Клетка — элементарная единица живого, обладающая всеми аками организма: она способна размножаться, расти, иватъся веществом и энергией с окружающей средой, оовать на изменения, происходящие в этой среде. Одни измы состоят всего лишь из одной клетки (простейшие, юрые водоросли), а другие являются многоклеточными поят из огромного числа клеток. Изучением строения си и принципов ее жизнедеятельности занимается цитология.
Методы цитологии. Клеточная теория
1. Что такое клетка?
2. Каковы размеры клеток?
3. Какие приборы используют для изучения клеток? 4. Что такое фагоцитоз?
Для изучения анатомии и жизнедеятельности ; применяют самые разнообразные методы. Исторически пер-жим методом стала световая микроскопия. Первые микро-
в которых увеличение изображения создавалось за счет ис-вания системы линз, были созданы в начале XVII в., однако
через полвека, в 1665 г., англичанин Роберт Гук применил жоп для исследования живых организмов и увидел клетки. Не-о позднее (в 1696 г.) Антони ван Левенгук в своей книге л природы, открытые с помощью совершеннейших микроско-1исал эритроциты, сперматозоиды, микроорганизмы. Поэтому венгук и считается основоположником биологической микро-[.
ювые микроскопы широко применяются и в настоящее время, с их помощью невозможно изучать объекты, размер которых э длины световой волны (400—800 нм). Дело в том, что свето-гаа не может быть отражена очень маленьким предметом, она обогнет его. Поэтому у физиков возникла идея использовать луча света пучок электронов, которые способны отражаться от йших объектов. Так, в начале 30-х годов XX в. был создан ронный микроскоп, давший биологам возможность увидеть сые части клеток размером всего 1 нм. Для того чтобы получать ые изображения предметов, был сконструирован сканирую-яектронный микроскоп (рис. 4).
Катод: металлический электрод (обычно платиновый) который излучает мощный высокоскоростной электронный луч. Электроны — отрицательно заряженные частицы (е-).
Анод: положительно заряженный электрод с напряжением 50 кВ относительно катода. Служит для ускорения электронного луча.
Конденсатор: электронная линза, фокусирующая электронный луч на образце.
Шлюзовая камера для установки образца: позволяет поместить образец в микроскоп без потери вакуума внутри аппарата.
Объектив: электромагнитная линза, которая фокусирует первое изобра-жение и увеличивает его (в зависи-мости от прилагаемого напряжения).
Проектор: дальнейшее увеличение выбранной области изображения для просмотра.
К вакуумному насосу: создание вакуума минимизирует рассеивание электронов и нагревание, которое происходит при столкновении электронов с молекулами воздуха.
Флюоресцентный экран: покрыт
вению с электронами. Необходим для перевода электронного изображения в световое.
1
Фотографическая пластина:
позволяет зафиксировать черно-белое изображение. При печати на фотобумагу изображение еще больше увеличивается.
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 ( Н), углерода (14С) и фосфора (32Р).
Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод улътрацентрифугирования: 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.
1. Любую ли клетку можно рассмотреть в световой микроскоп?
2. Чем электронный микроскоп отличается от светового?
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 ООО км. Обычно клетки очень невелики; наименьшие из них имеют диаметр всего 0,5 мкм (шаро-
Клеточная теория — одно из важнейших обобщений современной биологии.
видные бактерии микрококки). Средними по размеру можно считать клетки диа-метром от 20 до 100 мкм. Но клетки могут быть и очень крупными. Например, длина отростка нервной клетки — аксона — может достигать одного метра. Мно-гоядерные волокна поперечнополосатой мышцы имеют длину до 10 см.
|