Предмет цитологии. Историческое развитие цитологии. Эволюция клетки. Прокариоты и эукариоты.

 

Предмет цитологии. Историческое развитие цитологии. Эволюция клетки. Прокариоты и эукариоты.

 

В процессе изучения человека его структуры подразделяют на клетки, ткани, морфо-функциональные единицы ор­ганов, органы, системы и аппараты органов, которые и фор­мируют организм. Однако орга­низм един, он может существовать как таковой лишь бла­годаря своей целостности. Организм целостен, но органи­зован, как и многие сложные системы, по иерархическому принципу. Именно названные структуры и образуют его

составляющие элементы.

Изучение каждого из уровней организации живого тре­бует своих подходов и методов. Первый уровень организа­ции живого – клетки – изучает ветвь биологических наук, именуемая цитологией.

Развитие цитологии связано с созданием и усовершен­ствованием оптических устройств, позволяющих рассмотреть и изучить клетки. В 1609—1610 гг. Галилео Галилей скон­струировал первый микроскоп, однако лишь в 1624 г. он его усовершенствовал так, что им можно было пользовать­ся. Этот микроскоп увеличивал в 35—40 раз. Через год И. Фабер дал прибору название «микроскоп».

В 1665 г. Роберт Гук впервые увидел в пробке ячейки, которым дал название «cell» — «клетка». В 70-х гг. XVII в. Марчелло Мальпиги описал микроскопическое строение не­которых органов растений.

Благодаря усовершенствованию микроскопа Антоном ван Левенгуком, появилась возможность изучать клетки и де­тальное строение органов и тканей. В 1696 г. была опубли­кована его книга «Тайны природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов». Левенгук впервые рассмот­рел и описал эритроциты, сперматозоиды, открыл дотоле не­ведомый и таинственный мир микроорганизмов, которые он назвал инфузориями. Левенгук по праву считается осно­воположником научной микроскопии.

В 1715 г. X. Г. Гертель впервые использовал зеркало для освещения микроскопических объектов, однако лишь через полтора столетия Э. Аббе создал систему осветитель­ных линз для микроскопа. В 1781 г. Ф. Фонтана первый увидел и зарисовал животные клетки с их ядрами. В пер­вой половине XIX в Ян Пуркинье усовершенствовал микроскопическую технику, что позволило ему описать клеточ­ное ядро («зародышевый пузырек») и клетки в различных органах животных. Ян Пуркинье впервые употребил тер­мин «протоплазма». Р. Браун описал ядро как постоянную структуру и предложил термин «nucleus» — «ядро».

В 1838 г. М. Шлейден создал теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга — постановка вопроса о возникновении клеток в организме. Основываясь на рабо­тах Шлейдена, Теодор Шванн создал клеточную теорию. В 1839 г. была опубликована его бессмертная книга «Микроскопические исследования о соответствии в струк­туре и росте животных и растений».

Основными исходными положениями клеточной теории были следующие:

— все ткани состоят из клеток;

— клетки растений и животных имеют общие принци­пы строения, так как возникают одинаковыми путями;

— каждая отдельная клетка самостоятельна, а дея­тельность организма представляет собой сумму жизнеде­ятельности отдельных клеток.

Большое влияние на дальнейшее развитие клеточной те­ории оказал Рудольф 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 — «каж­дая клетка из клетки» («omnia cellula e cellulae»).

Во второй половине XIX в. возникло представление о клетке как элементарном организме (Э. Брюкке, 1861). В 1874 г, Ж. Карнуа ввел понятие «Биология клетки», тем самым, положив начало цитологии как науке о строении, функции и происхождении клеток.

В 1879—1882 гг. В. Флемминг описал митоз, в 1883 г. В. Вальдейер ввел понятие «хромосомы», через год О. Гер-твиг и Э. Страсбургер одновременно и независимо друг от друга высказали гипотезу о том, что наследственные при­знаки заключены в ядре. Конец XIX в. ознаменовался от­крытием фагоцитоза Ильей Мечниковым (1892).

В начале XX в. Р. Гаррисон и А. Каррель разработали методы культивирования клеток в пробирке наподобие од­ноклеточных организмов.

В 1928—1931 гг. Е. Руска, М. Кнолль и Б. Боррие

сконструировали электронный микроскоп, благодаря кото­рому было описано подлинное строение клетки и открыты многие ранее неизвестные структуры. А. Клод в 1929 — 1949 гг. впервые использовал для изучения клеток элек­тронный микроскоп и разработал методы фракционирова­ния клеток с помощью ультрацентрифугирования. Все это позволило по-новому увидеть клетку и интерпретировать собранные сведения.

Клетка является элементарной единицей всего живого, потому что ей присущи все свойства живых организмов: высокоупорядоченное строение, получение энергии извне и ее использование для выполнения работы и поддержания упорядоченности (преодоление энтропии), обмен веществ, ак­тивная реакция на раздражения, рост, развитие, размноже­ние, удвоение и передача биологической информации по­томкам, регенерация, адаптация к окружающей среде.

Клеточная теория в современной интерпретации включает следующие главные положения:

- клетка является универсальной элементарной едини­цей живого;

- клетки всех организмов принципиально сходны по сво­ему строению, функции и химическому составу;

- клетки размножаются только путем деления исход­ной клетки;

- клетки хранят, перерабатывают и реализуют генети­ческую информацию;

- многоклеточные организмы являются сложными кле­точными ансамблями, образующими целостные системы.

- именно благодаря деятельности клеток в сложных орга­низмах осуществляются рост, развитие, обмен веществ и энергии.

 

В XX в. за открытия в области цитологии и смежных наук были присуждены

Нобелевские премии. Среди лауре­атов были:

в 1906 г. Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Ка-халь за открытия в области структуры нейронов;

в 1908 г. Илья Мечников и Пауль Эр лих за открытия фагоцитоза (Мечников) и антител (Эрлих);

в 1930 г. Карл Ландштейнер за открытие групп крови;

в 1931 г. Отто Варбург за открытие природы и меха­низмов действия дыхательных ферментов цитохромоксидаз;

в 1946 г. Герман Меллер за открытие мутаций;

в 1953 г. Ханс Кребс за открытие цикла лимонной кис­лоты;

в 1959 г. Артур Корнберг и Северо Очоа за открытие

механизмов синтеза ДНК и РНК;

в 1962 г. Френсис Крик, Морис Уилкинсон и Джеймс Уотсон за открытие молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах;

в 1963 г, Франсуа Жакоб, Андре Львов и Жак Моно за открытие механизма синтеза белка;

в 1968 г. Хар Гобинд Корана, Маршалл Ниренберг и Роберт Холли за расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белка;

в 1970 г. Джулиус Аксельрод, Бернард Кац и Ульф фон Эйлер за открытие гуморальных медиаторов нервных окончаний и механизма их хранения, выделения и инак­тивации;

в 1971 г. Эрл Сазерленд за открытие вторичного посред­ника цАМФ и его роли в механизме действия гормонов;

в 1974 г. Кристиан де Дюв, Альберт Клод и Джордж Паладе за открытия, касающиеся структурной и функциональ­ной организации клетки (ультраструктура и функция лизосом, комплекса Гольджи, эндоплазматического ретикулума).