Молекулярный и клеточный уровни организации жизни. Биология клетки

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ И КЛЕТОЧНЫЙ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ. БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Открытие клетки и возможность ее изучения связаны с изобретением микроскопа.

Первым наблюдал ьслетку английский физик Р. Гук (1665). Он исследовал с помощью созданного им микроскопа срезы пробки, сердцевины бузины, камыша и обнаружил в них наличие «ячеек», или клеток (от лат. cellula — ячейка, клетка). Вскоре открытие Р. Гука подтвердили ботаники М. Мальпиги (1671) и Н. Грю (1671), также наблюдавшие клеточное строение растительных тканей. В 1680 г. голландский оптик А. Левенгук впервые увидел животную клетку (эритроцит) и обнаружил существование одноклеточных организмов.

Совершенствование микроскопов и техники микроскопирования позволило расширить знания о клетке. В XIX в. были обнаружены протоплазма клетки (Я. Пуркинье, 1820) и ядро (Р. Броун, 1833). В 1838— 1839 гг. немецкие ученые ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн обобщили накопившиеся к этому времени сведения о клетке. Они показали, что клетки растительных и животных организмов принципиально сходны, и сформулировали клеточную теорию. Согласно этой теории, клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов.

Клеточная теория является одним из крупнейших обобщений XIX в. и по своей значимости приравнивается к открытию закона сохранения энергии и созданию эволюционной теории Дарвина.

Учение о клетке получило дальнейшее развитие в трудах немецкого врача Р. Вирхова. В своей книге «Клеточная патология» Р. Вирхов (1858) впервые показал, что развитие патологических процессов в организме связано с нарушением жизнедеятельности клеток. Например, тяжелое заболевание сахарный диабет обусловлено тем, что определенная часть клеток поджелудочной железы утрачивает способность синтезировать гормон инсулин. Р. Вирхов сформулировал положение «всякая клетка от клетки». В настоящее время доказано, что новые клетки (прокариотические и эукариотические) образуются только в результате деления уже существующих клеток.

Русский ученый Карл Бэр показал, что развитие всех многоклеточных организмов начинается с одной клетки (яйцеклетки). Следовательно, клетка является единицей развития живых организмов.

Дальнейшие исследования обнаружили сходство химической организации и основных процессов обмена веществ в клетках растительных и животных организмов. Все эти данные свидетельствуют о единстве органического мира.

В настоящее время клеточная теория включает три основных положения.

1. Клеткаэлементарная единица живого. Клетка обладает всеми свойствами живых систем: осуществляет обмен веществ и энергии, размножается, растет, для нее характерны раздражимость, подвижность.

Если выделить из клетки отдельные компоненты, многие из них смогут выполнять свои специфические функции и вне клетки. Например, при определенных условиях можно наблюдать сокращение миофибрилл (особые сократительные нити), выделенных из мышечного волокна, а в рибосомах — синтез белка. Однако эти выделенные из клетки компоненты обладают не всеми свойствами живого, а лишь частью их. Клетка же есть наименьшая единица, в которой можно обнаружить в совокупности все признаки живых организмов.

  • 2. В настоящих условиях на Земле образование новых клеток возможно только путем деления уже существующей клетки. Этому делению обязательно предшествует удвоение клеточных структур, в которых содержится генетическая информация.
  • 3. Клеткаэто функциональная единица в многоклеточном организме. Различные свойства и функции организма осуществляются благодаря деятельности специализированных клеток, при этом клетки не являются самостоятельными единицами. Они объединены в ткани, органы, взаимосвязанные друг с другом, и находятся под регулирующим влиянием нервной и гуморальной систем.

Например, отдергивание руки при соприкосновении с горячим предметом есть результат последовательных реакций различных систем клеток и органов: афферентные нейроны воспринимают раздражение, возбуждаются и передают возбуждение в спинной мозг ассоциативным, а затем эфферентным нервным клеткам, которые вызывают сокращение большого количества мышечных волокон, объединенных в мышцы.

Методы изучения клетки. Особенности организации клеток различных организмов изучает цитология. Основным методом цитологии является световая микроскопия. Современные световые микроскопы дают увеличения до 3000. Очень важно, что в световом микроскопе можно изучать не только фиксированные (мертвые), но и живые объекты. Поскольку структуры большинства живых клеток недостаточно контрастны (они прозрачны), разработаны специальные методы световой микроскопии, позволяющие повысить контрастность изображения объекта. К таким методам относятся фазово-контрастная микроскопия, поляризационная микроскопия, микроскопия в темном поле и др.

Изобретение электронного микроскопа повлияло на дальнейшее развитие науки о клетке. В электронном микроскопе используется не свет, а поток электронов, проходящий через электромагнитные поля. С помощью электронного микроскопа получают увеличение в десятки и сотни тысяч раз. Электронный микроскоп позволил не только изучить строение ранее известных клеточных структур, но и выявить новые. Так, было обнаружено, что основу строения многих клеточных органоидов составляет элементарная клеточная мембрана.

При исследовании химической организации клетки и процессов обмена веществ в ней применяют цитохимические методы. Принцип методов заключается в проведении химических реакций между веществами клетки и веществами, введенными извне, в результате чего образуются окрашенные продукты, которые можно обнаружить при микроскопировании.

Метод авторадиографии позволяет изучать в динамике биохимические процессы в клетке. Метод основан на введении в клетку радиоактивных изотопов. Эти вещества включаются в процессы внутриклеточного обмена и могут быть обнаружены благодаря способности засвечивать фотоэмульсию, которую наносят на препарат. После проявления препарата можно определить локализацию в клетке введенного радиоактивного изотопа, сравнивая засвеченные участки эмульсии с соответствующими участками клетки.

Наряду с описанными в настоящее время при цитологических исследованиях применяются и многие другие, не менее важные методы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >