Ноосфера

История открытия и методы изучения клетки

Основная структурная и функциональная единица любого живого организма - клетка. Лишь вирусы , положение которых в системе живого не вполне ясно, лишены клеточной структуры. Клетка может существовать либо как отдельный (одноклеточный) организм (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы), либо в составе тела многоклеточных животных, растений и грибов. Но даже в составе самых крупных организмов каждая из его миллиардов клеток относительно независима и выполняет определенную функцию.

История изучения клетки неразрывно связана с развитием методов исследования, в первую очередь с развитием микроскопической техники. Первый простой микроскоп появился в конце XVI столетия. Он был построен в Голландии. Об устройстве этого увеличительного прибора известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке и имеющей два увеличительных стекла. Первый, кто понял и оценил огромное значение микроскопа, был английский физик и ботаник Роберт Гук . Он впервые применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей.

1665 г. англичанин Роберт Гук впервые описал строение некоторых растительных тканей, в частности пробки, состоящей из маленьких ячеек, ограниченных перегородками. Так была открыта клетка. Усилиями многих ученых, главным образом XIX и первой половины XX в., сложилась особая наука о клетке, получившая название цитологии. Изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Р. Гук заметил, что в состав их вводит множество очень мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячейки или клетки ( рис. 1 ). Термин "клетка" утвердился в биологии, хотя Р. Гук видел не собственно клетки, а оболочки растительных клеток. Все наблюдения и находки Р. Гук описал в сочинении "Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стекол" (1665). Оптический прибор приобрел значение ценного научного инструмента благодаря усовершенствованиям знаменитого голландского исследователя Антони ван Левенгука . Его микроскоп позволил увидеть живые клетки при увеличении в 270 раз. 1 мм = 103 мкм (микрометров) = 106 нм

1803 Французкий химик Л. Тенар (Thenard, 1803) вводит понятие "фермент".

1826 Открытие российским ученым К. Бэром в 1826 г. яйцеклеток млекопитающих привело к выводу, что клетка лежит в основе развития многоклеточных организмов

1838-1839 гг. немецкие биологи М. Шлейден и Т. Шванн обобщили знания о клетке и сформулировали основное положение клеточной теории, сущность которой заключается в том, что все организмы, как растительные, так и животные, состоят из клеток.

1859 Р. Вирхов описал процесс деления клетки и сформулировал одно из важнейших положений клеточной теории: "Всякая клетка происходит из другой клетки". Новые клетки образуются в результате деления материнской клетки, а не из неклеточного вещества, как это считалось ранее.

1869 Фридрих Мишер (первоисточник не найден) обнаружил в белых кровяных клетках (лейкоцитах) вещество, которое он назвал "нуклеином". Позже стало ясно, что "нуклеин" - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), - входит в состав хромосом и потому играет важную роль в явлениях наследственности.

1899 Р. Альтман (первоисточник не найден) ввел понятие "нуклеиновая кислота".

19?? Т. Г. Морган (первоисточник не найден) создал хромосомную теорию наследственности.

19?? Шонгеймер (первоисточник не найден) ввел в биохимию понятие "метаболического котла". В свое время оно позволило понять тесную связь между обменом углеводов, жиров и белков. Понятие "котла" базировалось на представлении о множестве идущих в нем сопряженных реакций.

1907 У. Бейтсон (первоисточник не найден), английский биолог, предложил термин "генетика".

1909 В. Иогансен (первоисточник не найден), датский биолог, ввел в научный обиход термины "ген", "генотип" и "фенотип".

1918-1927 Portier (1918) и Wallin (1927) сформулировали теории, согласно которым внутриклеточный симбиоз с бактериями есть всеобщая особенность растений и животных. Эти теории дали толчок развитию представлений о том, что эукариотические клетки (т.е. клетки с истинным ядром) развились из бактериальных предков путем ряда симбиозов. Этот подход объясняет происхождение клеточных органелл, обладающих особыми генетическими системами (полигеномность эукариотических клеток).

1920-ые г. Русским ученым Опариным (Oparin, 1924) было выдвинуто представление о "химической эволюции", приведшей к возникновению клетки. Т.е. вопреки постулату клеточной теории, впервые утверждалось, что на ранних этапах эволюции клетка произошла не от клетки, а из органических соединений.

1925 Гортер и Грендел (Gorter and Grendel, 1925) показали, что молекулы липидов в биологической мембране образуют бислой.

1938 Н. Рашевский (Rashevsky, 1938) впервые делает попытку математического описания клетки, является родоначальником биофизики клетки как раздела теоретической биологии.

1944 Эрвин Шрёдингер (Schrodinger, 1944) впервые обсуждает отношение квантовой и статистической механики к функционированию клеток и к проблеме передачи наследственных факторов.

1945 Хиншелвуд (Hinshelwood, 1946) дает первые описания кинетики химических процессов в клетке. Дальнейшее развитие этот подход получил в книге Ф. Джонсона, Г. Эйринга и М. Полиссара (Johnson et al., 1954). Авторы применяют теорию абсолютных скоростей реакций к таким биологическим реакциям как люминисценция, перенос веществ через мембраны, клеточной радражимости, мышечному сокращению и др.

1950 Ганс Кальмус (Kalmus, 1950) первым дал описание гена как сообщения.

1951 Карреман (Karreman, 1951) дал первое математическое описание клеточного возбуждения.

1952 А. Даунс (первоисточник не найден) сформулировал понятие генетического кода.

1953 Уотсон и Крик (Watson and Crick, 1953) открыли структуру ДНК.

196? Цитоскелет назван «цитоскелетом» (первоисточник не найден).

1972 Керр и др. (Kerr et al., 1972) описали явление программируемой клеточной смерти (programmed cell death). Программа смерти может запускаться на определенных этапах развития организма или сигналом извне. Апоптоз начинается с инициализации каскада биохимических и морфологических изменений, закачивающегося распадом клетки и утилизацией продуктов распада.

1908 Александром Максимов на съезде гематологического общества в Берлине ввел термин "стволовая клетка" был введен в биологию. Однако, родоначальником клеточной терапии общепринято считать русского врача-эмигранта С. Воронцова, который в 20-30-е годы в Париже пытался пересаживать фетальные ткани в случаях преждевременного старения.

1981 американскому ученому Мартину Эвансу впервые удалось выделить недифференцированные линии стволовых клеток из эмбриобласта (внутренней клеточной массы) мыши.

1998 году Д. Томпсон и Д. Герхарт изолировали бессмертную линию эмбриональных стволовых клеток,

1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".

Современная клеточная теория включает следующие положения:

клетка - единица строения и развития всех организмов;

клетки организмов разных царств живой природы сходны по строению, химическому составу, обмену веществ, основным проявлениям жизнедеятельности;

новые клетки образуются в результате деления материнской клетки;

в многоклеточном организме клетки образуют ткани;

из тканей состоят органы.

С введением в биологию современных биологических, физических и химических методов исследования стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки. Один из методов изучения клетки - микроскопирование. Современный световой микроскоп увеличивает объекты в 3000 раз и позволяет увидеть наиболее крупные органоиды клетки, наблюдать движение цитоплазмы, деление клетки.

Изобретенный в 40-е гг. XX в. электронный микроскоп дает увеличение в десятки и сотни тысяч раз. В электронном микроскопе вместо света используется поток электронов, а вместо линз - электромагнитные поля. Поэтому электронный микроскоп дает четкое изображение при значительно больших увеличениях. При помощи такого микроскопа удалось изучить строение органоидов клетки.

Строение и состав органоидов клетки изучают с помощью метода центрифугирования. Измельченные ткани с разрушенными клеточными оболочками помещают в пробирки и вращают в центрифуге с большой скоростью. Метод основан на том, что различные клеточные органоиды имеют разную массу и плотность. Более плотные органоиды осаждаются в пробирке при низких скоростях центрифугирования, менее плотные - при высоких. Эти слои изучают отдельно.

Широко используют метод культуры. клеток и тканей, который состоит в том, что из одной или нескольких клеток на специальной питательной среде можно получить группу однотипных животных или растительных клеток и даже вырастить целое растение. С помощью этого метода можно получить ответ -на вопрос, как из одной клетки образуются разнообразные ткани и органы организма. Некоторые ткани удается разделить на отдельные клетки так, что клетки при этом остаются живыми и часто способны к размножению. Этот факт окончательно подтверждает представление о клетке как единице живого. Губку, примитивный многоклеточный организм, можно разделить на клетки путем протирания сквозь сито. Через некоторое время эти клетки вновь соединяются и образуют губку. Эмбриональные ткани животных можно заставить диссоциировать с помощью ферментов или другими способами, ослабляющими связи между клетками.

Американский эмбриолог Р.Гаррисон (1879-1959) первым показал, что эмбриональные и даже некоторые зрелые клетки могут расти и размножаться вне тела в подходящей среде. Эта техника, называемая культивированием клеток, была доведена до совершенства французским биологом А.Каррелем (1873-1959). Растительные клетки тоже можно выращивать в культуре, однако по сравнению с животными клетками они образуют большие скопления и прочнее прикрепляются друг к другу, поэтому в процессе роста культуры образуются ткани, а не отдельные клетки. В клеточной культуре из отдельной клетки можно вырастить целое взрослое растение, например морковь.

Метод меченых атомов используется при изучении биохимических процессов. В вещество вводят радиоактивную метку, которая сигнализирует радиоактивным излучением особености метаболизма, то его внутриклеточную локализацию.

На інші сторінки 10 класу