В предыдущих классах вы изучали биологию растений и животных, а также ознакомились с методами, которые ученые используют для изучения этих организмов. Какие это методы? выясните, есть ли различия в методах изучения растений и животных. Из курса химии 8 класса вспомните, что такое изотопы.
Открытие и первые исследования клеток
Клетку открыл Роберт Гук — английский физик, работавший в Оксфордском университете. Он усовершенствовал конструкцию микроскопа и исследовал с его помощью различные объекты, в частности кору пробкового дуба. Рассматривая пробку под микроскопом, Гук увидел ячейки (это были клеточные стенки), которые напомнили ему монастырские кельи, и назвал их английским словом cell
(«камера», «клетка»). Свои исследования он описал в 1665 году. Позже Гук наблюдал и описал клетки бузины, укропа, моркови и другие.
Следующий этап формирования цитологии как науки связан с голландцем Антони ван Левенгуком (рис. 9.1), который работал в конце XVII — начале ХVШ вв. Он открыл одноклеточные организмы (первым увидел простейших), эритроциты, сперматозоиды и другие клетки.
Клеточная теория и возникновение цитологии
На протяжении XVIII века не происходило существенных сдвигов в исследовании клеток из-за несовершенной конструкции микроскопов. А вот в XIX веке эти приборы значительно модернизировали и к тому же открыли методы окрашивания клеток.
В 1827 году Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих.
В 1831 году Роберт Броун описал ядра растительных клеток. в тот же период Маттиас Шлейден доказал, что все растения состоят из клеток. И наконец, в 1839 году Теодор Шванн (рис. 9.2), сравнивая клетки растений и животных и опираясь на выводы Шлейдена, сформулировал клеточную теорию.
Основные положения этой клеточной теории были следующими:
— все организмы состоят из клеток или разными способами образованы из них.
— Клетка является наименьшей единицей живого, а целый организм является совокупностью клеток.
— Рост и развитие растений и животных связаны с образованием клеток.
В 1859 году Рудольф вирхов доказал, что клетки возникают только из клеток-предшественников. все это обусловило возникновение в конце XIX века отдельной науки о клетках — цитологии.
В XX веке развитие цитологии продолжалось. Этому способствовало появление новых методов исследования — сначала электронной микроскопии, а затем центрифугирования и методов молекулярной биологии.
Методы исследования клеток
Для исследования клеток применяются те же методы, что и для других биологических систем. Отличаются лишь некоторые особенности их применения из-за небольших размеров самих клеток.
Основные методы современной цитологии:
— микроскопия;
— окрашивание клеток;
— микротомирование;
— центрифугирование;
— метод меченых атомов.
Метод микроскопии заключается в том, что клетки или их компоненты рассматривают в увеличенном виде с помощью специальных приборов — микроскопов. Существует два основных типа микроскопии — оптическая и электронная (рис. 9.3). в оптической микроскопии для рассмотрения структур клетки используют лучи света, а в электронной — пучки электронов.
Существует несколько видов оптических микроскопов (фазово-контрастный, люминесцентный и др.) и два вида электронных микроскопов (просвечивающий и сканирующий).
При использовании метода окрашивания клеток их обрабатывают специальными веществами — красителями, которые реагируют только с некоторыми структурами клеток и избирательно их окрашивают. Такие структуры гораздо легче рассматривать и изучать.
Метод микротомирования заключается в том, что делают очень тоненькие срезы клетки и затем изучают их с помощью микроскопа.
Во время центрифугирования клетки сначала разрушают, а затем помещают в пробирки со специальным раствором и крутят на центрифугах (рис. 9.4). Под действием центробежной силы компоненты клетки концентрируются в различных местах пробирки. После этого их можно изучать отдельно друг от друга.
Метод меченых атомов предусматривает введение в живые клетки радиоактивных изотопов определенных атомов. Перемещение этих атомов в клетке можно наблюдать с помощью специальных приборов. Таким способом прослеживают ход биохимических реакций.
Методы исследования клеток
|
Метод исследований |
Используемые приборы и средства |
Результаты использования метода |
|
Оптическая микроско пия |
Бинокуляр, фазово-контрастный, люминесцентный и другие микроскопы |
Позволяет исследовать форму и размеры клеток, крупные клеточные структуры, орга-неллы движения, капсулы и слизистые слои |
|
Электронная микроско пия |
Трансмиссионный электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп |
Позволяет исследовать все органеллы и ультраструктуры клеток, поверхностные структуры клеток и межклеточные контакты |
|
Окрашивание клеток |
Красители и фиксирующие вещества |
Позволяет дифференциально окрашивать отдельные структуры или клетку в целом для получения качественного изображения во время микроскопирования |
|
Микротоми- рование |
Микротомы |
Позволяет изготовить ультратонкие препараты для исследования с помощью всех видов световой и электронной микроскопии |
|
Центрифуги рование |
Центрифуги |
Позволяет разделить содержимое клеток на фракции по форме и размеру отдельных компонентов, для дальнейшего исследования каждой из фракций |
|
Метод меченых атомов |
Радиоактивные изотопы, приборы для радиоавтографии |
Позволяет отследить путь веществ внутри клетки, механизмы обмена веществ, исследовать функции отдельных органелл |
Клетки живых организмов были открыты в XVII в. в XIX в. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию. Изучением клеток занимается отдельная наука — цитология. Основными методами изучения клеток являются микроскопия (оптическая и электронная), окрашивание клеток, микротомирование, центрифугирование и метод меченых атомов.
Проверьте свои знания
1. Когда были открыты клетки? Кто сделал это открытие? 2. Какие методы используют для исследования клеток? 3. Какие можно выделить исторические этапы изучения клеток? 4. Сравните оптическую и электронную микроскопию. Объясните, какими преимуществами и недостатками они обладают. 5*. Если вам придется изучать ядра клеток у разных организмов, какие методы вы будете использовать?
Это материал учебника Биология 9 класс Задорожный