Микроскоп и изучение клетки: экскурс в историю
- 20-12-2021, 23:49
- 425
6 Клас , Биология 6 класс Костиков
§ 5. Микроскоп и изучение клетки: экскурс в историю
Вы узнаете, как благодаря изобретению и усовершенствованию микроскопа были открыты наименьшие живые «кирпичики», из которых построены все живые существа, — клетки.
Из чего состоят растения? Из чего состоят животные? Есть ли клетки у бактерий? Что общее у растений и человека?
Вопрос «Из чего состоят живые тела?» долгое время оставался без ответа, поскольку структуры, общие для всего живого, имеют очень малые размеры и не видны без увеличительных приборов. Ответ был найден лишь с изобретением микроскопа. Его предшественником является самый простой оптический прибор — лупа, или увеличительное стекло (рис. 1).
Рис.1. Лупа
Микроскоп, ставший прототипом современного (рис. 2), был изобретён в конце XVI в. По сей день микроскоп остаётся одним из основных инструментов биологов.
Рис. 2. Оптический микроскоп
Оптика — раздел физики, изучающий свет и связанные с ним явления. Приборы, работа которых основана на использовании свойств света, называются оптическими.
Одни из первых научных наблюдений биологических объектов с помощью микроскопа были выполнены в середине XVII в. английским физиком и натуралистом Робертом Гуком (1635-1703 гг.) В частности, на срезе пробки он увидел и зарисовал многочисленные полые камеры, напоминавшие ему пчелиные соты. Р. Гук назвал их «клетками» (рис. 3). В 1665 г. в книге «Микрография» этот рисунок был опубликован вместе с рядом других изображений микроскопических структур камней, различных материалов, растений и животных. Хотя «клетки» Р. Гука в действительности были лишь пустыми оболочками, этот термин впоследствии прижился.
Рис. 3. Микроскоп Р. Гука, срез пробки
Книга Р. Гука произвела большое впечатление на голландского натуралиста Антони ван Левенгука. С помощью микроскопа он открыл целый мир микроскопических организмов, которые назвал «анималькулями». Среди знаменитых «анималькуль» Левенгука (рис. 4) микроскопические водоросли и животные, одноклеточные микроскопические грибы — дрожжи. Левенгук также открыл клетки крови, описал мёртвые клетки кожи и строение мышц человека, детали глаза насекомых и клеточное строение корней водного растения ряски.
На рубеже XVIII и XIX вв. был изобретён способ изготовления очень качественных объективов, которые при большом увеличении не искажали изображение. С помощью такого усовершенствованного объектива английский ботаник Роберт Броун в 1831 г. открыл в растительных клетках новую структуру — ядро. Тогда же биологи обратили внимание на то, что ядро находится в вязкой жидкости, которой заполнена клетка. Эта жидкость, образующая внутреннюю среду клетки, получила название цитоплазма (от греческого «цитос» — клетка и «плазма» — содержимое).
В 1838-1839 гг. ботаник Маттиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн сформулировали четыре положения, которые составили основу предложенной ими клеточной теории:
- 1. Все растения и животные состоят из клеток.
- 2. Растения и животные растут в результате образования новых клеток.
- 3. Клетка является наименьшей единицей живого, вне клетки жизни нет.
- 4. Клетки разных организмов, в общем, имеют подобное строение.
Авторы клеточной теории не смогли правильно объяснить, каким образом образуются новые клетки. Ответ на этот вопрос в 1858 г. дал выдающийся немецкий учёный Рудольф Вирхов (1821-1902 гг.) Он сделал вывод, что новые клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. Р. Вирхову принадлежит крылатое выражение, которое с латыни переводится как: «Каждая клетка — от клетки».
Рис. 4. Некоторые «анималькули», открытые и зарисованные Левенгуком (XVII в.), и их микрофотографии, сделанные на современных оптических микроскопах (XXI в.): a — пресноводное микроскопическое одноклеточное животное (инфузория колепс); б — пресноводное микроскопическое многоклеточное животное (коловратка); в — пресноводная микроскопическая зелёная водоросль (вольвокс); г — разнообразные бактерии
С созданием клеточной теории возникла новая наука — цитология (от греческого «цитос» — клетка, вместилище, и «логос» — учение, наука), или наука о клетке.
Во второй половине XIX в. цитология развивалась стремительно, при этом оптические микроскопы постоянно совершенствовались, позволяя наблюдать структуры, размер которых составлял всего 0,2 мкм. Это примерно в 400 раз меньше толщины человеческого волоса.
Микрометр, или микрон (мкм), — единица измерения длины, равная одной миллионной доле метра.
В 1931 г. в Германии физиком Эрнстом Руской был создан прототип электронного микроскопа. В результате появилась возможность увидеть структуры в тысячу раз меньше тех, которые заметны в оптический микроскоп. Благодаря электронному микроскопу (рис. 5) в 50-60-х годах XX в. в биологии произошла настоящая революция: было детально изучено внутреннее строение клетки, выявлено сходство и отличие клеток растений и животных, грибов и бактерий. Эти исследования позволили не только увидеть, как устроена клетка, но и понять, как она работает.
Рис. 5. Электронный микроскоп
ВЫВОДЫ
- 1. Развитие микроскопии было необходимым условием развития биологии.
- 2. Оптический микроскоп позволил увидеть клетку.
- 3. Благодаря оптическому микроскопу было установлено, что клетка является наименьшей единицей живого и все живые организмы состоят из клеток.
- 4. Благодаря электронному микроскопу удалось изучить внутреннее строение клетки и понять, как она работает.
ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, КОТОРЫЕ ВАЖНО ЗНАТЬ
Клетка, цитоплазма, цитология.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- 1. Кто первым увидел клетку?
- 2. Кто открыл мир микроскопических организмов?
- 3. Какие положения клеточной теории сформулировали М. Шлейден и Т. Шванн?
ЗАДАНИЯ
Подготовьте ответы на вопросы школьников, приведённые в начале параграфа.
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Первые фотографии клетки под электронным микроскопом
Первый электронный микроскоп для биологических исследований был сконструирован фирмой «Siemens» и в 1944 г. установлен в Рокфеллеровском институте медицинских исследований в г. Нью-Йорк. Уже через год, в 1945 г., тремя биологами под руководством К. Р. Портера были опубликованы первые фотографии животных клеток, выполненные с помощью этого прибора. На этих фотографиях были хорошо видны общие очертания клетки, её неоднородное содержимое, в котором различалось ядро и некоторые трубкообразные структуры — митохондрии. В 60-х годах XX в. группой учёных Рокфеллеровского института было детально изучено строение клеток животных, растений и грибов, а также некоторых микроскопических одноклеточных организмов, открытых ещё Левенгуком. В этот же период другая группа в том же институте исследовала строение удивительных объектов, которые не были видны в оптический микроскоп — вирусов, установив при этом, что вирусы не имеют клеточного строения, и, таким образом, находятся на границе между живым и неживым.
Коментарі (0)