§ 11. КЛЕТКА И ЕЁ ИССЛЕДОВАНИЕ

Основные понятия и ключевые термины: КЛЕТКА. Клеточная теория.

Вспомните! Что такое биологическая система?

Знакомьтесь!

В своей книге Micrographia («Микрография»), которая была опубликована в сентябре 1665 г., английский 28-летний учёный Роберт Гук (16351703) описал срез коры дуба, состоящей из ячеек, напоминающих ему кельи монахов. Учёный назвал эти ячейки клетками (от англ. cell - келья, ячейка). Он иллюстрировал клетки бузины, укропа, моркови, изобразил глаза блохи, мухи и комара. Эти исследования Роберта Гука стали основой науки о клетке, которую назвали цитологией.

СОДЕРЖАНИЕ

С помощью каких методов исследуют клетку?

Со времени открытия клетки микроскопия остаётся одним из важнейших методов исследования в цитологии. Используется световая (оптическая) микроскопия, что позволяет наблюдать за живыми и мёртвыми клетками. Благодаря серии линз, сквозь которые проходит свет, световой микроскоп обеспечивает оптическое увеличение объектов максимум в 1 000 раз. Однако в световой микроскоп видно и меньшие объекты, если они сами излучают свет. Этот факт используется в флуоресцентной микроскопии, для которой к клеточным структурам присоединяют флуоресцентные белки или антитела с флуоресцентными метками. А в 2006 г. немецкие учёные Ш. Хель и М. Босси сконструировали оптический микроскоп под названием «наноскоп», в который можно наблюдать объекты размером около 10 нм и получать высококачественные трёхмерные изображения.

В ХХ в. была изобретена электронная микроскопия (Э. Руска, М. Кноль, 1931), что позволило изучать ультраструктуры клеток. Различают два основных типа электронной микроскопии: сканирующую и трансмиссионную. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) используется для изучения поверхности объекта. Образцы чаще всего покрывают тонкой пленкой золота. Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) используется для изучения внутреннего строения клетки. Пучок электронов пропускается через объект, который обрабатывают соединениями тяжёлых металлов для увеличения его плотности (ил. 24).

Ил. 24. Клетки под электронным микроскопом: 1 - контакт между нервными клетками головного мозга; 2 - мужская половая клетка - сперматозоон; 3 - ядро в клетке поджелудочной железы; 4 - остеобласты - клетки кости; 5 - лейкопласты растительной клетки с гранулами крахмала; 6 - аппарат Гольджи в растительной клетке

Для изучения функций клеток используют метод центрифугирования и метод меченых атомов. Центрифугирование - метод изучения отдельных клеточных структур с использованием прибора, разделяющего клетку на отдельные компоненты за счёт быстрых круговых оборотов. Метод меченых атомов (авторадиография) - метод изучения биохимических процессов клетки посредством введения в клетку радиоактивных изотопов химических элементов. Для экспериментальных и практических целей используют методы клеточной инженерии (методы конструирования клеток). Все упомянутые методические подходы могут использоваться в сочетании с методами культуры клеток (изучение клеток и жизненных процессов при их размножении на питательной среде).

Итак, развитие знаний о клетке в XX в. связано с совершенствованием методов исследования клеток и использованием достижений физики, химии, генетики, биохимии и др.

Что такое клетка в свете современной науки?

Клетка (от лат. cellula - ячейка) - это элементарная биологическая система, поскольку является пределом делимости клеточных организмов. Это наименьшая единица их строения, которая обладает жизненными функциями и свойствами.

Клетка является основной структурной единицей живого потому, что является основой строения организмов. Она основная функциональная единица живого, которая обеспечивает выполнение жизненных функций. Например, раздражительность животных реализуется способностью нейронов передавать нервные импульсы, самовоспроизведение - способностью клеток к делению.

Клетка является единым целым потому, что все органеллы клетки связаны между собой и не могут существовать вне клетки. Если клетка испытывает воздействия среды, то в саморегуляции и самообновлении участвуют все органеллы клетки. Важнейшими факторами, придающими клеткам целостность, являются: а) обмен веществ, энергии и информации; 2) развитие по внутриклеточной наследственной программе; 3) взаимодействие с окружающей средой.

Клетки могут отличаться друг от друга: а) размером (например, клетки бактерий микоплазм - 0,1-0,25 мкм, а яйцеклетки птиц - до 2-4 см); формой (например, дискообразные эритроциты, шаровидные яйцеклетки, звёздчатые нейроны); функциями (эритроциты - транспортирование газов, гаметы - половое размножение). Различия между клетками обусловлены специализацией на выполнении функций.

Несмотря на различия, организация клеток всех живых организмов подобна, что обусловлено единством их происхождения. Общими признаками клеток являются: а) наличие основных структурных частей (поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро или нуклеоид); б) подобие процессов обмена веществ и преобразования энергии; в) универсальное мембранное строение; г) единство химического состава; д) подобие процессов деления клеток и др.

Итак, КЛЕТКА - элементарная биологическая система, главная структурная и функциональная единица живого, основными свойствами которой являются саморегуляция, самовоспроизведение и самообновление.

Каково значение современной клеточной теории?

Ил. 26. Т. Шванн (1810-1882)

Исследования клетки были объединены в конце 30-х годов XIX в. в клеточную теорию, которая стала основой цитологии. Клеточная теория - это фундаментальное обобщение биологии, определяющее взаимосвязь всех проявлений жизни на Земле с клеткой, характеризующее клетку одновременно как целостную самостоятельную живую систему и как составляющую многоклеточных организмов растений и животных. Клеточная теория сформулирована немецким учёным Т. Шванном в 1839 г. в научной работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Основные положения этой теории были такими: а) все организмы состоят из клеток или различными способами образованы из них; б) клетки растений и животных сходны по основным признакам. Дополнили и развили эти представления К. М. Бэр, Р. Вирхов и др.

На современном этапе развития цитологии клеточная теория включает следующие положения:

• клетка - элементарная единица строения и развития всех организмов;

• клетки всех одно- и многоклеточных организмов подобны по происхождению, строению, химическому составу, основным процессам жизнедеятельности;

• каждая новая клетка образуется только в результате размножения материнской клетки;

• в многоклеточных организмах, которые развиваются из одной клетки, различные типы клеток формируются благодаря специализации в течение онтогенеза и образуют ткани;

• из тканей формируются органы, которые тесно связаны между собой.

Итак, клеточная теория как обобщение знаний о клетке стала одним из решающих доказательств единства живой природы, дала основу для понимания сути жизненных процессов.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Самостоятельная работа с иллюстрацией

Сопоставьте представленные иллюстрации клеток с их названиями. В случае правильных ответов вы получите фамилию учёного, который дополнил клеточную теорию положением о том, что «каждая клетка из клетки» (Omnis cellula e cellula). Примените свои знания клетки для доказательства единства органического мира.

Названия клеток, изображённых на иллюстрациях: В2 - клетки палочковидных бактерий; В - клетки стебля растения; Р - клетки чешуек луковицы; Х - клетки крови человека; И - клетки листа растения; В1 - клетка гриба аспергилла.

Биология + Физика

Волосковые клетки внутреннего уха

Флуоресценция дала новый толчок развитию клеточной биологии. Благодаря флуоресцентной микроскопии и разработке новых флуоресцентных меток на основе зелёного флуоресцентного белка (GFP) появилась возможность получать контрастные окрашивания и делать фотоснимки многих внутриклеточных белковых структур. Что же такое флуоресцентная микроскопия?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Зоогеография

В 2011 г. на дне Марианского жёлоба были открыты животнообразные организмы, клетки которых являются крупнейшими в мире. Это представители фораминифер - ксенофиофоры. Размеры валонии пузатой (Valonia ventricosa) достигают 10 см, она способна накапливать свинец, уран и ртуть, устойчива к низким температурам, высокому давлению, приспособлена к темноте. Каково значение этого открытия для науки? Какие методы применяют для прижизненного исследования клеток?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)