить развитие микроскопического строения растений и животных. По словам Вольфа, и у растений, и у животных эмбрион развивается из бесструктурного вещества, в котором движения создают каналы (сосуды) и промежутки (клетки). Данные, приведенные Вольфом, были им неверно истолкованы и дополнены выводами микроскопистов XVII в. Однако его теоретические идеи во многом предвосхитили идеи будущей клеточной теории.
- Клетка есть биологическая элементарная единица строения организма и может быть рассмотрена, как биологическая индивидуальность низшего порядка (отдельный организм, например, простейшие).
- Клеткообразование есть универсальный принцип размножения.
- Жизнь организма может и должна быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток.
В первой четверти девятнадцатого века мы смогли значительно углубить наше понимание структуры растительных клеток благодаря значительным улучшениям в конструкции микроскопов (особенно разработке ахроматических линз).
- Всякая клетка происходит из другой клетки.
- Всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм.
Основные положения современной клеточной теории
- Клетка — это элементарная, функциональная единица строения всего живого. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных (встроенных) в системы тканей и органов, связанных друг с другом (кроме вирусов, которые не имеют клеточного строения).
- Клетка — единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц — органелл.
- Клетки всех организмов гомологичны (сопоставимы).
- Клетка происходит только путём деления материнской клетки.
Фибробласты отличаются по сложности своей структуры, но обладают всеми химическими и физическими компонентами, необходимыми для роста и деления, а значит, и для жизни. Клетки различных организмов значительно отличаются как морфологически, так и биохимически.
- Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны (сопоставимы) друг другу.
- В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот ДНК1 («каждая молекула из молекулы»). Положение о генетической непрерывности («каждая клетка из клетки») 2 распространяется не только на клетку в целом, но и на некоторые из её более мелких компонентов — митохондрии, хлоропласты, гены и хромосомы.
- Клетки многоклеточных тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — к дифференцировке.
История
XVII век
Ф. Мейен в своей «Фитотомии» (1830) описывает растительные клетки, которые «либо одиночные, так что каждая клетка представляет собой отдельную особь, как у водорослей и грибов, либо, если они образуют более организованные растения, они объединены в более или менее большие массы». Мейен подчеркивает независимость метаболизма каждой клетки.
В 1831 году Роберт Браун описывает ядро и утверждает, что оно является неотъемлемой частью растительной клетки.
В 1801 году Виджиа ввел понятие животных тканей, но выделял ткани на основе анатомической анатомии и не использовал микроскоп. Развитие представлений о микроскопическом строении животных тканей связано в основном с исследованиями Пуркинье, который основал свою школу в Бреслау.
XVIII век
Пуркинье и его ученики (особенно Г. Валентин) впервые и в более общем виде показали микроскопическое строение тканей и органов млекопитающих (включая человека). Пуркинье и Валентин сравнивали отдельные клетки растений с частными микроскопическими тканевыми структурами животных, которые Пуркинье в основном называл «гранулами» (термин «клетка» использовался в его школе для определенных структур животных).
Первая половина XIX века
Школа Пуркинье
