Открытие и первые исследования клеток

Клетку открыл Роберт Гук — английский физик, работавший в Оксфордском университете. Он усовершенствовал конструкцию микроскопа и исследовал с его помощью различные объекты, в частности кору пробкового дуба. Рассматривая пробку под микроскопом, Гук увидел ячейки (это были клеточные стенки), которые напомнили ему монастырские кельи, и назвал их английским словом cell («камера», «клетка»). Свои исследования он описал в 1665 году. Позже Гук наблюдал и описал клетки бузины, укропа, моркови и другие.

Следующий этап формирования цитологии как науки связан с голландцем Антони ван Левенгуком (рис. 9.1), который работал в конце XVII — начале XVIII вв. Он открыл одноклеточные организмы (первым увидел простейших), эритроциты, сперматозоиды и другие клетки.

Роберт Гук (1635-1703)

Антони ван Левенгук (1632-1723)

Рис. 9.1. Первые исследователи клеток

Маттиас Шлейден (1804-1881)

Теодор Шванн (1810-1882)

Рис. 9.2. Авторы клеточной теории

Клеточная теория и возникновение цитологии

На протяжении XVIII века не происходило существенных сдвигов в исследовании клеток из-за несовершенной конструкции микроскопов. А вот в XIX веке эти приборы значительно модернизировали и к тому же открыли методы окрашивания клеток.

В 1827 году Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих.

В 1831 году Роберт Броун описал ядра растительных клеток. В тот же период Маттиас Шлейден доказал, что все растения состоят из клеток. И наконец, в 1839 году Теодор Шванн (рис. 9.2), сравнивая клетки растений и животных и опираясь на выводы Шлейдена, сформулировал клеточную теорию.

Основные положения этой клеточной теории были следующими:

— Все организмы состоят из клеток или разными способами образованы из них.

— Клетка является наименьшей единицей живого, а целый организм является совокупностью клеток.

— Рост и развитие растений и животных связаны с образованием клеток.

В 1859 году Рудольф Вирхов доказал, что клетки возникают только из клеток-предшественников. Все это обусловило возникновение в конце XIX века отдельной науки о клетках — цитологии.

В XX веке развитие цитологии продолжалось. Этому способствовало появление новых методов исследования — сначала электронной микроскопии, а затем центрифугирования и методов молекулярной биологии.

Методы исследования клеток

Для исследования клеток применяются те же методы, что и для других биологических систем. Отличаются лишь некоторые особенности их применения из-за небольших размеров самих клеток.

Основные методы современной цитологии:

— микроскопия;

— окрашивание клеток;

— микротомирование;

— центрифугирование;

— метод меченых атомов.

Рис. 9.3. Микроскопы

Метод микроскопии заключается в том, что клетки или их компоненты рассматривают в увеличенном виде с помощью специальных приборов — микроскопов. Существует два основных типа микроскопии — оптическая и электронная (рис. 9.3). В оптической микроскопии для рассмотрения структур клетки используют лучи света, а в электронной — пучки электронов.

Существует несколько видов оптических микроскопов (фазово-контрастный, люминесцентный и др.) и два вида электронных микроскопов (просвечивающий и сканирующий).

При использовании метода окрашивания клеток их обрабатывают специальными веществами — красителями, которые реагируют только с некоторыми структурами клеток и избирательно их окрашивают. Такие структуры гораздо легче рассматривать и изучать.

Метод микротомирования заключается в том, что делают очень тоненькие срезы клетки и затем изучают их с помощью микроскопа.

Во время центрифугирования клетки сначала разрушают, а затем помещают в пробирки со специальным раствором и крутят на центрифугах (рис. 9.4). Под действием центробежной силы компоненты клетки концентрируются в различных местах пробирки. После этого их можно изучать отдельно друг от друга.

Метод меченых атомов предусматривает введение в живые клетки радиоактивных изотопов определенных атомов. Перемещение этих атомов в клетке можно наблюдать с помощью специальных приборов. Таким способом прослеживают ход биохимических реакций.

Рис. 9.4. Приборы для исследования клеток

Методы исследования клеток

Клетки живых организмов были открыты в XVII в. В XIX в. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию. Изучением клеток занимается отдельная наука — цитология. Основными методами изучения клеток являются микроскопия (оптическая и электронная), окрашивание клеток, микротомирование, центрифугирование и метод меченых атомов.