Клеточная теория шванна и шлейдена

Т. Шванн — автор клеточной теории

В литературе, посвященной истории клеточной теории, долгое время высказывалось утверждение, время от времени повторяющееся и в настоящее время, что учение о клетках как структурных образованиях, общих для растений и животных, принадлежит в равной мере ботанику М. Шлейдену и зоологу Т. Шванну. Впрочем, еще в конце прошлого века М. Гейденгайн, а позднее Ф. Студничка, и в особенности советский гистолог и историк клеточной теории 3. С. Кацнельсон со всей определенностью показали, что роль Шлейдена и Шванна в создании клеточной теории неравноценна. Истинным основоположником этой теории должен считаться Шванн, использовавший кроме результатов собственных исследований наблюдения Пуркине и его учеников, Шлейдена и ряда других ботаников и зоологов.

Клеточная теория Шванна содержит три главных обобщения — теорию образования клеток, доказательства клеточного строения всех органов и частей организма и распространение этих двух принципов па рост и развитие животных и растений.

Возможность сопоставления растительных и животных клеток и признания полного соответствия (гомологии) между клетками растений и животных была следствием двух положений, из которых исходил Шванл. Он вместе со Шлейденом принимал, во-первых, что клетки являются полыми, пузырьковидными образованиями и, во-вторых, что в обоих царствах природы клетки возникают из бесструктурного неклеточного вещества, находящегося внутри клеток или между ними; последнее Шванн называл цитобластемой. 3. С. Кацнельсон высказал звучащую парадоксально и вместе с тем правильную мысль, что именно эти ошибочные взгляды на природу клеток и способ их возникновения позволили Шванну увидеть их сходство у растений и животных, тогда как более правильный взгляд на животные клетки как образования, состоящие из зернистого вещества и в отличие от растительных клеток, как правило, лишенные оболочек, сложившийся у Пуркине, отвлек его от идеи гомологии клеток у растений и животных.

Клеточную теорию как широкое биологическое обобщение Шванн выразил в следующих словах: «Развитию положения, что для всех органических производных существует общий принцип образования и что таковым является клеткообразование… можно дать название клеточной теории».

Клеточная теория. Основные положения

Открытие клетки принадлежит английскому естествоиспытателю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки в усовершенствованном им микроскопе. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками.

Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский врач и микроскопист М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682)

Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек

В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению французским ученым Ш.

Бриссо-Мирбе (1802, 1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые состоят из клеток. Еще дальше в обобщениях пошел французский ученый Ж. Б.

Ламарк (1809), который распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы.

Броун впервые описал ядро в клетках растении, а и 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки.

Таким образом, в это время меняется представление о строении клеток: главным в организации клетки стало считаться ее содержимое, а не клеточная стенка.

Многочисленные наблюдения по строению клетки, обобщение накопленных данных позволили немецкому зоологу Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд обобщений, которые впоследствии стали клеточной теорией. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы.

Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология.

Она дала основы для понимания жизни, индивидуального развития, для объяснения эволюционной связи между организмами.

Клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка – элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению, является единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.
2. Клетки всех живых организмов гомологичны по строению, сходны по химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.
3. Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.
4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и системы органов, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Современные изменения в теории

Клеточную теорию сформулировали в современном виде лишь в конце XX века. Новые разработки в области гистологии, цитологии и биологии в целом способствовали ее дополнению. Благодаря работам Вирхова, Ферворна, Геккеля и Сеченова появилась новая возможность понимания устройства мира. Согласно современной трактовке, клеточная теория содержит следующие положения:

1. Клетка — единственная элементарная единица структуры всего живого, кроме вирусов. Последние — достоверные неклеточные формы жизни. Хоть их появление и связывают с клеткой (ученые выявили схожесть геномов). Признаки живого могут проявлять и вирусы, находясь внутри организма (по аналогии с паразитами).
2. Существует множество клеточных существ: прокариотов и эукариотов. Первых еще называют доядерными организмами, а последние соответственно ядерными. К прокариотам относят бактерий (и архибактерий), а к эукариотам — всех остальных. Главное отличие последних: наличие ядра, окруженного митохондриями. Эукариоты — самые высокоразвитые организмы по сравнению с бактериями и вирусами.
3. Главный признак любых клеток: гомологичность. Согласно этому утверждению, любые элементарные единицы всего живого сходны по строению и основным свойствам.
4. Клетки — единицы, способные размножаться. Причем этот процесс происходит за счет удвоения цепочки ДНК. Причем у прокариотической и эукариотической клеток способность делиться отличается.
5. Многоклеточный организм — теперь сложная структура. Это абсолютно новая система взаимодействующих друг с другом тканей и органов. Причем они подвержены не только химическому и нервному влиянию, но и гуморальному. Иными словами: молекулярный аспект играет важную роль.

Развитие знаний о клетке

Развитие знаний о клетке начинается с семнадцатого века.

Предпосылкой ее открытия стало изобретение микроскопа и использование его для исследования биологических объектов. В 1665 году англичанин Роберт Гук изучал под микроскопом срез пробки и обнаружил, что она состоит из ячеек. Внешне они напоминали пчелиные соты, и учёный дал им название клетки. Такое же строение Гук отметил в сердцевине бузины, камыша и некоторых других растений.

Во второй половине 17 века клеточное строение растений было подтверждено М.Мальпиги (1675) и Н.Грю (1682). Значительный вклад в изучение клеток внес голландский ученый А.Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы – бактерии. Он же впервые увидел клетки животного – эритроциты.

Первая половина 19 века ознаменовалась открытием яйцеклетки млекопитающих Карлом Бэром. Он доказал, что все организмы развиваются из одной клетки. Ученым были сформулированы основные закономерности эмбриологии, которые получили название закон Бэра.

Соответственно, в 19 веке происходило активное развитие знаний о клетке, что стало предпосылками для разработки клеточной теории. К этому времени сложилось представление о клетке как элементарной микроскопической структуре всех живых существ.

Важнейшим толчком для разработки положений клеточной теории явилось доказательство наличия ядра в растительной клетке,сделанное Маттиасом Шлейденом.

В 1838г выходит в свет труд «Материалы к филогенезу», в котором Шлейден излагает свою теорию происхождения клеток. Он утверждал, что любая клеточная структура происходит от материнской клетки. Однако ученый не предполагал, что животные также состоят из клеток.

Намного дальше продвинулся ученый Теодор Шванн, который и сформулировал теорию клеточного строения, основываясь на выводах Шлейдона.

В 1839г он опубликовал книгу, в которой обобщил накопленные знания о клетке. Этот труд отражал главную идею теории Шванна: жизнь сосредоточена в клеточных структурах.

Выделим основные положения первой клеточной теории созданной Шванном и Шлейденом.

Теория была существенно дополнена Рудольфом Вирховым. В 1858г вышел в свет основной труд немецкого ученого «Целлюлярная (клеточная) патология». Эта книга положила начало новой науке – патологии, но помимо этого, была описана роль частей клетки в организме. Также Вирхов разработал еще одно положение клеточной теории: «Клетка способна возникнуть преимущественно из предыдущей клетки вследствие ее деления».

Открытия Вирхова легли в основу современной клеточной теории, пополнявшейся с помощью новых методов исследования.

К 20 веку сформировалась самостоятельная ветвь биологии, изучающая клетки – цитология.

Остановимся подробнее на методах цитологии, с помощью которых клеточная теория в наше время дополняется новыми положениями.

Сходство и различие растительной и животной клетки. Органоиды специального и общего назначения.

Строение
растительной клетки.

• Есть
  пластиды;

• Автотрофный
  тип питания;

• Синтез
  АТФ происходит в хлоропластах и
  митохондриях;

• Имеется
  целлюлозная клеточная стенка;

• Крупные
  вакуоли;

• Клеточный
  центр только у низших.

Строение
животной клетки.

• Пластиды
  отсутствуют;

• Гетеротрофный
  тип питания;

• Синтез
  АТФ происходит в митохондриях;

• Целлюлозная
  клеточная стенка отсутствует;

• Вакуоли
  мелкие;

• Клеточный
  центр есть у всех клеток.

Сходства

• Принципиальное единство строения
  (поверхностный аппарат клетки,
  цитоплазма, ядро.)

• Сходство
  в протекании многих химических процессов
  в цитоплазме и ядре.

• Единство
  принципа передачи наследственной
  информации при делении клетки.

• Сходное
  строение мембран.

• Единство
  химического состава.

Органеллы
общего назначенияэндоплазматическая
сеть: гладкая, шероховатая; комплекс
Гольджи, митохондрии, рибосомы, лизосомы
(первичные, вторичные), клеточный центр,
пластиды (хлоропласты, хромопласты,
лейкопласты);.

Органеллы
специального назначения:жгутики,
реснички, миофибриллы,
нейрофибриллы; включения(непостоянные
компоненты клетки): запасные, секреторные,
специфические.

Луи Пастер (1822-1895)

Именно этот французский микробиолог окончательно отказался от теории спонтанного зарождения благодаря экспериментам, проведенным им в 1850-х годах, в которых он продемонстрировал, что размножение одноклеточных организмов происходит из уже существующих организмов.

Его твердое убеждение привело его к разработке экспериментальной процедуры, с помощью которой он продемонстрировал, что «мясной бульон» можно стерилизовать, кипятя его в колбе с «гусиной шеей», способной «улавливать» частицы пыли и других загрязнителей, прежде чем они добраться до дна контейнера.

Пастер показал, что если бульон кипятился, а затем горлышко колбы было сломано и оставалось на воздухе, то в конечном итоге он становился загрязненным, приобретая мутный вид из-за микробного загрязнения.

Важно подчеркнуть, что другие авторы, такие как Карл Бенда (1857–1933) и Камило Гольджи (1843–1926) (среди прочих), позже внесли важный вклад в прояснение внутренней структуры эукариотических клеток, описывая их основные органеллы и их функции

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2013). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Маццарелло, П. (1999). Объединяющая концепция: история клеточной теории. Природа клеточной биологии, 1 (1), E13.
3. Nabors, MW (2004). Введение в ботанику (№ 580 N117i). Пирсон.
4. Рибатти, Д. (2018). Историческая справка о клеточной теории. Экспериментальные исследования клеток, 364 (1), 1-4.
5. Соломон, Е.П., Берг, Л.Р., и Мартин, Д.В. (2011). Биология (9-е изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.
6. Вильянуэва-младший (1970). Живая клетка.
7. Уилли, Дж. М., Шервуд, Л., и Вулвертон, С. Дж. (2008). Прескотт, Харли и микробиология Кляйна. McGraw-Hill Высшее образование.

-Современные принципы

В настоящее время рассматриваются современные принципы клеточной теории. В них говорится следующее:

— Все живые существа состоят из клеток, бактерий и других организмов, независимо от уровня биологической сложности указанного живого существа; одной клетки может хватить для зарождения жизни.

— Ячейки — это открытые системы, которые взаимодействуют со своей средой и обмениваются информацией и ресурсами. В этом смысле клетки способны вместить в себя все жизненно важные процессы тела.

— Каждая из клеток происходит от существующей прокариотической клетки.

— Ячейки содержат информацию, которая передается от одной к другой во время деления клеток.

— Весь поток энергии живых организмов происходит внутри клеток.

Клеточная теория имеет жизненно важное значение в биологии сегодня, и к ней были добавлены принципы благодаря тому, что было обнаружено в ходе ультраструктурных исследований и молекулярной биологии

Принципы клеточной теории

Клеточная теория — широко распространенное объяснение взаимоотношений между клетками и живыми существами. Теория клеток верна для всех живых существ, независимо от того, насколько они большие или маленькие, насколько простые или сложные. Поскольку согласно исследованиям, клетки являются общими для всех живых существ, они могут предоставлять информацию обо всем живом. А поскольку все клетки происходят из других клеток, ученые могут изучать клетки, чтобы узнать о росте, воспроизводстве и всех других функциях, которые выполняют живые существа. Изучая клетки и то, как они функционируют, вы можете узнать обо всех типах живых существ.

Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Организация наследственного материала у про- и эукариот.

Выделяют
два типа клеточной организации:

1)
прокариотический, 2) эукариотический.

Общим
для клеток обоих типов является то, что
клетки ограничены оболочкой, внутреннее
содержимое представлено цитоплазмой.
В цитоплазме находятся органоиды и
включения. Органоиды —
постоянные, обязательно присутствующие,
компоненты клетки, выполняющие
специфические функции. Органоиды могут
быть ограничены одной или двумя мембранами
(мембранные органоиды) или не ограничены
мембранами (немембранные
органоиды). Включения —
непостоянные компоненты клетки,
представляющие собой отложения веществ,
временно выведенных из обмена или
конечных его продуктов.

В
таблице перечислены основные различия
между прокариотическими и эукариотическими
клетками.

Признак	Прокариотические клетки	Эукариотические клетки
Структурно оформленное ядро	Отсутствует	Имеется
Генетический материал	Кольцевые не связанные с белками ДНК	Линейные связанные с белками ядерные ДНК и кольцевые не связанные с белками ДНК митохондрий и пластид
Мембранные органоиды	Отсутствуют	Имеются
Рибосомы	70-S типа	80-S типа (в митохондриях и пластидах — 70-S типа)
Жгутики	Не ограничены мембраной	Ограничены мембраной, внутри микротрубочки: 1 пара в центре и 9 пар по периферии
Основной компонент клеточной стенки	Муреин	У растений — целлюлоза, у грибов — хитин

Клеточная теория

Клеточная теория

Клетки – это структурные единицы организмов. Впервые этот термин употребил Роберт Гук в 1665 году. К XIX веку усилиями многих учёных (особенно Маттиаса Шлейдена и Теодора Шванна) сложилась клеточная теория. Её основными положениями были следующие утверждения:

– клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов;

– клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности;

– каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены системам регуляции.

Практически все ткани многоклеточных организмов состоят из клеток. С другой стороны, слизевики состоят из неразделённой перегородками клеточной массы со множеством ядер. Сходным образом устроена и сердечная мышца животных. Ряд структур организма (раковины, жемчужины, минеральная основа костей) образованы не клетками, а продуктами их секреции.

Мелкие организмы могут состоять всего лишь из сотен клеток. Организм человека включает в себя 1014 клеток.

Типичные размеры растительных и животных клеток составляют от 5 до 20 мкм. При этом между размерами организмов и размерами их клеток прямой зависимости обычно нет.

70–80 % массы клетки – это вода.

Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию веществ, клетка должна быть физически отделена от своего окружения. Вместе с тем, жизнедеятельность организма предполагает интенсивный обмен веществ между клетками. Роль барьера между клетками играет плазматическая мембрана.

Внутреннее строение клетки долгое время было загадкой для ученых; считалось, что мембрана ограничивает протоплазму – некую жидкость, в которой и происходят все биохимические процессы.

Строение клетки является одним из важных принципов классификации организмов. В последующих параграфах мы сначала рассмотрим структуры, общие для растительных и животных клеток, затем характерные особенности клеток растений и доядерных организмов. Закончится этот раздел рассмотрением принципов деления клетки.

Изучением клеток занимается цитология.

1

Структура клетки животного

2

Структура клетки растения

Теодор Шванн (1810-1882)

Теодор Шванн был немецким физиологом и патологом. Он родился 7 декабря 1810 года в Кёльне, в Германии. Шванн получил медицинское образование и провел большую часть своей карьеры в Университете Лейдена и Университете Берлина.

Шванн внес огромный вклад в развитие клеточной теории. Он провел эксперименты, изучая строение и функцию различных тканей и органов. С помощью микроскопа и других инструментов, Шванн открыл, что все живые организмы состоят из клеток. Он также сделал открытия относительно структуры нервной системы и функций многих органов.

В 1839 году Шванн опубликовал свою книгу «Микроскопические исследования о сходимости в физиологическую химию и генез клеточной структуры», в которой он представил свои теории о клетках и их роли в живых организмах. Эти идеи получили широкое признание и стали основой для клеточной теории.

Открытие деления клеток

Одновременно со статьей Шлейдена, натолкнувшей Шванна на мысль об универсальном способе образования клеток и тем самым сыгравшей важную роль в создании клеточной теории, вышла в свет работа Моля «О развитии устьиц» (1838), в которой описано деление клеток, предназначенных для образования замыкательных клеток устьиц. Ядер, как следует из рисунков в упомянутой работе, Моль не видел, ни в клетках устьиц, ни в материнских клетках спор Anthoceros, деление которых он описал годом позже. В начале 40-х годов реальные знания о способе возникновения клеток были столь скудны, что появлению фантастических описаний этих явлений не приходится удивляться. Так, А. Грисбах (1844) утверждал, что молодые клетки развиваются из зачатков свободно плавающих в соке старых клеток, а Г. Карстен (1843) принимал эндогенное возникновение клеток по типу многократного «вложения» одна в другую клеток последовательных поколений. Шлейдену и Шванну были известны ранее опубликованные работы Дюмортье (1832) и Моля (1835), в которых описывалось размножение клеток нитчатых водорослей путем деления, однако они не придавали значения этим описаниям.

С начала 40-х годов против шлейден-шванновской теории клеткообразования решительно выступали ботаники (Н. И. Железнов, Ф. Унгер, К. Негели) и зоологи (Р. Ремак, А. Келликер, Н. А. Варнек). Их исследования подготовили обобщение, сформулированное известным немецким патологом Р. Вирховым в виде афоризма: omnis cellula e cellula .