Клетка: история изучения

Основная структурная и функциональная единица любого живого организма – клетка. Лишь вирусы, положение которых в системе живого не вполне ясно, лишены клеточной структуры. Клетка может существовать либо как отдельный (одноклеточный) организм (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы), либо в составе тела многоклеточных животных, растений и грибов. Но даже в составе самых крупных организмов каждая из его миллиардов клеток относительно независима и выполняет определенную функцию.

История изучения клетки неразрывно связана с развитием методов исследования, в первую очередь с развитием микроскопической техники. Первый простой микроскоп появился в конце XVI столетия. Он был построен в Голландии. Об устройстве этого увеличительного прибора известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке и имеющей два увеличительных стекла. Первый, кто понял и оценил огромное значение микроскопа, был английский физик и ботаник Роберт Гук. Он впервые применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей. В 1665 г. Роберт Гук впервые описал строение некоторых растительных тканей, в частности пробки, состоящей из маленьких ячеек, ограниченных перегородками, в сочинении "Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стекол". Так была открыта клетка. Изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Р. Гук заметил, что в состав их вводит множество очень мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячейки или клетки Термин "клетка" утвердился в биологии, хотя Р. Гук видел не собственно клетки, а оболочки растительных клеток.

Усилиями многих ученых, главным образом XIX и первой половины XX в., сложилась особая наука о клетке, получившая название цитологии.

Оптический прибор приобрел значение ценного научного инструмента благодаря усовершенствованиям знаменитого голландского исследователя Антони ван Левенгука. Его микроскоп позволил увидеть живые клетки при увеличении в 270 раз.

Изучение внутреннего строения живых организмов связано с изобретением микроскопа. В 1665 г. английский ученый Роберт Гук, рассматривая тонкий срез древесной пробки с помощью сконструированного им микроскопа, сделал удивительное открытие. Он обнаружил, что древесная пробка состоит не из сплошной массы, а из очень мелких ячеек, разделенных перегородками. Р. Гук назвал эти ячейки «sellula» - клетками. Впоследствии целый ряд ученых, исследуя под микроскопом ткани различных растений и животных, также определили, что все они состоят из клеток. Так, голландский ученый А. Левенгук в 1680 г. обнаружил в крови красные кровяные тельца - эритроциты.

Долгое время главной частью клетки считали ее оболочку. Лишь в начале XIX в. ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. В 1831 г. английский ботаник Б. Броун обнаружил в клетках ядро, а в 1839 г. чешский ученый Я. Пуркине предложил называть жидкое содержимое клетки протоплазмой . Таким образом, в начале XIX в. ученые пришли к заключению, что организмы растений и животных состоят из клеток. В 1838-1839 гг. немецкие ученые - ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн, - обобщив имевшиеся в то время данные, разработали основы клеточной теории, которая в дальнейшем была развита многими исследователями. Немецкий врач Р. Вирхов доказал, что вне клеток нет жизни, что главная составная часть клетки - ядро и что клетки образуются только от клеток путем их деления. Дальнейшее совершенствование техники, создание электронного микроскопа и методы молекулярной биологии позволили глубже проникнуть в изучение клетки, познать ее сложную структуру и многообразие протекающих в ней биохимических процессов

Вопрос 1. Расскажите об истории открытия клетки.
Открытие клеточного строения живых организмов стало возможно благодаря появлению микроскопа. Его прототип в 1590 г. изобрел голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен. О первом микроскопе известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке, и имел два увеличительных стекла.
Значение микроскопа для исследования строения срезов растительных и животных объектов впервые оценил английский физик и ботаник Роберт Гук. В 1665 г. на срезах пробки он обнаружил структуры, напоминающие пчелиные соты, и назвал их ячейками или клетками. Однако Гук ошибался, считая, что клетки пустые, а живое вещество - это клеточные стенки.
Голландский натуралист Антони ван Левенгук во второй половине XVII в. усовершенствовал микроскоп и первым увидел живые клетки. Он наблюдал и зарисовал ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и даже их движение в капиллярах.

Вопрос 2. Кем и когда впервые была сформулирована клеточная теория?
Изучение клеток растений и животных позволило обобщить все особенности их строения. В 1838 г. М. Шлейден создал теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга - постановка вопроса о возникновении клеток в организме. В 1839 г. Т. Шванн, основываясь на работах М. Шлейдена, создал клеточную теорию. Основные положения клеточной теории (М. Шлейден и Т Шванн):
1) все ткани состоят из клеток;
2) клетки растений и животных имеют обшие принципы строения, т.к. возникают одинаковыми путями;
3) каждая отдельная клетка самостоятельна, а деятельность организма представляет собой сумму жизнедеятельности отдельных клеток.
Большое внимание на дальнейшее развитие клеточной теории оказал в 1858 и Р. Вирхов. Он не только свел воедино все многочисленные разрозненные факты, но и убедительно показал, что клетки являются постоянной структурой и возникают только путем размножения себе подобных - «всякая клетка происходит из другой клетки в результате деления, точно так же как от растения образуется растение, а от животных животные», т.е. открыл деление клеток.

Вопрос 3. Перечислите современные положения клеточной теории .
В наше время цитология, используя достижения генетики, молекулярной и физико-химической биологии, очень быстро развивается. И хотя основные положения теории Т. Шванна и М. Шлейдена остаются актуальными, полученные данные позволили сформировать более глубокие представления о структуре и функциях клетки. На их основе сформулирована современная клеточная теория. Перечислим ее основные положения:
1) клетка единица строения, функционирования, размножения и развития живых организмов;
2) клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу;
3) размножение клеток происходит путем деления материнской клетки;
4) клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Вопрос 4. Охарактеризуйте значение клеточной теории для развития биологии.
По определению философов, изучавших историю науки (например, Фридриха Энгельса), клеточная теория является одним из величайших открытий XIX в. Она сыграла огромную роль в развитии не только биологии, но и естествознания в целом. Простейшие, бактерии, многие грибы и водоросли представляют собой отдельно существующие друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных организмов - растений, грибов и животных - построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются элементарными структурами, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет собой клетка целостную живую систему или ее часть, она имеет набор признаков и свойств, общих для всех клеток.
Клеточная теория впервые однозначно указала на единство живого мира. С ее появлением исчезла пропасть между царством животных и царством растений. На основе клеточной теории в середине XIX в. возникла цитология - наука, изучающая структуру и функции клетки.
Подумайте, для каких представителей органического мира понятия «клетка» и «организм» совпадают.
Клетка - основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм.
Понятия «клетка» и «организм» совпадают в том случае, если речь идет об одноклеточных организмах. К ним относятся прокариоты, или безъядерные (в частности, бактерии), а из эукариот, или ядерных, - простейшие (такие, как инфузория туфелька, хламидомонада, эвглена зеленая). Их тело состоит из одной клетки, которая реализует все функции организма - обмен веществ, раздражимость, размножение, движение. Выполнению этих функций способствуют разнообразные органоиды, в том числе специального назначения (например, жгутики и реснички обеспечивают движение). Одноклеточные организмы часто способны образовывать скопления - колонии. Однако к колонии еще неприменимо понятие «многоклеточный организм», поскольку входящие в ее состав клетки имеют однотипное строение (не подразделяются на ткани), слабо взаимодействуют друг с другом и, будучи изолированы от колонии, без особых проблем продолжают самостоятельно существовать и размножаться.

Уже неоднократно мы упоминали, что тот или другой из перечисленных исследователей замечал в клетках ядра.

Так как в работе Шлейдена, к которой мы далее перейдем, ядру придается особое значение, то, отступая от хронологического изложения, рассмотрим здесь историю открытия этой важнейшей части клетки. Именно ядро помогло Шванну провести сравнение клеток животных и растений, и поэтому открытие ядра знаменует собою важнейший этап в развитии учения о клетке.

Ядра впервые увидел в эритроцитах рыб Лёвенгук в 1700 г. и изобразил их на рисунке. Позднее на том же объекте - эритроцитах многих позвоночных и беспозвоночных - зарисовал ядра Хьюсон (Hewson, 1777). Значение этого образования в тот ранний период зарождения микроскопии, конечно, не могло быть оценено ни самими авторами, ни их современниками. Фонтана в исследовании о яде гадюки, изображая эпителиальные клетки эпидермиса и эритроциты, рисует в клетках ядра и бегло упоминает о «их в тексте; но и в то время (работа Фонтана вышла в 1781 г.), когда только начиналось микроскопическое исследование животных тканей, открытие Фонтана не могло быть понято.

Тогда же некоторые исследователи наблюдали ядра в яйцеклетках. Каволини (Filippo Cavolini, 1756-1810) видел ядра в икре рыб (1787); а Поли (Poli, 1791) заметил ядра в яйцах моллюсков. Их наблюдения прошли бесследно, не обратив на себя внимания.

В исследовании о яйце птиц (1825) Пуркине описывал «зародышевый пузырек» (vesicula germinativa). Это было ядро яйцеклетки птиц. По описанию Пуркине, это «сжатый сферический пузырек, одетый тончайшей оболочкой. Он содержит свою собственную лимфу, включен в белый сосковидный бугорок и преисполнен производящей силой, отчего я и назвал его «зародышевый пузырек». Пуркине придавал открытому им образованию большое значение; вслед за ним последующие исследователи уже не обходили вниманием этот загадочный «пузырек». Открытие Пуркине, таким образом, не прошло бесследно, как наблюдения Каволини и Поли, но значение «зародышевого пузырька» долго оставалось неясным, так как в понимании частей яйца, с точки зрения представления о «клетке, правильный путь был намечен лишь после исследований Шванна.

У растений первое изображение клеточного ядра сделал Бауэр (Bauer) в 1802 г., но опубликован этот рисунок только в 1830 г. (J. Baker, 1949). Мейен (1830) на одном рисунке показывает ядро. В исследовании о маршанции Мирбель (1831-1832) также изображает ядро, давая ему название шарика; видел его и французский ботаник Броньяр (Adolphe Brogniart, 1801-1876). Но эти первые наблюдения ядер в растительных клетках не были оценены самими наблюдателями и также не привлекли к себе внимания.

Признание ядра в качестве обязательной части растительной клетки является заслугой английского ботаника Роберта Броуна (Robert Brown, 1773-1858).

Начав свои ботанические работы с описания сборов, сделанных во время путешествия по Австралии, Броун переходит затем к изучению анатомического строения растений. Он не ставил чисто морфологических задач в своей работе; анатомические исследования для него являются пособием для изучения систематики растений, но в этих работах Броун делает выдающиеся ботанические открытия относительно размножения у растений. В 1833 г. выходит работа Броуна «Об органах и способе оплодотворения у орхидных» (доложена в Линнеевском обществе в Лондоне еще в ноябре 1831 г.). Броун пишет в этой статье, что в каждой клетке эпидермиса он наблюдал «одиночную округлую ареолу, обычно более темную, чем оболочка клетки. Эта ареола более или менее зернистая, слегка выпуклая, и хотя она кажется лежащей на поверхности, в действительности она покрыта наружной пластинкой клетки. Положение ее в клетке не постоянно; часто, однако, в центре или близ него» (стр. 710). Эта ареола, или ядро (nucleus) клетки, как иначе обозначает это образование Броун, наблюдалось им не только в клетках эпидермиса; он видел ядро в паренхиме, во внутренних клетках частей растений, «особенно, когда они свободны от зернистого вещества». Броун, правда осторожно, высказывает предположение, что ядро является обычной составной частью клетки. У него нет категорического утверждения о том, что ядро есть обязательный органоид клетки; равным образом Броун не дает в своей работе изображений клеточных ядер. Тем не менее в исследованиях Броуна впервые ядро упоминается не как случайное образование в клетке, а фигурирует как какая-то существенная часть, имеющая значение для жизни клетки.

Мейен, автор «Фитотомии» - сочинения, о котором была речь уже ранее,- в более позднем руководстве «Новая система физиологии растений» (1837-1839) упоминает ядро как постоянную часть клетки, значение которой остается загадочным. Собственно лишь работа Негели (С. Nageli, 1844) доказала всеобщее распространение клеточных ядер не только у цветковых растений, но и в клетках водорослей, грибов, мхов и других низших растений.

В гистологию животных термин «ядро» был введен Валентином. В сообщении «О тонком строении органов чувств» (1836) Валентин писал об эпителии конъюнктивы: «Он состоит из ромбоидальных или квадратных округлых клеток, лежащих тесно друг около друга, границы которых образованы простыми нитевидными линиями; в каждой клетке без исключения находится несколько более темное и компактное ядро (nucleus) круглой или продолговато-округлой формы. Большей частью оно занимает середину клетки, состоит из мелкозернистой субстанции, но содержит внутри совершенно круглое тельце, которое по тому же образцу образует внутри него своего рода второе ядро» (стр. 143). Из этого описания видно, что Валентин отчетливо наблюдал ядра эпителиальных клеток. Внутри ядра Валентин видел ядрышко; это было, по-видимому, первое описание этой внутриядерной структуры.

Отчетливое описание и изображение ядер в клетках эпителия дал Генле (1837). Бэйкер (1949) верно отмечает, что работами Валентина и Генле начинается эпоха ядерных клеток в гистологии животных.

В 1838 г. в Muller’s Archiv появляется статья молодого ботаника Шлейдена под заглавием «Материалы к фитогенезу» (Beitrage zur Phytogenesis). Эта работа по традиции считается важнейшим этапом в развитии клеточного учения, и ее автор признается вместе со Шванном творцом клеточной теории. Значение Шлейдена в истории клеточного учения бесспорно, но в учебной, популярной, а подчас и в исторической литературе это значение освещается поверхностно и неверно. Шлейдену приписывают порой чуть не открытие растительных клеток, поэтому. необходимо разобрать, в чем же действительно значение этого ученого в истории клеточного учения, где правда в той легенде, которая сложилась вокруг его работы и по традиции переходит из учебника в учебник.

Маттиас Шлейден (Matthias Jacob Schleiden, 1804-1881) является крупнейшим представителем немецкой ботаники середины Прошлого столетия. Первоначально он окончил юридический факультет и занимался адвокатурой. Не имея в этой деятельности успеха, Шлейден в 1831 г. бросает юриспруденцию и приступает к изучению медицины и естественных наук. С 1840 г. он профессор ботаники в Иене, где остается до 1862 г. Это основной период творческой деятельности Шлейдена. В 1842 г. выходит его капитальное сочинение «Основы научной ботаники», сыгравшее большую роль в направлении дальнейших ботанических исследований. Вместо натурфилософских рассуждений Шлейден требует внедрения в ботанику точных методов исследования строения и функции растений; особенно подчеркивал он необходимость внимания к истории развития, в которой видел ключ для решения многих спорных проблем. Философские позиции Шлейдена, изложенные им в его сочинениях, не отличаются оригинальностью и обнаруживают отпечаток кантовской философии. С 1862 г. по 1864 г. Шлейден - профессор антропологии в Дерпте (ныне Тарту, Эст. ССР), в 1864 г. он оставляет Дерпт из-за столкновения с церковными кругами и вместе с тем прекращает педагогическую деятельность. Будучи автором не только ряда научных работ, но и многих популярных сочинений, Шлейден пользовался широкой известностью.

«Материалы к фитогенезу» - вторая работа Шлейдена, который был тогда еще начинающим ботаникам. Она представляет собой статью, размером около 40 страниц, к которой приложены две таблицы. Общий основной закон человеческого разума, - так начинает Шлейден свою работу, - закон, обусловливающий непреодолимое стремление его к единству в познании и установлению как вообще в науке, так и в области организмов аналогии для обоих больших отделов - царства животных и растений, - побуждал многократно заниматься этим предметом. Столько людей ума занимались им, но - этого нельзя отрицать - все до сих пор произведенные в этом отношении попытки не удавались и были заблуждениями. Причина лежит в том, что понятие индивидуума в том смысле, как оно применяется в животной природе, в мире растений не имеет никакого применения. Самое большое можно говорить об индивидууме в этом смысле у наиболее низших растений, некоторых водорослей и грибов, состоящих только из одной клетки. Но каждое более высоко развитое растение есть агрегат совершенно индивидуализированных замкнутых отдельностей…, являющихся клетками» (стр. 137). Мы нарочно привели эту длинную цитату, являющуюся началом статьи Шлейдена, чтобы показать, насколько чужда была ему мысль об единстве микроскопической структуры животных и растений, выражающемся в клеточном строении. А между тем именно эта мысль является краеугольным камнем клеточной теории, одним из соавторов которой обычно считают Шлейдена.

Для правильной оценки работы Шлейдена нужно вспомнить положение клеточного учения в ботанике к 1837 г., когда Шлейден закончил свою работу. Совершенно неверно распространенное представление, будто Шлейден доказал всеобщее распространение клеток у растений, или даже открыл клетки у растений. Это искажение действительного исторического развития науки. К началу тридцатых годов прошлого века в ботанике создается законченное представление о клетке как элементарной структуре растительного мира; Шлейден в своей работе берет это положение в качестве незыблемо установленного вывода. Даже такие, казалось раньше, неклеточные части растений, как водоносные сосуды древесины, к этому времени рассматриваются как видоизмененные, своеобразно дифференцированные и слившиеся клетки. Шлейдену не надо было устанавливать всеобщее распространение клеток у растений: установление этого положения явилось, как мы видели, коллективным успехом целого ряда работ многочисленной плеяды ботаников первой четверти прошлого века.

К. А. Тимирязев (1920) по поводу выражения «открытие клетки» справедливо писал: «Но дело в том, что клеточку никто не открывал» (стр. 79), подчеркивая этим, что «открытие» клетки не есть заслуга какого-то определенного ученого. Неверно и то, что Шлейден, как пишет Ашофф (Aschoff, 1938), развил учение «о всеобъемлющем построении из клеток всех растений» (стр. 177). И в этом отношении прав К. А. Тимирязев, который писал: «Шлейдена вообще принято считать творцом этого учения о клеточке, оказавшегося столь богатым самыми плодотворными обобщениями. Но это едва ли справедливо… Шлейден красноречивый, страстный противник рутины и застоя, мог бы по праву сказать о себе, как некогда Бэкон, что он трубач, герольд, buccinator, возвещавший о появлении этого учения, но фактические данные, его обосновывавшие, уже существовали ранее…» (стр. 75). Характерно, что Унгер (Unger, 1846) в своих основах ботаники, излагая положение о клетке как о всеобщей элементарной структуре организмов, в литературной ссылке указывает Шванна и Кёлликера, не упоминая даже в этом аспекте о Шлейдене.

Самое понятие о клетке у Шлейдена не отличается от представлений, оформившихся ранее и нашедших отражение в учебнике Мейена (1830) еще до того, как Шлейден вообще начал заниматься ботаникой. В уровень с этими представлениями Шлейден принимал клетку за пузырек или камеру, отграниченную оболочкой, внутри которой может находиться содержимое. Это «содержимое» клетки (будущая протоплазма!) привлекало еще внимание Мейена, посвятившего ему большое исследование, но не уяснившего значения этой основной составной части клеток. Видел протоплазму растительных клеток и Шлейден, но и он не понял значения «содержимого» клетки. Для него это - камедь (Gummi) или студень (Gallerte). Часть протоплазмы Шлейден относил к клеточной стенке. Последняя, по его мнению, состоит из двух слоев, между ними находится клеточное ядро - «дитобласт», который никогда не лежит внутри клетки, а всегда заключен в клеточную стенку «таким образом, что стенка клетки расщепляется на две пластинки, из которых одна проходит снаружи, а другая изнутри цитобласта. Та, которая проходит с внутренней стороны, обычно нежнее и более студневидная» (стр. 142). Из рисунков Шлейдена очевидно, что за «внутренний слой клеточной стенки» он принимал пристеночный слой протоплазмы растительных клеток.

Какую же задачу ставил Шлейден в своей работе? «Каждая клетка, - пишет он, - ведет двойную жизнь: вполне самостоятельную, связанную только с ее собственным развитием, и другую зависимую, поскольку она является составной частью растения. Однако легко видеть, что как для физиологии растений, так и для сравнительной физиологии жизненные процессы отдельных клеток должны быть в общем на первом месте, должны представлять собою неизбежную основу, и при этом в первую очередь выдвигается вопрос: как собственно происходит этот своеобразный маленький организм, клетка?» (стр. 138). Эта задача-генезис клетки - основа статьи Шлейдена. Генетический момент в таком смысле выдвигался и ранее, но нельзя отрицать, что Шлейден, соответственно своему времени, поставил эту проблему отчетливее, чем его предшественники.

Отвечая на поставленный вопрос, Шлейден развивает свою теорию клеткообразования. В этой теории центральная роль в процессе развития новых клеток отводится ядру. Как мы видели, оно было открыто задолго до работы Шлейдена, «о не получило никакого определенного толкования. По Шлейдену, ядро есть «цитобласт» - образователь клетки. Теория клеткообразования, развиваемая Шлейденом, кратко может быть охарактеризована следующим образом.

В камеди, прилегающей изнутри к стенкам ранее существовавших клеток, образуются зернышки; Шлейден называет их слизью и считает, что эти зернышки, путем конденсации, образуют ядрышки, а затем формируется ядро, возникающее, в виде зернистого осадка вокруг ядрышка. На поверхности ядра, с одной стороны, снова из «слизи» образуется оболочка; она отграничивает цитобласт, и таким образом возникает отграниченное стенками пространство, где в толще стенки заключено ядро. Это пространство и есть новая клетка. Следовательно, по Шлейдену, дочерние клетки возникают внутри материнских клеток. Количество новых клеток, которые могут развиваться в одной материнской клетке, а равно и судьба этой материнской образовательной клетки, Шлейденом не обсуждается.

Такова сущность теории клеткообразования, сущность «превосходных исследований Шлейдена, которые пролили на эту область так много света», - характеристика работы Шлейдена, данная Теодором Шванном. Как вскоре было показано, теория Шлейдена основана на ложно истолкованных наблюдениях. Именно эту неверную теорию клеткообразования воспринял от Шлейдена его друг Шванн и она явилась наиболее слабым пунктом учения Шванна. Сакс в своей истории ботаники характеризует теорию Шлейдена следующими резкими словами: «Шлейденовская теория клеткообразования возникла из трудно постижимого слияния неясных наблюдений и предвзятых мнений, больше того, она сильно напоминает в основном старые теории Шпренгеля и Тревирануса» (стр. 76). Сам Шлейден упорно отстаивал свою теорию цитогенеза и приводил ее даже в 4-м изд. «Основ научной ботаники» (1861).

В своей статье Шлейден, кроме рассмотренной теории клеткообразования, занимается вопросом о развитии утолщений на стенках спиральных сосудов и развивает теоретические рассуждения о работе растений. Принципиально нового в данном разделе работа Шлейдена не содержит, и, так как эта часть статьи прямого отношения к нашей теме не имеет, останавливаться на ней нет необходимости.

Какую же оценку нужно дать в историческом аспекте роли Шлейдена в развитии клеточного учения? Мартин Гейденгайн (М. Heidenhain, 1899) еще в конце прошлого столетия отметил неправильность представления о равноценном значении в истории клеточной теории Шлейдена и Шванна. Позже этот вопрос со всей решительностью был поставлен вновь на основании критического разбора литературы чешским гистологом Студничкой (1933) - большим знатоком истории клеточного учения. Действительно, традиционное сопоставление имен Шлейдена и Шванна, выдвигаемых обычно в качестве «соавторов» клеточной теории, не оправдывается при внимательном изучении источников. Шлейден не был соавтором клеточной теории; ему, как мы видели, была совершенно чужда основная мысль этой теории - единство микроскопической элементарной структуры животных и растений; он не является и создателем клеточного учения в области ботаники, так как основные положения этого учения были развиты до него. Это нужно подчеркнуть, так как в литературе, и иностранной и нашей, вокруг имени Шлейдена создалась «легенда», которых так много в истории науки вследствие недостаточного знакомства с оригиналами. Студничка в цитируемой выше статье о Шлейдене привел выписки из нескольких десятков иностранных руководств по гистологии и биологии и даже из специальных статей по истории клеточного учения, где совершенно превратно освещается роль Шлейдена и повторяется легенда о том, что Шлейдену наука обязана открытием клеточного строения у растений, что Шлейден и Шванн создали клеточную теорию и т. п. К тому списку неоправданных, а порой просто нелепых утверждений о роли Шлейдена, который привел Студничка, можно, к сожалению, добавить немалый список цитат из более новых учебников и даже специальных работ, в том числе сочинений, претендующих на значение исторических работ как в нашей, так и в зарубежной литературе. Историческая роль работы Шлейдена несомненна, но эта роль иная, чем ее обычно освещают. Шлейдену принадлежит заслуга внедрения генетического подхода в учение о тканях и клетке. Попытки подобного подхода делались и до Шлейдена (Вольф, Мирбель, Шпренгель, Тревиранус; в гистологии животных - Валентин), но в то время они не могли быть столь эффективными, как работа Шлейдена, появившаяся тогда, когда представление о клетке как об основной структуре растений было уже общепринятым. Без генетического подхода Шванн не мог бы создать стройную клеточную теорию, обоснованную убедительными для того времени данными. Только обратившись к истории развития тканей и клеток, Шванн смог показать «соответствие» различных элементарных структур, мог доказать их гомологию. В направлении мысли Шванна на подобный путь исследования работа Шлейдена сыграла, конечно, существенную роль.

Но это не все. Для того чтобы, обратившись к истории развития элементарных структур, можно было убедительно показать их гомологию, нужно было найти руководящий признак и, взяв его в качестве ведущего звена, распутывать клубок сложных взаимоотношений элементарных структур в животных тканях. Этот руководящий признак Шванн почерпнул у Шлейдена. Это - ядро. Клетки в различных тканях могут быть внешне очень не похожи друг на друга, но сходство ядер бросается в глаза, помогает гомологизировать внешне несходные образования. Ядро было известно и в клетках растений и в животных структурах до Шлейдена. Но только в его работе ядро приобрело значение основного признака развивающейся клетки. Этот признак послужил для Шванна рычагом, ухватившись за который он смог создать клеточную теорию.

Таким представляется значение Шлейдена в истории клеточного учения. Его нельзя ставить рядом со Шванном, он не был соавтором клеточной теории, но его работа была необходимым звеном в цепи исследований, подготовивших материал, без которого гений Шванна, возможно, оказался бы бессильным сделать обобщения, сформулированные им в виде клеточной теории. Вирхов (1859) правильно выразил это, указав, что Шванн стоял «на плечах» Шлейдена.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ПОДБЕЛЕВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА»

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ КЛЕТКИ

Выполнила: Алешкина Надежда Владимировна,

ученица 5 класса

Руководитель: Краснощекова Ирина Николаевна,

учитель химии и биологии

2016

Оглавление ( содержание) стр.

Введение……………………………………………………………………….3

Глава 1. История изобретения микроскопа……...………………………3

Глава 2. История открытия клетки……..………………………………..5

Практическая часть….. …………………………………………………….9

Выводы……...………………………………………………………………..10

Используемая литература…….……………………………………………11

ВВЕДЕНИЕ

Я учусь в 5 классе. В этом году мы начали изучать новый предмет - биологию. Биология – это наука о живой природе. Биологи изучают разнообразие живых существ, строение их тел и работу различных органов, размножение и развитие организмов, их связь друг с другом и с неживой природой.

Все живые существа имеют клеточное строение. Среди них есть одноклеточные и многоклеточные организмы. У большинства живых клеток три основные части: оболочка, цитоплазма и ядро.

На одном из уроков биологии мы под микроскопом рассматривали готовые микропрепараты различных клеток. На внеурочной деятельности (Тайны микромира) мы рассматривали инфузорию-туфельку, наблюдали, как она передвигается, сами готовили микропрепараты из кожицы лука и мякоти томата. И в них мы смогли увидеть ядро, цитоплазму и оболочку.

Мне стало интересно, как человечеству удалось узнать, из чего состоят организмы, и как стало возможным увидеть клетку.

Цель работы: выяснить, как повлияло изобретение микроскопа на открытие клетки.

Задачи:

- изучить историю изобретения микроскопа;

- изучить историю открытия клетки;

- провести анкетирование;

- провести эксперимент;

- сделать выводы .

Объект исследования : клетка

Предмет исследования : открытие клетки

Используемые методы : анализ, эксперимент, наблюдение, выводы.

Глава 1. ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ МИКРОСКОПА

Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.

Рис. 1. Первый микроскоп

Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Янсеном). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.

В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии.

Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей, совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.

Позднее, в 1624 г., добившись изготовления короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.

В 1625 г. членом Римской «Академии зорких» И. Фабером был предложен термин «микроскоп» . Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком, который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге «Micrographia» Гук описал устройство микроскопа. С этого момента открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир. (http://www.vita-club.ru/ micros1.htm)

Глава 2. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ КЛЕТКИ

Клетка - элементарная структурная и функциональная едини­ца организма, обладающая всеми ос­новными признаками живого. Клетки способны размножаться, расти, обмениваться веществом и энергией с окружающей средой, реагировать на изменения, происходящие в этой среде. В каждой клетке содержится наследственный материал, в котором заключена информация обо всех признаках и свойствах данного организма. ( )

Рис. 2. Роберт Гук.

Английский ученый Роберт Гук (1635-1703) впервые увидел клетки растения.

Это произошло в 1665 г. Дело было так: Гук рассмотрел при увеличении в 30 раз тонкий срез пробки липы. Он обнаружил, что пробка состоит из множества маленьких полостей, камер, которые он и назвал «клетки». Именно он ввел в науку понятие «клетка». (Плешаков А.А., Введенский Э.Л. Биология. Введение в биологию: учебник для 5 класса общеобразоват. учреждений/ М.:ООО «Русское слово – учебник», 2014.) Правда, это были не живые, а уже отмершие клетки. Гук считал, что сами ячейки – это пустота, а содержимое живого организма заключено в каркасе (клеточной стенке).

Рис.3 Микроскоп Р. Гука Рис.4 . Клетки пробки, которые изучал Роберт Гук

Вскоре клеточное строение ра­стений подтвердили итальянский врач и микроскопист М. Мальпиги и ан­глийский ботаник Н. Грю. Их вни­мание привлекли форма клеток и строе­ние их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешоч­ках», или «пузырьках», наполненных «питательным соком». ( )

Голландец Антонии Ван Левенгук описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды, различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677).

«С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши.»

Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества – хлорофилла, ни границы между растением и животным. ( )

Описание этих «анималькусов» («зверушек»), как он их называл, снискали голландцу мировую известность. Но главное, открытия Левенгука пробудили интерес к изучению живого микромира. (Энциклопедия для детей. Т.2.Биология. -5 изд./Глав.ред. М.Д. Аксенова. – М.: Аванта+, 2001)

Р
ис.5 Антонии Ван Левенгук

В 1693 г. во время пребывания Петра I в Дельфе А. Левенгук продемонстрировал ему, как движется кровь в плавнике рыбы. Эти демонстрации произвели на Петра I такое большое впечатление, что, вернувшись в Россию, он создал мастерскую оптических приборов. В 1725 году организована Петербургская академия наук. Талантливые мастера И.Е. Беляев, И.П. Кулибин изготавливали микроскопы, в конструировании которых принимали участие академики Л.Эйлер, Ф. Эпинус .

Рис.6 Микроскоп, изготовленный русскими мастерами.

Однако долгое время микроскоп остался скорее дорогой игрушкой, чем научным прибором. Только в 30-х гг. XIX в. линзы усовершенствовались настолько, что смогли обеспечить сильное увеличение и четкость изображения. Биологам удалось рассмотреть, что каждая клетка покрыта оболочкой, а под ней находится жидкость с ядром. Впервые ядро в растительных клетках было описано в 1831 г. шотландским ботаником Робертом Броуном.

Известный немецкий биолог Теодор Шванн (1810-1882) был первым ученым, который понял, что клетка является мельчайшим элементом, из которого состоят все ткани органы животных. Позже на основе собственных исследований и трудов немецкого ботаника Матиаса Якоба Шлейдена (1804-1881) Шванн пришел к выводу, что закон клеточного строения справедлив и для растений. В 1839 г. он опубликовал ставшее впоследствии знаменитым сочинение «Микроскопические исследования о соответствие в структуре и росте животных и растений».

(Энциклопедия для детей. Т.2.Биология.-5 изд./Глав.ред. М.Д. Аксенова.– М.: Аванта+, 2001)

Рис.7 Теодор Шванн Рис.8 Матиас Якоб Шлейден

Т. Шванн и М. Шлейден сделали ряд обобщений, которые впоследствии назвали клеточной теорией :

Все живые существа состоят из клеток;

Клетки растений и животных имеют сходное строение;

Каждая клетка способна к самостоятельному существованию;

Деятельность организ­ма является суммой процессов жизнедеятельности состав­ляющих его клеток.

Они ошибочно полагали, что клетки в организ­ме возникают из неклеточного вещества. Важным до­полнением к клеточной теории стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка - от клетки» (1859).( )

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Первой частью моего исследования было анкетирование. Я опросила 60 человек, это учащиеся нашей школы и жители села Подбелевец. Первым вопросом моей анкеты был: Знаете ли вы, что все организмы состоят из клеток? 59 человек (98,3%) знают ответ на этот вопрос. Почти все участники опроса (58 человек – 96,6%) знают, что клетку можно увидеть под микроскопом. Главной частью клетки большинство (53 человека – 88,3%) назвали ядро и ответили правильно, 2 человека (3,3%) – цитоплазму, 2 человека (3,3%) – мембрану, и 3 человека (5%) не знают ответ на этот вопрос. Первооткрывателем клетки назвали Роберта Гука 23 человека (38,3%), и это правильный ответ. 19 человек (31,6%) назвали Левенгука, 3 человека (5%) – Шванна и Шлейдена, и 15 человек (25%) затруднились ответить.

По результатам анкетирования можно сказать, что большинство опрошенных имеют понятие о клетке и методах её изучения. Не все знают историю открытия клетки. Учащиеся младших классов не знают ответы на многие вопросы, но у них всё еще впереди.

Вторым этапом моей работы был эксперимент. Я приготовила микропрепарат растительной клетки кожицы лука и рассмотрела его под микроскопом. Я увидела множество клеток, в которых выявила три основные части клетки: ядро, цитоплазму и оболочку.

Методика п риготовления микропрепарата кожицы лука.

Отделила от кусочка луковицы мясистую чешуйку. На внутренней стороне ее находится тонкая пленка. Сняла ее пинцетом.

Положила на предметное стекло, капнула капельку раствора йода и накрыла покровным стеклом.

Рассмотрела микропрепарат под микроскопом под малым и большим увеличением .

Современный школьный микроскоп устроен просто, и позволяет школьникам самостоятельно работать с ним, проводить небольшие исследования. Мне несложно самой приготовить микропрепараты растительной и животной клеток и рассматривать их под микроскопом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив литературу по данному вопросу, я выяснила, что микроскоп был изобретен в конце 16 века (1595 г) голландским очковым мастером Захариусом Йансеном (Янсеном). Используя микроскоп, английский ученый Роберт Гук (1665 г) обнаружил ячейки при рассмотрении пробки липы и назвал их клетками. Голландец Антонии Ван Левенгук усовершенствовал микроскоп и описал клетки крови, сперматозоиды, некоторых одноклеточных животных и т.д. Шотландский ботаник Роберт Броун (1831 г) обнаружил внутри клетки плотное образование, которое назвал ядром. В 1838 г немецкие ученые Теодор Шванн и Матиас Шлейден создали клеточную теорию. Они отметили, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению. В 1858 году немецкий ученый Рудольф Вирхов внес дополнение в клеточную теорию, указав, что клетка происходит от клетки.

Таким образом, исходя из моего исследования, можно сделать следующие выводы.

Изобретение и усовершенствование микроскопа позволило человечеству заглянуть в микроскопический мир живого.

С помощью микроскопа стало возможным не только увидеть клетку и её основные части, но и изучить её жизнедеятельность.

По результатам анкетирования я выяснила, что большинство опрашиваемого населения не зависимо от возраста интересуются биологией, знают её основы.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Беляев Д.К., Бородин П.М., Воронцов Н.Н.и др. Общая биология: учеб. для 10-11 кл.общеобразоват.учреждений/– М.: Просвещение 2005.

Каменский А.А. Общая биология. 10-11 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/ - М.: Дрофа 2012

Плешаков А.А., Введенский Э.Л. Биология. Введение в биологию: учебник для 5 класса общеобразоват. учреждений: линия «Ракурс»/ А.А.Плешаков, Э.Л.Введенский, - М.: ООО «Русское слово – учебник», 2013.

Теремов А.В. Биология. Общие закономерности жизни: 9кл.: учеб.для уч-ся общеобразоват.учреждений / А.В.Теремов, Р.А.Петросова, А.И.Никишов.– М.: Гуманитар. изд.центр ВЛАДОС, 2015 .

Энциклопедия для детей. Т.2.Биология.-5 изд./Глав.ред. М.Д. Аксенова.– М.: Аванта+,2001.

Сайты Интернета

Огромное большинство клеток имеет микроскопически малые размеры и не может быть рассмотрено невооруженным глазом. Увидеть клетку и начать ее изучение оказалось возможным лишь тогда, когда были зобретен микроскоп. Первые микроскопы появились в начале XVII столетия. Для научных исследований микроскоп впервые применил английский ученый Роберт Гук (1665).Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, он увидел на них многочисленные мелкие ячейки. Эти ячейки, отделенные друг от друга плотными стенками, Гук назвал клетками, применив впервые термин «клетка».

В последующий период, охвативший вторую половину XVII столетия, весь XVIII в. и начало XIX в. Шло усовершенствование микроскопа и накапливались данные о клетках-животных и растительных организмов. К середине XIX столетия микроскоп был значительно усовершенствован и стало многое известно о клеточном строении растений и животных. Основные материалы о клеточном строении растений в это время были собраны и обобщены немецким ботаником М. Шлейденом.

Все полученные данные о клетке послужили основой для создания клеточной теории строения организмов, которая была сформулирована в 1838 г. немецким зоологом Т. Шванном. Изучая клетки животных и растений, Шванн обнаружил, что они сходны по своему строению, и установил, что клетка представляет собой общую элементарную единицу строения животных и растительных организмов. Теорию о клеточном строении организмов Шванн изложил в классической работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте животных и растений».

В начале прошлого столетия знаменитый ученый, академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и показал, что все организмы начинают свое развитие из одной клетки. Эта клетка представляет собой оплодотворенное яйцо, которое дробится, образует новые клетки, а из них формируются ткани и органы будущего организма.

Открытие Бэра дополнило клеточную теорию и показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Чрезвычайно существенным дополнением к клеточной теории было и открытие деления клеток. После открытия процесса клеточного деления стало совершенно очевидно, что новые клетки образуются путем деления уже существующих, а не возникают заново из неклеточного вещества.

Теория клеточного строения организмов включает также важнейшие материалы для доказательства единства происхождения, строения и развития всего органического мира. Ф. Энгельс высоко оценил создание клеточной теории, поставив ее по значению рядом с законом сохранения энергии и теорией естественного отбора Ч. Дарвина.

К концу XIX в. микроскоп был усовершенствован настолько, что стало возможным изучение деталей строения клетки и были открыты основные ее структурные компоненты. Одновременно стали накапливаться знания об их функциях в жизнедеятельности клетки. К этому времени и относится появление цитологии, которая в настоящее время представляет собой одну из наиболее интенсивно развивающихся биологических дисциплин.

К важнейшим событиям, связанным с ранним развитием клеточной биологии относятся:

• 1665 - Роберт Гук впервые увидел мертвые клетки, изучая строение пробки под микроскопом. Гук считал, что клетки пустые, а живым веществом являются клеточные стенки.
• 1650-1700 - Антони ван Левенгук впервые наблюдал под микроскопом живые клетки, в частности простейшие, а также эритроциты.
• 1831-1839 - Роберт Браун описал ядро, как сферическое тельце, имеющееся в растительных клетках.
• 1838-1839 - ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн, объединив идеи разных ученых, создали клеточную теорию, согласно которой клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.
• 1840 - Пуркинье предложил название протоплазма для обозначения клеточного содержимого, убедившись в том, что именно содержание, а не клеточные стенки, является живым веществом.
• 1855 - Вирхов доказал, что все клетки образуются из других клеток путем деления.
• 1866 - Геккель установил, что сохранение и передачу наследственных признаков осуществляет ядро.
• 1866-1898 - описаны основные компоненты клетки, которые можно увидеть под оптическим микроскопом. Цитология приобретает характер экспериментальной науки.
• 1900 - за появлением генетики начинает развиваться цитогенетика, изучающая поведение хромосом во время деления и оплодотворения, ее влияние на наследственные признаки организмов.
• 1946 - в биологии началось использование электронного микроскопа, что позволило изучать ультраструктуры клеток.