В наше время ни для кого не секрет, что вся живая материя состоит из клеток, имеющих в свою очередь интересное и сложное строение. Но в прошлом открытие этого факта имело большое научное значение для развития биологии, и учение о клеточном строении органики вошло в историю под названием «клеточная теория».
История клеточной теории
Открытие клеточной теории берет свое начало в далеком 1655 году, когда английский ученый Р. Гук на основе своих многочисленных наблюдений за живой материей впервые предложил термин «клетка». Сделал он это в своем знаменитом научном труде «Микрография», который впоследствии вдохновил другого талантливого ученого из Голландии Левенгука на изобретение первого .
Появление микроскопа и практическое наблюдение через него подтвердило идеи Гука, и клеточная теория получила дальнейшее развитие. И вот уже в 1670-е годы итальянский врач Мальпиги и английский натуралист Дрю описывают различные формы клеток у растений. В то же время сам изобретатель микроскопа Левенгук наблюдает мир одноклеточных организмов – бактерий, инфузорий, амеб. Будучи человеком творческим Левенгук первым изображает их на своих рисунках.
Так выглядели его рисунки.
Тем не менее, ученые XVII века представляли клетки в качестве пустот в непрерывной массе растительных тканей, о внутреннем строении клетки еще ничего не было известно. Не было значительного прогресса в этом направлении и в следующем XVIII веке. Хотя в это время стоит отметить труды немецкого ученого Фридриха Вольфа, который пытался сравнивать развитие клеток у растений и животных.
Первые попытки проникнуть во внутренний мир клетки были предприняты уже в XIХ веке, чему способствовало появление улучшенных микроскопов, в том числе наличие у последних ахроматических линз. Так ученые Линк и Молднхоуэр обнаруживают в клетках наличие самостоятельных стенок, то, что позже станет известно как . А в 1830 году английский ботаник Роберт Броун впервые описывает ядро клетки, как важную ее составную часть.
Во второй половине XVII века учение о клеточной теории и строении клетки оказывается в центре внимания всех ученых-биологов, и даже выделяется в отдельную под науку – цитологию.
Основные положения клеточной теории Шванна и Шлейдена
Большой вклад в развитие клеточной теории на этом этапе был сделан немецкими учеными Т. Шванном и М. Шлейденом, которые в частности сформулировали основные постулаты клеточной теории, вот они:
- Все без исключения организмы состоят из маленьких одинаковых частей – клеток, которые растут и развиваются по одним и тем же законам.
- Общий принцип развития элементарных частей организма – клеткообразование.
- Каждая клетка представляет собой сложный биологический механизм и является своего рода отдельным индивидом. Совокупность же клеток образует ткани.
- В клетках происходят разные процессы, такие как возникновение новых клеток, увеличение клеток в размерах, утолщение их стенок и так далее.
Пожалуй, тут заключена основная суть клеточной теории.
Вклад Вирхова в развитие клеточной теории
Правда, Шванн и Шлейден ошибочно полагали, что клетки образуются из некого «неклеточного вещества». Эта идея впоследствии была опровергнута другим известным немецким биологом Р. Вирховым, который доказал, что «всякая клетка может происходить исключительно из другой клетки», подобно тому как растение может происходить только от другого растения, и животное только от другого животного. Это положение стало также одним из важных частей клеточной теории.
Современная клеточная теория
Идеи Шванна, Шлейдена, Вирхова и других создателей и авторов этой теории, хотя и были передовыми и революционными как для своего времени, тем не менее, сейчас им уже почти два века, и с тех пор развитие науки в этом направлении продвинулось еще дальше. О чем же нам говорят основные положения современной клеточной теории? Вот о чем:
И вполне возможно, что в будущем клеточная теория получит еще большее развитие, учеными биологами будут найдены новые не известные ранее складовые части клетки, будут открыты новые механизмы ее работы, ведь клетка хранит в себе еще немало тайн и загадок. А наиболее интересная загадка, которую хранит в себе клетка – это проблема ее старения (и впоследствии умирания), и если ученым удастся ее решить, хотя бы частично, как знать, насколько смогла бы увеличиться продолжительность человеческой жизни, но это уже тема для другой статьи.
Клеточная теория, видео
В завершение по традиции вашему вниманию образовательное видео по теме нашей статьи.
Основные положения клеточной теории являются основой для понимания законов происхождения и существования состоящих из элементарных структурных единиц. Это биологическое обобщение доказывает, что жизнь существует только в клетке, а также то, что каждая «живая ячейка» является целой системой, способной самостоятельно существовать.
Основные положения клеточной теории были сформулированы М. Шлейденом и Т. Шванном и дополнены Р. Вирховым. Прежде чем сделать умозаключения и сформулировать постулаты данной теории, специалисты проработали труды многих своих предшественников. Так, в 1665 г. впервые на пробке увидел образования, названные «клеткой». Затем было описано многих растений. Позже А. Левенгук описал одноклеточных. В ХІХ ст. улучшение конструкции микроскопа приводит к расширению понятий о строении организмов, вводится понятие о живых тканях. Т. Шванн проводит сравнительный анализ самой маленькой структурной единицы у представителей флоры и фауны, а у Шлейдена выходит книга «Материалы по фитогенезу».
Основные положения клеточной теории, разработанные Шлейденом и Шванном:
- Все представители флоры и фауны состоят из элементарных структурных единиц.
- Рост и развитие растительного и животного организма происходят за счет появления новых «живых ячеек».
Данная структура является наименьшей единицей живого, а организм - это их совокупность.
- Клетка представляет собой элементарную единицу живого.
- Наименьшие структурные единицы всего живого гомологичны составом, процессами жизнедеятельности и метаболизма.
- Размножаются материнской.
- Все элементарные единицы живого имеют одно начало, т.е. они тотипотентны.
- У наименьшие единицы живого объединены между собой согласно функциям, которые выполняют, при этом образуя более сложные структуры (ткань, орган и система органов).
- Каждая «живая ячейка» является открытой системой, которая способна самостоятельно регулировать процессы обновления, воспроизведения и поддерживать гомеостаз.
В последние годы (после множества научных открытий) данную теорию расширяют, дополняя новой информацией. Однако она не систематизирована окончательно, поэтому ее постулаты некоторыми трактуются довольно произвольно. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся дополнительные положения клеточной теории:
- Наименьшие структурные единицы доядерных и ядерных организмов не полностью своим составом и строением идентичны друг другу.
- Непрерывность передачи наследственной информации относится также и к некоторым органоидам (хлоропласты, митохондрии, хромосомы, гены) «живой ячейки».
- Элементарные единицы живого хоть и тотипотентны, однако, работа их генов различна. Именно это приводит к их дифференциации.
- Многоклеточные представляют собой сложную систему, функционирование которой осуществляется за счет химических факторов, гуморальной и нервной регуляции.
Таким образом, основные положения клеточной теории являются общепринятым биологическим обобщением, которое доказывает единство принципа строения, существования и развития всех живых существ, имеющих клеточное строение.
С появлением первых примитивных микроскопов в XVII в. удалось обнаружить, что тела организмов состоят из микроскопических ячеек. Впервые это увидел в 1665 г. английский учёный Роберт Гук (1635-1703), рассматривая под микроскопом срез пробки. Обнаруженные ячейки стали называть клетками. Чуть позднее, в 1680 г., голландский учёный Антонии ван Левенгук (1632-1723) обнаружил существование микроскопических одноклеточных организмов, хотя одноклеточными они были признаны только в 1848 г. . Наблюдения, накопленные в течение почти 2-х веков применения микроскопа, привели биологов к убеждению, что из клеток состоят все живые организмы. В 1838 г. немецким ботаником Якобом Шлейденом (1804-1881) и в 1839 г. немецким зоологом Теодором Шванном (1810-1882) были сформулированы соответствующие теории клеточного строения растений и животных. Окончательным утверждением общей клеточной теории можно считать 1858 г., когда немецкий биолог Рудольф Вирхов (1823-1902) сформулировал одно из основных положений, согласно которому все клетки происходят только путём деления существующих клеток. Шлейден и Шванн не могли объяснить происхождение клеток и предполагали, что они могут образовываться из неклеточного вещества.
Клетки являются настолько сложными и разнообразными системами, что до настоящего времени не удаётся дать им краткое, точное и общее определение. Одно из распространённых, но явно не исчерпывающих, современных определений клетки звучит так: Клетка – это ограниченная активной мембраной упорядоченная структура биополимеров, осуществляющая самоподдержание, саморегулирование и самовоспроизведение за счёт постоянного обмена с окружающей средой веществом и энергией. Клеточная мембрана (см.п.3.11) является границей живой клетки и называется плазмалеммой .
Основные постулаты клеточной теории.
Всё живое состоит из клеток. Клетка – элементарная единица жизни. Вне клеток жизнь не существует.
Клетки всех организмов гомологичны по строению, т.е. имеют общее происхождение и общие принципы строения. Основу клеток составляют белки, управляющие ходом всех процессов в клетке. Строение белков закодировано в молекулах ДНК. Основные жизненно важные процессы в клетках (размножение, синтез белка, получение и использование энергии) имеют общую биохимическую основу.
Размножение клеток осуществляется только путём деления существующих (постулат Р. Вирхова)
Многоклеточные организмы – это сложные комплексы клеток, дифференцированных в различные ткани и органы, согласованное функционирование которых осуществляется под управлением надклеточных гуморальной и нервной систем регуляции.
Все клетки многоклеточного организма тотипотентны . Это означает, что каждая клетка организма имеет полный набор информации о строении всего организма (закодированное в ДНК строение всех белков). Тотипотентность свидетельствует о наличии потенциальной (принципиальной) возможности вырастить точную копию организма из одной клетки. Такой процесс называется клонированием.
Клонирование достаточно легко реализуется у растений, которые могут быть выращены из клетки в пробирке с питательной средой и добавлением гормонов. Клонирование животных из-за очень сложных взаимоотношений эмбриона с материнским организмом пока не может быть осуществлено вне организма, поэтому является очень сложной, трудоёмкой и дорогостоящей процедурой с большой вероятностью нарушений в развитии организма.
Все известные клетки принято делить на прокариотов и эукариотов. Прокаритными являются более древние по происхождению и примитивно устроенные клетки. Основным их отличием является отсутствие ядра - специального мембранного органоида, в котором хранится ДНК у эукариотных клеток. Прокариотными клетками являются только бактерии, которые в большинстве случаев представлены одноклеточными и, реже, нитчатыми организмами из клеток, соединённых цепочку. К прокариотам относят также сине-зелёные водоросли, или цианобактерии. В большинстве случаев клетки бактерий по своим размерам не превышают нескольких микрометров, и не имеют сложных мембранных органоидов. Генетическая информация обычно сосредоточена в одной кольцевой молекуле ДНК, которая расположена в цитоплазме и имеет одну точку начала и окончания редупликации. Этой точкой ДНК закреплена на внутренней поверхности плазмалеммы , ограничивающей клетку. Цитоплазмой называют всё внутреннее содержимое клетки.
Все остальные клетки, от одноклеточных организмов до многоклеточных грибов, растений и животных, являются эукариотными (ядерными). ДНК этих клеток представлена различным количеством отдельных не кольцевых (имеющих два конца) молекул. Молекулы связаны с особыми белками – гистонами и образуют палочковидные структуры – хромосомы, хранящиеся в ядре в изолированном от цитоплазмы состоянии. Клетки эукариотных организмов более крупные и имеют в цитоплазме помимо ядра множество разнообразных мембранных органоидов сложного строения.
Основной отличительной чертой клеток растений является наличие особых органоидов – хлоропластов с зелёным пигментом хлорофиллом , за счёт которого осуществляется фотосинтез с использованием энергии света. Растительные клетки обычно имеют толстую и прочную клеточную стенку из многослойной целлюлозы, которая формируется клеткой за пределами плазмалеммы и является неактивной клеточной структурой. Такая стенка обусловливает постоянную форму клеток и невозможность их перемещения из одной части организма в другую. Характерной особенностью растительных клеток является наличие центральной вакуоли – очень крупной мембранной ёмкости, занимающей до 80-90 % объёма клетки и заполненной клеточным соком, находящимся под большим давлением. Запасным питательным веществом растительных клеток является полисахарид крахмал. Обычные размеры растительных клеток составляют от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров.
Клетки животных обычно мельче растительных, имеют размеры около 10-20 мкм, не имеют клеточной стенки, и многие из них могут менять свою форму. Изменчивость формы позволяет им перемещаться из одной части многоклеточного организма в другую. Особенно легко и быстро перемещаются в водной среде одноклеточные животные (простейшие). Клетки отделены от окружающей среды только клеточной мембраной, которая в особых случаях имеет дополнительные структурные элементы, особенно у простейших. Отсутствие клеточной стенки позволяет использовать, помимо всасывания молекул, и процесс фагоцитоза (захват крупных нерастворимых частиц) (см. п.3.11). Энергию животные клетки получают только в процессе дыхания, окисляя готовые органические соединения. Запасным питательным продуктом является полисахарид гликоген.
Клетки грибов имеют общие свойства как с растениями, так и с животными. С растениями их сближает относительная неподвижность и наличие жёсткой клеточной стенки. Поглощение веществ осуществляется так же, как и у растений, только всасыванием отдельных молекул. Общими чертами с животными клетками является гетеротрофный способ питания готовыми органическими веществами, гликоген в качестве запасного питательного вещества, использование хитина, который входит в состав клеточных стенок.
Неклеточными формами жизни являются вирусы . В простейшем случае вирус представляет собой одну молекулу ДНК, заключённую в оболочку из белка, строение которого закодировано в этой ДНК. Такое примитивное устройство не позволяет считать вирусы самостоятельными организмами, поскольку они не в состоянии самостоятельно двигаться, питаться и размножаться. Все эти функции вирус может осуществлять только попав в клетку. Оказавшись в клетке, вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки, многократно размножается клеточной системой редупликации с последующим синтезом вирусного белка. Через несколько часов клетка заполняется тысячами готовых вирусов и погибает в результате быстрого истощения. Освободившиеся вирусы получают возможность инфицировать новые клетки.
Контрольная работа по теме: «
1.Основные постулаты «клеточной теории» сформулировали в 1838-1839гг.:
1. А. Левенгук, Р. Броун
2. Т. Шванн, М. Шлейден
3. Р. Броун, М. Шлейден
4.Т. Шванн, Р. Вирхов.
2.Фотосинтез происходит:
1. в хлоропластах 2. в вакуолях
3. в лейкопластах 4. в цитоплазме
3.Белки, жиры и углеводы накапливаются про запас:
1. в рибосомах 2. в комплексе Гольджи
3. в митохондриях 4.в цитоплазме
4. Какую долю (%) в клетке в среднем составляют макроэлементы
1. 80% 2. 20 % 3. 40% 4. 98%
5. Клетки не синтезирующие органические вещества, а использующие готовые
1. автотрофы 2. гетеротрофы
3. прокариоты 4. эукариоты
6.Одна из функций клеточного центра
1. Образование веретена деления
2. Формирование ядерной оболочки
3. Управление биосинтезом белка
4. Перемещение веществ в клетке
7.В лизосомах происходит
1. Синтез белков
2. Фотосинтез
3. Расщепление органических веществ
4. Коньюгация хромосом
8.
| органоиды | характеристики |
| 1Плазматическая мембрана | |
| Б. Синтез белка. |
|
| 3Митохондрии | В. Фотосинтез. |
| 4Пластиды | |
| 5Рибосомы | |
| Е. Немембранные. |
|
| 7Клеточный центр | Ж. Синтез жиров и углеводов. |
| 8Комплекс Гольджи | 3. Содержит ДНК. |
| И. Одномембранные |
|
| 10Лизосомы | М. Двухмембранные. О. Есть только у растений. П. Есть только у растений. |
9. Мембраны и каналы гранулярной эндоплазматической сети (ЭПС) осуществляют синтез и транспорт:
1. белков 2. липидов
3.углеводов 4. нуклеиновых кислот.
10. В цистернах и пузырьках аппарата Гольджи осуществляется:
1. секреция белков
2. синтез белков, секреция углеводов и липидов
3. синтез углеводов и липидов, секреция белков, углеводов и липидов.
4. синтез белков и углеводов, секреция липидов и углеводов.
11.Клеточный центр присутствует в клетках:
1. всех организмов 2. только животных
3. только растений 4. всех животных и низших растений.
Вторая часть
В-1 Какие структуры клетки претерпевают наибольшие изменения в процессе митоза?
1)ядро 4)лизосомы
2)цитоплазма 5)клеточный центр
3)рибосомы 6)хромосомы
В-2. Какие функции в клетке выполняет комплекс Гольджи?
1) синтез белка
2) образует лизосомы
3) обеспечивает сборку рибосом
4)участвует в окислении веществ
5)обеспечивает упаковку веществ в секреторные пузырьки
6) участвует в выделении веществ за пределы клетки
В-3 Установите соответствие между особенностью обмена веществ и группой организмов, для которого она характерна.
ОСОБЕННОСТЬ ОРГАНИЗМЫ
а) выделение кислорода в атмосферу 1)автотрофы
б) использование энергии пищи, для синтеза АТФ 2)гетеротрофы
в) использование готовых органических веществ
г) синтез органических веществ из неорганических
д) использование углекислого газа для питания
В-4. Установите соответствие между процессом, протекающим в клетке, и органоидом, для которого он характерен.
ПРОЦЕСС ОРГАНОИД
А) восстановление углекислого газа до глюкозы 1) митохондрия
Б) синтез АТФ в процессе дыхания 2)хлоропласт
В) первичный синтез органических веществ
Г) превращение световой энергии в химическую
Д) расщепление органических веществ до углекислого газа и воды.
Контрольная работа по теме: « Клеточное строение организмов»
1. Оболочки клеток состоят из:
1. плазмалеммы (цитоплазматической мембраны)
2. плазмалеммы у животных и клеточных стенок у растений
3. клеточных стенок
4. плазмалеммы у животных, плазмалеммы и клеточных стенок у растений.
2.Функции «силовых станций» выполняют в клетке:
1. рибосомы
2. митохондрии
3. цитоплазме
4. вакуоли
3.Органоид, участвующий в делении клетки:
1. рибосомы
2. пластиды
3. Митохондрии
4.клеточный центр
4.Клетки, синтезирующие органические вещества из неорганических
1. автотрофы
2. гетеротрофы
3. прокариоты
4. эукариоты
5.Наука изучающая строение и жизнедеятельность клетки
1.Биология 2.Цитология
3.Гистология 4. Физиология
6.Немембранный органоид клетки
1.Клеточный центр 2.Лизосома
3.Митохондрия 4.Вакуоль
7.
Распределите характеристики соответственно органоидам клетки (поставьте буквы
соответствующие характеристикам органоида, напротив названия органоида).
| органоиды | характеристики |
| Плазматическая мембрана | А. Транспорт веществ по клетке. |
| Б. Синтез белка. |
|
| Митохондрии | В. Фотосинтез. |
| Пластиды | Г. Движение органоидов по клетке. |
| Рибосомы | Д. Хранение наследственной информации. |
| Е. Немембранные. |
|
| Клеточный центр | Ж. Синтез жиров и углеводов. |
| Комплекс Гольджи | 3. Содержит ДНК. |
| И. Одномембранные |
|
| Лизосомы | К. Обеспечение клетки энергией. Л. Самопереваривание клетки и внутриклеточное пищеварение. М. Двухмембранные. Н.Связь клетки с внешней средой. О. Есть только у растений. П. Есть только у растений. |
8. Основной запасной углевод в животных клетках:
1. крахмал 2. глюкоза 3. гликоген 4. жир
9. Мембраны и каналы гладкой эндоплазматической сети (ЭПС) осуществляют синтез и транспорт:
1 белков и углеводов 2 липидов 3 жиров и углеводов 4нуклеиновых кислот
10.Лизосомы формируются на:
1. каналах гладкой ЭПС
2. каналах шероховатой ЭПС
3. цистернах аппарата Гольджи
4. внутренней поверхности плазмалеммы.
11.Микротрубочки клеточного центра участвуют в формировании:
1. только цитоскелета клетки
2. веретена деления
3. жгутиков и ресничек
4. цитоскелета клетки, жгутиков и ресничек.
Вторая часть
В-1.Основные положения клеточной теории позволяют сделать вывод о
1)биогенной миграции атомов
2)родстве организмов
3)происхождении растений и животных от общего предка
4)появлении жизни около 4,5 млрд.лет назад
5)сходном строении клеток всех организмов
6)взаимосвязи живой и неживой природы
В-2 Какие процессы жизнедеятельности происходят в ядре клетки?
1)образование веретена деления
2)формирование лизосом
3)удвоение молекул ДНК
4)синтез РНК
5)образование митохондрий
6) образование рибосом
В-3 Установите соответствие между строением, функцией органоидов клетки и их видом.
СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ ОРГАНОИДЫ
В) обеспечивает образование кислорода
Г) обеспечивает окисление органических веществ
В-4 Какие функции выполняет в клетке плазматическая мембрана?
1)придаёт клетке жёсткую форму.
2)отграничивает цитоплазму от окружающей среды
3) синтезирует РНК
4) способствует поступлению ионов в клетку
5) обеспечивает передвижение веществ в клетке
6) участвует в фагоцитозе и пиноцитозе.
ОТВЕТЫ
В-1 1-2, 2-1, 3-2, 4-4, 5-2, 6-1, 7-3, 8-1н,2д,3к,4мо,5б,6ж,7е,8а,9гп,10л; 9-1,10-3 ,11-4
В-1 156; В-2 256; В-3 12211; В-4 21221.
В-2 1-4, 2-2, 3-4, 4-1,5-2, 6-1, 7-1н,2д,3к,4мо,5б,6ж,7е,8а,9гп,10л; 8-3, 9-3, 10-3,11-2
В-1 235; В-2 346; В-3 21212; В-4 246.
Каждый из нас начинает свой жизненный путь с одной единственной, невидимой невооруженным глазом клетки. То есть, эту клетку можно увидеть глазом вооруженным микроскопом. И не просто увидеть клетку, но и заглянуть в неё, познакомиться с её микроскопическим строением. Из этого урока вы узнаете о принципах устройства светового и электронного микроскопов, выясните, как используются в цитологии и микроскопии радиоактивные метки и маркеры, что такое ультра центрифугирование и какие части клетки можно с его помощью изучить. Вы познакомитесь с клеточной теорией, узнаете об истории её происхождения и развития, выясните основные постулаты. Выясните, как было доказано, в какой части клетки находится наследственная информация, а также, кто и когда создал первый микроскоп, открыв человечеству микромир.
Тема: Основы цитологии
Урок: Методы цитологии. Клеточная теория
1. Тема и цель урока
Для изучения жизнедеятельности и строения клетки используют различные подходы или методы исследования.
2. Методы исследований морфологии и анатомии клеток. Использование оптических приборов
Разрешающая способность человеческого глаза составляет 100 микрометров (микрон). То есть, если вы начертите две линии на расстоянии 100 микрон друг от друга и посмотрите на них, то эти две линии сольются в одну, а если вы поставите две точки на расстоянии 100 микрометров, эти две точки покажутся вам одной точкой. Размеры клеток и клеточных компонентов определяются микронами или долями микрон. Для того чтобы увидеть структуру такого масштаба и размера, необходимы оптические приборы.
3. Световой микроскоп
Исторически сложилось, что первым оптическим прибором был световой микроскоп (рис. 1).
Рис. 1. Световой микроскоп
Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0,2 микрометров, то есть 200 нанометров, что примерно в 500 раз улучшает возможности человеческого глаза.
Первые микроскопы были созданы в конце XVI в - начале XVII века, а первым человеком, который использовал микроскоп для изучения живых объектов, был Роберт Гук , это случилось в 1665 году.
Он изучал растительные ткани и показал, что пробка и другие растительные ткани состоят из ячеек, разделенных перегородками, эти ячейки он назвал клетками .
Световые микроскопы очень широко применяются и в настоящее время, однако они имеют ряд недостатков. Одни из них заключаются в том, что с помощью светового микроскопа невозможно увидеть объекты, размеры которых меньше длины световой волны - 400-800 нанометров, поскольку световая волна не может быть отражена таким объектом, а огибает его.
4. Электронный микроскоп
В начале 30-х годов XX века был создан электронный микроскоп (рис. 2), который давал биологам возможность увидеть объекты размером 0,5 нанометров.
Почему это произошло? Потому что физики предложили биологам использовать не световой луч, а поток электронов, которые могли уже отражаться от более мелких объектов.
Рис. 2. Сравнительная характеристика светового (сверху) и электронного (снизу) микроскопа
На рисунке 2 представлены рабочие диапазоны светового и электронного микроскопов. Как мы видим, клеточные органеллы и вирусы можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.
В сущности, принцип действия электронного микроскопа такой же, как и у светового, в котором пучок световых лучей направляется линзой конденсатора через образец, а изображение увеличивается с помощью системы линз. В электронном микроскопе оператор сидит у пульта управления лицом к колонне, по которой проходит пучок электронов (рис. 3).
5. Принцип работы электронного микроскопа
Электронный микроскоп перевернут вверх дном по сравнению со световым микроскопом. Здесь у электронного микроскопа источник электронов находится в верхней части колоны, а сам образец - внизу.
Рис. 3. Принцип работы светового (слева) и электронного (справа) микроскопа
На вольфрамовую нить накала, находящуюся в верхней части колонны, подается высокое напряжение, и нить накала излучает пучок электронов, чтоб сфокусировать эти электроны, необходимы электромагниты.
Внутри колонны создается глубокий вакуум, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов. В трансмиссионном просвечивающем микроскопе электроны проходят через образец, поэтому сам образец должен быть очень тонким, иначе электроны могут быть поглощены этим образцом, или рассеются. Пройдя через образец, электроны фокусируются добавочными электромагнитными линзами.
Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцентный экран, который воспроизводит видимые изображения или на фотопленку. Так можно получить постоянный фотоснимок - электронную микрофотографию.
Для того что бы получить объемные изображения предметов, используют сканирующий электронный микроскоп (рис. 4).
Рис. 4. Объемные изображения пыльцы растений (справа), полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (слева)
В нем точно сфокусированный пучок электронов движется взад и вперед по поверхности образца, а отраженные от поверхности электроны собираются и формируют изображение, наподобие того, которое возникает на экране телевизора.
С помощью электронного микроскопа можно увидеть только неживые объекты. Процессы, происходящие в клетке, то есть живую клетку, можно наблюдать в мощный световой микроскоп при замедленной кинофотосъёмке.
6. Использование радиоактивной метки
Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического соединения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп . Тогда эта молекула будет иметь радиоактивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счетчика радиоактивных частиц или по способности засвечивать фотопленку.
7. Использование ультра центрифугирования
Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод ультрацентрифугирования : разрушенные клетки в пробирке вращаются с очень большой скоростью в центрифугах . Так как разные составные части клеток имеют различные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно с разными скоростями. Таким образом, изучают митохондрии , рибосомы и другие органеллы .
Рис. 5. Создатели клеточной теории М. Шлейден и Т. Шванн
8. Клеточная теория. История её возникновения
В XVIII - XIX веках основным орудием исследования живых объектов в руках биологов был световой микроскоп. В 1838 году вышла книга Маттиаса Шлейдена (рис. 5) «Материалы к филогенезу», в которой он показал, что все растительные ткани состоят из клеток и рассуждал о вопросе происхождения клеток в живых организмах, непосредственно в растительных организмах. Ровно через год в 1839 году Теодор Шванн (рис. 5) опубликовал свою книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре, и росте животных и растений» в которой и были изложены первые версии клеточной теории.
9. Постулаты клеточной теории
Вот основные постулаты клеточной теории :
1. Все живые существа состоят из клеток.
3. Каждая клетка самостоятельна: деятельность организма является суммой процессов жизнедеятельности составляющих их частей.
Несмотря на всю прогрессивность клеточной теории, Шванн и Шлейден ошибочно полагали, что новые клетки появляются из внеклеточного вещества, поэтому существенным дополнением клеточной теории был принцип Рудольфа Вирхова (каждая клетка из клетки).
10. Принцип Рудольфа Вирхова. Определение местоположения наследственной информации
Позднее Вальтер Флеминг описал процесс деления клетки - митоз. А Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга, на основании экспериментов с одноклеточными водорослями, пришли к выводу, что наследственная информация клетки заключена в ядре.
11. Современная клеточная теория
Таким образом, работами многих исследователей была создана современная клеточная теория , которая имеет следующие положения:
1. Клетка является универсальной структурной и функциональной единицей живого.
2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.
3. Клетки образуются только при делении предшествующих им клеток.
4. Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм представляет собой целостную систему.
12. История открытия микроскопа
Микроскоп и время. История создания микроскопа не совсем ясна, известно, что он появился в конце XVI - в начале XVII века, и одним из мастеров, который сконструировал микроскоп, был Захарий Янсен, очковый мастер (рис. 6).
Рис. 6. Один из первых изготовителей микроскопов, З. Янсен, и его творение
Долгое время он использовался как игрушка, и даже Г. Галилей в 1619 году писал, что любопытно смотреть через микроскоп на муху размером в теленка, и только Роберт Гук в 1665 г. стал использовать микроскоп в научных исследованиях. Он рассматривал растительные ткани и клетки пробки, и таким образом открыл клетки у растений.
Р. Гук усовершенствовал микроскоп (недостатком первых микроскопов было плохое освещение). С этой целью Гук сделал приспособление, состоящее из сферы, наполненной водой, или из плосковыпуклой линзы, фокусировавшей солнечный свет. А в вечернее время Гук использовал светильник, который был дополнительным источником освещения.
Домашнее задание
1. Что такое микроскоп?
2. Чем световой микроскоп отличается от электронного микроскопа?
3. Опишите метод ультрацентрифугирования.
4. Что такое радиоактивные маркеры? Как они используются?
5. Перечислите ученых, работы которых способствовали возникновению и развитию клеточной теории.
6. Перечислите постулаты клеточной теории.
7. Обсудите с друзьями и родными, каким образом из одной клетки развивается целый организм. Как можно влиять на этот процесс?
1. Википедия.
2. Википедия.
3. Википедия.
4. Википедия.
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. - 2-е изд., переработанное. - Вентана-Граф, 2010. - 224 стр.
3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
