История развития цитологии егэ

Цитология (греч. cytos — клетка + logos — наука) — наука о строении и жизнедеятельности клетки. На данный момент нам
кажется очевидным, что растения, грибы и животные состоят из клеток, однако раньше об этом и не догадывались.

Цитология начала свой путь развития относительно недавно, в этой статье мы обсудим клеточную теорию и методы,
которые используются в цитологии для изучения клеток (методологию).

Клеточная теория

Создание и развитие клеточной теории стало возможным после изобретения микроскопа в 1590 году голландским мастером по
изготовлению очков — Захарием Янсеном. Первый микроскоп мог увеличивать изучаемый объект до 3-9 раз.

В 1665 году Роберт Гук, используя микроскоп собственного изобретения, смог различить ячеистые структуры пробки ветки
бузины. Эти ячеистые структуры напомнили Роберту Гуку монашеские кельи, он ввел термин клетка (от лат. сеllа — комната, келья).

На самом деле Роберт Гук увидел не живые клетки, как он предполагал, а оставшиеся от них плотные клеточные стенки, которые и представляли собой ячеистую структуру.

В 70-х годах XVII века нидерландский натуралист Антони ван Левенгук открыл целый мир, невидимый невооруженным глазом. Он
увидел в микроскопе простейшие организмы: инфузорий, сперматозоидов, а также дрожжи, бактерии, эпидермис кожи.

В течение 50 лет он отсылал результаты своих наблюдений в Лондонское королевское общество. Поначалу они были встречены со скептицизмом,
но когда комиссия ученых лично во всем убедилась и подтвердила подлинность его исследований, Антони ван Левенгук был избран
действительным членом Лондонского королевского общества.

В последующее время было много описаний самых разных клеток, однако обобщить накопленный материал оказалось не легкой
задачей. С ней в 1839-1840 годах справились немецкий ботаник Маттиас Шлейден и немецкий зоолог Теодор Шванн.

Изучая строение растений и животных, Шлейден и Шванн независимо друг от друга пришли к одному и тому же выводу: все
организмы, как растительные, так и животные, состоят из клеток, сходных по строению. Они постулировали, что все живое
состоит из клеток. В 1839-1840 годах возникла клеточная теория Шлейдена и Шванна, основные положения которой:

• Все организмы состоят из клеток
• Клетка — мельчайшая структурная единица жизни
• Образование новых клеток — основополагающий способ роста и развития растений и животных
• Организм представляет собой сумму образующих его клеток

Допустили ли Шлейден и Шванн ошибки? Да, они были. Ошибочно предположение о том, что клетка может образоваться из
неклеточного вещества.

Важное дополнение в 1855 в клеточную теорию внес Рудольф Вирхов, который утверждал, что любая клетка
может образоваться только путем деления материнской клетки.

Какие же положения включает в себя современная клеточная теория? Приступим к их изучению:

• Клетка является структурной, функциональной и генетической единицей живого
• Клетки растений и животных сходны между собой по строению и химическому составу
• Клетка образуется только путем деления материнской клетки
• Клетки у всех организмов окружены мембраной (имеют мембранное строение)
• Ядро клетки — ее главный регуляторный органоид
• Клеточное строение растений, животных и грибов свидетельствует о едином происхождении всего живого
• В многоклеточном организме клетки подразделяются (дифференцируются) по строению и функции. Они объединяются в
  ткани, органы и системы органов.
• Клетка — элементарная, открытая и живая система, способная к самообновлению, воспроизведению и саморегуляции

XX век несомненно стал веком биологических наук: цитологии, генетики. Это произошло во многом благодаря клеточной
теории.

Я хочу поделиться с вами моим искренним восхищением новой жизни. Вдумайтесь — мы ведь когда-то с вами были всего
одной единственной клеткой, зиготой! Как в одной клетке природе удалось уместить столько всего: кожу, мышцы, нервную
систему, пищеварительный тракт? Мы приоткроем завесу этой тайну в статьях по генетике и эмбриологии, и, тем не менее, мое
восхищение этим безгранично.

Наши клетки рождаются и умирают: эпителий кишечника обновляется каждые 5 дней полностью,
при удалении 70% печени оставшиеся клетки способны восстановить всю структуру этого органа, каждые 30 дней мы получаем новую кожу.
При этом наше сознание и память остаются с нами. Мы — чудо, настоящее чудо природы, созданное из одной единственной клетки.

Микроскопия

Микроскопия — важнейший метод цитологии, в ходе которого объекты рассматриваются при помощи микроскопа. Его оптическая система состоит
из двух основных элементов: объектива и окуляра, закрепленных в тубусе. Микропрепарат (срез тканей) располагается
на предметном столике, расстояние от которого до объектива регулируется с помощью винта (винтов).

Чтобы посчитать увеличительную способность микроскопа следует умножить увеличение окуляра на увеличение объектива. К примеру,
если окуляр увеличивает объект в 20 раз, а объектив — в 10, то суммарное увеличение будет в 200 раз.

Некоторое внимание уделим направлениям в биологии, которые необходимо знать на современном этапе технического прогресса.

Биоинженерия

Биоинженерия — направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине. В рамках
биоинженерии происходят попытки (и довольно успешные) выращивания тканей и создание искусственных органов, протезов.

То есть биоинженерия занимается преимущественно технической частью. Медицинское направление в биоинженерии ищет замену
органам и тканям человека, которые утратили свою функциональную активность и требуют «замены».

Биотехнология

Биотехнология — направление биологии, изучающее возможность применения живых организмов или продуктов их жизнедеятельности
для решения технологических задач. В биотехнологии путем генной инженерии создают организмы с заданным набором свойств.

В рамках биотехнологии происходит получение антибиотиков — продуктов жизнедеятельности бактерий, очищение водоемов с помощью моллюсков, увеличение плодородия почвы с помощью дождевых червей, клонирование организмов.

Это разительно отличается от задач биоинженерии, хотя безусловно, эти дисциплины смежные. Все-таки в биотехнологии происходит большее вторжение в живой мир, по сути человек выступает эксплуататором, достигая с помощью животных, растений и грибов своих целей.
Человек проводит искусственный отбор, отделяя особей, которые продолжат род, от других, «менее перспективных».

В рамках биотехнологии выделяются следующие направления:

• Генная инженерия

Представляет собой совокупность методов и технологий, которые приводят к получению рекомбинантных РНК и ДНК,
выделению генов из клеток и внедрения их в другие организмы.

Изменив молекулу ДНК или РНК, человек добивается своей цели: клетка начинает синтезировать с нее белок. Он то и нужен человеку,
такие продукты жизнедеятельности активно используются в медицине, к примеру, при изготовлении антибиотиков.

В ходе генной инженерии был получены:

• Сорт кукурузы, устойчивый к действию насекомых-вредителей
• Бактерии, продуктом жизнедеятельности которых является человеческий инсулин, используемый в дальнейшем как лекарство
• Культура клеток, вырабатывающих гормон человека — эритропоэтин, также используемый в лечебных целях



• Клеточная инженерия

Представляет собой совокупность методов и технологий, используемых для конструирования новых клеток. В основе лежит
идея культивирования клеток тканей вне организма.

С помощью клеточной инженерии возможно бесполое размножение ценных форм растений. Часто получаются, так называемые,
гибридные клетки, которые сочетают свойства, к примеру, раковых клеток и лимфоцитов, в результате становится возможно
быстрое получение антител.

Основные этапы развития цитологии

Дата	Событие	Ученые
1590	Голладские оптики отец и сын Янсен изготавливали оптические стекла
1610	Первый микроскоп был сконструировал Галилей. Микроскоп представлял собой сочетание линз в свинцовой трубке.
1665	Впервые микроскоп для исследований применил английский физик и естествоиспытатель Роберт Гук.   ·         впервые описал клеточное строение пробки и ввел термин «клетка». ·         сформулировал представление о клетке как о ячейке, полностью замкнутой со всех сторон и установил факт клеточного строения растительных тканей.
1674	голландский торговец Антонио ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы (одноклеточные организмы, форменные элементы крови, сперматозоиды) — «анималькусов»
	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.	И.П. Кулибин
И.Е. Беляев
1671–1679	итальянский биолог и врач Марчелло Мальпиги дал первое систематическое описание микроструктуры органов растений, положившее начало анатомии растений
1671–1682	англичанин Неемия Грю подробно описал микроструктуры растений; ввел термин «ткань» для обозначения понятия совокупности «пузырьков», или «мешочков»
1759	немецкий анатом и физиолог Каспар Фридрих Вольф доказал, что клетка есть единица роста
1827	Один из основоположников эмбриологии и сравнительной анатомии, академик Петербургской академии наук Карл Максимович Бэр показал, что клетка – единица не только строения, но и развития организмов
1831	британский ботаник Роберт Броун описал ядро растительной клетки
1838	Маттиас Якоб Шлейден предложил новую теорию образования растительных клеток, признавая решающую роль в этом процессе клеточного ядра – теория цитогенезиса. В 1842 он впервые обнаружил ядрышки в ядре
	Немецкий цитолог, гистолог и физиолог Теодор Шванн  ознакомился с трудами немецкого ботаника М. Шлейдена, которые описывали роль ядра в растительной клетке. Сопоставляя эти работы с собственными наблюдениями, Шванн разработал собственные принципы клеточного строения и развития живых организмов. В 1838 году Шванн опубликовал три предварительных сообщения клеточной теории, а в 1839 году — труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», где опубликовал основные принципы теории клеточного строения живых организмов.
1839	Создание первой фундаментальной теории биологии – клеточной теории. (теория Шванна-Шлейдена)
1840	чешский физиолог и анатом Ян Пуркине , немецкий биолог Иоганн Мюллер доказали, что клеточная организация является универсальной для всех видов тканей.	И. Мюллер
Ян Пуркине
1834–1847	профессор Медико-хирургической академии в Петербурге П.Ф. Горянинов  сформулировал принцип, согласно которому клетка является универсальной моделью организации живых существ.
1859	Рудольф Вирхов доказал, что клетки возникают из клеток путем размножения, а не самозарождения из неживой материи, что дополнило клеточную теорию. Описал процесс деления клетки и сформулировал одно из важнейших положений клеточной теории: «Всякая клетка происходит из другой клетки».
1866	Эрнст Геккель доказал, что хранение и передачу наследственной информации осуществляет ядро.
1874	русский ботаник Иван Дорофеевич Чистяков  обнаружил хромосомы, описал способы деления ядра. Он открыл процессы равномерного распределения ядерного вещества, наблюдаемые при делении клеток у высших растений (это открытие нередко ошибочно приписывается немецким учёным Э. Страсбургеру и В. Флемингу). Открытие Чистякова было опубликовано в 1874—1875 годах в ботанических журналах на итальянском и немецком языках и сделалось достоянием учёного мира.
	1874 г. – начало развития цитологии в России
1875	немецкий ученый Эдуард Страсбургер подробно описал деление ядра
1898	русский ученый В.И. Беляев  описал редукционное деление клеток (мейоз растений)
1898	С.Г. Навашин  открыл явление двойного оплодотворения у покрытосеменных
1879-1880	Вальтер Флеминг описал хромосомы и процессы, происходящие в митозе
1892	И.И. Мечников  открыл важную функцию внутриклеточного пищеварения — фагоцитарный иммунитет (фагоцитоз) в животных клетках
1898	Камилло Гольджи впервые описал  «внутриклеточный сетчатый аппарат», который позднее был назван аппаратом Гольджи
1928-1931	в Германии Э.А. Руска , М. Кноль и Б. Боррие сконструировали электронный микроскоп, благодаря которому было описано подлинное строение клетки и открыты многие ранее неизвестные структуры.	Э.А. Руска

Клетка
есть единица структуры, функции и развития организмов.

Основные
положения современной клеточной теории

 1. Клетка
– структурно-функциональная единица живого, представляющая собой элементарную
систему. Для нее характерны все признаки живого: обмен веществ, раздражимость,
саморегуляция, самовоспроизведение, рост и развитие.

2. Клетки
всех организмов имеют сходный химический состав и общий план строения

3. Новая
клетка возникает в результате деления материнской клетки

4. Многоклеточный
организм развивается из одной исходной клетки

5.
Сходство клеточного строения организмов свидетельствует о единстве их
происхождения.

Методы
цитологии:

·        
микроскопические
методы

·        
метод центрифугирования

·        
биофизические
методы

·        
методы культуры
клеток и тканей

1.      Микроскопические методы

Световая
микроскопия

Основным
инструментом является классический оптический микроскоп. Данный способ подходит
для изучения прозрачных или полупрозрачных образцов, способных пропускать через
себя световой пучок. Возможности современных микроскопов позволяют исследовать
частицы размером от 200 нанометров при максимальном увеличении до 3 000
раз. При этом удается рассмотреть как общий план клетки, так и процессы ее
жизнедеятельности: перемещение, деление, подвижность цитоплазмы и другие.

Электронная
микроскопия

Электронный
микроскоп позволяет получить изображение, увеличенное в 500 000 и даже 1 000
000 раз, однако это относится к неорганическим средам. Для биологических
образцов разрешающая способность ниже, что связано со слабой контрастностью
исследуемого материала. Одним из способов устранения данного недостатка
является обработка анализируемой среды солями тяжелых металлов, после которой
отдельные клеточные структуры приобретают способность в различной степени
поглощать электроны. Благодаря этому они более четко отображаются на экране или
пленке.

Метод
электронной микроскопии позволяет выявлять вирусы, их форму и размер, изучить
строение клеточной мембраны, определить рибосомы, а также увидеть процесс и
результат взаимодействия антигена и антител. Данный способ исследований сегодня
широко применяется в вирусологии и онкологии.

2.    
Метод
центрифугирования

Этот
способ получил широкое распространение при исследовании детального химического
состава клеточных органелл. Метод предусматривает наличие подготовительного
этапа, во время которого образец дробится и пропускается через гомогенизатор,
для получения однородной среды. Затем полученное вещество помещается в
цитологическую центрифугу, при вращении ротора которой, под воздействием
центробежной силы, происходит разделение органелл на слои и их осаждение на дно
пробирки. Полученные фракции изучаются под микроскопом.

3.    
Биофизические
методы.

Эти методы
дают возможность изучить строение и функции клеток с использованием меченых
атомов, изотопного анализа.

Теоретически
эта методика очень проста. По существу, она сводится к введению особого изотопа
в биологически важный метаболит (или продукт питания), после чего
прослеживаются последовательные реакции этого метаболита в организме путем
наблюдения за судьбой меченого изотопа в продуктах распада, крови, моче и т.д.
На основании этих данных строится метаболизм. Использование меченых изотопов
стало возможным благодаря широкому развитию методов получения изотопов.

4.    
Методы
культуры клеток и тканей

Применяют
для изучения следующих процессов: формирования клеточных органоидов, наблюдения
за размножением клеток вне организма, выделения факторов их роста. Для изучения
клеток различных тканей их разделяют и выращивают в специальных сосудах.
Ппересадка ядер, хлоропластов и других органоидов дает возможность с помощью
методов культуры клеток и тканей получать клеточные гибриды. Эти методы также
лежат в основе клонирования организмов изз одной или нескольких клеток.

План урока:

Развитие знаний о клетке

Современная клеточная теория

Методы цитологии

Развитие знаний о клетке

Развитие знаний о клетке начинается с семнадцатого века.

Предпосылкой ее открытия стало изобретение микроскопа и использование его для исследования биологических объектов. В 1665 году англичанин Роберт Гук изучал под микроскопом срез пробки и обнаружил, что она состоит из ячеек. Внешне они напоминали пчелиные соты, и учёный дал им название клетки. Такое же строение Гук отметил в сердцевине бузины, камыша и некоторых других растений.

Во второй половине 17 века клеточное строение растений было подтверждено М.Мальпиги (1675) и Н.Грю (1682). Значительный вклад в изучение клеток внес голландский ученый А.Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы – бактерии. Он же впервые увидел клетки животного – эритроциты.

Первая половина 19 века ознаменовалась открытием яйцеклетки млекопитающих Карлом Бэром. Он доказал, что все организмы развиваются из одной клетки. Ученым были сформулированы основные закономерности эмбриологии, которые получили название закон Бэра.

Соответственно, в 19 веке происходило активное развитие знаний о клетке, что стало предпосылками для разработки клеточной теории. К этому времени сложилось представление о клетке как элементарной микроскопической структуре всех живых существ.

Важнейшим толчком для разработки положений клеточной теории явилось доказательство наличия ядра в растительной клетке,сделанное Маттиасом Шлейденом.

В 1838г выходит в свет труд «Материалы к филогенезу», в котором Шлейден излагает свою теорию происхождения клеток. Он утверждал, что любая клеточная структура происходит от материнской клетки. Однако ученый не предполагал, что животные также состоят из клеток.

Намного дальше продвинулся ученый Теодор Шванн, который и сформулировал теорию клеточного строения, основываясь на выводах Шлейдона.

В 1839г он опубликовал книгу, в которой обобщил накопленные знания о клетке. Этот труд отражал главную идею теории Шванна: жизнь сосредоточена в клеточных структурах.

Выделим основные положения первой клеточной теории созданной Шванном и Шлейденом.

Теория была существенно дополнена Рудольфом Вирховым. В 1858г вышел в свет основной труд немецкого ученого «Целлюлярная (клеточная) патология». Эта книга положила начало новой науке – патологии, но помимо этого, была описана роль частей клетки в организме. Также Вирхов разработал еще одно положение клеточной теории: «Клетка способна возникнуть преимущественно из предыдущей клетки вследствие ее деления».

Открытия Вирхова легли в основу современной клеточной теории, пополнявшейся с помощью новых методов исследования.

К 20 веку сформировалась самостоятельная ветвь биологии, изучающая клетки – цитология.

Остановимся подробнее на методах цитологии, с помощью которых клеточная теория в наше время дополняется новыми положениями.

Методы цитологии

Точные представления о химическом составе, строении и функциях всех основных структур клетки были получены с помощью основных методов цитологии. Познакомимся с ними на схеме.

Остановимся подробнее на каждом методе.

1. Самым древним методом изучения клеток в цитологии является световая микроскопия. Изобретение первого простейшего микроскопа датируется 1608 годом и принадлежит очковому мастеру Захарию Янсену.

Микроскоп Янсена был больше всего похож на увеличительную трубку и для изучения клеточного строения не был использован. Первым, кто использовал микроскоп для изучения живых организмов, считается Роберт Гук. Его увеличительный прибор был более совершенным, позволявшим увеличивать объекты в 50 раз.

Микроскоп Р.Гука

Непосредственно с данного момента начинается использование метода световой микроскопии для изучения клеток.

Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскоп таким образом, что живые объекты можно было рассматривать в 300-кратном увеличении.

На иллюстрации изображен простейший увеличительный прибор 17 века. Что же представляет его конструкция? Обычная пластина, в центре которой находится линза, а напротив нее игла для крепления объекта. Наблюдатель должен был смотреть через линзу на объект, обязательно при этом направлять отверстие на горящую свечу или яркий солнечный свет. Вот такой простой прибор давал многократное увеличение, что явилось еще одним шагом для создания современных приборов в световой микроскопии.

С течением времени изменялся внешний вид микроскопов и их возможности для изучения клеток. Как же выглядит современный световой микроскоп? Познакомимся на рисунке.

Впервые со световым микроскопом вы познакомились на уроках биологии в 5 классе. Для повторения материала по устройству микроскопа и определению его увеличительной способности можно обратиться к уроку Клеточное строение растений.

В этих микроскопах используется световая волна, и рассматривать объекты меньше длины такой волны невозможно. Поэтому на смену световым микроскопам пришли электронные, использующие пучки электронов.

Однако световые микроскопы используются до сих пор. Преимуществом световой микроскопии является простота в использовании, возможность рассматривать живые объекты и следить за процессами, протекающими в них.

1. Одним из основных методов цитологии в современном мире является электронная микроскопия. Первый электронный микроскоп был создан Райнхольдом Руденбергом.

Возможности электронного микроскопа значительно шире светового – можно рассматривать объекты величиной около 1 нм. Познакомимся на рисунке со сравнительными размерами некоторых объектов, которые можно увидеть невооруженным взглядом, рассмотреть в световой или электронный микроскоп.

Проанализировав рисунок, можно явно увидеть преимущества электронного микроскопа при изучении клетки. Однако недостатком считается невозможность таким способом изучать живые объекты. Любая клетка перед исследованием подвергается обработке, при которой она погибает. Приготовленный препарат исследуют под микроскопом и результатом становится черно-белое увеличенное изображение объекта. Так, к примеру, впервые было получено изображение многих вирусов и изучено их строение.

Изображение коронавируса с помощью электронного микроскопа

Суть действия электронного микроскопа основана на проникновении пучка электронов через линзы на объект. Часть электронов рассеиваются на препарате, и воссоздается изображение, отображаемое на экране.Познакомимся на рисунке со строением электронного микроскопа.

У данного метода есть и недостатки. Оборудование достаточно дорогое и сложное в применении. При этом такие микроскопы должны быть размещены в устойчивых зданиях, без наличия других электромагнитных полей.

Широко используется такой метод исследования в науке, а также во многих областях промышленности. Особенно следует отметить такую отрасль как нанотехнология, которая развивается только благодаря созданию электронного микроскопа.

1. Изучение отдельных органоидов клетки осуществляется методом ультрацентрифугирования. Для этого используют специальные приборы, именуемые центрифугами.

Центрифуга лабораторная

Для начала клетки проходят подготовительный этап – их дробят, разрушая клеточные оболочки. Затем их помещают в центрифугу в пробирках и вращают с очень большой скоростью. Принцип действия метода ультрацентрифугирования основывается на различной плотности, массе и размерах составных частей клетки. При вращении они осаждаются с разной скоростью и расслаиваются, к примеру, как на рисунке.

Аналитическое центрифугирование широко используется при лабораторных исследованиях в медицине. К примеру, для анализа содержания в крови иммуноглобулинов применяют ультрацентрифугирование белков. Такой анализ необходим для выявления проблем с иммунной системой.

Анализ крови методом центрифугирования

Современная клеточная теория

Со времени основания клеточной теории осуществлялось развитие учения о клетке как элементарной микроскопической структуре организма. К первой половине 20 века стало ясно первоочередное значение клеточных структур в передаче наследственной информации. Благодаря успехам микроскопической техники обнаружено сложное строение клетки, описаны ее части и их функции. Описан способ образования новых клеток путем деления материнской клеточной структуры.

Все открытия в цитологии были учтены при разработке положений современной клеточной теории.

Рассмотрим сложившиеся к настоящему времени основные положения клеточной теории.

Первое положение клеточной теории изложено еще Теодором Шванном и лишь немного претерпело изменения. Ученый утверждал, что растительный и животный организм состоит из клеточных структур. Со временем науке стали известны и другие царства живых организмов. Поэтому данное положение было сформулировано по-иному.

В чем же суть первого положения современной клеточной теории? Всем известно,что организмы обладают клеточным строением, помимо этой структуры жизнь не существует. Сейчас известны только одни неклеточные существа – вирусы, однако к жизнедеятельности они способны только при проникновении внутрь клетки.

Причем согласно клеточной теории клетка считается функциональной единицей, то есть она способна жить, питаться, осуществлять обмен веществ. В этом она сравнима с целым организмом. 

Второе утверждение клеточной теории говорит о том, что клетки обладают единым планом строения, то есть у всех клеточных структур есть оболочка, ядро, цитоплазма, а также другие части. Им характерен одинаковый состав,представленный такими веществами как белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Соответственно, при таком сходстве сохраняется и единый принцип жизнедеятельности.

Третий постулат современной клеточной теории сформулирован еще Рудольфом Вирховым. Именно он утверждал, что клетки могут появляться только из других таких же структур. В дальнейшем это подтвердилось наукой и до настоящего времени иных способов образования клеток не выявлено.

Согласно клеточной теории клетка – это основная единица организмов, хотя она способна и к самостоятельной жизнедеятельности. Действительно, мы знаем, что существуют одноклеточные существа, где клетка исполняет роль целого организма. На клеточном уровне обнаруживаются все свойства живого: способность к саморегуляции, размножение, рост и развитие, обмен веществ. Однако в многоклеточном организме, каждая группа клеток совершает какие-то специфические функции. Такое разделение функций в организме способствовало появлению значительных возможностей для адаптации к среде обитания.

В чем же значение теории клеточного строения организмов для человечества?

Очень хорошо оценил ее роль Ф.Энгельс, обозначив клеточную теорию как одно из главнейших достижений человечества наряду с законом сохранения энергии и эволюционной теорией. В своих трудах он писал, что данное открытие позволило понять единство развития всех живых существ. Однако, клетки способны видоизменяться и это явилось толчком эволюции организмов.

Клеточная теория имела большое значение для становления материалистических представлений в биологии и медицине. Благодаря полученным знаниям развиваются новые области науки – биотехнология, нанотехнология, клеточная инженерия, селекция микроорганизмов.

Советы, которые помогут эффективно подготовиться к ЕГЭ по БИОЛОГИИ

1. Познакомься с актуальными демоверсией, спецификацией, кодификатором на официальном сайте, чтобы четко понимать, что тебя ждет и какие требования предъявляются к уровню подготовки.

2. Определись, сколько баллов ты хотел бы получить.

3. Составь расписание своих занятий и старайся максимально его соблюдать. Регулярность занятий очень важна.

4. Используй несколько источников для подготовки: школьные учебники, пособия для поступающих в ВУЗы, видео уроки и т.п.

5. Главное – понимание! Старайся разобраться в теме, а потом можно зазубрить некоторые понятия.

6. Учись внимательно читать и понимать задание.

7. Начинай с легкого и постепенно усложняй материал. Но не бойтесь сложных заданий, если хочешь высокий балл.

8. Постоянно повторяй пройденный материал, решай тесты, задачи и теоретические вопросы.

Повторять рекомендуется сразу в течение 15-20 минут, через 8-9 часов и через 24 часа. Полезно повторять материал за 15-20 минут до сна и утром, на свежую голову.

9. Систематизируй материал, создай целостную и структурированную систему знаний.

10. И не забывай высыпаться, сбалансированно питаться и вести здоровый образ жизни. Это хорошо влияет на память:)

2 Основы
цитологии

 Краткая история цитологии. Создание светового
микроскопа. Световая микроскопия – специфический метод цитологии. Работы Р.
Гука, А. ван Левенгука, К. Ф. Вольфа. Универсальность клеточной организации,
гомологичность растительных и животных клеток. Основные положения клеточной
теории Т. Шванна и М. Шлейдена. Работы Р. Вирхова («каждая клетка от клетки»).
Клетка как элементарная биологическая система.

Цитология – наука о клетке. Современные методы
изучения клетки: электронная микроскопия, биохимические и биофизические методы,
биотехнологические методы, использование компьютерных технологий.

Современное определение клетки. Основные типы клеток
(эукариотический и прокариотический). Животные и растительные клетки.

Структурные компоненты эукариотической клетки: ядро,
плазмалемма и цитоплазма. Ядро – строение и функции; ядерная оболочка,
хроматин, ядрышко, ядерный матрикс. Плазмалемма (плазматическая мембрана) –
строение и функции. Клеточные оболочки. Цитоплазма; цитоплазматический матрикс,
цитоскелет, органоиды и включения. Немембранные органоиды; рибосомы, клеточный
центр и органоиды движения. Одномембранные органоиды; эндоплазматическая сеть,
аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, сферосомы, вакуоли; вакуолярная система
клетки. Двумембранные органоиды; митохондрии и пластиды.

2.1 Краткая история
цитологии

Открытие и дальнейшее изучение клетки стало возможным
только после изобретения микроскопа. Это связано с тем, что человеческий глаз
не способен различать объекты с размерами менее 0,1 мм, что составляет 100
микрометров (сокращ. микрон или мкм). Размеры же клеток (а тем более,
внутриклеточных структур) существенно меньше. Например, диаметр животной клетки
обычно не превышает 20 мкм, растительной – 50 мкм, а длина хлоропласта
цветкового растения – не более 10 мкм. С помощью светового микроскопа можно
различать объекты диаметром в десятые доли микрона. Поэтому световая
микроскопия является основным, специфическим методом изучения клеток.

Примечание. 1 миллиметр (мм) = 1.000
микрометров (мкм) = 1.000.000 нанометров (нм). 1 нанометр = 10 ангстрем (Å). Одному ангстрему примерно соответствует диаметр
атома водорода.

Первые оптические приборы (простые линзы, очки, лупы)
были созданы еще в XII веке. Но сложные оптические
трубки, состоящие из двух и более линз, появляются только в конце XVI века. В изобретении светового микроскопа принимали
участие Галилео Галилей, отец и сын Янсены и другие ученые. Первые микроскопы
использовались для изучения самых разнообразных объектов.

В середине XVII в.
выдающийся английский естествоиспытатель Роберт Гук, изучая
микроскопическое строение пробки, установил, что она состоит из замкнутых
пузырьков, или ячеек, разделенных общими перегородками – стенками. Р. Гук
назвал эти ячейки клетками (лат. – cellula). В дальнейшем Р. Гук изучал срезы живых стеблей и
обнаружил в них аналогичные ячейки, которые, в отличие от мертвых клеток пробки,
были заполнены «питательным соком». Свои наблюдения Р. Гук изложил в своем
труде «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших телец при
помощи увеличительных стекол» (1665).

В 1671 г. М. Мальпиги (Италия) и Н. Грю (Англия),
изучая анатомическое строение растений, пришли к выводу, что все растительные ткани
состоят из пузырьков-клеток. Термин «ткань» («кружево») впервые употребил Н.
Грю. В работах Р. Гука, М. Мальпиги и Н. Грю клетка рассматривается как
элемент, как составная часть ткани, которая не может существовать вне ткани,
вне организма.

Однако голландский
микроскопист–любитель Антонио ван Левенгук (1680) наблюдал одноклеточные
организмы (инфузории, саркодовые, бактерии) и другие формы одиночных клеток
(форменные элементы крови, сперматозоиды). Позже (в XVIII в.) Л. Спалланцани открыл деление одноклеточных
организмов. В дальнейшем на основании исследований отдельных клеток
сформировались представления о клетке как элементарном организме.

Академик Российской Академии наук Каспар Фридрих
Вольф (1759) установил, что клетка есть единица роста, то есть рост
организмов сводится к образованию новых клеток.

Долгое время изучались только клетки растений. Лишь в
1830-е гг. чешский гистолог Ян Пуркинье, немецкий физиолог Иоганнес Мюллер и
другие исследователи показали, что клеточная организация является
универсальной и для животных тканей, а немецкий физиолог Теодор Шванн
доказал гомологичность растительных и животных клеток. До начала XIX в. считалось, что происхождение волокон и сосудов не
связано с деятельностью клеток. Однако, изучая структуру хряща и хорды, Т.
Шванн показал, что коллагеновые волокна являются производными клеток. В своих
работах Т. Шванн широко использовал термин cytos (от греч. «полость») и его производные.

2.2 Основные положения клеточной теории

В 1838-1839 гг. Теодор Шванн и немецкий ботаник
Маттиас Шлейден сформулировали основные положения клеточной теории:

1. Клетка есть единица структуры. Все живое состоит из
клеток и их производных. Клетки всех организмов гомологичны.

2. Клетка есть единица функции. Функции целостного
организма распределены по его клеткам. Совокупная деятельность организма есть
сумма жизнедеятельности отдельных клеток.

3. Клетка есть единица роста и развития. В основе
роста и развития всех организмов лежит образование клеток.

Клеточная теория Шванна–Шлейдена принадлежит к
величайшим научным открытиям XIX в. В то же время, Шванн и Шлейден
рассматривали клетку лишь как необходимый элемент тканей многоклеточных
организмов. Вопрос о происхождении клеток остался нерешенным (Шванн и Шлейден
считали, что новые клетки образуются путем самозарождения из живого вещества).

Только немецкий врач Рудольф Вирхов (1858-1859
гг.) доказал, что каждая клетка происходит от клетки.

В конце XIX в.
окончательно формируются представления о клеточном уровне организации жизни.
Немецкий биолог Ганс Дриш (1891) доказал, что клетка – это не элементарный
организм, а элементарная биологическая система. Постепенно формируется
особая наука о клетке – цитология.

Дальнейшее развитие цитологии в XX в. тесно связано с разработкой современных методов
изучения клетки: электронной микроскопии, биохимических и биофизических
методов, биотехнологических методов, компьютерных технологий и
других областей естествознания.

Современная цитология изучает строение и
функционирование клеток, обмен веществ в клетках,
взаимоотношения клеток с внешней средой, происхождение клеток в филогенезе и
онтогенезе, закономерности дифференцировки клеток.

В настоящее время принято
следующее определение клетки:

Клетка – это элементарная биологическая система,
обладающая всеми свойствами и признаками жизни. Клетка есть единица структуры,
функции и развития организмов.

2.3 Единство и разнообразие клеточных типов

Существует два основных морфологических типа клеток,
различающиеся по организации генетического аппарата: эукариотический и прокариотический.
В свою очередь, по способу питания различают два основных подтипа
эукариотических клеток: животную (гетеротрофную) и растительную
(автотрофную).

Эукариотическая клетка состоит из трех основных структурных компонентов:
ядра, плазмалеммы и цитоплазмы.

Эукариотическая клетка отличается от остальных типов
клеток, в первую очередь, наличием ядра. Ядро – это место
хранения, воспроизведения и начальной реализации наследственной информации.
Ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка и ядерного
матрикса.

Плазмалемма
(плазматическая мембрана) – это биологическая мембрана,
покрывающая всю клетку и отграничивающая её живое содержимое от внешней среды.
Поверх плазмалеммы часто располагаются разнообразные клеточные оболочки
(клеточные стенки). В животных клетках клеточные оболочки, как правило,
отсутствуют.

Цитоплазма –
это часть живой клетки (протопласта) без плазматической мембраны и ядра.
Цитоплазма пространственно разделена на функциональные зоны (компартменты), в
которых протекают различные процессы. В состав цитоплазмы входят: цитоплазматический
матрикс, цитоскелет, органоиды и включения (иногда
включения и содержимое вакуолей к живому веществу цитоплазмы не относят). Все
органоиды клетки делятся на немембранные, одномембранные и двумембранные.
Вместо термина «органоиды» часто употребляют устаревший термин «органеллы».

К немембранным органоидам эукариотической
клетки относятся органоиды, не имеющие собственной замкнутой мембраны, а
именно: рибосомы и органоиды, построенные на основе тубулиновых
микротрубочек – клеточный центр (центриоли) и органоиды
движения (жгутики и реснички). В клетках большинства одноклеточных
организмов и подавляющего большинства высших (наземных) растений центриоли
отсутствуют.

К одномембранным органоидам относятся: эндоплазматическая
сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, сферосомы,
вакуоли и некоторые другие. Все одномембранные органоиды связаны между
собой в единую вакуолярную систему клетки. В растительных клетках
настоящие лизосомы не обнаружены. В то же время в животных клетках отсутствуют
настоящие вакуоли.

К двумембранным органоидам относятся митохондрии
и пластиды. Эти органоиды являются полуавтономными, поскольку обладают
собственной ДНК и собственным белоксинтезирующим аппаратом. Митохондрии имеются
практически во всех эукариотических клетках. Пластиды имеются только в
растительных клетках.

Прокариотическая клетка не имеет оформленного ядра – его функции выполняет нуклеоид,
в состав которого входит кольцевая хромосома. В прокариотической клетке отсутствуют
центриоли, а также одномембранные и двумембранные органоиды – их
функции выполняют мезосомы (впячивания плазмалеммы). Рибосомы, органоиды
движения и оболочки прокариотических клеток имеют специфическое строение.

История развития цитологии

Подготовила:

студентка группы ГЭ-11 Бордюк Я.В.

Цитология

Цитология — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти. Также используются термины клеточная биология, биология клетки.

Термин «клетка» впервые употребил Роберт Гук в 1665 году, при описании своих «Исследований строения пробки с помощью увеличительных линз». В 1674 году Антони ван Левенгук установил, что вещество, находящееся внутри клетки, определенным образом организовано. Он первым обнаружил клеточные ядра. На этом уровне представление о клетке просуществовало еще более 100 лет.

Основные этапы развития цитологии

I этап (XVII—XVIII вв.). Создание материально-технической базы для развития микроскопических исследований: изобретение микроскопа, его усовершенствование, первые микроскопические исследования (Галилей, Дребель, Гук, Гертель и др.).

II этап (XVIII—XIX вв. нач.). Систематические и многообразные исследования, благодаря которым в умах ученых формируются две идеи: 1. Идея о клеточном строении, подготовленная исследованиями Р.Гука, М.Мальпиги, Н.Грю, А.Левенгука, Я.Пуркинье, П.Горянинова, Т.Шванна. 2. Идея о клеточном развитии организмов (П.Горянинов, К.Вольф, М.Шлейден и др.).

III этап (вторая пол. XIX в.). Дальнейшее развитие основных положений клеточной теории; уточнение деталей структуры основных составных частей клетки с помощью светового микроскопа; изучение функции клетки (Р.Ремак, В.Флемминг, В.Ру, О.Гертвиг, Э.Страсбурге и др.).

IV этап (XX в.). Изучение структуры и функции клетки с применением новейших методов исследования — электронная микроскопия, цитохимия, авторадиография, люминисцентная и другие специальные виды световой микроскопии (И.Шпек, Ф.Шостранд, П.Паллад, И.Уотсои, Ж.Крик, Д.Михлин, А.Поликар, Д.Насонов и др.).

Изобретение светового микроскопа

иего последствия

Микроскоп — (от греческого mikros — малый и skopeo — смотрю) оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом. Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм.

Клеточная теория Шванна-Шлейдена

1. Всем животным и растениям свойственно клеточное строение.

2. Растут и развиваются растения и животных путем возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм – совокупность клеток.

История создания электронного микроскопа и его последствия

В 1931 году Р. Руденберг получил патент на просвечивающий электронный микроскоп, а в 1932 году М. Кнолль и Э. Руска построили первый прототип современного прибора. Эта работа Э. Руски в 1986 году была отмечена Нобелевской премией по физике, которую присудили ему и изобретателям сканирующего зондового микроскопа Герду Карлу Биннигу и Генриху Рореру. Использование просвечивающего электронного микроскопа для научных исследований было начато в конце 1930-х годов и тогда же появился первый коммерческий прибор, построенный фирмой Siemens. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.