Одно из положений клеточной. Клеточная теория: развитие и положения. Цитология как наука

Лекция: Современная клеточная теория, ее основные положения, роль в формировании современной естественнонаучной картины мира

Клеточная теория

Разработанная Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном в 1839 г клеточная теория в измененном и дополненном виде широко используется наукой в настоящее время. Основные ее положения:

Клетка является базовой функциональной единицей строения жизни. Ниже клетки могут изучаться только органические вещества, не обладающие достаточным количеством признаков живого, чтобы рассматриваться как отдельные живые объекты. Они изучаются химией и биохимией.

Клетка является единой цельной сбалансированной системой, состоящей из большого количества связанных между собой химически, пространственно (общим нахождением в клеточной оболочке), физическими процессами органоидов. Органоиды являются функциональными единицами клетки.

Все живые клетки гомологичны, то есть имеют в своей основе общие принципы строения и функционирования, а также общих предков.

Появление новых живых клеток возможно только путем деления материнской.

Развитие современной биологии привело к расширению клеточной теории и внесению в нее дополнительных пунктов:

Клетки ядерных и безъядерных организмов – имеют разный уровень организации и различаются по своей сложности и структурным компонентам.

Копирование генетической информации является основой деления клеток.

Клетки одного организма являются равнозначными по наследственной информации, их разделение на ткани определяется различным набором активированных белков.

Изучение клетки продолжается, следовательно, клеточная теория будет дополняться.

Роль клеточной теории в развитии естественнонаучных представлений о мире

Становление и доказательство клеточной теории позволило:

Определить наиболее важные направления исследования живого, получить практические результаты, которые можно использовать для развития таких наук, как генетика, медицина, палеонтология.

Изучить процессы размножения, найти новые методы лечения для врожденных и приобретенных заболеваний, определить причины возникновения многих из них.

Создать такие науки как генетика, цитология, гистология, что стало основой для изучения структурных и генетических свойств различных животных, бактерий, растений. На основе этих знаний сейчас создаются новые лекарственные препараты, урожайные сорта растений, что позволяет обеспечить продовольственную безопасность человека и защиту его от многих болезней.

Изучить процессы развития и размножения организмов, что дает возможность спрогнозировать их свойства и особенности, а также сделать уверенные предположения о свойствах вымерших на основе изучения палеонтологических находок и прояснить многие моменты истории развития живого.

Наличие доказанной базовой теории позволяет биологии как науке развиваться более быстрыми темпами в правильном направлении.

Развитие знаний о клетке

Попытки изобретения микроскопа известны со времен Древнего Рима. Однако, первым ученым, использовавшим его в 1665 г. для изучения живых организмов стал Р. Гук. Он первым описал пористое строение пробки, и дал название увиденным структурам -- «клетки».

Примерно через 10 лет итальянский исследователь М. Мальпиги и англичанин Н. Грю сделали описание различных органов растений в строении которых обнаружили клетки.

В этот же период голландец А. Левенгук описал простейшие одноклеточные организмы.

В следующем, 18-м, веке ученые не придавали важного значения наличию клеток в живых организмах, считая их пустотами в сплошных тканях.

В начале 19-го века случилось важное – физики смогли значительно улучшить конструкцию микроскопа, создав ахроматические линзы. Это вызвало новый интерес к микроскопированию и среди биологов.

Различные ученые стали делать описания клеточной структуры тканей живых организмов. Были описаны растительные клетки, определено, что ядра находятся во всех клетках организма, открыто, что обмен веществ происходит на уровне клетки. Другими учеными изучались животные ткани, проводилось сравнение их строения с растительными, хотя были и ошибочные представления – иногда клетки рассматривались именно как пустые пространства, часто путались клетки и ядра. Маттиас Шлейден выполнил большое количество точных описательных работ, но считал, что клетки зарождаются из бесструктурного вещества, а центром концентрации каждой из них становится ядро.

Клеточная теория — важнейшее биологическое обобщение, согласно которому все живые организмы состоят из клеток. Изучение клеток стало возможным после изобретения микроскопа. Впервые клеточное строение у растений (срез пробки) обнаружил английский ученый, физик Р. Гук, он же предложил термин «клетка» (1665 г.). Голландский ученый Антони ван Левенгук впервые описал эритроциты позвоночных, сперматозоиды, разнообразные микроструктуры растительных и животных клеток, различные одноклеточные организмы, в том числе бактерии и пр.

В 1831 г. англичанин Р. Броун обнаружил в клетках ядро. В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден пришел к выводу, что ткани растений состоят из клеток. Немецкий зоолог Т. Шванн показал, что из клеток состоят и ткани животных. В 1839 г. вышла книга Т. Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой он доказывает, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.

1. Клетка — элементарная структурная единица строения всех живых существ.
2. Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре.

М. Шдейден и Т. Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанные другими учеными.

Еще в 1827 г. академик Российской АН К.М. Бэр, открыв яйцеклетки млекопитающих, установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка является не только единицей строения, но и единицей развития всех живых организмов.

В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки путем ее деления.

На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.

1. Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.
2. Клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу.
3. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.
4. Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого.

Типы клеточной организации

Выделяют два типа клеточной организации: 1) прокариотический, 2) эукариотический. Общим для клеток обоих типов является то, что клетки ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой. В цитоплазме находятся органоиды и включения. Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Органоиды могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды). Включения — непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов.

В таблице перечислены основные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками.

К прокариотам относятся бактерии, к эукариотам — растения, грибы, животные. Организмы могут состоять из одной клетки (прокариоты и одноклеточные эукариоты) и из множества клеток (многоклеточные эукариоты). У многоклеточных происходит специализация и дифференциация клеток, а также образование тканей и органов.

Клеточная теория - один из основных принципов биологии. Первыми эту теорию сформулировали немецкие ученые Теодор Шванн, Маттиас Шлейден и Рудольф Вирхов.

Суть клеточной теория заключаться в следующих пунктах:

• Все живые организмы состоят из клеток. Они могут быть одноклеточными или многоклеточными.
• Клетки является основной .
• возникают из ранее существовавших клеток. (Они не происходят от спонтанной генерации).

Современная версия клеточной теория включает следующие основные положения:

• Поток энергии происходит внутри клеток.
• Информация о наследовании (ДНК) передается от клетки к клетке.
• Все клетки имеют один и тот же основной химический состав.

В дополнение к теории клеток , и составляют главные принципы, лежащие в основе изучения жизни.

Основы клеток

Репликация ДНК и синтез белка

Клеточный процесс репликации ДНК является важной функцией, которая необходима для нескольких процессов, включая синтез и деление клеток. Транскрипция ДНК и трансляция РНК делают возможным процесс синтеза белка.

Клеточная теория – одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента растительных и животных организмов.

Клеточная теория – основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1 Клетка – единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет

2 Клетка – единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определённое целостное образование

3 Ядро − главная составная часть клетки (эукариот)

4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток

5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют. Во многих источниках эти дополнительные положения различаются, их набор достаточно произволен.

– Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу (см. ниже).

– В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации – молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов – к митохондриям, хлоропластам, генам и хромосомам.

– Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

– Клетки многоклеточных тотипотенты, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию – к дифференцировке.

С момента обнаружения клеток, до того как было сформулировано современное положение клеточной теории, прошло почти 400 лет. Впервые клетку исследовал в 1665 г. естествоиспытатель из Англии Заметив на тонком срезе пробки ячеистые структуры, он дал им название клеток.

В свой примитивный микроскоп Гук еще не мог рассмотреть все особенности, но по мере совершенствования оптических приборов, появления методик окрашивания препаратов ученые все больше погружались в мир тонких цитологических структур.

Как появилась клеточная теория

Знаковое открытие, повлиявшее на дальнейший курс исследований и на современное положение клеточной теории, сделано в 30-х годах XIX века. Шотландец Р. Броун, изучая лист растения при помощи светового микроскопа, обнаружил в растительных клетках сходные округлые уплотнения, которые впоследствии назвал ядрами.

С этого момента появился важный признак для сопоставления между собой структурных единиц различных организмов, что стало основой выводов о единстве происхождения живого. Не зря даже современное положение клеточной теории содержит ссылку на данный вывод.

Вопрос о происхождении клеток был поставлен в 1838 году немецким ботаником Матиасом Шлейденом. Массово исследуя растительный материал, он отметил, что во всех живых растительных тканях присутствие ядер обязательно.

Его соотечественник зоолог Теодор Шванн сделал такие же выводы относительно тканей животных. Изучив работы Шлейдена и сопоставив множество растительных и животных клеток, он сделал заключение: несмотря на многообразие, все они имеют общий признак - оформленное ядро.

Клеточная теория Шванна и Шлейдена

Собрав воедино имеющиеся факты о клетке, Т. Шванн и М. Шлейден выдвинули главный постулат Он состоял в том, что все организмы (растения и животные) состоят из клеток, близких по строению.

В 1858 году было внесено еще одно дополнение в клеточную теорию. доказал, что организм растет за счет увеличения количества клеток путем деления исходных материнских. Нам это кажется очевидным, но для тех времен его открытие было весьма продвинутым и современным.

На тот момент современное положение клеточной теории Шванна в учебниках формулируется следующим образом:

1. Все ткани живых организмов имеют клеточное строение.
2. Клетки животных и растений образуются одним и тем же способом (делением клетки) и имеют сходное строение.
3. Организм состоит из групп клеток, каждая из них способна к самостоятельной жизнедеятельности.

Став одним из важнейших открытий XIX века, клеточная теория заложила основу представления о единстве происхождения и общности эволюционного развития живых организмов.

Дальнейшее развитие цитологических знаний

Совершенствование исследовательских методов и оборудования позволило ученым значительно углубить знания о строении и жизнедеятельности клеток:

• доказана связь структуры и функции как отдельных органелл, так и клеток в целом (специализация цитоструктур);
• каждая клетка в отдельности демонстрирует все свойства, присущие живым организмам (растет, размножается, обменивается веществом и энергией с окружающей средой, подвижна в той или иной степени, адаптируется к изменениям и др.);
• органеллы не могут по отдельности демонстрировать подобные свойства;
• у животных, грибов, растений обнаруживаются одинаковые по строению и функциям органеллы;
• все клетки в организме взаимосвязаны и работают слаженно, выполняя комплексные задачи.

Благодаря новым открытиям, положения теории Шванна и Шлейдена были уточнены и дополнены. Современный научный мир пользуется расширенными постулатами основополагающей теории в биологии.

В литературе можно встретить различное количество постулатов современной клеточной теории, наиболее полный вариант содержит пять пунктов:

1. Клетка является наименьшей (элементарной) живой системой, основой строения, размножения, развития и жизнедеятельности организмов. Неклеточные структуры не могут называться живыми.
2. Клетки появляются исключительно путем деления уже существующих.
3. Химический состав и строение структурных единиц всех живых организмов сходны.
4. Многоклеточный организм развивается и растет за счет деления одной/нескольких первоначальных клеток.
5. Сходное клеточное строение организмов, населяющих Землю, свидетельствует о едином источнике их происхождения.

Первоначальные и современные положения клеточной теории во многом перекликаются. Углубленные и расширенные постулаты отражают современный уровень знаний по вопросу строения, жизни и взаимодействия клеток.