Розвиток уявлень про клітинну будову організмів пов'язаний із досягненнями фізики та створенням оптичних приладів. У 1665 р. англійський фізик Р. Гук використав дуже недосконалий мікроскоп для дослідження тонких зрізів пробки і виявив дрібні, відокремлені одна від одної стінками, комірки, які він назвав клітинами (cell – англ. «клітина», «келья»). Хоча Р.Гук досліджував мертву тканину і на зрізах бачив не самі клітини, а лише їхні мертві стінки, його робота започаткувала мікроскопічне дослідження рослин. Мікроскопічне вивчення тварин клітин почалося значно пізніше, що визначалося рядом технічних труднощів, пов'язаних із організацією тваринних тканин. Однак поступово протягом двох століть був зібраний великий описовий матеріал про клітинну будову тварин і рослинних організмів.

На початку ХІХ ст. у зв'язку з удосконаленням мікроскопа та розробкою методів фіксації та фарбування тканин були зроблені найважливіші цитологічні відкриття. Стало очевидним, що тваринні організми, як і рослинні, складаються з клітин. Головним в організації клітини стали вважати її вміст: протоплазму (Пуркіньє, 1830) та ядро ​​(Браун, 1831), а не клітинну стінку, як думали раніше. Але тільки в 1838 р. ботанік Шлейден і зоолог Шван, узагальнивши морфологічні спостереження, накопичені за два століття, зрозуміли універсальне значення клітин і сформулювали "клітинну теорію". Практично це була констатація загальнобіологічних закономірностей, тобто. фундамент організації всього живого.

Через 20 років німецький анатом Р. Вірхов зробив інше важливе узагальнення: клітина може виникнути лише з попередньої клітини. Коли було з'ясовано, що сперматозоїд і яйце - також клітини, що з'єднуються один з одним у процесі запліднення, стало зрозуміло, що життя з покоління до покоління - безперервна послідовність клітин.

Найважливіші віхи цитологічних відкриттів наведено в Табл.Х.1.

Основні положення клітинної теорії, що узагальнила найважливіші відкриття XIX ст., Актуальні і в наш час, коли сучасна цитологія, увібравши в себе досягнення генетики, молекулярної та фізико-хімічної біології, перетворилася на бурхливо розвивається клітинну біологію.

Основні положення клітинної теорії такі.

1. Клітина – елементарна одиниця живого. Сучасна експериментальна цитологія повністю довела цей постулат. Тільки клітина є найменшою одиницею живого і являє собою відкриту (обмінюється із зовнішнім середовищем), саморегулюючу систему, що самовідтворюється, найважливішою функціонуючою ланкою якої є білки і нуклеїнові кислоти.

Сучасна біологія має у своєму розпорядженні можливість виділення будь-яких компонентів клітини (аж до конкретних молекул). Багато хто з них при створенні відповідних умов може самостійно функціонувати. Так, у пробірці можна спричинити скорочення актино-міозинового комплексу, додавши АТФ. Можна штучно синтезувати білки і нуклеїнові кислоти, але це лише частина живого. Для роботи комплексів, виділених із клітини, потрібні додаткові субстрати, ферменти, енергія тощо. Тільки клітини як саморегулюючі системи наділені всім необхідним підтримки повноцінної життєдіяльності.

2. Усі клітини мають загальний план будови.Це правило поширюється на прокаріотичні та еукаріотичні (одноклітинні та багатоклітинні) організми. Загальний принцип організації клітин визначається необхідністю здійснювати низку обов'язкових функцій, вкладених у підтримку життєдіяльності самих клітин. Так, у всіх клітин є оболонка, що відмежовує клітину від навколишнього середовища, що ізолює її вміст і одночасно контролює потік речовин у клітину та з неї.

Кожна клітина здійснює енергетичний обмін, здатна до відтворення, біосинтезу білка і т.д.

Разом з тим клітини характеризуються значною різноманітністю, пов'язаною з функціональною спеціалізацією. Це виразно простежується у багатоклітинних організмів. Так, нервові, м'язові, епітеліальні клітини різко відрізняються одна від одної переважним розвитком різних органоїдів. Придбання клітинами характеристик функціональної спеціалізації, яка потрібна на виконання конкретних функцій (генерація і проведення електричних імпульсів у нейронах, скорочення м'язових клітин, секреція залозистих клітин), - результат клітинної диференціювання у процесі онтогенезу.

3. Клітина лише від клітини.Розмноження (збільшення числа) клітин про- та еукаріотів відбувається тільки шляхом поділу попередніх клітин. Обов'язковою умовою поділу є попередній подвоєння генетичного матеріалу (реплікація ДНК). Усі клітини організму споріднені, оскільки розвиваються однаково і з одного джерела (у цьому сенсі всі клітини гомологічні). Мільярди різноманітних клітин живого організму відбулися в результаті незліченної кількості поділок однієї клітини - заплідненої яйцеклітини (зиготи), яка є початком життя всякого організму.

4. Клітини та організм.Багатоклітинні організми є асоціацією спеціалізованих клітин, об'єднаних у цілісні системи, які регулюються міжклітинними, гуморальними і нервовими механізмами. Крім клітин у складі багатоклітинних організмів входять неклітинні компоненти: міжклітинна речовина сполучної тканини, плазма крові, твердий матрикс кістки. До клітинних структур відносяться також гігантські багатоядерні утворення, наприклад поперечносмугасті м'язові волокна. Проте сучасні дослідження показали, такі структури є результатом злиття окремих клітин.

Таким чином, зростання, розвиток, обмін речовин, спадковість, еволюція, хвороби, старіння та смерть відображають різноманітні аспекти діяльності різних клітин організму.

Клітинна теорія - одне з загальновизнаних біологічних узагальнень, що стверджують єдність принципу будови та розвитку світу рослин та світу тварин, у якому клітина розглядається як загальний структурний елемент рослинних і тваринних організмів.

Клітинна теорія - основна загальної біології теорія, сформульована у середині ХІХ століття, яка надала основу розуміння закономірностей живого світу й у розвитку еволюційного вчення. Маттіас Шлейден і Теодор Шванн сформулювали клітинну теорію, ґрунтуючись на багатьох дослідженнях про клітину (1838).

Шлейден і Шванн, узагальнивши наявні знання клітину, довели, що клітина є основний одиницею будь-якого організму. Клітини тварин, рослин та бактерій мають схожу будову. Пізніше ці висновки стали основою доказу єдності організмів. Т. Шванн і М. Шлейден ввели в науку основне уявлення про клітину: поза клітинами немає життя.

Сучасна клітинна теорія включає такі основні положення:

1 Клітина - одиниця будови, життєдіяльності, росту та розвитку живих організмів, поза клітиною життя немає

2 Клітина - єдина система, що складається з безлічі закономірно пов'язаних один з одним елементів, що являють собою певне цілісне утворення

3 Ядро? головна складова частина клітини (еукаріотів)

4 Нові клітини утворюються тільки в результаті поділу вихідних клітин

5 Клітини багатоклітинних організмів утворюють тканини, тканини утворюють органи. Життя організму загалом обумовлена ​​взаємодією складових його клітин.

Для приведення клітинної теорії більш повне відповідність із даними сучасної клітинної біології список її положень часто доповнюють і розширюють. Багато джерелах ці додаткові положення різняться, їх набір досить довільний.

Клітини прокаріотів і еукаріотів є системами різного рівня складності і не повністю гомологічні один одному (див. нижче).

В основі поділу клітини та розмноження організмів лежить копіювання спадкової інформації – молекул нуклеїнових кислот («кожна молекула з молекули»). Положення про генетичну безперервність відноситься не тільки до клітини в цілому, але і до деяких з її дрібніших компонентів - до мітохондрій, хлоропластів, генів і хромосом.

Багатоклітинний організм являє собою нову систему, складний ансамбль з безлічі клітин, об'єднаних та інтегрованих у системі тканин та органів, пов'язаних один з одним за допомогою хімічних факторів, гуморальних та нервових (молекулярна регуляція).

Клітини багатоклітинних тотипотентів, тобто мають генетичні потенції всіх клітин даного організму, рівнозначні за генетичною інформацією, але відрізняються один від одного різною експресією (роботою) різних генів, що призводить до їх морфологічного та функціонального розмаїття - до диференціювання.

Наука, що вивчає клітини, називається цитологією.Цитологія досліджує склад, будову, функції клітин у багатоклітинних та одноклітинних організмів.

ІСТОРІЯ ВИВЧЕННЯ КЛІТИНИ

Наука, що досліджує клітину, веде свою історію з середини 19 століття, але коріння її сягає 17 століття. Розвиток знань про клітину багато в чому пов'язаний із удосконаленням технічних пристроїв, що дозволяють її розглянути та вивчити.

Першим таким пристроєм був найпростіший мікроскоп, який з'являється наприкінці 16 століття Голландії. Англійський фізик та ботанік Роберт Гук вперше застосував мікроскоп для дослідження рослинної та тваринної клітини. вивчаючи зріз, приготовлений з пробки і серцевини бузини, Р. Гук зауважив, що до їх складу входить безліч дуже дрібних утворень, схожих формою на осередки бджолиних сот. Він дав назву їм «клітини».

Голландський дослідник Антонію ван Левенгук удосконалив мікроскоп. Що дозволило йому побачити живі клітини зі збільшенням у 270 разів. Він першим спостерігав найпростіших, еритроцити та сперматозоїди.

А в 1838 р. узагальнюючи наявні на той час відомості про клітину, німецький ботанік Шлейден поставив питання про виникнення клітин в організмі. Німецький фізіолог і цитолог Шванн, ґрунтуючись на роботах Шлейдена, в 1839 р. виклав основи клітинної теорії:

1. Усі тканини складаються з клітин

2. Клітини рослин та тварин мають загальний принцип будови, оскільки утворюються однаковим способом

3. Усі клітини самостійні, а будь-який організм – це сукупність окремих груп клітин

З введенням у цитологію сучасних фізіологічних та хімічних методів дослідження стало можливим вивчити структуру та функціонування різних компонентів клітини та доповнити клітинну теорію новими положеннями.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ КЛІТИННОЇ ТЕОРІЇ

Клітина – це просто жива система. Основа будови, життєдіяльності, розмноження та індивідуального розвитку прокаріотів та еукаріотів. Поза клітиною життя немає.

Нові клітини виникають лише шляхом поділу раніше існуючих клітин.

Клітини всіх організмів подібні за будовою та хімічним складом.

Зростання та розвиток багатоклітинного організму – наслідок зростання та розмноження однієї або декількох вихідних клітин.

Клітинна будова організмів – свідчення того, що живе Землі має єдине походження.

Наука, що вивчає будову, функції та еволюцію клітин, зв. цитологією.

Клітина – елементарна одиниця життя Землі. Вона має всі ознаки живого організму: росте, розмножується, обмінюється з навколишнім середовищем речовинами та енергією, реагує на зовнішні подразники.

Історія вивчення клітини нерозривно пов'язана з розвитком мікроскопічної техніки та методів дослідження. Винахід мікроскопа спричинило поглиблене вивчення органічного світу.

Р. Гук в 1665 року вперше описав будову кори коркового дуба та стебла рослин і ввів у науку термін «клітина» для позначення осередків, з яких вони складаються.

М. Мальпіги та Н. Грюописали мікроструктуру деяких органів рослин, причому останній увів у науку термін «тканина» для позначення сукупності однорідних клітин.

А Левенгуку період 1676 – 1719 відкрив червоні кров'яні тільця, деяких найпростіших тварин, чоловічі статеві клітини.

Антонії Левенгук(1632 – 1723) – голландський купець, який завоював славу вченого, подарувавши науці найбільші відкриття. З тварин тканин Левенгук вперше побачив і точно описав будову серцевого м'яза.

Найбільший внесок у вивчення рослинних і тваринних клітин зробив Йоганн Мюллер (1801 – 1858).

Р. Броуну 1831 р. відкрив у клітинному соку ядро ​​– найважливішу складову частину клітини.

Російський вчений П.Ф. Горянінову 1834 році відзначив у своїх дослідженнях, що всі тварини та рослини складаються із сполучених між собою клітин, які він називав бульбашками, тобто висловлював думку про загальний план будови рослин та тварин.

До середини 19 століття німецькі вчені Т. Шванн та М. Шлейден, узагальнивши відомості, отримані багатьма дослідниками, сформулювали клітинну теорію, одна з основних у сучасній біології.

М. Шлейден і Т. Шванн помилково вважали, що клітини можуть самостійно зароджуватися в рідинах або в багатьох народжуватися всередині старих клітин.

Німецький біолог та лікар Р. Вірховдовів, що клітини здатні ділитися, і запропонував наступне доповнення до клітинної теорії:

1. Усі клітини утворюються із клітини. Таким чином, клітина – елементарна одиниця живого, що лежить в основі будови, розвитку та розмноження всіх живих організмів.

Завдяки зробленим відкриттям та створенню клітинної торії сформувалося уявлення про матеріальну єдність живої та неживої природи, єдність органічного світу.

Основний метод вивчення клітини- Використання мікроскопа світлового або електронного. Для вивчення хімічного складу органоїдів клітини використовується метод диференціального центрифугування. Для визначення просторового розташування та фізичних властивостей молекул, що входять до складу клітинних структур, використовують метод рентгеноструктурного аналізу.

Методи цито- та гістохімії засновані на вибірковій дії розчинів та барвників на певні хімічні речовини цитоплазми, що дозволяє вивчити хімічний склад та виявити локалізацію окремих хімічних речовин у клітині.

Кіно- та фотозйомки дозволяють вивчити процеси життєдіяльності клітин, наприклад розподіл.

Подібна інформація.

Клітинна теорія— найважливіше біологічне узагальнення, за яким усі живі організми складаються з клітин. Вивчення клітин стало можливим після винаходу мікроскопа. Вперше клітинна будова у рослин (зріз пробки) виявив англійський вчений, фізик Р. Гук, він запропонував термін «клітина» (1665 р.). Голландський вчений Антоні ван Левенгук вперше описав еритроцити хребетних, сперматозоїди, різноманітні мікроструктури рослинних та тваринних клітин, різні одноклітинні організми, у тому числі бактерії та ін.

У 1831 р. англієць Р. Броун виявив у клітинах ядро. У 1838 р. німецький ботанік М. Шлейден дійшов висновку, що тканини рослин складаються з клітин. Німецький зоолог Т. Шван показав, що з клітин складаються і тканини тварин. У 1839 р. вийшла книга Т. Шванна «Мікроскопічні дослідження про відповідність у структурі та зростанні тварин і рослин», в якій він доводить, що клітини, що містять ядра, є структурною і функціональною основою всіх живих істот. Основні положення клітинної теорії Т. Шванна можна сформулювати в такий спосіб.

1. Клітина - елементарна структурна одиниця будови всіх живих істот.
2. Клітини рослин і тварин самостійні, гомологічні один одному за походженням та структурою.

М. Шдейден і Т. Шванн помилково вважали, що головна роль клітини належить оболонці і нові клітини утворюються з міжклітинного безструктурного речовини. Надалі в клітинну теорію було внесено уточнення та доповнення, зроблені іншими вченими.

Ще 1827 р. академік Російської АН К.М. Бер, відкривши яйцеклітини ссавців, встановив, що це організми починають свій розвиток із однієї клітини, що є запліднене яйце. Це відкриття показало, що клітина не лише одиницею будови, а й одиницею розвитку всіх живих організмів.

У 1855 р. німецький лікар Р. Вірхов робить висновок, що клітина може виникнути тільки з попередньої клітини шляхом її поділу.

На сучасному рівні розвитку біології основні положення клітинної теоріїможна уявити так.

1. Клітина - елементарна жива система, одиниця будови, життєдіяльності, розмноження та індивідуального розвитку організмів.
2. Клітини всіх живих організмів подібні за будовою та хімічним складом.
3. Нові клітини виникають тільки шляхом поділу клітин, що існували раніше.
4. Клітинна будова організмів – доказ єдності походження всього живого.

Типи клітинної організації

Вирізняють два типи клітинної організації: 1) прокаріотичний, 2) еукаріотичний. Спільним для клітин обох типів і те, що клітини обмежені оболонкою, внутрішній вміст представлено цитоплазмою. У цитоплазмі знаходяться органоїди та включення. Органоїди- Постійні, обов'язково присутні компоненти клітини, що виконують специфічні функції. Органоїди можуть бути обмежені однією або двома мембранами (мембранні органоїди) або не обмежені мембранами (немембранні органоїди). Увімкнення— непостійні компоненти клітини, що становлять відкладення речовин, тимчасово виведених з обміну або кінцевих продуктів.

У таблиці наведено основні відмінності між прокаріотичними та еукаріотичними клітинами.

До прокаріотів належать бактерії, до еукаріотів - рослини, гриби, тварини. Організми можуть складатися з однієї клітини (прокаріоти та одноклітинні еукаріоти) та з безлічі клітин (багатоклітинні еукаріоти). У багатоклітинних відбувається спеціалізація та диференціація клітин, а також утворення тканин та органів.

Всі живі організми складаються з клітин - з однієї клітини (одноклітинні організми) або багатьох (багатоклітинні). Клітина - це один з основних структурних, функціональних та відтворювальних елементів живої матерії; це елементарна жива система. Існують неклітинні організми (віруси), але можуть розмножуватися лише у клітинах. Існують організми, які вдруге втратили клітинну будову (деякі водорості). Історія вивчення клітин пов'язана з іменами ряду вчених. Р. Гук вперше застосував мікроскоп для дослідження тканин і на зрізі пробки та серцевини бузини побачив комірки, які й назвав клітинами. Антоні ван Левенгук уперше побачив клітини під збільшенням у 270 разів. М. Шлейден і Т. Шван з'явилися творцями клітинної теорії. Вони помилково вважали, що клітини в організмі виникають із первинної неклітинної речовини. Пізніше Р. Вірхов сформулював одне з найважливіших положень клітинної теорії: «Будь-яка клітина походить з іншої клітини...» Значення клітинної теорії у розвитку науки велике. Стало очевидно, що клітина – це найважливіша складова всіх живих організмів. Вона їхній головний компонент у морфологічному відношенні; клітина є ембріональною основою багатоклітинного організму, т.к. розвиток організму починається з однієї клітини – зиготи; клітина – основа фізіологічних та біохімічних процесів в організмі. Клітинна теорія дозволила дійти висновку подібність хімічного складу всіх клітин і ще раз підтвердила єдність всього органічного світу.

Сучасна клітинна теорія включає такі положення:

Клітина - основна одиниця будови та розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого;

Клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів подібні (гомологічні) за своєю будовою, хімічним складом, основним проявам життєдіяльності та обміну речовин;

Розмноження клітин відбувається шляхом їхнього поділу, і кожна нова клітина утворюється в результаті поділу вихідної (материнської) клітини;

У складних багатоклітинних організмах клітини спеціалізовані за виконуваною ними функцією і утворюють тканини; з тканин складаються органи, які тісно взаємопов'язані та підпорядковані нервовим та гуморальним системам регуляції.

Значення клітинної теоріїу розвитку науки полягає в тому, що завдяки їй стало зрозуміло, що клітина – це найважливіша складова всіх живих організмів. Вона їхній головний «будівельний» компонент, клітина є ембріональною основою багатоклітинного організму, т.к. розвиток організму починається з однієї клітини – зиготи. Клітина – основа фізіологічних і біохімічних процесів у організмі, т.к. на клітинному рівні відбуваються, зрештою, все фізіологічно і біохімічні процеси. Клітинна теорія дозволила дійти висновку подібність хімічного складу всіх клітин і ще раз підтвердила єдність всього органічного світу. Всі живі організми складаються з клітин - з однієї клітини (найпростіші) або багатьох (багатоклітинні). Клітина – це один з основних структурних, функціональних та відтворювальних елементів живої матерії; це елементарна жива система. Існує еволюційно неклітинні організми (віруси), але вони можуть розмножуватися лише у клітинах. Різні клітини відрізняються одна від одної і за будовою, і за розмірами (розміри клітин коливаються від 1мкм до кількох сантиметрів – це яйцеклітини риб і птахів), і за формою (можуть бути круглі як еритроцити, деревоподібні як нейрони), і за біохімічними характеристиками ( наприклад, у клітинах, що містять хлорофол або бактеріохлорофіл, йдуть процеси фотосинтезу, які неможливі за відсутності цих пігментів), і за функціями (розрізняють статеві клітини – гамети та соматичні – клітини тіла, які у свою чергу поділяються на безліч різних типів).

8. Гіпотези походження еукаріотичних клітин: симбіотична, інвагінаційна, клонування.Найбільш популярна нині симбіотична гіпотезапоходження еукаріотичних клітин, згідно з якою основою, або клітиною-хазяїном, в еволюції клітини еукаріотичного типу послужив анаеробний прокаріот, здатний лише до амебоїдного руху. Перехід до аеробного дихання пов'язаний з наявністю в клітині мітохондрії, які відбулися шляхом змін симбіонтів - аеробних бактерій, що проникли в клітину-господаря та співіснували з нею.

Подібне походження припускають для джгутиків, предками яких служили симбіонти-бактерії, що мали джгутик і нагадували сучасних спірохет. Придбання клітиною джгутиків мало поряд із освоєнням активного способу руху важливий наслідок загального порядку. Припускають, що базальні тільця, якими забезпечені джгутики, могли еволюціонувати в центріолі у процесі механізму мітозу.

Здатність зелених рослин до фотосинтезу обумовлена ​​присутністю в клітинах хлоропластів. Прибічники симбіотичної гіпотези вважають, що симбіонтами клітини-хазяїна, що дали початок хлоропластам, послужили прокаріотичні синьо-зелені водорості.

Серйозним аргументом на користь симбіотичногоПоходження мітохондрій, центріолей та хлоропластів є те, що перелічені органели мають власну ДНК. Водночас білки бацилін та тубулін, з яких складаються джгутики та вії відповідно сучасних прокаріотів та еукаріотів, мають різну будову.

Центральним та важким для відповіді є питання про походження ядра. Припускають, що воно також могло утворитися із симбіонту-прокаріоту. Збільшення кількості ядерної ДНК, що у багато разів перевищує в сучасній еукаріотичній клітині її кількість у мітохондрії або хлоропласті, відбувалося, мабуть, поступово шляхом переміщення груп генів із геномів симбіонтів. Проте не можна виключити, що ядерний геном формувався шляхом нарощування геному клітини-господаря (без участі симбіонтів).

Згідно інвагінаційної гіпотезиПредковою формою еукаріотичної клітини був аеробний прокаріот. Усередині такої клітини-господаря знаходилося одночасно кілька геномів, що спочатку прикріплювалися до клітинної оболонки. Органели, що мають ДНК, а також ядро, виникли шляхом вп'ячування та відшнурівування ділянок оболонки з подальшою функціональною спеціалізацією в ядро, мітохондрій, хлоропласти. У процесі подальшої еволюції відбулося ускладнення ядерного геному, виникла система цитоплазматичних мембран.

Інвагінаційна гіпотезадобре пояснює наявність в оболонках ядра, мітохондрій, хлоропластів, двох мембран. Однак вона не може відповісти на питання, чому біосинтез білка в хлоропластах та мітохондріях в деталях відповідає такому в сучасних прокаріотичних клітинах, але відрізняється від біосинтезу білка в цитоплазмі еукаріотичної клітини.

Клонування.У біології - спосіб отримання кількох ідентичних організмів шляхом безстатевого (зокрема вегетативного) розмноження. Саме так, протягом мільйонів років, розмножуються в природі багато видів рослин та деяких тварин. Однак зараз термін "клонування" зазвичай використовується у більш вузькому значенні і означає копіювання клітин, генів, антитіл і навіть багатоклітинних організмів у лабораторних умовах. Примірники, що з'явилися в результаті безстатевого розмноження, за визначенням генетично однакові, однак і у них можна спостерігати спадкову мінливість, обумовлену випадковими мутаціями або створювану штучно лабораторними методами. Термін "клон" як такий походить від грецького слова "klon", що означає - гілочка, втеча, черешок, і має відношення, перш за все, до вегетативного розмноження. Клонування рослин живцями, нирками чи бульбами у сільському господарстві відоме вже тисячі років. При вегетативному розмноженні та при клонуванні гени не розподіляються за нащадками, як у разі статевого розмноження, а зберігаються у повному складі. Тільки у тварин все відбувається інакше. У міру зростання клітин тварин відбувається їхня спеціалізація, тобто клітини втрачають здатність реалізовувати всю генетичну інформацію, закладену в ядрі багатьох поколінь.