Первые описания клеток
Представление о дискретности организмов животных и растений, т. е. об их построении из отдельностей, называвшихся то «клетками» (Р. Гук), то «мешочками» или «пузырьками» (М. Мальпиги, Н. Грю), то «зернышками» (К. Вольф), долгое время оставалось лишенным конкретного содержания, так как о природе этих образований ничего не было известно. Прошли незамеченными описания Ф. Фонтаны (1781), видевшего и изобразившего в клетках кожи угря ядра и даже ядрышки; Фонтана, разумеется, был далек от понимания смысла и значения своих наблюдений. Даже в начале XIX в. на микроскопическое строение организованных тел были распространены совершение абстрактные воззрения. Например, в «Учебнике натурфилософии» (1809) Л. Окена живые тела описывались как скопления частиц, которые он называл «органическими кристаллами», «слизистыми пузырьками», «органическими точками», «гальваническими пузырьками» и даже «инфузориями».
Изобретение ахроматического микроскопа и постоянное усовершенствование его оптических возможностей позволили подойти к изучению подлинного строения клеток, прежде всего растительных; сначала в них удалось увидеть самое заметное структурное образование — оболочку. О подлинной дискретности тела высших растений стало возможным говорить лишь после того, как в 1812 г. немецкому ботанику Мольденгауэру методом мацерации удалось отделить друг от друга составляющие их клетки.
Шлейден и ботаника
Когда Шлейден прибыл в Берлин, этот город стал местом работы известных натуралистов, таких как Роберт Браун или Александр фон Гумбольдт. В то время было открыто несколько лабораторий, посвященных научным исследованиям.
Шлейден начал работать в одной из тех лабораторий, где он познакомился с Теодором Шванном, с которым установил определенную дружбу. Большая часть работы Шлейдена заключалась в анализе структуры растений с помощью микроскопа.
В то время ученый также начал вести уроки ботаники в Йенском университете. В 1838 году он опубликовал свою первую работу: Вклад в наши знания о фитогенезе. Главный тезис этой работы заключался в том, что все части растительных организмов состоят из клеток.
Это сделало Шлейдена первым ученым, установившим этот факт как принцип биологии.
Политика
На политический путь Вирхов был приведен не жаждой славы, а гуманным чувством. Во время поездки в Верхнюю Силезию, о которой сказано выше, он пришел к убеждению, что «врачи — естественные адвокаты бедных, и значительная часть социального вопроса входит в их юрисдикцию». С тех пор наука и политика идут у Вирхова параллельно, соединяясь в одно целое в области общественной медицины. Чтобы способствовать развитию санитарного дела, он стал принимать участие в выборных городских учреждениях. Усилия Вирхова в этом отношении увенчались полным успехом. Германские правительства вняли его красноречивым увещаниям и принялись постепенно осуществлять его планы по санитарной части. Благодаря его неутомимой деятельности Германия и в особенности города ее достигли мало-помалу той высокой степени совершенства в санитарном отношении, на какой они стоят ныне. Особенно многим обязан ему Берлин, в муниципальном управлении которого он участвует с 1859 г. Сюда относятся его сочинения: «Kanalisation oder Abfuhr» (Берлин, 1869); «Reinigung und Entwässerung Berlins» (Берлин, 1870-79); «Die Anstalten der Stadt Berlin für die öffentliche Gesundheitspflege» (Берлин, 1886). Наряду с участием в городском самоуправлении стоит его деятельность в парламенте, где опять-таки санитарные вопросы составляют как бы его личную специальность; но и в обсуждении вопросов общеполитических он принимает весьма видное участие. Избранный в депутаты прусского сейма тотчас по возвращении своем из Вюрцбурга, он в том же 1856 г. сделался одним из основателей и вождей прогрессистской партии, впоследствии соединившейся с сецессионистами и превратившейся в партию свободомыслящих. Своим влиянием на ход дел эта партия в значительной степени обязана Вирхову, твердости его в убеждениях, неутомимой деятельности и безупречной чистоте его имени, которого никогда не смела коснуться клевета. Во время известного конфликта прусского правительства с сеймом (1862-66) Вирхов был одним из главным вождей оппозиции. После создания Германской империи Вирхов на время удалился с политической арены. Громкие победы германского оружия его не увлекали, в благодетельность империи, железом и кровью объединившей германский народ, он не верил. «Я не гожусь теперь, — говорил он депутациям избирателей, неоднократно просившим его принять депутатские полномочия, — в представители страны; при существующем ее настроении мне нечего делать в парламенте. Может быть, я доживу до того времени, когда мой голос опять понадобится народу; тогда я явлюсь, если он позовет меня, но теперь нет». Это время наступило в начале 1880-х годов, в самый разгар реакционной политики канцлера Бисмарка. Тогда Вирхов впервые вступил в имперский парламент в качестве депутата от города Берлина. Умер в 1902 году. Биография Вирхова в «Вестнике Европы» 1882 г., № 8.
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.
§ 10. Клеточная теория. Общий план строения клетки
Клеточная теория. В первой половине XIX в. происходило углубление представлений о строении клетки, что связано с существенными улучшениями конструкции микроскопов. В клетках были обнаружены ядро и некоторые другие структуры. До этого считалось, что живыми являются клеточные стенки, а внутри клетки или пусты, или заполнены «питательным соком». В 1840-х гг. ученые пришли к пониманию того, что важнейшие процессы жизнедеятельности протекают именно внутри клеток, а не в клеточных стенках.
*В 1825 г. чешский анатом и физиолог Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке курицы. Позже он пришел к выводу, что именно внутреннее содержимое клеток, а не их оболочки, представляет собой живое вещество. Пуркине и его ученики исследовали микроскопическое строение ряда тканей и органов млекопитающих и человека. Однако, сравнивая клетки животных с клетками растений, Пуркине все же не пришел к выводу об их сопоставимости и единстве происхождения.
Британский ботаник Р. Броун в 1831 г. ввел термин «ядро» и описал его как сферическое плотное внутриклеточное тельце. Он же высказал предположение о том, что ядро является постоянным компонентом растительной клетки.*
В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден доказал, что различные органы растений состоят из клеток. Кроме того, ученый указал на значимость ядра для жизнедеятельности клетки.
Создателем клеточной теории стал немецкий зоолог Т. Шванн. Он установил, что ткани животных состоят из клеток, каждая из которых имеет ядро. Сопоставляя собственные наблюдения с трудами Шлейдена, Шванн пришел к выводу о том, что на микроскопическом уровне животные и растения устроены по единому плану. В 1839 г. была опубликована его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этой книге были выражены основные идеи клеточной теории: все организмы состоят из клеток, при этом клетки растений и животных сходны по строению и процессам жизнедеятельности. Создание клеточной теории было одним из величайших открытий в естествознании XIX в., наряду с эволюционной теорией и законом сохранения и превращения энергии.
*Главной ошибкой Шванна было высказанное вслед за Шлейденом мнение о том, что клетки растений и животных возникают из бесструктурного неклеточного вещества. Интересно, что именно этот ошибочный взгляд на способ образования клеток позволил Шванну прийти к выводу об их сходстве у растений и животных.*
В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов дополнил клеточную теорию. Он сформулировал принцип «Каждая клетка — от клетки», т. е. клетки образуются из других клеток в результате деления. *Вирхов также предположил, что в основе всех заболеваний лежит изменение структуры и функций клеток. Клеточная теория в толковании Вирхова стала общепринятой основой как биологии, так и медицины.*
В дальнейшем учение о клетке оказалось в центре внимания всей биологической науки и бурно развивалось. Для изучения клеток и их компонентов стали использовать разнообразные физические и биохимические методы. Это позволило понять сложность строения клеток и многообразие протекающих в них процессов.
Клеточная теория, главные положения которой были сформулированы в середине XIX в., является одной из основополагающих идей современной биологии. Она утверждает единство принципа строения и развития всех организмов, имеющих клеточное строение. Клеточная теория стала одной из предпосылок возникновения эволюционного учения, фундаментом для развития таких дисциплин, как гистология (наука о тканях), эмбриология (наука о зародышевом развитии организмов), физиология и др.
Современная клеточная теория включает следующие основные положения.
1. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живых организмов, обладающая всеми признаками и свойствами живого.
2. Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и процессам жизнедеятельности.
3. Все клетки образуются только в результате деления исходных (материнских) клеток.
4. Клетки большинства многоклеточных организмов специализируются по функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы и системы органов.
Значение
Положения клеточной теории имеют большое значение для эволюционного учения. Клетка, как структурная единица всего живого, объединяет биосферу и подтверждает единое происхождение живых существ.
Значение создания клеточной теории важно для развития медицины, селекции, генетики и образования новых наук:
- биохимии;
- молекулярной биологии;
- биофизики;
- биоэтики;
- биоинформатики.
Современные методы цитологии позволяют рассматривать срез ресничек простейших, следить за процессами, происходящими в клетке, создавать модели органелл и молекул.
Рис. 3. Современные методы цитологии.
Что мы узнали?
Кратко о клеточной теории, её истории и положениях. Основная сущность теории: все организмы состоят из структурных единиц – клеток. Создателями теории признаются немецкие биологи Шванн и Шлейден. Выдвинутая теория отразилась на дальнейшем развитии цитологии и играла важную роль в развитии генетики, молекулярной биологии, селекции.
Положения
Главное положение клеточной теории – все живые существа состоят из похожих клеток. С развитием науки положения Шванна дополнились, и сформировалась современная клеточная теория:
- клетки – морфологическая и функциональная единица строения организмов (исключение – вирусы);
- все клетки сходны (гомологичны) по строению и химическому составу;
- клетки способны к метаболизму и саморегуляции за счёт работы органоидов;
- клетки делятся исключительно делением;
- клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым функциям и объединены в ткани и органы.
Рис. 2. Клетки растений, бактерий, животных.
Вирусы относятся к неклеточной форме жизни. Однако свойства живых организмов проявляются после проникновения в клетку.
История открытия клеток
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».
Значение клеточной теории
Ее значение заключается в нескольких ключевых областях:
- Объединяющая концепция: Ее сущность в том, что все живое на Земле сформировано из клеток. Эта концепция объединяет изучение живых организмов, от мельчайших бактерий до самых крупных млекопитающих.
- Объясняет разнообразие жизни: Понимая, что все живые существа состоят из клеток, ученые могут изучать различия между клетками и то, как они работают вместе, образуя сложные организмы.
- Эволюционные последствия: Она предполагает, что все живые существа имеют общего предка, и что разнообразие жизни можно объяснить постепенным накоплением генетических изменений с течением времени.
- Структура и функция клеток: Эта теория привела к лучшему пониманию структуры и функции клеток. Ученые изучили различные типы клеток, их функции и взаимодействие друг с другом, чтобы понять, как работают живые организмы.
- Развитие и рост: Клеточная теория также помогла объяснить процессы развития и роста живых организмов. Понимая, как клетки делятся и дифференцируются, ученые могут объяснить, как из одной клетки развиваются сложные организмы.
- Болезни и здоровье: оказала значительное влияние на медицину, поскольку помогла ученым понять клеточную основу заболеваний и разработать новые методы лечения. Многие заболевания, такие как рак и генетические нарушения, вызваны аномалиями в клетках. Изучая клетки и их функции, исследователи могут определить причины заболеваний и разработать методы борьбы с ними.
1.1. Клеточная теория (КТ)
Предпосылки создания клеточной теории
Предпосылками создания клеточной теории были изобретение и усовершенствование микроскопа и открытие клеток (1665 г., Р. Гук – при изучении среза коры пробкового дерева, бузины и др.). Работы известных микроскопистов: М. Мальпиги, Н. Грю, А. ван Левенгука – позволили увидеть клетки растительных организмов. А. ван Левенгук обнаружил в воде одноклеточные организмы. Сначала изучалось клеточное ядро. Р. Браун описал ядро растительной клетки. Я. Э. Пуркине ввел понятие протоплазмы – жидкого студенистого клеточного содержимого.
Немецкий ботаник М. Шлейден первым пришел к выводу, что в любой клетке есть ядро. Основателем КТ считается немецкий биолог Т. Шванн (совместно с М. Шлейденом), который в 1839 г. опубликовал труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Его положения:
1) клетка – главная структурная единица всех живых организмов (как животных, так и растительных);
2) если в каком-либо образовании, видимом под микроскопом, есть ядро, то его можно считать клеткой;
3) процесс образования новых клеток обусловливает рост, развитие, дифференцировку растительных и животных клеток. Дополнения в клеточную теорию внес немецкий ученый Р. Вирхов, который в 1858 г. опубликовал свой труд «Целлюлярная патология». Он доказал, что дочерние клетки образуются путем деления материнских клеток: каждая клетка из клетки. В конце XIX в. Были обнаружены митохондрии, комплекс Гольджи, пластиды в растительных клетках. После окрашивания делящихся клеток специальными красителями были обнаружены хромосомы. Современные положения КТ
1. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого.
2. Клетки всех организмов (как одно-, так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности.
3. Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки); в сложных многоклеточных организмах клетки имеют различные формы и специализированы в соответствии с выполняемыми функциями. Сходные клетки образуют ткани; из тканей состоят органы, которые образуют системы органов, они тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным механизмам регуляции (у высших организмов).
Значение клеточной теории
Стало ясно, что клетка – важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка – это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.
Свойства клеток
У клеток животных и растений много общих свойств. И у тех, и у других есть ядро, содержащее генетический материал и контролирующее все процессы. Есть и клеточные мембраны, которые регулируют движение воды и растворенных химических веществ внутрь клетки и из нее. Мембрана удерживает жидкую цитоплазму. По сравнению с клетками животных, клетки растений содержат ряд уникальных структур. В частности, клеточные стенки, сформированные из волокон целлюлозы. Это укрепляет их и позволяет держаться вместе как кирпичики в стене. Клетки растений также имеют вакуоли — емкости для воды. Клетки в зеленых частях растений содержат хлоропласт. Внутри этих образований есть зеленый пигмент хлорофилл, поглощающий энергию солнечного света и производящий питательные вещества в ходе фотосинтеза.
Рисунки клеток Вирхова, подготовленные для цикла лекций в 1858 г.
Открытие протоплазмы
Дальнейшая разработка клеточной теории была связана с изучением внутренней структуры клеток. Пуркине назвал основное вещество клеток «протоплазмой», во всяком случае, применительно к зародышам животных, а Дюжарден для обозначения этого основного вещества ввел термин саркода, которым первоначально называл содержимое простейших животных — корненожек, жгутиконосцев и инфузорий.
Как уже было отмечено в главе 20, в конце 30-х и начале 40-х годов существовали две точки зрения на строение простейших. X. Эренберг (1838) отстаивал мысль, что инфузории имеют сложное строение, сравнимое со строением многоклеточных животных. Ошибка Эренберга сводится к тому, что он слишком прямолинейно сравнивал инфузорий с многоклеточными животными и не сумел установить, что описанные им многочисленные «желудки» инфузорий на самом деле являются непостоянными образованиями, а появляющимися и исчезающими пищеварительными вакуолями. В дальнейшем, через несколько десятилетий после Эренберга, было установлено, что строение инфузорий действительно может быть очень сложным.
В противовес мнению Эренберга, Дюжарден отстаивал элементарное устройство инфузорий и других одноклеточных организмов, которые, по его представлениям, состоят из саркоды и лишены каких бы то ни было органов. Простейших от остальных, многоклеточных животных отделил немецкий зоолог К. Зибольд, автор «Учебника сравнительной анатомии беспозвоночных животных» (1848); однако только после работ М. Шульпе, А. Келликера и, особенно, Э. Геккеля получила всеобщее признание мысль, что тело простейших (Protozoa) состоит из одной клетки, соответствующей бесчисленным клеткам, из которых построен организм остальных животных, получивших название многоклеточных.
Полужидкое, зернистое вещество, которое, по Дюжардену, заполняет тело простейших животных, видели также и в клетках растений. Это содержимое растительных клеток в период, предшествующий созданию клеточной теории, обнаружили Ф. Мейен и М. Шлейден, но не видели в нем носителя жизненных свойств клетки. Это было сделано позднее, когда Гуго фон Моль в работе «О движении сока внутри клетки» (1846) на основе наблюдений доказал, что протоплазма обладает способностью к .самостоятельному движению. Наблюдения Моля на растительных клетках подтвердили Ф. Кон (1850) и Н. Прингсгейм (1854). Кон утверждал, что по оптическим, физическим и химическим свойствам capкода, или сократимое вещество клеток животных, вполне соответствует протоплазме растительных клеток. Ф. Лейдиг в «Учебнике гистологии человека и животных» (1857) высказал мысль, что оболочка, которую ранее считали обязательной и важнейшей составной частью клетки, часто может отсутствовать и что основными структурными компонентами клетки являются протоплазма и ядро.
Развитие знаний о клетке
С появление микроскопа ученые получили возможность для пристального изучения живых клеток. Так, в 1665 г. Р. Гуком на срезе пробки было обнаружены маленькие ячейки, названные им клетками. Позднее такие образования внутри растений обнаружили Н. Грю и М. Мальпиги.
Позднее не имевшим специального образования голландским торговцем А. Левенгуком был создан самодельный микроскоп с увеличением в 270 раз. Ему удалось разглядеть:
- хлоропласты;
- ядро;
- утолщения клеточных оболочек.
Увиденное в микроскоп А. Левенгук всегда описывал и аккуратно зарисовывал, без приведения соответствующих объяснений. Так, ему удалось разглядеть бактериальные клетки и одноклеточные организмы.
Львиная доля открытий компонентов клетки выпала на первую половину XIX в.:
- открытие пор и клеточного сока (Г. Моль);
- выделение ядра (Броун Р.);
- введение термина «протоплазма» (Я. Пуркинье);
- единое происхождение всех клеточных структур (Шлейден М.).
Исследования русского ученого-эмбриолога Карла Бэра (1827 г.) приводят к обнаружению яйцеклеток у млекопитающих животных и человека. Данное открытие «сломало» господствующее тогда утверждение о развитии организмов только из гамет мужского типа. Работы Карла Бэра доказали процесс формирования многоклеточных тел из оплодотворенных яйцеклеток. Сравнение им зародышей разных организмов на ранних этапах развития доказало сходство их организации и дало толчок к мысли о единстве появления всего живого на Земле.
К 1850-у году в биологической науке было сформировано большое количество открытий, связанных с клеткой. Привести их в систему помогли работы немецкого зоолога Шванна Т. и М. Шлейдена. Они создали первую клеточную теорию, объясняющую многие процессы внутри живых тел.
Исследования патологоанатома и врача из Германии – Рудольфа Вирхова дополнили созданную ранее Шванном Т. и М. Шлейденом клеточную теорию. Вирхов Р. указал на возникновения новых клеток путем деления исходных (материнских) структур. Таким образом, он доказал возникновение «клетки от клетки» и «живого от живого».
После создания основных положений теории о структурно-функциональной единице живого (клетке) были сделаны и другие открытия, касающиеся происходящих в ней процессов. Так, усовершенствование к концу XIX в. микроскопа дало толчок для уточнения состава клетки с проведением описания имеющихся органоидов. Органоидами стали именовать клеточные компоненты постоянного строения, которые выполняют разные функции.
Позднее был изучен процесс деления, происходящий в процессе митоза либо мейоза. Данные процессы стали основой способов воспроизведения клеточных структур и получили статус «передатчиков» наследственной информации. С использованием современных физико-химических методик детальнее были изучены процессы передачи и хранения наследственных признаков. Также тщательнее были обследованы тончайшие детали всех клеточных компонентов постоянного и переменного состава. Таким образом, было выделено особое биологическое направление — «цитология», занимающееся изучением структуры и жизнедеятельности клеток живых организмов.
| Дата | Событие |
| Около 1590 г. | З. Янсен изобрел микроскоп |
| 1665 г. | Р. Гук описал биологические исследования, проведения с использованием микроскопа. Применил термин «клетка» |
| 1680 г. | А. ван Левенгук открыл одноклеточные организмы и эритроциты; описал бактерии, грибы, простейших. |
| 1826 г. |
К. Бэр открыл яйцеклетки птиц и животных. |
| 1831-1839 гг. | Р. Броун описал ядро в клетке. |
| 1838-1839 гг. | М. Шлейдер и Т. Шванн обобщили знания о клетке и сформулировали клеточную теорию: «Клетка — единица структуры и функции в живых организмах». |
| 1855 г. |
Р. Вихров дополнил теорию: «Клетка — единица структуры и функции живых организмов». |
| 1877-1900 гг. | Усовершенствование микроскопа и методов фиксации и окрашивания. Цитология приобретает эксперементальных характер. |
| 1931 г. | Э. Руске и М. Кноль сконструировали электронный микроскоп. |
| 1946 г. | Начало широкого использования электронного микроскопа в цитологии. |
Открытие клеточного ядра. Шлейден и его теория цитогенеза
В состав жилок листа входят волокна, придающие механическую прочность, и проводящие ткани, элементы которых обеспечивают транспорт растворов. Следовательно, лист (орган растения) образован разными тканями, клетки которых выполняют определённые функции.
5. До 1830-х гг. было распространено мнение о том, что клетки — это «мешочки» с питательным соком, при этом главной частью клетки считалась её оболочка. Чем могло быть обусловлено такое представление о клетках? Какие открытия способствовали изменению представлений о строении и функционировании клеток?
Увеличительная способность микроскопов того времени не позволяла детально изучить внутреннее содержимое клеток, однако их оболочки были хорошо различимы
Поэтому учёные обращали внимание прежде всего на форму клеток и строение их оболочек, а внутреннее содержимое считали «питательным соком»
Изменению сложившихся представлений о строении и функционировании клеток в первую очередь способствовали работы Я. Пуркине (обнаружил ядро в яйцеклетке птиц, ввёл понятие «протоплазма») и Р. Броуна (описал ядро в клетках растений, пришёл к выводу, что оно является обязательной частью растительной клетки).
6. Докажите, что именно клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живых организмов.
Клетка является обособленной, наименьшей по размерам структурой, обладающей всеми основными признаками живого: обменом веществ и энергии, саморегуляцией, раздражимостью, способностью расти, развиваться и размножаться, хранить наследственную информацию и передавать её дочерним клеткам при делении. У отдельных компонентов клетки все эти свойства в совокупности не проявляются. Из клеток состоят все живые организмы, вне клетки нет жизни. Поэтому клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живых организмов.
7*. Размеры большинства растительных и животных клеток составляют 20—100 мкм, т. е. клетки являются довольно мелкими структурами. Чем обусловлены микроскопические размеры клеток? Объясните, почему растения и животные состоят не из одной (или нескольких) огромных клеток, а из множества мелких.
Для поддержания жизнедеятельности клетка должна постоянно обмениваться веществами с окружающей её средой. Потребности клетки в поступлении питательных веществ, кислорода, в выведении конечных продуктов обмена определяются её объёмом, а интенсивность транспорта веществ зависит от площади поверхности. Таким образом, с увеличением размеров клеток, их потребности растут пропорционально кубу (х3) линейного размера (х), а транспорт веществ «отстаёт», т.к. увеличивается пропорционально квадрату (х2). Как следствие в клетках тормозится скорость протекания процессов жизнедеятельности. Поэтому большинство клеток имеет микроскопические размеры.
Растения и животные состоят из множества мелких клеток, а не из одной (или нескольких) огромных потому что:
● Клеткам «выгодно» иметь мелкие размеры (причина этого освещена в предыдущем абзаце).
● Одной или нескольких клеток было бы недостаточно для выполнения всех специфических функций, лежащих в основе жизнедеятельности таких высокоорганизованных организмов, как растения и животные. Чем выше уровень организации живого организма, тем больше типов клеток входит в его состав и тем сильнее выражена клеточная специализация.
● В многоклеточном организме постоянно происходит обновление клеточного состава – клетки погибают и заменяются другими. Гибель одной (или нескольких) огромных клеток приводила бы к смерти всего организма.
* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез
Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д
После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.
Дашков М.Л.
Сайт: dashkov.by