Читать книгу Биология. Общая биология. 10–11 классы - В. В. Пасечник - Страница 8

1. Что такое клетка?

2. Каковы размеры клеток?

3. Какие приборы используют для изучения клеток?

4. Что такое фагоцитоз?

Методы цитологии. Для изучения анатомии и жизнедеятельности клеток применяют самые разнообразные методы. Исторически первым таким методом стала световая микроскопия. Первые микроскопы, в которых увеличение изображения создавалось за счет использования системы линз, были созданы в начале XVII в., однако только через полвека, в 1665 г., англичанин Роберт Гук применил микроскоп для исследования живых организмов и увидел клетки. Несколько позднее (в 1696 г.) Антони ван Левенгук в своей книге «Тайны природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов» описал эритроциты, сперматозоиды, микроорганизмы. Поэтому ван Левенгук и считается основоположником биологической микроскопии.

Световые микроскопы широко применяются и в настоящее время, однако с их помощью невозможно изучать объекты, размер которых меньше длины световой волны (400–800 нм). Дело в том, что световая волна не может быть отражена очень маленьким предметом, она просто обогнет его. Поэтому у физиков возникла идея использовать вместо луча света пучок электронов, которые способны отражаться от мельчайших объектов. Так, в начале 30-х годов XX в. был создан электронный микроскоп, давший биологам возможность увидеть составные части клеток размером всего 1 нм. Для того чтобы получать объемные изображения предметов, был сконструирован сканирующий электронный микроскоп (рис. 4).

Рис. 4. Сканирующий электронный микроскоп

Однако перед исследованием с помощью электронного микроскопа клетки необходимо подвергать особой обработке, в результате которой они погибают. Живую клетку таким образом изучать невозможно. В том случае, когда необходимо проследить за процессами, происходящими с живой клеткой в течение длительного времени, используют замедленную киносъемку через мощные световые микроскопы.

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 ее способности засвечивать фотопленку. Чаще всего в качестве радиоактивной метки используют изотопы водорода (³Н), углерода (¹⁴С) и фосфора (³²Р).

Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод ультрацентрифугирования: разрушенные клетки в пробирках вращают с очень большой скоростью в особых приборах – центрифугах. Так как разные составные части клеток имеют различные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно пробирки с разными скоростями. Таким методом выделяют митохондрии, рибосомы и некоторые другие органоиды клетки. В распоряжении ученых сейчас имеется также целый ряд химических и физических методов, позволяющих выделять и исследовать различные виды молекул, входящих в состав клетки.

Клеточная теория. В XVIII–XIX вв. основным «оружием» биологов был световой микроскоп. К середине XVIII столетия ученые создали систему увеличительных линз, позволяющих лучше разглядеть и подробнее описать исследуемые объекты. В 1781 г. Феличе Фонтана зарисовал клетки животных и их ядра, затем Ян Пуркинье описал клеточное ядро и ввел термин «протоплазма» (от греч. protos – первый и plasma – оформленное). В 1838 г. вышла книга немецкого ботаника М. Шлейдена «Материалы к филогенезу», в которой он высказал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений, и ставил вопрос о возникновении новых клеток в организме. Основываясь на работах М. Шлейдена, немецкий физиолог Т. Шванн всего через год опубликовал книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой и была изложена первая версия клеточной теории. Ниже приведены основные пункты этой теории:

– все живые существа состоят из клеток;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

– каждая клетка самостоятельна; деятельность организма является суммой процессов жизнедеятельности составляющих его клеток.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки в организме возникают из неклеточного вещества. Поэтому очень важным дополнением к клеточной теории стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка – из клетки» (1859). Позднее Вальтер Флеминг описал митоз, Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга пришли к выводу о том, что информация о наследственных признаках клетки заключена в ядре. В 1892 г. И. И. Мечников открыл явление фагоцитоза. Так, работами многих исследователей была создана современная клеточная теория, основой которой является клеточная теория Шванна. Положения современной клеточной теории:

– клетка является универсальной структурой и функциональной единицей живого;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

– клетки образуются только при делении предшествующих им клеток;

– клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована и организм представляет собой целостную систему.

Именно благодаря деятельности клеток в многоклеточных организмах осуществляется обмен веществ и энергии, рост и размножение.

Клеточная теория – одно из важнейших обобщений современной биологии.

Клеточная теория.

1. Любую ли клетку можно рассмотреть в световой микроскоп?

2. Чем электронный микроскоп отличается от светового?

3. Можно ли с помощью электронного микроскопа увидеть бактерию диаметром 20 мкм?

4. Кто открыл явление фагоцитоза?

5. Каковы основные положения современной клеточной теории?

Организм человека состоит приблизительно из 220 миллиардов клеток! Если все эти клетки выложить в один ряд, то этот ряд протянется на 15 000 км. Обычно клетки очень невелики; наименьшие из них имеют диаметр всего 0,5 мкм (шаровидные бактерии микрококки). Средними по размеру можно считать клетки диаметром от 20 до 100 мкм. Но клетки могут быть и очень крупными. Например, длина отростка нервной клетки – аксона – может достигать одного метра. Многоядерные волокна поперечнополосатой мышцы имеют длину до 10 см.